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TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 1 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Bauinformatik II Softwareanwendungen 1 5. Semester.

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1 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 1 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Bauinformatik II Softwareanwendungen 1 5. Semester 9. Vorlesung Entwicklung des Datenschemas eines Informationssystemes Prof. Dr.-Ing. R. J. Scherer Nürnberger Str. 31a 2. OG, Raum 204 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Relationale Datenbanken für Bauingenieurprobleme

2 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 2 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Allgemeiner Prozess einer ingenieurmäßigen Systembetrachtung 1.Systembetrachtung Grobe Definition von Zweck, Funktion, Prozessen und Verhalten Formale Repräsentation des Systems (IDEF0) auf hoher Ebene 2.Datenstruktur = {O,R} basierend auf einem spezifischen Metamodell (= O-O-Modell / E-R-Modell) Entwicklung eines Datenmodells als O-O-/E-R-Schema = Ideale Datenstruktur der Konzepte 3.Implementierung des Schemas in einer Datenbanksoftware; heute zweckmäßig als Relationale Datenstruktur 4.Instanziierung eines Ingenieurmodells = Konfiguration des domänenspezifischen Ingenieurmodells aus dem Datenmodell 5.Numerisches Programm zur Berechnung des Systemverhaltens = Simulation = Prognose basierend auf einem Modell + Modellannahmen + quantitativen Werten (Statistik) (= {O-O + Impl} + {Instanziierung} ) 6.Kommunikation M2M: zwischen Datenbank (= Information) Und Berechnungsprogramm (= Numerik) = Datenaustausch (Datenkonversion durch importierendes Programm) M2H: Berichte, d.h. grafische und alphanumerische Repräsentation der Ergebnisse (Ausgabe und Systemwechsel) aber auch Eingabe, Modell und Modellannahmen 7.Monitoring, Evaluation und Bericht

3 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 3 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Formalisierung Anwendungsbereiche von Modellierungstechniken: Entity Relationship Modell - Datenmanagement - kein Verhalten, meistens keine Information über Konsistenz - Strategie für Modellierung: Vermeidung redundanter Daten - Ziel: Persistente Datenspeicherung (Datenquelle für Anwendungen) Object-Orientierte Modellierung - fortgeschrittenes Programmierkonzept für die Entwicklung von Softwareanwendungen (z.B. JAVA, C++, …) - erlaubt Definition von Verhalten (reaktive Abhängigkeiten zwischen Daten) - Strategie für Modellierung: Wiederverwendbarkeit und Wartung - Ziel: Nutzung der Daten (z.B. Simulation von Tragwerksverhalten) Logik - Wissensrepräsentation für künstliche Intelligenz und automatische Schlußfolgerung (z.B. Konsistenzprüfung) - Ziel: Interpretation von Daten (Umgang mit Information anstatt mit Daten)

4 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 4 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Konzeptuelle Datenmodellierung für das Wasserversorgungssystem Basis für den Aufbau des Datenmodells: FUNKTION Input ? Output ? Anforderungsanalyse des Wasserversorgungssystems Beantwortung der Frage: Welche Art von Daten/Information soll gespeichert werden? Steuerung ? Mechanismus ?

5 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 5 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Wasserversorungssystem (verteile Wasser) Modellierung Anforderung: Beschreibung aller Informationen eines Wasserversorgungssystems, die notwendig sind für - Dimensionierung, - Monitoring and - Lebenszyklus-Management Wasserversorgungssystem auf einer funktionaler Ebene Wasser input Wasser output

6 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 6 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Modellierung Anforderung: Wasserversorungssystem auf Knotenebene Knoten Wasserversorgungssystem zerlegt in eine Menge von Subsystemen, verbunden durch Rohre verbindet Leitungen und erlaubt Wasser Input/Output Beschreibung aller Informationen eines Wasserversorgungssystems, die notwendig sind für - Dimensionierung, - Monitoring and - Lebenszyklus-Management

7 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 7 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Modellierung Q i-n1 Q d1, v d1, p d1 Q d2, v d2, p d2 Q d3, v d3, p d3 Q d4, v d4, p d4 Q d5, v d5, p d5 Q o-n4 Q o-n6 Geometrie des Rohrsystems erforderlich zur Ermittlung der Rohrlängen l d1 input output Anforderung: Beschreibung aller Informationen eines Wasserversorgungssystems, die notwendig sind für - Dimensionierung, - Monitoring and - Lebenszyklus-Management Wasserversorungssystem mit Wasserfluß für einen spezifischen Anwendungsfall

8 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 8 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Grundlage der Modellierung sind Konzepte Das, bzw. Die Konzepte beschreiben die Grundelemente des Systems KnotenRohr Start, Ende Konzept Entität 1 Konzept Entität 2 Konzept Beziehung Knoten Rohr Durch Nutzung von Instanzen dieser Konzepte (Klassen) des Modells können wir die Topologie eines Wasserversorgungssystem aufbauen: Anm.: oftmals werden alle Entitäten eines Modells als die Konzepte des Modells bezeichnet.

9 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 9 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Modellierung nr KnotenRohr Start, Ende Konzept Beziehung integer nr Attribute integer nr StartEnde Beispiel: Knoten 1 Knoten 2 Rohr 1 Topologie: Tabelle Knoten Tabelle Rohr Erste Skizze zur Modellierung: beschreibe die Topologie des Wasserversorgungssystems Identifikation der Elemente zur Beschreibung der Topologie

10 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 10 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Modellierung Erste Skizze zur Modellierung: Hinzufügen der Geometrie nrxyz KnotenRohr Start, Ende Konzept Beziehung integerreal nrx, y, z Attribute integer nr StartEnde Beispiel: x y 1 2 Topologie + Geometrie : Tabelle Knoten Tabelle Rohr

11 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 11 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Einführen der Modellierungssprache EXPRESS-G EXPRESS-G ist die grafische Notation der Sprache EXPRESS (ISO ) KnotenRohr nr REAL INTEGER REAL x y z Start_Knoten End_Knoten nr INTEGER

12 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 12 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Für ein Datenmodell müssen alle Attribute definiert und dokumentiert werden. Rohr Start_Knoten End_Knoten nr INTEGER Knoten Position Anforderungen: 3D, Nutzung eines kartesischen Koordinatensystems Maßeinheit für x, y and z: Variablen sind fixiert auf Meter -> Nutzung eines festen Maßeinheit [m] Ursprung des genutzten Koordinatensystems: Beschreibung in Welt-Koordinaten z.B. unter Nutzung von GIS oder Nichtberücksichtigung des Weltkoordinatensystems (ausreichend für Dimensionierung) Beschreibung der Attribute nr INTEGER Knoten REAL x y z

13 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 13 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Start_Knoten End_Knoten Knoten REAL x y z Rohr Identifikation von Knoten und Rohren Anforderungen: eindeutige Identifikation erforderlich (z.B. zum Ersatz defekter Rohre etc.) Mögliche Lösung:Menschen-lesbarer Name (string) Numerischer Wert zur Identifikation (integer) – einige Vorteile für Datenmanagement: weniger Speicher, Indexierung nr INTEGER nr INTEGER Beschreibung der Attribute

14 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 14 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung nr INTEGER nr INTEGER REAL x y z Geometrie der Rohre Anforderungen: erforderliche zur Ermittlung der Rohrlänge Festlegung:nur Unterstützung von geraden Linien -> Startknoten und Endknoten reichen zur Beschreibung der Rohrgeometrie aus Gekrümmte Rohre sind mit dem diesem Modell nicht möglich. Start_Knoten End_Knoten KnotenRohr Beschreibung der Attribute

15 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 15 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Rohr REAL Durchmesser nr INTEGER Zusätzliche Rohrparameter Anforderungen: Nutzung individueller Rohrtypen Parameter:Individuelle Rohrtypen -> Durchmesser, k (Rauhigkeit) pn (Nenndruck) Rohr_typ_select Rohr_parameter Rohr_Parameter REAL k pn Rohr_Typ name STRING (OPT) Parameter Standard Rohrtypen -> name (Nutzung einer zusätzl. Bibliothek für Parameter oder Nutzung der optionalen Beziehung zu Rohr_Parameter) als auch Standard-Rohrtypen Beschreibung der Attribute

16 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 16 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Spezialisierung (vollständige) von Knoten Anforderung: unterscheide zwischen Input, Output und Inneren Knoten durch Nutzung des Konzepts der Vererbung Spezialisierung definiert eine disjunkte Menge von Objekten -> Knoten ist eine abstrakte Superklasse für Input_Knoten, Output_Knoten und Inner_Knoten (ABS) Knoten Input_KnotenOutput_KnotenInner_Knoten 1 Modellierung weiterer Elemente 1

17 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 17 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Druck Wasserquelle für das Wasserversorungssystem Anforderungen: Menschenlesbarer Name der Wasserquelle (name) erbt Definition von Knoten (Position, nr) max. Wasser-Input in liter/sekunde (Wasser_input) Wasserdruck in [m Wassersäule] (Druck) (ABS) Knoten Input_Knoten REAL STRING REAL Wasser_input name Modellierung weiterer Elemente und Attribute

18 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 18 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Wasserverbrauch für das Wasserversorgungssystem Anforderungen:: Menschenlesbarer Name der Wasserquelle, erbt Definition von Knoten (Position, nr) Durchschnitt Wasserverbrauch (Verbrauch) erforderlicher (min.) Wasserdruck (ABS) Knoten Output_Knoten REAL STRING Verbrauch name REAL erforderlicher_druck Modellierung weiterer Elemente und Attribute

19 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 19 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Wasserverbrauch für das Wasserversorgungssystem Anforderungen: erbt Definition von Knoten (Position, nr) -> keine zusätzlichen Attribute (ABS) Knoten Inner_Knoten Modellierung weiterer Elemente und Attribute

20 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 20 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Erweiterung für Lebenszyklusmanagement Erforderliche Erweiterung für Dimensionierung und Lebenszyklus-Management 1. Dimensionierung für unterschiedliche Wasserentnahmen (z.B. bei Brandlösuchung) -> Dimensionierung für unterschiedliche Lastfälle 2. Dokumentation des Wasserflusses im Zeitverlauf (Alterung des Rohrsystems) -> Änderung der Rohrparameter / Durchfluß (Menge, Geschwindigkeit) 3. Monitoring des Wasserflusses -> Hinzufügen eines Fließsensors

21 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 21 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Erweiterungen für Monitoring Erweiterung an Knoten Definition eines Knotensensors Anforderungen: Wasserdruck und Zeit aus Messung (Druck, Zeit) Position des Knotensensors (implizit durch Relation zum Knoten) Identifikation der Messung mit eindeutiger Nummer (nr) Knoten Knoten_Sensor REAL Position nr INTEGER REAL Druck Zeit

22 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 22 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Erweiterungen für Monitoring Erweiterung am Rohr Definition von Rohrsensoren Anforderungen: Fließgeschwindigkeit und Zeit der Messung (Geschwindigkeit) Position des Rohrsensors (implizit durch Relation zum Rohr) Identifikation der Messung mit eindeutiger Nummer (nr) Rohr Rohr_Sensor REAL Position nr INTEGER REAL Geschwindigkeit Zeit

23 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 23 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Erweiterungen für Monitoring Erweiterung des Systems: Definition von Flüssigkeiten Anforderungen: Name, Viskosität, Dichte STRING Fluid REAL name REAL Viskosität Dichte

24 TU Dresden - Institut für Bauinformatik Folie-Nr.: 24 Bauinformatik II, Softwareanwendungen 1; 9. Vorlesung Wasserversorgungssystem als komplettes Modell


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