Datenlexikon und Mini-Spezifikation Gliederung: Datenlexikon 1 Notation und Operatoren 2 Datenbeschreibung für das River Datenmodell 3 Essentielle Aktivität und Basis-Prozesse 4 Mini-Spezifikationen 5 Entscheidungsbaum und Abfrageweichen 6 Datenlexikon und Mini-Spezifikation 7 Strukturierte Modellsprache 8 Kommunikationsmodell 9

Ein Datenlexikon ist notwendig, da die verschiedenen Datenmodelle (Datenflussdiagramm, Kontextdiagramm, konzeptionelles Modell, physikalisches Modell) keine Mög- lichkeit bieten, Datenspeicher und Datenflüsse ausreichend genau zu beschreiben. 2 Datenlexikon Sinn der Datenbeschreibung Ein Datenlexikon dient dem gleichen Zweck wie ein anderes A – Z sortiertes Lexikon: Man wählt einen Datenspeicher oder einen Datenfluss und schlägt seine Definition oder Beschreibung nach. 1 Datenspeicher und Datenflüsse werden nicht nur im Hinblick auf ihre Bedeutung für das untersuchte und dargestellte System beschrieben, sondern müssen das Generische des Datentransfers als Basis für eine Regionalisierung herausstellen. 1 Für den Aufbau eines Datenlexikon ist folgendes zu beachten: 3

Datenlexikon Notation und Operatoren Die generische Beschreibung basiert auf einer sorgfältigen Recherche der zugehörigen nationalen und internationalen Literatur. 2 Um die Definitionen eines Datenlexikon allgemein verständ- lich zu gestalten benötigt man eine geeignete Notation mit den folgenden Operatoren: 4 =Zusammenstellung für einen Datenfluss, Datenspeicher oder eine Entität 1 +Kombination von Komponenten in einer Auflistung 2 ( )optionales Datenelement 3 { }dieses Datenelement wird wiederholt 4 [ ]entweder dieses Datenelement oder dieses Datenelement 5 * *begrenzen Kommentare zum besseren Verständnis 6

Datenlexikon Notation und Operatoren Bsp.: Niederschlag = flüssiger Niederschlag + fester Niederschlag flüssiger Niederschlag = Regen + (abgesetzter Nebel) + (Tau) fester Niederschlag = Schnee + (Hagel) + (Graupel) + (Raureif) Gebietsniederschlag = {HRU-Niederschlag} Bsp.: Gebietsabfluss = Abfluss am Pegel + (Grundwasserabfluss am Pegel vorbei) + {(Wasserableitungen aus dem EZG) + (Tiefenversickerung) 5 Besteht eine Definition aus Datenelementen, die weiter unterteilt werden können, so ist dies – wie oben gezeigt - bis zur Ebene der Basis-Datenelemente durchzuführen. 6

Kardinalitäten, die mandatory sind, können ebenfalls im Datenlexikon dargestellt werden, wenn sie von Bedeutung für das Verständnis des Modells und der Systemdynamik sind. 8 Datenlexikon Notation und Operatoren Ein Basis-Datenelement ist erreicht, wen ihm ein Wert zugeordnet werden kann. Dies kann durch folgende Angaben erfolgen: Name = *Datenelement* Name = *Datenelement. Englischer Flussname* Name = *Datenelement* [*Rhein* | *Rhine River*] 7 Für das River Datenmodell würde der Datenfluss zwischen den Entitäten River und RiverSegment dann folgendermaßen lauten: RiverSegment = River + 1 {RiverSegment} n 9

Datenlexikon Physikalisches Datenmodell: River

River*Entität. Gewässer * ={ River_ID + riverName } River_ID=*Datenelement. Ganzzahliger Wert* riverName=*Datenelement. Gewässername in Landessprache* RiverSegment *Entität: digitalisiertes Flusssegment* = { RiverSegment_ID + River_ID + HortonNumber + width_m + depth_m + hydraulicRadius + gradient + drainageArea_sqkm + CrossProfile_ID + BedMaterial_ID + Document_ID } segments = *Relationship. Kardinalität: mandatory, mindestens 1 digitalisiertes Flussegment.* 2 Datenlexikon Datenbeschreibung für River Das Datenlexikon für River enthält in alphabetischer Reihenfolge die Beschreibung für Entitäten, Relationen und Datenspeichern (SST) des Datenmodells. 1

Das Datenlexikon weist nach, ob diese Anforderung erfüllt ist. Es gilt dann zu spezifizieren, was der Prozess mit den jeweiligen Eingangsdaten machen soll und wie der Austrag erzeugt werden soll. 2 Prozessspezifikationen Essentielle Aktivität und Basis-Prozesse In der Systemanalyse wird ein Arbeitsmodell des Systems erstellt, in dem jeder Systemprozess die Eingangsdaten bekommt, die er zur Erstellung der Ausgangsdaten benötigt. 1 Auf der höchsten Ebene werden die Systemreaktionen in einem ‚Knoten‘der essentielle Aktivität zusammengeführt. 1 Dies erfolgt in der Prozessspezifikation, die für verschiedene Ebenen durchgeführt werden kann. Dabei ist folgendes zu beachten: 3 Diese Aktivität kann in Basis-Prozesse zerlegt werden, die in entsprechenden Mini-Spezifikationen beschrieben werden. 2

Prozessspezifikationen Mini-Spezifikation Die Festlegung der untersten Prozessebene bleibt dem Systemanalytiker überlassen. Es kann die Ebene der Prozessmodelle sein, die als Basis-Prozesse durch entsprechende Mini-Spezifikationen beschrieben werden. 1 Die höchsten Ebene wäre die Ebene der ‚Verdunstung‘ mit dem ‚Knoten‘ der Evapotranspiration als essentielle Aktivität. 1 Beispiel: Die Verdunstung setzt sich aus der Evaporation von freien Wasseroberflächen sowie aus dem Boden und der Transpiration der Pflanzen zur Evapotranspiration zusammen. 2 Die Basis-Prozesse wären die Evaporation und Transpiration, die beide von der Sonnenenergie und dem Wind mitbestimmt werden. 2 Diese Eingangsdaten werden in den Prozessmodulen durch parametergesteuerte Algorithmen verarbeitet. 3

Prozessspezifikationen Mini-Spezifikation TE Evapotranspiration Meteorologische Daten ++ Verdunstung Die ensprechenden Spezifikationen wären: 3 Meteorologische Daten = Einstrahlung + Wind 1 E = empirisches Haude-Modell T = empirisches Penman-Monteith-Modell 2 ET = E + T ET = Verdunstung 3

Die Basis-Prozesse wären die die jeweiligen physikalisch basierten Prozesse in den Prozessalgorithmen, die durch die Mini- Spezifikation und das Datenlexikon beschrieben werden. 2 Prozessspezifikationen Mini-Spezifikation Die überwiegende Anzahl von Prozessmodellen ist physikalisch basiert, aber empirisch, d.h. auf der Basis von detaillierten Messreihen von Systemvariablen hergeleitet worden. 4 Bei komplexen Prozessmodellen ist es deswegen sinnvoll, den Modellalgorithmus als ‚essentielle Aktivität‘ zu sehen und in die integrierten Basis-Prozesse aufzulösen. 5 Die höchsten Ebene wäre die Ebene der ‚Verdunstung‘ mit den beiden ‚Knoten‘ der Transpiration und Evaporation als essentielle Aktivitäten. 1 Beispiel: Verdunstung = Transpiration + Evaporation 6

Prozessspezifikationen Mini-Spezifikation Einen Hinweis auf die Lage der ‚untersten Ebene‘ für die Basis-Prozesse ist die Fähigkeit, den Prozess in der Mini- Spezifikation noch durch einfache mathematische Operatoren ausdrücken zu können. 7 Zu diesen wären zu zählen:+, -, *, /, E**, Σ, ln, lg,. Bsp.: Gebietsniederschlag n. Thiessen-Polygon Modell N EZG = (ΣN Polygon ) * A Polygon )/A EZG 8 Um die Mini-Spezifikation nicht ‚unlesbar‘ zu machen, sollte man im Datenlexikon auf die Literatur verweisen, die als Grundlage für den Prozessalgorithmus verwendet wurde. Durch Angabe einer Datenbankadresse kann der Anwender die Angaben dann direkt einsehen. 9

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Mikroskala

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Pediment mit Oberflächenabfluss

Prozessspezifikation Prozessanalyse: versiegelte Bodenoberfläche

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Doppelring-Infiltrometer

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Bodenprofil auf Pediment

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Oberflächenabfluss

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Oberflächenabfluss

Prozessspezifikation Prozessanalyse: durchwurzelte Bodenzone

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Perkolation

Prozessspezifikation Prozessanalyse: Bodenporen

Prozesse und Datenverknüpfung Entscheidungsbaum Die Aufteilung der essentiellen Aktivität in die zugehörigen Basis-Prozesse und ihr späteres Zusammenfügen in der Systemsynthese lässt sich graphisch folgendermaßen darstellen: 1 Entscheidungsbaum: Konditionsgesteuerte Verzweigung der Prozessabläufe basierend auf binären Abfragekonditionen. 1 ja T-Modell MD Veg Bod nein T = 0 ja E-Modell nein E = 0 Verdunstung ET Σ

Prozesse und Datenverknüpfung Abfrageweichen im Flussdiagramm Entscheidungsweichen: Verzweigung der Prozessabläufe durch Weichen im Flussdiagramm gesteuert von den Abfragekonditionen „ “ ; „ =„ 2 I = N - E pot IkIk N > I k N < I k Abfrageweiche I k OsOs M = N - I k N > O s N > E pot Niederschlag N eff N <= E pot E pot Abfrageweiche E pot E act = E pot - N N = N eff

Prozesse und Datenverknüpfung Datenlexikon und Mini-Spezifikation Datenlexikon und Mini-Spezifikation der zugehörigen Basis- Prozesse werden zusammen mit dem RDBMS in der Systemsynthese zusammengeführt. 2 Datenlexikon: e a =aktueller Dampfdruck (pa) e s =Sättigungsdampfdruck (pa) E act = aktuelle Evaporation (mm) E pot =potentielle Evaporation (mm) I=Infiltration durch die Bo- denoberfläche (mm) I k =Infiltrationskapazität (mm) k=monatl. HAUDE-Faktor M=Muldenrückhalt (mm) N =Niederschlag auf Boden- oberfläche (mm) O s =Oberflächenspeicher (mm) Mini-Spezifikation: E act = tatsächliche Evaporation (mm) E pot =HAUDE-Modell k * (e s – e a ) I=N-Anteil, der durch die Bodenoberfläche in den Boden eindringt (mm) I k =maximal mögliche Infiltration pro Zeiteinheit M=Wasserspeicherung (mm) in Unebenheiten auf der Boden- oberfläche N=verbliebener N-Anteil (mm) O a =Oberflächenabfluss (mm)

Prozesse und Datenverknüpfung Strukturierte Modellsprache Strukturierte Sprache für das Flussdiagramms: *lese alle Daten aus RDBMS* N = N eff *berechne E pot nach HAUDE; s.a. Modellspezifikation in der ange- gebenen Literatur* Epot = k * (e s – e a ) *findet Infiltration statt ?* if (N <= E pot ) then E act = N stop endif E act = E pot N = N - E act *findet Muldenrückhalt statt ?* if (N <= I k ) then I = N stop else I = I k N = N - I k *findet Oberflächenabfluss statt ?* if ( N <= O s ) then M = N stop endif N = N – O s A o = N endif end

Kommunikationsmodell Verfeinerung des Datenflussdiagramms Das Kommunikationsmodell hat die Aufgabe, dem Anwender das entwickelte System so vorzustellen, dass er in der Lage ist es zu bewerten. Hierzu gehört: 1 Die Dynamik des entwickelten Systems nachzuvollziehen und in seiner Gesamtheit zu erfassen, d.h. das System ganzheitlich zu verstehen. 1 An der Entwicklung und Umsetzung der benötigten Aktivitäten (Anschaffungen, Installationen, Trainingsprogramme, Umbauten, Umstellungen) zur Implementierung des Systems verantwortlich mitzuarbeiten. 2 Das Kommunikationsmodell stellt somit die Basis für die Implementierung des entwickelten Systemmodells dar. Dabei tritt als weiteres Symbol das Graphische User Interface (GUI) auf, durch das der Anwender interaktiv mit dem System kommuniziert und es steuert. 2 GUI