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ZIM impulse für wachstum

ZIM impulse für wachstum

"Multi-direktionale Kopplung" von Expertensystemen für den Kanalnetzbetrieb zur Vereinheitlichung der Datenbasis und Nutzung von Synergieeffekten"

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieses FuE-Projektes wurde das Verfahren "Multi-direktionale Kopplung" entwickelt. Es gibt den Betreibern von Kanalnetzen eine einfache Möglichkeit, verschiedene Expertensysteme zu koppeln und dadurch eine einheitliche Datenbasis zu schaffen. Das neue Verfahren wurde in das Kanalinformationssystem ++SYSTEMS integriert und erlaubt den Betreibern nun eine einfache vom Benutzer definierbare Verknüpfung der vorhandenen Expertensysteme. Die durchgeführten Arbeiten umfassten im Kern:

  1. Spezifikation und Implementation der "Multi-direktionalen Kopplung". Miteinbezogen ist hier der Datenstrukturkonverter, das Benutzerinterface und die Usabiltiy.
  2. Feldtest: die Anwendbarkeit des Verfahrens wurde mit den Kooperationspartnern AKG Software, Stadtwerke Wesseling, Stadtbetrieb Abwasserbeseitigung Lünen AöR und GS-Service bestätigt.
  3. Aus dem Feldtest und weiteren internen Arbeiten ergibt sich eine beträchtliche Menge an Vorkonfigurationen für die Kopplung verschiedener, marktverfügbarer Expertensysteme.
  4. Vom Ingenieurbüro Scheer wurden die Synergien, welche sich durch die enge Kopplung der Expertensysteme ergibt untersucht, analysiert und bewertet.

Multi-direktionale Kopplung - ++SYSTEMS - DB

Ergebnisse:

A. Multi-direktionale Kopplung
Der Schwerpunkt der Implementation der "Multi-direktionalen Kopplung" lag auf den Bereichen Datenschnittstelle, Benutzerschnittstelle und Object-relational Mapping (Strukturkonverter). Dabei wurde immer versucht einen praktikablen Kompromiss zwischen Komplexität, Funktionsumfang und Usability zu schließen.

A.1. ODBC Datenschnittstelle und Benutzerschnittstelle
Die technische Umsetzung der Datenbankschnittstelle basiert auf der Open Database Connectivity (ODBC) Schnittstelle. ODBC ist eine standardisierte Datenbankschnittstelle, die SQL (Structured Query Language) als Datenbanksprache verwendet. Die Wahl fiel auf ODBC, da sie über eine Programmierschnittstelle (API) verfügt, welche es einer Anwendung erlaubt, unabhängig vom verwendeten Datenbankmanagementsystem (DBMS) auf die gespeicherten Daten zu zugreifen und diese zu manipulieren. Da Microsoft ODBC als strategische Schnittstelle für den Zugriff auf Daten in einer heterogenen Umgebung aus relationalen und rationalen DBMS entwickelt hat und unterstützt, ist ODBC als zukunftssicher anzusehen. Als Benutzerschnittstelle wurde ein vollständig, interaktiv bedienbares Grafikinterface entwickelt. Dem Benutzer werden alle möglichen Konfigurationsparameter individuell in Listen vorgegeben. Er hat diese nur noch wie gewünscht aufeinander abzustimmen. Als Parameter stehen zur Verfügung: Datenbank- und Tabellenauswahl, vollständige Auflistung der ++SYSTEMS Attribute und der Datenbankeinträge, flexible Identifikationsmechanismen, Mappingfunktionen, Auswahlkriterien für die Synchronisation von Teilmengen und Prozessablaufsteuerungsattribute. In erweiterten Einstellungsdialogen können Datenbankmanipulationen via SQL mit einem Austauschformat verbunden werden und der Umgang mit verschiedenen SQL-Dialekten sowie der Umgang mit zu löschenden Elementen angegeben werden.

A.2. Object-relational Mapping (Strukturkonverter)
Die unterschiedlichen Expertensysteme legen die Kanalnetzdaten nicht nur in separaten Containern (Tabellen, objekt-orientierte Datenhaltung, ASCII Dateien) ab sondern auch in sehr unterschiedlichen strukturellen Ausprägungen. Am häufigsten stehen sich hier serielle Datenstrukturen und Baumstrukturen gegenüber. Um diese unterschiedlichen Datenstrukturen aufeinander abbilden zu können reicht eine eins zu eins Zuweisung von Attributen nicht mehr aus. Hierfür wurden Möglichkeiten geschaffen, den Synchronisationsablauf gezielt zu beeinflussen:

  1. Globale Steueranweisungen als logische Ausdrücke (benutzerdefinierbar) und in SQL Syntax. Dies erlaubt die Anwendung der DB-Schnittstelle auf wohldefinierte Teilmengen der strukturell definierten Elementen.
  2. Setzen von Statusfeldern auf Objektebene um Änderungen anzuzeigen und dem auf der Datenbank aufsetzenden System Updatevorgäge und Konvertierungen zuzuweisen.
  3. Modi für Ergänzen, Korrigieren und Löschen können separat sowie in jeglicher Kombination auf Objektebene gewählt werden. Dies gilt sowohl für die ++SYSTEMS- wie auch Datenbankseite.
  4. Angabe eines Wertemappings auf Attributebene. Viele Attribute sind mit Werten aus eindeutig definierten Referenztabellen gefüllt. Dies Referenztabellen unterscheiden sich nahezu in jedem Expertensystem, obwohl die Aussage gleich ist. Ein Beispiel ist hierfür das Entwässerungskennzeichen. In ++SYSTEMS werden diese mit den Anfangsbuchstaben wie M(ischwasser) kodiert. Andere Systeme kodieren diese als MS oder 1.
  5. Konfiguration von Datentypen und Datenlängen. ++SYSTEM geht sehr flexibel mit unterschiedlichen Datentypen um. Datenbanken sind da sehr viel starrer. Es wurde eine Datenkonvertierungsmodul implementiert in dem beliebige Datentypen auf einen fest eingestellten und von der Datenbank lesbaren Type mit fester Länge konvertiert werden.
  6. Auswahlmöglichkeit für verschiedene Datenbank-SQL Dialekte durch einfaches Anhaken.

A.3. Identifikation der Objekte
Die eindeutige Identifikation von Objekten wird in den unterschiedlichen Expertensystemen sehr unterschiedlich definiert und gehandhabt und stellt bei den meisten Datenabgleichen eines der größten Probleme dar. Diese langjährige Erfahrung wurde auch in diesem Projekt und den durchgeführten Praxistests bestätigt. Deshalb wurde in diesem Projekt generell auf eine fest definierte und damit starre Identifikationsvorschrift verzichtet. Für jedes benutzerdefinerte Austauschformat stehen alle verfügbaren Objektattribute und darüber hinausgehend auch neue vom Benutzer eingeführte Attribute zur Identifikation zur Verfügung. Die Identifikation ist auch mit jeglicher Kombination der verfügbaren Attribute möglich.

B. Testumgebungen
Um die Allgemeingültigkeit der "Multi-direktionalen Kopplung" zu überprüfen, wurden eine Reihe von Expertensystemen, Betreibern und Herstellern kontaktiert und um Teststellungen bzw. direktes Mitwirken bei den Funktionstests gebeten. Bei der Auswahl der Expertensysteme für die Teststellungen wurde auf eine große Variation der abgedeckten Themenbereiche geachtet. Nur so kann sichergestellt werden, dass die "Multi-direktionale Kopplung" für alle Aufgabenbereiche des Kanalnetzbetreibers funktioniert. Alle nachfolgend aufgeführten Expertensysteme konnten vollständig an ++SYSTEMS angebunden werden und somit auch untereinander verbunden werden.

  1. Straßenbausoftware VESTRA (AKG Software)
  2. Zentrale Datenverwaltung und Online Publikation PostGreSQL Datenbank / MapBender (Stadtwerke Wesseling)
  3. Grundstücksentwässerungsinformationssystem GEIS und Betriebsführungssoftware Eeis (Stadtbetrieb Abwasserbeseitigung Lünen AöR)
  4. Betriebsführungssoftware GS-Service (Greengate) - Anbindung in Kooperation mit Stadtwerken Wesseling

Projektdurchführung:

  • tandler.com GmbH Umweltinformatik
  • Am Griesberg 25
  • 84172 Buch
  • Telefon 08709/940-40
  • Telefax 08709/940-48
  • info@tandler.com
  • www.tandler.com

Kooperationspartner: