A language to describe geographic physical processes / Barbara Hildegard Hofer

• VerfasserIn: Hofer, Barbara Hildegard
• Place / Publishing House: 2009
• Year of Publication: 2009
• Language: English
• Classification: 74.48 - Geoinformationssysteme; 38.09 - Physische Geographie; 38.03 - Methoden und Techniken der Geowissenschaften
• Physical Description: XIII, 121 Bl.; Ill., graph. Darst.
• Notes: Zsfassung in dt. Sprache

ger: Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es die Anforderungen der Prozessmodellierung besser zu verstehen um langfristig geographische Informationssysteme (GIS) mit Funktionalität zur Prozessmodellierung erweitern zu können. Die Integration von Methoden zur Prozessmodellierung in GIS, die den Anforderungen verschiedenster Anwendungsbereiche gerecht werden, ist nicht realisierbar. Daher muss eine Abstraktion von den Details quantitativer Modellierung durchgeführt und eine allgemeine Methode zur Prozessmodellierung angestrebt werden.<br />In dieser Forschungsarbeit wird eine systematische Analyse mathematischer Modelle geographischer Prozesse durchgeführt um eine allgemeine Methode zur Beschreibung dieser Prozesse zu definieren; der Fokus ist hierbei auf geographisch physikalischen Prozessen. Die allgemeine Beschreibungsmethode ist eine Prozessbeschreibungssprache, die aus drei Komponenten besteht:<br />* einem Vokabular; das sind die mathematischen Operatoren, die ein Modell beschreiben; * Regeln zur Zusammensetzung der Elemente des Vokabulars; * einer graphischen Benutzerschnittstelle, die die Benutzer durch die Modellierung führt.<br />Die Methode zur Spezifizierung des Vokabulars basiert auf Wissen über die Modellierung physikalischer Prozesse mit deterministischen Modellen.<br />Geographisch physikalische Prozesse sind eine Untergruppe physikalischer Prozesse, was die Anwendung physikalischer Prinzipien in der Modellierung dieser Prozesse ermöglicht. Eine Analyse des Massenerhaltungssatzes führt zum Vokabular der Prozessbeschreibungssprache. Die Ableitung des Vokabulars von mathematischen Gleichungen liefert die Regeln zur Zusammensetzung der Elemente des Vokabulars. Die Elemente der Benutzerschnittstelle werden aus der allgemeinen Vorgehensweise bei der Spezifikation von deterministischen Modellen abgeleitet.<br />Das Resultat dieser Arbeit ist eine Prozessbeschreibungssprache, die es erlaubt das Verhalten von Prozessen auf einer qualitativen Ebene zu beschreiben, und die es ermöglicht Beschreibungen von Prozesskomponenten zu Modellen zusammenzusetzen. Eine Benutzerschnittstelle führt den Nutzer von einer Konzeption des Verhaltens eines Prozesses zu Gleichungen die den Prozess beschreiben. Die Anwendung der Prozessbeschreibungssprache wird an zwei Beispielen demonstriert: der Ausbreitung von Giftstoffen in einem See und der Ausbreitung von Abgasen eines Fabriksschlots. Das Ergebnis der Anwendung der Prozessbeschreibungssprache ist die Spezifikation der Prozesse zusammen mit benötigten Anfangs- und Randbedingungen sowie Parameterwerten. Die erstellten Modelle werden als Modellentwürfe bezeichnet; diese Modellentwürfe beinhalten die benötigte Information zur Simula- tion der Prozesse. Diese Arbeit stellt die Basis für die Implementierung einer Prozessbeschreibungsumgebung zur Verfügung, die die Integration von Funktionalität zur Prozessmodellierung und GIS voranbringen kann.<br />

eng: The goal of this research is to better understand requirements of process modeling in order to extend geographic information systems (GIS) with functionality for process modeling in the long term. The integration of sophisticated process modeling capabilities in GIS that address the specialized methods of different application areas and disciplines is not realistic. An abstraction from details of quantitative process modeling is required to identify generic process modeling functionality. This research carries out a systematic analysis of mathematical models of geographic processes with a focus on geographic physical processes in order to develop a generic method to describe these processes: a process description language. This language consists of:<br />* a vocabulary consisting of mathematical operators to describe the model; * composition rules for combining the terms of the vocabulary to models; * a visual user interface to guide through the modeling procedure.<br />Geographic physical processes are a subgroup of physical processes, which suggests the applicability of physical principles to the modeling of geographic physical processes. An analysis of the mass conservation equation leads to the vocabulary of the process description language.<br />The foundation of the vocabulary in mathematical equations provides the rules for composing the terms of the vocabulary. The user interface is derived from the general procedure of establishing deterministic process models.<br />The result of this research is a process description language that provides a possibility to describe process behaviors on a general level and to compose descriptions of process components to models. A user interface guides the user from a conceptualization of a process to equations modeling the process. The application of the process description language is tested for two geographic physical processes: the spread of a pollutant in a lake and the dispersion of exhaust fumes of a factory. The output of the application of the process description language is the specification of the behavior of a process together with the indication of required parameters, initial and boundary conditions. The resulting models are considered as sketch models that provide the required information to simulate the processes. This research provides the basis for the implementation of a process description tool that supports the linkage of process modeling and GIS.<br />