Formale semantische Modellierung von geomorphologischen Objekten und Prozessen des Hochgebirges zur Repräsentation in einem Geoinformationssystem (GIS)

Abstract

Die vorliegende Arbeit ist im Graduiertenkolleg “Das Relief- eine strukturierte und veränderliche Grenzfläche" an der Universität Bonn entstanden. Sie befasst sich mit der formalen semantischen Modellierung und geometrischen Repräsentation von Wänden und steilen Hangbereichen als besondere Stellen des alpinen Reliefs. Im Fokus stehen die Fragen, wie geomorphologisches Fachwissen auf Grundlage internationaler Standards formalisiert und die im Rasterformat nicht zu fassenden Geometrien dieser z. T. überhängenden Formen repräsentiert werden können. Dabei muss der diskursive Formalisierungsgrad innerhalb der Geomorphologie dem Formalisierungsanspruch der Geoinformation angepasst werden. <br /> Wände und steile Hangbereiche stellen ein bedeutendes Naturgefahrenpotential für alpine Gebiete der gesamten Welt dar. Mit Felswänden verbundene Prozesse, wie Felsstürze oder Steinschlag, bedrohen Siedlungen und Tourismus. Die Erforschung dieser Landformen ist Aufgabe der Geomorphologie. Eine auf Rasterdaten basierende Repräsentation ermöglicht allerdings keine ausreichende Analyse dieser z. T. überhängen den Bereiche des Georeliefs. Auch liegen keine weiterreichenden formalen semantischen Modellierungen der betrachteten Objekte, ihrer funktionalen Beziehungen und anderer, grundlegender Konzepte der Fachwissenschaft vor. Eine geeignete geometrische Repräsentation und eine formale Semantik auf Grundlage internationaler Standards sind aber Voraussetzung für den weltweiten Austausch von Informationen innerhalb der Geomorphologie. <br /> Hier wird eine formale semantische Modellierung der grundlegenden Konzepte der alpinen Geomorphologie, insbesondere aber von Wänden und steilen Hangbereichen vorgelegt. Dafür wurde das geomorphologische Wissen gesichtet und in die formale Sprache UML überführt, die eine Implementierung des Modells in ein Gl-System ermöglicht. Als geometrische Repräsentationsform, die einen Austausch von Daten garantiert, wurde der ISO 19107 „Spatial Schema" gewählt. Eine semantische Modellierung geomorphologischer Konzepte auf Grundlage internationale Standards ist durchführbar und weist weitreichende Vorteile auf. Diese sind vor allem die Repräsentation von 3D-Geometrien. Weiter können auf Klassenkonzepte basierende semantische Modellierungen in DBMS überführt und die modellierten Phänomene damit informationstechnisch verarbeitet werden.

This thesis was written within the research training Group "Landform - a Structured and Variable Boundary Layer". It occupies itself with formal semantic modelling and geometric representation of walls and steep slopes for financial geoinformational purposes. The main focus is on the questions of how to formalise specific knowledge of geomorphology on the basis of international Standards and how to represent the geometries of partially overhanging forms, which cannot be captured in raster format, with concepts of geoinformation. Therefore, the semantic gap between geomorphology and geoinformation has to be considered. <br /> Walls and steep slopes are a major threat in alpine regions all over the world. Processes associated with rockwalls, such as rockfall, threaten settlements and the tourist infrastructure. It is the task of geomorphology to investigate these landforms. Because of their Special processes and their signihcance within the concept of the sediment cascade, the investigation of these landforms is of Special interest. A representation based on raster data does not, however, render a sufficient analysis of these parts of the georeliefs possible, as partially overhanging walls cannot be captured from above. Moreover, farreaching formal semantic modelling of the objects in question, their functional relations and other basic concepts of geomorphology do not yet exist. However, a suitable geometric representation and formal semantics based on international Standards are prerequisites for the analysis of objects, their genesis and their interaction in a GIS. They are therefore vital for interdisciplinary investigation of land surfaces and the interchange of information. <br /> The present work introduces a formal semantic model of basic geomorphological concepts, focused on walls and steep slopes. For this task, the specific existing geomorphological knowledge was screened and transferred into UML, which enabled an implementation of the model in a database management system. The ISO 19107 „Spatial Schema" was chosen as a geometric form of representation that guarantees an easy data exchange. <br /> Semantic modelling of geomorphological concepts based on international Standards is feasible and offers a number of advantages. Apart from rendering a differentiated investigation possible, these are especially the representations of 3D geometries. Furthermore, semantic modelling based on class concepts can be transferred into the DBMS and thus the modelled phenomena can be processed.