Kick Off Meeting - FOSSGIS

Virtuelle Integration von Datenquellen mit einer
Graph-Datenbank
(Projekt ArcoFaMa)
Prof. Dr. Petra Sauer
Dipl.-Inf. Frank Herrmann
M.Sc. Jan Matusewicz
19.03.2014
Fossgis 2014
Folie 1
Ausgangssituation beim
Botanischen Garten Berlin







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43 ha Gartenfläche
17.000 m2 unter Glas (Schau- und
Anzuchtgewächshäuser)
Ca. 4000 Bäume
22.000 Pflanzenarten (wiss. Datenbank der Pflanzensammlung)
Be- und Entwässerungssystem z.T.
noch aus den Gründungsjahren 1899
(Fördermenge ca. 80 – 130 Tsd. m3 /
Jahr)
300 CAD-Dateien mit Gartenbau- und
bewirtschaftungsrelevanten Objekten
Aufwendige Sanierung des „Großen
Tropenhauses“ (2006-2009)  z.T.
unter Einsatz von 3D-Gebäudemodellen
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Folie 2
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
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Folie 3
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
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Folie 4
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
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Folie 5
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
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Folie 6
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
4000 Bäume in Baumdatenbank
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Folie 7
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
Entfernung zu Baum 10?
Genauer Standort ?
Weg zum Ausgang ?
Nächster Hydrant ?
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Folie 8
Geoinformation im Kontext
des Botanischen Gartens
300 CAD-Dateien
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Folie 9
Projekt ArcoFaMa:
Zielstellung und Ansatz

Ziel
 Geometrien und Geodaten aus proprietärem CAD-Format in offenes,
interoperables Format überführen
 Geodaten u.a. für das Facility Management nutzbar machen
 Integration mit Datenbeständen des Botanischen Gartens (BGBM)

Problematik
 überwiegend isolierte Datenhaltung von Geo- und FM-Daten
 Überwiegend isolierte Datenhaltung von Geo- und BGBM-Daten

Ansatz
 Regelbasierte Transformation von Geodaten aus CAD-Daten
 Einheitliche Datenhaltung in Geodatenbank
 Aufbau einer Integrationsplattform, um heterogene Daten gemeinsam
zu verarbeiten
 Entwicklung von Anwendungen, die die Integrationsplattform nutzen
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Folie 10
Informationsintegration
Herausforderungen

Verteilung der Datenquellen

Autonomie der Datenquellen

Beachtung der Heterogenität
Zugriff über Browser und/ oder
mobiles Endgerät (App)



externe Dienstleister
mobiler Zugriff für Mitarbeiter
Wissenschaftler und Besucher
 Datenmodell (relational, OO, XML)
Zugriff über Standard-CAFM-Programm


interne Mitarbeiter
externe Dienstleister
über Web-Portal
des CAFM-Systems
ArcoFaMa Integrationsschicht
(Umkreissuche; Routenplanung;
Kartenvisualisierung)
 Strukturell (Schema)
CAFM
(WaveFM)
…
BoGART
Dokumente
(Excel,
CAD,…)
Transform.
z.B. über FME
3DCityDB
BIM-Server
Import über IFC
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Folie 11
Informationsintegration
Entscheidungen

Zugriff über Browser und/ oder
mobiles Endgerät (App)
Virtuelle Integration
 Verknüpfte Informationen
verbleiben in den ursprünglichen
Datenbanken
 Anfrageschnittstellen nutzen
 Keine schreibenden Zugriffe auf
Datenquellen

Metadatenbasierter Ansatz



externe Dienstleister
mobiler Zugriff für Mitarbeiter
Wissenschaftler und Besucher
Zugriff über Standard-CAFM-Programm


interne Mitarbeiter
externe Dienstleister
über Web-Portal
des CAFM-Systems
ArcoFaMa Integrationsschicht
(Umkreissuche; Routenplanung;
Kartenvisualisierung)
CAFM
(WaveFM)
…
BoGART
Dokumente
(Excel,
CAD,…)
Transform.
z.B. über FME
3DCityDB
BIM-Server
Import über IFC
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Folie 12
Metadaten

Informationen zur Beschreibung anderer Daten

Im Kontext einer Integrationsplattform:
 Welche Datenquellen sind verfügbar?
 Wie erreicht man diese Datenquellen? (Technologie, Zugriff)
 Wie sind die Datenquellen strukturiert? (Abbildung)
 Wie können die Datenquellen miteinander verknüpft werden?
(Klassifizierung Knoten / Kanten)
 Welche impliziten Daten können mit einbezogen werden?
(Informationsanreicherung)

Notwendigkeit des Einsatzes eines effizienten
Datenspeichers mit flexiblen Verwaltungsfunktionalitäten
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Graph Datenbanken
Property-Graphen

kombinieren mehrere Besonderheiten:
 Knoten verfügen über Eigenschaften (Schlüssel–Werte-Paare)
 Kanten sind gerichtet und verfügen über einen Namen
 Kanten können über weitere Eigenschaften verfügen

Property-Graphen sind gewichtete, gerichtete und benannte
Multigraphen

Hypergraphen erlauben die Verbindung von Knoten mit
mehr als einer Kante

M/N – Abbildungen können somit vereinfacht dargestellt
werden
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Graph Datenbanken
Prozessierung der Daten

Native Processing Engine – beherrscht indexfreie Adjazenz

Wesentliches Merkmal der effizienten Prozessierung

Knoten haben direkten Verweis auf den Nachbarknoten

Kein ‚Nachschlagen‘ in einem globalen Index nötig

Großer Geschwindigkeitsvorteil gegenüber non native
Graph-DB

Neo4j ist bezüglich der Speicherung und Prozessierung eine
native Graph-Datenbank
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Graph Datenbanken
Neo4j – Open-Source-Graph-DB

Native Processing Engine – beherrscht indexfreie Adjazenz

Seit 2003 in Entwicklung, Firma Neo Technology

Implementiert in der Programmiersprache Java

Version 1.0 im Jahre 2010, aktuell Version 2.0.1

Eigens entwickelter Persistenzmechanismus für die
Speicherung und Verwaltung

Persistenzschicht nutzt per Java NIO Blöcke fester Größe zur
Speicherung von Knoten und Kanten
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Graph Datenbanken

Neo4j – Open-Source-Graph-DB

Unterstützt Transaktionen per JTA, vollständige ACID
Eigenschaften / Garantien
 Atomarität, Konsistenz, Isoliertheit ,Dauerhaftigkeit

Datenzugriff per
 Java API
 Abfragesprache Cypher
 Traverser Framework
 REST Schnittstelle

Abfrage, Verwaltung und Visualisierung über eine
Webapplikation
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Metadatengraph
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Geo-Datenbank
Postgresql / Postgis

Räumlicher Datentyp Geometry (Geography)

Abfrage nach Geometrietyp und SRID
(Koordinatenreferenzsystem)

Eigenschaften werden im Knoten gespeichert
 Geometrietyp (POINT, POLYGON etc.)
 SRID
 Tabellenknoten hält die BoundingBox-Parameter

Identifikation möglicher Relationen über Tabellen hinweg
 Gleichheit der SRID und Geometrietyp
 Überschneidung/Überlappung der von den BoundingBoxen
abgedeckten Zonen
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Metadaten-Graph
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Metadaten-Graph
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Technologien und Werkzeuge
Integrationsplattform
Mobile Apps
Datenaustausch
mit proprietären
Anwendungen (FM)
Fachdaten
Webservices AXIS2
Webfrontend
interaktives
Infoportal
Karten
wms/wfs
GeoServer/GeoTools
JAVA
Datenbankzugriff JDBC
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Eingesetzte Produkte /
Software-Komponenten

CAFM-System

 Wave Facilities (Loy und Hutz)

 Industry Foundation Classes (IFC 4)
 CityGML 2.0
ArcoFaMa Integrationsplattform
 OGC-Services (WebMapService,
WebFeatureService)
 GeoServer (www.geoserver.org)
 NoSQL-Datenbank Neo4j (Metadaten)
 JSON (Webservices)
 Tomcat 6


Verknüpfte Datenquellen
PostGIS 2.0.4
–
3DCityDB-Schema
Software zur Konvertierung
 FME (Feature Manipulation Engine);
Safe Software Inc. (Transformation)
 PostgreSQL 9.3 (Geodatenbank)
–
Schnittstellenstandards
 BIM-Server 1.2 (www.bimserver.org )
 BoGart-Datenbank (MS SQL-Server)
 OpenJump (Java GIS – Rotation,
Koordinationssystem)
 GrassGIS 7
(Koordinatenumrechnung)
 Wave Facilities-Datenbank (MS SQLServer)
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Folie 23
Fazit

Umfangreiche Aufgabenstellung

Umfangreiche empirische Untersuchungen

Best Practice – Ansätze finden

Baustellen :
 Transformation CAD-Daten / CityGML
 Anbindung FM-Daten im IFC-Format
 Weiterentwicklung Integrationsplattform
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Kontaktdaten

M.Sc. Benjamin Peris
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Tel. +49 30 5019 3630
[email protected]
Dipl.-Ing. und Dipl.-Kfm. (FH) Karsten
Schomaker
Botanischer Garten und Botanisches Museum
Berlin-Dahlem
Freie Universität Berlin
[email protected]
www.bgbm.org

Prof. Dr. Petra Sauer
Beuth Hochschule für Technik Berlin
Tel. +49 30 4504 2691
[email protected]
Dipl.-Inform. (FH) Thomas Kalweit
Aviant GmbH
[email protected]
http://www.aviant.de/

Holger Fell
Fell & Kernbach GmbH
[email protected]
http://www.fell-kernbach.de/

Prof. Dr.-Ing. Markus Krämer
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
Tel. +49 30 5019 4236
[email protected]



Dipl.-Inform. (FH) Frank Herrmann
Beuth Hochschule für Technik Berlin
Tel. +49 30 / 4504-3880
[email protected]
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