Die Dürreych

INSTITUT FÜR HYDROLOGIE UND WASSERWIRTSCHAFT
UNIVERSITÄT KARLSRUHE (TH)
UNIV. PROF. DR.-ING. DR.-ING. E.h. ERICH J. PLATE
Die Dürreych-Datenbank („DUE“)
INHALT
1. Einleitung .................................................................................................................2
2. Datenbankstruktur ...................................................................................................2
2.1 Überblick ............................................................................................................2
2.2 Tabellenbeschreibung ........................................................................................2
3. In der Datenbank mögliche Datentypen (Beispiele) ................................................4
3.1 Einzelmessungen / -analysen an verschiedenen Orten .....................................4
3.2 Zeitreihe .............................................................................................................4
3.3 Klimastation .......................................................................................................5
3.4 Bodenprofil .........................................................................................................5
4.Tabelleninhalte .........................................................................................................6
4.1 Kennung der Messorte (feature_ID, 6-stellige Zahl) ..........................................6
4.2 Derzeitige Tabelleninhalte (Auswahl) .................................................................6
5. Erstellung eigener Datentabellen ............................................................................9
5.1 Feste Kennung...................................................................................................9
5.2 Kennungen, die i. A für alle Daten eines Datensatzes gleich sind: ....................9
5.3 Meßwertspezifische Kennungen ........................................................................9
5.4 Meßwert / Meßzeitpunkt.....................................................................................9
5.5 Beispiel ..............................................................................................................9
6. Literatur .................................................................................................................10
Autor: Markus Casper, IHW / IWK
Stand: 09/1997
1. Einleitung
Im Rahmen des Dürreych-Projektes wurde eine Datenbank eingerichtet. Das
Datenbankmanagementsytem (DBMS) ist ORACLE (V8.0i). Die Datenbank hat eine
spezielle Struktur, die es erlaubt, sowohl zeitlich variable als auch zeitlich feste
Daten in einem gemeinsamen Format abzuspeichern. Die Idee stammt aus [1].
Die Daten haben zudem einen eindeutigen Raumbezug über ein gemeinsames
Koordinatensystem.
Dieser Text gibt einen Überblick über die Struktur und die
Verwendungsmöglichkeiten der Datenbank.
Die Datenbank liegt auch als MS-Access-Datenbank vor, hier fehlt jedoch die
Umsetzung einige Constraints in der Datenmodellierung. Der Datenumfang ist
jedoch der gleiche (Stand der Messdaten: Dezember 1999).
2. Datenbankstruktur
2.1 Überblick
Die Datenbank enthält zur Zeit 7 Tabellen
(SQL: select * from cat)
1. measure1
2. description
3. unit
4. method
5. quality
6. status
7. editor
Die Datenbank ist jederzeit durch weitere Tabellen zu erweitern. Dabei ist
sicherzustellen, daß Ort- und Zeitbezug über die bestehenden Tabellen hergestellt
wird, dies erleichtert die zeit- und raumbezogene Datenabfrage.
2.2 Tabellenbeschreibung
Eine genaue Beschreibung der Tabellen folgt in diesem Abschnitt. In der ersten
Spalte ist angegeben, ob es sich um einen sogenannten Tabellenschlüssel handelt.
Für den Anwender bedeutet dies, das diese Daten in jedem Fall vorliegen müssen.
Ansonsten werden die Datensätze nicht akzeptiert.
Die Namen der Felder entsprechen denen in der realen Datenbank.
Die eigentlichen Daten (Meßwerte) der Datenbank werden in der Tabelle „measure1“
etwas verschlüsselt abgelegt.
Wichtig ist jedoch, daß jedem Wert ein Ort (feature_ID), eine Methode (method_ID),
eine (physkal.) Einheit (unit_ID), eine Qualitätskennung (quality_ID), eine
Bearbeitungsstatus (staus_ID) und eine Herkunftskennung (editor_ID) zugeordnet
2
ist. Hiermit ist es immer sichergestellt, daß die Daten innerhalb der Datenbank
vollständig beschrieben sind (Metainformation).
1. measure1 (Haupttabelle)
FELD
Schlüssel
feature_ID
Schlüssel
time
value
Schlüssel
unit_ID
Schlüssel
method_ID
quality_ID
status_ID
editor_ID
Beschreibung
Messpunkt-ID
Datum/Uhrzeit
Messwert
Physikal. Einheit des
Messwertes
Benutzte Methode
Datenqualität
Datenstatus
Bearbeitungs-ID
Format
integer, 6-stellig
TT.MM.JJJJ hh:mm:ss
#####,###
integer, 3-stellig
integer, 4-stellig
integer, 2-stellig
integer, 2-stellig
integer, 3-stellig
Die nun folgenden Tabellen enthalten die Beschreibung der Attribute aus der
Haupttabelle (feature_ID, unit_ID, method_ID, quality_ID, status_ID, editor_ID)
2. description (Messpunktbeschreibung)
diese Tabelle beschreibt die einzelnen Messpunkte (feature)
FELD
Beschreibung
Schlüssel
feature_ID Messpunkt-ID
X
X-Koordinate (G-K)
Y
Y-Koordinate
Z
Hoehe relativ zur Gelaendeoberflaeche
name
Bezeichnung des Messpunktes
location
extent
Bezeichnung des Messortes
Bezugsflaeche
Format
s.o.
integer,7-stellig
integer,7-stellig
#####,###
Bel. Zeichen
(char)
char
cha
Das Feld extend beschreibt den Bezugsraum des Meßortes. Z.B. Gesamtgebiet für
den Hauptpegel Dürreychbach
3. method (Methode)
FELD
Schlüssel
method_ID
type
description
imko_SN
support
unit_ID
Beschreibung
ID der Methode
Art der Messung
Genaue Beschreibung des Geraetes
IMKO-Seriennummer, sonst 0
Messvol./Flächen-/Längenbezug
Einheit des support
Format
s.o.
char
char
integer, 4-stellig
integer, 6-stellig
s.o.
Das Feld imko_SN ist für Sensoren der Firma IMKO vorbehalten. Sie werden vom
IHW vielfach eingesetzt. In das Feld support ist eine Zahl einzugeben, die durch
unit_ID genauer beschrieben wird. Dies ermöglicht eine Information über den
Gültigkeitsbereich der einsetzten Meßmethode
4. unit (Einheit)
FELD
Beschreibung
3
Schluessel
unit_ID
ID- der (physikal.) Einheit
description Bezeichnung der Einheit
Über die unit_ID sind auch andere Kennungen möglich. Z.B. wenn das Feld value in
der Tabelle measure1 eine Vegetationsaufnahme-Nummer bezeichnet. Für die
Vegetationsaufnahmen wären wegen der völlig anderen Datenstrukur jedoch neue
Tabellen anzulegen.
5. quality (Datenqualität)
FELD
Beschreibung
Schluessel quality_ID
description Datenqualitätskennung
6. status
Schluessel
FELD
Beschreibung
status_ID
description Bearbeitungs-Status
7. editor (Datenquelle/Bearbeiter)
FELD
Beschreibung
Schluessel editor_ID
description Name des Autors/der Quelle
address
Adresse des Autors
location
Fund-/Archivierungsort/Bibliotheksnr.
3. In der Datenbank mögliche Datentypen (Beispiele)
3.1 Einzelmessungen / -analysen an verschiedenen Orten
(z.B. Abflußmessungen, Nährstoffanalysen, Wasseranalysen)
mehrere Orte, einer bis wenige Zeitpunkte
3.2 Zeitreihe
1 Ort, viele Zeitpunkte -> feature_ID fest; value, time variabel
measure1(Beispieldatensatz)
(SQL: select * on measure1 where (time between ‘01.01.1907 01:01:01’ and
‘01.01.1907 01:01:41’) and (feature_ID = 100001)
4
3.3 Klimastation
1 Ort, viele Meßpunkte, viele Zeitpunkte -> feature_ID, value, time variabel,
identischer Eintrag in description.location.
in Tabelle description steht dazu:
(SQL: select * from description where location = ‘Klimastation Forsthaus’)
3.4 Bodenprofil
1 Ort, viele Messpunkte und -methoden, 1 Zeitpunkt -> feature_ID, value, unit_ID,
method_ID variabel, time fest
Beispiel: pH (unit_ID=103, method_ID=4010) und Ton-Gehalt (unit_ID=400,
method_ID=4011) am Ort „Bodenprofil Seemisskar“ in 6 Tiefen; Größe der
Probennahmezylinder: 100 cm2 -> support 100, unit_ID 11 in tabelle method)
measure1
(SQL: select * from measure1 where (description.location=‘Bodenprofil Seemisskar’)
and (description.feature_ID=measure1.feature_ID)
description
5
method
4.Tabelleninhalte
Für die Eingabe von Daten ist die Kenntnis der Tabellen 2 bis 7 wichtig. Andernfalls
können die jeweiligen Kennungen nicht direkt eingeben werden.
4.1 Kennung der Messorte (feature_ID, 6-stellige Zahl)
1. Stelle
1
2
3
4
5
6
7-9
Messart
Hydrologie: Flußpegeldaten/Wasserdaten
Hydrogeologie: Quellpegel/Wasserdaten
Klima-/Wetterdaten
Bodendaten
Vegetationsdaten
Geologische Daten
noch frei
2.-4. Stelle Meßort, somit pro Meßart 1000 Orte
5.+6.Stelle Messgerät-Nr., somit pro Messstelle 100 Sensoren, Profiltiefen bzw.
Probennahmepunkte
Die Nummer können von jedem Nutzer selbst vergeben werden. Allerdings ist vor
der eigentlichen Dateneingabe (z.B. value in measure1) der Meßpunkt in der Tabelle
description zu beschreiben. Andernfalls verweigert die Datenbank die Dateneingabe.
4.2 Derzeitige Tabelleninhalte (Auswahl)
description
FEATURE_ID
100001
300101
300102
300103
300104
300106
300200
300114
300108
300201
300110
300202
300112
300113
300100
300203
300204
X
Y
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Z
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-0,2
-0,4
-0,8
-0,2
-0,4
-0,5
1,5
2
-0,4
2
-0,2
1,5
0
-0,1
-0,1
-0,35
NAME
Pegel
Bodentemperatur2
Bodentemperatur3
Bodentemperatur4
Bodenfeuchte
Bodenfeuchte
Bodentemperatur1
Regenmesser
Wind
Bodentemperatur2
Luft
Bodentemperatur3
Strahlung
Zentralstation
Bodentemperatur1
Bodentemperatur4
Bodenfeuchte
6
LOCATION
Hauptpegel Duerreych
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Forsthaus
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
EXTENT
Gesamtgebiet
300206
300208
300210
300212
300213
300214
300115
300117
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-0,2
2
2
1
0
1,5
-0,15
-0,3
Bodenfeuchte
Wind
Luft
Strahlung
Zentralstation
Regenmesser
Bodenfeuchte
Bodenfeuchte
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Freiflaeche
Klimastation Forsthaus
Klimastation Forsthaus
Anm.: die Z-Koordinate bezieht sich immer auf GOK (Geländeoberkante). Eine
Unrechnung in m üNN kann über das DGM erfolgen.
unit
UNIT_ID
1
2
3
4
5
10
11
12
13
14
20
21
22
23
24
300
301
302
303
100
305
306
307
101
40
102
103
104
105
106
107
30
108
0
200
310
DESCRIPTION
mm
cm
dm
m
km
mm2
cm2
dm2
m2
km2
mm3
cm3
dm3
m3
km3
Grad Celsius
Grad Kelvin
%Luftfeuchte
W/m2
mikroS (LF)
Vol-%
(Bodenfeuchte)
Volt
Grad (360)
mS (LF)
%
S (LF)
pH
mmol/l
mol/l
mikrog/l
mg/l
m/s
g/l
keine Einheit
l/s
mm/h
7
status
quality
editor
method
METHOD_ID
1
2
3
5
6
10
11
12
1000
1001
1002
1003
1004
1005
1006
1007
1008
1009
1010
1011
1012
1013
1014
1015
1016
1017
1018
1100
1101
1102
1103
1104
1105
1106
1107
1108
1109
1110
1111
TYPE
Pegel
Pegel
Pegel
Pegel
Pegel
Temperatur
Leitfähigkeit
pH
Temperatur
Temperatur
Temperatur
Temperatur
Bodenfeuchte
rel. elektr.
Leitfaehigkeit
Bodenfeuchte
Bodenfeuchte
Windgeschwindigk
eit
Windrichtung
Temperatur
Luftfeuchte
Strahlungsbilanz
Zentralstation
Regenmesser
Bodenfeuchte
Leitfähigkeit
Bodenfeuchte
Leitfähigkeit
Temperatur
Temperatur
Temperatur
Temperatur
Bodenfeuchte
rel. elektr.
Leitfaehigkeit
Bodenfeuchte
DESCRIPTION
Schreibpegel-Ott 1:2,5
Schreibpegel-Ott 1:5
Schreibpegel-Ott 1:10
Drucksonde-ISCO
Ultraschallsonde
Temperaturmodul YSI
600
Leitfähikeitsmodul
YSI
600
pH-Modul YSI 600
Pt-100 Kanal1
Pt-100 Kanal2
Pt-100 Kanal1
Pt-100 Kanal2
TDR Kanal1
TDR Kanal2
TDR Kanal1
TDR Kanal2
Wind Kanal1
Wind Kanal2
Luft Kanal1
Luft Kanal2
Globalstrahlungsgeber
Spannungsmesser
Regenwippe
TDR Kanal1
TDR Kanal2
TDR Kanal1
TDR Kanal2
Pt-100 Kanal1
Pt-100 Kanal2
Pt-100 Kanal1
Pt-100 Kanal2
TDR Kanal1
TDR Kanal2
TDR Kanal1
rel. elektr.
TDR Kanal2
Leitfaehigkeit
Windgeschwindigk Windgeschwindigkeit
eit
Kanal 1
Windrichtung
Windrichtung
Kanal 2
Temperatur
Luft Kanal1
Luftfeuchte
Luft Kanal2
8
IMKO_SN
0
0
0
0
0
0
0
0
1267
1267
1421
1421
1583
1583
3752
3752
1133
1133
5038
5038
5786
0
1460
1438
1438
5964
5964
1619
1619
1695
1695
3622
3622
3751
3751
5738
4992
1136
1136
SUPPORT
UNIT_ID
10
10
10
10
20
20
20
20
10
10
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
13
13
23
23
13
200
20
20
20
20
10
10
10
10
20
20
20
20
10
10
1
1
11
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
13
13
23
23
1112 Strahlungsbilanz
1113 Zentralstation
1114 Regenmesser
Globalstrahlungsgeber
Spannungsmesser
Regenwippe
5785
0
1461
1
0
200
13
0
11
measure11(Enthält alle Messdaten!!)
Anm.: Dies ist auch das Format für alle eigenen Tabellen
5. Erstellung eigener Datentabellen
Für die Erstellung eigener Datentabellen sollte das Programm MS-EXCEL verwendet
werden. Eine Standard-Datei ist auf Diskette oder per E-mail erhältlich.
Die Erstellung gliedert sich in vier Schritte:
5.1 Feste Kennung
editor-ID: Für alle MitarbeiterInnen festgelegt, bleibt in allen Datensätzen gleich, die
aus der Hand ein- und derselben Person kommen.
5.2 Kennungen, die i. A für alle Daten eines Datensatzes gleich sind:
status-ID Bearbeitungsstand (Rohdaten, überprüft etc.)
quality-ID: Datenqualität ist im Allgemeinen 1 (=ok), andere Daten sollten nicht in der
Datenbank landen. Bei Zeitreihen ist die Fehlerlosigkeit jedoch nicht
gewährleistet, hier markiert mensch Meßfehler, Datenverluste, unsichere
Daten etc.
5.3 Meßwertspezifische Kennungen
Jeder Meßwert muß einem Meßpunt (feature-ID) und einer physikalischen Einheit
(unit-ID) zugeordnet werden. Desweiteren ist die Meßmethode (method-ID) zu
spezifizieren.
5.4 Meßwert / Meßzeitpunkt
Jeder Meßwert (value) ist durch eine Zeit (time) im Datumsformat (TT.MM.JJJJ
hh:mm:ss) zu ergänzen.
5.5 Beispiel
Es wird empfohlen für jeden Meßpunkt oder auch Meßort, jeweils eine neue Tabelle
anzulegen, um die Tabellen übersichtlich zu halten.
Beispiel: Nährstoffanalytik an einem Ort und in 5 Bodentiefen:
9
1. Kennung Bearbeiter: xy
2. Kennungen quality-ID: 1 (ok), status-ID: 3 (überprüft)
3. Kennungen Meßwerte: feature-ID: Meßort 5003xx, Meßpunkte 500301 bis 500305
unit-ID: 107 (mg/l), method-ID: 5003 (Mg-Bestimmung, photometrisch)
4. Meßwert: value / time
6. Literatur
[1] Tindall, Isabella, C.; 1996: LandOceanInteraction Study: a new approach to
managing spatial and time series for an interdisciplinary scientific
research programme; In: HydroGIS’96;IAHSPubl. no. 235, 1996,
Oxfordshire
[2] Achilles, Albrecht; 1995: SQL: standardisierte Datenbanksprache vom PC bis
zum Mainframe; von dBASE IV bis zu DB2 und SQL DS / von
Albrecht Achilles. , 5.; durchges. Aufl.. - München : Oldenbourg,
1995. - XIII, 204 S. ISBN 3-486-23509-5 .
[3] Marsch, Jürgen ; Fritze, Jörg; 1995: SQL: eine praxisorientierte Einführung /
Jürgen Marsch ; Jörg Fritze. , 3., verb. Aufl.. - Braunschweig ;
Wiesbaden : Vieweg, 1995. - XII, 258 S.; ISBN 3-528-25210-3 .
10