Entwurf eines Informationssystems zur Gehölzverwendung im Freiland unter Berücksichtigung regionaler Besonderheiten Brandenburgs

I

unter Berücksichtigung regionaler Besonderheiten

Brandenburgs

II

  Inhaltsverzeichnis  

1.  Einleitung und Zielstellung  1

2.  Grundlagen der Informationstechnologie  3

2.1  Zum Informationsbegriff  3

2.1.1  Charakteristika des Informationsbegriffs  4

2.1.2  Dimensionen des Informationsbegriffs  5

2.1.3  Information als Wirtschaftsgut  5

2.1.4  Digitale Informationen  6

2.1.5  Daten vs Informationen  7

2.2  Begriffe der Datenverarbeitung  7

2.2.1  Was sind Daten  8

2.2.2  Was ist eine Datenbank  9

2.2.3  Was ist ein Datenbanksystem  11

2.2.4  Was ist ein Informationssystem  12

2.3  Relationale Datenbanken  16

2.3.1  Das Relationale Modell  16

2.3.2  Relationale Objekte  17

2.3.3  Relationale Integritätsregeln  20

2.3.4  Datenmanipulationssprache SQL  21

2.3.5  Relationale Operatoren  21

3.  Konzeption des Informationssystems Gehölzverwendung im Freiland  23

3.1  Bedarfs und Benutzeranalyse  23

3.1.1  Aufgaben und Ziele  25

3.1.2  Expertenbefragungen  27

3.2  Entwurf des Datenmodells  33

3.3  Beschreibung der notwendigen Funktionen  39

3.4  Nutzung und Pflege des Systems  41

4.  Entwicklungsmöglichkeiten und Ausblicke  42

5.  Zusammenfassung  44

6.  Quellenverzeichnis  45

7.  Anhang  48

III

  Abkürzungsverzeichnis  

  Abb. Abbildung  

  Bit engl. Binary Digit (binäre Ziffer)  

  bzw. beziehungsweise  

  CAD engl. Computer-Aided Design (zum Erstellen von  

  3D Visualisierungen)  

  DB Datenbank  

  DBS Datenbanksystem  

  DBMS Datenbankmanagementsystem  

  DSL engl. Digital Subscriber Line (Datenübertragungs-  

  technologie)  

  EDV elektronische Datenverarbeitung  

  ERM engl. Entity-Relationship-Modell  

  FIS Fachinformationssystem  

  GFA Grünflächenamt  

  IS Informationssystem  

  lat. lateinisch  

  MS Access engl. Microsoft Access  

  MS Windows engl. Microsoft Windows  

  OLE engl. Object Linking and Embedding (Protokoll von  

  Microsoft zum Einfügen von externen Objekten wie  

  Bildern oder Texten in eine Datenbank)  

  PC engl. Personal Computer  

  RDBMS relationales Datenbankmanagementsystem  

  SQL engl. Structured Query Language  

  (Datenmanipulationssprache für eine relationale DB)  

  vs. engl. versus (gegenüber stellen)  

  z.B. zum Beispiel  

  Aus Gründen der Lesbarkeit wurde im Text auf die doppelte Nennung von  

  -  

  femininen und maskulinen Formen verzichtet. Bezeichnungen in der maskulinen  

  Form wie „der Entwickler, der Anwender, der Benutzer...“ sind als neutral  

  anzusehen und beziehen sich ausdrücklich auf Frauen und Männer  

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1. Einleitung und Zielstellung

Menschen brauchen Grün und haben sich von jeher gerne im Grünen aufgehalten. Dieses Verlangen stellt Planer und Ausführende in der Außenbegrünung immer wieder vor schwierige und wichtige Entscheidungen. So sollten die Eigenschaften, die Ansprüche und der Verwendungszweck des Gehölzes dem gewählten Standort mit seinen spezifischen Bedingungen gerecht werden. Nur so kann ein optimales Wachstum unter den gegebenen Standortbedingungen gewährleistet sein.

Die Entwurfsidee eines Fachinformationssystems zur sachgerechten Gehölzverwendung im Freiland entwickelte sich als Reaktion auf die konkrete Forderung und dem somit vorhandenen Bedarf an einer Datenbank zur Außenbegrünung. Es soll damit der Grundstein für eine neue Planungshilfe zur sachgerechten Gehölzverwendung gelegt werden.

Die vorliegende Bachelor-Arbeit beschäftigt sich mit den Grundlagen, den möglichen Inhalten und der Funktionsweise eines Fachinformationssystems zur sachgerechten Gehölzverwendung im Freiland. Es wird näher darauf eingegangen wie man ein solches Informationssystem entwirft und richtig plant.

Die große Komplexität des Themas erfordert bei der Entwurfsplanung eine engere Eingrenzung. Ein Schwerpunkt wird deshalb auf die Verwendung von heimischen und standortgerechten Gehölzen für das Land Brandenburg gelegt. Die sich daraus ergebenen Fragestellungen nach den jeweiligen heimischen und standortgerechten Gehölzen sowie nach den relevanten regionalen Besonderheiten Brandenburgs werden bearbeitet.

Ein weiterer Abschnitt der Arbeit beschäftigt sich mit dem möglichen Nutzen und den sich daraus ergebenen Vorteilen bei einer Erstellung und dem Einsatz der benannten Datenbank.

Im Laufe der Entwurfsplanung werden komplexe Zusammenhänge mit Hilfe von Modellen geplant und erklärt. Somit werden das Wesen und der Aufbau des zugrunde liegenden Informationssystems auch für Außenstehende leichter verständlich. Der Entwurf betrachtet weniger die technischen Aspekte. Es werden vielmehr Wege aufgezeigt, um hohe Praxisnähe und beste Wirksamkeit des Informationssystems zu erreichen.

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Ein primäres Ziel dieser Arbeit ist es, ein effizientes und möglichst benutzernahes Informationssystem zu entwerfen. Die daraus entstehende Datenbank soll die Bedürfnisse und Fähigkeiten der späteren Anwender berücksichtigen und muss an die zukünftigen Anwendergruppen angepasst sein, um für diese ein möglichst sinnvolles Werkzeug darzustellen.

Dieser Anspruch verlangt bereits vom Entwickler, die menschliche und soziale Ebene beim Entwurf eines solchen Informationssystems zu verstehen. Das Definieren und Kennenlernen von Ziel- und Anwendergruppen ist somit ein wesentlicher Aspekt im Entwurf eines Informationssystems. In der Arbeit wird deshalb neben der Berücksichtigung themenbezogener Literatur größeres Gewicht auf Informationen aus Gesprächen und Interviews mit Praktikern gelegt.

Als langfristiges, übergeordnetes Ziel steht die Idee einer real existierenden Datenbank, die interessierten Auftraggebern, Gartenbauingenieuren, Planern und Architekten, aber auch Garten- und Landschaftsbauern übersichtlich und schnell Informationen zu einzelnen Schlagwörtern des Themas Außenbegrünung liefert. Mit den Ergebnissen aus der Datenbank sollen zukünftig Vorbehalte, die auf Unwissenheit über Bepflanzungen im Freiland beruhen, abgebaut werden und Fehler, die bereits in der Planung verursacht worden sind, vermieden werden.

Um eine solche Datenbank zu füllen, müssen sehr viele Erfahrungen und Daten einfließen. Diese Arbeit mit dem Schwerpunkt Entwurf eines Informationssystems zur sachgerechten Gehölzverwendung im Freiland befasst sich mit der Erarbeitung der Grundlagen des Themas und kann daher nur ein kleiner Teil einer zukünftigen Datenbank sein.

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2. Grundlagen der Informationstechnologie

Bunt, grafisch und vielfältig präsentieren sich die Informationstechnologie und die Datenverarbeitung heute dem Laien sowie dem Experten. Ein paar Mausklicks und oft hat man seine Probleme gelöst. Komplizierte Datenreihen werden als Säulendiagramm dargestellt, Verteilungsprobleme sind als Tortendiagramm veranschaulicht. Wer Informationen benötigt, browst durchs Internet und holt sich die Multimedia-Show auf den Arbeitsplatz.

Diese Beispiele stehen für einen, im Vergleich zu früher, stark vereinfachten und intuitiven Zugriff auf Informationen aller Art. Dass diese verfügbar sind und sich nach verschiedensten Gesichtspunkten auswerten und darstellen lassen, muss allerdings erst einmal gewährleistet werden. Dafür gibt es Datenbanken. Richtig eingesetzt, eröffnen sie alle Möglichkeiten der Informationsverarbeitung. In unverstandener und unvollkommener Weise genutzt, verkommen sie zum Datenfriedhof, aus dem sich nur nach dem Zufallsprinzip nützliche oder unbrauchbare Informationen ziehen lassen.

In diesem Kapitel geht es vor allem um Theorie- und Grundlagenwissen, welches zum besseren Verständnis eines rechnergestützten Informationssystems notwendig ist. Es erläutert grundlegende Erkenntnisse zum Informationsbegriff, befasst sich mit Begriffen der Datenverarbeitung und beschreibt Konzepte der Datenbanktechnologie bei der Entwicklung von praxistauglichen Informationssystemen. Im Mittelpunkt stehen dabei die relationalen Datenbanken. Systeme, die auf dem relationalen Datenmodell basieren, haben mittlerweile einen hohen Reifegrad erlangt, der es gestattet, verlässliche Informationssysteme beliebiger Größenordnungen zu erstellen.

2.1 Zum Informationsbegriff

Information (lat.: informare = bilden, durch Unterweisung Gestalt geben) ist potentiell oder aktuell vorhandenes, nutzbares oder genutztes Wissen. Wobei das Wissen die Gesamtheit aller organisierten Informationen mitsamt ihrer wechselseitigen Zusammenhänge bezeichnet. (www.wikipedia.de 24.05.2005) Etwas wie Erkenntnis erfolgt erst dann aus Wissen, wenn erkannt wird, welche Wichtigkeit die Einzelinformation für die Lösung eines gegebenen Problems besitzt. Wissen kann man demnach als potentielle Nutzinformation bezeichnen. Entscheidendes

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Kriterium des Wissens ist das der Überprüfbarkeit bzw. Nachvollziehbarkeit. Als weiterer Maßstab gilt die Übereinstimmung des Wissens mit der wahrnehmbaren Realität.

Wesentlich für die Informationen sind die Wiedererkennbarkeit sowie der Neuigkeitsgehalt anhand eines bestimmten Musters. Das verwendete Muster ist für einen Betrachter innerhalb eines bestimmten Kontextes von Bedeutung und verändert dadurch dessen inneren Zustand – im menschlichen Zusammenhang insbesondere dessen Wissen. (www.wikipedia.de 24.05.2005)

Für die Informationswissenschaft sind die Begriffe Wissen und Information von zentraler Bedeutung. Information ist dabei Wissenstransfer bzw. „Wissen in Aktion“. Information entsteht in diesem Sinne immer nur punktuell, wenn ein Mensch zur Problemlösung Wissen benötigt. Dieses benötigte Wissen geht als Information aus einem Wissensvorrat in einen anderen über, beispielsweise aus einer Gehölzdatenbank in den Wissensvorrat eines Menschen. (www.wikipedia.de 24.05.2005)

2.1.1 Charakteristika des Informationsbegriffs

Information ist in der heutigen Zeit ein sehr weitläufig verwendeter und daher auch sehr schwer abzugrenzender Begriff. Verschiedene Wissenschaften betrachten die Information als ihr Arbeitsgebiet. So zum Beispiel die Informatik, die Informationswissenschaft, die Nachrichtentechnik, die Informationsökonomik und auch die Physik und die Biologie beschäftigen sich mit Informationen. Die jeweiligen Ansätze unterscheiden sich zum Teil erheblich.

Erst in jüngster Zeit gibt es Bestrebungen, die einzelnen Ansätze zu verbinden und zu einem allgemeingültigen Informationsbegriff zu kommen. Allerdings kann von einer vereinheitlichten allgemein akzeptierten Theorie vorläufig noch nicht gesprochen werden.

Beim Versuch der Begriffsbildung lässt sich somit feststellen, dass es in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeitsgebieten, bedingt durch die hohe Komplexität des Begriffes, keine einheitliche Auffassung gibt.

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2.1.2 Dimensionen des Informationsbegriffs

Auf der Sprachebene umfasst der Informationsbegriff 3 Dimensionen (syntaktische, semantische, pragmatische Dimension).

Die syntaktische Dimension enthält den Informationsbegriff der Informationstheorie. Information wird dabei als binärer Code aufgefasst. Auf dieser Ebene steht auch der Begriff der Daten. Anhand dieses Begriffes können jedoch lediglich Aussagen über die Informationsmenge und deren richtige Übertragung gemacht werden. Probleme des Informationsinhaltes können mit diesem Informationsbegriff nicht untersucht werden. Diese Erweiterung erfolgt durch die semantische Dimension. (Haas 1991)

Auf der semantischen Ebene der Information werden strukturierte, syntaktische Informationen erst verwertbar, indem sie gelesen und interpretiert werden. Das heißt, zur Strukturebene muss die Bedeutungsebene hinzukommen. Dazu muss ein bestimmtes Bezugssystem angelegt werden, um die Strukturen in eine Bedeutung überführen zu können. Das Bezugssystem bezeichnet man als Code. (www.wikipedia.de 24.05.2005) Strukturinformationen der syntaktischen Dimension werden somit während eines Dekodierungsprozesses in die semantische Bedeutungsebene überführt.

Die pragmatische Dimension kann als zweckorientiertes Wissen definiert werden, wobei der Zweck in der Handlungsvorbereitung liegt. Zur Information in diesem Sinne werden die Nachrichten erst durch den Einbezug der Motive oder Ziele des Informationssenders bzw. -empfängers. Wissen, welches schon vorliegt, ohne dass dessen Verwendungszweck bereits vorgegeben wäre, muss ebenfalls als Information bezeichnet werden. Information ist damit uneingeschränkt speicherfähig. (Haas 1991) Zusammenfassend heißt dies, dass auf der pragmatischen Ebene Information zu einem Gewinn an Wissen führt. Information ermöglicht somit die Verringerung von Unwissenheit.

2.1.3 Information als Wirtschaftsgut

Neuere betriebswirtschaftliche Betrachtungsweisen fassen Information als vierten Produktionsfaktor neben Arbeit, Boden und Kapital auf oder erheben die Information sogar zum Steuerinstrument über den Ressourceneinsatz. (Haas 1991)

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Information kann als wirtschaftliches Gut angesehen werden, da Informationen im Betrieb durch Einsatz anderer Produktionsfaktoren (Menschen, Computer, Software, Kommunikation) produziert oder von außen angekauft werden können. Information hat somit einen Wert, der handelbar ist. Der Wert ergibt sich aus dem Nutzen der Information und den Kosten zur Produktion, Bereitstellung und Weiterleitung. Problematisch hierbei ist, dass der potenzielle Käufer den Wert der Information nicht immer im Voraus kennt und ihn teilweise erst nachdem er sie erworben hat, bewerten kann. (www.wikipedia.de 24.05.2005) Information wird dann zum Wirtschaftsgut, wenn der Information ein Nutzungsaspekt zugrunde liegt. Informationen können Nutzen bringen und besitzen infolgedessen einen handelbaren Wert. (http://v.hdm-stuttgart.de 07.06.2005)

2.1.4 Digitale Informationen

Digitale Informationen entstehen durch Digitalisierung beliebiger Informationen. Das Ergebnis sind Daten, welche dann von einem Computer verarbeitet werden können. Vorher sind die Informationen in analoger Form, zum Beispiel an ein Buch als Informationsträger, gebunden.

Digitalisierung ist die Umwandlung von Schrift, Bild, Ton oder jeder anderen Art analoger Signale in eine digitale Form. Dabei geschieht meist eine schrittweise Zerlegung in eine Reihe von zweiwertigen Zuständen. Dies können "Ja-Nein", "Null- Eins", oder "Ein-Aus-Werte" sein. (www.wikipedia.de 07.06.2005)

Digitalisierte Informationen können nur endlich viele Zustände einnehmen, nämlich soviele, wie das zu Grunde liegende Zahlensystem an Ziffern verfügt. Erst durch die Zusammensetzung mit anderen Basis-Zustandseinheiten, wie zum Beispiel Bit (binäre Ziffer) oder Pixel (kleinstes Bildelement) kann eine größere Datenmenge abgebildet und durch Verfeinerung eine Annäherung an das ursprünglich analoge Signal erreicht werden.

Die Unterscheidung zwischen analog und digital enthält keine qualitative Aussage über die Bedeutung der Daten. Die Genauigkeit der Digitalisierung bestimmt, welcher Anteil eines analogen Signals in die digitale Welt übernommen wird.

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2.1.5 Daten vs. Informationen

Informationen beziehen sich auf die Bedeutung, die Menschen durch vereinbarte Konventionen den Daten zuordnen. Informationen sind somit vom Menschen interpretierte Daten. (http://v.hdm-stuttgart.de 07.06.2005)

Daten werden zu Informationen, wenn sie in einem Bedeutungskontext stehen. Dies lässt sich am folgenden Beispiel gut verdeutlichen. 5a kann eine Winterhärtezone sein. Wird dazu der Name des Gehölzes genannt, wird daraus eine Information. Diese Information kann die Grundlage für menschliche Entscheidungen bilden und infolgedessen einen bestimmten Nutzungsaspekt besitzen.

2.2 Begriffe der Datenverarbeitung

Das Kapitel 2.2 befasst sich mit wichtigen Begriffen der Datenverarbeitung. Es geht vor allem um die Beantwortung folgender Fragen:

Was sind Daten?

Was ist ein Datenbanksystem?

Was ist ein Informationssystem?

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Des Weiteren werden die Zusammenhänge zwischen Daten, Datenbank, Datenbanksystem und Informationssystem beschrieben. In den weiteren Ausführungen werden für einige Fachbegriffe häufig Abkürzungen verwendet:

Datenbank (DB)

Datenbankmanagementsystem (DBMS)

Informationssystem (IS)

2.2.1 Was sind Daten?

Daten sind eine Repräsentation von Fakten, Konzepten oder auch Instruktionen in einer formalisierten Art und Weise. Erst dadurch sind Daten für die Kommunikation, Interpretation und Verarbeitung durch Computer geeignet. (http://v.hdm-stuttgart.de) Die Informatik und Datenverarbeitung benutzen digitalisierte Daten als maschinenlesbare und –bearbeitbare Repräsentation von Informationen. Die Information wird dazu in Zeichenketten kodiert, deren Aufbau strengen Regeln folgt, der sogenannten Syntax. (www.wikipedia.de 07.06.2005)

Daten in Form eines binären Zustands: 01011100101001010111

Daten in Form der Städtevorwahl für Berlin: 030

Aus Sicht der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) sind Daten einzelne Folgen von Bits (binäre Ziffern). Wobei 1 Bit die kleinste Einheit einer Information ist.

Man unterscheidet:

strukturierte Daten (z.B. in Datenbanken)

unstrukturierte Daten (z.B. in Dokumenten)

Während sich strukturierte Daten relativ einfach maschinell weiterverarbeiten lassen, ist dies bei unstrukturierten Daten nur schwer oder ungenau möglich. Um unstrukturierte Daten in Datenbanken zu verarbeiten, sollten diese in die strukturierte Form konvertiert werden.

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Erst durch das Typisieren von Daten, in so genannte elementare Datentypen, wird eine effektive Recherchierbarkeit für den Anwender ermöglicht und die Voraussetzung für formale Analysen erfüllt. Die elementaren Datentypen sind ein Bestandteil der strukturierten Daten und stellen die Kleinste, für den Anwender interessierende, verwertbare Information dar. Es gibt verschiedene elementare Datentypen wobei jeder Datentyp einen bestimmten Zweck erfüllt.

Tab. 1 Aufgaben von elementaren Datentypen (verändert nach Schels 2004)

So unterscheidet man alphanumerische Daten (Texte, Bezeichnungen), numerische Daten (Zahlen, Maße, Nummern) und weitere Datentypen wie Grafiken, Bilder und Klänge. Alle Datentypen haben zum Ziel, gemeinsam die interessierenden Eigenschaften eines Objektes (z.B. eines Gehölzes) möglichst treffend zu beschreiben und zum Bestandteil einer Datenbasis zu machen.

2.2.2 Was ist eine Datenbank?

Um die gestellte Frage beantworten zu können, soll anhand der Eigenschaften und der Komponenten einer Datenbank etwas zu der unmittelbaren Terminologie rund um den Begriff "Datenbank" (DB) gesagt werden.

Eine DB lässt sich mit folgenden charakteristischen Eigenschaften beschreiben:

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Wesentlichstes Merkmal einer DB ist die strukturierte Verwaltung der Daten, was einen Zugriff auf ganz bestimmte Daten und/oder Klassen von Daten ermöglicht. Auf diese Weise wird eine ungeordnete Mehrfachspeicherung durch eine kontrollierte Redundanz (mehrfaches Vorhandensein einer Information) vermieden. Die Datenstruktur ergibt sich aus der Anwendung logischer Datenmodelle. (www.tfh-berlin.de 07.06.2005)

Die Verwendung von Datenbanktechniken ermöglicht eine Trennung der Daten und deren Organisation vom Benutzer und dessen Anwendungen. Das sichert zum einen die Datenunabhängigkeit, zum anderen jene Flexibilität, welche notwendig ist, um neue Bedürfnisse der Benutzer nachträglich zu realisieren. (www.tfh-berlin.de 07.06.2005)

Zur Wahrung der Integrität (Widerspruchsfreiheit) werden beim Aufbau von Datenbanken drei Prinzipien zugrunde gelegt. Dies sind die Eingabekontrolle, die widersprüchliche Daten zurückweist und so für die Konsistenz der DB sorgt, des Weiteren die Datensicherung, um Verlust und/oder Verfälschung der Daten zu verhindern und auch der Datenschutz, der einen möglichen Missbrauch der DB vorbeugt. (www.tfh-berlin.de 07.06.2005)

Kern jeder DB sind die Daten, in ihrer Gesamtheit auch Datenbasis genannt. Die Datenbasis besteht aus den eigentlichen Daten und einer Reihe von systemspezifischen Hilfsmitteln, die zur logischen und physikalischen Verwaltung der Daten dienen. Diese Aufgabe fällt dem Datenbankmanagementsystem zu, in der einschlägigen Literatur oft als DBMS (engl. Database-Management-System) bezeichnet (siehe Kapitel 2.2.3).

Aus einer abstrakten Betrachtungsweise heraus ist eine DB nichts anderes als die elektronische Form eines Karteikastens. Es handelt sich um eine Sammlung von Daten, welche aus der Sicht des jeweiligen Benutzers zusammengehören. Diese Datensammlung bildet als grundlegendes Element einer DB den sogenannten Datensatz (entspricht einer Karteikarte). Zueinander passende Datensätze werden in Tabellen eingegeben. Mehrere Tabellen, die zu einer Gesamtheit zusammengefasst und untereinander verknüpft werden, bilden dann die Datenbank.

Datenbanken dienen hauptsächlich dem Sammeln, Verwalten, Aktualisieren, Auswerten und Wiederfinden gleichartiger Daten. Sie sind dabei auf die Verarbeitung sehr großer Datenmengen ausgelegt.