Die vorliegende Diplomarbeit PlanML, eine Sprache zur Darstellung routenbaierter Navigationspläne auf XML-Basis. Routenbasierte navigation bedeutet in diesem Fall, dass Pläne auf Basis von Routen in topologischen Netzwerken formuliert werden. Solche Netzwerke stellen real-existierende Orte und Orstverbindungen durch ein abstraktes Graphenkonzept in Knoten- und Kantenform dar. Ein besonderes Merkmal der PlanML-Topologien ist sein hierarchischer Ansatz. Routen können dadurch in PlanML-Netzwerken auf verschiedenen Granularitätsstufen parallel beschrieben werden. Dazu werden in dieser Arbeit sogenannte hierarchische Graphen und hierarchische Pfade eingeführt. Desweiteren schafft PlanML die Möglichkeit zur Verkettung von Plänen aus verschiedenen navigationsdomänen (z.B. Autonavigation, In-Building-Navigation, Zugreisen). Dies geschieht durch die Zusammenfassung von Teilplänen zu Metaplänen. Verknüpft werden die einzelnen Teile über spezielle Transferaktionen, die Netzübergänge beschreiben. Damit die PlanML-Struktur den vielfältigen Besonderheiten der verschiedenen Navigationsdomänen gerecht wird, also insbesondere netzwerkspezifisches Wissen kodieren kann, können in jedem PlanML-Dokument externe, modulare Datenstrukturen eingebettet werden.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
1.1. Motivation
1.2. Anforderungen und Ziele
1.3. Anwendungsszenario
1.3.1. Ein Planungsbeispiel
1.3.2. Beispielarchitektur eines Planungssystems
1.4. Übersicht
2. Navigation, Orientierung und Planen
2.1. Navigation
2.2. Orientierung im Raum
2.3. Handlungsplanung und Agenten
3. Planen in hierarchischen Netzwerken
3.1. Hierarchische Graphen
3.1.1. Mathematische Grundlagen
3.1.2. Weiterführende Definitionen
3.1.3. Namenskonventionen und graphische Darstellungen
3.2. Abbildung topographischer Strukturen auf hierarchische Graphen
3.2.1. Beschränkung auf wohlgeordnete eineindeutige hierarchische Graphen
3.2.2. Abbildung von Orten auf Knoten in hierarchischen Graphen
3.2.3. Modellierung von Orten
3.2.4. Beziehungen zwischen Knoten
3.2.5. Semantik der hierarchischen Relation H bei Ortsabbildungen
3.2.6. Beispiel Teil 1: Konstruktion einer Gebäudetopographie in einem hierarchischen Graphen
3.2.7. Kantentypen
3.2.8. Semantik von Kanten und Abbildung von Ortsverbindungen auf hierarchische Graphen
3.2.9. Beispiel Teil 2: Konstruktion von Ortsverbindungen
3.3. Hierarchische Pfade und Routen
3.3.1. Hierarchische Pfade
3.3.2. Darstellungsformen hierarchischer Pfade
3.3.3. Semantik hierarchischer Pfade für Navigationsnetzwerke und Pläne
4. Anwendungsfälle hierarchischer Graphen
4.1. Vom hierarchischen Graph zum Plan
4.2. Unterschiedliche Netzwerkmodelle für unterschiedliche Netze
4.2.1. Spezialfälle und undefinierte Ortsknoten
4.2.2. Straßennetze für Automobile
4.2.3. Straßennetze für Fußgänger
4.2.4. Öffentlicher Personennahverkehr
4.2.5. In-Building Netzwerke
4.2.6. Flug-, Schiff- und Fernzugverbindungen
4.2.7. Administrative Strukturen
4.3. Planen mit hierarchischen Pfaden
4.3.1. Verknüpfung von Netzwerken mit kompatiblen hierarchischen Modellen
4.3.2. Aneinanderreihung von Plänen nicht kompatibler Modelle
5. PlanML
5.1. Definition der Sprache
5.1.1. Pläne
5.1.2. Orte (Knoten)
5.1.3. Aktionen (Kanten)
5.1.4. Metapläne
5.1.5. Transferaktionen
5.2. Anwendungsbeispiel
5.2.1. Die Autofahrt
5.2.2. Der Übergang zur S-Bahn
5.2.3. Die Fahrt im Nahverkehrsnetz
6. Schluß
6.1. Verwandte Arbeiten
6.2. Zusammenfassung der Ergebnisse
6.3. Ausblick
A. W3C XML Schema von PlanML
B. Vollständiger Quelltext des Beispiels
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer universellen Planungsplattform und der dazugehörigen XML-basierten Auszeichnungssprache PlanML, um routenbasierte Navigationspläne domänenübergreifend darzustellen und hierarchisch zu verknüpfen.
- Konzeption einer hierarchischen Graphenstruktur zur Abbildung topographischer Räume.
- Entwicklung von Mechanismen zur Integration von Teilplänen mittels Transferaktionen.
- Spezifikation der PlanML-Syntax für eine flexible, XML-basierte Modellierung von Navigationsanweisungen.
- Demonstration der Anwendbarkeit an komplexen Beispielszenarien wie dem Bahnhof Berlin Südkreuz.
- Überbrückung verschiedener Navigationsdomänen wie Autonavigation, In-Building-Navigation und öffentlichem Nahverkehr.
Auszug aus dem Buch
3.1. Hierarchische Graphen
An dieser Stelle soll ein spezieller Typ von hierarchischen Graphen vorgestellt werden, mit dessen Hilfe hierarchische Ortsbeziehungen und insbesondere Ortsverbindungen in einer ausreichenden Komplexität modelliert werden können. Folgenden Ideen waren dabei ausschlaggebend:
Orte sollen durch Knoten repräsentiert werden. Davon ausgehend sollen Orte, die innerhalb eines größeren Ortes liegen, auch im Graph durch eine geeignete Relation dargestellt werden.
Diese Relation soll stets Aufschluss darüber geben, in welcher Tiefe sich ein Ort in der hierarchischen Struktur befindet oder welche hierarchische Beziehung zwei beliebige Knoten zueinander haben.
Verbindungen zwischen zwei Orten sollen durch Kanten zwischen den zugeordneten Knoten realisiert werden. Da eine Verbindung von a nach b im Allgemeinen nicht reversibel sind (z.B. Einbahnstraße), sollen gerichtete Kanten verwendet werden. Auch Mehrfachverbindungen von a nach b seien gestattet (z.B. zwei parallele Passagen).
Nicht nur einzelne Knoten, sondern auch ganze Graphen sollen elegant in ein schon bestehendes Graphensystem als Untergraph eingefügt werden können. Genauso sollen einzelnen Teilen eines Graphen bei Bedarf übergeordnete Knoten zugeordnet werden können.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Die Arbeit motiviert die Notwendigkeit einer universellen Navigationssprache und definiert PlanML als XML-basierte Lösung für routenbasierte Pläne.
2. Navigation, Orientierung und Planen: Dieses Kapitel liefert die theoretischen Grundlagen aus der kognitiven Navigation und Handlungsplanung, die für die Konzeption von PlanML essentiell sind.
3. Planen in hierarchischen Netzwerken: Hier wird das Kernkonzept der hierarchischen Graphen eingeführt, mathematisch definiert und auf topographische Strukturen angewendet.
4. Anwendungsfälle hierarchischer Graphen: Das Kapitel überträgt die theoretischen Graphenmodelle auf reale Anwendungsdomänen wie Straßennetze, ÖPNV und In-Building-Szenarien.
5. PlanML: Dieser Teil beschreibt detailliert die XML-Syntax von PlanML und demonstriert deren Einsatz anhand eines komplexen intermodalen Beispiels.
6. Schluß: Die Arbeit schließt mit einer Einordnung in verwandte Forschungsarbeiten, einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Erweiterungen.
Schlüsselwörter
PlanML, hierarchische Graphen, Navigation, Wegplanung, XML, Metaplan, Ortsknoten, Transferaktionen, topologische Netzwerke, Routenplanung, Gebäudeplan, In-Building-Navigation, ÖPNV, Intermodalität, hierarchische Pfade
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer neuen Auszeichnungssprache namens PlanML, die speziell für die Darstellung und Verwaltung von routenbasierten Navigationsplänen auf XML-Basis entworfen wurde.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Im Zentrum stehen die Navigation in topologischen Netzwerken, die mathematische Modellierung mittels hierarchischer Graphen sowie die praktische Umsetzung durch XML-basierte Datenstrukturen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist die Schaffung einer universellen Plattform, die es ermöglicht, Navigationspläne über verschiedene Netzwerkgrenzen hinweg zu formulieren und durch eine einheitliche, flexible Struktur zu vereinen.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Die Arbeit nutzt den mathematischen Ansatz der Graphentheorie, insbesondere hierarchische Graphen, um räumliche Topologien zu modellieren, kombiniert mit dem Architekturansatz des Metaplaners zur Integration von Teilplänen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die formale Herleitung hierarchischer Graphen, deren Anwendung auf diverse Navigationsszenarien und die detaillierte Spezifikation und Demonstration der PlanML-Sprache.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie PlanML, hierarchische Graphen, Navigationsmodellierung, XML und Intermodalität beschreiben.
Wie werden hierarchische Beziehungen zwischen Orten in PlanML gelöst?
PlanML verwendet eine spezielle Relation H in den hierarchischen Graphen, die definiert, ob ein Ort vollständig innerhalb eines anderen liegt, was eine granulare Strukturierung der Navigation ermöglicht.
Wie erfolgt die Verknüpfung von unterschiedlichen Verkehrsmitteln oder Netzwerken?
Die Verknüpfung erfolgt über sogenannte Transferaktionen in einem Metaplan, die den Übergang zwischen verschiedenen Graphen oder Teilplänen, beispielsweise vom Autofahren zum öffentlichen Nahverkehr, definieren.
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- Matthias Schmeißer (Author), 2006, PlanML. Eine Markupsprache für routenbasierte Navigationspläne, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/116046
