Utilisation des standards d'échange de données basés modélisation pour la télématique des transports routiers à l’exemple des données de trafic Einsatz modellbasierter Datentransfernormen in der Strassenverkehrstelematik am Beispiel der Verkehrsdaten

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2007/902

Schlüsselwörter (Deutsch)

SVT, Schnittstellenspezifikation, Datentransfer, Strukturumbau, Datenintegration, Modellbasiertes Vorgehen, Koordinatentransformation, Referenzsysteme, INTERLIS

Schlüsselwörter (Englisch)

RTT, interface specification, data transfer, structure transformation, data integration, model driven approach (MDA), coordinate transformation, reference system, INTERLIS

Forschungsprogramme (Deutsch)

Gemäss den obigen Abschnitten Zusammenfassung und Projektbeschreibung gibt es 2 Arbeitpakete:
1.1: Grundlagenbearbeitung: Start 2007-07-01, Zwischenbericht 2007-08-29
1.2: Konzeptionelle Modellierung: Start 2007-08-30, Zwischenbericht 2007-10-17
2: Praxisanwendng, Demonstrator: Start 2007-10-18, Schlussbericht Januar 2008, Sitzung VSS EK 9.03

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Für vorhandene und genutzte Systeme der SVT ist der Austausch der heterogenen Verkehrdaten weitgehend system-unabhängig neu zu konzipieren und zu realisieren mit Hilfe des modellbasierten Vorgehens. Das Projekt besteht aus zwei Teilen, der erste ist unterteilt in zwei Abschnitte:

1.1. Grundlagen beschaffen und analysieren, Beispielgebiet auswählen und Realitätsausschnitt des Beispielgebietes in Umgangssprache beschreiben.

1.2. Entwickeln von konzeptionellen Datenmodellen der Schnittstellen von SVT-Systemen und des Datenflusses zwischen SVT-Systemen für Verkehrdaten mit UML / INTERLIS.

2. Programmieren und implementieren eines Demonstrator für Systeme, Schnittstellen und Datenfluss von Verkehrdaten im Beispielgebiet primär als Computerprogramm, möglichst auch 1:1 in der Realität

Kurzbeschreibung (Englisch)

Use the model based approach to redevelop conceptually and to implement as system-independently as possible the exchange of heterogeneous traffic data for existing RTT systems in use. The project consists of 2 parts, the first is subdivided into 2 sections:

1.1. Collect and analyse basic documentation, select an example region and describe the reality selection (universe of discourse) of the selected example region in natural language.

1.2. Develop conceptual schemas of the interfaces of RTT-systems and of the data flow between RTT-systems for traffic data with UML / INTERLIS

2. Program and implement a demonstrator with systems, interfaces and data flow for traffic data in the example region as computer program and possibly also 1:1 in the reality

Projektbeschreibung (Deutsch)

Abkürzungen:
- GDF (Geographic Data File) (Geo-) Datentransferformat, für Fahrzeugnavigationssysteme üblich
- GIS: Geografisches Informationssystem
- IGP GF: Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, Gruppe GIS und Fehlertheorie
- INTERLIS: Schweizer Norm SN612031, Modellierungssprache und Datentransfermethode
- MDA (Model Driven Approach): Modellbasiertes Vorgehen zum Realisieren von (Geo-) Daten-Diensten auf der Basis von exakten und system.unabhängigen konzeptionellen Datenmodellen
- SVT: Strassenverkehrstelematik
- UML (Unified Modeling Language): Grafische Darstellung von Datenmodellen
- VD-V: Verkehrsdaten-Verbund
- XML (eXtensible Markup Language): Datentransferformat, de facto Standard des www-Konsortiums

In den Anwendungen der SVT haben viele verschiedene Systeme zur Erfassung, Aggregierung, Bearbeitung, Auswertung und Beurteilung von Verkehrsdaten zusammenzuarbeiten. Um die Vielzahl an Systemen, Datenformaten und Funktionen effizient nutzen zu können, müssen diese in ein Verkehrsdatensystem integriert werden, z.B. in einem nationalen VD-V. Damit eine solche Integration erfolgreich realisiert werden kann, sind in erster Linie die Schnittstellen zu vereinheitlichen und damit der Datenaustausch zu vereinfachen. Mit dem modellbasierten Vorgehen (UML / INTERLIS / XML) kann dies erreicht werden. Das modellbasierte Vorgehen bietet den zusätzlichen Vorteil, dass Daten aus unterschiedlichsten Systemen mit heterogenen Datenstrukturen und proprietären Austauschformaten bzw. Schnittstellen zusammengeführt werden können, ohne dass die beteiligten Systeme oder deren Schnittstellen umgebaut werden müssen. Das heisst auch, dass im Datentransfernetzwerk beteiligte Systeme problemlos durch neue ersetzt werden können.

Das Projekt hat zum Ziel, für die vorhandenen und genutzten SVT-Systeme mit ihren heterogenen Datenstrukturen den Austausch von Verkehrdaten modellbasiert und damit weitgehend system-neutral zu reorganisieren und auch praktisch zu erproben. Hier einige Details zu den zwei Arbeitspaketen des Projektes:

1.1. Grundlagen beschaffen und Ist-Situation analysieren, Auswahl eines Beispielgebietes und Realitätsausschnitt des Beispielgebietes in Umgangssprache beschreiben.

· Zunächst gilt es, den Verkehrdatenfluss zwischen den existierenden und geplanten Systeme der SVT und ihren Datenstrukturen (wie GDF, TPEG, ALERT-C etc.) zu sichten und zu ordnen. Insbesondere werden die Schnittstellen dieser Systeme betrachtet und beschrieben.

· Ferner geht es um das modellbasierte Vorgehen selbst (mit UML, INTERLIS, XML) und dessen An­wendung auf SVT-Dienste im Allgemeinen und auf Datentransfer und Strukturumbau im Speziellen.

· Schliesslich soll – nur soweit benötigt - eine Übersicht gegeben werden über die Transformationsalgo­rithmen zwischen den existierenden Referenzsystemen (3D, planar, linear, topologisch).

Grundlagen für diesen Teil des Projektes bilden der Forschungsbericht „Architektur und Zeitaspekte des Raumbezugs von SVT-Daten“ (VSS 1999 / 261), die Ergebnisse der Forschungsprojekte SYRROU und AGRAM der EPFL, die Ergebnisse des Projektes „Datenverarbeitung für eine verkehrsträgerübergrei­fende Mobilitätssteuerung“ (VSS 2003 / 901) sowie die Resultate der Konzeptphase von VM-CH Teilpro­jekt 4 „Nationaler multimodaler Verkehrsdatenverbund“. Es ist zu koordinieren mit MISTRA und mit europ. Projekten wie AGORA und ILOC.

1.2. Exakte konzeptionelle Beschreibung der Schnittstellen von SVT-Systemen und des Umbaus von Verkehrsdaten zwischen SVT-Systemen mit Hilfe des modellbasierten Vorgehens:

· Um einen Datenfluss erfolgreich implementieren zu können, müssen in erster Linie die Datenstruktu­ren an den Schnittstellen einheitlich beschrieben werden durch system-unabhängige konzeptionelle Datenmodelle.

· Im nächsten Schritt kann erreicht werden, dass für sämtliche Systeme die Austauschformate vom selben Standard-Formattyp sind, dessen Beschreibung automatisch hergeleitet wird aus den Datenmodellen.

· Damit können die Verkehrsdaten austauschbar gemacht werden durch semantikerhaltende Transformationen (für Strukturen und Koordinaten). Ferner können sie automatisch geprüft und integriert werden.

2. Realisierung und Implementierung eines Demonstrators von Systemen, Schnittstellen und Datenumbau für Verkehrsdaten im Beispielgebiet primär als Computerprogramm, möglichst auch 1:1 in der Realität: Für die entsprechende Programmierung sind 5 Phasen vorgesehen. Am Ende jeder Phase steht ein getestetes lauffähiges Teilsystem bereit. In jeder Phase kommen neue Module / Klassen dazu für:

· Schnittstellen, Übernahme und Abgabe von Verkehrsdaten

· semantikerhaltende Transformation für Datenstrukturen

· automatische Datenprüfung

· Transformationen von Referenzsystemen (minimal)

Implementierung 1:1 im Beispielgebiet (minimal, soweit möglich)

Methoden (Deutsch)

Einsatz des modellbasierten Vorgehens (Model Driven Approach MDA), Überprüfung der Praxistaug­lichkeit durch Implementierung eines Demonstrators primär als Computerprogramm, ev. durch effektiven Bau eines Teilsystems in der Realwelt

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

ev. PC für Aufbau Prototyp

ev. Software-Lizenzen

Allgemeiner Stand der Forschung (Deutsch)

Beim modellbasierten Vorgehen (Model Driven Approach MDA) ist in der Schweiz Pionierarbeit geleistet worden. Für die Revision der amtlichen Vermessung wurden bereits 1985 mit INTERLIS eine Model­lierungssprache und Datentransfer­methode entworfen. Durch die Integration von Objektorientierung und XML-basierten Transferformaten in INTERLIS 2 konnte mit den aktuellen Entwicklungen in Forschung und Anwendung Schritt gehalten werden. Für die Forschung im Bereich des MDA in der Schweiz ist die Überprüfung der Praxistauglichkeit der Theorien immer entscheidend. Sie erfolgt durch Realisierung von konzeptionellen Beschreibungs­sprachen, von automatischer Generierung von Formatbeschreibungen aus konzeptio­nellen Modellen und von starren und generischen Prozessoren zum Einlesen / Ausgeben von Daten in den Standardformaten, sowie durch Einsatz der entwickelten Werkzeuge in verschiedensten Anwendungsgebieten. So ist MDA für Datenaustausch, Datenprüfung, GIS-Konfiguration, dokumentierte Archivierung, Geo-Portale etc. im täglichen Einsatz für amtliche Vermessung, Leitungskataster / Werkkataster (Wasser, Abwasser, Gas, Elektrizität, Fernwärme, Telekommunikation) und Bahnen. Der Datenaustausch MISTRA – KUBA wurde in einer Semesterarbeit am IGP ETHZ mit MDA realisiert. Die am Projekt beteiligte Gruppe Geoinforma­tionssysteme und Fehlertheorie (GF) des Instituts für Geodäsie und Photogrammetrie (IGP) der ETH Zürich ist das Hochschul-Kompetenzzentrum für MDA. Die Modellierung der Dynamik von Systemen ist noch zu wenig erprobt und ausgereift. Die Bearbeitung der Funktionen von SVT-Systemen dient auch zur Überprüfung und allenfalls Erweiterung der entsprechenden INTERLIS Sprachelemente.

Projektziele (Deutsch)

Erarbeiten von Lösungsmöglichkeiten für Schnittstellenspezifikation und Datenflussorganisation mit Hilfe des modellbasierten Vorgehens entsprechend den Bedürfnissen von Strassendaten allgemein und der SVT im Besonderen (z.B. Real Time Aspekte, spezielle Datentypen) . Die Resultate dieses Projektes sollen als Grundlagen verwendet werden können für die Realisierung des Zielzustandes VM-CH 2012 (hochautomatischer und multimodaler Datenaustausch auf und zwischen internationaler, nationaler und regionaler Ebene)

Aufzeigen der Möglichkeiten und Grenzen des modellbasierten Vorgehens zum Schaffen der datentechnischen Voraussetzungen für automatische Koordinatentransformationen zwischen verschiedenen in der SVT gebräuchlichen Referenzsystemen.

Realisierung und Implementierung eines Prototyps mit den ausgearbeiteten Lösungsmöglichkeiten für ein Praxisbeispiel.

Projektziele (Englisch)

Provide solutions for interface specification and data flow organisation using the model driven approach according to the needs of road data in general and especially of road traffic telematics data (e.g. real time aspects, special data types). It shall be possible to use the results for the realisation of final state VM-CH 2012 (automatic an d multi-modal data exchange on and between international, national and regional levels.

Show the possibilities and limitations of the model driven approach to prepare the data related conditions for automatic coordinate transformations between different reference-systems used in RTT.

Show, how the research results can be extended to other RTT Systems.

Program and implement a demonstrator with the resulting solutions for a practical example

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Der in AP2 realisierte Demonstrator mit Systemen des Testgebietes wird ein Beispiel sein für weitere Praxisanwendungen zum Beherrschen von Schnittstellen verschiedenster Art in Verkehrmanagement­systemen. Unmittelbare Anwendungsmöglichkeit der Ergebnisse sehen wir bei der Realisierung eines Verkehrdatenverbundes und bei VM-CH. Durch die ebenfalls resultierende systemneutrale exakte Beschrei­bung von Schnittstellen durch Datenmodelle ist die Voraussetzung für erfolgreiche Standar­disierung von Schnittstellen gegeben.
Allenfalls zu entwickelnde Software ist open source und steht der Allgemeinheit frei zur Verfügung

Berichtsnummer (Deutsch)

1267

Literatur (Deutsch)

· Forschungsbericht „Architektur und Zeitaspekte des Raumbezugs von SVT-Daten“ (VSS 1999 / 261)

· Forschungsbericht SYRROU, EPFL

· Forschungsbericht AGRAM, EPFL

· Forschungsbericht „Datenverarbeitung für eine verkehrsträgerübergreifende Mobilitätssteuerung“ (VSS 2003 / 901)

· Bericht der Konzeptphase von VM-CH Teilprojekt 4 „Nationaler multimodaler Verkehrsdatenverbund“

· H.R. Gnägi, B. Späni „Systemunabhängige Daten- und Anwendungsmodellierung“, Kapitel im Buch von R. Bill, R. Seuss, M. Schilcher „GIS in Kommunen - Basiswissen und Leitfaden“, Wichmann Verlag, 2002

SN612031 „INTERLIS 2, Modellierungssprache und Datentransfermethode (V2.3)“, Kapitel 1 Grundprinzipien. SNV, Winterthur, April 2006. Siehe auch www.interlis.ch