An effective spatial decision support system for landuse planning: With an example from forest management.

Landuse planning problems are becoming increasingly complex, as a population with expanding needs and desires is faced with a finite amount of land. The methodological needs of landuse planners to deal with these pressures are identified and discussed. Among others, these include the need to handle data spatially, to incorporate subjective criteria, multiple objectives, and the need to handle a wide variety of data in diverse contexts. The nature of the decision-making process and the landuse planning process are briefly described, revealing the important common elements, and revealing the needs of landuse planners with regard to the computer support of this process. Computer systems offer many of the capabilities required by landuse planners, automating what they already do and opening up new possibilities. Elements of information technology (IT) are identified and their advantages and limitations with respect to the landuse planning process are discussed. A Spatial Decision Support System (SDSS) is proposed as a system that can improve landuse planning by providing a mechanism to handle many of the complexities. A federated system based on existing easy-to-use and user-modifiable packages is suggested as a means to incorporate just those elements of IT that are required, resulting in an SDSS that is inexpensive, easily understood and very flexible. Macintosh or Macintosh-like applications are used in the example system designed here because they are both very easy to use and often user-modifiable as the user gains confidence and expertise. An illustrative problem is taken from forest management and planning and an example federated system is designed for Thetford Forest District in East Anglia. This District is currently experimenting with the design and implementation of a scheme for restructuring the appearance and age dynamics of the forest and for rationally handling the many uses demanded of it. The problem, the organizational context and the users are all examined to determine the contents and design of a computer-based SDSS that would best assist the landuse planning and management process. The thesis establishes the need for and the practicality of spatial decision support in landuse planning, and demonstrates that by incorporating the capabilities of existing computer technology in a form that is accessible to landuse planners, the federated design for an SDSS is a means of providing effective support to the landuse planning process

Geographic information systems in business

1st edition, ©200

Fachlich erweiterbare 3D-Stadtmodelle – Management, Visualisierung und Interaktion

Domain-extendable semantic 3D city models are complex mappings and inventories of the urban environment which can be utilized as an integrative information backbone to facilitate a range of application fields like urban planning, environmental simulations, disaster management, and energy assessment. Today, more and more countries and cities worldwide are creating their own 3D city models based on the CityGML specification which is an international standard issued by the Open Geospatial Consortium (OGC) to provide an open data model and XML-based format for describing the relevant urban objects with regards to their 3D geometry, topology, semantics, and appearance. It especially provides a flexible and systematic extension mechanism called “Application Domain Extension (ADE)” which allows third parties to dynamically extend the existing CityGML definitions with additional information models from different application domains for representing the extended or newly introduced geographic object types within a common framework. However, due to the consequent large size and high model complexity, the practical utilization of country-wide CityGML datasets has posed a tremendous challenge regarding the setup of an extensive application system to support the efficient data storage, analysis, management, interaction, and visualization. These requirements have been partly solved by the existing free 3D geo-database solution called ‘3D City Database (3DCityDB)’ which offers a rich set of functionalities for dealing with standard CityGML data models, but lacked the support for CityGML ADEs. The key motivation of this thesis is to develop a reliable approach for extending the existing database solution to support the efficient management, visualization, and interaction of large geospatial data elements of arbitrary CityGML ADEs. Emphasis is first placed on answering the question of how to dynamically extend the relational database schema by parsing and interpreting the XML schema files of the ADE and dynamically create new database tables accordingly. Based on a comprehensive survey of the related work, a new graph-based framework has been proposed which uses typed and attributed graphs for semantically representing the object-oriented data models of CityGML ADEs and utilizes graph transformation systems to automatically generate compact table structures extending the 3DCityDB. The transformation process is performed by applying a series of fine-grained graph transformation rules which allow users to declaratively describe the complex mapping rules including the optimization concepts that are employed in the development of the 3DCityDB database schema. The second major contribution of this thesis is the development of a new multi-level system which can serve as a complete and integrative platform for facilitating the various analysis, simulation, and modification operations on the complex-structured 3D city models based on CityGML and 3DCityDB. It introduces an additional application level based on a so-called ‘app-concept’ that allows for constructing a light-weight web application to reach a good balance between the high data model complexity and the specific application requirements of the end users. Each application can be easily built on top of a developed 3D web client whose functionalities go beyond the efficient 3D geo-visualization and interactive exploration, and also allows for performing collaborative modifications and analysis of 3D city models by taking advantage of the Cloud Computing technology. This multi-level system along with the extended 3DCityDB have been successfully utilized and evaluated by many practical projects.Fachlich erweiterbare semantische 3D-Stadtmodelle sind komplexe Abbildungen und Datenbestände der städtischen Umgebung, die als ein integratives Informationsrückgrat genutzt werden können, um eine Reihe von Anwendungsfeldern wie z. B. Stadtplanung, Umweltsimulationen, Katastrophenmanagement und Energiebewertung zu ermöglichen. Heute schaffen immer mehr Länder und Städte weltweit ihre eigenen 3D-Stadtmodelle auf Basis des internationalen Standards CityGML des Open Geospatial Consortium (OGC), um ein offenes Datenmodell und ein XML-basiertes Format zur Beschreibung der relevanten Stadtobjekte in Bezug auf ihre 3D-Geometrien, Topologien, Semantik und Erscheinungen zur Verfügung zu stellen. Es bietet insbesondere einen flexiblen und systematischen Erweiterungsmechanismus namens „Application Domain Extension“ (ADE), der es Dritten ermöglicht, die bestehenden CityGML-Definitionen mit zusätzlichen Informationsmodellen aus verschiedenen Anwendungsdomänen dynamisch zu erweitern, um die erweiterten oder neu eingeführten Stadtobjekt-Typen innerhalb eines gemeinsamen Framework zu repräsentieren. Aufgrund der konsequent großen Datenmenge und hohen Modellkomplexität bei der praktischen Nutzung der landesweiten CityGML-Datensätze wurden jedoch enorme Anforderungen an den Aufbau eines umfangreichen Anwendungssystems zur Unterstützung der effizienten Speicherung, Analyse, Verwaltung, Interaktion und Visualisierung der Daten gestellt. Die bestehende kostenlose 3D-Geodatenbank-Lösung „3D City Database“ (3DCityDB) entsprach bereits teilweise diesen Anforderungen, indem sie zwar eine umfangreiche Funktionalität für den Umgang mit den Standard-CityGML-Datenmodellen, jedoch keine Unterstützung für CityGML-ADEs bietet. Die Schlüsselmotivation für diese Arbeit ist es, einen zuverlässigen Ansatz zur Erweiterung der bestehenden Datenbanklösung zu entwickeln, um das effiziente Management, die Visualisierung und Interaktion großer Datensätze beliebiger CityGML-ADEs zu unterstützen. Der Schwerpunkt liegt zunächst auf der Beantwortung der Schlüsselfrage, wie man das relationale Datenbankschema dynamisch erweitern kann, indem die XML-Schemadateien der ADE analysiert und interpretiert und anschließend dem entsprechende neue Datenbanktabellen erzeugt werden. Auf Grundlage einer umfassenden Studie verwandter Arbeiten wurde ein neues graphbasiertes Framework entwickelt, das die typisierten und attributierten Graphen zur semantischen Darstellung der objektorientierten Datenmodelle von CityGML-ADEs verwendet und anschließend Graphersetzungssysteme nutzt, um eine kompakte Tabellenstruktur zur Erweiterung der 3DCityDB zu generieren. Der Transformationsprozess wird durch die Anwendung einer Reihe feingranularer Graphersetzungsregeln durchgeführt, die es Benutzern ermöglicht, die komplexen Mapping-Regeln einschließlich der Optimierungskonzepte aus der Entwicklung des 3DCityDB-Datenbankschemas deklarativ zu formalisieren. Der zweite wesentliche Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen mehrstufigen Systemkonzepts, das auf CityGML und 3DCityDB basiert und gleichzeitig als eine komplette und integrative Plattform zur Erleichterung der Analyse, Simulationen und Modifikationen der komplex strukturierten 3D-Stadtmodelle dienen kann. Das Systemkonzept enthält eine zusätzliche Anwendungsebene, die auf einem sogenannten „App-Konzept“ basiert, das es ermöglicht, eine leichtgewichtige Applikation bereitzustellen, die eine gute Balance zwischen der hohen Modellkomplexität und den spezifischen Anwendungsanforderungen der Endbenutzer erreicht. Jede Applikation lässt sich ganz einfach mittels eines bereits entwickelten 3D-Webclients aufbauen, dessen Funktionalitäten über die effiziente 3D-Geo-Visualisierung und interaktive Exploration hinausgehen und auch die Durchführung kollaborativer Modifikationen und Analysen von 3D-Stadtmodellen mit Hilfe von der Cloud-Computing-Technologie ermöglichen. Dieses mehrstufige System zusammen mit dem erweiterten 3DCityDB wurde erfolgreich in vielen praktischen Projekten genutzt und bewertet

Fachlich erweiterbare 3D-Stadtmodelle – Management, Visualisierung und Interaktion

Domain-extendable semantic 3D city models are complex mappings and inventories of the urban environment which can be utilized as an integrative information backbone to facilitate a range of application fields like urban planning, environmental simulations, disaster management, and energy assessment. Today, more and more countries and cities worldwide are creating their own 3D city models based on the CityGML specification which is an international standard issued by the Open Geospatial Consortium (OGC) to provide an open data model and XML-based format for describing the relevant urban objects with regards to their 3D geometry, topology, semantics, and appearance. It especially provides a flexible and systematic extension mechanism called “Application Domain Extension (ADE)” which allows third parties to dynamically extend the existing CityGML definitions with additional information models from different application domains for representing the extended or newly introduced geographic object types within a common framework. However, due to the consequent large size and high model complexity, the practical utilization of country-wide CityGML datasets has posed a tremendous challenge regarding the setup of an extensive application system to support the efficient data storage, analysis, management, interaction, and visualization. These requirements have been partly solved by the existing free 3D geo-database solution called ‘3D City Database (3DCityDB)’ which offers a rich set of functionalities for dealing with standard CityGML data models, but lacked the support for CityGML ADEs. The key motivation of this thesis is to develop a reliable approach for extending the existing database solution to support the efficient management, visualization, and interaction of large geospatial data elements of arbitrary CityGML ADEs. Emphasis is first placed on answering the question of how to dynamically extend the relational database schema by parsing and interpreting the XML schema files of the ADE and dynamically create new database tables accordingly. Based on a comprehensive survey of the related work, a new graph-based framework has been proposed which uses typed and attributed graphs for semantically representing the object-oriented data models of CityGML ADEs and utilizes graph transformation systems to automatically generate compact table structures extending the 3DCityDB. The transformation process is performed by applying a series of fine-grained graph transformation rules which allow users to declaratively describe the complex mapping rules including the optimization concepts that are employed in the development of the 3DCityDB database schema. The second major contribution of this thesis is the development of a new multi-level system which can serve as a complete and integrative platform for facilitating the various analysis, simulation, and modification operations on the complex-structured 3D city models based on CityGML and 3DCityDB. It introduces an additional application level based on a so-called ‘app-concept’ that allows for constructing a light-weight web application to reach a good balance between the high data model complexity and the specific application requirements of the end users. Each application can be easily built on top of a developed 3D web client whose functionalities go beyond the efficient 3D geo-visualization and interactive exploration, and also allows for performing collaborative modifications and analysis of 3D city models by taking advantage of the Cloud Computing technology. This multi-level system along with the extended 3DCityDB have been successfully utilized and evaluated by many practical projects.Fachlich erweiterbare semantische 3D-Stadtmodelle sind komplexe Abbildungen und Datenbestände der städtischen Umgebung, die als ein integratives Informationsrückgrat genutzt werden können, um eine Reihe von Anwendungsfeldern wie z. B. Stadtplanung, Umweltsimulationen, Katastrophenmanagement und Energiebewertung zu ermöglichen. Heute schaffen immer mehr Länder und Städte weltweit ihre eigenen 3D-Stadtmodelle auf Basis des internationalen Standards CityGML des Open Geospatial Consortium (OGC), um ein offenes Datenmodell und ein XML-basiertes Format zur Beschreibung der relevanten Stadtobjekte in Bezug auf ihre 3D-Geometrien, Topologien, Semantik und Erscheinungen zur Verfügung zu stellen. Es bietet insbesondere einen flexiblen und systematischen Erweiterungsmechanismus namens „Application Domain Extension“ (ADE), der es Dritten ermöglicht, die bestehenden CityGML-Definitionen mit zusätzlichen Informationsmodellen aus verschiedenen Anwendungsdomänen dynamisch zu erweitern, um die erweiterten oder neu eingeführten Stadtobjekt-Typen innerhalb eines gemeinsamen Framework zu repräsentieren. Aufgrund der konsequent großen Datenmenge und hohen Modellkomplexität bei der praktischen Nutzung der landesweiten CityGML-Datensätze wurden jedoch enorme Anforderungen an den Aufbau eines umfangreichen Anwendungssystems zur Unterstützung der effizienten Speicherung, Analyse, Verwaltung, Interaktion und Visualisierung der Daten gestellt. Die bestehende kostenlose 3D-Geodatenbank-Lösung „3D City Database“ (3DCityDB) entsprach bereits teilweise diesen Anforderungen, indem sie zwar eine umfangreiche Funktionalität für den Umgang mit den Standard-CityGML-Datenmodellen, jedoch keine Unterstützung für CityGML-ADEs bietet. Die Schlüsselmotivation für diese Arbeit ist es, einen zuverlässigen Ansatz zur Erweiterung der bestehenden Datenbanklösung zu entwickeln, um das effiziente Management, die Visualisierung und Interaktion großer Datensätze beliebiger CityGML-ADEs zu unterstützen. Der Schwerpunkt liegt zunächst auf der Beantwortung der Schlüsselfrage, wie man das relationale Datenbankschema dynamisch erweitern kann, indem die XML-Schemadateien der ADE analysiert und interpretiert und anschließend dem entsprechende neue Datenbanktabellen erzeugt werden. Auf Grundlage einer umfassenden Studie verwandter Arbeiten wurde ein neues graphbasiertes Framework entwickelt, das die typisierten und attributierten Graphen zur semantischen Darstellung der objektorientierten Datenmodelle von CityGML-ADEs verwendet und anschließend Graphersetzungssysteme nutzt, um eine kompakte Tabellenstruktur zur Erweiterung der 3DCityDB zu generieren. Der Transformationsprozess wird durch die Anwendung einer Reihe feingranularer Graphersetzungsregeln durchgeführt, die es Benutzern ermöglicht, die komplexen Mapping-Regeln einschließlich der Optimierungskonzepte aus der Entwicklung des 3DCityDB-Datenbankschemas deklarativ zu formalisieren. Der zweite wesentliche Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen mehrstufigen Systemkonzepts, das auf CityGML und 3DCityDB basiert und gleichzeitig als eine komplette und integrative Plattform zur Erleichterung der Analyse, Simulationen und Modifikationen der komplex strukturierten 3D-Stadtmodelle dienen kann. Das Systemkonzept enthält eine zusätzliche Anwendungsebene, die auf einem sogenannten „App-Konzept“ basiert, das es ermöglicht, eine leichtgewichtige Applikation bereitzustellen, die eine gute Balance zwischen der hohen Modellkomplexität und den spezifischen Anwendungsanforderungen der Endbenutzer erreicht. Jede Applikation lässt sich ganz einfach mittels eines bereits entwickelten 3D-Webclients aufbauen, dessen Funktionalitäten über die effiziente 3D-Geo-Visualisierung und interaktive Exploration hinausgehen und auch die Durchführung kollaborativer Modifikationen und Analysen von 3D-Stadtmodellen mit Hilfe von der Cloud-Computing-Technologie ermöglichen. Dieses mehrstufige System zusammen mit dem erweiterten 3DCityDB wurde erfolgreich in vielen praktischen Projekten genutzt und bewertet

Context Awareness in Information Logistics

Ziel der Informationslogistik ist eine optimale Informationsversorgung von Personen, die deren individuellen Bedürfnissen entspricht. Zu diesem Zweck berücksichtigt die Informationslogistik verschiedene Dimensionen. Eine Dimension, die einen großen Einfluss auf Informationsbedarfe und ihre optimale Befriedigung hat, ist die Situation von Entitäten oder, mit anderen Worten, die Dimension Kontext. Welche Informationen für einen Benutzer relevant sind und wie sie ihm optimal zugestellt werden können, ist oftmals von kontextuellen Faktoren abhängig. Überdies wird die traditionelle Nutzung von Computern immer stärker durch mobile und ubiquitäre IT-Umgebungen ergänzt oder von diesen sogar abgelöst. In solchen Umgebungen finden Kontextwechsel, insbesondere hinsichtlich der verfügbaren Kommunikationsmedien, sehr häufig statt. Informationslogistische Anwendungen müssen sich daher flexibel an unterschiedliche Kontexte anpassen, um eine optimale Informationsversorgung zu gewährleisten. Die Berücksichtigung der Dimension Kontext ermöglicht es informationslogistischen Anwendungen weiterhin, nutzerfreundlicher und leichter bedienbar zu sein, da weniger explizite Eingaben vom Benutzer benötigt werden. Dadurch können sich Benutzer stärker auf ihre eigentlichen Aufgaben konzentrieren, anstatt sich um die Bedienung von Softwareanwendungen kümmern zu müssen. Die Qualität der Informationsversorgung und die Bedienbarkeit informationslogistischer Anwendungen werden daher durch die Berücksichtigung der Dimension Kontext deutlich erhöht. Die Fähigkeit von Softwaresystemen, ihr Verhalten und die Versorgung ihrer Benutzer mit Informationen und Diensten an den jeweiligen Kontext anzupassen, wird als Context Awareness bezeichnet. Kontextinformationen wurden jedoch bisher in der Informationslogistik nicht berücksichtigt. Das Ziel dieser Dissertation ist es, informationslogistische Anwendungen kontextsensitiv zu machen. Zu diesem Zweck werden sie um eine neue Komponente, die Context Component, erweitert. Diese Komponente behandelt alle Aspekte der Abbildung, Erkennung, Verwaltung und Bereitstellung von Kontextinformationen. Durch sie sind informationslogistische Anwendungen in der Lage, Optimierungen in Bezug auf die Dimension Kontext durchzuführen, sodass die Qualität der Informationsversorgung und der Grad der Erfüllung von Nutzerbedürfnissen erheblich erhöht werden. In der vorliegenden Dissertation werden Konzepte, Modelle und eine Referenzarchitektur für die Context Component informationslogistischer Anwendungen vorgestellt. Sie beinhaltet ein Kontextmodell, das die Grundlage für die konsistente und effiziente Verarbeitung von Kontext bildet. Darüberhinaus werden Techniken für die umfassende Kontexterkennung auf Basis heterogener Kontextsensoren, die Anreicherung, Filterung, Verwaltung und Bereitstellung dieser Daten sowie ihre Verknüpfung mit Qualitätsmerkmalen dargestellt. Die Referenzarchitektur der Context Component stellt den verschiedenen mit informationslogistischen Anwendungen befassten Interessengruppen eine Richtlinie zur Verfügung, die sich auf alle Aspekte des Lebenszyklus der Komponente erstreckt. Sie unterstützt die Erfüllung sowohl der funktionalen als auch der nichtfunktionalen Anforderungen an die Context Component und gewährleistet auf diese Weise, dass die Komponentensoftware qualitativ hochwertig ist.Information logistics aims to optimize information supply with regard to various dimensions according to users demands. One of the dimensions which significantly affect information demands and their optimized fulfillment is the situation of entities or, in other words, the dimension of context. The pieces of information that are relevant to a user and the optimal way of supplying them are frequently determined by contextual factors. In addition, mobile and ubiquitous computing environments more and more complement or even replace traditional desktop computing. These environments are characterized by rapid context changes, in particular concerning the available communication media. Information logistic applications thus have to flexibly adapt to context in order to ensure an optimized information supply. A consideration of context also enables information logistic applications to become increasingly unobtrusive by reducing the amount of explicit user input they require. As a consequence, users are allowed to focus on their actual tasks rather than having to concern themselves with issues of how to interact with software applications. Therefore, the quality of information supply and the usability of information logistic applications can significantly be improved by considering the dimension of context. The ability of software systems to adapt their behaviour and the provision of information and services to context is called context awareness. Contextual information, however, has not been taken into account in information logistics so far. The goal of this thesis is to make information logistic applications context-aware. For this purpose they are added a new component called the Context Component. This component deals with all aspects related to the representation, gathering, management, and supply of context. By this means information logistic applications are enabled to perform optimizations with regard to the dimension of context and thus to improve the quality of information supply and the degree to which users demands are met. This thesis presents concepts, models, and a reference architecture for the Context Component of information logistic applications. It incorporates a context model that serves as a basis for the consistent and efficient processing of context. Furthermore, techniques for a sophisticated gathering of context data from heterogeneous sensors, the augmentation, filtering, management, and supply of these data as well as their association with quality characteristics are presented. The reference architecture for the Context Component provides the various stakeholders of information logistic applications with a comprehensive guideline covering all aspects of the component s life cycle. It supports the fulfillment of both the functional and the non-functional requirements made onto the Context Component and as a result ensures that the component software is of high quality

Sustainable Land Use and Rural Development in Southeast Asia: Innovations and Policies for Mountainous Areas

Sustainable Development; Landscape/Regional and Urban Planning; Agricultur

Contextualized and personalized location-based services

Advances in the technologies of smart mobile devices and tiny sensors together with the increase in the number of web resources open up a plethora of new mobile information services where people can acquire and disseminate information at any place and any time. Location-based services (LBS) are characterized by providing users with useful and local information, i.e. information that belongs to a particular domain of interest to the user and can be of use while the user remains in a particular area. In addition, LBS need to take into account the interactions and dependencies between services, user and context for the information filtering and delivery in order to fulfill the needs and constraints of mobile users. We argue that consequently it brings up a series of technical challenges in terms of data semantics and infrastructure, context-awareness and personalization, as well as query formulation and answering etc. They can not be simply extended from existing traditional data management strategies. Instead, they need a new solution. Firstly, we propose a semantic LBS infrastructure on the basis of the modularized ontologies approach. We elaborate a core ontology which is mainly composed of three modules describing the services, users and contexts. The core ontology aims at presenting an abstract view (a model) of all information in LBS. In contrast, data describing the instances (of services user and actual contextual data) are stored in three independent data stores, called the service profiles, user profiles and context profiles. These data are semantically aligned with the concepts in the core ontology through a set of mappings. This approach enables the distributed data sources to be maintained in a autonomous manner, which is well adapted to the high dynamics and mobility of the data sources. Secondly, we separately address the function, features, and our modelling approach of the three major players, i.e. service, context and user in LBS. Then, we define a set of constructs to represent their interactions and inter-dependencies and illustrate how these semantic constructs can contribute to personalized and contextualized query processing. Service classes are organized in a taxonomy, which distinguishes the services by their business functions. This concept hierarchy helps to analyze and reformulate the users' queries. We introduce three new kinds of relationships in the service module to enhance the semantics of interactions and dependencies between services. We identify five key components of contexts in LBS and regard them as a semantic contextual basis for LBS. Component contexts are related together by specific composition relationships that can describe spatio-temporal constraints. A user profile contains personal information about a given user and possibly a set of self-defined rules, which offer hints on what the user likes or dislikes, and what could attract him or her. In the core ontology clustering users with common features can help the cooperative query answering. Each of the three modules of the core ontology is an ontology in itself. They are inter-related by relationships that link concepts belonging to two different modules. The LBS fully benefits from the modularized structure of the core ontology. It allows restricting the search space, as well as facilitating the maintenance of each module. Finally, we studied the query reformulation and processing issues in LBS. How to make the query interface tangible and provide rapid and relevant answers are typical concerns in all information services. Our query format not only fully obeys the "simple, tangible and effective" golden-rules of user-interface design, but also satisfies the needs of domain-independent interface and emphasizes the importance of spatio-temporal constraints in LBS. With pre-defined spatio-temporal operators, users can easily specify in their queries the spatio-temporal availability they need for the services they are looking for. This allows eliminating most of irrelevant answers that are usually generated by keyword-based approaches. Constraints in the various dimensions (what, when, where and what-else) can be expressed by a conjunctive query, and then be smoothly translated to RDF-patterns. We illustrate our query answering strategy by using the SPARQL syntax, and explain how the relaxation can be done with rules specified in the query relaxation profile