Abschlussbericht KMU-innovativ: Verbundprojekt Titan Industrial DevOps Plattform für iterative Prozessintegration und Automatisierung

Unternehmensprozesse zu digitalisieren und dabei eine IT-Infrastruktur aufzubauen, ist komplex. Neue, zum Teil teure Technologien werden eingesetzt, jedoch fehlen erprobte Praktiken. Die daraus entstehende Komplexität lässt sich mit dem klassischen Projektmodell nur ungenügend adressieren. Klassische Planungen basieren auf Annahmen, die sich oft zu spät und als falsch erweisen. Mechanismen, den einmal geplanten Weg zum gesetzten Ziel zu korrigieren, bietet das traditionelle Projektmodell nur eingeschränkt. Ziel des titan-Projekts ist die Integration von Entwicklungswerkzeugen und Betriebs-Technologie in eine Software-Plattform. Kombiniert mit innovativen „Industrial DevOps“- Methoden soll die komplexe Aufgabe einer iterativen Systemintegration im industriellen Umfeld erheblich vereinfacht werden. Im titan-Projekt ist der Prototyp einer Software-Plattform entstanden, die es industriellen Anwendern erlaubt, diese Praktiken auf Problemstellungen der Digitalisierung anzuwenden. Neben Zielen wie Sicherstellung und Überprüfbarkeit von Qualität, Widerstandsfähigkeit und Skalierbarkeit ist die Eliminierung des Vendor-Lock-In ein zentraler Aspekt des Projekts. Insbesondere werden Prozessanpassungen durch die Anwender mittels Flow Based Automation ermöglicht, neue Softwareversionen und Veränderungen können am System routinemäßig in Betrieb genommen werden und domänenspezifische Komponenten können für komplexe Aufgaben genutzt und verwaltet werden. Im Rahmen einer Community wird die titan-Open-Source-Plattform weiterentwickelt. Die während des Projekts entstandenen Innovationen werden so verfeinert und in verschiedenen Bereichen angewendet. Die Erfahrungen aus Projekten fließen in die Software ein und werden innerhalb der Community verbreitet

UIS BW. Umweltinformationssystem Baden-Württemberg. F+E-Vorhaben MAF-UIS. Moderne anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung für Umweltinformationssysteme. Phase II 2012/14. (KIT Scientific Reports ; 7665)

Das F+E-Vorhaben MAF-UIS des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg setzt auf eine breite Kooperation mit Partnern aus Verwaltung, Wissenschaft und Wirtschaft zum gemeinsamen Ausbau der behördlichen Umweltinformationssysteme. Geprägt wurde die hier beschriebene zweite Phase von der Erstellung der Studie WebUIS 3.0 und der Entwicklung mobiler Anwendungen

Dynamische Erzeugung von Diagrammen aus standardisierten Geodatendiensten

Geodateninfrastrukturen (GDI) erfahren in den letzten Jahren immer weitere Verbreitung durch die Schaffung neuer Standards zum Austausch von Geodaten. Die vom Open Geospatial Consortium (OGC), einem Zusammenschluss aus Forschungseinrichtungen und privaten Firmen, entwickelten offenen Beschreibungen von Dienste-Schnittstellen verbessern die Interoperabilität in GDI. OGC-konforme Geodienste werden momentan hauptsächlich zur Aufnahme, Verwaltung, Prozessierung und Visualisierung von Geodaten verwendet. Durch das vermehrte Aufkommen von Geodiensten steigt die Verfügbarkeit von Geodaten. Gleichzeitig hält der Trend zur Generierung immer größerer Datenmengen beispielsweise durch wissenschaftliche Simulationen an (Unwin et al., 2006). Dieser führt zu einem wachsenden Bedarf an Funktionalität zur effektiven Exploration und Analyse von Geodaten, da komplexe Zusammenhänge in großen Datenbeständen untersucht und relevante Informationen heraus gefiltert werden müssen. Dazu angewendete Techniken werden im Forschungsfeld Visual Analytics (Visuelle Analyse) umfassend beschrieben. Die visuelle Analyse beschäftigt sich mit der Entwicklung von Werkzeugen und Techniken zur automatisierten Analyse und interaktiven Visualisierung zum Verständnis großer und komplexer Datensätze (Keim et al., 2008). Bei aktuellen Web-basierten Anwendungen zur Exploration und Analyse handelt es sich hauptsächlich um Client-Server-Systeme, die auf fest gekoppelten Datenbanken arbeiten. Mit den wachsenden Fähigkeiten von Geodateninfrastrukturen steigt das Interesse, Funktionalitäten zur Datenanalyse in einer GDI anzubieten. Das Zusammenspiel von bekannten Analysetechniken und etablierten Standards zur Verarbeitung von Geodaten kann dem Nutzer die Möglichkeit geben, in einer Webanwendung interaktiv auf ad hoc eingebundenen Geodaten zu arbeiten. Damit lassen sich mittels aktueller Technologien Einsichten in komplexe Daten gewinnen, ihnen zugrunde liegende Zusammenhänge verstehen und Aussagen zur Entscheidungsunterstützung ableiten. In dieser Arbeit wird die Eignung der OGC WMS GetFeatureInfo-Operation zur Analyse raum-zeitlicher Geodaten in einer GDI untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der dynamischen Generierung von Diagrammen unter Nutzung externer Web Map Service (WMS) als Datenquellen. Nach der Besprechung von Grundlagen zur Datenmodellierung und GDIStandards, wird auf relevante Aspekte der Datenanalyse und Visualisierung von Diagrammen eingegangen. Die Aufstellung einer Task Taxonomie dient der Untersuchung, welche raumzeitlichen Analysen sich durch die GetFeatureInfo-Operation umsetzen lassen. Es erfolgt die Konzeption einer Systemarchitektur zur Umsetzung der Datenanalyse auf verteilten Geodaten. Zur Sicherstellung eines konsistenten und OGC-konformen Datenaustauschs zwischen den Systemkomponenenten, wird ein GML-Schema erarbeitet. Anschließend wird durch eine prototypischen Implementierung die Machbarkeit der Diagramm-basierten Analyse auf Klimasimulationsdaten des ECHAM5-Modells verifiziert.Spatial data infrastructures (SDI) have been subject to a widening dispersion in the last decade, through the development of standards for the exchange of geodata. The open descriptions of service interfaces, developed by the OGC, a consortium from research institutions and private sector companies, alter interoperability in SDI. Until now, OGC-conform geoservices are mainly utilised for the recording, management, processing and visualisation of geodata. Through the ongoing emergence of spatial data services there is a rise in the availability of geodata. At the same time, the trend of the generation of ever increasing amounts of data, e. g. by scientific simulation (Unwin et al., 2006), continues. By this, the need for capabilities to effectively explore and analyse geodata is growing. Complex relations in huge data need to be determined and relevant information extracted. Techniques, which are capable of this, are being described extensively by Visual Analytics. This field of research engages in the development of tools and techniques for automated analysis and interactive visualisation of huge and complex data (Keim et al., 2008). Current web-based applications for the exploration and analysis are usually established as Client-Server approaches, working on a tightly coupled data storage (see subsection 3.3). With the growing capabilities of SDI, there is an increasing interest in offering functionality for data analysis. The combination of widely used analysis techniques and well-established standards for the treatment of geodata may offer the possibility of working interactively on ad hoc integrated data. This will allow insights into large amounts of complex data, understand natural interrelations and derive knowledge for spatial decision support by the use of state-of-the-art technologies. In this paper, the capabilities of the OGC WMS GetFeatureInfo operation for the analysis of spatio-temporal geodata in a SDI are investigated. The main focus is on dynamic generation of diagrams by the use of distributed WMS as a data storage. After the review of basics in data modelling and SDI-standards, relevant aspects of data analysis and visualisation of diagrams are treated. The compilation of a task taxonomy aids in the determination of realisable spatio-temporal analysis tasks by use of the GetFeatureInfo operation. In the following, conceptual design of a multi-layered system architecture to accomplish data analysis on distributed datasets, is carried out. In response to one of the main issues, a GML-schema is developed to ensure consistent and OGC-conform data exchange among the system components. To verify the feasibility of integration of diagram-based analysis in a SDI, a system prototype is developed to explore ECHAM5 climate model data

Usability-Patterns für Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen: Usability-Patterns für Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen

Die Usability von Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Eine große Anzahl von Webanwendungen stellt einem heterogenen und wachsenden Nutzerkreis Geoinformationen auf verschiedene Weise über das Web zur Verfügung. Diese Nutzergruppen benötigen robuste und nutzerfreundliche User-Interfaces. Die Usability der verfügbaren Webanwendungen variiert stark, wobei sich eine unzureichende Usability nicht nur auf die Akzeptanz der Webanwendung, sondern vielfach auf die Akzeptanz der bereitgestellten Geoinformationen bzw. auf die der ganzen Geodateninfrastruktur auswirkt. Die Behebung von Usability-Problemen aus Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen (GI-Webanwendungen) ist derzeit mit einem hohen Aufwand verbunden. Ein Grund dafür ist die fehlende Strukturierung wiederkehrender Usability-Probleme, die zur Folge hat, dass Usability-Probleme stets durch Usability-Evaluierungen neu erkannt werden müssen. Strukturierte Usability-Probleme lassen sich durch Lösungsmuster beheben. Die Vielzahl der verfügbaren GI-Webanwendungen lässt darauf schließen, dass für die grundlegenden wiederkehrenden Probleme bereits Lösungen in anderen GI-Webanwendungen existieren. Bisher werden die Lösungen jedoch für jede Anwendung neu entwickelt und implementiert. Es fehlt an Methoden und Konzepten die (häufig) auftretenden Usability-Probleme in GI-Webanwendungen strukturiert zu erfassen und durch Lösungsmuster zu beheben. Die Beiträge der vorliegenden Arbeit bestehen unter anderem in einer Auseinandersetzung mit dem Themengebiet der Usability für Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen. Ein Ergebnis der Arbeit besteht in der interdisziplinären Grundlagenbetrachtung zur Usability im Softwareentwicklungsprozess und zu Kernaspekten von Geodateninfrastrukturen und darin verfügbaren Webanwendungen. Im Rahmen der Arbeit erfolgte ebenfalls eine Systematisierung bisheriger Forschungsarbeiten zur Usability in GI-Webanwendungen. Diese zeigte, dass das Bewusstsein für die Bedeutung der Usability in der GI-Domäne bereits vorhanden ist, es zum Teil aber noch an detaillierten Untersuchungen fehlt. Daher wurden in verschiedenen eigenen Usability-Studien Untersuchungen zur Usability in der GI-Domäne durchgeführt. Die daraus resultierende strukturierte Sammlung von Usability-Problemen in GI-Webanwendungen bildet ein Usability-Grundwissen für zukünftige Neuentwicklungen oder Überarbeitungen von GI-Webanwendungen. Die gesammelten Usability-Probleme lassen sich teilweise auch in anderen Anwendungen der Domäne finden, und bilden somit auch für deren Entwicklung bzw. Redesign eine sinnvolle Wissensbasis. Für die strukturierte Erfassung von Usability-Problemen aus GI-Webanwendungen und entsprechende Lösungsvorschläge wird das Konzept der Usability-Patterns für GI-Webanwendungen vorgeschlagen. Durch die Integration des GIDomänenwissens in die Patternstruktur, können Usability-Probleme der Domäne entsprechend spezifischer beschrieben und passende Lösungen aufgefunden werden. Neue Patterntypen und -relationen mit Regeln zur Kombinierbarkeit der Typen und Relationen ermöglichen die Vermeidung mehrfach auftretender Usability-Probleme, wie z. B. des Mangels eines konsistenten Design- und Interaktionskonzepts. Aufbauend auf einem komplexen Anwendungsfall wird die Umsetzbarkeit des Konzepts der Usability-Patterns für GI-Webanwendungen gezeigt. In einer selbst entwickelten Anwendung zur Exploration und Visualisierung wissenschaftlicher GI-Ressourcen werden dazu Beispielpatterns umgesetzt und evaluiert. Die Anwendung implementiert neuartige Visualisierungs- und Interaktionskonzepte für die Exploration von GI-Ressourcen, zeigt aber auch die Übertragbarkeit von Lösungskonzepten aus anderen Domänen. Ein sogenannter Patternbrowser veranschaulicht, wie die Recherche und Exploration von Patterns einer Patternsammlung auf Basis der Patternmerkmale erfolgen kann. Die Webanwendung stellt damit ein Werkzeug für die projektübergreifende Arbeit interdisziplinärer Teams dar. Eine Formalisierung der wesentlichen Patternmerkmale bildet die Grundlage für die vielfältige Nutzung des neuen Konzepts, z. B. in verschiedenen Softwareanwendungen wie GUI-Buildern, und damit verbundene weiterführende Forschungsarbeiten.:1 Einleitung 9 1.1 Motivation 9 1.2 Forschungsfragen 11 1.3 Aufbau der Arbeit 13 2 Usability und Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen 16 2.1 Usability und Usability-Evaluierungsmethoden 16 2.2 Webanwendungen in Geodateninfrastrukturen 25 3 Untersuchungen zur Usability in Geodateninfrastrukturen 34 3.1 Abgrenzung der Usability in GI-Webanwendungen 35 3.2 Usability-Evaluierungsmethoden für GI-Webanwendungen 36 3.3 Konzeption und Durchführung von Usability-Inspektionen für GIWebanwendungen 41 3.4 Usability-Probleme in GI-Webanwendungen 57 4 Patterns in der Softwareentwicklung 61 4.1 Patterns und Design-Patterns 61 4.2 Mensch-Computer-Interaktions-Patterns 63 4.3 Usability-Patterns 65 4.4 Organisationsprinzipien von Patterns 70 4.5 Formalisierung von Patterns 73 5 Konzeption von Usability-Patterns für GI-Webanwendungen 76 5.1 Anwendbarkeit der Usability-Patterns auf GI-Webanwendungen 76 5.2 Allgemeine Anforderungen und Patternbeispiele 80 5.3 Integration von Hilfsstrukturen zur Patternnutzung und des GIDomänenwissens in die Patternstruktur 82 5.4 Modellierung eines konsistenten Design- und Interaktionskonzepts 88 6 Umsetzung und Evaluierung des Konzepts 100 6.1 Fallstudie: GLUES – Suchen wissenschaftlicher GI-Ressourcen 100 6.2 Exemplarische Umsetzung von Usability-Patterns 106 6.3 Usability-Studie zur Umsetzung der Usability-Patterns 111 7 Unterstützung bei der Nutzung des Patternkonzepts 132 7.1 Patternbrowser zur Suche nach Usability-Patterns 132 7.2 Formalisierung von Usability-Patterns für GI-Webanwendungen 134 8 Zusammenfassung 144 8.1 Diskussion und Beantwortung der Forschungsfragen 144 8.2 Ausblick und zukünftige Arbeiten 148 9 Anhang 152 9.1 Modelle 152 9.2 Usability-Studien 153 9.3 Eyetracking-Studie 159 10 Verzeichnisse 185 10.1 Abbildungsverzeichnis 185 10.2 Tabellenverzeichnis 188 10.3 Listingverzeichnis 190 10.4 Literaturverzeichnis 19