Zur Qualität von objektstrukturierten Geodaten
Zur Qualität von objektstrukturierten Geodaten
von Gerhard Joos
Um die Qualität von Geodaten ermitteln oder beurteilen zu können, muß zuerst klar definiert sein, welche Objekte der realen Welt wie in einem Geoinformationssystem repräsentiert werden sollen. Dazu muß ein Datenmodell aufgestellt werden, das aus den Teilen konzeptionelles, logisches und physikalisches Datenmodell besteht. Das Datenmodell legt die Objektauswahl, deren Eigenschaften, die Struktur und Regeln fest.
Die Beschreibung der Daten erfolgt durch Metadaten. Sie beinhalten nicht nur das Datenmodell, sondern auch alle Informationen über den Entstehungsprozeß der Daten und ein Qualitätsmodell, das einem potentiellen Anwender von Geodaten ein Urteil ermöglicht, ob Geodaten für eine beabsichtigte Anwendung geeignet sind. Zur Beschreibung des Qualitätsmodells müssen Qualitätskriterien und Qualitätsmaße eingeführt werden. Die Kriterien sind erforderlich, um Datenfehler taxieren zu können, da nicht alle Fehlerarten gleiche Auswirkungen für die Anwendungen haben. Es wurde gezeigt, daß die vier Kriterien „Vollständigkeit“, „Richtigkeit“, „Genauigkeit“ und „Konsistenz“ zur Einordnung von Datenfehlern ausreichend, aber nicht immer eindeutig sind. Wenn keine Mehrdeutigkeiten zugelassen sind, müssen Zusatzregeln als Entscheidungshilfen bei der Behandlung aller anwendungsspezifischer Spezialfälle angegeben werden.
Auf Basis dieser vier Kriterien werden die Qualitätsmaße eingeführt, die entweder objektbezogen oder bezogen auf Gebiete definiert werden können. Die Qualitätsmaße können durch Festlegung von Grenzwerten zur Formulierung von Qualitätszielen verwendet werden. Qualitätsziele sind insbesondere im Rahmen eines Qualitätsmanagements erforderlich. Das Qualitätsmanagement dient zur Überwachung und zur Dokumentation, daß die Ziele eingehalten und mögliche Fehlerursachen früh erkannt werden, damit die Erfassung und Fortführung von Geodaten auf einem hohen Qualitätsniveau erfolgen und durch ständige Rückkopplungen weiter verbessert werden. Das Qualitätsmanagement kann durch 20 QS-Elemente in Anlehnung an ISO 9000 ff beschrieben werden. Kernstück des Qualitätsmanagement sind regelmäßige Prüfungen. Zur Prüfung von Geodaten können zwei Arten der Prüfung unterschieden werden. Prüfungen können automatisch ablaufen oder interaktiv durch einen menschlichen Prüfer und sie können auf den gesamten Datenbestand angewandt werden oder nur auf Stichproben, deren Prüfergebnisse auf den Gesamtdatenbestand hoch- gerechnet werden.
Automatische Prüfungen können nur zur Kontrolle der Konsistenz, d.h. der Einhaltung von Regeln des Datenmodells, herangezogen werden. Die Regeln beziehen sich auf die konzeptionelle, logische oder physikalische Ebene der Datenmodellierung. Zur Überprüfung der konzeptionellen Konsistenz wurde ein Regelwerk aufgestellt, mit dem Konsistenzbedingungen für topographische Daten formuliert werden können. Eine Prüfsoftware, die diejenigen Objekte und Konstellationen auf- deckt, die diesen Regeln widersprechen, wurde entwickelt. Die Prüfung wird von einem implementierungsunabhängigen Regelkatalog gesteuert. Zur Anpassung an Änderungen und Erweiterungen des Datenschemas braucht nur der Regelkatalog fortgeführt zu werden. Die Bedingungen zur Suche nach Inkonsistenzen werden mit Hilfe der Prädikatenlogik und des 9-Intersection-Modells zur Beschreibung von topologischen Beziehungen formuliert. Automatische Prüfungen sind auf dem gesamten Datenbestand durchzuführen, bevor die Daten einer Anwendung zugeführt werden.
Wenn eine vollständige Prüfung des gesamten Datenbestandes mit zu großem Aufwand verbunden ist, weil diese z.B. zu lange dauert und die Daten schnell benötigt werden oder die Kosten für die Prüfung das Budget oder den Nutzen übersteigen, so kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Stichprobenkontrolle durchgeführt werden. Die Wahrscheinlichkeit, eine bestimmte Anzahl von fehlerhaften Objekten in einer Stichprobe zu finden, errechnet sich nach der hypergeometrischen Verteilung. Zur Aufstellung eines Stichprobenplanes, bestehend aus dem erforderlichen Stich- probenumfang und einer zugehörigen Annahmezahl, wird eine annehmbare Qualitätsgrenzlage und rückzuweisende Qualitätsgrenzlage benötigt. Diese kann entweder durch Absprache zwischen Pro- duzent und Anwender der Daten abgesprochen oder nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten ermittelt werden. Verschiedene Strategien zur Reduzierung des durchschnittlichen Stichprobenumfanges werden diskutiert.
Die Dokumentation der durchgeführten Kontrollen und deren Ergebnisse ist für die Einschätzung der Zuverlässigkeit der Geodaten wichtig. Verschiedene Ansätze zur Verwaltung dieser Informationen zusammen mit weiteren Metadaten werden diskutiert. Abhängig, ob das einzelne Objekt oder eine Gruppe von Objekten die Bezugsgröße für Qualitätsinformationen darstellt, sind unterschiedliche Konzepte zur Verwaltung der qualitätsbezogenen Metadaten erforderlich.
Der Einsatz eines GIS für die Planung, für Verwaltung von rechtsverbindlichen Objekten, z.B. Flur- stücke oder Schutzgebiete, für die Fahrzeugnavigation und Flottenmanagement, für Geomarketing und für Leitungsdokumentation bringt nicht nur Vorteile in Form von Kosteneinsparung, schnellere Verfügbarkeit, höhere Aktualität und vor allem Analysemöglichkeiten, sondern birgt auch Gefahren in sich. Auf der Basis der Geodaten werden Entscheidungen gefällt, die sowohl Einfluß auf Investitionen haben als auch auf unsere Umwelt, und somit auch auf unsere Lebensqualität. Die Qualität der Daten ist deshalb besonders wichtig. Um qualitativ hochwertige Daten zu erhalten, muß ein größerer Aufwand getrieben werden. Dieser Aufwand darf nicht nur mit der Datenerfassung in Relation gestellt werden, sondern auch mit den Auswirkungen, die fehlerhafte Objekte in einem Geoinformationssystem bewirken können.
