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Informationsbedarfsanalyse als Grundlage der Datenmodellierung im Rahmen des Precision Dairy

Farming

Christian Schulze1, Joachim Spilke1) Wolfgang Lehner2

1Arbeitsgruppe Biometrie und Agrarinformatik Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Ludwig-Wucherer-Str. 82-85 06108 Halle

2Lehrstuhl für Datenbanken Institut für Systemarchitektur

Technische Universität Dresden 01062 Dresden

c.schulze@landw.uni-halle.de spilke@landw.uni-halle.de lehner@inf.tu-dresden.de

Abstract: Aus dem Konzept des Precision Dairy Farming leiten sich hohe Anforderungen an die Gestaltung der Informationsverarbeitung ab. Grundlage einer Umsetzung kann nur eine integrierende und konsistente Datenbasis sein. Neben prozessorientierten, betriebsinternen Aufgaben müssen ebenso erweiterte, überbetriebliche Belange Berücksichtigung finden. Erster Schritt zur Entwicklung eines angepassten Datenmodells ist die Analyse des Informationsbedarfes. Die dargestellten Ergebnisse der Informationsbedarfsanalyse verdeutlichen die Kom-plexität der Thematik.

1 Problemstellung

Wissenschaftliche Ergebnisse und technische Entwicklungen der letzten Jahre ermög-lichen eine verbesserte einzeltierbezogene Datenerfassung. Entwicklungen auf der Ebene der Prozessrechentechnik haben hierfür einen wichtigen Beitrag geleistet. Die Um-setzung dieser Möglichkeiten mündete unter anderem im Konzept „Precision Livestock Farming“ bzw. seiner spezifischen Ausprägung für das Milchrind „Precision Dairy Farming“ (PDF). Die Definition des PDF als „… integrativer Ansatz für eine nachhaltige Erzeugung von Milch mit gesicherter Qualität sowie einem hohen Grad an Verbraucher- und Tierschutz“ [Sp03, S.19] zeigt die notwendige interdisziplinäre und integrierende Ausrichtung dieses Konzeptes. Daraus leiten sich hohe Anforderungen an die Gestaltung der Informationsverarbeitung ab. Basis für die Bewirtschaftung großer Datenmengen und Voraussetzung für die Aufwertung dieser Daten zu Informationen ist ein entwickel-tes Datenmanagement. Nur eine integrierende und konsistente Datenbasis kann Grund-lage der Umsetzung eines PDF-Konzeptes sein. Neben prozessorientierten und aggre-gierten, betriebsinternen Sichten muss im Hinblick auf erweiterte Zielsetzungen wie

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beispielsweise der Schaffung von Transparenz und Rückverfolgbarkeit in der Produktion eine adäquate Umsetzung überbetrieblicher Belange im Datenmodell Berücksichtigung finden. Entsprechend besteht eine komplexe Aufgabenstellung in der Datenmodellie-rung. Diese Aufgabe verbinden wir mit der Bereitstellung eines Metamodells für das PDF. Erster Schritt bei der Entwicklung eines angepassten Datenmodells ist die Analyse des Informationsbedarfes als ein der konzeptionellen Datenmodellierung vorgelagerter Aufgabenabschnitt. Nachfolgend sollen die bei der Realisierung dieser Teilaufgabe ge-wonnenen Ergebnisse dargestellt werden.

2 Material und Methode

2.1 Informationsbedarfsanalyse

„Der Informationsbedarf wird definiert als die Art, Menge und Qualität der Informa-tionen, die eine Person zur Erfüllung ihrer Aufgaben in einer bestimmten Zeit benötigt“ [PRW01, S.81]. Er setzt sich somit aus einer Vielzahl nutzerspezifischer Sichten auf ein System zusammen. Entsprechend ergibt sich der Informationsbedarf im Rahmen des PDF im Wesentlichen aus dem Informationsbedarf für Steuerung, Kontrolle, Bewertung und Planung der Produktion, Gesetzlichen Anforderungen, Anforderungen von Quali-tätssicherungssystemen und dem Informationsbedarf der Kooperations-/Handelspartner.

Die Analyse des Informationsbedarfes kann in Anlehnung an [SW02] nach verschie-denen Ansätzen erfolgen:

- Nachfrageorientierter Ansatz: Mittels geeigneter Techniken wird der Informationsbe-darf der Nutzer ermittelt.

- Angebotsorientierter Ansatz: Die Analyse bestehender, operativer Informationssys-teme liefert deren zugrunde liegende Schemata, aus denen die benötigten Informa-tionen identifiziert werden.

- Geschäftsprozessorientierter Ansatz: Aus den Datenstrukturen ablaufender Geschäfts-prozesse werden die benötigten Informationen identifiziert.

Alle drei Ansätze stellen berechtigte Ausgangspunkte für die Analyse dar. In der vor-liegenden Arbeit wurde deshalb versucht, die Ansätze zu kombinieren. Entsprechend wurde mittels Berichtsanalyse, Literaturstudium und der Analyse bestehender Informa-tionssysteme der angebots- und geschäftsprozessorientierte Ansatz beachtet, während über die Methode der Expertenbefragung vor allem der nachfrageorientierte Ansatz verfolgt wurde. Die Expertenbefragung soll nachfolgend näher dargestellt werden.

2.2 Expertenbefragung

Um dem interdisziplinären Charakter des PDF gerecht zu werden, wurden Befragungs-gruppen aus den involvierten Fachgebieten bestimmt: Tierhaltung/Ethologie, Tierzüch-tung, Tierernährung, Landtechnik/Verfahrenstechnik, Veterinärmedizin/Tierhygiene, Betriebswirtschaft/Unternehmensführung, Agrarverwaltung, IT-Dienstleistung, Produkt-qualität.

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Die Befragungen wurden als offene Gespräche ohne Fragebogen angelegt. Als Ge-sprächsgerüst diente eine Aufstellung von Teilverfahren der Milchproduktion. Diese Einteilung orientierte sich an technologischen Gesichtspunkten. Die gewählte Vor-gehensweise, insbesondere die Aufstellung der Teilverfahren, soll sowohl eine Voll-ständigkeit der zu betrachtenden Prozesse in der Milchproduktion sicherstellen als auch für die befragte Person genug Freiraum für bisher nicht berücksichtigte Aspekte lassen. Ausdrückliche Beachtung gilt dabei zukünftigen Erfordernissen und deren möglicher Umsetzung. Schwerpunkt der Befragungen stellten Personen aus den Bereichen Forschung, Beratung und regionale Organisation dar. Bisher wurden 26 Befragungen durchgeführt. Die Informationsbedarfsanalyse wird jedoch als iterativer Vorgang ange-sehen, der nicht als abgeschlossen betrachtet und im Verlauf der Modellierung fortge-setzt wird.

3 Ergebnisse

Die Ergebnisse der Informationsbedarfsanalyse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Gliede-rung erfolgt entsprechend der technologischen Teilverfahren, inhaltlich sich ergebenden Organisationseinheiten sowie Merkmalen und Merkmalsgruppen.

Tabelle 1: Anzahl der Merkmale und Merkmalsgruppen je Teilverfahren und Organisationsein-heit (Operatives Kernmodell) (*Anzahl Merkmalsgruppen / Anzahl Merkmale)

Merkmalsgruppen stellen zur Vereinfachung der nachfolgenden Modellierung eine sachliche, räumliche und zeitliche Zusammenfassung von Merkmalen dar. Mit dieser Begriffswahl wurde eine Überlappung zur nachfolgenden konzeptionellen Datenmodel-lierung mit dem Entity-Relationship-Ansatz vermieden. Ein Zusammenhang besteht

Teilverfahren

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Sum

me

Euterviertel 1/14* 1/14

Einzeltier 2/29 2/4 2/11 7/85 3/26 16/155

Tiergruppe 3/13 2/6 1/3 6/22

Stalleinheit 2/15 1/8 3/10 1/13 7/46

Abrechnungseinheit 2/11 1/5 3/16

Betriebszweig 1/10 1/10 Org

anis

atio

nsei

nhei

t

ohne eindeutige Zuordnung 3/78 3/29 6/30 12/137

Summe 5/54 8/95 5/40 2/15 7/85 3/14 7/39 9/58 46/400

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jedoch in der Weise, dass aus der Kombination von Organisationseinheiten und Merk-malsgruppen innerhalb der Teilverfahren Entity-Typen und aus den Merkmalen Attri-bute gebildet werden.

Die Komplexität zeigt sich in einer Vielzahl an Merkmalsgruppen und einer Summe von 400 Merkmalen allein für das operative Kernmodell, bei dem beispielsweise ökono-mische Belange im ersten Schritt noch nicht Eingang fanden. Die Ergebnisse zeigen weiter die Bedeutung des Einzeltieres im Modell und damit im Konzept des Precision Dairy Farming durch eine hohe Anzahl an Merkmalen. Die dargestellten Organisations-einheiten bilden hierbei eine Hierarchie vom Euterviertel bis zur Ebene des Betriebs-zweiges, die für den Milchproduktionsbetrieb bezeichnend ist. Entsprechend kommt ihnen bei der Modellierung eine Schlüsselrolle zu.

4 Schlussfolgerungen und Ausblick

Die Informationsbedarfsanalyse führte erwartungsgemäß zu einer großen Anzahl bedeut-samer Merkmale. Die daraus resultierende Komplexität des Modells zwingt für den nächsten Schritt der semantischen Modellierung zur Nutzung eines Entwurfswerkzeuges. Nur so können die Übersichtlichkeit gewahrt und eventuelle Modellierungsfehler mini-miert werden.

Um dem Ziel der Bereitstellung eines umfassenden Metamodells gerecht zu werden, ist eine schrittweise Erweiterung des derzeit vorliegenden operativen Ausschnittes durchzu-führen. Ein weiteres Anliegen muss die Berücksichtigung analytischer Aspekte und deren enge Verzahnung mit operativen Daten sein. Es sind daher aggregierte Kennzahlen zu bilden und die daraus anknüpfende Ableitung allgemeiner Data-Warehouse-Struk-turen vorzunehmen.

DanksagungDieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Literaturverzeichnis

[PRW01] Picot, A.; Reichwald, R.; Wigand, R.T.: Die grenzenlose Unternehmung – Information, Organisation und Management. Gabler-Verlag, Wiesbaden, 2001.

[Sp03] Spilke, J.; Büscher, W.; Doluschitz, R.; Fahr, R.-D.; Lehner, W.: Precision Dairy Farming – integrativer Ansatz für eine nachhaltige Milcherzeugung. In: Gesellschaft für Informatik in der Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft (GIL) (Hrsg.): Zeitschrift für Agrarinformatik. Landwirtschaftsverlag, Münster-Hiltrup, 2003; S.19-25.

[SW02] Strauch, B.; Winter, R.: Vorgehensmodell für die Informationsbedarfsanalyse im Data Warehousing. In: Maur, E.; Winter, R. (Hrsg.): Vom Data-Warehouse zum Corporate Knowledge Center. Physica, Heidelberg, 2002; S.359-378.

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Geodateninfrastrukturen: Potenziale für die Land- und Forstwirtschaft

Olaf Nölle

Institut für Agrar- und Forstinformatik an der Universität Münster

Robert-Kochstrasse 27 48149 Münster

nolleo@uni-muenster.de

Abstract: Land- und Forstwirtschaft haben sich zweifelsohne zu wichtigen Anwendungsdomänen für GeoInformations(GI-)-Technologie entwickelt. Die Beantwortung raumbezogener Fragestellungen in beiden Bereichen bedarf in der Regel einer Vielzahl von Geoinformationen. Ein schneller, einfacher, sicherer und koordinierter Zugriff auf die entsprechenden Informationen ist dabei für eine effiziente Nutzung der GI-Technologie von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus spielt die Wiederverwertung und Mehrfachnutzung von einmal erfassten Geodaten eine wichtige Rolle bei der u.a. Amortisierung von Investitionen in diesen Technologiebereich. Der Aufbau und die Nutzung von Geodateninfrastrukturen auf der Grundlage von internationalen Standardi-sierungsbemühungen bieten hierzu eine hervorragende Grundlage.

1 Einführung

GeoInformations-Technologie hat sich in Land- und Forstwirtschaft zu einem festen Bestandteil in den IT-Infrastrukturen beider Anwendungsdomänen etabliert. GI-Technologie wird dabei auf allen Anwendungsebenen (betrieblich, überbetrieblich, administrativ, industriell) eingesetzt und entwickelt sich kontinuierlich hin zu einer Schlüsseltechnologie. Hierzu tragen insbesondere stetig steigende Dokumentationspflichten aber auch der Wunsch nach Optimierung der Prozessketten in Land- und Forstwirtschaft bei. Prominentestes Beispiel aus dem landwirtschaftlichem Sektor sind die neuen Anforderungen an das Integrierte Verwaltungs- und Kontrollsystem (InVeKoS) der Europäischen Kommission. Europaweit wird durch die novellierte, zugrundliegende Verordnung die Integration von GI-Technologie und der Aufbau sog. landwirtschaftlicher Parzelleninformationssysteme (LPIS; vgl. http://mars.jrc.it/lpis/) bis zum Beginn des Jahres 2005 vollzogen werden. Mit Blick auf einen optimierten Einsatz von GI-Technologie (nicht nur in Land- und Forstwirtschaft) stehen zwei Aspekte im Vordergrund: ein einfacher, schneller und zuverlässiger Zugriff auf Geobasis-(Luftbilder, topographische Kartenwerke etc.) und Geofachdaten (Naturschutzgebiete, Straßendaten, Fauna-Flora-Habitate usw.) sowie die Wiederverwertbarkeit (Veredelung) bestehender Geodaten durch entsprechende

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Geodienste. Beide Aspekte sind zentrale Anliegen beim Aufbau und der Nutzung von Geodateninfrastrukturen [BNW02] und auf ihnen aufsetzenden Geodiensten. Ein bekanntes und renommiertes Beispiel für die intensiven Bemühungen um den Aufbau einer Geodateninfrastruktur entsprechend internationalen Standardisierungsbemühungen (hier insbes. die Aktivitäten des Open GIS Consortiums; vgl. http://www.opengis.org/), ist die Geodateninfrastruktur-Initiative des Landes Nordrhein-Westfalens (GDI NRW; vgl. http://www.gdi-nrw.org/). Dem voran genannten Gedanken der Veredelung von Informationen durch Geodienste folgend sowie die Überwindung von monolithischen Softwareansätzen und den hierdurch möglichen, reibungslosen Austausch von Geoinformationen in verteilten Strukturen vor Augen, ist eines der übergeordneten Ziele der GDI NRW die grundsätzliche Stimulierung des Geoinformationsmarktes.

2 Definition

Eine Geodateninfrastruktur ist eine „... aus technischen, organisatorischen und rechtlichen Regelungen bestehende Bündelung von Geoinformationsressourcen, in der Anbieter von Geodatendiensten mit Nachfragern solcher Dienste kooperieren. Sie besteht aus einem raumbezogenen Rahmenwerk, welches grundlegende Geometrien mit fachlichen Thematiken kombiniert, die von allgemeinem Interesse sind. Der Anwender nutzt diese Dateninfrastruktur und fügt seine speziellen Anwenderdaten hinzu.“ Geodateninfrastrukturen schaffen „... die Voraussetzung für die Wertschöpfung durch viele Nutzer in Verwaltungen sowie im kommerziellen und nichtkommerziellen Bereich. Auf ihr können sich neue Services entwickeln. Man muss also davon ausgehen, dass sich in GDI komplexe Produktionsketten etablieren werden. Informationsanbieter und Informationsnutzer treten nicht mehr direkt miteinander in Verbindung, sondern bedienen sich möglicherweise gestufter Services zur Identifikation und Aufbereitung der gewünschten Informationsprodukte [beide Zitate entstammen dem Lexikon des Geoinformatik-Service des Institutes für Geodäsie und Geoinformatik (GG) AUF Universität Rostock, vgl.: http://www.geoinformatik.uni-rostock.de/lexikon.asp].“

3 Potenziale

Insbesondere die räumlich dichte Beziehung zwischen Land- und Forstwirtschaft bietet mit Blick auf die Etablierung von Geodateninfrastrukturen erhebliches Prozess-Optimierungspotential für beide Anwendungsdomänen. Beide Domänen sind auf zum großen Teil identische, von diversen (externen) Quellen kommenden Geobasis- und Geofachdaten beim Einsatz von GI-Technologie angewiesen. Das Potenzial für beide Bereiche würde insbesondere aus der generellen Forderung nach dem Zugriff auf Geoinformationen über die originäre Quelle innerhalb von Geodateninfrastrukturen resultieren. Geodaten externer Anbieter (wie z.B. Landesvermessungsämter, Landesumweltämter) müssten demnach nicht mehr redundant und lokal innerhalb land- und forstwirtschaftlicher Einrichtungen auf z.B. Geodatenservern oder in File-Systemen vorgehalten werden, sondern könnten direkt über entsprechende Anwendungen (Clients) angesprochen werden.

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Das das vorangenannte Gedankenkonstrukt bezüglich des Zugriffs auf verteilte, standardisierte Geodienste keineswegs ein praxisentferntes Ideal ist, sondern durchaus der Realität entsprechen kann, zeigt der Einsatz einer Anwendung in der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen (LWK NRW), die sog. AgrarAuskunftsKomponente (AAK). Die AAK ist z.Zt. als OGC-konformer Geoinformations-Auskunfts-Client in Form eines Java-Applets im Intranet der LWK NRW im Einsatz. Sie hat die Möglichkeit auf WebMapServices (WMS) und WebFeatureServices (WFS) zuzugreifen. Die nachfolgende Abbildung zeigt die AAK beim Zugriff auf die Bodenkarte im Maßstab 1:50.000 des Geologischen Dienstes NRW (GD NRW). Diese Karte wird als WMS durch das Landesamt für Datenverarbeitung und Statistik NRW (LDS NRW) u.a. im Landesverwaltungsnetz als ansprechbarer Geodienst (hier ein Datendienst) angeboten. Dieser Dienst ist nur einer von inzwischen vielen im Landesverwaltungsnetz verfügbaren, standardisierten Geodiensten.

Abb. 1: Beispiel für einen OGC-konformen Intranet-GIS-Client: die AgrarAuskunftskomponenteder Landwirtschaftskammer NRW

Das Beispiel der AAK soll deutlich machen: die LWK NRW hat durch den Zugriff auf verteilt vorliegende Geodienste den großen Vorteil, das sie die entsprechenden Daten nicht länger auf ihrem eigenen Geodatenserver [Nö01] vorhalten braucht, sondern simpel über das Landesverwaltungsnetz erreichen kann.

In die nahe Zukunft gedacht kann dies z.B. bedeuten, das Einrichtungen wie die LWK NRW und z.B. die Höhere Forstbehörde NRW (HF NRW; zukünftig Landesforstbetrieb) über entsprechende Clients ihren Mitarbeitern über das Landesverwaltungsnetz und

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entsprechenden in ihm verfügbaren Geodiensten Zugriff auf alle zur Verfügung stehenden Geobasis- und Geofachdaten ermöglichen können, ohne das diese Daten wie bislang für ganz NRW in unterschiedlichen Datenformaten in den beiden Häusern mit erheblichem administrativen Aufwand vorgehalten werden müssen.

Darüber hinaus besteht in beiden Anwendungsdomänen natürlich die Möglichkeit mit eigenen Geofachdaten (wie z.B. geometrisch erfassten landwirtschaftlichen Bewirtschaftungseinheiten; Schläge) in Kombination mit den vorangenannten Geobasisdatendiensten (z.B. Luftbilder) über das Internet durch angepasste (insbes. mit Blick auf Sicherheits- und Bepreisungsaspekte) Geodienste den entsprechenden Kundenkreisen anzubieten und somit (evt. schon bestehende) Geofachdaten in einem neuen Angebotsumfeld zu veredeln [Nö02].

4. Fazit

Geodateninfrastrukturen und in ihnen operierende Geodienste haben ein erhebliches (Optimierungs-) Potential für alle Beteiligten der land- und forstwirtschaftlichen Prozessketten. Allein die aktuell zur Verfügung stehenden Spezifikationen für WMS und WFS und daraus resultierende (mögliche) stabile Zugriff auf entsprechende Geodatendienste bieten den land- und forstwirtschaftlichen Akteuren schon heute einen zeitgemäßen, Systemgrenzen-übergreifenden Zugriff auf Geoinformationen [BK04]. Es ist absehbar, dass erste positive (im Sinne von operationell genutzten Geodiensten) Effekte im administrativen Umfeld erzielt werden können und über diese Erfahrungen weitere Impulse in den betrieblichen und industriellen Bereich gegeben werden. Hierzu tragen insbes. Initiativen wie das Verbundprojekt innerhalb der GDI NRW durch ihre Kern-Zielsetzung, der Operationalisierung von Geodateninfrastrukturen, bei.

Literaturverzeichnis

[BNW02] Börner, G.; Nölle, O.; Wytzisk, A.: Aufbau und Nutzung von Geodateninfrastrukturen für die Land- und Forstwirtschaft. In: Beiträge zur 2. CC-GIS-Fachtagung , Münster 2001; erschienen in der Schriftenreihe des Instituts für Geoinformatik WWU Münster, IfGIprints 12. Verlag Natur & Wissenschaft, Solingen, 2002.

[Nö02] Nölle, O.: Geodatainfrastructures: the key to agricultural geo-business applications. In: Proceedings of the 22th ESRI International User Conference, San Diego, California, USA, 2002.

[Nö01] Nölle, O.: The Central Geodataserver of the Department of Agriculture for Westfalen-Lippe (North Rhine-Westfalia, Germany) as the Core Aspect of the Departments GIS-Integrating Strategy. In Proceedings of the Third International Conference on Geospatial Information in Agriculture and Forestry, Denver, Colorado, USA, 2001.

[BK04] Bill, R.; Korduan, P.: An Interoperable Geodata Infrastructure for Precision Agriculture. In Proceedings of the 7th AGILE Conference on Geographic Information Science, Heraklion, Greece, 2004.