Doctor's Theses (authored and supervised):

Z. Biljecki:
"Concept and Implementation of Croatian Topographic Information System - CROTIS";
Supervisor, Reviewer: N. Pfeifer, G. Konecny; Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, 2007; oral examination: 2007-06-27.

English abstract:
The concept and implementation of topographic information systems, as a photogrammetric state of art discipline, is the fundamental frame of reference, motif and goal of this doctoral thesis.

TIS can be defined (K.Kraus, Photogrammetrie, BAND 3, Vienna, 2000.) as a computer-system with data connected to the landscape which have been: captured and processed, stored and reorganised, modelled and analysed, presented alphanumerically and graphically. TIS, as any other information system consists of data bank and aplication software.

The existing practice is battling with legacy system implementations, in the form of existing paper maps and incomplete digital datasets with heterogeneous quality. A new approach is suggested and investigated in this work. Which is an optimal method of building country-wide digital topographic information system, starting from a scratch. The research has been embedded in the context of creation of Topographic Information System for the Republic of Croatia. The application of high technology, conceptual modelling, standardisation and formal specification of geometric and topological modelling on the conceptual level conditioning easier and more successful development and achievement of topographic information system accompanied by full respect of user needs are the basic characteristics of applied methodology and approach in solving the intended task.

The task that involves creating the concept of topographic information system and initiating its establishment is characterised by an expressively strong organisational and practical aspect besides its scientific components which are included in work. The scientific component encompasses GML and object oriented approach in data modelling and functionally oriented modelling methodology of real world. The motivation is coming from the author and is being supported by the highest state authority competent for the organisation and functioning of geodetic and spatial data system of State Geodetic Administration (SGA) defined by the law of "state survey and real estate cadastre" , as well as coming from the majority of users. This was the first step towards the implementation of the authorīs idea referring to the establishment of modern geoinformation system.

The following actions are only the most significant realised steps toward the implementation of this topographic information system, being the largest state activity within the scope of National Spatial Data Infrastructure in the last ten years - to contract for the works on the "Creation of Topographic Information System of the Republic of Croatia - CROTIS" , to form a team to work on the implementation of the topographic information system providing proper education and informing for experts, creating a data model in collaboration with the users, organisation of data gathering according to the created conceptual model and establishing a topographic data base accompanied by the initiation of about hundreds new projects within the scope of activities connected with the creation of CROTIS / STOKIS.

The conceptual modelling is based on using abstraction, i.e. on the basis of methodology established by concentration applied in recognising the similarities among objects of the real world and temporary neglecting of differences among them. The abstraction is used to decompose the model of the real world, objects and connections among them, in the hierarchy of abstractions, i.e. into the combination of aggregations and generalisations. As well as the other European geoinformation systems, the Croatian Topographic Information System respects and observes the standards by ISO (International Standard Organisation) being one of the priorities among obligations. The aim is to establish standards and principles for modelling of graphic and alphanumeric code system intended for defining, structuring, replacing, coding, transformation and transfer of spatial data.

Geometric and alphanumeric data create a complex system representing in a clear and simple manner the geometry and topology of geographic objects. The complexity is established, defined and harmonised with the needs and applications of users.Geoinformatically functionally oriented approach in CROTIS accelerates the process of transforming the reality into the desired information from, and provides complete projection of created data model into the structured base. The work gives an outline of a new approach in spatial data representation and management. The establishment of a functional, and not analogous and cartographic model, is the basic characteristic of this new conceptual approach.

Traditional analogous and cartographic approach in presenting the reality cannot meet the demands of modern geoinformation system and standards. "Aerial view" with classical presentation of the Earthīs topography gives either insufficient or too much data considering all principles and standards of cartographic presentation dealing exclusively with analogous object presentation, and its structure is mostly not suitable to be accepted and processed as an integral or basic data of geoinformation system.

Functionally oriented modelling raises considerably the level and quality of data respecting thereby conceptual modelling. The reality in all its complexity can be presented and processed informatically in a satisfactory way only by recognising this complexity.

The basic guideline of functionally oriented modelling is to emphasise, give more weight to presentation and gathering of data having greater importance in exploitation of space. The main roads, other communication routes, built objects and their basic approaches and their classification are essential object classes for the functioning of space.

Currently, CROTIS is modernized and synchronized with the latest ISO and OGC standards in order to develop procedures for topographic data storing, exchange and distribution by using GML (Geography Markup Language). New data model approach, new schema for the data exchange and new data catalogue have been encompassed within the research. The modeling was done for the purpose of data model improvement according to standards which provide the methods and properties for display of model objects and model attributes. UML (Unified Modelling Language) is used for the formal description of the data. Logical data model in UML enables the implementation of GIS including the database as well. The automatic generation of GML application schema was developed from UML. Data description is contained in the data catalogue which resulted automatically from data model. This is original and unique solution.

The fundamental principIe in the creation of CROTIS is functionally oriented conceptual modelling and formal specification of geometric and topological modelling at the conceptual level providing easier and more successful development and realisation of complex geoinformation system. Theses scientific approaches have been tested and approved throughout some recent workshops organised with more than thirty most important users. This approach, but also complete compatibility with ISO standards provide full and rapid integration of Croatian Topographic Information System as the most important part of NSDI into European (INSPIRE) and global data spatial systems.

"The geoinformation approach in creating the reality with reduced quantity of less important data, and with emphasizing at the same time functionally essential ones, accompanied by the usage of object-oriented systems and modern informatic infrastructure" is equally significant characteristic of the CROTIS.

German abstract:
Motiv und Ziel dieser Doktorarbeit ist das Konzept und die Implementierung eines topographischen Informationssystems aus Sicht des aktuellen technologischen Standes der Photogrammetrie als Wissenschaft. TIS kann defniert werden (K. Kraus, Photogrammetrie, Band 3, Wien ,2000) als computerbasiertes System mit Datenverbindung zur Landschaft welche: erfasst und weiterverarbeitet, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert, sowie alphanumerisch und grafisch dargestellt wurde. TIS stellt sich, wie andere Informationssysteme, zusammen aus Datenbank und Anwendungssoftware.

In der Praxis wird mit übernommenen veralteten Implementierungen, in Form von vorhandenen Plänen aus Papier und unvollständigen digitalen Datensätzen mit heterogener Qualität, gearbeitet. Hier wird eine neue Herangehensweise erforscht und vorgeschlagen, die eine optimale Methode des Errichtens eines landesweiten digitalen topographischen Informationssystems darstellt, beginnend mit einem Entwurf. Diese Untersuchung wurde im Zusammenhang des Errichtens eines Informationssystems der Republik Kroatien erstellt.

Die Anwendung hochentwickelter Technologien, des konzeptionellen Modellierens, der Normierung und der formalen Spezifikation von geometrischen und topologischen Darstellungen, beruhend auf dem Konzept einfacher und erfolgreicher Entwicklungen und Errungenschaften topografischer Informationssysteme, begleitet unter Berücksichtigung von Benutzerbedürfnissen, sind die grundlegenden Eigenschaften angewandter Methoden und Vorgehensweisen zur Lösung der beabsichtigten Aufgabe.

Diese Aufgabe beinhaltet das Erstellen des Konzepts eines topografischen Informationssystems sowie dessen Einführung, welche neben ihrem wissenschaftlichen Bestandteil ausdrücklich gekennzeichnet ist durch strenge organisatorische und praktische Aspekte. Die wissenschaftliche Komponente beinhaltet GML und objektorientiere Herangehensweise im Modellieren der Daten und der funktional orientierten Modellierungsmethode der realen Welt. Den Beweggrund hierzu liefert der Autor, der unterstützt wird von einer Vielzahl von Benutzern aus der höchsten staatlichen geodätischen Behörde, die zuständig ist für die Verwaltung und Fortführung geodätischer und raumbezogender Systeme im Sinne der Gesetzgebung zur hoheitlichen Vermessung und Verwaltung des Liegenschaftswesens. Dies war der erste Schritt zur Implementierung der Idee des Verfassers bezugnehmend auf das Einrichten eines modernen Geoinformationssystems.

Die folgenden Aktionen stellen nur die bedeutendsten verwirklichten Schritte zur Implementierung dieses topografischen Informationssystems dar, welche die umfangeichsten staatlichen Aktivitäten innerhalb der nationalen Infrastruktur räumlicher Daten der letzten zehn Jahre waren. Die vertragliche Vereinbarung umfasst Maßnahmen am "Erstellen eines topografischen Informationssystems der Republik Kroatien - CROTIS", Aufstellen eines Teams zur Implementierung dieses topografischen Informationssystems mit angemessener Ausbildung und entsprechendem Expertenwissen, Erstellen eines Datenmodells in Zusammenarbeit der Endanwender, Erfassung der Daten bezüglich des erstellten konzeptionellen Modells und Etablierung einer topografischen Datenbank in Begleitung von hunderten bereits eingeführter neuer Projekte mit Blick auf die Aktivitäten bezüglich des Erstellens des CROTIS / STOKIS. Das konzeptionelle Modellieren basiert auf die Anwendung der Abstraktion, d.h. auf der Grundlage der Methode, welche durch die Schwerpunktbildung entsteht, also des Erkennens von Ähnlichkeiten zwischen Objekten der realen Welt unter vorläufiger Vernachlässigung ihrer Unterschiede. Die Abstraktion wird verwendet, um das Abbild der realen Welt, der Objekte und ihren Verbindungen, zu zerlegen in eine Hierarchie von Abstraktionen, d.h. in die Kombination von Aggregationen und Generalisierungen. Sowie andere Geoinformationssysteme anderer Europäischer Staaten, berücksichtigt auch das Kroatische topographische Informationssystem ISO Standards als priorisierende Verpflichtung. Ziel ist es, Standards und Grundregeln für das Modellieren eines grafischen und alphanumerischen Kennzeichensystems herzustellen, welches für das Definieren, Strukturieren, Ersetzen, Kodieren, Umwandeln und Übertragen räumlicher Daten bestimmt ist. Geometrische und alphanumerische Daten bilden ein komplexes System, das in einer klaren und einfachen Art und Weise die Geometrie und die Topologie der geografischen Objekte darstellt. Die Komplexität ist bestimmt, definiert und abgeglichen mit den Anforderungen und Anwendungen der Benutzer. Die geoinformatisch funktional orientierte Vorgehensweise in CROTIS beschleunigt den Prozess der Umwandlung der Realität in die gewünschte Informationsform, und liefert ein gesamtheitliche Abbildung des erstellten Datenmodells in Form einer strukturierten Basis. Dieses Projekt gibt einen Überblick einer neuen Vorgehensweise zur räumlichen Informationsdarstellung und Verwaltung. Die Einrichtung eines funktionalen, nichtanalogen kartografischen Betriebes, ist die grundlegende Eigenschaft dieses neuen Konzeptes.

Traditonelle analoge kartografische Vorgehensweisen können in der Darstellung der Realität nicht die Erwartungen moderner Geoinformationssysteme und Standards erfüllen. Luftbilder mit klassischer Darstellung der Topografie liefern entweder unzureichende oder überflüssige Daten in Anbetracht aller Grundlagen und Standards der kartografischen Darstellung mit ausschließlichen Bezug auf analoge Objektdarstellungen. Außerdem ist ihre Struktur meistens ungeeignet um als integrierte Daten oder Basisdaten eines GIS weiterverabeitet zu werden.

Funktional orientierte Abbildungen steigern, unter Berücksichtigung des konzeptionellen Modells, das Qualitätsniveau der Daten erheblich. Die Realität in all ihrer Komlexität kann nur unter Erkennung dieser Vielschichtigkeit in einem befriedigenden Maße dargestellt und informationsbezogen verarbeitet werden. Der grundlegende Leitfaden zur funktional orientierten Modellierung ist hervorzuheben. Dieser gibt der Darstellung und Erfassung der Daten und höheres Gewicht mit größerem Einfluss in der räumlichen Erschließung. Hauptverkehrsstraßen, sonstige Kommunikationswege, Gebäude und ihre grundlegenden Ansätze, sind wesentliche Objektklassen zur räumlichen Wirkungsweise.

Gegenwärtig ist CROTIS modernisiert und abgestimmt mit den aktuellsten ISO und OGC Standards um Prozeduren zur Distribution topografischer Daten, zum Zweck der Speicherung und des Datenaustausches, zu entwickeln, in welchen GML (Geography Markup Language) benutzt wird. Ein neue Herangehensweise des Datenmodellierens, ein neues Schema für den Datenaustausch und ein neuer Datenkatalog, wurden mit dieser Untersuchung herbeigeführt. Das Modellieren wurde zum Zweck der Verbesserung des Datenmodells gemäß den Standards getätigt, welche Methoden und Eigenschaften zur Ansicht der Objektmodelle und Objektmerkmale liefern. UML (Unified Modelling Language) wurde zur formalen Beschreibung des Datenbestandes benutzt. Das logische Datenmodell in UML ermöglicht die Implementierung eines GIS einschließlich der Datenbank. Die automatische Generierung eines GML Anwendungsschemas wurde aus dem UML heraus entwickelt. Die Datenbeschreibung ist im Datenkatalog beinhaltet, welche automatisch aus dem Datenmodell resultiert. Dies ist die ursprüngliche und einzige Lösung.

Das grundlegende Prinzip im Erstellen von CROTIS ist funktional orientiertes konzeptionelles Modellieren und formales Spezifizieren geometrischen und topologischen Modellierens auf konzeptioneller Ebene, das eine leichtere und erfolgreichere Entwicklung und Realisierung komplexer Geoinformationssysteme unterstützt. Diese wissenschaftlichen Vorgehensweisen wurden jüngst innerhalb einiger Workshops getestet und überprüft, welche organisiert wurden mit mehr als 30 der wichtigsten Nutzer. Diese Vorgehensweise, sowie die vollständige Kompatibilität mit ISO Standards, liefert eine vollständige und rasche Integration des Kroatischen Geoinformationssystems, als eine der wichtigsten Schnittstelle des NSDI, in Europäische (INSPIRE) und globale räumliche Dateninfrastrukturen. "Die geoinformatische Vorgehensweise im Erstellen der Realität mit reduzierter Quantität weniger bedeutender Daten, mit gleichzeitiger Betonung ihrer funktionalen Notwendigkeit, begleitend durch die Nutzung objektorientierter Systeme und moderner informatischer Infrastruktur" entspricht den Merkmalen von CROTIS.

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Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.