Teilprojekt E1
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Metamodellbasierte Modellbeschreibungssprache zum Katastrophenmanagement
Im Vergleich zu universellen Modellierungssprachen bieten domänenspezifische Sprachen ein angepasstes Vokabular zur Beschreibung von strukturellen und/oder verhaltensorientierten Sachverhalten der jeweiligen Problemdomäne [1]. Dieses Vokabular besteht aus den Konzepten der Domäne (im vorliegenden Fall ist dies die Domäne Katastrophenmanagement), den Relationen zwischen den Konzepten und den Regeln zur Konstruktion eines Modells. Hinzu kommt eine dem Einsatzgebiet angepasste Notation. Bei der Entwicklung einer derartigen Sprache sind dabei zusätzliche Randbedingungen zu beachten: Zum einen muss die zu entwerfende Sprache nicht nur zur Modellierung von Aktivitäten des Katastrophenmanagements und des sozialen und physikalisch/geologischen Umfeldes geeignet sein, sondern die Modelle sollen gleichzeitig auch als Ausgangspunkt für weitere Arbeiten nutzbar sein. Dazu gehört insbesondere die Ableitung von Workflows und Workflow-Modellen für die Umsetzung der Aktivitäten oder deren simulative Untersuchung. Zum anderen ist zum Erreichen einer hohen Informationsdichte und einer domänenadäquaten Modellierung eine grafische Notation zum Einsatz zu bringen. Beide Randbedingungen führen dazu, dass eine klassische grammatikbasierte Sprachentwicklung hier an ihre Grenzen stößt. Aus diesem Grund ist die Definition der Sprache auf der Grundlage eines spezifischen Metamodells für das Katastrophenmanagement durchzuführen.
Stand des Wissens
Während die Entwicklung grammatikbasierter Sprachen bereits eine lange Tradition besitzt, ist die Nutzung von Metamodellierung als Grundlage für die Definition von Modellierungssprachen noch eine relativ neue Vorgehensweise. Mit der Unified Modelling Language (UML, [2]) wurde dieses Prinzip erstmals für eine große und komplexe Sprache eingesetzt. Gleichzeitig steht mit der Meta Object Facility (MOF) [3] der OMG ein Framework zur Definition von Sprachen aber auch zur Entwicklung von Sprachwerkzeugen (z. B. für Repositories) zur Verfügung. Eingesetzt wird diese Vorgehensweise bisher vorrangig für die Entwicklung von Sprachen in der IT-Domäne, speziell in Form von so genannten UML-Profilen, d. h. angepassten und spezialisierten Versionen von UML. Eine Reihe von wissenschaftlichen Arbeiten adressieren darüber hinaus die Einbindung von semantischen Informationen in Metamodelle [4] sowie eine stärkere Formalisierung der Sprachdefinition [5].
Vorarbeiten der beteiligten Wissenschaftler
E. Holz hat in seiner Habilitation [6] unterschiedliche Grundformen der Kombination von Modellierungssprachen untersucht und dabei speziell die Vorzüge metamodellbasierter Lösungen herausgearbeitet. Teilergebnisse dieser Untersuchungen spiegeln sich in der Kombination von SDL mit UML und anderen Sprachen wieder. Mit der Standardisierung von eODL [7], als eine Komponentenspezifikationssprache mit technologieabhängigen Abbildungsregeln, die konzeptmäßig auf Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe von J. Fischer zurückgeht, wurde das Prinzip der Metamodellierung erstmalig auch auf eine Sprache angewandt, die nicht aus dem Kontext der OMG stammt. Weiterführende Arbeiten von Scheidgen untersuchen die generelle Verbindung zwischen Grammatiken und Metamodellen [8], insbesondere die automatisierte Generierung von Metamodellen aus Grammatiken. Gegenwärtig wird an der Entwicklung von Metawerkzeugen zum unterstützenden Aufbau von Sprachtransformations- und Compilerungswerkzeugen [9] gearbeitet. Die Bereitstellung von Werkzeugen für die in E1 zu entwickelnde Sprache sollte dabei als Spezialfall betrachtet werden können. Vorarbeiten von D. Dransch [10], [11] betreffen die Aufarbeitung von fachspezifischen geographischen Informationen durch computergestützte Informationssysteme zur Präsentation gegenüber menschlichen Nutzern.
Geplante Arbeiten
Zunächst ist – in enger Wechselwirkung mit dem Vorhaben E2 – ein initiales Metamodell für die Modellbeschreibungssprache zum Katastrophenmanagement zu erstellen. Die Grundlage für die Elemente des Metamodells bilden die identifizierten Konzepte in dem vorgegebenen Anwendungsfeld. Für dieses Metamodell sind eine oder mehrere Notationen vorzusehen (grafisch, textuell), wobei spezielle Untersuchungen sichern sollen, inwieweit die Anbindung einer Notation an ein Metamodell formalisiert und damit auch replizierbar gestaltet werden kann. Ausgehend von dem initialen Metamodell sind Betrachtungen zur strukturellen Gestaltung des Metamodells durchzuführen, die insbesondere die Relationen zwischen Struktur und Transformierbarkeit sowie zwischen Struktur und Zugriffseffizienz untersuchen. Aus dem Metamodell ist ein entsprechendes Repository für die Speicherung, Manipulation und Transformation von Katastrophenmanagementmodellen abzuleiten. Hierbei sind speziell die Anbindungen an andere Werkzeugkomponenten (Workflow-Engines, Simulatoren, grafische Editoren) und die Modelltransformation zu berücksichtigen.
Referenzen
[1] D. Spinellis: Notable Design Patterns for domain-specific languages. In: Journal of Systems and Software, Elsevier, 2001.
[2] OMG: Unified Modeling Language: Superstructure &Infrastructure (UML 2. 0).
[3] OMG: Meta Object Facility MOF 2. 0.
[4] J. Fischer, E. Holz, A. Prinz, M. Scheidgen: Tool based Language Development. In: Proc. of ISSRE04 WITUL, Rennes, October 2004.
[5] D. Varró, A. Pataricza: VPM: A visual, precise and multilevel metamodeling framework for describing mathematical domains and UML. In: Journal of Software and System Modeling, Springer-Verlag, 2003.
[6] E. Holz: Kombination von Modellierungstechniken für den Softwareentwurf. Der Andere Verlag, 2004.
[7] ITU-T: Z. 130 – Extented Object Definition Language (eODL). Techniques for Distributed Component Development. Conceptual Foundation, Notations and Technology Mappings. Draft Z. 130, (ITU-T \COM-TSG17\COM\D. 43. doc, Geneva, 2004.
[8] M. Scheidgen: Meta-Modelle für Sprachen mit formaler Syntaxdefinition, am Beispiel von SDL-2000. Diplomarbeit, Berlin, Juli 2004.
[9] J. Fischer, A.Kunert, M.Piefel, M. Scheidgen: Toolbased ULF-Ware An Open Framework for Integrated Tools for ITU-T Languages. (Accepted paper) 12th SDL Forum, Grimstad May 2005. Appears in LCNS 2005.
[10] D. Dransch: Activity and context: A conceptual framework for mobile geoinformation services. In: L. Meng, T. Reichenbacher, A. Zipf (eds.): Map-based mobile services – Theories, Methods and Implementations, Springer, Heidelberg, 2005.
[11] D. Dransch: Handlungsorientierte Mensch-Computer-Interaktion für die kartographische Informationsverarbeitung mit Geo-Informationssystemen. Habilitationsschrift. In: Berliner Geowissenschaftliche Abhandlungen, Reihe C, Bd. 18, 2002.
