Aufgabe Vorschlag B1 - Aufgabe 4 · Abitur Hessen Informatik LK 2021
Thema: Normalisierung und Anomalien · Aus der Prüfung LK (2021)
Aufgabenstellung
Klimadatenbank
Der Deutsche Wetterdienst (DWD) unterhält die relationale Datenbank MIRAKEL. In dieser Datenbank werden Wetterdaten zusammen mit den sie beschreibenden Metadaten verwaltet.
Automatisierte Messstationen führen unterschiedliche Messprogramme aus. Ein Messprogramm beschreibt, welche Daten wie und wann zu messen sind. Ein wichtiges Messprogramm ist das Programm 10-Minuten-Werte. In diesem Programm werden die folgenden Größen alle 10 Minuten gemessen und an MIRAKEL übertragen:
Größe · Einheit · Kodierung des Parameters in MIRAKEL
Luftdruck in Stationshöhe · hpa · PP_10
Momentane Temperatur in 2 m Höhe · °C · TT_10
Momentane Temperatur in 5 cm Höhe · °C · TM5_10
Relative Feuchte in 2 m Höhe · % · RF_10
Taupunkttemperatur in 2 m Höhe · °C · TD_10
Die Daten werden in MIRAKEL in der Relation 10_min_werte (Material 1) zusammen mit einer Kennzahl für das Qualitätsniveau (QN) gespeichert.
Über eine Webseite gestattet der DWD lesenden Zugriff auf die Relation 10_min_werte. Ergänzend kann man die Relation Metadaten_Geraete (Material 2) herunterladen, die Metadaten zu der Relation 10_min_werte enthält.
Material 1
Auszug aus der MIRAKEL-Relation 10_min_werte
StationsID · Messdatum · Messuhrzeit · QN · PP_10 · TT_10 · TM5_10 · RF_10 · TD_10
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1420 · 2019-12-31 · 22:50:00 · 2 · 1023,5 · 0,3 · -1,5 · 88,3 · -1,4
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2601 · 2019-12-31 · 22:50:00 · 3 · 935,2 · -3 · -3,4 · 97,5 · -3,3
2601 · 2019-12-31 · 23:00:00 · 5 · 935,3 · -3 · -3,3 · 98 · -3,3
2601 · 2019-12-31 · 23:10:00 · 3 · 935,2 · -2,9 · -3,6 · 97,2 · -3,3
2601 · 2019-12-31 · 23:20:00 · 3 · 935,2 · -2,8 · -3,5 · 97,3 · -3,2
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Material 2
Auszug aus der Relation Metadaten_Geraete mit Metadaten zu Material 1
StationsID · Stationsname · vonDatum · bisDatum · Parameter · Geraetetyp · Messverfahren
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1420 · Frankfurt/Main · 1992-10-02 · 2012-02-16 · RF_10 · HYGROMER MP100 · Feuchtemessung, elektr.
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2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2006-05-09 · RF_10 · HYGROMER MP100 · Feuchtemessung, elektr.
2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 2006-05-10 · 2015-03-22 · RF_10 · Feuchtesonde HMP45D · Feuchtemessung, elektr.
2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 2015-03-23 · 2020-02-04 · RF_10 · EE33 · monolith. Messzelle HMC1
2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TD_10 · ComAir · Taupunktspiegel, elektr.
2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TM5_10 · PT 100 (Luft) · Temperaturmessung, elektr.
2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TT_10 · PT 100 (Luft) · Temperaturmessung, elektr.
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4.1
Begründen Sie, dass die Kombination der Attribute StationsID, vonDatum und Parameter ein möglicher Primärschlüssel der Relation Metadaten_Geraete ist.
4.2
Entscheiden Sie, in welcher Normalform sich die Relation Metadaten_Geraete befindet und überführen Sie die Relation in die dritte Normalform.
Beschreiben Sie Ihr Vorgehen.
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
4.1 Begründen Sie, dass die Kombination der Attribute StationsID, vonDatum und Parameter ein möglicher Primärschlüssel der Relation Metadaten_Geraete ist.
Lösung: Ein Primärschlüssel identifiziert eindeutig einen Datensatz einer Relation. Die Relation Metadaten_Geraete gibt für eine Station, einen Zeitraum und eine Messgröße immer nur einen Datensatz an. An einer bestimmten Station wird eine Messgröße also in einem Zeitintervall vonDatum - bisDatum immer nur von einem Messgerät gemessen. Da die Station durch die StationsID, das Zeitintervall durch vonDatum und das Messgerät durch Parameter eindeutig gekennzeichnet sind, bilden diese drei Attribute zusammen einen möglichen Primärschlüssel.
4.2 Entscheiden Sie, in welcher Normalform sich die Relation Metadaten_Geraete befindet und überführen Sie die Relation in die dritte Normalform. Beschreiben Sie Ihr Vorgehen.
Lösung: 1. Normalform: Die Relation Metadaten_Geraete enthält nur atomare Attributwerte. Sie ist damit in 1. Normalform. Sie befindet sich nicht in 2. Normalform, da der Stationsname bereits von der StationsID, einem Teil des Primärschlüssels, abhängt. Überführung in 2. Normalform: Diese Abhängigkeit wird durch das Auslagern der entsprechenden Attribute in eine eigene Relation aufgelöst: - Metadaten_Geraete (↑StationsID, vonDatum, Parameter, bisDatum, Geraetetyp, Messverfahren) - Station (StationsID, Stationsname) Überführung in 3. Normalform: Es existiert nun noch eine transitive Abhängigkeit von Messverfahren über Geraetetyp vom Primärschlüssel. Diese kann durch das Auslagern der entsprechenden Attribute in eine eigene Relation behoben werden: - Metadaten_Geraete (↑StationsID, vonDatum, Parameter, bisDatum, ↑Geraetetyp) - Station (StationsID, Stationsname) - Messgeraet (Geraetetyp, Messverfahren)
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