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Die Sammlung, Archivierung und Digitalisierung von Botanischen Belegen als Wertschöpfungskette
(2010)
Im Rahmen des Forschungsprojekts Herbar Digital an der Fachhochschule Hannover soll die Digitalisierung von Herbarbelegen um eine Zehnerpotenz auf 2 US-Dollar pro Beleg gesenkt werden. Ein Ansatz zielt auf die Optimierung von Geschäftsprozessen ab. Im Verlauf des Forschungsprojektes hat sich bei der Modellierung von Geschäftsprozessen zur Digitalisierung gezeigt, dass die Prozesse eines Herbariums nicht isoliert betrachtet werden können.<br /> Die vorliegende Untersuchung analysiert daher botanische Aktivitäten der Sammlung, Bestimmung, Digitalisierung, Lagerung und Auswertung von Belegen in acht deutschen Herbarien. So werden Ergebnisse über die Kombination der Ressourcen Arbeitsmittel, Personalien und Informationen in den einzelnen Aktivitäten offen gelegt, die bei der Referenzmodellierung von Geschäftsprozessen angewendet werden können. Die hier gewonnenen Ergebnisse der explorativen Vorgehensweise lassen sich in repräsentativen Untersuchungen tiefergehend analysieren.
Die vorliegende Arbeit stellt ein Kennzahlensystem für Geschäftsprozesse des Prozessbereichs „Herbarbeleg“ im Botanischen Garten und Botanischen Museum Berlin-Dahlem (BGBM) vor. Das Kennzahlensystem ist ein Controlling-Werkzeug, welches Leistungsunterschiede zwischen Ist- und Soll-Geschäftsprozessen verdeutlicht.<br /> Das Kennzahlensystem basiert auf Erkenntnissen zu Prozessbenchmarking, Kennzahlen sowie solchen des Forschungsschwerpunkts Herbar Digital und berücksichtigt die zentralen Aspekte Zeit, Kosten und Qualität. Die Kennzahl Stückkosten verifizierter Leistungen steht an der Spitze des Kennzahlensystems und repräsentiert die Produktionskosten eines mit ausreichender Qualität digitalisierten Herbarbelegs.
Dieser Beitrag ist im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Herbar Digital an der Fachhochschule Hannover entstanden. Es wird ein neuartiges Geschäftsprozessmodell für die Generierung und Digitalisierung von Herbarbelegen vorgestellt, in das mittels eines Prozessmusters eine Fertigungssteuerungskomponente eingebettet ist. Dieser Ansatz ist ein Beitrag zur Entwicklung eines präzisen Prozesscontrollings, das Herbarien ermöglichen soll, die massenhafte Digitalisierung von Herbarbelegen effizient durchzuführen.
The research project "Herbar Digital" was started in 2007 with the aim to digitize 3.5 million dried plants on paper sheets belonging to the Botanic Museum Berlin in Germany. Frequently the collector of the plant is unknown, so a procedure had to be developed in order to determine the writer of the handwriting on the sheet. In the present work the static character was transformed into a dynamic form. This was done with the model of an inert ball which was rolled along the written character. During this off-line writer recognition, different mathematical procedures were used such as the reproduction of the write line of individual characters by Legendre polynomials. When only one character was used, a recognition rate of about 40% was obtained. By combining multiple characters, the recognition rate rose considerably and reached 98.7% with 13 characters and 93 writers (chosen randomly from the international IAM-database [3]). A global statistical approach using the whole handwritten text resulted in a similar recognition rate. By combining local and global methods, a recognition rate of 99.5% was achieved.
An der Fachhochschule Hannover wurde Mitte 2007 das Projekt "Herbar-Digital" gestartet. In dem Forschungsprojekt "Herbar-Digital" sollen aus 3,5 Millionen Papierbögen (Herbarbelege) des Botanischen Museums Berlin möglichst alle Objekte erkannt werden und separat verarbeitbar sein. Bei den Objekten handelt es sich um Barcodes, Tüten, Stempel, Farbtabellen, Elemente aus dem Pflanzenbereich sowie Hand- und Druckschriften. Es soll unter Zuhilfenahme des ADA-BOOST-Algorithmus vom Verfasser eine Objekterkennung realisiert werden, die folgende Eigenschaften aufweist: Position der zu erkennenden Objekte im Bild variabel, auch dreidimensionale - und konturschwache Objekte müssen erkannt werden, gleiche Objekte unterschiedlicher Form müssen erkennbar sein, das System muss lernfähig sein.
The methods developed in the research project "Herbar Digital" are to help plant taxonomists to master the great amount of material of about 3.5 million dried plants on paper sheets belonging to the Botanic Museum Berlin in Germany. Frequently the collector of the plant is unknown. So a procedure had to be developed in order to determine the writer of the handwriting on the sheet. In the present work the static character is transformed into a dynamic form. This is done with the model of an inert ball which is rolled through the written character. During this off-line writer recognition, different mathematical procedures are used such as the reproduction of the write line of individual characters by Legendre polynomials. When only one character is used, a recognition rate of about 40% is obtained. By combining multiple characters, the recognition rate rises considerably and reaches 98.7% with 13 characters and 93 writers (chosen randomly from the international IAM-database [3]). Another approach tries to identify the writer by handwritten words. The word is cut out and transformed into a 6-dimensional time series and compared e.g. by means of DTW-methods. A global statistical approach using the whole handwritten sentences results in a similar recognition rate of more than 98%. By combining the methods, a recognition rate of 99.5% is achieved.
Our research project, "Rationalizing the virtualization of botanical document material and their usage by process optimization and automation (Herbar-Digital)" started on July 1, 2007 and will last until 2012. Its long-term aim is the digitization of the more than 3,5 million specimens in the Berlin Herbarium. The University of Applied Sciences and Arts in Hannover collaborates with the department of Biodiversity Informatics at the BGBM (Botanic Garden and Botanical Museum Berlin-Dahlem) headed by Walter Berendsohn. The part of Herbar-Digital here presented deals with the analysis of the generated high resolution images (10,400 lines x 7,500 pixel).
Das Forschungsprojekt „Herbar Digital” [JKS00] startete 2007 mit dem Ziel der Digitalisierung des Bestands von mehr als 3,5 Millionen getrockneter Pflanzen bzw. Pflanzenteile auf Papierbögen (Herbarbelege) des Botanischen Museums Berlin. Da gelegentlich der Sammler der Pflanze unbekannt ist, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Verfahren entwickelt, um aus kursiv geschriebenen Buchstaben deren Schreiber zu bestimmen. Dazu muss der statische Buchstabe in eine dynamische Form gebracht werden. Dies geschieht mit dem Modell einer trägen Kugel, die durch den Schriftzug rollt. Bei dieser Offline-Schreibererkennung werden verschiedene Verfahren wie die Nachbildung der Schreiblinie einzelner Buchstaben durch z.B. Legendre-Polynome verwendet. Bei Verwendung nur eines Buchstabens der Schreiber wird eine Erkennungsrate von durchschnittlich 40% erreicht. Durch Kombination von mehreren Buchstaben steigt die Erkennungsrate stark an und beträgt bei 13 Buchstaben und 93 Schreibern einer internationalen Datenbank 98,6%.
Das Forschungsprojekt „Herbar Digital” startete 2007 mit dem Ziel der Digitalisierung des Bestands von mehr als 3,5 Millionen getrockneter Pflanzen bzw. Pflanzenteile auf Papierbögen (Herbarbelege) des Botanischen Museums Berlin. Die Aufgabe des Autors ist die Analyse der hochaufgelösten Bilder mit 10400 Zeilen und 7500 Spalten. Die Herbarbelege können außerdem unterschiedliche Objekte enthalten wie Umschläge mit zusätzlichen Pflanzenteilen, gedruckte oder handgeschriebene Etiketten, Farbtabellen, Maßstäbe, Stempel, Barcodes, farbige „Typus-Etiketten“ und handschriftliche Anmerkungen direkt auf dem Beleg. Die schriftlichen Anmerkungen, insbesondere in Handschrift, sind von besonderem Interesse. Kommerzielle OCR-Software kann oftmals Schrift in komplexen Umgebungen nicht lokalisieren, wie sie häufig auf den Herbarbelegen vorliegt, auf denen Schrift zwischen Blättern, Wurzeln und anderen Objekten angeordnet ist. Im folgenden wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht, Schriftpassagen im Bild automatisch zu finden.
Der vorliegende Artikel analysiert sowohl das in der Entwicklung stehende Projekt, die Digitalisierung von Herbarbelegen, als auch den dafür vorhandenen Markt. Bei der Produktanalyse wird das Kernprodukt in die 3 Einzelprodukte gegliedert und diese in Funktion und Zusammensetzung näher erklärt. Besonderen Wert wird hier auf die bisher angefallenen Entwicklungskosten gelegt, da sie die Basis für die Kalkulation der Umsatzanalyse bilden. Die Marktanalyse besteht aus einer genauen Analyse des deutschen Marktes sowie einer gröberen des europäischen- und des Weltmarktes. Die anschließend durchge-führte Umsatzanalyse basiert auf den Daten aus der Produktanalyse und der recherchierten Märkten. Ziel hiervon ist es, erste Vorstellungen eines möglichen Umsatzes auf dem deutschen, europäischen und weltweiten Markt zu erstellen.
Die vorliegende Arbeit ermittelt die Ist-Kosten für den Prozess der Herbarbeleg Digitalisierung im Botanischen Garten/ Botanischen Museum in Berlin-Dahlem. Dabei werden die Kosten durch drei verschiedene Vorgehensweisen aufgezeigt. Die erste Vorgehensweise ermittelt die Kosten für die Digitalisierung anhand der Gesamtaufwendungen im Botanischen Garten/ Botanischen Museum. In dieser Betrachtung werden die Kosten abgegrenzt, die nur der Digitalisierung zuzuordnen sind. Eine weitere Methode erfasst alle Einzelkosten die für die Digitalisierung von Herbarbelegen anfallen und stellt abschließend die Gesamtkosten für die Digitalisierung dar. Als weitere Vorgehensweise zur Kostenbestimmung wurde eine Projektbetrachtung gewählt. In dieser sind die Digitalisierungskosten anhand eines durchgeführten Projektes im Botanischen Garten/ Botanischen Museum veranschaulicht.
Das vorliegende Forschungspapier dokumentiert die Geschäftsprozesse des Botanischen Gartens/ Botanischen Museums in Berlin-Dahlem, die im Zusam-menhang mit der Digitalisierung von Herbarbelegen stehen. Eine beteiligte Organisationseinheit im Botanischen Garten/ Botanischen Mu-seum ist die Abteilung I C Herbar, das für die Verwaltung und Lagerung der Herbarbelege zuständig ist. Die Abteilung III B Biodiversitätsinformatik bearbei-tet die digitalisierten Herbarbelege weiter. Die zahlreich identifizierten Geschäftsprozesse werden zunächst in einem Wertschöpfungskettendiagramm als Einstiegs- und Überblicksmodell verdichtet. Anschließend werden die Geschäftsprozesse im Einzelnen beschrieben und mit ARIS, d. h. zusätzlich durch Software- Unterstützung, modelliert, um eine späte-re Optimierung hinsichtlich Abläufe und Kosten zu ermöglichen.
Das Forschungspapier entwirft ein Soll-Prozessmuster für die Verwaltung von Herbarbelegen im Botanischen Garten/ Botanischen Museum in Berlin-Dahlem im Rahmen des Forschungsvorhabens "Herbar Digital". Ausgangspunkt für die Erstellung des Soll- Modells sind die bereits dokumentierten Geschäftsprozesse. Die bestehenden Prozesse werden an die Ausbaustufe 1 von Herbar Digital angepasst, um die Kosten für die Digitalisierung eines Herbarbeleges zu senken. Als Grundlage für die Optimierung der Geschäftsprozesse dient die Kanban- Methode zur Ablaufsteuerung. Die Untersuchung des Wertschöpfungskettendiagramms zeigt, dass eingehende Pflanzen nach Montage im General Herbar eingelagert werden. Bei Bedarf werden die Belege zur Digitalisierung hervorgeholt, um danach wieder eingelagert oder verliehen zu werden. Werden neue Herbarbelege ohne vorherige Einlagerung digitalisiert, lassen sich Einfrier-, Ein- und Auslagerungstätigkeiten sowie Wegezeiten einsparen. Aus diesem Optimierungspotential resultiert die Soll- Modellierung der Hauptprozesse "Eingang bearbeiten" und "Herbarbeleg digitalisieren" sowie deren unterstützende Prozesse. Anschließend wird das Optimierungspotential quantifiziert. Es zeigt sich, dass 1,2 Arbeitsstellen eingespart werden können.
Die vorliegende Arbeit untersucht den möglichen Einsatz kommerzieller Software im Projekt Herbar Digital. Dabei werden zwei Kategorien unterschieden: OCR-Software und Barcodesoftware. Von der ersten Kategorie gibt es eine Vielzahl käuflicher Programme auf dem Markt sowie auch einige kostenlose Freewareprogramme. Die Qualität ist jedoch sehr unterschiedlich, insbesondere fallen die Freewareprogramme stark ab. Es kristallisieren sich vier hochqualitative Programme heraus, die genau untersucht werden. Von diesen eignen sich zwei für das Projekt, wobei Omnipage 16 der Vorzug gegeben wird. In der Kategorie der Barcodesoftware fiel die Wahl auf QS-Barcode 4.0, da sich OCR-Programme für das Lesen von Barcodes als ungeeignet erwiesen. Die anfängliche Erkennungsrate von 90% konnte durch eigene Verfahren zur Bildvorverarbeitung auf 100% gesteigert werden.
Entwicklung und Untersuchung von Erkennungssoftware für den Einsatz im Projekt Herbar Digital
(2009)
Kommerzielle OCR-Programme sind nicht in der Lage kursiv geschriebene Handschriften zu lesen. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit ein Verfahren entwickelt, um kursive handgeschriebene Buchstaben zu erkennen und darüber hinaus auch deren Schreiber zu bestimmen. Dazu muss der statische Buchstabe in eine dynamische Form gebracht werden. Dies geschieht mit dem Modell einer trägen Kugel, die durch den Schriftzug rollt. Über den Schreiber kann evtl. der Name des Entdeckers einer Pflanze bestimmt werden. Bei dieser Offline-Schreibererkennung werden verschiedene Verfahren wie die Nachbildung der Schreiblinie einzelner Buchstaben durch z.B. Legendre-Polynome verwendet. Bei Verwendung nur eines Buchstabens der Schreiber wird eine Erkennungsrate von bis zu 80% erreicht.
