Forschungsbereich:
Umweltrisiken in der Stadt- und Regionalentwicklung

ScaDS Dresden/Leipzig

Competence Center for Scalable Data Services and Solutions

Im Rahmen des Kompetenzzentrums ScaDS Dresden-Leipzig werden für das vom IÖR als Partner vertretene Anwendungsfeld der Umwelt- und Verkehrswissenschaften insbesondere folgende methodenwissenschaftliche Entwicklungen implementiert und getestet:

  • Verarbeitung großer Datenmengen aus der Echtzeit-Erfassung und effizienter Datenzugriff für die Simulation von Multi-Modell-Ensembles, gekoppelter Impakt-Modelle und eines Entscheidungshilfewerkzeugs (Themenbereich 1)
  • Transformation, Bereinigung und Datenbankintegration von Daten unterschiedlicher externer und interner Quellen zur Ausweitung und Intensivierung der Vernetzung zwischen Datenquellen und Modellen (Themenbereich 2)
  • Wissensextraktion u. a. durch Mustererkennung und Data Mining in (Geo-)Datenbanken sowie Einsatz neuer Data-Warehouse-Komponenten (Themenbereich 3)
  • Neue Visualisierungs- sowie effiziente und intuitive Interaktionstechniken zur Darstellung von Komplexität und Unsicherheitsbandbreiten sowie zur erweiterten Nutzbarkeit von Werkzeugen zur Entscheidungsunterstützung (Themenbereich 4)
  • Flexible Workflows und adaptive Prozesse zur Aufnahme, Speicherung, Extraktion, Transformation, Analyse und Interpretation von Daten bei Modellsimulationen und dynamischen Datenbankanwendungen (Themenbereich 5)

Zur Erweiterung der Möglichkeiten für die Impakt-Modellierung und die Entscheidungsunterstützung werden mehrere Entwicklungen aus den methodenwissenschaftlichen Themenbereichen implementiert und getestet. Zunächst wird angestrebt, durch innovative Software-Architekturen Effizienzgewinne bei der Prozessierung und Speicherung sehr großer Geo- und Sachdatenmengen u.a. aus Simulationsrechnungen und dem Datentransfer zu realisieren (Themenbereich 1).

Im Hinblick auf die Heterogenität von Geo- und Sachdatenbeständen werden Methoden zur semantischen, syntaktischen und geometrischen Transformation, Bereinigung und Datenbankintegration von Daten On-The-Fly erprobt, um Daten verschiedener Quellen und vergleichbarer Aktualität zusammenführen zu können (Themenbereich 2). Hiermit sollen wesentliche Voraussetzungen für eine Ausweitung und Intensivierung der Vernetzung zwischen Datenquellen und gekoppelten Modellen geschaffen werden. Eine einheitliche Dateninfrastruktur ist gerade für die interinstitutionelle Datennutzung eine wichtige Voraussetzung. Die Metadatenabfrage und -verwaltung hat dabei eine zentrale Bedeutung.

Des Weiteren wird geprüft, neue Ansätze zur Wissensextraktion u.a. durch Auswertung textlicher und audiovisueller Dokumentationen von Beteiligungsprozessen mit Akteuren der Stadt- und Regionalentwicklung, crowdsourcing sowie durch Data Mining in Geodatenbanken zu implementieren (Themenbereich 3). Außerdem wird eine neue Data-Warehouse-Komponente für die Verwaltung von Daten der Klima- und Impakt-Modellierung sowie weiterer Geobasis- und Geofachdaten entwickelt und eingesetzt. Hierbei soll möglichst Konformität zur europäischen Geodateninfrastruktur INSPIRE berücksichtigt werden. Daneben wird zur Vorbereitung und zum Hosting von Geodatendiensten eine weitgehende Automatisierung der Erstellung von Webservices angestrebt.

Zur Visualisierung von Ergebnisdaten werden neue Verfahren erprobt, die Akteuren der Stadt- und Regionalentwicklung u.a. durch mehrdimensionale Darstellungen die Sensitivität regionaler und lokaler Systeme einschließlich der Unsicherheitsbandbreiten sowie der Performanz von Handlungsalternativen verdeutlichen (Themenbereich 4).

Und nicht zuletzt werden innovative Methoden zur Verbesserung von Workflows bei der Modellierung bzw. Modellkopplung, v.a. aber bei der Entwicklung eines webbasierten, raumbezogenen und adressatenorientierten Werkzeugs zu Entscheidungsunterstützung eingesetzt (Themenbereich 5). Damit soll der Transfer des mit Hilfe der Impakt-Modelle und deren Verknüpfung mit den Klimamodellen generierten Wissens zu den handelnden Akteuren erreicht werden.

Zur Reduktion von Daten werden aus dem Themenbereich 1 neue Methoden mit anwendungsbezogenen Filter- bzw. Analysealgorithmen oder zur Kompression der Daten zum effizienten Datentransfer zwischen Datenquellen und Modellen erprobt.

Im Hinblick auf die Harmonisierung umfangreicher Geodaten werden in Zusammenarbeit mit dem Themenbereich 2 insbesondere Transformationsdienste entwickelt. Dazu erfolgt eine Transformation und Bereinigung originärer Geodaten der Datenlieferanten. Dadurch entsteht zunächst die Basis für die Impakt-Modellierung mit gekoppelten Ansätzen zur Abbildung von Wirkungsketten. Darüber hinaus werden die Voraussetzungen für die Zusammenführung von internen und externen Daten und Modellen in ein Werkzeug zur Entscheidungsunterstützung geschaffen.

Die neuen Ansätze zur Wissensextraktion spielen insbesondere für die automatische Georeferenzierung, die Gebäudeextraktion und -klassifikation aus gescannten topographischen Karten sowie für die Zusammenführung und gekoppelte Auswertung von Geobasisdaten, Fernerkundungsdaten, amtlichen sozioökonomischen Statistiken und nutzergenerierten Internetdaten eine Rolle. Dazu liegen Vorarbeiten zur automatisierten Kartenanalyse und ein Tool zur Georeferenzierung von Karten nach einem patentierten Verfahren (10 2006 031 115) vor.

Zur Integration von Daten der Klima- und Impakt-Modellierung sowie weiterer Geobasis- und Geofachdaten, insbesondere die des LfULG (Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie), in einer optimierten und vereinheitlichten Data-Warehouse-Komponente des Themenbereichs 3 wird zunächst ein Zieldatenschema definiert und eine entsprechende Geodatenhaltung bereitgestellt. Dabei wird geprüft, inwiefern Konformität zur europäischen Geodateninfrastruktur INSPIRE hergestellt werden kann. Bei der weitgehenden Automatisierung der Erstellung von Webservices werden proprietäre Services (z.B. mit ArcGIS Server) oder interoperable (v.a. OGC-konforme) Services wie Web Feature Services (WFS) für Vektordaten, Web Coverage Services (WCS) für Rasterdaten, Web Mapping Services (WMS) und Web Map Tiles Services (WMTS) für Kartendienste sowie eine weitergehende GDI-Integration durch die Erstellung und Bereitstellung von Metadaten für WMS-, WFS- und WCS-Dienste realisiert.

Bei den neuen Verfahren zur Visualisierung von Ergebnisdaten geht es in Kooperation mit dem Themenbereich 4 insbesondere um die Entwicklung abgestimmter Kartenlegenden und kartographischer Darstellungen, automatisierter Darstellungen in interaktiven Werkzeugkomponenten auf der Basis von Karten- und Datendiensten und unter Verwendung dynamischer Kartenlegenden sowie eine 3- und 4-dimensionale Veranschaulichung von Unsicherheitsbandbreiten der Ergebnisse der Impakt-Modelle.

Die Verbesserung von Workflows bei der Modellierung bzw. Modellkopplung sowie bei der iterativinkrementellen Entwicklung des Werkzeuges zur Entscheidungsunterstützung wird mit dem Themenbereich 5 u.a. durch die Generierung von Metadaten, die Aufzeichnung von Prozessierungsschritten und die automatisierte Überprüfung der Datenqualität realisiert.

www.ioer.de

Laufzeit

10/2014 – 9/2021


Kontakt


Drittmittel

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)


Partner

TU Dresden (Leadpartner);
Universität Leipzig;
Max-Planck-Institut für Zellbiologie und Genetik,
Dresden (MPI-CBG)