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Öffentlicher Zugang zu Erdbeobachtungsdaten wird mit neuer Schnittstelle Realität

Erdbeobachtungsdaten sind Informationen über physikalische, chemische und biologische Systeme der Erde, die oft von Satelliten stammen. Das EU-finanzierte Projekt openEO hat eine neue Schnittstelle entwickelt, die Daten verschiedener Anbieter zu verarbeiten und zu vergleichen ermöglicht. Damit ist die Kommunikation verschiedener Plattformen möglich, wovon Forschung und Gesellschaft profitieren.

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Die Erde steht unter ständiger Beobachtung Hunderter Satelliten. Ihr Zweck: Daten, etwa zum Klimawandel, zur Meteorologie, zu natürlichen Ressourcen, zur Gesundheit der Ozeane oder zu Naturkatastrophen sammeln. Die EU-eigene Flotte von Erdbeobachtungssatelliten, bekannt als Copernicus Sentinels, stellt täglich jedem, der sich dafür interessiert, über 20 000 Gigabyte an neuen Daten zur Verfügung. Dank einer gezielten Politik für offene Daten ist das alles kostenlos.

Es besteht jedoch ein Problem. So unschätzbar wertvoll sie für Forschende auch sein mögen, die Menge an offenen Erdbeobachtungsdaten ist so groß, dass es immer schwieriger wird, diese zu verarbeiten. „Wir müssen jetzt große Erdbeobachtungsdaten im Petabyte-Maßstab speichern und verarbeiten (Anmerkung der Redaktion: 1 Petabyte entspricht 1 Million Gigabyte)“, sagt Matthias Schramm, Koordinator des openEO-Projekts im Auftrag der TU Wien. Eine Lösung ist die Speicherung und Verarbeitung in der Cloud. Viele neue Marktbeteiligte sind mit verschiedenen Angeboten für eine immer größer werdende Gruppe von Nutzenden aus dem wissenschaftlichen, industriellen und staatlichen Bereich in die Bresche gesprungen. Sie waren dabei sehr schnell, vielleicht sogar zu schnell.

„Die Geschwindigkeit und die Eigendynamik bei der Entwicklung neuer Cloud-Plattformen verhinderten die Entwicklung allgemein akzeptierter und angewandter Standards. Dieses Fehlen von einheitlichen Zugangspunkten führt zu technischen Herausforderungen für die Nutzenden, da sie nicht einfach zwischen den Dienstangeboten wechseln können, um Ergebnisse zu vergleichen“, erklärt Schramm.

Hier setzt das EU-finanzierte Projekt openEO an. Von Oktober 2017 bis November 2020 entwickelten die Projektpartner eine neue Kommunikationsschnittstelle, die einen standardisierten Zugriff auf EU-Daten und Verarbeitungskapazitäten über verschiedene Cloud-Dienstanbieter hinweg ermöglicht. Diese neue Schnittstelle funktioniert in zwei Schritten. Zunächst bereiten openEO-Bibliotheken auf den lokalen Rechnern der Nutzenden deren Workflows vor, um sie an die Dienstleister der Wahl zu senden. Dort werden diese standardisierten Verarbeitungsanfragen automatisch in die Syntax übersetzt, die der Anbieter versteht.

Mehr ungenutztes Potenzial

„Wir verfügen über openEO-Bibliotheken für die Programmiersprachen Python, R und JavaScript. Außerdem haben wir ein QGIS-Plug-in, einen Web-Editor und mobile Anwendungen entwickelt, die als Zugangspunkte dienen. Verschiedene europäische Cloud-Plattformen sind bereits an die openEO-Schnittstelle für eine standardisierte Kommunikation angebunden, und alle Aspekte der frei zugängliche Schnittstelle sind so konzipiert, dass eine zukünftige Anbindung mit weiteren Plattformen und Programmiersprachen möglich ist“, so Schramm.

Um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Cloud-Anbieter zu gewährleisten, entwickelte das Projektteam fünf Nutzungsszenarien für die Pilotanwendung und testete Workflows mit der openEO-Syntax auf mehreren Plattformen. Sie fanden heraus, dass die einzige mögliche Einschränkung für die Gewährleistung der Vergleichbarkeit von Cloud-Diensten ein Mangel an ähnlichen Erdbeobachtungsdaten war (etwa unterschiedliche Sensoren, Auflösung, Abtastintervall, bereitgestellte Fläche, Vorverarbeitung). Außerdem wurden nur Unterschiede in der Größenordnung der Berechnungsgenauigkeit gefunden, was zeigt, dass die Schnittstelle außerordentlich gut funktioniert.

„Mehrere projektexterne Cloud-Plattform-Anbieter sowie EO-Nutzende und die Klimaforschung haben bereits Interesse gezeigt, die openEO-Schnittstelle in ihre neuen Dienste einzubetten“, so Schramm weiter. „Im Moment ist der openEO-Standard eine theoretische Möglichkeit, gemeinsam auf Cloud-Anbieter zuzugreifen und diese zu vergleichen. Dieser gemeinsame Zugriff muss noch umgesetzt werden, beispielsweise durch reale Kommunikation zwischen Cloud-Plattformen über unsere neue gemeinsame Sprache. Wir haben mehrere Vorschläge für wissenschaftliche Projekte eingereicht, um diese Wissenslücke zu schließen, von denen einige, wie das im Rahmen von Horizont 2020 stattfindende Projekt C-SCALE bereits Finanzmittel erhalten haben.“

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Einzelheiten zum Projekt

Kurztitel des Projekts
openEO
Projekt-Nr.
776242
Projektkoordinator
Austria
Projektteilnehmer:
Österreich
Belgien
Deutschland
Niederlande
Slowenien
Schweiz
Aufwand insgesamt
€ 1 989 001
EU-Beitrag
€ 1 989 001
Laufzeit
-

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