Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen

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1 Fakultät Forst, Geo- und Hydrowissenschaften, Fachrichtung Geowissenschaften, Professur Geoinformationssysteme Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard Karlsruhe ITG Workshop

2 Inhalt Geodateninfrastrukturen Verständnis Status Geodiensteinfrastrukturen Vision Verteilte Geoprozessierungen Forschungsfragen & Ansätze Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 2

3 Geodateninfrastruktur (GDI) - Verständnis Anbieter X Anbieter Y Geodaten GI- Dienst Geodaten Geodaten Anbieter Z GI- Dienst GI- Dienst Technologie: Verteilte Geodaten & Geoinformationsdienste Standards (ISO,OGC) Organisation Ziel: Anbieter & Anwender Qualitäts- Richtlinien und Effizienzsteigerung für Geoinformationsanwendungen Konsens & Transparenz Internet Anwender A Anwender B Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 3

4 Verständnis GDI - Was ist NICHT eine GDI? Produkte wie Google Earth, Virtual Earth... sind sehr gut nutzbare und massenmarktfähige GI-Anwendungen insbesondere zur Geovisualisierung sind jedoch keine GDI: Integration in eigene Anwendung und Wichtige Impulse! Integration (behördlicher) Quellen schwierig kaum Aber: Unterstützung Ausreichende von Analysen und Konsensprozesse nachhaltige GI-Versorgung für Regeln für und öffentliche Aufbau fehlen Interessen ist nicht garantiert. Verpflichtung zu Standards, Laufzeiten, Qualitäten, etc. fehlen.?? Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 4

5 Verständnis GDI - Was ist eine GDI NICHT? GDI ersetzt GIS nicht: GIS sind Werkzeuge für Experten: - Komplexität (Analyse, ) - Performance (Bandbreiten,...) - Interaktivität (3+1D Visualisierung, ) GIS sind notwendig zur Bereitstellung von GI-Diensten in GDI! GIS können GI-Dienste einer GDI einbinden. Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 5

6 Status GDI - Technologisch Veröffentlichung und Recherche von Geodaten und Geodiensten (Kataloge, Metadaten, Gazetteer, Thesauri,..) Visualisierung (Web Mapping) Zugriff auf Geodaten (G/XML, WFS, Data Specification) Geoportale als einfache on-line Auskunftsarbeitsplätze GDI 1.0 = Geo-Daten-Infrastruktur Geodaten finden, ansehen, runterladen. Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 6

7 Status GDI - Organisatorisch Trend von volunteered GDI zu steered GDI (bottom-up zu top-down) INSPIRE, GeoZG: Aus Prototypen müssen operationelle GDI (~ ) werden GDI 1.0 Entstehung von zahlreichen GDI-Koordinierungsstellen, Masterplänen, Betriebskonzepten, Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 7

8 Herausforderung operationelle GDI 1.0 Betriebsmodelle Nicht nur abstrakter Architekturen sondern Definition konkreter Dienste-Topologien Definition & Einhaltung von Qualitätsmaßen Definition einer Rechte- und Nutzungspolitik Migrationskonzepte Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 8

9 Herausforderung operationelle GDI 1.0 Nachhaltigkeit = Überzeugen! Akzeptable Performanz! Entwicklung von (ausgereiften) Standards! Beispiel INSPIRE Darstellungsdienst Verfügbarkeit 99% der Zeit 470 Kb Kartengrafik in 5 sec 20 parallele Anfragen pro sec - ist das zu unattraktiv für Forschung & für Industrie? Bestimmung von Kosten und Nutzen?! Integration in e-government Lösungen! Ausbildung von GDI Kompetenz! Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 9

10 Vision 2020: GDI 2.0 Künftige GDI sollen (direkter) Antworten auf Fragen geben: Übersetzung einer Anfrage in einen workflow von Geoinformationsdiensten; Recherche nach geeigneten Diensten; Geo-Dienste-Infrastruktur Vergleich konkurierender Dienste; Beauftragung der Dienstausführung; Übersendung der Antwort mit ausreichender Information zur Ihrer Bewertung; Möglichkeit zur Bewertung der erhaltenen Antwort; Benachrichtigung bei Vorlage neuer Informationen (etwa Messergebnisse, Bewertungen, ) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 10

11 Zur nächsten Generation: GDI 2.0 Beispiel: Verteilte Geoprozessierung Ausgangspukt OpenGIS Web Processing Service (WPS) Generische Schnittstelle: - definiert, wie zugegriffen wird, aber nicht welche Geoprozessierung angeboten werden soll. - beliebige Komplexität Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 11

12 Beispiele verteilte Geoprozessierung für GDI 2.0 (1) Kapselung von GIS-Funktionalität für WPS DA Brauner (2008) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 12

13 Beispiele verteilte Geoprozessierung für GDI 2.0 (2) Orchestrierung von Diensten uses WMS WFS- X uses Symbology Rules accesses Mapping Rules to Common Schema Client (2) retrieve admin. unit features MS 1 forest fire registration MS 2 forest fire registration WFS accesses Administrative units EU Projekt ORCHESTRA (2008) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 13

14 Beispiele verteilte Geoprozessierung für GDI 2.0 (3) Orchestrierung verteilter Dienste zur Entscheidungsunterstützung im Risikomanagement SOS Hazardous Gases WPS Gas Spreading Simulation WCS Population Density WCS Land Use OWS Client Applications WPS Spatial MCE ArcGIS Server Network Share Workspace & Toolboxes ArcGIS Desktop (Model Builder) Müller, Bernard, Vogel (2009) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 14

15 Fragen zur verteilten Geoprozessierung für GDI 2.0 (1) Grundlegendes zu verteilter Geoprozessierung: Wie sind Beschreibungen der Geoprozessierungen geeignet zu formalisieren (Map-Algebra, Egenhofer Operatoren, etc.)? Wie feingranular dürfen/müssen einzelne Geoprozessierungsschritte in einer GDI sein? Wie können Qualitätsbeschreibungen in diesen Diensteketten propagiert werden? Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 15

16 Fragen zur verteilten Geoprozessierung für GDI 2.0 (2) Verkettung mehrerer (Prozessierungs-) Dienste für GDI basierte SDSS: (Teil-)automatisierte Beschreibung eines Arbeitsablaufes als Kombination von Diensten (workflow management)? (Teil-)automatisierte, ad-hoc durchgeführte Verkettung mehrerer Dienste (service orchestration)? Geeignete GDI Architekturen? Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 16

17 Fragen zur verteilten Geoprozessierung für GDI 2.0 (3) Effizienz- und Performanzprobleme (des WPS) Wie können automatisierte und intelligente Generalisierungs-, Indexierungs- und Cachingtechniken helfen? Anbindung an das GRID computing?! Sollten in einer GDI-Architektur Algorithmen statt Daten über das Netz transportiert werden? Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 17

18 Algorithmen statt Daten? 1. data-driven: Geodaten werden sequenziell prozessiert & transportiert (z.b. WFS WPS WMS) + hohe Flexibilität - hohe Datentransferraten 2. algorithm-driven: Algorithmen werden zu den Geodatenbasen gebracht (z.b. FE/WFS, WCPS) + geringe Datentransferraten - geringe Flexibilität 3. hybrid : Kombination von 1 & 2 + möglichst große Flexibilität bei geringen Datentransferraten - standardisierte Beschreibung von Geooperatoren fehlen Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 18

19 Algorithmen statt Daten? Ansätze eines hybriden Ansatzes (WPS und ArcGIS-Server) Anwendungskontext?!! Geo-Algebra?? Müller, Bernard, Brauner (2010) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 19

20 Fragen zur verteilten Geoprozessierung für GDI 2.0 (4) Erweiterung der Geoprozessierung: Einbindung von Geosensoren und -simulationen (3D & 4D)? - Verteilte Geosimulationen? Wann beschreiben Geodaten dasselbe Geoobjekt (geometrisch und semantisch, data fusion)? Verteilte Fortführung von Geodaten: Wer liefert gute Daten (trust)? Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 20

21 Verteilte Fortführung von Geodaten? Ansätze Fusion von ATKIS & OpenStreetMap Daten Einbindung Generalisierung? Semantische Fusion? Wiemann, Bernard (2010) Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 21

22 Fazit GDI 1.0 müssen operationell werden Von GDI 1.0 zu GDI 2.0 = von Datenbereitstellung zur Bereitstellung anfragegerecht aufbereiteter Geoinformationen Weitere Forschungsfelder GDI 2.0 (teil-)automatisierte Erstellung und Ausführung von Geoprozessierungsketten Einbindung von zeit-kritischen & 3D Informationen Kombination mit Ansätzen des grid computing Kombination mit Ansätzen des semantic web Untersuchung wirtschaftlicher Aspekte Von Geodateninfrastrukturen zu Geodiensteinfrastrukturen Lars Bernard (TU Dresden) 22

23 Fakultät Forst, Geo- und Hydrowissenschaften, Fachrichtung Geowissenschaften, Professur Geoinformationssysteme Danke! Bernard, L., Brauner, J., Taggeselle, J. (2008): Vorstudie zum Betriebskonzept der Geodateninfrastruktur des Freistaates Sachsen (GDI Sachsen) Brauner, J. (2008): Anbindung von GIS-Funktionalitäten an eine Geodateninfrastruktur über eine Web Processing Service Schnittstelle. GIS - Zeitschrift für Geoinformatik 2008(3): Friis-Christensen, Ostländer, Lutz, Bernard, (2007): Designing Service Architectures for Distributed Geoprocessing: Challenges and Future Directions Transactions in GIS 11(6): Müller, Bernard, Brauner (2010): Moving Code in Spatial Data Infrastructures Web Service Based Deployment of Geoprocessing Algorithms, TGIS 2010, Transactions in GIS, accepted. Wiemann, Bernard (2010): Conflation Services within Spatial Data Infrastructures, AGILE Conference 2010, accepted. Lars Bernard

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