11 27·10 ·2010 Organisation und Verwaltung von Forschungsdaten zum Gewässermanagement Mirko...

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27·10 ·2010

Organisation und Verwaltung von Forschungsdaten zum Gewässermanagement

Mirko Filetti

Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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GLIEDERUNG

1. Einleitung

2. Aktuelle Situation

3. „GeoNetwork Opensource“ (GNOS)

4. Live-Präsentation GNOS

5. Schlussbemerkungen


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THESE

Nur eine open source Software, wie „GeoNetwork Opensource“ (GNOS), ist für den öffentlichen Zugriff (open access) auf wissenschaftliche Daten in einem

weltweiten Netzwerk nachhaltig geeignet.


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THESE

Warum open source?

• Software ist für Alle frei verfügbar (keine Kosten)

• Weltweite Entwicklergemeinde

• Unabhängigkeit

• Einheitliche Bedienung

Warum GNOS?

• Benutzerfreundlich und gut anpassbar

• Georeferenzierung / GIS - Layertechnik

• Metadatensuche

• Standards (XML, XSLT, ISO,…)

• Harvesting / Nodes // Hierarchische Strukturen

• Benutzerrechte / -verwaltung Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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01EINLEITUNG


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EINLEITUNGDatenvolumen I

01 · KAPITEL – EINLEITUNG Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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(de: ca. 1 Billion 1012)

http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-19837-3.html

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EINLEITUNG Datenvolumen II


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01 · KAPITEL – EINLEITUNG


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EINLEITUNGDatenvolumen III


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(de: Billion 1012)



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EINLEITUNG Datenvolumen IV

Nur mit modernen Kompresssionstechnologien ist diesem Missverhältnis beizukommen


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~1 ZB = 1012 GB



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EINLEITUNG Datenvolumen V

Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik01 · KAPITEL – EINFÜHRUNG

Bis 2020 soll die weltweite digitale Datenmenge um den Faktor 44 auf runde 35 Zettabyte anwachsen.

Das entspricht zwei Stapeln von DVDs, die von der Erde bis zum Mond reichen.

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2009: ~1 ZB = 1012 GB

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EINLEITUNG Daten-Typen

Beispiele für Datentypen:

Programme

Audio/Video

Studien, best practice

Konferenz-Ergebnisse

Datenreihen

Verzeichnisse / Kataloge

Interaktive Ressourcen

Karten & Grafiken

Fotos

Andere Informationsquellen

Big Science Data

(z.B. Satellitenbilder)

Small Science Data (z.B. kleine Excel Tabelle)


zeichnen sich aus durch große Datenmengen mit relativ homogenen Strukturen.

zeichnen sich durch kleine Datenmengen mit heterogenen Strukturen aus.

Bislang lag das Augenmerk beim Umgang mitForschungsdaten auf großen Beständen, sog. „Big Science Data“. Auf Grund der großen Datenmengen gibt es hier immer ein Datenmanagement.

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EINLEITUNG Metadaten - „Daten über Daten“

• Dateninhalt (z.B. Wo?, Wann?)

• Datenqualität (z.B. Auflösung)

• Datenformat (z.B. RGB, CMYK)

• Hersteller (Person, Organisation)

• verwendete Referenzsysteme

• Art der Weitergabe

• Kontaktpersonen

• ...


Ohne Beschreibung ist der Inhalt unbrauchbar!

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EINLEITUNG Data Life Cycle


Personenkreis

Handlungen

Phasen

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02ALLGEMEINE SITUATION


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ALLGEMEINE SITUATION Informationen & Geodaten im öffentlichen Sektor

• Im europäischen Rahmen werden jährlich etwa 10 Mrd. Euro für Informationen des öffentlichen Sektors investiert. Davon entfallen ca. 50% auf Geoinformationen (IMAGI 2007).

• Durch mangelnde Koordination und aus Unkenntnis über Umfang, Qualität, Aktualität und Verfügbarkeit von vorhandenen Datenquellen werden Geodaten jedoch oft mehrfach erhoben oder gekauft.

• Mit öffentlichen Mitteln erhobene Daten sollten unbeschränkt für die Öffentlichkeit verfügbar sein (Open Access).


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02 · KAPITEL – ALLGEMEINE SITUATION

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ALLGEMEINE SITUATIONDatenhaltung

Unterschiedliche Def. der Langzeit-Datenhaltung:

Informatiker: > 5 Jahre

DFG: > 10 Jahre

SFB: > 25 Jahre vom Start

Ingenieure: > 30 Jahre

Linguisten: > 100 Jahre

Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik02 · KAPITEL – ALLGEMEINE SITUATION

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???

(bis 10 Jahre danach)

„Million years later…“

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ALLGEMEINE SITUATION “good scientific practice“

DFG:„Empfehlung 7Primärdaten als Grundlagen für Veröffentlichungen sollen auf haltbaren und gesicherten Trägern in der Institution, wo sie entstanden sind, für zehn Jahre aufbewahrt werden.“Quelle: http://www.dfg.de/download/pdf/dfg_im_profil/reden_stellungnahmen/download/empfehlung_wiss_praxis_0198.pdf

• Alle Schritte müssen als Grundlage wiss. Arbeit nachvollziehbar sein.

• Primärdaten müssen persistent und wiederfindbar aufbewahrt werden.

• Fachspezifisches Organisationskonzept zur Datenhaltung ist erforderlich

• „Open Access“ - Daten für die Öffentlichkeit.

• Datenschutz, Urheberrechte und Zugriffsrechte müssen beachtet werden.

• Die Speicherung sollte im Rahmen definierter Standards erfolgen.


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ALLGEMEINE SITUATION Data Policies (DP) - Allgemein

Für den wissenschaftlichen Umgang mit Daten müssen

allgemeingültige Regeln definiert werden, um eine gute

wissenschaftliche Praxis (GwP) einzuhalten und den offenen

Zugang zu Daten zu gewährleisten (OA).

Die Regeln (DP) sollten fest verankert sein:

• im alltäglichen Arbeitsablauf & IT,

• in Dienstanweisungen,

• in Studienordnungen…


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ALLGEMEINE SITUATION Data Policies (DP) - Probleme

• Akzeptanz bei Personal / Anreize

• Zusätzlicher Aufwand (Dilemma der Prioritäten)

• Small Science Data (Aufwand / Datenmenge)

• Integration in Arbeitsabläufe (Workflow und IT)

• Schneller Fortschritt in IT (Kompatibilität, Standards)

• Interoperabilität (Austausch von Metadaten)

• Wer trägt Verantwortung für Datenhaltung

• Allgemeine Rechtsgrundlagen, Richtlinien, Arbeitsanweisungen


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2020

ALLGEMEINE SITUATION Data Policies (DP) - Lösungsansätze

• Sensibilisierung der Mitarbeiter für Datenhaltung und Metadatenerfassung.

• DFG gibt 5% Aufschlag der Förderung für Datenhaltung.

• Verankerung als Teil von Dienstanweisungen / Studienordnung, …

• Eingabe der Studienarbeit / Veröffentlichung in Informationssystem könnte Pflicht sein.

• Geeignete Werkzeuge (FOSS) zur Datenhaltung.

• Einhaltung von Standards und zukunftsorientierten Technologien.

• Digital Object Identifyer (DOI): Internationale eindeutige Nummer für digitale Daten (kostenpflichtig, aber nonprofit). Kostenlose Alternativen zu DOI bestehen


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ALLGEMEINE SITUATION Beispiel für Projektanforderungen aus einem SFB

a) Aufbau einer Datenbank: zur Speicherung der im Projekt anfallenden Forschungsdaten einschließlich der Vergabe von Metadaten. Die Interoperabilität mit weiteren relevanten internen oder externen Datenrepositorien soll dabei sichergestellt sein.

b) Pflege und Erschließung von Forschungsdaten: Implementierung und Entwicklung von Techniken und Verfahren zur Pflege und Erschließung von Informationen sowie Verknüpfung der Forschungsdaten mit anderen Datensystemen auch außerhalb des Verbundes, bzw. Einbettung in diese (Referenzierung von Daten).

c) Nachnutzung von Forschungsdaten: Das Datenspeicherungssystem ist so aufzubauen, dass die Nachnutzbarkeit der Daten ermöglicht wird. Dies kann durch die Implementierung oder Entwicklung von Interoperabilität bzw. Schnittstellen der Retrival- und Referenzierungsverfahren oder sonstigen Softwarelösungen und Techniken mit Datenbanksystemen (Fachdatenbanken, Online-Kataloge u.ä.), die außerhalb des Verbundes bestehen und von den jeweils einschlägigen Disziplinen genutzt werden, geschehen.


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ALLGEMEINE SITUATION Prinzipielle Ziele für Projekte

• Erstellung der Data Policy für ein Projekt

• Suchfunktion nach Informationen über georeferenzierte Metadaten

• Unterstützung des Projektmanagements durch IT-Infrastruktur

• Datenaustausch zwischen den Projektpartnern

• Langzeitdatenhaltung

• Öffentlicher Zugang (OA)

• Verbund mit anderen Nodes / Netzwerken

• Zukunftsorientiert / Nachhaltigkeit


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ALLGEMEINE SITUATION IT-Ziele

• Wo möglich – open source

• Bereitstellung eines Servers (Hard-/Software) zur Datenhaltung

• Benutzerfreundlichkeit und intuitive Bedienung

• Optimierung der Konfiguration und Struktur

• Cloud Computing Architecture

• Ausfallsicherheit

• Backupstrategie

• Sicherheitsstrategie (Firewall, etc.)

• Einhaltung von Standards in der IT

• Semantic Web


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Keine „out of the box“-Lösungen!

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ALLGEMEINE SITUATION Projektdaten im Gewässermanagement


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• Hydrologische Daten

• Gewässerökologische Daten

• Daten der Landnutzung

• Sozioökonomische Daten

• Daten zur Energiegewinnung aus Wasserkraft

• Daten zur Wasserbewirtschaftung nach Menge und Güte

• Administrative Daten

• Daten zur Gewässerpolitik

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ALLGEMEINE SITUATION Metadaten im Gewässermanagement


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1. Gewässer

2. Wassernutzungen

3. Gewässerbelastungen

4. Kopplung von Atmosphäre und Gewässer

5. Datenerfassung

6. Zusammenführung unterschiedlicher Daten und Datenspeicherung

7. Entscheidungsunterstützungssysteme

8. Entwicklung politischer und ökonomischer Instrumente

9. System Wasser und Gesellschaft

10.System der Wassernutzer

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ALLGEMEINE SITUATION Metadaten im Gewässermanagement


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03GEO NETWORK Open Source


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GEO NETWORKFree and Open Source Software (FOSS)

• Der Einsatz von Free and Open Source Software (FOSS) ist in der heutigen Zeit eine vielfach diskutierte Thematik in Wirtschaft, Wissenschaft und öffentlichen Einrichtungen.

• Besonders im hochschulbasierten Einsatz stellt die Verwendung von FOSS eine attraktive Alternative zur kostspieligen Lizenznahme proprietärer Software dar.

• Dies hat vor allem die folgenden Gründe: Weltweite Entwicklergemeinde, geringere Kosten, kurzer Updatezyklus, Unabhängigkeit und Unterstützung, validierte Quelltexte.

03 · KAPITEL - GEO NETWORK Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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http://images.google.de/imgres?imgurl=http://sercypaa2010.org/wp-content/uploads/2010/03/CLIPART_OF_15195_SM_2.jpg&imgrefurl=http://sercypaa2010.org/category/outreach/&usg=__Lunbf6lDqoAU9DkogtLnTOPvnhY=&h=480&w=640&sz=67&hl=de&start=90&itbs=1&tbnid=SUlismv8l4DWhM:&tbnh=103&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Dkonferenz%2Bclipart%26start%3D80%26hl%3Dde%26sa%3DN%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26tbs%3Disch:1

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GEO NETWORKEinführung• GNOS ist ein auf internationalen Standards

aufbauendes Informations-Management-System (IMS) mit Netzwerk-Interoperabilität, Metadaten- und Geo-Referenzierung.

• Benutzergruppen / Benutzerrollen ermöglichen die Trennung von Administration des Systems, Dateneingabe / -pflege und die Zugriffskontrolle auf Daten.

• Es wurde ursprünglich 2001 von der UN entwickelt und seit dem kontinuierlich von vielen Partnern weiterentwickelt.

• Inzwischen wird es weltweit (oftmals in einem Netzwerk aus verschiedenen GNOS Servern) von vielen großen und kleinen Organisationen erfolgreich eingesetzt.

Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik03 · KAPITEL - GEO NETWORK

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GEO NETWORKSystemvoraussetzungen Hardware / Software

• Schneller Server mit mind. Dual/Quad Core (etc.)

• >500 GB / 1TB HDD,

• >4 GB RAM.

• Cloud-Server (optional): der dynamisch mit den Anforderungen wachsen kann.

• Betriebssystem: Windows Server 2003 / 2008 oder Linux.

• Erweiterungen: MySQL, PHP, Tomcat, Java SDK.

• Optional: ArcIMS (GisWebServer).


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GEO NETWORKMain-features

• schnelle Suche nach lokalen und verteilten raumbezogenen Daten,

• up/- download von Daten und Dokumenten (z.B. Maps, PDF, Excel,…),

• interaktiver Map-Viewer mit Karten von weltweiten Servern,

• Map- & Layer- Export als PDF,

• Onlinebearbeitung von Metadaten mit leistungsstarkem Templatesystem,

• Datenaustausch und Synchronisation von Metadaten auf verteilten Servern (Harvesting),

• Gruppen- und Benutzermanagement,

• Zugriffskontrolle auf Datenquellen,

• interne / externe Thesauri Kataloge für Schlagwörter.


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GEO NETWORKStandards für Meta Daten und Datenaustausch

• Dublin Core (DC) Metadata von der International Organization for Standardization (ISO)

• Content Standard for Digital Geospatial Metadata (CSDGM)von dem Federal Geographic Data Committe (FGDC) / (ESRI FGDC)

• ISO 19115 Die ISO 19115 "Geographic Information – Metadata" definiert einen international gültigen Standard zur Beschreibung geographischer Informationen und zugehöriger Dienstleistungen.

• ISO19139 Mit dem XML-Schema von ISO 19139 wird eine Grundlage geschaffen, auf deren Basis Metadatensätze einheitlich zwischen verschiedenen Systemen austauschbar sind.

• Infrastructure for Spatial Information in the Europ. Community (INSPIRE)Seit 2007 Europäische Geodaten-Basis mit integrierten raumbezogenen Informationsdiensten


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GEO NETWORKMetadaten nach ISO 19115

Metadaten zur Beschreibung von Geodaten nach ISO 19115(vereinfacht, grün=obligatorisch) verändert nach Senkler et al. (2004)


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GEO NETWORKEingabeschema für Metadaten

Ablauf der Metadatenerfassung je nach Ausgangssituation


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GEO NETWORKBenutzerverwaltung

Benutzerverwaltung • mit detaillierter Rechteregelung,• hohe Sicherheit,• Einhaltung des Urheberrechts.

Benutzerrechte• einzelne Personen,• die eigene Einrichtung, Abteilung oder Fakultät,• die gesamte Einrichtung,• der Rest der Welt.

Gruppenrechte• Einsicht in die Metadaten,• Einsicht der Geodaten über den integrierten WMS-Viewer,• Zugriff auf die Geodaten direkt über Webservices,• Download der Geodaten.


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3636

GEO NETWORKThesaurus-Support

Meta-Daten-Eingabe:

• Schlagwortkatalog für die Eingabe der Metadaten nach ISO und Dublin Core.

Admin:

• Import, Export, Bearbeitung, eigene Thesauri.

Suchfunktionen:

• Keywords (mit jeweiliger Trefferanzahl) werden bei Suche vorgeschlagen.

Thesauri-Typen:

• Extern: importierte Thesauri können mit Schreibschutz von anderen Knoten importiert werden. Die Thesauri werden dann von den anderen Knoten gemanaged.

• Lokal: Ein lokal gespeichertes Thesaurus kann selbst bearbeitet werden.


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GEO NETWORKNetzwerke


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a) Abgeschlossenes, kleines Netzwerk nur für einen bestimmten Personenkreis (mit feinen Benutzerrechten für Eingabe und Lesen der Metadaten bzw. Download der Primärdaten).

b) Abgeschlossenes Netzwerk für hierarchisch gegliederte Organisationsstrukturen.

c) Weltweites Netzwerk im Verbund mit fremden Netzwerkknoten (Eigentümer der Daten hat exklusive Schreibrechte).

A

Intranet www

AB

C

AB

CD

Mit GeoNetwork sind verschiedene Netztypen und Zugriffsszenarien zu realisieren:

3838

GEO NETWORKHarvesting – Interoperabler Datenaustausch verschiedener Knoten (Nodes)

1. Andere GeoNetwork Nodes (ab Version 2.1)2. alte GeoNetwork Nodes (bis Version 2,0)3. WebDAV Server (Web-based Distributed Authoring and Versioning)4. CSW 2.0.1 oder 2.0.2 Katalog-Server (Catalog Service Web-Spezifikationen)5. OAI-PMH Server (Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting)6. OGC Server (Open GIS Consortium)


1. Node (A) erzeugt Meta Daten (a)2. Node (B) bezieht (a) von (A)3. Node (C) bezieht (a) von (B)4. Node (D) bezieht (a) von (A), (B) and (C)5. Node (E) und (A) kommunizieren bidirektional

A

D

B CE

03 · KAPITEL - GEO NETWORK

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3939

04LIVE PRÄSENTATIONGeoNetwork Opensource


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GEO NETWORK


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4141Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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4242Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik

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05SCHLUSSBEMERKUNGEN


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SCHLUSSBEMERKUNGEN

Fazit:

• Datenhaltung ist angesichts des allgemein wachsenden Datenvolumens eine zentrale Aufgabe in fast allen Bereichen der Wissenschaft und Forschung.

• Diese Aufgabe erfordert aufgrund der Komplexität und Verantwortung eine eigenständige Position im Organisationskonzept.

Anwendungsbereiche:

• Datenhaltung für alle Daten mit geografischem Bezug…

• Forschungsprojekte, Drittmittelprojekte,

• Lehrstühle / Fakultäten / Universitäten.

Weiterentwicklung:

• Semantic Web („Maschinenverständliches Internet“),

• Datenkomprimierung, Indexoptimierung der Primärdaten / noSQL,

• Datenanalyse, Metadaten-Analyse,

• Reporting-Tools, Decision-Support-Systeme (DSS).

Lehrstuhl Ökosysteme und Umweltinformatik05 · KAPITEL - FAZIT

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Vielen Dank!Mirko Filetti


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