Teilprojekt E3
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Workflow-basierte Steuerung von Geo-Informationsdiensten
Das konzertierte Handeln im Katastrophenmanagement erfordert Softwaresysteme, die die Akteure bei ihren Arbeitsabläufen ständig, proaktiv und fehlertolerant unterstützen. Alle Phasen des Katastrophenmanagements sind geprägt durch komplexe Aktivitäten, in die verschiedene Akteure sowie eine heterogene und verteilte Datenlandschaft eingebunden sind. Grundlage der Aktivitäten müssen zeitnah erhobene, raumbezogene Daten sein, wie sie in Geo-Informationssystemen verwaltet und zunehmend über Geo-Informationsdienste angeboten werden. Bisher existieren Standards und erste Umsetzungen von grundlegenden Geo-Informationsdiensten für den Zugriff und die Darstellung von Geo-Daten; eine automatische Komposition solcher Dienste zu komplexen Workflows ist aber noch weitgehend unerforscht.
Stand des Wissens
Geo-Informationsdienste sind seit einigen Jahren ein neues Forschungsfeld im Bereich der Geo-Informationsverarbeitung [1]. Wurden bisher überwiegend monolithische Geo-Informationssysteme eingesetzt, geht die Entwicklung zunehmend hin zu flexiblen Geo-Informationsdiensten [2]. Diese Neuausrichtung findet ihren Niederschlag auch in den nationalen und internationalen Geo-Dateninfrastrukturen, mit denen die amtlichen Geo-Basis- und Fachdaten mittels Geo-Diensten (z. B. Metadaten-Server, Map- und Daten-Server) zur Verfügung gestellt und über Karten visualisiert werden. Diese Geo-Dateninfrastrukturen werden derzeit auf nationaler und internationaler Ebene aufgebaut, z. B. in dem deutschen Vorhaben der GDI.DE oder dem europäischen Projekt INSPIRE [3]. Aktuelle Forschungsfragen gelten der semantischen Interoperabilität mit der Bildung von Ontologien und der Entwicklung von komplexen Workflow-orientierten Diensten [4], [5]. Eine führende Rolle im Bereich der interoperablen GI-Dienste spielt das Open Geospatial Consortium (OGC), das einige elementare Dienste zur Geo-Datennutzung und Verarbeitung spezifiziert hat. Die OGC-Dienstspezifikationen dienen zusammen mit den ISO-Festlegungen ISO/TC 211 als Standard für interoperable Geo-Dateninfrastrukturen. Im Bereich des Katastrophenmanagements existieren einige Untersuchungen zu GI-Diensten. So wurde in der europäischen Studie „Geo-Processing Networks in an European Territorial Interoperability Study (GETIS)“ anhand von einigen use cases untersucht, welche Dienste zur Unterstützung des Katastrophenmanagements erforderlich sind [6].
Vorarbeiten der beteiligten Wissenschaftler
Die Arbeiten von D. Dransch befassen sich mit der Verarbeitung von Geo-Daten mittels Geo-Informationssystemen und -Services (GIS). Wesentliche Forschungsaspekte dabei sind die handlungsorientierte Gestaltung von GIS [7], [8] und die Visualisierung von Geo-Daten für die Exploration wie auch für die Kommunikation von Information [9]. Ein untersuchtes Anwendungsfeld ist das Katastrophenmanagement [10]. U. Leser forscht seit vielen Jahren im Bereich des Zugriffs und der Verknüpfung von Informationssystemen [11]. Dies umfasst Standards zum Zugriff auf naturwissenschaftliche Daten im Rahmen der OMG-Architektur [12], Dienste-basierte Informationsintegration [13] und Workflow-basierte Systeme zur Datenanalyse [14]. Diese Systeme zeichnen sich durch eine enge Verknüpfung des Workflow-Modells mit dem Anwendungsmodell aus, um die notwendige Effizienz sowohl in der Modellierung als auch in der Ausführung zu erreichen. In [15] wird beispielsweise ein domänenbezogenes Workflow-Modell für die Auswertung von Proteomdaten vorgestellt, das heute auch kommerziell im Einsatz ist (Kooperation mit der ProteomeFactory AG, Berlin).
Geplante Arbeiten
Aufgabe dieser Dissertation ist, auf der Grundlage der erarbeiteten domänenbezogenen Workflow-Modelle spezifischeGeo-Informationsdienste zu entwickeln, die über die Verknüpfung einfacher GI-Dienste hinausgehen und anwendungsspezifische komplexe Aufgaben erfüllen. Dazu ist zu identifizieren, welche elementaren Komponenten bereits existieren und welche für die spezielle Aufgabe neu zu entwickeln sind. Als Grundlage dienen hier die vom Open Geospatial Consortium spezifizierten Geo-Informationsdienste sowie die im Vorhaben E4 zu entwickelnden Systeme zum Zugriff auf integrierte Geo-Daten. Die Verknüpfung der elementaren Dienste zu Diensteketten darf dabei nicht statisch sein, sondern muss dynamisch an eine sich ständig verändernde Umgebung anpasst werden können. Zu unterscheiden ist dabei eine Veränderung auf der Ebene der Aufgaben (Anpassung des Workflows) oder der Ebene der Eingabedaten (Änderungen in der Umgebung). Gerade in Situationen, die nicht vollständig planbar sind (wie z. B. beim Einsatz der Erdbeben Task Force) muss es möglich sein, auch laufende Workflows noch ad hoc zu verändern. Dazu sollen in der Dissertation Methoden entwickelt werden, um Teilprozesse eines Geo-Workflows hierarchisch zu komplexeren Aufgaben verknüpfen zu können. Im Ausführungsfall stehen für Teilaufgaben dann technisch unterschiedliche, semantisch aber gleichwertige Teilprozesse zu Verfügung, die je nach Verfügbarkeit und aktueller Ausgangslage gewählt werden können bzw. einem eingreifenden Benutzer zur Ausführung angeboten werden. Das Dissertationsthema hat einen engen Bezug zu anderen Themen des Graduiertenkollegs. Während zum Beispiel das Thema C3 eine datengetriebene Sicht auf das Problem der verteilten Informationsquellen einnimmt und das Ziel hat, für diese eine einheitliche und semantisch eindeutige Zugriffsschnittstelle bereitzustellen, geht es im vorliegenden Thema um eine strikt prozessorientierte Sicht. Input zum Thema sind die im Vorhaben E2 entwickelten konzeptionellen Modelle.
Referenzen
[1] B. Buttenfield: Looking forward- geographic information Services and Library in the Future. In: Cartography and Geographic Information Systems 25 (3), pp. 161-171, 1998.
[2] B. Li, L. Zhang: A Modell of Component-Oriented GIS. In: Proc. of GIS/LIS, pp. 523 - 528, 1997.
[3] L. Bernard, J. Fitzke, R. Wagner (eds.): Geodateninfrastruktur. Grundlagen und Anwendungen. Wichmann, 2004.
[4] L. Bernard, U. Einspanier, S. Haubrock, S. Hübner, W. Kuhn, R. Lessing, M. Lutz, U. Visser: Ontologies for Intelligent Search and Semantic Translation in Spatial Data Infrastructures. In: Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation. Ausgabe 6, pp. 451 - 462, 2003.
[5] L. Bernard, U. Einspanier, M. Lutz, C. Portele: Interoperability in GI Service Chains - The Way Forward. In: Proc. of 6th AGILE Conference on Geographic Information Science, Lyon, France, pp. 179 -187, 2003.
[6] T. Taylor, D. Piekny: Geo-Processing Networks in a European Territorial Interoperability Study (GETIS). Report on use case analysis, 2002.
[7] D. Dransch: Handlungsorientierte Mensch-Computer-Interaktion für die kartographische Informationsverarbeitung mit Geo-Informationssystemen. Habilitationsschrift. In: Berliner Geowissenschaftliche Abhandlungen, Reihe C, Bd. 18, 2002.
[8] D. Dransch: Activity and context- A conceptual framework for mobile geoinformation services. In: L. Meng, T. Reichenbacher, A. Zipf (eds.): Map-based mobile services – Theories, Methods and Implementations. Springer, Heidelberg, 2005.
[9] U. Walz, J. Etter, D. Dransch: Actor-oriented flood risk maps as support for societal decision making. In: Proc. of cartographic Cutting-Edge Technology for Natural Hazard Management, forthcoming 2005.
[10] D. Dransch: Internetbasierte Geoinformationsservices für das Katastrophenmanagement. In: Tagungsbeiträge zu Webmapping 2003, 2003.
[11] U. Leser, F. Naumann: (Almost) Hands-Off Information Integration for the Life Sciences. In: Proc. of Conference on Innovative Database Research (CIDR 2005), Asimolar, pp. 131 - 143, 2005.
[12] E. Barillot, U. Leser, P. Lijnzaad, C. Cussat-Blanc, K. Jungfer, F. Guyon, G. Vaysseix, C. Helgesen, P. Rodriguez-Tome: A Proposal for a Standard CORBA Interface for Genome Maps. In: Bioinformatics 15(2), pp. 157 - 169, 1999.
[13] U. Radetzki, U. Leser, A. Cremers: IRIS- A Mediator-Based Approach Achieving Interoperability of Web Services in Life Science Applications. In: Proc. of 3rd E-BioSci / ORIEL Annual Workshop, Hinxton, UK, 2004.
[14] S. Moeller, U. Leser, W. Fleischmann, R. Apweiler: EDITtoTrEMBL- A Distributed Approach to High-Quality Automated Protein Sequence Annotation. In: Bioinformatics 15(3), pp. 219 - 227, 1999.
[15] M. Klatt: Entwicklung eines datenbankgestützten Workflow-Systems für Proteomics. Diplomarbeit, Humboldt-Universität Berlin, 2004.
