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Geoprocessing Appstore[Die Idee] Die IdeeViele der bereits heute frei zugänglichen öffentlichen Daten
haben einen expliziten oder impliziten Raum- und Zeitbezug:
Ortsbezogene Statistiken, Schadstoffmessungen, Abschätzungen
zur Lärmbelastung, Flusspegel oder Verkehrszählungen. Solche
frei zugängliche Geodaten (Open Geodata) haben ein enormes
Mehrwertpotenzial für Bürger, Unternehmen und
Entscheidungsträger sowie die Gesellschaft insgesamt. In vielen
Fällen muss dieser Mehrwert, also die konkret benötigte
Geoinformation, durch geeignete Datenverarbeitungsalgorithmen
erst noch generiert werden. Diesen Schritt nennen wir
Geoprocessing. Frei verfügbare, wiederverwertbare,
qualitätsgeprüfte Algorithmen zur Analyse, Datenverdichtung und
Datenveredlung sind die ideale Ergänzung zu freien
Datenbeständen. Wir nennen sie Freie Algorithmen. Für den immer größer werdenden Bestand an freien Geodaten bauen wir einen Geoprocessing Appstore auf, in dem Entwickler und Anwender freie Algorithmen zur Geodatenveredlung und –analyse publizieren, recherchieren, ausführen und herunterladen können. Er funktioniert ähnlich wie ein Marktplatz, auf dem sich Anbieter und Nutzer von freien Geoprocessing Algorithmen treffen. Die angebotene Funktionalität kann beliebig komplex sein und ist in unterschiedlichen Umgebungen, wie einfachen PCs, Servern oder Cloud-Umgebungen, nutzbar. Damit bieten wir auch einen Lösungsansatz, um mit den immer größer werden Datenmengen lösungsorientiert und zielgerichtet arbeiten zu können. "Wir" kommen übrigens aus der Technischen Universität Dresden (Professur für Geoinformationssysteme) [5] und von der 52°North Initiative for Geospatial Open Source Software GmbH [6] aus Münster in Westfalen. Das KonzeptAnalyse- und Veredlungsfunktionen werden in
selbstbeschreibenden Paketen, sogenannte Moving-Code-Packages,
plattformübergreifend ausgetauscht. Diese enthalten neben der
eigentlichen Programmlogik funktionale Beschreibungen, die
Nutzern dabei helfen, geeignete Algorithmen zu finden.  Neben der Weboberfläche des Appstores werden die vorhandenen Algorithmen auch über einen Processing Feed nach außen sichtbar gemacht. Dieser Feed ist abonnierbar und informiert Nutzer über neue und aktualisierte Funktionen im Appstore. Dieser enthält zusätzliche maschinenlesbare Inhalte und kann dadurch leicht mit externen Anwendungen und Serverumgebungen gekoppelt werden. Die Architektur AppstoreDer Appstore ist ein Webportal und stellt Funktionen zur Verwaltung der Algorithmen zur Verfügung. Ziel ist der Aufbau eines vielseitigen Werkzeugkastens mit Algorithmen zur Geodatenverarbeitung. Dieser "Marktplatz" für Anbieter und Nutzer ist neben einer technischen Austauschplattform auch ein Medium, indem sich Entwickler und Nutzer über Anforderungen, Erfahrungen und Ideen austauschen können. Entwickler und AnbieterProzessierungsalgorithmen werden in vielen Forschungsprojekten, Open-Source-Initiativen oder Unternehmen entwickelt. Der Geoprocessing Appstore bietet Entwicklern eine Publikationsplattform und stellt technische Hilfsmittel für den systemübergreifenden Austausch von Algorithmen zur Verfügung. EndanwenderKönnen im Appstore nach Algorithmen für spezifische Problemstellungen suchen. Assistenten im Appstore stellen Werkzeuge zum Testen sowie zur ad-hoc-Ausführung dieser Algorithmen zur Verfügung. Bei Bedarf können Nutzer im Appstore eigene Sammlungen von Algorithmen anlegen und dort verwalten. Benachrichtigungsfunktionen informieren über Aktualisierungen. Moving-Code-PackageAlgorithmen werden in selbstbeschreibende Pakete verpackt. Diese enthalten alle zur Ausführung notwendigen Informationen, wie Schnittstellenbeschreibungen und Abhängigkeiten von anderen Bibliotheken. Beschreibungen zur benötigten Laufzeitumgebung ermöglichen z.B. die Unterscheidung von ressourcenintensiven und ressourcenschonenden Algorithmen. Geoprocessing-FeedsSind Atom-Feeds, die mit Newsreadern abonniert werden können und Interessenten über neue oder aktualisierte Geoprozessierungstools im Appstore informieren. Diese Feeds sind ebenfalls maschinenlesbar, sodass sie von externen Applikationen eingbunden werden können. Processing Service ProviderStellen Endnutzern Hardwareressourcen für die Datenverabeitung bereit. Processing Services beziehen ihre Funktionalität über Geoprocessing-Feeds. Service provider können - genau wie Endnutzer - eigene Sammlungen von Algorithmen anlegen und im Appstore verwalten. Dadurch können ganze Serverfarmen über den Appstore mit identischen Algorithmen beschickt werden. Automatische Aktualisierungen werden über den gleichen Weg bereitgestellt. Data ServicesDatenhaltende Stellen machen ihre Datenbestände über Web-Schnittstellen verfügbar. Damit können Applikationen diese Daten direkt einbinden oder weiterverarbeiten. Neue Informationen werden zum Beispiel durch die Kombination meherer Datenquellen über geeignete Analysealgorithmen gewonnen. Anwendungsbeispiel UmweltstatistikWie stark ist die sächsische Bevölkerung durch Luftschadstoffe belastet? Im Projekt EO2HEAVEN [3] beschäftigen wir uns mit dem Einfluss von Umweltparametern auf die menschliche Gesundheit - unter anderem in Sachsen. Für den Nachweis dieses Einflusses werden Schadstoffausbreitungskarten für die Erstellung von Risikokarten für betroffene Bevölkerungsgruppen (z. B. Asthmatiker) genutzt, um dann mit Gesundheitsdaten weiterverarbeitet zu werden. Die Gesundheitsdaten liegen pro statistischer Einheit (z. B. Gemeinden) vor, somit müssen auch die Schadstoffausbreitungskarten für die selben statistischen Einheiten berechnet werden. Die Schadstoffkarten werden aus öffentlich verfügbaren Umweltdaten [7] des Sächsischen Landesamts für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie erzeugt. Um aus den punktförmigen Schadstoffmessungen flächenhafte Messwerte zu erszeugen, werden Interpolations- und Ausbreitungsalgorithmen benötigt. Danach werden die flächenhaften Daten auf die statistischen Einheiten (z. B. aus [8]) aggregiert und verschiedene Kennwerte und Lageparameter berechnet. Für jeden dieser Schritte wird ein entsprechendes Moving-Code-Package im Appstore gesucht (und gefunden) und für die Benutzung heruntergeladen. Anhand von weiteren Schritten werden aus dieser zonalen Statistik und weiteren Gesundheitdaten Risikokarten für die betroffenen Bevölkerungsgruppen erzeugt. Auch hier können Moving-Code-Packages aus dem Appstore verwendet werden.  Kopplung mit Processing ServicesEin künftiger Entwicklungsschwerpunkt ist die Verschmelzung
der leichten Bedienbarkeit des Appstores mit dem Einsatz der
Algorithmen in leistungsfähigen Serverumgebungen. Die
selbstbeschreibenden Moving-Code-Packages sind auf vielfältige
Einsatzumgebungen ausgelegt. Insbesondere ist es möglich, die
Algorithmen über standardisierte Schnittstellen als Web
Services aufzusetzen; entsprechende Versuche wurden bereits
durchgeführt. Die Anwendung komplexer Algorithmen auf große
Datenmengen kann erhebliche Systemlasten erzeugen, denen
normale Arbeitsplatzrechner nicht gewachsen sind. Auch weit
verbreitete mobile Einsatzgeräte wie Tablet PCs stellen in
vielen Fällen nicht die notwendige Rechenleistung zur
Verfügung. In diesen Fällen bietet sich die die Auslagerung
rechenzeitintensiver Aufgaben auf Cloud-Umgebungen an. Der
Geoprocessing Appstore bietet hier eine Möglichkeit, eine
beliebige Zahl von Servern mühelos mit den benötigten
Datenverarbeitungsalgorithmen auszustatten. Nach
abgeschlossener Synchronisation bieten diese Server Web
Services an, die von mobilen oder Arbeitsplatzrechnern mit
Daten beschickt werden können. Vorverarbeitung sensibler Daten
Im Fall der Verarbeitung personenbezogener oder
sicherheitsrelevanter Datenbestände können die
Algorithmen einmalig oder wiederkehrend in geschlossene
Systeme eingespielt werden, sodass sensible Daten nicht
nach außen gegeben werden müssen. Ein Einsatzbeispiel
ist die Anwendung von Aggregationsalgorithmen, die
personenbezogenen Daten zu ausreichend großen Gruppen
aggregieren. Am Ende eines solchen Aggregationsprozesses ist
dann ein Rückschluss auf einzelne Personen nicht mehr
möglich. Der Geoprocessing Appstore kann für solche
Anwendungsfälle geprüfte Algorithmen zur Verfügung stellen,
die von den datenhaltenden Stellen verwendet werden können.
Damit können öffentliche Stellen zukünftig bei der
Bereitstellung neuer freier Daten unterstützt werden.
Geplante KooperationenDie Idee, Verarbeitungsfunktionen und Prozessierungslogik möglichst lose zu koppeln und nutzergerecht anzubieten wurde erstmals in [1] beschrieben. Dieses Projekt verfolgt das Ziel, die Idee in ein nutzergerechtes Produkt zu verwandeln und mit den Möglichkeiten der Social Media eine vielfältige Menge an nützlichen Algorithmen und Werkzeugen zu publizieren. Die Entwicklung des Geoprocessing Appstores wird von den Entwicklern im Rahmen einer Kooperation zwischen der TU Dresden und der Open Source Initiative 52°North projektübergreifend betrieben. Ein erster Satz an Algorithmen wird in den Projekten GLUES und EO2HEAVEN [2,3] generiert; eine Erprobung im Kontext von GEOSS [4] ist nach der Prototypphase geplant.[1] Müller, Matthias ; Bernard, Lars ; Brauner, Johannes:
Moving Code in Spatial Data Infrastructures - Web Service
Based Deployment of Geoprocessing Algorithms. In: Transactions
in GIS, 14(S1), 2010. pp. 101–118. Ansprechpartner: Matthias Müller, Daniel Kadner, Johannes Brauner |
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