Wir wünschen Ihnen eine informative und spannende Lektüre mit den neugestalteten "gis-report-news".

 

Konfuzius: "Zu wissen, was man weiß, und zu wissen, was man tut, das ist Wissen."

Ich zähle schon gar nicht mehr, wie oft ich derzeit in den Nachrichten etwas über Digitalisierung und Künstliche Intelligent (KI) höre oder lese. (Seit meiner Jugend mag ich diese Schlagwortkampagnen nicht mehr.) KI ist doch nichts Neues, insofern habe ich sofort meine Skepsis, warum gerade jetzt alle auf diesen Slogan aufspringen. Deshalb möchte ich hinterfragen, was sich dv-technisch hinter den KI-Strategien verbirgt und was das konkret für uns Geoinformatiker bedeutet. Weiterlesen...

 

Die Menge und Vielfalt von Lebewesen, vor allem von Insekten, nimmt auch in Deutschland stetig ab. Die Wissenschaft wünscht sich darum Möglichkeiten, die Biodiversität auf der Erde möglichst großflächig und umfassend zu dokumentieren. Auf diese Weise könnte man unter anderem feststellen, ob Maßnahmen gegen das Insektensterben wirken oder nicht. Weiterlesen...

 

In den letzten Tagen fand am EMBL in Heidelberg der erste Heidelberger Climathon statt. Er war Teil des globalen Climathon-Events. Die Veranstaltung fand vom 25. bis 27. Oktober 2019 statt - mit einem 24-Stunden-Hackathon vom 26. bis 27. Oktober. Während der 24 Stunden kamen Entwickler, Unternehmer, Designer und Studenten zusammen und arbeiteten als Teams an 5 innovativen Herausforderungen, die alle einen Bezug zur Bekämpfung des Klimawandels hatten. Weiterlesen...

Cadenza 2019

Analysieren Sie Ihre Daten im Detail, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Erstellen Sie topaktuelle Auswertungen mit Diagrammen, Karten und Berichten auf Basis Ihrer Daten. Cadenza 2019 unterstützt Sie dabei mit mehrdimensionalen Analysen in Zeit und Raum.

Hier entdecken Sie die OLAP- und Geo-Analytics-Funktionalitäten von Cadenza: www.disy.net/cadenza

 

Helge Olberding, Absolvent des Studienganges Geodäsie und Geoinformatik, erhielt Mitte Oktober den mit 800 Euro dotierten Ravenstein Förderpreis für seine Masterarbeit mit dem Thema Untersuchung zum Potenzial von Game Engines für Beleuchtungssimulationen im 3D-Stadtmodell. Die Arbeit entstand in Kooperation mit der Stadt Oldenburg und hatte bereits im September 2018 den Buchpreis des Vereins der Deutschen Vermessungsingenieure VDV erhalten. Weiterlesen...

 

Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover, wurde in die Hall of Fame der deutschen Forschung des Manager Magazins berufen. Gewürdigt werden damit seine lebenslangen, herausragenden Beiträge zur Weiterentwicklung der Forschung. Die Auszeichnung wurde am Dienstag, 29. Oktober 2019, in Berlin verliehen. Weiterlesen...

 

Es ist heute kein Geheimnis mehr, dass sich unsere Umwelt seit Beginn der Industrialisierung rasanter verändert als zuvor. Die deutschen Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X liefern seit 2007 und 2010 einzigartige Erdbeobachtungsdaten, aus denen reichhaltige Erkenntnisse über unsere Umwelt gewonnen werden können. Wissenschaftliche Nutzer aus der ganzen Welt sind am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen zusammengekommen, um im Rahmen des TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meetings die aus den Daten gewonnenen Ergebnisse auszutauschen und Anforderungen an künftige Fernerkundungstechnologien zu formulieren. In mehr als 100 Präsentationen offenbart sich vom 21. bis 24. Oktober 2019 der neueste Stand der Forschung. Begleitend dazu stellt der TanDEM-X-Blog Vorträge aus dem Science Meeting vor und skizziert, in welcher Weise die Daten der zwei Radarmissionen Forscher weltweit unterstützen. Weiterlesen...

Der FME® Webinar-Herbst

www.conterra.de/fme-webinare

 

07 Bentley Systems stellt neue iTwin Cloud-Services für digitale Zwillinge zur Infrastrukturentwicklung vor

Bentley Systems Incorporated, der weltweit führende Anbieter ganzheitlicher Softwarelösungen und von Cloud-Services für digitale Zwillinge zur Weiterentwicklung von Planung, Bau und Betrieb von Infrastruktur, kündigte heute neue Cloud-Services für digitale Zwillinge in der Infrastrukturentwicklung an. Digitale Zwillinge sind digitale Darstellungen physischer Anlagen und ihrer Engineering-Informationen, die es Benutzern ermöglichen, deren Leistung in der realen Umgebung während ihres Lebenszyklus zu verstehen und zu modellieren. Im Prinzip entwickeln immergrüne digitale Zwillinge BIM und GIS durch 4D weiter. Weiterlesen...

Foss Academy

Geoinformatik-Schulungen mit freier Software in Berlin, Bonn und Freiburg und Inhouse-Schulungen im DACH-Raum - www.foss-academy.com

 

Am 10. und 11. März 2020 findet beim Umweltbundesamt in Dessau der 27. Workshop des Arbeitskreises Umweltinformationssysteme statt. Experten aus Forschung, Verwaltung und Wirtschaft sind aufgerufen, hier ihre Projekte, Lösungen und Methoden aus der Umweltinformatik interessierten Fachkollegen vorzustellen. Weiterlesen...

 

Ein interdisziplinäres Team von vier Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie, der spanischen Universität Valencia und der US-amerikanischen Columbia Universität wurde am 11. Oktober 2019 mit einem 'Synergy Grant' des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) ausgezeichnet. Das Team überzeugte den Forschungsrat mit seinem Projekt USMILE (Understanding and Modelling the Earth System with Machine Learning). Weiterlesen...

Begrenzte Teilnehmerzahl - informieren Sie sich unter www.globalmapper.de/training über die aktuell noch freien Plätze.

 

Der österreichische Industrieimmobilienmarkt unterscheidet sich deutlich vom Deutschen. Das ist das Ergebnis einer Vergleichsanalyse des auf den deutschsprachigen Industrieimmobilienmarkt spezialisierten Beratungshauses IndustrialPort. Weiterlesen...

Artikel auf GEObranchen.de lesen

 

11 Hacker gesucht!

Was kann man mit einem Datensatz über Bordsteine anfangen? Zunächst nicht viel, doch kombiniert mit einem detailgetreuen Geländemodell und einer Datenbank behindertengerechter Toiletten lässt sich schon ein Baustein für eine App entwickeln, die Menschen mit Mobilitätseinschränkungen im Alltag hilft. Um solche und weitere spannende Anwendungen geht es am Sonnabend, 9. November und Sonntag, 10. November bei einem Hackathon. Der steht unter dem Motto Digitale Welten mit Geodaten und findet in der Sächsischen Landesbibliothek Staats- und Universitätsbibliothek Dresden (SLUB) statt. Restplätze sind an alle Interessierte mit Hacker-Herz zu vergeben. Weiterlesen...

Artikel auf GEObranchen.de lesen

 

Die neue Karte des Monats für November beschreibt die hydrogeologischen Eigenschaften der oberen, großräumig zusammenhängenden Grundwasserleiter in Deutschland im Maßstab 1:250.000. Entsprechend der Datenspezifikation Geology (D2.8.II.4_v3.0) liegt der Inhalt der Karte INSPIRE-konform vor.
Weiterlesen...

 

Die Geospatial Sensing Conference 2019 fand vom 2. bis zum  4. September 2019 in Münster statt. Im Rahmen dieser Veranstaltung  tauschten sich rund 50 Teilnehmer aus Forschung, Industrie und öffentlicher Verwaltung über praktische Anwendungen, aufkommende Trends, Nutzeranforderungen und zukünftige Entwicklungen zur Erfassung, zum Management, zur Verteilung sowie zur Analyse und Visualisierung von Sensordaten aus.
Weiterlesen...

 

Der Workshop der DGfK und der DGPF mittlerweile der elfte! bietet auch in diesem Jahr wieder eine interessante  Mischung aus verschiedenen Themenbereichen. So geht es um kommunale Anwendungen von 3D-Stadtmodellen, um Building Information Modeling (BIM), Verkehrs- und Energiethemen sowie Aktuelles aus den Hochschulen.

Alle Informationen inklusive Anmeldeformular sind HIER zu finden

Alle Termine auf GEObranchen.de lesen...    

 

 

In den 90er Jahren erstellte unser Entwicklerteam mit KI-Methoden Programme, die auf Basis nachgeahmter neuronaler Netze und nach angeleiteten Lernprozessen eigenständig Entscheidungen trafen, und bildeten so (auf einfache Weise) das menschliche Gehirn nach. Wir erstellten damit Software zur Bilderkennung.

Aber dieses klassische KI-Verständnis ist für mich zu speziell, sodass es nicht der alleinige Hintergrund sein kann, warum KI heute zur Schlüsseltechnologie avanciert (vgl. mit Strategie Künstliche Intelligenz der Bundesregierung https://www.bmbf.de/files/Nationale_KI-Strategie.pdf, abgerufen 03.11.2019).
Im oben zitierten Strategiepapier der Bundesregierung werden zwei Arten von KI unterschieden:
Starke KI: Systeme, die eigenständig Probleme bearbeiten können und dem Menschen intellektuell gleichgestellt sind (i. W. Roboter)

Schwache KI: Lösungen konkreter Anwendungsprobleme (also auch unsere oben beschriebenen KI-Ansätze mit neuronalen Netzen; aber auch Simulationssysteme oder die Umsetzung mathematischer Algorithmen, die zu qualitativ neuen Aussagen führen).
Interessanter Weise zielt die Strategie der Bunderegierung i. W. auf die schwache KI ab.

Daraus leitet sich insbesondere auch für uns Bereitsteller von Geo- und Umweltdaten eine entscheidende Anforderung ab: Die Daten müssen so verfügbar gemacht werden, dass sie (mit wenig Aufwand) weiterverarbeitet werden können! Es geht um die Maschine-Maschine-Kommunikation zwischen der Maschine mit weiterverarbeitbaren Geodaten und der Maschine mit KI-Anwendungen.

Da helfen uns die heute sehr verbreiteten Verfahrensweisen, die Daten in den vorhandenen Fachformaten auf Open-Data-Portale zu schieben und per Services bereitzustellen, nur bedingt weiter. Denn: wie viel Code soll denn entwickelt werden, um aus all den meist proprietären Formaten der Umweltthemen, KI-Anwendungen zu implementieren? Wer soll diese an alle Formate anpassen, nur um übergreifende Auswertungen über die Datenbereitsteller hinweg zu kreieren? So viele Entwickler haben wir gar nicht ausgebildet, so viele Hackathons können wir gar nicht organisieren.

Dabei sind wir Geoinformatiker Pioniere in Sachen Digitalisierung und Bereitstellung weiterverarbeitbarer Geo(basis)daten. Auf Grundlage der OGC-Normen und der ISO-191xx-Serie kann jeder Browser die Geodaten anzeigen und nutzen.
Mit INSPIRE haben wir sogar ein Gesetz, das uns verpflichtet, auch die Geofachdaten insbesondere Umweltdaten nach einheitlich definierten Strukturen anzubieten. Deshalb bin ich ein großer Verfechter und Freund von INSPIRE: Vor mehr als zehn Jahren haben die Protagonisten bereits die Notwendigkeit erkannt, Daten interoperabel in Standardformaten zur Verfügung zu stellen, was heute für KI-Anwendungen unerlässlich wird!

Leider kann die Umsetzung mit den vielen themenkonkreten INSPIRE-Datenspezifikationen diesem (politischen) Anspruch nicht genügen: Wir haben viel zu komplizierte Strukturen kreiert. Viele sträuben sich vor ihrer Umsetzung und Nutzung. Aber sie werden allgemein wie eine unumstößliche Vorschrift behandelt: Die Modellierungsexperten machen einfach weiter mit dieser Modellierungsmethode. Die Entwickler setzen sie um. Die Nutzer liefern die Daten in den definierten Strukturen. Warum fragt keiner, ob das so kompliziert sein muss? Warum hinterfragt keiner, dass wir so die Komplexität der Umweltdatenbereitstellung für all die Berichte, aber auch im Fokus der digitalen Umgestaltung der Gesellschaft gar nicht bewerkstelligen können? Meine Literaturrecherche fokussiert sich i. W. auf die Datenmodelle der Geo-Normen und INSPIRE. Bei meinen Analysen wird deutlich, dass bereits in den gewählten Methoden die Grenzen vorherbestimmt sind. Ich wollte mich damit nicht abfinden: Die Art der Modellierung ist vom Menschen erdacht und nicht objektiv gegeben, also müssen wir anders vorgehen! Jedes komplizierte Organisationsmodell, das am Ende auch noch hohe Kosten erzeugt, muss verändert werden, sonst wird es von ganz alleine ausgelöscht.

In meinem Buch Umweltdatenmanagement. Eine Geo-Inspiration(Bernhard Harzer Verlag Karlsruhe 2018), aus dem auch das obige Zitat stammt, analysiere ich die INSPIRE-Modellierungen und leite eine neuartige Methode für themenübergreifende und einfach weiterverarbeitbare Datenbereitstellungen ab:

Drei Leitgedanken für alternative INSPIRE-Lösungen fasse ich aus meinem Buch zusammen:
(1) Wir haben ein (!) Realitätsmodell: (statt 34) genau ein INSPIRE-Annexthema: Ökosystem.
(2) Wir modellieren zweistufig und arbeiten für die Datenbereitstellungen Anwendungsmodelle aus.
(3) Mit entmystifizierten Modellen stellen wir die Daten in einfachen Formaten und Strukturen bereit.

Ich nenne das Ergebnis Geodaten-Intelligenzund meine damit die Intelligenz, die für die themenübergreifend einheitliche Aufbereitung der Geo(fach)daten möglich ist und dann in den Daten steckt, sodass diese für KI verfügbar sind.

Inzwischen habe ich die Modellansätze dieser Geodaten-Intelligenz in praktischen Projekten weiterentwickelt. Es ergeben sich völlig neuartige Konzepte für die Bereitstellung von Umweltdaten, die das Datenmanagement revolutionieren könnten:
Mit einem einzigen Select zeigt mir mein Browser alle (!) Geoobjekte im ausgewählten räumlichen und zeitlichen Bereich: sowohl die sich dort befindenden Betrachtungsobjekte als auch stattfindende Handlungen und Prozesse. Sie werden grafisch und mit ihren wesentlichen objektbeschreibenden Sachdaten präsentiert.

Mich interessiert ein spezieller Sachverhalt; ich selektiere weiter und erhalte jetzt alle detaillierten Fachinformationen zu diesem konkreten Objekt.

Und mit einem weiteren Klick erhalte ich die zugehörigen Messwertzeitreihen oder Visualisierungen, z. B. in Form von Rastern, oder Filme oder &

(Aus Ästhetik der Geodaten, gis-Report 2019/20, Bernhard Harzer Verlag Karlsruhe, www.hrd-consulting.eu/files/hrd/dokumente/Buch/aesthetik.pdf, abgerufen 03.11.2019).

Das Buch "UMWELTDATENMANAGEMENT Eine GEO-Inspiration" von Dr. Heino Rudolf kann zum Preis von 29.80 EUR zzgl. 5 EUR Versandkosten im Harzer Verlag bestellt werden:
www.geobranchen.de/mediathek/publikationen/bestellung-buch-dr-heino-rudolf- -umwelt-datenmanagement-eine-geo-inspiration

 

Satellitendaten eignen sich gut für diesen Zweck. Bisher hat man aber kaum darauf zurückgegriffen. Denn man war der Meinung, es gebe keine frei verfügbaren Daten, die ausreichend gute Ergebnisse liefern, sagt Professor Jörg Müller vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Das war ein Irrtum. Kostenlos verfügbare Radardaten können nämlich sehr gut verwendet werden, um die Biodiversität aus dem All zu erfassen.

Das berichtet Müllers Kollegin Dr. So-yeon Bae mit einem internationalen Team in Nature Communications. Die südkoreanische Landschaftsökologin hat in einem Forschungsprojekt der DFG-Biodiversitäts-Exploratorien gezeigt: Radardaten von Satelliten eignen sich überraschend gut, um in Wäldern die Vielfalt von Wirbeltieren, Pflanzen und Pilzen, aber auch kleinster Insekten und Spinnen zu beschreiben. Und das, obwohl Radardaten relativ grob sind und obwohl Wälder mit ihrer hochdynamischen und komplexen dreidimensionalen Struktur für das Monitoring der Biodiversität eine besondere Herausforderung darstellen.

Zwölf Artengruppen in fünf Waldgebieten analysiert

Das Forschungsteam hat zwei Methoden verglichen. In fünf Waldgebieten, deren Biodiversität von Studien am Boden sehr gut erhoben war, wurden zwölf Artengruppen zum einen mit hochaufgelösten Laserscanning-Daten, zum anderen mit den gröberen Radardaten analysiert.

Die Ergebnisse waren verblüffend: Die kostenlosen Radardaten liefern vergleichbar gute Ergebnisse und sind dem Laser zum Teil sogar überlegen, sagt Dr. Bae. Ihr Fazit: Die Fernerkundung ist bereit, deutschlandweit Biodiversitätsmonitoring aus dem All durchzuführen. Jetzt müssen landesweit nur noch bessere, standardisierte Biodiversitätsdaten am Boden erhoben werden. Dazu seien räumlich verteilte Kartierungen der Artenvielfalt in allen Waldlebensräumen in Deutschland nötig.

Publikation

Radar vision in the mapping of forest biodiversity from space, Nature Communications, 18 October 2019, https://doi.org/10.1038/s41467-019-12737-x

Website Prof. Jörg Müller

 

Der erste Platz ging an die Teams von BikeBuddy und Spring Up. Wir freuen uns bekannt zu geben, dass in beide Gewinnerteams mehrere Mitglieder der Abteilung Geoinformatik der Universität Heidelberg vertreten waren.

Das BikeBuddy-Team arbeitete an einer vom Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT gGmbH)  eingebrachten Herausforderung. Bei dieser ging es darum, dynamisch möglichst attraktive Fahrradrouten zu generieren, um der Bevölkerung Anreize zu geben, lieber Fahrräder als Autos zu benutzen. Inspiriert wurde dies durch die Forschung zu "Pleasant Routing" in der Arbeitsgruppe GIScience Heidelberg. Der Hauptaspekt, auf den sich das Team während des Hackathons konzentrierte, war die Sicherheit der Radrouten.  Dabei wurden Straßen, die nachts nicht beleuchtet sind, als weniger sicher eingestuft und sollten daher bei der Routenberechnung eher vermieden werden. Darüber hinaus wurden Daten zu Straßenbahnlinien ermittelt, die Radfahrern helfen können, Fahrradrouten in direkter Nähe von Straßenbahnschienen zu meiden. Die Daten wurden jeweils aus OpenStreetMap extrahiert.

Das zweite Gewinnerteam (Spring Up) entwickelte ein Konzept, um die Auswirkungen des Klimawandels auf lokale Pflanzen zu visualisieren. Die Lösung beinhaltete eine Spiele-App, in der jeder ermutigt wird, gerade blühende Pflanzen zu verorten. Anschließend kann der Blütezeitpunkt vor Ort mit wissenschaftlichen Blühmodellen verglichen werden. Somit können die Nutzer die Veränderung des Mikroklimas untersuchen.

Weiterhin ging der von den Teilnehmern selbst gewählte "Popular Price" an das Team Klima zum Anfassen. Dieses Team implementierte eine Anwendung, die die Auswirkungen des Klimawandels auf öffentliche Displays zeigte. Dabei sollten sich die Menschen ihrer Handlungen bewusster werden.

Herzlichen Glückwunsch an alle Gewinnerteams und ein großes Dankeschön an die Organisatoren!

climathon.climate-kic.org/en/challenges/mobility/attractive-cycling

Ref: Novack, T.; Wang, Z.; Zipf, A. (2018): A System for Generating Customized Pleasant Pedestrian Routes Based on OpenStreetMap Data. Sensors 2018, 18, 3794.

 

Wir freuen uns sehr, dass einer unserer Absolventen mit diesem Preis ausgezeichnet wird. Das spricht auch für die Qualität der Ausbildung an unserer Hochschule, sagt Prof. Dr. Ingrid Jaquemotte, die die Arbeit zusammen mit Michael Arndt von der Stadt Oldenburg betreut hat.


Beleuchtungssimulation am Beispiel des Oldenburger Rathausmarktes. (Foto: Helge Olberding)

In seiner Arbeit beschäftigte sich der gebürtige Wittmunder mit dem Thema Beleuchtungsplanung in der Stadt und entwickelte prototypisch eine interaktive Anwendung zur Simulation einer Stadtbeleuchtung für Oldenburg auf Basis einer Game Engine. Eine Game Engine ist eine Entwicklungsumgebung für Computerspiele. Mit der Anwendung soll der Aufwand für Beleuchtungstests vor Ort reduziert werden, indem die Beleuchtung vorab im digitalen 3D-Stadtmodell realitätsnah simuliert werden kann.


Mit dem entwickelten Prototyp lässt sich die Wirkung einer gewählten Beleuchtung zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten simulieren. (Foto: Helge Olberding)

Der 29jährige promoviert derzeit an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt in Kooperation mit der Universität Würzburg. Thema seiner Dissertation sind die thematische Kartographie und 3D-Geovisualisierungen in interaktiven Virtual-Reality-Anwendungen.

Der Ravenstein-Förderpreis ist ein Preis zur Förderung des kartographischen Nachwuchses in der Bundesrepublik Deutschland. Ausdrückliche Zielsetzung der Stifterin Helga Ravenstein ist es, den kartographischen Nachwuchs in Deutschland zu fördern, um ein hohes Niveau in der beruflichen Ausbildung nachhaltig zu sichern. Mit einer Prämierung stellen die Preisträger ihre besondere Qualifikation unter Beweis. Mit dem Preis sollen herausragende kartographische Arbeiten besonders finanziell gewürdigt und die überdurchschnittliche berufliche Qualifikation der Preisträger herausgestellt werden. Anlässlich des 100. Geburtstages von Helga Ravenstein fand in diesem Jahr eine besondere Preisverleihung mit Festvortrag und einer erhöhten Preisgeldsumme statt.

Link Video

 

05 Karsten Danzmann in die Hall of Fame der deutschen Forschung berufen


Max-Planck-Direktor und Professor der Leibniz Universität Hannover Karsten Danzmann ausgezeichnet. Copyright: F.Vinken/MPG

Grundlagenforschung als Garant für wirtschaftliche Entwicklung

Ich freue mich sehr über diese Anerkennung. Sie zeigt, dass die Grundlagenforschung ein unverzichtbarer Garant für unsere wirtschaftliche Entwicklung ist, sagt Danzmann. Manchmal bin ich selbst überrascht, wie schnell unsere Grundlagenforschung ihren Weg in die Anwendung gefunden hat. Mit seiner Berufung in die Hall of Fame der deutschen Forschung würdigt das Manager Magazin Danzmanns herausragende Beiträge zur Weiterentwicklung der Forschung und damit den Wirtschaftsstandort Deutschland im internationalen Wettbewerb zukunftsfähiger gemacht zu haben.

Technologieschmiede GEO600

Danzmann ist einer der Leiter der GEO-Kollaboration. Dieses Team von Forschenden der Leibniz Universität Hannover, der Max-Planck-Gesellschaft und von Forschungseinrichtungen aus Großbritannien betreibt seit Mitte der 1990er Jahre den Gravitationswellen-Detektor GEO600 südlich von Hannover. GEO600 ist ein Entwicklungszentrum für neuartige Technologien in der internationalen Gravitationswellenforschung. Viele Schlüsseltechnologien und entscheidende Innovationen im optischen Messprinzip, die heute in allen großen Gravitationswellen-Detektoren (LIGO, Virgo, KAGRA) zum Einsatz kommen, wurden bei GEO600 entwickelt und getestet.

Mit LISA Gravitationswellen im Weltall aufspüren

Danzmann leitet außerdem das Konsortium der Weltraummission LISA (Laser Interferometer Space Antenna). LISA ist ein Gravitationswellen-Detektor, der 2034 als Mission der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA ins All starten soll. Drei Satelliten spannen dann ein gleichseitiges Dreieck aus Laserstrahlen mit 2,5 Millionen Kilometer Länge auf und werden niederfrequente Gravitationswellen messen, die auf der Erde nicht nachweisbar sind. Dass die notwendige Technologie für LISA funktioniert, hat Danzmann in einem internationalen Team mit der überaus erfolgreichen Satellitenmission LISA Pathfinder (2015-2017) gezeigt.
 

Bereits jetzt mit LISA-Technologie die Erde beobachten

LISA-Technologie wird schon heute zur Erdbeobachtung an Bord der GRACE-Follow-On-Satelliten eingesetzt. In künftigen geodätischen Satelliten-Missionen wird sie die Messgenauigkeit weiter verbessern und wichtige Klimadaten liefern. GRACE-Follow-On ist ein Satelliten-Tandem, das Indikatoren des Klimawandels durch Veränderungen im Erdschwerefeld beobachtet, indem es hochpräzise den Abstand zwischen den zwei Satelliten misst. Die LISA-Laser-Technik misst Änderungen dieses Abstands etwa 200-mal präziser als die etablierte Mikrowellen-Technik. Sie ist damit ein Erfolgsmodell für zukünftige Verbesserungen der Messgenauigkeit, welche die Grundlage verlässlicher Klimadaten sind.

Hall of Fame der deutschen Forschung

Das manager magazin rief die Hall of Fame der deutschen Forschung im Jahr 2009 ins Leben. In die Hall of Fame werden Forschende berufen, deren Lebensleistung einen herausragenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Forschung geleistet und somit auch den Wirtschaftsstandort Deutschland im internationalen Wettbewerb zukunftsfähiger gemacht hat.

Weitere Informationen: www.uni-hannover.de

 

Die Teilnahme von mehr als 250 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 40 Ländern ist ein Beleg für das große Interesse an den Daten beider Satellitenmissionen. Auch wenn heute mehr als 25 Radarsatelliten im Einsatz sind, ist nur TanDEM-X mit seinem einzigartigen Formationsflug in der Lage, Bilder in 3D und in hoher Auflösung zur Verfügung zu stellen, sagt Prof. Dr.-Ing. Alberto Moreira, Direktor des DLR-Institutes für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und Principal Investigator der TanDEM-X-Mission.

Anwendungen in der Forschung

Radarsensoren haben für die Erdbeobachtung besondere Bedeutung, da sie unabhängig vom Wetter und zu jeder Tages- oder Nachtzeit Aufnahmen liefern. Vom Weltall aus können sie große Gebiete, mehr als hundert Kilometer lang, erfassen. Die zivilen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind aktuell noch im Betrieb und könnten noch mehrere Jahre für die Forschung genutzt werden.

Internationale Forschungseinrichungen und Organisationen verwenden die bisherigen Daten, um beispielsweise Naturgefahren wie Erdbeben, Vulkanausbrüche und Tsunamis zu analysieren. Hochauflösende und langfristige Datenerfassungspläne sind unerlässlich, um Vulkangefahren zu untersuchen und damit zu einem verbesserten Frühwarnsystem beizutragen, erklärt Dr. Thomas Walter vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ).

Am 22. Dezember 2018 traf ein heftiger Tsunami die indonesische Vulkaninsel Krakatau, der Hunderte von Menschen tötete und die Küstenregionen von Java und Sumatra verwüstete. Aufgrund der schlechten Witterungsbedingungen und der intensiven Vulkanaktivitäten waren direkte Einblicke in den Vulkan nicht möglich und die Einzelheiten unklar. Die TerraSAR-X-Radaraugen haben in dieser Situation dazu beigetragen, die tiefgreifenden Veränderungen durch die  Katastrophe von Anak Krakatau 2018 besser zu verstehen. Der Zusammenbruch des Vulkans wurde auch durch unabhängige seismische und Infraschalldaten beobachtet, doch erst die TerraSAR-X-Daten lieferten die nötige Auflösung. So war es den Wissenschaftlern anhand der Radardaten möglich, morphologische Details des Zusammenbruchs auszuwerten, eine Zunahme des Inselumfangs in anderen Teilen nachzuvollziehen und  das Gebiet nach dem Absetzen des neuen vulkanischen Materials zu untersuchen.
Gletscherbeobachtung im Detail

Der Blick aus dem All kann auch sehr genaue Auskünfte über die Veränderungen von Gletschern und Eisschilden geben. Die teils drastischen Entwicklungen müssen regelmäßig beobachtet werden und sind im Zusammenhang der globalen Erderwärmung zu sehen. Einen wahren Datenschatz liefert hier das TanDEM-X-Höhenmodell noch nie zuvor wurden Grönland und die Antarktis umfassend und mit so hoher Genauigkeit vermessen.

Unter Beobachtung: Jakobshavn Isbrae, schnellster Gletscher Grönlands Quelle: Ian Joughin / University of Washington Applied Physics Laboratory

Grönlands schnellster Gletscher, Jakobshavn Isbrae, produziert das größte Volumen an Eisbergen der nördlichen Hemisphäre. In den letzten zwei Jahrzehnten hat dieser Gletscher seine Geschwindigkeit mehr als verdoppelt, so dass er allein in den Jahren 2000 bis 2010 den Meeresspiegel um einen Millimeter erhöht hat. Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X begannen 2009 mit der intensiven Überwachung dieses Gletschers und zeigten die enormen und unerwarteten Geschwindigkeitsschwankungen (siehe Abbildung).

Dieselben Prozesse, die zur jährlichen Variation beitragen, werden den Gletscher auch in Zukunft beschleunigen, da sich das Klima weiter erwärmt. Daher ist die langfristige Überwachung der Gletscher Grönlands und der Antarktis durch Fernerkundungssatelliten so wichtig, um zu verstehen, wie sich der Meeresspiegel auf die Küstengemeinden der Welt auswirken wird, erzählt Ian Joughin vom Polar Science Center des Applied Physics Lab von der University of Washington.
Globaler Überblick: Kohlenstoffspeicher Wald

Einen immanenten Einfluss auf das Klima haben auch unsere Wälder, indem sie als eines der wichtigsten Kohlenstoffspeicher fungieren. Bei Veränderungen wie Abholzung oder Brandrodung kann es schnell zu einem Ungleichgewicht kommen. Wieviel Kohlenstoff gespeichtert wird, hängt unter anderem von der Baumhöhe ab. DLR- und NASA-Wissenschaftler arbeiten an der Erstellung einer einzigartigen globalen Waldhöhenkarte: Die NASA-Wissenschaftler arbeiten mit dem GEDI-System (Global Ecosystem Dynamics Investigation), das regional begrenzte aber sehr genaue Waldhöhendaten liefert. Das DLR-Team erstellt die Waldhöheninformationen aus der TanDEM-X-Mission, die die Daten global aber in einer reduzierteren Genauigkeit liefern kann. Einzigartig ist die Verschneidung dieser beiden Datensätze zu einem hochgenauen globalen Waldhöhenprodukt. Beim Science-Meeting in Oberpfaffenhofen werden nun erste Ergebnisse dieser Kooperation gezeigt.


TanDEM-X Datenfusion: Waldhöe im Tropischen Regenwald Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Das Wissen über die genauen Waldhöhen wird die regionalen und globalen Klimamodelle zur Prognose von freiem Kohlenstoffdioxid signifikant verbessert, erklärt DLR-Wissenschaftler Kostas Papathanassiou vom Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme.
Blick in die Zukunft: Tandem-L

Ziel der hochinnovativen Radarmission Tandem-L ist es, wichtige Umwelt- und Klimaparameter global und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen: Alle acht Tage sollen zwei Radarsatelliten die Landmasse der Erde dreidimensional abbilden. Dadurch können dynamische Prozesse der Erde zeitnah und systematisch erfasst werden. Erdbebenforscher und Risikoanalysten wären in der Lage, Deformationen der Erdoberfläche millimetergenau zu verfolgen. Gletscherbewegungen und Schmelzprozesse in den Polarregionen könnten regelmäßig und dadurch noch genauer ermittelt werden. Die Erdbeobachtungsdaten der drei Radarsysteme sollen sich komplementär ergänzen.

Im Vergleich zu den beiden aktuellen Missionen wird Tandem-L mit einer längeren Wellenlänge betrieben. Mit der Wellenlänge von rund 24 Zentimeter kann die Vegetation durchdrungen werden, so dass die Flächenstrukturen des Untergrunds sichtbar werden. Dank neuer Technologien und Aufnahmeverfahren, wie der polarimetrischen SAR-Interferometrie, kann auch ein Wald dreidimensional kartiert werden. Hieraus werden dann die Waldhöhen berechnet und die Biomasse indirekt abgeschätzt auf globaler Ebene ist dies bisher nicht möglich.

Wissenschaftler unterschiedlicher Helmholtz-Zentren, die an den Vorstudien der Mission beteiligt sind, stellen nun ihre Ergebnisse in Oberpfaffenhofen vor und erörtern, welche tragende Rolle Tandem-L zur Beantwortung von umweltrelevanten Herausforderungen spielen kann. Mit dem TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meeting steht den insgesamt 250 internationalen Teilnehmern eine Plattform zur Verfügung, den gemeinsamen Forschungsbedarf zu identifizieren und die Zukunft der Erdbeobachtung einzuleiten.

 

Schwefelsäureanlage in Katanga, Demokratische Republik Kongo Hatch nutzte den digitalen Zwilling, um alternative Beschaffungsstrategien anzubieten, die Kosten der Materialversorgung zu senken und den Zeitplan um mehrere Monate zu straffen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Hatch.

Keith Bentley, Gründer und Chief Technology Officer, sagte: Wir befinden uns im Zeitalter der digitalen Zwillinge, und sein Tempo beschleunigt sich jeden Tag. Die Early Adopters, mit denen wir zusammengearbeitet haben, organisieren bereits Führungspositionen in der neuen Wirtschaft der digitalen Zwillinge, um Innovationen sowohl in ihren Geschäftsprozessen als auch in ihren Geschäftsmodellen voranzutreiben. Die Vorteile, die sich aus der Ablöse Jahrzehnte alter, isolierter, papierbasierter Workflows und Arbeitsprodukte durch offene, lebendige, vertrauenswürdige und immergrüne digitale Zwillinge ergeben, sind enorm. Die Verbindung mit einem innovativen Ökosystem über Open-Source-Plattformen schafft eine unaufhaltsame Kraft für Veränderungen in der Infrastruktur. Ich kann mich an keine spannendere Zeit für Infrastrukturprofis oder für Bentley Systems erinnern.


Neue Cloud-Services für digitale Zwillinge

iTwin Services ermöglichen es Engineering-Unternehmen, digitale Zwillinge von Infrastrukturprojekten und -anlagen zu erstellen, zu visualisieren und zu analysieren. iTwin Services verbinden digitale Engineering-Inhalte aus BIM-Planungstools und mehreren Datenquellen. Ermöglicht die 4D-Visualisierung von digitalen Zwillingen und protokollieren technische Änderungen entlang einer Projekt-/Anlage-Zeitleiste, um eine nachvollziehbare Aufzeichnung darüber zu erstellen, wer was wann geändert hat. Engineering-Teams verwenden iTwin Services, um Planungsprüfungen durchzuführen, Planungsdaten zu validieren und Erkenntnisse zu Entwürfen zu gewinnen. Benutzer der Planungsanwendungen von Bentley können den iTwin Design Review-Service für Ad-hoc-Planungsprüfungen nutzen. Projektteams, die ProjectWise verwenden, können den iTwin Design Review-Service zu ihren digitalen Workflows hinzufügen, um die Erstellung digitaler Zwillinge im Gesamtprojekt zu erleichtern.

iTwin Design Review ermöglicht schnellere Sitzungen zur Planungsprüfung und disziplinübergreifende Koordination. Bild mit freundlicher Genehmigung von Bentley Systems.

PlantSight ist ein gemeinsam von Bentley Systems und Siemens entwickeltes Angebot, mit dem Anlagenbetreiber und ihre Ingenieure lebendige und immergrüne digitale Zwillinge von Anlagen im Betrieb erstellen können. PlantSight ermöglicht der Betriebsleitung, Wartungs- und Engineering-Abteilungen den umfassenden Zugriff auf zuverlässige, genaue Daten digitaler Zwillinge, einschließlich P&IDs, 3D-Modellen und IoT-Daten. Es bietet eine einheitliche, zuverlässige Ansicht in einem validierten Informationsmodell, das Situationsanalysen, Sichtlinien und Kontextbewusstsein fördert. PlantSightwas wurde gemeinsam von Bentley und Siemens mithilfe von iTwin Services entwickelt und kann von beiden Unternehmen erworben werden.

Mit iTwin Immersive Asset Service können Anlagenbetreiber, die AssetWise verwenden, Leistungsdaten und betriebliche Analysen im Kontext digitaler Zwillinge abstimmen und so technische Informationen durch immersive und intuitive Benutzererfahrungen einem breiteren Publikum von Nutzern zugänglich machen. iTwin Immersive Asset Service zeigt Hotspots von Aktivitäten und Veränderungen des Anlagenstatus im Zeitverlauf, was zu schnelleren und besser fundierten Entscheidungen führt, die letztendlich zur Verbesserung der Anlagen- und Netzwerkleistung beitragen.


Digitale Twins treten in den Mainstream ein

Die sich ständig weiterentwickelnde physische Realität einer Anlage im Betrieb war bisher nur schwer digital zu erfassen und auf dem neuesten Stand zu halten. Darüber hinaus waren die entsprechenden Engineering-Informationen mit ihrer Fülle inkompatibler Dateiformate und ständiger Änderungen in der Regel verborgene Daten, die im Wesentlichen nicht verfügbar oder unbrauchbar waren. Bentley unterstützt Benutzer mit Cloud-Services für digitale Zwillinge bei der Erstellung und Kuratierung digitaler Zwillinge, um den Betrieb und die Wartung physischer Anlagen, Systeme und Konstruktionsprozesse durch umfassende 4D-Visualisierung und Analysetransparenz zu verbessern.

Auf der Year in Infrastructure 2019 Conference von Bentley wurden Fortschritte bei digitalen Zwillingen in 24 Finalistenprojekten in 15 Kategorien an Projektstandorten in 14 Ländern präsentiert, die von Transportwesen, Wassernetzwerken und Kläranlagen bis hin zu Kraftwerken, Stahlwerken und Gebäuden reichten. Insgesamt gaben 139 nominierte Projekte in 17 Kategorien als Ziel für die Innovationen, die bei ihren Projekten eingesetzt werden, digitale Zwillinge an eine deutliche Steigerung gegenüber 29 dieser Nominierungen im Jahr 2018.


Digitale Zwillinge beflügeln Ideen

In der Technologie-Keynote der Konferenz gesellten sich Vertretern von Sweco und Hatch zu Keith Bentley auf die Bühne und präsentierten digitale Infrastrukturideen mit digitalen Zwillingen in Aktion.

Sweco hat ein 9 km langes Schienensystem für die Stadt Bergen in Norwegen digital integriert. Die Erweiterung des vorhandenen Systems wurde vollständig über 3D BIM-Modelle gehandhabt, von alternativen Studien bis hin zu einer detaillierten Entwicklungsplanung. Durch die Verwendung von iTwin Services konnte Sweco Änderungen automatisch verfolgen, Fehler minimieren und so eine 4D-Visualisierung ermöglichen.

Hatch schloss die Vorstudien und Studien zur Machbarkeit sowie detaillierte technische Planung für eine Schwefelsäureanlage in der Demokratischen Republik Kongo ab. Die Anlagenplanungssoftware von Bentley ermöglichte es dem Projektteam, einen vollständigen intelligenten digitalen Zwilling bis in die feinste Detailebene zu entwerfen, wobei die Engineering-Qualitätsprozesse im Rahmen der 3D-Modellierung im Vergleich zu herkömmlichen entwurfsbasierten Qualitätsprozessen vorgelagert wurden. Hatch konnte die Produktionsanlaufzeit nach der Warminbetriebnahme von sechs Monaten auf eine Woche reduzieren.

Microsoft entwickelt Prototypen für digitale Zwillinge in seinem asiatischen Hauptsitz in Singapur und auf dem Campus in Redmond. Die Microsoft Real Estate and Security-Gruppe verfolgt einen Ansatz für den Lebenszyklus digitaler Gebäude, um die Gebäudeleistung, Kosteneffizienz, Mitarbeiterzufriedenheit, Produktivität und Sicherheit zu optimieren. Die Bemühungen von Microsoft, digitale Darstellungen physischer Anlagen wie Gebäude zu erstellen, basieren auf Microsoft Azure Digital Twins, einem IoT-Dienst, der Unternehmen bei der Erstellung umfassender digitaler Modelle physischer Umgebungen unterstützt. Azure Digital Twins wurde 2018 als öffentliche Vorschauversion veröffentlicht und wird nun weltweit von Microsoft-Kunden und -Partnern eingesetzt, darunter auch von Bentley für seine iTwin Services. Die Unternehmen arbeiten gemeinsam daran, einen digitalen Zwilling der neuen Einrichtung von Microsoft in Singapur zu schaffen.


Ökosystem digitaler Zwillinge

Sowohl iTwin Services als auch PlantSight wurden mit der Open-Source-Plattform iModel.js für digitale Zwillinge entwickelt, die im Oktober 2018 eingeführt wurde und im Juni 2019 den Meilenstein Version 1.0 erreichte. Ein Hauptgrund für die Open-Source-Bereitstellung der iModel.js-Bibliothek ist die Förderung eines Ökosystems von Innovationen für die Entwickler digitaler Zwillings-Software von Anlangenbetreibern und Ingenieuren sowie für digitale Integratoren.

Ein solcher Entwickler von Ökosystemsoftware ist vGIS Inc., der mithilfe von iModel.js eine Mixed Reality (XR)-Lösung in einen digitalen Zwilling für Transportinfrastruktur integriert hat. Die mobile Mixed Reality-App von vGIS Inc verbindet Projektentwurfsmodelle visuell in Echtzeit mit der Realität. Benutzer im Außendienst können unterirdische Versorgungseinrichtungen wie Rohre und Kabel anzeigen, die je nach ihrer Ausrichtung korrekt mit der realen Umgebung kombiniert werden. Benutzer zeigen mit ihren mobilen Geräten einfach auf Objekte, um Elemente des Projektentwurfs in diesem Kontext zu sehen.

Alec Pestov, Gründer und CEO von vGIS, erklärt: Die Plattform iModel.js ist eine hervorragende Ressource für die Entwicklung und Integration von wertschöpfenden Tools und Services, wie z. B. die fortschrittliche Augmented Reality- und Mixed-Reality-Lösung von vGIS. Wir lieben die nahtlose Interoperabilität mit iTwin Services und den reibungslosen Entwicklungspfad, um diese nahtlose Integration zu erreichen, und freuen uns auf die Erweiterung unseres Potenzials für Zusammenarbeit durch iTwin Services.

###

Digitale Zwillinge definiert

Digitale Zwillinge sind digitale Darstellungen physischer Anlagen und Systemen im Kontext ihrer Umgebung sowie ihrer Engineering-Daten, die besseres Verständnis und die Modellierung ihrer Leistung ermöglichen. Wie die realen Ressourcen, die sie repräsentieren, verändern sich auch digitale Zwillinge ständig. Sie werden kontinuierlich aus mehreren Quellen aktualisiert, einschließlich Sensoren und Drohnen, um den richtigen Status oder den richtigen Betriebszustand der physischen Infrastrukturressourcen in der Praxis darzustellen. In der Tat entwickeln digitale Zwillinge durch die Kombination von digitalem Kontext und digitalen Komponenten mit digitaler Chronologie BIM und GIS durch 4D weiter.

Vorteile digitaler Zwillinge

Mit digitalen Zwillingen können Benutzer die gesamte Anlage in einem Webbrowser, auf einem Tablett oder mit einem Mixed-Reality-Headset visualisieren, den Status überprüfen, Analysen durchführen und Erkenntnisse gewinnen, um die Leistung von Anlagen vorherzusagen und zu optimieren. Benutzer können digital bauen, bevor sie physisch bauen, Wartungsaktivitäten planen und Risiken dabei minimieren, bevor sie in der Praxis ausgeführt werden. Sie verfügen nun über Software, um Hunderte von Szenarien zu planen, maschinelles Lernen zu nutzen, um alternative Entwürfe oder Wartungsstrategien zu vergleichen parameterübergreifend zu optimieren. Die Visualisierung und Kontextualisierung von Engineering-Daten führt zu fundierteren Entscheidungen und einer besseren Einbindung der Beteiligten über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg.

Informationen zu den iTwin Services von Bentley:

Mit iTwin Services können Projektteams und Anlagenbetreiber digitale Zwillinge von Infrastrukturanlagen erstellen, in 4D visualisieren und analysieren. Mit iTwin Services können Informationsmanager technische Informationen, die mit verschiedenen Planungstools erstellt wurden, in einen lebendigen digitalen Zwilling integrieren und mit Reality Modeling- und anderen zugehörigen Daten ohne Unterbrechung ihrer aktuellen Tools oder Prozesse aufeinander abstimmen. Benutzer können Engineering-Änderungen entlang des Projektzeitplans visualisieren und nachverfolgen. Sie erhalten damit eine nachvollziehbare Aufzeichnung darüber, wer wann welche Änderungen vorgenommen hat. iTwin Services ermöglichen Entscheidungsträgern im gesamten Unternehmen und über den Lebenszyklus von Anlagen hinweg umsetzbare Erkenntnisse. Benutzer treffen fundiertere Entscheidungen, antizipieren und vermeiden Probleme, bevor sie auftreten, und reagieren schneller und vertrauensvoll. Dies führt zu Kosteneinsparungen, verbesserter Serviceverfügbarkeit, geringeren Umweltauswirkungen und verbesserter Sicherheit.

 

Zum 27. Mal schon findet am 10. und 11. März 2020 der Workshop des Arbeitskreises Umweltinformationssysteme (AK-UIS) der Gesellschaft für Informatik (GI) e.V. statt. Auf Einladung von Prof. Dr. Gerlinde Knetsch, langjährige Fachgebietsleiterin im Umweltbundesamt (UBA), geht es diesmal zum UBA in die Bauhaus-Stadt Dessau-Roßlau.

Wie immer lädt der AK-UIS Forscher, Lehrende, Studierende, Praktiker und Anwender aus allen Bereichen der Umweltinformationssysteme zu praxisnahen Vorträgen ein. Der Rahmen ist extra breit gewählt und geht von eher technisch motivierten Vorträgen zu UIS-relevanten (neuen) Technologien wie räumlicher Datenanalyse, geodatengetriebener Augmented Reality, Blockchain in Umweltanwendungen, KI für Umweltanwendungen, innovativer Satellitendatenverarbeitung usw. bis zu anwendungsgetriebenen Darstellungen UIS-relevanter Fragestellungen aus Bereichen wie beispielsweise Klimawandel, erneuerbare Energien, Umweltgesundheit und Umweltgerechtigkeit.

Bis zum 6. Dezember 2019 können Vortragsangebote als 2- bis 4-seitige Word-Dokumente an beitrag@ak-uis.de  eingereicht werden. Der offizielle Call for Papers ist auch auf der Webseite des Arbeitskreises unter http://ak-uis.de/ws2020/cfp_UIS_2020_Dessau_final.pdf  veröffentlicht. Die Organisatoren freuen sich auf vielfältige, interdisziplinäre Beiträge, neue Referenten und insbesondere auch über studentische Beiträge.

Die Workshops des AK-UIS werden seit vielen Jahren durch die Firmen Disy Informationssysteme GmbH, Condat AG, DigSyLand, con terra GmbH, hrd-consulting sowie die Hochschulen HTW Berlin und TH Brandenburg unterstützt. Sie engagieren sich nicht nur als Sponsoren, sondern unterstützen das Organisationsteam und bereichern inhaltlich das Programm mit Beiträgen zu aktuellen Forschungs- und Entwicklungsergebnissen. Alle Informationen über die bisherigen Workshops werden auf der Webseite http://ak-uis.de bereitgestellt.

Weitere Informationen:

Call for Papers des AK-UIS

Informationen über die bisherigen Workshops

 

Die Forschenden wollen das Verständnis und die Modellierung des Erdsystems durch die Entwicklung und Anwendung von maschinellen Lernverfahren, kurz ML, verbessern. ML ist einer der bedeutendsten Ansätze im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI). Die renommierte Auszeichnung 10 Millionen Euro über sechs Jahre unterstützt die Arbeit des Teams bei der Weiterentwicklung von Erdsystemmodellen und ihrer Bewertung. Sie bilden die Grundlage für die weitere Erforschung des Klimawandels.

Prof. Veronika Eyring vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre erläutert den Ansatz des Teams: "Wir haben uns zusammengeschlossen, um unsere multidisziplinäre Expertise in den Bereichen Klimamodellierung, Landökosysteme, maschinelles Lernen und Wolken-Parametrierung zu bündeln. So wollen wir einige der zurzeit noch, die komplexen Prozesse von Erde und Atmosphäre besser verstehen und unbekannte Ursachen und Treiber im Erdsystem entdecken." Prof. Eyring koordiniert das Projekt und ist 'corresponding Principal Investigator' (cPI) von USMILE.

Die Motivation für das neu geförderte ERC-Projekt Understanding and Modelling the Earth System with Machine Learning (USMILE) besteht darin, dass es beim Verständnis des Erdsystems noch einige grundlegende Einschränkungen gibt, die auch unsere Fähigkeit für akkurate Vorhersagen des Klimawandels einschränken. Während sich die Erdsystemmodelle in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich verbessert haben, ist die Fähigkeit der Modelle, sowohl globale als auch regionale Reaktionen des Erdsystems zu simulieren, die für die Beurteilung des Klimawandels und seiner Auswirkungen auf die Ökosysteme entscheidend sind, durch die Darstellung physikalischer und biologischer kleinräumiger Prozesse wie Wolken, Stomata und Mikroben begrenzt.

KI trifft Physik

"Unsere zentrale Hypothese ist, dass das Verständnis durch den Einsatz von maschinellen Lernverfahren verbessert werden kann. Erstens verfügen wir in der Erdbeobachtung und Atmosphärenforschung heute über Datenvolumina im Petabyte-Bereich mit einer beispiellosen räumlichen und zeitlichen Abdeckung für viele Prozesse. Zweitens stehen nun hochauflösende Klimamodellsimulationen zur Verfügung, in denen Wolkenprozesse explizit simuliert werden können. Aber diese Simulationen sind sehr teuer und können daher momentan nur für wenige Tage durchgeführt werden", sagt Prof. Pierre Gentine, Co-PI des Projekts von der School of Engineering and Applied Science an der Columbia University.

Prof. Gustau Camps-Valls von der Universität Valencia, ebenfalls Co-PI bei USMILE, ergänzt: "Der Bereich des maschinellen Lernens hat sich schnell weiterentwickelt und ermöglicht Durchbrüche bei der Erkennung und Analyse komplexer Beziehungen und Muster in großen multivariaten Datensätzen. Wir können jetzt nicht nur komplexe Funktionen anpassen und modellieren, sondern auch kausale Zusammenhänge lernen."

Das Team wird maschinelle Lernverfahren entwickeln, um Erdbeobachtungsdatensätze zu erweitern, die gleichzeitige, räumlich-zeitliche Veränderungen mehrerer Parameter berücksichtigen. Das Forschungsteam wird diese maschinellen Lernverfahren verwenden um Parametrisierungen und Submodelle für Wolken und Landoberflächenprozesse zu entwickeln, die den Fortschritt in der Klimamodellierung seit Jahrzehnten behindern. Darüber hinaus wird das Team interne Klimaschwankungen und multivariaten Extreme erkennen und verstehen. Die dynamischen Aspekte des Erdsystems will das Team mit neuartigen Techniken des Deep Learnings aufdecken, um sie auf mögliche kausale Zusammenhänge hin zu beurteilen.

Traditionell werden physkalische Modellierung und maschinelle Lernverfahren oft als zwei verschiedene Welten mit entgegengesetzten wissenschaftlichen Paradigmen behandelt: theoriegetrieben versus datengetrieben. "Ein besseres Verständnis und eine bessere Modellierung des Erdsystems sind dringend notwendig. Maschinelles Lernen hat hier ein außerordentliches Potenzial und kann die Klimaforschung deutlich weiterbringen. Wir hoffen, dass wir durch die Brücke zwischen Physik und maschinellem Lernen die Modellierung und Analyse des Erdsystems revolutionieren und langfristig zu robusten Klimaprojektionen kommen", betont Prof. Markus Reichstein, Co-PI des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie. Er fügt hinzu: "USMILE kann einen Paradigmenwechsel in der aktuellen Modellierung des Erdsystems hin zu einer neuen 'datengetriebenen Physik' vorantreiben".

Synergy Grants des Europäischen Forschungsrats

Die 2007 von der Europäischen Union gegründete Europäische Forschungsrat, englisch European Research Council (ERC), ist die führende europäische Förderorganisation für exzellente Pionierforschung. Jedes Jahr wählt und finanziert sie die besten, kreativsten Forscher aller Nationalitäten und Altersstufen für die Durchführung von Projekten in Europa mit Preisen wie den 'Synergy Grants'. "Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit in diesem interdisziplinären Team und danken dem ERC, dass er uns diese großartige Chance gibt", sagt Prof. Veronika Eyring.

In den meisten Fällen sind die ERC-Synergiegruppen interdisziplinär, oft mit multidisziplinären Ansätzen. Die Nationale Kontaktstelle zum ERC in Deutschland wird gemeinsam vom EU-Büro des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im DLR-Projektträger und der Kooperationsstelle EU der Wissenschaftsorganisationen betreut.

Die beteiligten Institutionen im USMILE-Team:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist das nationale Luft- und Raumfahrtforschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland. Die umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in den Bereichen Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr, Sicherheit und Digitalisierung sind in nationale und internationale Kooperationen integriert. Das DLR ist auch für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten im Auftrag der Bundesregierung verantwortlich. Darüber hinaus ist das DLR ist auch Dachverband für einen der größten Projektträger Deutschlands.

Max-Planck-Institut für Biogeochemie

Das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena ist Teil der Deutschen Max-Planck-Gesellschaft. Seine Mission ist es, biogeochemische Kreisläufe (Kohlenstoff, Wasser, Nährstoffe) insbesondere auch im Hinblick auf das Klimasystem von lokalen bis zur globalen Ebene zu untersuchen. Dabei verwenden und kombinieren die Wissenschaftler ein breites Methodenspektrum, zum Beispiel Manipulationsexperiment, Langzeitbeobachtungen und daten- und theoriegesteuerte Modellierungsansätze.

Universität Valencia

Die Universitat de València ist mehr als 500 Jahre alt ist und gilt als eine der besten Universitäten für Physik in Spanien. Das Image Processing Lab (IPL) ist ein multidisziplinäres Institut, an dem mehr als 60 Fakultäten und Forscher aus den Bereichen Erdbeobachtung, Bildverarbeitung, Bildwissenschaften und maschinelles Lernen teilnehmen. Das Labor arbeitet aktiv mit ESA, NASA und EUMETSAT zusammen, um neue Sensorgeräte, Messkampagnen und datenintensive Verarbeitungsketten zu entwickeln. Die IPL-Fakultät bildet den Nachwuchs an Physikern, Datenwissenschaftlern, Fernerkundungsanalysten, Mathematikern und Elektroingenieuren in aus.

Columbia University's School of Engineering and Applied Science

Die Columbia Engineering in New York City ist eine der angesehensten und ältesten Hochschulen für Ingenieurswissenschaften der USA. Die Fu Foundation School of Engineering and Applied Science entwickelt Technologien durch die Forschung ihrer mehr als 220 Fakultäten. Sie bildet Studierende und Absolventen in einer kollaborativen Umgebung aus, um zu Führungskräften zu werden. Im Mittelpunkt steht die interdisziplinäre Forschung, zu der die Institute Data Science, Earth, Zuckerman Mind Brain Behavior, Precision Medicine und der Columbia Nano gehören. Geleitet von ihrer strategischen Vision "Columbia Engineering for Humanity" will die Schule Ideen in Innovationen umsetzen, die eine nachhaltige, gesunde, sichere, vernetzte und kreative Menschheit fördern.

 

 

 

 

 

13 Geospatial Sensing Conference 2019 geht erfolgreich zu Ende


Die Geospatial Sensing Conference zeigt ein breites Spektrum von Anwendungen für Sensordaten und verwandte Konzepte. Bild 52°North.