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IMPRESSUM

Herausgeber:GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ)Stiftung des öffentlichen Rechts

Telegrafenberg 14473 Potsdam

Redaktion:Dr. Jörn LauterjungFranz Ossing

Layout:Otto Grabe (GFZ) & Druckerei Arnold

Druck:Druckerei ArnoldAm Wall 1514979 Großbeeren

GFZ Potsdam 2002

Das GFZ Potsdam ist Mitglied der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e.V.

123Geoinformatik unterstützt die Lösung geowis-senschaftlicher Fragestellungen mit geeignetenWerkzeugen der Informationstechnologie, insbesonderedurch Einsatz von Geographischen Informationssyste-men (GIS). Datenbanksysteme und Internet ermöglichenden weltweiten Zugriff auf verteilte Datenbestände undschaffen neue Formen der internationalen wis-senschaftlichen Kommunikation und Kooperation. DieVerbreitung von de-facto-Standards für Datenformateund Systemschnittstellen erleichtern den Austausch unddie Wiederverwendung von wissenschaftlichen Datenund erhöhen die Wertschöpfungspotenziale derGeoinformation. So erfährt die Geoinformatik alsBindeglied zwischen der Angewandten Informatik undden einzelnen geowissenschaftlichen Fachdisziplineneinen wachsenden Stellenwert beim Aufbau einerInformationsinfrastruktur vor dem Hintergrund derGlobalisierung von Forschung und Wirtschaft.

Ein Kernproblem betrifft die sinnvolle Handhabung undNutzung von sehr großen, heterogenen Datenbeständen.Hierzu leistet die Informations- und Kommunikations-technologie einen grundlegenden Beitrag. Geodatenzeichnen sich durch eine hohe Komplexität und eine

starke Heterogenität aus; die Zeit-, Raum-, Themen- undSkalenbezüge sind variabel. Die auf dem Weg zur Be-herrschung dieser Probleme entwickelten Techniken zurErfassung, Verteilung und interdisziplinären Nutzungvon Geodaten besitzen deswegen einen generischenCharakter. Das Verständnis von Daten als Produkt, das ineinem interdisziplinären Umfeld in geeigneter Form zurNachnutzung angeboten wird und sich an denBedürfnissen des “Kunden” orientiert, ist der Schlüsselzum disziplinübergreifenden Arbeiten, aber auch zumTransfer von Wissen in die Anwendung.

Beim Aufbau von Geodaten-Infrastrukturen habenDeutschland und die deutschen Geowissenschaften imVergleich mit anderen Industrienationen, allen voran dieVereinigten Staaten von Amerika, einen großenRückstand aufzuholen. Die Chancen und der volks-wirtschaftliche Nutzen der Geoinformation werden inder Bundesrepublik sowohl in der Politik als auch in denGeowissenschaften inzwischen zunehmend erkannt,doch es fehlen konkrete Maßnahmen zur Verbesserungder Rahmenbedingungen für die Gewinnung,Bereitstellung und Nutzung von Geoinformationen inDeutschland.

Geoinformatik – ein effektives Werkzeug derGeowissenschaften

Jochen Wächter

The efficient use of information technology facilitates solutions of complex geoscientific issues. Therefore, softwaretools for a comprehensive handling of the heterogeneous and diversified data in geoscience are essential for an infor-mation and data management.

The purpose of the GFZ Data and Computer Centre is to support geoscientific projects and to launch geoinforma-tion systems into practice by professional software development services. Modern information and communicationtechnologies combined with worldwide distributed information resources such as the WWW allow the integration ofin-house and external data collections for modeling and simulation of geoscientific processes.

This approach will be exemplified by two projects:

• ICDP – International Continental Scientific Drilling Program (http://www.icdp-online.de):

The field-tested On-site Drilling Information System DISGFZ

was advanced to an eXtended DIS (XDIS) to enable thescientific community of a particular project distributed to different labs and institutes around the world to performdifferent analyses on the same core samples. Furthermore web-based software tools for visualisation of data weredeveloped to enhance retrieval and presentation facilities of the ICDP Information Network.

• DFNK – German Research Network Natural Desasters (http://wwwdfnk.gfz-potsdam.de):

A web-based DFNK portal has been setup to give general information about the objectives and tasks to the public.An internal access provides disaster relevant documents and data to the project community consisting of 15 institutesand organisations in Germany and Austria. A DFNK Clearinghouse was established with a catalog server providingmeta data of decentral data resources with the aid of appropriate search tools. Since disasters are regional eventsspatial retrieval of data is an indispensable functionality. A GeoLocator was developed to support users to formulatequeries properly either in a textual or graphical mode.

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Das Daten- und Rechenzentrum des GFZPotsdam

Das Daten- und Rechenzentrum (DRZ) desGeoForschungsZentrum Potsdam hat das Ziel, durch einspezielles Dienstleistungsangebot an Informations-technologie bei der Umsetzung von geowissen-schaftlichen Projekten im Rahmen der oben skizziertenVision mitzuarbeiten. Schritt für Schritt müssenGeowissenschaften und Informationstechnologie zurLösung der genannten Zukunftsaufgabe angenähert undintegriert werden.

Ein erfolgreiches Geomanagement basiert auf derBeratung, Planung und Lenkung in gesellschaftlich undwirtschaftlich relevanten Aufgabenstellungen, in die dasgeowissenschaftliche Know-how eingebracht werdenkann. Schlüssel zur Umsetzung dieser Zielsetzungen istdas Vorhandensein geeigneter Geoinformations-Infrastrukturen zur Vernetzung und Nutzung desWissens.

Die Umsetzung dieser Prämisse will das DRZ durch diegezielte Unterstützung von wissenschaftlichen Projektendes GFZ Potsdam erreichen. Die Informationstechno-logie übernimmt die Rolle eines Werkzeuges, das demWissenschaftler hilft, komplexe Fragestellungenumfassend zu bearbeiten, die Qualität von Modellen undPrognosen zu erhöhen und neue Fragestellungen zu for-mulieren.

Voraussetzung für einen wirkungsvollen Einsatz vonInformationstechnologie bildet die ganzheitlicheAnalyse der Anforderungen, von der wissenschaftlichenProblemstellung bis hin zu den Möglichkeiten der tech-nischen Umsetzung. Professionalität findet ihrenAusdruck in einer zeit- und kostenbewussten Planung,aber auch in einer Überwachung und Steuerung vonlaufenden Projekten. Wesentliche Aspekte der Tätigkeitsind daher die Beratung, die konkrete Entwicklung undder Betrieb von Informationssystemen.

Das Daten- und Rechenzentrum versteht sich alsDienstleister für wissenschaftliche Projekte unter demGesichtspunkt einer umfassenden informationstechnolo-gischen Projektanalyse, der Bereitstellung vonProblemlösungen unter Nutzung modernsterSoftwarekonzepte und –produkte und vor allem derraschen Umsetzung der Projektforderungen zu einemfunktionalen, möglichst wiedereinsetzbaren Werkzeug.Die Ausrichtung am Erfolg von wissenschaftlichenProjekten dient dem langfristigen Erfolg des GFZPotsdam und steht über einer grundlagenorientiertenInformatik-Forschung. Die Ressourcen des DRZumfassen Know-how auf den Gebieten Software-entwicklung, Betreuung komplexer Hard- undSoftwaresysteme sowie Projekt-Erfahrung. Derrationelle, wirksame Einsatz dieser Ressourcen ist fürden Wissenschaftler die Garantie dafür, seine Zieleauch im vorgesehenen Zeit- und Kostenrahmen zuerreichen.

Da der Einsatz von Informationstechnologie auch heutenoch in vielen Bereichen der Geowissenschaftenlediglich bei der Erfassung von Daten akzeptiert ist, liegtin der Einführung und dem Aufbau von Informations-Infrastrukturen, d.h. in der Vernetzung und derErschließung des Geowissens, eine besondere, verant-wortungsvolle Aufgabe.

Im folgenden wird die Umsetzung dieser Grundsätzeanhand von zwei Projekten dargestellt:

• ICDP Information Network,• DFNK – Deutsches Forschungsnetz Naturkatastro-

phen.

ICDP Information Network

ICDP bezeichnet das von den USA, Deutschland undChina 1996 initiierte International ContinentalScientific Drilling Program. Seither wurden sechsgrößere ICDP-Bohrungsprojekte durchgeführt bzw.begonnen:

• Long Valley Exploratory Well (LVEW), Phase III,California, Juli-September 1998,

• Hawaii Scientific Drilling Project (HSDP2), Hilo,Big Island, März-November 1999,

• Lake Titicaca, Klimabohrprojekt, April/Mai 2001• Chinese Continental Scientific Drilling Project

(CCSD), Donghai, ab August 2001,• Chixculub/Mexico, Impaktkraterstruktur, November

2001,• Mallik-Bohrprojekt, Gashydratbohrung, Dezember

2001.

Weitere Projekte stehen kurz bevor:

• San Andreas Fault Zone (USA)• und Unzen (Japan)

Zur Koordination und für Dienstleistungen der einzel-nen ICDP-Bohrungsprojekte wurde im GeoFor-schungsZentrum Potsdam eine Operational SupportGroup (OSG) eingerichtet. Zusammen mit denGeowissenschaftlern und Ingenieuren der OSG habenSystemanalytiker und Informatiker des Daten- undRechenzentrums 1996 mit dem Aufbau eines ICDPInformation Network begonnen.

Ziel des Gemeinschaftsprojektes ist die Schaffungeines ganzheitlichen Informationssystems wis-senschaftlicher Bohrungsprojekte zur Erkundung derErdkruste. Es umfasst den gesamten Lebenszyklus wis-senschaftlicher Forschungsarbeit, beginnend bei deroperativen Planung und Durchführung einzelnerProjekte bis hin zur dauerhaften Archivierung derProjektdaten und Ergebnisse und deren begleitenderDokumentation unter Bereitstellung geeigneter Medienund Werkzeuge zur Informationsgewinnung undWiederverwendung.

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Das Gesamtergebnis bildet das ICDP InformationNetwork (Abb.1). Hier treten die Teilvorhaben als dreiKomponenten in der Systemarchitektur in Erschei-nung:

• Drilling Information System DISGFZ: einWerkzeugkasten zum Aufbau von maßgeschnei-derten Bohrungs- und Labor-Informationssystemenzur Datenerfassung vor Ort und unter dem Dacheines virtuellen globalen Feldlabors.

• ICDP Clearinghouse: ein Meta-Informationssystemzum Nachweis von Datensätzen, Dokumenten undDiensten (http://www.icdp-online.de/).

• ICDP Data Warehouse: ein Analysen undEntscheidungen unterstützendes System, basierendauf homogenisierten und integrierten Daten unter-schiedlicher Messverfahren und Bohrungen fürmultidimensionale und interdisziplinäre Auswer-tungen.Der gesamte Datenbestand wurde auf zweiSubsysteme verteilt, den Data Marts:

• Der Logging Data Mart beruht ausschließlich aufbohrungsbezogenen Daten, die entlang der Teufen-und/oder Zeitachse angeordnet sind.

• Der Virtual Crust Data Mart umfasst alle Artenvon raumbezogenen Lithosphären-Daten, die dasunmittelbare Umfeld der Bohrung in einemvirtuellen Krustenelement ausfüllen.

In den ersten Feldeinsätzen konnte das ICDPInformation Network in allen seinen Teilen vor Ortund im World Wide Web erfolgreich getestet und nachspeziellen Anforderungen der Nutzer weiterentwick-elt werden. Wesentliche Teile dieses Konzepts befind-en sich bereits im zweiten oder dritten Entwick-lungszyklus.

Das Laborinformationssystem eXtended DIS

Ausgangspunkt geowissenschaftlicher Bohrprojekte istzunächst die Bohrlokation mit dem Bohrgerät. An derLokation erfasst das DISGFZ die bohrtechnischenParameter und die Tagesberichte des Bohrmeisterssowie das erbohrte Material, das in Form vonBohrkernen, Cuttings, Spülungs- und/oder Gasprobengewonnen wird. Dieses Probenmaterial wird dokumen-tiert und archiviert. Es folgt dann die geowis-senschaftliche Beschreibung. Daran anschließend wer-den Proben entnommen, die gesonderten Bearbeitungenzugeführt werden, z.B. Dünnschliffanalyse oderRöntgendiffraktrometrie.

Das Spektrum der nachfolgenden Analysen, die nachganz unterschiedlichen Methoden erfolgen können, istoffen. Dies reicht von manuellen, überwiegend deskrip-tiven Methoden bis hin zu vollautomatisiertenMessverfahren. Jede Methode, jede Apparatur liefertunterschiedliche Datenformate über unterschiedlicheSchnittstellen. Für diese Schnittstellen werden im DISGFZ

angepasste Datenpumpen konfiguriert, die dieUrsprungsdaten in ein einheitliches Format überführtund in die integrierte DISGFZ-Datenbank speichert. DieDatenbank selbst bietet Schnittstellen zur Visualisierungauf dem lokalen System und zum Datentransfer aufeinen dezidierten Web Server, z.B. das ICDPInformation System.

Diese Konfiguration (Abb. 2) stellt das lokale (on-site)Laborinformationssystem eines Feldlabors dar.Entsprechend den örtlichen Bedingungen und denProjektanforderungen kann dieses On-Site DISGFZ

skaliert werden. Viele Bohrprojekte beschränken sichvor Ort auf die bohrtechnische Erfassung und dieArchivierung des erbohrten Probenmaterials. AndereBohrprojekte führen unmittelbar vor Ort die lithologi-sche Beschreibung und stichprobenhafte Analysendurch.

Abb. 1: Homepage des ICDPInformation Network: Weltkar-te mit den ICDP-Projekten,ICDP-Mitgliedstaaten und -Organisationen; Index fürInformationen über ICDP undICDP-ProjekteHomepage of the ICDPInformation Network: Worldmap with ICDP projects, mem-ber countries and -organiza-tions; index for informationconcerning ICDP and ICDPprojects

Abb. 2: Basisarchitektur eines On-Site DrillingInformation System DISGFZ

Basic architecture of an On-Site Drilling InformationSystem DISGFZ

Die überwiegende Regel aber ist, dass von demFeldlabor oder einem der Bohrlokation nahegelegenenBasislabor und Probenlager, das Probenmaterial anweltweit verteilte Institute und Labors verschickt wird,wo die unterschiedlichsten, meist sehr aufwendigen undspezialisierten Methoden zum Einsatz kommen. Umdiese Laborergebnisse möglichst frühzeitig in den be-reits erfassten Bohrungsdatenbestand zu integrieren,kann das On-Site DISGFZ über ein spezielles,abgesichertes Interface zum World Wide Web zu einemwelt-umspannenden virtuellen Laborinformationssystem(Abb. 3) erweitert werden. Am Beispiel des HawaiiScientific Drilling Project HSDP wird dieses eXtendedDIS (XDIS) im folgenden näher erläutert.

XDIS im Einsatz

Es gibt prinzipiell zwei Typen vonAnwendern in dem Netz eines XDIS:

• die Projektleitung, insbesondere derPrinciple Investigator und

• die Projektteilnehmer, d.s. dieoffiziell beteiligten Wissenschaftlerund Techniker.

Nach der bohrungsbegleitenden Phasedes On-Site DISGFZ an der Bohrlokationbei Hilo, Big Island Hawaii, wurde derDIS-Server und der gesamte Bohrkern-bestand zum California Institute ofTechnology (CalTech), Division ofGeology and Planetary Sciences,

Pasadena, California, überführt. Die dort ansässigeProjektleitung ist für den technischen Betrieb und dieVerfügbarkeit des Systems verantwortlich. Außerdem istsie die Autorität, die Konsistenz, Qualität undVollständigkeit des Inhalts überwacht, da alle nachfol-genden Reports und Veröffentlichungen auf diesenDatenbestand Bezug nehmen.

Die inhaltliche und operative Verwaltung des DISGFZ

erfolgt durch den DIS-Administrator, der von derProjektleitung gestellt wird. Zu seinen Aufgabenzählen Datenbankadministration, Nutzerverwaltungund die Bereitstellung der registrierten Analysendatenüber das XDIS Webinterface. Aufgrund dieserKonstellation bildet der Standort am CalTech den zen-tralen Knoten oder Zellkern für die Web-Zelle, diedurch das XDIS Webinterface aufgespannt wird undalle beteiligten externen Institute und Labors beinhal-tet (Abb. 3).

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Abb. 3: Konzeptuelles Schema eines virtuellen globalen Feldlabors am Beispiel des Bohrprojekts auf HawaiiConceptual scheme of a virtual global field laboratory exemplified by the drilling project Hawaii

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Die Gruppen, die in dem Projekt mitarbeiten, werdenmitsamt ihrer personellen Zusammensetzung durch einegesonderte Registrierung bei der Projektleitung zerti-fiziert. Nur mit diesem Zertifikat bekommen dieGruppen das XDIS-Webinterface in Form einer Setup-CD zur Verfügung gestellt. Nach der Installation desXDIS-Webinterface können dann die Gruppenmit-glieder mit Hilfe eines individuellen Accounts, den derDIS-Administrator auf dem DIS-Server eingerichtet hat,auf die zentrale DISGFZ -Labordatenbank zugreifen.

Die Projektteilnehmer üben damit zweierlei Funktionenaus:

• sie sind Urheber bzw. Besitzer der eigenen Analysen-und Labordaten, und

• sie sind Nutzer von Analysen- und Labordaten deranderen Wissenschaftlergruppen in demselbenProjekt.

Es gelten die folgenden Zugangsregelungen:

1. nur zertifizierte Projektteilnehmer können Labor-daten herunterladen (downloaden),

2. nur Urheber bzw. Besitzer von Labordaten könnenihre eigenen Daten registrieren und in das XDIS ein-speichern (uploaden),

3. nur Urheber bzw. Besitzer von Labordaten könnenihre eigenen Daten im XDIS bearbeiten (editieren),

4. grundsätzlich sind alle Labordaten allen anderenProjektteilnehmern zur Visualisierung undWiederverwendung zugänglich,

5. Urheber bzw. Besitzer von Labordaten könnenjedoch auch innerhalb des Projektteams bestimmtenGruppen ein exklusives Zugriffsrecht erteilen unddamit anderen den Zugriff verwehren.

XDIS-Datenmanagement

Labordaten sind Datentabellen in alphanumerischerForm und digitale Abbildungen wie z.B. Diagrammeoder Photos. Bevor ein Datensatz einer Analyse in dasXDIS aufgenommen werden kann, muss er durch denUrheber bzw. Besitzer registriert werden (Abb. 4). Diesist nur zertifizierten Projektteilnehmern möglich.

Nach einem Login werden zunächst einige allgemeineMetadaten abgefragt, wie der Name und der Titel derAnalyse, Name und Kontaktinformationen des Autors,eine kurze Methodenbeschreibung mit wichtigenHinweisen zu den Daten sowie aussagekräftigeSchlagworte. Daran anschließend wird der Aufbau derDatentabelle spaltenweise beschrieben. All dieseAngaben kann der Nutzer auf seinem lokalen Rechnerzwischenspeichern und gegebenenfalls wiederverwen-den. Ist eine Analyse registriert, kann im nächsten

Schritt der Datensatz übertragen werden. Hat sich dieDatensatzstruktur geändert oder kommt eine weitereAnalyse hinzu, muss eine erneute Registrierung erfol-gen.

Der DIS-Administrator erhält bei einer Registrierungüber E-mail eine Mitteilung, dass ein neuer Datensatzangemeldet wird. Er überprüft die Angaben und dieKonformität der Datenstruktur. Falls bereits auch schondie Daten selbst übermittelt worden sind, prüft er, ob dieDatentabelle tatsächlich mit der angegebenenDatenstruktur übereinstimmt. Sind alle Angaben und dieDaten so weit korrekt, erstellt der DIS-Administrator mitHilfe des DISGFZ die eigentliche Datenstruktur und eineDatenpumpe, mit der er die Daten in die Datenbankimportiert. Als nächstes werden ebenfalls mit einemDIS-Tool Daten-View und Daten-Eingabeform erzeugt,und über den Web-Information Builder des DISGFZ an dasWeb-Interface exportiert. Von nun an sind diese Datenüber XDIS verfügbar.

Labordaten können grundsätzlich von allen Projektteil-nehmern zur eigenen Wiederverwendung angesehen undheruntergeladen werden. Auch hierzu ist erst ein gültigesLogin erforderlich. Anhand der Listen aller bisher re-gistrierten Analysen kann der Nutzer sich orientierenund die interessanten Datensätze selektieren (Abb. 5).Standardgemäß werden die Daten als tabellarische

Abb. 4: Registrierung eines Analysedatensatzes imeXtended DIS (XDIS)Registration of an analysis data set in eXtended DIS(XDIS)

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Views dargestellt. Je nach Größe und Komplexität kannüber ein Selektionsfilter die Datenmenge eingegrenztwerden. Falls zu der Analyse auch Diagramme oderandere Abbildungen vorhanden sind, können diese miteingeblendet werden. Daten und Abbildungen könnenauf das lokale System gespeichert werden, wobei dieDaten als tabellarische Textdateien und die Bilder imJPG-Format abgelegt werden. Auch können großeDatenmengen als Recordset lokal abgespeichert werden.Ein Recordset kann dann ohne Online-Verbindung zumXDIS-Server entsprechend auf dem lokalen Systemgeöffnet werden.

Abb. 5: Abrufen eines Analysedatensatzes im eXtendedDIS (XDIS)Retrieval of an analysis data set in eXtended DIS (XDIS)

Transparenz schafft Vertrauen

Ein besonderes Problem bei der Einführung des XDISWeb-Interface war es, die Projektteilnehmer davon zuüberzeugen, dass ihre Labordaten auch sicher sind. Beiden meisten Teilnehmern löste der Begriff ‚Web-Interface’die Vorstellung von Chaos, Unkontrollierbarkeit und voll-kommene Zugriffsfreiheit aus. Auf der anderen Seitehaben viele schon früh erkannt, dass gerade bei einemmultinational zusammengesetzten und weltweit verteiltenScience Team in der Laborphase und vor Veröffentlichungder Ergebnisse der Daten- und Informationsaustausch überdas Web eigentlich ideal wäre und der ursprünglichen Ideeder Internet-Erfinder entspricht.

Zu den vertrauensbildenden Maßnahmen des XDISzählen die Zertifizierung der Projektteilnehmer (jederkennt jeden), die persönlich zugeteilte XDIS Setup CD,das speziell abgesicherte Web-Interface, das Login(Nutzername und Passwort), und die Möglichkeit, auch

innerhalb der Gruppe Zugriff exklusiv zu erteilen bzw.zu verweigern (was zwar gefordert, aber bisher nichtgenutzt wurde). Wichtig aber auch ist die menschlicheKomponente in der Person des DIS-Administrators, derdie weitgehend automatisierten Abläufe mit „Sinn undVerstand“ überprüft und gegebenenfalls in Zusammen-arbeit mit dem Urheber korrigiert. Zu guter Letzt werdenalle Zugriffe auf die Daten über das XDIS mit protokol-liert. Dadurch ist es jedem möglich, zu erkennen, werwann und wie oft auf welche Daten zugegriffen hat.

Eine andere, sehr wichtige Erkenntnis ist aber auch, dassdas XDIS Web-Interface nicht die persönlichenKontakte ersetzen kann und soll. Neben denalljährlichen Meetings sind weiterhin die üblichenTelekommunikationsmedien unersetzlich, um persön-liche Ansichten oder Fragen auszutauschen. Das XDISWeb-Interface erleichtert nur den projekt-internenInformations- und Datenaustausch, und ermöglicht soganz nebenbei wichtige Funktionen wie Konsistenz- undQualitätskontrolle.

Werkzeuge für die Visualisierung von Daten

Die Arbeiten im Berichtszeitraum konzentrierten sichauf Evaluierung und Einsatz von Visualisierungstech-niken, die in den einzelnen Komponenten des ICDPInformation Network als überwiegend Internet-basierteTools zum Einsatz kommen.

CoreAnno – Core Image Annotation Tool

Das Programm CoreAnno dient der Annotierung digi-taler Bilder von Bohrkernen, Bohrkernkisten (Abb. 6)und Dünnschliffen. Dieses Tool speichert Vektordaten(graf. Symbole) getrennt von den Pixeldaten des Bildesab bzw. legt diese Information in einer dokumentiertenForm ab. Weiterhin besitzt es eine Datenbankanbindungan das DISGFZ. Auf dem Markt der Standard-Grafikprogramme konnte kein Programm mit diesenEigenschaften gefunden werden. Daher wurde zunächsteine clientbasierte Applikation in VisualBasic für dieZielplattformen MS-Windows 98/NT/2000 entwickelt,eine entsprechendes Web-Server-Tool ist geplant.

Die Benutzung des Programms CoreAnno läuft folgen-dermaßen ab: Beim ersten Aufruf stellt man über dasOptions-Menü die Datenbank ein, sofern man eine ver-wenden möchte. Anhand dieser Auswahl erscheint beiallen weiteren Starts eine Abfrage des Primärschlüsselseines Datensatzes bzw. der Datei-Öffnen-Dialog.Zusätzlich besteht die Möglichkeit, einen Datensatz auseiner anderen Anwendung heraus (z.B. DISGFZ) überParameter aufzurufen. Nach dem Laden eines neuenBildes kann der Nutzer das Bild einmessen, indem erz.B. die obere und untere Teufe eines Bohrkerns festlegt.Alle nun folgenden Annotierungen werden anhanddieser Angaben positioniert. Als grafische Elemente ste-hen Punkt, Ellipse, Rechteck, Linie, Freihandlinie, Pfeil,Polygon und Text zur Verfügung. Dabei können sowohlFarbe als auch Strichstärke festgelegt werden.

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Abb. 6: Beispiel eines annotierten Bohrkernkisten-Bildes. Die blauen Symbole und Texte sind hinzugefügtegraphische Annotierungen, denen zusätzliche Werte oderAttribute über eine Datenbankmaske zugeordnet werdenkönnen.Example of an annotated core-box image. The blue sym-bols and texts are added annotations, which can beassigned to supplementary values and attributes by adatabase form.

Nach Bearbeitung des grafischen Teils der Annotierungkann über einen Button eine Eingabemaske aufgerufenwerden, welche unter Verwendung vorgegebener Listenaus der Datenbank und Freitexteingaben vom Anwendergefüllt wird. Diese Vorgehensweise erleichtert demAnwender die Eingabe und lässt ein nachträglichesErgänzen der Listen durch den Administrator zu. NachAbschluss der Erfassung werden alle Elemente inklusiveBeschreibung in der Datenbank abgelegt. Bilder undAnnotierungen sind jetzt getrennt gespeichert, wobei dieursprüngliche Bildinformation unverändert bleibt. BeideInformationen können jetzt beliebig oft zu annotiertenBildern rekonstruiert und weiterbearbeitet werden.

LithoLogs und Diagramme

Die Darstellung der LithoLogs wird über einen WWW-Server mit Hilfe eines Perl-Skripts realisiert. Diebenötigten Daten bezieht das Skript aus dem ICDPLogMart, einer Sybase-Datenbank. Das grafischeLayout lässt sich über eine Konfigurationsdatei, welchezu jedem Bohrprojekt angelegt wird, und über Parameter(Query String), die an die URL angehangen werden,steuern. Als Einheit für die Skala sind sowohl Meter alsauch Feet möglich. Zum Füllen der Unit-Abschnittekann der Administrator Symbole im GIF-Format able-gen, die bei Übereinstimmung mit einer Datenbank-information herangezogen werden. Das Perl-Skriptliefert die Ergebnis-Grafik ebenfalls im GIF-Format.Die Darstellung im SVG-Format eignet sich prinzipiellauch sehr gut für solche Zwecke, benötigt aber derzeitnoch ein Plugin und ist daher noch nicht vollständigimplementiert.

Abb. 7: Beispiel eines im Web dynamisch generiertenLithoLog der Hawaii-Bohrung mit drei Logs von zeitlichunterschiedlichen Temperaturmessungen. Sowohl dieKurven als auch die Run- und Units-Einheiten sind sen-sitiv und können mit zusätzlichen Daten und Links verse-hen werden.Example of a dynamic generated LithoLog of the Hawaiidrilling with three logs of temporal different temperaturemeasurements. Both curves and the run and unit graph-ics are sensitive and can be assigned with additionaldata and links.

Neben der grafischen Präsentation des Lithoprofilslassen sich auch Messreihen darstellen. Dabei hat mandie Möglichkeit, diese nebeneinander (wie in Abb. 7)oder übereinander zu legen. Die Visualisierung erfolgtweitgehend automatisch, indem sie anhand vonDatenbankinformationen die Skalierung und Bemaßungselbst vornimmt. Diverse Layoutoptionen wie Hinzu-fügen von Tooltips und Darstellung als Balkengrafikkönnen über den Query String spezifiziert werden. Fürdiese Einstellungen wurde ein HTML-Formular erstellt,das dem Anwender eine intuitive Benutzung ermöglicht.

Virtual Borehole Generator – virtuelleKrustensegmente in VRML

Der Virtual Borehole Generator ist ein Perl-Skript,das aus einem proprietären Format, welches bei derKTB-Bohrung eingeführt wurde, eine VRML-Dateigeneriert. Diese kann mit einem gängigen WWW-Browser betrachtet werden, sofern er ein VRML-Plugin, wie z.B. den CosmoPlayer, installiert hat.Über bestimmte Parameter lässt sich vor derErstellung eine Zuordnung von Messwerten, wie z.B.Temperatur, entlang der Teufe mit bestimmtenFarbverläufen realisieren. Zur einfacheren Navigationin der virtuellen 3D-Welt werden in regelmäßigenAbständen Beobachterstandorte (Viewpoints) gene-riert (Abb. 8).

Abb. 8: Darstellung eines 3D-Krustensegmentes amBeispiel der KTB-Bohrung in Windischeschenbach,Oberpfalz. Die Blickrichtung ist von unten nach oben,entlang der Bohrung, gerichtet. Die Bohrung durchstößteine Störungsfläche und das digitale Geländemodell derErdoberfläche. Durch Links entlang der Bohrung kön-nen weitere Informationen, z.B. digitale Bohrkernbilder,verknüpft sein.Presentation of a 3D-crust segment exemplified by theKTB drilling in Windischeschenbach, Oberpfalz. Theview is directed from the bottom up along the bore hole.The drilling breaks through a fault zone and the digitalterrain model. With links along the bore hole furtherinformation, e.g. digital core images can be assigned.

Ähnlich einem HTML-Link können auch in VRMLLinks gesetzt werden. Diese führen entweder zu weit-eren, detaillierteren 3D-Welten oder zu anderen Web-Seiten. Eine Möglichkeit ist dabei, eine eingescannteKernstückoberfläche um einen virtuellen Zylinder zu„wickeln“ und somit den erbohrten Kern von allenSeiten zu betrachten (siehe Abb. 8, links unten).

Map Server

Für eine GIS-orientierte Anwendung wird ein interak-tiver Umgang mit den Kartenobjekten benötigt. Dieskann mit HTML Image Maps realisiert werden, indemdie Kartensymbole mit Links zu entsprechendenWeb-Seiten verknüpft werden. So kann z.B. einObjekt wie eine Bohrung mit einer Web-Seite verbun-den werden, die das dazu gehörige Projekt beschreibt.Auch das ist noch mit herkömmlichen HTML-Mittelnmöglich.

Mit dem neu entwickelten Austauschformat SVG(Scalable Vector Graphics) ist es möglich, ein Rasterbildals Hintergrund für eine Vektor-basierte Karte zubenutzen (Abb. 9). Die individuellen, interaktiv identi-fizierbaren (anklickbaren) Objekte werden mit SVGclient-basiert auf den Kartenhintergrund gezeichnet.Zusätzlich können diese SVG-Objekte mit nutzerspezi-fischen Informationen versehen werden.

Abb. 9: GMT-basierter Map-Server mit statischerErgebniskarte (unteres Teilbild) als Beispiel für tradi-tionelle Kartendarstellung im WebGMT-based Map-Server with a static result map (lowerimage) to exemplify traditional map representation inthe Web

Auch der Kartenhintergrund selbst kann ein SVG-Objekt sein. Dann ist es möglich, in dieser Karte zunavigieren, zu vergrößern (zooming) und zu verschieben(panning), ohne dass die sonst üblichen großen blocki-gen Rasterpunkte entstehen.

Erst mit dem Zoomen werden weitere Details zumlokalen Client übertragen. Wollte man sofort alle ver-fügbaren Informationen einspeisen, wären durchausmehrere Megabytes an Daten zu senden.

3. DFNK – Deutsches Forschungsnetz Natur-katastrophen

Das Ziel des DFNK ist es, die wissenschaftlichenGrundlagen für ein modernes Risikomanagement vonNaturkatastrophen zu entwickeln und den Nutzern zurVerfügung zu stellen. Die 16 Teilprojekte des DFNKwerden von 15 Organisationen aus Deutschland undÖsterreich bearbeitet. Die Partner und Teilprojekte imDFNK organisieren sich in fünf thematischen Clustern.In den Clustern erarbeiten mehrere Partner gemeinsameProdukte.

Im Cluster „Datenbanken und Informationssysteme“sind Teilprojekte verknüpft, die für die Bereitstellungvon Daten (z.B. flächendeckende Basisdaten durchSatellitentechnologie) und die Integration von Infor-mationen und Tools in übergeordneten Informations-systemen (z.B. Clearinghouse, Data Warehouse,schnelles Informationssystem für Erdbeben) für dieKatastrophenvorsorge und die Hilfe im Falle einerKatastrophe verantwortlich sind.

Die Basis des DFNK bildet eine Informations-Infrastruktur, welche Daten und Software-Werkzeugeverbindet, sowie die Kommunikation von Forscher-

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gruppen und Anwendern unterstützt. Schwerpunkte beider Entwicklung der Infrastruktur sind der Aufbau einesgemeinsam nutzbaren Datenpools und die Integrationund Vernetzung der Modellierungs-, Simulations- undVisualisierungssysteme zur schnellen Bearbeitung kom-plexer Szenarien. Das Internet und seine globalenStandards liefern die grundlegenden technologischenKonzepte, die von internationalen Gruppen, wie z.B.dem Open GIS Consortium (OGC) vorangetrieben wer-den.

Beim Aufbau einer globalen Informations-Infrastrukturkommt dem Einsatz von Informationstechnologie eineSchlüsselrolle zu. Langfristiges Ziel sollte dieInitiierung und Gestaltung eines nationalen GermanDisaster Information-Netzwerkes (ge.d.i.n) sein, das dieInformationstechnologie effizienter als bisher zumSchutz von Leben und Eigentum einsetzt. DieAktivitäten orientieren sich an dem geplanten GlobalDisaster Information Network (GDIN) zum Aufbaueiner weltweiten Informations-Infrastruktur für dasKatastrophenmanagement.

Teilprojekt „Vernetzte Informations- undFrühwarnsysteme“

Im Cluster „Datenbanken und Informationssysteme“werden die wissenschaftlichen Aufgabenstellungeninnerhalb des DFNK in Problemstellungen derGeoinformatik umgesetzt. Das Teilprojekt „VernetzteInformations- und Frühwarnsysteme für den Einsatz imKatastrophenmanagement“ unterstützt die übrigenTeilprojekte mit folgenden Produkten zum Daten- undInformationsmanagement:

DFNK-Portal

Die DFNK-Aktivitäten und -Produkte gehen in dasDFNK-Portal ein, das die zentrale Drehscheibe imDaten- und Informationsmanagement von DFNKdarstellt (http://dfnk.gfz-potsdam.de/). Es bietet einenWWW-basierten Zugang zu allgemeinen Projektinfor-mationen für externe Interessenten aus Wissenschaft,Wirtschaft, Verwaltung und Öffentlichkeit sowie denZugang zu internen Projektinformationen,Dokumenten, Daten und Softwaretools für DFNK-Projektteilnehmer. Eine erste Version stellte dieInternet-Präsentation des DFNK dar. Das aktuellePortal erscheint in einem neuen Layout (Abb. 10) undsoll über den Katalog-Server des DFNK Clearinghousedie gezielte Recherche nach Daten des DFNK-Projektes ermöglichen.

Katalog-Server / DFNK Clearinghouse

Um einen Überblick über die im DFNK vorhandenenund dezentral gehaltenen Daten zu ermöglichen bzw.eine konkrete Datenrecherche nach bestimmtenKriterien durchführen zu können, ist ein Katalog-Serveraufgebaut worden. Er bildet den Kern des DFNKClearinghouse (http://wwwdfnk.gfz-potsdam.de/),dessen Informationsdienste auf der Dokumentationvon Metadaten basieren. Es sind Daten über Daten,die Angaben zum Raum-, Zeit- und Themenbezug derDaten, zum Erzeuger, zur Datenqualität etc.umfassen, ggf. mit einem Link zur Datenquelle selbst.Für die Erfassung der Metadaten wurde ein Editorentwickelt. Metadaten-Editor und Clearinghouse wur-den auf dem DFNK-Workshop am 25./26.6.2001 in

Potsdam vorgestellt undden Teilprojekten zur Ver-fügung gestellt. Zur Unter-stützung der räumlichenSuche wurde das ProduktGeoLocator (s.u.) entwi-ckelt.

Geodaten-Server

Der Geodaten-Server wirdeine Integration vonGeobasisdaten (z.B. digi-tale Geländemodelle undtopographische Daten) undthematischen Daten (z.B.Pegelstände, Waldbrände)über einen zentralenService ermöglichen, derausgewählte Daten desDFNK-Projektes verwaltet.Bestimmte Objekttypenund Ausschnitte könnenausgewählt und in allenStandard-Austauschforma-ten für Geodaten exportiertwerden.

Abb. 10: Web-Portal des Deutschen Forschungsnetzes Naturkatastrophen (DFNK), diezentrale Drehscheibe für das Daten- und InformationsmanagementWeb-portal of the German research network natural disasters (DFNK), the centralswitch board of the data and information management

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DFNK-Datenbasis / Katalog katastrophenrele-vanter Daten

Neben der Nutzung der Potenziale, die die moderneInformationstechnologie bietet, ist die Existenz einergeeigneten Datengrundlage Voraussetzung für dieErarbeitung von Methoden und deren Transfer in diePraxis. Um herauszufinden, welche Daten bereits imDFNK vorhanden sind bzw. künftig benötigt werden,wurde zunächst eine Bestands- und Bedarfsrechercheüber Daten für DFNK gestartet. Die Ergebnisse wurdenim internen Bereich der DFNK-Webseiten zugänglichgemacht. Durch regelmäßige Recherchen entsteht desweiteren sukzessive ein Katalog katastrophenrelevanterDaten für Deutschland, der ebenfalls über das DFNKClearinghouse recherchierbar sein wird.

Multidimensionales Retrieval im DFNKClearinghouse

Das Retrieval im DFNK Clearinghouse basiert auf demModell eines multidimensionalen Merkmalsraumes, indem durch Auswahl bestimmter Suchbegriffe bzw.numerische Wertebereiche für eine oder mehrereDimensionen der Merkmalsraum eingeschränkt wird.

Bisher wurden vier Dimensionen implementiert, die alsSchaltflächen am unteren Bildschirmrand erscheinen(http://wwwdfnk.gfz-potsdam.de/):

• Datensammlung: Select Database• Thema/Schlagwort: Thematic Search• Zeitintervall: Temporal Search• Region: Spatial Search

Da Naturkatastrophen stets mit einer geographischen

Region verknüpft sind, wird die räumliche Suche imDFNK Clearinghouse durch spezielle Software-werkzeuge unterstützt. Die Eingabe erfolgt entwederdurch Auswahl geeigneter Suchbegriffe aus einer struk-turierten Schlagwortliste (GeoLocator) oder in Formdigitaler Karten, auf denen der Nutzer seinen „focus ofinterest“ graphisch eingrenzen kann.

GeoLocator

Unter GeoLocator versteht man ein geographischesNamensverzeichnis oder einen alphabetischenOrtsindex; er wird im Englischen auch Gazetteer ge-nannt. Ein solches Ortsverzeichnis wird von folgendenwesentlichen Elementen bestimmt:

• durch den geographischen Namen (und eventuellvorhandene Synonyme, auch mehrsprachig),

• durch eine geographische Lokalisierung (meist eineKoordinatenangabe),

• durch die Angabe zusätzlicher Objektattribute (orts-bezogene Daten/Fakten wie z.B. Wasserstände,Waldbrände, Erdbeben).

Die Funktion des GeoLocator soll an einem Beispieldargestellt werden. Ausgewählt wurden Pegelmess-stationen am Rhein. Für die Auswahl des geographi-schen Bezuges können zwei Alternativen gewählt wer-den:

• alphanumerisch: Auswahl eines geographischenStichwortes (hier Düsseldorf) mit der entsprechen-den Attributierung (hier Regierungsbezirk),

• graphisch: Auswahl einer geeigneten thematischenHintergrundkarte und Markierung eines Rechteckszur geographischen Eingrenzung des Anfrage.

Abb. 11: Der GeoLocatordes DFNK Clearinghouse,ein Suchwerkzeug für dasräumliche RetrievalThe GeoLocator of theDFNK Clearinghouse, asearch tool for spatialretrieval

Als Ergebnis wird dann das dazugehörigeEinbettungsrechteck auf der Karte des Mapserversgraphisch angezeigt (Abb. 11).

Bei Bedarf können weitere Informationsebenen wieHochwasser- oder Erdbebengefährdungsgrad, Bevöl-kerungsangaben oder fremdsprachliche Bezeichnungenergänzt werden. Die entsprechenden Begriffe sind ineinem hierarchisch strukturierten Thesaurus hinterlegt.Aus Übersichtlichkeit wurde auf eine flache Begriffs-kette mit breiter Synonymverweisung (breites Begriffs-niveau) geachtet.

Bei der als weiteres Beispiel aufgeführten Anfrage nachWasserstandspegeln am Rhein ergibt das Ergebnis dieKoordinaten des Einbettungsrechtecks sowie dieBezeichnung der Pegelmessstationen (Abb. 12). DiePegelmesspunkte werden wahlweise aufgelistet oder alsverweissensitive Symbole auf einer Karte dargestellt.

Durch Anklicken der Punktsignatur auf der Karte wer-den die Metadaten der entsprechenden Pegelmessstellein einem separaten Bildschirm angezeigt. Mit einemLink können – ggf. nach erfolgter Autorisierung – dieaktuellen Pegelstandsdaten der Bundesanstalt fürGewässerkunde in Koblenz in tabellarischer undgraphischer Form geliefert werden.

Mit Hilfe dieser Retrievalfunktionen eignet sich dasDFNK Clearinghouse für die dynamische Verschnei-dung von Geo-Informationen unterschiedlicherFachgebiete und Anwendungsbereiche zur Abde-ckung eines komplexen Informationsbedarfes. Esliefert auf Grund seiner begrifflichen und graphi-schen Navigationsfähigkeit ein leicht handhabbaresWerkzeug für das Informationsmanagement, das denWissenstransfer und die Datendisemination zwischenden Projektteilnehmern unterstützt.

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Abb. 12: Beispiel einer graphischen Recherche nach Pegelmessstationen am Rhein und aktuellen Wasserstandsdatendes Rheins in Speyer (Pfalz)Example of a graphical search for gaging stations along the river Rhine and actual water level data of the Rhine atSpeyer (Pfalz)

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Literatur

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