Datenschatz für Umweltwissenschaften und Forschende
24. Juli 2021 | Projekt terrabyte
Datenschatz für Umweltwissenschaften und Forschende
SAR4 Tectonics
Das Bild zeigt die Bewegung durch Plattentektonik entlang der Nordanatolischen Verwerfung in der Türkei. Die grüne Zone ist dabei die kritische Zone entlang der Verwerfung, wo durch die gegenläufigen Plattenbewegungen die größten Spannungen entstehen. Diese führen regelmäßig zu starken Erdbeben. Die Bewegungskarte wurde aus 130 Sentinel-1 Radarbildern gerechnet.
Prozentuale Flächenversiegelung in Dar Es Salaam, Tansania
WSF2019-Daten zur Flächenversiegelung in Dar Es Salaam, Tansania. Die prozentuale undurchlässige Oberfläche (PIS) ist im Allgemeinen ein guter Näherungswert für die Bebauungsdichte und ist von entscheidender Bedeutung für eine bessere Verteilung der Bevölkerung in Stadtmodellen, die Bewertung des Risikos von Überschwemmungen in Städten oder die Charakterisierung des Phänomens der städtischen Wärmeinsel.
Siedlungsausdehnung in Dar Es Salaam, Tansania (WSF2019)
Maske mit einer Auflösung von 10 m, die die globale Siedlungsausdehnung im Jahr 2019 darstellt, abgeleitet aus der Kombination von Sentinel-1-Radarbildern und optischen Sentinel-2-Bildern (verfügbar seit 2015 mit einer Auflösung von 10 m und einer Wiederholungszeit von 5 Tagenn ab März 2018).
"terrabyte" ist die innovative Hochleistungsdaten-Plattform von DLR und LRZ, sie macht Erdbeobachtungsdaten für die Forschung zugänglich und bietet bald praktische Werkzeuge zu deren Auswertung.
Ein Team des DLR erstellt unter anderem den „World Settlement Footprint“ (WSF); ein Vergleichs- und Kontrollinstrument zur Urbanisierung.
terrabyte verbindet über eine 10 Gigabit/s-Leitung das Satellitendaten-Archiv des DLR in Oberpfaffenhofen mit intelligent verwaltetem Online-Speicherplatz von rund 50 Petabyte sowie den Supercomputern des LRZ in Garching.
terrabyte bietet eine Alternative zu kommerziellen Daten-Clouds und erfüllt alle Sicherheits- und Datenschutz-Forderungen.
Die Daten von terrabyte sollen breit genutzt werden, neben dem DLR werden bald auch die Universitäten in München und Bayern darauf zugreifen.
Extremwetterereignisse, Dürren und schmelzende Gletscher, die Erosion der Küsten, die Veränderung in der Atmosphäre, sogar die Entwicklung von Städten: Zurzeit senden acht Erdbeobachtungssatelliten, darunter die Copernicus Sentinel-, die US-amerikanischen Landsat- sowie die Radar-Satelliten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), pro Tag rund 19 Terabyte an Daten über den aktuellen Zustand der Erde. Das entspricht in etwa 4.750 Spielfilmen oder 123,5 Millionen Dokumentseiten. Forschende können aus diesem gigantischen Datenschatz unterschiedlichste Messwerte und Informationen ziehen. Sie finden darin Fakten zu Umwelt- und Klimafragen sowie Ideen, diese zu lösen.
Erdbeobachtungsdaten schnell analysieren
Zusammen mit dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften baut das DLR gerade eine innovative Hochleistungs-Datenplattform namens „terrabyte“ für die Auswertung globaler Satellitendaten auf. Der erste Meilenstein wurde nun erreicht: terrabyte verbindet inzwischen über eine 10 Gigabit-Leitung das Satellitendaten-Archiv des DLR in Oberpfaffenhofen mit dem neu aufgebauten, intelligent verwalteten Online-Speicherplatz von rund 50 Petabyte sowie den Supercomputern des akademischen Rechenzentrums in Garching. Zur Erforschung historischer und aktueller Erdbeobachtungs-Informationen können damit größte Datensätze aus dem DLR-Archiv schnell zu terrabyte übertragen und dort mit den High-Performance-Computing- oder HPC-Ressourcen berechnet und modelliert werden.
„Durch das terrabyte-Konzept werten unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler riesige Datenmengen hoch effizient aus“, sagt Prof. Dr. Stefan Dech, Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) am DLR. „Die Daten, die Satelliten etwa zur Urbanisierung oder zum Schmelzen der Gletscher und Polkappen liefern, können in Zukunft sofort verarbeitet werden. Das ist ein Meilenstein für die Umweltforschung und die Fernerkundung der Erde. Wir rechnen mit einem enormen Wissenssprung.“ Davon sollen auch Umweltschutz, Gesellschaft und Wirtschaft profitieren. Für das DLR bietet terrabyte zudem die Alternative zu den Daten-Clouds kommerzieller Anbieter, mit der alle Sicherheits- und Datenschutz-Anforderungen erfüllt werden.
Umwelt noch besser verstehen
2020 investierte das DLR bereits acht Millionen Euro in den Aufbau von terrabyte, das LRZ wiederum wird die Hochleistungs-Datenplattform betreuen und warten. Mit weiteren Geldern des DLR wird die Plattform jetzt nochmals um Rechenkapazitäten erweitert, die Datenverarbeitung und Analysen insbesondere mit Methoden der künstlichen Intelligenz ermöglichen. Die Daten von terrabyte sollen in Zukunft breit genutzt werden, neben dem DLR sollen künftig auch die Münchner und bayerischen Universitäten darauf zugreifen können.
Leicht zugängliche Erdbeobachtungsdaten bringen auch die Umwelt- und Klimaforschung weiter, vereinfachen den Aufbau von Mobilfunk- und IT-Netzen oder belegen die Berechnung von Subventionen. Ein Team am Earth Observation Center (EOC) des DLR um Dr. Thomas Esch erstellt daraus außerdem den „World Settlement Footprint“ (WSF), quasi ein Vergleichs- und Kontrollinstrument zur Urbanisierung: Dafür werden Informationen zur Ausdehnung, Struktur und Entwicklung von Siedlungsflächen sowie zur Bevölkerungsdichte und -verteilung automatisiert ausgewertet. Wissenschaft, Politik und Wirtschaft bekommen durch den WSF wertvolle Hinweise, um etwa auf die Verelendung von Stadtteilen, auf Wetterveränderungen oder den Verlust von Biodiversität reagieren zu können.
Aktuell werden Erdbeobachtungsdaten auf den Plattenspeicher aufgespielt und der Datenzugriff vorbereitet. Plangemäß werden die Daten Ende des Jahres 2021 den ersten regulären Nutzern zugänglich gemacht.
