Multidimensionale, heterogene, visualisierbare Datenräume: Anforderungen, Entwurf und Implementierung einer adaptiven und interaktiven Schnittstelle für transdisziplinäre wissenschaftliche Daten im Kontext der Erdsystemanalyse

Abstract

Eine ebenso beständige wie faszinierende Herausforderung besteht in der Überwindung der natürlichen Kluft zwischen den sich rasant entwickelnden Informationstechnologien und den Anforderungen der Menschen, die diese zur Lösung bspw. von wissenschaftlichen Fragestellungen einsetzen wollen oder müssen. Ziel dieser Arbeit war die Konzeption und Realisierung einer geeigneten, flexiblen Zugriffsschnittstelle, die der multidisziplinären Wissenschaftlergemeinde des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) \- sowie potentiell jedem seiner weltweit verteilten Kooperationspartner - einen autonomen, komfortablen und funktionalen Zugriff auf wesentliche Bestandteile der im Institut zusammengeführten und bereitgestellten komplexen Datenräume eröffnet. Diese Aufgabe war in enger Zusammenarbeit mit der Scientific Data Management Group (SDM) des Institutes zu lösen, deren Auftrag die Bereitstellung von Metadaten und Daten von allgemeinem Institutsinteresse ist.

Dabei bestanden im gegebenen Anwendungskontext besondere Herausforderungen ebenso im Ziel der Akzeptanz der zu entwickelnden Lösung durch eine vielfältige Disziplinen umfassende Nutzergruppe wie in der Einbeziehung ihres Anforderungswissens ohne Beeinträchtigung des laufenden Forschungsbetriebes des Institutes. Daher wurde ein iterativer Entwicklungsprozess zugrunde gelegt, der eine schrittweise Erweiterung der zu erstellenden Software sowie die informelle Einbeziehung von Anwendern ermöglichte. Zur Unterstützung der Anwender wurden ferner Konzepte der Visualisierung integriert.

Die entstandene Zugriffsschnittstelle - bezeichnet als xDat \- wird von den Wissenschaftlern des PIK akzeptiert und zur selbständigen Datenversorgung eingesetzt. Sämtliche im Rahmen dieser Arbeit adressierten Datenressourcen des Institutes können nun integriert in intuitiver und flexibler Weise genutzt werden; dies umfasst insbesondere auch Möglichkeiten zum direkten Durchgriff von zuvor ausgewählten Zeitreihenmetadaten auf entsprechende Zeitreihen zur Visualisierung sowie zur Bereitstellung auf dem Rechner des Anwenders.

Die über die Schnittstelle adressierbaren Datenräume enthielten zum Zeitpunkt der Abfassung dieser Dissertation neben rund 360 allgemeinen Metadatensätzen insgesamt - mit teilweisen Überschneidungen in den einzelnen Datenräumen - rund 376.140 Metadatensätze zu 71.925 nationalen und internationalen Stationen. Ferner standen zu diesem Zeitpunkt rund 882 Millionen einzelner, erhobener sowie berechneter Zeitreihenwerte aus den Bereichen Meteorologie, Hydrologie, Wasserqualität und Phänologie bereit. Das auf diese Weise zugängliche Datenvolumen wird vom Institut beständig erweitert; so stieg die Anzahl der abrufbaren Zeitreihenwerte bis Anfang 2005 bereits auf rund 940 Millionen.

Bridging the natural gulf between information technology and users remains a fascinating and challenging task. The target addressed here was the conception and realization of an appropriate and flexible access interface. It should allow the multidisciplinary research community of the Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) \- as well as potentially any of its collaborators around the globe - to use in an autonomous, comfortable and functional way central parts of the complex data spaces brought together at the institute. This task had to be solved in close co-operation with PIK's Scientific Data Management Group (SDM), which is concerned with the allocation of meta data and data of general interest for the institute's scientists.

In the given context, special challenges arose both from the goal of obtaining acceptance by a heterogeneous research community covering various scientific disciplines, and from the integration of their valuable knowledge on requirements without affecting the institute's ongoing research. To meet these challenges, an iterative development process was applied, allowing for stepwise enhancement of the software to be implemented as well as for informal inclusion of users. Furthermore, concepts of visualization were integrated to support users in accessing the data.

The resulting access interface - named xDat \- was accepted by PIK's scientists and is used for autonomous data provision. The institute's data resources addressed within this work can now be utilized in an intuitive and flexible manner; in particular, it is possible to access online time series for visualization and downloads by selecting corresponding meta data.

At the time this dissertation was written, the interface allowed for access to about 360 general meta data sets as well as (with some overlapping of the individual data bases) around 376,140 meta data sets on 71,925 German and international stations. Additionally, around 882 million individual time series values (including observed, modelled and secondary statistical data for the areas meteorology, hydrology, water quality and phenology) were available at this time. The volume of data made available by these means is being continually increased by the institute; thus by the beginning of 2005 about 940 million time series values were accessible.