Das Unternehmen Urbetho CF GmbH hilft Kommunen dabei, die Fernerkundungsplattform CODE-DE produktiv zu nutzen – einschließlich der dazugehörigen Sicherheitsstategien.
Lässt man Fernerkundungsdaten über Cloud-Infrastrukturen speichern, prozessieren und analysieren, eröffnen sich immense Wertschöpfungspotenziale. Cloud Services lassen sich beliebig skalieren, das Management der Daten vereinfacht sich und im besten Fall, wie etwa dem der Dienste-Infrastruktur CODE-DE, ist der Weg zu den Ausgangsdaten kurz und einfach begehbar. Die einzige Herausforderung: In Sachen Datenschutz müssen Anwender neue Wege gehen. Wer die IT-Sicherheit bisher im eigenen Haus durchgängig gemanagt hat und den Außenzugang streng kontrolliert oder gar beschränkt hat, tut sich in der Regel schwer. Und das gilt ausgerechnet für Behörden, die in Sachen IT-Sicherheit äußerst sensibel sind, gleichzeitig aber zur Hauptzielgruppe von CODE-DE gehören. Doch Dank Firmen wie der Urbetho CF GmbH ändert sich die Situation in Deutschland. Das Team aus Fernerkundungs-, Geo- und Cloud-Experten unterstützt als Unterauftragnehmer von CODE-DE die Nutzer bei einer möglichst effizienten Verwendung der CODE-DE Cloud für ihre Datenverarbeitung. Auch außerhalb ihrer Arbeit für CODE-DE bietet die in der Nähe von München ansässige Firma Behörden ihre Unterstützung an.
Mit Datenwürfel-Abfragen können jederzeit und ohne Programmierung mehrdimensioale Analysen durchgeführt werden.
Foto: DLR
Für Behörden kostenfrei
Die Plattform CODE-DE existiert seit 2017. Initiiert wurde sie vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr vor dem Hintergrund der Nationalen Geodatenstrategie, deren Sinn es ist, dass Geodaten wertschöpfend für nationale und lokale Interessen genutzt werden. Die Nutzung von CODE-DE ist für deutsche Behörden in einem definierten Kontingent kostenlos. Sie bietet eine einfache und performante Prozessumgebung mit moderner Architektur. Seit dem 1. April 2020 läuft CODE-DE in der Phase 2. „Aktuell zählt CODE-DE mehr als 3.500 registrierte Nutzer. 50 Cloud-Projekte werden bearbeitet und über 90 Prozent der Nutzung liegt bei Behörden“, berichtet Dr. Ursula Benz.
Der Datenschutz kann jedoch für Behörden auch eine immense Hürde sein, das zeigen die Erfahrungen in der Praxis. Oft wird die Infrastruktur sogar von heimischen Rechnern aus genutzt, um die behördlichen IT-Strukturen zu umgehen und erste Erfahrungen mit den Diensten zu sammeln. „Wenn auf die Nutzung einer modernen Cloud-Infrastruktur umgestellt wird, müssen vor allem die IT-Abteilungen der Behörden mitspielen und die bestehenden IT-Sicherheitssysteme neu definiert werden“, weiß Ursula Benz und beschreibt damit ein wesentliches Aufgabengebiet der Urbetho GmbH: Unterstützung beim Redesign der Sicherheit.
Der CODE-DE Finder gewährt den Zugriff auf das gesamte Archiv der Copernicus-Daten mit über 18 PetaByte Inhalt.
Quelle: DLR
Anwender JKI
Ein Nutzer der ersten Stunde von CODE-DE im Jahr 2020 ist das Julius-Kühn-Institut (JKI), das Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen zugehörig dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Die Herausforderung für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum für landwirtschaftliche Fernerkundung (FLF) des JKI bestand zunächst darin, die virtuellen Maschinen (VM) von CODE-DE und die Nutzung von Cloud-Ressourcen in die bestehende behördeneigene Infrastruktur zu integrieren – ohne jedoch Kompromisse in Sachen Sicherheit eingehen zu müssen. Seit 2021 wurden verschiedene Lösungen am JKI getestet. Eine dieser Lösungen stellte eine sichere HTTPS-Verbindung über Internet dar, die Zugriff auf VMs mit gehosteten JupyterHubs bzw. RStudioServer ermöglichte.
Zum Ende des Jahres 2021 wurde schließlich eine Lösung auf Basis einer VPN-Verbindung gefunden, womit CODE-DE auch im Intranet der Behörde in vollem Umfang genutzt werden kann. „Damit haben wir eine Architektur mit uneingeschränktem Zugang zu CODE-DE geschaffen“, sagt Dr. Florian Beyer, Fernerkundungsspezialist am JKI. „CODE-DE ist ein wichtiges Tool für alle fernerkundlichen Fragestellungen geworden“, so Beyer, allerdings schätzt er die Bewältigung der IT-Sicherheitsfragen auch als eine der Kernherausforderung ein. Es habe immer wieder Diskussionen mit der IT-Abteilung gegeben, weil beispielsweise die Firewall verschiedene Zugangswege zu den VMs verhindert haben.
„Inzwischen sind sehr viele Anwendungen auf CODE-DE umgesiedelt, das Angebot der Daten und die Möglichkeiten diese zu prozessieren sind immens“, so Beyer.
Dazu zählen eine deutschlandweite in-season Fruchtartenklassifikation, Ernteertragsabschätzungen skaliert bis auf Bundes(land)ebene oder raumzeitliche Prognosen von Extremwettersituationen.
Thünen Institut
Ein ähnlicher behördlicher Anwender ist das Johann Heinrich von Thünen-Institut, das Forschung und Politikberatung zu ländlichen Räumen, Landwirtschaft, Wald und Fischerei betreibt und ebenfalls zum BMEL gehört. Hier arbeiten inzwischen bis zu 30 Forschende an fernerkundlichen Themen. Bereits im Juli 2020 hatte das Institut seine erste Virtual Machine (VM) erstellt, über die Daten auf CODE-DE prozessiert werden, und musste zunächst viele Hürden bezüglich der Datensicherheit überwinden.
Inzwischen hat das Thünen-Institut innerhalb von CODE-DE eigene Anwendungen entwickelt, beispielsweise Erweiterungen rund um den EO-Finder. Fortschritte wurden auch im Bereich Radardaten erzielt, die nun im Rahmen von Datenwürfeln eingesetzt werden. Hier arbeitet das Institut mit der Anwendung Force, die „allerdings mit Abfragen für Radardaten nicht optimal ausgelegt ist“, so Felix Lobert, Mitglied der Arbeitsgruppe Fernerkundung. Daraufhin entwickelte das Team ein Force-SAR-Modul, mit dem zum Beispiel auch die SAR-Daten der Sentinel1-Mission abgefragt werden können.
Über Urbetho CF GmbH
Die Urbetho CF ist ein deutsches, inhabergeführtes Unternehmen. Mit langjähriger Erfahrung in Forschung und Industrie stellt das Urbetho Team zusammen mit internationalen Partnern skalierbare Geoservices zur Verfügung und unterstützt die Kunden bei der cloud-basierten Verarbeitung von Geo- und Erdbeobachtungsdaten. Das Leistungsangebot von Urbetho richtet sich dabei an alle Akteure eines EO-Cloud-Ökosystems: Betreiber von EO-Clouds, Anbieter von Daten und Anwendungen in EO-Clouds und Nutzer dieser Dienste, Daten und Anwendungen.
Ein Beispiel für einen Anwendungsfall ist die Untersuchung darüber, wann welche Grünflächen gemäht werden (Mahd-Ereignisse). Zu diesem Spezialgebiet gibt es viele internationale Untersuchungen, die jedoch alle auf unterschiedlichen Datensätzen und Eingangsdaten beruhen, so dass weder ein Vergleich noch eine Zusammenfassung möglich ist. Mit MODCiX hat das Thünen Institut eine einheitliche Datengrundlage zusammengestellt. Also ein Standard, der nun allen internationalen Arbeitsgruppen in der EU bereitgestellt wird, die an diesem Thema arbeiten.
Die Daten werden dafür auf CODE-DE analysefertig aufgearbeitet. Die Forschung kann so nicht nur schneller und effizienter betrieben werden, sondern auch die notwendige Standardisierung in den Methoden erfahren – was ohne eine Cloud-Infrastruktur überhaupt nicht möglich wäre.
Auch die Fruchtklassifikation profitiert von der kombinierten Analyse. Das Thünen Institut kann sie nun jährlich flächendeckend für Deutschland, bereitstellen, und zwar nahezu in Echtzeit für die aktuelle Wachstumsperiode, nicht wie früher erst rückblickend für das vergangene Jahr. Auch hier greifen die Datenprozessierungen auf von CODE-DE vorgefertigte Datenprodukte zurück, in diesem Fall eines, bei dem die monatlichen Durchschnittswerte innerhalb eines Rasters von 10 Metern deutschlandweit gekachelt vorliegen. „Solche nutzerfreundlichen Dienste sind typisch für CODE-DE und schaffen großen Anwendungsnutzen für fernerkundliche Fragestellungen“, so Lobert. Als Ergebnis liefern die Experten einen Datensatz, der nicht nur genaue Feldgrenzen detektiert, sondern auch eine belastbare Fruchtklassifizierung anhand von 20 Arten liefert: Eine Massendatenauswertung, die zuvor nur unter großem Einsatz von Rechen- und Speicherkapazität und Know-how realisiert werden konnte.
Ein weiteres Beispiel ist die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts der Böden. Hierzu liefert das Institut Daten, in welchen Zeiträumen welche Ackerböden offen sind. Zusammen mit In-Situ-Daten können die Spezialanalysen dann per Deep-
Learning-Verfahren herausfinden, wie sich die Qualität der Ackerböden langfristig verändert.
„CODE-DE bietet den Vorteil, dass wir als Nutzer individuelle Nachprogrammierungen durchführen können, ein immens großer Datenschatz zentral verfügbar ist und wir eine elastische und flexibele IT-Infrastruktur mit der neuesten Prozessierungstechnik zur Verfügung haben“, fasst Lobert zusammen.
Die Beispiele zeigen das Nutzungspotenzial der heutigen Fernerkundung, die man mit Plattformen wie CODE-DE nutzen kann. „Diese werden bei weitem noch nicht ausgeschöpft, vor allem geht es dabei darum, tradierte Muster bei der IT-Infrastruktur hinter sich zu lassen“, so Ursula Benz. Laufen die Anwendungen erst einmal, greift die Überzeugung schnell um sich.