Standards sind ein Schlüsselelement der FAIR-Prinzipien (Auffindbarkeit, Zugänglichkeit, Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit). Daher unterstützt das Open Geospatial Consortium (OGC) die FAIR-Prinzipien für Geodaten seit seiner Gründung vor 30 Jahren.
Nach der jüngsten Kodifizierung der FAIR-Prinzipien wird ihr Potenzial zur Verbesserung der Datenproduktion, -speicherung, -austausch und -verarbeitung zunehmend anerkannt. Daher werden sie zur Unterstützung und Verbesserung aktueller technologischer Entwicklungen wie künstlicher Intelligenz, Crowdsourcing, Datenräumen, digitalen Zwillingen, Cloud Computing und mehr eingesetzt. Dieser Blogbeitrag bietet daher einen Überblick über ausgewählte OGC-Standards und -Komponenten, die FAIRness bei Geodaten unterstützen.
Innerhalb der gesamten OGC-Standards-Suite können wir grob zwei Arten von Standards unterscheiden: Datenformat- und Übertragungsstandards, die den Datenaustausch zwischen Systemen erleichtern, und semantische Interoperabilitätsstandards, die ein gemeinsames Verständnis der Bedeutung von Daten unterstützen. Beispielsweise definieren OGC-Standards interoperable geometrische Informationsformate, wie 3D Tiles, GML, GeoPackage, GeoTiffden KML, unterstützen Sie FAIRness, indem Sie den Datenzugriff und die Wiederverwendung erleichtern.
Kommunikationsstandards
Beginnen mit OGC Web Map Service (WMS) 1.0 im Jahr 2000 entwickelte sich die Suite der OGC Web Services Standards zur beliebtesten und erfolgreichsten Suite von OGC-Standards. Dienste, die OGC Web Services Standards implementieren, ermöglichen den Zugriff auf verschiedene Arten von Daten über das Web. Die meisten OGC Web Services bieten Anweisungen zum Senden einer Nachricht oder zum Erstellen einer Abfrage-URL, die Zugriff auf die Daten hinter dem Dienst bietet. Die URL enthält eine auszuführende Aktion und Parameter zum Ändern der Aktion und zum Festlegen der Form des Ergebnisses.
Die OGC-Webdienstestandards sind zwar voll funktionsfähig, entsprechen aber nicht vollständig den modernen Webpraktiken. Insbesondere konzentrieren sie sich nicht auf Ressourcen, sondern auf Operationen. Um dies zu beheben, entwickelt das OGC die OGC-Webdienste zu den OGC-APIs weiter – offenen Web-APIs, die Ressourcen definieren und HTTP-Methoden zu deren Abruf verwenden. Jede OGC-API bietet unterschiedliche Funktionen, wie im Folgenden erläutert wird.
Kommunikationsstandards zur Datensuche
Der Catalog Service for the Web (CSW ) ist ein OGC-Webdienst, der die Abfrage von Metadaten ermöglicht und die Suche nach benötigten Daten oder Diensten erlaubt. Die Bereitstellung eines CSW (z. B. einer GeoNetwork- Instanz) entspricht dem FAIR-Teilprinzip „ F4. (Meta-)Daten sind in einer durchsuchbaren Ressource registriert oder indexiert. “ CSW ist kompatibel mit Dublin-Core- und ISO-19115-Metadatendokumenten. Eine interessante Eigenschaft von GeoNetwork ist die Möglichkeit, Metadatenanhänge zu speichern. Dadurch können die eigentlichen Daten als Anhang gespeichert und mit dem Verteilungsabschnitt einer ISO-19115-Datei verknüpft werden. Dies gewährleistet nicht nur die Auffindbarkeit der Metadaten, sondern auch die der Daten selbst. Im Open Earth Monitor (OEMC)-Projekt kann CSW effektiv zur Speicherung von Metadaten über die In-situ-Daten und einige Ergebnisse der Pilotprojekte eingesetzt werden, um diese im Web auffindbar zu machen. Die ursprünglichen Fernerkundungsdaten werden über einen SpatioTemporal Asset Catalog (STAC) bereitgestellt.
Der OGC API – Records Standard ist eine Alternative zu CSW und nutzt die bereits erwähnte ressourcenorientierte Architektur. Er vergibt eine URL für jeden im Katalog gespeicherten Metadaten-/Datensatz und erfüllt damit das FAIR-Teilprinzip „ F1. (Meta-)Daten erhalten eine global eindeutige und persistente Kennung . “ Der OGC API – Records Standard befindet sich noch im Entwurfsstadium, und die Autoren arbeiten daran, bewährte Verfahren von STAC zu nutzen und die Kompatibilität beider Standards zu gewährleisten.
Um Flexibilität zu gewährleisten, ist in den CSW- und OGC-API-Standards für Datensätze ein Metadatensatz nicht obligatorisch, obwohl er in vielen Fällen wünschenswert ist. Dies verbessert die Auffindbarkeit, dient aber auch der Archivierung, falls der Datensatz nicht mehr verfügbar ist. Dadurch wird die Kompatibilität mit dem FAIR-Teilprinzip „ A2. Metadaten sind zugänglich, auch wenn die Daten nicht mehr verfügbar sind “ sichergestellt.
Kommunikationsstandards für den Datenzugriff
Das OGC Web Feature Service (WFS) und der Web Coverage Service (WCS) ermöglichen den Zugriff auf Feature- oder Coverage-Daten unabhängig vom Datenmodell oder -schema der Daten. Die Implementierungen dieser Dienste basieren auf offenen Standards, die kostenlos implementiert werden können. Dies entspricht dem FAIR-Unterprinzip "A1.1 Das Protokoll ist offen, kostenlos und universell implementierbar." Es ist möglich, die gesamte Ressource oder eine Teilmenge davon basierend auf räumlichen oder thematischen Abfragen abzurufen. Diese Dienste basieren jedoch auf einer serviceorientierten Architektur und stellen nicht notwendigerweise eine URI für jede Ressource bereit.
Je neuer OGC API – Features und OGC API – Abdeckungen Standards bieten jedoch ähnliche Funktionen mit einer ressourcenorientierten Architektur. Sie stellen eine URI für jede Ressource bereit, die sie bereitstellen. Dies macht die OGC API-StandardsSowie das SensorThings API, konform mit dem FAIR-Subprinzip "A1. (Meta-)Daten sind über ihre Kennung mittels eines standardisierten Kommunikationsprotokolls abrufbar." OGC Web Services und OGC APIs verwenden beide das HTTP-Protokoll über das Internet und können die aktuellen Standards und Praktiken zur Authentifizierung und Autorisierung nutzen, wie zum Beispiel OpenID Connect.
Die ressourcenorientierte Architektur der OGC-API-Standards bedeutet jedoch, dass sie besser in der Lage sind, bewährte Verfahren für Authentifizierung und Autorisierung zu übernehmen. In diesem Paradigma kann die Autorisierung für georäumliche Ressourcen für jede Ressourcen-URI auf die gleiche Weise wie für jede andere Ressource im Web fein abgestimmt werden. OGC API – Features, OGC API – Coverages und The Sensor Things API entsprechen dem FAIR-Unterprinzip „A1.2 Das Protokoll ermöglicht bei Bedarf ein Authentifizierungs- und Autorisierungsverfahren"
Semantische Interoperabilitätsstandards
Der OGC RAINBOW
Um das „interoperable“ FAIR-Prinzip bei der Anwendung semantischer Interoperabilität besser zu unterstützen, implementiert OGC OGC RAINBOW (früher OGC Definitions Server) als webbasierte Informationsquelle zu Konzepten und Vokabularen, die OGC definiert oder die von Communities bei OGC gehostet werden sollen. Dabei werden FAIR-Prinzipien auf die Schlüsselkonzepte angewendet, die der Interoperabilität in Systemen mit OGC-Spezifikationen zugrunde liegen.
Das OGC Registry for Accessible Identifiers of Names and Basic Ontologies for the Web (RAINBOW) ist ein Linked-Data-Server, der von der OGC veröffentlicht und gepflegt wird. Er dient der Verwaltung und Veröffentlichung von Referenzvokabularen, Standarddefinitionen mit Profilen, Ontologien und Ressourcen. RAINBOW ist als Knotenpunkt in einem interoperablen Ökosystem von Ressourcen verschiedener Communities konzipiert. Er unterstützt ein breites Spektrum an Ressourcen und ermöglicht eine höhere Wertschöpfung aus Daten. RAINBOW ist unter opengis.net/def erreichbar.
OGC RAINBOW ist nach den Prinzipien von Linked Data implementiert , was die Auffindbarkeit verbessert und die FAIR-Teilprinzipien „ F1. (Meta-)Daten erhalten eine global eindeutige und persistente Kennung “ und „ F4. (Meta-)Daten werden in einer durchsuchbaren Ressource registriert oder indexiert “ erfüllt. Der Zugriff erfolgt über das HTTP-Protokoll im Internet, wodurch OGC RAINBOW auch die Anforderungen von „ A1. (Meta-)Daten sind über ihre Kennung mithilfe eines standardisierten Kommunikationsprotokolls abrufbar “ und „ A1.1 Das Protokoll ist offen, frei und universell implementierbar “ erfüllt.
Die im RAINBOW oder in anderen Vokabularen gespeicherten Konzepte können von Daten und Metadaten verwendet werden, um den FAIR-Teilprinzipien „ I1. (Meta-)Daten verwenden eine formale, zugängliche, gemeinsame und breit anwendbare Sprache zur Wissensrepräsentation “ und „ I2. (Meta-)Daten verwenden Vokabulare, die den FAIR-Prinzipien folgen “ zu entsprechen.
Das OGC SensorThings API
Das OGC SensorThings API ist ein offener und kostenloser Standard, der dem FAIR-Unterprinzip entspricht "A1.1 Das Protokoll ist offen, kostenlos und universell umsetzbar.” Es beinhaltet ein Datenmodell, das zwei Eigenschaften enthält, die die Verknüpfung mit URLs für „Maßeinheiten“ und „beobachtete Eigenschaften“ (z. B. Verweise auf Variablendefinitionen) ermöglichen, was es mit dem FAIR-Unterprinzip konform macht “I2. (Meta-)Daten verwenden Vokabulare, die den FAIR-Prinzipien folgen" Andere Dienste und APIs, wie beispielsweise OGC API – Features und OGC API – Abdeckungenwird nicht angegeben, wie dies in der Praxis umgesetzt werden könnte; in dieser Hinsicht ist also noch weitere Arbeit erforderlich.
Die neuen OGC-APIs hingegen verwenden Verknüpfungsmechanismen, um Datensätze, Ressourcen und Ressourcensammlungen für verschiedene Zwecke mit anderen Ressourcen zu verbinden, wodurch sie mit dem FAIR-Unterprinzip „ I3 (Meta)daten enthalten qualifizierte Verweise auf andere (Meta)daten “ konform sind.
Ebenso das Neue OGC SensorThings API plus (STAplus) Standard enthält ein zusätzliches Element namens „Relation“, das es ermöglicht, eine Beobachtung mit anderen internen oder externen Beobachtungen in Beziehung zu setzen. Es fügt außerdem ein Element namens „Lizenz“ hinzu, das mit dem Datenstrom oder der Beobachtungsgruppe verknüpft ist und dem FAIR-Unterprinzip entspricht.R1.1. (Meta-)Daten werden mit einer klaren und zugänglichen Datennutzungslizenz veröffentlicht" Darüber hinaus kann das STA-Datenmodell auf domänenspezifische Bereiche erweitert werden, indem einige der Entitäten, wie z. B. „Ding“ und „Beobachtung“, in Unterklassen unterteilt werden, wodurch das FAIR-Unterprinzip erfüllt wird.R1.3. (Meta-)Daten erfüllen domänenrelevante Gemeinschaftsstandards"
STAplus berücksichtigt viele Aspekte für einen sicheren Betrieb und kann Authentifizierung und Autorisierung durch die Implementierung von Geschäftslogik unterstützen, wodurch es mit dem FAIR-Unterprinzip „ A1.2. Das Protokoll ermöglicht bei Bedarf ein Authentifizierungs- und Autorisierungsverfahren “ konform ist.
Andere standardmäßige thematische Datenmodelle
OGC bietet außerdem Standards zur Definition thematischer Datenmodelle und Wissensrepräsentationen. WaterML ist beispielsweise ein Informationsmodell zur Darstellung von Wasserbeobachtungsdaten. PipelineML definiert darüber hinaus Konzepte für den interoperablen Datenaustausch im Zusammenhang mit Öl- und Gaspipelinesystemen. Der PipelineML Core deckt zwei wichtige Anwendungsfälle der Pipelineindustrie ab: die Vermessung bei Neubauprojekten und die Sanierung von Pipelines.
Ein weiteres Beispiel ist das Land- und Infrastrukturkonzeptmodell (LandInfra) für Infrastruktureinrichtungen im Land- und Tiefbau. Zu den Themenbereichen gehören Einrichtungen, Projekte, Ausrichtung, Straßen, Eisenbahnen, Vermessung, Grundstücksmerkmale, Grundstücksaufteilung und „nasse“ Infrastruktur (Sturmentwässerung, Abwasser- und Wasserverteilungssysteme). CityGML soll Stadtobjekte in 3D-Stadtmodellen darstellen. Die (bevorstehende) Modell zur Definition und Integration unterirdischer Daten (MUDDI) stellt Informationen zu unterirdischen Versorgungsleitungen dar. IndoorGML bietet ein Datenmodell zur Darstellung von Gebäudeinnenmerkmalen. Schließlich GeoSciML ist ein Modell geologischer Merkmale, die üblicherweise in geologischen Karten, Querschnitten, geologischen Berichten und Datenbanken beschrieben und dargestellt werden. Dieser Standard beschreibt ein logisches Modell für den Austausch geologischer Kartendaten, geologischer Zeitskalen, Bohrlöcher und Metadaten für Laboranalysen.
Die Existenz dieser Standards kann jedem Themenbereich helfen, das FAIR-Interoperabilitäts-Teilprinzip „ I1. (Meta-)Daten verwenden eine formale, zugängliche, gemeinsam genutzte und breit anwendbare Sprache zur Wissensrepräsentation “ zu erfüllen. Zusätzlich zu diesen Standards würde die Verknüpfung ihrer Vokabulare mit Informationssystemen oder Datenbanken ihre Nützlichkeit erheblich steigern und das Prinzip der Wiederverwendbarkeit „ R1. (Meta-)Daten werden mit einer Vielzahl genauer und relevanter Attribute umfassend beschrieben “ sowie das Teilprinzip „ R1.3 (Meta-)Daten erfüllen domänenrelevante Community-Standards “ fördern.
FAIR bei allem, was wir tun
Die Mission des OGC , „Standortinformationen auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (FAIR) zu machen“, stellt die FAIR-Prinzipien in den Mittelpunkt all unserer Aktivitäten. Dieser Beitrag hat gezeigt, wie die OGC-Standards die FAIR-Prinzipien explizit berücksichtigen, um zu FAIR-Geodaten beizutragen.
Die hier aufgeführten Standards wurden aufgrund ihrer Beliebtheit und Nützlichkeit ausgewählt, stellen aber nur einen kleinen Teil des Angebots des OGC dar. Die vollständige Sammlung der OGC-Standards finden Sie unter ogc.org/standards.
Für detailliertere Informationen zu den OGC API-Standards, einschließlich Entwicklerressourcen, Neuigkeiten zu bevorstehenden Code-Sprints oder um zu erfahren, wie die Familie der OGC API-Standards zusammenwirkt, um modulare „Bausteine für Standortdienste“ bereitzustellen, die sowohl einfache als auch die komplexesten Anwendungsfälle abdecken, besuchen Sie ogcapi.org.
