Eine entscheidende Komponente von Datenräumen – die die europäische Green-Deal-Strategie oder darüber hinaus unterstützen – wird die Verwaltung dynamischer Datenreihen aus vielen verschiedenen Quellen sein, beispielsweise von verschiedenen Sensoren. Um eine interoperable Kommunikation zwischen solchen Datenreihen zu ermöglichen und ihre Interpretation und (Wieder-)Verwendung zu erleichtern, hat das Open Geospatial Consortium (OGC) vor langer Zeit den SensorThings API-Standard entwickelt. In diesem Beitrag wird der Standard zusammen mit den geplanten Entwicklungen und ersten Ergebnissen aus zwei Horizon Europe-Projekten zu Green-Deal-Datenräumen vorgestellt, an denen OGC beteiligt ist: „All Data for Green Deal“ (AD4GD) und „Urban Data Space for Green Deal“ (USAGE).
Der europäische Green Deal und digitale Datenstrategien
Ziel des europäischen Grünen Deals ist es, Europa zu einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Wirtschaft und Regierungsführung zu machen und gleichzeitig das Wohlergehen der Bürger zu verbessern. Mehrere Ziele sollen zum Hauptziel beitragen, darunter: Transformation der Wirtschaft und der Gesellschaft, nachhaltige Gestaltung des Verkehrs für alle, Innovation in der Industrie, saubere Energiesysteme, Sanierung von Gebäuden für einen umweltfreundlicheren Lebensstil, Zusammenarbeit mit der Natur zum Schutz des Planeten und Förderung globaler Klimaschutzmaßnahmen. Die Ziele des europäischen Grünen Deals stehen wiederum im Einklang mit den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen.
Daten, insbesondere dynamische Daten von Sensoren, spielen eine wesentliche Rolle bei der Überwachung, Analyse und dem Verständnis des Status und der Entwicklung der oben genannten Sektoren, des Einflusses vorgeschlagener Richtlinien und Entscheidungen sowie bei der Simulation und Messung der Wirksamkeit neu angewandter Maßnahmen, Modelle oder geänderter Bedingungen.
Darüber hinaus werden offene Protokolle und Datenmanagementpraktiken verwendet, die auf die FAIRe Datenprinzipien der Auffindbarkeit, Zugänglichkeit, Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit steigert die Effizienz und unterstützt die Demokratie besser durch Datentransparenz und -zugänglichkeit.
Die Digitalisierung wird als wirkungsvolle Unterstützung für den europäischen Green Deal und die Ziele für nachhaltige Entwicklung angesehen – unter der Voraussetzung, dass eine Strategie verfolgt wird, die eine effiziente und optimierte Nutzung und Verwaltung digitaler Daten und der zugehörigen Werkzeuge gewährleistet. Die europäische Datenstrategie und der Europäische Datenräume Richtlinien sollen diese Digitalisierung regeln, definieren und unterstützen hin zu fairem, bewusstem und effizientem Datenaustausch und -gebrauch.
OGC SensorThings API: ein offenes Modell für Sensordaten
Die OGC SensorThings API wurde von der OGC SensorThings Standard Working Group als offener Standard entwickelt, der die webbasierte Verwaltung, Speicherung, Freigabe und Analyse von Sensorbeobachtungsdaten auf Basis des Internets der Dinge (IoT) ermöglicht.
Die OGC SensorThings API besteht aus einem Datenmodell und einer API, die auf zwei Dokumente verteilt sind: (1) dem Sensing-Teil und (2) dem Tasking-Teil (der sich derzeit in der Planungsphase befindet). Der Sensing-Teil ermöglicht es IoT-Geräten und -Anwendungen, IoT-Daten und Metadaten in einem SensorThings-Dienst zu erstellen, zu lesen, zu aktualisieren und zu löschen.
Das SensorThings Entitäten-Datenmodell basiert auf dem OGC/ISO Beobachtungs- und Messmodell (O&M) [OGC 10-004r3 und ISO 19156:2011]. Das Modell kann wie folgt verstanden werden: Eine „Beobachtung“ wird als ein Datenstrom modelliert, der mit einem „Sensor“ und einem „Ding“ verbunden ist, das ein „Ergebnis“ (auch „ObservedProperty“ genannt) erzeugt, dessen Wert eine Schätzung einer Eigenschaft des „Beobachtungsziels“ (auch „FeatureOfInterest“ genannt) ist.
Beispiel: Beim Messen der Temperatur in einem Raum ist die „Beobachtung“ jede Messung oder jeder Datenwert zu einem bestimmten Zeitpunkt; der „Sensor“ ist das Thermometer; das „Ding“ ist das Gerät, das die Messung vom Thermometer liest und überträgt; und das „Ergebnis“ (ObservedProperty) ist die vom Sensor gemessene Temperatur. Die ObservedProperty ist mit dem „Beobachtungsziel“ (FeatureOfInterest) verknüpft, in diesem Fall dem Teil des Raums, in dem sich der Sensor befindet.
Eine Beobachtungsinstanz wird anhand ihrer Ereigniszeit, FeatureOfInterest, ObservedProperty und des verwendeten Verfahrens (häufig ein Sensor) klassifiziert. Darüber hinaus werden „Dinge“ auch in der SensorThings-API modelliert und ihre Definition folgt der ITU-T-Definition: „ein Objekt der physischen Welt (physische Dinge) oder der Informationswelt (virtuelle Dinge), das identifiziert und in Kommunikationsnetzwerke integriert werden kann”[ITU-T Y.2060]. Die geografischen Standorte der Dinge sind in fast allen Anwendungen nützlich (insbesondere in der Fernerkundung, wo das gemessene Objekt weit vom eigentlichen Gerät entfernt ist) und werden daher ebenfalls berücksichtigt.
SensorThings API für Green Deal Data Spaces: die Projekte USAGE und AD4GD
Zu den jüngsten Beispielen für die Einführung des SensorThings-API-Standards zählen zwei Horizon Europe-Projekte, an denen OGC als Konsortialpartner beteiligt ist und die Lösungen für den Green Deal Data Space bereitstellen sollen: „Urbaner Datenraum für den Green Deal“ (NUTZUNG) und Alle Daten für Green Deal (AD4GD).
Durch die Verwendung von Standards für die Interoperabilität und Integration von Daten/Diensten wird USAGE Lösungen bereitstellen, die Umwelt- und Klimadaten auf Stadtebene auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (FAIR) machen. Dies bedeutet innovative Governance-Mechanismen, konsolidierte Vereinbarungen, KI-basierte Tools und Datenanalysen, um die auf Stadtebene aus Erdbeobachtung, Internet der Dinge, autorisierten Quellen und Crowd-Quellen generierten Daten besser teilen, abrufen und nutzen zu können.
Die Anwendungsfälle von USAGE reichen von Luftverschmutzungsmobilität über Minderungsstrategien für den Klimawandel (wie die Minimierung der Auswirkungen städtischer Hitzeinseln und vermehrter Überschwemmungen) bis hin zu intelligentem Verkehrsmanagement. Zu den USAGE-Pilotprojekten und Anwendungsfällen zählen die Städte Ferrara (Italien), Saragossa (Spanien), Graz (Österreich) und Leuven (Belgien). In Ferrara Citizen-Science-Initiativen Es sind bereits Kooperationen mit weiterführenden Schulen und Freiwilligen geplant, um USAGE-Anwendungsfälle und Biodiversität zu unterstützen.
Ziel von AD4GD ist die gemeinsame Schaffung eines Green Deal Data Space mit Interessenvertretern und Endnutzern. Eines der Hauptziele des Projekts ist die Integration von Citizen Science-Daten zusammen mit Beobachtungen vor Ort, Ergebnissen aus künstlichen Intelligenzmodellen und Fernerkundungsdaten. Um dieses Ziel zu erreichen, wird AD4GD Standards und semantische Technologien nutzen.
Zu den Pilotprojekten und Anwendungsfällen von AD4GD gehören die Wasserqualität der Berliner Seen (Deutschland), die Artenvielfalt im Großraum Barcelona (Spanien) und die Luftqualität mit kostengünstigen Sensoren in Norditalien.
Die Implementierung der SensorThings API ist ein wichtiger Teil beider Projekte. Sensoren liefern wichtige Daten für mehrere Anwendungsfälle, darunter Luftqualität, Wasserqualität, Verkehrsstatus, Verfolgung von Tierarten, Wetter- und Umweltparameter und mehr.
Durch die Verwendung eines offenen und gemeinsam genutzten Protokolls zur Datenübertragung, wie etwa dem SensorThings API Standard, können die für die Projekte benötigten Daten von verschiedenen Sensortypen verschiedener Anbieter stammen und die Sensoren können von der Regierung, der Privatwirtschaft oder einzelnen Bürgern verwaltet werden. Darüber hinaus erleichtert die Fähigkeit der SensorThings API, Beobachtungen mit Definitionen von Variablen und Maßeinheiten zu verknüpfen, die automatische Aggregation und Integration von Daten und erhöht gleichzeitig deren semantische Interoperabilität.
Die beiden Projekte planen, den SensorThings API-Standard weiterzuentwickeln, indem er in den bereitgestellten Lösungen und der empfohlenen Architektur verwendet wird, während mit seiner Integration mit anderen Sensoren und Daten innerhalb der entwickelten Software experimentiert wird. Insbesondere in USAGE: das SensorThings API-Plugin für QGIS wird umgestaltet, um den Zugriff auf SensorThings API-Endpunkte in den Kernteil von QGIS einzubetten und ihn zur Unterstützung der Datenanalyse zu erweitern.
Ebenfalls in AD4GD und USAGE implementiert und getestet ist die SensorThings API PlusUm Daten, die von mehreren Akteuren mit unterschiedlichen Lizenzen produziert werden (wie etwa Citizen Science-Daten), effektiver zu verwalten, erweitert SensorThings API Plus die OGC SensorThings API Teil 1: Sensing Version 1.1 (STA) Standard-Datenmodell und verbessert die Sicherheitsaspekte des Standards. Seine Entwicklung wurde im COS4CLOUD-Projekt und wurde weiterentwickelt in Bürger.
Förderung der SensorThings-API bei Stakeholdern
Darüber hinaus erkennen sowohl AG4GD als auch USAGE an, dass eine grundlegende Herausforderung bei der Einführung wirksamer Lösungen darin besteht, zunächst die Beteiligten und Endnutzer auf deren Existenz aufmerksam zu machen und sie dann in deren Verwendung zu schulen. Daher wurden im Rahmen des USAGE-Projekts einige Workshops von OGC und dem Projektpartner DedaNext organisiert.
Der erste Workshop fand am 1. Februar 2023 in Ferrara (und online) statt. Er begann mit einer Einführung in den SensorThings API-Standard sowie mehreren Beispielen für Open-Source-Implementierungen. Marco Minghini von der Gruppe des Gemeinsamen Forschungszentrums, die am Rahmen und der Umsetzung der INSPIRE-Richtlinie arbeitet, präsentierte die INSPIRE Good Practice Empfehlung von OGC SensorThings APIAußerdem wurde das Projekt API4INSPIRE vorgestellt, das die Auswirkungen der Verwendung von APIs zum Datenaustausch untersuchte, darunter auch die SensorThings-API. Eine Aufzeichnung dieses ersten Teils des Workshops ist auf dem YouTube-Kanal des OGC verfügbar..
Als nächstes folgte eine Podiumsdiskussion, bei der Interessenvertreter nationaler und regionaler italienischer Stellen aktuelle Lösungen für den Austausch dynamischer Daten sowie Herausforderungen bei der Einführung der SensorThings-API zur Verbesserung der Qualität und Fairness des Datenmanagements diskutierten. Das Publikum wurde aufgefordert, mithilfe interaktiver Fragebogentools zwei Fragen zu beantworten: 1) Welche Hindernisse behindern die Einführung der SensorThings-API in Ihrer Organisation am meisten? Und 2) Was könnte die Einführung des Standards besser unterstützen?
Um die Teilnahme eines breiteren Publikums zu ermöglichen, waren die Fragen und die dazugehörigen Antworten sowohl auf Italienisch als auch auf Englisch zulässig. Der Mangel an Wissen über den Standard wurde als Hauptgrund für seine Annahme angesehen, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Aus diesem Grund wurde die Aufzeichnung des ersten informativen Teils des Workshops online veröffentlicht und als Teil der Standort Innovation Academy und darüber hinaus. Darüber hinaus zweites SensorThings API-Webinar fand am 20. April 2023 statt, wurde von der italienischen Agentur für Digitalisierung (AgID) organisiert und in italienischer Sprache abgehalten.
Die zweite Frage wies darauf hin, dass der größte Treiber für die Einführung des SensorThings API-Standards in Form klarer politischer Richtlinien liegen würde. Die folgenden bewerteten Faktoren – digitale Fähigkeiten bzw. Humanressourcen – bestätigen erneut den Bedarf an Schulungen und neuen beruflichen Fähigkeiten. Dieses Problem ist der Anstoß für die Start der Location Innovation Academy, entwickelt in der Europäisches GeoE3-Projekt und von OGC gehostet.
Das Interesse am SensorThings API-Standard wächst weiter und in Zukunft werden weitere Entwicklungen, Anwendungen und Implementierungen erwartet.
OGC-Mitglieder, die über den Fortschritt des SensorThings API-Standards auf dem Laufenden bleiben oder zu seiner Entwicklung beitragen möchten, werden gebeten, Treten Sie der Connected Systems / SensorThings Standards Working Group über das OGC-Portal bei. Nicht-OGC-Mitglieder, die mehr über die Teilnahme an der SWG erfahren möchten, werden gebeten, Kontaktieren Sie das OGC Standards Program.
Das USAGE-Projekt wurde im Rahmen des Rahmenprogramms für Forschung und Innovation „Horizon Europa“ der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101059950 gefördert.
Das AD4GD-Projekt wurde im Rahmen des Rahmenprogramms für Forschung und Innovation „Horizon Europa“ der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101061001 gefördert.
