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
Der Europäische Grüne Deal zielt darauf ab, Europa in Richtung einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Wirtschaft und Verwaltung zu transformieren und gleichzeitig das Wohlergehen der Bürgerinnen und Bürger zu verbessern. Mehrere Ziele tragen zu diesem Hauptziel bei , darunter: die Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft; die Schaffung eines nachhaltigen Verkehrs für alle; die Innovation der Industrie; saubere Energiesysteme; die Sanierung von Gebäuden für einen umweltfreundlicheren Lebensstil; der respektvolle Umgang mit der Natur zum Schutz des Planeten; und die Intensivierung 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 steigert die Verwendung offener Protokolle und Datenmanagementpraktiken, die mit den FAIR-Datenprinzipien Auffindbarkeit, Zugänglichkeit, Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit übereinstimmen, die Effizienz und unterstützt die Demokratie besser durch Datentransparenz und -zugänglichkeit.
Die Digitalisierung gilt als wichtige Unterstützung für den Europäischen Green Deal und die Ziele für nachhaltige Entwicklung – vorausgesetzt, es wird eine Strategie verfolgt, die eine effiziente und optimierte Nutzung und Verwaltung digitaler Daten und zugehöriger Werkzeuge gewährleistet. Die Europäische Datenstrategie und die Richtlinien für europäische Datenräume sollen diese Digitalisierung im Sinne eines fairen, transparenten und effizienten Datenaustauschs und der Datennutzung regeln, definieren und fördern.
OGC SensorThings API: ein offenes Modell für Sensordaten
Das 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.
Das 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 Datenmodell der SensorThings-Entitäten basiert auf dem OGC/ISO-Modell für Beobachtung und Messung (O&M) [OGC 10-004r3 und ISO 19156:2011]. Das Modell lässt sich wie folgt verstehen: Eine „Beobachtung“ wird als Datenstrom modelliert, der mit einem „Sensor“ und einem „Gerät“ verbunden ist und ein „Ergebnis“ (auch „BeobachteteEigenschaft“ genannt) erzeugt, dessen Wert eine Schätzung einer Eigenschaft des „Beobachtungsziels“ (auch „Interessemerkmal“ genannt) darstellt.
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 ihres Ereigniszeitpunkts, des relevanten Merkmals (FeatureOfInterest), der beobachteten Eigenschaft (ObservedProperty) und des verwendeten Verfahrens (häufig ein Sensor) klassifiziert. Darüber hinaus werden „Dinge“ in der SensorThings-API modelliert. Ihre Definition entspricht der ITU-T-Definition: „ Ein Objekt der physischen Welt (physische Dinge) oder der Informationswelt (virtuelle Dinge), das identifiziert und in Kommunikationsnetze integriert werden kann “ [ ITU-T Y.2060 ]. Die geografischen Standorte von Dingen sind in nahezu jeder Anwendung nützlich (insbesondere in der Fernerkundung, wo sich das Messobjekt weit entfernt vom eigentlichen Gerät befindet) und werden daher ebenfalls berücksichtigt.
SensorThings API für Green Deal Data Spaces: die Projekte USAGE und AD4GD
Jüngste Beispiele für die Anwendung des SensorThings API-Standards sind zwei Horizon Europe-Projekte, an denen OGC als Konsortialpartner beteiligt ist und die Lösungen für den Green Deal Data Space bereitstellen sollen: „Urban Data Space for Green Deal“ (USAGE) und „All Data for 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 der Mobilität im Zusammenhang mit Luftverschmutzung über Strategien zur Minderung des Klimawandels (wie die Minimierung der Auswirkungen städtischer Wärmeinseln und zunehmender Überschwemmungen) bis hin zu intelligentem Verkehrsmanagement. Zu den Pilotprojekten und Anwendungsfällen von USAGE gehören die Städte Ferrara (Italien), Saragossa (Spanien), Graz (Österreich) und Leuven (Belgien). In Ferrara sind bereits Bürgerwissenschaftsprojekte mit Gymnasien und Freiwilligen geplant, um die Anwendungsfälle von USAGE und die 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 sie ihn in den bereitgestellten Lösungen und der empfohlenen Architektur einsetzen und gleichzeitig seine Integration mit anderen Sensoren und Daten innerhalb der entwickelten Software erproben. Im Projekt USAGE wird insbesondere das SensorThings-API-Plugin für QGIS überarbeitet, um den Zugriff auf die SensorThings-API-Endpunkte in den Kern von QGIS zu integrieren und es um die Unterstützung von Datenanalysen 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 einem breiteren Publikum die Teilnahme zu ermöglichen, konnten die Fragen und Antworten sowohl auf Italienisch als auch auf Englisch gestellt werden. Wie Abbildung 1 zeigt, wurde der Mangel an Kenntnissen über den Standard als Hauptgrund für dessen schleppende Einführung identifiziert. Aus diesem Grund wurde die Aufzeichnung des ersten informativen Teils des Workshops online veröffentlicht und im Rahmen der Location Innovation Academy sowie darüber hinaus beworben. Zusätzlich fand am 20. April 2023 ein zweites Webinar zur SensorThings-API statt, das von der italienischen Agentur für Digitalisierung (AgID) organisiert und auf Italienisch abgehalten wurde.
Die zweite Frage verdeutlichte, dass klare politische Vorgaben den größten Einfluss auf die Akzeptanz des SensorThings-API-Standards hätten. Die daraufhin ermittelten Faktoren – digitale Kompetenzen und Humanressourcen – bestätigen erneut den Bedarf an Schulungen und neuen beruflichen Qualifikationen. Dieses Problem war der Anstoß für die Gründung der Location Innovation Academy , die im Rahmen des europäischen GeoE3-Projekts entwickelt und von OGC betrieben wird.
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 informiert bleiben oder zu dessen Entwicklung beitragen möchten, werden gebeten, der Arbeitsgruppe „Connected Systems / SensorThings Standards“ über das OGC-Portal beizutreten . Nicht-OGC-Mitglieder, die mehr über die Mitarbeit in der Arbeitsgruppe erfahren möchten, wenden sich bitte an das OGC-Standardisierungsprogramm.
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.
