24. Juli 2021
Projekt terrabyte

Da­ten­schatz für Um­welt­wis­sen­schaf­ten und For­schen­de

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Raumfahrt
SAR4 Tectonics
SAR4 Tec­to­nics
Bild 1/4, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

SAR4 Tectonics

Das Bild zeigt die Be­we­gung durch Plat­ten­tek­to­nik ent­lang der Norda­na­to­li­schen Ver­wer­fung in der Tür­kei. Die grü­ne Zo­ne ist da­bei die kri­ti­sche Zo­ne ent­lang der Ver­wer­fung, wo durch die ge­gen­läu­fi­gen Plat­ten­be­we­gun­gen die größ­ten Span­nun­gen ent­ste­hen. Die­se füh­ren re­gel­mä­ßig zu star­ken Erd­be­ben. Die Be­we­gungs­kar­te wur­de aus 130 Sen­ti­nel-1 Radar­bil­dern ge­rech­net.
Prozentuale Flächenversiegelung in Dar Es Salaam, Tansania
Pro­zen­tua­le Flä­chen­ver­sie­ge­lung in Dar Es Sa­laam, Tan­sa­nia
Bild 2/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Prozentuale Flächenversiegelung in Dar Es Salaam, Tansania

WSF2019-Da­ten zur Flä­chen­ver­sie­ge­lung in Dar Es Sa­laam, Tan­sa­nia. Die pro­zen­tua­le un­durch­läs­si­ge Ober­flä­che (PIS) ist im All­ge­mei­nen ein gu­ter Nä­he­rungs­wert für die Be­bau­ungs­dich­te und ist von ent­schei­den­der Be­deu­tung für ei­ne bes­se­re Ver­tei­lung der Be­völ­ke­rung in Stadt­mo­del­len, die Be­wer­tung des Ri­si­kos von Über­schwem­mun­gen in Städ­ten oder die Cha­rak­te­ri­sie­rung des Phä­no­mens der städ­ti­schen Wär­me­in­sel.
Bevölkerungsdichte (Einwohner pro Pixel; 10x10m) in Dar Es Salaam, Tansania
Be­völ­ke­rungs­dich­te (Ein­woh­ner pro Pi­xel; 10x10m) in Dar Es Sa­laam, Tan­sa­nia
Bild 3/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Bevölkerungsdichte (Einwohner pro Pixel; 10x10m) in Dar Es Salaam, Tansania

Die Schät­zung der Be­völ­ke­rungs­dich­te ist von grund­le­gen­der Be­deu­tung für die Um­set­zung ef­fi­zi­en­ter staat­li­cher Maß­nah­men und da­mit für die Zu­wei­sung fi­nan­zi­el­ler Mit­tel, die Pla­nung von Hilfs­maß­nah­men und die Quan­ti­fi­zie­rung von ge­fähr­de­ten Per­so­nen. Die Nut­zung der WSF 2019-Dich­te dient als An­halts­punkt für die Ver­tei­lung der Men­schen in ei­ner Ziel­stu­di­en­re­gi­on an­ge­sichts ih­rer Ge­samt­men­ge (z. B. aus Volks­zäh­lungs­da­ten, UN/Welt­bank-Schät­zun­gen).
Siedlungsausdehnung in Dar Es Salaam, Tansania (WSF2019)
Sied­lungs­aus­deh­nung in Dar Es Sa­laam, Tan­sa­nia (WSF2019)
Bild 4/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Siedlungsausdehnung in Dar Es Salaam, Tansania (WSF2019)

Mas­ke mit ei­ner Auf­lö­sung von 10 m, die die glo­ba­le Sied­lungs­aus­deh­nung im Jahr 2019 dar­stellt, ab­ge­lei­tet aus der Kom­bi­na­ti­on von Sen­ti­nel-1-Radar­bil­dern und op­ti­schen Sen­ti­nel-2-Bil­dern (ver­füg­bar seit 2015 mit ei­ner Auf­lö­sung von 10 m und ei­ner Wie­der­ho­lungs­zeit von 5 Ta­genn ab März 2018).
  • "terrabyte" ist die innovative Hochleistungsdaten-Plattform von DLR und LRZ, sie macht Erdbeobachtungsdaten für die Forschung zugänglich und bietet bald praktische Werkzeuge zu deren Auswertung.
  • Ein Team des DLR erstellt unter anderem den „World Settlement Footprint“ (WSF); ein Vergleichs- und Kontrollinstrument zur Urbanisierung.
  • terrabyte verbindet über eine 10 Gigabit/s-Leitung das Satellitendaten-Archiv des DLR in Oberpfaffenhofen mit intelligent verwaltetem Online-Speicherplatz von rund 50 Petabyte sowie den Supercomputern des LRZ in Garching.
  • terrabyte bietet eine Alternative zu kommerziellen Daten-Clouds und erfüllt alle Sicherheits- und Datenschutz-Forderungen.
  • Die Daten von terrabyte sollen breit genutzt werden, neben dem DLR werden bald auch die Universitäten in München und Bayern darauf zugreifen.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Digitalisierung

Extremwetterereignisse, Dürren und schmelzende Gletscher, die Erosion der Küsten, die Veränderung in der Atmosphäre, sogar die Entwicklung von Städten: Zurzeit senden acht Erdbeobachtungssatelliten, darunter die Copernicus Sentinel-, die US-amerikanischen Landsat- sowie die Radar-Satelliten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), pro Tag rund 19 Terabyte an Daten über den aktuellen Zustand der Erde. Das entspricht in etwa 4.750 Spielfilmen oder 123,5 Millionen Dokumentseiten. Forschende können aus diesem gigantischen Datenschatz unterschiedlichste Messwerte und Informationen ziehen. Sie finden darin Fakten zu Umwelt- und Klimafragen sowie Ideen, diese zu lösen.

Erdbeobachtungsdaten schnell analysieren

Zusammen mit dem Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften baut das DLR gerade eine innovative Hochleistungs-Datenplattform namens „terrabyte“ für die Auswertung globaler Satellitendaten auf. Der erste Meilenstein wurde nun erreicht: terrabyte verbindet inzwischen über eine 10 Gigabit-Leitung das Satellitendaten-Archiv des DLR in Oberpfaffenhofen mit dem neu aufgebauten, intelligent verwalteten Online-Speicherplatz von rund 50 Petabyte sowie den Supercomputern des akademischen Rechenzentrums in Garching. Zur Erforschung historischer und aktueller Erdbeobachtungs-Informationen können damit größte Datensätze aus dem DLR-Archiv schnell zu terrabyte übertragen und dort mit den High-Performance-Computing- oder HPC-Ressourcen berechnet und modelliert werden.

„Durch das terrabyte-Konzept werten unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler riesige Datenmengen hoch effizient aus“, sagt Prof. Dr. Stefan Dech, Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) am DLR. „Die Daten, die Satelliten etwa zur Urbanisierung oder zum Schmelzen der Gletscher und Polkappen liefern, können in Zukunft sofort verarbeitet werden. Das ist ein Meilenstein für die Umweltforschung und die Fernerkundung der Erde. Wir rechnen mit einem enormen Wissenssprung.“ Davon sollen auch Umweltschutz, Gesellschaft und Wirtschaft profitieren. Für das DLR bietet terrabyte zudem die Alternative zu den Daten-Clouds kommerzieller Anbieter, mit der alle Sicherheits- und Datenschutz-Anforderungen erfüllt werden.

Umwelt noch besser verstehen

2020 investierte das DLR bereits acht Millionen Euro in den Aufbau von terrabyte, das LRZ wiederum wird die Hochleistungs-Datenplattform betreuen und warten. Mit weiteren Geldern des DLR wird die Plattform jetzt nochmals um Rechenkapazitäten erweitert, die Datenverarbeitung und Analysen insbesondere mit Methoden der künstlichen Intelligenz ermöglichen. Die Daten von terrabyte sollen in Zukunft breit genutzt werden, neben dem DLR sollen künftig auch die Münchner und bayerischen Universitäten darauf zugreifen können.

Prof. Dr. Xiaoxang Zhu, Ingenieurin und Abteilungsleiterin am Earth Observation Center (EOC) des DLR und Lehrstuhlinhaberin an der Technischen Universität München, arbeitet schon seit Jahren mit Satellitendaten und hat unterschiedlichste Algorithmen entwickelt, um Mega-Städte dreidimensional und mit höchster Genauigkeit darstellen zu können – mit ihren Modelle lassen sich heute die Raum- und Stadtplanung oder der Katastrophenschutz optimieren. Leicht zugängliche Erdbeobachtungsdaten bringen auch die Umwelt- und Klimaforschung weiter, vereinfachen den Aufbau von Mobilfunk- und IT-Netzen oder belegen die Berechnung von Subventionen. Ein weiteres Team am EOC um Dr. Thomas Esch erstellt daraus außerdem den „World Settlement Footprint“ (WSF), quasi ein Vergleichs- und Kontrollinstrument zur Urbanisierung: Dafür werden Informationen zur Ausdehnung, Struktur und Entwicklung von Siedlungsflächen sowie zur Bevölkerungsdichte und -verteilung automatisiert ausgewertet. Wissenschaft, Politik und Wirtschaft bekommen durch den WSF wertvolle Hinweise, um etwa auf die Verelendung von Stadtteilen, auf Wetterveränderungen oder den Verlust von Biodiversität reagieren zu können.

Aktuell werden Erdbeobachtungsdaten auf den Plattenspeicher aufgespielt und der Datenzugriff vorbereitet. Plangemäß werden die Daten Ende des Jahres 2021 den ersten regulären Nutzern zugänglich gemacht.

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    Telefon: +49 2203 601-3983
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