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The TRIDEC Project

Collaborative, Complex, and Critical Decision
        Processes in Evolving Crises




      Free and Open Source GIS
     für die Tsunamifrühwarnung

                 Peter Löwe
              ploewe@gfz-potsdam.de
Das TRIDEC Projekt
Das Projekt TRIDEC (Collaborative, Complex, and Critical Decision
processes in Evolving Crises) des EU FP 7 Förderprogramms entwickelt
Echtzeit-Informationsmanagement für Earth Management.

Das TRIDEC Konsortium besteht aus 10 europäischen Partnern aus
Industrie und Forschung.

Das Zentrum für Geoinformationstechnologie (CeGIT) des Deutschen
GeoForschungszentrums    Potsdam     (GFZ)     übernimmt     das
Projektmanagement, Systementwicklung und Datenvisualisierung
(u.a.) in TRIDEC.

Das Krisenmanagement bei Naturkatastrophen zum Zweck der
Tsunamifrühwarnung im Bereich des nordöstlichen Atlantik und des
Mittelmeeres ist ein Anwendungsfeld künftiger TRIDEC Systeme.
Vorgängerprojekte von TRIDEC
TRIDEC basiert aus zwei Vorgängerprojekten im
Bereich der Tsunamifrühwarnung:

German Indonesian Tsunami Early Warning
System (GITEWS)
Fokus: Sensordatenintegration („Upstream“)
Laufzeit: 2006 – 2011
Finanzierung: BMBF



Distant Early Warning System (DEWS)
Fokus: Informationslogistik („Downstream“)
Laufzeit: 2007-2010)
Finanzierung: EU (FP6)
Technische TRIDEC Kernkomponenten
    Eine Kommunikationsinfrastruktur interoperabler
    standardbasierter Dienste zum intelligenten Management von
    dynamisch wachsenden Informationsmengen und - dimensionen.

    Eine robuste und skalierende Diensteinfrastruktur, zur Nutzung und
    Integration vorhandener und wachsender Ressourcen wie Sensor-
    Systemen, Geodateninfrastrukturen, numerischer Simulation, etc.

    Ein wissensbasiertes Dienste-Framework für Kontextinformation
    und intelligentes Informations-Management bei flexibler
    Orchestrierung der Systemressourcen.

    Ein adapitves Framework für kollaborative Entscheidungsfindung mit
    Unterstützung von Geschäftsprozessen und Arbeitsabläufen.
TRIDEC FOSS GIS Anwendung I:
Command and Control Interface (CCUI)
TRIDEC entwickelt für
Tsunamiwarnzentren (Leitstände)
ein GIS-basiertes Userinterface
(CCUI).

Das TRIDEC CCUI basiert auf dem
Java-basierten FOSS GIS uDig
(udig.refractions.net) und stellt
mehrere Anwenderperspektiven
bereit.

Die CCUI-Quellen sind über das
FOSSLAB portal des GFZ
verfügbar:
http://www.fosslab.org/projects
TRIDEC FOSS GIS Anwendung 2:
Tsunami Simulationsdaten

Eine Kernkomponente von Tsunami
Frühwarnsystemen ist die Modelierung und
Auswertung simulierter Tsunami-Wellen in Raum
und Zeit.

Das FOSS Geographic Ressources and Analysis
Support (GRASS) GIS (v6.4 und v7-devel) wird am
CEGIT zur Analyse und Kartierung der Tsunami-
Parametern (Wellenhöhe / Ankunftszeit /
Mareogramme) in 2D und 3D (x,y + z) eingesetzt.

GRASS: Größtes und ältestes (28 Jahre) FOSS
GIS Projekt, ca. 350 Module (C und Python),
embedded in uDig und Quantum GIS, für den
Desktop und Cluster-Einsatz geeignet.
Beispiel: Tsunami-Kartierung

Kartenerstellung für simulierte Tsunamiwellen (“Virtual Tsunami Atlas”).
Herausforderung:
Weltausstellung EXPO 2012




 TRIDEC wurde zur Erstellung von Animationsfilmen als
 Exponat für den deutschen Pavillion auf der
 Weltausstellung EXPO 2012 angefragt.

 Die Aufgabe konnte durch Einsatz von GRASS GIS auf
 dem High Performance Computing Cluster erfolgreich
 gelöst werden.
High Performance GIS Computing
         am GFZ Potsdam




HPC Cluster:     234 Knoten / 480 CPU / 3084 Kerne

               5 Tbyte RAM

               19 Verarbeitungsschlangen

               Suse Linux Enterprise 2011

GRASS GIS 6.4.2 für alle User (v7.0-devel in Vorbereitung)
Mehrwert von Cluster GIS Werkbänken

Nutzen für den geowissenschaftlichen Einsatz:

Delegation von Aufgaben (Parallelisierung)


Zeitintensive/Langwierige Prozesse: „Viele Daten“


Ressourcenintensive Prozesse: „Große Daten“


Stabile und gesicherte Prozessumgebung




                                                    Image Source: Disney
Beispiel: Zeitintensive Verarbeitung
 Eingangsdaten: Geometrisch komplexe Tsunami-Simulationsdaten

 Signifikante Mengen Rechenzeit werden pro Knoten benötigt

 Extremfall: 20 CPU-Tage zur Prozessierung eines Datensatzes mit
   inkonsistenten Geometrien.




Tsunami-Simulation
   Für die Agäis
                        „Problemzone“
Beispiel: hochauflösende
Globuskarten

Die Karteninhalte (Tsunami-Wellenhöhen)
werden mit GRASS GIS aus
Modellergebnissen erstellt.

Die Erzeugung hochauflösender Globuskarten
erfolgt mit Rendering-Werkzeugen wie
POVRay und Blender.

Beispiel: Simulierte Wellenhöhen des 2011
Tohoku-Tsunami (Daten: A.Babeyko, GFZ)
Beispiel: Animation von Globuskarten

Beispiel: Wellenhöhenmaxima des
Tohoku 2011 Tsunami aus vier
separaten Kamerapositionen

Bis zu gerenderte 750 Einzelbilder pro
Globuskarten-Animation.

4 * 750 = 3000 Rendering-Jobs


Mehrere Iterationen zur Optimierung der
Darstellung nötig.

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 Lineare Verarbeitung: ~ 1 Woche
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Animation von Globuskarten
Creating an animation using a large number of high-resolution globe-maps
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Nächste Schritte: GIS Management

    IT Service Management gemäß der IT
    Infrastructure Library (ITIL) für den nachhaltigen
    Betrieb
    
        Software as a Service: Mehrwert für den
        wissenschaftlichen Anwender schaffen – und langfristig
        bereitstellen.
    
        Strategie zur Erweiterung von Service
        Katalog/Portfolio um weitere GIS-Software.
    
        Service Transition: Sicherstellung der Verfügbarkeit
        auch bei Erweiterungsmaßnahmen.
    
        Betrieb: „GFZ Rechenzentrum Service Desk“ als
        Ansprechpartner
    
        Kontinuierliche Stärkung & Verbesserung: Stabilität und
        Nutzerfreundlichkeit stärken
Rolle und Nutzen von FOSS GIS in
        TRIDEC zur Frühwarnung vor
              Naturkatastrophen.

    Kombinierter Einsatz verschiedener Werkzeuge (uDig und
    GRASS GIS)

    Vertrauen durch Zugriff auf den Quellcode

    Schnelle Erweiterbarkeit durch Zugriff auf den Quellcode
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    Weltweite Weitergabe and Dritte möglich
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    Nachnutzung in Folgeprojekten bzw. der Industrie als
    Mehrwert für die Gesellschaft.
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !

       Kontakt: ploewe@gfz-potsdam.de

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INTERGEO 2012: Presentation of the FOSS GIS aspects of the TRIDEC Project (german)

  • 1. The TRIDEC Project Collaborative, Complex, and Critical Decision Processes in Evolving Crises Free and Open Source GIS für die Tsunamifrühwarnung Peter Löwe ploewe@gfz-potsdam.de
  • 2. Das TRIDEC Projekt Das Projekt TRIDEC (Collaborative, Complex, and Critical Decision processes in Evolving Crises) des EU FP 7 Förderprogramms entwickelt Echtzeit-Informationsmanagement für Earth Management. Das TRIDEC Konsortium besteht aus 10 europäischen Partnern aus Industrie und Forschung. Das Zentrum für Geoinformationstechnologie (CeGIT) des Deutschen GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ) übernimmt das Projektmanagement, Systementwicklung und Datenvisualisierung (u.a.) in TRIDEC. Das Krisenmanagement bei Naturkatastrophen zum Zweck der Tsunamifrühwarnung im Bereich des nordöstlichen Atlantik und des Mittelmeeres ist ein Anwendungsfeld künftiger TRIDEC Systeme.
  • 3. Vorgängerprojekte von TRIDEC TRIDEC basiert aus zwei Vorgängerprojekten im Bereich der Tsunamifrühwarnung: German Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS) Fokus: Sensordatenintegration („Upstream“) Laufzeit: 2006 – 2011 Finanzierung: BMBF Distant Early Warning System (DEWS) Fokus: Informationslogistik („Downstream“) Laufzeit: 2007-2010) Finanzierung: EU (FP6)
  • 4. Technische TRIDEC Kernkomponenten Eine Kommunikationsinfrastruktur interoperabler standardbasierter Dienste zum intelligenten Management von dynamisch wachsenden Informationsmengen und - dimensionen. Eine robuste und skalierende Diensteinfrastruktur, zur Nutzung und Integration vorhandener und wachsender Ressourcen wie Sensor- Systemen, Geodateninfrastrukturen, numerischer Simulation, etc. Ein wissensbasiertes Dienste-Framework für Kontextinformation und intelligentes Informations-Management bei flexibler Orchestrierung der Systemressourcen. Ein adapitves Framework für kollaborative Entscheidungsfindung mit Unterstützung von Geschäftsprozessen und Arbeitsabläufen.
  • 5. TRIDEC FOSS GIS Anwendung I: Command and Control Interface (CCUI) TRIDEC entwickelt für Tsunamiwarnzentren (Leitstände) ein GIS-basiertes Userinterface (CCUI). Das TRIDEC CCUI basiert auf dem Java-basierten FOSS GIS uDig (udig.refractions.net) und stellt mehrere Anwenderperspektiven bereit. Die CCUI-Quellen sind über das FOSSLAB portal des GFZ verfügbar: http://www.fosslab.org/projects
  • 6. TRIDEC FOSS GIS Anwendung 2: Tsunami Simulationsdaten Eine Kernkomponente von Tsunami Frühwarnsystemen ist die Modelierung und Auswertung simulierter Tsunami-Wellen in Raum und Zeit. Das FOSS Geographic Ressources and Analysis Support (GRASS) GIS (v6.4 und v7-devel) wird am CEGIT zur Analyse und Kartierung der Tsunami- Parametern (Wellenhöhe / Ankunftszeit / Mareogramme) in 2D und 3D (x,y + z) eingesetzt. GRASS: Größtes und ältestes (28 Jahre) FOSS GIS Projekt, ca. 350 Module (C und Python), embedded in uDig und Quantum GIS, für den Desktop und Cluster-Einsatz geeignet.
  • 7. Beispiel: Tsunami-Kartierung Kartenerstellung für simulierte Tsunamiwellen (“Virtual Tsunami Atlas”).
  • 8. Herausforderung: Weltausstellung EXPO 2012 TRIDEC wurde zur Erstellung von Animationsfilmen als Exponat für den deutschen Pavillion auf der Weltausstellung EXPO 2012 angefragt. Die Aufgabe konnte durch Einsatz von GRASS GIS auf dem High Performance Computing Cluster erfolgreich gelöst werden.
  • 9. High Performance GIS Computing am GFZ Potsdam HPC Cluster: 234 Knoten / 480 CPU / 3084 Kerne 5 Tbyte RAM 19 Verarbeitungsschlangen Suse Linux Enterprise 2011 GRASS GIS 6.4.2 für alle User (v7.0-devel in Vorbereitung)
  • 10. Mehrwert von Cluster GIS Werkbänken Nutzen für den geowissenschaftlichen Einsatz: Delegation von Aufgaben (Parallelisierung) Zeitintensive/Langwierige Prozesse: „Viele Daten“ Ressourcenintensive Prozesse: „Große Daten“ Stabile und gesicherte Prozessumgebung Image Source: Disney
  • 11. Beispiel: Zeitintensive Verarbeitung Eingangsdaten: Geometrisch komplexe Tsunami-Simulationsdaten Signifikante Mengen Rechenzeit werden pro Knoten benötigt Extremfall: 20 CPU-Tage zur Prozessierung eines Datensatzes mit inkonsistenten Geometrien. Tsunami-Simulation Für die Agäis „Problemzone“
  • 12. Beispiel: hochauflösende Globuskarten Die Karteninhalte (Tsunami-Wellenhöhen) werden mit GRASS GIS aus Modellergebnissen erstellt. Die Erzeugung hochauflösender Globuskarten erfolgt mit Rendering-Werkzeugen wie POVRay und Blender. Beispiel: Simulierte Wellenhöhen des 2011 Tohoku-Tsunami (Daten: A.Babeyko, GFZ)
  • 13. Beispiel: Animation von Globuskarten Beispiel: Wellenhöhenmaxima des Tohoku 2011 Tsunami aus vier separaten Kamerapositionen Bis zu gerenderte 750 Einzelbilder pro Globuskarten-Animation. 4 * 750 = 3000 Rendering-Jobs Mehrere Iterationen zur Optimierung der Darstellung nötig. • Lineare Verarbeitung: ~ 1 Woche • Parallele Verarbeitung: << 0.5 Tag
  • 14. Animation von Globuskarten Creating an animation using a large number of high-resolution globe-maps renderings takes up a significant amount of computation time.
  • 15. Nächste Schritte: GIS Management  IT Service Management gemäß der IT Infrastructure Library (ITIL) für den nachhaltigen Betrieb  Software as a Service: Mehrwert für den wissenschaftlichen Anwender schaffen – und langfristig bereitstellen.  Strategie zur Erweiterung von Service Katalog/Portfolio um weitere GIS-Software.  Service Transition: Sicherstellung der Verfügbarkeit auch bei Erweiterungsmaßnahmen.  Betrieb: „GFZ Rechenzentrum Service Desk“ als Ansprechpartner  Kontinuierliche Stärkung & Verbesserung: Stabilität und Nutzerfreundlichkeit stärken
  • 16. Rolle und Nutzen von FOSS GIS in TRIDEC zur Frühwarnung vor Naturkatastrophen.  Kombinierter Einsatz verschiedener Werkzeuge (uDig und GRASS GIS)  Vertrauen durch Zugriff auf den Quellcode  Schnelle Erweiterbarkeit durch Zugriff auf den Quellcode  Weltweite Weitergabe and Dritte möglich  Nachnutzung in Folgeprojekten bzw. der Industrie als Mehrwert für die Gesellschaft.
  • 17. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit ! Kontakt: ploewe@gfz-potsdam.de