Forschungsprojekte

BAB 049/21: Open Data Cube als Datenrepository und Analysewerkzeug für Dürremonitoring

Aufbau von Analyse-Tools für wiederkehrende agrarpolitische Fragestellungen anhand des Beispiels Dürremonitoring

Ausgangssituation

An der Bundesanstalt für Agrarwirtschaft und Bergbauernfragen (BAB) befindet sich ein Rechen-Cluster, auf der ein Open Datacube (ODC- https://www.opendatacube.org/ ) eingerichtet wurde. Im Rahmen der laufenden Weiterentwicklung wird die Datenbasis kontinuierlich erweitert und ausgebaut. Der Datenwürfel (ODC) wurde entwickelt, um die ständig anwachsenden Mengen an Satellitenbilddaten effizient verwalten zu können. Das einzigartige am OpenDataCube der BAB soll die Erweiterung der ursprünglich für Satellitenbilder gedachten Technologie sein, sodass auch andere Daten indiziert und als Zeitreihen in diesen mehrdimensionalen Datenwürfel geladen werden können. Dadurch wird es möglich, eine Vielzahl an Rasterdaten (ZAMG, ALS, INVEKOS, uvm.) und Satellitenbilder in einem System zu verschneiden und auszuwerten. Zusätzlich zur rein räumlichen Analyse kann im mehrdimensionalen Datenwürfel auch die zeitliche Dimension in den Berechnungen und Auswertungen berücksichtigt werden, was die Analysen von Zeitreihen ermöglicht. Aus Sicht der landwirtschaftlichen Grundlagenforschung und Agrarpolitik sind Fragen des Trockenheits- oder Anbaumonitorings, wie z.B. die zeitliche Entwicklung der Anbaufläche von Brotgetreide, von großer Bedeutung. Exakt hier liegt die Stärke der Datenwürfeltechnologie mit der performanten Analyse im Big Data Bereich über zusätzliche Zeitdimensionen, dadurch ist es z.B. möglich, die Entwicklung des Brotgetreideanbaus in den letzten 20 Jahren darzustellen (Höhenlagen, geographische Verteilung, Klimadaten der ZAMG, etc.). Für die Zeitreihenanalyse sind unter anderem MODIS-Satellitendaten vorgesehen, da im Vergleich zu Sentinel-2-Produkten (ab 2015) bereits langfristige Zeitreihen (ab 2000) vorliegen. Der Bedarf dieser Werkzeuge zeigte sich bereits im Jahr 2018, als eine Dürrekulisse zur Abwicklung einer Dürreentschädigung an Landwirte mit relativ rudimentären, technologisch veralteten und einfachen IT/GIS-Anwendungen erstellt wurde. Unter Einsatz aktueller IT- und GIS-Technologien sollen derart wiederkehrende Fragestelllungen bei neuerlich auftretenden Wetterkapriolen (Frühjahrsdürre 2020) mit geringerer Vorlaufzeit beantwortet werden können. Das verbesserte Analyse-Tool-Dürremonitoring soll dazu beitragen, derartige agrarpolitische Fragestellungen in Zukunft wesentlich zielgerichteter beantworten zu können. Im Rahmen der Digitalisierungsstrategie des BMLRT (Geodateninfrastruktur GDI) kann der bestehende ODC am BAB für die Anwendung eines Dürremonitorings als IT-Systemgrundlage dienen. Die Erkenntnisse aus dem Projekt sollen interessierten Experten aus dem behördlichen Umfeld frei zur Verfügung gestellt werden.

Zielsetzung

  1. Entwicklung eines Dürremonitoring: Dazu werden aktuelle österreichische Wetterdaten analysiert und mit 30-jährigen Zeitreihen (Klimaperiode) verglichen, um Dürreperioden zu identifizieren. Dabei sollen die Auswirkungen von Dürreperioden auf bestimmte Kulturpflanzenarten untersucht und die zeitliche Veränderung der Schlagnutzung unter sich verändernden Klimabedingungen und regionalen Verschiebungen analysiert werden (Time Series Analysis). Um sämtliche Einflussfaktoren zu identifizieren, werden auch Verfahren des statistischen Lernens und der Mustererkennung (Machinelearning, KI) herangezogen. Dies dient neben einer (begrenzt möglich) Prognosemöglichkeit in erster Linie der Beurteilung der Wichtigkeit verschiedener Einflussfaktoren sowie der Vereinfachung der entwickelten Modelle auf möglichst wenige, aber umso relevantere Umweltdaten.
  2. Cloudbasierte Speicherung: Der ODC soll als vernetzte Datenstelle dienen und über Private Cloud Object Storage (z.B. S3) Schnittstellen für Dateneinbindungen offen fungieren können. Damit soll ein Teil der bestehenden Geodateninfrastruktur ersetzt werden. Diese Lösung soll Fehlerquellen minimieren, die aktuellsten Daten allen Nutzern sofort zur Verfügung stellen und dezentral verwaltet werden können.
  3. Nutzererstellte Analysen: Nutzer sollen die notwendigen Analysen selbständig via Internetbrowser auf der Infrastruktur des BAB durchführen können. Dabei sollen bestehende Analysefunktionen (JupyterNotebooks, R-Studio) erweitert und wiederkehrende Auswertungen diverser Fragestellungen aktualisiert werden können.
  4. Performante Geodatensammlung: Speicherung der Daten in Rasterform als Speicher- und Analysewerkzeug und zur Bereitstellung (JupyterLab, WMS und WCS).
  5. Knowhow Aufbau: Aufbau von Knowhow im Rahmen neuer Technologien. Im speziellen Wissensaufbau im Bereich der Datenwürfeltechnologie im Rahmen der GIS-Koordination des BMLRT (Agrardatenraum).

Tätigkeiten 2021

  • (WP 1) Aufbau und Bereitstellung eines Datenrepository
  • (WP 2) Einrichtung der IT-Plattform Umgebung für den ODC
  • (WP 3) Analysetools schaffen und bereitstellen
    • (WP3.1) Zeitreihenanalysen im Bereich der Schlagnutzung und deren Veränderung --> Trends und Entwicklungen
    • (WP 3.2) Dürremonitoring Analyse Tools mit KI Methoden schaffen und bereitstellen

Zeitplan

Projektbeginn: 1.1.2021

Projektende: 31.12.2022

laufend
Dietrichgasse 27
1030 Wien
 +43 (1) 71100 - 637415

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