Forschungsziele

Gesamtziel des Vorhabens

Ziel des WISENT-Projektes ist es, Instrumente und Verfahren bereitzustellen, um die Anforderungen der zukünftigen Energieversorgung an die Energiemeteorologie zu erfüllen und die sich daraus ergebenden komplexen informationstechnischen Aufgaben in einem interdisziplinären Forschungsumfeld zu lösen.

Konkret wird die wissenschaftliche Zusammenarbeit im bereits interdisziplinär ausgerichteten Helm-holtz-Verbund "Virtuelles Institut für Energiemeteorologie" (vIEM) durch die Nutzung verteilter Ressourcen und darauf aufbauenden Grid-Diensten unterstützt. Weitere Partner aus Forschung und Wirtschaft werden dabei mit einbezogen. Es wird eine gridbasierte Infrastruktur für die verteilte Nutzung energiemeteorologischer Datenbestände, die gemeinsame Bearbeitung dieser Daten zur Entwicklung neuer Methoden und Produkte und für den Austausch von Dokumentationen und Publikationen zur Unterstützung der Forschung im Bereich Energiemeteorologie geschaffen.

Die heute verwendeten -teils bilateralen- Kommunikationswege zur Übertragung der im Bereich der Energiemeteorologie anfallenden großen, heterogenen Datenmengen von Erdbeobachtungssatelliten und GIS-artigen Informationsquellen werden durch den Einsatz gridbasierter Dienste erweitert bzw. ersetzt, um die Zusammenführung verteilter Ressourcen zu ermöglichen und die Übertragungszuverlässigkeit zu verbessern. Weitere zu erstellende Grid-Dienste erlauben die Extraktion von Daten aus bereits existierenden (Langzeit-)Archiven, die ebenfalls große, heterogene Datenbestände mit Raum-Zeit-Bezug verwalten.

Innovative Anwendungen im energiemeteorologischen Bereich sind durch die Kombination von Daten aus mehreren Quellen und von Verarbeitungsdiensten unterschiedlicher Anbieter gekennzeichnet. Die effiziente Entwicklung solcher übergreifender, komplexer Anwendungen setzt standardisierte technische Grundlagen für den Datenaustausch, Datenspeicherung sowie die Lokalisierung, Nutzung und Qualitätsbewertung der Dienste voraus. Diese Notwendigkeit spiegelt sich im durch das Projekt verfolgten Ziel der Steigerung der Interoperabilität wider.

Die effiziente Interaktion mit großen Datenobjekten erfordert z.B. die Erstellung und Bereitstellung so genannter Quicklooks, die einen Überblick über vorhandene Daten erlauben. Inzwischen erreichen selbst Quicklooks derartige Datenmengen, dass sie ihrer Funktion als "schnelle Vorschau" nicht mehr gerecht werden. Deshalb werden neue Darstellungsformen bzw. schnellere Zugriffsverfahren untersucht, auf deren Basis eine interaktive und inkrementelle Lieferung von Quicklooks unter Verwendung von Grid-Diensten realisiert wird.

Die innerhalb des Projektes erstellten gridbasierten Dienste werden im Hinblick auf die Adaption in D-Grid und weiteren Grid-Initiativen untersucht. Ziel ist es, eine Grid-Community "Energiemeteorologie" zu etablieren, die sich an den im Rahmen der D-Grid-Initiative entstehenden Grid-Communities orientiert, um so eine nachhaltige Verwertung der in diesem Projekt erzielten Ergebnisse innerhalb des vIEM und darüber hinaus zu ermöglichen.

Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen

WISENT hat das Ziel, innovative Ansätze der Zusammenarbeit in der Fachdisziplin Energiemeteorologie und damit verbundenen professionellen Informations- und IT-Dienstleistern in einem Netzwerk wissenschaftlicher Einrichtungen zu unterstützen. Dieses Ziel wird aus konkreten Anwendungen der Energiemeteorologie heraus verfolgt.

Der Schwerpunkt des Projektes liegt in der Entwicklung leistungsfähiger Instrumente und Dienste für kooperatives Arbeiten und den Umgang mit Informationen in skalierbaren, virtuellen fachwissenschaftlichen und interdisziplinären Anwendungen. Zudem werden Verfahren für den Zugriff auf verteilte, heterogene wissenschaftliche Datenbestände und Ressourcen in komplexen, mehrdimensionalen Informationsbeständen entwickelt.

Die Vision "e-Science" wird u.a. durch die Nutzung integrierter Netze mit hochleistungsfähigen, verteilten Rechenressourcen und darauf aufbauenden Grid-Diensten für das wissenschaftliche Arbeiten umgesetzt. Verbesserungen im Bereich der Speicherung und Verarbeitung sehr großer Daten- und Informationsmengen sind ebenfalls von zentralem Interesse. Informations- und Recherchedienste werden durch gridbasierte Lösungen implementiert. Es wird eine wissenschaftliche Infrastruktur für den permanenten Austausch, die Dokumentation und die unmittelbare Publikation von Primär- und Sekundärdaten geschaffen. Auf diesem Wege werden neue Dimensionen der wissenschaftlichen Kommunikation und des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns im Sinne von e-Science ermöglicht.

Die Ziele dieses Vorhabens sind zudem im Kontext von D-Grid zu betrachten. Bei D-Grid handelt es sich um ein deutsches Grid mit dem Ziel der Zusammenarbeit und Kooperation zum Aufbau und zur Unterhaltung eines Netzwerks für Grid Computing und e-Science. Beteiligte Institutionen sind wie die Projektpartner dieser Projektskizze Universitäten, Forschungseinrichtungen, Betreiberzentren und Partner der Wirtschaft. D-Grid beabsichtigt die Etablierung eines e-Science-Kompetenznetzwerkes, die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet von Grid-Software, die Schaffung einer nachhaltigen Basisinfrastruktur und die Etablierung von e-Science-Pilotprojekten. Die Community Energiemeteorologie wird sich mit ihren internetgestützten Diensten in das D-Grid-Framework integrieren, um das wissenschaftliche Arbeiten durch hochleistungsfähige, verteilte Rechenressourcen und darauf aufbauende Grid-Dienste zu verbessern. Die Adaption in weitere gridbasierte Infrastrukturen wird innerhalb dieses Projektes ebenfalls berücksichtigt.

Das vIEM deutet als virtuelles Institut neben der Notwendigkeit nach technischen und informationsmethodischen Lösungen auch die Notwendigkeit einer neuen Einstellung zum kooperativen Arbeiten an, die durch entsprechende neue Grid-Dienste innerhalb dieses Projektes unterstützt werden. So können innerhalb der komplexen, verteilten Arbeitsform Rechenressourcen, Informationsquellen und Arbeitswerkzeuge mit wenig Aufwand zusammengeführt werden.

In dem Projekt sollen sowohl etablierte als auch in der Entwicklung befindliche Verfahren, Produkte und offene Standards des Internet wie z.B. Web-Services verwendet werden. Auch dadurch eröffnet sich für die entstehenden neuartigen Anwendungen die Perspektive der Skalierbarkeit und professionellen Verwertung.

Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Vorhabens

Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Vorhabens liegen primär in der Förderung innovativer Ansätze der interdisziplinären kollaborativen Forschung im Bereich Energiemeteorologie, wie sie im vIEM schon verkörpert sind.

vIEM soll sowohl grundlegend neue Methoden für Energiemeteorologie erschliessen als auch angewandte Lösungen zu von der Industrie identifizierten Problemen anbieten. Dabei stehen innovative Verfahren zur Nutzung der aktuellen Generation von Wettersatelliten für die Solarenergie und Vorhersageverfahren für die Energiequelle Solarstrahlung im Vordergrund. Fragen der Netzintegration und der Langzeitvariabilität des Solar- und Windenergieangebots sind weitere Schwerpunktthemen des Instituts. vIEM soll hierzu in dem jungen Forschungsgebiet Energiemeteorologie in international führender Stellung handeln und mittelfristig weitere Partner zu einem Forschungsverbund zusammen führen.

Die Arbeitsziele werden erreicht durch die Bildung eines gridbasierten wissenschaftlichen Netzwerks (der Grid-Community Energiemeteorologie), bestehend aus Forschungseinrichtungen, Betreiberzentren und Partnern der Wirtschaft.

Für die Community Energiemeteorologie wird dazu eine Grid-Infrastruktur aufgebaut, um prototypisch Grid-Dienste implementieren und evaluieren zu können. Dies sind unter anderem Dienste zur Kooperation in virtuellen Organisationen, zur Nutzung verteilter Ressourcen und zur verteilten Verarbeitung.