Open Source basierte Virtuelle Forschungsumgebungen für Projekte in der ökologischen Langzeitforschung : das „Rapid L-TER VRE“ Baukastenkonzept zur schnellen und nachhaltigen Realisierung

Open Source based virtual research environments for projects in long-term ecological research : the „Rapid L-TER VRE“ kit concept for rapid and sustainable development

  • Virtuelle Forschungsumgebungen (VRE), sind Plattformen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (engl. ICT) mit ganzheitlichem Ansatz, die das wissenschaftliche Arbeiten im Team und insbesondere dessen Kommunikation und Organisation unterstützen sollen. Sie haben zum Ziel, schneller und besser zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, als bisher. Projekte in der ökologischen Langzeitforschung (engl. long-term ecological research, im Folgenden als L-TER bezeichnet) sind durch den Langzeitaspekt und Raumbezug in der Regel umfangreiche Projekte mit mittleren und großen Datenmengen (Medium Data und Big Data) sowie interdisziplinären, örtlich verteilten Forschungsgruppen. Sie sind daher prädestiniert für den Einsatz von VREs. Die vorliegende Arbeit untersucht die spezifischen Aspekte und Anforderungen an virtuelle Forschungsumgebungen von L-TER Projekten im Kontext der Umweltinformatik. Dazu wird der Begriff „L-TER VRE“ eingeführt. Grundlage hierfür ist der Stand des Wissens zu allgemeinen VREs, Datenmanagement undVirtuelle Forschungsumgebungen (VRE), sind Plattformen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (engl. ICT) mit ganzheitlichem Ansatz, die das wissenschaftliche Arbeiten im Team und insbesondere dessen Kommunikation und Organisation unterstützen sollen. Sie haben zum Ziel, schneller und besser zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, als bisher. Projekte in der ökologischen Langzeitforschung (engl. long-term ecological research, im Folgenden als L-TER bezeichnet) sind durch den Langzeitaspekt und Raumbezug in der Regel umfangreiche Projekte mit mittleren und großen Datenmengen (Medium Data und Big Data) sowie interdisziplinären, örtlich verteilten Forschungsgruppen. Sie sind daher prädestiniert für den Einsatz von VREs. Die vorliegende Arbeit untersucht die spezifischen Aspekte und Anforderungen an virtuelle Forschungsumgebungen von L-TER Projekten im Kontext der Umweltinformatik. Dazu wird der Begriff „L-TER VRE“ eingeführt. Grundlage hierfür ist der Stand des Wissens zu allgemeinen VREs, Datenmanagement und ICT, die interdisziplinär in Verbindung gebracht werden mit den Zielen, Methoden und Daten der L-TER (z.B. Analyse von Zeitreihen). Es zeigt sich, dass sich die Anforderungen an L-TER VREs – aufgrund ihres Einsatzbereiches für langfristige L-TER Projekte – in der Nachhaltigkeit durch ihre Persistenz (Daten, Infrastruktur), Flexibilität (projektspezifische Rahmenbedingungen), der eingesetzten ICT und vom Faktor „Mensch“ mit seinem gesellschaftlichen Umfeld von VREs für andere Aufgaben unterscheiden. Aus den Erkenntnissen wird ein innovatives Baukastenkonzept mit dem Namen „Rapid L-TER VRE“ zur Planung, dem Aufbau und Betrieb von L-TER VREs vorgestellt. Es basiert auf Open-Source-Software und kann durch die gemeinsame Basis der Bausteine auch für allgemeine VREs Verwendung finden. Da VREs oder ähnliche ICT-Infrastrukturen im Rahmen von „e-Science“ als Rückgrat für die Organisation der Projekte prädestiniert sind, ist der Aufbau solcher Infrastrukturen oft schon zur Voraussetzung bei der Antragstellung von Projekten geworden. Ein Prototyp sollte daher bereits vor oder bei der Antragstellung existieren. Spätestens zum Projektbeginn muss eine Produktivumgebung zur Verfügung stehen. Vor diesem Hintergrund ist das Konzept „Rapid L-TER VRE“ speziell für eine schnelle (engl. rapid) Entwicklung von VRE Prototypen mit einer kurzen Übergangsphase in den Produktivbetrieb ausgelegt. Das Baukastenkonzept wird auf verschiedene existierende Projekte im Umfeld des Fachgebietes „Environmental Informatics“ und der Fakultät „Umwelt und Naturwissenschaften“ der BTU Cottbus-Senftenberg konzeptionell, sowie in der Form von Prototypen angewendet und dessen Anwendbarkeit allgemein bewertet. Aus den Erkenntnissen werden allgemeine Schlussfolgerungen in Bezug auf den Einsatz von Technologien und die Nachhaltigkeit für den erfolgreichen Betrieb von L-TER VREs gezogen – dabei steht der Mensch als „maßgeblicher“ Faktor im Mittelpunkt.show moreshow less
  • Virtual research environments (VREs) are information and communication technology (ICT) platforms that apply a holistic approach in supporting scientific communities. In particular communication and organization among members of a research group is necessary. With VREs scientific results can be obtained faster, more efficiently and shared with the community on the platform in an immediate, comprehensible and easily accessible form. At the moment, there is no VRE software framework existing, that would be immediately applicable - "out-of-the-box" and suitable for any field of research - "one size fit them all". Large scale and long-term research projects are often interdisciplinary, generate large data sets and may involve the collaboration of spatial distributed research groups. In this thesis project specific aspects and their associated requirements for VREs are examined on the basis of exemplary long-term ecological research (L-TER) projects. The premise for this objective is a profound comprehension of the general functioning ofVirtual research environments (VREs) are information and communication technology (ICT) platforms that apply a holistic approach in supporting scientific communities. In particular communication and organization among members of a research group is necessary. With VREs scientific results can be obtained faster, more efficiently and shared with the community on the platform in an immediate, comprehensible and easily accessible form. At the moment, there is no VRE software framework existing, that would be immediately applicable - "out-of-the-box" and suitable for any field of research - "one size fit them all". Large scale and long-term research projects are often interdisciplinary, generate large data sets and may involve the collaboration of spatial distributed research groups. In this thesis project specific aspects and their associated requirements for VREs are examined on the basis of exemplary long-term ecological research (L-TER) projects. The premise for this objective is a profound comprehension of the general functioning of VREs, data management and ICT, which are merged from an interdisciplinary point of view with the objectives, methods and data management of long-term ecological research (e.g. time series analysis). It could be shown that in the field of sustainability the requirements of L-TER VREs differ from general VREs in terms of persistence (data, infrastructure), flexibility (project specific), ICT, and "humans" with their social interaction. Based on these findings, an innovative model kit called "Rapid L-TER VRE" was developed, which is comprised of several compatible modules. By combining them, an efficient framework for planning, setup and operation of L-TER VREs can be presented. "Rapid L-TER VRE" utilizes open-source software and can be applied in any VREs, thanks to the shared conceptual basis of the modules. In the context of “e-science” VREs or similar ICT-platforms are predestined to become the backbone of complex research projects and as a result of this, are often viewed as a prerequisite for novel research proposals. A prototype should therefore be available before or during an application process, but latest at the beginning of a research project. "Rapid L-TER VRE" was specifically designed for the rapid development of VRE prototypes having a short transition phase to an efficient infrastructural research tool in a productive environment. The model kit was applied conceptually, as well as in the form of a prototype to various existing projects from the chair of environmental informatics and the faculty of environment and natural science of the BTU Cottbus-Senftenberg.By assessing the VRE’s practicality, general conclusions on the successful operations of VREs relating to applied technologies and susatainability could be drawn. Humans with their communities must are the „evaluating“ and leading factor in the centre.show moreshow less

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Metadaten
Author: Mirko Filetti
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48405
Referee / Advisor:apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Molkenthin, Prof. Dr. rer. nat. habil. Albrecht Gnauck, Prof. Dr. rer. nat. habil. Gerhard Wiegleb
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2017
Date of final exam:2018/06/28
Release Date:2019/05/31
Tag:Umweltinformatik; Virtuelle Forschungsumgebung; Ökologische Langzeitforschung
E-Science; Environmental informatics; Long-term ecological research; Open-Source; Virtual research environment
GND Keyword:E-Science; Open-Source; Umweltinformatik; Virtuelle Forschungsumgebung
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Hydrologie
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
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