Geologie (GE) - Steckbrief - Erläuterungen zum Teilbereich Geophysik

BEZIEHT SICH AUF TECHNICHAL GUIDELINE VERSION 3.0

1. Ziel des Steckbriefs

Der Steckbrief soll geodatenhaltenden Stellen eine schnelle Entscheidungsgrundlage bezüglich der INSPIRE-Betroffenheit ermöglichen. Im Steckbrief wird das jeweilige INSPIRE-Thema grob erläutert, zu anderen INSPIRE-Themen abgegrenzt, die Objektarten beschrieben und eine Fragen- und Antwortensammlung zusammengestellt.

Der Steckbrief soll zunächst nicht dazu dienen, die Prozesse der Umsetzung zu beschreiben. Dafür sollte die Datenspezifikation, bzw. die fachlichen Leitfäden zur technischen Umsetzung, herangezogen werden.

2. Definition des Themas

Die Geologie wird im Kontext der INSPIRE-Direktive als wichtiges Referenzthema angesehen, weil sie grundlegende Informationen für die Annex III Themen Mineral Resources, Natural Risk Zones, Soil and Energy Resources liefert.

Die INSPIRE Datenspezifikation Geologie basiert auf den Arbeiten der EU INSPIRE TWG (Thematic Working Group) Geology. Die harmonisierte Datenspezifikation für die Geologie umfasst die Themenbereiche Geologie (inklusive Bohrlochinformationen), Hydrogeologie und Geophysik.

3. Abgrenzung zu anderen INSPIRE-Themen

Keine Angaben

4. Inhalt des Themas

4.1 Überblick Geophysik

Wie im Themenbereich Geologie wird auch bei der Geophysik zwischen einem Kernmodell und einem Erweiterungsmodell unterschieden.

4.2 Zusammenfassung Datenmodell

Das Kernmodell Geophysik beinhaltet Informationen zur Verfügbarkeit und Lokation von wesentlichen geophysikalischen Daten.

Kernmodell-Inhalte sind:

• Metadaten zu hochrangigen Geomagnetik-, Gravimetrie- und seismologischen Stationen, die Teil internationaler und nationaler Beobachtungsnetzwerke sind.
• Metadaten zu geophysikalischen Messungen, die im Zusammenhang mit der Rohstoffexploration stehen (Kohlenwasserstoffe, Lagerstätten, Grundwasser, Geothermie usw.)
• Metadaten zu Messungen und Kampagnen von ökologisch sensiblen Datensätzen (z.B. Kontaminationsverfolgung, Grundwassergefährdung, seismische Gefahrenabschätzungsstudien, Erdbeben-Monitoring)
• umfassende Metadatensammlungen zu Geomagnetik-, Gravimetrie- und von aus der Luft durchgeführten geophysikalischen Kampagnen, die große Gebiete abdecken und grundlegende geologische Informationen für die wissenschaftliche Forschung und vertiefte angewandte Studien liefern.

Komplexe Anwendungsfälle erfordern die Bereitstellung von detaillierten Informationen bezüglich geophysikalischer Prozeduren, Mess- und Auswertungsergebnissen. Das Kernmodell ist für diese Anforderungen jedoch nicht ausgelegt. In diesem Fall kommt das Erweiterungsmodell zur Anwendung.

Inhalte des Geophysik-Erweiterungsmodells sind:

• erweiterte Code-Listen, hierarchisch aufgebaute Vokabularien und Verbindungen zu O&M Klassen (O&M = ISO 19156 Observations and Measurements Standard, siehe 4) Übersicht Geophysik-Erweiterungsmodell) für die Bedienung spezifischer Benutzeranforderungen.
• komplexe Messklassen-Typen für Objekte, die nicht in die einfachen Kategorien des Kernmodells passen.
• geophysikalische Modelle (Profile, Karten, 3D-Modelle, Datenverarbeitungs- und Dateninterpretationsergebnisse), die direkt für eine Analyse des geologischen Umfeldes vom Benutzer verwendet werden können.
• vorgefertigte Klassen und Verbindungen zum O&M Schema für die Lieferung von geophysikalischen Informationen, entweder in einem industriellen Standardformat oder als GML Rasterdaten. Erklärungen und Beispiele sind im Annex D (D.2.2) der Datenspezifikation Geologie gegeben und helfen dem Datenanbieter bei der Kodierung/Beschreibung der Beobachtungsdaten.

Eine ausführliche Beschreibung des Geophysik-Erweiterungsmodells und dessen vielfältigen Querverbindungen zu anderen Geodatenstandards findet sich in dem Dokument “Erweiterter Steckbrief zum Themenbereich Geophysik der INSPIRE Datenspezifikation Geologie (v3.0)“ (KÜHNE & ZUMSPREKEL 2014).

Übersicht - Geophysik-Kernmodell

Das Kernmodell besteht aus zwei fundamentalen Klassen: GeophMeasurement (Geophysikalische Messung) und Campaign (Kampagne, siehe Abb.1, jeweils grün).

Die abstrakte Klasse GeophMeasurement ist eine generische Objektart, welche die Prozesse zur Feldbeobachtung mit ihrer Lage, den räumlichen Merkmalen und zugehörigen Metadaten repräsentiert. Die damit verbundene projectedGeometry ist notwendig, um 3- dimensionale Messungen in eine 2D-Geometrie zu überführen (über GeophObject). Die Klasse umfasst folgende Attribute (siehe Abb.2):

• • platformType: Plattform von der aus die Messung durchgeführt wurde - z.B. Landfahrzeug, Helikopter oder Seeboden
  • relatedModel: Identifikator für das aus der Messung erstellte geophysikalische Modell
  • relatedNetwork: Bezeichnung eines nationalen oder internationalen Beobachtungsnetzes, zu dem die Messvorrichtung gehört oder an das die Messdaten übermittelt werden

Die abstrakte Klasse GeophMeasurement hat für die räumliche Beschreibung des Messtyps drei Untertypen/-klassen: GeophProfile, GeophSwath und GeophStation (siehe Abb.1, jeweils rot und Abb. 2 unten).

GeophProfile (Geophysikalisches Profil) ist eine auf eine Kurve räumlich referenzierte geophysikalische Messung mit dem Attribut profileType (Art des geophysikalischen Profils).

GeophSwath ist eine auf eine Oberfläche räumlich referenzierte geophysikalische Messung mit dem Attribut swathType (Art des geophysikalischen Messstreifens).

GeophStation (Geophysikalische Station) ist eine auf eine Einzelpunktposition räumlich referenzierte geophysikalische Messung mit den Attributen stationType (Art der geophysikalischen Station) und stationRank (Bedeutung der geophysikalischen Station innerhalb eines hierarchisch aufgebauten Systems).

Die abstrakte Klasse GeophMeasurement selbst ist Unterklasse der abstrakten Klasse GeophObject (siehe Abb. 1, gelb), die folgende Attribute umfasst (siehe Abb. 2):

• • inspireId: Externer Objektidentifikator des Geo-Objekts
  • citation: Bibliografische Angabe
  • projectedGeometry: 2D-Projektion des Geo-Objekts auf die Erdoberfläche (als kennzeichnende(n,s) Punkt, Kurve oder Begrenzungspolygon) zur Verwendung durch einen INSPIRE-Darstellungsdienst zur Darstellung des Geo-Objekts auf einer Karte
  • verticalExtent: Vertikale Ausdehnung des Untersuchungsbereiches distributionInfo: Information zum Datenerhalt
  • largerWork: Identifikator einer übergeordneten (umfassenderen) geophysikalischen Objektmenge, z.B. einer Kampgane

Die Klasse Campaign wird verwendet, um geophysikalische Messungen als Messkampagnen zu dokumentieren. Sie umfasst folgende Attribute (siehe Abb. 3):

• • campaignType: Art der Maßnahme zur Erstellung von Daten
  • surveyType: Art der geophysikalischen Untersuchung client: Institution, für die die Daten erfasst wurden
  • contractor: Institution, von der die Daten erfasst wurden

Die Klasse Campaign selbst ist Unterklasse der Klasse GeophObjectSet (siehe Abb. 1, orange), die die gleichen Attribute wie die abstrakte Klasse GeophObject beinhaltet.

Beide Konzepte der fundamentalen Klassen stammen aus dem SF_SpatialSamplingFeature, welches ein grundlegendes Element der ISO 19156 Observations and Measurements Standard (O&M) darstellt.

Geophysikalische Maßeinheiten finden bei der räumlichen Probenentnahme Verwendung, entweder bei der Datenerfassung (Messungen) oder der Datenverarbeitung (Modelle). Daher werden sie als „sampling features“ (Beprobungsmerkmale) betrachtet. Für das Encoding (Beschreibung) geophysikalischer Ergebnisse mittels Datenerfassung und prozessierter Modelle muss der O&M Standard verwendet werden.

Siehe Link zur INSPIRE-Richtlinie für die Verwendung von O&M: http://inspire.jrc.ec.europa.eu/documents/Data_Specifications/D2.9_O&M_Guidelines_V1.0.pdf

Übersicht – Geophysik-Erweiterungsmodell

Der größte Unterschied zwischen dem Kern- und dem Erweiterungsmodell sind die zusätzlichen Elemente für einen harmonisierten Austausch von Beobachtungsergebnissen. Dies wird gewährleistet mittels Verwendung von Klassen der ISO 19156 Observations and Measurements Standard (O&M) und von speziellen Beobachtungsklassen aus dem INSPIRE Generic Conceptual Model.

Siehe LINK zum INSPIRE Generic Conceptual Model (aktuelle Version): http://inspire.ec.europa.eu/documents/Data_Specifications/D2.5_v3.4rc3.pdf

Der Einfachheit halber definiert das Erweiterungsschema nur wenige zusätzliche Beobachtungsklassen, die für geophysikalische Messungen und Modelle spezifisch sind. Es überlässt überwiegend dem Datenanbieter wie er den Standard nutzen möchte. Zum Beispiel werden in der Praxis geophysikalische Untersuchungen oft in Kampagnen und Projekte organisiert. Ein großes Explorationsprojekt kann mehrere unterschiedliche Kampagnen umfassen. Jede Kampagne wird von einer anderen Firma ausgeführt und produziert unterschiedliche Karten, Reports und Datensätze. Die Kontrolle des Gesamtprojektes obliegt einer verantwortlichen Institution. Für die Modellierung einer solch komplexen Hierarchie können die Klassen Campaign aus dem Kernmodell und die neue Klasse Project aus dem Erweiterungsmodell verwendet werden (siehe Abb. 4, grün).

Die Klasse Project enthält als einziges Attribut principalInvestigator (Hauptverantwortlicher des Projektes).

Die Liste von geophysikalischen Methoden ist im Geophysik-Kernmodell deutlich eingeschränkt. Im Erweiterungsmodell gibt es daher die Klasse OtherGeophMeasurement für geophysikalische Methoden, die nicht unter die Kernmodell-Messtypen (Station, Profil und Oberfläche) fallen. Diese Unterklasse ergänzt die Superklasse GeophMeasurement um das folgende Attribut: measurementType (Art der geophysikalischen Messung, siehe Abb. 5, grün).

Innerhalb des Geophysik-Erweiterungsmodells entspricht die auf Datenverarbeitung oder - interpretation basierende Klasse GeophModel (siehe Abb. 6, grün) einem geophysikalischen Objekt, das die Verteilung der physikalischen oder geophysikalischen Eigenschaften innerhalb des beobachteten räumlichen Bereichs repräsentiert. Diese Definition ist weiter gefasst als das übliche Model in der Geophysik und entspricht mehr einer mathematischen Konstruktion, einem Realitätsersatz, und kann für weiteres Modellieren verwendet werden. Nach INSPIRE versteht man unter einem Model ein geophysikalisches Produkt, das nicht nur für Geophysiker, sondern auch für Spezialisten anderer Bereiche nützlich sein kann. Es liegt (ungefähr) am Ende der Prozesskette. Entsprechend der Verwendung der O&M Terminologie kann die sampledFeature Assoziation von GeophModel immer mit einer oder mehreren Entitäten von GeophMeasurements verbunden sein.

GeophModel umfasst neben den von der Superklasse GeophObject geerbten Attributen nur das Attribut relatedMeasurement (Identifikator der geophysikalischen Messung, die für die Erstellung des Modellergebnisses verwendet wurde).

Ebenso wie Messungen werden geophysikalische Modelle auf der Basis der Beprobungsgeometrie kategorisiert. Daher besitzt die Klasse GeophObject die folgenden vier Unterklassen: CurveModel, SurfaceGridModel, SolidGridModel und OtherGeophModel mit jeweils dem Attribut modelType für die Angabe des Modelltyps (siehe Abb. 6, jeweils orange).

Zur Verwendung der Klassen OtherGeophMeasurement und GeophModel finden sich Hinweise auf der Seite 290 der Datenspezifikation.

Im O&M Schema besitzt die Klasse OM_Observation (siehe Abb. 7, hellblau) vier Hauptassoziationen zu anderen Klassen: Phenomenon, Domain, Range und ProcessUsed. Phenomen ist mit observedProperty (Rollenname) verbunden. Domain entspricht der beobachteten räumlichen Domäne mit featureOfInterest am Zielende. Range stellt das während der Untersuchung des Zieles akquirierte Ergebnis dar. Diese beiden Assoziationen stehen zueinander in Beziehung wie Domain und Range von GML Coverages.

Die Ergebnisse beinhalten observedProperty-Werte, die featureOfInterest beschreiben. ProcessUsed stellt eine Verbindung zu einem Verfahren her, das zur Ergebnisgenerierung eingesetzt wurde. Ergebnistyp ist „Any“, da dieser den Wert einer beliebigen FeatureEigenschaft darstellen kann. Das Verfahren besitzt die abstrakte attributlose Klasse OM_Process, die als Basisklasse für Beobachtungsverfahren dient. Durch die Verwendung dieser Konzepte lassen sich sämtliche (geophysikalischen) Beobachtungstypen komplett beschreiben.

Viele Standards in der Geophysik zur Beschreibung von Beobachtungsprozessen und - ergebnissen wurden lange vor der Einführung von O&M entwickelt. Die meisten geophysikalischen Datenquellen können jedoch auch innerhalb des O&M Konzepts platziert nd mit einigen der obigen genannten Assoziationen verbunden werden.

Das Geophysik-Erweiterungsmodell stellt kein originalgetreues Modell der geophysikalischen Objekte dar. Stattdessen bietet es einige Hilfsklassen, um die O&M Standards als Rahmen r geophysikalische Informationen zu verwenden.

Im INSPIRE Generic Conceptual Model besitzt die Klasse OM_Process die Unterklasse Processes::Process (siehe Abb. 7, unten rechts grün, Abb.8, grün). Diese Unterklasse dient der Beschreibung von generischen Verfahren, die in der Praxis gängig sind und aus vielen Beobachtungen, die auf gleiche oder ähnliche Weise durchgeführt worden sind, entnommen wurden. Sie umfasst die Attribute name, identifier, documentation und responsibleParty, die zusammen den Benutzer über das Verfahren und die nachweisführende Behörde informieren. Das Attribut ProcessParameters beinhaltet Namen von wichtigen Parametern, die charakteristisch für das Verfahren sind – siehe hierarchische Codelist GeophProcessParameterNameValue (siehe Seite 314-331 der Datenspezifikation). In der geophysikalischen Terminologie werden Verfahrensparameter als Kopfparameter betrachtet. Ein Objekt der Klasse Processes::Process beinhaltet nur die Namen und Beschreibungen. Die Klasse OM_Observation umfasst die eigentlichen Werte des Verfahrens und gibt Aussage darüber, wie das generische Verfahren in einem spezifischen Fall angewandt wurde. Für die Aufrechterhaltung der Konsistenz zwischen dem Attribut processParameters der Klasse Process und den Parametern in der Klasse OM_Observation dienen Constraints (Einschränkungen).

Beispiel:

Ein generischer Prozess entspricht der Erfassung von 2D Seismik-Daten. Geeignete processParameter wären in diesem Fall die Beprobungsrate, der Sensorabstand, der minimale Versatz, der Erfassungsbereich (coverage) usw. Ein Beobachtungsobjekt beinhaltet die Werte, die dem Benutzer eine Idee von den wichtigsten Bedingungen geben, die die Datenproduktion beeinflussen.

Die Codelist GeophProcessNameValue beinhaltet allgemeine Namen, die als Namensbezeichnung für Processes::Process vewendet werden können (Beispiele siehe Seite 312-314 der Datenspezifikation). Die Klasse GeophResult (siehe Abb. 8, rot) umfasst geophysikalische Ergebnisdateien. Nach der INSPIRE Empfehlung für die Beobachtungskodierung sollten in geeigneten Fällen spezialisierte Beobachtungsarten mit den entsprechenden Coverage-Typen aus dem generischen Konzeptmodell verwendet werden. Bei Nicht-Coverage-Beobachtungen kann das SWE-Schema (Sensor Web Enablement) für die Kodierung von Ergebnissen verwendet werden. Annex D.2.2 enthält mehrere Beispiele für Best Practice und für Datenanbieter zur Kodierung ihrer Ergebnisse. Sehr häufig werden geophysikalische Daten in weit verbreiteten Industriestandardformaten angeboten, in diesem Fall ist XML-Kodierung keine Option. In solchen Fällen kommt die Klasse GeophResult zur Anwendung, um die Datenquellen in GeophysicalObjects mit einzubeziehen. Diese Klasse hat ein Attribut:

• • GeophResource (siehe Abb. 8, orange): Beliebig viele GeophResource-Objekte können in GeophResult erfasst werden GeophResource besitzt zwei Attribute (siehe Abb.8):
  • resource: Der Datenzugang wird als CI_OnlineResource bereitgestellt, eine URL für den Onlinezugang und eine optionale Quellenbeschreibung
  • resourceType: Typ muss aus der Codeliste ResourceTypeValue stammen (siehe S. 342- 343 der Datenspezifikation).

O&M Daten müssen physikalische und geophysikalische Eigenschaftsnamen entweder als Referenz zu den beobachteten Eigenschaften oder eingebunden in die Ergebnisse enthalten. Für eine solche Referenzierung wird die Codeliste GeophPropertyNameValue empfohlen (siehe S. 331-341 der Datenspezifikation).

4.3 Wo steht was in der Datenspezifikation

Wo steht was bezüglich des Themenbereichs Geologie in der Datenspezifikation Version 3.0 - Auszug

Eine tabellarische Übersicht in deutscher Sprache über alle im Themenbereich Geophysik erwähnten Klassen (Objektarten und Datentypen), Attribute, Assoziationsrollen und den dazugehörigen Codelisten des Kernmodells findet sich in der EU-Verordnung 1253/2013 vom 21. Oktober 2013 (Seite 73-79): http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2013:331:0001:0267:DE:PDF

5. Potentielle Daten, die zum Thema gehören

<Potentielle Daten und Einrichtungen auflisten>

6. Daten, die nicht zum Thema gehören

< Daten und Einrichtungen auflisten, die potentiell nicht zu INSPIRE gehören>

Literaturverzeichnis:

KÜHNE, K. & ZUMSPREKEL, H.(2014): Erweiterter Steckbrief zum Themenbereich Geophysik der INSPIRE Datenspezifikation Geologie (v3.0). – LIAG Hannover, LGRB Freiburg, im Internet unter: http://www.infogeo.de/???