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Entwicklung und Erprobung einer Metadaten-und WebGIS-Applikation für das Expositionsmonitoring mit Moosen in Deutschland. Ein Beitrag zum LTER-Netzwerk

Development and testing of a metadata-and WebGIS-application for the exposure monitoring by mosses in Germany. A contribution to the LTER-network

Zusammenfassung

Ziel und Hintergrund

Die Bewertung von Umweltzuständen muss sich auf Langzeitbeobachtungen stützen, die an einer statistisch hinreichenden Zahl räumlich repräsentativer Standorte jeweils mehrere Organisationsstufen ökologischer Systeme umfassen. Dieser generellen Zielsetzung der ökologischen Umweltbeobachtung entsprechend, werden seit 1990 alle fünf Jahre die UNECE ‘Heavy Metals in Mosses Surveys’ unter Beteiligung von bis zu 32 europäischen Ländern durchgeführt. Hierbei werden aus den Metallgehalten ektohydrer Moose Rückschlüsse auf atmosphärische Stoffeinträge in terrestrische Ökosysteme gezogen. Zur datentechnischen Unterstützung der in Deutschland durchgeführten Moos-Monitoring-Kampagne 2005 wurde eine Internet-gestützte Applikation, das WebGIS MossMet, entwickelt. Damit sollte es ermöglicht werden, die im Moos-Monitoring 1990, 1995, 2000 und 2005 erhobenen standortspezifischen Mess-und Metadaten zentral zu verwalten und ebenso wie die daraus berechneten Ergebnisse für weitergehende Analysen und Berichtspflichten online zugänglich zu machen. Die räumliche Darstellung der Moos-Monitoring-Daten sowie ihre Verknüpfung mit Daten über weitere Ökosystemkompartimente soll mit der WebGIS-Technologie (web-basiertes Geoinformationssystem) unterstützt werden und einen Beitrag zum Long-Term Ecosystem Research Network (LTER) leisten.

Methoden

Die Entwicklung der web-basierten Applikation baut auf dem im Moos-Monitoring 2000 entwickelten GEMMIS (German Moss Monitoring Information System) auf, in dem Mess-und Metadaten der Moos-Monitoring-Kampagne 2000 verwaltet wurden. Zur Erstellung der MossMet-Applikation werden folgende Open Source-Produkte verwendet: Apache http-Webserver (Hypertext Transfer Protocol), UMN-Mapserver (University of Minnesota), Mapbender, PostgreSQL-Datenbank-Managementsystem (DBMS) mit dem PostGIS-Modul und phpPgAdmin. Als Kommunikationsmittel werden die Computersprachen HTML (Hypertext Markup Language), SQL (Structured Query Language) und PHP (PHP: Hypertext Preprocessor) miteinander kombiniert.

Ergebnisse

Für die Monitoring-Kampagne 2005 wurde eine WebGIS-und eine Metadaten-Applikation entwickelt und im Routinebetrieb der Bundesländer und des Umweltbundesamtes erfolgreich erprobt. Die Metadaten-Applikation ermöglichte die Erfassung der analogen Probenentnahmeprotokolle sowie eine detaillierte und kriteriengeleitete Datenrecherche. Die kartografische Abbildung der räumlichen Informationen erfolgte durch die WebGIS-Applikation. Der Gefahr des Datenmissbrauchs durch unbefugte Anwender wurde durch einen passwortgeschützten Zugang zum Datenbestand vorgebeugt.

Diskussion

Die MossMet-Applikation dient nicht nur als Präsentationsplattform, sondern vor allem als Portal für die Analyse und Verknüpfung von Daten aus der Langzeit-Ökosystembeobachtung. Das LTER-Netzwerk zielt darauf ab, Ergebnise aus nationalen und internationalen Ökosystembeobachtungen Standorte und Ökosysteme übergreifend zusammenzuführen. Insofern ist das WebGIS MossMet der bislang einzige über das Konzeptionsstadium hinausgehende Beitrag für das LTER-Deutschland’-Projekt (LTER-D). Es bietet einen flexiblen Zugang zu Daten und ermöglicht eine schnelle Datenaufbereitung für anschließende Auswertungen. Diese können durch Daten anderer WebGIS erweitert werden, weil MossMet internationalen Operationalitätsstandards entspricht.

Schlussfolgerungen

Durch die zentrale Verwaltung der im Moos-Monitoring anfallenden Daten auf einem Internet-Server können diese Daten allerorts mit Hilfe eines internetfähigen Computers und eines Internetbrowser im besten Fall Mozilla Firefox oder Internet Explorer abgefragt, ergänzt und verändert werden, ohne dass lokale GIS-Applikationen vorhanden sein müssen. Damit wird Datenredundanz vermieden, die Fehleranfälligkeit des Datenbestandes auf ein Minimum reduziert und die Qualitätssicherung der Daten gewährleistet.

Empfehlungen

Veraltete analoge Archivierungsformen oder Internet untaugliche Datenverwaltungssysteme bieten weder einen zentralen Datenzugriff noch eine komfortable Datenverarbeitung. Die Integration der derart vorliegenden Daten in web-basierte Systeme ermöglicht einen optimierten Informationsaustausch.

Ausblick

Das WebGIS sollte für folgende Moos-Monitoring-Kampagnen in seiner Funktionalität in Form von upload-, downloadund GIS-Operationen ausgeweitet werden. Die Entwicklung einer europaweiten MossMet-Applikation sowie die Integration zusätzlicher Monitoring-Messnetze würden eine übergeordnete Analyse der Mess-und Metadaten erleichtern. Vor dem Hintergrund der Kostenersparnis durch Verwendung von Open Source-Produkten ist die Bereitschaft der in Europa am Moos-Monitoring mitwirkenden Länder an der Umsetzung der zukünftigen Ziele entsprechend groß.

Abstract

Goal and Scope

The evaluation of environmental conditions should refer to long-term ecosystem research, environmental specimen banking and ecological monitoring. The respective measurements should cover the main levels of ecological organisation and should cover representative sites. According to this basic philosophy, since 1990 the UNECE Heavy Metals in Mosses Surveys have been carried out every five years in up to 32 European countries. The monitoring data encompassed measurement data on metal and nitrogen loads in ectohydrical mosses indicating atmospheric depositions as well as site-specific metadata to characterise the sampling sites. To optimise the data handling in the German moss survey 2005, a web-based mossgeodatabase (MossMet) was developed. This should enable to integrate, archive, evaluate statistically and exchange the site-specific measurements and the metadata in the campaigns 1990, 1995, 2000 and in 2005. Furthermore, in 2005, for the first time, it should be realised that the metadata concerning the sampling and site descriptions could be fed into the MossMet via internet by the moss samplers. The cartographic presentation of the geodata as well as their linking with data from other monitoring programmes should be realised by means of the WebGIS-technology. By this MossMet should contribute to the Long-Term Ecosystem Research Network (LTER).

Methods

The MossMet application was developed from the mossinformation-system GEMMIS (German Moss Monitoring Information System) where measurement and metadata of the campaign in 2000 were stored. The following open source software was used: Apache http-Webserver (Hypertext Transfer Protocol), UMN-Mapserver (University of Minnesota), Mapbender, PostgreSQL-database management system (DBMS) with the PostGIS-module and phpPgAdmin. As communication medium the programming languages HTML (Hypertext Markup Language), SQL (Structured Query Language) and PHP (PHP: Hypertext Preprocessor) were used.

Results

The optimisation of the data flow in the moss survey 2005 was realised both by a WebGIS-and a metadata-application. The latter enables the moss sampler to digitise and query the hand written protocols interactively via the internet. The WebGIS-application allows visualising all monitoring data from the surveys and to relate them with geo-information on, e.g., land cover or landscape ecological units. The MossMet was implemented and tested in the routine operation of the German moss monitoring 2005 by the Federal Environment Agency and the respective authorities of the federal states.

Discussion

The MossMet application serves as a tool for archiving, statistical analysis and exchange of metal exposure data as part of a long-term ecosystem monitoring. The LTER-network aims at promoting the synthesis and comparative research across sites and ecosystems and among national and international research programs. MossMet is, concerning the state of implementation, up to now the only operationalised and tested part of the LTER-Deutschland-project (LTER-D). The application could prove a web based flexible data access and enables spatial and logical analyses. The respective results can easily be linked to data of all other WebGIS which comply with the international standards.

Conclusions

The central management of the monitoring data in a web-based geodatabase enables the retrieval to data anywhere a computer with internet access and a web browser, Mozilla Firefox or Internet Explorer in best case, is available. Furthermore, it is possible to process data without having local GIS-software. Thus, redundancy of data management and input errors can be minimised, so that quality assurance of the monitoring data is improved.

Recommendations

Obsolete methods of data management as well as systems without internet access neither allow flexible data access nor a comfortable data handling. The integration of these data into a web-based database management system would optimise data exchange and retrieval allow for i.e. comprehensive data analyses.

Outlook

The WebGIS application should be improved by additional functions concerning upload, download and GIS-tools. Moreover, a Europe-wide MossMet application should be established and additional monitoring networks should be integrated.

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Kleppin, L., Schröder, W., Pesch, R. et al. Entwicklung und Erprobung einer Metadaten-und WebGIS-Applikation für das Expositionsmonitoring mit Moosen in Deutschland. Ein Beitrag zum LTER-Netzwerk. Environ Sci Eur 20, 38–48 (2008). https://doi.org/10.1065/uwsf2007.10.223

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  • Bioindikation
  • Datenbankmanagementsystem
  • Geodateninfrastrukturen
  • Moos-Monitoring
  • Open Source Software
  • WebGIS

Keywords

  • Bioindication
  • database management system
  • geodata infrastructures
  • moss monitoring
  • Open Source software
  • WebGIS