Descriptions of Spatial Operations – Recent Approaches and Community Feedback

Progress in the technical provision of spatial operations as loosely-coupled interoperable web services requires a corresponding development of standardisation in their description. Operation discovery, usage and interpretation of results require more information on what a spatial operation does than just their input and output interface specifications. Geooperators and WPS profiles have been proposed for addressing operation descriptions for different operational perspectives. Geooperators have been developed mostly for supporting operation discovery through defining alternative perspectives such as a geodata, legacy GIS, formal or technical perspective. These act as filters in the discovery process. WPS profiles provide a hierarchical approach to define the concept underlying an operation and, in more specific profiles, the syntactic interface of the operation. Both approaches require community engagement for reaching an agreed set of documented operations. We report on a discussion of these approaches and the larger framework of a geoprocessing community platform from a workshop held at the AGILE International Conference on Geographic Information Science in Lisbon in 2015. At the workshop two presentations provided insights in different contexts of use of online geoprocessing. After detailed introductions to the two operation descriptions approaches, two breakout sessions were held. In the breakout sessions operation descriptions and technical developments in the field were discussed. This article summarizes the discussion that took place at the workshop with the intention to involve the extended community in the discourse on operation descriptions

Establishing a persistent interoperability test-bed for European geospatial research

The development of standards for geospatial web services has been spearheaded by the Open Geospatial Consortium (OGC) - a group of over 370 private, public and academic organisations (OGC, 1999-2009). The OGC aims to facilitate interoperability between geospatial technologies through education, standards and other initiatives. The OGC Service Architecture, described in the international standard ISO 19119, offers an abstract specification for web services covering data dissemination, processing, portrayal, workflows and other areas. The development of specifications covering each of these categories of web services has led to a significant number of geospatial data and computational services available on the World Wide Web (the Web). A project1 to establish a persistent geospatial interoperability test-bed (PTB) was commissioned in 2007 by the Association of Geographic Information Laboratories in Europe (AGILE), Commission 5 (Networks) of the European Spatial Data Research (EuroSDR) organisation and the OGC

H1N1 vaccination in Sjögren’s syndrome triggers polyclonal B cell activation and promotes autoantibody production

Objectives: Vaccination of patients with rheumatic disease has been reported to result in lower antibody titres than in healthy individuals. However, studies primarily include patients on immunosuppressive therapy. Here, we investigated the immune response of treatment-naïve patients diagnosed with primary Sjögren’s syndrome (pSS) to an H1N1 influenza vaccine. Methods: Patients with Sjögren’s syndrome without immunomodulatory treatment and age-matched and gender-matched healthy controls were immunised with an H1N1 influenza vaccine and monitored for serological and cellular immune responses. Clinical symptoms were monitored with a standardised form. IgG class switch and plasma cell differentiation were induced in vitro in purified naïve B cells of untreated and hydroxychloroquine-treated patients and healthy controls. Gene expression was assessed by NanoString technology. Results: Surprisingly, treatment-naïve patients with Sjögren’s syndrome developed higher H1N1 IgG titres of greater avidity than healthy controls on vaccination. Notably, off-target B cells were also triggered resulting in increased anti-EBV and autoantibody titres. Endosomal toll-like receptor activation of naïve B cells in vitro revealed a greater propensity of patient-derived cells to differentiate into plasmablasts and higher production of class switched IgG. The amplified plasma cell differentiation and class switch could be induced in cells from healthy donors by preincubation with type 1 interferon, but was abolished in hydroxychloroquine-treated patients and after in vitro exposure of naïve B cells to chloroquine. Conclusions: This comprehensive analysis of the immune response in autoimmune patients to exogenous stimulation identifies a mechanistic basis for the B cell hyperactivity in Sjögren’s syndrome, and suggests that caution is warranted when considering vaccination in non-treated autoimmune patients

The coming decade of digital brain research: a vision for neuroscience at the intersection of technology and computing

In recent years, brain research has indisputably entered a new epoch, driven by substantial methodological advances and digitally enabled data integration and modelling at multiple scales— from molecules to the whole brain. Major advances are emerging at the intersection of neuroscience with technology and computing. This new science of the brain combines high-quality research, data integration across multiple scales, a new culture of multidisciplinary large-scale collaboration and translation into applications. As pioneered in Europe’s Human Brain Project (HBP), a systematic approach will be essential for meeting the coming decade’s pressing medical and technological challenges. The aims of this paper are to: develop a concept for the coming decade of digital brain research, discuss this new concept with the research community at large, to identify points of convergence, and derive therefrom scientific common goals; provide a scientific framework for the current and future development of EBRAINS, a research infrastructure resulting from the HBP’s work; inform and engage stakeholders, funding organisations and research institutions regarding future digital brain research; identify and address the transformational potential of comprehensive brain models for artificial intelligence, including machine learning and deep learning; outline a collaborative approach that integrates reflection, dialogues and societal engagement on ethical and societal opportunities and challenges as part of future neuroscience research

Formalizations for geooperators-geoprocessing in Spatial Data Infrastructures

Nowadays, geoprocessing has moved in large parts from isolated desktop usage into the Web. Thereby, the overall availability of geoprocessing functionality has theoretically improved. Nevertheless, web-based geoprocessing functionality is still not readily available and usable as means to find and subsequently compare functionality are yet missing. Discoverability and exchangeability of geoprocessing functionality are limited, and the fundamental benefits of online usage are not fully exploited. To close this gap, this thesis defines a conceptualization with geooperators representing well-defined geoprocessing functionality, and categories representing distinct geooperator attributes as a starting point. Geooperators and categories are connected by associative and hierarchical links forming an interlinked network. The conceptualization serves as basis for two purposes: On the one hand, discovery of geooperators has to be improved. There is a multitude of different GIS users from varying backgrounds, all having a slightly different view on geoprocessing functionality. To embrace these varying views, several actually existing and established categorizations for geooperators are integrated into the conceptualization and structured hierarchically. Thus, multiple different perspectives on geooperators are enabled. The perspectives and the underlying categorizations are integrated into a geooperator browser serving as client that users can employ for discovery. The geooperator browser offers a faceted browsing interface based on the derived perspectives and categories. Several different search modes are offered and can be used simultaneously, thereby facilitating an improved discovery. On the other hand, to establish comparability and subsequently semantically interoperable exchangeability of geooperators, respective geooperator attributes are defined. Thereby, backend and provider independence of geoprocessing services is achieved. The conceptualization is formalized to allow for machine readability and processing which is required for usage in Spatial Data Infrastructures and the Semantic Web. The formalized conceptualization is labeled geooperator thesaurus. It is encoded by Semantic Web standards and offered in a Semantic Web compliant manner. The integration into geoprocessing service metadata is enabled by injecting semantic annotations that link to the respective concepts in the geooperator thesaurus. The thesaurus serves as the underlying data model for the geooperator browser. The thesis concludes with an outlook and discussions of future work. Foremost, the content of the geooperator thesaurus needs to be extended as it currently only comprises a representative subset of geooperators. An approach is suggested to involve the geoprocessing community as an important source of geoprocessing expertise in the maintenance and further development of the thesaurus. On a conceptual level, the thesaurus needs to be extended to a fully-fledged ontology including a formal geoprocessing algebra to support the creation of geooperator workflows. From a discovery point of view, the concept of geoprocessing patterns is outlined. Geoprocessing patterns list geooperators that are commonly used for certain geoprocessing tasks, and provide best practices about applying them in a meaningful manner and sequence.An Stelle von isolierter Desktop-basierter Nutzung von Geoprozessierung werden heutzutage mehr und mehr webbasierte Angebote zur Verfügung gestellt. Dadurch hat sich die generelle Verfügbarkeit von Geoprozessierungsfunktionalität theoretisch verbessert. Da jedoch das Auffinden und anschließend oft notwendige Vergleichen von Funktionalität nur eingeschränkt möglich ist, können die Vorteile einer webbasierten Verfügbarkeit nicht vollständig genutzt werden. Um dieser Problematik zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Konzeptualisierung entwickelt, die wohldefinierte Geoprozessierungsfunktionalität als Geooperatoren und Kategorien als Unterscheidungsmerkmale für Geooperatoren zur Verfügung stellt. Geooperatoren und Kategorien sind über assoziative und hierarchische Links zu einem Netzwerk verknüpft. Diese Konzeptualisierung erfüllt zwei grundlegende Aufgaben: Einerseits muss das Auffinden von Geooperatoren für Nutzer mit unterschiedlichsten Anwendungshintergründen möglich sein. Diese Nutzer haben unterschiedlichste Sichten auf Geooperatoren, die berücksichtigt und unterstützt werden sollen. Dazu werden etablierte Kategorisierungen aus Literatur und Praxis in die Konzeptualisierung integriert, entsprechend hierarchisch strukturiert und als Perspektiven auf Geooperatoren für den Zugriff nach Außen zur Verfügung gestellt. Diese Perspektiven und die darunterliegenden Kategorien werden als Facetten in einen Geooperatorbrowser integriert, der als webbasierter Client von den Nutzern für das Auffinden von Geooperatoren verwendet werden kann. Die explorative Suche über Facetten nach Geoprozessierungsfunktionalität wird durch eine Schlüsselwortsuche und einen geführten Suchmodus ergänzt und damit insgesamt die Auffindbarkeit von Geooperatoren verbessert. Andererseits sollen die Vergleichbarkeit und der anschließend semantisch interoperable Austausch von Geooperatoren ermöglicht werden. Dazu werden durch einen Vergleich von Geooperatorattributen Ähnlichkeiten von Geooperatoren definiert und zusammen mit der Konzeptualisierung als Geooperatorthesaurus formalisiert. Durch die Formalisierung wird eine Maschinenlesbarkeit und -prozessierbarkeit erreicht. Nur so kann ein anbieter- und backendunabhängiger Austausch von Geoprozessierungsdiensten in Geodateninfrastrukturen ermöglicht werden. Der Thesaurus nutzt Semantic-Web-Standards und wird in einer Semantic-Web-kompatiblen Art und Weise im Web publiziert. Die Integration in Metadaten von Geoprozessierungsdiensten wird durch semantische Annotationen erreicht, die auf die entsprechenden Konzepte im Thesaurus verlinken. Der Thesaurus dient als Datenbasis für den Geooperatorenbrowser. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf und einer Diskussion von zukünftigen Forschungsarbeiten ab. Da der Thesaurus zurzeit nur eine repräsentative Menge an Beispieldaten enthält, muss als erster wichtiger Schritt der Inhalt des Thesaurus erweitert werden. Für die mittel- und langfristige Instandhaltung und Weiterentwicklung des Thesaurus wird ein Konzept zur Einbindung der GIS-Community vorgeschlagen, da hier gebündelte Geoprozessierungsexpertise vorhanden ist. Auf einer konzeptuellen Ebene muss der Thesaurus für eine semantisch und technisch verbesserte Verkettung von Geooperatoren zu einer vollständigen Ontologie mit einer formalen Geoprozessierungsalgebra weiterentwickelt werden. Für eine weitere Verbesserung der Auffindbarkeit von Geooperatoren wird das Konzept von Geoprozessierungspatterns skizziert, die Geooperatoren zusammenfassen, die oft im Kontext einer bestimmten Aufgabe zusammen genutzt werden. Zusätzlich werden über die Patterns Best Practices zur sinnvollen Anwendung und Verkettung der enthaltenen Geooperatoren zur Verfügung gestellt

Formalizations for geooperators-geoprocessing in Spatial Data Infrastructures

Nowadays, geoprocessing has moved in large parts from isolated desktop usage into the Web. Thereby, the overall availability of geoprocessing functionality has theoretically improved. Nevertheless, web-based geoprocessing functionality is still not readily available and usable as means to find and subsequently compare functionality are yet missing. Discoverability and exchangeability of geoprocessing functionality are limited, and the fundamental benefits of online usage are not fully exploited. To close this gap, this thesis defines a conceptualization with geooperators representing well-defined geoprocessing functionality, and categories representing distinct geooperator attributes as a starting point. Geooperators and categories are connected by associative and hierarchical links forming an interlinked network. The conceptualization serves as basis for two purposes: On the one hand, discovery of geooperators has to be improved. There is a multitude of different GIS users from varying backgrounds, all having a slightly different view on geoprocessing functionality. To embrace these varying views, several actually existing and established categorizations for geooperators are integrated into the conceptualization and structured hierarchically. Thus, multiple different perspectives on geooperators are enabled. The perspectives and the underlying categorizations are integrated into a geooperator browser serving as client that users can employ for discovery. The geooperator browser offers a faceted browsing interface based on the derived perspectives and categories. Several different search modes are offered and can be used simultaneously, thereby facilitating an improved discovery. On the other hand, to establish comparability and subsequently semantically interoperable exchangeability of geooperators, respective geooperator attributes are defined. Thereby, backend and provider independence of geoprocessing services is achieved. The conceptualization is formalized to allow for machine readability and processing which is required for usage in Spatial Data Infrastructures and the Semantic Web. The formalized conceptualization is labeled geooperator thesaurus. It is encoded by Semantic Web standards and offered in a Semantic Web compliant manner. The integration into geoprocessing service metadata is enabled by injecting semantic annotations that link to the respective concepts in the geooperator thesaurus. The thesaurus serves as the underlying data model for the geooperator browser. The thesis concludes with an outlook and discussions of future work. Foremost, the content of the geooperator thesaurus needs to be extended as it currently only comprises a representative subset of geooperators. An approach is suggested to involve the geoprocessing community as an important source of geoprocessing expertise in the maintenance and further development of the thesaurus. On a conceptual level, the thesaurus needs to be extended to a fully-fledged ontology including a formal geoprocessing algebra to support the creation of geooperator workflows. From a discovery point of view, the concept of geoprocessing patterns is outlined. Geoprocessing patterns list geooperators that are commonly used for certain geoprocessing tasks, and provide best practices about applying them in a meaningful manner and sequence.An Stelle von isolierter Desktop-basierter Nutzung von Geoprozessierung werden heutzutage mehr und mehr webbasierte Angebote zur Verfügung gestellt. Dadurch hat sich die generelle Verfügbarkeit von Geoprozessierungsfunktionalität theoretisch verbessert. Da jedoch das Auffinden und anschließend oft notwendige Vergleichen von Funktionalität nur eingeschränkt möglich ist, können die Vorteile einer webbasierten Verfügbarkeit nicht vollständig genutzt werden. Um dieser Problematik zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Konzeptualisierung entwickelt, die wohldefinierte Geoprozessierungsfunktionalität als Geooperatoren und Kategorien als Unterscheidungsmerkmale für Geooperatoren zur Verfügung stellt. Geooperatoren und Kategorien sind über assoziative und hierarchische Links zu einem Netzwerk verknüpft. Diese Konzeptualisierung erfüllt zwei grundlegende Aufgaben: Einerseits muss das Auffinden von Geooperatoren für Nutzer mit unterschiedlichsten Anwendungshintergründen möglich sein. Diese Nutzer haben unterschiedlichste Sichten auf Geooperatoren, die berücksichtigt und unterstützt werden sollen. Dazu werden etablierte Kategorisierungen aus Literatur und Praxis in die Konzeptualisierung integriert, entsprechend hierarchisch strukturiert und als Perspektiven auf Geooperatoren für den Zugriff nach Außen zur Verfügung gestellt. Diese Perspektiven und die darunterliegenden Kategorien werden als Facetten in einen Geooperatorbrowser integriert, der als webbasierter Client von den Nutzern für das Auffinden von Geooperatoren verwendet werden kann. Die explorative Suche über Facetten nach Geoprozessierungsfunktionalität wird durch eine Schlüsselwortsuche und einen geführten Suchmodus ergänzt und damit insgesamt die Auffindbarkeit von Geooperatoren verbessert. Andererseits sollen die Vergleichbarkeit und der anschließend semantisch interoperable Austausch von Geooperatoren ermöglicht werden. Dazu werden durch einen Vergleich von Geooperatorattributen Ähnlichkeiten von Geooperatoren definiert und zusammen mit der Konzeptualisierung als Geooperatorthesaurus formalisiert. Durch die Formalisierung wird eine Maschinenlesbarkeit und -prozessierbarkeit erreicht. Nur so kann ein anbieter- und backendunabhängiger Austausch von Geoprozessierungsdiensten in Geodateninfrastrukturen ermöglicht werden. Der Thesaurus nutzt Semantic-Web-Standards und wird in einer Semantic-Web-kompatiblen Art und Weise im Web publiziert. Die Integration in Metadaten von Geoprozessierungsdiensten wird durch semantische Annotationen erreicht, die auf die entsprechenden Konzepte im Thesaurus verlinken. Der Thesaurus dient als Datenbasis für den Geooperatorenbrowser. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf und einer Diskussion von zukünftigen Forschungsarbeiten ab. Da der Thesaurus zurzeit nur eine repräsentative Menge an Beispieldaten enthält, muss als erster wichtiger Schritt der Inhalt des Thesaurus erweitert werden. Für die mittel- und langfristige Instandhaltung und Weiterentwicklung des Thesaurus wird ein Konzept zur Einbindung der GIS-Community vorgeschlagen, da hier gebündelte Geoprozessierungsexpertise vorhanden ist. Auf einer konzeptuellen Ebene muss der Thesaurus für eine semantisch und technisch verbesserte Verkettung von Geooperatoren zu einer vollständigen Ontologie mit einer formalen Geoprozessierungsalgebra weiterentwickelt werden. Für eine weitere Verbesserung der Auffindbarkeit von Geooperatoren wird das Konzept von Geoprozessierungspatterns skizziert, die Geooperatoren zusammenfassen, die oft im Kontext einer bestimmten Aufgabe zusammen genutzt werden. Zusätzlich werden über die Patterns Best Practices zur sinnvollen Anwendung und Verkettung der enthaltenen Geooperatoren zur Verfügung gestellt

The Spring-Time Boundary Layer in the Central Arctic Observed during PAMARCMiP 2009

The Arctic atmospheric boundary layer (AABL) in the central Arctic was characterized by dropsonde, lidar, ice thickness and airborne in situ measurements during the international Polar Airborne Measurements and Arctic Regional Climate Model Simulation Project (PAMARCMiP) in April 2009. We discuss AABL observations in the lowermost 500 m above (A) open water, (B) sea ice with many open/refrozen leads (C) sea ice with few leads, and (D) closed sea ice with a front modifying the AABL. Above water, the AABL had near-neutral stratification and contained a high water vapor concentration. Above sea ice, a low AABL top, low near-surface temperatures, strong surface-based temperature inversions and an increase of moisture with altitude were observed. AABL properties and particle concentrations were modified by a frontal system, allowing vertical mixing with the free atmosphere. Above areas with many leads, the potential temperature decreased with height in the lowest 50 m and was nearly constant above, up to an altitude of 100–200 m, indicating vertical mixing. The increase of the backscatter coefficient towards the surface was high. Above sea ice with few refrozen leads, the stably stratified boundary layer extended up to 200–300 m altitude. It was characterized by low specific humidity and a smaller increase of the backscatter coefficient towards the surface

Strong-wind events and their influence on the formation of snow dunes: Observations from Kohnen Station, Dronning Maud Land, Antarctica

Analyses of shallow cores obtained at the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) drilling site Kohnen station (758000 S, 008040 E; 2892ma.s.l.) on the plateau of Dronning Maud Land reveal the presence of conserved snow dunes in the firn. In situ observations during three dune formation events in the 2005/06 austral summer at Kohnen station show that these periods were characterized by a phase of 2 or 3 days with snowdrift prior to dune formation which only occurred during high wind speeds of >10ms–1 at 2m height caused by the influence of a low-pressure system. The dune surface coverage after a formation event varied between 5% and 15%, with a typical dune size of (4 2)m (8 3) m, a maximum height of 0.2 0.1m and a periodicity length of about 30 m. The mean density within a snow dune varied between 380 and 500 kgm–3, whereas the mean density at the surrounding surface was 330 5kgm–3. The firn cores covering a time-span of 22 2 years reveal that approximately three to eight events per year occurred, during which snow dunes had been formed and were preserved in the firn