Projekttitel: DeepESDL – Earth System Data Lab
Projektdauer: 2022 bis 2025
Forschungsbereich: Angewandtes Machine Learning, Big Data Machine Learning, Erd- und Umweltwissenschaften

Künstliche Intelligenz wird in der Erdbeobachtung immer wichtiger, da große Teile des Erdsystems kontinuierlich von Sensoren überwacht werden und KI sowohl mit dem Datenvolumen als auch mit den heterogenen Dateneigenschaften umgehen kann. Satelliten erfassen beispielsweise Atmosphäre, Land und Ozean mit bislang unerreichter Genauigkeit. Im Rahmen von DeepESDL wurden die Fähigkeiten des Earth System Data Lab erweitert, um die Anwendung von Machine-Learning-Methoden auf Earth System Data Cubes zu unterstützen.
Wir stellen drei Python-basierte Best-Practice-Jupyter-Notebooks auf Grundlage eines generischen Anwendungsfalls bereit, um die Umsetzung moderner Machine-Learning-Bibliotheken auf ESDCs in der DeepESDL-Hub-Umgebung zu demonstrieren. Jedes Notebook umfasst einen eigenständigen Workflow, Markdown-Zellen, Kommentare und Plots für eine benutzerfreundliche Anwendung und Orientierung und basiert jeweils auf einer der drei etablierten Open-Source-ML-Bibliotheken:
Das Modelltracking erfolgt über TensorBoard und mlflow. Diese Werkzeuge bieten wissenschaftlichen Teams eine leicht nutzbare Plattform, um Machine-Learning-Workloads in einer kollaborativen Umgebung auszuführen und zu skalieren, einschließlich Versionierung und Austausch von Parametern, Modellen, Artefakten und Ergebnissen innerhalb des Teams und gegebenenfalls auch mit externen Nutzer:innen. Mlflow unterstützt insbesondere MLOps-Pipelines, indem Experimente protokolliert und ausgewertet sowie Modelle in einer Registry gespeichert werden können. Persistente mlflow-Deployments werden auf Teamebene bereitgestellt, damit jedes Teammitglied seine Experimente mit denen anderer vergleichen und die trainierten Modelle anderer nutzen kann. TensorBoard wird als weiteres kollaboratives Werkzeug in diesem MLOps-Kontext derzeit von den Forschungsteams evaluiert und steht als Teil des TensorFlow-Conda-Kernels einzelnen Nutzer:innen innerhalb ihrer JupyterLab-Sitzung zur Verfügung.
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