Infrastructures and Practices for Reproducible Research in Geography, Geosciences, and GIScience

Die Reproduzierbarkeit von rechnergestützter Forschung stellt alle Wissenschaftszweigevor enorme Herausforderungen. In dieser Dissertation werden Technologien und Praktiken entwickelt, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen und sie besser mit dem Prozess derwissenschaftlichen Kommunikation zu verbinden, mit besonderem Fokus auf Geographie, Geowissenschaften und GIScience. Basierend auf Containerisierung wird in dieser Arbeiteine Plattform geschaffen, die bestehende akademische Infrastrukturen mit einem neuartigen ausführbarem Forschungskompendium (Executable Research Compendium; ERC) verbindet. Es wird gezeigt, dass das ERC die Transparenz, Verständlichkeit, Reproduzierbarkeit und Wiederverwendbarkeit von Forschungsergebnissen, zum Beispiel für Peer-Reviews, verbessert,indem es alle Teile eines computergestützten Arbeitsablaufs erfasst. Das Kernstück der ERC-Plattform ist eine Software, welche die Rechenumgebung automatisch erfassen kann, so dass die Autoren nur noch sogenannte computational notebooks, digitale Notizbücher die Text und Analysecode verbinden, erstellen müssen. Die Arbeit untersucht weiter, wie Containerisierung unabhängig von ERCs angewendet wird und werden kann, unter anderem bei einer komplexen Analyse aus der Fernerkundung, für Datenwissenschaften im Allgemeinen sowie innerhalb der Anwenderschaft der Programmiersprache R. Basierend auf diesen technischen Grundlagenkommt die Arbeit zu dem Schluss, dass es funktionierende praktische Lösungen gibt, die Reproduzierbarkeit durch geeignete Infrastruktur möglich machen und die Benutzung deutlichvereinfachen. Mehrere nachgelagerte Anwendungen, die auf ERCs aufbauen, bieten neuartige Möglichkeiten, die nächste Generation von Publikationen besser suchen und inspizieren zukönnen. Um zu verstehen, warum reproduzierbare Forschung nicht weit verbreitet ist, und um zur Verbreitung reproduzierbarer Forschungspraktiken beizutragen, untersucht die Dissertation weiterhin den Stand der Reproduzierbarkeit in der wissenschaftlichen Disziplin GIScience. Sie entwickelt und demonstriert Arbeitsabläufe, mit welchen die Durchführung von rechnerischen Analysenbesser in Peer-Review-Verfahren integriert werden können. Es werden Empfehlungen gegeben, wie reproduzierbare Forschung in Peer-Review-Verfahren (wieder) eingeführt werden kann und wie Praktiken um die höchstmögliche Reproduzierbarkeit zu erreichen in der Wissenschaft normativ, lohnend und letztlich verpflichtend werden können. Diese Empfehlungen stützen sich auf über 100 als irreproduzierbar befundenen Artikeln aus der GIScience, auf die Erfahrungen aus über 30 erfolgreichen Reproduktionen von computerbasierten Arbeitsabläufen in verschiedenen Wissenschaftsbereichen und auf die Erkenntnisse von der Implementierung des ERC. Neben der Weiterentwicklung der eingebrachten Konzepte und der Infrastruktur weist die Dissertation auf weitergehende Themen zukünftiger Arbeit hin, wie zum Beispiel die Untersuchung von Prozessen für Code-Ausführung als Teil von Begutachtungen von Manuskripten, oder Reproduktions- und Replikationsstudien für grundlegende Arbeiten in den betrachteten Wissenschaftsdisziplinen. Die technischen und sozialen Barrieren für höhere Reproduzierbarkeit sind stark mit anderen Transformationsprozessen in der Wissenschaft verwoben und daher trifft die Verbesserung der Reproduzierbarkeit auf ähnliche Herausforderungen rund um Kulturwandel und Nachhaltigkeit. Die Arbeit zeigt jedoch klar, dass reproduzierbare Forschung jedoch schon heute auf Basis der neu entwickelten Infrastrukturen und Praktiken realisierbar ist. Die Übertragbarkeit von disziplinübergreifenden Erkenntnissen begünstigt dieEtablierung reproduzierbarer Forschungspraktiken, und mehr als andere Transformationen kann die Bewegung hin zu mehr Reproduzierbarkeit aus zugänglichen und überzeugenden Argumenten sowohl für einzelne Forscher als auch für ihre Gemeinschaften schöpfen.