Von der Mündung zur Quelle: Fernerkundung an Binnengewässern
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1 erfolgreich nutzen Von der Mündung zur Quelle: Fernerkundung an Binnengewässern Zusammengestellt von Björn Baschek Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Koblenz Dr. Björn Baschek, Referat Geoinformation und Fernerkundung, GRDC Hintergrundsbild: ESA Tragschrauber: HS Koblenz, Foto BfG Ölüberwachung: Havariekommando Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 1
2 Von der Mündung zur Quelle Inhalt Einladung zur gemeinsamen Reise an Binnengewässern Wir werden: Verschiedene Nutzungsaspekte beleuchten Beispiele erleben Ansätze aus Nutzungsperspektive: Ausgehen von Anforderungen! Vom Ziel aus die richtige Datenquelle suchen Meer Kl. Flüsse Quelle Ästuare Gr. Flüsse Kl. Seen Hintergrundsbild: ESA Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 2
3 Anwendungsfelder Fernerkundung Temperatur Trübung Chlorophyll Überflutung Foto: ESA Foto: ESA Foto: ESA Eis Potential? JA! (Versch. Plattformen) Anwendungen? Gleich! Bodenfeuchte Foto: ESA Vegetation Überflutung Photogrammetrie Geländemodelle Positionspapier FE für Vermessung & WSV in Arbeit Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 3
4 Nutzungsperspektive wann nutze ich etwas? Mehrwert, Kosten Gut genug, zuverlässig überzeugt: Validierung Guter Zugang (standardisiert / automatisierbarer) Integration in Arbeitsabläufe / Verfahren! Nutzer (z.b. numerisches Modell) muss Daten verarbeiten können Hintergrundsbild: ESA Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 4
5 Beitrag Fernerkundung: Datenquelle für Binnengewässer-Fragestellung In-Situ- Daten? Modell -ergebnisse Messwerte, wo ich sonst keine habe Großer Vorteil: flächige Information z.t. andere Parameter / Charakter als traditionell Fernerkundung Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 5
6 Beitrag Fernerkundung Binnengewässer In-Situ- Daten Modellergebnisse Fernerkundung Foto: ESA Oft führt Kombination der Methoden/Quellen ans Ziel Nutzen und Beitrag Fernerkundung für jede Anwendung überprüfen Fotos: Baschek, BfG Havariekommando Tragschrauber Hochschule Koblenz Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 6
7 Abklärung Anforderungen & Beitrag FE Parameter Alternativen / Kombination Nahe-Echtzeit Rückschau Quantitativ / Genauigkeit? Überblick (qualitativ) Vorwarnung Beobachtungsdichte Wetter-/Tidenbedingungen Gebietsgröße Räumliche Auflösung richtige (Daten-)Quelle suchen Foto: BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 7
8 Meeresumwelt Copernicus-Dienst Großflächiges Monitoring der Meeresumwelt Große Seen kein offizieller Dienst MERIS FR (300m Auflösung), ESA 2010 Prozessierung: Brockmann Consult mit dem FUB WeW Algorithmus Meer Foto: ESA Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 8
9 Copernicus-Dienste Überwachung Meeresumwelt Landüberwachung Und Binnengewässer? Themen und Algorithmen verwandt (Temperatur, Eis, Chlorophyll, ) Grobe räumliche Auflösung! Gleiche Bildszenen. Variable Auflösung. Meist andere Themen! (Überlapp z.b. Klassifizierung) Auch wenn (noch?) kein Copernicus-Dienst für Binnengewässer: Daten, Daten, Daten Foto: BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 9
10 Ästuare Relativ breit Tide-Dynamik Ästuare Foto: Baschek, BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 10
11 Ziel: Modellvalidierung (Temperatur) Hahnöfer Nebenelbe: Tideeinfluss Dynamik und Auflösung erfordern häufigen, tiefen Überflug Muster und Kontraste realistisch? Jens Wyrwa, Andreas Schöl, BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 11
12 Monitoring dynamischer Prozesse Kombinierter Einsatz von Tragschrauber und UAV Vielzahl Flüge / Aufnahmen Thermales Infrarot Auswertung und Modellvalidierung läuft Fotomontage: Baschek, BfG Ausschnitt Tragschrauber-Aufnahme (Hochschule Koblenz) Katharina Fricke, Björn Baschek, BfG Jens Bongartz et. al, Hochschule Koblenz Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 12
13 Anwendungsbeispiel - Vegetation Ziele: Monitoring Lage, Verteilung, Veränderung von Vegetation Große unzugängliche Gebiete (Ästuare): Flugzeug = etabliert Einsatz UAVs (F&E) Satelliten eingeschränkt wegen Tidegeschehens Uwe Schröder, BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 13
14 Sentinel-2 / Copernicus: Mehrwert durch häufige Beobachtung! Verbesserte Klassifikation durch multitemporalen Ansatz z.b. NDVI im Jahresverlauf N D V I Jahresverlauf Quelle: Dr. Annett Frick, LUP GmbH, TU Berlin Schuster et al. 2012, TU Berlin Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 14
15 Große Flüsse Groß (>> 3 Pixel) relativ zur Auflösung: Satellit Ziel: bestehendes Monitoring durch flächige Daten ergänzen Gr. Flüsse Kl. Seen Foto: BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 15
16 Anwendung: Oberflächentemperatur Ziele: Validierung Modelle, Repräsentativität Messstellen hohe räumliche TIR-Auflösung nötig Atmosphärenkorrektur Fernerkundung + in-situ-punktmessungen - erhöht Genauigkeit für FE Landsat, USGS / Auswertung BfG Katharina Fricke, Björn Baschek, BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 16
17 Validierung Abgleich Genauigkeit mit Anforderungen Trübung Trübung / Schwebstoffe Maxau Landsat 7ETM+, NASA Trübung / Schwebstoffe Neues Projekt WasMon-CT BfG, LUBW (BMVI/DLR) Validierung Satellitentrübung / in-situ-trübung Protoyp: Integration in Arbeitsabläufe + in Datenhaltung 1.) Trübung, 2.) Chlorophyll Hillebrand, Winterscheid, Baschek, BfG Wolf, LUBW Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 17
18 Sentinel-2: Indikatives Monitoring Ziel der LUBW : Vielzahl kleiner Seen Monitoring von Chlorophyll-a Zusätzliche Daten, gezieltere in-situ-beprobung Quelle : isf, LUBW, Robert Obad, BOWIS Organische Absorption Wolf, LUBW Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 18
19 Kleine Flüsse oder hohe räumliche Auflösung ~ 3 Pixel: Längsprofile 13,9 C oder: Befliegung 11,7 C 12,2 C Kl. Flüsse Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 19
20 In Richtung Quelle Befliegung Quelle Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 20 Foto: BfG
21 Auf große Skala: Gesamtes Einzugsgebiet Foto: ESA FE: z.b.: Sentinel Gr. Flüsse Kl. Flüsse Kl. Seen Quelle BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 21
22 Hydrologische Simulationsmodelle Ziele: Bodenfeuchte-Anomalie Landnutzung / Landbedeckung Validierung, Kalibrierung Ereignisanalysen, Vorhersagen, Monitoring Anforderungen: Mitteleuropa, zeitnah, regelmäßig FE-Beitrag: Gebietswasserhaushalt Bodenfeuchte, Schneebedeckung, Evapotranspiration Vegetation, Landbedeckung P. Helmke, BfG; Projekt: EUMETSAT-HSAF Copernicus Land Monitoring service (Satellite imagery Airbus Defence & Space, 2011, provided under EC/ESA GSC-DA). Krahe, Helmke, Nilson BfG Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 22
23 Zusammenfassung & Ausblick Copernicus: viele, gut verfügbare Daten Andere Plattformen berücksichtigen Ergebnis: Fernerkundung (flächige Daten) + in-situ-daten + (numerische Modelle) Foto: ESA Vielzahl Nutzungsansätze an Binnengewässern (Anwendung) rasche Entwicklung Verfügbarkeit F&E-Bedarf für Operationalisierung Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 23
24 ESA: Sentinel-2A Danke an alle Quellen! Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) Am Mainzer Tor Koblenz, Dr. Björn Baschek Tel.: 0261/ baschek@bafg.de Geoinformation, Fernerkundung, GRDC (M4) Foto: Baschek Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus, 4. November 2015 Seite 24
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