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Prof. Dr. Birgit Kleinschmit ©
Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Sentinel für den Naturschutz – Chancen und Herausforderungen
Prof. Dr. Birgit Kleinschmit
Herzlich Willkommen. Welcome.
Prof. Dr. Birgit Kleinschmit ©
Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
www.naturparke.at
diverse Landschaft
stetiger Wandel
größflächig
eingeschränkte
Betretungsmöglichkeit
diverse Gesetze & Richtlinien
Herausforderungen im Naturschutz
Prof. Dr. Birgit Kleinschmit ©
Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Operationelle Verfahren verfügbar
Sehr hohe geometrische Auflösung
Stereo-Auswertung möglich
Etablierte Fernerkundungsverfahren im Naturschutz
mit Zusatzdaten wie DGM, nDOM kombinierbar
Verfügbarkeit der Daten eingeschränkt
RLP ALEK
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Quelle DLR
Luftbild, 0,1 m
© ATKIS
Herausforderung: geringere geometrische Auflösung
QuickBird, 1m
© DigitalGlobe
Sentinel-2, 10 m
© ESA
MODIS, 300 m
© USGS/NASA
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
24.05.09 09.10.09 20.09.09 19.08.09 27.07.09
Chance höhere zeitliche Auflösung
Quelle TU Berlin RapidEye
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Beispiel Offenlandkartierung mit intra-annueller Zeitreihe
2009
mit je 21 Szenen von RapidEye und TerraSAR-X
2010
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
2011
TU Berlin
2010
2011
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Abbildung: GFZ Potsdam
Ergebnis Offenlandkartierung mit RapidEye Zeitreihe
Pflanzengesellschaft / -assoziation
Pfeifengraswiese
nährstoffreiche Feuchtwiese
Großseggenwiese
artenreiche Frischwiese
ruderale Wiesen
feuchte Hochstauden
Sandtrockenrasen
Besenginsterheiden
trockene Sandheiden
Rohrglanzgrasröhricht
Goldrutengesellschaft
Schilfröhricht
Pflanzengesellschaft / -assoziation (12 Klassen)
Schuster et al. 2012
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Number of scenes
F1
mea
su
re [%
]
TerraSAR-X
RapidEye NDVI
RapidEye NDVI-RE-R
RapidEye NDVI-NIR-RE
Herausforderung i) Evaluation optisch versus Radar ii) Anzahl der Szenen
Schuster et al. (2015) Remote Sensing
• 10 | 15
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Herausforderung Optimierung der Szenenauswahl
Schmidt et al. JSTARS (2014)
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Chance Kombination optischer Daten mit Radar
Beispiel LTR Bestimmung im Grünland
-38
-34
-30
-26
-22
-18
153 164 175 186 197 208 219 230 241 252 263
Tag im Jahr
Bac
ksca
tte
r co
eff
icie
nt
[dB
]
Juni I Juli I August I September
Bsp: Pfeiffengraswiese (NATURA 2000 LRT 6410)
Management-Regel: jährliche einmalige Mahd im Spätsommer
Schuster et al. 2015, Remote Sensing
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Chance Kombination optischer Daten mit Radar
Beispiel LTR Bestimmung im Grünland
-38
-34
-30
-26
-22
-18
153 164 175 186 197 208 219 230 241 252 263
Tag im Jahr
Bac
ksca
tter
coe
ffic
ient
[dB
]
Juni I Juli I August I September
Bsp: artenreiche Frischwiese (NATURA 2000 LRT 6510)
Management-Regel: jährlich zweimal Mahd Heuschnitte, erster nicht vor
Hauptblütezeit der Gräser (ab Mitte Juni)
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Chancen Erfassung räum-zeitlich variierender Parameter
Beispiel Bodenfeuchte mit optischer Zeitreihe
04.07.2014 24.07.2014 28.10.2014 25.03.2015 05.06.2015 30.06.2015 15.07.2015 01.09.2015 30.09.2015 05.10.2015 annual mean 13 | 15
Schmidt et al. 2016
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Chancen Erfassung räum-zeitlich variierender Parameter
Beispiel Bodenfeuchte mit Sentinel-1 Zeitreihe
Bodenfeuchte gemittelt 2015
Holtgrave et al. 2017
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Chancen Fusion von Daten mit höherer räumlicher Auflösung und Daten mit höherer Wiederholraten – Beispiel Störungskartierung mit RadipEye und Landsat
Gärtner, P., Fo rster, M., Kleinschmit, B. (2016): The benefit of synthetically generated RapidEye and Landsat 8 data fusion time series for riparian forest disturbance monitoring. RSE
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Chance Langzeitmonitoring
Beispiel Ausbreitung Invasiver Arten
Invasion of Pinus radiata
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RGB UAV-Orthomosaic Sentinel-2 image
Ergebnis Ausbreitungsmuster Pinus radiata
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Chance Big Data & machine learning
Voraussetzungen:
Große Datenmengen kontinuierlicher Daten (>300 Parameter)
Vorhandene, räumlich verortete Zielklassen
Trennungsregeln werden abgeleitet
red
NDVI
green
EVI
slope
wetness
... blue
aspect
...
Unterscheidung von Bodensaure EUNIS Klassen E1.2: Mitteleuropa ische Kalk- und Silikatmagerrasen EUNIS Klassen E1.7 : Nicht mediterrane, trockene, saure und neutrale Silikatmagerrasen
Moran, N. Nieland, S. Tintrup, G. Kleinschmit (2017): Combining machine learning and ontological data handling for multi-source classification of nature conservation areas. JAG
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Herausforderung Aufnahmewinkel
Anteil der Kronenkomponenten variiert innerhalb des phänologischen Jahrgangs
Sichtbarkeit unterschiedlicher Kronenkomponenten abhängig vom Aufnahmewinkel
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Zusammenfassung und Ausblick
Copernicus bietet hohes Potenzial fur unterschiedliche
Naturschutzanwendungen
Kombination von unterschiedlichen Datensatzen bietet ein bisher nicht ausgeschopftes Potential
Hohe Datenverfügbarkeit führt zur steigenden Anforderungen an Methoden und Hardware (Big Data & mashine learning)
Europäisches Earth Observation Data Center wie USGS fehlt
Standardisierte Methoden und Netzwerk für Cal-Val Daten
Anwendern in der Praxis fehlt es noch an operationalen Prozessketten und Produkten (Level 2A, NDVI, fPAR, LAI)
Integration von Forschung in die Praxis durch gemeinsame angewandte Forschung
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Nationales Forum für Fernerkundung und Copernicus 2017 | 15.03.2017
Herzlichen Dank. Thank you.
Sentinel für den Naturschutz – Chancen und Herausforderungen
Prof. Dr. Birgit Kleinschmit
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