Kerstin Stelzer, Martin Gade, Winny Adolph, Jörn ... - RESA Web - DLR
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<strong>Kerstin</strong> <strong>Stelzer</strong>, <strong>Martin</strong> <strong>Gade</strong>, <strong>Winny</strong> <strong>Adolph</strong>, <strong>Jörn</strong> Kohlus<br />
Brockmann Consult, Geesthacht<br />
DeMarine-Environment -<br />
Suitability of RapidEye Data<br />
for Monitoring of the Wadden<br />
Sea<br />
(PROJECT ID: 290)
DeMarine Umwelt / DeMarine-2<br />
• DeMarine Umwelt<br />
2008-2011<br />
• DeMarine-2<br />
2012-2015<br />
• Aufbau nationaler Dienste im Bereich der marinen Umweltüberwachung<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Wasserqualität<br />
Wattenmeer<br />
Eiserkennung<br />
Seegang<br />
Ölerkennung<br />
• Nachhaltigen Nutzung der Copernicus Dienste in Deutschland<br />
• Finanzierung<br />
<br />
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)<br />
durch die <strong>DLR</strong> Agentur<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Fernerkundung des Wattenmeers<br />
– Von der Grundlage bis zum Service -<br />
Dänemark<br />
VAE-Intertidal * User Workshop * 02.&03.11.2010 * Lisbon<br />
Gesamtlänge ~500 km<br />
Gesamtfläche ~10,000 km²<br />
3
Die “Farbe” des Wattenmeeres<br />
Brockmann Consult © 2007<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Oberflächenarten<br />
Sediment<br />
0.25<br />
0.2<br />
…und ihr<br />
spektrales<br />
Verhalten<br />
Reflectance<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
sand<br />
mud<br />
sed-wc<br />
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5<br />
Seagras<br />
Wavelength<br />
Foto: C. Reimers<br />
2500<br />
Reflection [*1000]<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4<br />
Wavelength [µm]<br />
© NPA<br />
Reflectance<br />
Mussel<br />
0.25<br />
0.2<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
0.45 0.95 1.45 1.95 2.45<br />
Wavelength<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - Foto: 21.03.2013 G. Millat
Oberflächenstrukturen<br />
TerraSAR-X, 30. August 2008, 1710 UTC (34 minutes after LT)<br />
IFM, Uni Hamburg © 2008<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Multitemporale Kennwerte aus TSX Aufnahmen<br />
hohe mittlere<br />
Rückstreuung &<br />
geringe Variabilität<br />
TerraSAR-X, multi-temporal<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Muschelbänke<br />
Muschelbank, mit<br />
Braunalgen<br />
bewachsen<br />
Muscheln siedeln<br />
auf dem Sediment,<br />
unebene Struktur<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
mussel beds<br />
covered by Fucus<br />
(brown algae)<br />
mussel beds<br />
growing from<br />
the sediment,<br />
structure<br />
uneven<br />
Photo: H. Farke<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Datenprozessierung<br />
Geländedaten<br />
Erhebung<br />
Aufbereitung<br />
GIS Datensatz<br />
Optische Daten<br />
Datenrecherche<br />
& Bestellung<br />
Vorprozessierung<br />
Atmosphären<br />
-korrektur<br />
Maskierung<br />
Feature<br />
Extraction<br />
Indizes<br />
LSU<br />
Radar Daten<br />
Datenrecherche<br />
& Bestellung<br />
Vorprozessierung<br />
Kalibierung<br />
Filterung/<br />
Aggregierung<br />
Georeferenzierung<br />
Georeferenzierung<br />
Feature<br />
Extraction<br />
Multitemp.<br />
Stat<br />
Eingangsparameter<br />
Optik<br />
Eingangsparameter<br />
Radar
Klassifikationsverfahren<br />
Input Feature<br />
Optik<br />
Input Feature<br />
Seegraspot<br />
Input Feature<br />
Radar<br />
GIS Datensatz<br />
Validation<br />
Ent 1<br />
Ent 2<br />
Ent 5<br />
Klassifikation<br />
Ent 3<br />
Klasse 1<br />
Ent 6<br />
Ent 8<br />
Ent 4 Klasse 2<br />
Ent Klasse 5 Klasse 8<br />
7<br />
Klasse 4 Klasse 3<br />
Klasse 7 Klasse 6<br />
Klasse 9<br />
Häufigkeitskarten<br />
Abgeleitete<br />
Parameter<br />
Input für<br />
WRRL<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Klassifikation & Validation<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Konfusionsmatrix<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Validation with montitoring data<br />
Flächenvergleich von Muschelbänken Monitoringdaten<br />
vs. Synergistische Klassifikation (Optik + SAR)<br />
250000<br />
200000<br />
Fläche [m2]<br />
150000<br />
100000<br />
Monitoringdaten<br />
Klassifikation<br />
50000<br />
0<br />
1 2 3 4 5<br />
Nummer der Muschelbank<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Produkte<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Landsat – SPOT-4 – SPOT-5 – RapidEye<br />
Landsat<br />
SPOT-4<br />
SPOT-5<br />
RapidEye<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Erfassung der spektralen Information<br />
• Sensorspezifische Lage und Breite der Aufnahmekanäle<br />
(spektrale Auflösung)<br />
• Vergleich RapidEye und SPOT<br />
0.25<br />
0.2<br />
Trockener Sand<br />
Trockener Schlick<br />
Wasserbedeckter<br />
Schlick<br />
Reflectance<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
Bänder SPOT-4<br />
Bänder RapidEye<br />
0<br />
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5<br />
Wavelength<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Konkrete Fragestellung mit RapidEye<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
RapidEye Klassifikation 2009<br />
Workshop FE Sedimente * Koblenz * 24.03.2011
Validation 2009<br />
Workshop FE Sedimente * Koblenz * 24.03.2011
Nutzeranforderungen<br />
• Datenverfügbarkeit<br />
• Mind. 3 Aufnahmen während der Vegetationsperiode<br />
• 1 Aufnahme außerhalb der Vegetationsperiode<br />
• Harmonisiertes und übertragbares Verfahren<br />
• Verschiedene Informationsschichten<br />
• Überblickskartierungen<br />
• Thematischer Fokus<br />
• Verwendbarkeit für Berichtspflichten<br />
• Beantwortung spezifischer Fragestellungen<br />
• Veränderungsanalysen, Zeitserienauswertung<br />
• Formate in GIS integrierbar<br />
• „Was könnt ihr aus den Daten an Informationen herausholen<br />
und wir untersuchen was das für uns bedeutet “<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Bewertung verschiedener Sensoren<br />
Landsat SPOT-4 SPOT-5 RapidEye Sentinel-2<br />
Räumliche Auflösung 30 m 20 m 10 m 6.5 m 10-20m<br />
Spektrale Auflösung VIS, nIR, mIR VIS, nIR, mIR VIS, nIR, mIR VIS, nIR VIS, nIR, mIR<br />
Verfügbarkeit der<br />
Daten<br />
Permanente<br />
Aufnahme<br />
L5: 1987-2012,<br />
L7 nur bedingt<br />
geeignet<br />
1998-2012,<br />
3-5 gute<br />
Aufnahmen im<br />
Jahr<br />
2002-ongoing<br />
3-5 gute<br />
Aufnahmen im<br />
Jahr<br />
Tideabhängigkeit<br />
erschwert<br />
Bestellvorgang<br />
permanente<br />
Aufnahme,<br />
10 Tage Wdh,<br />
breiter Swath<br />
Kosten frei 2500€/Aufnahme<br />
(60km)<br />
2500€/Aufnahme<br />
(60km)<br />
0.95€/km²<br />
frei<br />
Eignung für<br />
Wattenmeermonitorin<br />
g<br />
Sediment &<br />
Bewuchs:<br />
Überblick<br />
Sediment,<br />
Bewuchs:<br />
Überblick &<br />
Monitoring<br />
Sediment &<br />
Bewuchs:<br />
Überblick &<br />
Details,<br />
Monitoring<br />
Spezielle<br />
Fragestellunge<br />
n<br />
Sehr großes<br />
Potential für<br />
Monitoring im<br />
Überblick und<br />
im Detail<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
Acknowledgement<br />
• Team<br />
DeMarine Teilprojekt SAMOWatt<br />
• Daten<br />
<br />
<br />
<br />
<strong>DLR</strong>: Daten AO für TSX<br />
ESA: Daten AO für PALSAR, ERS, RapidEye, SPOT-4,-5 (z.Zt. eingeschränkt)<br />
<strong>RESA</strong>: Daten AO für RapidEye (DeMarine-1)<br />
USGS: Landsat -5 und -7<br />
<br />
Radarsat/<strong>DLR</strong>: Daten AO für Radarsat-2 und TSX<br />
• Finanzierung<br />
<br />
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)<br />
durch die <strong>DLR</strong> Agentur<br />
<strong>RESA</strong> 5. Nutzerworkshop - Neustrelitz - 21.03.2013
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