Gebündeltes Wissen – unsere Projekte am GFZ
Satellitendaten haben das Potenzial, bereits bestehende In-Situ-
Datenbestände zu erweitern, ressourcenintensive Messverfahren zu
entlasten und können durch ihre meist hohe zeitliche Auflösung die
Kontinuität von Monitoring-Aufgaben von Umweltbehörden unterstützen.
Bedarfsorientiertes Konzept
Das Konzept und die Inhalte dieser Copernicus Schulungen wurden in Zusammenarbeit mit Vertreter:innen deutscher und österreichischer Umweltämter entwickelt und im Laufe der Schulungsreihe angepasst. So richten sich die Schulungen in deutscher Sprache primär an Personen, die bisher wenig oder keine Erfahrung im Umgang mit Satellitenfernerkundungsdaten haben. Aber auch fortgeschrittene Nutzer:innen, welche einen Überblick zu Copernicus und realen Praxisbeispielen gewinnen wollen, werden durch die praxisnahen Anwendungsbeispiele und unsere Zusatzübungen angesprochen.
Lernvideos und Handreichungen mit Schritt-für-Schritt Anleitungen stehen den Teilnehmer:innen kostenfrei zur Verfügung. Hierdurch werden die Nutzenden befähigt, das von Ihnen erlangte Wissen zu vertiefen und an andere Anwender:innen weiterzugeben (Train-the-Trainer).
Förderzeitraum
Satellitendaten sind mehr als nur schöne Bilder unserer
Erde. Sie stecken voller Informationen und ermöglichen uns,
die Erdoberfläche und ihre Prozesse besser zu verstehen.
Dank der Copernicus Mission der Europäischen Raumfahrt
Agentur (ESA) sind hochaktuelle und flächendeckende
Satellitendaten für uns alle kostenfrei verfügbar.
Doch wie arbeitet man damit?
Die Schulungsmodule
In vier verschiedenen Modulen vermitteln wir die Grundlagen der Optischen Fernerkundung, den Zugang zu kostenlosen Satellitendaten, die Datenverarbeitung mit Geoinformationssystemen und das Aufspüren von Veränderungen durch Zeitreihenanalysen. Jedes Modul kann unabhängig von den anderen belegt werden, besonderes Vorwissen wird nicht benötigt.
1 Grundlagen & Anwendungen
Mit Satellitenfernerkundung ist Vieles möglich: Stoffeinträge in Gewässern bestimmen, den Anbau von Biomasse für die Energiewende effektiv planen, Überflutungsflächen detektieren oder kritische Infrastrukturen überwachen. Aber wie funktioniert das eigentlich? Modul 1 klärt auf über elektromagnetisches Spektrum, räumliche Auflösung, Bandkombinationen und Indizes. Wir erarbeiten interaktiv die Grundlagen der Optischen Fernerkundung und schauen uns gemeinsam verschiedene Anwendungsbeispiele an.
2 Visualisieren & Analysieren
Ein GIS oder GeoInformationsSystem ist ein mächtiges Werkzeug, mit dem aus Geodaten Bilder, und aus Bildern Informationen werden. In Modul 2 geht es um die elementare Benutzung eines GIS für die Visualisierung und Analyse von optischen Satellitendaten. Vom Zurechtfinden auf der Programmoberfläche, über das Einbinden von Geodaten, bis zur praktischen visuellen Aufbereitung und Darstellung von Satellitendaten werden mit dem Open-Source-Programm QGIS Schritt für Schritt alle Übungen gemeinsam in die Tat umgesetzt.
3 Datenzugang
Sich im Datendschungel der Satelliten- missionen zwischen verschiedensten Online-Plattformen, unzähligen Datensätzen und Fachausdrücken zurechtzufinden, kann zur Herausforderung werden. Wie findet man bloß die richtigen Daten? Wir zeigen interaktiv, wie es geht und worauf zu achten ist, stellen dabei zwei Datenportale näher vor, erklären Abkürzungen und Fremdwörter und laden gemeinsam Daten herunter. Obendrauf gibt es einen Crashkurs zum Weiternutzen der Daten in einem GIS.
4 Veränderungen erkennen
Satellitendaten helfen dabei, Veränderungen der Erdoberfläche über Zeit und Raum hinweg sichtbar zu machen. So kann man z.B. den Zustand von Naturschutzgebieten langfristig überwachen oder die Folgen von Unwettern visualisieren. Doch wie geht man hierfür am besten vor? In Modul 4 zeigen wir, welche Daten für Veränderungsanalysen geeignet sind, wo ihr diese herbekommt und mit welchen Werkzeugen ihr Veränderungen über verschiedene Zeitspannen hinweg sichtbar machen könnt.
Förderzeitraum
Hyperspektrale Fernerkundungsdaten ermöglichen die
Identifizierung einer Vielzahl von Oberflächenmaterialien
und häufig sogar deren Quantifizierung. Die HYPERedu-
Bildungsinitiative will das Wissen und die Fähigkeiten
zur Nutzung dieser Daten in die Praxis bringen.
Die zunehmende Verfügbarkeit hyperspektraler Fernerkundungsdaten von flugzeuggetragenen Sensoren und weltraumgestützten Missionen geht mit einem wachsenden Bedarf an Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen auf dem Gebiet der abbildenden Spektroskopie einher. Die Erfassung der Erdoberfläche in hunderten von kontinuierlichen spektralen Bändern erlaubt die exakte Identifizierung vieler Oberflächenmaterialien und eine genauere Quantifizierung von biophysikalischen Eigenschaften von Vegetationsbeständen, Böden oder Gewässern als dies mit Multispektraldaten möglich ist. Die Ausbildungsinitiative HYPERedu als Teil der Nutzungsvorbereitung der EnMAP-Mission hat zum Ziel, zukünftige Nutzergruppen in der Anwendung von hyperspektralen Daten zu schulen.
Aufgrund der in der Vergangenheit eingeschränkten und oft teuren Verfügbarkeit ist die Nutzung hyperspektraler Fernerkundungsdaten - noch - überwiegend Forschungsfragen vorbehalten. Mit der immer weiter zunehmenden Anzahl von hyperspektralen Sensoren auf Flugzeugen und zukünftig verstärkt auch auf Satellitenplattformen steigt jedoch auch die (kostengünstige) Verfügbarkeit dieser Daten. Damit werden wiederholte Aufnahmen und die Erfassung ganzer Regionen möglich und somit hyperspektrale Fernerkundungsdaten zunehmend auch für einen größeren AnwenderInnenkreis interessant. Als Teil der EnMAP-Satellitenmission stellt HYPERedu eine stetig wachsende Zahl von Lehrmaterialien rund um die hyperspektrale Fernerkundung zur Verfügung.
Dabei bieten Hyperspektraldaten für diverse Anwendungen Vorteile - mehr als 30 Jahre Hyperspektralforschung auf Basis flugzeuggetragener Sensoren haben gezeigt, dass sich daraus eine große Anzahl bio- und geochemischer Parameter ableiten lässt. Hyperspektralsatelliten bieten ein großes Potenzial, zum Beispiel für die Kartierung der Bodenbedeckung (inklusive der Erfassung trockener Vegetation), für Studien zur biologischen Vielfalt durch die Kartierung von Pflanzenarten und die Zusammensetzung von Ökosystemen, für die Überwachung der Vegetation durch die Erkennung von Stress (Land- und Forstwirtschaft), für die Erkundung geologischer Ressourcen oder für die Erkennung von Umweltverschmutzungen. Insgesamt werden hyperspektrale Satelliten viele Anwendungen von einer qualitativen auf eine eher quantitative Ebene bringen.
In unseren kommentierten Foliensammlungen vermitteln wir Grundlagen, Methoden sowie Anwendungsbeispiele der bildgebenden Spektroskopie; in detaillierten Tutorials mit der Open-Source-Software EnMAP-Box, einem QGIS-Plugin, kann das theoretische Wissen praktisch angewandt und vertieft werden. Der Massive Open Online Course (MOOC) „Beyond the Visible“ mit mehreren Modulen und Abschlusszertifikat leitet interaktiv durch viele Inhalte der Foliensammlungen und bietet Möglichkeiten zum Austausch mit der wachsenden NutzerInnengemeinschaft.
Die Materialien werden in engem Austausch mit der internationalen Wissenschaftgemeinschaft erstellt und sind zunächst in englischer Sprache verfügbar. Neben (Nachwuchs-) WissenschaftlerInnen will HYPERedu aber ganz explizit auch neue NutzerInnen und vor allem AnwenderInnen ansprechen, sowohl Behörden, Planungsbüros, NGOs, Land- und Forstwirte. Um den Zugang zu erleichtern, ist eine Übersetzung erster Materialien ins Deutsche bereits in Arbeit.
Online-Kurse
Beyond the Visible – Introduction to Hyperspectral Remote Sensing
Der Massive Open Online Course (MOOC) vermittelt euch die Grundlagen der abbildenden Spektroskopie, und gibt darüber hinaus einen Überblick über frei nutzbare Datenquellen und Open-Source-Software, sowie einen Einstieg in die praktische Nutzung der Daten. Der Kurs umfasst drei thematische Lektionen in englischer Sprache und ist so konzipiert, dass ihr ihn in etwa fünf bis acht Stunden zu einem selbstgewählten Zeitpunkt und in eigenem Tempo absolvieren könnt. Er richtet sich an Studierende und AnwenderInnen auf der ganzen Welt, setzt jedoch Grundkenntnisse auf dem Gebiet der optischen Fernerkundung voraus. Diese könnt ihr euch bei Bedarf zum Beispiel hier oder hier aneignen. Haben wir euer Interesse geweckt und ihr fühlt euch angesprochen?
Nach einer feedbackbasierten Überarbeitungsphase wird die dritte Neuauflage des 'Beyond the Visible' Kurses ab November 2022 dauerhaft geöffnet sein. Informationen zu den Kursinhalten und den Registrierungslink findet ihr auf der Kursseite auf EO-College.
Weitere Kurse
Ab dem 5. Dezember 2022 erwartet euch ein weiterer MOOC von uns, der sich um hyperspektrale Daten für landwirtschaftliche Fragen dreht – der Mini-MOOC „Beyond the Visible – Imaging Spectroscopy for Agricultural Applications“.
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Lernen
Außer der MOOCs haben wir noch weitere Lernmedien wie Foliensätze und Tutorials entwickelt, zu denen ihr euch bei FERN.Lern einen Überblick verschaffen könnt.
Satellitendaten können landwirtschaftliches Verständnis, Erfahrung,
lokale Messdaten und dergleichen nicht ersetzen. Aber sie können die
existierende Datenbasis erweitern und Aufwände von Vor-Ort-Messung
deutlich reduzieren. Mit Satellitendaten lassen sich flächendeckend
Informationen über agrar- oder forstwirtschaftliche Flächen,
deren Bestand und Zustand gewinnen.
In unseren aufgezeichneten Web-Seminaren und Lernvideos werden die Grundlagen für die Praxis vermittelt und Anwendungsbeispiele gezeigt. So zum Beispiel eine Schritt-für-Schritt Anleitung zur Erstellung einer Ertragspotential- und Düngeapplikationskarte. Damit ist es auch Unerfahrenen möglich, die Potenziale dieser Daten für land- und forstwirtschaftliche Entscheidungsprozesse heranzuziehen.
Pflanzen von oben verstehen
Die Phänologie und Gesundheit vieler Pflanzen kann mit Satellitendaten analysiert werden. Welche Satellitendaten sich besonders für Vegetation eignen, wo man diese Daten findet und welche Parameter bei der Auswahl wichtig sind, ist Gegenstand unseres Grundlagen-Web-Seminars und -Lernvideos.
Maßvoll Düngen
Mittels hochaufgelöster Satellitendaten lassen sich große Flächen in kleinräumige, homogenere Zonen unterteilen und Ressourcen damit gezielt einsetzen. So lassen sich lokale Vitalitätsunterschiede innerhalb einer Parzelle feststellen und Maßnahmen für das Düngemanagement ableiten.
Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Erzeugung einer Dünge-Applikationskarte ist hier zu finden.
Förderzeitraum
Kontakt
Wir freuen uns über Anregungen und Austausch zur Fernerkundung.