Satelitsko osmatranje – nov (informacioni) izvor


Promena paradigme i put pred nama

Produbljivanje znanja o faktorima koji utiču na životnu sredinu, a naročito onih koji su povezani sa razvojem biljaka i praćenjem i analizom različitih faza njihovog razvoja iz svemira, prepoznato je kao jedna od glavnih oblasti primene novih satelitskih misija.

Kako bi se iskoristila istraživanja i novi dometi na polju fotogrametrije i svemirskih tehnologija, uočeno je da postoji potreba za promenom dosadašnje politike koja je uređivala korišćenje ovakve vrste podataka i potreba za liberalizacijom pristupa podacima, a u cilju jačanja razvoja novih primena i širenja baze korisnika. Takav trend je globalno prisutan i iznedrio je nove prilike za poboljšanje načina na koji se satelitsko snimanje percipira i kako utiče na našu svakodnevicu.

Veća dostupnost satelitskih snimaka visoke rezolucije značajno je poboljšala preciznost naše predstave o onome što osmatramo. Ulice i železničke pruge, pojedinačne zgrade i urbana naselja, te infrastruktura i odgovarajuće aktivnosti, mogu se precizno detektovati i mapirati, a isti je slučaj i sa pojedinačnim poljoprivrednim parcelama i strukturom useva.

Mapa klasifikacije useva izvedena iz vremenske serije multispektralnih satelitskih merenja. Poboljšanje prostorne rezolucije postignuto je kroz proces fuzije merenja dobijenih pomoću različitih instrumenata, primenom posebno konstruisanog algoritma za fuziju podataka, koji izvlači što je moguće više informacija iz svakog od pojedinačnih instrumenata korišćenih za snimanje (mape slabijeg kvaliteta, koje odgovaraju klasičnim pristupima, prikazane su na vrhu).

Mape koje prikazuju pokrivenost zemljišta i njegovu upotrebu dobijene na osnovu satelitskih merenja odavno se smatraju vrednim izvorima informacija o Zemljinoj površini na različitim tematskim nivoima. Sa dostupnošću novih instrumenata za snimanje i poboljšanih tehnika obrade, kvalitet tematskih mapa je dostigao nivo potreban za razvoj različitih korisnički orijentisanih servisa za mapiranje u oblasti poljoprivrede, šumarstva, prostornog planiranja i dijagnostike rizika.
 

Sa razvojem tehnologije sve je više instrumenata sa različitim mogućnostima snimanja koji postaju dostupni u okviru različitih satelitskih platformi, kao i pratećih objekata i informacione infrastrukture na terenu. Zahvaljujući tome, otvara se prostor za nove poslovne prilike i dalji napredak u oblastima istraživanja i razvoja koje se na njih oslanjaju, uključujući održivu proizvodnju zdrave i bezbedne hrane kroz primenu novih tehnologija, što takođe predstavlja jedan od izazova u fokusu rada Instituta.

satellite-1

Satelitsko merenje NDVI se koristi za procenu stanja useva tokom čitave sezone. (NDVI = vegetacioni indeks normalizovane razlike reflektanse.)

Iako su satelitski proizvodi sa rezolucijama reda veličine metra i manje dostupni još uvek samo komercijalno, postoje mnogi instrumenti za snimanje s politikom besplatnog pristupa podacima koji su pogodni za neprekidno praćenje biofizičkih parametara biljaka i primene koje uključuju produkciju različitih tematskih mapa, na dnevnom ili nedeljnom nivou. Ovo se pre svega odnosi na prvi od dva planirana Sentinel-2 satelita koji su deo evropskog Copernicus programa za osmatranje Zemlje, koji je postao operativan u novembru 2015. godine. Satelit već isporučuje besplatne multispektralne podatke visokog kvaliteta pri prostornoj rezoluciji od 10 m na svakih 10 dana, a nakon planiranog lansiranja drugog satelita, Sentinel-2 misija će obezbeđivati slike iste tačke na Zemlji svakih 5 dana.

Copernicus

“Copernicus program se bavi kako akvizicijom podataka koji se odnose na osmatranje Zemlje, tako i pružanjem vrednih dodatnih informacija kroz Copernicus servise namenjene praćenju zemljišta, mora, atmosfere i klimatskih promena, kao i upravljanju vanrednim situacijama i civilnoj bezbednosti.” – g. Philippe Brunet, direktor Generalnog direktorata Evropske komisije za unutrašnje tržište, industriju, preduzetništvo i mala i srednja preduzeća.

Važne primene koje se oslanjaju na proizvodnju tematskih mapa uključuju procenu rizika koji mogu biti posledica čovekovog delanja ili prirodnih pojava kao što su poplave i suše, a koji mogu uticati na veličinu prinosa i stanje biljaka uopšte, ali i na aktivnosti koje se odnose na efikasno upravljanje zemljištem na različitim nivoima odlučivanja, te stvaranje adekvatne prateće agrarne politike.

Imajući u vidu da su neke od uobičajenih karakteristika materijala i uređaja razvijenih za primene u svemiru obično visoka pouzdanost i dostupnost, potreba za adekvatnim upravljanjem nesigurnošću u primenama satelitskog osmatranja u poljoprivredi i drugim oblastima vezanim za proizvodnju hrane proističe iz urođene složenosti i promenljivosti procesa od interesa, a koji utiču na razvoj biljaka u polju ili ga na određeni način karakterišu. Razrešavanje ove vrste nesigurnosti je nešto ka čemu je Institut orijentisan i u šta ulaže napore, kroz različite aktivnosti kao što su konstruisanje novih tehnika mašinskog učenja i daljinske detekcije, novih platformi i servisa za akviziciju podataka, ili novih senzorskih uređaja i materijala namenjenih upotrebi na terenu.

Kolor kompozit

 NDVI indeks izračunat na osnovu merenja u crvenom i blisko-infracrvenom (NIR) kanalu

Novi Sad and river Danube

Pseudo-kolor slika sačinjena od merenja u blisko-infracrvenom (NIR), plavom  i zelenom kanalu

Pseudo-kolor slika sačinjena od merenja u kratkotalasno-infracrvenom (SWIR2), blisko-infracrvenom (NIR) i plavom kanalu

Novi Sad i reka Dunav, Srbija 30 m Landsat 8 / snimak načinjen 21. jula 2015.

Rastući ekosistem različitih optičkih i radarskih instrumenata namenjenih satelitskom snimanju pruža dovoljno raznovrsnosti za upravljanje različitim zahtevima koji proizilaze iz primene, kao što su potrebna prostorna, spektralna i vremenska rezolucija rezultata merenja dobijenih pomoću instrumenata iz svemira, ili potreba za mogućnošću snimanja u svim vremenskim uslovima, ali takav ekosistem sa sobom takođe donosi i mnoge dodatne izazove koje je potrebno razrešiti na odgovarajući način. Ključni izazov predstavlja rukovanje ogromnim, donedavno nezamislivim količinama podataka – koji nisu problematični samo zbog svog obima (usled visokih prostornih i vremenskih rezolucija), već i zbog raznovrsnosti (usled različitih tehnika snimanja), pa i brzine prispeća (u slučaju primena koje uključuju rad u realnom vremenu), a javlja se potreba i za razvojem efikasnih algoritama i alata za analizu – prilagođenih specifičnim domenima primene. Procenjuje se da će potpuno operativne Sentinel-1, -2 i -3 misije zajedno proizvoditi oko 8 terabajta podataka dnevno, u šta nisu uračunati podaci generisani od strane samih korisnika.

“Sa više od 40 godina, Landsat serija satelita pruža najduži vremenski zapis opservacija Zemljine površine na osnovu merenja iz svemira.” – Dr David Roy, profesor Cantra izvrsnosti u oblasti geoprostornih nauka na Državnom univerzitetu Južne Dakote, i kopredsedavajući USGS NASA Landsat naučnog tima.

Dakle, može se reći da pored suštinske promene koju stvara nova politika pristupa podacima u oblasti satelitskog snimanja i daljinske detekcije, danas prisustvujemo i promeni paradigme koja se može uočiti i u drugim oblastima koje uključuju upravljanje velikim količinama podataka.

Sinergetski efekat kombinovanja satelitskog osmatranja sa dodatnim podacima specifičnim za određeni problem (npr. podacima prikupljenim na terenu) omogućiće bolje razumevanje i kontrolu procesa koji su odgovorni za obezbeđivanje dovoljnih količina hrane i njenu održivu proizvodnju.

Mnogobrojne različite primene Landsat podataka

Povećanje potreba za besplatnim Landsat podacima