Das Projekt "ENMAP Core Science Team - Algorithmenentwicklung im Bereich Gewässer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Institut für Küstenforschung durchgeführt. 1. Vorhabenziel - Für den Hyperspektralscanner EnMAP sollen für den Bereich Wasser Auswerteverfahren entwickelt und validiert werden, die es erlauben, aus dem Reflexionsspektrum optische Eigenschaften von Gewässern und die Konzentrationen von Substanzen abzuleiten. Die Verfahren werden auf kleinräumige Küsten- und Binnengewässer ausgerichtet, wo andere Satellitendaten aufgrund ihrer räumlichen Auflösungen keine Ergebnisse liefern können. Hierzu gehörten das Wattenmeer, Lagunen, Meeresbuchten, Ästuare, Flüsse und Seen. Die Produkte sollen validierte Zeitserien und Karten der Verteilung von Chlorophyll, Trübung, Schwebstoff und Huminstoffe umfassen. Spezielle Verfahren sollen zur Erkennung von Planktonblüten wie z.B. von Red Tides oder Cynobakterien entwickelt werden. Ein wichtiges Element sind Verfahren zur Berechnung des Gültigkeitsbereiches und der Vertrauensbreite für jedes Bildelement. Weiter entscheidend für den Erfolg ist die Korrektur des Einflusses der Atmosphäre. 2. Arbeitsplanung - Der Arbeitsplan umfasst die Zusammenstellung und Messung optischer Eigenschaften, die Aufstellung bio-optischer Modelle, die Simulation von Reflexionsspektren mit einem Strahlungsübertragungsmodell zum Training und Test von künstlichen neuronalen Netzen, die für die Atmosphärenkorrektur und die Auswertung der korrigierten Spektren eingesetzt werden. Die Verfahren werden mit Hilfe von gemessenen Reflexionsspektren für verschiedene Gewässertypen getestet um den Gültigkeitsbereich und die Vertrauensbreite festzustellen.
Das Projekt "EnSAG Phase II: Küsten- und Binnengewässer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Institut für Küstenforschung durchgeführt. Die EnMAP Sciene Advisory Group (EnSAG) unterstützt den wissenschaftlichen PI am Helmholtz-Zentrum Potsdam GFZ bei der Koordination der wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitungen des Environmental Mapping and Analysis Program (EnMAP). Zu den Aufgaben der EnSAG gehören u.a. (i) die Erstellung und Aktualisierung des EnMAP Science Plans, (ii) die Vorbereitung und Durchführung von Workshops und Schulungen, (iii) die Koordination und Vernetzung von nationalen und internationalen Aktivitäten im Bereich der hyperspektralen Fernerkundung, sowie (iv) die Entwicklung von Algorithmen zur Verarbeitung und Analyse hyperspektraler Daten und deren Implementierung in das, im Rahmen des Projektes entwickelte, frei verfügbare Softwarepaket EnMAP-Box.
Innerhalb des Projektes 'EnSAG Phase II' soll die erfolgreiche Arbeit der EnSAG durch die Bearbeitung neuer wissenschaftlicher Herausforderungen im Bereich der Hyperspektralfernerkundung fortgeführt werden. Am HZG werden folgende Schwerpunkte bearbeitet: - Entwicklung von Verfahren zur hyperspektralen Datenanalyse zu den Themen Atmosphärenkorrektur über Wasser sowie Herleitung hydro-optischer Eigenschaften für die Bestimmung von Wasserinhaltsstoffen wie Schwebstoffe, Phytoplankton und Gelbstoff - Entwicklung von Verfahren zur Analyse hyperspektraler Daten ähnlich wie bei MERIS, OLCI (Sentinel 3 ) - Nutzung von neuronalen Netzen die mit Hilfe von simulierten Reflexionsspektren trainiert und als nicht-lineare multiple Regressionsverfahren verwendet werden - Untersuchung des Potentials hyperspektraler Daten für die Unterscheidung von Phytoplanktongruppen - Validierung der entwickelten Verfahren durch Abgleich mit in-situ gemessenen Reflexionsspektren sowie anderen hyperspektralen Sensoren (Chris-Proba, HICO, HySpex).
Anwendungspotenzial: Das Vorhaben untersucht die Möglichkeiten mit hyperspektralen Satellitensystemen wie EnMAP Gewässer besser zu charakterisieren als mit multispektralen Systemen bisher möglich ist. Insbesondere die Trennung und Erkennung verschiedener Algengruppen und dabei verschiedener Gefährdungspotentiale ist ein mittel- bis langfristiges Ziel. Ebenso sind bisherige Satellitensysteme mit der für kleine Strukturen in Binnen- und Küstennahe Gewässer notwendigen geographischen Auflösung noch nicht in der Lage die Biooptik ausreichend zu erkennen. Durch verbesserte satellitenbasierte Informationsprodukte kann z.B. das Monitoring wichtiger Wasserreservoirs wesentlich verbessert werden.
Weitere Ergebnisse: Die Software 'EnMAP-Box' kann unter der Adresse http://www.enmap.org/?q=enmapbox kostenfrei heruntergeladen werden.
Die innerhalb des Vorhabens erhobenen Daten (Fernerkundungsdaten inkl. zugehöriger In-Situ-Messungen) werden nach Klärung der nutzungsrechtlichen Rahmenbedingungen ebenfalls zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "EnFusionMap - Methodenentwicklung zur Kartierung urbaner Oberflächen auf der Basis von EnMAP und multisensoralen Daten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Geographische Wissenschaften, Fachrichtung Fernerkundung und Geoinformatik durchgeführt. Das EnMAP Doktorandenprogramm ist Teil der wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung der deutschen hyperspektralen Environmental Mapping and Analysis Mission (EnMAP) und ist speziell auf die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der hyperspektralen Fernerkundung ausgerichtet.
Die EnMAP Mission im Zusammenhang mit den Missionen der Sentinel-2, RapidEye- und TerraSAR-X Satellitensysteme können aufgrund ihrer operationellen Verfügbarkeit, der Wiederholraten und der großflächigen Abdeckung einen entscheidenden Beitrag zum operationellen Umweltmonitoring urbaner Räume und der Beobachtung der räumlich-zeitlichen Dynamik von Megacities leisten.
In diesem Verbundvorhaben soll das Potenzial der EnMAP Daten zusammen mit Daten der Sentinel-2-, RapidEye- und TerraSAR-X-Satellitensysteme wissenschaftlich erschlossen werden. Der Fokus liegt dabei auf der Methodenentwicklung zur Nutzung multi-sensoraler Datensätze, welche es ermöglichen die mit der strukturellen Komplexität urbaner Räume einhergehenden Anforderungen an Methoden und Daten zur erfüllen. Dabei werden Verfahren des spektralen Entmischens sowie des maschinellen Lernens berücksichtigt.
Ausgangspunkt sind flugzeuggetragene hyperspektrale Daten, die die schrittweise Analyse von urbanen Klassen in verschiedenen räumlichen und spektralen Skalenebenen ermöglichen. Diese sehr grundlegenden Untersuchungen sind notwendig, da bisher nur sehr wenige Arbeiten in diesem Kontext existieren.
Das Gesamtziel des Projektes ist es, das enorme Innovationspotenzial der EnMAP-Mission für urbane Räume methodisch und inhaltlich zu erforschen, sowie Konzepte und Verfahren zu entwickeln, um Synergien zwischen verschiedenen Satelliten Missionen nutzen zu können. Die operationelle Verfügbarkeit der oben erwähnten Sensorsysteme wird ein zeitlich hochaufgelöstes Monitoring von urbanen Gebieten ermöglichen.
Dazu sind geeignete Verfahren zur Informationsextraktion notwendig, die im Rahmen dieses Verbundprojektes entwickelt werden sollen.
Anwendungpotenzial: - Erstellung eines Frameworks für eine möglichst global anwendbare spektrale Bibliothek urbaner Oberflächen, die die Integration weltweit vorkommender urbaner Oberflächen ermöglicht. - Erstellung und Anpassung von Verfahren zur Ableitung relevanter sub-pixel Informationen aus EnMAP Daten durch zwei unterschiedliche Ansätze: (i) spektrale Entmischung und (ii) Algorithmen aus dem Bereich des Maschinellen Lernens. - Bereitstellung vielfältiger Informationen für politische Entscheidungsträger, um Ursachen und Treiber raumbezogener urbaner Entwicklungsprozesse zu verstehen und nachhaltige Konzepte zu entwickeln, die den kulturellen und politischen Anforderungen entsprechen.