De Sentinel-2 satellieten leveren continu nieuwe beelden. Voor Vlaanderen hebben we ongeveer elke 3 dagen een nieuw beeld. Wolken en wolk-schaduwen zorgen echter voor data-gaten in deze tijdreeks. Echter, door Sentinel-2 data via AI-technieken te fuseren met Sentinel-1 data, kunnen we deze gaten opvullen. Deze "CropSAR" service is sinds midden 2019 beschikbaar via het Terrascope platform.
Sinds de release van deze CropSAR service zien we een groeiende interesse binnen de Vlaamse Administraties om deze service in te zetten in hun operationele dienstverlening omtrent land-, water-, en infrastructuurbeheer. Daarom hebben we een proof-of-concept (PoC) project opgezet omtrent de continue monitoring van administratieve percelen. Ontdek waarom de Europese Sentinel-missies en het Terrascope-platform duidelijk een 'game changer' zijn.
Een case over Sentinel, Terrascope, CropSAR, infrastructuur, landbeheer door Jan Biesemans
Actuele data voor lokale en regionale besturen
Beleidsmakers, planners of handhavers vertrouwen naast terreinwaarnemingen, op luchtfoto's met een zeer hoge resolutie of hoogtemetingen (LiDAR) als hun standaard informatiekanalen. De toepassingsdomeinen van deze informatiekanalen zijn zeer divers: landbouw, civiele infrastructuur, mobiliteit, circulaire economie, energie, ecologie of ruimtelijke ordening.
In Vlaanderen organiseert Digitaal Vlaanderen jaarlijks de verwerving van een gebiedsdekkende orthofoto met een resolutie van 20 cm en eens per decennium wordt een gebiedsdekkende LiDAR-dataset van ongeveer 20 punten per vierkante meter verworven.
Voor kritieke infrastructuur (kust, waterwegen, …) wordt de data-acquisitie meer lokaal en frequent uitgevoerd, maar voor het overgrote deel van het landoppervlak is dat slechts één keer per jaar. Deze datasets ondersteunen 3D-applicaties en alle soorten toepassingen in het domein van kartering, segmentatie en objectherkenning. Maar, één waarnemingsdimensie hinkt achter, namelijk: tijd. Om dingen die in onze zeer dynamische sociaal-economische omgeving gebeuren snel te beoordelen en te reageren indien nodig, zijn frequentere gegevens nodig. Deze zijn sinds midden 2019 beschikbaar via het Terrascope platform.
De nood aan resolutie
Resolutie is van cruciaal belang voor de introductie van aardobservatie in de operationele workflows van overheidsdiensten en bedrijven. We kunnen allemaal leven met een zekere mate van onzekerheid, maar als we niet ondubbelzinnig kunnen detecteren waar we naar kijken, zullen gegevens afkomstig van aardobservatie niet worden opgenomen in operationele toepassingen. Gedurende vele decennia waren en zijn luchtbeelden dé standaard informatiebron vanwege de superieure gegevenskwaliteit voor visuele of computervisie taken.
Maar in de afgelopen jaren is het aantal aardobservatiedata alsook de toegankelijkheid ervan enorm geëvolueerd. We denken hierbij vooral aan de lancering van de Europese Sentinel-1- en Sentinel-2 satellieten. S1 en S2 leveren sinds 2017 bruikbare tijdreeksen aan en garanderen nu al een datacontinuïteit tot voorbij 2030. Met een ruimtelijke resolutie van 10 meter is het mogelijk om veranderingen binnen de administratieve percelen te detecteren. Deze ruimtelijke resolutie zelf is misschien niet zo indrukwekkend voor detectie- of karteringen, maar de mogelijkheid om elke 3 dagen toegang te krijgen tot nieuwe Sentinel-1 en Sentinel-2 gegevens voor Vlaanderen is buitengewoon interessant. Deze tijdresolutie biedt nieuwe mogelijkheden om veranderingen tijdig te detecteren en operationele beslissingen over land- en infrastructuurbeheer te ondersteunen.
Van data naar informatie voor analyse
Alle ruwe Sentinel satellietbeelden worden eerst verwerkt via Terrascope. Dit omvat geometrische en atmosferische correcties, het berekenen van OF berekeningen van afgeleide parameters (bijvoorbeeld fenologie) en het opvullen van data-hiaten (door bv. wolken). Ter ondersteuning van de gebruikerssegmenten die actief zijn in planning en monitoring, biedt Terrascope een tijdreeks-webservice 'CropSAR' aan. CropSAR geeft u toegang tot de volledige tijdreeks van Sentinel-1- en Sentinel-2-afgeleide parameters voor een bepaald gebied (bijvoorbeeld een administratief perceel of een set van percelen) door middel van één eenvoudige webservice-aanvraag. U hoeft geen reeksen afbeeldingen meer te downloaden, Terrascope doet alle beeldverwerking voor u, zodat u zich kan concentreren op uw specifieke toepassing.
Momenteeel zien we een nieuwe datafusie-strategie in opgang komen: luchtbeelden voor een jaarlijks kristalhelder visueel overzicht (ruimtelijke resolutie), de Sentinel-missies voor continue monitoring van de dynamiek in een interessegebied (temporele resolutie) in combinatie met bestaande GIS-gegevens.
Door CropSAR te gebruiken samen met hoge resolutie beelden en (veld) data kunnen we tijdig wijzigingen detecteren op veldnivueau. Dit ondersteunt overheidsinstanties in hun taak bij het monitoren van de Europese Green Deal-doelstellingen.
Jo Van Valckenborgh - Programma Manager EODaS, Digitaal Vlaanderen
Operationele toepassingen
Binnen Vlaanderen organiseert Digitaal Vlaanderen (DV) de acquisities van luchtbeelden die de nodige informatie opleveren voor de verschillende administraties. Digitaal Vlaanderen host momenteel de open data-backends geopunt.be en download.vlaanderen.be om state-of-the-art aardobservatie en GIS-datalagen te verspreiden onder administraties, bedrijven en burgers.
Sinds de introductie van CropSAR worden er meer en meer “proof of concept” (PoC) projecten opgezet in verschillende toepassingsgebieden om te evalueren hoe deze nieuwe en verbeterde tijdreeksen geïntegreerd kunnen worden in de operationele workflows van overheidsdiensten. In al deze PoC-projecten gebruiken we een gelijkaardige workflow. VITO en Digitaal Vlaanderen creëren eerst een verwerkingsworkflow die informatie van GIS-lagen, luchtbeelden en Sentinel-tijdreeksen combineert om veranderingen te detecteren die relevant zijn voor de specifieke use-case (bijvoorbeeld: handhaving verharding,, inschatting oogstopbrengsten, ...). De doorgegeven veranderingen worden in een tweede stap binnen het respectievelijke departement (bijvoorbeeld Departement Omgeving) gevalideerd met eigen gegevens (vergunningen, …) om te beslissen of interventies op het terrein noodzakelijk zijn.
Samenwerkingsverband tussen Digitaal Vlaanderen, Departement Omgeving en VITO om Terrascope services te integreren in processen van lokale en regionale administraties.
Governance-gerelateerde volgende stappen
Uit deze eerste serie PoC projecten, kwamen een aantal governance gerelateerde zaken naar boven:
- Structurele integratie van de Terrascope CropSAR service:
Het samenbrengen van deze en andere mogelijke toepassingen zou een gecombineerde meerwaarde genereren om alle administratieve percelen in het Vlaamse Gewest (ongeveer een 5 miljoen polygonen) te monitoren. Een gebiedsdekkende administratieve perceelsmonitoring moet dus worden beschouwd als een uit te werken standaard informatiedienst.
- Verdere ontwikkeling van een nieuwe en verbeterde acquisitiestrategie met integratie van “on-demand” data acquisitie:
Naast de beschikbaarheid en toenemende waarde van de Sentinel-missies voor veranderingsdetectie, blijft de beschikbaarheid van aanvullende on-demand hoge resolutie satelliet- of luchtbeelden belangrijk. De uitwerking van een nieuw structureel systeem van gebiedsdekkende on-demand acquisitie van aardobservatiegegevens met hoge ruimtelijke resolutie is duidelijk een volgende te nemen stap.
- Versterkte horizontale samenwerking:
We zien een duidelijke behoefte aan een verdere versterkte en hernieuwde bestuursoverschrijdende samenwerking met betrekking tot toepassingen die steunen op aardobservatie.
Monitoring van verharding binnen administratieve perceelsegmenten in QGIS: het combineren van ruimtelijke hoge-resolutie luchtbeelden met hoge-tijdsresolutie gefuseerde Sentinel-1- en Sentinel-2-data
