Rivieren, beken, meren, oceanen, ... zijn belangrijke componenten in onze hydrologische cyclus. We gebruiken ze voor onze drinkwatervoorziening, voor irrigatie, voor transport, voor recreatie,... en ze vormen uiteraard ook de habitat voor vele planten- en diersoorten. Jammer genoeg staan veel oppervlaktewateren onder zware druk. Denk maar aan watervervuiling door olie en plastics, eutrofiëring, wateronttrekking, droogtes, overstromingen, enz.
Gelukkig heeft de remote sensing technologie een enorme ontwikkeling doorgemaakt en biedt zij tal van nieuwe oplossingen om de oppervlaktewateren van onze planeet in de gaten te houden en informatie te verschaffen over hun toestand. Maar hoe kunnen we technologische innovaties, big data en AI gebruiken om EO-diensten te ontwikkelen of te verbeteren?
Heel graag delen we met jou hoe we meer dan 20 jaar kennis en ervaring omzetten in een verscheidenheid aan operationele diensten voor waterkwaliteitsmonitoring.
Een verhaal over Water & kust, iCOR, waterkwaliteitsmonitoring, plasticvervuiling, WaterMonitor, MAPEO
INZICHT IN DE KLEUREN VAN HET WATEROPPERVLAK SINDS HET JAAR 2000
Reeds in het jaar 2000 waren wij enthousiast over de nieuwe technologieën van hyperspectrale en multispectrale remote sensing. Onze belangstelling nam een hoge vlucht toen we betrokken waren bij de werking en gegevensverwerking van het APEX instrument in de lucht, een hyperspectrale sensor met hoge spectrale en spatiale resolutie. Het bood (en biedt) de mogelijkheid om tal van cruciale onderwerpen op aarde te bestuderen, zoals luchtkwaliteit, biodiversiteit en waterkwaliteit. In die tijd bereidden we ons voor op APEX en organiseerden we de eerste hyperspectrale vliegcampagnes met sensoren als CASI, Hymap...
Deze sensoren registreren zeer gedetailleerd de reflectie van het aardoppervlak in zowel het visuele als het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum. In tegenstelling tot de meeste satellietgegevens, die slechts delen van het gehele spectrum in brede spectrale banden registreren, stellen deze sensoren ons in staat de aarde in 3 dimensies te bekijken (2 ruimtelijke dimensies en 1 spectrale dimensie). Met deze technologie kunnen we beter begrijpen waarom water er blauw, groen of bruin uitziet en waar het vandaan komt. Dit stelt ons in staat algoritmen te bouwen voor elk type sensor en platform (satelliet en in de lucht) en informatieproducten af te leiden zoals de troebelheid van het water of het chlorofyl-a-gehalte.
HOOGWAARDIGE ATMOSFERISCHE CORRECTIE VOOR WATEROPPERVLAKKEN
Ons doel is altijd geweest om eindproducten van hoge kwaliteit te leveren, van hetzelfde niveau als dat van veldwaarnemingen. Cruciaal in dit verband is het elimineren van de invloed van de atmosfeer, omdat die de reflectie van het aardoppervlak verstoort. Daarom zijn we begonnen met de ontwikkeling van onze eigen atmosferische correctiemethode met een speciale component voor wateroppervlakken. Wij bouwden specifieke expertise op over adjacentiecorrectie om op betrouwbare wijze gegevens van kust- en binnenwateren te verwerken en ontwikkelden de atmosferische correctiesoftware iCOR. Tegenwoordig is de iCOR-software beschikbaar voor de verwerking van dronebeelden en wordt deze ook beschikbaar gesteld als plugin voor de SNAP toolbox. Het wordt inmiddels wereldwijd gebruikt door internationale teams voor de verwerking van satellietgegevens van Sentinel-2, Landsat-8 en Sentinel-3.
In de loop der jaren hebben we ons gespecialiseerd in het ontwikkelen van waterkwaliteitsproducten voor binnenwateren, rivier- en kustwateren. Deze wateren worden vaak optisch complex genoemd, omdat er verschillende waterbestanddelen zijn, zoals gesuspendeerde sedimenten, organische stoffen en algen, die allemaal invloed hebben op de reflectie die door de sensoren op afstand waargenomen wordt. Het is dan ook een uitdaging om kwantitatieve informatie van hoge kwaliteit uit deze gebieden af te leiden. Ook hier helpt een gedetailleerde weergave van de spectrale reflectie bij het opstellen van algoritmen. Het helpt ons zelfs om nieuwe inzichten te verwerven. Zo ontwikkelden we een nieuwe aanpak om de troebelheid in extreem troebele wateren af te leiden/te bepalen (denk aan wateren zoals de Schelde in België en de Gironde in Frankrijk).
OMZETTING VAN DATA EN KENNIS IN PRODUCTEN EN DIENSTEN
Werken met hyperspectrale instrumenten vanuit de lucht betekent ook werken met gigabytes aan gegevens. We moesten dus innovatieve manieren vinden om met de grote hoeveelheid gegevens om te gaan en er zinvolle informatie uit af te leiden. Vandaar dat machine-learning-algoritmen snel hun weg vonden naar het team. Vandaag stelt deze expertise ons in staat om zowel spectrale als AI-benaderingen te combineren om toepassingen voor onze gebruikers te ontwikkelen. Het stelt ons in staat alle informatie-inhoud van de beelden beter te benutten en bijvoorbeeld de kleur (de optische kenmerken) te combineren met de ruimtelijke informatie zoals specifieke vormen en structuren van het water...
Deze kennis en expertise, opgebouwd rond hyperspectrale teledetectie vanuit de lucht, werd gebundeld in de ontwikkeling van operationele oplossingen voor de verwerking van satelliet-, lucht- en dronegegevens. Met deze ontwikkelingen kunnen wij snel inspelen op de behoeften van onze klanten. Door de geschikte gegevens te selecteren en te combineren, of het nu gaat om lucht-, satelliet- en/of dronegegevens, met de juiste teledetectietechnologie, kunnen wij gegevens verzamelen en die omzetten in objectieve informatieproducten en operationele diensten voor een verscheidenheid van toepassingen:
- Beheer van waterwegen
- Eutrofiëringsbeoordeling
- Beoordeling zwemwaterkwaliteit
- Opsporing van mariene kunststoffen / zwerfvuil
- Ondersteuning baggerwerken
- Kustinfrastructuur
- …
WALK THE TALK! TIJD VOOR WAT VOORBEELDEN
Ontdek hier enkele van de producten en operationele diensten die wij de afgelopen jaren hebben ontwikkeld om onze klanten (o.a. milieuagentschappen, baggerbedrijven, ….) te ondersteunen.
WATER PROCESSOR
De waterprocessor is een volledig geautomatiseerde processor die Landsat-8, Sentinel-2 en Sentinel-3 satellietbeelden omzet in informatiekaarten en objectieve gegevensproducten. De waterprocessor biedt verschillende standaardproducten zoals troebelheid, concentratie van gesuspendeerde sedimenten, chlorofylconcentratie en de verzwakkingscoëfficiënt. De atmosferische correctiesoftware ICOR is een integraal onderdeel van de processor.
Garry Free, voormalig wetenschappelijk medewerker bij de Environmental Protection Agency (Ierland), legt in een van onze eerdere blogs uit hoe zij EO gegevens gebruikten om de ecologische status van waterlichamen te monitoren ‘Keeping an ‘eye’ on our European waters’. In een andere blog hebben we laten zien hoe Sentinel-2 satellietgegevens en de Water Processor al door de baggergemeenschap werden gebruikt om de waterkwaliteit in kaart te brengen en het mariene leven te beschermen. Ontdek meer in de blog ‘Sentinel-2 to support dredging activities’.
WATERMONITOR
De WaterMonitor is een gebruiksvriendelijk platform om Chlorofyl-a in onze Vlaamse waterlichamen te monitoren. We ontwikkelden deze toepassing voor de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) in samenwerking met het EODaS programma (Earth Observation Data Science) van het Flanders Information Agency, NAZKA Mapps.
Op Sentinel-2 gebaseerde kaarten van de chlorofyl-a-concentratie tonen de ruimtelijke variatie over een waterlichaam en hoe die varieert in de tijd (de satelliet keert om de vijf dagen terug). Deze data kunnen worden gebruikt om veldwaarnemingen aan te vullen en de veldgegevensverzameling beter te organiseren. Via de WaterMonitor kunt u gemakkelijk tijdreeksen van op Sentinel-2 gebaseerde chlorofyl-a-concentratieproducten opvragen en door de gebruiker verstrekte chlorofyl-a-veldgegevens ter vergelijking toevoegen.. Klik hier om er meer over te weten te komen.
MAPEO WATER
MAPEO Water is een cloud-based platform dat dronebeelden verwerkt tot producten rond waterkwaliteit. Hiermee kunnen gebruikers dronevluchten organiseren, zelf vliegen of via een droneoperator, en op verzoek vluchtprotocollen ontvangen die binnen het H2020 MONOCLE project zijn ontwikkeld. Het uploaden van de gegevens gebeurt via de field software toolbox die binnen VITO is ontwikkeld. Deze leidt de gebruiker stapsgewijs door het proces, inclusief een kwaliteitscontrole. Onmiddellijk na het uploaden van de drone data in de cloud, wordt de verwerking in gang gezet. De verwerking omvat een directe georeferentie, kalibratie en skyglint-correctie (iCOR4drones). Met MAPEO Water kunnen soortgelijke producten als uit satellietwaarnemingen worden afgeleid, zoals de troebelheid en de chlorofyl-a-concentratie van het water. Na voltooiing kunnen de resultaten worden gedownload of gevisualiseerd via GeoServer.
MARINE PLASTICS
Bij de opsporing en identificatie van plastic zwerfvuil op zee komt al deze expertise samen. Kennis over de spectrale eigenschappen van het water wordt gecombineerd met AI-expertise om tot de beste oplossing te komen. Momenteel evalueren we het gebruik van drones en vaste camera's om zowel individueel plastic als ophopingszones in rivieren en kustgebieden te monitoren. Deze expertise stelt ons in staat een bijdrage te leveren aan de IOCCG (International Ocean Colour Coordinating Group) taskforce voor teledetectie van zwerfvuil en afval op zee.
VERDER DAN MONITORING VAN DE WATERKWALITEIT
Het belangrijkste aspect dat wij voor ogen houden, is dat we onze klanten een totaaloplossing dienen te bieden. Het in kaart brengen van waterkwaliteit is daar slechts een onderdeel van. Door ons te verbinden met andere experts, binnen VITO en ook met industriële partners, kunnen we onze klanten de oplossingen bieden die ze nodig hebben. We volgen de laatste technologische verbeteringen op de voet en integreren die in ons onderzoek en onze producten om onze expertise te verbeteren en ons aanbod uit te breiden. Van strandmorfologie over kustinfrastructuur tot scheepsdetectie. We houden jullie graag op de hoogte!
