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Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
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Bis Ende 2017 werden die Satellitenmissionen Sentinel-1,
-2 und -3 des europäischen Copernicus-Programms ein tägliches Datenvolumen von
mehr als 20 Terabyte generieren. Angesichts dieser Datenmengen sind neue
Auswertungsverfahren erforderlich. Deshalb haben Wissenschaftler am Earth
Observation Center (EOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)
in Oberpfaffenhofen den TimeScan-Prozessor entwickelt und erfolgreich getestet.
Mit Hilfe der neuen Anwendung wird aus einer Vielzahl von Satellitenaufnahmen,
die über einen längeren Zeitraum aufgenommen wurden, ein einziges
Informationsprodukt herausgearbeitet. Für den Test wurden über 450.000
Aufnahmen des amerikanischen Landsat-Satelliten aus dem Zeitraum 2013 bis 2015
verarbeitet und jetzt als "TimeScan-Landsat-2015"-Produkt veröffentlicht.
Einfachere Anwendung für Endnutzer
Das "TimeScan-Landsat-2015"-Produkt ist ein
bislang einzigartiger globaler Datensatz, der in kompakter Form Informationen
über die Beschaffenheit der Landoberfläche liefert. Die rund 500 Terabyte an
Einzelaufnahmen wurden auf ein Zwanzigstel der ursprünglichen Größe komprimiert
und können nun in Form eines globalen, wolkenfreien Datensatzes dargestellt
werden. Die Entwicklung soll Wissenschaftler und Entscheidungsträger in
Planungs- und Umweltbehörden unterstützen und unter anderem zu einem besseren
Verständnis des weltweiten Phänomens der Urbanisierung beitragen. Sobald
umfassende globale Zeitserien an Sentinel-Daten vorliegen sollen diese auch als
TimeScan-Datensätze verfügbar gemacht werden. Diese bieten auch außerhalb des urbanen
Kontexts ein großes Potenzial für ein breites Anwendungsspektrum, zum Beispiel
für Forschungsfragen des globalen Wandels mit Bezug auf Landbedeckungs- und
Landnutzungskartierungen, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Überwachung von
Polar- und Küstenregionen, Risikomanagement, Katastrophenvorsorge oder
Ressourcenmanagement.
Das gesamte Verfahren ist für enorme Datenmassen
ausgelegt und soll Endnutzern ermöglichen, die Informationen aus solchen –
bislang für sie nicht handhabbaren – Datenmengen zu erschließen. Anders als
bisher werden die verwendeten Satellitenaufnahmen daher nicht mehr zu den
Endnutzern transferiert, sondern zunächst auf großen Rechenclustern
verarbeitet, idealerweise unmittelbar dort, wo die Daten von den Satelliten
empfangen werden. Dadurch entfällt die Verteilung immenser Datenmengen an eine
Vielzahl einzelner Nutzer, die für ihre weiterführenden Auswertungen zudem
keine eigene Hochleistungsrechnerinfrastruktur haben müssen. Vielmehr wird nur
das Endprodukt der TimeScan-Verarbeitung an den Endnutzer geliefert und dessen
Größe nimmt lediglich einen Bruchteil des ursprünglichen Eingangsvolumens an
Daten ein.
Big Data in der Erdbeobachtung
Bei dem TimeScan-Landsat-2015 handelt es sich nicht, wie
bei anderen globalen Satellitenbildern üblich, um ein einfaches Bildmosaik.
Stattdessen wurden von den multispektralen Landsat-Aufnahmen spezielle
Parameter zu Vegetation, Gewässern oder Besiedlung abgeleitet und deren
zeitliche Charakteristik in Form von Minimum, Maximum und Mittelwert statistisch beschrieben. "Die
Landsat-Mission hat in den letzten vier Jahrzenten über vier Millionen Bilder
aufgenommen und eignet sich daher ideal, um die Verarbeitung von Massendaten,
wie sie die Sentinel-Missionen in den kommenden Jahren liefern wird, mit dem
TimeScan-Prozessor zu testen.", erläutert Projektleiter Dr. Thomas Esch.
Um das Verfahren zu testen, wurde der TimeScan-Prozessor auf das Super-Computing-Center
IT4Innovations in Ostrava-Poruba in Tschechien transferiert. "Unser
globaler Datensatz hat eine räumliche Auflösung von 30 Metern pro Bildpunkt.
Dafür mussten wir insgesamt mehr als 1,5 Petabyte (1 Petabyte sind 10^15 Byte)
an Daten verarbeiten. Ein leistungsfähiger Computer mit exzellenter
Netzanbindung wie der IT4Innovations war dafür unabdingbar.", berichtet
Dr. Esch. Mit Hilfe des Endprodukts können beispielsweise global bebaute
Flächen in einer bisher unerreichten Genauigkeit automatisiert kartiert werden.
Dafür wird der Datensatz zusammen mit einem komplementären Produkt ausgewertet,
das auf Basis von Sentinel-1 Radaraufnahmen gerechnet wurde. Darüber hinaus
werden mit seiner Hilfe weltweit Bebauungsdichten und Grünflächenanteile
innerhalb von Siedlungsgebieten abgeleitet.
Das TimeScan-Landsat-2015-Produkt ist auf der vom EOC
koordinierten "Urban Thematic Exploitation Platform" (U-TEP)
verfügbar und kann in naher Zukunft von jedem über den U-TEP Geobrowser
eingesehen werden. U-TEP ist eine von sechs "Earth Observation
Exploitation"-Plattformen. Die Initiative wurde 2014 von der ESA ins Leben
gerufen, um in Vorbereitung auf die europäischen Sentinel-Missionen neue
Techniken zur Informationsgewinnung aus Erdbeobachtungsdaten zu entwickeln.
Kontakte
Elisabeth Schreier
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Kommunikation Oberpfaffenhofen
Tel.: +49 8153 28-1787
Nils Sparwasser
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Deutsches
Fernerkundungsdatenzentrum, Wissenschaftskommunikation und Visualisierung
Tel.: +49 8153 28-1316
Fax: +49 8153 28-1313
Dr. Thomas Esch
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Deutsches
Fernerkundungsdatenzentrum
Tel.: +49 8153 28-3721
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