Thomas Wiatr, Sandra Beyer and Trosset
Seit mehreren Jahren stellt das BKG deutschlandweite, jährliche Mosaike auf Basis von Sentinel-2-Daten nach dem Motto „open data to open products“ frei zur Verfügung. Räumliche Phänomene, wie Dürren, Waldbrände oder Überschwemmungen, machen an Staatsgrenzen jedoch nicht halt, sodass oftmals Informationen über nationale Grenzen hinweg benötigt werden. Aufbauend auf dieser Expertise entwickelte das BKG einen semiautomatischen Prozess, um ein einheiltiches Europamosaik („Sen2Europe“) zu erzeugen.
Sämtliche Orte unseres Planeten werden regelmäßig durch wiederholende Bildaufnahmen von Erdbeobachtungssatelliten abgebildet. Sie verschaffen dadurch, einen noch nie zuvor dagewesenen Einblick in die Dynamik von Umweltveränderung oder von endogenen Prozessen auf der Erde.
Zum Beispiel werden Dürreerscheinungen und Vegetationszustände erkennbar. Es können Prozesse an Küsten wie deren morphologische Dynamik erfasst werden. Auch können die Eisbilanzen in Gletscherregionen über die Jahre ermittelt werden.
Bevor jedoch die Dynamik und Veränderung durch Experten analysiert und interpretiert werden kann, ist eine essentielle Aufgabe der Fernerkundung, diese Erdbeobachtungsdaten in lesbare Informationen zu transformieren. Hierzu werden im Vorfeld einzelne aufeinanderfolgende Verarbeitungsschritte durchgeführt, sodass die Satellitenbildaufnahmen eine hilfreiche und unterstützende Datenquelle darstellen. Für kleinere Gebiete lassen sich diese Prozesse noch leicht realisieren. Der Schwierigkeitsgrad steigert sich jedoch mit der zu betrachtenden Fläche und dem dargestellten Detailgrad der Bilddaten. Je größer die Fläche und höher die räumliche Bodenauflösung ist, desto mehr Bilder von unterschiedlichen Zeitpunkten werden derzeit noch für eine flächendeckende Abdeckung benötigt.
Im Anbetracht des Copernicus-Programms und der damit verbundenen hohen temporalen Auflösung (ca. 5 Tagen für Deutschland) der Sentinel-2 Satelliten, sowie der Open Data Strategie von den Satellitenbilddaten, hat das BKG einen robusten und schnellen Prozess entwickelt der es erlaubt, Erdbeobachtungsdaten von großen Flächen und von hoch aufgelösten Bildern, schnell in ein scheinbar wolkenfreies Gesamtbild zu erstellen.
Deutschlandweite Mosaike auf Basis von Sentinel-2-Daten werden seit Jahren durch das BKG jährlich frei zur Verfügung gestellt (2018, 2019, 2020). Durch die hohe Nutzung der Deutschlandmosaike (über 1800 verschiedene Nutzer mit mehr als 15 Millionen Zugriffen in 2020) inkl. den entsprechenden Nutzeranforderungen und aufbauend auf dieser Expertise des BKG, erstellte das BKG 2020, erstmals ein hoch qualitatives gesamteuropäisches und einheitliches Mosaik (Datengrundlagen überwiegend 2018). Dieses steht als interaktive Webkarte (WMS) mit einer Echtfarbendarstellung (R, G, B) jedem Nutzer frei zur Verfügung und wird alle drei Jahre aktualisiert werden. Für dieses Produkt wurden Sentinel-2 Daten (1338 einzelne Bildkacheln mit einem Gesamtvolumen von rund 0,9 Terabyte) mit 10m Bodenauflösung aus dem europäischen Erdbeobachtungsprogramm Copernicus verwendet. Das BKG ist dadurch in der Lage, großräumige qualitativ hochwertige Bildverarbeitungsprodukte auf nationaler und internationaler Ebene bereitzustellen. Dadurch leistet das BKG unter anderem einen wichtigen Beitrag zu qualitätsgeprüften Open-Data-Produkten, zur Informationsfreiheit, zur europäischer Zusammenarbeit und der Digitalisierung von Verwaltungsaufgaben.
Anwendungen für das europäische Mosaik ergeben sich durch die Verschneidungen mit weiteren europäischen Datensätzen, sodass grenzübergreifende Veränderungsprozesse erfassbar werden. Diese Veränderungsprozesse der Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft können mithilfe diesem Prozess und der daraus abgeleiteten Produkte in großen Gebieten dokumentiert werden.
Weiter Anwendungsbeispiele für hochwertige Satellitenbildverarbeitung sind unteranderem:
• Visuelle Kartierung von Veränderungen für bestimmte Zeitintervalle (Monitoring der Landbedeckung und Veränderungsanalysen)
• Datengrundlage für Flugsimulatoren in Verbindung mit 3D-Daten
• Grundlagendatensatz in GIS Projekten als Kartierungsgrundlage (Grenzharmonisierung)
• Segmentierung und geometrische Analyse von Landbedeckung
• Grenzübergreifende Referenzgrundlage für eine geometrische Korrektur sowie für die Georeferenzierung anderer Daten