Rapport Forberede mottak og anvendelse av optiske satellittdata for Norge digitalt ANB11-05

Transkript

1 Rapport Forberede mottak og anvendelse av optiske satellittdata for Norge digitalt ANB11-05 Juni 2012 Jon Arne Trollvik, Statens kartverk Arnt Kr Gjertsen, Norsk institutt for skog og landskap Kai Sørensen, Norsk institutt for vannforskning Ragnvald Larsen, Direktoratet for naturforvaltning

2 Versjon 1.0, trykket Side 2 av 63

3 Innhold 1 Innledning Sammendrag Bakgrunn Sentinel-programmet Sentinel-2, Landsat-8 og deres forløpere Rom- og bakkesegmentene Romsegmentet Bakkesegmentet Bakkesegmentets funksjoner med fokus på Sentinel De multispektrale instrumentene MSI på Sentinel OLI og TIRS på Landsat Sammenligning av Sentinel-2 MSI vs. Landsat-8 OLI Nasjonale behov aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer Innledning og avklaringer Bidragsytere og aktører Behov og aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer Nasjonale behov Operative tjenester etatsnivå Operative tjenester nasjonalt nivå Andre programmer Andre forhold EEA og INSPIRE Tidsserier og faste overvåkingsprogrammer Prosessering av Sentinel-2 og Landsat Prosessering av L1, L2 og L3-produkter for Sentinel Sentinel-2 level Level 2-produkter Level 3-produkter ESAs Toolbox for Sentinel Landsat-prosessering Infrastruktur og kompetanse i Norge og Europa Arkiver Hva skal arkiveres? Arkivering av standard produkter Side 3 av 63

4 6.3 Lagringsvolum Sentinel Landsat Nasjonale arkivløsninger Nasjonalt satellittdataarkiv NSDA Digitalt sentralarkiv Norge i bilder KSAT Kostnader ved utvikling og drift av nasjonale arkiver Digitalt sentralarkiv Norge i bilder Forslag til videre arbeid Kilder Vedlegg A Forkortelser Vedlegg B - Produktoversikt Vedlegg C Temaer i INSPIRE direktivet Vedlegg D - Dekning Landsat-5/7 i NSDA Side 4 av 63

5 1 Innledning Jordobservasjon har lenge vært løftet frem som en mulighet for norsk forvaltning til mer effektivt å nå de forvaltningsmål som er satt av politikerne. I april 2002 skrev Norsk Romsenter: Observasjon av Jorda fra satellitter gir rask, enhetlig og hyppig oppdatert informasjon over store områder. Sammenstilt med andre observasjoner vil slik informasjon være nødvendig for å overvåke og forvalte miljø og naturressurser, hindre katastrofer og til å forstå klimaprosesser og påvise endringene. (Norsk Romsenter, Strategi for operasjonell jordobservasjon ). Norsk Romsenter var i rapporten svært optimistisk og mente at det [..] vil skje en betydelig utvikling i tilgang og bruk av satellittdata de neste ti årene. Vi skriver i dag 2012 og for bruk innen forvaltningen kan man med hånden på hjertet si at alt for lite har skjedd. Norge digitalt etablerte i 2009 en faggruppe for satellittdata. Opprettelsen ble begrunnet bl.a. med behov for å møte utviklingen fremover med nye jordobservasjonssatellitter (JO-satellitter), samarbeid i forbindelse med EU-programmet Global Monitoring for Environment and Security (GMES) og Norges behov for å fremskaffe gode avtaler med EU, ved GMES, om opptak og tilgjengeliggjøring av fremtidige satellittdata fra EUs nye JO-satellitter, som går under navnet Sentinel. Sentinel er et latinsk ord, avledet av verbet sentire som betyr å føle, og det fikk senere betydningen å vokte, holde øye med. Bøyningen sentinel kan oversettes med vakt, vokter, dvs. den som holder øye med det som skjer. Faggruppen for satellittdata søkte om og fikk i 2011 finansiering til å gjennomføre en utredning hvor målet var å utrede forhold som knytter seg til bruk av satellittdata gjennom GMES-programmet og tilsvarende program i USA, hvor Landsat Data Continuity Mission (LDCM) skal videreføre arven med 40 år med Landsat-data. Målsettingene var: klargjøre fremtidig tilgang til optiske satellittdata fra Sentinel-2 og Landsat og gjøre en vurdering av hvilke forberedelser det offentlige Norge må gjøre for at disse dataene skal bli lett tilgjengelige. spesifisere nasjonale behov, spesielt innen Norge digitalt-samarbeidet og vurdere aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer. vurdere behovet for felles tjenester for Norge digitalt, som prosessering nasjonalt og videre tilrettelegging for effektiv bruk og eventuelle fellesløsninger og standardprodukter. vurdere behovet for arkivtjenester knyttet til disse dataene og eventuelt skissere hvilke forberedelser som må gjøres og hvilke nasjonale arkiver disse data eventuelt skal legges inn i (Digitalt sentralarkiv, Norge i bilder, evt. andre løsninger). En samlet rapport er utarbeidet av Arnt Kristian Gjertsen, Skog og landskap, Ragnvald Larsen, Direktoratet for naturforvaltning, Kai Sørensen, Norsk institutt for vannforskning og Jon Arne Trollvik, Statens kartverk. Trollvik har vært leder for utredningen. Side 5 av 63

6 Side 6 av 63

7 2 Sammendrag Sentinel-2 er en viktig del av GMES, EU sitt overvåkningsprogram for miljø og sikkerhet, og vil gi GMES kapasitet til å observere jorda fra rommet. Sentinel-2 skal bli et operasjonelt system bestående av to identiske jordobservasjonssatellitter, som skal gå samtidig i en polar bane, og vil med sitt optiske instrument gi bilder i mange spektrale bånd, inkludert synlig og nær- og mellominfrarødt lys med 10 og 20 meters oppløsning. Den første Sentinel-2 satellitten skal skytes opp i 2014, den andre i Ved ekvator vil et område bli dekket med data hver 5. dag og over Norges områder vil dekningen bli oftere pga. større overlapp mellom de 290 km brede banesporene. Sentinel-2 data skal være fritt tilgjengelig for nedlastning fra ESAs arkiver. Sentinel-2 bygger på de positive erfaringene med Landsat-programmet til NASA og USGS. NASA skal skyte opp Landsat-8 i 2013 og vil dermed fortsette arven fra tidligere Landsat-satellitter, men Landsat er fremdeles ikke et fullt ut operativt system pga. usikkerhet rundt den videre finansieringen av programmet. ESA vil produsere bildedataene til ulike nivåer (levels) som gjøres tilgjengelig for brukerne, og level 1C vil være ortokorrigerte data hvor en terrengmodell brukes for å kompensere for varierende terrenghøyde for å gi en mest mulig presis geometrisk korreksjon av bildene. Level 1C skal være klar for nedlastning til brukerne innen 100 minutter etter nedlesing til en bakkestasjon. En global terrengmodell av varierende kvalitet skal brukes i den geometriske korrigeringen. Dette vil ha konsekvenser for hvor nøyaktig geometrien blir og over Norge forventes det relativt dårlig kvalitet pga. unøyaktigheter i terrengmodellen. Det vil derfor være behov for å gjøre en geometrisk korrigering basert på en bedre nasjonal terrengmodell. Med Sentinel-2 får vi tilgang på JO-data av høy kvalitet og oppløsning og med dekning hver 3. dag, og muligheten for observasjon og kartlegging av dynamiske prosesser blir mye bedre enn noen gang før. For å kunne utnytte dette fullt ut vil det for en rekke formål være rasjonelt å organisere en nasjonal tjeneste for å tilrettelegge data som tas opp over Norge for best mulig utnyttelse og for å unngå dobbeltarbeid. Bruken av JO-data, med data fra Sentinel-2 og Landsat-8, forventes å bli mer pikselorientert og fokusere mer på å oppdage og kartlegge endringer. Dette betyr bl.a. at det er aktuelt å utnytte alle pikslene fra alle opptakene for å danne tidsserier som kan brukes til å overvåke endring og utvikling kontinuerlig over tid for hver piksel. En vil da kunne oppdage endringer og hendelser mens de skjer og ikke lenge etterpå. Over vann må piksler kombineres for å få bedre følsomhet og en kombinasjon med et referansedatasett for å skille vann og land før en pikselmidling vil bedre produktene utviklet for kartlegging og overvåking av vannmiljøer. ESA har satt i gang utvikling av verktøy, for prosessering av data fra Sentinel-satellittene, som er aktuelt å bruke i en norsk prosesseringskjede. Vi har laget en oversikt over behov som har fremkommet gjennom møter og undersøkelser i regi av Miljøverndepartementet, Romsenteret og Faggruppe for satellittdata. Informasjonen har vært utgangspunkt for en nettverksanalyse som har gitt grunnlag til å identifisere hovedkategorier for de kartlagte behovene. Vi anbefaler at man med utgangspunkt i vår analyse inviterer til et arbeidsmøte hvor resultatene videreutvikles og kvalitetssikres. Overvåkingsprogrammer hos Direktoratet for naturforvaltning og på resultatmål innen miljøvernpolitikken slik det er fastsatt av Miljøverndepartementet har blitt analysert med tanke på fjernmåling. Vi har vist hvordan satellittdata kan forsterke kunnskapsgrunnlaget for slike operative tjenester. Andre forhold knyttet til EEA, INSPIRE, tidsserier, og ulike nasjonale programmer som SatNat, SatHav, SatRisk og SatLuft er diskutert og forslag knyttet til disse har blitt lagt fram. Vi ser av gjennomgangen at det er behov for mer arbeid. Kartlegging og bevisstgjøring representerer to sider av samme sak innenfor anvendelser av satellittdata. Vi håper derfor på en videreføring. Side 7 av 63

8 Nasjonale arkiver for satellittdata har som hovedformål å forestå sikker lagring og enkel tilgang til satellittdata som er tilrettelagt for norske forhold. Det anbefales at Fly- og satellittbildearkiv benyttes som arkiv for nasjonalt tilpassede Sentinel-2 data. I Norge i bilder lagres landsdekkende ortofotomosaikker satt sammen av materiale fra Fly- og satellittbildearkivet. Begge disse arkivsystemene er med relativt små utviklingskostnader velegnet. Forutsatt at det etableres en produksjonslinje for nasjonale datasett fra Sentinel-2 (level 1CN og eventuelt flere varianter av level 2AN), vil diskbehovet ved oppstart (korttidslager) være 2 4 TB, økende med ca. 2 TB/år. For Norge i bilder vil lagringsbehovet øke med ca. 1 TB/år. Kostnadskalkyler for utvikling, drift og forvaltning av arkivløsningene er oppsummert i tabellen nedenfor. Fly- og satellittbildearkiv Norge i bilder Utviklingsbehov versjon Drift/år Forvaltning og videreutvikling/år Ved en realisering av arkivene er det behov for å utarbeide en detaljert spesifikasjon av innhold og funksjonalitet. Dette gjelder både i forbindelse med forvaltning av bildematerialet og presentasjon i innsynsklienter. Økte kostnader til utvikling, drift og forvaltning av satellittdata dekkes ikke naturlig av Kartverkets statsoppdrag, og utvidelsene må finansieres gjennom Norge digitalt eller andre kilder. Dagens Nasjonale satellittdata arkiv (NSDA) avvikles og dataene overføres til Kartverkets fly- og satellittdataarkiv. Side 8 av 63

9 3 Bakgrunn GMES (Global Monitoring for Environment and Security) er et samarbeidsprogram mellom Europakommisjonen (EC) og ESA for å utvikle en europeisk kapasitet på jordobservasjonssatellitter (JO-satellitter) og bruk av JO-data for anvendelse innen miljø og sikkerhet. ESAs rolle i GMES er å utvikle og bygge satellitter og tilhørende bakkesegment. GMES skal levere informasjon og dataprodukter for tjenester innen miljø og sikkerhet og vil i stor grad være basert på data fra JO-satellitter. GMES Space Component (GSC) vil være ansvarlig for å levere JO-data til GMES-tjenestene. Som en del av GSC er ESA ansvarlig for å levere et fullt ut operativt system som kan levere satellittdata til de operative GMES-tjenestene. Denne kapasiteten skal bli sikret gjennom bygging av en serie JO-satellitter kalt Sentinel. 3.1 Sentinel-programmet Det er planlagt i alt fem ulike satellitter: Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3, Sentinel-4 og Sentinel-5. Sentinel-1 vil bære en bildedannende, aktiv syntetisk apertur mikrobølgeradar (SAR) som opererer i C-bånd (bølgelengde 5,55 cm) og aktuelle anvendelser er: overvåking av havis oppsyn av maritime områder overvåking av massebevegelser på land (fast fjell, løsmasser, isbre) kartlegging av arealressurser: skog, vann, jordsmonn, landbruk kartlegging for støtte i krisesituasjoner Sentinel-2 vil bære et optisk instrument «Multi-Spectral Instrument» (MSI) og anvendelser vil være: arealdekke, arealbruk, arealendringer kartlegging av biogeofysiske variabler som bladindeks (LAI), klorofyllkonsentrasjon i bladverket, vanninnhold i bladverket vannkvalitetsrelaterte produkter i innsjøer, elver og kyst (partikler, alger) risikokart kartlegging og overvåking som støtte i katastrofesituasjoner Sentinel-2 vil sørge for kontinuitet i leveransene av JO-data med geometrisk oppløsning i området 10 til 30 meter, og vil dermed erstatte og utfylle Landsat og SPOT satellittene. Bedre radiometriske egenskaper gjør også anvendelser innen vannrelaterte produkter aktuelt. Sentinel-2 vil dra fordel av teknologi og erfaringer fra forløperne Landsat og SPOT og vil levere data til operative tjenester innen: risikohåndtering arealdekke og arealbrukskart, status og endringer skogovervåking vannovervåkning matvaresikkerhet, varslingssystemer kartlegging av urbane områder naturfarer terrestrisk kartlegging for humanitært hjelpearbeid og utvikling Side 9 av 63

10 Sentinel-3 vil bære tre instrumenter: Et optisk «Ocean and Land Colour Instrument» (OLCI), et termisk-infrarødt radiometer «Sea and Land Surface Temperature Radiometer» (SLSTR) og en radarhøydemåler «Synthetic Aperture Radar Altimeter» (SRAL). Anvendelser vil være: OLCI: fargeinformasjon om hav og land (planteplankton, vegetasjonsperiode) SLSTR: overflatetemperatur for hav og land SRAL: topografi over hav og isbre Sentinel-4 og 5 består av ulike spektrometre (som dekker områdene UV/synlig lys, kortbølget infrarød (SWIR) og termisk IR) og de vil bæres på meteorologiske satellitter og driftes av Eumetsat. Anvendelser vil være: profilering av endringer i atmosfærens gassinnhold (O3, NO2, SO2, aerosoler) daglig global kartlegging av drivhusgassene CO2 og CH4 ESA har foreslått og selv godkjent en fri og åpen datapolitikk til alle Sentinel-data. Dette innebærer bl.a. gratis nedlastning og bruk av alle arkiverte data fra Sentinel-satellittene for medlemslandene. 3.2 Sentinel-2, Landsat-8 og deres forløpere Sentinel-2 vil sørge for operasjonell tilgang til multispektrale optiske data med høy oppløsning, og vil følge opp og erstatte tidligere satellittmisjoner som Landsat og SPOT. Den første SPOT satellitten, SPOT-1, ble skutt opp i SPOT programmet ble etablert som et partnerskap mellom Frankrike (CNES), Belgia og Sverige. SPOT-2 ble skutt opp i 1990, SPOT-3 i 1993, SPOT-4 i 1998, og SPOT-5 i Det optiske instrumentet HRV hadde fra starten en oppløsning på 20 meter, men ble senere økt til 10 meter med SPOT-5. SPOT-4 var også utstyrt med et pankromatisk bånd med oppløsning på 10 meter, mens SPOT-5 har 2,5 meter oppløsning. SPOT-6 og SPOT-7 er under planlegging av selskapet Astrium, og de er planlagt med en pankromatisk kanal med 1,5 meter oppløsning og multispektrale kanaler (fire VNIR kanaler) med 6 meter oppløsning. Sporbredden til SPOT sensoren er 60 km og dekningsfrekvensen er 26 dager. SPOT-6 og 7 er planlagt skutt opp i hhv og Landsat-1 ble skutt opp i 1972 og ble senere fulgt opp med Landsat-2 i 1975, Landsat-3 i 1978, Landsat-4 i 1982, Landsat-5 i 1984, Landsat-6 i 1993 (mislykket) og Landsat-7 i Geometrisk oppløsning var i starten 79 meter (Landsat-1, 2, 3) og ble senere økt til 30 meter (fra Landsat-4). Det har vært flere generasjoner optiske instrumenter og den aktuelle Thematic Mapper (TM) kom med Landsat-4. Mens forløperen Multi-spectral Scanner System (MSS) i Landsat-1, 2, 3 hadde kun fire kanaler i VNIR-området (synlig og nærinfrarødt), så har TM økt antallet til syv kanaler hvorav to nye i SWIR-området (kortbølget IR). Landsat-5 har vært operativ fram til Bildeopptak ble stoppet i november 2011 pga. aldrende elektroniske komponenter og det er usikkert om US Geological Survey (USGS) lykkes i å starte den opp igjen. Landsat-7 fungerer fremdeles, men har et problem med speilet som skal kompensere for satellittens bevegelse, og det blir derfor et kileformet gap i ytterkantene av hvert opptak. Landsat-7 kom med en ny og forbedret TM-sensor kalt ETM+, som inkluderer en pankromatisk kanal med 15 meter oppløsning og en forbedret oppløsning i den termiske kanalen, fra TMs 120 meter oppløsning til 60 meter oppløsning. Landsat Data Continuity Mission (LDCM), som etter oppskytningen i 2013 vil bli Landsat-8, skal sørge for kontinuitet i Landsat-programmet, som til nå har levert satellittdata i 40 år. For øvrig omtaler USGS LDCM som en science mission, noe som indikerer at Landsat-programmet ikke er like tett integrert i et offentlig miljø- og overvåkingsprogram som Sentinel-programmet er i GMES. Det er foreløpig ikke sikret midler til flere framtidige Landsat-satellitter utover Landsat-8. Landsat-8 har noen forbedringer i forhold til forløperen Landsat-7. Det optiske instrumentet OLI (Operational Land Imager) er en såkalt push-broom detektor, en detektormatrise med en egen detektor for hver piksel i Side 10 av 63

11 satellittens sporbredde, mens TM derimot er basert på et sveipende speil for å dekke hele sporbredden. Landsat-8 vil gå i samme solsynkrone bane 705 km over bakken som Landsat-5 og 7 og krysse ekvator kl (Figur 1). Sporbredden og dekningsfrekvensen forblir hhv. 185 km og 16 dager. OLI vil ha en ekstra kanal i det blå området for kyst og havanvendelser og måling av aerosolkonsentrasjon i atmosfæren. En ny kanal i SWIR er lagt til for kartlegging av tynne cirrus-skyer og korrigering av de andre kanalene for effekten av disse. Den geometriske oppløsningen er fortsatt 30 meter som for forløperne fra og med Landsat-4, men radiometrisk oppløsning økes fra 8 til 12 bits. OLI har også en pankromatisk kanal med 15 meter oppløsning. I forhold til den pankromatiske kanalen i forløperen Landsat-7 er båndbredden justert for å unngå områder med atmosfærisk absorpsjon. En egen sensor, Thermal Infrared Sensor (TIRS), dekker det termiske området (LWIR) med to kanaler, mens tidligere Landsat-satellitter hadde kun en kanal i dette området. Geometrisk oppløsning i LWIR er 100 meter. Figur 1. Solsynkron bane 705 km over bakken for Landsat-7. Landsat-8 vil ha tilsvarende bane og krysse ekvator kl. 10 på formiddagen. Sentinel-2 vil gå 786 km over bakken og krysse ekvator kl I 1984, året da Landsat-5 ble skutt opp, vedtok Kongressen i USA en lov om privatisering av Landsatprogrammet. Begrunnelsen var bl.a. den tekniske og vitenskapelige suksessen til Landsatprogrammet. Ansvar for drift av Landsat ble overført fra NASA, som til da hadde bygget og driftet satellittene, til det private selskapet EOSAT (senere Space Imaging). EOSAT fikk ansvar for nedlesing, arkivering og salg av data, og de skulle også stå for utvikling, oppskyting og drift av påfølgende satellitter. Prisene på data økte dermed umiddelbart med ca. 600 %, fra USD 650 til USD 4400 per scene, samtidig som redistribusjon ble begrenset. Mange tidligere brukere ble derfor priset ut, og mange mulige opptak mellom 1984 og 1999 ble tapt fordi det ikke fantes aktuelle kjøpere. Stor misnøye og press blant brukerne førte til en ny lov i 1992 med vedtak om å bygge og drifte Landsat-7 i offentlig eierskap. I 2001, to år etter oppskyting av Landsat-7, overføre Space Imaging ansvar og rettigheter for Landsat-4 og 5 til myndighetene. I tillegg ga selskapet slipp på den kommersielle rettigheten til arkiverte data fra Landsat-4 og 5, og gjorde det mulig for USGS å selge disse i tråd med Side 11 av 63

12 egen prispolitikk. Etter at USGS i 2010 friga Landsat-data har de opplevd en dramatisk økning av nedlasting av gratisdata. Sentinel-2A er planlagt skutt opp i 2014, mens Sentinel-2B er planlagt skutt opp to år senere. De vil plasseres i en solsynkron bane 786 km over bakken og passere ekvator kl på formiddagen. Dette avviker noe fra banen til Landsat-7 og 8 (Figur 1). To satellitter vil operere samtidig for å oppnå en dekningsfrekvens på 5 dager ved ekvator. Den høye dekningsfrekvensen skal sikre mange opptak med lav skydekning. Figur 2 viser forventet opptaksfrekvens om sommeren over Norden med skydekning under 15 %. Satellitten vil dekke en sporbredde på hele 290 km, noe som er betydelig mer enn SPOTs 60 km og Landsats 185 km (Figur 3). Antall bånd vil være 13 med 10 i VNIR- og tre i SWIR-området. Den geometriske oppløsningen vil være 10, 20 og 60 meter. Det vil være fire VNIR bånd med 10 meter oppløsning, fire bånd i NIR med 20 meter oppløsning og tre bånd med 60 meter oppløsning i hhv. synlig (VIS), NIR og SWIR områdene (se Figur 7). Disse tre båndene skal brukes til å oppdage skyer og måle vann og aerosoler i atmosfæren, noe som trengs for å kunne korrigere for den atmosfæriske effekten på målingene. Alle landområder mellom 56 sør og 84 nord vil bli systematisk dekket. I tillegg vil alle store øyer (større enn 100 km 2 ) og kyst og havområder 20 km fra land bli dekket. Alle mindre øyer i EU land < 20 km fra kysten, samt alle vannforekomster i innland og innelukkede havområder blir dekket. Figur 2. Antall dager mellom nær skyfrie opptak over Norden med Sentinel-2A og 2B. Kartet viser en beregning av hvor mange dager det går mellom hvert opptak med maks 15 % skydekning om sommeren. Side 12 av 63

13 Figur 3. Geografisk dekning til Sentinel-2 sammenlignet med tilsvarende satellitter (Spoto F. et al., presentasjon). 3.3 Rom- og bakkesegmentene Sentinel-2 og Landsat vil bestå av følgende komponenter: Sentinel-2 vil bestå av et romsegment med to satellitter i polare baner og et bakkesegment som vil kommunisere med satellittene og styre og kontrollere dem, lese ned data til bakkestasjoner, utføre prosessering av dataene til ulike nivåer (level 0, 1B, 1C, 2A), arkivering og formidling av data Landsat vil bestå av satellittene Landsat-7 og Landsat-8 i polare baner og ett bakkesegment tilsvarende det for Sentinel Romsegmentet Sentinel-2 blir utviklet av Astrium GmbH. Satellittens design bygger på tidligere erfaringer med bl.a. ERS, Envisat, MetOp og CryoSat. Satellitten vil veie 1,2 tonn og vil ha en kompakt design som tillater oppskyting med små bæreraketter som Vega og Rockot. Satellitten vil bli plassert direkte i den solsynkrone banen 786 km over bakken. Levetiden er beregnet til 7,25 år, mens batterier og drivstoff er tilstrekkelig for 12 år, og i alt fire satellitter er nødvendig for 15 års operativ tjeneste. Satellitten vil måle posisjonen i banen med GNSS (Global Navigation Satellite System) og kan korrigere banen med et dedikert fremdriftssystem. Energisystemet er basert på solcellepaneler og litium-ion batterier. Satellitten kan operere autonomt i opptil 15 dager i tilfeller av feil som fører til avbrekk i kommandosystemet. Data om bord blir lagret på et 2,4 Tbit masselager og nedlesning blir gjort i X-bånd med en hastighet på 560 Mbit/s. Landsat-8 blir utviklet av Orbital Sciences Corporation (tidligere General Dynamics Advances Information Systems). OLI-instrumentet blir bygget at Ball Aerospaces og veier 450 kg, mens TIRSinstrumentet veier 240 kg. Side 13 av 63

14 3.3.2 Bakkesegmentet For Sentinel-2 består bakkesegmentet PDGS (Payload Data Ground System) av fire såkalte Core Ground Stations (CGS) for nedlesning, prosessering og datatilgang i hhv. Matera, Maspalomas, Svalbard og Alaska (Figur 4). Det planlegges to sentere for prosessering og arkivering (PACs) i hhv. Farnborough (UK) og Madrid (Spania) som vil sørge for langtidsarkivering og datatilgang, samt reprosessering. Det vil være et Mission Performance Centre (MPC) for datakontroll og kalibrering og validering (Cal/Val), plassering er ennå ikke bestemt. Videre vil det være et såkalt Payload Data Management Centre (PDMC) for å overvåke hele misjonen og utføre systemkontroll ved ESA-ESRIN i Frascati. Opptak kan maksimalt foregå i 32 minutter i løpet av et omløp på 100 minutter. Nedlesning fra Landsat-8 vil foregå på NASAs satellittnettverk ved EROS og Fairbanks. SvalSat er også sentral her. Figur 4. Bakkesegmentet for Sentinel-2 (O. Colin, ). Figur 5. Bakkesegmentet for Landsat-8 (LDCM). Side 14 av 63

15 3.3.3 Bakkesegmentets funksjoner med fokus på Sentinel-2 Bakkesegmentet består av flere enheter og både Sentinel-2 og Landsat må ha alle disse funksjoner dekket. Nedenfor listes opp de viktigste funksjonene med utgangspunkt i Sentinel-2. Flight Operations Segment (FOS) som har ansvar for styring og drift av Sentinel-satellittene og Sentinel Payload Data Ground Segment (PDGS) som har ansvaret for nedlesning av data, prosessering, arkivering og distribuering til brukerne. FOS vil ha ansvaret for å: kontrollere satellittene under alle fasene av misjonen: oppskytning, utprøvingsfase, drift og utfasing bestemme og vedlikeholde satellittenes omløpsbane drifte nettverket av bakkestasjoner som brukes for å kommunisere med satellittene PDGS vil ha ansvaret for å: planlegge, anskaffe, prosessere og spre dataprodukter kalibrere og validere data når kvalitetskontroller tilsier dette gi brukerstøtte gjennom katalogisering og dokumentasjon av data reprosessere historiske Sentinel-data sørge for automatisert sirkulasjon av dataprodukter mellom et system av distribuerte arkiver for å sikre pålitelig lagring av data og tilgjengelighet til brukerne utvikle og vedlikeholde algoritmer for prosessering av data sørge for langtidslagring av data i hele misjonens levetid og utover denne sørge for et system for brukerregistrering, innretning for online tilgang til data, brukermanualer, orienteringer om hendelser som påvirker ytelsen til satellittmisjonene Selv om PDGS består av et nettverk av bakkestasjoner og arkiver vil dette være usynlig for brukerne, som vil forholde seg til ett virtuelt aksesspunkt for å lete opp og laste ned dataprodukter (se figur 6). Alle Sentinel-2 data vil bli tilgjengeliggjort på tre ulike aktualitetsnivåer: Real Time (RT) vil gi tilgang på data innen 100 minutter etter opptak Near Real Time (NRT) vil gi tilgang på data fra 100 minutter til 3 timer etter opptak Non-Time-Critical (NTC) vil gi tilgang på data mellom 3 og 24 timer etter opptak Sentinel-2 vil ta opp svært store datamengder og av praktiske grunner vil arkivering organiseres i to typer datalager: et rullerende lager for korttidslagring av ferske dataopptak tatt innenfor en tidshorisont på fire måneder et langtidslager som vil lagre alle historiske data eldre enn fire måneder Side 15 av 63

16 Figur 6. Oppbyggingen av bakkesegmentet for Sentinel De multispektrale instrumentene MSI på Sentinel-2 Det multispektrale instrumentet (MSI) har en masse på 290 kg og er basert på push-broom konseptet. Et teleskop med blenderåpning på 150 mm har blitt optimalisert for høy bildekvalitet på tvers av sporbredden på 290 km. Bildeplanet for VNIR kanalene består av 12 CMOS-detektormatriser som ligger parallellforskjøvet for å dekke hele sporbredden, og hver matrise dekker ca. 25 km. Bildeplanet for SWIR kanalene består av 12 kvikksølv-kadmium-tellurid detektormatriser og er termisk kontrollert til temperaturer under 195 K. Innkommende strålingsdata blir digitalisert til 12 bits, og «state-of-the-art» datakompresjon med wavelet transformasjon blir utført for å redusere datavolumet. En kompresjonsgrad på to til tre har blitt oppnådd og har blitt optimalisert for hvert enkelt bånd for å unngå forringelse av bildekvaliteten. Det er i alt 13 kanaler som til sammen dekker de tre spektrale områdene synlig (VIS), nærinfrarød (NIR) og kortbølget infrarød (SWIR). Figur 7 gir en oversikt over hvilke spektrale bånd de 13 kanalene dekker, geometrisk oppløsning og filterfunksjonene som definerer kanalenes spektrale sensitivitet. Den radiometriske følsomheten for å utlede produkter over vann må forbedres ved å kombinere minimum 5 x 5 piksler så den reelle geometriske oppløsningen blir ca. 50 x 50 meter over vann. Et skyfritt referansebilde må brukes for å unngå at en slik midling gir blandingspiksler som inneholder både land og vann. Side 16 av 63

17 Figur 7. Spektrale bånd og geometrisk oppløsning for Sentinel-2 (øverst), og filterfunksjoner for de ulike spektrale båndene i grått og modellert radians ved toppen av atmosfæren fra løvtreskog i grønt (nederst). Side 17 av 63

18 3.4.2 OLI og TIRS på Landsat-8 Endringen fra Landsat-7 ETM+ til Landsat-8 OLI er illustrert i Figur 8, hvor den nye kanal 1, sammen med kanal 9 for deteksjon av tynne cirrusskyer, antas å være svært nyttig for atmosfærekorreksjon i f.eks. kystområder. De to nye kanalene i det termiske området (kanal 10 og 11) vil gi en betydelig bedring i temperaturproduktene og vil være egnet for bedre termisk kartlegging av f.eks. innsjøer, elver og kyst. Figur 8. De spektrale kanalene i Landsat-8 OLI- instrumentet sammenlignet med kanalene i Landsat-7 ETM+. De termiske kanalene er ikke vist i figuren Sammenligning av Sentinel-2 MSI vs. Landsat-8 OLI Tabell 1 og Tabell 2 gir en detaljert beskrivelse av kanalene til bildesensorene OLI/TIRS og MSI i hhv. Landsat-8 og Sentinel-2. Figuren viser tydelig likheter og ulikheter. Begge dekker alle tre hovedområdene VIS, NIR og SWIR. Begge har en kortbølget blå kanal, samt tre kanaler som dekker hhv. blått, grønt og rødt lys. En klar ulikhet er at MSI har fire kanaler i NIR-området som dekker det såkalte «red edge» området, dvs. området der refleksjonen til grønn vegetasjon faller brått fra et høyt platå i NIR til en dyp bunn i rødt lys. Posisjonen til denne røde kanten i refleksjonskurven er sensitiv til vegetasjonens helsetilstand og indikerer om den er utsatt for stress. I tillegg har MSI en kanal 9 som skal brukes til å måle vanndampkonsentrasjonen i atmosfæren, en slik kanal mangler OLI. Både OLI og MSI har en kanal for å oppdage cirrusskyer (hhv. kanal 9 og 10). I SWIR-regionen har begge to kanaler i tilnærmet samme bånd av spekteret. Landsat-8 har i motsetning til Sentinel-2 kanaler i det termiske området (LWIR). Side 18 av 63

19 Figur 9. Reflektanskurver for grønn og frisk vegetasjon, avlingsrester og bar jord mot kanalene i hhv. Landsat-8 OLI og Sentinel-2 MSI (G. Serbin et al., poster Tabell 1. Spektrale kanaler for sensorene OLI/TIRS i Landsat-8 (NIR = nærinfrarødt, SWIR = kortbølget infrarødt, LWIR = langbølget infrarødt i det termiske båndet). Kanal Piksel Bånd Beskrivelse 1 30 m Blå, nm Ny kanal, fins ikke i Landsat-7 TM. Kystområder, farge og pigmentkonsentrasjon i hav, aerosolkonsentrasjon i atmosfæren (kyst aerosoler) 2 30 m Blå, nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon m Grønn, nm Refleksjonstopp fra grønn vegetasjon m Rød, nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon m NIR, nm Sterk refleksjon fra grønn vegetasjon, sterk absorpsjon i vann. Nyttig for overvåking av vekstsesongen, biomasse, jordfuktighet, og avgrensing av vannmasser. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 TM m SWIR, nm Brukes for å skille mellom snø, is og skyer; sensitiv til fuktinnhold i vegetasjon og jord. Nyttig for skogskadeovervåking. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 TM m SWIR, nm Samme bruk som kanal 6. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 TM m Pan, nm 9 30 m SWIR, nm Ny kanal, fins ikke i Landsat-7 TM. Deteksjon av tynne skyer (cirrus) for korrigering av andre kanaler. Side 19 av 63

20 Kanal Piksel Bånd Beskrivelse m LWIR, nm To kanaler i det termiske området erstatter en kanal i Landsat-7 TM. Sensitiv til overflatetemperatur og kan brukes til overvåking av brann og måling av evapotranspirasjon m LWIR, nm Samme som for kanal 11. Tabell 2. Spektrale kanaler for sensoren MSI i Sentinel-2 (NIR = nærinfrarødt, SWIR = kortbølget infrarødt). Kanal Piksel Bånd Beskrivelse 1 60 m Blå, nm Måling av aerosolkonsentrasjon i atmosfæren. Brukes for atmosfærisk korrigering m Blå, nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon m Grønn, nm Refleksjonstopp fra grønn vegetasjon m Rød, nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon m NIR, nm Måling av «red edge», dvs. hvor refleksjonen for grønn vegetasjon faller brått fra et høyt platå i NIR til en bunn i rødt lys m NIR, nm Samme som for kanal m NIR, nm Samme som for kanal m NIR, nm Sterk refleksjon fra grønn vegetasjon, sterk absorpsjon i vann. Nyttig for overvåking av vekstsesongen, biomasse, jordfuktighet, og avgrensing av vannmasser. 8b 20 m NIR, nm Samme som for kanal m NIR, nm Måling av vanndampkonsentrasjonen i atmosfæren. Brukes for atmosfærisk korreksjon m SWIR, nm Deteksjon av tynne skyer (cirrus). Brukes for korrigering av andre kanaler m SWIR, nm Brukes for å skille mellom snø, is og skyer; sensitiv til fuktinnhold i vegetasjon og jord. Nyttig for skogskadeovervåking m SWIR, nm Samme som for kanal 11. Side 20 av 63

21 4 Nasjonale behov aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer 4.1 Innledning og avklaringer I henhold til oppgavebeskrivelse skal vi spesifisere nasjonale behov, spesielt innen Norge digitaltsamarbeidet og vurdere aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer. På miljøforvaltningssiden eksisterer det informasjon om mange overvåkingsprogrammer, både historiske og gjeldende. Vi har spesielt sett på Direktoratet for naturforvaltning sin oversikt over overvåkingsprogrammer og viser hvordan enkelte av overvåkingsprogrammene kan nyte godt av satellittbasert fjernmåling. Miljøforvaltningens nettsted har også tjent som utgangspunkt for vårt arbeid. Til sist har vi benyttet spørreundersøkelser knyttet til nasjonale behov under dette punktet. Operative tjenester: I presiseringen av vår oppgave omtales operative tjenester. I denne sammenhengen antar vi at det menes produkter som bygger på regulære data fra jordobservasjon. For å være operative må tjenestene være kontinuerlig tilgjengelig med dokumentert kvalitet og regularitet. Kunnskapsgrunnlaget for de oversiktene vi gir er basert på synteserapport (Parr 2011), Brukerundersøkelse (Kartverket 2010) og workshop som ble holdt i januar Sistnevnte er en del av dette prosjektet. Vi ser at få av de kontaktede institusjonene har vært aktive i alle tilbakemeldingene. Vi har også grunn til å tro at deltakerne fra de ulike institusjonene har hatt varierende forutsetninger for de bidrag som er gitt. 4.2 Bidragsytere og aktører Følgende institusjoner har på et tidspunkt vært involvert i tilbakemeldinger som angitt i tabellen nedenfor. Tabell 3. Oversikt over institusjoner som representerer kunnskapsgrunnlaget. Aktør Avinor Direktoratet for naturforvaltning Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap Synteserapport (Parr 2011) Brukerundersøkelse (Kartverket 2010) Workshop januar 2012 Fiskeridirektoratet Forsvaret Forsvarsbygg Fylkesmannen i Hordaland Fylkesmannen i Vestfold Havforskningsinstituttet Høgskolen i Telemark Høgskolen in Nord-Trøndelag Jernbaneverket Kartverket Klima og forurensningsdirektoratet Kongsberg Satellite Services Kystverket Mattilsynet Meteorologisk institutt (met.no) Nansensenteret Side 21 av 63

22 Aktør Norges Geotekniske Institutt (NGI) Norges geologiske undersøkelse (NGU) Norsk institutt for kulturminneforskning (NIKU) Norsk institutt for luftforskning (NILU) Norsk institutt for naturforskning (NINA) Norsk institutt for vannforskning (NIVA) Norsk Polarinstitutt Norsk Regnesentral Norsk Romsenter NORUT Noregs vassdrags- og energidirektorat (NVE) Oslo kommune Riksantikvaren Sametinget Skog og landskap Statistisk sentralbyrå (SSB) Sysselmannen Universitetet for miljø- og biovitenskap Universitetet i Bergen Synteserapport (Parr 2011) Brukerundersøkelse (Kartverket 2010) Workshop januar 2012 De fleste aktørene knyttet til Norge digitalt har på et tidspunkt blitt invitert i prosessen. Vi observerer likevel at deltakelse og intensitet har vært noe ujevn. De aktørene som har vært med på alle undersøkelsene er Direktoratet for naturforvaltning, Forsvaret, Kartverket, NINA, Skog og landskap, Norsk regnesentral og Norsk Romsenter. Vi oppfatter at tilgang til relevante ressurspersoner, interesse og tilfeldige forhold har vært viktige faktorer. Dette vil påvirke oppsummeringen av behov i en rapport som denne. 4.3 Behov og aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer De følgende delkapitlene inneholder oversikter over nasjonale behov, operative tjenester, kartleggings- og overvåkingsprogrammer og operative tjenester Nasjonale behov Som beskrevet tidligere representerer satellittdata produkter som gjennom ulike typer bearbeiding ender opp som spesialiserte produkter. Figuren nedenfor illustrerer hvordan et datasett som beskriver utbredelse av en tretype bygger på tre separate produkter. Side 22 av 63

23 Figur 10. Sentinel-data bearbeides i en rekke produkter som til sist blir et tretypeprodukt. Kartleggingen av nasjonale behov har ikke gitt oss entydige tilbakemeldinger. Dette skyldes i hovedsak metodiske valg. Brukerundersøkelsen ga respondentene mulighet til å melde inn behov uten at man satte krav til en grundigere dokumentasjon av bakgrunnen for behovene og hvordan disse ble tenkt levert til bruker. Tilbakemeldingene var upresise mht. begrepsbruk og beskrevet relasjon til andre produkter. En del tilbakemeldinger representerer heller ikke konkrete produkter, men kategorier av ønskede produkter eller prosesser for å etablere produkter. Resultatet er derfor en oversikt som ikke sier mye om forhold mellom produktene eller går langt i å presisere produktene. Det samme gjelder workshop og gruppearbeider som ble gjennomført i januar Heller ikke der ble tilbakemeldingene om behov tilstrekkelig dokumentert og systematisk rapportert. Vi har sett at de tilbakemeldingene vi har fått fordeler seg på behov, kategorier, prosesser, produkter og satellitter. I det videre har vi derfor valgt å referere til disse utelukkende som produkter. For å få en overordnet oversikt over sammenhenger og mulige basisprodukter har vi strukturert produktene i en hierarkisk sammenheng. Fremgangsmåten har vært å gå gjennom faktagrunnlaget og plukke ut alle beskrevne produkter. Dette resulterte i en liste på om lag 120 produkter (se vedlegg B for en fullstendig liste). Vi satte dem deretter sammen slik at produkter som danner utgangspunkt for andre produkter settes i sammenheng. Eksempelet nedenfor er hentet fra våre data og viser hvordan produktet vegetasjonsindeks bearbeidet i en endringsanalyse av vegetasjon kan være grunnlag for tre separate produkter. Figur 11. Sammenheng mellom ulike produkter. Endringsanalyse vegetasjon har en kildekobling og er utgangspunkt for tre nye produkter. I utforskingen av sammenhenger mellom produktene benyttet vi programvaren yed fra yworks 1. Dette er programvare som egner seg godt for å strukturere sammenhenger mellom objekter hvor det eksister hierarkiske sammenhenger. Programvaren har også funksjonalitet som forenkler analysen av sammenhengen mellom det som i programvareterminologien er noder. Der hvor det var mulig laget vi koblinger mellom produktene. Etter å ha koblet produktene til hverandre kunne vi lage en fremstilling av sammenhengene. I figuren nedenfor som er generert av Side 23 av 63

24 yed ser vi hvordan enkelte produkter er mer sentrale enn andre; altså at de danner utgangspunktet for nye produkter. Fremstillingen under er ikke hierarkisk, men fremstiller alle koblinger mellom analyserte produkter. Figur 12. Alle boksene representerer produkter (behov). Hvert produkt er knyttet til andre produkter. Tilknytningen er enten som utgangspunkt for ett eller flere produkter, eller ved at produktet er resultatet av to foreldre -produkter. Figuren viser slike sammenhenger mellom produktene. Med en komplett oversikt over produktene ville vi hatt et logisk utgangspunkt for arbeidsgrupper for å ta avgjørelser om prioritering av fremtidige satellittbaserte produkter. Om vil skal tillate oss å benytte en metafor så ser vi at enkelte produkter representerer hovedstammen i et tre, mens andre produkter er bærende grener for sluttprodukter representert ved blader. Slik det står i dag ser vi at det er behov for en raffinering av sammenhengen mellom ulike produkter. Dette forutsetter en grundigere kjennskap til hva respondentene i undersøkelser og andre dialoger mener når de angir sine produkter. Vi valgte likevel å gå videre med det utgangspunktet vi hadde for å få en ide om hvilke hovedretninger av produkter vi må forholde oss til. Programvaren lot oss gjøre en top-down - fremstilling. Vi inkluderte også en beregning av den gjensidige viktigheten av produktene. Produkter som er utgangspunkt for mange produkter tildeles en høyere vekt enn et sluttprodukt her et produkt som ikke danner utgangspunkt for nye produkter. Viktige produkter er de som bidrar oftere til andre produkter (delprodukter). Figuren nedenfor er resultatet av en prosess hvor noder (produkter) med flest koblinger (til og fra) har blitt forstørret for å indikere viktighet. Produkter som er følgeprodukter av et overordnet produkt er fremstilt som minst. Side 24 av 63

25 Figur 13. Hierarkisk fremstilling av sammenhenger mellom produkter. Dess høyere opp i figuren et objekt kommer dess viktigere er det for andre produkter. Nodenes størrelse indikerer hvor mange produkter som er koblet til noden (produktet). Vi har med hensikt ikke tatt med navnene på produktene i denne figuren. Lærdommen fra denne prosessen er at vi ved å jobbe med produktene avdekker avhengigheter som er nyttige i arbeidet med å definere nasjonale produkter. Disse kan videre være utgangspunkt for spesialprodukter på etatsnivå. De viktigste produktene vi ser av denne prosessen er: vegetasjonsindeks radarinterferometri marine produkter kryosfære endringsanalyse av vegetasjon vannindeks andre produkter/temaer skogbruksrelaterte produkter En fullstendig liste med vekting er tilgjengelig i vedlegg B. Vi understreker at denne oversikten baserer seg på en ustrukturert liste over mulige produkter, kategorier og prosesser. Sammenhengen mellom dem bygger på våre antakelser om hierarkisk sammenheng mellom produktene. En fil som kan benyttes med angitt programvare er tilgjengelig for nedlasting ( ). Vi ser derfor at det vil være nyttig å raffinere denne prosessen ved følgende: arrangere workshop hvor produkter defineres og hvor mulige produktbrukere oppretter en kvalifisert sammenheng mellom produktene Side 25 av 63

26 4.3.2 Operative tjenester etatsnivå For å se nærmere på operative tjenester har vi tatt utgangspunkt i den oversikten som gis av Direktoratet for naturforvaltning mht. naturovervåking på deres nettsider 2. Vi anser naturovervåkingen ved DN som operative tjenester. Disse tjenestene har per i dag ikke noen systematisk bruk av satellittdata. Naturovervåking er systematiske undersøkelser av natur som repeteres jevnlig over lange tidsrom. Direktoratet for naturforvaltning tar initiativ til og samarbeider med eksterne partnere for overvåkingen av biologisk mangfold. I følge naturmangfoldloven skal offentlige beslutninger som berører naturmangfoldet så langt det er rimelig bygge på vitenskapelig kunnskap om arters bestandssituasjon, naturtypers utbredelse og økologisk tilstand samt effekten av påvirkning. Tiltak i henhold til plan- og bygningsloven, som krever konsekvensutredning, skal også følges opp med plan for miljøovervåking for å måle om effekten av tiltaket blir som forventet, eller om eventuelt ytterligere avbøtende tiltak må iverksettes. Som en av mange offentlige etater har dermed DN både mandat og ressurser til å gjennomføre naturovervåking. Deler av denne overvåkingen kan i fremtiden tenkes å dra nytte av fjernmåling og spesielt produkter som kan ha sitt utgangspunkt i Sentinel-2 data. Vi har derfor sett på overvåkingsprogrammer ved Direktoratet for naturforvaltning og hvordan disse kan støttes ved bruk av satellittbaserte produkter. Tabellen nedenfor viser aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer. Hovedkriteriet for opplisting er at fjernmåling kan være en komponent i videreutviklingen. En slik sammenheng er indikert i høyre kolonne. Tabell 4. Operative overvåkingstjenester hos Direktoratet for naturforvaltning. Tema Indikator/målområde Mulig bruk av fjernmåling Elver og innsjøer Kartlegging og overvåking av større norske elvedelta Endring i arealbruk kan gi indikasjon på planlagt eller ikke planlagte endringer Elver og innsjøer Basisovervåking i ferskvann Fjernmåling kan si noe om isdekke gjennom året Skoger Kartlegging og overvåking av inngrepsfrie områder i Norge INON Fjernmåling kan gi indikasjoner på endring i arealbruk innenfor de kriteriesettene som benyttes til beregning av inngrepsfrie områder. Landskapsendringer kan i noen grad detekteres vha fjernmåling. Kulturlandskap Overvåking av jordbrukets kulturlandskap Klima Overvåking av palsmyr Endring av vegetasjon i områder med palsmyr kan indikere degradering av disse. Kan indikere klimatiske endringer. Direktoratet har også en egen metadatabase over tidsserier fra terrestriske og limniske økosystemer i Norge. I en videreføring av dette arbeidet anses det som relevant at man ser på hvorvidt eksisterende tidsserier kan suppleres eller reaktiveres med tilgang til satellittbaserte tjenester ( Enkelte av disse overvåkingsprogrammene gir kunnskap som blir en del av kunnskapsgrunnlaget på nasjonalt nivå. 2 Side 26 av 63

27 I tillegg til overvåkingsprogrammene har DN vært gjennomførende partner i flere prosjekter med tanke på å utvikle og å forstå metodikk som kan være relevant i overvåkingssammenheng: DN-utredning : Satellittdata til kartlegging av biologisk mangfold DN-utredning : Satellittdata til kartlegging av arealdekke, Utprøving av beslutningsmetodikk i Østfold fylke DN-utredning : Satellittbilder til kartlegging av arealdekke endringer DN-utredning : Satellittdata til kartlegging av arealdekke, Utprøving av tilgjengelige kartdata for klassifisering av Sør-Trøndelag DN-utredning : Lavkart Setesdal/Ryfylkeheiene og Setesdal Austhei Utfordringen med resultatet fra disse utredningene, er at viktige forutsetninger for å ta metodikk og erfaringer inn i ordinære overvåkings- og kartleggingsprosesser ikke er tilstede. Dette er blant annet intern kompetanse, bestillerkompetanse, operative satellittjenester, avklaring av samarbeidsmuligheter internt og med andre etater. DN-utredning Naturindeks for Norge 2010, representerer et løft i forhold til å danne et bilde av utviklingstrender i naturen inkludert kulturlandskapet. I rapporten peker man i en vurdering av arealanalyser fremover på de muligheter som GMES vil gi med henblikk på bedre arealdekkekart (side 23). Ved en revisjon av naturindeks ser man altså muligheten for å innarbeide produkter fra et samarbeid for bedre arealdekkekart. Vi foreslår: Det lages en oversikt over operative tjenester på etatsnivå. Etater på nasjonalt nivå gjør en lignende gjennomgang av operative tjenester og er tydelige på hvordan de ser for seg at produkter kan bidra til å øke kvaliteten på de operative tjenestene. Dette er en jobb som kan gjøres i sammenheng med et workshop som nevnt under delkapittel Nasjonale behov Operative tjenester nasjonalt nivå Miljøstatus Norge har som mål å gi den nyeste informasjonen om miljøets tilstand og utvikling. Informasjon som presenteres oppdateres jevnlig og kvalitetssikres i de etater som produserer informasjonen. I så henseende er dette et operativt verktøy og vi mener at det kan være relevant å se på hvordan man kan ta i bruk fjernmåling for å øke kvalitet og regularitet på de leverte produktene fra miljøetatene. Vi kjenner ikke til at disse tjenestene per i dag bygger på systematisk bruk av satellittdata. Miljøvernpolitikken er inndelt i 11 resultatområder. For hvert område er det ett eller flere nasjonale miljømål. Disse følges opp gjennom indikatorer som gir grunnlag for å vurdere utviklingen i forhold til målene. Resultatområder, mål og indikatorer beskrives i Miljøverndepartementets proposisjon 1S ( ). En del av miljømålene med tilhørende indikatorer kan i fremtiden tenkes å dra nytte av fjernmåling og spesielt produkter som kan ha sitt utgangspunkt i Sentinel 2 data. I tabellen nedenfor indikerer vi hvordan kunnskapsgrunnlaget til et utvalg indikatorer kan styrkes gjennom bruk av fjernmåling. Tabell 5. Tabellen tar utgangspunkt i en oversikt over miljømål som fremstilt på Komponenter som anses å kunne dra fordel av fjernmåling er listet i tabellen og mulighetene er dokumentert i høyre kolonne. Miljømål Bymiljø: Bærekraftige byer og Indikator som kan dra nytte av fjernmåling Leke- og rekreasjonsareal i tettsteder pr innbygger Mulig bruk av fjernmåling Fjernmåling kan gi indikasjon på fragmentering av leke og Side 27 av 63

28 Miljømål tettsteder Fjell: Ta vare på naturmangfoldet Fjell: Representativt vern Friluftsliv: Delta i friluftsliv Kulturminner Tap av arkeologiske kulturminner minimeres Nord- og polarområdene Sikre naturmangfoldet til lands Skog Ta vare på naturtyper Skog Tiltak mot skadelige fremmede organismer Våtmarker Representativt vern Indikator som kan dra nytte av fjernmåling Delen av bosatte med kortere avstand enn 500 m til rekreasjonsareal større enn 200 daa i byer og tettsteder Utvikling i areal av inngrepsfrie naturområde (INON) Utvikling i areal av rehabiliterte INON-område Areal og del av areal verna areal (inkl. årlig endring) fordelt på naturtyper i fjellet Del av bosteder, skoler og barnehager i et utvalg byer og tettsteder som har trygt og tilgjengelig leike- og rekreasjonsareal innen 500 meters avstand Årlig tap og skade på automatisk freda arkeologiske kulturminne i utvalgte område og etter årsaksforhold Omfanget av villmarksprega område på Svalbard i samsvar med INON-klassifikasjon Tall og areal for restaurerte skogområde Areal med spreiing av fremmede treslag og utenlandske treslag brukt til skogbruksformål Areal og del av verna areal (inkl. årlig endring) fordelt på naturtyper knytt til våtmark Mulig bruk av fjernmåling rekreasjonsareal der disse har parkmessig preg. Inngrepsfrie områder kan overvåkes for endringer som indikerer ulovlige eller planlagte endringer som ikke har blitt dokumentert. Endring av dokumenterte naturtyper kan indikeres vha fjernmåling. Statistikk kan automatiseres ut fra andel beplantning i parkområder i byer og tettsteder (grøntkartlegging). Ikke planlagte endringer av områder med kulturminner kan være en indikasjon på mulig tap eller skade. Fjernmåling kan gi indikasjoner på slitasjeskader som samsvarer med kjøring utenfor godkjent veg. Kvalitetssikring av rapportering ved endringsanalyseprodukter. Enkelte fremmede treslag kan i gitte tilfeller isoleres vha fjernmåling. Kvalitetssikring av naturtypedata. En systematisk og faglig begrunnet bearbeiding av alle tematiske indikatorer under vil kunne gi samme utfall som for aktuelle overvåkingsprogrammer på etatsnivå. Vi foreslår med bakgrunn i dette: en utdyping og faglig kvalitetssikring av denne gjennomgangen lignende sammenstillinger av politisk prioriterte områder i andre sektorer det etableres en oversikt over andre operative tjenester på nasjonalt nivå Andre programmer I Synteserapport Bruk av jordobservasjonsdata fra satellitt i Miljøvernforvaltningen (Parr, 2011) nevnes programmer som har vært utgangspunkt for forskning, utvikling og operative tjeneste 3. De samme programmene beskrives også på Norsk Romsenters nettsider 4 : 3 Norges langtidsplan for romvirksomhet: Side 28 av 63

29 SatNat ( ) var et samarbeidsprogram med Direktoratet for miljøforvaltning for å utnytte satellitteknologiens muligheter til raskt å innhente arealinformasjon i forvaltningen av naturressurser og biologisk mangfold. Innsamlede data ble sammen med andre eksisterende datasett analysert i et geografisk informasjonssystem for å få frem informasjon forvaltning og næringsliv etterspør. For en oversikt over rapporter fra SatNat-programmet vises til kapittel SatRisk er et nasjonalt følgemiddelprogram for utnyttelse av satellittdata i risikovurderinger SatLuft er et nasjonalt følgemiddelprogram for utnyttelse av satellittdata knyttet til atmosfæriske analyser SatHav er et nasjonalt følgemiddelprogram på marint område for å utnytte jordobservasjonsdata. Programmet er opprettet etter et initiativ fra Norsk Romsenter for å få til en koordinert nasjonal innsats som skal sikre offentlige brukere muligheten til å utnytte satellittdata på en kosteffektiv måte innen marin kartlegging, overvåking og varsling. Norsk Romsenter samarbeider i programmet med sentrale nasjonale aktører. Per i dag er 4-5 tjenester operative Programmene er i dag avsluttet. Som del av nevnte programmer er det holdt en rekke arbeidsmøter. En god del rapporter, notater og artikler har også sitt utgangspunkt i disse programmene. Vi har ikke hatt tid til å lage en oversikt over disse resultatene. 4.4 Andre forhold EEA og INSPIRE Målet med INSPIRE-direktivet er å bygge en europeisk geodatainfrastruktur. Formålet med dette arbeidet er å gjøre tilgjengelig relevant og harmonisert geografisk informasjon av god kvalitet. Totalt 34 temaer dekkes av INSPIRE-direktivet (se vedlegg C). En god del av disse vil kunne trekke kunnskapsgrunnlaget fra fjernmålinger. GMES-programmet vil være sentralt for disse temaene. I Norge er geodataloven 5 med tilhørende forskrift 6 relevant grunnlag for vurderinger. En av våre oppgaver var å se på behov (produkter) som følger av INSPIRE-direktivene og avtaler med EEA. Vi anser at de fleste temaene direkte eller indirekte er dekket opp i produktgjennomgangen slik diskutert i delkapittel Behov og aktuelle kartleggings- og overvåkingsprogrammer, og listet opp i vedlegg B. I det videre arbeidet er det likevel viktig å se de nasjonale produktene i sammenheng med produkter som er relevante i samarbeidet med EEA og i tilknytning til INSPIRE-direktivet. Dette forutsetter at vi holder oss oppdaterte i forhold til tilsvarende arbeider i andre land. Forslag: deltakelse på relevante arbeidsmøter i regi av EIONET, EEA og GMES for å bedre kunne se disse områdene i sammenheng inkludering av EEA og INSPIRE-diskusjon i arbeidsmøter Tidsserier og faste overvåkingsprogrammer En analyse av tilrettelagte tidsserier basert på satellittdata forutsetter en god oversikt over hvilke produkter som eksisterer per i dag, og hvilke produkter brukerne mener bør utvikles eller videreutvikles. Vi har ikke hatt et tilstrekkelig grunnlag for å gjøre en slik vurdering, og vi vil derfor komme med et forslag som kan føre til en avklaring av disse forholdene. 5 Lov om infrastruktur for geografisk informasjon: 6 Forskrift om infrastruktur for geografisk informasjon: Side 29 av 63

30 Forslag: gjennomgangen av operative tjenester bør også utrede hvilke satellittbaserte tidsserier som kan være relevante Side 30 av 63

31 5 Prosessering av Sentinel-2 og Landsat Prosessering av L1, L2 og L3-produkter for Sentinel-2 Prosessering av data fra Sentinel-satellittene vil basere seg mye på de erfaringer man har fra tilsvarende sensorer på ENVISAT og spesifikk på erfaringene fra MERIS. På grunn av de store datamengder som Sentinel-2 vil generere så vil ESA ikke lagre høyere nivå enn level 1-produkter. Derfor vil man i motsetning til MERIS måtte utvikle nasjonal- eller sluttbruker-prosessering fra nivå 1 til nivå 2 for å tilfredsstille nasjonale brukerbehov. I Tabell 6 gis en detaljert beskrivelse av lagringsstrategien for de ulike data- og produktnivåene til Sentinel-2. Tabell 6. ESA-strategi for arkivering og nedlastning av Sentinel-2 data (TOA = Top of Atmosphere, BOA = Bottom of Atmosphere). Sentinel-2 produkt Online lagring Offline lagring Volum Lagringsstrategi Driftsovervåkingsdata 1 uke Misjonens levetid Level-0 3 måneder Misjonens levetid Data vil være tilgjengelig på stasjonen i 1 uke, deretter vil den lagres i langtidsarkivet. Data vil være tilgjengelig på stasjonen i 1 uke, deretter 3 måneder i korttidslageret, senere i langtidslageret. Level-1A 1 måned Nei Data vil være tilgjengelig i 1 måned fra korttidslageret. Level-1B * TOA radians i sensorgeometri Level-1C TOA reflektans i kartografisk geometri Level-2A BOA reflektans i kartografisk geometri 1 måned Misjonens levetid 1 måned globalt 1 år skyfritt 1 år over Europa Misjonens levetid Fliser 25x23 km 2 volum ~27 MB Fliser 100x100 km 2 volum ~500 MB Nei Nei Fliser 100x100 km 2 volum ~600 MB * Bruk av level 1B krever avansert kunnskap i geometrisk prosessering. Data vil være tilgjengelig i 1 måned fra kortidslageret, deretter fra langtidslageret. Alle data med skydekning under en terskel (f.eks. 80 %) blir arkivert i ett år. Over Europa vil alle data arkiveres uansett skydekning. Alle data kan hentes fra offline langtidslager. Produseres ikke av ESA men av brukerne selv. Toolbox blir tilgjengelig Sentinel-2 level 1 Prosesseringskjeden for Sentinel-2, level 1 (L1) er vist i Figur 14. Fra L0 blir det foretatt en radiometrisk systemkorreksjon opp til L1A, deretter foretas en satellittnavigeringskorreksjon til L1B og videre til L1C etter en geometrisk rektifisering med bruk av en terrengmodell. Side 31 av 63

32 Figur 14. ESAs prosesseringskjede for L1A/L1B/L1C. Følgende prosesseringsnivåer eller «levels» er aktuelle for nedlastning til brukere. Level 1B-data: Level 1C-data: radiometrisk korrigering, bruk av «mørke» piksler, korrigering for ujevn detektorrespons og defekte detektorer, støyreduksjon geometrisk registrering mellom bånd og mellom de 12 parallellforskjøvede detektormatrisene (ingen resampling utført) inkluderer en geometrisk avbildningsmodell for hver detektor i bildeplanet, modellen blir beregnet vha. et globalt referansebilde: Global Reference Image (GRI) radians lagret som 12 bits data (12 bits radiometrisk oppløsning) systematisk lagring i langtidsarkivet 25 km x 23 km «fliser», hver av de 12 detektormatrisene dekker ca. 25 km i bredden og til sammen 290 km (noe overlapp) hver «flis» veier ca. 27 MB og data er komprimert med tapsfri JPEG 2000 radiometrisk korrigerte data TOA reflektansverdier, parametere følger med for konvertering til radiansverdier reflektans lagret i 12 bits data (12 bits radiometrisk oppløsning) kartografisk geometri (UTM/WGS84) resampling med bruk av SRTM-basert DEM, komplettert med andre datasett utenfor dekningsområde til SRTM (60 S 60 N) sub-piksel registrering mellom opptak fra ulike datoer geometrisk nøyaktighet: 20 (2σ) m uten bakkekontrollpunkter (GCP) og 12,5 (2σ) m med GCP multitemporal nøyaktighet: 0,3 (2σ) piksler registrering mellom ulike kanaler: 0,3 (2σ) piksler systematisk lagring i langtidsarkivet som 100 km x 100 km fliser basert på 100 km UTM-ruter hver flis veier ca. 500 MB og data er komprimert med tapsfri JPEG 2000 land/hav maske, skymaske (tette skyer), cirrusmaske (tynne skyer) tilleggsdata fra ECMWF (ozon, vanndamp, lufttrykk ved havnivå) bildedata lagret i enten Sentinel-SAFE eller DIMAP (utviklet av CNES for SPOT 5 og bruker GeoTIFF og XML) Side 32 av 63

33 data pakkes for overføring i xfdu-formatet (XML Formatted Data Unit) Level 1C skal være ferdig produsert og tilgjengelig for nedlastning innen 100 minutter fra nedlesing til en bakkestasjon (Figur 15). Figur 15. Prosessering av Sentinel-2 level-1 dataprodukter (F. Gascon, 2009). Figur 16. Innen 100 minutter etter nedlesing til en stasjon skal dataene ha blitt prosessert opp til level 1C. For å oppnå høy nøyaktighet i ortokorrigeringen av level 1C blir et globalt sett av referansebilder brukt, et såkalt Global Reference Image (GRI) datasett. Referansebildene blir georeferert gjennom overføringspunkter og kjentpunkter, og de skal brukes for å bestemme den geometriske modellen for resampling fra et punkt i bildeplanet til et punkt i det kartografiske projeksjonsplanet (UTM). En absolutt nøyaktighet i geolokalisering er oppgitt til 12,5 meter med bruk av bakkekontrollpunkter (GCP) og 20 meter uten bruk av GCP. Resamplingen har to steg: en geometrisk prosess som beregner for hvert punkt i et fast UTM-basert rutenett et punkt i sensorens bildeplan en radiometrisk prosess som beregner for hvert punkt i UTM-rutenettet en radiometrisk verdi basert på interpolasjon med splinefunksjoner Side 33 av 63

34 For å oppnå høy geometrisk nøyaktighet blir en global terrengmodell brukt i ortokorrigeringen, og terrengmodellen basert på Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) fra februar 2000 vil bli brukt. For områder der terrengmodellen (heretter kalt SRTM) ikke har dekning eller er mangelfull vil andre terrengmodeller bli brukt. SRTM dekker ikke nord for 60 og har mangler i områder med høye fjell. SRTM er basert på interferometriske målinger med en C-bånd (5,6 cm bølgelengde) radar, og siden radaren ser til siden vil det i kupert terreng med høye fjell oppstå skyggeeffekter. I tett skog vil radarpulsene ikke nå ned til bakken, og modellen vil derfor ligge i kronetaket og ikke på bakken (ref Weydahl et al., 2007). SRTM blir likevel ansett av ESA å gi tilstrekkelig nøyaktighet siden Sentinel-2 gjør nadiropptak og reliefforskyvninger vil derfor bli svært små (F. Spoto, pers. comm., Frascati, april 2012). I ytterkantene av et Sentinel-2 opptak vil feil i SRTM føre til en horisontal feil som er i underkant av 1/5 av høydefeilen: en høydefeil på 50 meter vil således føre til ca. 10 meter horisontal feil. I svært kupert terreng kan SRTM ha en høydefeil på 100 meter, noe som vil føre til en horisontal feil på 20 meter i kantene på Sentinel-2 opptak. SRTM mangler nord for 60 og data som skal supplere kan ha enda større feil i høyde. Dette vil føre til horisontale feil større enn 20 meter. På Sentinel-2 symposiet i Frascati (23. til 27. april 2012) ble det etterspurt en versjon av level 1C som ikke har blitt ortokorrigert. Brukeren som har behov for den best mulige geometriske nøyaktigheten kan da selv utføre ortokorrigering med mer nøyaktige DEM. Figur 17. I ytterkantene av dekningsområdet til Sentinel-2 vil en feil, Δh, i terrengmodellen som brukes for å ortokorrigere bildet, føre til en feil, a, i horisontalplanet som er ca. 1/5 av Δh. Et objekt, T, vil bli feilaktig lokalisert i punkt 2 i horisontalplanet istedenfor i punkt 1. For Landsat-8, som har en smalere sporbredde, vil horisontalfeilen være mindre og ca. 1/8 av Δh. Sentinel-2 data vil imidlertid bli levert i henhold til spesifikasjonene som ble lagt fram på symposiet i Frascati i april Kvaliteten på level 1C er tilstrekkelig til å tilfredsstille kravene for de ulike GMES servicekomponentene. Eventuelle krav fra brukere i ESA-medlemsland kan kanaliseres gjennom Collaborative Ground Segment Interface, en arena for å drøfte og samordne behov for leveranser utover det ESA planlegger å levere som standard produkter. Nødvendig finansiering må komme fra nasjonale kilder, siden ESA ikke kan finansiere krav som krever økte kostnader. ESA vil arkivere L1B og L1C-data som da vil være utgangspunktet for å prosessere level 2-data. Side 34 av 63

35 På grunn av for dårlig terrengmodell i ESAs standard L1C-produkt, må man for norske områder foreta en egen prosessering fra L1B til L1C. Dette gjelder primært landprodukter, mens vannprodukter ikke vil trenge en slik prosessering. Level 1C «GMES produkt», basert på en relativt dårlig DTM for norske forhold, vil bli lagret ved ESA og vi trenger ikke noe nasjonalt arkivsystem for dette produktet. Level 1C-data kan når som helst hentes fra ESAs arkiver. Fra L1B-produktene må man foreta en prosessering for å få nasjonale L1Cprodukter (L1CN) som må baseres på en bedre DTM Level 2-produkter Produkter på dette nivå vil være atmosfærekorrigerte reflektanser og utledede geofysiske størrelser. Level 2A-data: produseres ikke av ESA, men verktøykasse (jfr. Toolbox) gjøres tilgjengelig for brukerne slik at de selv kan produsere level 2A atmosfærisk korreksjon med korrigering for aerosoler, vanndamp, tynne cirrusskyer, terrenghelning og naboskapseffekter, beregning av BOA reflektansverdier deteksjon og kartlegging av skyer, generering av skymaske og land/hav-maske geofysiske variabler som fapar (Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation), LAI (leaf area index), klorofyllkonsentrasjon, planteplankton og partikkelmengder i vann ikke systematisk lagring i ESA arkiv Det må utvikles nasjonale tjenester for alle L2A produkter i Norge Level 3-produkter Level 3 vil være aggregerte data over tid eller sesong produseres ikke av ESA mosaikk med opptak fra ulike datoer for å lage et mest mulig skyfritt bilde, f.eks. en ny mosaikk hver 14. dag temporære datasett med tidsserier for piksler 5.2 ESAs Toolbox for Sentinel-2 ESAs egen Toolbox som utvikles av Brockmann Consults vil basere seg på de gode erfaringene man har med BEAM for MERIS, som i dag er det mest benyttede programvaren for bearbeiding av MERIS produkter. Dette er en fri open source programvare som over tid har utviklet flere «plug-ins» for å håndtere spesifikke problemer som f.eks. adjacency effects (IOCL). BEAM er av ESA valgt som plattform for Sentinel-2 og 3 og i første fase av prosjektet skal det utvikles readers for L1C for Sentinel-2-data. Erfaringsmessig så vil det bygges ut med flere moduler etterhvert som f.eks. atmosfærekorreksjon. BEAM har allerede i dag innlesningsrutiner for Landsat-data og ICOLprosessoren ble testet på Landsat som er forberedelse for Sentinel-2. Her kan man laste inn egne aerosolmodeller for atmosfærekorreksjon. I dag har BEAM mulighet for å lese inn egne terrengmodeller og kan være en mulig plattform for norske forhold for å få en bedre (norsk) L1C (L1CN). 5.3 Landsat-prosessering USGS vil ha ansvaret for bakkesegmentet til Landsat med nedlesing, arkivering og leveranse av produkter til brukerne. Alle bildene prosesseres til level 1T hvor bildene blir geometrisk korrigert med bruk av en global terrengmodell. Bildene georefereres i UTM projeksjonen (WGS84 datum) og vil bli tilgjengelig på GeoTIFF-formatet som 16 bits unsigned integer. Cubic convolution vil bli brukt i Side 35 av 63

36 resamplingen fra bildeplanet til kartprojeksjonsplanet. Nøyaktighet i geolokaliseringen er oppgitt til 12 meter. LWIR-kanalene i det termiske området vil bli registrert til de andre kanalene og alle kanalene vil leveres med 12 bits radiometrisk oppløsning. USGS bruker terrengmodellen Landsat DEM, som har noe bedre nøyaktighet enn SRTM. I ytterkanten av et opptak vil en feil, Δh, i høydemodellen gi en horisontalfeil som er i overkant av 1/8 av høydefeilen: en høydefeil på 50 meter vil føre til ca. 6 meter horisontal feil (figur 17). Dette er lavere tall enn for Sentinel-2, og det skyldes at Landsat har en mindre sporbredde og dermed «ser» mindre skrått i ytterkantene av opptaket. Om Landsat DEM vil bli tilgjengelig for ESA til bruk i ortokorrigering av Sentinel-2-data er usikkert fordi det er knyttet lisensrettigheter til høydemodellen (B. Hoersch, epost 11/5/2012). Metadata vil bli levert sammen med level 1T produktet og vil inkludere data for å kunne konvertere OLI og TIRS data til TOA radians og TOA reflektans. Et eget quality assessment bånd leveres også. Der ligger informasjon om det er vann, snø og is, tynne skyer (cirrus), eller skyer i pikslene. Informasjonen er kodet i tre konfidensnivåer: 0 33 %, % og %. I tillegg til L1T vil også produktet L0Rp være tilgjengelig for nedlasting. Det er beregnet for brukere som har krav som ikke tilfredsstilles av L1T, som f.eks. krav til geometrisk nøyaktighet. Brukeren kan produsere egne ortokorrigerte datasett med utgangspunkt i L0Rp og eget terrengdatasett. L0Rp leveres i HDF5-format. Om lag 400 scener vil bli tatt opp hver dag og lagret i det sentrale arkivet til USGS EROS Center. Bildedataene organiseres fortsatt i WRS-2 path/row-systemet (Dwyer & Loveland, april 2012). En scene vil veie ca. 922 MB (ref. Datapolitikken vil bli tilsvarende som for Landsat-7, dvs. ingen brukerbetaling for dataene. Etter planen vil Landsat-7 og 8 være operative samtidig og dermed sørge for en dekningsfrekvens på 8 dager. Landsat-7, som ble skutt opp i 1999, er i slutten av sin operative fase, og for å sikre stabil og god datadekning er en Landsat-9 under planlegging. Det er imidlertid ennå usikkert om og når den vil bli finansiert. 5.4 Infrastruktur og kompetanse i Norge og Europa Norge har mange kompetansemiljøer som gjennom flere år har arbeidet med satellittdata i ulike sammenhenger og det vil føre for langt å gå igjennom de ulike miljøers kompetanse og infrastruktur. Kartverket har det overordnede ansvar i Norge for stedfestet informasjon, og videre organisering av arbeidet bør utvikles i ett nasjonalt samarbeid hvor ulike nasjonale og evt. internasjonale partnere trekkes inn. Det som blir en utfordring i Sentinel-2 sammenheng blir å forbedre DTM slik at man får et godt utgangspunkt for å utlede de geofysiske produkter over land. Kartverket kan ta ansvar for å skaffe en nasjonal DTM. Når det gjelder produkter over vann så kreves det en betydelig innsats for å utvikle nye og forbedrede atmosfærekorreksjonsalgoritmer. Erfaringen fra MERIS-sensoren er at man i kystområder og over innsjøer får såkalte adjacency -effekter og randeffekter pga. av refleksjon fra atmosfæren over vannpiksler. Det er i Norge liten kunnskap om ulike atmosfæriske aerosoler på denne skala, og det anbefales derfor å starte et arbeid for å fremskaffe kunnskapen. Det bør settes opp flere målestasjoner for å kartlegge kyst- og landaerosoler for bruk i atmosfærekorreksjon. Det må utvikles mer kunnskap om optiske relasjoner i innsjøer og kystvann for å utvikle og forbedre L2- produkter fra Sentinel-2. KSAT er valgt av ESA til å operere Core Ground Segment (CGS) for alle Sentinel-satellittene og fordi Svalbard vil være den primære CGS-stasjonen, vil KSAT spille en sentral rolle. Det er startet forberedelser i Europa for både Sentinel 2 og 3 (GMES, FP7-prosjekter) og samarbeidet med disse må utvikles. Norge har godt samarbeid med Brockmann Consults som skal utvikle ESAs Toolbox og de har etablert ett Nordiske kontor (Brockmann Geomatics). Utvikling av nordisk kompetanse på satellittfjernmåling gjøres i dag bl.a. annet gjennom Nordic Network for Baltic Remote Sensing. Det er aktuelt å samarbeide med andre fjellrike land, som Sveits og Østerrike, om spesielle problemer som topografien gir i prosesseringen av bildene. Side 36 av 63

37 6 Arkiver Hovedhensikten med et nasjonalt arkiv for satellittdata er å sikre tilgang på historisk materiale for ettertiden av satellittdata som er tilpasset norske forhold. Lagring av tilrettelagte data i nasjonale arkiver gir partene i Norge digitalt enkel tilgang til satellittdata gjennom ulike tjenester som allerede er etablert for andre typer bildedata. 6.1 Hva skal arkiveres? Skal satellittdata være interessant for norske brukere, må dataene være billige, helst gratis. Nasjonale offentlige fellesløsninger bør kun inneholde data der rettighetsproblematikk er avklart, og en viktig målsetting er at alle dataene skal være fritt tilgjengelig for partene i Norge digitalt. I tillegg må dataene også være lett tilgjengelige, med det menes at det må være lite behov for prosessering før dataene tas i bruk i forbindelse med analyser, presentasjoner mv. Et framtidig arkiv bør heller ikke inneholde satellittdata der identiske datasett finnes i andre arkiver. 6.2 Arkivering av standard produkter Data fra Sentinel-2 vil bli fritt tilgjengelig for brukeren. Dette er sikret gjennom den vedtatte frie og åpne datapolitikken vedtatt for Sentinel-programmet. Med to satellitter operative vil det ved ekvator tas opptak hver 5. dag, og på våre breddegrader anslagsvis hver 3. dag. Dette pga. betydelig overlapp mellom banesporene så langt mot nord. En 100 km x 100 km flis med level 1C-data vil veie ca. 500 MB, og for å dekke Norges landareal (inkl. Svalbard) vil det trengs ca. 40 fliser, noe som vil utgjøre 20 GB. I figur 18 vises konseptet med datafliser i arkivet og hvordan slike blir satt sammen til et datasett som dekker området brukeren ønsker. I figur 18 vises UTM-rutene over Norge med sporbredden for Sentinel-2 og Landsat-8 tegnet oppå. Figur 18. For level 1C brukes et globalt referansesystem basert på UTM-systemet, dvs. sonebelter på 6 x 8 der hvert sonebelte er delt inn i 100 km-ruter. Side 37 av 63

38 Figur 19. Brukeren bestemmer område, bånd, metadata og formatering ved nedlasting av data fra arkivet (O. Colin, 2012, ESA symp.). 100 km-ruter settes sammen for å dekke området brukeren har definert. Tidligere var det en stor kostnad forbundet med å anskaffe tilsvarende data fra f.eks. Landsat, SPOT eller IRS. Dette begrenset bruken av dataene fordi det ble for kostbart med anvendelser som krever tidsserier og dermed mange opptak. Med den nye datapolitikken vil det ikke lenger være kostnadsmessige hindre i bruken og dataene kan utnyttes til sitt fulle potensial. Den store fordelen med Sentinel-2 er nettopp det temporære aspektet. Et landområde blir observert med få dagers mellomrom og en kan i nær sanntid følge med og overvåke endringer når de skjer. Dette vil være til nytte for de som forvalter arealressursene. Data fra Landsat-7 og 8 vil kunne supplere data fra Sentinel-2, men det er usikkert hvor enkelt det vil være å kombinere datasettene i tidsserier og endringsanalyser. Andre typer data, som flybilder og laserdata, kan gi oss mer detaljer og større nøyaktighet for mange formål. Men slike data er dyre og det går derfor som regel mange år mellom hvert opptak. Data fra Sentinel-2 er egnet til å utfylle slik informasjon og gjør det mulig å følge utviklingen tett fra for eksempel uke til uke. Skydekning vil være et problem og det kan gå måneder mellom skyfrie bilder. Men på Sentinel-2 symposiet ble det understreket fra flere hold at vi nå må gå fra en bildeorientert tilnærming til en pikselorientert. I det ligger det at det også i bilder med 50 % skydekke er mange piksler med informasjon om status på bakken. Hvilke områder som er skydekt kan variere fra dag til dag, og tidsserier hvor en følger enkeltpiksler vil derfor likevel ha hyppig informasjon om forholdene på bakken. Det ble presentert metoder som analyserer tidskurver og hvor en etablerte en såkalt normaltilstand der indekser som NDVI hadde et normalt forløp. Et plutselig avvik fra normalforløpet indikerer at det har skjedd noe på arealet og dette kan så evt. identifiseres. For tidsserier kreves en høy grad av presisjon i prosesseringen av satellittdataene. De må ha høy geometrisk kvalitet med lav horisontal feil og verdiene må være korrigert for atmosfærisk påvirkning. Også ulik belysning med vekslende terrenghelning bør normaliseres. En vil da best mulig sikre at samme piksel gjennom tidsperioden representerer samme område på bakken, og at verdiene er sammenlignbare. I våre områder mellom 58 og 70 nord vil to Sentinel-2 satellitter dekke områdene hver tredje dag, noe som gir 10 opptak hver måned og 120 hvert år. I vekstsesongen fra april til september vil det bli 60 opptak. Hvis vi skal prosessere og arkivere alle opptakene vil datamengden bli i størrelsesorden 20 GB x 60 eller 1200 GB (1,2 TB) årlig for å dekke vekstsesongen og 2,4 TB for hele året. Skal flere prosesseringsnivåer lagres vil tallet selvsagt øke. Side 38 av 63

39 Figur 20. Svarte og røde linjepar viser hhv. sporbredden til Sentinel-2 (290 km) og Landsat-8 (185 km). UTM 100 km-ruter er vist i blått. tid 100 km 100 km Figur 21. Illustrasjon av en tidsserie for en piksel i en 100 km-rute. For hver piksel kan utviklingen følges og eventuelle unormale endringer oppdages. Side 39 av 63

40 6.3 Lagringsvolum Sentinel-2 For Sentinel-2 ser vi for oss en produksjonslinje som vist i figuren på neste side, der satellittdata fra ESA er bearbeidet videre med en nasjonal terrengmodell for å oppnå bedre nøyaktighet. Dette nye produktnivået, level 1CN, tilsvarer ESAs level 1C med den forskjell at norske høydedata med bedre nøyaktighet er benyttet for å ortorektifisere satellittdataene. Level 2AN representerer satellittdata der det er utført korreksjoner (atmosfærisk-, lys/skygge, skyer osv.), slik at materialet enkelt kan tas i bruk. Level 3N representerer nasjonale mosaikker satt sammen fra level 2AN. Som omtalt foran vil to Sentinel-2-satellitter dekke hele Norge hver tredje dag, noe som gir 10 opptak hver måned og 120 hvert år. Forutsatt at man vil arkivere hele årets produksjon vil dette gi følgende arkivbehov: Fliser på 100 X 100 km (13 kanaler) o korttidslager (1-2 år) level 1CN, 2-4 TB o langtidslager (Evighetsperspektiv) level 2AN økende med 2 TB /år Landsdekkende mosaikker o langtidslager level 3N, tidsserier med opptil årlige mosaikker, økende med ca 300 Gb/år Prosesserte data til level 1CN og 2AN vil naturlig inngå i et nasjonalt satellittarkiv, mens level 3N som et produkt naturlig bør foreligge i Norge i bilder. Figur 22. Ulike Sentinel-2-produkter til nasjonale arkiver Landsat-8 Opptak fra Landsat-8 vil ha en tilsvarende produksjonslinje for å tilpasses norske forhold. Vi er imidlertid usikre på årlig volum, og om det er behov for lagring av mosaikker tilsvarende Sentinel-2. Tall fra Landsat-8 er derfor ikke tatt med i beregningene av nasjonale arkivbehov. Side 40 av 63

41 6.4 Nasjonale arkivløsninger Nasjonalt satellittdataarkiv NSDA Nasjonalt satellittdataarkiv (NSDA) var i prøvedrift hos Statens kartverk Miljøenheten i Arendal fra 1999 til I forbindelse med omorganisering av Kartverkets Landdivisjon i 2004 ble Miljøenheten lagt ned, og den tekniske driften av arkivet har siden blitt utført av Asplan Viak AS (tidligere Geodatasenteret AS) på årlig basis etter avtale med Kartverket. Prøvedriften av NSDA hadde blant annet følgende føringer: satellittdata skal arkiveres som rådata og som geometrisk korrigerte data i den grad senterets tjenester må prioriteres skal eiere/ samarbeidsparter ha prioritet Kartverkets langsiktige NGIS-satsning skal legges til grunn som teknologisk plattform og det skal vurderes hvordan satellittdata kan inngå i Arealis senteret bør ikke drive verdiøkende tjenester prøvedriften skal bidra til å avklare opplegg og vilkår (priser og rettighetsspørsmål) for felles anskaffelse av data i prøvedriften skal Arkivet ikke gå til systematisk anskaffelse av verken historiske eller nye data. Satellittdata skal anskaffes basert på samarbeidspartenes behov Som nevnt i føringene var det ikke noen målsetting å ha noen systematisk dekning av landet. Innholdet i arkivet omfatter ca. 70 Landsat-5 og Landsat-7-scener, hovedsakelig fra tidsperioden , samt i overkant av 20 SPOT-opptak. En oversikt over innholdet i NSDA er gitt i vedlegg D. Når det gjelder SPOT-opptakene er det knyttet rettigheter til dataene som medfører at de ikke fritt kan distribueres fra arkivet. Det samme gjelder ca. 20 Landsat-scener der rettighetshaver har gjort verdiøkende tjenester (ortorektifisering og ev. andre korreksjoner) på dataene. De resterende 50 scener er det ikke knyttet begrensninger til bruk. De sistnevnte scenene finnes også i arkivene hos USGS (level 1T) og er fritt tilgjengelig der. I dag anser vi det som lite formålstjenlig å gå inn i forhandlinger med SPOT, Metria og Eurimage om frikjøp av rettigheter til de verdiøkte scenene. Side 41 av 63

42 Figur 23. Dekning Landsat-5/7 i NSDA. Vår anbefaling er at disse dataene inklusive tilhørende metadata overføres til Kartverket og lagres i Digitalt sentralarkiv uten ytterligere tilrettelegging på nåværende tidspunkt. Dersom det etableres en produksjonsløype for Landsat-8 level 1T til level 1TN kan det bli aktuelt med ytterligere tilrettelegging slik at dataene blir lett tilgjengelig Digitalt sentralarkiv Statens kartverk, Sentralarkiv for vertikalbilder ble etablert i Dette var en følge av stortingsprop. nr , der ble det foreslått å opprette et Statens sentralarkiv for flybilder og fjernmåledata. Arkivet inneholder originaler av samtlige flybilder (vertikalbilder) tatt opp i Norge fra 1937 og fram til i dag. Totalt foreligger ca. 1,3 millioner bilder i arkivet, der ca. 1 million negativer fortsatt foreligger på analog form. Etter 2000 har man gradvis gått over til bruk av digitale sensorer i flyfotograferingen, og i 2005 ble det i Kartverket besluttet å etablere et nytt bildearkiv for å sikre digitalt originalmateriale for ettertiden. Dette gjelder både fly- og satellittbildedata. Side 42 av 63

43 Forvaltningsløsningen Digitalt sentralarkiv ble satt i drift internt i Kartverket i 2011, og har følgende målsettinger: sikre originalmateriale fra alle digitale fly- og satellittbilder for ettertiden sikre data som allerede er skannet fra negativer Sentralarkivet for digitale flybildedata og satellittdata skal gi et oversiktlig, sentralt og kontrollerbart oppbevarings- og salgstilbud for digitale flybildedata og satellittdata, samt yte god service overfor publikum Tilgangen til arkivet er sikret gjennom kartløsningen Fly- og satellittbildearkiv som etter hvert vil bli fritt tilgjengelig for alle. Innsynsløsningen gir mulighet for å se på digitale flybilder og få fram oversikter over utført flyfotografering i Norge gjennom tidene. Partene i Norge digitalt og kartprodusenter vil også kunne laste ned bilder og tilhørende meta- og orienteringsdata. Nytt innhold legges inn fortløpende. Metodikk rundt forvaltning og presentasjon av satellittdata er i store trekk likt som for opptak med flybårne sensorer. I første fase av utvikling og drift av arkivet har fokuset likevel vært rettet mot å ivareta det store volumet av digitale opptak fra flyfotografering. Arkivet er forberedt for å kunne ta i mot satellittdata, men utvikling av forvaltningsrutiner, metadata og innsyn til satellittdata har vært nedprioritert. Som følge av dette må det påregnes kostnader ved videreutvikling av løsningen. Kartinnsynsløsningen Fly- og satellittbildearkiv er foreløpig kun tilgjengelig i Kartverkets intranett. Figur 24. Kartinnsynsløsningen Fly- og satellittbildearkiv. Side 43 av 63

44 6.4.3 Norge i bilder Norge i bilder er en løsning for forvaltning og tilgjengeliggjøring av digitale ortofoto fra fly og satellitt. Et viktig formål er å arkivere og tilgjengeliggjøre alle digitale ortofoto etablert gjennom Geovekst, omløpsfotograferingen og leveranser fra Norge digitalt-samarbeidet i en sentral database. Løsningen har vært i drift siden Statens vegvesen, Norsk institutt for skog og landskap og Statens kartverk eier løsningen i fellesskap. All forvaltning utføres av Kartverket, mens teknisk løsning og drift av programvare utføres av Norconsult Informasjonssystemer AS. Norge i bilder leverer fire ulike tjenester: innsynsløsning der en kan få oversikt over og se flyfoto og satellittbilder fra hele landet. Tjenesten er åpen for alle på levere ortofoto ihht. WMS og WMS-C (cache) standarden for integrasjon i lokale GIS og WEB løsninger for de tre samarbeidspartene samt Geovekst og Norge digitalt distribusjon av ortofoto til partene i Norge digitalt, Geovekst og forhandlere via egen nedlastingstjeneste på Internett Per juni 2012 er hele landet (unntatt Svalbard) dekket av ortofoto med bakkeoppløsning fra 0,1 0,5 meter. Det er etablert gode forvaltningsrutiner, og løsningen oppdateres fortløpende etter hvert som ny fotografering og produksjon gjennomføres Satellittbildedekning Løsningen er tilrettelagt for å ta i mot satellittdata, men per i dag er kun noen få scener tilgjengelig: Som oversiktsbilde benyttes en satellittmosaikk satt sammen av Landsat 5/7 opptak fra ca Utover dette foreligger mosaikk av SPOT5 opptak for Agderfylkene fra perioden Side 44 av 63

45 Figur 25. Satellittbildeopptak i Norge i bilder. Søk og visning av metadata. Som nevnt over er tjenesten tilrettelagt for søk og visning, samt distribusjon av satellittdata via visning og nedlastingstjenester. Nedlastingsløsningen tilbyr mulighet for sømløs produksjon av nye datasett i en rekke formater som vist i figurene nedenfor. Sentinel 2 gir økte muligheter for å lage landsdekkende mosaikker (level 3N) av ortofoto satt sammen av opptak (level 2AN) over en tidsperiode. Utvikling av en applikasjon som kan produsere disse relativt automatisk er ønsket. Norge i bilder er velegnet for visning av slike data med noe videreutvikling av applikasjonen. Side 45 av 63

46 Figur 26. Norge i bilder har innebygget funksjonalitet for eksport av satellittopptak. Side 46 av 63

47 6.4.4 KSAT KSAT er valgt av ESA til å operere Core Ground Segment (CGS) for alle Sentinel-satellittene. Svalbard vil være den primære CGS stasjonen, og ESA vil bidra med infrastruktur som er nødvendig for mottak, prosessering og distribusjon av data. Produktene som vil være tilgjengelige er definert av ESA i CGS spesifikasjonene. Operasjonene KSAT skal gjøre for alle Sentinel-satellittene vil inkludere: produksjon og distribusjon av nærsanntids/tidskritiske produkter distribusjon av mottatte rådata til Sentinel Processing and Archiving Center (PAC) korttidsarkivering av mottatte data KSAT har i løpet av det siste året etablert en data-hub som skal levere dataprodukter for landapplikasjoner. HUBen skal ha funksjonalitet for håndtering av radar og optiske satellittdata med tanke på bestilling, nedlesning, standard prosessering (level 1B), arkivering og distribusjon. HUBen har også funksjonalitet for rutinemessig preprosessering av mer applikasjonsspesifikke produkter. Eksempel på slik preprosessering er atmosfærisk korreksjon, ortorektifisering og produksjon av multitemporære produkter (level 2A). Produksjonskjeder for preprosessering settes alltid opp i samarbeid med sluttbrukere og baserer seg på algoritmer og metoder spesifisert og godkjent av sluttbruker. Dersom det for Sentinel-satellittene er spesielle nasjonale behov som ikke dekkes tilfredsstillende via ESA, kan KSAT utvide funksjonaliteten ved HUBen slik at den dekker disse behovene. Siden man allerede har etablert basisfunksjonene for arkivering og produksjon ved HUBen, vil en utvidelse for nye satellitter kunne gjennomføres kostnadseffektivt og nye investeringer vil begrenses til de satellittspesifikke delene. KSAT viser interesse og er villige til å bidra i videre diskusjoner rundt nasjonale behov, og se på hvordan disse eventuelt kan dekkes gjennom en utvidelse av eksisterende funksjonalitet ved HUBen som de opererer i dag. KSAT er en ren kommersiell aktør, og i utgangspunktet vil ikke KSAT ha noen rolle i langtidslagring av satellittdata. De vil imidlertid besitte kjernekompetanse i forhold til preprosessering av Sentinel-data, og vil kunne tilby tjenester i forhold til behovene vi har definert innenfor Norge digitalt. Vi anbefaler at det tas kontakt med KSAT i det videre arbeid med å spesifisere nasjonale behov. En eventuell preprosesseringstjeneste må imidlertid konkurranseutsettes Alternativ til dagens arkivløsninger Digitalt sentralarkiv vil med noe utvikling kunne benyttes som nasjonalt arkiv for originale satellittdata. Norge i bilder vil kunne ha en tilsvarende rolle for landsdekkende ortofotomosaikker fra satellitt. Alternative arkivløsninger er mulig. Forvaltningsetater med kjernekompetanse på satellittdata kan forvalte et slikt arkiv. Alternativt kan private aktører som KSAT eller andre tilby arkivtjenester på kommersiell basis. I begge tilfeller bør dataene gjøres tilgjengelig gjennom ulike tjenester gjennom hhv. Fly- og satellittarkiv og Norge i bilder. 6.5 Kostnader ved utvikling og drift av nasjonale arkiver Det er gjort grove anslag på kostnader for videreutvikling og tilpasning av dagens arkiver. Videre er det anslått kostnadsestimater for drift ved utvidet lagringsbehov og forvaltning av satellittdata i løsningene. I videre arbeid må det utarbeides detaljerte spesifikasjoner for begge arkiver, og det må innhentes priser på utvikling av utvidelser i markedet. Forvaltning og tilgjengeliggjøring av satellittdata er ikke en naturlig del av Kartverkets statsoppdrag. Økte kostnader til utvikling av løsninger, arkiv (volum disk og backup), drift og tilrettelegging av satellittdata må finansieres med bidrag fra Norge digitalt og/eller andre kilder. Side 47 av 63

48 6.5.1 Digitalt sentralarkiv. Utvikling av forvaltningsløsning: forberede for mottak av satellittdata level 1cN (løsningen skal kunne håndtere 13 kanaler) innleggingsrutiner for bildedata og footprints datamodell for metadata administrativt verktøy for oppfølging Kostnadsanslag: kr Utvikling av kartinnsynklient: presentasjon av satellittdata (RGB) presentasjon av metadata utvidet søkefunksjonalitet (dato) eksportfunksjonalitet Kostnadsanslag: kr Årlige driftskostnader: korttidslager (level1cn) stabilt på 2-4 TB langtidslager (level 2AN) Økende med ca. 2 TB/år Årlige lagringskostnader første 3 år: ca Forvaltningsoppgaver: Administrasjon og tilrettelegging av data ca. 8 uv. Ca kr Videreutvikling av forvaltningsløsningen ca. kr Årlige kostnader forvaltning og utvikling: ca. kr Norge i bilder Applikasjon for å lage landsdekkende mosaikker (level 2aN => level 3N) Kostnadsanslag: kr Utvikling av forvaltningsløsning: håndtering av metadata utvidelser av administrativt verktøy Kostnadsanslag: kr Side 48 av 63

49 Utvikling av kartklient: presentasjon av metadata mulighet for å sette opp animasjoner for å vise utvikling av tidsserier RGB og IR opptak søkemekanismer for satellittdata bl.a. søk på dato Kostnadsanslag: kr Driftskostnader: Utvidet lagringsbehov ved innlegging av nasjonale mosaikker (level 3N) samt internt lagringsformat (backdrop) Volum ca. 1TB/år. Kostnadsanslag: kr /år Forvaltningsoppgaver: Administrasjon og tilrettelegging av opptil 12 årlige mosaikker: 4 uv/år ca. kr Videreutvikling av løsningen: kr /år Kostnadsanslag: kr /år Side 49 av 63

50 Side 50 av 63

51 7 Forslag til videre arbeid Faggruppen for satellittdata har utredet status for bruk av JO-data i Norge og utfordringer knyttet til utnyttelse av data fra de nye JO-satellittene som vil bli operative i nær framtid. Det har vært problematisk å skaffe en klar oversikt over om og evt. i hvilken grad dagens informasjonsprodukter fra norske leverandører er basert på JO-data. En bedre oversikt over kildedata til de ulike produktene er derfor ønskelig. Informasjonen om Sentinel- og Landsatprogrammene har derimot vært klarere og har gitt oss et godt grunnlag for å planlegge hva vi bør gjøre for å få optimal nytte av JO-dataene når de begynner å strømme ned til arkivene hos ESA og USGS om to til tre år. For å nå målet om å tilrettelegge for nasjonale brukere, slik at vi får best mulig utnyttelse av de nye dataene og en mest mulig rasjonell utnyttelse av våre ressurser, anbefaler vi følgende oppfølging eventuell videreføring av det arbeidet som denne rapporten har dokumentert: Det bør tas kontakt med andre nasjonale og internasjonale miljøer som har en tilsvarende rolle som vår. På Sentinel-2 Preparatory Symposium i april 2012 ble det forberedende arbeidet som foregår i Frankrike presentert. Det vil være aktuelt å ta kontakt for å diskutere felles utfordringer og undersøke om det er grunnlag for evt. samarbeid om felles utfordringer. Det må utredes i mer detalj hvordan ESA vil utvikle sin egen Toolbox for bearbeiding av Sentinel-2-data, og om denne programvaren kan brukes i en rutinemessig bearbeiding av ESAs level 1 til en norsk level 2, hvor man har tatt hensyn til norske forhold (f.eks. lav solhøyde, bratt terreng, ulike atmosfæriske forhold) ved å bruke en norsk terrengmodell i bearbeidingen. Det bør ses nærmere på hva som kreves av infrastruktur og FoU-aktivitet for å utvikle de avledede level 2-produktene for både land og vann. Man må utrede i sterkere grad de nasjonale behov på etatsnivå i samarbeid med FoUmiljøene som er de operative miljøer som gjennomfører miljøovervåkningsprogrammene. Man må gå mer systematisk til verks i forståelsen av sammenhengen mellom de ulike produktene. Dette gjør vi ved at vi kartlegger leddene fra satellittprodukt til produkter som kan inngå i operative tjenester hos brukerne. Vi foreslår at det arrangeres et arbeidsmøte hvor produktene presiseres og hvor brukere oppretter en kvalifisert sammenheng mellom produktene. Vi anbefaler at utprøvd metodikk i denne arbeidspakken benyttes. For å få et bedre begrep om forståelsen av brukerbehov, må vi bruke litt tid på hver enkelt etat. Dette må forankres i ledelsen hos etaten og de må ha støtte fra fagfolk med kunnskap. Brukere gjør en gjennomgang av nåværende operative tjenester og er tydelige på hvordan de ser for seg at produkter kan bidra til å øke kvaliteten på de operative tjenestene. Dette gjøres på et arbeidsmøte hvor representanter for operative tjenester inviteres. På arkivsiden er det nødvendig å få bedre oversikt over lagringsvolum, samt å utarbeide detaljerte spesifikasjoner av innhold og funksjonalitet i arkivene. Dette gjelder både i forbindelse med forvaltning av bildematerialet og presentasjon i innsynsklienter. Partene i Norge digitalt bør informeres om arbeidet for å sikre interesse for og finansiering av framtidige løsninger på dette fagområdet. Side 51 av 63

52 Side 52 av 63

53 8 Kilder Følgende rapporter og undersøkelser har vært til nytte i arbeidet med denne rapporten: Parr, Hugo Synteserapport: Bruk av jordobservasjonsdata fra satellitt i Miljøvernforvaltningen. Kartverket Behov for satellittdata i Norge Sammenstilling av brukerundersøkelse gjennomført blant parter i Norge digitalt. Norge digitalt, faggruppe satellittdata i samarbeid med Norsk Romsenter. Kokhanovsky A., Rozanov V., Krüger O., Brockmann C., Bouvet M., Drusch M. The retrieval of snow grain size from space using MERIS and AATSR Top-of-atmosphere spectral reflectance measurements Richter K., Hank T.B., Vuolo F., Mauser W., D Urso G. Optimal Exploitation of the Sentinel-2 Spectral Capabilities for Crop Leaf Area Index Mapping. Remote Sensing. 2012; 4(3): Side 53 av 63

54 Side 54 av 63

55 Bit Dataenhet som kan ha verdiene 0 eller 1 BOA Bottom of the Atmosphere Byte Dataenhet bestående av 8 bit CMOS Complementary metal oxide semiconductor Vedlegg A Forkortelser Forkortelser benyttet i rapporten. CNES DEM DIMAP EC ECMWF Centre National d'etudes Spatiales Digital Elevation Model Defense Imagery and Mapping Program European Commission European Centre for Medium-Range Weather Forecasts EEA EOSAT ESA ETM+ EU fapar FOS GB GCP GeoTIFF GMES GNSS GOCE GSC INSPIRE IR JPEG LAI Landsat LDCM LWIR MB Mbit (Mb) MSI MSS ND NDVI European Environment Agency Earth Observation Satellite Company European Space Agency Enhanced Thematic Mapper Plus European Union Fraction-Absorbed Photosynthetically Active Radiation Flight Operations Segment Gigabyte (10 9 byte) Ground Control Point Geospatial Tagged Image File Format Global Monitoring for Environment and Security Global Navigation Satellite System ESA satellitt - Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer GMES Space Component EU-direktiv som omhandler en infrastruktur for romlig informasjon i EU. Infrared Joint Photographic Experts Group Leaf Area Index Land Remote-Sensing Satellite Landsat Data Continuity Mission Long Wave Infrared Megabyte (10 6 byte) Megabit (10 6 bit) Multispectral Imager Multispectral Scanner System Norge digitalt Normalized Difference Vegetation Index Side 55 av 63

56 NIR OLCI OLI PAN PDGS SAFE SLSTR SMOS SPOT SRAL SRTM SWIR TB Tbit (Tb) Near Infrared Ocean and Land Colour Instrument Optical land Imager Panchromatic Payload Data Ground Segment Standard Archive Format for Europe Sea and Land Surface Temperature Radiometer ESA satellitt - Soil Moisture and Ocean Salinity mission Système Pour l'observation de la Terre Synthetic Aperture Radar Altimeter Shuttle Radar Topography Mission Short Wave Infrared Terabyte (10 12 byte) Terabit (10 12 bit) TIRS Thermal Infrared Sensor TM Thematic Mapper TOA Top of the Atmosphere USGS United States Geological Survey UTM Universal Transverse Mercator VIS Visual VNIR Visible and Near Infrared WGS 84 World Geodetic System 1984 WRS Worldwide Reference System Xfdu XML Formatted Data Unit XML Extensible Markup Language Side 56 av 63

57 Vedlegg B - Produktoversikt Tabellen viser behov/produkter/kategorier. Forbindelser ut er antall produkter som direkte avledes fra et hovedprodukt. Forbindelser inn er antall kilder for et produkt. Behov/kategori/produkt/satellitt Forbindelser ut Forbindelser inn Vegetasjonsindeks Marine produkter (oseanografi) Radarinterferometri (Radarsat) Endringsanalyse av vegetasjon Kryosfæren Vannindeks Standardiserte produkter Skogbruksrelaterte produkter Biomasse Andre produkter/temaer Luft Biotopkartlegging Terrengskader Markdekkeklassifisering for natur- og bebygde områder Mosaikk Temporale fremstillinger Landbruksrelaterte produkter Breer Masseforlytninger, overvåking Hydrologisk Klimadata Beiteskader/slitasjeskader Overvåking av kystområder Geologiske produkter Inngrepsfrie områder Revegetering Skogbrann Nedbyggingsgrad Produkter som krever kombinasjoner a andre produkter Endringsanalyser (krever bedre algoritmer) Mosaikk som bakgrunnskart (Månedlig/årlig) Forseglede flater Grønt i by Insektsskader på lauvskog Kvartærgeologisk kartlegging Vegetasjonsutvikling Jordtyper Algeoppblomstring i havet Totalt Side 57 av 63

58 Behov/kategori/produkt/satellitt Forbindelser ut Forbindelser inn Algeoppblomstring og eutrofiering i ferskvann Eutrofiering i ferskvann Forurensningsskader på vegetasjon Hjortebiotop Kartlegging og overvåking av naturtyper Lavkart Palsmyr- og tundraovervåkning Palsmyrer/tundramyrer og atlantiske høgmyrer Klimarelaterte endringer av vegetasjon Klimarelaterte endringer av isbreer Geologisk kartlegging Snødekke og snøsmelting SAT-SKOG Oversvømmelser Klassifisering av dyrket areal INSPIRE Kartlegging/overvåking av endringer i skog/vegetasjon og arealdekke AR-stat Indikatoroppfølging jfr. Miljøstatus Norge Miljøstatistikk Sikkerhet og beredskap Arealutbredelse av breer Bakgrunnskart Biomasse estimat Breer farbarhet Corine Fragmenteringsanalyser Grunn- og vannforurensning (detektere ulike element) Grøntdrag Iskartlegging over store innsjøer Isproblematikk i Arktis Jordfuktighet Kartlegging og miljøovervåking i polare områder Krypsiv (biotop) Landskapsanalyse, estetikk (elementer, kantdiversitet, sjiktdiversitet) Lokalisering og overvåking av kulturminner (CultSearcher) Miljø- og arealstatistikk, f.eks. grønnstruktur i tettsteder Miljøovervåking, naturtyper og kystområder Naturindeks Naturtyper i Norge (Vekt på å få frem overgangssoner) Objekthøyder Totalt Side 58 av 63

59 Behov/kategori/produkt/satellitt Forbindelser ut Forbindelser inn Oppdrettsanlegg og posisjoner Overvann Parkeringsarealer Setninger Skoggrense Skoghelse Skogskader Spesielt sårbare naturtyper Strukturendringer i vegetasjon Treslagskartlegging Urban flom Vegetasjonsendringer i åpent landskap Vegetasjonsindeks (NDVI) Vegetasjonsutvikling (i skytefelt) Avrenning Skipsdeteksjon Oljesøl Skred og innsynkning Havfarge Hav-temperatur Vanndamp skyer Aerosoler Sjeldne skyer Havstrømmer Saltinnhold i havet Bonitet Hinderplan rundt flyplasser Bølger Vulkanaske Totalt Side 59 av 63

60 Side 60 av 63

61 Vedlegg C Temaer i INSPIRE direktivet Inspire direktivets 34 romlige tema Annex I Annex II Annex III Coordinate reference systems Geographical grid system Geographical names Administrative units Addresses Land Registry plots Transport networks Hydrography Protected sites Elevation Land cover Ortho-imagery Geology Statistical units Buildings Soil Land use Human health and safety Utilities and public sector services Environmental protection services Facilities for manufacture and industry Facilities agriculture and aquaculture Population distribution demography Area management, areas where limitations apply, regulated areas and reporting units Natural risk zones Atmospheric conditions Meteorological and geographic characteristics Oceanographic, geographic characteristics Sea regions Bio-geographic areas Habitats and biotopes Species distribution Energy sources Mineral sources Side 61 av 63

62 Side 62 av 63

63 Vedlegg D - Dekning Landsat-5/7 i NSDA Side 63 av 63