Studierende berichten: Geomatik Herbst-Kolloquium - Cloud-basierte Lösungen für das Umweltmonitoring
Über 700 Satelliten, die allein zur Beobachtung der Erdoberfläche dienen, kreisen stetig um die Erde und nehmen dabei Satellitenbilder auf. Diese riesigen Datenmengen, die so täglich entstehen, werden in diversen Bereichen genutzt, um Veränderungen über einen längeren Zeitraum festzuhalten und daraus Vorhersagen zu machen. So kommt man beispielsweise bei Umweltkatastrophen schneller an Informationen und kann aus den Daten das Krisenmanagement planen, im Bereich der Umweltwissenschaften werden so Klimaveränderungen, wie Eisschmelzen, beobachtet, ebenfalls können die Satelliten zu Spionagezwecken genutzt werden und in der Industrie werden die Satelliten zur Findung seltener Mineralien verwendet.
Im Rahmen des Geomatik-Herbst-Kolloquiums stellte Dr. Reik Leiterer, Mitbegründer der ExoLabs GmbH, verschiedene Verwendungen des Umweltmonitorings mit Satellitendaten und die daraus entstandenen Produkte vor.
In einem ersten Schritt erklärte er die Probleme, die Satellitendaten mit sich bringen. Dazu gehört die Datenheterogenität, das heisst dass die Satelliten unterschiedliche Auflösungen haben, andere Bahnen fliegen und andere Aufnahmezeiten und -rhythmen haben. Aber auch das riesige Datenvolumen und die Datenauswertung, für die meist eine künstliche Intelligenz benötigt wird, sind zu beachten. Die Kontinuität der Daten muss für Langzeitanalysen ebenfalls gewährleistet sein, das bedeutet, dass immer mehrere Satelliten dasselbe Gebiet aufnehmen müssen und teilweise auch Satelliten verwendet werden müssen, die gewissermassen «durch Wolken sehen» können.
Weiter muss beachtet werden, für was die Aufnahmen in einem zweiten Schritt verwendet werden, da gewisse Tätigkeiten spezielle Satelliten erfordern, beispielsweise solche, die die Erdoberfläche aufnehmen, d.h. das Resultat ist in 3D und nicht nur ein Bild. Manchmal sind noch zusätzliche Feldmessungen oder andere Zusatzdaten nötig. Weiter muss überlegt werden, welche Software verwendet wird. Im Endeffekt soll das Produkt operational, skalierbar und zuverlässig sein und einen gewissen Mehrwert liefern.
Bei der Software wird oft eine Cloud verwendet, da man so den Zugriff auf eine rechnergestützte Infrastruktur hat, der relativ kostengünstig ist. Bei der Cloud verwendet man einen billigeren Computer, der alles steuert, d.h. er steuert wann welche Verarbeitung/Rechnung laufen soll. Somit werden die teuren Geräte nur dann benutzt, wenn diese benötigt werden und danach wieder abgeschaltet. Ein weiterer Vorteil der Cloud-basierten Lösung ist es, dass der Endverbraucher nur den Zugriff auf die Cloud bekommt, die Daten selbst sind aber anderswo abgespeichert, er kann sie lediglich herunterladen. Weiter wird zu einem Grossteil eine künstliche Intelligenz verwendet, welcher gewisse Algorithmen antrainiert werden.
Im Beispiel der Arealstatistik wären dies Algorithmen, die anhand von Pixelwerten, Mustern, Texturen und mit Hilfe von gewissen Filtern und einer Veränderungsinformation, also die verglichen mit älteren Bildern, erkennen was für eine Bodenbedeckung in der jeweiligen Kachel ist.
Ein weiteres vorgestelltes Beispiel war, das des Schneemonitorings, bei dem die Schneemasse in gewissen Gebieten konstant aufgenommen werden sollte. Das Hauptproblem dabei war, dass es oft Wolken hat und daher «Lücken» entstanden, die man allerdings mit dem Vergleichen der vorherigen und den folgenden Bildern füllen konnte. Sie erreichen damit eine Genauigkeit von 90-96%. Das Produkt aus dieser Auswertung wird von sehr unterschiedlichen Interessensgruppen, wie zum Beispiel dem SLF oder auch Bauern, die wissen wollen, wieviel Wasser sie im Frühling zu erwarten haben, verwendet. Daher hat man sich auch hier für eine Cloud-Lösung entschieden.
Abschliessend hielt Dr. Reik Leiterer fest, dass die Cloud ein sehr intuitives System ist: gut bedienbar, breit anwendbar und sehr kostengünstig im Vergleich mit anderen Methoden. Zudem achteten die Cloud-Anbieter auch stets darauf, auf dem neusten Stand der Technologie zu sein, was sie zu einem wertvollen Instrument für das Umweltmonitoring macht.
Autorin: Jasmin Lippuner, Studentin im 1. Semester Geomatik
Im Rahmen des Geomatik-Herbst-Kolloquiums stellte Dr. Reik Leiterer, Mitbegründer der ExoLabs GmbH, verschiedene Verwendungen des Umweltmonitorings mit Satellitendaten und die daraus entstandenen Produkte vor.
In einem ersten Schritt erklärte er die Probleme, die Satellitendaten mit sich bringen. Dazu gehört die Datenheterogenität, das heisst dass die Satelliten unterschiedliche Auflösungen haben, andere Bahnen fliegen und andere Aufnahmezeiten und -rhythmen haben. Aber auch das riesige Datenvolumen und die Datenauswertung, für die meist eine künstliche Intelligenz benötigt wird, sind zu beachten. Die Kontinuität der Daten muss für Langzeitanalysen ebenfalls gewährleistet sein, das bedeutet, dass immer mehrere Satelliten dasselbe Gebiet aufnehmen müssen und teilweise auch Satelliten verwendet werden müssen, die gewissermassen «durch Wolken sehen» können.
Weiter muss beachtet werden, für was die Aufnahmen in einem zweiten Schritt verwendet werden, da gewisse Tätigkeiten spezielle Satelliten erfordern, beispielsweise solche, die die Erdoberfläche aufnehmen, d.h. das Resultat ist in 3D und nicht nur ein Bild. Manchmal sind noch zusätzliche Feldmessungen oder andere Zusatzdaten nötig. Weiter muss überlegt werden, welche Software verwendet wird. Im Endeffekt soll das Produkt operational, skalierbar und zuverlässig sein und einen gewissen Mehrwert liefern.
Bei der Software wird oft eine Cloud verwendet, da man so den Zugriff auf eine rechnergestützte Infrastruktur hat, der relativ kostengünstig ist. Bei der Cloud verwendet man einen billigeren Computer, der alles steuert, d.h. er steuert wann welche Verarbeitung/Rechnung laufen soll. Somit werden die teuren Geräte nur dann benutzt, wenn diese benötigt werden und danach wieder abgeschaltet. Ein weiterer Vorteil der Cloud-basierten Lösung ist es, dass der Endverbraucher nur den Zugriff auf die Cloud bekommt, die Daten selbst sind aber anderswo abgespeichert, er kann sie lediglich herunterladen. Weiter wird zu einem Grossteil eine künstliche Intelligenz verwendet, welcher gewisse Algorithmen antrainiert werden.
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| Bild von Dr. Reik Leiterer – ExoLabs GmbH/ Science Lab UZH |
Ein weiteres vorgestelltes Beispiel war, das des Schneemonitorings, bei dem die Schneemasse in gewissen Gebieten konstant aufgenommen werden sollte. Das Hauptproblem dabei war, dass es oft Wolken hat und daher «Lücken» entstanden, die man allerdings mit dem Vergleichen der vorherigen und den folgenden Bildern füllen konnte. Sie erreichen damit eine Genauigkeit von 90-96%. Das Produkt aus dieser Auswertung wird von sehr unterschiedlichen Interessensgruppen, wie zum Beispiel dem SLF oder auch Bauern, die wissen wollen, wieviel Wasser sie im Frühling zu erwarten haben, verwendet. Daher hat man sich auch hier für eine Cloud-Lösung entschieden.
Abschliessend hielt Dr. Reik Leiterer fest, dass die Cloud ein sehr intuitives System ist: gut bedienbar, breit anwendbar und sehr kostengünstig im Vergleich mit anderen Methoden. Zudem achteten die Cloud-Anbieter auch stets darauf, auf dem neusten Stand der Technologie zu sein, was sie zu einem wertvollen Instrument für das Umweltmonitoring macht.
Autorin: Jasmin Lippuner, Studentin im 1. Semester Geomatik