KvAG
Nieuws
Nieuwsbrief van de Kring voor Aardobservatie en Geo-informatica Nummer 1 - februari 2002
Inhoud
Van een afstand bekeken...
Een gewaarschuwd mens telt voor twee…
1
Global Models en Databases
3
Beeldvormende spektrometrie
6
SPOT VEGETATIE beelden gratis beschikbaar
8
GEO-DBMS: de basis van GIS-toepassingen
8
Agenda
10
Colofon
10
Welkom bij het nieuwe medium van de Kring voor Aardobservatie en Geo-informatica! Met het verschijnen van het dubbeldikke RS&GI (Na 23 jaar BCRS) in december 2001, is voor de Kring een eind gekomen aan de mogelijkheid om mee te liften met deze informatieve en goed verzorgde uitgave van het programmabureau van de BCRS.Tijd voor ons nu om op eigen benen te staan! Wij bieden de Kringleden in 2002 een zestal uitgaven van KvAG Nieuws, waarin u verslagen, achtergronden en aankondigingen vindt van de themadagen die door de Kring worden georganiseerd. Maar tevens zijn er plannen om verder te kijken: een bedrijfsprofiel, technische nieuwtjes, een kijkje achter de schermen bij een AIO, noem
maar op. Input van de leden wordt daarbij zeer op prijs gesteld! Qua omvang kunnen we niet met RS&GI wedijveren, maar we willen zeker trachten de nieuwswaarde ervan te evenaren. Het eerste nummer van KvAG Nieuws staat in het teken van de Sectie Remote Sensing van de Kring: een verslag van de laatste themamiddag in 2001 over Global Models en Databases en uitgebreide achtergrondinformatie over Imaging Spectrometry behorende bij de RS-themamiddag die in februari georganiseerd wordt. Deadline voor toezending van kopij voor het volgende nummer van KvAG Nieuws is 4 maart 2002. Ik wens u veel leesplezier toe! Dian Jansen
Van de voorzitter:
Een gewaarschuwd mens telt voor twee… Toen ik bezig was met het afronden van mijn proefschrift kwam er een dame bij mij langs met een voorstel om lekkende olie en gasvoorkomens op te sporen met behulp van spectroscopische metingen. Het leek mij een intrigerend idee, erg ambitieus, maar zo in de stress voor mijn eigen verdediging heb ik het voorstel maar ingediend met de gedachte "dat zien we later wel weer".
Lang gewacht, stil gezwegen, niet verwacht, toch gekregen. De dame in kwestie kreeg een beurs, een promotor werd gevonden in de inspirerende Salle Kroonenberg en het onderzoek ging van start. Nu, zo'n 5 jaar later, werkt "de dame" (Dr.Yang Hong) voor Shell in Rijswijk en ik zit met een groot aantal nieuwe wetenschappelijke uitdagingen op dit vakgebied en werk hier-
aan in nauwe samenwerking met de olie-industrie. Een wat warrig begin van een column die mij noopt tot nadere uitleg. Veel olie en gasvoorkomens lekken. Het proces noemen we "seepage" en de (on)zichtbare producten ervan op het aardoppervlak noemen we "seeps".Ten gevolge van de lekkage migreren kleine hoeveelheden gas en olie naar het
oppervlak en veroorzaken daar een aantal geochemische reacties in de bodem die weer resulteren in mineralogische omzettingen en radiometrische anomalieën. Daarnaast hebben de vrijkomende gassen, waaronder methaan en ethaan, invloed op de groei van de vegetatie en gewassen. Deze abnormale vegetatiegroei en ook de mineralogische omzettingen in de
KvAG Nieuws kwantificeren wat de bijdrage van methaanemissie door natuurlijke seeps is aan de totale mondiale methaan productie. Een aanzienlijke bijdrage schat ik in. Een paar jaar geleden nam mijn ex-promotor en huidige mentor Salle Kroonenberg me mee naar Azerbeidzjaan. In ons kielzog togen een groepje AIO’s en een aantal fourwheel drives Bovenop een moddervulkaan met de voeten op een vol met Azeri met ons griphon (een kleine moddervulkaan) de onherbergzame binnenlanden van dit oliebodem kunnen we zichtbaar maken staatje aan de Kaspische zee in. De met behulp van spectroscopische geologie van de Kaspische zee werd metingen van beeldvormende specdoor collega Klaas Scholte vergeleken trometers. Leuk zult u zeggen, maar so met die van een lasagne bestaande uit what?! 12 kilometer laagjes van ongeconsolideerde sedimenten met ergens in het De eerste aanzet van deze ondermidden een pasta van oliehoudende zoekslijn was ingegeven door de comhorizonten. Door de tektoniek staat binatie van wetenschappelijke interesde aardkorst in de Kaspische regio bol se en economisch belang.Vele (zo niet van de spanning met als gevolg dat olie alle) grote olie en gasvoorkomens zijn tezamen met modder als een tube in de beginjaren van de olie-exploratie tandpasta wordt uitgeknepen en acnegevonden door te zoeken naar en te puisten vormt op het aardoppervlak. boren naast seeps. De interesse in "onze" methode vanuit de oliewereld is duidelijk. Mijn persoonlijke motivatie voor het onderzoek is tweeërlei. Enerzijds wil ik begrijpen hoe olie en gas aan het oppervlak komen en wat de geologische opbouw van de aarde daar voor sturende werking op heeft. Dit wil bovendien zeggen dat ik kennis aan het opbouwen ben over de interactie van straling en seeps en aan Opname van de uitbarsting van de seeps gerelateerde fenomenen, opdat Lokbatan moddervulkaan (24 oktober we met remote sensing seeps kunnen 2001) bestuderen. Anderzijds wil ik kunnen
Oliemodder vulkanen noemen we ze, een exotische vorm van seeps waar olie, gas, modder (breccia klinkt netter) en water rijkelijk de aarde bevloeien. Deze vulkanen vormen bergen in het landschap met een hoogte van honderden meters en een diameter van enkele kilometers.Als je boven op zo’n moddervulkaan loopt waan je je op de maan.Weliswaar een actieve maan waarop tal van plekken de olie uit de grond loopt en beekjes vormt en waar ronde met water gevulde poeltjes vrolijk ploppen als weer een beetje methaan moeder aarde verlaat. Ons onderzoek richt zich op het begrijpen van dit wonderlijke proces van moddervulkanisme en het ontwikkelen van methoden voor het schatten van emissies in relatie tot de tektoniek. Niet geheel zonder gevaar overigens, want op 24 oktober 2001 om 14:45 deed zich een eruptie voor van een van deze moddergiganten die de lokale naam Lokbatan heeft. Lokaal geniet deze vulkaan bekendheid als de "world-record holder" in uitbarstingen gezien het record aantal van 22 geslaagde uitbarstingen in de periode 1828-1990. Een steekvlam van 30 meter hoog, tonnen verse modder waar wij nog jaren aan kunnen meten en een groepje Delftse geologen met de schrik vrij. Een op de geologische klok luttele 5 maanden voor de uitbarsting hadden Salle, Klaas, Bob, Jelle en ik met onze vrienden uit Azerbeidzjaan nog de lunch genoten op de top van Lokbatan. Spottende opmerkingen makende over deze slapende modderreus. Een gewaarschuwd mens telt voor twee! Freek van der Meer
[email protected]
Global Models en Databases Verslag van de themamiddag van 12 december 2001 De afgelopen 10 jaar is grote vooruitgang geboekt bij het opbouwen van mondiale databases met verschillende thematische invalshoeken, zoals bijvoorbeeld landgebruik, bodemtype, hoogte, ozonconcentratie en bevolkingsdichtheid. De drijvende krachten die achter het opbouwen van deze mondiale databa-
ses zitten, zijn in veel gevallen de vraagstukken die worden opgeworpen
door bijvoorbeeld het Kyoto protocol (http://www.unfccc.de/resource/conv kp.html), the International Geosphere and Biosphere Program (http:// www.igbp.kva.se/), the Millenium Ecosystem Assessment (http:// www. ma-secretariat.org/) en UN-gerelateerde activiteiten zoals de United Nations Environment Program (http: //www.unep.org/).
3 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws Sommige typen gegevens zijn nauwelijks in te winnen met remote sensing, voorbeelden zijn bijvoorbeeld bodemtype en biodiversiteit. Voor andere typen gegevens is remote sensing echter een zeer geschikte inwinningsmethode. Daarnaast kleven er nogal wat haken en ogen aan conventionele methoden waarbij meestal verschillende nationale datasets aan elkaar worden gekoppeld: gaten in de databeschikbaarheid; misregistraties en verschillende coördinaatstelsels; licentie problematiek; politieke/militaire restricties; etc. Een groot aantal van deze problemen kwam bijvoorbeeld al aan het licht bij het opbouwen van de "International Map of the World", waarvoor de eerste aanzet al in 1891 is gegeven. Mooie voorbeelden van mondiale databases die met behulp van remote sensing technieken zijn opgebouwd zijn de "IGBP-DIS global landcover characterisation", de tijdreeksen van zeewatertemperatuur waarmee bijvoorbeeld de ontwikkeling van El Niño kan worden gevolgd en het 100m globale hoogtemodel dat nu wordt ontwikkeld op basis van de Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Bij de laatstgenoemde database moeten we misschien bedenken dat de drijvende kracht achter deze ontwikkeling niet zozeer lag bij de noodzaak om betere hydrologische modellen te maken voor IGBP, als wel de wil van het Amerikaanse leger om hun kruisraketten beter naar het doel te kunnen leiden. Een mooi overzicht van de "state-of-the-art" in global databases is te vinden in de ISPRS publicatie "Global Environmental Databases" (R. Tateishi en D. Hastings, editors). Voor de KvAG themamiddag van 12 december 2001 hebben we een aantal sprekers uitgenodigd die betrokken zijn bij de ontwikkeling en toepassing van globale databases. Het werkterrein van deze sprekers betrof het gehele traject van opslag/verwerking, onderzoek en toepassing van mondiale databases. Een verslag van de themamiddag vindt u verder in dit artikel. Omnivoor Beelden Database: opslag en retrieval van satellieten radardata (drs Henk van Dijk, KNMI, afdeling Automatisering) Omnivoor is de naam voor een nieuwe generatie KNMI-databases, waarvan de zogenaamde "Beelden Database" de eerste exponent is. Het
drs. Henk van Dijk intelligent opslaan en weer terugvinden van satelliet- en neerslagradarbeelden werd toegelicht door Henk van Dijk, lid van het Omnivoor-Beelden projectteam. Omnivoor Beelden mag gezien de inhoud misschien niet als een "global database" worden omschreven (de gegevens hebben voornamelijk betrekking op Nederland en West-Europa), het concept is wel degelijk geschikt voor de opslag en extractie van grote, wetenschappelijke gegevensbestanden. Dit komt door de adoptie van een uitgebalanceerd archiveringsbeleid en de keuze voor HDF-5 als opslagformaat. HDF (Hierarchical Data Format) is ontwikkeld door het Amerikaanse National Center for Supercomputing Applications (http://hdf.ncsa.uiuc. edu/) teneinde een open en gratis omgeving te bieden voor het omgaan met uitzonderlijk grote bestanden in wetenschappelijke toepassingen. Momenteel zijn er tal van grote gebruikers van HDF, wellicht is EOS (Earth Observing System met o.a. Landsat-7) een van de meest bekende (zgn. HDF-EOS gegevensformaat). HDF-5 is echter niet te vergelijken met voorgaande HDF versies, behalve dat het in grote lijnen dezelfde eigenschappen bezit, waaronder het feit dat de metadata ook in de dataset zèlf worden opgeslagen en dat beelddata via "thumbnails" te aanschouwen zijn vooraleer de daadwerkelijke file geopend hoeft te worden. Wat echter ideaal is voor een wetenschappelijke omgeving is de beschikbaarheid van een groot aantal API's (Application Programming Interfaces), bijvoorbeeld voor Java, C, Fortran en C++ waardoor uiterst specialistische applicaties kunnen worden ontwikkeld. Omnivoor Beelden wordt dit jaar opgeleverd en zal gebaseerd zijn op de meest moderne technologie: standaard C libraries voor de HDF-5 files, Oracle 8i voor een afzonderlijke metadatabase, XML als "transferformat" voor het vullen en wijzigen van de database, Java applicaties voor WWW presentaties. De gebruiker kan straks via de metadata data opvragen, en de structuur van de HDF files bekijken in een (gra-
tis te downloaden) HDF viewer, eventueel bewerkingen uitvoeren (b.v. uitsneden) en het resultaat wegschrijven en downloaden als HDFfile.Voor wat betreft de beeldbestanden zal er de optie zijn om de data weg te schrijven naar GEOTIFF daar vele (standaard)applicaties nog geen HDF-5 ondersteunen. Voor het KNMI betekent Omnivoor Beelden een grote stap vooruit in het systematisch beheren en gebruiken van remote sensing gegevens, met name de te verwachten stroom Meteosat Second Generation data! Retrieval of Land Surface Parameters with Passive Microwave Remote Sensing (Richard A.M. De Jeu, VU Amsterdam & Manfred Owe, NASA Goddard Space Flight Center) Richard de Jeu presenteerde zijn werk naar het bepalen van bodemvocht met behulp van de Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR). Het onderzoek richt zich op het ontwikkelen van een algemeen geldig model waarvoor geen externe calibratiebronnen nodig zijn zoals gemeten bodemvochtgehalten of vegetatiekarakteristieken. Het model dat hij bij NASA Goddard Space Flight Center ontwikkeld heeft is gebaseerd op bestaande inzichten, maar door de randvoorwaarden anders op te lossen wordt aan die algemene geldigheid voldaan. Het model kan daarom globaal worden toegepast. Op dit moment wordt er gewerkt om de methode toe te passen op de volledige SMMR dataset die een periode van 9 jaar bestrijkt (1978-1987).
Richard A.M. De Jeu De bodemvochtgehaltes die bepaald zijn m.b.v. de SMMR data zijn vergeleken met tijdseries van bodemvochtmetingen in Illinois, Iowa en Turkmenistan. Gegeven het feit dat de metingen puntmetingen zijn en de SMMR bodemvochtschattingen een resolutie hebben van 150 km2, is er een vrij goede overeenkomst tussen de
4 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws SMMR schattingen en de gemeten bodemvochtgehalten. Naast de puntvalidaties is er ook gekeken naar ruimtelijke patronen. Een mooi voorbeeld dat werd getoond betrof de voortgang van de moesson over het Indiaas continent, waarbij de patronen van neerslag en de geleidelijke uitdroging gedurende de daaropvolgende maanden, konden worden gevolgd. Toekomstig onderzoek zal zich gaan richten op tijdserie analyse van de gehele SMMR data. Het doel hiervan is om te kijken of trends kunnen worden ontdekt die gerelateerd kunnen worden aan klimaatveranderingen. Ook zal gekeken worden naar de vegetatiecomponent in het SMMR signaal. Dit laatste aspect van de SMMR data is tot nu toe volledig buiten beschouwing gebleven. Global image products provided by VITO-CTIV and GMES: SPOTVegetation, Net Primary Productivity and Land Cover Classification (Dirk Van Speybroeck & Herman Eerens, Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO)) Het eerste deel van de presentatie werd gedaan door Dirk van Speybroeck die zijn verhaal begon met een introductie van VITO en de rol van VITO met betrekking tot het VEGETATION instrument. Na een korte bespreking van de systeemkenmerken van het VEGETATION instrument behandelde Dirk de procesketen die de VEGETATION beelden doorlopen om uiteindelijk aan de gebruiker te kunnen worden afgeleverd. De gebruiker kan kiezen uit verschillende dataproducten zoals een enkele opname, een dagelijkse synthese of een 10-daagse synthese. Voor al deze producten kunnen zowel de ruwe als atmosferisch gecorrigeerde beelden worden geleverd. Nieuw is ook dat VITO binnenkort zal starten met het produceren van synthese producten die zijn gecorrigeerd voor effecten van kijkhoek en zonnestand. Met deze correctie behoren de storende reflectieverschillen tussen aangrenzende satellietbanen voortaan tot het verleden. Het verhaal werd afgesloten met een aantal relevante internet sites en de mededeling dat de VEGETATION 10-daagse syntheses (ouder dan 3 maanden) voortaan gratis beschikbaar zijn. Zie ook het bericht elders in deze nieuwsbrief. Herman Eerens vulde het tweede deel van de presentatie in met
onderzoeksresultaten die zijn verkregen uit analyses van de VEGETATION data. Na een kort overzicht van postprocessing die nodig is om wolkartefacten te verwijderen uit de 10-daagse syntheses, liet hij wat resultaten zien van twee globale landcover classificatie exercities die ze hebben uitgevoerd. Op basis van VEGETATION data is een update gemaakt van de IGBP-Discover database en de TREES database van JRC. Door gebruik te maken van een slimme update strategie kon er een update worden gemaakt die voor 87% en respectievelijk 89% correspondeert met de oorspronkelijk classificatie. Daar waar verschillen optreden is er grote kans op landgebruikveranderingen die met behulp van hoge resolutie beelden onder de loep kunnen worden genomen. Een ander voorbeeld dat getoond werd was een methode waar met behulp van ‘2D-level-slicing’ met de gemiddelde jaarlijkse NDVI en de jaarlijkse NDVI-range als variabelen, op heel snelle wijze een globale landcover classificatie kan worden gemaakt. De tweede toepassing die belicht werd was het gebruik van VEGETATION voor het schatten van de netto primaire productie. Met behulp van een ‘Monteith-type’ productiemodel kan op globale schaal de netto primaire productie worden geschat. Toepassingen liggen bijvoorbeeld op het gebied van koolstof budgettering in het kader van het Kyoto protocol en oogstvoorspelling. De 40 jaar meteorologische heranalyse van het ECMWF (ERA40) (dr Peter van Velthoven, KNMI, sectie Atmosferische Samenstelling & dr Andreas Sterl, KNMI, sectie Oceanografisch Onderzoek) Het ECMWF (European Center for Medium range Weather Forecast) in Reading maakt 2 maal per dag een 10-daagse weersverwachting voor al haar 21 lidstaten (http://www.ecmwf. int/). Ten behoeve van een verwachting wordt een analyse gemaakt, een
dr Peter van Velthoven
combinatie van actuele waarnemingen en de meest recente verwachting (first guess) door middel van dataassimilatie. Over een lange periode zijn de resultaten echter inconsistent omdat weermodellen aan verandering onderhevig zijn (ze worden steeds beter!). Analyses over verschillende jaren zijn hierdoor niet zonder meer vergelijkbaar. Andreas Sterl verhelderde hiermee de betekenis van een heranalyse: het opnieuw berekenen van de analyses over de afgelopen periode met gebruik van een actueel, consistent analysemodel teneinde een beschrijving van de atmosfeer te verkrijgen die vrij is van de invloed van modelvariaties. Momenteel voert het ECMWF de ERA-40 uit, oftewel de heranalyse over de periode 19572001, welke in 2003 gereed moet zijn. Het belang van dergelijke heranalyses voor klimaatonderzoekers is veelvuldig: denk aan het afleiden van een klimaathistorie (klimatologie), bestuderen van lange termijn veranderingen, het vaststellen van de invloed van veranderende waarneemmethoden, het detecteren van systematische fouten in numerieke weermodellen…Peter van Velthoven lichtte een specifieke toepassing van ERA-40 data toe, namelijk de beschrijving van het transport van stoffen in de atmosfeer. Informatie over de toestand van de atmosfeer door de jaren heen draagt bijvoorbeeld bij aan het begrijpen van trends in de verdeling van broeikasgassen. De ERA-40 data worden opgeslagen in het zogenaamde MARS archief van het ECMWF, dat voor de lidstaten toegankelijk is via een web-interface (zie ook http://www.ecmwf.int/pressroom/newsletter/pdf/90_3.pdf). De ontwikkeling van mondiale databases voor global-change studies (Henk Simons & prof. dr. Rik Leemans, RIVM) Het laatste onderwerp van deze middag werd gepresenteerd door Henk Simons van het RIVM. Het uitgangspunt voor zijn presentatie was het gebruik van mondiale databases in globale studies met betrekking tot de effecten van klimaatsveranderingen. Henk begon met het schetsen van de karakteristieken van globale veranderingen. Hierbij valt op dat de oorzaken vooral nationaal en lokaal zijn, maar dat alle lokale veranderingen significant worden door het cumulatieve effect. De atmosfeer werkt in dit geval als een mondiale integrator
5 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws
Henk Simons van alle lokale effecten. Het bij het RIVM ontwikkelde model IMAGE probeert op mondiale schaal de effecten te evalueren en in kaart te brengen. Hierbij wordt een ketenbenadering gebruikt waarbij bevolkingsdruk en de mondiale economie het uitgangspunt zijn en het effect van klimaatverandering op bijvoorbeeld landbouw, ecologie en zeespiegel het eindpunt van de keten. In deze keten worden de effecten van bevolkingsdruk en economie vertaald naar bijvoorbeeld landgebruik en energieverbruik waarmee vervolgens de ver-
anderingen in de mondiale koolstofcyclus en chemische samenstelling van de atmosfeer worden geschat. De verandering in atmosferische samenstelling bewerkstelligt dan een klimaatsverandering die wordt vertaald in effecten op het eindpunt van de keten (bijvoorbeeld landbouw, ecologie en zeespiegel).Verder wordt er in het model rekening gehouden met allerlei terugkoppelingsprocessen die optreden.Voor alle processen die genoemd zijn in de keten zijn mondiale datasets nodig om deze te onderbouwen en te kwantificeren. Een aantal resultaten die waren verkregen met het IMAGE model werden gepresenteerd. Een scenariostudie waarbij werd uitgegaan van een mondiale temperatuurstijging van 3 graden liet zien dat ecosystemen verschuiven waarbij in sommige gebieden verslechteringen optreden, in andere gebieden verbeteringen. Voor Europa kunnen bijvoorbeeld duidelijke veranderingen optreden voor zowel de start als de lengte van het
groeiseizoen. In sommige delen van Europa is dit positief in andere delen duidelijk negatief. Ten aanzien van het gebruik van mondiale datasets voor het IMAGE model werd geconcludeerd dat zeer veel verschillende datasets nodig zijn voor initialisatie en validatie en dat veel datasets een interdisciplinair karakter hebben: bijvoorbeeld milieu gegevens en de relatie met socio-economische factoren.Verder moet er nog veel werk worden verricht om te komen tot het afleiden van goede indicatoren uit de ruwe datasets. Bovendien moet meer aandacht worden besteed aan ruimtelijke en temporele variabiliteit, in plaats van de gemiddelden waarmee op dit moment wordt gewerkt. Henk sloot zijn presentatie af met een oproep tot bijdrage aan de Milllennium Ecosystem Assessment (http://www.millenniumassessment.org/). Allard de Wit (Alterra) Frans van der Wel (KNMI)
Beeldvormende spektrometrie Remote sensing kunt u vrij vertalen als de kunst of wetenschap van het vergaren van informatie over een object middels een apparaat dat daarmee niet in direct contact staat. In dit artikel willen wij u de geschiedenis van de remote sensing schetsen en de opkomst van vliegtuigsystemen, imaging spectrometers, die met hoge spectrale resolutie opnamen van het aardoppervlak maken. Dit artikel is een verkorte versie van mijn (FvdM) inaugurele rede die ik heb uitgesproken op 20 oktober 2000 bij het aanvaarden van mijn leerstoel "Imaging Spectrometry" aan de Technische Universiteit Delft. Het toekomstperspectief verkennende zien we satelliet-systemen met verschillende complementaire sensoren waaronder imaging spectrometers. Mono-disciplinair remote sensing onderzoek is het verleden, multidisciplinair onderzoek de toekomst. De beeldverwerking zal zich moeten richten op de integratie van gegevens verkregen vanuit verschillende sensoren. De remote sensing producten die het aardoppervlak karakteriseren moeten
we integreren met ondergrond gegevens om een beter inzicht in de aarde en aardse processen te krijgen. De geschiedenis van remote sensing gaat ver terug in de tijd. De eerste fotografische opnamen vanuit de lucht werden gemaakt in 1840 vanaf een ballon. Sindsdien zijn vele verschillende platforms uitgeprobeerd om de aarde te observeren. Op 1 april 1960 werden vanuit de TIROS de eerste video opnamen van de aarde gemaakt. Een jaar later, in 1961, maakte de Russische astronaut Titov vanaf de Vostok-2 voor het eerst een foto waarop de gehele aarde te zien was; historie werd geschreven. In 1972 vangt mijns inziens een nieuw tijdperk aan met de lancering van de eerste aardobservatie satelliet; ERTS-1. Het digitale tijdperk doet zijn intrede. Ook op het gebied van de spectroscopie is er veel vooruitgang geboekt
sinds de lancering van de ERTS satelliet. Met name het pionierswerk van Graham Hunt en John Salisbury in de jaren 70' en begin jaren 80' is van grote invloed gebleken. Hunt en Salisbury analyseerden bijna mechanisch de reflectie-eigenschappen van gesteenten en mineralen met spectrometers in het laboratorium en legden de basis voor de fysische interpretatie van de absorptie karakteristieken van aardse materialen.Tegelijkertijd werkte Bruce Hapke aan optisch-fysische modellen waarmee deze eigenschappen waren te beschrijven en te verklaren. Zij maakten pijnlijk duidelijk dat hogere spectrale resolutie dan van de ERTS satelliet en de opvolgers binnen het LANDSAT programma nodig was om werkelijk geologische remote sensing te kunnen bedrijven. In 1981 werden de eerste spectra gemeten vanuit een vliegtuig met een 576 kanaals lijnscanner nadat al enkele jaren ervaring was opgedaan met het meten van spectra in het veld. Tegelijkertijd introduceerde het Canadese Department of Fisheries and Oceans de "Fluorescence Line Imager FLI". In 1983 neemt NASA de Airborne Imaging Spectrometer (AIS) in gebruik en
6 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws later in 1987 de Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) die tot op heden vanuit het Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena operationeel ingezet wordt. Voor het eerst is een beeld gevormd met spectrometrie en een nieuwe vorm van remote sensing krijgt gestalte: de "imaging spectrometry". Imaging spectrometry, hyperspectrale remote sensing oftewel beeldvormende spectrometrie is de tak van remote sensing waarbij sensoren met een hoge spectrale resolutie opnamen maken van het aardoppervlak in een groot aantal nauwe spectrale banden. De gereflecteerde straling wordt in dusdanige fijne spectrale segmenten bemonsterd dat kennis van de chemische en mineralogische samenstelling van de aarde kan worden verkregen. In het oorspronkelijke ontwerp van de Landsat satelliet was plaats voor zes banden met band 5 nabij 1600nm. en band 6 in het thermische bereik. Het werk van Hunt en Salisbury leidde er uiteindelijk toe dat Mike Abrams NASA tot inkeer wist te brengen en de zevende Landsat band in het SWIR bereik van het spectrum nabij 2200nm. was een feit. Tot op heden is de niet chronologische benaming van de banden daar ook een gevolg van. Band 7 heeft een grote rol gespeeld in de ontwikkeling van de geologische remote sensing. Met de komst van de CCD technologie en pushbroom scanners werd het mogelijk hoge spectrale resolutie te combineren met een voldoende hoge signaal-ruisverhouding zodat we de nauwe absorptiebanden van mineralen en gesteenten kunnen waarnemen. De kracht hiervan schuilt in de schoonheid van de simpliciteit. Mineralen hebben specifieke absorptie-eigenschappen die te maken hebben met de chemische structuur en samenstelling. Die absorptie-eigenschappen resulteren in absorptiebanden, zones in het spectrum waar het mineraal meer licht absorbeert dan in aangrenzende gedeelten, die een soort fingerprint vormen vergelijkbaar met de streepjescodes uit de supermarkt of de codering van ons DNA. Als die fingerprints worden ontcijferd en vergeleken met reeds bekende signaturen dan is dit een techniek om hoogwaardige en gedetailleerde informatie te verzamelen over het aardoppervlak. Sinds de introductie van de eerste imaging spectrometers in het begin van de jaren tachtig is veel vooruit-
gang geboekt in zowel de sensor technologie als in de beeldverwerking en interpretatie. De systeem calibratie en signaal-ruisverhouding van de meest gebruikte systemen is met een factor tien of meer verbeterd. Dit komt de interpretatie van de beelden ten goede. Hetgeen niet wil zeggen dat we beter gevalideerde producten kunnen leveren. Mogelijk is dit het geval in de hoek van de hydrologie en de biofysica, waar optische modellen gebruikt worden die steeds beter kunnen worden gekalibreerd. Ook het bedrijfsleven maakt gebruik van de producten die hoge spectrale resolutie remote sensing te bieden heeft. Het zijn met name de geologen die dit type remote sensing hebben geoperationaliseerd. In de ertsexploratie worden imaging spectrometers gebruikt voor de opsporing van en het in kaart brengen van nieuwe voorkomens door bedrijven als Anglo American. Ook de olie- en gasindustrie bekijkt het gebruik van hoge spectrale resolutie remote sensing voor het opsporen van zogenaamde hydrocarbon seeps. Dit zijn natuurlijke voorkomens van lekkage van olie en gas uit petroleum reservoirs. Deze zijn van belang in de exploratie naar olie, maar ook als potentiële natuurlijke bron van vervuiling. Ook in andere vakgebieden is hoge spectrale resolutie remote sensing in de implementatiefase. Na wat omwegen is in Nederland nu ook een operationeel vliegtuigsysteem voor handen bij de Meetkundige Dienst van Rijkswaterstaat waarmee men operationeel waterkwaliteitsmetingen denkt te gaan uitvoeren. Beeldvormende spectrometrie staat aan de vooravond van een nieuw tijdperk. De komende jaren zullen een groot aantal satelliet systemen worden gelanceerd, de eerste in de reeks, ASTER op het NASA TERRA platform is al een feit. ASTER is geen imaging spectrometer pur sang, maar heeft wel een aantal nauwe banden die het bestuderen van een aantal geologische omzettingsprocessen zoals kleimineralogische alteratie en calciet naar dolomietomzetting mogelijk maakt. Daarbij komt dat ASTER ook thermische banden heeft en tevens de mogelijkheid om stereo-opnamen te maken. Een grote stap voorwaarts is de calibratie van de data, JPL gaat fysische parameters leveren zoals reflectie/absorptie, temperatuur en emissiviteit. Naast
ASTER heeft NASA, veelal met cofinanciering vanuit de industrie, nog enkele andere ruimte-ijzers in het vuur zoals onder andere de HYPERION, NEMO, Orbview-4. Bij ESA werkt men aan de voorbereiding van de lancering van ENVISAT met daarop de Medium Resolution Imaging Spectrometer MERIS. Daarnaast zijn de voorbereidingen voor de CHRIS proba missie, met voor het eerst een systeem met verschillende kijkhoeken, in volle gang. Ook heeft ESA een interessante Core Opportunity misie in de maak die nu de naam SPECTRA heeft meegekregen en zich richt op het bestuderen van "land surface processes". Om de remote sensing gemeenschap voor te bereiden op dit soort gegevens zijn simulatiestudies noodzakelijk. De grootste uitdaging die ik zie in het gebruik van de gegevens van al deze satelliet systemen is de integratie van informatie. De ons voorgeschotelde missies beperken zich immers niet alleen tot een enkel soort aardobservatie systeem, maar bevatten meerdere systemen. Zo wordt het bijvoorbeeld mogelijk optische hoge spectrale resolutie systemen te combineren met radar en interferometrische gegevens. Interessant temeer omdat we zodoende statisch inzicht in de fysische eigenschappen van aardse materialen kunnen combineren met het bestuderen van dynamische processen. Hopelijk heeft dit artikel uw inzicht gegeven in de huidige stand van zaken van de beeldvormende spectroscopie. Een ontwikkeling in de remote sensing is geschetst van analoog naar digitaal, van multispectraal naar hyperspectraal, van mono-sensor naar multi-sensor en van airborne naar spaceborne. Integratie van de gegevens van de verschillende sensoren en de koppeling van oppervlakte gegevens, verkregen middels remote sensing, en ondergrond gegevens is de sleutel tot succes. Maar dat is niet alles, want op donderdag 21 februari a.s. organiseren wij (ondergetekenden alsmede de KvAG) een studiemiddag met als thema "beeldvormende spectrometrie" op de Uithof in Utrecht. Hopelijk bent u daar ook van de partij.Tot dan! Freek van der Meer (ITC,TU Delft) Steven de Jong (Universiteit Utrecht)
7 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws
SPOT VEGETATIE beelden gratis beschikbaar Het SPOT VEGETATIE programma maakte eind vorig jaar zijn hernieuwde data distributie politiek officieel bekend op de ministeriële conferentie "GMES: Towards Implementation" (Brussel, 15.10.2001). Het was de heer Y. Ylieff zelf, Belgisch federaal minister bevoegd voor wetenschapsbeleid en ruimtevaart, die aankondigde dat een groot deel van het beeldenarchief van het SPOT-VEGETATIE instrument vrij toegankelijk wordt gesteld voor de gehele aardobservatie gemeenschap. De technische hoogwaardige VEGETATIE beelden laten toe de evolutie van het plantendek op aarde dagelijks en met een grondresolutie van 1x1 km op te volgen.Voor een samenvattend persbericht volg je de "new distribution policy" link op de http:// www.spot-vegetation.com site. Het vrijgegeven SPOT VEGETATIE beeldenarchief kan enkel via het internet gedownload worden via de http://free.vgt.vito.be server, die net zoals het VEGETATIE beeldverwer-
kingscentrum bij de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (Vito) ondergebracht werd. Het betreft hier alle tien-daagse wereldsyntheses (S10) die ouder zijn dan drie maanden. Voor beelden jonger dan drie maanden en voor de nearreal-time beelden moet nog steeds betaald worden en dient Spot Image in Frankrijk of EOWorks (http:// www.eoworks.com) in België gecontacteerd te worden. EOWorks is de officiële verdeler van VEGETATIE beelden voor de BENELUX. Door het tot nu toe enkel tegen betaling beschikbare SPOT VEGETATIE archief publiek toegankelijk te maken, geven de partners van het VEGETATIE programma het wetenschappelijk onderzoek en de ontwikkeling van afgeleide producten en diensten voor de globale milieumonitoring een stevige duw in de rug en wordt tevens het Europese "Global Monitoring for Environment and Security" (GMES) initiatief met daad ondersteund.
Als gevolg van het vrijgeven van het VEGETATIE S10 beeldenarchief heeft het teledetectie departement van Vito de Geosuccess server http:// www.geosuccess.net opgezet. Deze server geeft vrije toegang tot een aantal producten die afgeleid zijn van de VEGETATIE S10 beelden en die gedetailleerde informatie geven over de toestand van de globale plantengroei in het algemeen en van de landbouw meer specifiek. Het betreft hier onder andere (i) de netto primaire productie (NPP), (ii) een schatting van de droge stof (dry matter estimate), of nog (iii) een wereldbioomkaart. Voor bijkomende info over de Geosuccess server en de mogelijkheid om ook jouw wetenschappelijke ontwikkeling toe te passen op een globale schaal neem je best contact op met contact@ geosuccess. vito.be.
Dirk Van Speybroeck (VITO)
GEO-DBMS: de basis van GIS-toepassingen Verslag van de KvAG/AGGN themamiddag, 14 november 2001 (Wereld GISdag) Op woensdag 14 November 2001 vond, in het kader van de Wereld GISdag, een studiemiddag plaats, met als thema ‘Geo-DBMS, de basis van GIS-toepassingen’. De themamiddag, die werd gehouden in het gebouw van de Afdeling Geodesie van de Technische Unversiteit Delft, was een gezamenlijk initiatief van de ArcGIS Gebruikersgroep Nederland (AGGN) en de kring voor Aardobservatie en Geo-informatica (KvAG). De themamiddag stond onder inspirerend voorzitterschap van Jeroen Baltussen (DLG). Er werden vier
De themamiddag stond onder inspirerend voorzitterschap van Jeroen Baltussen
inleidingen gehouden verzorgd door: • Theo Tijssen, Afdeling Geodesie, Technische Universiteit Delft • Floris Versteeg, Oracle Nederland • Luc Heres,Adviesdienst Verkeer en Vervoer, Rijskwaterstaat • Jack Verouden, NAM, en Roel Nicolai, Shell International Exploration and Production Geo-DBMS Volwassen? Theo Tijssen beet de kop af. Eerst ging hij in op een belangrijke recente ontwikkeling op het terrein van het ruimtelijke gegevensmanagement: de overgang naar een nieuwe DBMS-architectuur. Was het in het verleden zo dat het management van ruimtelijke geogegevens door GIS systemen werd uitgevoerd buiten het DBMS om, thans
Theo Tijssen rapporteerde over onderzoek verricht naar de functionaliteit van drie Geo-DBMS’s: Oracle, Ingres en Informix worden DBMS systemen in toenemende mate voorzien van ruimtelijke functionaliteit, waardoor zowel de ruimtelijke als de thematische gegevens in één DBMS kunnen worden opgeslagen en beheerd. Om meer zicht te krijgen op de stand van zaken van de huidige Geo-DBMS, is er, naar aanleiding van een opdracht van het Kadaster en TNO/NITG, onderzoek verricht naar de functionaliteit van drie Geo-DBMS’s: Oracle, Ingres en Informix. Zijn de huidige Geo-DBMS systemen volwassen? Het antwoord is "neja". Ze zijn dusdanig volgroeid, dat
8 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws men geen koudwatervrees meer hoeft te hebben.Van de andere kant moet er de komende jaren nog veel ontbrekende functionaliteit aan toegevoegd worden, zoals toepassing van standaarden, betere 3D ondersteuning en inpassing van temporele aspecten. Ook valt er nog veel te verbeteren aan responsiesnelheden. Met kleine, eenvoudige ingrepen kunnen queries al met een factor tien tot twintig worden versneld. Er is dus nog veel te winnen. Conversie naar een Geo-DBMS Men hoeft dan geen koudwatervrees meer te hebben, toch blijft de overstap naar een Geo-DBMS weldegelijk een avontuur, niet in het minst omdat de overstap naar de nieuwe architectuur een zeer bewerkelijke en tijdrovende aangelegenheid is. Floris Versteeg was uitgenodigd om zijn licht te laten schijnen over de conversie van bestaande bestanden naar een Geo-DBMS architectuur en de relatie met GIS-software. Conversie houdt in dat ruimtelijke gegevens van het ene format naar
Floris Versteeg gaf een aardig overzicht van veel conversievalkuilen het andere format omgezet worden, bijvoorbeeld de omzetting van ESRI shape files naar Oracle Spatial. Hierbij spelen een heleboel facetten een rol, zoals compleetheid, voorkomen van verlies aan informatie, omkeerbaarheid en snelheid. Versteeg gaf een aardig overzicht van de vele valkuilen die men kan tegenkomen bij een dergelijk omzettingsproces. Een van deze valkuilen is dat door een onjuiste instelling van parameters, cijfers achter de komma van plaatscoördinaten (gedeeltelijk) kunnen verdwijnen in het niets. Ontwerpen Conversie is een ding, maar voordat men daar aan kan beginnen, zal men eerst een geschikt gegevensmodel beschikbaar moeten hebben. Dat is nodig omdat de ruimtelijke en thematische gegevens, die eerst apart werden opgeslagen, thans in een en dezelfde DBMS ondergebracht worden. Het belang van een goed databaseontwerp alsmede de voorfase hiervan, dat wil zeggen het analyseren van de informatiebehoefte, heeft er toe
Luc Heres gaf een heldere uitleg hoe het ontwerpen van een nieuw gegevensmodel in zijn werk gaat geleid dat deze activiteiten de afgelopen jaren uitgegroeid zijn tot een apart vakgebied. Hoe gaat het ontwerpen van een nieuw gegevensmodel in zijn werk? Na de pauze ging Luc Heres in een helder betoog nader op deze vraag in. Hij gaf aan dat binnen het ontwerpproces drie belangrijke fasen te onderkennen zijn: conceptueel, logisch en technisch gegevensmodel. Vervolgens behandelde hij stapsgewijs, aan de hand van een eenvoudig, maar illustratief voorbeeld: • Wat is een gegevensmodel? • Wat is het verschil tussen een conceptueel, logisch en technisch model? • Hoe ontwerp je een model Het voorbeeld betrof een gegevensmodel voor havensteden. Heres maakte het ontwerpproces van gegevensmodellen inzichtelijk door het te vergelijken met het ontwerpen van gebouwen. Net als voor de ontwerper van gebouwen, wordt het leven van de ontwerper van gegevensmodellen er wat gemakkelijker op gemaakt doordat er speciale ontwikkeld ontwerpsoftware beschikbaar is. Praktijk Technologische ontwikkelingen zijn een prima zaak, en het realiseren van een technologische vernieuwing is voor veel wetenschappers het ultieme doel. Maar wat heeft de praktijk eraan? Steeds vaker wordt daar geoinformatie gezien als een factor van eminent belang om de grote hoeveelheid gegevens, informatie en kennis die binnen een bedrijf aanwezig is, te integreren. Dat is ook het geval bij Shell. Jack Verouden, die inging op de rol van geogegevens, geo-databases en GIS binnen de Shell/NAM wereld, daarbij bij tijd en wijle bijgestaan, vooral tijdens de discussie, vanuit de achterste rij van de zaal, door Roel Nicolai, drukte het integrerende facet beeldend uit door het woord lijm uit te spreken. Verouden verduidelijkte dat tussen technologie en praktijk vele uitdagingen staan en een van de belangrijkste daarvan is het bewustwordingstraject. Niet zozeer de noodzaak tot integratie, als wel
welke weg gevolgd dient te worden om daar te komen, speelt in dat traject een belangrijke rol. Aan het eind van 2002 dient de volledige implementatie van Oracle Spatial, ESRI ArcGIS 8 en ArcIMS een feit te zijn. Men heeft hoge verwachtingen van de op Internetbrowsers gebaseerde geoportalen. Omdat men verwacht dat het nog even zal duren voordat deze technologie volledig operationeel zal zijn, gaat men eerst gebruik maken van het Geography Network principe. In dat kader is ook metadata van belang, omdat men alleen daarmee een goed Jack Verouden ging in op de rol van geogegevens, geodatabases en GIS binnen de Shell/NAM wereld overzicht kan krijgen over welke data men heeft, waar die data is, wat de kwaliteit en de bruikbaarheid ervan is, en wie de eigenaar is.Voor de wat verder weg liggende toekomst zal 3D GIS het trefwoord vormen. Wie de Jeugd heeft, heeft de Toekomst De themamiddag werd gehouden tijdens de Wereld GIS dag. Dit is oorspronkelijk een initiatief van ESRI om het belang van geo-informatie voor het begrijpen en oplossen van de veelomvattende problemen waarmee de mensheid thans wordt geconfronteerd onder de aandacht te brengen en om een wereldwijd bewustwordingsproces in gang te zetten.Thans is het uitgegroeid tot een wereldwijd evenement waarbij tal van organisaties zijn betrokken. Deze organisaties hebben heel goed het adagium begrepen: ‘Wie de jeugd heeft de toekomst.’ En zo kwam het dat op die dag, naast geleerde en door de praktijkwol
De themamiddag werd gehouden tijdens de Wereld GIS dag. Dus ook dartele basisschoolkinderen, onder leiding van hun docenten, bevolkten het gebouw voor Geodesie en belendende percelen
9 FEBRUARI 2002
KvAG Nieuws geverfde mannen en vrouwen, ook dartele basisschoolkinderen, het gebouw voor Geodesie en belendende percelen bevolkten. De kinderen mochten met GPS een schat zoeken en met de computer de binnenstad van Delft herinrichten. Het laatste betekende voor de meeste kinderen het maken van een fantasiekaartje. Enkele reacties van de kinderen. ‘Ik wist nog niet dat je met de computer een kaart kunt maken." TUDelft is gewoon top!’ ‘Het schatzoeken was erg leuk.Vooral met dat apparaat waarmee je kunt zien hoeveel satellieten er in de ruimte zijn.’ ‘Ik wist niet dat er satellieten bestonden.’ Wordt het niet eens tijd dat het lesmateriaal voor basisscholen aangepast wordt? De Nederlandstalige proceedings, van deze studiemiddag, zijn verschenen als publicatie no. 11 van de Sectie GIS Technologie, onder verantwoordelijkheid van Prof. dr.ir. Peter van Oosterom. Zij zijn te bestellen bij:Technische Universiteit Delft, Faculteit der Civiele Techniek en Geowatenschappen, Afdeling Geodesie, Sectie GIS Technologie, Thijsseweg 11, 2629 JA Delft, tel. 015-2781701, fax. 015-2782745, email;
[email protected]. nl Tjeu Lemmens (TU Delft)
Agenda 2002 FEBRUARI Geo-Informatiedag Nederland (GIN) 2002 KvAG-sectie GIS i.s.m.VGVI, NVK, NexpRI en NVG. Reehorst, Ede, 15 februari 2002. Aanmelding en programma zie verderop in dit blad of op www.kvag.nl. Hyperspectral Remote Sensing & Advances in Image Processing KvAG-sectie RS i.s.m. Universiteit Utrecht.Universiteit Utrecht, Uithof (Ruppertgebouw), 21 februari 2002. Aanvang 13.30u; programma zie www.kvag.nl. MAART Algemene Leden Vergadering en KvAG-themadag Mobiel GIS Sectie GIS i.s.m. DOSIG (Dutch Oracle Special Interest Group). ITC, Enschede, 6 maart 2002. april Automatisering in de luchtfotogrammetrie KvAG-sectie Fotogrammetrie.TU Delft, 4 april 2002. september Klimaat en Remote Sensing KvAG-sectie Remote Sensing. Plaats en datum nog nader bekend te maken. OKTOBER Laseraltimetrie KvAG-sectie Fotogrammetrie. Plaats en datum nog nader bekend te maken. NOVEMBER Lustrum KvAG Terugblik, Heden en Toekomst t.a.v. het KvAG-interessegebied. Orpheus, Apeldoorn, 20 november 2002 (gehele dag) DECEMBER 2e GML-dag KvAG-sectie GIS. Plaats en datum nog nader bekend te maken.
Colofon KvAG KvAG Nieuws wordt verzorgd vanuit het bestuur van de Kring voor Aard-observatie en Geo-informatica. Het verschijnt zes maal per jaar. Het bestuur van de KvAG bestaat uit de volgende personen: F. van der Meer (voorzitter) M.G.Vosselman (vice voorzitter/ sectie Fotogrammetrie) F.J.M. van der Wel (secretaris) H.Thiadens (penningmeester) A.J.W. de Wit (sectie Remote Sensing) P.J.M. van Oosterom (sectie GIS) B.J.M. Jansen (programma coördinator/PR) Het lidmaatschap van de Kring bedraagt € 16,- voor particulieren en € 68,- voor bedrijven per kalenderjaar. Leden van de Kring ontvangen zes maal per jaar KvAG Nieuws en kunnen kosteloos deelnemen aan de thema(mid)dagen. Voor opgave van het lidmaatschap van de KvAG of opzegging van een lidmaatschap dan wel opgave van een (adres)wijziging wordt verwezen naar het mutatieformulier op de laatste pagina van dit blad of naar de website van de Kring: www.kvag.nl. Het postadres voor adreswijzigingen is: KvAG T.a.v. Ir. H.Thiadens Gammelkestraat 2 7572 AV Oldenzaal E-mail:
[email protected] Het adres van de voorzitter is: ITC Prof. Dr. F. van der Meer Postbus 6 7500 AA Enschede E-mail:
[email protected] Of:
[email protected] Het adres voor overige Kring-zaken: KNMI T.a.v. Secretaris KvAG Dr. F.J.M. van der Wel Postbus 201 3730 AE De Bilt E-mail:
[email protected] Redactie KvAG Nieuws RWS-Meetkundige Dienst t.a.v. Redactie KvAG Nieuws B.J.M. Jansen Postbus 5023 2600 GA Delft Tel: 015-2691466 E-mail:
[email protected] Advertenties Voor informatie aangaande tarieven voor het plaatsen van advertenties kunt u contact opnemen met Mirjam Wiersma van GITC bv, tel.: 0514-561854, e-mail:
[email protected] Bijdragen kunnen uitsluitend (in digitale vorm) worden toegezonden aan de redactie. Kopij is voorzien van naam, adres en telefoonnummer van de auteur(s). Lay-out en drukwerk GITC bv Postbus 112 8530 AC Lemmer
10 FEBRUARI 2002
