europa og usa kommer med nye … og usa... · europa og usa kommer med nye...

15
KART OG PLAN 2–2013 113 Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter: Hva gjør Norge for å forberede mottak og anvendelse? Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik A.K. Gjertsen and J.A. Trollvik. Europe and USA launch new earth observation satellites: what actions are planned to ar- chive and use these data in Norway? KART OG PLAN, Vol. 73, pp. 113–127, POB 5003, NO-1432 Ås, ISSN 0047-3278 The article discusses what preparations are needed for public users in Norway to obtain easy access to data from the new European Sentinel-2 and American Landsat-8 satellites. The satellite missions are described with focus on the new mul- tispectral instruments, services of the ground segments, product levels and shortcomings for Norwegian users that need to be mitigated. To maximize utility and minimize cost related to use of these new satellites, creation of a separate Norwegian ground segment has been proposed. The objective is to download data covering Norway, process and prepare the data for anal- ysis, archive the images and secure easy access for Norwegian users in general. To be of interest to national users, sat- ellite images must be sufficiently preprocessed, it must be easy to identify and access the images and the cost must be low. Furthermore, it is essential that the terms of usage are clarified in advance. These issues can be solved for a large group of potential users through the National Spatial Data Infrastructure Norway Digital. Key words: Sentinel-2, Landsat-8, earth observation satellites, national processing, national archive Arnt Kristian Gjertsen, Researcher, Norwegian Forest and Landscape Institute, P.O.Box 115, NO-1431 Ås. E-mail: [email protected] Jon Arne Trollvik, Project manager, Norwegian Mapping Authority, NO-3507 Hønefoss. E-mail: [email protected] Innledning Norge digitalt etablerte i 2009 en faggruppe for satellittdata. Begrunnelsen var bl.a. be- hovet for å møte utviklingen med nye jordob- servasjonssatellitter (JO-satellitter), samar- beid i forbindelse med EU-programmet Co- pernicus (tidligere kalt GMES - Global Moni- toring for Environment and Security) og Norges behov for å fremskaffe gode avtaler med EU om opptak og tilgjengeliggjøring av fremtidige satellittdata fra EUs nye serie med JO-satellitter, kalt Sentinel. Faggruppen for satellittdata gjennomførte i 2012 et prosjekt med finansiering fra Norsk romsenter. Målet var å utrede forhold som knytter seg til bruk av satellittdata gjennom Copernicus-programmet og tilsvarende pro- gram i USA knyttet til Landsat Data Conti- nuity Mission (LDCM). Tre av målsettingene i prosjektet var å: klargjøre fremtidig tilgang til optiske sa- tellittdata fra Sentinel-2 og Landsat-8, og gi en vurdering av hvilke forberedelser det offentlige Norge må gjøre for at disse data- ene skal bli lett tilgjengelige. – vurdere behovet for felles tjenester for Norge digitalt (som prosessering nasjo- nalt) og videre tilrettelegging for effektiv bruk og eventuelle fellesløsninger og stan- dardprodukter. vurdere behovet for arkivtjenester knyttet til disse dataene og eventuelt skissere hvilke forberedelser som må gjøres og hvil- ke nasjonale arkiver disse data eventuelt skal legges inn i (Digitalt sentralarkiv for fly- og satellittbilder, Norge i bilder, evt. andre løsninger).

Upload: nguyennhi

Post on 20-Aug-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

KART OG PLAN 2–2013 113

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter: Hva gjør Norge for å forberede mottak og anvendelse?Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

A.K. Gjertsen and J.A. Trollvik. Europe and USA launch new earth observation satellites: what actions are planned to ar-chive and use these data in Norway?

KART OG PLAN, Vol. 73, pp. 113–127, POB 5003, NO-1432 Ås, ISSN 0047-3278

The article discusses what preparations are needed for public users in Norway to obtain easy access to data from the newEuropean Sentinel-2 and American Landsat-8 satellites. The satellite missions are described with focus on the new mul-tispectral instruments, services of the ground segments, product levels and shortcomings for Norwegian users that needto be mitigated.

To maximize utility and minimize cost related to use of these new satellites, creation of a separate Norwegian groundsegment has been proposed. The objective is to download data covering Norway, process and prepare the data for anal-ysis, archive the images and secure easy access for Norwegian users in general. To be of interest to national users, sat-ellite images must be sufficiently preprocessed, it must be easy to identify and access the images and the cost must below. Furthermore, it is essential that the terms of usage are clarified in advance. These issues can be solved for a largegroup of potential users through the National Spatial Data Infrastructure Norway Digital.

Key words: Sentinel-2, Landsat-8, earth observation satellites, national processing, national archive

Arnt Kristian Gjertsen, Researcher, Norwegian Forest and Landscape Institute, P.O.Box 115, NO-1431 Ås. E-mail: [email protected]

Jon Arne Trollvik, Project manager, Norwegian Mapping Authority, NO-3507 Hønefoss. E-mail: [email protected]

InnledningNorge digitalt etablerte i 2009 en faggruppefor satellittdata. Begrunnelsen var bl.a. be-hovet for å møte utviklingen med nye jordob-servasjonssatellitter (JO-satellitter), samar-beid i forbindelse med EU-programmet Co-pernicus (tidligere kalt GMES - Global Moni-toring for Environment and Security) ogNorges behov for å fremskaffe gode avtalermed EU om opptak og tilgjengeliggjøring avfremtidige satellittdata fra EUs nye seriemed JO-satellitter, kalt Sentinel.

Faggruppen for satellittdata gjennomførtei 2012 et prosjekt med finansiering fra Norskromsenter. Målet var å utrede forhold somknytter seg til bruk av satellittdata gjennomCopernicus-programmet og tilsvarende pro-gram i USA knyttet til Landsat Data Conti-nuity Mission (LDCM).

Tre av målsettingene i prosjektet var å:

– klargjøre fremtidig tilgang til optiske sa-tellittdata fra Sentinel-2 og Landsat-8, oggi en vurdering av hvilke forberedelser detoffentlige Norge må gjøre for at disse data-ene skal bli lett tilgjengelige.

– vurdere behovet for felles tjenester forNorge digitalt (som prosessering nasjo-nalt) og videre tilrettelegging for effektivbruk og eventuelle fellesløsninger og stan-dardprodukter.

– vurdere behovet for arkivtjenester knyttettil disse dataene og eventuelt skisserehvilke forberedelser som må gjøres og hvil-ke nasjonale arkiver disse data eventueltskal legges inn i (Digitalt sentralarkiv forfly- og satellittbilder, Norge i bilder, evt.andre løsninger).

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

114 KART OG PLAN 2–2013

Bakgrunn Copernicus er et samarbeidsprogram mel-lom Europakommisjonen (EC) og Den euro-peiske romfartsorganisasjon (ESA). Målet erå utvikle en europeisk kapasitet til å byggeog drifte jordobservasjonssatellitter (JO-sa-tellitter), og til bruk av slike satellittdata foranvendelser innen miljø og sikkerhet. ESAsrolle i Copernicus er å utvikle Coperni-cus/GMES Space Component (GSC) med enflåte av JO-satellitter, kalt Sentinel, og tilhø-rende bakkesegment.

Sentinel er et latinsk ord, avledet av ver-bet sentire som betyr å føle. Det fikk senerebetydningen å vokte, holde øye med. Bøynin-gen sentinel kan oversettes med vakt, vokter,dvs. den som holder øye med det som skjer.Copernicus leverer tjenester som SAFER ogG-MOSAIC, som vil dra nytte av den nye flå-ten av Sentinel satellitter.

Det er planlagt i alt tre Sentinel-satellit-ter: Sentinel-1 vil bære en bildedannende,aktiv syntetisk apertur mikrobølgeradar(SAR) som opererer i C-bånd (bølgelengde5,55 cm); Sentinel-2 vil bære et optisk instru-ment «Multi-Spectral Instrument» (MSI) ogsørge for kontinuitet i leveransene av JO-data med geometrisk oppløsning i området10 til 30 meter, og vil dermed erstatte og ut-fylle Landsat og SPOT satellittene; og Senti-nel-3 vil bære tre instrumenter: et optisk«Ocean and Land Colour Instrument» (OL-CI), et termisk-infrarødt radiometer «Seaand Land Surface Temperature Radiometer»(SLSTR) og en radar-høydemåler «SyntheticAperture Radar Altimeter» (SRAL). Aktuelleanvendelsesområder for Sentinel-1 er kart-legging og overvåking av havis, oppsyn avmaritime områder, massebevegelser på land,arealressurser, kartlegging i krisesituasjo-ner; for Sentinel-2 arealdekke, arealbruk,arealendringer, biogeofysiske variabler, are-alressurser, kartlegging i krisesituasjoner;og for Sentinel-3 havfarge, overflatetempera-tur, topografi over hav og isbre.

Landsat-8, som under planleggings- ogigangkjøringsfasen går under navnet Land-sat Data Continuity Mission (LDCM), bleskutt opp 11. februar 2013. Når satellittensettes i operativ tjeneste, og overtas av USAsGeologiske undersøkelse (USGS), skifter denoffisielt navn til Landsat-8. Landsat-8 skal

sørge for kontinuitet i Landsat-programmet,som til nå har levert satellittdata i 40 år.Landsat-1 ble skutt opp i 1972 og ble senerefulgt opp med Landsat-2 i 1975, Landsat-3 i1978, Landsat-4 i 1982, Landsat-5 i 1984,Landsat-6 i 1993 (mislykket oppskytning) ogLandsat-7 i 1999. Det har vært flere genera-sjoner optiske instrumenter og de aktuelleThematic mapper (TM) og Enhanced Thema-tic Mapper Plus (ETM+) kom med Landsat-5og 7. Nytt på disse instrumentene var bl.a. tokanaler i det mellominfrarøde området.USGS omtaler Landsat-8 som en «sciencemission,» noe som indikerer at Landsat-pro-grammet ikke er like tett integrert i et of-fentlig miljø- og overvåkingsprogram somSentinel-programmet er i Copernicus. Det erforeløpig satt av midler til planlegging avoppfølgerne Landsat-9 og 10.

En periode på 1980- og 90-tallet var Land-sat-programmet overtatt av et privat selskap(EOSAT, senere Space Imaging). Dette visteseg å være lite vellykket, og etter store pro-tester fra brukermiljøet ble Landsat-pro-grammet overtatt av det offentlige represen-tert ved USGS. Dataene ble til slutt også fri-gjort for gratis nedlastning. Etter det harbruken av Landsat-data økt kraftig.

Rom- og bakkesegmenteneRomsegmentetEn viktig del av Copernicus/GMES SpaceComponent (GSC) er flåten med Sentinel-sa-tellitter, deriblant Sentinel-2 som vil ta opparven etter SPOT og Landsat og levere bildermed moderat geometrisk oppløsning. Satel-litten vil bli plassert direkte i en solsynkronbane 786 km over bakken. Driftstiden er be-regnet til 7,25 år, mens batterier og drivstoffer tilstrekkelig for 12 år. Det er planlagt å hato operative satellitter i drift samtidig: Sen-tinel 2A skal skytes opp høsten 2014 og Sen-tinel 2B ca. 16 mnd. senere. Med to satellit-ter vil et område over Norge avbildes hver 3.dag, og estimert tid mellom nær skyfrie(< 15 % skydekke) opptak over Norge er il-lustrert i Figur 1. I alt fire satellitter er nød-vendig for 15 års operativ tjeneste.

Satellitten vil bære et multispektralt in-strument kalt Multi-Spectral Instrument(MSI) med 13 kanaler fra det synlige til detmellominfrarøde området av det elektro-

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 115

magnetiske spekteret. Detektorene i bilde-planet vil dekke et bredt område på 290 kmpå tvers av satellittens banespor, og hver sce-ne er følgelig mye større enn for tilsvarendesatellitter som Landsat og SPOT (Figur 2).

Landsat-8 ble skutt opp den 11. februar 2013og plassert i en solsynkron bane 705 km overbakken. Driftstiden er beregnet til 5,25 år, mensatellitten har nok drivstoff til 10 års drift.

Landsat-8 bærer to multispektrale instru-menter: Operational Land Imager (OLI) som

har ni kanaler fra det synlige til det mellom-infrarøde området og Thermal Infrared Sen-sor (TIRS) med to kanaler i det termiske om-rådet. Detektorene i bildeplanet dekker etområde på 185 km på tvers av satellittensbanespor. Landsat-5 blir utfaset når Land-sat-8 blir operativ, og det vil da være to ope-rative Landsat-satellitter, Landsat-7 og 8,som til sammen avbilder et område i Norgehver 8. dag.

Figur 1. Antall dager mel-lom nær skyfrie opptak overNorden med Sentinel-2A og2B. Kartet viser en bereg-ning av hvor mange dagerdet går mellom hvert opptakmed maks 15 % skydekningom sommeren (Colin 2011).

Figur 2. Geografiskdekning til Senti-nel-2 sammenlignetmed tilsvarende sa-tellitter (Spoto et al.2012).

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

116 KART OG PLAN 2–2013

BakkesegmentetBakkesegmentet GSC Core Ground Segmentbestår av Payload Data Ground Segment(PDGS) og Flight Operations Segment (FOS).FOS har ansvar for styring og drift av satel-littene, mens PDGS har ansvar for nedlesingav data, prosessering, arkivering og distribu-ering til brukerne. PDGS består av et nett-verk av bakkestasjoner og arkiver, men dettevil være usynlig for brukerne. Brukerne vilisteden forholde seg til ett virtuelt aksess-punkt for å lete opp og laste ned produkter.Alle Sentinel-2 data vil bli tilgjengeliggjortpå tre ulike aktualitetsnivåer:

– Real Time (RT) vil gi tilgang på data innen100 minutter etter opptak

– Near Real Time (NRT) vil gi tilgang pådata fra 100 minutter til 3 timer etter opp-tak

– Non-Time-Critical (NTC) vil gi tilgang pådata mellom 3 og 24 timer etter opptak

Sentinel-2 vil ta opp svært store datameng-der og av praktiske grunner vil arkiveringorganiseres i to typer datalager:

– et rullerende lager for korttidslagring avferske dataopptak tatt innenfor en tidsho-risont på fire måneder

– et langtidslager som vil lagre alle historis-ke data eldre enn fire måneder

ESA har dimensjonert PDGS for å dekke be-hovene til Copernicus-tjenestene. For nasjo-nale behov som går utover de produkter somer definert for Copernicus har ESA lagt opptil et samarbeid med såkalte CollaborativeGround Segments, dvs. installasjoner somsupplerer PDGS for å dekke nasjonale bru-kerbehov.

Bakkesegmentet til Landsat-8, GroundNetwork Element (GNE), vil bestå av to no-der, et ved USGS Earth Resources Observa-tion and Science Centre (EROS) lokalisert iSioux Fall, South Dakota og et i Fairbanks,Alaska. Et lagrings- og arkivsystem, DataProcessing and Archive System (DPAS), lo-kalisert ved EROS vil sørge for mottak, lag-ring, prosessering, arkivering av data, samten brukerportal, User Portal (UP), for søking

og nedlastning av data til brukerne. Bakke-segmentet vil etter en innkjøringsfase kunnevære i stand til å prosessere 85 % av sceneneinnen 12 timer etter opptak til level 1T (Ter-rain Corrected), dvs. ortokorrigerte data medhøy geometrisk nøyaktighet, og prosesseringav totalt 890 scener og distribuering av 4700scener per dag.

De multispektrale instrumenteneMSI om bord på Sentinel-2Det multispektrale instrumentet MSI (Mul-ti-Spectral Instrument) er basert på «push-broom» konseptet, dvs. i bildeplanet er detplassert en detektormatrise med en detektorfor hver piksel i satellittens sporbredde på290 km. Bildeplanet for kanalene som dek-ker synlig og nærinfrarødt lys (VNIR) bestårav 12 silisium (Si) detektormatriser, som lig-ger parallellforskjøvet, og hver matrise dek-ker ca. 25 km av sporbredden. Bildeplanetfor kanalene som dekker mellominfrarødtlys (SWIR) består av 12 kvikksølv-kadmium-tellurid (HgCdTe) detektormatriser og er ter-misk kontrollert til temperaturer under 195K. De målte pikselverdiene blir digitaliserttil 12 bits data, som blir komprimert med enwavelet-transformasjon for å redusere data-volumet. MSI har i alt 13 kanaler som tilsammen dekker de tre spektrale områdenesynlig lys, nærinfrarødt lys (NIR) og mellom-infrarødt lys. Kanalene B2, B3, B4, B8 har 10meter oppløsning og dekker VNIR-området;kanalene B11, B12 har begge 20 meter opp-løsning og dekker SWIR-området; kanaleneB5, B6, B7, og B8b har 20 meter oppløsningog dekker NIR-området hvor reflektansenfra grønn vegetasjon øker brått fra lav re-fleksjon i området til rødt lys. Disse kanalenedekker det såkalte «red edge»-området ogkan brukes for å detektere forskyvninger avdenne «røde kanten», noe som indikerer atvegetasjonen er utsatt for stress. KanaleneB1, B9 og B10 har 60 meter oppløsning og erhhv. i det blå, nærinfrarøde og mellominfra-røde området. Disse båndene skal brukes forå måle aerosol- og vanndampinnholdet i at-mosfæren og detektere tynne cirrus-skyer(se Tabell 2 og Figur 3), og målingene skalbrukes for å gjøre atmosfærisk korreksjon avde andre kanalene samt lage skymaske.

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 117

OLI og TIRS om bord på Landsat-8Det multispektrale instrumentet OLI (Ope-rational Land Imager) er en matrisedetektor.I alt 14 detektormatriser er plassert paral-lellforskjøvet i bildeplanet med til sammen6000 detektorer for å dekke hele sporbred-den. For VNIR-kanalene brukes Si-detekto-rer, mens for SWIR-kanalene brukes HgCd-Te-detektorer (Irons og Dwyer 2010). Detteer en forbedring fra tidligere generasjoner avLandsat, som ikke har matrisedetektorer ogderfor må bruke et sveipende speil for åskanne over hele sporbredden på 185 km.OLI har dermed en lengre eksponeringstidfor hver piksel enn det TM og ETM+ har, noesom forbedrer signal/støy-forholdet.

OLI har en ny kanal B1 i det ultrablå om-rådet, og skal brukes til å måle havfarge, forkyst og havanvendelser, og aerosolkonsentra-sjon i atmosfæren, for atmosfærisk korrek-sjon av de andre båndene. En ny kanal B9 iSWIR-området er lagt til for kartlegging avtynne cirrus-skyer og korrigering av de andrekanalene for effekten av disse. Den geometris-ke oppløsningen er fortsatt 30 meter som forTM og ETM+ i Landsat-5 og 7, men radiome-trisk oppløsning økes fra 8 til 12 bits. OLI harogså en pankromatisk kanal med 15 meteroppløsning. I forhold til den pankromatiskekanalen i forløperen ETM+, er båndbredden

justert for å unngå områder med atmosfæriskabsorpsjon (se Tabell 1 og Figur 3).

En egen sensor, Thermal Infrared Sensor(TIRS), dekker det termiske området (LWIR)med to kanaler (Tabell 1 og Figur 3), menstidligere Landsat-satellitter hadde kun énkanal i det termiske området. Detektorma-trisene i TIRS består av en ny type detekto-rer, såkalt «quantum-well-infrared photo-detector» (QWIP), og blir brukt for førstegang i en satellitt. Med de to kanalene kanvarmestråling fra bakken og atmosfærenskilles bedre og en kan dermed oppnå mernøyaktige estimater av bakketemperaturen.Bildeplanet må avkjøles med flytende nitro-gen for termisk å isolere bildeplanet fra in-strumentet selv og dermed hindre falske sig-naler. Bildeplanet består av 1850 detektorerpå tvers av banesporet og gir en geometriskoppløsning på 100 meter (Irons og Dwyer2010).

Sammenligning av MSI og OLI Tabell 1 og Tabell 2 gir en detaljert beskrivel-se av kanalene til OLI/TIRS og MSI. MSI harmye større geometrisk oppløsning enn OLI iVNIR-båndene, med 10 meter vs. 30 meter,og i SWIR-båndene, med 20 meter vs. 30 me-ter. Landsat OLI kompenserer noe ved å haen pankromatisk kanal med 15 meter opp-

Figur 3. Reflektanskurver for grønn og frisk vegetasjon, avlingsrester og bar jord motkanalene i hhv. LDCM (Landsat-8) OLI og Sentinel-2 MSI (Serbin et al. 2011).

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

118 KART OG PLAN 2–2013

løsning, og denne kanalen kan integreresmed fargebåndene for å gjøre disse skarperemed en teknikk kalt «pan-sharpening». MSIhar flere kanaler og har fire kanaler for åmåle forskyvninger i «red edge». Dette vilvære en fordel for overvåking av plantes-tress. Begge sensorene har en ultrablå kanalfor måling av havfarge og en SWIR-kanal forkartlegging av tynne cirrus-skyer. MSI har itillegg en kanal (B9) i NIR-området for må-ling av vanndampkonsentrasjonen i atmo-sfæren, noe som vil være nyttig for atmosfæ-risk korreksjon av de andre kanalene.

Landsat-8 har i motsetning til Sentinel-2en termisk sensor om bord med to kanaler i

LWIR-området. I dette området er det varme-stråling fra jorda som dominerer signalet somsatellitten måler, og slike målinger er nyttigebl.a. for skogbrannovervåking og forvaltningav vannressursene i tørre jordbruksstrøk somer avhengig av kunstige vanningsanlegg.

Prosessering av satellittdataProsessering av Sentinel-2 dataESA vil prosessere Sentinel-2 data i ulikeproduktnivåer eller såkalte «levels». I Figur 4vises en skjematisk oversikt over prosessenfra rådata (level 0) til et sluttbrukernivå (le-vel 1C). Level 1C er ortokorrigerte satellitt-

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

B1 30 m Blå, 433–453 nm Ny kanal, fins ikke i Landsat-7 TM. Måling av havfarge og pigmentkonsentrasjon i vann og aerosolkonsentra-sjon i atmosfæren for atmosfærisk korreksjon.

B2 30 m Blå, 450–515 nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon.

B3 30 m Grønn, 525–600 nm Refleksjonstopp fra grønn vegetasjon.

B4 30 m Rød, 630–680 nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon.

B5 30 m NIR, 845–885 nm Sterk refleksjon fra grønn vegetasjon, sterk absorpsjon i vann. Nyttig for overvåking av vekstsesongen, bio-masse, jordfuktighet, og avgrensing av vannmasser. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 ETM+.

B6 30 m SWIR, 1560–1660 nm Brukes for å skille mellom snø, is og skyer; sensitiv til fukt-innhold i vegetasjon og jord. Nyttig for skogskadeovervå-king. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 ETM+.

B7 30 m SWIR, 2100–2300 nm Samme bruk som kanal 6. Smalere enn tilsvarende bånd i Landsat-7 ETM+.

B8 15 m Pan, 500–680 nm Båndet er smalere enn for tilsvarende pankromatisk kanal i Landsat-7 ETM+, for å unngå områder med atmosfærisk absorpsjon, og det inkluderer ikke NIR-området i motsetning til båndet til den pankromatiske kanalen i ETM+.

B9 30 m SWIR, 1360–1390 nm Ny kanal, fins ikke i Landsat-7 ETM+. Deteksjon av tynne skyer (cirrus) for korrigering av andre kanaler. Vanndamp absorberer veldig sterkt i denne kanalen og bakken blir derfor ikke synlig.

B10 100 m LWIR, 1030–1130 nm To kanaler i det termiske området erstatter én termisk kanal i ETM+. Sensitiv til overflatetemperatur og kan brukes til overvåking av skogbrann og måling av evapo-transpirasjon for forvalting av vannressurser i tørre strøk. Kanalene vil gjøre det mulig å separere tempera-tur fra bakken og fra atmosfæren og dermed få mer nøy-aktige bakketemperaturer.

B11 100 m LWIR, 1150–1250 nm

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 119

data som skal brukes i ulike Copernicus-tje-nester. Produktnivåer utover level 1C blirikke produsert av ESA og det overlates tilbrukerne selv, eller et Collaborative GroundSegment, å gjøre dette arbeidet. I ESAs ter-minologi er level 2-produkter korrigert foratmosfæriske effekter og level 3-produktersammensatte datasett fra flere opptak.

Level 1I Figur 4 vises ESAs prosesseringskjede fraL0 til L1C. Fra L0 til L1A blir data fra sa-tellitten dekomprimert og deretter blir engeometrisk registrering mellom de ulikedetektormatrisene utført slik at detektor-verdier fra de ulike kanalene i bildeplanetkan kombineres. Fra L1A til L1B foretasretting av feil pga. defekte piksler og ujevndetektorrespons, og til slutt beregnes auto-matisk en geometrisk modell som knytter

pikslene i bildeplanet til koordinater i kart-projeksjonsplanet. Et globalt referansebil-de, som baseres på tidligere opptak og somkontinuerlig fornyes, brukes for å lage dengeometriske modellen gjennom automatiskbildematching. Fra L1B lages L1C derpikselverdiene har blitt omregnet til re-flektansverdier, men verdiene har ikke blittkorrigert for atmosfæriske effekter, dette ernoe brukerne må gjøre selv med verktøysom vil tilbys av ESA. Videre er bildeneblitt ortorektifisert med bruk av en globalterrengmodell basert på data fra ShuttleRadar Topography Mission (SRTM) fra fe-bruar 2000. Den amerikanske romfergaEndeavour hadde da i løpet av en 11-dagersromferd en C-bånd radar om bord som gjor-de interferometriske opptak for å lage englobal terrengmodell.

Tabell 2. Spektrale kanaler for sensoren MSI i Sentinel-2 (NIR = nærinfrarødt, SWIR = kort-bølget infrarødt).

Kanal Piksel Bånd Beskrivelse

B1 60 m Blå, 433–453 nm Måling av aerosolkonsentrasjon i atmosfæren og skal brukes til atmosfærisk korrigering. Nyttig for måling av havfarge og pigmentkonsentrasjon i vann.

B2 10 m Blå, 458–522nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon.

B3 10 m Grønn, 543–577 nm Refleksjonstopp fra grønn vegetasjon.

B4 10 m Rød, 650–680 nm Absorpsjon i klorofyll i grønn vegetasjon.

B5 20 m NIR, 697–712 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.

B6 20 m NIR, 732–747 nm Samme som for kanal 5.

B7 20 m NIR, 773–793 nm Samme som for kanal 5.

B8 10 m NIR, 784–899 nm Sterk refleksjon fra grønn vegetasjon, sterk absorpsjon i vann. Nyttig for overvåking av vekstsesongen, bio-masse, jordfuktighet, og avgrensing av vannmasser.

B8b 20 m NIR, 855–875 nm Samme som for kanal 5.

B9 60 m NIR, 935–955 nm Måling av vanndampkonsentrasjonen i atmosfæren. Brukes for atmosfærisk korreksjon.

B10 60 m SWIR, 1365–1395 nm Deteksjon av tynne skyer (cirrus). Brukes for korrigering av andre kanaler. Vanndamp absorberer veldig sterkt i denne kanalen og bakken blir derfor ikke synlig.

B11 20 m SWIR, 1565–1655 nm Brukes for å skille mellom snø, is og skyer; sensitiv til fuktinnhold i vegetasjon og jord. Nyttig for skogskade-overvåking.

B12 20m SWIR, 2100–2280 nm Samme som for kanal 11.

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

120 KART OG PLAN 2–2013

Følgende prosesseringsnivåer er aktuelle fornedlastning til brukere.

Level 1B-data:– radiansverdier, lagret som 12 bits data – 25 km x 23 km «fliser» (hver av de 12 de-

tektormatrisene dekker ca. 25 km i bred-den og til sammen 290 km)

– data er komprimert med tapsfri JPEG2000 og hver flis «veier» ca. 27 MB

– systematisk lagring i ESAs langtidsarkiv

Level 1C-data: – reflektansverdier målt ved toppen av at-

mosfæren, lagret som 12 bits data– data er ortorektifisert med global terreng-

modell– geometrisk nøyaktighet: 20 meter uten

bakkekontrollpunkter (GCP) og 12,5 me-ter med GCP

– multitemporal nøyaktighet: ca. 0,3 piksler– registreringsnøyaktighet mellom ulike ka-

naler: ca. 0,3 piksler– data lagret som forhåndsdefinerte ruter

på 100 km x 100 km fliser definert i UTM-projeksjonen

– data er komprimert med tapsfri JPEG2000 og hver flis inneholder ca. 500 MB

– tilleggsdata: land/hav-maske, skymaskesom indikerer tette og tynne (cirrus) skyer

– ferdig produsert og tilgjengelig for ned-lastning innen 100 minutter fra nedlesingtil en bakkestasjon

– systematisk lagring i ESAs langtidsarkiv

På Sentinel-2 Preparatory Symposium, ar-rangert av ESA i april 2012, ble det uttryktbekymring fra flere hold for den geometriskenøyaktigheten til level 1C. SRTM-modellenfins i to kvaliteter med hhv. 30 meter og 90meter geometrisk oppløsning (SRTM30 ogSRTM90). ESA har planer om å brukeSRTM90, som har lavere nøyaktighet ennSRTM30, og grunnen er at ESA ikke harskaffet seg rettighet på bruk av SRTM30(Arino et al. 2012). SRTM90 kan ha relativtstore feil, opp mot 100 meter der radarskyg-ger har ført til manglende data. En radar sertil siden, noe som kan føre til «skyggeeffek-ter» der høye fjell stopper radarpulser fra ånå terrenget bak fjellet. I tillegg dekker ikkeSRTM områdene nord for 60° N og modellensuppleres med andre datakilder, ofte med la-vere nøyaktighet enn SRTM. Over skog vilradarpulsene fra en C-bånd radar ikke nåhelt ned til bakken, og terrengmodellen vilderfor ligge i kronetaket og ikke på bakken.

Figur 4. Prosessering av Sentinel-2 level-1 dataprodukter (Drusch et al. 2012).

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 121

SRTM90 blir likevel ansett av ESA å gi til-strekkelig nøyaktighet fordi Sentinel-2 gjørnadiropptak og reliefforskyvninger vil derforbli svært små (F. Spoto, pers. comm., Frasca-ti, april 2012).

Arino et al. (2012) skriver at i ytterkante-ne av et Sentinel-2 opptak vil feil i terreng-modellen føre til en horisontal feil som er iunderkant av 1/5 av høydefeilen (Figur 5): enhøydefeil på 50 meter vil således føre til ca.10 meter horisontal feil. I svært kupert ter-reng kan SRTM90 ha en høydefeil på 100meter, noe som vil føre til en horisontal feilpå 20 meter i kantene på et Sentinel-2 opp-tak. De henviser til USGS’ arbeid mot indivi-duelle nasjoner om å få tilgang på nasjonaleterrengmodeller for å innarbeide disse iSRTM, slik at de ortokorrigerte bildene blirså gode at brukeren ikke har behov for ågjenta denne prosessen med egne terreng-modeller. Dette vil lette bruken av satellitt-data ved å redusere byrden med preprosesse-ring. USGS har alt en slik avtale med Cana-da, og det er i skrivende stund (mars 2013)kontakt mellom USGS og Statens kartverkfor å undersøke om en kan få i stand tilsva-rende avtale for Norge. Faggruppen for satel-littdata i Norge digitalt vil undersøke om detkan være mulig å få til en tilsvarende ord-ning med ESA.

Kvaliteten på level 1C er tilstrekkelig til åtilfredsstille kravene for de ulike service-komponentene til Copernicus. Eventuellekrav fra brukere i ESA-medlemsland kankanaliseres gjennom Collaborative GroundSegment (CGS) Interface, en arena for ådrøfte og samordne behov for leveranser ut-over det ESA planlegger å levere som stan-dardprodukter. Nødvendig finansiering til etnasjonalt bakkesegment (nasjonalt CGS) måkomme fra nasjonale kilder, siden ESA ikkekan finansiere krav som krever økte kostna-der. Viktige funksjoner for et nasjonalt bak-kesegment er å sikre rask og effektiv tilgangpå data fra Sentinel-satellittene, samt å tilbyutvidete produkter tilpasset behovene til na-sjonale brukere som går utover det ESAplanlegger å levere (Pedersen 2013).

Level 2I level 1C er reflektansverdiene ikke korri-gert for effekten av atmosfæren. ESA har

valgt å la brukerne, enten selv eller gjennomet nasjonalt bakkesegment, gjøre atmosfæ-riske korreksjoner med et verktøy som utvi-kles (av Brockmann Consults GmbH) påkontrakt fra ESA. Med verktøyet kan bru-kerne beregne bakkereflektans og i tillegglage en forbedret skymaske, dvs. mer nøyak-tig og komplett enn det som lages av ESA forlevel 1C (Drusch et al. 2012). Dette nivået,som ESA kaller level 2A, er utgangspunktfor beregning av biogeofysiske parametere,og potensielle level 2B produkter er bl.a. ge-neriske arealdekkeklasser kompatible medCorine Land Cover, andel absorbert fotosyn-teseaktiv stråling, bladindeks, klorofyllkon-sentrasjon og vanninnhold i vegetasjonen(Drusch et al. 2012).

Figur 5. I ytterkantene av dekningsområdettil Sentinel-2 vil en feil, h, i terrengmodel-len som brukes for å ortokorrigere bildet, føretil en feil, a, i horisontalplanet som er ca. 1/5av h. Et objekt, T, vil bli feilaktig lokaliserti punkt 2 i horisontalplanet istedenfor ipunkt 1. For Landsat-8, som har en smaleresporbredde, vil horisontalfeilen være mindreog ca. 1/8 av h (Trollvik et al. 2012).

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

122 KART OG PLAN 2–2013

Level 3I ESAs terminologi er level 3 syntetiske pro-dukter fra flere opptak over samme område.Fra opptak over en tidsperiode kan brukernesette sammen syntetiske datasett der en kunbruker skyfrie piksler. Fra 2016 skal det væreto operative Sentinel-2 satellitter og det vilderfor bli gjort opptak hver 3. dag over Norge.Det vil da være gode muligheter for å få sattsammen skyfrie datasett fra opptak tatt overen periode på to til fire uker (Figur 1).

Nasjonale produkterFaggruppen for satellittdata utreder behovetfor egne nasjonale produktnivåer for å retteopp mangler med produktene som ESA plan-legger å levere. Det er to produkter som eraktuelle for norske brukere (Trollvik et al.2012):

– en nasjonal level 1C (1CN) der bildene harblitt ortorektifisert med bruk av en nasjo-nal terrengmodell. Geometrisk nøyaktig-het forventes å bli klart bedre enn forESAs level 1C, særlig i kuperte områdermed store høydeforskjeller som i fjord- ogfjellandskap. Norske brukere av Landsat-data fram til i dag har i stor grad utført or-

torektifisering basert på en nasjonal ter-rengmodell (Kartverkets DTM). Level1CN må produseres fra ESAs level 1B, ogdet er i den forbindelse aktuelt å etablereet «speilende» norsk arkiv for level 1B for åsikre rask og effektiv datatilgang.

– en nasjonal level 2A (2AN) som tar ut-gangspunkt i 1CN. Dette produktet vilvære et viktig utgangspunkt for endrings-analyser, tidsserieanalyser, avledningav biogeofysiske parametere og synteseav skyfrie datasett over valgte tidsperi-oder.

Overvåking av isbréer og massebevegelser ereksempler på bruk som krever svært godgeometrisk nøyaktighet; et annet eksempeler endringsdeteksjon der piksler fra to ellerflere opptaksdatoer sammenstilles. For tids-serier er det svært viktig at bildene fra ulikedatoer er nøyaktig registrert til hverandre(nøyaktighet på minst 0,3 piksler) slik atpikslene dekker samme område på bakkenog på denne måten unngår falske endrings-deteksjoner. Figur 6 illustrerer dataflyten ien norsk tjeneste for å produsere og tilrette-legge Sentinel-2 data for norske brukere ogsamarbeidsparter i Norge digitalt.

Figur 6. Ulike Sentinel-2-produkter til nasjonalt arkiv(basert på figur 22 i Trollvik et al. 2012).

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 123

Prosessering av Landsat-8 dataUSGS vil ha ansvaret for bakkesegmentet tilLandsat med nedlesing, arkivering og leve-ranse av produkter til brukerne. Alle bildeneprosesseres til level 1T hvor bildene blir orto-rektifisert med bruk av en global terrengmo-dell. Bildene georefereres i UTM-projeksjo-nen og vil bli tilgjengelig på GeoTIFF-forma-tet som 16 bits unsigned integer. Cubic con-volution vil bli brukt i resamplingen fra bil-deplanet til kartprojeksjonsplanet. Nøyak-tighet i geolokaliseringen er oppgitt til 12meter. LWIR-kanalene i det termiske områ-det vil bli registrert til de andre kanalene ogalle kanalene vil leveres med 12 bits radio-metrisk oppløsning.

For ortokorrigering bruker USGS, i likhetmed ESA, en global terrengmodell basert påSRTM, men fordi USGS er en offentlig ame-rikansk institusjon har de antagelig tilgangpå den mer nøyaktige versjonen SRTM30(Arino et al. 2012). USGS har i tillegg jobbetaktivt for å supplere SRTM med nasjonaleterrengmodeller for å få en best mulig ter-rengmodell. Det ble uttrykt et ønske fra del-takerne på Sentinel-2 Preparatory Symposi-um at ESA bruker den samme terrengmodel-len som USGS, eller alternativt at de i likhetmed USGS åpner for å integrere nasjonaleterrengmodeller i deres globale terrengmo-dell (Arino et al. 2012).

I ytterkanten av et Landsat-8 opptak vilen feil, h, i høydemodellen gi en horisontal-feil som er i overkant av 1/8 av høydefeilen:en høydefeil på 50 meter vil føre til ca. 6 me-ter horisontal feil (Figur 5). Dette er laverefeil enn for Sentinel-2, og det skyldes atLandsat har en mindre sporbredde og der-med «ser» mindre skrått i ytterkantene avopptaket.

Metadata vil bli levert sammen med L1T-produktet og vil inkludere metadata for åkonvertere OLI og TIRS data til reflektans-og radiansverdier ved toppen av atmosfæren.Et eget «quality assessment» bånd leveres og-så, og der ligger informasjon om det er vann,snø og is, tynne skyer (cirrus), eller tykke skyeri pikslene. Informasjonen er kodet i tre konfi-densnivåer: 0–33 %, 34–66 % og 67–100 %. Itillegg til L1T vil også produktet L0Rp væretilgjengelig for nedlasting. Det er beregnet forbrukere som har krav som ikke tilfredsstilles

av L1T, som f.eks. krav til geometrisk nøyak-tighet. Brukeren kan produsere egne ortokor-rigerte datasett med utgangspunkt i L0Rp ogeget terrengdatasett. L0Rp leveres i HDF5-format (USGS 2013).

Om lag 400 scener vil bli tatt opp hver dagog lagret i det sentrale arkivet til USGS EROSCenter og vil være tilgjengelig 24 timer etternedlesing og arkivering. En scene vil inneholdeca. 922 MB. Bildedataene organiseres fortsatt iLandsat-programmets etablerte path/row-sys-tem kalt World Reference System-2 (WRS-2)(Dwyer & Loveland, april 2012).

Nasjonale produkterLevel 1T er basert på en global terrengmo-dell som vi antar vil ha noen av de sammemanglende over norske områder som ter-rengmodellen ESA planlegger å bruke. Deter ennå uvisst om en norsk terrengmodell vilbli integrert i den globale terrengmodellen tilUSGS, og hvis dette ikke skjer, så vil detvære et nasjonalt behov for å prosessereLandsat-data med en nasjonal terrengmo-dell. Det vil da i så fall være aktuelt å ta ut-gangspunkt i level L0Rp. For analyser avkombinerte datasett, der data fra både Sen-tinel og Landsat inngår, vil det være en for-del at ortokorrigeringen er basert på densamme terrengmodellen. Følgende produk-ter er aktuelle for norske brukere:

– en nasjonal level 1T (1TN) der ortokorrige-ring er gjort med bruk av en nasjonal ter-rengmodell. Vi forventer at geometrisknøyaktighet blir bedre enn USGS’ level 1T,særlig over terreng med store høydefor-skjeller som i fjord- og fjellandskap.

– en nasjonal level 2TN må vurderes. Pro-duktet tar utgangspunkt i level 1TN og ver-diene er omregnet til reflektans ved bak-ken, dvs. atmosfærisk korreksjon er utført.Data vil da være klare for bruk i endrings-deteksjon, tidsserieanalyser og kombina-sjon med 2AN-data fra Sentinel-2.

Programvare for prosesseringBrockmann Consults GmbH utvikler på opp-drag fra ESA programvare for å bearbeideSentinel-2 data fra level 1B og 1C til level2A. Programmet vil kunne utføre atmosfæ-risk korreksjon og beregning av bakkere-

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

124 KART OG PLAN 2–2013

flektansverdier. Programvaren er basert påBEAM, som benyttes for å prosessere bl.a.data fra MERIS (MEdium Resolution Ima-ging Spectrometer, et instrument på ESAsnå inoperative JO-satellitt kalt Envisat).Programvaren vil bruke ATCOR (lisensbe-lagt program for atmosfærisk og topografiskkorreksjon av satellitt- og flybilder) og pga.begrensede lisensrettigheter vil den kun kor-rigere data fra Sentinel og ikke fra Landsat(Brockmann, pers. comm., 6. mars 2013).

Det franske «Land Thematic Data Centre»utvikler programvaren MACCS (MultisensorAtmospheric Correction and Cloud Screeningprocessor) for automatisk å detektere skyerog skyskygger og deretter utføre atmosfæriskkorreksjon. Prosessen utnytter multitempo-rære datasett for å oppdage skyer og beregneatmosfærens innhold av partikler og vann-damp (optisk tykkelse). Målet er å gjøre detlettere for franske brukerne, innen forskning,forvaltning og privat sektor, å bruke data fraSentinel ved å gjøre de klare for analyser (Ha-golle et al. 2012). Fordelen med MACCS er atden kan brukes både for Sentinel og Landsat.

Nasjonalt bakkesegmentFor å dekke nasjonale brukerbehov for datafra Sentinel-2 er det aktuelt å etablere etnorsk CGS, dvs. et nasjonalt bakkesegmentsom består av tjenester for nedlastning, be-arbeiding, arkivering og distribusjon til nor-ske brukere. For å oppnå rask tilgang til Sen-tinel-data er det trolig nødvendig å etablereet nasjonalt arkiv som speiler data som dek-ker norske områder. Det vil trolig være til-strekkelig å arkivere ESAs level 1B, Basertpå dette produktnivået kan det produseresnasjonale produkter som level 1CN og 2AN(C. Brockmann, pers. comm., 6. mars 2013).Dette bør gjøres fortløpende og så snart nyedatasett lastes ned fra ESAs arkiver. I løpetav den operative fasen til Sentinel-2 vil detantagelig skje en forbedring av algoritmer ogtilhørende datasett (f.eks. digital terrengmo-dell), og det kan utløse behov for å reproses-sere level 1CN og 2AN fra level 1B. Langtids-lagring av level 1B vil derfor være aktuelt(C. Brockmann, pers. comm., 6. mars 2013).

En sentral målsetting med et nasjonalt ar-kiv for satellittdata er å sikre tilgang på ak-

tuelle og historiske satellittbildedata overNorge. Lagring av tilrettelagte data i nasjo-nale arkiver vil gi partene i Norge digitaltenkel tilgang til satellittdata gjennom uliketjenester som allerede er etablert for andretyper bildedata. Skal satellittdata være in-teressant for norske brukere og få utbredtanvendelse bør dataene ha lav kostnad oghelst være gratis. Nasjonale offentlige felles-løsninger bør kun inneholde data derrettighetsproblematikk er avklart, og en vik-tig målsetting er at alle dataene skal værefritt tilgjengelig for partene i Norge digitalt.I tillegg må dataene også være lett tilgjenge-lige. Med det menes at det må være lite be-hov for prosessering før dataene tas i bruk iforbindelse med analyser og presentasjoner.

Organisering av dataESA har valgt å organisere dataene fraSentinel-2 i fliser. Level 1B vil lagres som25×23 km2 store fliser (hver detektormatrisedekker 25 km i bredden), mens level 1C villagres som 100×100 km2 store fliser definerti et UTM-basert referansesystem. En 100 kmx 100 km flis med level 1C-data vil utgjøreca. 500 MB, og for å dekke Norges landareal(inkl. Svalbard) vil det trenges ca. 40 fliser,noe som vil utgjøre 20 GB. I Figur 7 og 8 vi-ses konseptet med datafliser i ESAs arkiv oghvordan de blir satt sammen til et datasettsom dekker området brukeren spør etter. Ettilsvarende system er foreslått for et norskarkiv med level 1CN og 2AN data (Trollviket al. 2012). Data fra Landsat-8 vil bli lagretsom hele scener (185 km x 180 km) av USGSog scenene organiseres etter samme referan-sesystem (WRS-2) som scenene fra Landsat-5og 7. Det er ennå usikkert etter hvilket sys-tem Landsat-data bør lagres i et norsk ar-kiv: en mulighet er å integrere tett med ar-kivet for Sentinel-2 data og lagre i fliser på100×100 km eller bruke samme system somUSGS og lagre hele scener i WRS-2 syste-met. Det er ennå et åpent spørsmål i hvilkengrad det er praktisk mulig å integrere datafra de to satellittene for analyser. Det kanf.eks. være aktuelt å lage tidsserier hvordata fra begge satellittene inngår, men enforutsetning er at instrumentene er krys-skalibrert slik at dataene blir sammenlign-bare.

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 125

Forventet datavolumI våre områder mellom 58 og 70° nord vil toSentinel-2 satellitter dekke områdene hvertredje dag, noe som gir 10 opptak hver må-ned og 120 hvert år. I vekstsesongen fra apriltil september vil det bli 60 opptak. Hvis viskal prosessere og arkivere alle opptakenevil datamengden bli i størrelsesorden20 GB x 60 eller 1200 GB (1,2 TB) årlig for ådekke vekstsesongen med level 1CN og2,4 TB for hele året. En scene med L1T data

vil inneholde ca. 1 GB, dette er betydelig merenn for Landsat-5 og 7, og det skyldes flerekanaler, 12 bits data vs. 8 bits data, og en ek-stra kvalitetssikringskanal (quality assu-rance band). For å dekke Norges areal vil dettrengs ca. 20 scener og datamengden vil bli istørrelsesorden 20 GB. I vekstsesongen fraapril til september vil det bli 12 opptak og forhele året 24 opptak, noe som vil resultere i endatamengde på hhv. 240 og 480 GB.

Figur 7. For level 1C brukes et globalt referansesystem basert på UTM-systemet, dvs. sonebel-ter på 6° x 8° der hvert sonebelte er delt inn i 100 km-ruter (Gascon 2012).

Figur 8. Brukeren bestemmer område, bånd, metadata og formatering ved nedlasting av datafra arkivet. 100 km-ruter settes sammen for å dekke området brukeren har definert (Colin2012).

Arnt Kristian Gjertsen og Jon Arne Trollvik

126 KART OG PLAN 2–2013

BrukerbehovFram til i dag har bruken av Landsat og SPOT-data stort sett vært bildeorientert og brukernehar søkt etter opptak med minst mulig skyer.En årsak til det har vært relativt høy kostnadpå datasettene, som har ført til at brukerneikke har hatt finansiering til å kjøpe inn alleopptak over området de skal kartlegge. Med friog åpen datapolitikk for Landsat og Sentinel erdet forventet at bruken vil endre seg. Med bil-deorientert bruk er skydekning et problem si-den det kan gå flere år mellom nær skyfrie opp-tak. På Sentinel-2 Preparatory Symposium bledet understreket i flere presentasjoner at vi någår fra en bildeorientert til en pikselorientertbruk. Årsaken til det er gratis tilgang på man-ge opptak gjennom året, noe som gir mulighettil å følge utviklingen av området på bakkensom en piksel dekker (Figur 9). Også opptakmed en stor andel skyer er verdifulle i en pik-selorientert bruk, fordi hvilke områder som erskydekt vil variere fra opptak til opptak. Auto-matisk deteksjon av skyer og skyskygger og at-mosfærisk korreksjon vil bli svært viktig for ef-fektiv bruk av tidsserier, slik at endringer somberegnes ut fra pikseldataene reflekterer reel-le endringer på bakken.

For at norske brukere og partene i Norgedigitalt skal kunne utnytte det fulle potensi-alet til Sentinel-2 og Landsat foreslås følgen-de tiltak (basert på Trollvik et al. 2012 ogmøte med Brockmann, 6. mars 2013):

– det opprettes et nasjonalt bakkesegmentmed en arkivtjeneste for Sentinel-2, somutnytter samarbeidsmekanismen som ESAlegger opp til gjennom initiativet Collabo-

rative Ground Segment, der driften er fi-nansiert av Norge digitalt-partene.

– arkivet laster ned alle opptak fra Sentinel-2over Norge og lagrer ESAs level 1B som ut-gangspunkt for all videre prosessering. Ar-kivet kan da raskt utføre nødvendige proses-seringer på data over Norge og utføre even-tuelt reprosesseringer når det er nødvendig.

– arkivet prosesserer ESAs level 1B til etnorsk level 1CN der en bruker en norsk ter-rengmodell for å ortokorrigere satellittbilde-ne for å oppnå best mulig geometrisk nøyak-tighet i datasettene. Dette er nødvendig bl.a.for å tilrettelegge for endringsdeteksjon ogtidsserieanalyser. Tilsvarende prosesseringforeslås for Landsat-8 data, der det tas ut-gangspunkt i USGS’ level 0Rp.

– arkivet benytter programvare for å proses-sere videre til level 2 med egnet program-vareverktøy, utviklet på oppdrag fra ESAeller andre verktøy som MACCS, for å til-rettelegge dataene for bruk i endringsde-teksjon, tidsserieanalyser og beregning avbiogeofysiske variabler.

– arkivet setter sammen tidskompositter avdatasett tatt over en definert periode pånoen få uker for å framstille skyfrie data-sett som er egnet i bildeorientert analyseog for visuelle formål.

Arkivet vil fungere som et kompetansesenterfor preprosessering av data fra Sentinel-2 ogLandsat og tilrettelegge for norske brukere,og gjennom denne funksjonen vil det leggestil rette for optimal brukernytte og redusertekostnader for norske brukere og partene iNorge digitalt.

Figur 9. Illustrasjon av en tidsserie for en piksel i en 100 km-rute. For hver piksel kan utvik-lingen følges og eventuelle unormale endringer oppdages (Trollvik et al. 2012).

Europa og USA kommer med nye jordobservasjonssatellitter

KART OG PLAN 2–2013 127

KonklusjonI løpet av de nærmeste årene vil vi få gratistilgang på data fra flere nye offentlig finansi-erte jordressurssatellitter. Satellittene vilgjøre opptak flere ganger i uka over landom-rådene i Norge og gi mye større mulighet tilnær skyfrie opptak enn noen gang før. Demultispektrale instrumentene om bord harblitt videreutviklet og forbedret etter erfa-ringer gjort med tidligere generasjoner avtilsvarende instrumenter på SPOT og Land-sat. Signal-støyforholdet er forbedret og da-taene tas opp med 12 bits radiometrisk opp-løsning, noe som øker følsomheten oversvært mørke og lyse områder. I tillegg vil nyekanaler for å detektere skyer og måle atmos-færens gass- og aerosolinnhold forbedre mu-ligheten for atmosfærisk korreksjon og der-med beregning av reflektansen ved bakken.Det gjør det mulig å lage tidsserier for hverpiksel slik at utviklingen på bakken over tidkan analyseres. Med atmosfærisk korreksjonog flere opptak hver uke vil bruken av satel-littdata endre seg fra hovedvekt på bildeo-rientert analyse til pikselorientert analyse,der fokus vil være på endringer i arealtil-standen. Satellittdataene kan dermed mereffektivt enn noen gang før brukes for å over-våke og tidlig varsle endringer som skyldessykdom, stress, skader og inngrep. For å fåoptimal nytte av dataene fra de nye satellit-tene til lavest mulig kostnad, foreslås det åopprette et norsk bakkesegment som lasterned opptak over Norge, prosesserer dataeneslik at de er klare for analyser, arkiverer da-taene og gjør de lett tilgjengelig for norskebrukere og partene i Norge digitalt.

ReferanserArino, O., Paganini, M., Koetz, B., Seifert, F.M. og

Pinnock , S. 2012. Sentinel-2 Preparatory Sympo-sium: session summaries, 14. mai 2012, nr. 1, 32 s.

Colin O. 2011. Sentinel-2 PDGS Project. Presenta-sjon ved ESRIN, 10. november 2011.

Colin O. 2012. Sentinel-2 Payload Data Ground Seg-ment, presentasjon på Sentinel-2 PreparatorySymposium, ESA-ESRIN, Frascati, Italia, fra 23.til 27. april 2012 (http://www.s2symposium.org/).

Drusch M., Del Bello U., Carlier S., Colin O., Fer-nandez V., Gascon F., Hoersch B., Isola C.,

Labertini P., Martimort P., Meygret A., Spoto F.,Sy, O., Marchese F. og Bargellini P. 2012. Senti-nel-2: ESA's Optical High-Resolution Missionfor GMES Operational Services, Remote Sen-sing of Environment, vol. 120, s. 25–36.

Dwyer J. og Loveland T. 2012. The Landsat Pro-gram: Current Status and Future Plans, pre-sentasjon på Sentinel-2 Preparatory Symposi-um, ESA-ESRIN, Frascati, Italia, fra 23. til 27.april 2012 (http://www.s2symposium.org/).

ESA 2012. Lest på Internett 15. mars 2013,http://ec.europa.eu/enterprise/news-room/cf/_getdocument.cfm?doc_id=7149.

Gascon F. 2012. Sentinel-2 Products, presentasjonpå Sentinel-2 Preparatory Symposium, ESA-ESRIN, Frascati, Italia, fra 23. til 27. april 2012(http://www.s2symposium.org/).

Hagolle O., Huc M., Dedieu, G. og Petrucci B. 2012.MACCS : A Multisensor Atmospheric Correcti-on and Cloud Screening processor, presentasjonpå Sentinel-2 Preparatory Symposium, ESA-ESRIN, Frascati, Italia, fra 23. til 27. april 2012(http://www.s2symposium.org/).

Irons J.R. og Dwyer J.L. 2010. An overview of theLandsat Data Continuity Mission. Proceedingsof SPIE, vol. 7695, s. 1–7.

Pedersen, J.P. 2013. Vurdering av behov for etnasjonalt Sentinel bakkesegment I tillegg tilESAs kjernesegment, Kongsberg Satellite Ser-vices, dokument 03/13, 25 s.

Serbin G., Hunt Jr., R., Daughtry. S.T., og Ander-son, M.C. 2011. Advanced Multispectral SensorRequirements for Remote Sensing of Agricul-ture and Land Cover, USGS, Greenbelt, MD,USA, presentasjon lasted ned 5. mars 2013<http://cal-val.cr.usgs.gov/JACIE_files/JACIE11/Presenta-tions/ThurPM/130_Serbin_JACIE_11.120.pdf.

Spoto F., Martimort P., Sy, O. og Labertini P. 2012,Optical High Resolution Mission for GMESOperational services presentasjon på Senti-nel-2 Preparatory Symposium, ESA-ESRIN,Frascati, Italia, fra 23. til 27. april 2012(http://www.s2symposium.org/).

Trollvik, J.A., Gjertsen A.K., Sørensen K. og Lar-sen R. 2012. Forberede mottak og anvendelse avoptiske satellittdata for Norge digitalt, rapportANB11-05, Statens kartverk, juni 2012, 63 s.

USGS 2013. Lest på Internett 14. mars 2013,http://landsat.usgs.gov/LDCM_DataProduct.php.