Zaskakującym jest, jak wiele można zaobserwować i zrozumieć dzięki satelitarnej obserwacji Ziemi. 65 lat po wystrzeleniu Sputnika, pierwszego sztucznego satelity na orbitę Ziemi, technologia satelitarna dostarcza niezmierzonych ilości danych, które są wykorzystywane przez analityków i naukowców na całym świecie do tworzenia rozwiązań wspierających rozwój w wielu dziedzinach. Satelitarną obserwację Ziemi można wykorzystać m.in. do badania środowiska i zmian klimatycznych, wykrywania ruchu statków na morzach, planowania miast, zorientowania się w zasięgu klęsk żywiołowych, tj. pożar, powódź, tajfun, czy nawet do oszacowania szkód wojennych i kosztów odbudowy.
Obecnie na orbicie naszej planety znajduje się ponad 4,5 tysiąca sztucznych satelitów. Wśród nich są satelity europejskiego programu Copernicus, największego na świecie dostawcy danych satelitarnych. Każdego dnia Copernicus dostarcza ponad 12 terabajtów danych, a co ważniejsze, dane te są swobodnie dostępne dla każdego. Wystarczy połączenie z internetem, aby przejrzeć cały zasób zdjęć satelitarnych, które są gromadzone od 2014 roku, kiedy to na orbitę trafił Sentinel-1A, pierwszy satelita programu.
Przechowywanie i przetwarzanie tak ogromnych ilości danych wymaga potężnych zasobów obliczeniowych i magazynowych, więc potrzebujemy platform EO, takich jak CREODIAS, które umożliwiają użytkownikom przekształcenie danych EO w wartościowe informacje. Obecnie platforma zawiera repozytorium ponad 34PB danych oraz zintegrowane środowisko chmury obliczeniowej, które umożliwia wydajne przetwarzanie danych EO.
Dziś pół miliona użytkowników programu Copernicus codziennie przetwarza ponad 16 TB danych. Dla zobrazowania skali - 1 TB danych to mniej więcej odpowiednik 250 tys. zdjęć wykonanych 12-megapikselowym aparatem lub 500 godzin nagrania w jakości HD. Mówimy więc o milionach obrazów i ogromnych ilościach innych danych (np. z czujników satelitarnych) generowanych w ramach programu europejskiego każdego dnia. Łatwy dostęp do danych satelitarnych napędza innowacje w wielu gałęziach przemysłu i nauki. Szacuje się, że światowe obroty na rynku danych z obserwacji Ziemi wynoszą obecnie 2,8 mld euro, a ponad 41% przemysłu europejskiego utrzymuje się dzięki danym uzyskanym z programów obserwacji Ziemi.
W ostatnim czasie pojawiło się wiele nowych inicjatyw mających na celu ułatwienie dostępu i przetwarzania danych satelitarnych naukowcom, badaczom, administracji publicznej, sektorowi prywatnemu oraz ogółowi społeczeństwa. Jedną z nich jest Copernicus Data Space Ecosystem, którego celem jest zapewnienie pełnego pokrycia przestrzennego i czasowego danych EO Kopernika, dostępnego natychmiast i bezpłatnie dla wszystkich użytkowników, wraz z zasobami chmury obliczeniowej do dalszego przetwarzania danych. Kolejnym jest Destination Earth - flagowa inicjatywa Komisji Europejskiej mająca na celu opracowanie zaawansowanego cyfrowego modelu Ziemi, zasilanego przez europejskie superkomputery (HPC) i najnowocześniejszą technologię AI.
Łatwy dostęp do aktualnych i historycznych danych z obserwacji Ziemi pozwala na efektywniejsze planowanie i podejmowanie decyzji w wielu dziedzinach. Do czego więc można zastosować ogromne zasoby danych obserwacji Ziemi?
Badania środowiska i zmian klimatycznych
Mogą to być chociażby zmiany klimatu i badania z zakresu meteorologii. Dane EO są wykorzystywane właśnie do przygotowania modeli meteorologicznych do prognozowania pogody, ale także do lepszego przygotowania się do klęsk żywiołowych lub zapobiegania im czy ogólnie do monitorowania i przeciwdziałania zmianom klimatu.
Wiedza o aktualnym pokryciu i użytkowaniu terenu ma kluczowe znaczenie dla planowania i zarządzania przez władze lokalne i regionalne. Parki narodowe, tereny podmokłe, jeziora, koryta rzek i wybrzeża morskie znajdują się w gestii instytucji administracji publicznej. Otwarte dane satelitarne, uchwycone przez Sentinel-1 i Sentinel-2, dają ogromne możliwości zarządzania tymi obszarami przy minimalnym wysiłku. Nawet 10-metrowe dane o rozdzielczości wielospektralnej wystarczą do wielu zastosowań ważnych z punktu widzenia środowiska naturalnego - monitorowania suszy, powodzi, monitorowania stanu biologicznego zbiorników słodkiej wody, monitorowania pokrywy leśnej/zmiany/zdrowia, monitorowania i ochrony różnorodności biologicznej, monitorowania jakości powietrza, monitorowania temperatury terenu itp.
Misje satelitów Sentinel, realizowane w ramach europejskiego programu Copernicus, generujące dane, które możemy przetwarzać na platformach takich jak wspomniany CREODIAS, od 2014 roku rewolucjonizują badania Ziemi. Wszechobecność darmowych, łatwo dostępnych danych satelitarnych widoczna jest również w specyficznych narzędziach, które można wykorzystać do ich przetwarzania i analizy, przekształcając te dane w użyteczne informacje.
Przykładem są te, które pozwalają na analizę zmian klimatycznych, takie jak:
- "Global temperature trend monitor" - aplikacja monitorująca zmiany globalnej temperatury powietrza na powierzchni ziemi w ostatnich dekadach,
- "Climate monitoring and volcanic eruptions", która bada erupcje wulkanów, które mogą powodować krótkotrwałe skutki dla klimatu Ziemi, przyczyniając się do jego naturalnej zmienności w skali globalnej i regionalnej,
- "European temperature statistics derived from climate projections", która dostarcza europejskich statystyk temperatury zarówno dla okresu historycznego, 1976-2005, jak i prognozowanych 30-letnich okresów 2031-2060 i 2071-2100, przy różnych scenariuszach zmian klimatu.
Tego typu zastosowań jest znacznie więcej, co pozwala użytkownikom programów danych satelitarnych na zastosowanie tych, które najlepiej odpowiadają ich pytaniom badawczym.
Leśnictwo
Większość lasów jest wykorzystywana przez przedsiębiorstwa państwowe do produkcji drewna, które zasila budżet państwa. Gospodarka leśna wymaga kompleksowej wiedzy o glebach, stosunkach wodnych, klimacie i specyfikacji mikroklimatu ogromnych obszarów, które są czasem trudno dostępne z lądu. Dane satelitarne mogą pomóc w oszacowaniu zmian zachodzących w lasach i ich wpływu na klimat. Aktualne dane z kosmosu są doskonałym narzędziem do lokalizacji pożarów, chorób roślin czy wpływu suszy na kondycję drzew.
Rolnictwo
Wiele procesów rolniczych jest wspieranych przez Obserwacje Ziemi (EO). Począwszy od poziomu lokalnego, dane EO pomagają w znalezieniu najbardziej odpowiedniego miejsca pod uprawy, prognozowaniu upraw czy prowadzeniu ewidencji działek rolnych. Bardziej zaawansowane techniki teledetekcji SAR lub hiperspektralnej są wdrażane w rolnictwie precyzyjnym. Na poziomie regionalnym lub krajowym dane EO umożliwiają klasyfikację pokrycia terenu, a także pomagają wdrażać programy wspierające rozwój rolnictwa i dopłaty bezpośrednie dla rolników.
Planowanie przestrzenne
Dane satelitarne odgrywają ważną rolę w planowaniu przestrzennym zarówno krajobrazów miejskich, jak i wiejskich. Korzystając z danych EO można dokonać przeglądu interesującego nas obszaru i przeprowadzić złożone analizy. Obrazowanie jest obecnie jednym z głównych źródeł informacji wykorzystywanych do przygotowywania aktualnych planów zagospodarowania przestrzennego, uwzględniania zmian w użytkowaniu i pokryciu terenu, wyznaczania nowych terenów inwestycyjnych, wykrywania terenów podmokłych. Przykładem są dane Sentinel-2, które zapewniają szybki i zrozumiały wgląd w aktualne i historyczne zjawiska. Dla inwestorów, którzy chcą rozwijać swoją działalność w odległych regionach, kluczowym czynnikiem wsparcia jest informacja o stanie potencjalnych terenów inwestycyjnych.
Miejskie wyspy ciepła
Dane z obserwacji Ziemi są również pomocne w zarządzaniu miastem, w tym w monitorowaniu i zwalczaniu miejskich wysp ciepła, czyli występowania znacznie wyższych temperatur powietrza w obrębie miasta niż na przyległych obszarach wiejskich. Tylko przy użyciu danych satelitarnych można mierzyć temperatury powierzchni w dowolnym miejscu miasta (w przeciwieństwie do punktowych pomiarów temperatury powietrza wykonywanych na stacjach pomiarowych). Ułatwia to opracowanie wzorców przestrzennych niezbędnych do lepszego zrozumienia zjawiska, a w konsekwencji wspiera samorządy w podejmowaniu niezbędnych kroków w celu poprawy jakości życia mieszkańców.
Transport morski i logistyka
Zdjęcia satelitarne są wykorzystywane do kontroli i wykrywania ruchu statków na morzach i oceanach. Jest ono również przydatne w zarządzaniu gospodarką morską i zapewnianiu bezpiecznego transportu cennych towarów, takich jak skroplone gazy chemiczne i ropa naftowa. W razie wypadku obrazy EO zapewniają szybką pomoc w tworzeniu mapy skutków. Dane EO w połączeniu z informacjami AIS stanowią potężne narzędzie do monitorowania obiektów i zjawisk morskich. Korzystając z danych satelitarnych, można monitorować brzegi mórz, a nawet zmieniającą się głębokość wody.
Zarządzanie kryzysowe
Klęski żywiołowe, takie jak powodzie, pożary czy burze, mają zazwyczaj szeroki zasięg przestrzenny. Otwarte dane satelitarne stanowią podstawę do wykrywania i monitorowania tych zjawisk. Ponadto, specjalistyczne metody oparte na danych satelitarnych, zarówno środowiskowych jak i atmosferycznych, są wykorzystywane do wykrywania sprzyjających warunków i wczesnego stadium potencjalnych zagrożeń naturalnych, takich jak susza czy zakwit glonów na jeziorach lub morzach. Przetwarzanie obrazów SAR jest zalecane do monitorowania ruchu ziemi – na przykład interferometria radarowa może wykryć ryzyko i wpływ osuwisk, co jest szczególnie ważne dla górnictwa i turystyki górskiej. Dane o bardzo wysokiej rozdzielczości są kluczowe dla oceny katastrof budowlanych, zarządzania imprezami masowymi oraz zapewnienia bezpieczeństwa obiektów rządowych i wojskowych.
Ocena wojennych szkód środowiskowych
Dane satelitarne są niezastąpione podczas wojen i konfliktów zbrojnych. Nie chodzi jednak tylko o aspekty militarne, ale także o przetwarzanie danych w celu oszacowania skali zniszczeń lub przewidzenia, jakie środki należy podjąć w powojennej odbudowie. Ciekawym przykładem jest inicjatywa EO4UA - Earth Observation for Ukraine, której celem jest wsparcie ukraińskich instytucji i organizacji międzynarodowych w ocenie zniszczeń środowiska spowodowanych działaniami wojennymi na terytorium Ukrainy. Działania EO4UA prowadzone są w środowisku chmury obliczeniowej zintegrowanej z dużym repozytorium danych z obserwacji Ziemi. Znajdują się w nim różne zbiory danych, takie jak zdjęcia satelitarne, klasyfikacje upraw i ich granice czy zasięgi pożarów lasów, które są niezbędne do kompleksowej analizy środowiska.
Wymienione powyżej obszary bardzo dobrze ilustrują wszechstronność zastosowania danych EO. Obserwując szybki rozwój technologiczny w zakresie technologii kosmicznych, możemy stwierdzić, że już wkrótce będziemy mogli uzyskać niedostępne dla nas dzisiaj wglądy w ekosystemy Ziemi. Wierzymy, że już wkrótce będziemy dysponować głębszą wiedzą o naszej planecie dzięki szybko rozwijającym się technologiom danych satelitarnych, co wyposaży nas w lepsze narzędzia do walki z wyzwaniami środowiskowymi na naszej planecie.
Źródło: PlanetPartners,
Oprac. Paweł Z. Grochowalski
