Umweltveränderungen in der Schweiz vom All aus erfassen

Die innovative Technologie Swiss Data Cube (SDC) sammelt alle verfügbaren Daten aus dem amerikanischen Landsat-Programm und der europäischen Satellitenreihe Sentinel 1 und 2. Die Universitäten Zürich und Genf, die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL sowie die UNEP/GRID-Genf wollen nun mit einer neuen Kooperationsvereinbarung die Erdbeobachtungsdaten nutzen und so das nationale Umweltmonitoring stärken.

Wolkenfreies Mosaik der Schweiz 2018, aufgenommen vom Satelliten Sentinal-2. (Bild UNIGE)
Wolkenfreies Mosaik der Schweiz im Jahr 2018, aufgenommen vom Satelliten Sentinal-2. (Bild UNIGE)

Bevölkerungswachstum, Urbanisierung und der Ausbau der Infrastruktur belasten natürliche Ressourcen und Biodiversität und die Auswirkungen des Klimawandels verstärken diesen Effekt zusätzlich. Die Schweiz muss ihre kleinen und dicht besiedelten Landflächen bestmöglich nutzen und braucht daher ein Monitoring, das Veränderungen in der Umwelt kontinuierlich messen kann.

«Swiss Data Cube ermöglicht es, nahezu in Echtzeit Veränderungen bei Klima, Vegetation, Wasserqualität, Urbanisierung, Anbauflächen und natürlichen Lebensräumen nachzuverfolgen. SDC schafft so die Möglichkeit, Antworten auf Probleme nationaler Bedeutung zu finden», sagt Gregory Giuliani, Leiter der Digital Earth Unit des Instituts für Umweltwissenschaften der Universität Genf und Projektleiter Swiss Data Cube. Das System liefert Informationen für politische Empfehlungen, die Raumplanung und Umweltgutachten.

Daten auch für Nicht-Experten lesbar

Seit dem Start des Landsat-Programms im Jahr 1972 haben Erdbeobachtungs-satelliten bewiesen, dass sie Veränderungen in der Umwelt bestens dokumentieren. Lange war der Zugriff auf diese Informationen durch die hohen Kosten für Daten, fehlende Rechen- und Speicherleistungen sowie die Komplexität der Datenverarbeitung eingeschränkt. Heute jedoch sind die Daten zahlreicher Satelliten frei zugänglich und die Verarbeitung grosser Datenmengen hat sich vereinfacht. «Die Swiss Data Cube-Technologie beseitigt die letzte Barriere der komplexen Datenverarbeitung. Sie automatisiert die Bildverarbeitung grosser Mengen von Satellitenbildern und bringt die Daten auf ein Niveau, auf dem sie auch für Laien analysierbar sind», erklärt Michael E. Schaepman, Professor am Geographischen Institut der Universität Zürich.

Die Schweiz ist eines der wenigen Länder, das über ein nationales Data Cube für Satelliten-Daten verfügt. «SDC wurde ursprünglich von der UNEP/GRID-Genf für das Bundesamt für Umwelt entwickelt und von der Cloud-Computer-Infrastruktur der Universität Genf unterstützt», erklärt Pascal Peduzzi, Professor für Umwelt- und Wasserwissenschaften an der Universität Genf und Direktor des UNEP/GRID-Genf, einer Partnerschaft zwischen der Universität Genf, den Vereinten Nationen und dem Bundesamt für Umwelt. Nun kann das SDC auf zwei zusätzliche Partner zählen: Die Universität Zürich mit ihren Remote Sensing Laboratories und die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, die beide ihre Mitarbeitenden und ihr wissenschaftliches Know-how einbringen. In ihrer Zusammenarbeit werden die vier Institutionen ihre gegenseitige Expertise in der Erdbeobachtung nutzen, um den Swiss Data Cube auf eine operative Ebene zu führen.

10'000 Bilder und ein tägliches Update

SDC verbessert erheblich die Art, wie Benutzer mit den Daten interagieren können. Die komplexe Kalibrierung wird computergestützt automatisiert, wodurch der Umgang mit Satellitenbildern schneller wird und weniger Fachexpertise erfordert. Basierend auf einer Cloud-Computing-Plattform bietet die innovative SDC-Technologie Zugriff auf die Datenvisualisierungen der Bilder des Satellitenprogramms Landsat, Sentinel 1 und Sentinel 2 von 1984 bis heute.

Die Bilder der Satellitensensoren decken die ganze Schweiz mit 10 bis 30 Metern räumlicher Auflösung zweimal pro Woche ab. «Die SDC umfasst derzeit mehr als 10'000 Bilder und wird täglich aktualisiert. Dies könnte Bund, Kantonen und Gemeinden helfen, die Umwelt zu beobachten und entsprechende Schlussfolgerungen zu ziehen», sagt Charlotte Steinmeier, Geografin an der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL. Auch wissenschaftliche Einrichtungen können für Forschung und Innovation von der Data Cube profitieren.

Zusammenarbeit mit sofortigen Ergebnissen

Mit dieser neuen Vereinbarung stärkt die Schweiz ihre Position als eines der führenden Länder für Data Cube. Es wird erwartet, dass diese Technologie Kooperationen, Ideen und Projekte fördern und Fachwissen auf nationaler und internationaler Ebene stärken wird. Die jetzige Zusammenarbeit zeigt bereits erste Ergebnisse: Die Universität Zürich steuert die gesamten Sentinel-1-Radardaten für die Schweiz bei und das WSL liefert neu entwickelte Algorithmen, zum Beispiel zur Dürreüberwachung.

Swiss Data Cube leistet einen Beitrag zur nationalen Strategie «Digitale Schweiz» und fördert Innovation und Forschung, misst die Fortschritte von Regierungs-entscheidungen, verbessert die Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen, unterstützt Entscheidungsprozesse, vereinfacht den Datenzugang und kann für neue Produkte und Dienstleistungen genutzt werden.