Onze aarde in miljoenen mega pixels in beeld gebracht

Gepubliceerd: 11 januari 2018

Het monitoren van veranderingen in oppervlaktewater over de hele wereld is essentieel om te begrijpen hoe onze aarde verandert. Dit kan zijn door toedoen van de mens of vanwege klimaatverandering. Gennadii Donchyts (expert remote sensing Deltares) heeft bestaande manieren van oppervlaktewaterdetectie onderzocht en hier nieuwe algoritmen aan toegevoegd. Dit deed hij in zijn proefschrift “Planetary-scale surface water detection from space”, dat hij vandaag aan de TU Delft verdedigde.

Waterbronnen onder druk

Het monitoren van oppervlaktewater wordt steeds belangrijker omdat waterbronnen onder druk staan van economische sectoren zoals industrie, landbouw, energie en toerisme. Bovendien, neemt de beschikbaarheid van het water af, waardoor meer regio’s in wateronzekerheid raken. Toename van satellietdata maakt het monitoren van oppervlaktewater, op hogere resolutie, mogelijk. Er zijn echter meer efficiënte en nauwkeurige methoden voor monitoring van oppervlaktewater op wereldschaal nodig. Gennadii bestudeert in zijn proefschrift geautomatiseerde methoden om oppervlaktewater te detecteren met satellietbeelden. Bestaande methoden worden onderzocht en een aantal nieuwe algoritmen worden geïntroduceerd. De methoden maken het mogelijk om zeer nauwkeurige schattingen te maken van oppervlaktewater en veranderingen in oppervlaktewater. Deze verzameling van methoden is  toepasbaar van lokale tot globale schaal.

Deltares Aqua Monitor

Om de veranderingen van oppervlaktewater over de afgelopen 30 jaar wereldwijd in kaart te brengen ontwikkelde Genna de Deltares Aqua Monitor. Dit deed hij op basis van een multi-petabyte groot archief van miljoenen van Landsat satellietbeelden die door de NASA en USGS in de afgelopen decennia [W1] zijn verzameld. Het combineren van gegevens van alle vrij beschikbare satellietsensoren[W2]  vereiste harmonisatie van een groot aantal satellietbeelden, maar ook veel rekenkracht. Genna gebruikte het Google Earth Engine platform om de meeste berekeningen uit te voeren.

Waterreservoirs

Een ander element waar Genna in zijn proefschrift op in gaat, is informatie over het aantal, de grootte en veranderingen in waterreservoirs in de wereld. Waterreservoirs, die bijvoorbeeld dienen voor elektriciteit of waterveiligheid, spelen een grote rol in rivierwatermanagement. Er zijn meer dan een miljoen waterreservoirs in de wereld en het aantal groeit nog steeds.  Informatie over wateropslag en veranderingen in deze reservoirs ontbreekt soms of wordt niet gedeeld vanwege politieke of economische redenen. Observaties vanuit de ruimte zijn dan ook essentieel om veranderingen te kunnen waarnemen. In zijn proefschrift toont Genna aan waterreservoirs met satellietbeelden goed kunnen worden weergegeven, ondanks wolken of ijs. Hij ontwikkelde hiervoor een nieuwe methode, gebruik makend van satellietbeelden uit het verleden om te leren vanuit het verleden en zo de ontbrekende pixels in te vullen. Dankzij dit nieuwe  algoritme krijgen we beter in beeld hoe de waterreservoirs beheerd zijn en kunnen stakeholders de reservoirs beter benutten.  Gennadii Donchyts: “De mogelijkheid om met zulke grote satellietdata om te gaan in de cloud en bovendien in te kunnen zoomen op detailniveau geeft een nieuwe impuls aan de aardwetenschappen, iets wat we 10 jaar geleden niet voor mogelijk hielden”.

Gennadii Donchyts verdedigde vanmorgen met veel succes zijn proefschrift aan de TU Delft.

Nieuwe gebruikers

De beschikbaarheid van analyses die zijn gemaakt op basis van satellietdata zorgt voor enkele nieuwe gebruikers, waar Genna in zijn proefschrift ook op ingaat. Op zeer lokale schaal kunnen burgers nu zonder hulp van deskundigen afwegingen maken als hun huizen worden bedreigd door kustererosie. Op regionale schaal kan een benedenstroomse oeverstaat op basis van jaarlijkse meetgegevens zien of buren bovenstrooms nieuwe wateronttrekkingen veroorzaken. Tenslotte kunnen op wereldschaal internationale instanties zoals de United Nations International Strategy for Disaster Reduction controleren of er nieuwe opslagcapaciteit wordt gecreëerd die zou kunnen leiden tot vermindering van het overstromingsrisico.