Picture: ESA/Eumetsat

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Picture:
ESA/Eumetsat
Jena-Optronik
GmbH.
1
Picture:
ESA
– Supermoon rise from space
Jena-Optronik
GmbH.
2
Picture:
ESA
- Bahamas, Florida and Cuba seen from space
Jena-Optronik
GmbH.
3
Picture: ESA - Niau atoll, the ‘blue lagoon’
Jena-Optronik GmbH.
4
Picture:
JAXA/ESA
- Tanzanian lake
Jena-Optronik
GmbH.
5
Picture:
JAXA/ESA
- Somali
Jena-Optronik
GmbH.
6
Picture:
ESA
- Persuan Gulf
Jena-Optronik
GmbH.
7
Picture:
ESA/NASA
- Delta
Jena-Optronik
GmbH.
8
Picture:
Picture:
ESA/NASA
NASA
- Grímsvötn volcano ash plume
Jena-Optronik
GmbH.
9
Picture:
Picture:
RapdEye
NASA
Jena-Optronik
GmbH. - EL HIERRO SUBMARINE VOLCANIC ERUPTION
10
Picture:
NASA
-Typhoon-hit Amami island in Japan
Jena-Optronik
GmbH.
11
Picture:
RapidEye
Jena-Optronik
GmbH. – Japan after Earthquake
12
Picture:
Wikipedia
Jena-Optronik
GmbH.
13
Picture:
Wikipedia
Jena-Optronik
GmbH.
14
Picture:
Wikipedia
Jena-Optronik
GmbH.
15
Picture:
Welt
Jena-Optronik
GmbH.
16
Picture:
Welt
Jena-Optronik
GmbH.
17
Picture:
Kopp-Verlag
Jena-Optronik
GmbH.
18
Picture:
ESA/Eumetsat
Jena-Optronik
GmbH.
19
Wie kann Raumfahrt helfen?
Jena-Optronik GmbH.
20
Optische Messtechnik in der Raumfahrt: Beiträge aus Jena.
Dr. Rolf Hartmann, Jena-Optronik GmbH.
Jenaer Technologietag (JeTT), 11. November 2013
Jena-Optronik GmbH.
21
Umweltmonitoring Wer beobachtet?
Picture:
RapidEye
Jena-Optronik
GmbH. AG - Dead Sea, Israel (CIR) November 5, 2009
22
Optische Messtechnik in der Raumfahrt
Anwendung: Umweltmonitoring
Erdbeobachtung
Die Erdbeobachtung stellt, neben Kommunikation
und Navigation, den dritten wesentlichen Pfeiler der
satellitenbasierten Dienste dar.
Erdbeobachtung
Ihre Schwerpunkte sind abbildende Systeme aus der
passiven Fernerkundung im visuellen und
Infrarotspektrum, sowie die aktive wetterunabhängige
Radarfernerkundung.
Die Hauptanwendungsfelder:
•
Erfassung der festen Landoberfläche,
•
dem Überwachen der Ozeane sowie
•
der Ermittlung des Wettergeschehens und
•
der Zusammensetzung der Atmosphäre.
Kommunikation
Ziel ist es, die Erde, ihre Elemente (Atmosphäre,
Hydrospähre, Geosphäre, Biosphäre, Kryosphäre) und
deren Zusammenwirken besser zu verstehen und das
Verständnis in zuverlässige Messwerte/Informationen
umzusetzen.
Navigation
Jena-Optronik GmbH. Dr. Rolf Hartmann, JeTT, 11. November 2013. Optische Messtechnik in der Raumfahrt: Beiträge aus Jena.
23
Operationelle Erdbeobachtung
GMES
Land Monitoring
Marine Environment Monitoring
Atmosphere Monitoring
Emergency Management
Security
Climate Change
Meteorologie:
Europäische Organisation für die Nutzung
meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) betreibt
derzeit eine Flotte von vier geostationären
Wettersatelliten. Meteosat-7 ist ein Satelliten der ersten
Generation. Meteosat-8, 9 und 10 sind Satelliten der
zweiten Generation dieser Art (MSG). Derzeit ist die
dritte Generation (Meteosat Third Generation, kurz:
MTG) in Entwicklung.
Um den globalen Überblick zur vervollständigen, betreibt
EUMETSAT derzeit drei polarumlaufenden Satelliten im
EUMETSAT Polar System (kurz: EPS).
Die nächste Generation polarumlaufender Satelliten wird
im Rahmen des EUMETSAT Post-EPS Programms
entwickelt.
Erdbeobachtung
Umwelt- und Sicherheitsüberwachung:
GMES (Global Monitoring for Environment and Security)
ist eine gemeinsame Initiative der Europäischen
Kommission und der ESA.
Die ESA ist für die Bereitstellung der GMESWeltraumkomponente verantwortlich.
Dazu koordiniert sie bestehende nationale und
internationale Erdbeobachtungsmissionen, entwickelt und
baut die GMES-spezifischen Beobachtungssatelliten
(„Sentinels“, deutsch „Wächter“), und stellt den Zugang
zu den Beobachtungsdaten dieser Missionen sicher:
Bisher sind 5 Satellitenfamilien definiert.
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Bedeutung Erdbeobachtungsprogramme
EUMETSAT Post-EPS
•
Verbesserung der europäischen Wetterbeobachtung
•
Ermittlung einer Vielzahl meteorologischen Daten, so
etwa der Wolkenbedeckungsgrad, der
Reflektionsgrad von Wolken und Erdoberfläche
(Albedo) und die Menge der Luftschwebestoffe
(Aerosole) mit hoher Auflösung für Klimamodelle
MTG
•
•
hilft die numerische Wettervorhersage weiter zu
verbessern, zudem werden wertvolle Daten zur
Überwachung der Luftqualität gewonnen
Wetterüberwachung und Nowcasting sowie
klimatologische und ozeanographische
Anwendungen profitieren von höher aufgelösten
Bildern, die in kürzen zeitlichen Abständen bereit
gestellt werden
GMES (neuerdings „Kopernikus“)
•
globale Umwelt- und Sicherheitsüberwachung
•
wichtige Daten für Informationsdienste in Bereichen
wie dem Klimawandel, der nachhaltigen
Entwicklung, der Umweltpolitik, dem europäischen
Zivilschutz, der Entwicklungshilfe, der
humanitären Hilfe und der europäischen
Gemeinsamen Außen- und Sicherheitspolitik
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Umweltmonitoring Was wird beobachtet?
Picture:
RapidEye
Jena-Optronik
GmbH. AG - West Coast of South Africa - Acquired by CHOROS - RapidEye 4 - Dec 12 2008
26
Nutzen von Satellitenbildern – Erderkundung von Satelliten hat besonderen Vorteile:
• Innerhalb kurzer Zeit können große Gebiete der Erde beobachtet werden, auch schwer zugängliche Regionen
und über nationale Grenzen hinweg.
• Dieser globale Blickwinkel ist unverzichtbar für viele Aspekte der Umwelt- und Klimaforschung und mit keiner
anderen Methode erreichbar.
• Da alle Gebiete mit dem gleichen Instrument beobachtet werden, sind die Daten verschiedener Orte gut
untereinander vergleichbar.
Rodung in Brasilien
(NASA)
Abgasfahnen von
Kraftwerken
(EUMETSAT 2007)
Ölspur eines lecken
Tanker vor der
spanischen Küste
Satellitenfotos liefern Bilder zur Beobachtung und Überwachung der Umwelt
Aber optische Instrumente können noch viel mehr...
27
Optische Instrumente zur Erdebeobachtung:
Stoffe und ihre Zustände können anhand ihrer
optischen Spektren (Spektralsignatur) erkannt
werden
Optische Instrumente messen dazu in jedem Bildpunkt die
Lichtintensität, unterschieden nach Spektralkanälen
Grüne Vegetation
Trockene
Vegetation
Erde
Spektralkanäle
Sichtbares
Licht
Infrarot
28
Satelliteninstrumente liefern präzise Messdaten,
aus denen hochwertige und komplexe Informationen gewonnen werden:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Temperaturen von Erdoberfläche, Wasseroberfläche, Atmosphäre und Wolken
Arten und Höhe von Wolken
Wasserdampfkonzentration
Spurengaskonzentration (z. B. Ozon, Stickoxid, Kohlendioxid, Methan...)
Aerosole
Inputs für Klimamodelle: Einfallende & reflektierte Sonnenstrahlung, Wärmeabstrahlung der Erde
Biomasse
Vegetationszustand: grün, trocken, …
Bodenzustand: Typ, Feuchte, ...
Gewässerzustand: Verschmutzung, Algen, …
Feuer
Water Vapour
(SWIR)
Cloud
Properties
(Multichannel)
Surface
Temperature
(LWIR)
 EUMETSAT 2007
 EUMETSAT 2007

EUMETSAT
2007
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Umweltmonitoring Wie wird beobachtet?
Picture:
RapidEye
Jena-Optronik
GmbH. AG - Izmir in Turkey - Acquired by CHOROS - RapidEye 4 - December 09 2008
30
In Europa werden große, aufwändige Satellitenprogramme betrieben, die
Daten für Bereiche wie Umweltschutz und Klimaforschung liefern:
Die europäische Raumfahrtagentur ESA und die EU verfolgen das Programm
GMES (Global Monitoring for Environment and Security), mit bis zu 30 Satelliten
EUMETSAT, die europäische Organisation zur Nutzung von Wettersatelliten, entwickelt derzeit die
Nachfolgegeneration ihrer derzeitigen METEOSAT und METOP Wetter-Satelliten
Dies sind sogenannte „operative“ Programme, die langfristig (über Jahrzehnte) mit hoher Zuverlässigkeit
unverzichtbare Satellitendaten bereitstellen.
(ESA)
(ESA)
(ESA)
Für alle diese Programme kommen wesentliche Beiträge aus Jena!
31
In Europa werden große, aufwändige
Satellitenprogramme betrieben, die Daten für
Bereiche wie Umweltschutz und
Klimaforschung liefern:
Die europäische Raumfahrtagentur ESA und die EU verfolgen
das ProgrammGMES (Global Monitoring for Environment and
Security), mit bis zu 30 Satelliten
Video Compression Unit (VCU)
Jena-Optronik baut den elektronischen Prozessor
zur Bilddatenverarbeitung
mit 115 Millionen Pixel pro Sekunde
156
Detektoren
Satellit
GMES Sentinel-2 zur Beobachtung der Landoberfläche:
8x
Front End
Elektronik
und Multispektralfilter
115 Mio. Pixel / Sekunde
(10 normale Fernseher parallel
bzw. 3x HDTV)
32
In Europa werden große, aufwändige
Satellitenprogramme betrieben, die Daten für
Bereiche wie Umweltschutz und
Klimaforschung liefern:
Die europäische Raumfahrtagentur ESA und die EU verfolgen
das Programm GMES (Global Monitoring for Environment and
Security), mit bis zu 30 Satelliten
GMES Sentinel-3 zur Beobachtung der Ozeane:
Jena-Optronik baut den Scanner für das
Instrument zur Infrarot-Messung der Meerestemperatur
mit einer Genauigkeit von 0,3 C
(ESA)
33
In Europa werden große, aufwändige Satellitenprogramme betrieben, die
Daten für Bereiche wie Umweltschutz und Klimaforschung liefern:
Die europäische Raumfahrtagentur ESA und die EU verfolgen das Programm
GMES (Global Monitoring for Environment and Security), mit bis zu 30 Satelliten
EUMETSAT, die europäische Origanisation zur Nutzung von Wettersatelliten, entwickelt derzeit die
Nachfolgegeneration ihrer derzeitigen METEOSAT und METOP Wetter-Satelliten
EUMETSAT METOP Second Generation für
Wetter- und Klimadaten
METimage liefert in 22 Kanälen vom Sichtbaren bis ins
thermische Infrarot präzise optische Messdaten und
das über einen Bildstreifen von 2800 km Breite.
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Umweltmonitoring Warum wird beobachtet?
Picture:
RapidEye
Jena-Optronik
GmbH. AG - Naples and Vesuvius in Color Infrared - Acquired by TROCHIA - RapidEye 3 - Dec 21 2008
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Neben den Satelliten und Instrumenten zur Erdbeobachtung bildet die Verarbeitung
der daraus gewonnenen Daten die dritte Säule bei der Nutzung von
Satellitendaten für den Umweltschutz
Die Bereitstellung von Daten liefert wichtige Informationen für politische Entscheidungsträger.
Koordinierte und kontinuierliche Satellitendaten
• um Umweltinformation auf internationaler, nationaler und regionaler Ebene zusammenzuführen
• um bessere und vergleichbare Daten über die Umwelt und ihre Veränderungen zu erhalten
Auch hier kommen wesentliche Beiträge aus Jena!
Verbindet man unterschiedliche Satellitendaten mit anderen
Informationen, etwa über Klima, Hangneigung oder Böden
etc., können komplexe Einschätzungen erstellt werden.
Damit kann politischen Entscheidern insbesondere in den
Bereichen Umwelt und Naturerbe eine qualifizierte
Informationsgrundlage gegeben werden.
36
Thematische Anwendungen zur Erdbeobachtung aus
bisherigen und aktuellen Projekten von Jena-Optronik
•
Kartierung von Feuchtgebieten
•
Gesundheit / Epidemiologie
•
Erosionsrisikokartierung
•
Geothermie
•
Planung von Windkraftanlagen
•
Landwirtschaft
•
Digitale Feldkarte
•
Flächennutzungskontrolle der EU
•
Ernteertragsschätzungen
•
Precision Farming
•
Hochwasserkartierung
•
Basisdaten für Sicherheitsfragen
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Satellitendaten als Grundlage für die Standortplanung von Windkraftanlagen:
Projekt im Auftrag des Thüringer Wirtschaftsministeriums
•
•
•
•
•
Kriterien für die Planung von Windkraftanlagen
Winderwartung in Thüringen, abgeleitet aus Satellitendaten und einem Modell der Windenergiedichte
bisherige Standorte von Windkraftanlagen
Standorte der Hochspannungsleitungen
Landbedeckung, abgeleitet aus Satellitendaten
• Abstand zu Siedlungsflächen
• Ausschluss von Wasser- und Waldflächen
• Beachtung der Struktur landwirtschaftlicher Nutzflächen
Landbedeckung in Thüringen
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Ermittlung von Malaria Risiko-gebieten:
Ausbreitung der Risikogebiete durch die Klimaerwärmung
Aktuelle Informationen über die Umwelt helfen dabei, Epidemiologen besser zu verstehen und Bedrohungen
für die menschliche Gesundheit vorherzusagen
Unterprojekte:
•
Stadtkarten
•
digitale Profilkarten
•
Karten von Gewässern
•
Karten dichter Vegetation
•
Landflächen deckende Karten mit mittlerer Auflösung
•
historische Kartographie
•
Karten der Windströmungen und Oberflächentemperatur
Ermittlung von Malaria Risikogebieten
300-500 Millionen Krankheitsfälle pro Jahr
1.5 - 2.7 Millionen Tote pro Jahr
40% der Weltbevölkerung sind den
Malariarisiko ausgesetzt
39
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Dr. Rolf Hartmann, Jena-Optronik GmbH.
[email protected]
Jena-Optronik GmbH.
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Picture: ESA/Eumetsat

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