Anwendungsbereiche von Satellitendaten

 

Satelliten navigieren uns auf schnellstem Wege von A nach B und versorgen uns rund um die Uhr mit den aktuellsten Informationen – aus unserem Alltag sind sie daher nicht mehr wegzudenken. Doch was können die Helfer aus dem Orbit tatsächlich alles? Ganz grob lassen sich die Anwendungsgebiete von Satelliten in drei Hauptkategorien unterteilen:

  • Navigation
  • Kommunikation
  • Erdbeobachtung

Erdbeobachtung

Der dritte große Anwendungsbereich betrifft die Erdbeobachtung aus dem Weltall. Diese Funktion übernimmt in der Europäischen Union das Copernicus-Programm („Europas Augen auf die Erde“). Das im Jahr 1998 von der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA gegründete Programm ist mit seinen Radar- und Spektralaufnahmen für die Landbeobachtung sowie der Überwachung der Meere eines der umfangreichsten Erdbeobachtungssysteme der Welt. Seit 2014 sammeln die derzeit sechs Sentinel-Missionen Tag für Tag Millionen an Daten über die Beschaffenheit unseres Planeten sowie der Atmosphäre.

Wie auch bei Navigationsanwendungen ist es in der Erdbeobachtung entscheidend, dass die Daten für konkrete Services genutzt und interpretiert werden. Erst dann liefern sie die Grundlage für flächendeckendes und immer aktuelles Wissen über den Zustand der Erde. Der Vorteil des Copernicus-Programms ist, dass die Rohdaten jedem Menschen über die Website frei zugänglich sind.

Das Copernicus-Programm besteht aber nicht nur aus einzelnen Satelliten, sondern auch aus einer Vielzahl an anderen Instrumenten im Orbit, etwa Dutzenden Sensoren.

 

Anwendungen aus der Erdbeobachtung

Städtische Entwicklung und Kulturerbe

  • Risikobereiche identifizieren: Hitzestress, Luft- und Lichtverschmutzung, gesunder Wohn- und Lebensraum.
  • Abfallmanagement: Effiziente Verwaltung und Überwachung.
  • Stadtplanung: Unterstützung bei der Verwaltung von Wachstum, Infrastruktur, Umweltnachhaltigkeit und Resilienz.
  • Kulturerbe-Monitoring: Schutz und Überwachung von Kulturstätten.

Infrastruktur

  • Bauüberwachung: Standortauswahl und Bauüberwachung mittels satellitengestützter Bodenbewegungsanalysen.
  • Resiliente Infrastrukturen: Design und Wartung von robusten Infrastrukturen unter Berücksichtigung von Klimaveränderungen.
  • Logistikoptimierung: Verbesserung der logistischen Abläufe.

Landwirtschaft

  • Moderne Landwirtschaft: Nutzt Erdbeobachtungsdaten für nachhaltiges Nährstoffmanagement, Bodenregeneration und den Erhalt der Biodiversität.
  • Optimierung der Düngung: Großflächige Überwachung der Nährstoffgehalte von Pflanzen.
  • Monitoring von subventionierten Flächen

Foto: Copernicus Sentinel data (2015)/ESA

Natur und Biodiversität

  • Ökosystemgesundheit: Verständnis über den Zustand der Ökosysteme und mögliche Stressfaktoren.
  • Politikgestaltung: Daten und Fakten gestützte Entscheidungen auf regionaler und internationaler Ebene.
  • Landüberwachung: Landbedeckung, Zeitreihen von Oberflächentemperatur, Schneebedeckung, Gletscherbewegung und Bodenbewegung, Geländehöhe, Topografie
  • Vegetationsmonitoring: Identifizierung von Vegetations- und Getreidetyp, Vegetationsparametern, Stress durch Hitze und Trockenheit, Wachstum, Biodiversität, Schädlingsbefall sowie gezieltes Bewässerungsmanagement

Foto: Copernicus Sentinel data (2015)/ESA

Klimadaten und Klimaindikatoren

  • Klimamodellierung: Erstellung von zukünftigen Szenarien.
  • Klimaanpassung: Planung von Maßnahmen basierend auf historischen und aktuellen Daten, z.B. Bodentemperatur, Bodenfeuchte, Bodenveränderungen, Bodenerosion.
  • Gewässer: Beobachtung von Wassertemperatur, Wasserqualität, Pegelstand, Algenblüten, Eutrophierung und Trübung.
  • Atmosphäre: Erfassung von Lufttemperatur, Luftqualität, Wind, Aerosolen, Zyklonen, Wolken, Sonneneinstrahlung, Emissionen und Niederschlag. Beobachtung der atmosphärischen Zusammensetzung, der Ozonschicht, UV-Strahlung, Emissionen und Oberflächenflüsse

Tourismus und Gesundheit

  • Luftqualität und UV-Überwachung: Monitoring zur Unterstützung eines nachhaltigen und sicheren Tourismus.
  • Waldbrandverfolgung: Tracking von Waldbränden und Rauchschwaden hinsichtlich Intensität und Ausbreitungsrichtung.

Foto: USGS/ESA

Energie und Rohstoffe

  • Energieproduktion: Schätzung der jährlichen Energieproduktion, Risikobewertungen und Vorhersagen zur Netzstabilität. Potenzialanalysen für erneuerbare Energien (Solar, Wind), Kartierung von Wärmeplanung, Planung und Optimierung von Standorten, Überwachung von Umweltbedingungen und Vorhersage von Energieerzeugungsmustern
  • Rohstoffsektor: Überwachung von Umweltauswirkungen durch Rohstoffabbau und Verarbeitung, Identifizierung von Gebieten mit hohem Ressourcenpotenzial und Sicherheitsüberwachung von Minen sowie Erfassung von illegalen Mienen Aktivitäten

Forstwirtschaft

  • Nachhaltigkeit: Beobachtung der Gesundheit von Wäldern und der Kohlenstoffkreisläufe, Nachhaltigkeit der Bewirtschaftung, Verhinderung von Abholzung und Degradation
  • Illegale Rodung: Überwachung und Klassifizierung insbesondere in schwer zugänglichen Regionen.

Foto: Rudolf Jakkel, Pexels

Binnenwasserstraßen

  • Routenoptimierung: Kombination von Erdbeobachtung und GNSS (Global Navigation Satellite System. GPS (USA) Galileo (EU)) für effizientere und emissionsärmere Schiffswege.

Foto: Sascha Hormel, Pexels

Schienen-, Straßen- und Automobilverkehr

 

  • Sicherheit der Eisenbahnnetze: Automatisierte Information zu Risikofaktoren wie Vegetationswuchs, Erdrutschen und Überschwemmungen.
  • Gleisüberwachung: Erkennung von millimetergenauen Bodenbewegungen zur Überwachung der Gleisstruktur.
  • Trends und Prognosen in Mobilität und Parkraummanagement

Foto: MA18-Christian Fuerthner

Katastrophen Management

  • Erdbeobachtung (EO) bietet das umfassende Bild, das für kontextbewusste Notfallreaktionen benötigt wird, von der Vorbereitung und Prävention über die Schadensminderung bis hin zur Reaktion und Erholung nach dem Ereignis.
  • EO liefert umfassende Informationen über abgelegene und schwer zugängliche Gebiete und bietet zuverlässige und regelmäßig aktualisierte Dokumentationen, Bewertungen und Echtzeitbeobachtungen humanitärer Situationen.
  • Risikobewertungen und optimierte Planung von Umweltmaßnahmen, Erkennung von Schäden (Sturmschäden, Waldbrände, Überflutungen, Erdbeben etc.) an kritischer Infrastruktur und zur akuten Katastrophenvorsorge.

Foto: contains modified Copernicus Sentinel data (2024), processed by ESA

Hier ein Auszug aus den Sentinel-Missionen:

  • Sentinel-1 sind Radarsatelliten, die auch durch dicke Wolkendecken hindurchblicken. Dies ist essenziell für modernen Katastrophenschutz. Dies ermöglicht den Überblick über eine Region trotz Regenwetters.
  • Die zwei Sentinel-2-Satelliten umkreisen die Erde um 180 Grad versetzt. Das Ergebnis sind Aufnahmen, die immer zur gleichen Tageszeit entstehen und somit vergleichbar sind. Vom europäischen Kontinent gibt es dadurch rund alle zwei Tage neue Bilder. Erstellt werden u.a. hochauflösende Aufnahmen von der Vegetation.
  • Sentinel-3 und Sentinel-6 fokussieren auf Meere und Ozeane. Während Sentinel-3 die Oberflächentemperatur des Wassers sowie die Qualität misst, kann Sentinel-6 sehr exakt den Meeresspiegel ermitteln.
  • Bei Sentinel-4 und Sentinel-5 handelt es sich um Messinstrumente auf Wettersatelliten, untersucht wird damit der Zustand der Erdatmosphäre.