1

Kaukokartoituspäivät 20071

Kaukokartoitus ympäristön tilan seurannassa

− Remote sensing for environmental monitoring

Kaukokartoituspäivät 2007

Arto Vuorela

Kaukokartoituspäivät 20072

Contents

•Traditional applications, governmental activities etc. forenvironmental monitoring

•New –or existing but possibly unrecognized satellite instruments•Open your eyes! Terrestrial and other remote sensing instruments.

2

Kaukokartoituspäivät 20073

Traditional apps

•SYKE, METLA, FMI & others– Chlorophyll­a, Sea Surface Temperature, Sea ice service, National

Forest Inventory, meteorology, active forest fires (now also with MODIS)or burnt areas, national mapping, timber volume estimation, hydrology…

•EEA, CORINE Land Cover•GMES Service Element; portfolio of services

– Land Cover change, forests, coastal areas, hazards/risks, etc.

Kaukokartoituspäivät 20074

Forest monitoring (Swe/Fin)

– Notifications are made beforecutting, but not all are felled

– Monitoring of cutting activities andregeneration

– Clear cut mapping in large areaswith pairwise scenes would be timeconsuming. Mosaicing significallyreduces the work between twomosaics compared to pairwise perscenes.

– Metadata for each pixel enableslabeling each object with the datesbetween which the cutting wasperformed.

METRIA / A. Davidsson 2007

3

Kaukokartoituspäivät 20075

Exceeding of allowable size(5, 8) – standard ­ 50 ha,actual size –57 ha

Wrong direction of clearcut

(4,  5,  8,  9,  12)

Part of area isn't cut(4,  5,  9)

Wrong clearcuts adjoinment(4,  5,  8,  9,  12)

from Tsentrlesproekt, Moscow.© ScanEx 2007

Logging rules’violations

Kaukokartoituspäivät 20076

Pan change detection: SPOT 30.9.1987 & 11.9.2002

New built­up

4

Kaukokartoituspäivät 20077

Remote Sensing?

•Even professionals may say: “Wedon’t do remote sensing, but aerialimaging only.”(Kaukokartoitusselvitys 2005)

•Some say: “Remote sensing isbecoming part of the sensornetworks.”

•Then well, what other RS sensorsare there in the palette and scalefrom satellite to microscope?

•Spaceborne, various airborne,imaging from masts, terrestrialmeasurements

Kaukokartoituspäivät 20078

•Landsat 5 images received in Italy, up till row 15 (!) in Finland. But USGS seems todownlink them. Battery problems being solved now...

•In Kiruna, some Landsat 5 images are received in Summer season, quality reasonable.

•Landsat 7 images not received in Europe, downlinking in USA•Landsat 7 Scan Line Corrector is broken. USGS EDC offers corrected products

•Cheap•Mosaic of many images –needs cloud­free images temporally close

•US Government has decided Landsat­type satellite system to be necessary. “Landsat 8”launched in perhaps 2010­11.

Landsat 5 & 7 status

5

Kaukokartoituspäivät 20079

IRS­P6 AWiFS•56 ­ 70 m resolution•10­bit•4 bands G, R, NIR, SWIR•Large area•Better than Landsat MSS•Other instruments LISS­IV

mono (5m), LISS III (20m)•IRS­P6 to be used more

now…

Kaukokartoituspäivät 200710

QuickBird 0.6 m color image Praha 17.8.2002© DigitalGlobe, Eurimage

6

Kaukokartoituspäivät 200711

Ikonos 1 m colour, Kaalamo, Russia© Geoeye, 2007

Kaukokartoituspäivät 200712

The first and only high­resolution satellite with adaily revisit capability, in itscoverage area only.

• 2 m Pan• 8 m (4 bands: NIR, R, G, B)• 24 km x 24 km

7

Kaukokartoituspäivät 200713

• 1 m Pan• 4 m MS• 15 x 15 km

Kaukokartoituspäivät 200714

OrbView­3

Manhattan & Brooklyn Bridge, Courtesy of Orbimage

1m pan­sharpened OrbView­3

•1 m. 4 m multispectral•Not acquired simultaneously•Swath width 8 km

8

Kaukokartoituspäivät 200715

ALOS

PRISM (Panchromatic Remote sensing Instrument for Stereo Mapping )

• Along­track stereo• 0.52 ­ 0.77  m• Resolution 2.5 m• Swath width 35­70 km depending on mode

AVNIR­2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type 2)

• Multispectral, pointing capability• Wavelengths: band 1 0.42­0.50  m

band 2 0.52­0.60  mband 3 0.61­0.69  mband 4 0.76­0.89  m

• Resolution 10 m (nadir)• Swath 70 km

PALSAR (Phased Array type L­band Synthetic Aperture Radar )

Kaukokartoituspäivät 200716

WorldView­1 since October 2007

•50 cm Pan•The

smallestcommercialpixel size

9

Kaukokartoituspäivät 200717

TerraSAR­X•1 m High Resolution Spotlight Mode•polarisation: HH

DLR / Infoterra GmbH

Kaukokartoituspäivät 200718

Upcoming

•RADARSAT 2, soon•OrbView­5: early 2007, 0.41 meter

panchromatic and 1.64­metermultispectral

•WorldView 2: pan 0.45 m & 8multispectral bands 1.8 m

•EnMap hyperspectral•Etc. ­ but we’ll wait and see!

10

Kaukokartoituspäivät 200719

Subsidence map of Turku from spaceborne SAR

Blue targetssubsiding

Yellow onesaverage,stable

Red onesrisen

FGI

Kaukokartoituspäivät 200720

Laser scanning and data handling

Point cloud preprocessing and classifications

Producing a coded surfaceor elevation model

Quality control

Extracting theamount of stonesfrom scanner data

11

Kaukokartoituspäivät 200721

Laser scanning applications

• Forestry applications: volume, growth, crowndensity, individual tree (crown) identification,…

• Factory structures and devices 3D modelling– planning the upgrading– document updating– maintenance systems

• Measuring and modelling large and complexstructures

• Subsurface spaces’3D modelling• Building facades, inside spaces• Etc.

Kaukokartoituspäivät 200722

ü Airborne

ü Ship installations

ü Terrestrial

Andre Samberg / AVAPROedu

12

Kaukokartoituspäivät 200723

ALF Mk III FLS­AMMain wavelength(s) 266 nm 308 nmPulse energy 20 mJ (7 ns) 150 (20 ns)Pulse repetition rate Fixed 50 Hz adjustable 50­150 HzScanning mode Yes,

down­looking spot­wise profilingYes,

nadir­off across­trackOptionalwavelengths No 360 nm, 460 nm

Spectral detectionrange

255 ­ 720 300­550 for 308/360 nm450­700 nm for 460 nm

Spectral bands averaged 176 512Bandwidth not applicable 0.6 nmFlight altitude 80 m 50­600 mCarrying platform fixed­wing fixed­wing

rotary­wingLevel of readiness suspended /not in operation commercial and operatingCountry Australia Estonia/CanadaQty 1 3 (+2)

Adopted from “The state­of­the­art of airborne laser systems for oil mapping”by Andre Samberg in theCanadian Journal of Remote Sensing, 2007, Vol. 33, No. 3, pp. 143­149

Airborne

Kaukokartoituspäivät 200724

Practical examples in the nearby areas

30.03.2007The Border Guard of Estonia has signed the contract for procurement ofthe customized airborne FLS­A system which will serve as a payload ofrescue helicopter and patrol airplane to detect oil pollution in Estoniancoastal waters.(http://www.ldi.ee/index.php?main=282&newsID=12)

4.­5.6.2007Referring to the decision by HELCOM BSAP TASK FORCE 5/2007,Estonia was requested to submit further information on the developmentof new innovative and cost­effective, integrated surveillance sensorspermitting fast and reliable identification of pollutant on the sea surfaceas well as in the water column, e.g. light detection and rangingtechnologies (see Minutes of HELCOM BSAP TASK FORCE 5/2007,Annex 5, footnote 16 on page 28).

(”HELCOM BSAP Task Force 6/2007”, AdHoc Task Force for HELCOM Baltic Sea Action

Plan, 6th Meeting in Helsinki)

Andre Samberg / AVAPROedu

13

Kaukokartoituspäivät 200725

Gas emission mapping

Spectrasyne Ltd.

• Not integrating from whole path but sampling from a few m distance at atime.

Kaukokartoituspäivät 200726

FIRST

•Imaging FT­IR­spectrometer

•E.g. gas identification

14

Kaukokartoituspäivät 200727

Finnish AISA spectrometer

•Spectral ranges as twoseparate instruments dueto technical reasons

•No service provider inFinland…

VNIR (Eagle)

SWIR (Hawk)

Kaukokartoituspäivät 200728

Environmental analysis withairborne hyperspectral imaging

www.brgm.fr/mineo/SiteReport/Boreal_Final_report60.pdf

• Mineral & material identification• Vegetation stress (seepage waters,

dustiness, deseases, lack of nutrients,too little or too much water)

• Surface water quality• Combine with laser scanning• Find trails, etc.

15

Kaukokartoituspäivät 200729

Micro­Hyperspec

•350/400 –1000 nm,    900 ­ 1700nm

•Lightweight for UAVs

headwallphotonics.com

Kaukokartoituspäivät 200730

Finding the searched spectra, here blue tarpaulin

spacecomputer.com

Here through the broken barnroof

16

Kaukokartoituspäivät 200731

UAVs

•High­flying HALE UAV•Airships (flying high –or at the end

of line)•Small ones, low altitude•Autonomy

Kaukokartoituspäivät 200732

Conclusions

• There’s a multitude of instruments forenvironmental monitoring

• Don’t forget them and theirpossibilities

• Also, use & combine new instrumentsand approaches

• Spectra is strong. But spatial,spectral, radiometric and temporalresolution –any of them may go hyper