Wiki Ecologische Waterbeoordeling WEW-lid? Log dan vooral in:
B. Technisch deel > 5. Nieuwe technieken   |   vorige 
  Geschiedenis
Lezen
Bewerken
Overleg

3. Remote Sensing

Inleiding


Remote Sensing is het verkrijgen van informatie over objecten (zoals het aardoppervlak) vanaf een afstand. Dit gebeurt met behulp van elektromagnetische straling. Remote sensing wordt gebruikt om informatie te verkrijgen over het resultaat van natuurlijke processen, zoals plantengroei en algengroei, en over het resultaat van antropogene processen, zoals landgebruik, ontbossing, verstedelijking enzovoort. Het voordeel van remote sensing is dat men deze resultaten op één moment over een groot oppervlak in beeld kan brengen, zodat men ook de ruimtelijke variatie leert kennen.

 

Met bepaalde instrumenten is het mogelijk om elektromagnetische straling over een brede range waar te nemen. Een deel van die range (400-700 nm) is zichtbaar met het blote oog, maar met technieken worden ook nabij-infrarood, middel-infrarood en thermaal-infrarood (of ver-infrarood) en microgolven ‘zichtbaar’. Door het verwerken van deze meetinformatie met bepaalde technieken wordt de ruwe data vertaald naar een ‘beeld’.

 

Hoe werkt het?


Een bron (zoals de zon) straalt elektromagnetische straling uit (A) (Figuur 1). Deze straling gaat door de atmosfeer waar straling wordt geabsorbeerd (B). De mate van absorptie is golflengte-afhankelijk (Figuur 2).


Figuur 1. Schematische weergave van Remote Sensing.


 


Figuur 2. Absorptie in de atmosfeer naar golflengte.


Als de elektromagnetische straling het object (bijvoorbeeld het aardoppervlak) raakt, dan kan deze straling worden doorgelaten, geabsorbeerd of gereflecteerd. Dit is afhankelijk van de eigenschappen van het object (C). De gereflecteerde elektromagnetische straling kunnen we meten als een golflengte. Dit wordt ook wel spectrale reflectie genoemd.

 


Figuur 3. Spectrale reflectie van bodem, water en vegetatie.


In Figuur 3 is te zien dat de ‘handtekening’ van water is dat er slechts een klein deel van de elektromagnetische straling wordt gereflecteerd, en dan enkel het zichtbare deel van het spectrum (tot 800 nm). Bodem reflecteert veel meer. De mate van reflectie van de bodem wordt weer beïnvloed door de vochtigheid van de bodem (want water reflecteert minder). Als je kijkt naar de ‘handtekening’ van vegetatie is te zien dat er weinig reflectie is in het zichtbare deel (400-700 nm). Dit is te verklaren door de absorptie van de straling door bladgroenkorrels ten behoeve van de fotosynthese.

 

De meting wordt gedaan door een sensor, op bijvoorbeeld een satelliet (D) of een drone. Er zijn twee typen sensoren: actieve en passieve sensoren. Actieve sensoren stralen zelf de elektromagnetische straling uit en zijn dus een bron (A). Voorbeelden van actieve sensoren zijn RADAR en LIDAR. Passieve sensoren maken gebruik van een natuurlijke elektromagnetische bron, zoals de zon. Voorbeeld van een passieve sensor is een multispectrale scanner.

 

De gemeten reflectiewaarden (ruwe data) worden doorgestuurd naar een computer (E), omgezet (processing) naar relevante parameters of beelden (op basis van grondmetingen), zodat de data geïnterpreteerd kunnen worden (F). Remote Sensing eindproducten worden doorgaans verwerkt en geanalyseerd met GIS-software, zoals ArcGIS of QuantumGIS, maar kunnen ook buiten GIS-software om worden gebruikt en geanalyseerd (G).

 

Sensoren


Hieronder staan de meest-gebruikte sensoren omschreven:

RADAR

RADAR (RAdio Detection And Ranging) zendt (actief) via een antenne de elektromagnetische straling in de vorm van radiogolven uit. Dit kan door de lucht, water of bodem zijn. De reflectie van die straling door objecten (echo) wordt opgevangen door de antenne (kan dezelfde zijn als de zendantenne of een aparte ontvangsantenne). De elektromagnetische straling verplaatst zich met een constante snelheid, waardoor het mogelijk wordt om de afstand tussen de zender en het object te bepalen. Het RADAR-station zendt en ontvangt gepulseerd de straling in meerdere richtingen. Het zenden en ontvangen is gesynchroniseerd. Daardoor is het mogelijk richting, hoogte en snelheid van een object te bepalen.

LIDAR

LIDAR (Light Detection And Ranging) is qua techniek vergelijkbaar met radar. Echter, met LIDAR worden geen radiogolven uitgezonden, maar laserpulsen (korte golflengte). Daardoor is LIDAR relatief ongevoelig voor vegetatie en wordt het bijvoorbeeld gebruikt om hoogtekaarten te maken.

Multispectrale sensoren

Dit type sensor meet meerdere ‘banden’ van golflengtes. Een voorbeeld hiervan zijn de SPOT satellieten die de ‘groene’ golflengtes (Band 1), de ‘rode’ golflengtes (Band 2) en de ‘nabij infrarood’ (Band 3) meten.


Meetstations


De sensoren kunnen aan verschillende type meetstations worden bevestigd. Hieronder is een aantal beschreven.

Drone

Drone - UAV - Unmanned areal vehicle is een onbemand luchtvaartuig. Drones worden doorgaans op afstand bestuurd door een persoon, aangestuurd door een computer of ze zijn voorgeprogrammeerd voor een route. Aan een drone kunnen één of meerdere sensoren worden gehangen (afhankelijk van capaciteit). De sensoren zijn verbonden met een computer die de data wegschrijft op een geheugenkaart of doorstuurt via wifi/3G/4G naar een grondstation. Alle apparatuur die de lucht in gaat is afhankelijk van stroom en dat is dan ook de grootste beperking van dit type meetstation. Batterijen moeten groot genoeg zijn om alles werkend te houden, maar niet te groot waardoor het totale gewicht van de drone te sterk toeneemt. Een ander nadeel is dat je de beschikking over een drone inclusief ‘grondpiloot’ moet hebben. Voordelen zijn dat drones bijna altijd kunnen vliegen (m.u.v. sterke wind, zware mist en hevige neerslag) en een hoge dataresolutie kunnen halen (Figuur 4).

 

Figuur 4. Opname van de Leemputten vanuit een drone (bron: WUR).


Vliegtuig/luchtballon

Sensoren worden ook aan vliegtuigen of luchtballonnen gehangen. Denk hierbij aan luchtfoto's en weerballonnen.

Satelliet

Sensoren zitten ook aan satellieten, of kunstmanen, bevestigd. Satellieten gebruikt in Remote Sensing toepassingen, worden observatiesatellieten genoemd. Iedere satelliet heeft zijn eigen baan om de aarde, bezoekfrequentie en resolutie. Er zijn publieke en commerciële satellieten in de lucht. Een overzicht van deze satellieten (incl. sensoren en resolutie) wordt bijvoorbeeld op Wikipedia gegeven.

Grondstation

Sensoren zitten aan vaste grondstations, zoals RADAR-torens (Figuur 5), of mobiele grondstations (voorbeeld is een WISP; Figuur 6).

 


Figuur 5. Voorbeeld van een vast grondstation voor RADAR.



Figuur 6. Voorbeeld van een mobiel grondstation (WISP-3).


Remote sensing in Nederland

In Nederland zijn diverse organisatie (publiek en commercieel) bezig met remote sensing voor waterkwaliteit.

 

Water Insight biedt optische in situ waterkwaliteitsmetingen en satellietmonitoring aan. De producten zijn gebaseerd op gegevens over de waterkleur, vochtigheid en primaire productie.

 

SarVision biedt toepassingen in satelliet en airborne remote sensing van land en water.

 

Wageningen Universiteit en Research centre heeft een Unmanned Aerial Remote Sensing Facility (UARSF). UARSF gebruikt drones voor het volgen van landbouwgewas ontwikkeling, kwaliteit van de leefomgeving en stedelijk warmte-efficiëntie. Daarnaast dragen zij bij aan kennisontwikkeling en doorontwikkeling van producten in het vakgebied van remote sensing.


Netherlands Space Office is de Nederlandse ruimteorganisatie die in opdracht van de Nederlandse overhead het ruimtevaartprogramma ontwikkelt en uitvoert.


Voordelen

  • Kwantitatieve en kwalitatieve data over objecten (zoals het aardoppervlak)
  • Het onzichtbare wordt zichtbaar door elektromagnetische straling
  • Monitoring van een groot gebied mogelijk (ook ontoegankelijk gebied)
  • Langdurige verzameling van gegevens
  • Geen verstoring van objecten

 

Nadelen

  • Resolutie niet altijd hoog genoeg voor het doel
  • Beeldvervuiling (zoals wolken of smog)
  • Bezoekfrequentie
  • Eindgebruikers hebben bij satellieten vaak geen invloed op wat er wordt gemeten
  • Veldmetingen nodig voor validatie

 

 


Bijgewerkt: 28 december 2015   door: Ronald Bijkerk - versie 4
Grootste bijdrage door: Jordie Netten ( 96 % )
Tweede lezer: Ronald Bijkerk
Openbaar: voor iedereen zichtbaar