Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum

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Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Die Copernicus-
                       Prozesskette von der
                       Initiierung bis zum
                       Nutzerprodukt
                       „Hochwassermaske“
Emergency Management   Dr. Annett WANIA, JRC

                       WS Großräumiges Hochwassermonitoring,
                       Koblenz 5-6/12/2018
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Copernicus Emergency Management Service (EMS)
 Emergency
Management    •    Operationell seit April 2012
              •    Kombiniert Fernerkundungsdaten mit anderen Geodaten
              •    Im Dienste Europas mit weltweiten Anwendungen
                      Komplementär zu nationalen Bemühungen
              •    Bereitstellung von Geoinformation für nationale
                   Behörden und das Zentrum für die                Wiederherstellung
                   Koordination von Notfallmaßnahmen
                   in Brüssel (ERCC*)
                                                                    Lagebewältigung

                                                                                       Vorbereitung

                                                                                   2
              * Generaldirektion Humanitäre Hilfe & Katastrophenschutz (DG ECHO)
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Übersicht der EMS Dienste
 Emergency
Management
             On-demand Mapping                      Forest Fire Information System
                                                    (EFFIS, GWIS)
             Gebietsspezifische
             Bereitstellung von                     Historische &
             Geoinformation zur                     Echtzeit-
             Unterstützung im Krisenfall            information zu
             & zur Risikobewertung,                 Waldbränden
             Krisenvorbeugung, Wiederaufbau

             Flood Warning System (EFAS, GloFAS)    Drought Observation System
             Hochwassermonitoring und -vorhersage   (EDO, GDO)
                                                    Frühwarnung &
                                                    -vorhersage von
                                                    Trockenheit und
                                                    deren
                                                    Auswirkung        Likelihood of Drought Impact, 16 October 2015

                                                                3
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
EMS On-Demand Mapping
 Emergency      •     http://emergency.copernicus.eu/mapping
Management
                •     Auf Anfrage (bei Bedarf) nur durch autorisierte Nutzer => für Deutschland: GMLZ (BBK)
                •     Zentrale Annahmestelle für alle Anfragen: ERCC in Brüssel
                •     4-Jahres Rahmenverträge (neuer Vertrag startet im Februar 2019)

                                                     Authorisierter Nutzer
                                                    Nationale Zivilschutzbehörden oder                   ERCC @DG ECHO
                    JRC                             andere Ansprechpartner
                                                                                                       Inhaltliche Koordination und
       Technische Koordination &                                                                       Verwaltung von Nutzeranfragen
       Management der Dienstleistungs-                                                                 (24/7), Autorisierter Nutzer
       verträge, Qualitätskontrolle,
       Weiterentwicklung, Bereitstellung
       der Produktplattformen

                                ESA                                                      Dienstleister
                                                                               Zusamenschluss von Dienstleistern aus
              Bereitstellung der Fernerkundungsdaten,
                                                                               Industrie und Akademia, Mapping
              Management der Verträge mit den
                                                                               Produktion
              einzelnen Satellitenmissionen, Sentinels                                        4
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
EMS Mapping - Module
 Emergency
Management

                     Rapid Mapping                  Risk & Recovery Mapping
             • “On-demand” 24/7/365                • “On-demand” Werktags
             • Zeitnahe Bereitstellung             • Unterstützung im Krisenfall
               satellitenbasierter GI zur            & zur Risikobewertung,
               Unterstützung im Krisenfall           Krisenvorbeugung, Wiederaufbau
             • Hochstandardisierter                • Nicht standardisiert
               Arbeitskreislauf & Eilzugang zu     • Bereitstellung innerhalb einiger
               Satellitendaten                       Wochen-Monate
             • Bereitstellung innerhalb weniger
               Stunden/Tage

                  http://emergency.copernicus.eu/mapping       5
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Rapid Mapping Produktportfolio
 Emergency
Management     • 3 Standardprodukte (maps) mit Standardlieferzeiten

               Produkt                                                                    Lieferzeiten*
                             Inhalt
               (map)                                                                         SL1        SL5
               Reference     Detaillierter Überblick über die Referenzsituation                  9h   5 Tage
                             (vor der Krise)
               Delineation   Ausweisung der betroffenen Gebiete                           12h**       5 Tage
                             z.B. überschwemmte, abgebrannte Flächen; inkl. quantitave
                             Abschätzung der betroffenen Bevölkerung & Wirtschaftsgüter
               Grading       Schadenskartierung (Schadensgrad & dessen räumliche          12h**       5 Tage
                             Verteilung) z.B. Zustand von Gebäuden und Transportwegen
                * Dauer nach Erhalt der Satellitenbilder, je nach service level (SL)
                ** Bereitstellung einer ersten Schätzung bereits nach 3h (First Available Map)

                                                                             7
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Zugang zu den Bilddaten 1 - Spaceborne
 Emergency
Management   Welche Satelliten/Sensoren?
             •  Nutzung von sehr hoch und
                hochauflösenden Bilddaten (
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Zugang zu den Bilddaten 2 - Airborne
 Emergency
Management     EMS Pilotstudie zur Bereitstellung von Aufnahmen durch bemannte
               und unbemannte Plattformen
                   – Komplementär zu Satellitendaten
                   – Ziel ist „Rush“-bereitstellung (innerhalb von 48h)
                   – Beschränkung auf optische Daten (VIS, NIR, Höhendaten)
                Weiterführung als operationelle EMS Komponente (WP2019)
                 mit zusätzlichen Sensoren

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Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Rapid Mapping - Einblick in die Statistiken
 Emergency
Management    30% aller Aktivierungen sind für Hochwasserereignisse
              Das am häufigsten angefragte Produkt bei Aktivierungen für Hochwasserereignisse ist
               die Hochwassermaske (ca. 70% delineation maps)
                  Hierfür werden zu 90% Radardaten verwendet
                       Auflösung der Radardaten: 82% in 4-30m (User driven)

             334 Aktivierungen zwischen 04/2012-11/2018)                              Auflösung (m)   %*
Die Copernicus-Prozesskette von der Initiierung bis zum
Auswahl des Sensors
 Emergency
Management     •    Radardaten                                                    •   Optische Daten
                         + Unabhängig von Wetter und                                   + Leicht verständlich
                           Sonnenlicht (Aufnahmen 2x/Tag),                             + Präziser
                         + Großflächige Kartierung                                     – Beeinträchtigung bzw. Verhinderung
                         + Radiometrie von Wasseroberflächen                             durch Wolken, Dunst
                         – Hohe Ungenauigkeit in städtischen &                         – Abhängig von Sonnenstrahlung
                           in baumbewachsenen Gebieten                                   (1x/Tag, begrenzt nutzbar in
                                                                                         Wintermonaten wegen kurzen Tagen
                                                                                         & niedrigem Sonnenstand)
    Pleiades                                      Pleiades                                      Radarsat-2
    (True colour composition RGB)                 (False colour using NIR band)

                    11
                                                                                                  11 (EMSR087)
    All images acquired during Copernicus EMS activation for floods in Bosnia-Herzegovina , May 2014
Arbeitskreislauf der Notfallkartierung
 Emergency
Management

      Disaster                                                                     Image data provision
                                                                                     through REACT*
              End     Authorisierter      Service    ERCC              Service
             Nutzer      Nutzer           Request    Criteria check   activation

                                                                           Production

                                                                              Service Provider
                                                                              Product specification &
                                                                              Satellite image ordering
    JRC                        Product                                        Production
  Quality                      delivery     SFTP                              Map delivery
  control                                   EMS Portal

                                                                      12
Hochwassermaske Methodik
 Emergency   1. Identifizierung der Referenzgewässer
Management
             2. Halb-automatische Extraktion der Wasserflächen
                         •        Unsupervised classification refined with smoothing & homogenisation techniques
                         •        Visual inspection used for parameter set-up & removal of false alarms
             3. Export to vector
              Inputdaten                                                                                        Pixel based unsupervised classification
              1. SAR oder optische Bilddaten                                                                    followed by semi-automatic refinement:
              2. Andere (nicht-EO) Daten:                                                                        A – Baseline with SAR data (e-FLOOD)
                  • Höhenmodell
                                                                                                                 B – Alternative with optical data
                  • Hydrologie (Referenzgewässer und -
                                                                                                                      (band combination)
                    wasserflächen von EO oder nicht-EO)
                  • Transportwege (zur Fehlerbeseitigung)

             (Figure above from Ajmar et al., 2017. Response to Flood Events: The Role of Satellite‐based Emergency
             Mapping and the Experience of the Copernicus Emergency Management Service. In: Flood Damage Survey
             and Assessment: New Insights from Research and Practice, Geophysical Monograph 228, pp. 213-228)                         13
Durchschnittliche Dauer der Informationsbereitstellung
 Emergency
Management                                     RM Arbeitskreislauf

                                               Einige
                                             Stunden         min 3h
                                           bis 2 Tage
                                                             Produktion
                                 ~2h       Bereitstellung
                                                 der
                                           Satellitenbild-
                                               daten

                             Aktivierung

                 Disaster
                                            Ca. 52h
                            (Durchschnitt aller Aktivierungen 2015-2018)

                                                                           14
Frühwarnsystembasiertes „Pre-tasking“
 Emergency
Management       Was und Warum?
                 • Satellitendatenbestellung vor einer offiziellen Nutzeranfrage (Aktivierung)
                 • Dient der zeitlichen Optimierung von Aufnahmezeitpunkt und
                   Ereignisverlauf

             • Basierend auf EFAS/GloFAS Warnungen
             • Kriterien für die Warnung: räumliche Lage &
               Ausdehnung, sozio-ökonomische
               Auswirkungen
             • Warnung wird ca. 24h vor dem erwarteten
               Ereignis beim RM Dienstleister eingereicht
               (Frequenz der Warnungen: 2x/Tag 9 & 15
               Uhr)
             • Ausschließlich Radardaten 10-30m werden
               angefragt

                                                                      15
“Pre-tasking” Beispiel & Fazit
 Emergency
Management    Beispiel Hochwasser N-Frankreich, Juni 2016

             Erstes Fazit
             • Verbesserung des Verfahrens durch erste
                 Erfahrungen (Testphase )
             • Zeitlicher Gewinn konnte nachgewiesen werden
             • Gleichzeitige Sensibilisierung und Verbindung der
                 HW- und Zivilschutznutzer                         Pre-taskings
                                                                   RM Aktivierung
             • Ausweitung auf andere Katastrophen
                                                                          16
Abschliessende Betrachtungen und Ausblick
 Emergency
Management     •   Zeit versus Genauigkeit (Abwägung)
                    – Wann und wofür braucht der Nutzer die Information?
                              Rapid Mapping für zeitkritischen Bedarf (ausschliesslich EO Daten)
                              Risk & Recovery Mapping für genauere Kartierung (Kombination mit nicht-EO Daten)

              •    Verbesserung des “timings” im Rapid Mapping
                    1.   Weiterführung und Ausbau des „Pre-taskings“
                    2.   Verkürzung der Lieferzeiten (ab Februar 2019)
                         •        First Estimate Product in 2h nach Datenbereitstellung
                         •        Verkürzung der Produktionszeiten für Delineation Vektor Daten auf 7h (=> web services)
                    3.   Neuer Ansatz für die Planung von Satellitenbildaufnahmen (Test in
                         Zusammenarbeit mit ESA)
                         •        Weg vom „one-only“ dataset (weil es ein Grund von Verzögerungen ist)
                         •        Pro-aktives Tasking der CCMEs anregen bei größeren Katastrophen
                    4.   Kontinuierliche Aufklärung und Information der Nutzer über Möglichkeiten &
                         Grenzen der Fernerkundung
                                                                                       17
Abschliessende Betrachtungen und Ausblick
 Emergency
Management     •   Erweiterung der Rapid Mapping Kapazität
                    – ab 02/2019 höhere RM-Produktionskapazität (Vergrößerung der parallel mind.
                      zu analysierenden Fläche)
                    – Anfragen sind zunehmend für größere Flächen (IE, FR)

               •   Erweiterung des CEMS Portfolios
                    – Einführung von genaueren, nicht-zeitkritischen Standardprodukten & -paketen
                      für die Hochwasserkartierung (2020) (Risk & Recovery, langsame RM
                      Produktion)
                    – Integration von Daten aus social media und crowd sourcing (H2020 E2mC)
                    – Machbarkeitsstudie (09/2018-02/2019) Sentinel-1 basierte kontinuierliche
                      Hochwasserkartierung => Anforderungen, technische Umsetzung und Kosten
                      eines operationellen Dienstes

                                                                       18
Für weitere Informationen
 Emergency
Management

                           Wie kann ich den Dienst aktivieren?
                 http://emergency.copernicus.eu/mapping/ems/how-use-service

                                  “Bedienungsanleitung”
               http://emergency.copernicus.eu/mapping/ems/copernicus-ems-user-
                                             guide
                         Liste der Rapid Mapping Aktivierungen
                https://emergency.copernicus.eu/mapping/list-of-activations-rapid

                                    Für weitere Fragen:
                               JRC-EMS-MAPPING@ec.europa.eu

                                                             19
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