Copernicus: Vom PC in den Orbit

Das EU-Erdbeobachtungsprogramm Copernicus ermöglicht allen Bürgerinnen und Bürgern der EU Mitgliedsstaaten im Sinne von Open Data kostenfreien Zugang zu Satelliten und Landüberwachungsdaten.

Der Spruch „Fortschritt lebt vom Austausch des Wissens“ von Albert Einstein mag abgedroschen klingen, und doch ist er vor dem Hintergrund von INSPIRE und Big Data heutzutage so aktuell wie nie zuvor. Nur wenn wichtige Informationen und Dienste flächendeckend und kostenfrei zur Verfügung stehen, kann ein Maximum an innovativen Ideen, Projekten und Produkten daraus erwachsen. So ist ein europäisches Informationssystem für die Erdüberwachung, das alle EU-Mitglieder am Nutzen von Raumfahrttechnologien teilhaben lässt und allen EU-Bürgern den kostenfreien Zugang zu EU-Satellitendaten ermöglicht, die Prämisse und auch das Versprechen des EU-Erdbeobachtungsprogramms Copernicus. Das System sollte die nötigen Werkzeuge etablieren, um politische Entscheidungen in Europa effizienter und nachvollziehbarer zu machen und gleichzeitig Unternehmen und Forschung wichtige Daten für die Entwicklung von innovativen Produkten und Dienstleistungen im Geodaten-Umfeld zu liefern. Seit Gründung im Jahr 1998 durch die ESA und die Europäische Kommission als GMES und der Inbetriebnahme der ersten Sentinel-Satelliten hat Copernicus bereits einen Großteil der Versprechen von damals eingelöst und ist bis heute in Projekten in Verwaltung und Forschung im Einsatz.

Copernicus Dienste

Foto: ESA/ATG medialab

Foto: ESA/ATG medialab

Copernicus bietet Daten, die in sechs Themenbereichen weiterverarbeitet werden: Landüberwachung, Überwachung der Meeresumwelt, Katastrophen- und Krisenmanagement, Überwachung der Atmosphäre und des Klimawandels sowie zivile Sicherheit. Diese werden ergänzt durch bestehende land-, see- und luftgestützte Messnetze sowie – als verbindendes Element – ein Informationsmanagement für Zugang und Archivierung der Daten und Produkte. Dort werden die thematisch aufbereiteten Rohdaten über die Dienste interessierten Nutzern kostenfrei zur Verfügung gestellt. Diese verarbeiten dann die Datensätze im Rahmen ihrer Anwendungsprojekte bis zum finalen Datenprodukt weiter.

Herzstück der Weltraumkomponente sind die sechs Sentinel-Satellitenmissionen, die aus jeweils zwei operativen Satelliten einer Serie bestehen. Fünf Satelliten der Missionen kreisen bereits im Orbit: Sentinel- 1A und 1B für wetter- und beleuchtungsunabhängige Radar-Beobachtungen, Sentinel-2A und 2B für die Beobachtung der Landbedeckung und -nutzung mittels multispektralem optischen Sensor, sowie der erste der beiden Sentinel-3 Satelliten, der verschiedene Instrumente zur Messung der Ozeanfarbe, Ozeanoberflächentemperatur und -höhe trägt. Sein Zwilling Sentinel 3B soll Ende 2017 starten.

Die anderen drei Satellitenmissionen enthalten empfindliche Messegräte für die Klimaüberwachung und sollen innerhalb der nächsten fünf Jahre folgen. Sentinel-4 und Sentinel-5 sollen mittels Spektrometer im UV, sichtbaren und Infrarotbereich Spurengase und Aerosole in der Atmosphäre global überwachen. Bevor diese jedoch in den Orbit starten, soll ab Ende September 2017 zunächst der eigenständige Satellit Sentinel-5 Precursor diese Messungen übernehmen. Der letzte im Bunde, Sentinel-6, soll als Satelliten-Altimeter in einem 66° inklinierten Orbit die 20-jährige Messreihe Jason-CS fortsetzen und „tidenfreie“ Messungen des Meeresspiegels vornehmen.

Nicht nur im Weltall

Foto: pixabay (geralt)

Foto: pixabay (geralt)

Neben der Weltraumkomponente – den Satellitendiensten – beinhaltet Copernicus auch Beobachtungssysteme, die nicht im Weltraum betrieben werden. Diese sogenannte „in situ“ Komponente beinhaltet wertvolle Messeinrichtungen und spezifische Informationsprodukte und liefert die Grundlage für eine gemeinsame europäische Geodateninfrastruktur nach INSPIRE-Richtlinien. So gibt es speziell für die Beobachtung von Wetter, Klima und Atmosphäre meteorologische Messeinrichtungen und Sonden an Wetterballons, Messbojen und Flusspegel für die Überwachung von Gewässern, sowie Fernerkundungsinstrumente, die aus Flugzeugen heraus betrieben werden. Diese liefern unter anderem digitale topographische Karten und Höhenmodelle, Orthophotos, Schutzgebietstypen, Straßennetze, thematische Karten wie Waldgebiete, Siedlungen und Gewässer sowie sozioökonomische Daten beispielsweise zu Bevölkerungszahlen.

Datennutzung

Der Datenzugang erfolgt über den Sentinel Data Hub (scihub.copernicus. eu/) oder via Amazon. Seit März 2017 können Nutzer außerdem via „Copernicus Data and Exploitation Platform – Deutschland“, kurz CODE-DE, auf die Daten zugreifen. Die Entwicklung der Plattform erfolgte mit Partnern aus der Industrie unter der Leitung des EOC. CODE-DE ermöglicht einen kostenfreien Zugriff auf die Daten der Sentinel-Satelliten sowie auf Informationsprodukte des europäischen Copernicus-Programms – unter anderem ein aktuelles, wolkenloses Deutschlandmosaik, erstellt im EOC. Die Plattform wird auch den Zugang zur nationalen Geodateninfrastruktur (GDI-DE) beinhalten, über die Geodaten in Deutschland aus verschiedensten Quellen harmonisiert und standardbasiert bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist geplant, in Abstimmung mit den Industriepartnern auch Daten der deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sowie hochauflösende optische Aufnahmen der RapidEye-Satelliten anzubieten. CODE-DE bietet zudem einen onestop- shop. Die Daten werden in einem Portal gebündelt, so dass der Nutzer nicht wie bisher verschiedene Datenbanken durchsuchen muss. Da allein die Sentinel-Satelliten bis Ende 2020 ein Datenvolumen von circa 50 Petabyte produzieren sollen, wird CODE-DE auch die Möglichkeit bieten, die Daten auf der Plattform mit eigenen Verfahren zu verarbeiten und anstelle der Rohdaten lediglich das gewünschte Endprodukt herunterzuladen. Dieser Vorgang soll völlig neue Nahe-Echtzeit-Anwendungen möglich machen, da ein Download der teils enormen Datenmengen nicht mehr zwingend notwendig ist.

Projekte und Innovationen

Precision Farming ist ein wichtiges Anwendungsgebiet für Copernicus-Daten. Foto: pixabay (danielsfotowelt)

Precision Farming ist ein wichtiges Anwendungsgebiet für Copernicus-Daten. Foto: pixabay (danielsfotowelt)

Die Copernicus-Daten haben ein breites Anwendungsspektrum. So können Satellitenbilder von Feldern den präzisen Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft unterstützen (Precision Farming), Klimadaten und Multispektralaufnahmen finden bei der Umweltüberwachung von Ökosystemen wie Gletschern und Regenwäldern Anwendung und die Schiffahrt profitiert von aktuellen Informationen über die Entwicklung der Eisdecke. Darüber hinaus unterstützen die präzisen Umweltinformationen der Satelliten auch den Ausbau der erneuerbaren Energien etwa bei der Auswahl der Standorte für Wind- und Solarparks. Bislang kamen die Copernicus Daten unter anderem bei behördlichen Geo-Projekten, beispielsweise bei der Aktualisierung des Landabdeckungsmodells Deutschland (LBM-DE 2015) in Zusammenarbeit mit Geoinformationsdienstleister IABG, zum Einsatz. Insbesondere die Sentinel 2 Flotte wurde hierbei als Sekundärdatenquelle genutzt. Außerdem nutzen auch viele Unternehmen aus der Softwarebranche die Daten für neuartige Produkte. So nutzt die Münchner Rückversicherung Munich Re den Service zur Analyse von Erdbeobachtungsdaten, der von Softwareanbieter SAP und der ESA gemeinsam entwickelt wurde. Auf Basis von SAP HANA bietet der Earth Observation Analysis Service eine standardisierte Schnittstelle für die schnelle, einfache Nutzung von detaillierten Analysen und Clustern, abgestimmt auf die jeweiligen Kundenbedürfnisse. Regierungsbehörden und Unternehmen, von Versicherung und Rückversicherung bis hin zu Bergbau, Versorgung und Einzelhandel, können die Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) nutzen, um auf Grundlage von historischen und Echtzeit-Satellitendaten über branchenspezifische Fragestellungen zu entscheiden.

 

Copernicus–Meilensteine

1998 – Im „Braveno Manifest“ rufen Europäische Institutionen dazu auf, eine „globale Überwachung
für die Sicherheit der Umwelt“ zu verwirklichen. Der Startschuss der GMES
(„Globale Umwelt- und Sicherheitsüberwachung“)-Initiative.
2001 – Die EU beschließt ihren Beitrag zum Aufbau einer GMES beim EU-Gipfel in Göteborg
2005 – Beschluss zum Bau des ersten GMES Sentinels auf der ESA Ministerratskonferenz in
Berlin („GMES Space Component“ Programm)
2009 – Die ESA Mitgliedsstaaten beschließen „Gemeinsame Prinzipien der Sentinel-
Datenpolitik“ und legen damit den Grundstein für einen freien und offenen Zugang
zu den Sentinel-Daten.
2010 – Das Europäische Parlament und der Europäische Rat beschließen die Verordnung zu
GMES und seine ersten operativen Tätigkeiten (2011-2013).
2011 – Die Europäische Kommission und die Europäische Umweltagentur (EUA) regeln in
einem Kooperationsabkommen ihre Zusammenarbeit bei GMES. Die EUA übernimmt
die Koordination der In Situ Komponente und des GMES Dienstes zur Landüberwachung.
2012 – GMES wird in Copernicus umbenannt
2013 – Copernicus Daten- und Informationspolitik tritt in Kraft
2014 – Mit Sentinel-1A startet der erste EU-Satellit der Copernicus Weltraumkomponente