Remote sensing laboratory

Focused on remote sensing data preprocessing and processing. Applications for environment monitoring in the Czech Republic.

Foundation

Remote sensing laboratory was established on 1.1.2019 as a part of CENIA, Czech environmental information agency restructuralisation. Foundation of the Laboratory was driven by motivation to research interactions among several landscape parts a socioeconomic aspects of human activity based on use of remote sensing methods both on local and global level. CENIA has already used remote sensing methods in a number of previous projects and based on this experience, specialised unit was established to intensify activities in this area.

Research activity

Research of laboratory is primarily focused on landscape which is composed from solid surfaces and matters, water areas and atmosphere. Various kind of data is obtained from the landscape using remote sensing instruments of different data types, formats and areas of electromagnetic spectrum. Possible scenarios of further develoment, models and simulations are calculated based on combination of remote sensing data and other data sources. Often the process of modelinng and simulations leads to the develompent of new methods of data processing (methods, algorithms, programming tools or specialised technological processes and steps).

Concluding the above mentioned, measurement of energy flows in the landscape within the research activities of Laboratory is focused int two main areas of activities:

Water retention in the landscape

Water retention can also be defined as aggregated indicator, where some phenomenon like temperatures of surfaces, humidity or vegetation indices are fetched from remote sensing data. Practical outputs are water retention in the landscape, water cycle or even temperature based regional division of the Czech Republic (migration of hotspots).

Spectral analysis of objects

Not only physical appearance of objects, but also their qualitative status can be determined from their spectral appearance (e.g. health of vegetation, pollution of water areas, waste composition of the landfill, etc.). Any results of analyses need to be verified in-situ.

Projects

Remote sensing laboratory emloyees have been working in several projects, not only limited to use of remote sensing techniques. Click on the tiles below to see details about each project.

Currently running projects

NIKM - 2nd stage

National inventory of contaminated sites project - 2nd stage (NIKM 2) is continuation of 1st stage (see Project NIKM - 1st stage), where the whole area of the Czech Republic is mapped by method of visual interpretation of satellite images, including NIR band. Digital elevation model data is used as one of supporting layers. Current aerial images from 1998-2018 and historic aerial imagery form 1952-53 are used. Additional supporting databases are used to improve the precision of suspicious sites identification - e.g. Czech Geological survey, National mapping agency (ČÚZK), CENIA, Czech army, etc. Suspicious sites are split into 14 categories

Detection of energy flows in the landscape - urban areas definition

Definition of urban areas based on remote sensing data classification. Supervised classificaion of satellite data is applied to define the urban areas, enabling identification of partial phenomenon acting in the urban areas and their monitoring. Metholology can be applied to define urban areas in all municipalities of the Czech Republic in defined time horizons. The advantage of the methodology is its preparedness for possible international comparison.

Detection of energy flows in the landscape - urban green areas

Inventarisation of urban green areas from remote sensing data. The aim of the methodology is analyzing of green infrastructure which defines share of urban green and water ecosystems in urban areas of cities in the Czech Republic in different time spans. The result is the share of green infrastructure on the urban area of the city and its administrative area.

Detection of energy flows in the landscape - heat islands

Detection of overheating prone urban areas. The aim of the methodology is to analyse surface temperatures distribution within urban areas that are sensitive to extreme temperature changes due to climatic change caused mainly by high share of artificial surfaces and decreasing share of pervious surfaces.

Remote sensing data analysis in the resort of the Ministry of Environment

Project is assessing the use of remote sensing data by various organisations within the resort of Ministry of Environemnt. Apart from that other opportunities for remote sensing data use in daily work on regular agendas and research of the resort organisations are mapped.

ETC/ICM

European Topic Centre on Inland, Coastal and Marine Waters (ETC/ICM) is an expert consortium of EU based research, public and private institutions that are supporting the European environment agency in the area of EU water policies implementation. The main role of CENIA within ETC/ICM is Urban Wastewater Treatment directive (UWWTD) reporting preparation, support and evaluation.

Past projects

NIKM - 1st stage

National inventory of contaminated sites (NIKM - 1st phase) project was focused on creation of methodology for current and historic aerial imagery analysis to identify suspicious contaminated sites and dangerous waste landfills, both legal and illegal (done in 2009-2013). The methodology was verified on ca. 10 % of test area selected within the Czech Republic including testing of possible use of hyperstectral satellite imagery (RapidEye, WorldVIes and EO-1 Hyperion satellites). After its approval, the methodology was used in the whole country mapping in the Czech Republic, which was carried out in the 2nd stage of the project.

Complete seamless coverage of the Czech Republic by historic aerial imagery form years 1952-1953 was fetched and is available on https://kontaminace.cenia.cz.

EnviSec

EnvSec project financed by the Ministry of Interior was dealing with applied research in the area of global changes assessment and their influence on environmental security of the Czech Republic. Project was a response to security risks coming from damage of ecosystems.

The aim of the project was to extend methods of integrated asseessment and monitoring of global changes influences on the environemntal security of the Czech Republic including evaluation of ecosystem risks and their impact on Czech ecosystems. The aim of the proect was to develop methodological and information tools supporting monitoring and assessment of environment security, especially to support national implementation of Copernicus and GEOSS programmes.

Project website: http://www.envisec.cz

CORINE Land Cover

Pracovníci Laboratoře se podíleli na posledních třech mapovacích cyklech projektu CORINE Land Cover. Databáze CORINE Land Cover je vytvářena v měřítku 1:100 000 s nejmenší mapovací jednotkou pro plošné jevy 25 ha a minimální šířkou 100 m pro liniové jevy. Časové řady jsou doplněny změnovými vrstvami, ve kterých jsou vykresleny změny krajinného pokryvu s nejmenší mapovací jednotkou o ploše 5 ha. CORINE Land Cover obsahuje celkem 44 tříd krajinného pokryvu a využití území, na území České republiky se vyskytuje 29 tříd.

Národní databáze CORINE Land Cover jsou ve stanovených letech vytvářeny v rámci sítě EIONET (NRC/LC). Většina zemí, včetně České republiky, využívá metodu vizuální interpretace satelitních snímků s pomocí referenčních národních dat – v České republice např. letecké ortofoto, nebo databázi LPIS.

Other important projects with participation of Laboratory employees

Mapping of central Nile river in the area of northern Sudan

V letech 2001 a 2002 byl realizován projekt na výrobu družicových mapových schémat severní části Súdánu v měřítku 1:100 000 a 1:50 000 pro potřeby geologického průzkumu (celkem kolem 60 000 km2). Zadavatelem byly Soudanese Ministry of Finance ve spolupráce s firmou Shirian al Shamal Company for Energy z Chartúmu. Základním zdrojem pro tvorbu těchto mapových schémat byla multispektrální data pořízená družicí Landsat 7 (ETM+, 30 m rozlišení). Po kontrole radiometrické a geometrické přesnosti dat byla vytvořena vhodná barevná syntéza. Prostor 5 celých družicových scén byl transformován do souřadnicového systému WGS84. Pro zpřesnění transformace bylo provedeno zaměření identických bodů přímo v terénu pomocí GPS.

Pro tvorbu názvosloví bylo použito starých map (nejnovější z 30.let minulého století), které bylo zpřesněno místním šetřením. Byl vyřešen geodetický a matematický základ nomenklatur mapových listů. Vizualizace a tisk mapových schémat byla realizována po listech (celkem 64 mapových listů v měřítku 1:100 000 a 16 mapových listů v měřítku 1:50 000).

Crop classifiaction within the area of Jaslovské Bohunice nuclear powerplant

Project was realised in August 2008 to thoroughly test technoligies suitable for damage assessment of vegetation, especially agriculture crops, in case of nuclear accident. Project was realised for AB Merit company and evaluated quite a big amount of satellite data coming from ASTER (13 spectral bands, spatial resolution 15 - 90 m) and MODIS (36 spectral bands, spatial resolution 250 - 1000 m) instruments placed on board of Terra and Aqua satellites.

Verification of remote sensing techniques in crisis situtations

V roce 2009 byl realizován projekt pro Státní úřad radiační ochrany (SÚRO), kdy byly zkoumány možnosti realizace klasifikačního procesu multispektrálních družicových dat dálkového průzkumu Země pro tvorbu a aktualizaci tematických map. Především pak pro přesnou identifikaci jednotlivých typů vegetačního krytu. V první fázi byla použita data ze senzoru ASTER družice Terra, ve druhé fázi pak data ze senzoru HRV družice Spot 5.

Byly otestovány technologie, jimiž by bylo možno v případě potřeby zabezpečit vyhodnocení škod na vegetaci a zejména na zemědělských plochách v případě radiační havárie (v tomto případě JE Temelín). Ukázalo se, že je nutno věnovat pozornost datovým podkladům, které musí být aktuální, přesné, kvalitní a především naprosto pravdivé.

V projektu byl též proveden odhad množství kontaminované biomasy pro daná pásma zasažená únikem radiace. Kromě toho byl na základě výsledků klasifikace jednotlivých zemědělských plodin učiněn odhad výnosů za dané plodiny, a tedy v tomto případě odhad ztrát v zemědělské produkci.

FATIMA

Výzkumný projekt FATIMA z programu EU Horizont 2020 se zabýval možnostmi aplikace metod dálkového průzkumu Země v oblasti precizního zemědělství. S použitím družicových a leteckých dat z dronů byly určovány výnosové potenciály plodin, které sloužily jako jeden z podkladů pro variabilní aplikaci hnojiv, pesticidů a dalších látek, čímž se dosáhlo optimalizace procesu hnojení a ošetřování zemědělských plodin, omezení vyplachovaní dusíkatých látek a pesticidů do podzemních vod a bylo dosaženo i úspor ve spotřebě chemických látek užívaných v intenzivním zemědělství a následných finančních úspor pro zemědělce.

PREMIA

Projekt pro ESA zabývající se aplikací dat DPZ v oblasti zemědělského pojištění. Časové řady družicových dat spolu s výnosovými mapami a hisorickými daty extrémních přírodních jevů (např. sesuvy půdy, sucha, krupobití, atd.) slouží jako vstup pro modelování a predikci budoucího vývoje a pomáhají zemědělcům i pojišťovnám s dostupností mapy rizik a dávají přehled o rámcové výši pojištění vybraných plodin na daném pozemku. Na základě výsledků projektu se zemědělci mohou lépe rozhodovat při tvorbě osevních plánů a zajistit si tak co nejlepší rentabilitu zemědělské produkce.

Tetrao tetrix biotope identification using remote sensing methods

Předmětem výzkumu bylo určit, zda výskyt (vhodný biotop) či absenci tetřívka obecného v Krušných horách lze vysvětlit pomocí proměnných odvozených z neklasifikovaných družicových snímků (spektrální a texturní indexy) a do jaké míry je lze odlišit. K výzkumu se využilo dat dlouhodobého monitoringu početnosti tetřívka obecného v Krušných horách a snímků družice Landsat z příslušných let.

Experiment byl designován tak, aby byla nejprve ověřena schopnost spektrálních a texturních indexů odlišit vhodný biotop od zcela nevhodného, dále byla analyzována využitelnost indexů pro odlišení oblastí prezence a absence tetřívka v prostředí Krušných hor za celé sledované období a nakonec byla stanovena využitelnost indexů pro vysvětlení časoprostorových změn distribuce.

Výsledkem je, že vybrané spektrální a texturní indexy jsou ve statistických modelech signifikantní pro všechny tři experimenty a stávají se vhodným ukazatelem prezence či absence tetřívka obecného v Krušných horách. Lze předpokládat využitelnost tohoto postupu i pro jiné území či odlišné druhy organismů.

Our staff

See the short profiles of Remote sensing laboratory employees.

Pavel Doubrava

Head of Remote sensing laboratory

"Graduated in the Faculty of Science of the Charles university in Prague, specialized in regional geography. He has more than 30 years of experience in digital remote sensing data procssing focusing on applications in environment, agriculture and forestry. His professional career has started as a researcher within Interkosmos research programme where ha was participating in a development of new methods of digital remote sensing data processing and also worked on a development of sensors for Mir space station. In the early 1990s he was working in Germany in a expert group developing defense applications of remote sensing and later also paticipated in several projects for JPL NASA and other private companies focused on remote sensing development. Apart from that he is an independant consultant in the areas nanosat construction and development of nonconventional space propulsions."

PředchozíDalší