Nye teknologier giver nye muligheder Landsdækkende beregning af vertikale og horisontale landbevægelser fra satellit Joanna Balasis-Levinsen (jofle@sdfe.dk) Geodætiske referencer Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering 7. februar 2019
Agenda Hvorfor? Introduktion til SDFEs opmålingsforretning Fra in-situ- til satellitdata fra lav til høj rumlig & tidslig dækning Hvordan? Introduktion til teknik Sentinel-1 Teknik til anvendelse af radar-satellitdata Hvad? Imod en landsdækkende service Potentielle anvendelsespotentialer Artificial reflectors Landsdækkende beregning Hvad nu? Næste skridt Perspektivering Side 2
Formål SDFE arbejder henimod etablering af permanent tjeneste til landsdækkende kortlægning af landbevægelser fra satellit Til beslutningsoplæg skal SDFE identificere: Aldrig mere landsdækkende præcisionsnivellement Hvordan kan satellitdata supplere vedligeholdelsen af national geodætisk infrastruktur Andre behov? Hvis ja, hvilke? Side 3
Erfaring med opmåling af landbevægelser Præcisionsnivellement og GNSS Præcisionsnivellement (1885 ): Opmålingsfrekvenser på 1 år, 3 år, 50 år Permanente (1998 ) og semi-permanente (2007 ) stationer med opmålingsfrekvenser på 1 år, 3 år Side 4
Erfaring med opmåling af landbevægelser Fra in-situ-målinger til satellitdata: Højere opløsning i tid & rum Præcisionsnivellement: ~70 pkt. Cyklus: 3 år (2006 ) Tidl. satellitmålinger: ~200 pkt. Cyklus: 35 dage (1995-2001) Nuv. satellitmålinger: ~7000 pkt. Cyklus: 6 dage (2014-2030) Side 5
Hvordan? Sentinel-1 Mission med gratis data garanteret fra 2014 frem til 2030 Genbesøgelsesfrekvens = 6 dage Pixelstørrelse = 5 x 20 m Bredde af radarbillede = 250 km Får vertikalbevægelse samt tidsserier kan følge jordoverfladens udvikling over tid Side 6
Hvordan? Teknik Får estimat hvor satellitsignal reflekteres Med billeder taget på forskellige tidspunkter landbevægelse igennem periode Gennemprøvet teknik blot ikke til formålet i DK nye muligheder Vej Bygning Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering 7. februar 2019 Side 7
Hvordan? Teknik Ref: TRE Altamira To typer af målepunkter: PS: Punkter, som ses i alle satellitbilleder (mest nøjagtig!) (ex: banelegeme, hus, bro typisk infrastruktur) DS: Punkter, hvis refleksion til satellitten ikke er så kraftig (ex: klippe, sten) INGEN målinger over flade arealer såsom vand og marker! Side 8
Hvordan? OBS! Grundet pixelstørrelsen (5 x 20 m) ved man ikke præcis, hvor den kraftigste refleksion kommer fra indenfor dette areal. Satellitten kigger ned på jorden med en vinkel relativt til lodret, θ: Måler ikke lodbevægelsen. Denne fås som: VEL_VERT = VEL/cos(θ). Med ét satellitspor (ascending/ descending) ses bevægelsen kun fra én retning bedst at kombinere A & D satellitspor. Ascending Descending Side 9
Hvad? Hovedaktiviteter Indkøb og evaluering af landsdækkende beregning (2014 2018) Få data i spil Bl.a. case-studier med HOFOR, Odense Kommune og Vejdirektoratet Formål: Kortlægning af interne og eksterne potentialer Modning af DK marked Artificial reflectors ( perfekte målepunkter) Hjørnereflektorer eller Compact Active Transponders (CATs) Anvendes ved få/ ingen naturlige reflektorer Teknisk materiel til øget punkttæthed og datanøjagtighed Side 10
Brugerundersøgelse: Eksempler på mulige anvendelser Bygge & anlæg Klima Forsyning Etablering af baseline samt eftermåling ifm. byggeri Stormflodssikring fra kyst og fjord Optimeret investeringsplanlægning, drift og vedligehold af nye og eksisterende: Rør Ledninger Kloakker Monitorering af broer, diger, dæmninger, havneanlæg og større byggerier Monitorering af diger og dæmninger til infrastruktur ifm. klimaforandringer Side 11
Artifical reflectors Gevind til GPS LVS-1 LVS-2 LVS-3 Nivellementsbolt Påførte deformationer til LVS-1 og -2. LVS-3: Stabil reference. Reflektorer skal funderes stabilt! Ref: PPO.Labs & NORUT (2017) Side 12
Artifical reflectors Øverst Ét satellitspor Nederst TRE: To A&D satellitspor PPO: Fire A&D satellitspor Konklusion Jo flere satellitspor & geometrier jo højere nøjagtighed: TRE: ~2 mm PPO: <1 mm Deformation [mm] Deformation [mm] LVS-1 4 2 0 15-01-2017-2 06-03-2017 25-04-2017 14-06-2017 03-08-2017 22-09-2017 11-11-2017-4 -6-8 -10-12 -14-16 Date LVS-1 4 TRE_Altamira PPO_NORUT Leveling 2 0 15-01-2017-2 06-03-2017 25-04-2017 14-06-2017 03-08-2017 22-09-2017 11-11-2017-4 -6-8 -10-12 -14-16 Date TRE_Altamira PPO_NORUT Leveling Side 13
Landsdækkende beregning Kontrakt med TRE Altamira Periode: Juni 2018 ultimo-2021 Opgave: Landsdækkende beregninger Korrektion med GNSS-data for øget nøjagtighed Anvendt alle satellitspor (13) Udvalgt indhold, shape-filer Punktareal (=0 for PS; >0 for DS) For hvert satellitspor: Relativ vertikalbev. Kombination af alle satellitspor: Vertikalbev. Horisontalbev. (øst-vest) Hot-spots (acc. over 3 mdr.) Tidsserie med tidsstempel Side 14 Ref: TRE Altamira (2018)
Beregning: Resultater Vertikalbevægelser (alle satellitspor) Relative vertikalbevægelser (ét satellitspor: 139D) Ref: TRE Altamira (2018) Motorvej Banelegeme Søer, mark og skov Ref: TRE Altamira (2018) Side 15
Beregning: Resultater Relative vertikalbevægelser (ét satellitspor: 139D) Ref: TRE Altamira (2018) Havneområde Hastighed: Ét målepunkt Ref: TRE Altamira (2018) Side 16
Dataindkøb: Resultater Relative vertikalbevægelser (ét satellitspor: 168D) Bro Hastighed: Middel over 9 målepunkter Ref: TRE Altamira (2018) Side 17
Perspektivering Frie Sentinel-1-data giver uhørt høj opløsning i tid og rum mulighed for ensartede, kontinuerte tidsserier indtil 2030 tidligst Ikke 100% fladedækkende kort kan bl.a. supplere med artificial reflectors Kort tidshorisont: Indgår ikke i satellitdata separat beregning Længere tidshorisont: Vil indgå som målepunkt i satellitdata Data skal supplere SDFE s vedligeholdelse af geodætisk infrastruktur, men hvordan er endnu uvist. Derfor igangsættes bl.a. følgende i 2019: Forår: Etablering af CATs ved bl.a. perm. GNSS-stationer Sommer: Landsdækkende genberegning Ultimo: Beslutningsgrundlag vedr. permanent tjeneste Formål: Lære om behov, muligheder og begrænsninger Beregning stilles frit til rådighed (grf@sdfe.dk) meld gerne tilbage om anvendelser, behov mm. Essentielt input til beslutningsgrundlag! Ny Copernicus-tjeneste på vej (2020) dog ikke ligeså høj nøjagtighed som forventet tjeneste fra SDFE Side 18
Tak! Nogle spørgsmål? Præsentationen indeholder modificerede Copernicus- Sentinel-data 2014-2018 Forfatterne ønsker at takke ESA og Copernicus-programmet for at gøre data tilgængelige, TRE Altamira, PPO.Labs, NORUT, NGU og DTU Space for teknisk rådgivning samt Lemvig Kommune, Lemvig Vand & Spildevand, Vejdirektoratet, Odense Kommune og HOFOR for lærerige samarbejder Side 19