Hochwasseranalyse mit Hilfe von Sentinel-1 Daten

Entwicklung und VALidierung von erdbeobachtungsbasierten Indikatoren für das Monitoring des Sendai Rahmenwerks am Beispiel von Hochwasser in Ecuador (VALE)

Herausforderung

Im Rahmen des Projektes hat mundialis ein Verfahren entwickelt, um aus den Sentinel-1 Daten überschwemmte Flächen zu extrahieren und über ein Beobachtungsjahr zeitlich zu aggregieren. Wasserflächen reflektieren aufgrund ihrer geringen Oberflächenrauhigkeit das Signal des Radarsatelliten vom Sensor weg, so dass sie in den Sentinel-1 Daten sehr dunkel erscheinen. Ein automatisches Schwellwertverfahren kombiniert mit einer Bildsegmentierung kann dann Hochwasserflächen identifizieren und mit Hilfe eines Referenzdatensatzes von permanenten Wasserflächen unterscheiden. Die Abbildung zeigt ein Projektergebnis für eines der im Rahmen des Projektes näher betrachteten Untersuchungsgebiete.
Werden alle Sentinel-1 Aufnahmen eines Jahres auf diese Weise analysiert, können zeitlich aggregierte Hochwassergefahrenkarten abgeleitet werden. Kombiniert mit weiteren Hilfsdatensätzen zu lokaler Bevölkerung, Landnutzung etc. können diese Ergebnisse dann in Indikatoren des Sendai Rahmenwerks überführt werden.
Das entwickelte Verfahren kann für beliebige Untersuchungsgebiete und Zeiträume angewendet werden. Das langfristig angelegte Copernicus-Programm garantiert dabei die kontinuierliche Erfassung von Sentinel-1-Daten.

Leistungen

Die Firma mundialis hat das Projekt vollumfänglich umgesetzt. Die Umsetzung erfolgte in den folgenden Arbeitsschritten:

Datenrecherche, Einlesen und Analyse der Eingangsdaten
Entwicklung der internen Prozessskripte für die Fragestellung
Interaktion mit den Projektpartnern zur Optimierung der Berechnungen
Vor Ort Begehungen von Projektgebieten in Ecuador, Workshops
Extraktion der Überflutungsflächen aus den Sentinel-1 Daten
- Zeitliche Aggregation dieser Daten über ein Beobachtungsjahr
- Entwicklung eines automatischen Schwellwertverfahrens kombiniert mit Bildsegmentierung zur Identifikation von Überflutungsflächen
- Unterscheidung permanenter Überflutungsflächen mit Hilfe eines Referenzdatensatzes
- Ableitung von zeitlich aggregierten Hochwassergefahrenkarten
Überführung der Ergebnisse in Indikatoren des Sendai Rahmenwerks
Automatisierung der entwickelten Methode
Qualitätssicherung der Ergebnisdaten
Übergabe der Daten sowie Dokumentation an die Projektpartner
Abschlussbesprechung

Ergebnis

Implementation der Methode
Überführung der Ergebnisse in Indikatoren des Sendai Rahmenwerks
Bereitstellung der Software auf GitHub als Open Source
Wissenschaftliche Publikation (peer reviewed)

Kunde

BMWI (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)

Story

Hochwasser ist weltweit eine der häufigsten Naturkatastrophen, deren verursachte Schäden je nach betroffener Region häufig nur sehr ungenau beziffert werden können. Das Sendai Rahmenwerk für Katastrophenvorsorge 2015-2030 baut daher auf eine Reihe an standardisierten Indikatoren, die den jährlichen Einfluss von Naturkatastrophen möglichst vollständig abbilden sollen. In dem vom BMWI geförderten Forschungsprojekt VALE (Entwicklung und VALidierung von erdbeobachtungsbasierten Indikatoren für das Monitoring des Sendai Rahmenwerks am Beispiel von Hochwasser in Ecuador) wurde in Zusammenarbeit mit der Universität der Vereinten Nationen untersucht, inwieweit Fernerkundungsdaten zur Berechnung dieser Indikatoren herangezogen werden können. Konkret geht es um die Ableitung von jährlichen Hochwasserstatistiken am Beispiel Ecuadors.