Dane satelitarne

Informacje pozyskiwane za pomocą Programu Copernicus, pozwalają na uzyskanie informacji o jakości powietrza, także w ujęciu dla całej Europy i Świata. Uzyskiwane dane pozwalają na:

• oszacowanie emisji
• określenie propagacji zanieczyszczeń stałych (aerozoli), a także
• oszacowanie szkodliwych gazów emitowanych głównie podczas spalania paliw kopalnych – tlenków azotu, tlenku węgla oraz dwutlenku siarki

Umożliwiają również identyfikację innych gazów, np. ozonu, będącego silnym utleniaczem i szkodliwym gazem dla organizmów żywych, ale także stanowiącego tarczę przed promieniowaniem ultrafioletowym, gdy znajduje się w wyższych partiach atmosfery. Inne identyfikowalne gazy to między innymi metan, pochodzący z wielu różnych źródeł – tak naturalnych jak i będących konsekwencją działalności ludzkiej, np. przemysłowej hodowli zwierząt. Dane satelitarne pozwalają także na detekcję i monitoring wielu toksycznych związków np. formaldehydów.

Dane satelitarne znalazły swoje zastosowanie również w przypadku obszarów morskich i lądowych. Przykładem ich zastosowania w rejonach morza i oceanów mogą być:

• obserwacje wycieków ropy i chemikaliów
• zmiany w wysokości zbiorników wodnych
• monitorowanie dna morskiego do niewielkiej głębokości
• zakwit i rozrost sinic
• zmiany terenów nadmorskich, np. powstawanie mierzei
• monitorowanie prędkości wiatru
• wykrywanie ekstremalnych zjawisk na terenach morskich
• monitorowanie zagrożonych gatunków

Przykładem wykorzystania danych satelitarnych na obszarze lądowym mogą być:

• nielegalna wycinka drzew
• szkody w krajobrazie spowodowane np. wichurami
• zmiany spowodowane zanieczyszczeniami
• zainfekowanie drzew przez szkodniki np. korniki
• rozróżnienie rodzajów gleby i skał
• pozyskiwanie precyzyjnych informacji na temat terenów rolnych w Polsce

Z punktu widzenia nawigacji satelitarnej kluczowe okazuje się również analizowanie tras statków oraz promów. Dzięki temu znacznie redukuje się ryzyko utknięcia na mieliźnie, lub kolizji, a oba te zdarzenia negatywnie wpływają na wiele aspektów, między innymi na:

• zdrowie i życie ludzkie
• budżet ze względu na konieczność naprawy uszkodzeń
• środowisko w przypadku wycieku np. ropy lub innych chemikaliów
• harmonogram dostaw
• pracę zarządu oraz pracowników portów morskich
• kontakt z przewoźnikami międzynarodowymi

Nawigacja satelitarna dostarcza wystarczająco dużo kompleksowych danych do bezkolizyjnego planowania tras podróży. Obecnie istnieją systemy pozwalające na bieżąco śledzić ruch na obszarach morskich. Dzięki temu zarówno administracja, samorządy, jak i zarządy portowe mają szansę:

• zaoszczędzić środki finansowe
• zoptymalizować zarządzanie zasobami ludzkimi
• zwiększyć płynność operacji, która przekłada się na dodatkowe oszczędności
• zredukować ryzyko zanieczyszczenia środowiska
• pozyskać nowych partnerów i klientów ze względu na nowoczesność oferowanych usług

Nawigacja satelitarna jest więc świetnym sposobem na monitorowanie ruchu. Obszary lądowe to kolejne ciekawe zastosowanie jej działania. Z pomocą danych geolokalizacyjnych można, np. na żywo śledzić przejazdy pociągów. Dzięki danym satelitarnym możliwe jest np.:

• aktualizowanie godzin odjazdów i przyjazdów pociągów
• monitorowanie opóźnień
• prognozowanie zmian w rozkładzie jazdy
• weryfikacja bezpieczeństwa.

Utrzymanie płynności ruchu mogą zapewniać nowoczesne systemy, oparte na nawigacji satelitarnej. Dostarczają one wartościowych informacji, które na bieżąco pozwalają reagować na jakiekolwiek opóźnienia, wypadki lub sytuacje spowodowane np. warunkami pogodowymi.

Wykorzystanie satelitów obserwacji Ziemi w leśnictwie jest bardzo wszechstronne. Dane satelitarne mogą służyć np. do oceny zmian w aktualnym zalesieniu, spowodowanych różnymi czynnikami środowiskowymi. Porównanie obrazów z platform satelitarnych, takich jak Sentinel lub Landsat umożliwia identyfikację rodzajów nasadzeń oraz ocenę ich kondycji. Pozwala również na rozróżnienie charakterystyki lasu, a także odnotowanie zachodzących w nim zmian. W połączeniu z obserwacjami prowadzonymi przez służby leśne możliwe staje się szerokie, całościowe spojrzenie na kompleksy leśne oraz ocenę ich stanu.

Dzięki temu możliwe jest również planowanie i realizowanie założeń gospodarki leśnej, wykraczających poza ich stan obecny. Obserwacje satelitarne pozwalają między innymi na:

• ocenę zamierania lasów świerkowych oraz innych gatunków
• wyznaczenie miejsc, gdzie dochodzi do znacznego ubytku w strukturze leśnej
• wyznaczenie miejsc, gdzie konieczna będzie zmiana profilu nasadzeń na gatunki odporniejsze na zmiany klimatyczne
• znalezienie drzew zainfekowanych szkodnikami np. kornikami
• wyznaczenie miejsc, gdzie konieczna będzie zmiana profilu nasadzeń na gatunki odporniejsze na określone szkodniki
• klasyfikację terenu z podziałem na typ gleby i wilgotność

Przykładem mogą być zdjęcia przedstawiające ten sam obszar Białowieży, wskazujące miejsca, gdzie zimą widoczne są zalesienia iglaste, a latem także liściaste. Jednocześnie na obu zdjęciach widoczne są brązowe plamy, gdzie nie ma oznak wegetacji - są to miejsca zajęte przez martwe drzewa. Porównanie zdjęcia z lata 2020 roku oraz lata 2015 roku ujawnia także miejsca, gdzie po 5 latach miejsca po drzewach zajął inny rodzaj wegetacji.

Konieczność wdrażania nowych źródeł energii oraz ich dywersyfikacja może się odbywać również w oparciu o dane uzyskiwane za pomocą systemów satelitarnych: od obrazowania, umożliwiającego wytypowanie miejsc o wysokim potencjale inwestycyjnym dla elektrowni wiatrowych lub słonecznych, do danych radarowych, skutecznych w przypadku określenia prędkości wiatrów nad obszarami morskimi, co jest istotną informacją z perspektywy planowania farm wiatrowych, budowanych na morzu. Również modelowanie terenu wraz z informacją o gruntach pozwala na planowanie sieci przesyłowych, a także na modelowanie miejsc potencjalnych inwestycji dla dużych elektrowni:

• węglowych
  
• gazowych
  
• nuklearnych

Obrazowanie satelitarne pozwala również na bezpośrednią identyfikację zmian w środowisku spowodowanych działalnością bezpośrednio związaną z sektorem energetycznym np. wydobyciem węgla brunatnego. Dane satelitarne mogą więc wesprzeć proces administracyjny poprzez:

• monitoring inwestycji w energetykę
• monitoring warunków atmosferycznych wpływających na energetykę odnawialną (w szczególności tych niebezpiecznych!)
• ocenę potencjału inwestycyjnego
• decyzje w sprawie rozwoju infrastruktury
• decyzje środowiskowe związane z energetyką odnawialną

Zmiany klimatyczne dotyczą krajów na całym świecie, w tym również Polski. Jest to poważny problem ze względu na m.in.:

• ograniczony dostęp do wody, w szczególności pitnej
• fale upałów
• niszczenie brzegów
• coraz większe ryzyko podtopień obszarów położonych blisko morza

Część zadań urzędników dotyczy zarządzania kryzysowego, a część prawidłowego planowania i przewidywania sytuacji. Praktycznie każdego roku w Polsce dochodzi do powodzi i podtopień. Zmiany klimatyczne to coraz częstsze zjawiska tzw. opadów nawalnych, gdzie bardzo duży opad błyskawicznie trafia do zlewni rzek. Zwykle większe rzeki otrzymują ten nadmiar wody, który znajduje swoje ujście w Bałtyku. Przekłada się to na czasowe “poszerzenie” rzeki i innych cieków wodnych na pewnym odcinku. To z kolei przekłada się na zniszczenia w infrastrukturze miastowej oraz terenach mieszkalnych.

Dzięki danym radarowym można zaobserwować wezbranie wód. Dzięki temu zarządzający mogą działać szybciej, sprawniej i bardziej efektywnie na terenach dotkniętych powodzią. Korzystanie z tak efektywnego narzędzia, jak dane satelitarne, pozwala więc znacznie zabezpieczyć budżet, zmniejszyć koszty ponoszone na doraźne zniszczenia i zapewnić bezpieczeństwo mieszkańcom.

Przykładowe działania, oparte o dane satelitarne, wspierające administrację publiczną:

• monitoring zmian linii brzegowej w perspektywie długoterminowej
• monitoring zmian wydajności upraw rolniczych
• podejmowanie decyzji inwestycyjnych pod kątem przyszłych zagrożeń
• szersza współpraca międzynarodowa, np. w obrębie Morza Bałtyckiego

Ze względu na globalne ocieplenie i niszczącą działalność człowieka, środowisko naturalne stopniowo ulega degradacji. Przykładem mogą być pożary lasów, skutkujące powstaniem aerozoli, które dodatkowo negatywnie wpływają na zdrowie ludzi. Rozprzestrzeniający się dym oraz cząstki stałe mają także duży wpływ na jakość powietrza. W wielu przypadkach zarówno ogień, jak i dym widoczne są na zdjęciach satelitarnych. Tego typu obserwacje Ziemi mają wiele korzyści np.:

• wspierają zarządzanie przestrzenią objętą klęską żywiołową.
• pozwalają zredukować straty ekologiczne,
• pozwalają zredukować straty ekonomiczne
• pozwalają zredukować straty społeczne

W kwietniu 2020 roku podczas pożaru w Biebrzy spłonęło ponad 5,2 tys. ha łąk i lasów. Są to ogromne straty. Bardzo duża część roślinności spłonęła, grunty nie nadają się do ponownego zalesiania, a wiele zwierząt straciło życie. Na zdjęciach satelitarnych bardzo dobrze widoczny jest obszar zagrożony. Sentinel 3 wykonał zdjęcia podczas pożaru, na których widać również dym. Sentinel 2 również wykonał zdjęcia w maju 2020 roku, aby pokazać skalę zniszczeń. 

Satelity pozwalają również na śledzenie tras migracyjnych zwierząt. Dzięki temu można uzyskać informacje dotyczące:

• stanu populacji zwierząt
• miejsc gniazdowania
• obszarów, na których się zatrzymują

W praktyce pozwala to wyznaczyć administracji np. strefy ochronne dla zagrożonych gatunków oraz uchronić ludzi przed wejściem na niebezpieczny obszar.

Na przestrzeni lat zaobserwowano znaczące zmiany, jakie zaszły na terenie Polski. Jest to możliwe dzięki obserwacjom Ziemi i wykorzystaniu danych satelitarnych. Dzięki temu administracja publiczna może pozyskać wartościowe dane, które warto uwzględnić w przypadku:

• planowania rozwoju infrastruktury
• inwestycji w rozwój gospodarczy
• zarządzania zasobami
• wyznaczaniu nowych tras, w tym autostrad i obwodnic
• budowaniu nowych zbiorników retencyjnych

Dane satelitarne pozwalają również na sprawdzenie, w jaki sposób na przestrzeni lat zmienił się dany krajobraz. Przykładem może być animacja przedstawiająca zmieniające się okolice Warszawy na przestrzeni lat 2017 - 2020. Każde ze zdjęć wykonano pod koniec sierpnia. Występowanie terenów dotkniętych suszą może sugerować konieczność zmiany upraw na tych terenach lub polepszenie dostępnej infrastruktury nawadniającej.

Miasta nieustannie zmieniają swoje oblicza: powstaje nowa droga, starszy budynek ulega rozbiórce, budowane są nowe osiedla, a czasem całe kompleksy przemysłowe. W praktyce część nieużytków oraz terenów zielonych jest zastępowanych nowymi budynkami oraz całymi osiedlami. W wielu innych miejscach można zobaczyć nowe budowy - czasem także w miejscu starych budynków. Okazuje się więc, że dane satelitarne stanowią wartościowe narzędzie dla administracji publicznej, w szczególności z punktu widzenia planistów przestrzeni miejskiej.

Podwyższone ryzyko wystąpienia pożarów, powodzi lub skażeń radioaktywnych jest zdecydowanie niebezpieczne dla życia ludzi, zwierząt i środowiska. W szczególności na obszarach gęsto zaludnionych, w których ewakuacja zajmuje dużo czasu. Z pomocą przychodzą dane satelitarne, które odpowiednio wykorzystywane mogą służyć jako wczesne ostrzeżenie przed różnymi zagrożeniami. Do niebezpiecznych sytuacji, jakie administracja publiczna może przewidywać na podstawie informacji płynących z danych satelitarnych należą:

• powodzie
• pożary
• zanieczyszczenie powietrza
• zbyt wysoki indeks promieniowania UV
• zapylenie
• zanieczyszczenie atmosfery
• zbyt wysoka lub niska temperatura

Dane satelitarne pozwalają przyspieszyć i ułatwić podejmowanie decyzji, szczególnie tych kluczowych dla zdrowia i życia ludzi. Dzięki nim można uzyskać szerszą perspektywę i więcej informacji odnośnie rzeczywistego stanu na danym obszarze. Informacje pozyskiwane z danych satelitarnych mogą również wspierać planowanie rozwoju w oparciu o ochronę zdrowia. Dzięki pozyskanym danym można wyznaczyć tereny niesprzyjające zdrowiu i tym samym wykluczyć je z dalszego planu rozwoju infrastruktury lub wdrożyć działania rewitalizujące dany obszar. Jakie obszary można wyróżnić na podstawie danych satelitarnych?

• obszary, na których występuje susza
• obszary, które pustynnieją
• obszary zaatakowane przez szkodniki
• obszary jałowe
• obszary zbyt nasłonecznione (zagrożenie UV)
• obszary depresyjne - ryzyko podtopienia
• obszary najbardziej dotknięte smogiem

Przykładem skutecznego wykorzystania danych satelitarnych jest portal - Centrum Informacji Kryzysowej.

Jednym z podstawowych celów obrazowania satelitarnego jest pozyskanie danych, umożliwiających weryfikację oraz ocenę stanu upraw rolnych w ujęciu całościowym. Dane, zwłaszcza o charakterze multispektralnym, umożliwiają:

• określenie rodzaju upraw,
• kondycji upraw
• prognozowanie możliwych zbiorów poprzez wyznaczenie obszarów zajmowanych przez określone uprawy np. zbóż, kukurydzy, ziemniaków oraz innych roślin uprawianych jako monokultura

Dane satelitarne dostarczają tym samym weryfikowalnych i kwantyfikowalnych informacji o stanie rolnictwa, co ma szczególnie duże znaczenie w obecnym czasie, gdy zmiany klimatyczne coraz silniej wpływają na procesy wegetatywne w Polsce. Analiza trendów oraz zjawisk niebezpiecznych, powiązanych z rolnictwem np. występowanie długotrwałej suszy, pozwala także na wytypowanie obszarów wymagających inwestycji w dodatkowe systemy retencji wody lub – gdy nie jest to możliwe – wprowadzenia zasadniczych zmian w samych uprawach np. zmieniając ich charakter na rośliny lepiej radzące sobie w takich warunkach.

Systematyczne i świadome posługiwanie się informacjami pochodzącymi z satelitów wspiera pracę administracji publicznej, funkcjonowanie miasta, rozwój gospodarki oraz ułatwia zarządzanie kryzysowe. Dane radarowe pozwalają na uzyskanie bardzo dobrej charakterystyki rozplanowania przestrzennego budynków i obiektów sztucznych. Natomiast obrazowanie w świetle widzialnym i podczerwieni pozwala na określenie innych parametrów urbanistycznych z podziałem na konkretne obszary zielone np. identyfikację parków, lasów i łąk. Tego typu działania pozwalają również scharakteryzować przestrzeń dostępną pod planowaną zabudowę np. osiedla lub kompleksy przemysłowe. Dane satelitarne uzyskiwane na przestrzeni lat pozwalają także na zobrazowanie zmian zachodzących w przestrzeni miejskiej.

Rozwój urbanizacyjny przestrzeni miejskiej nie pozostaje bez wpływu na zdrowie ludzi oraz środowisko. Gęsta zabudowa, drogi, duże powierzchnie pokryte betonem, wywołują efekt miejskich wysp ciepła. Obserwacja Ziemi umożliwia planistom rozważenie potencjalnych zmian w zabudowie miejskiej – na przykład wprowadzając nasadzenia drzew – w celu zmniejszenia tego niepożądanego efektu. Obserwacje wykorzystujące kanał dalekiej podczerwieni prowadzone są przy użyciu satelity Landsat 8, satelity Terra, a także - w niższej rozdzielczości - przy użyciu satelity Sentinel 3.

Obecne systemy zainstalowane np. w dronach pozwalają na szybkie przetwarzanie danych z pojazdów bezzałogowych oraz generowanie ortofotomap i modeli 3D terenu. Dlaczego to ważne? Nowoczesne rozwiązania pomagają między innymi w trakcie walki z pożarami. Dobrym przykładem jest pożar w Biebrzańskim Parku Narodowym. Wówczas niezwykle istotne w kwestii ograniczenia strat było precyzyjne zlokalizowanie źródeł rozprzestrzeniania się ognia. Drony okazały się do tego zadania niezwykle skuteczne. To tylko nieliczne z zastosowań nowoczesnych pojazdów bezzałogowych. Wyposażone w nawigację satelitarną drony mogą być wsparciem w przypadku:

• wykrywania prób ingerencji w rurociągi
• kradzieży, np. surowców
• monitorowania kąpielisk i wykrywania osób topiących się
• zmian drzewostanu spowodowanych aktywnością szkodników