Austrian Data Cube: An EODC service for the Austrian EO user community

Unter Erdbeobachtung versteht man die Sammlung von Informationen über unserem Planeten aus der Ferne mit Satelliten- oder Luftdaten, wie unbemannte Luftfahrzeuge. Diese Techniken können für eine große Anzahl von Anwendungen verwendet werden, um nur ein paar aufzuzählen:

• Umwelt-und Naturschutz (z.B. Kartierung der Lebensräume oder Ölpest-Erkennung);
• Landwirtschaft (z.B. Überwachung des Erntezustandes und Ertragsprognosen);
• Forstwirtschaft (z.B. Baumarten Klassifikation und Holzbestand Schätzungen);
• Klimawandel (z.B. Ermittlung von Meereis und Wasserspiegel); und
• Stadtentwicklung (z.B. Stadtplanung und Überwachung der Landschaftszersiedelung).

Das Europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus betreibt und erweitert eine umfangreiche Konstellation, bestehend aus verschiedenen Erdbeobachtungssatelliten, die eine Reihe von verschiedenen Sensoren transportieren, wie Sentinel-1, ausgestattet mit einem Allwetter-, Tag-und-Nacht-Radarsystem und Sentinel-2, ausgestattet mit einem multispektralen hochauflösenden Sensor. Insgesamt sind sechs verschiedene Sentinels mit jeweils mehreren Satelliten geplant. Sentinel-1 und Sentinel-2 haben eine Überflugrate von drei bzw. fünf Tagen, die in der Tat alle drei und fünf Tage eine globale Abdeckung zur Verfügung stellen. Sie sind langfristig betriebene Satelliten und werden Daten für die kommenden Jahrzehnte sammeln. Die aktuell sieben in Betrieb genommene Sentinels sammeln täglich 15TB von Rohdaten, so dass ein umfangreiches Archiv von Erdbeobachtungsdaten gepflegt werden muss.

Die massiven Datenmengen, die im Copernicus-Programm zur Verfügung gestellt werden, müssen zu höherwertigen Produkten verarbeitet werden, um ihr volles Potenzial zu entfalten. Zum Beispiel können die Rohradardaten von Sentinel-1 in Level-1-Produkte (Single-Look-Komplex und Bodenbereich-Erkennung) oder Level-2-Ozean Produkte umgewandelt werden, während die Daten, die bei Sentinel-2 zur Verfügung gestellt werden, auf athmosphärisch-2A korrigiert werden müssen. Diese Transformationen erfordern: a) Know-how darüber, wo die Daten abgerufen werden, b) Programmingerfahrung, um die Algorithmen zu implementieren, c) große Mengen an Speicherplatz, und d) ausreichende Rechenleistung. All diese Faktoren schränken die Aufnahme von Satellitendaten ein und führen zu einem hohen Einstiegsniveau, das spezifische technische Fähigkeiten, Software und Hardware erfordert.

Das Projekt Austrian Data Cube Projekt Cube liefert ein System, das diese negativen Auswirkungen abmildert und Copernicus-Daten der breiten Öffentlichkeit zugänglich macht. Das Konsortium aus fünf österreichischen Partnern stellt eine hochmoderne Infrastruktur vor, die ein Cloud-basiertes Data-Cube-Konzept für Österreich integriert. Das Data Cube Concept speichert Daten in einer vergitterten multidimensionalen Datenbank, die in der Lage ist, Zeitreihen von hochstandardisierten und harmonisierten radiometrisch und geometrisch korrigierten Satellitendaten zu liefern. Diese übergeordneten Daten werden über eine benutzerfreundliche und standardisierte Schnittstelle, mit QGIS-Plugins und Web-Map-Diensten (WMS) für neuartige Nutzer und einer dedizierten Anwendung von Programm-Ming-Schnittstelle (API) für Advance-Nutzer zur Verfügung gestellt. Zu den Vorteilen gehört die Cloud-basierte Speicherung und Verarbeitung, so dass Nutzer die gebrauchsfertigen Daten direkt für ihre jeweilige Region oder Ihr Interesse herunterladen können, ohne die zeitaufwendigen Vorbearbeitungs Schritte durchzuführen. Darüber hinaus ermöglicht der skalierbare Service Integrations-oder nutzerrelevante Geodaten (z.b. digitales Höhenmodell, Blattflächenindex, zugängliche Straßenkarten für alle).

The Austrian Data Cube project delivers a system mitigating these negative effects, making Copernicus data available to the broad public. The consortium of five Austrian partners introduces a state-of-the-art infrastructure integrating a cloud-based data cube concept for Austria. The data cube concept stores data in a gridded multi-dimensional database capable of providing time-series of highly standardized and harmonized radiometrically and geometrically corrected satellite data. These higher-level data are made available through a user-friendly and standardized interface, with QGIS and web map services plugins (WMS) for novel users and a dedicated application programming interface (API) for advance users. The benefits include cloud-based storage and processing, so users can directly download the ready-to-use data for their specific region of interest, without performing the time-consuming pre-processing steps. In addition, the scalable service allows for integration of user relevant geodata (e.g. digital elevation model, leaf area index, open street maps).

The project consortium consists of national and international leaders in their respective fields.

• The Earth Observation Data Center for Water Resources Monitoring (EODC) providing the cloud computing environment and storage capacity.
• Technical University of Vienna (TU Wien) and University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU) are research institutions and experts in processing and analyzing Sentinel-1 (TU Wien) and Sentinel-2 (BOKU) data, these institutions will provide the data and algorithms to generate higher-level products.
• The Federal Ministry of Sustainability and Tourism (BMNT) and Federal Ministry of Defense (BMLV) are key users of EO data, suppling user requirements and testing the data cube system.

The project is funded by the Austrian Research Promotion Agency (FFG) which is the national funding agency for industrial research and development in Austria.