„WaterDynamo“ – Erfassung und Analyse raum-zeitlicher Dynamiken von Gewässern mittels Satellitenfernerkundung

Abstract

Gewässer unterliegen raum-zeitlichen Schwankungen, die von jahreszeitlichen Zyklen, aber auch von Extremwetter-Ereignissen wie Trockenperioden oder Starkregenereignissen beeinflusst werden. Um die daraus resultierenden Dynamiken der Ausdehnung von Inlandgewässern zeitnah und für große Gebiete zu quantifizieren, ist die Entwicklung und Anwendung von fortschrittlichen Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und der Erdbeobachtung notwendig. „WaterDynamo“ quantifiziert die räumlichen sowie zeitlichen Dynamiken von Wasserflächen unter Einbeziehung von variablen Zeitreihen aus Sentinel-Satellitendaten und erlaubt somit die detaillierte Erkennung und Analyse von Veränderungen. Für eine großflächige Kartierung von Wasserflächen mit Sentinel-Daten wird eine Prozesskette auf dem Hochleistungsrechner „terrabyte“, der High-Performance Data Analytics-Plattform des DLR und Leibniz Rechenzentrums (LRZ) aufgebaut. Die Terrabyte ermöglicht hierbei eine effiziente Prozessierung von großen Mengen an Erdbeobachtungsdaten mittels KI. Im Fokus der Methodenentwicklung steht die Implementierung einer automatisierten Prozesskette, welche die Klassifikation von Gewässern mit minimaler Nutzerinteraktion ermöglicht. Im Vordergrund steht hierbei die Übertragbarkeit der entwickelten Methodik, um diese über verschiedene Regionen weltweit anwenden zu können. Die zur Verfügung stehenden Sentinel-Daten der beiden Missionen Sentinel-1 und Sentinel-2 ermöglichen die Quantifizierung und Analyse von Dynamiken von Wasserflächen seit 2015 mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 10 Metern und einer zeitlichen Auflösung von wenigen Tagen. Neben der Untersuchung von Einflüssen von Wasser- und Landmanagement, Extremwetter-Ereignissen, können auch saisonale Veränderungen von Wasserflächen über die letzten Jahre analysiert werden.