Es gibt eine Vielzahl an Satelliten, die die Erde umkreisen und Bilder von der Erdoberfläche aufnehmen. Davon ist ein Teil der Bilder frei verfügbar, ein weiterer Teil kommerziell nutzbar und andere für Regierungen und Militär reserviert. Die Aufnahmen der einzelnen Satelliten unterscheiden sich stark in Bezug auf die räumliche und spektrale Auflösung sowie die zeitliche Abdeckung und Verfügbarkeit. Jedem dieser drei Faktoren kommt eine hohe Bedeutung zu und je nach Anwendungsfall muss entschieden werden, welcher Satellit die geeignetsten Bilder liefert um einen Service für die Landwirtschaft zu bauen. Nachfolgend erklären wir Ihnen die Bedeutung, die den drei Faktoren zukommt und geben einen Überblick über vier Satelliten, deren Bilder in der Praxis hauptsächlich für landwirtschaftliche Services verwendet werden. Zudem zeigen wir Ihnen, welche Satellitenbilder bei AgriCircle im Einsatz sind und warum sich diese für die Analyse Ihrer Parzelle eignen.

Vier Satelliten im Vergleich

1. Räumliche Auflösung

Die räumliche Auflösung ist ein zentraler Punkt in der Arbeit mit Satellitenbildern. Für eine präzise Beobachtung von landwirtschaftlichen Parzellen ist es unabdingbar, dass die Einzelheiten innerhalb des Feldes erkennbar sind. Ansonsten lassen sich keine genauen Aussagen zur Vitalität der Kulturen treffen. In Abbildung 1 ist eine Testfläche von ungefähr 120 ha dargestellt, die mit vier verschiedenen Satellitentypen aufgenommen wurde. Das erste Bild stammt vom Landsat-8 Satelliten. Es ist stark verpixelt und die Feldgrenzen lassen sich nur schwer erkennen. Eine genaue Analyse der einzelnen Gegebenheiten innerhalb eines Schlages ist hier kaum möglich. Das zweite Bild (oben rechts) zeigt eine Aufnahme des MODIS Satelliten. Die Auflösung ist sehr grob und es lassen sich keine Einzelheiten erkennen. Zudem sind die dargestellten Farben kaum voneinander abzugrenzen. Das dritte Bild (unten links) wurde vom RapidEye Satelliten aufgenommen. Hier wird deutlich, wie sich eine größere Auflösung bemerkbar macht. Die Feldgrenzen sind nun klar erkennbar und auch Unregelmäßigkeiten innerhalb eines Schlages lassen sich identifizieren. Das Gleiche gilt für das vierte Bild (rechts unten), welches mit dem Sentinel-2 Satelliten aufgenommen wurde. Variationen sind erkennbar und auch Farben lassen sich identifizieren.

2. Spektrale Auflösung

Nebst der räumlichen Auflösung, kommt der spektralen Auflösung der Satellitenbilder eine wichtige Rolle zu. Je nachdem, welche Wellenbereiche der Sensor des Satelliten abdeckt, können unterschiedliche Gegebenheiten auf den Schlägen beobachtet werden. Die aufgelisteten vier Satelliten decken unterschiedlich grosse Wellenlängenbereiche ab und nehmen diese in verschiedenen Spektralkanälen auf. Die Wellenbereiche lassen sich wie folgt von einander abgrenzen:

• 10 pn – 1 nm: Röntgenstrahlen
• 1 nm – 380 nm: UV-Strahlen
• 380 nm – 780 nm: sichtbares Licht (violett, blau, grün, gelb, orange, rot)
• 780 nm – 50 µm: Infrarot

Für die Beobachtung von Pflanzenbeständen ist es einerseits interessant, ein normales RGB-Bild aufzunehmen um beispielsweise Getreidelagerungen zu identifizieren. Andererseits lässt sich über die verschiedenen Wellenbereiche auch die Biomasse der Bestände messen. Da die Pflanzenpigmente eine hohe Absorption von Licht im sichtbaren Bereich verursachen, kann die Vitalität vor allem im Nahen Infrarot-Bereich bestimmt werden. Daraus lassen sich dann spezifische Indizes wie beispielsweise ein NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index) rechnen, die Auskunft über die Vegetation liefern. Je mehr Kanäle ein Satellit hat, desto feiner kann zwischen den einzelnen Wellenlängenbereichen differenziert werden und desto genauer werden die Analysen im Feld. Je mehr Spektralbanden vorhanden sind, desto feiner können Daten erfasst werden, welche über die Wahrnehmung des menschlichen Auges hinaus gehen. In Abbildung 2 ist sehr gut ersichtlich, wie sich feinere Abstufungen durch zusätzliche Kanäle auf die mögliche Berechnung von Pflanzenindizes und der damit einhergehenden Darstellung als Biomasse-Karte auswirken.

In Tabelle 1 finden Sie eine Auflistung der spektralen Auflösung und der Anzahl Kanäle, des Landsat-8, MODIS, RapidEye und Sentinel-2 Satelliten. Hier ist sehr gut ersichtlich, dass der RapidEye, welcher bei der räumlichen Auflösung noch sehr gut abgeschnitten hat, zurückfällt. Mit lediglich 5 Kanälen und einem geringen Spektrum lassen sich hier nur beschränkte Analysen der Pflanzenvitalität vornehmen. Die anderen Satelliten in der Tabelle verfügen einerseits über erheblich mehr Kanäle und andererseits nehmen Sie Bilder in einem deutlich grösseren Spektrum auf, dass bis in den thermalen Bereich reicht.

3. Zeitliche Abdeckung

Für Sie als Landwirt ist es von großer Bedeutung, dass aktuelle Satellitenaufnahmen zeitnah zur Verfügung stehen. Zur Erntezeit gilt es zu wissen, welche Felder in welcher Reihenfolge beziehungsweise zu welchem Zeitpunkt reif sind. In Bezug auf die zeitliche Abdeckung unterscheiden sich die verglichenen Satelliten stark. Für die Häufigkeit der Observationen sind vor allem die Anzahl Satelliten des gleichen Typs verantwortlich, die im Einsatz stehen und welche Fläche pro Aufnahme abgedeckt werden kann. Der Landsat-8 liefert ca. alle zwei Wochen ein Bild von jedem Observationspunkt, beim MODIS sind es tägliche Bilder und bei Sentinel-2 wird jeder Erdpunkt im Wochentakt observiert. RapidEye erstellt zwar täglich neue Bilder, jedoch wird aufgrund der limitierten Speicherkapazität nur ein Bild pro 21 Tage garantiert. Die zeitliche Abdeckung sagt jedoch noch nichts über die Brauchbarkeit der Bilder aus. Werden die Bilder beispielsweise an einem bewölkten Tag aufgenommen, können Sie nicht für eine Analyse verwendet werden.

Bei AgriCircle im Einsatz

Wir haben uns dafür entschieden, bei uns auf der Plattform Bilder des Sentinel-2 einzubinden. Dies hat verschiedene Gründe. Wie oben bereits beschrieben ist die zeitliche Abdeckung sehr gut und die räumliche Auflösung genau. Hinzu kommt das breite Spektrum im interessanten Wellenlängenbereich, was eine sehr genaue Analyse des Zustands der Kulturen über die Möglichkeiten des menschlichen Auges hinaus zulässt. Weiter stammen die Bilder des Sentinel-2 aus einem Programm der ESA, sind deshalb als Rohdaten frei zugänglich und nicht betroffen von sicherheitspolitischen Restriktionen. Die Bilder werden bei uns ab dem kommenden Jahr mit entsprechender Aufbereitung für Ihre Schläge zur Verfügung stehen.
Gerne geben wir Ihnen die Möglichkeit bereits frühzeitig bei einem Pilotprojekt dabei zu sein.

Sie sind interessiert an der Teilnahme in einer Pioniergruppe zum Test von Sentinel-2 Satellitenbildern und möchten mit Ihrem Betrieb von den neuen Kenntnissen profitieren? Melden Sie sich direkt über das Kontaktformular bei uns.