Osahankkeen+satelliittikuvien_jakelu_ja_prosessointi+suunnitel ma_20170604 Osahankkeen Satelliittikuvien jakelu- ja prosessointi suunnitelma Osahankkeen suunnitelma Versio 0.5 / 3.6.2017 Käsitelty Hanketoimiston kokouksessa 05.06.2017 Käsitelty Paikkatietoasian neuvottelukunnan kokouksessa 06.06.2017 1. Tausta Julkisen hallinnon yhteinen paikkatietoalusta (Paikkatietoalusta) hanke on Maa- ja Metsätalousministeriön rahoittama hallituksen kärkihanke jonka tavoitteena on luoda uusi tieto- ja palvelukokonaisuus, jonka avulla julkisen hallinnon toimijat voivat tuoda keräämänsä paikkatiedot osaksi yhteistä tietovarantoa, yhdenmukaistaa ja saattaa ne palvelualustan kautta tarjolle eri käyttötarkoituksiin. Hanke koostuu kahdeksasta osahankkeesta, josta yksi on "Satelliittikuvien jakelu- ja prosessointi"-osahanke (käytetään myös nimeä "Kaukokartoitustieto valvonnan ja palveluiden prosessien automatisointiin"). 1.1 Osahankkeen käynnistämisen syyt Paikkatietoalustan on tarkoitus yhtenäistää ja parantaa laajasti sähköisiä palveluita, parantaa tietopohjaista päätöksentekoa, lisätä avoimuutta sekä säästää kustannuksia julkisessa hallinnossa mm. mahdollistamalla tietovarantojen tehokas ylläpito, poistamalla päällekkäistä toimintaa ja yhtenäistämällä aineistoja. Kaukokartoituksella on mahdollista tuottaa ajantasaista tietoa maanpeitteestä säännöllisesti mutta tähän mennessä helppokäyttöiset loppukäyttäjäystävälliset lopputuotteet ovat puuttuneet. Ilmatieteen laitos hallinnoi yhdessä Suomen ympäristökeskuksen kanssa toteutettua Kansallista satelliittidatakeskusta, johon on tehty toimiva infrastruktuuri satelliittikuvien vastaanottamiseen, varastointiin ja käsittelyyn. Tässä osahankkeessa toteutetaan kansallinen satelliittikuvien prosessointi- ja jakelupalvelu yhteensopivana julkisen hallinnon paikkatietoalustan kanssa. Käyttötapauksena toteutetaan Maaseutuviraston tarvitsemat satelliittikuvapalvelut ja analyysit. Osahankkeen tarkoituksena on laajentaa satelliittikuvien käyttäjäkuntaa tarjoamalla valmiiksi prosessoituja tuotteita, jolloin uusien käyttäjien ei tarvitse perehtyä kuvien prosessointiin eikä investoida näiden käsittelyn vaatimiin ohjelmistoihin ja tietokoneisiin. Lisäksi, tavoitteena on saattaa paljon aineistoa yleisesti käytettävään muotoon, satelliittikuvatuotteiden käytön laajentamiseksi. Käyttötarpeita selvitettiin sekä webbikyselyllä että useilla käyttäjähaastatteluilla. Valittavien satelliittiaineistojen osalta kyselyn perusteena valikoitui jokaisen Sentinel mission keskeisimmät instrumentit. Kyselyn vastanneista kaksi kolmannesta jo tunsi ja työskenteli näiden datojen kanssa ja 20% tai enemmän kiinnostuksen saivat kaikki 3 Sentinel missiota. Lisäksi suurin osa kaipasi koko maan tai maakunnan kokoisen alueen kuvaa, johon 300-500 m resoluutiolla S-3 antaa monipuolisimman kanavien yhdistelmien kirjon. Päivitystarve oli haastavampi, koska suurin mielenkiinto on suunnilleen vuodenaikojen seuraamisessa, mutta toisaalta poikkeuksellisista tapahtumista halutaan mahdollisimman pian kuvia. Kuvassa 1 in esitetty osa tuloksista, koko kyselyn tulokset ovat hakemuksen liitteenä.
Kuva 1. Webbikyselyn tuloksia. Kysymyksen 5 vaihtoehdot: a. Raakadata tiedostoina, joita satellitti lähettää, b. Kaikki kuvan kanavat erikseen joustava alue, c. Esilasketut indeksit pisteistä tai alueesta tietystä ilmiöstä, d. Historialliset aikasarjat samasta kohteesta, e. Arvot kohdealueeltani tietyssä hilassa, f. Arvot tietyissä kuvan pisteissä, g. Kuvamosaiikki verkkokarttapalveluna (esim. Google maps) Kysymyksen 7. Vaihtoehdot: a. Maatilan ala (10 km2), b. Kaupungin alue (100 km2), c. Maakunnan ala (up to 100 000 km2), d. Koko maan ala (esim Suomi + lähialueet ~500 000 km), e. Kokonainen manner, f. Globaali; Kysymyksen 8. Vaihtoehdot: a. Vuosittain, b. Kuukausittain, c. Viikottain, d. Päivittäin, e. Niin usein kuin mahdollista 1.2 Osahankkeeseen vaikuttavat ulkoiset tekijät Copernicus on Euroopan unionin perustama ohjelma jonka tarkoituksena on tuottaa ympäristöön liittyvää paikkatietoa kaukokartoituksen ja in situ-mittausten avulla. Erityisesti Euroopan Unionin Copernicus ohjelman tultua operatiiviseksi on korkean erotuskyvyn satelliittikuvien maksuton ja avoin käyttö turvattu pitkälle tulevaisuuteen Sentinel-satelliittisarjan myötä. Sentinel-1A satelliitin vuonna 2014 tapahtuneen laukaisun myötä Euroopan unioni aloitti noin 20 kaukokartoitussatelliitin konstellaation luomisen. Konstellaation kaikkien satelliittien pitäisi olla avaruudessa ennen vuotta 2030. Tähän on jo investoitu (satelliitit, maa-asemat ja niihin liittyvät palvelut) 7 8 miljardia euroa. Suomen osuus siitä on oman maksuosuutensa (1,46 %) perusteella noin 110 m. Samalla avoimen kaukokartoitusdatan määrä kasvaa merkittävästi. Lisäksi jo suunnitellaan seuraavan sukupolven satelliitteja joiden laukaisut ovat vuoden 2030 jälkeen. Maailmalla satelliittikaukokartoitus kokee tällä hetkellä yksityisen sijoitusrahan varassa buumia nanosatelliittien ja niiden keräämien kuvien varassa. Satelliitti-infrastruktuurin lisäksi yhtiöt ovat panostaneet tietojen hyödyntämiseen ja monesti Copernicus-ohjelman tai USA:n avoimia Landsat-aineistoja on käytetty esimerkki- ja referenssiaineistoina kun omaa dataa ei vielä ole. Markkinajohtaja planet.com:lla on pian 200 satelliittia ja kyky kuvata koko maapallo päivässä. Descartes Labs vastaavasti tarjoaa python ohjelmointikielellä pilvipalveluna satelliittidatojen käsittelyä heidän supertietokoneilla. Sovellukset ovat kuitenkin vielä pääosin näkyvän valon alueella eli valokuva taivaalta, jolloin pilvisyys on merkittävä este jatkuvasti ajantasaisille palveluille. Kilpailu satelliittiaineistojen hyödyntämisessä on globaalia, mutta kaukokartoituksen mahdollisuuksia on valtavasti vielä hyödyntämättä laajasti. Esimerkiksi pilvet läpäisevien tutkasignaalien osalta kuten Sentinel-1 satelliitti tarjoaa tai valon spektrin eri kanavien tietoa ei yleisesti vielä käytetä. Satelliittikuvien käyttö vaatii sekä erityisosaamista että infrastruktuurin, joka mahdollistaa mm. erittäin suurten tietomassojen käsittelyn, eri tyyppisten tulkinta- ja laskenta-algoritmien testaamisen ja operatiivisen käytön sekä tietojen ja tulosten varastoinnin ja jakelun. Tähän haasteeseen on Suomessa vastattu perustamalla Kansallinen Satelliittidatakeskus (NSDC), jota hallinnoi Ilmatieteen Laitos. NSDC:n infrastruktuuri on operatiivinen ja se mahdollistaa suurten datamassojen (Big Data) käsittelyn ja siten tutkimuksen, kehityksen ja operatiivisen toiminnan, jonka tuloksena voidaan mm. tehostaa ympäristön valvontaa ja seurantaa. Keskukseen on investoitu 17 m. Keskus sijaitsee Sodankylässä ja on Euroopan avaruusjärjestön Collaborative Ground Segment-asema. Satelliittidatakeskus vahvistaa suomalaisen kaukokartoitusalan kansainvälistä painoarvoa; etenkin sektoreita, joilla reaaliaikaisen tiedon tuottamisen merkitys on olennaista. Tällaisia ovat mm. jään ja lumipeitteen alueellinen ja globaali kartoitus (navigointi/meriturvallisuus, tulvat,
vesivoimatalous, sääennusteet, hydrologiset ennusteet) sekä ilmakehän monitorointi (sääennusteet; (luonnon-)onnettomuuksien vaikutukset: tuhkapilvet/lentoliikenne, metsäpalot jne.). Myös muut sovellukset, kuten kasvillisuuden seuranta tai levätilanteen seuraaminen kesäaikaan on olennaista reaaliaikaista ympäristön seurantatietoa. Lisäksi tuote/data-arkistot mahdollistavat pitkien havaintoaikasarjojen tuottamisen eri tarpeisiin (ilmastotutkimus/seuranta, maankäytön muutokset jne.). Kansallinen satelliittidatakeskus satelliittivastaanottoineen ja tuotearkistoineen palvelee suoraan tiedonsaannin turvaamista kriisitilanteissa, kattaen Suomen ja Itämeren ympäristöineen. Keskittämällä satelliittidatan arkistointija esiprosessointitoimintaa satelliittidatakeskuksen alle saadaan aikaan sekä uusia mahdollisuuksia hyödyntää tietoja sekä kustannussäästöjä eri toimijoiden pystyessä vähentämään omaa prosessointi- ja arkistointikapasiteettiaan. Tässä projektissa olisi tarkoitus avata datakeskuksen kapasiteettia entistä useamman suomalaisen toimijan käyttöön kehittämällä rajapinta, jonka avulla tehtyjä tuotteita saa käyttöön ja satelliittidatoja voi käsitellä datakeskuksessa verkon kautta. Hanke laajentaa suomalaista satelliittikuvien ja satelliittikuvatuotteiden käyttäjäkuntaa merkittävästi, jolloin saavutetaan sekä laadullisia ja taloudellisia hyötyjä laajasti, myös liiketoimintapotentiaali kasvaa. Kansallista satelliittidatakeskusta on kehitetty erilaisissa projekteissa ja hankkeissa joista yksi on valtiovarainministeriön rahoittama Envibase-hanke (7.6 Me, 1.1.2015-30.6.2018). Envibase tuottaa infrastruktuurin joka helpottaa ympäristöön ja luonnonvaroihin liittyvien tietojen avaamista, yhtenäistämistä ja niiden käytön edistämistä. Hankkeessa luodaan konkreettisia työvälineitä ympäristön seurannan ja tutkimuksen tueksi. Työvälineet perustuvat pääasiassa paikka-, satelliitti- ja eliölajitietoihin sekä kansalaisten tekemiin havaintoihin. Hankkeen toteuttavat Suomen ympäristökeskus, Helsingin yliopiston Luonnontieteellinen keskusmuseo ja Ilmatietieteen laitos. Paikkatietoalusta-hankkeen Satelliittikuvien jakelu ja prosessointi-osahanke perustuu Envibase-hankkeessa tehdyn infrastruktuurin hyödyntämiseen, vastaanotettujen ja arkistoitujen satelliittikuvien muokkaamiseksi helppokäyttöisiksi lopputuotteiksi ja näiden jakelun helpottamiseksi. 1.3 Suunnitelman toteutuksen edellytykset Hankeryhmällä eli Suomen ympäristökeskuksella ja Ilmatieteen laitoksella on edellytykset toteuttaa hanke: Osaava henkilökunta on jo organisaatiossa. Osaaminen on laajaa joten mahdolliset henkilövaihdokset eivät uhkaa hankkeen toteuttamista. Hankkeessa hyödynnettävä Kansallisen satelliittidatakeskuksen perusinfrastruktuuri on jo olemassa ja sen hyödyntämistä kehitetään hankkeessa. Osallistuvilla organisaatioilla on jo erilaisia avoimia yhteensopivia rajapintoja ja latauspalveluita käytössään lopputuotteiden jakamiseksi ja joita kehitetään hankkeessa edelleen. Saadaan positiivinen rahoituspäätös jotta tarkennettu suunnittelu, hankinnat, toteutusvaihe ja käyttöönottovaihe voidaan suorittaa. 1.4 Suunnitelman oletukset Osahankkeen suunnitelma sisältää seuraavia oletuksia Kansallisen satelliittikuvakeskuksen infrastruktuuria täytyy parantaa hankkimalla jonkin verran tallennus- ja prosessointikapasiteettia, sekä mahdollisesti prosessointiohjelmistoa Calvalus-järjestelmään. Osallistuvilla organisaatioilla on tarpeellinen henkilökunta ja tietotaito hankkeen toteuttamiseen. Osa lopputuotteista on sellaisia jotka voidaan hankkia ulkoisilta toimijoilta. Tekninen paikkatietoalusta hakee käyttäjän tarvitseman satelliittikuvatuotteen avoimen rajapinnan kautta satelliittikuvatuotteen ollessa fyysisesti tuttavan organisaation tietokannassa. 2. Osahankkeen tavoitteet 2.1 Tehtävä Osahankkeen tehtävä on parantaa Sentinel-satelliittikuvien saatavuutta tekemällä niistä helppokäyttöisiä perustuotteita jolloin loppukäyttäjän ei tarvitse tehdä kuvien prosessointia (oikaisu, ilmakehäkorjaus, pilvien poisto). Tarkemmin ilmaistuna: Rakentaa nykyisen NSDC:n infrastruktuurin päälle tuotantoprosessit jotka täyttävät mahdollisimman suuren osan loppukäyttäjien tarpeista hyödyntämällä avointa satelliittidataa, etenkin Sentinel-satelliittien tuottamaa dataa. Käyttäjät saavat operatiivisesti tarvitsemansa satelliittidatatuotteet käyttöönsä kustannustehokkaasti tai jopa maksutta. Kehitetyille prosesseille on järjestelmällinen operointi ja ylläpito. Tehdä sekä perusprosessoiduille tuotteille että lopputuotteille on-line arkistointisuunnitelma ja toteuttaa arkisto ottaen huomioon yhteentoimivuuden periaatteet osana paikkatietoalustaa. Tuottaa datan jakelusuunnitelma ja järjestää rajapinta arkistossa oleviin tuotteisiin. Tuotteet laatukontrolloidaan järjestelmällisesti Tuottaa kanavakohtaiset perustuotteet Sentinel-1, -2 ja -3 aineistoille. Tuottaa Maaseutuviraston tarvitsemat satelliittikuvatuotteet, prosessi ja laadunvalvonta. 2.2 Osahankkeen tavoite Osahankkeen tavoitteena on tuottaa koko Suomen peittäviä satelliittikuvamosaiikkeja. Nämä ovat
S1sar: Sentinel-1 Interferometric Wide swath-moodin tutkakuvista tuotettu radiometrisesti kalibroitu ja orto-oikaistu mosaiikki. Takaisinsironnan määrän vaikuttaa kohteen kosteuspitoisuus ja pinnan karkeus. S2ref: Maanpinnan orto-oikaistu takaisinheijastussuhde. Vastaa kohteesta otettua digikuvaa ja voidaan käyttää taustakarttana ja karkean tason muutosseurannan lähtömateriaalina. Pääasiallisena kuvalähteenä Sentinel-2, mutta Landsat-8 kuvia saatetaan käyttää paikkaamaan pilvisyyden aiheuttamia aukkoja. S2ind: Optisten kuvien kanavia yhdistelemällä laskettavat indeksikuvat, joiden tarkoituksena on korostaa jotain kuvalla näkyvää asiaa tai ilmiötä kuten kasvillisuus tai rakennettu alue. Suunniteltuja indeksikuvia ovat Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) -kasvillisuusindeksi, sekä NDTI (Tillage index), NDBI (Built-up index), NDSI (Snow index), NDWI/MI (Water/Moisture index). S3olci: Maanpinnan orto-oikaistu takaisinheijastussuhde. Verrattuna S2ref-mosaiikkiin mosaiikit tehdään päivittäin ja mitattuja kanavia on enemmän, mutta huonona puolena on huomattavasti isompi pikselikoko. Käyttötarkoituksena on laajojen maa- ja vesialueiden, sekä ilmakehän seuranta jossa ei tarvitse erottaa pieniä geometrisia yksityiskohtia. S3slstr: Maanpinnan orto-oikaistu takaisinheijastussuhde sekä mitattu lämpösäteily. Käyttötarkoituksena on laajojen maa- ja vesialueiden, sekä ilmakehän seuranta jossa ei tarvitse erottaa pieniä geometrisia yksityiskohtia. Href: Vanhoista Landsat-4/5 Thematic Mapper kuvista tehtävät reflektanssimosaiikit, tavoitevuosien ollessa 1985, 1990 ja 1995. Mosaiikit sisältävät erittäin todennäköisesti kuvia useamman vuoden ajalta. Käyttötarkoituksena on taustakuva muille paikkatiedoille sekä pidemmän ajan ympäristön ja asutuksen seuranta. Hind: S2ind-indeksikuvia vastaavat vanhoista Landsat-4/5 laskettavat indeksikuvat joita voi käyttää pidemmän ajan ympäristön seurantaan. Mosaiikkien käyttötarkoitus riippuu sovelluksesta ja näitä on hieman hahmoteltu luvussa 2.3 Käyttötapaukset. Mosaiikkien peittoala on koko Suomi ja jonkin verran ympäristöä. Mosaiikkien yhteenveto on esitetty taulukossa 1. Lisäksi toteutetaan yksittäisten Sentinel-2 kuvien tilauspalvelu, jossa Paikkatietoalustan käyttäjällä on mahdollisuus määrittää ainakin maantieteellinen alue jolta haluaa kuvan sekä kuvauspäivä, mahdollisesti myös tuloksen tiedostoformaatti sekä haluttu esiprosessointi (pilvimaskin teko ja ilmakehäkorjaus) tai kuva ilman esiprosessointia. Paikkatietoalustassa näkyvat satelliittikuvamosaiikit tehdään ETRS TM35Fin (EPSG 3067)koordinaatistoon, hiloina käytetään JHS-suositusten mukaisia hiloja jotka poikkeavat yllä esitetyistä pikselikoon arvoista. Jakelurajapinta mahdollistaa entistä joustavamman alue ja aikamääritelmän, jonka pohjalta tietoa voi saada pienemmissä annoksissa ja web-kehitystä mahdollistavassa muodossa. Muutokset, joita tavoitellaan Sentinel-sateliittikuvien käytettävyys helpottuu valmiiden tuotteiden ja rajapintapalveluiden myötä Paikkatietoaineistoja käytetään ajantasaisemmin ja useammin Merkittävästi enemmän käyttäjiä, jotka katsovat useampia erilaisia tuotteita Käyttäjän ei tarvitse investoida perusprosessointiin Käyttäjien on mahdollista tehdä lisäarvopalveluita Satelliittikuva-aikasarjojen saanti helpottuu Tunnus Kuvausinstrumentti Mosaiikki Kuinka usein mosaiikki tehdään Aallonpituus / Kuvan kanavat Pikselikoko S1sar Sentinel-1 SAR-tutka radiometrisesti kalibroitu ja maanpinnan muotojen mukaan korjattu gamma0 takaisinsironta kahden viikon välein C-kaista (5.405 GHz), VV- & VH-polarisaatio 20 m S2ref Sentinel-2 MSI, tarvittaessa myös Landsat-8 OLI orto-oikaistu maanpinnan takaisinheijastussuhde kevät, kesä, syksy 4 x VIS & NIR 6 x VIS, NIR & SWIR 10 m 20 m S2ind Sentinel-2 MSI, tarvittaessa myös Landsat-8 OLI kuvan kanavia yhdistelemällä laskettavat indeksikuvat kuukausittain huhti - lokakuu Vegetation Index NDVI, Tillage Index NDTI, Built-up Index NDBI, Snow index NDSI, Moisture index NDMI 10 m / 20 m S3slstr Sentinel-3 SLSTR takaisinheijastussuhde ja suora infrapunasäteily Lähes päivittäin 11 NIR, SWIR, MIR & TIR 500 m / 1 km S3olci Sentinel-3 OLCI takaisinheijastussuhde Lähes päivittäin 21 VIS & NIR 300 m Href Landsat-4/5 TM vuosilta 1984-1999 orto-oikaistu maanpinnan takaisinheijastussuhde (noin) 1985, 1990, 1995 4 VIS & NIR 2 SWIR 1 TIR 30 m Hind Landsat-4/5 TM vuosilta 1984-1999 kuvan kanavia yhdistelemällä laskettavat indeksikuvat vuosittain Vegetation Index NDVI, Tillage Index NDTI, Built-up Index NDBI, Snow index NDSI, Moisture index NDMI 30 m Taulukko 1. Yhteenveto osahankkeessa tehtävistä satelliittikuvamosaiikeista. 2.3 Käyttötapaukset Maaseutuvirasto Maaseutuvirasto MAVI vastaa niin kansallisten kuin Euroopan unionin maataloustukkien valvonnasta. Viljelijät ilmoittavat erilaisia tietoja
muun muassa kasvilajeista, viljelytavasta ja maanmuokkauksesta. Valvontaan on aikaisemmin käytetty satelliittikuvia mutta tämä lopetettiin 2003 koska pilvettömiä kuvia ei ollut saatavilla tarpeeksi usein. Tämä ongelma on poistunut Sentinel-satelliittien myötä, saatavilla on ilmaisia kuvia useasta satelliitista ja instrumenttityypistä. Peltojen osalta MAVI:n tietotarpeet liittyvät maanmuokkaukseen ja siihen että poikkeaako maanviljelijän ilmoitus peltolohkon kasvilajista todellisuudesta, jolloin eron syy täytyy käydä tutkimassa maastossa. MAVI ei itse tarvitse satelliittikuvamosaiikkeja vaan ominaisuustiedot peltolohkorekisterin lohkoille maanmuokkauksen tyypistä ja siitä pitäisikö lohkolle tehdä maastokäynti. Maanmuokkauksen osalta voidaan hyödyntää sekä Sentinel-1 tutkakuvaa (kuva 2) että Sentinel-2 kuvista laskettuja kasvillisuusindeksikuvia (kuva 3). Tutkakuvan avulla on mahdollista erottaa kohteen pinnan karkeuseroja, tässä tapauksessa se tarkoittaa sitä että kuvassa punertavina näkyvät peltolohkot on kynnetty ja kyntämättömät peltolohkot ovat huomattavasti tasaisempia eli ovat nurmella tai kevytmuokattuja. NDVI-kasvillisuusindeksin avulla on mahdollista erottaa onko peltolohkolla kasvillisuutta vai ei. Yhdistämällä nämä kaksi eri kuvista määritettyä tietoa on mahdollista jakaa pellot kynnettyihin, kevytmuokattuihin sekä nurmella oleviin. Tulkinnan luotettavuutta voidaan parantaa NDTI-indeksin avulla. Viljelijän ilmoituksesta poikkeavien peltolohkojen etsinnässä voidaan hyödyntää viljelijän ilmoitusta kasvilajista. Kuvassa 4 on esitetty kaksi erilaista tapaa. Oikean puoleisessa tapauksessa lohkon NDVI-keskiarvoa on verrattu kaikkien saamaa kasvilajia olevien lohkojen keskiarvoon. Mikäli lohkon keskiarvo on ollut huomattavasti pienempi kuin kaikkien lohkojen keskiarvo niin se on merkitty punaisella, hieman pienempi keltaisella ja hieman suurempi sinisellä. Vasemman puoleisessa tapauksessa lohkon sisäistä vaihtelua on verrattu saman kasvilajin lohkojen sisäisen vaihtelun keskiarvoon, punaisella on merkitty lohkot joilla vaihtelu on huomattavan suurta ja keltaisella jos vaihtelu on hieman normaalia suurempaa. Kuva 2. Oikealla Sentinel-1 mosaiikki Lounais-Suomesta, takaisinsironnan keskiarvo 13.4. ja 25.4.2016 vastaanotetuista kuvista. Vasemmalla Huittisen (oikealla alhaalla) ympäristöä, metsää, peltoja, Kokemäenjoki sekä Puurijärven ja Isonsuon kansallispuiston suoalueita.
Kuva 3. Sentinel-2A ja Landsat-8 kuvista laskettu NDVI-kasvillisuusindeksimosaiikki vuodelta 2016. Punaisella päävärillä näytetään kesäkuun maksimi-ndvi, vihreällä toukokuun maksimi-ndvi ja sinisellä huhtikuun maksimi-ndvi. Alueet joilla kasvillisuus on lisääntynyt huomattavasti näkyvät punaisina. Kuva 4. Erilaisia tapoja etsiä poikkeavia peltolohkoja, vasemmalla on verrattu lohkon NDVI-keskiarvoa kaikkien saman kasvilajin lohkojen keskiarvoon ja oikealla on etsitty lohkot joiden sisäinen vaihtelu on suurta. Muita käyttötapauksia Esimerkkejä muista potentiaalisista käyttötapauksista, suluissa hyödyllisimmät mosaiikit: Tulvaseuranta (S1sar) Biodiversiteetin kannalta arvokkaiden habitaattien etsintä ja seuranta (S2ind, Hind, S2ref, Href) Ravinnehuuhtoumamallinnus (S1sar, S2ind) Metsien seuranta niin Suomessa kuin Suomen lähialueilla (S2ref, S2ind) Kaivannaisten kuten sorakuopat ja turvetuotantoalueet leviämisen seuranta (S2ind, S2ref) Hakkuualojen uudistamisen seuranta (S1sar, S2ind) S3-kuvien käyttötapaus on yleinen mahdollisuus voida kehittää ilman omaa infrastruktuuria kanavayhdistelmäkuvia ja tutkia satelliittien kuvien sovellusmahdollisuuksia laajasti. OLCI ja SLSTR instrumenttien tarjoama data on 300, 500 tai 1000m pikselillä, joten sillä voi selvittää lähinnä isojen alueiden tilannetta, mutta käyttäjäkyselymme osallistujista selkeä enemmistö kaipasi juuri maakunnan tai Suomen kokoista kuvausta yhtenä sovelluksena. Sovelluskohteina näillä kuvilla voi olla kasvillisuuden seuranta (etenkin kasvukauden kehitys), vedenlaadun seuranta, veden pintalämpötila, lumipeite tai metsäpalot. Lisäksi ilmakehän saasteita tai vesihöyryn määrää saadaan mitattua, mikä toisaalla on tarpeen korjaamaan ilmakehän vaikutusta maanpinnan kuvauksessa. Luontomatkailu voisi myös olla paremmin selvillä esim. ruskan paikallisesta tilasta tai veden laadusta kalastukseen tai vesiurheiluun. 2.4 Kustannus- ja hyötyanalyysi Kustannus- ja hyötyanalyysi tulee myöhemmin.
3. Organisaatio 3.1 Osahankkeen organisaatio ja toteutusmalli Osanhankkeen toteuttavat Suomen ympäristökeskus ja Ilmatieteen laitos. Osahanke koostuu seuraavista työpaketeista: 1. Projektihallinta Työpaketti käsittää projektin hallinnoinnin, projekti- ja ohjausryhmäkokousten järjestämisen ja dokumentoinnin, tarjouskilpailujen järjestämisen, kustannusseurannan ja raportoinnin. Lisäksi työpaketti pitää sisällään yhteydenpidon koko hankkeeseen ja muihin osahankkeisiin päin. 1. Palveluiden kehitys ja toteutus Työpaketti vastaa osahankkeen tuotteiden eli satelliittikuvamosaiikkien (taulukko 1) ja yksittäisen kuvan tilauksen toteuttamisesta sisältäen metadatan tuottamisen ja laadun arvioinnin. SYKE vastaa mosaiikeista S2ref, S2ind ja Hind, ja Ilmatieteen laitos S1sar, S3slstr ja S3olci. Mosaiikki Href hankitaan ulkopuoliselta toimijalta. Yhden kuvan tilauksen hoitaa Ilmatieteen laitos. Tehtävät: T2.1: S1sar-mosaiikin toteutus (IL) T2.2: S2ref-mosaiikin toteutus (SYKE) T2.3: S2ind-mosaiikin toteutus (SYKE) T2.4: S3olci-mosaiikin toteutus (IL) T2.5: S3slstr-mosaiikin toteutus (IL) T2.6: Hind-mosaiikin toteutus (SYKE) T2.7: Yhden Sentinel-2 kuvan tilaus (IL) 1. Tuotteiden jakelu ja palvelupilotit Työpaketti vastaa tarvittavien rajapintapalveluiden (esim. WMS, WCS, netcdf, JSON, ASCII) toteutuksesta, sisältäen tarvittavien jakeluservereiden käyttöönoton. Lisäksi arkiston suunnittelu ja toteutus kuuluu tähän työpakettiin. Palvelupilotit tarkoittavat niitä toimenpiteitä joita tarvitaan mosaiikkien jatkojalostamiseen pääasiallisten loppukäyttäjien tarpeita varten. Tehtävät: T3.1: Käytettävien rajapintapalveluiden valinta ja toteutus (IL, SYKE) T3.2: Jakeluservereiden käyttöönotto (IL, SYKE) T3.3: Arkistointisuunnitelma (IL, SYKE) T3.4: Kuvamosaiikkien arkiston toteutus (IL, SYKE) T3.5: Palvelupilotit: MAVI-peltolohkoseuranta, VarELY: turvetuotantoalueiden seuranta, ja muut tarkennetussa suunnittelussa mukaan otettavat pilotit (SYKE, IL) 1. Tietotekniset resurssit Työpaketti vastaa tietoteknisten resurssien hankinnasta ja käyttöönotosta, pitäen sisällään hankittavat tietokoneet ja levyjärjestelmät sekä ohjelmistot. Tehtävät: T4.1: Jakeluservereiden laajentamiseen liittyvät hankinnat (IL, SYKE) T4.2: Jakeluservereiden laajentaminen (IL, SYKE) T4.3: Calvalus-järjestelmään liittyvät hankinnat (SYKE, IL) T4.4: Calvalus-järjestelmän laajentaminen ja muokkaus (SYKE, IL) 5. Viestintä Työpaketti vastaa osahankkeen viestinnästä luvun 8 periaatteiden mukaisesti. Käyttöönottovaiheessa järjestetään uusi käyttäjäkysely. 3.2 Vastuut ja päätöksentekoprosessi Hankeryhmän kokoonpano päätetään hankkeen tarkemman valmistelun yhteydessä syksyllä 2017. Hankeryhmä koostuu SYKE:n ja IL:n henkilöistä, joilla on vankka satelliittikuvien prosessointiosaaminen, tekninen osaaminen satelliittikuvien prosessointijärjestelmistä sekä OGC- ja muista yhteentoimivuusstandardeista. Projektipäällikkönä toimii Markus Törmä, SYKE. Hankkeen edistymistä seurataan kahden viikon välein hankekokouksilla. Tarvittaessa käytetään Skype/Lync-kokouksia. Hankkeen ohjaus / johtoryhmä kokoontuu kolme kertaa vuodessa (tammikuu, toukokuu, syyskuu).
Osahankkeen ohjausryhmäksi on kaksi vaihtoehtoa. Osahankkeen ohjausryhmänä voitaisiin käyttää koko PTA-hankkeen ohjausryhmää tai ohjausryhmän jäsenet valitaan seuraavista organisaatioista: Maa- ja metsätalousministeriö Ympäristöministeriö Maanmittauslaitos Suomen ympäristökeskus Ilmatieteen laitos Maaseutuvirasto 3.3 Osahankkeen toleranssit Osahankkeen tavoitteena on tuottaa taulukossa 1 esitetyt satelliittikuvamosaiikit. Lopputuotteen laatu saattaa olla jonkin verran huonompi kuin on suunniteltu, esimerkiksi mikäli tarpeeksi hyvin toimivaa ilmakehäkorjausohjelmistoa ei ole saatavilla jolloin absoluuttisen maanpinnan heijastussuhteen sijaan lasketaan suhteellinen heijastussuhde referenssimosaiikin avulla. Tai jokin mosaiikki jää toteuttamatta, esimerkiksi ulkopuolisen toimijan toteutettaviksi ajatellut historialliset Landsat-4/5 heijastussuhdemosaiikit osoittautuvat liian kalliiksi jolloin nämä jäävät toteuttamatta, tai pilvisyys estää jonkin suunnitellun Sentinel-2 mosaiikin tekemisen. 4. Osahankkeen vaiheet Yleiskuva paikkatietoalustan vaiheistuksesta. Suunnitelma ei sisällä toteutusvaiheen II ja käyttönottovaiheen II kuvausta, koska niille ei ole olemassa rahoitusta. Valmisteluvaihe I (1.5.-31.12.2017) Vaihe VI.1 15.6.2017 Määritellään tarvittavat palvelut tiedon hyödyntäjille Ideoidaan yhdessä yritysten kanssa palveluekosysteemiä osallistuttu kokonaisarkkitehtuurin ja liitospintojen määrittelyyn Pyritään toteuttamaan Proof of Concept (POC) MAVI:lle Vaihe VI.2 15.9.2017 Tuotetaan seuraava versio osahankkeen suunnitelmasta hyväksyttäväksi ministeriön rahoituspäätöstä varten Valmistellaan organisointimalliehdotus hyväksyttäväksi toteutus/pilotointivaihetta varten sekä vaihtoehtoja liiketoimintamallia varten Valmistellaan VM:n hankesalkkupaperit Viimeistellään kustannus-ja hyötyanalyysi Viimeistellään käyttötapauskuvaukset Vaihe VI.3 31.12.2017 Tuotetaan yksityiskohtaiset projekti/työpakettisuunnitelmat
Otetaan huomioon paikkatietopoliittisen selonteon vaatimukset Päivitetään osahankkeen suunnitelma Satelliittikuvamosaiikin Href tarjouskilpailu Servereiden laitteistohankinnat Calvalus-järjestelmän laitteistohankinnat Käytettävien rajapintapalveluiden valinta Arkistointisuunnitelma Toteutusvaihe I (1.1.2018-31.5.2019) Vaihe TI.1 31.5.2018 Käytettävien rajapintapalveluiden toteutus Jakeluservereiden laajentaminen ja käyttöönotto Calvalus-järjestelmän laajentaminen ja muokkaus S1sar-mosaiikin toteutus S2ref-mosaiikin toteutus alkaa S2ind-mosaiikin toteutus Vaihe TI.2 31.12.2018 S2ref-mosaiikin toteutus S3olci-mosaiikin toteutus S3slstr-mosaiikin toteutus Yhden Sentinel-2 kuvan tilaus Vaihe TI.3 31.5.2019 Hind-mosaiikin toteutus Kuvamosaiikkien arkiston toteutus Calvalus-järjestelmän laajentaminen ja muokkaus Pilotointivaihe I (1.5.-31.12.2018) MAVI:n tarvitsemien satelliittikuvamosaiikkien tuottaminen ja näiden jatkojalostaminen MAVI:n loppukäyttäjätoiveiden mukaisesti, esim. maanmuoukkauksen ja poikkeavien peltolohkojen tunnistaminen Muita mahdollisia pilotteja esim. VarELY:n tarvitsema turvetuotantoalueiden ja muiden kaivannaisten seuranta Pilotointivaihe II (1.5.-31.12.2019) MAVI:n tarvitsemien satelliittikuvamosaiikkien tuottaminen ja näiden jatkojalostaminen MAVI:n loppukäyttäjätoiveiden mukaisesti, esim. maanmuoukkauksen ja poikkeavien peltolohkojen tunnistaminen Muita mahdollisia pilotteja esim. VarELY:n tarvitsema turvetuotantoalueiden ja muiden kaivannaisten seuranta sekä YM/RYMO:n kaavoituksen seurannan tueksi tarvitsema "rakennetun maankäytön" seuranta Käyttöönottovaihe I (1.8.2019-31.12.2019) Vaihe KI.1 31.12.2019 Ylläpitovaihe I Käyttöönottoon liittyvä korjauskehittäminen ja tarvittava substanssituki Ylläpitovaiheen tehtävät tarkennetaan myöhemmin. Kuvat ja aikataulutus
5. Osahankkeen tuotokset Osahankkeen tuotokset eli tehtävät satelliittikuvamosaiikit on esitetty taulukossa 1. Lisäksi Paikkatietoalustan käyttäjälle järjestetään mahdollisuus yksittäisen Sentinel-2 kuvan tilaamiseen. 6. Rahoituksen käyttö SYKE:n ja Ilmatieteen laitoksen henkilöstökustannukset ovat 499000 euroa. Erilaisiin hankintoihin menee 131000 euroa ja nämä koostuvat Historialliset Landsat-mosaiikit (tarjouskilpailu): 50000 euroa Jakelujärjestelmän laajentaminen (prosessointikapasiteetti ja levytila): 20000 euroa Calvalus-järjestelmän laajentaminen (prosessointikapasiteetti ja levytila): 20000 euroa Calvalus-järjestelmään hankittavat ohjelmistot ja järjestelmän muokkaus (Brockmann consulting): 30000 euroa Matkakustannukset Helsinki Sodankylä: IL 8000 euroa, SYKE 3000 euroa Tarkempi budjetti tehdään hankkeen varmistuttua tarkennetussa suunnitteluvaiheessa syksyllä 2017. 7. Riskienhallinta Osahankkeen riskienhallintataulukko täydennetään myöhemmin. Tunnistettuja riskejä ovat Osahankkeen rahoituspäätöksen viivästyessä hanketta ei voida viedä suunnitellusti eteenpäin. Seurauksena on hankkeen toteutusaikataulun viivästyminen tai muuttuminen mahdottomaksi. Hankerahoituksen jälkeisen kehittämisen ja ylläpidon varmistaminen on olennaista. Mahdollinen Sentinel-satelliitin laukaisun epäonnistuminen tai satelliitin häiriö kiertoradalla. Laitteistorikot Henkilöstön vaihtuvuus Hankkeen aikana tulevat toiveet saattavat poiketa suunnitteluvaiheessa ilmenneistä toiveista 8. Viestintä Pääviestintäkanavana toimii Paikkatietoalustan viestintä (WWW-sivut, twitter, ym ), mutta palvelujulkistukset tehdään myös Suomen ympäristökeskuksen ja Ilmatieteen laitoksen viestintäkanavia hyödyntäen. Mosaiikkien julkistukset (7 erilaista) kun ensimmäiset ovat käytössä, ts.
palveluiden käyttö voi alkaa. SYKE vastaa mosaiikkien S2ref, S2ind, Href ja Hind julkistuksista, ja Ilmatieteen laitos S1sar, S3slstr ja S3olci julkistuksista. Tärkeimmille loppukäyttäjille ja sivuaville hankkeille, kuten ogiir, tiedotetaan hankkeen edistymisestä hankkeen kuluessa.