Tweehonderdnegenentwintig jaar geleden, op 26 juni 1794 om precies te zijn, werd remote sensing al voor militaire doeleinden toegepast. De Franse generaal Jean-Baptiste Jourdan maakte gebruikt van een luchtballon boven het slagveld van Fleurus. De spotters aan boord seinden met vlaggen de opstellingen en bewegingen van Oostenrijkse vijanden naar hun eigen troepen. Frankrijk won de strijd! Vandaag de dag maken we bijvoorbeeld gebruik van radar om opstellingen en bewegingen in beeld te brengen. Met 2 voorbeelden, de overstroming in Derna, Libië en de Grand Ethiopian Renaissance Dam (GERD) laat ik jullie een paar mogelijkheden van radar en geo zien.
Snel inzicht met remote sensing
Met remote sensing kunnen we snel zicht krijgen op grote gebieden, dat vaak al binnen enkele uren. Een satelliet is een van de sensorplatformen die we daarvoor kunnen inzetten. Er zijn zo’n duizend satellieten die op dit moment actief aardobservatie taken hebben. Van die duizend zijn er tachtig die een RADAR sensor aan boord hebben. Radar staat voor Radio Detection And Ranging. Het dankt zijn naam en werking aan het kijken naar de reflectie van radargolven.
Dit zijn elektromagnetische golven met golflengten variërend van millimeters tot meters, die worden uitgezonden door een radarantenne en worden gereflecteerd door de doelen. De gereflecteerde golven worden door dezelfde of een andere antenne ontvangen en verwerkt om informatie te extraheren zoals afstand, snelheid, vorm, grootte, oriëntatie en samenstelling van de doelen.
Met radarsatellieten kan je slimme dingen doen, de sensor ontvangt namelijk radargolven. Niet alleen zijn eigen uitgestuurde golven, maar kan ook andere radargolven ontvangen. Bijvoorbeeld de radar van Patriot of Thaad systemen die opereren met een golflengte waar radarsatellieten gevoelig voor zijn. Bovenstaande afbeelding (Figuur 1.) is een Sentinel 1 SAR opname waar radiogolven van de verschillende luchtverdediging radarsystemen in de Verenigde Arabische Emiraten op te zien zijn.
Onderscheiden van Objecten
Voor remote sensing maken we gebruik van SAR, Synthetic Aperture Radar. Het bijzondere hiervan is dat de SAR-pulsen zijwaarts (t.o.v. de antenne) zijn gericht. Daardoor worden de signalen door verschillende objecten op aarde op verschillende momenten naar de sensor teruggekaatst.
Op die manier kunnen de objecten worden onderscheiden. Zijwaartse radarpulsen vormen beeldlijnen (d.w.z. bereikdimensie). Door de beweging en richting van de sensor, die voortdurend radarpulsen zendt en ontvangt, ontstaat nog een beelddimensie (d.w.z. de azimuth-dimensie). Radar en SAR registreren de tijd en kracht van een terugkomende puls, evenals de fase van de microgolf. Deze fasesignalen leveren een interferogram op tussen twee SAR-gegevensvastleggingen.
Eenvoudiger gezegd, met een radarbeeld kunnen we niet alleen het verschil in hoogte per pixel duiden maar ook het verschil in gereflecteerd energie. Daarmee kunnen veranderingen in de ruwheid, het reliëf en het vochtniveau van het terrein in beeld brengen. Dat niet alleen nog een voordeel van Radar is dat deze door wolken, mist, stof en vegetatie kan dringen. Radar kan zowel overdag als ’s nachts ingezet worden. Bijzonder efficiënt voor beeldvorming en detectie.
Met radar, kunnen we zicht houden. You can run, but you can’t hide!
De overstroming in Derna, Libië
Derna, Libya, 18.000 tot 20.000 mensen om het leven gekomen. Met radar data (Sentinel 1) is het niet alleen mogelijk om de schade in beeld te brengen (Figuur 2.). Het geeft ook inzicht waarom deze overstroming zo desastreus was. Je kan namelijk een hoogtemodel, 3D, van radar data maken. Ik heb een radar hoogtemodel gemaakt en daar het multi-spectraal beeld van Sentinel 2 overheen gedrapeerd. Je ziet direct waarom Derna geen enkele kans had, de wadi Derna komt precies in de plaats Derna uit!
Met radarbeelden van voor en na de overstroming, ik heb de beelden van acht en dertien september gebruikt, kunnen we de gevolgen van de overstroming in beeld brengen. Beide radarbeelden bevatten namelijk de magnitude (kracht van de reflectie) en fase (op welk moment van de golf kwam het signaal terug). Beide beelden (Figuur 3.) zijn monochroom, in deze afbeelding kunnen we in het magnitude beeld Derna en de kustlijn herkennen. Het fase beeld, rechts, is eigenlijk voor ons als mens onherkenbaar, voor de software, Erdas IMAGINE, is het perfecte data!
Het resultaat (Figuur 5.) is een kleurenbeeld waarbij blauwe en rode waarden de veranderingen weergeven. In de inzet heb ik de bovenste dam geplaatst, deze is compleet ingestort. Duidelijk zichtbaar is het water met kracht dwars door Derna heen geraasd is. Hoe kan dit?
Damage model
Om daar duidelijkheid in te krijgen heb ik een hoogtemodel (Figuur 6) van Derna gemaakt, eveneens op basis van dezelfde radardata.
Dit hoogtemodel heb ik vervolgens in relief en in 3D weergegeven. In het 3D gedeelte heb ik een opname van Sentinel 2, een multispectraal beeld, van de wadi Derna in false infrared gelegd. Met false infrared kunnen we de vegetatie goed in beeld brengen (deze wordt dan in rode kleuren getoond).
Wadi Derna
Het resultaat geeft al gelijk duiding, de wadi Derna komt rechtstreeks in Derna uit. Voorbij de bovenste dam in de richting van Derna staat voornamelijk vegetatie. Er staat niets dat de waterstroom kon afremmen of hinderen toen de bovenste dam brak.
Derna ligt aan het einde van de Wadi Derna. De bovenste dam, op een hoogte van 190 meter, brak door, 13.8 kilometer verder is de onderste dam. Met een verval van 158 meter over 13.8 kilometer heb je een verhang van 11.4 meter per kilometer. Ter vergelijking de grensmaas heeft een verhang van 0.5 meter per kilometer. Zoals we op onderstaand beeld kunnen zien ging de kracht van de waterstroom dwars door Derna en veegde daar in het lagergelegen gedeelte alles weg. De uitdijenede waterstroom zorg er vervolgens voor dat de rest van dat gedeelte in Derna onbewoonbaar werd.
In 3D gezien (Figuur 9) vanaf de zeezijde is het nog duidelijk zichtbaarder. De enorme massa water kon geen enkele andere kant op in de wadi dan praktisch rechtstreeks zonder hindernissen naar Derna te stromen. Met desastreuze gevolgen!
Met 2 radarbeelden kunnen we niet alleen de verschillen tussen 2 momenten in beeld brengen. We kunnen ook het terrein in beeld brengen. Waarbij dag of nacht of weersomstandigheden minder van belang zijn.
Met radar, kunnen we zicht houden. You can run, but you can’t hide!
De Grand Ethiopian Renaissance Dam (GERD)
GERD is ook een goed voorbeeld om het voordeel van radarbeelden te laten zien. Met Synthetic Aperture Radar is ruwheid van het terrein goed inbeeld te brengen. Met andere woorden, binnenlandse wateroppervlakten zijn als grote zwarte vlekken goed te onderscheiden. Dit onderscheid zien overigens het beste wanneer de polarisatie van het radarbeeld gebruiken om daar een kleurenbeeld van te maken. Dat is overigens als standaard functie binnen Erdas IMAGINE beschikbaar.
We zien goed op dat beeld (Figuur 10.) hoe enorm groot het GERD Basin is.
We zien ook gelijk waarom GERD voor spanningen tussen Ethiopie, Sudan en Egypte zorgt. Direct aan de kant van Sudan ligt de Roseires dam, een waterkrachtcentrale met een maximum van 280 megawatt. GERD moet meer 6,000 megawatt aan energie kunnen opwekken! Daarnaast Sudan en Egypte vrezen voor de wateraanvoer vanuit de Blauwe Nijl.
Dit laatste zien we duidelijk op de beelden tussen 2021 en 2023. Naast de duidelijke groei van het GERD basin zien we tegelijkertijd dat de waterstroom richting Sudan met helft is afgenomen.
Bestaanszekerheid
Zowel op het gebied van economie (stroomvoorziening) als in water voor levensbehoefte en irrigatie kunnen we zien dat GERD een dreiging voor Sudan en Egypte kan betekenen. Zoals het als in het nieuws bericht werd:
“Het is de meest hardnekkige uitdaging tot nu toe tussen Egypte, Soedan en Ethiopië en is nu het meest complexe en potentieel meest destabiliserende interstatelijke zoetwaterconflict in het Midden-Oosten en Noord-Afrika.”
Operational awareness, classificatie van een terrein, monitoring door de tijd, damage assessment. Remote sensing biedt ondersteuning en duidelijkheid, bewolkt of onbewolkt, dag of nacht er is altijd een sensor beschikbaar om beelden te verkrijgen. Beelden die met een druk op de knop binnen Erdas IMAGINE geanalyseerd kunnen worden en duidelijkheid geven. Met radar, kunnen we zicht houden. You can run, but you can’t hide!
Meer informatie
Mocht je na het lezen van dit stuk meer willen weten over dit onderwerp of de software? Stuur een mailtje harald.gortz@imagem.nl of stuur een mailtje naar Defensie Geo-IT defensie.geo-it@mindef.nl
