Ανάπτυξη Εφαρμογών Τηλεπισκόπησης με Ελεύθερο Γεωχωρικό Λογισμικό

Δρ. Άγγελος Τζώτσος, OSGeo, EOfarm, Ε.Κ. Αθηνά, Ε.Μ.Π.

Vice President Open Source Geospatial Foundation (OSGeo)

Μέλος Open Geospatial Consortium (OGC)

Μέλος Δ.Σ. HellasGI



Περιεχόμενα

  • Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση
  • Εισαγωγή στο Ελευθερο Λογισμικό
  • Ανοιχτά Δορυφορικά Δεδομένα
  • Ελεύθερο Λογισμικό για Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης
    • GRASS GIS
    • GDAL
    • QGIS
    • Rasdaman
    • SNAP
    • Orfeo Toolbox
    • Gnorasi
  • Τηλεπισκοπικές Εφαρμογές EOfarm

Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση







Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

  • Τηλεπισκόπηση είναι η τέχνη και η επιστήμη της λήψης πληροφοριών για ένα αντικείμενο χωρίς άμεση φυσική επαφή με το αντικείμενο
  • Η τηλεπισκόπηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση και την παρακολούθηση σημαντικών βιοφυσικών χαρακτηριστικών και ανθρώπινων δραστηριοτήτων στη Γη

Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Το ορατό φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Καταγραφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από δορυφόρους.


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Ενεργητική και παθητική τηλεπισκόπηση


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Ανάλογα με την εφαρμογή για την οποία κατασκευάζεται ένας δορυφόρος, επιλέγεται σε ποιές περιοχές του φάσματος θα καταγράφει πληροφορία


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Οι περιοχές που καταγράφονται ονομάζονται κανάλια


Απεικονίζοντας διαφορετικούς συνδιασμούς καναλιών βλέπουμε πληροφορίες που το γυμνό μάτι δεν αντιλαμβάνεται


Εισαγωγή στην Τηλεπισκόπηση

Και μπορούμε σήμερα να καταγράψουμε πολλά κανάλια με τους υπερφασματικούς δέκτες


Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης

  • Γεωργία
  • Δασολογία
  • Χαρτογραφία
  • Γεωλογία
  • Υδρολογία
  • Παρακολούθηση ατμόσφαιρας
  • Μετεωρολογία
  • Παρακολούθηση πάγων
  • Παρακολούθηση ωκεανών και ακτών
  • Καταγραφή χρήσεων γής
  • Στρατιωτικές εφαρμογές
  • και πολλά ακόμα...

Εισαγωγή στο Ελευθερο Λογισμικό







Εισαγωγή στο Ελευθερο Λογισμικό

Ελεύθερο Λογισμικό είναι το λογισμικό που παρέχει στους χρήστες τις εξής ελευθερίες:

  • Την ελευθερία να εκτελούν το λογισμικό, για οποιονδήποτε σκοπό (ελευθερία 0)
  • Την ελευθερία να μελετούν τον τρόπο λειτουργίας του λογισμικού και να το προσαρμόζουν στις ανάγκες τους (ελευθερία 1). Η πρόσβαση στον πηγαίο κώδικα είναι προϋπόθεση για να ισχύει κάτι τέτοιο
  • Την ελευθερία να αναδιανέμουν αντίγραφα του λογισμικού ώστε να βοηθούν το συνάνθρωπό τους (ελευθερία 2)
  • Την ελευθερία να βελτιώνουν το λογισμικό και να δημοσιεύουν τις βελτιώσεις που έχουν κάνει στο ευρύ κοινό, ώστε να επωφεληθεί ολόκληρη η κοινότητα (ελευθερία 3)

Ελευθερο Λογισμικό και Λογισμικό Ανοιχτού Κώδικα


  • Σήμερα είναι ο ακρογωνιαίος λίθος του Διαδικτύου, των Μεγάλων Δεδομένων (Big Data) και της τεχνολογίας Cloud
  • Όλοι χρησιμοποιούμε το ΕΛΛΑΚ, ακόμα και χωρίς να το ξέρουμε (Google, Facebook, Twitter, Android, Firefox, Chrome, Linux κλπ)


GNU OSS

Το μέλλον είναι ανοιχτό...



Παγκόσμιος Οργανισμός Ελεύθερου Γεωχωρικού Λογισμικού (OSGeo)

Μη κερδοσκοπικός οργανισμός από το 2006 με στόχο:

  • Την προώθηση του Ελεύθερου Λογισμικού και Λογισμικού Ανοιχτού Κώδικα
  • Την προώθηση των Ανοιχτών Προτύπων
  • Την υποστήριξη εκπαιδευτικών δράσεων - GeoForAll
  • Την προώθηση της Ανοιχτών Επιστημών
  • Την προώθηση των Ανοιχτών Δεδομένων


Δομή OSGeo



Συνέδρια FOSS4G



Open Geospatial Consortium (OGC)

Διεθνής οργανισμός από εταιρίες, κυβερνήσεις, πανεπιστήμια και οργανισμούς με στόχο:

  • Την δημιουργία ανοιχτών γεωχωρικών προτύπων
  • Την εξασφάλιση συμβατότητας συστημάτων στο μέλλον
  • Την δημιουργία νέων καινοτόμων λύσεων με βάση τα πρότυπα και την έρευνα


OSGeoLive

  • Λειτουργικό Σύστημα GNU/Linux
  • Περιλαμβάνει προεγκατεστημένα περισσότερα από 60 εφαρμογές Ελεύθερου Γεωχωρικού Λογισμικού
  • Περιλαμβάνει Ανοιχτά Χωρικά Δεδομένα
  • Περιλαμβάνει εγχειρίδια χρήσης και εκπαίδευσης
  • Είναι μεταφρασμένο σε πολλές γλώσσες, και στα Ελληνικά


Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης



Εφαρμογές για μετατροπή, επεξεργασία, αποθήκευση και ανάλυση τηλεπισκοπικών δεδομένων


Εφαρμογές GIS



Εφαρμογές για επισκόπηση, επεξεργασία, αποθήκευση και ανάλυση γεωχωρικών δεδομένων


Εφαρμογές Διαδικτυακών GIS



Εφαρμογές για δημιουργία χαρτών στο διαδίκτυο (Web GIS)


Διαδικτυακές Γεωχωρικές Υπηρεσίες



Δημοσίευση γεωχωρικών δεδομένων στο διαδίκτυο μέσω υπηρεσιών συμβατών με τα ανοιχτά πρότυπα OGC


Χωρικές Βάσεις Δεδομένων



Αποθήκευση γεωχωρικών δεδομένων


Πλοήγηση και χαρτογραφία




Εφαρμογές για πλοήγηση με συσκευές GPS και δημιουργία χαρτών


Εργαλεία Χωρικής Ανάλυσης



Εφαρμογές για προχωρημένες επεξεργασίες χαρτογραφίας


Εξειδικευμένες Εφαρμογές GIS



Εφαρμογές για ανθρωπιστικές δραστηριότητες και για εξειδικευμένες επιστήμες όπως μετεωρολογία και ωκεανογραφία


Βιβλιοθήκες προγραμματισμού




Γεωχωρικές βιβλιοθήκες για ανάπτυξη λογισμικού και Διεπαφών (APIs)


Ανοιχτά Δορυφορικά Δεδομένα







Ανοιχτά Δεδομένα

  • Ανοιχτά είναι τα δεδομένα που μπορούν ελεύθερα να χρησιμοποιηθούν, να επαναχρησιμοποιηθούν και να αναδιανεμηθούν από οποιονδήποτε – υπό τον όρο να γίνεται αναφορά στους δημιουργούς και να διατίθενται, με τη σειρά τους, υπό τους ίδιους όρους.
  • Τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερα γεωχωρικά δεδομένα διατίθενται ελεύθερα λόγω της πολιτικής της ΕΕ (οδηγία INSPIRE)


Ανοιχτά Δορυφορικά Δεδομένα

  • Δεδομένα σημαντικών Αμερικανικών δορυφόρων παρατήρησης της γης έχουν πλέον ανοιχτές άδειες (MODIS, LandSat, Hyperion κ.α.)
  • Η διάθεση ανοιχτών γεωχωρικών δεδομένων προάγει την έρευνα και την ανάπτυξη επιχειρηματικότητας αλλά και καινοτομίας
  • Τα δεδομένα του Ευρωπαικού προγράματος Copernicus είναι ανοιχτά


Πηγές Ανοιχτών Δορυφορικών Δεδομένων

  • Διεθνείς κατάλογοι ερευνητικών οργανισμών (ESA, NASA, glovis, USGS, NOAA)
  • Διεθνείς κατάλογοι ανοιχτών δεδομένων (data.gov, data.gov.uk, geodata.gov.gr)
  • Ευρωπαικοί κατάλογοι ανοιχτών δεδομένων (INSPIRE geoportal, Copernicus)
  • Ιδιωτικές πρωτοβουλίες και υπηρεσίες


Glovis

Η υπηρεσία GLOVIS - https://glovis.usgs.gov/


USGS Earth Explorer

Η υπηρεσία Earth Explorer της USGS - https://earthexplorer.usgs.gov/


ESA Earth Online Data

Η υπηρεσία Earth Online της ESA - https://earth.esa.int/web/guest/data-access


Copernicus Open Access Hub

Η υπηρεσία Open Access Hub του Copernicus - https://scihub.copernicus.eu/


data.gov

Ο κατάλογος ανοιχτών δεδομένων των ΗΠΑ - https://www.data.gov/


INSPIRE Geoportal

Ο κατάλογος της οδηγίας INSPIRE της ΕΕ - http://inspire-geoportal.ec.europa.eu/


European Data Portal

Ο κατάλογος ανοιχτών δεδομένων της ΕΕ - https://www.europeandataportal.eu/


geodata.gov.gr

Ο πρώτος κατάλογος ανοιχτών δεδομένων της Ελλάδας (2010)


geodata.gov.gr

Αναβάθμιση του καταλόγου ανοιχτών δεδομένων της Ελλάδας (2015)


geodata.gov.gr

Υποστήριξη αναζήτησης δορυφορικών δεδομένων


geodata.gov.gr

Υποστήριξη προεπισκόπισης δορυφορικών δεδομένων


data.gov.gr

Ο κατάλογος ανοιχτών δεδομένων της Ελλάδας (2018)


Landsat on Amazon

Τα δεδομένα Landsat στην υπηρεσία S3 της Amazon - https://landsatonaws.com/


Landsat on Amazon

Παράδειγμα δεδομένων Landsat για την Ελλάδα - https://landsatonaws.com/L8/185/033/


Sentinel on Amazon

Τα δεδομένα Sentinel στην υπηρεσία S3 της Amazon - http://sentinel-pds.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/


Sentinel-2 on Amazon

Τα δεδομένα Sentinel-2 στην υπηρεσία S3 της Amazon - https://registry.opendata.aws/sentinel-2/


Sentinel Hub

Η υπηρεσία Sentinel Hub της Sinergise - https://www.sentinel-hub.com/


Remote Pixel

Οι εφαρμογές Remote Pixel - https://remotepixel.ca/


EOX Cloudless Map

Εφαρμογή από την EOX - https://s2maps.eu/


OpenAerialMap

Εφαρμογή OpenAerialMap - https://openaerialmap.org/


Ελεύθερο Λογισμικό για Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης







GRASS GIS

Περισσότεροι από 100 αλγόριθμοι επεξεργασίας τηλεπισκοπικών δεδομένων


GRASS GIS

https://grass.osgeo.org/documentation/general-overview/


GRASS GIS

  • Ξεκίνησε το 1983 σαν διπλωματική εργασία του J. Westervelt
  • 1985 GRASS 1.0
  • 1985 Δημιουργία του GNU project
  • 1987 GRASS 2.0
  • 1993 Ξεκίνησε η ανάπτυξη του Linux
  • 1994 μεταφορά του GRASS 4.0 σε Linux


GRASS GIS - 35 χρόνια FOSS4G

  • Σήμερα στην έκδοση 7.4
  • Ταχεία ανάπτυξη της έκδοσης 7.5


GDAL/OGR

Υποστηρίζει το μετασχηματισμό των περισσοτέρων προτύπων γεωχωρικών δεδομένων


QGIS

Ιδιαίτερα δημοφιλές Ελεύθερο Λογισμικό GIS, με τεράστια κοινότητα παγκοσμίως.


QGIS

Υποστηρίζει την επεξεργασία τηλεπισκοπικών δεδομένων είτε μέσω εσωτερικών αλγορίθμων και διασύνδεση με την GDAL είτε μέσω προσθέτων (plugins)


SNAP

Λογισμικό επεξεργασίας τηλεπισκοπικών δεδομένων που αναπτύσσεται από την ESA, κυρίως για τις πλατφόρμες Sentinel.


Opticks

Λογισμικό επεξεργασίας τηλεπισκοπικών δεδομένων


Rasdaman

Βάση τηλεπισκοπικών δεδομένων και λογισμικό διαδικτυακών υπηρεσιών


Rasdaman

Δυναμική επεξεργασία εικόνας μέσω διαδικτύου


OSSIM

Λογισμικό Φωτογραμμετρίας και επεξεργασίας σε 3 διαστάσεις


Orfeo Toolbox

Βιβλιοθήκη με σύγχρονους αλγορίθμους Όρασης Υπολογιστών και Τηλεπισκόπησης


Orfeo Toolbox

  • Το Orfeo Toolbox (OTB) περιλαμβάνει σύγχρονους αλγορίθμους ικανούς να εκτελούνται σε τηλεπισκοπικές εικόνες μεγάλου μεγέθους
  • Είναι ελεύθερο λογισμικό και έχει χρηματοδοτηθεί από την Γαλλική Υπηρεσία Διαστήματος CNES
  • Υλοποιήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος ORFEO
  • Πάνω του βασίζεται η υλοποίηση εργαλείων των Sentinel του προγράμματος Copernicus



Orfeo Toolbox

Ταξινόμηση δορυφορικών δεδομένων με το Orfeo Toolbox


Orfeo Toolbox

Διασύνδεση με το λογισμικό QGIS


Gnorasi

Ελεύθερο Λογισμικό Τηλεπισκόπησης με αλγορίθμους Τεχνητής Ευφυίας


Gnorasi

  • Υλοποιήθηκε στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος της ΓΓΕΤ
  • Είναι ελεύθερο λογισμικό και βασίζεται στο Orfeo Toolbox
  • Υποστηρίζει εφαρμογές όπως:
    • Aνίχνευση καμμένων εκτάσεων
    • Aνίχνευση πλημμύρας
    • Ταξινόμηση αστικού πρασίνου
    • Ταξινόμηση αστικού ιστού
    • Ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων



Gnorasi

Σύνθετη αλυσίδα επεξεργασίας τηλεπισκοπικών δεδομένων


Gnorasi

Ταξινόμηση τηλεπισκοπικών δεδομένων με υλοποίηση κανόνων Εμπείρου Συστήματος


Gnorasi

Ταξινόμηση ημι-αστικής περιοχής


Gnorasi Demo

http://www.youtube.com/watch?v=Pqf3_-QrXZg


Τηλεπισκοπικές Εφαρμογές EOfarm



http://www.eofarm.com/






Είναι μια νέα ερευνητική εταιρία που δημιουργήθηκε από μια ομάδα ερευνητών του ΕΜΠ με στόχο:

  • Ανάπτυξη τηλεπισκοπικών εφαρμογών για τη γεωργία
  • Ανάπτυξη τηλεπισκοπικών εφαρμογών για τη παρακολούθηση της ποιότητας υδατικών όγκων
  • Ανάπτυξη τηλεπισκοπικών εφαρμογών για τη παρακολούθηση της ποιότητας της ατμόσφαιρας
  • Ανάπτυξη περιβαλλοντολογικών εφαρμογών μέσω Τηλεπισκόπησης
  • Προσανατολισμό στα Μεγάλα Γεωχωρικά Δεδομένα και το Ελεύθερο Λογισμικό

Εφαρμογές Γεωργίας

Φασματική ανάλυση με φασματογράφους οδηγεί στην ανάγνωση της φασματικής υπογραφής της καλλιέργειας


Εφαρμογές Γεωργίας

Φασματική υπογραφή βλάστησης


Εφαρμογές Γεωργίας

Δυνατότητα ελέγχου καλλιέργειας για stress και ασθένειες


Εφαρμογές Γεωργίας

Παρακολούθηση σε όλο τον κύκλο καλλιέργειας


Αμπελουργία Ακριβείας

Συσχέτιση τηλεπισκοπικών μετρήσεων με την ευρωστία και την οξύτητα των αμπελιών


RemoteAgri

Διαδικτυακή Υπηρεσία Γεωργίας Ακριβείας - Επιλογή περιοχής μελέτης


RemoteAgri

Προεπισκόπηση υπέρυθρης απεικόνισης


RemoteAgri

Υπολογισμός Ευρωστίας


RemoteAgri

Υπολογισμός θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους


RemoteAgri

Διαχρονική παρακολούθηση - Analytics


RemoteAgri

Υπολογισμός υγρασίας εδάφους


RemoteAgri

Εφαρμογή δυναμικής ταξινόμησης στο διαδίκτυο


Services Demo



https://www.youtube.com/channel/UCKgFE-JyBvh0oxcpWNixvzg


PindosGIS

Εφαρμογή παραγωγικότητας δασικής έκτασης στην Πίνδο


Εκτίμηση Ποιότητας Υδάτων

Διαχρονική παρακολούθηση δεικτών ποιότητας


Εκτίμηση Ποιότητας Υδάτων

  • Διερεύνηση μοντέλων συσχέτισης πολυφασματικών με επίγεια δεδομένα για ποιοτικούς δείκτες:
    • τη χλωροφύλλη - α
    • το βάθος Secchi
    • την επιφανειακή θερμοκρασία
    • το αμμώνιο
    • το Ph
  • Σύγκριση των αποτελεσμάτων με δείκτες από τη βιβλιογραφία

Εκτίμηση Ποιότητας Υδάτων

Παρακολούθηση δεικτών ποιότητας στον Αμβρακικό - Χλωροφύλλη


Εκτίμηση Ποιότητας Υδάτων

Παρακολούθηση δεικτών ποιότητας στον Αμβρακικό - Θολότητα


Εκτίμηση Ποιότητας Υδάτων

Παρακολούθηση δεικτών ποιότητας στον Αμβρακικό - Θερμοκρασία


Διαχρονική Παρακολούθηση Ποιότητας Αέρα


Περισσότερες πληροφορίες

OSGeo

http://www.osgeo.org/


Πηγαίος Κώδικας στο GitHub

https://github.com/kalxas


OSGeoLive

http://live.osgeo.org

URL Παρουσίασης

http://aiolos.survey.ntua.gr/slides/space-2018


Ευχαριστώ

Ερωτήσεις;