Datenprozessierung

Die Umsetzung von Rohdaten in höherwertige Informationsprodukte. Fernerkundungsdaten, die von Instrumenten an Bord von Satelliten erfasst werden, müssen verarbeitet werden, bevor die Daten von den meisten Forschern und Nutzern aus der angewandten Wissenschaft genutzt werden können. So können beispielsweise Windvektoren über dem Meer aus der Antwort eines radiometrischen Signals nach der Reflexion an der Meeresoberfläche abgeleitet werden.

Zur Datenverarbeitung werden innerhalb eines Nutzlast-Bodensegments Prozessierungssysteme eingesetzt. Entsprechend dem Sensor (SAR-, Multi- oder Hyperspektralsensor) und der gewünschten Verarbeitungsstufe werden spezifische Verarbeitungsalgorithmen auf zugeordneten Rechnerplattformen benutzt. Diese sogenannten (Sensor)Prozessoren werden über Module, welche ein vereinheitlichtes und harmonisiertes Management der Prozessoren sicherstellen, in die informationstechnische Umgebung des Multi-Missions-Bodensegments integriert. Unterschiedliche Kategorien von Prozessabläufen regeln die Datenflüsse im Bodensegment. So werden mit dem Prozessablauf Ingestion (Aufnahme) die Rohdaten von eigenen oder externen Bodenstationen erfasst und zugehörige Metadaten, entsprechend der Anforderungen des Archivs, extrahiert, z.B. durch die Ermittlung der Eckkoordinaten, des Wolkenbedeckungsgrads oder durch die Ableitung typischer Verarbeitungsparameter wie z.B. der Pulse Repetition Frequency (PRF) des SAR-Sensors.

Unabhängig davon können in systematischen datengetriebenen Prozessabläufen einzelne Datensätze mittels vordefinierter Parameter und ohne weitere externe Anforderung automatisch in Endprodukte gewandelt werden oder auch mehrjährige Archivdatensätze auf der Basis neuer Algorithmen reprozessiert oder in definierten Zeitabständen durch Kopieren auf neue Medien aufgefrischt werden. Im Gegensatz zum systematischen Datenfluss steht der nutzergetriebene Prozessablauf. Dabei werden individuelle, durch den Nutzer definierte Datenaufnahmen eingeleitet und ‚maßgeschneiderte‘ Informationsprodukte erstellt.

Obwohl jeder Datenanbieter, jede Mission und jedes Instrument seine eigenen Konventionen haben kann, basieren die folgenden Verarbeitungsstufen auf der CEOS-Konvention und sind repräsentativ für die allgemein verfügbaren Datenverarbeitungsstufen (processing level):

• Rohdaten: Daten in ihren Originalformaten, wie sie von einem Satelliten empfangen wurden.
• Level 0: Rekonstruierte, unverarbeitete Instrumentendaten in voller Raum-Zeit-Auflösung mit allen verfügbaren Zusatzinformationen, die bei der nachfolgenden Verarbeitung verwendet werden können (z. B. Ephemeriden, Zustand und Sicherheit).
• Ebene 1: Ungepackte, neu formatierte Daten der Ebene 0, mit allen Zusatzinformationen, die bei der nachfolgenden Verarbeitung verwendet werden sollen, im Anhang. Optionale radiometrische und geometrische Korrektur (d. h. Orthorektifizierung), um Parameter in physikalischen Einheiten zu erzeugen. Die Daten werden im Allgemeinen in voller Raum/Zeit-Auflösung dargestellt. Eine große Vielfalt von Unterebenen Produkte sind möglich.
• Ebene 2: Abgerufene Umweltvariablen (z. B. Meereswellenhöhe, Bodenfeuchte, Eiskonzentration) mit derselben Auflösung und am selben Ort wie die Quelldaten der Ebene 1.
• Ebene 3: Daten oder abgerufene Umweltvariablen, die räumlich und/oder zeitlich neu abgetastet wurden (d. h. von Produkten der Ebenen 1 oder 2 abgeleitet wurden). Eine solche Neuabtastung kann Mittelwertbildung und Zusammenstellung umfassen.

Jede Ebene stellt einen Schritt im Prozess der Umwandlung physikalischer Informationen (Rohdaten, Ebene 0, Ebene 1) in relevante geophysikalische Informationen (Ebene 2, Ebene 3) dar.

Die meisten Rohdaten von Erdbeobachtungssatelliten der NASA (Ebene 0, siehe Datenverarbeitungsebenen) werden in SIPS-Anlagen (Science Investigator-led Processing Systems) verarbeitet. Alle Daten werden mindestens auf Stufe 1 verarbeitet, aber die meisten haben zugehörige Produkte der Stufe 2 (abgeleitete geophysikalische Variablen) und Stufe 3 (Variablen, die auf einheitlichen Raum-Zeit-Rasterskalen abgebildet werden). Viele haben sogar Level-4-Produkte. Die geowissenschaftlichen Daten der NASA werden in einem der Distributed Active Archive Centers (DAACs) archiviert.

Sobald die Daten verarbeitet sind, können sie in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, von der Landwirtschaft über Wasserressourcen bis hin zu Gesundheit und Luftqualität. Ein einzelner Sensor kann nicht alle Forschungsfragen innerhalb einer bestimmten Anwendung abdecken. Benutzer müssen oft mehrere Sensoren und Datenprodukte einsetzen, um ihre Fragestellung zu bearbeiten, wobei sie die Grenzen der Daten berücksichtigen müssen, die durch unterschiedliche spektrale, räumliche und zeitliche Auflösungen bereitgestellt werden.

Weitere Informationen:

• Data Processing Levels (NASA)