Tartu, Estonia
June 11, 2015
It is theoretically possible to measure the height of grass and crops to a precision of about 10 cm. Photo: Kaupo Voormansik
Estonian researchers and farmers start to investigate together with the German Aerospace Center novel methods for characterization of grass and crops from data acquired by the German radar satellite formation TanDEM-X.
TanDEM-X is an innovative radar satellite mission operated by the German Aerospace Center (DLR) since 2010. Two twin satellites, flying in close formation, acquire microwave data at X-band (wavelength: 3cm).
The main objective of TanDEM-X is to generate the most precise global elevation model available so far (12 x 12 m spatial resolution and 2–4 m vertical accuracy). However, for a special ‘science acquisition phase’ since October 2014, the satellites are separated to a wider distance (~2km) than normal to acquire for the first time at so called ‘long baseline’. This novel acquisition scenario provides a unique opportunity for scientists to develop new applications and technologies for monitoring the environmental conditions on Earth.
Tartu researchers are among the few in the world, who will have access to these data and will investigate it thoroughly. With this data set, it is theoretically possible to measure the height of grass and crops to a precision of about 10 cm. One has to remember that this is done from space, approximately 700 km away. Whether it works in practice and which possible problems must be solved, will be investigated in the future.
Measuring the height of forests has already been proven in several scientific studies at DLR. Depending on the thickness and homogeneity of the forest, as well as the season, it is possible to measure the forest height within the accuracy of meters. Also the doctoral student of the University of Tartu, Aire Olesk, have worked on the application of measuring forest height. The first results of Olesk’s research point in the direction that the height of forests can be more precisely measured in X-band during leaf-off season.
Simultaneously to the TanDEM-X acquisitions, field experiments on the Rannu agricultural test site will be carried out this summer. For the field survey the researchers cooperate with the Estonian University of Life Sciences and farmers of the Rannu area. Accurate field measurements will reveal soil and plant parameters, like wet and dry biomass, plant and soil moisture as well as the height of the vegetation layer.
In the future, information products from radar remote sensing relating to soil and vegetation will be an important component in precision farming applications, allowing farmers to get a better knowledge about the conditions of their fields and take better decisions on the basis of this additionally available information.
Tartu Observatory, the University of Tartu, Software Technology and Applications Competence Centre, Aalto University from Finland, DLR Microwaves and Radar Institute, Estonian University of Life Sciences and Estonian agricultural holdings ‘OÜ Rannu Seeme and OÜ Rannu Mõis’ contribute to the research efforts.
In addition, Tartu Observatory and Tartu University have cooperated with DLR Microwaves and Radar Institute since 2011 working mainly on grassland applications.
Moreover, Estonia will become 21st European Space Agency Member state during 2015 concentrating on Earth Observation science and applications development.
For more information on the TanDEM-X satellite pair: http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10378/566_read-426/#/gallery/345
Uudne metoodika mõõdab satelliidilt vilja ja rohu kõrguse
Eesti teadlased arendavad koostöös Saksa kosmosekeskuse ja Eesti talunikega uudset metoodikat vilja ja rohu kõrguse mõõtmiseks satelliidilt. Saksa kosmosekeskuse TanDEM-X satelliit mõõdab kõrgust 700 km kauguselt kosmosest umbes 10 cm täpsusega.
Tartu teadlased on ühed vähestest maailmas, kelle käsutusse satelliidi andmed jõuavad. Sel suvel tehakse nende abil eksperiment Rannu testalal. Lisaks satelliidipiltidele tehakse koostöös Eesti maaülikooli ja Rannu testala talunikega hoolikaid mõõtmisi välitöödel, mille käigus mõõdetakse rohu- ja põllukultuuride kõrgust, kuiva ja märga biomassi ning mullaniiskust. Andmete kogumisele järgneb sügisel põhjalik analüüs, mille tulemusel täiustatakse kõrguse hindamiseks vajalikku andmetöötluse metoodikat.
Tulevikus saab sellest oluline komponent täppisviljeluse rakendusteks, et talunikud saaksid oma põldudest parema ülevaate ning saadud info põhjal targemaid otsuseid teha.
Teadlaste hinnangul on teenuse sihtrühmaks eelkõige suurtalunikud. „Eesti talunikud on tehnoloogiliselt üpris arenenud, nii et nad võiksid seda teenust kasutada küll,“ leidis teadlasgrupi esindaja, Tartu observatooriumi teadur Kaupo Voormansik, lisades: „Põldude olukorrast pildi ette saamiseks pole välitöödel põldude läbikäimine just kõige kuluefektiivsem tegevus. Eestis talud on pindalalt üsna suured, nii et sellise rakenduse kasutamine tasub ära.“
TanDEM-X oli algselt planeeritud peamiselt kaardistama seni täpseimat ülemaailmset kõrgusmudelit. Peagi selgus, et satelliitide signaal läbistab taimestikku arvatust paremini ning ilmnesid mitmed metsandus- ja põllumajandusrakenduste arendamise võimalused. Metsa kõrguse mõõtmise rakendus on ennast juba viimaste aastate eksperimentides tõestanud.
Voormansiku sõnul on olenevalt metsa tihedusest, aastaajast ja homogeensusest võimalik metsa kõrgust mõõta kuni 1 meetri täpsusega. Metsa kõrguse hindamise rakenduse arendamisse on andnud oma panuse ka Tartu ülikooli doktorant Aire Olesk ja AS Regio. „Aire Oleski tööde põhjal näib, et täpsemaid tulemusi saab metsa kõrguse mõõtmiseks just miinuskraadidega ilmaga ja raagus aastajal,“ lisas teadur.
Sellel kevadel manööverdati TanDEM-X satelliitide paar orbiidil pikema vahekauguse peale (umbes 2 km), mille tulemusena muutus interferomeeter veelgi täpsemaks ning metsa kõrguse mõõtmise asemel peaks nüüd olema võimalik ka vilja ja rohu kõrgust mõõta umbes 10 cm täpsusega. Seda, kuidas see praktikas töötab ja milliseid võimalikke probleeme tuleb täpse metoodika loomiseks lahendada, näitab suvel toimuv eksperiment.
Arendustöö õnnestumiseks annavad oma panuse Tartu observatoorium, tarkvara tehnoloogia arenduskeskus, Tartu ülikool, Eesti maaülikool ning Eesti põllumajandusettevõtted OÜ Rannu Seeme ja OÜ Rannu Mõis.
Täiendavat lugemist TanDEM-X satelliitide paarist leiab siit.
Species
