Baza danych wyników kontroli terenowej
Celem projektu jest wykonanie badań dotyczących integracji danych teledetekcyjnych na potrzeby kontroli w systemie dopłat bezpośrednich do rolnictwa (IACS – Integrated Administration Control System).
W celu uzyskania dopłat rolnik deklaruje typ uprawy i jej powierzchnię. Prawdziwość tych informacji jest kontrolowana w systemie IACS. Do tej pory kontrola była przeprowadzana w trakcie wizji terenowej, albo częściowo zdalnie, między innymi z wykorzystaniem zdjęć lotniczych przetworzonych do postaci tzw. ortofotomap, takich jak np. w Google Maps.
Z inicjatywy ośrodka badawczego UE (JRC,Ispra, Włochy, MARS Unit), będącego wsparciem dla Wspólnej Polityki Rolnej opracowane zostały rekomendacje dotyczące wykorzystania obrazów Sentinel w kontroli IACS.
W wyniku intensywnych działań UE w ramach programu Copernicus, których celem było stworzenie systemu satelitarnego, konkurencyjnego w stosunku do amerykańskiego sytemu Ladsat powstała grupa satelitów Sentinel. Pierwszy satelita z tej grupy Sentinel-1 został umieszczony na orbicie w 2014 i przez przeznaczony do rejestracji radarowej, drugi – Sentinel-2, rejestrujący w zakresie fal widzialnych i podczerwieni został wystrzelony w 2015 r. Parametry systemu Seninel-2 są lepsze niż systemu Landsat w każdym zakresie: większa rozdzielczość przestrzenna, spektralna oraz częstszy czas rewizyt, co ma kluczowe znaczenie w naszym klimacie. Od tego czasu można zaobserwować bardzo duże zainteresowanie wykorzystaniem danych z grupy Sentinel w różnych dziedzinach. Wzrosła liczba projektów badawczych, w których wykorzystuje się te obrazy, powstają różne portale, których celem jest udostępnianie obrazów Sentinel wraz z produktami ich przetworzenia.
Głównym atutem obrazów Sentinel-1 i 2 jest ich stosunkowo wysoka rozdzielczość przestrzenna i częstość rejestracji, co dla Polski ma kluczowe znaczenie.
Na podstawie prac badawczych wykonanych przez zespół badawczy GPRSE w roku 2018 wynika, że określenie typu uprawy jest w większości przypadków możliwe, natomiast wydzielnie rośliny stanowi problem. Innym ograniczeniem jest wielkość uprawy w kontekście obrazów, których terenowa wielkość piksela wynosi 10 m, co uniemożliwia skuteczną detekcję granicy uprawy, w przypadku małych działek (np. na południu Polski, we Włoszech, Grecji). W roku 2019 zespół badawczy GPRSE wykonał badania z wykorzystaniem obrazów hiperspektralnych z pułapu satelitarnego i lotniczego. Niestety z uwagi na brak możliwości wykonania aktualnych zdjęć wykorzystano dane archiwalne pozyskane w ramach innego projektu i dane darmowe. W wyniku tego projektu, wykorzystując własną metodykę, uzyskano lepsze wyniki niż z wykorzystaniem podejścia rekomendowanego przez JRC. Potencjał lotniczych zdjęć hiperspektralnych jest znacznie większy niż mogliśmy wykazać w ramach projektu w 2019 r. W związku z tym w ramach niniejszego wniosku chcielibyśmy zaaplikować o sfinansowanie następujących działań: - wykonanie nalotu ze średniego pułapu lotniczego i z pułapu niskiego z wykorzystaniem drona z rejestracją wielo i hiperspektralną - opracowanie metodyki integracji hiperspektralnych i skanerowych danych z pułapu lotniczego z danymi satelitarnymi Sentinel-1 i Sentinel-2 - implementacji wypracowanego rozwiązania z wykorzystaniem narzędzi Google Earth Engine
Docelowo planujemy wystąpić z wnioskiem do NCBiR lub/i Horyzont2020 w celu utworzenia centrum doskonałości Przetwarzania Danych Geoprzestrzennych (PDG), (ang. Geospatial Data Processing (GDP) excellence center), które na swojej platformie integrowałoby możliwość zaspokajania potrzeb w różnych innych dziedzinach (przykładowo wyniki projektów realizowanych przez GPRSE: CHT2, AMMER, SALMAR). Konkretnych obszarów zainteresowań można podać bardzo wiele. Ideą centrum CDP byłoby nie tylko dostarczenie nowych produktów dla szerokiego grona użytkowników końcowych (rolników, ARIMR, muzeów, obywateli) ale także dla naukowców, którzy mieliby możliwość prowadzenia badań z wykorzystaniem różnorodnych danych, nie tylko z grupy Sentinel, do czego na razie większość rozwiązań się ogranicza.
Proponowane działania wydają się celowe biorąc pod uwagę zainteresowanie badaczy na świecie. Wykorzystując SciVal/Scopus do analizy publikacji na temat wykorzystania zobrazowań hiperspektralnych oraz dotyczących wykorzystania dronów (UAV - unmanned aerial vehicle) w monitoringu upraw można zobserwować w 2019 raptowny wzrost liczby publikacji (10x) stosunku do roku 2015. Analizując z kolei projekty, realizowane w ramowych programach UE z bazy danych CORDIS w latach: 1986-2020 okazuje się, że ok. 75% projeków dotyczących wykorzystania teledetekcji w monitoring upraw ("remote sensing crop monitoring") przypada na lata 2015-2020. Trzecim sygnałem, że tematyką tą należy się zajmować, jest duża aktywność różnych ośrodków badawczych na świecie i w Polsce w zakresie tworzenia rozwiązań internetowych wykorzystujących obrazy satelitarne ESA, w tym głównie Sentinel (Sentinel-hub Playground, esa-sen4cap, Copernicus DIAS (CREODIAS, mundi, sobloo, Wekeo, ONDA), Landsat App, CENAGIS i inne). Należy zwrócić uwagę, że przed rokiem 2015 nie było w ogóle tego typu serwisów. Można powiedzieć, że teraz jest odpowiedni czas na podjęcie działań w tym kierunku, ponieważ z jednej strony system Sentinel jest w stabilnej, dojrzałej operacyjnie fazie, powstały już różne podobne rozwiązania, potwierdzając tym samym zasadność badań w tym kierunku i pozostają jeszcze obszary, w których istnieje zapotrzebowanie na tego rodzaju usługi.
2001, Współautorstwo rekomendacji dla Systemu Identyfikacji Działek Rolnych (Land Parcel Identification System (LPIS)) w Zintegrowanym Systemie Administracji i Kontroli (Integrated Administration Control System (IACS)) na potrzeby finansowania dopłat bezpośrednich do rolnictwa – faza przed przystąpieniem Polski do UE, projekt (6)
2005, Współtworzenie podstaw metod walidacji pomiarów powierzchni działek projekty zlecone przez ośrodek badań UE, JRC, Ispra, Włochy (MARS Unit), projekty (3, 4, 5)
2010, Utworzenie referencyjnego laboratorium do pomiarów walidacyjnych urządzeń GNSS i orotoobrazów na potrzeby kontroli IACS
2012, Zainicjowanie, zaplanowanie, udział w wykonaniu Proficiency test (PT), zgodnie z normą PN-EN ISO/IEC 17043, 3.7, metody walidacji pomiarów powierzchni działek rolnych. Wyniki zostały zaprezentowane w publikacji:(Hejmanowska et al. 2012)
2012, Monografia: Walidacja odbiorników GNSS dla potrzeb kontroli wielkości powierzchni działek rolnych w systemie dopłat bezpośrednich dla rolnictwa IACS: wytyczne, aplikacja, problemy (Kramarczyk i in. 2012)
2015, Impakt projektu PT – zmiana regulacji UE polegająca na uproszczeniu przepisów dotyczących kontroli, co zostało wprowadzone w Rozrządzeniu EU (809/2014, Art. 38 punkt 4) pozwalającym od 2015 na przyjmowanie jednolitej wielkości bufora, równej 1m w trakcie pomiarów kontrolnych powierzchni. Nowe rozporządzenie zmieniło obowiązujące wcześniej Rozporządzenie UE NR 1122/2009 (Art. 34 punkt 1), ustanawiające maksymalną tolerancję równą 1.5m (notabene w polskiej wersji tego punktu jest błąd w stosunku do wersji angielskiej). W praktyce wymaganie to zostało uszczegółowione w rekomendacjach JRC ustalających różne tolerancje dla różnych metod pomiarowych od 0.5 – 1.5 m. Z jednej strony ustalono tolerancje w oparciu o pomiar quasi laboratoryjny, z drugiej strony wprowadzono zbyt wygórowane wymagania dokładnościowe, niemożliwe do spełnienia. Obie hipotezy postawione przez wykonaniem eksperymentu się potwierdziły i doprowadziły do ww. zmian w przepisach. (odnośną dokumentacje można znaleźć na stronie MARS unit JRC
Ostatnio UE planuje zastąpienie tzw. kontroli na miejscu, polegającej na pomiarze GPS lub ortofotomapie oraz określaniu typy uprawy w trakcie wizyty w terenie, pomiarem teledetekcyjnym wykorzystując nowe produkty Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) programu Copernicus, czyli obrazy Sentinel-1 i Sentinel-2. Zgodnie z propozycją rekomendacji JRC zostały wykonane badania w warunkach polskich, potwierdzając trudności w bezwarunkowym wykorzystaniu tych danych szczególnie w przypadku małych działek, jakie występują na południu Polski (projekty 1, 2). Wyniki z projektu wykonanego w 2018 (2) potwierdziły częściowo możliwość wykorzystania proponowanej metodyki na obszarze Polski północnej. Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano wykorzystanie jako danych dodatkowych, lotniczych obrazów hiperspektralnych. W roku 2019 przeprowadzono analizę możliwości wykorzystania obrazów hiperspektralnych pozyskanych z innego projektu. Uzyskane wyniki wydają się obiecujące, niestety ze względu na ograniczone środki finansowe nie było możliwości wykonania nalotu i pozyskania aktualnych zdjęć wykonanych na potrzeby badanego zagadnienia.
Projekty dotyczące systemu IACS
15.09-15.11.2005: Validation of methods for measurement of land parcel areas – near-VHR imagery, supplementary study to the service contract No 22581-2004-12F1SC ISP P, 2006, kierownik projektu: B.Hejmanowska
2001: Elaboration of assumptions for building up of National Land Parcel Identification System (LPIS) as an element of Integrated Administration and Control System (IACS) , Samecki 5 – PHARE – PL – PAO/AGR, 2001, główny wykonawca: B.Hejmanowska
Doświadczenie w innych międzynarodowych projektach, których wyniki można zaimplementować w centrum doskonałości PDG/GDP
01.01.2018 – 31.03.2019 AMMER: Automated Method for Measuring Eutrophication of Inland Water Using Remote Sensing, ESA 01.01.2016 – 30.06.2017 CHT 2 : Cultural Heritage Through Time, HERITAGE PLUS Joint Call 2014 30-08.2012 – 31.01.2016: Sustainable Land and Water Management of Reservoir Catchments (SaLMaR) – Polish German project
CHT2 Projekt: Cultural Heritage Through Time (CHT 2) był wykonywany przez konsorcjum międzynarodowe (IT, UK, ES, PL). Informacje na temat projektu można znaleźć na stronie internetowej lidera projektu: http://cht2-project.eu/ oraz na stronie zespołu: https://cht2.eu/index.php. Celem projektu była integracja modeli 3D budynków, miast, krajobrazu na potrzeby wykorzystania w pracach związanych z monitorowaniem i zachowaniem kulturowego dziedzictwa narodowego. Opis wyników oraz szczegółowy raport z projektu w wersji polskiej i angielskiej znajduje się na stronie (https://cht2.eu/index.php/About-project). Partner polski, SSSA był odpowiedzialny w tym projekcie, oprócz zadań związanych z tworzeniem modeli 4 D dla wybranych fortów Twierdzy Kraków, głównie za publikacje modeli 4 D w Internecie. Wynikiem jest aplikacja interentowa: https://cht2.eu/index.php/ONLINE-VISUALIZATION , na której znajdują się udostępnione w Internecie modele 4D dla wszystkich partnerów projektu. Storna jest stale aktualizowana w oparciu o powstające nowe modele. Na uwagę zasługuje interdyscyplinarny skład zespołu pracującego w projekcie, składającego się oprócz specjalistów z zakresu inżynierii lądowej także naukowców z informatyki, archeologii oraz historii. Wpływ wiedzy specjalistów z dziedzin nietechnicznych było był nie do przecenienia, z uwagi na przedmiot badań, czyli kontekst historyczny.
AMMER W okresie 01.01.2018 – 31.03.2019 zespół badawczy realizował projekt ESA dotyczący monitoringu jakości wody zbiorników śródlądowych (AMMER: Automated Method for Measuring Eutrophication of Inland Water Using Remote Sensing). Projekt był kierowany przez firmę FP Space Consortium, partnerami projektu był Główny Instytut Górnictwa i Stowarzyszenie Naukowe im. St. Staszica (kierownik zespołu badawczego: B. Hejmanowska). W efecie realizacji projektu powstała aplikacja internetowa: https://www.kplabs.pl/en/ammer/ , w której wdrożono wyniki przeprowadzonych badań. W ramach prac badawczych opracowano algorytmy obliczania chlorofilu-a w oparciu o obrazy satelitarne Sentinel-2, ESA. Algorytmy opracowano dla 12 zbiorników w województwach śląskim i małopolskim. Aplikacja bazuje wyłącznie na danych teledetekcyjnych z satelity Sentinel-2 i w związku z częstą rejestracją obrazów pozwala na bardzo gęsty monitoring jakości wody w zbiornikach. Wykorzystanie darmowych danych (Sentinel-2) i aplikacji internetowej pozwala na znacznie łatwiejsze i tańsze określanie stężenia fitoplanktonu w wodzie z uwagi na brak konieczności wykonywania, czasochłonnych i kosztownych badań laboratoryjnych. Druga zaletą jest możliwość uzyskania przestrzenno obrazu rozkładu stężenia fitplangtonu na obszarze zbiornika, a nie jednej wartości stężenia w punkcie pomiarowym.
Piotr Kramarczyk, promotor: dr hab. inż S. Mikrut. Tematyka pracy dotyczy kontroli w systemie IACS (monografia Kramarczyk i in. 2012), testowanie algorytmów z wykorzystaniem nowych danych i ich implementacja w narzędziach Google Earth Engine (GEE).
Adrian Moskal, studia doktoranckie 2 rok, opiekun: dr hab. inż S. Mikrut, wykonanie nalotów dronem pod opieką promotora (obie osoby posiadają licencje na wykonywanie nalotów dronem).
Anna Żądło, opiekun: prof. dr hab. inż. Beata Hejmanowska, tytuł zagadnienia badawczego: Wykorzystanie uczenia maszynowego do automatyzacji analiz dużych zbiorów danych teledetekcyjnych. Rolą doktorantki będzie przetwarzanie danych obrazowych, typu BigData, na potrzeby implementacji w GEE.
Karolina Pargieła – opiekun dr hab. inż U.Marmol, tytuł zagadnienia badawczego: Badania nad optymalizacją pozyskania i przetworzenia danych z bezzałogowych systemów latających do celów pomiarów obiektów o skomplikowanej geometrii. Rolą doktorantki będą badania nad możliwością podniesienia dokładności wyników analiz jakościowych i ilościowych dla obszarów uprawnych, dzięki integracji danych teledetekcyjnych z danymi fotogrametrycznymi nisko- i wysokopułapowymi oraz danymi pochodzącymi z lotniczego skaningu laserowego.
2001: “Elaboration of assumptions for building up of National Land Parcel Identification System (LPIS) as an element of Integrated Administration and Control System (IACS)” , Samecki 5 – PHARE – PL – PAO/AGR, 2001, expert in photogrammetry and GIS
2003-2005: “Ośrodki Koordynacyjno-Informacyjne ochrony przeciwpowodziowej (OKI) w Krakowie i Wrocławiu” – projekt finansowany ze środków Banku Światowego, GIS expert
22.11.2006 – 31.03.2007: “Estimation of the measurement error of parcel areas measured on VHR SAR data”, Joint Research Centre (JRC), Ispra, Italy, 2006, project coordinator
12.02 – 30.06. 2017 - External quality control under digitalisation of land parcel identification system, Turkey - Agrotec S.p.A. as Senior LPIS Expert
“Badanie wilgotności gruntów z wykorzystaniem obrazów teledetekcyjnych i modelowania inercji termalnej” projekt badawczy KBN Nr 9 S605 019 06, 1994-1996, kierowanie projektem
“Zintegrowany GIS w monitoringu środowiska” – projekt badawczy KBN Nr PB 0675/S6/92/02 –1992-1995, współpraca w pracach nad projektem, cyfrowe przetwarzanie obrazów
“Cyfrowy Atlas Województwa Krakowskiego jako element Małopolskiego Systemu Informacji Przestrzennej” – projekt celowy KBN Nr 9941994 C/2163, 1997-1999, wprowadzanie danych, analizy przestrzenne
PHARE courses: Land Information System PL.9206-02004/II, 1997-1998, udział w opracowaniu programu kursu, prowadzenie zajęć w ramach kursu, Kraków, Sieradz
“Wydzielanie obszarów nadmiernie uwilgotnionych w obszarze objętym powodzią w 1997 roku na podstawie satelitarnych obrazów radarowych”, 1998-2000 projekt badawczy KBN Nr 9 T12E 030 15, współudział w realizacji projektu, cyfrowe przetwarzanie obrazów radarowych, prace polowe (główny wykonawca)
“System Informacji Przestrzennej w Powiecie Stalowowolskim w aspekcie możliwości jego wykorzystania przez samorządową administrację zespoloną”, projekt celowy KBN (Nr 10T12001200C/5075), 2001-2002, kierownik części badawczo-rozwojowej
„Wykorzystanie naziemnych pomiarów spektrometrycznych do kalibracji hiperspektralnych zobrazowań lotniczych i satelitarnych na przykładzie rekultywowanego obszaru Tarnobrzeskiego Zagłębia Siarkowego”, projekt KBN 5 T12E 005 25, PB 1425/T12/2003, 2003-2004, kierownik projektu
KBN 3T 09D 09429 pt. „Badania procesów akumulacji i przemian związków chemicznych w osadach Dobczyckiego Zbiornika wody pitnej dla miasta Krakowa w celu oceny jego stanu jako ekosystemu” ,– kierownik – A. Gołaś -2006-2007, udział w części teledetekcyjnej – między innymi w eksperymencie pomiarowym i opracowaniu wyników
Grant promotorski Moniki Badurskiej, Integracja obrazów radarowych i optycznych dla potrzeb tworzenia map pokrycia terenu obszarów miejskich, 2008-2010 – kierownik projektu
Projekt MSWiN rozwojowy własny - "Morski Sieciocentryczny System Informacji Geograficznej obrazujący sytuację rejonu Zatoki Gdańskiej wsparty skalowaną platformą obliczeń rozproszonych" Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterów Westerplatte, Wydział Dowodzenia i Operacji Morskich, 2011-2012, wykonawca
“Udostępnianie Komputerowego Atlasu Województwa Krakowskiego w Internecie” , projekt naukowy AGH Nr 10.10.150.323, 1999-2000, kierowanie projektem, udostępnienie bazy GIS w Internecie
Badanie charakterystyk spektralnych obiektów z wykorzystaniem pomiarów za pomocą polowego spektrometru pracującego w podczerwieni termalnej (8-14 mikrometrów), projekt naukowy AGH nr Nr 11.150.47, 2000, kierowanie projektem, polowe pomiary spektrometryczne, cyfrowe przetwarzanie danych
“Wpływ niedokładności Cyfrowego Modelu Terenu na błąd nachyleń i ekspozycji”, projekt AGH Nr 11.150.47, 2000, kierowanie projektem, programowanie w Delphi, cyfrowe przetwarzanie danych
“Doskonalenie metod teledetekcyjnych w monitoringu środowiska” – projekt naukowy AGH Nr 10.10.150.460, 2000, współpraca w realizacji projektu, badanie technologii tworzenie ortoftomap na podstawie obrazów satelitarnych nowej generacji
“Badanie spektralnych charakterystyk obiektów za pomocą spektrometru pracującego w podczerwieni termalnej”- projekt naukowy AGH Nr 10.10.150.551, 2001, kierowanie projektem
Aplikacja komputerowa w środowisku programu: GEODEX (Intergraph), 1999, kierownik projektu AGH, programowanie Visual Basic’u analiz na Cyfrowym Modelu Terenu
Grant edukacyjny Team GeoMedia Program nr RRLPL5203, 2004-2005, kierownik grantu
Projekt Przedsiębiorstwa Geodezyjno-Informatycznego „Compass” i Zakład Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej AGH. „Analiza metod ortorektyfikacji wysokorozdzielczych scen satelitarnych Ikonos oraz ocena ich implementacji w systemie Geomatica oraz Intergraph ze szczególnym uwzględnieniem użyteczności dla potrzeb produkcyjnych” , 2006, kierownik projektu
Projekty zlecane przez producentów GPS (Trimble, Topcon )
Projekt badawczy samorządu Województwa Małopolskiego: „Porównanie pod względem ekonomicznym i dokładnościowym oraz czasowym przetwarzania danych analogowych map katastralnych i mapy zasadniczej metodą skanowania i wektoryzacji oraz metodą skanowania i budowy postaci numerycznej na podstawie materiałów źródłowych”, realizowany w ramach Projektu „Wypracowanie i wdrożenie innowacyjnych metod integracji danych katastralnych, mapy zasadniczej i Bazy Danych Topograficznych oraz modernizacja usług publicznych świadczonych przez służbę geodezyjną i kartograficzną”, 2008-2009, udział w pracach badawczych
Określenie dopuszczalnej odchyłki pomiędzy przebiegiem granicy działki rolnej uzyskanej w wyniku kontroli a jej przebiegiem w systemie LPIS , 2013 – autorstwo ekspertyzy dla ARIMR
Walidacja urządzeń GNSS i ortofotomapy, 2012-2013 – Agencję Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa (ARIMR) wykonanie 4 ekspert
15.06.2018 – 15.12 2018 Ekspertyza dotycząca wykorzystania zobrazowań Sentinel 1 i 2 do monitorowania działalności rolniczej beneficjentów ARIMR, projekt ARIMR, udział w pracach badawczych
15.06.2019 – 15.12 2019 Wykorzystanie danych hiperspektranych do monitorowania działalności rolniczej beneficjentów ARiMR i wspierania jej procesów biznesowych, projekt ARIMR, udział w pracach badawczych