Jordobservasjon

Teknologiutvikling

SAR-prosessering: Syntetisk Apertur Radar (SAR) er en radar som bruker mikrobølger til å avbilde jordoverflaten. Et radarbildes romlige oppløsning er bl.a. avhengig av størrelsen på radarens antenne. En SAR bruker avansert databehandling for å gi bedre romlig oppløsning enn det antennes fysiske dimensjoner skulle tilsi. Dette krever imidlertid avansert signalbehandlingsteknologi og avanserte prosessorer. NORCE er helt i forskningsfronten på området og lager SAR-prosessorer for både ESA og nasjonale aktører. En videreutvikling av SAR-teknikken er interferometriske målinger (InSAR), hvor man bruker faseskift i det mottatte signalet til å måle små bevegelser og forskyvninger i jordoverflaten med millimeters nøyaktighet. Vi utvikler InSAR prosesseringssystem og visualiseringsverktøy som bidrar til operasjonelle karttjenester. NORCE har f.eks. utviklet det nasjonale systemet for å måle bevegelser på bakken (INSAR.NGU.NO) og jobber nå sammen med partnere for å utvikle et tilsvarende system på europeisk nivå. Kontaktpersoner: Temesgen Gebrie Yitajew, Yngvar Larsen

Maskinlæring: Kunstig intelligens har inntatt en viktig rolle også innenfor satellittfjernmåling og jordobservasjon. NORCE har solid kompetanse på de mest moderne metodene fra maskinlæring, som ulike typer dype nevrale nettverk, forsterkningslæring og datasynalgoritmer. Vi kombinerer teoretisk metodekunnskap med praktisk erfaring med jordobservasjonsanvendelser. Vår styrke ligger i evnen til å kombinere avanserte metoder for dataanalyse med domenekunnskap fra jordobservasjon. Dette gjør oss i stand til å designe ny metodikk som er tilpasset anvendelsen og inkluderer kunnskap om fysikken i problemet. Vi har for eksempel brukt dyp læring i anvendelser som skipsdeteksjon, vegetasjonsklassifisering, snøskreddeteksjon og havvindestimering. Kontaktperson: Stian N. Anfinsen

Romskrot: Romskrot er menneskeskapte gjenstander i verdensrommet som ikke lenger fyller noen formål. De finnes i størrelse fra hele bærerakettrinn til støvpartikler, og selv om vi bare teller objekter fra en cm og oppover så finnes det hundretusenvis av slike i omløp rundt jorda. Ettersom de beveger seg i ekstremt høye hastigheter så bærer selv små partikler på svært mye energi, og sammenstøt med disse partiklene er en fare for all menneskelig aktivitet i rommet, både bemannet og ubemannet. På NORCE utvikler vi teknologi for å overvåke romskrot ved bruk av radarinstrumenter. Slik overvåkning er viktig for å unngå kollisjoner som kan ødelegge aktive satellitter og sette astronauters liv i fare, men også for å bygge kunnskap om hvordan skrotet oppfører seg over tid og hvordan den totale mengden skrot utvikler seg over tid. Kontaktperson: Tom Grydeland

Anvendelser

Deteksjon av snøskred: Hvert år tar snøskred liv, blokkerer veier og ødelegger kostbar infrastruktur. Vi utvikler metodikk for deteksjon og varsling av snøskred til bruk over store områder, basert på kunstig intelligens og data fra Sentinel-1 satellittene. Våre verktøy kan brukes globalt, og brukes i dag både av NVE og ESA for kartlegging av snøskred. Kontaktperson: Jakob Grahn

Deteksjon av Polare lavtrykk: Polare lavtrykk er karakterisert av sterk vind og kraftig nedbør. De er både farlige og vanskelige å forutse. Til forskjell fra tropiske sykloner er polare lavtrykk kortlivede og kan oppstå på veldig kort tid. Vi forsker på deteksjon og tidlig varsling av disse arktiske syklonene basert på høyoppløselig satellittdata og kunstig intelligens. Kontaktperson: Jakob Grahn

Snø og iskartlegging: Snø er en viktig klimaparameter, og vi har over flere tiår utviklet metoder for å observere snødekket areal. Vi bruker både optiske og SAR sensorer kombinert med avansert prosessering. Et hovedfokus har imidlertid vært radarsatellitter siden vi jobber i polare områder og områder der skydekket begrenser bruken av optiske satellitter. Vi utvikler også metoder for overvåkning av is på elver, innsjøer samt havis. Kontaktperson: Eirik Malnes

Måling av snøens vanninnhold: Måling av snøens vanninnhold eller snødybde er svært nyttig i tilknytning til klima, vannkraft og skredanvendelser. Vi jobber med et bredt spektrum av sensorer (satellitt, fly, drone og fiberkabel) for å utvikle denne teknologien. Målsetninga er at ulike sensorkombinasjoner sammen med kunstig intelligens kan gi oss detaljert informasjon om snøens vanninnhold. Kontaktperson: Eirik Malnes

Måling av overflatevann, jordfuktighet og tidevann: SAR er et nyttig instrument for å overvåke endringer i overflatevann (tidevann, flom eller variabel vannstand i innsjøer), bakkens jordfuktighet og fryse/tinetilstand. Vi jobber i flere prosjekter koblet til klimaendringer, ekstremhendelser som jord-/kvikkleireskred og hydrologisk tjenesteutvikling. Vi har også kartlagt tidevannssonen i Norge. Kontaktpersoner: Eirik Malnes, Jörg Haarpaintner

Vegetasjonsanvendelser: Arktis er blant de områdene der klimaendringer først viser seg og vil gi sterkest utslag. Vi har mange tiårs erfaring i analyse av satellittbilder for kartlegging av vegetasjon og vegetasjonsskader. Studier av lange tidsserier av optiske satellittdata for måling av vekstsesongen (fenologi) og effekter av klimaendringene på vekstsesongen er også en viktig aktivitet. Kontaktpersoner: Kjell Arild Høgda, Stein Rune Karlsen

Permafrost og geofare anvendelser: Klimaendring fører til permafrost tining som kan påvirke bakkens stabilitet og gi økning av skråningsprosessintensitet. Frysing og tining av bakken kombinert med vann/is fasetransisjon induserer sesongmessige sykliske hiv- og innsynkningsmønstre, mens permafrostnedbrytning og irreversibel smelting av grunnis fører til langvarig innsynkning. Vi utnytter InSAR til å fjernmåle bakkensbevegelser og utvikle innovative overvåkingsstrategier av permafrostvariabler for polare og fjellområder. Kontaktpersoner: Line Rouyet, Tom Rune Lauknes

Estimering av is-volum og snødybde: Ingen steder på jorda opplever klimaendringene sterkere enn polare områder. Satellittaltimetri brukes til å måle høyden på overflatene og videre til å estimere volumet av de marine og terrestriske ismassene. Vi bruker radar og laserdata (som CryoSat-2 og ICESat-2) til å overvåke snø- og isdekket. Resultatene kan for eksempel brukes til å forbedre parametrisering av klimamodeller og studere effektene av klimaendringer. Kontaktperson: Robert Ricker

Operasjonell bruk av InSAR: Vi anvender operasjonelt InSAR-teknologien vi har utviklet til blant annet å detektere, karakterisere og overvåke fjellskred, permafrost-landformer og isbreer. På infrastruktur bruker vi InSAR til å identifisere setninger eller komplekse deformasjoner på både bygninger, veier, jernbaner og demninger. Kontaktpersoner: Tom Rune Lauknes, Line Rouyet, Yngvar Larsen, Jelte van Oostveen

Oseanografi: Vind, bølge og strøm over havet kan observeres fra SAR satellitter. Et SAR-bilde gir et øyeblikksbilde av havoverflaten, som igjen gir informasjon om vindhastighet, havsvell, dominerende bølgehøyde og radialhastighet av strømmen. Disse observasjonene har en høy romlig oppløsning og dekker store områder. Informasjonen kan brukes inn i f.eks. deteksjon av oljesøl, driftmodeller for isfjell, i oppdrettsnæringen, i værmodeller og til offshore vind industrien. Kontaktperson: Heidi Hindberg

Havvind: Havvind antas å bli en av de viktigste komponentene i det grønne skiftet. SAR er en unik kilde til høyoppløste observasjoner av vinden ved havoverflata. I vårt arbeid fokuserer vi på å forbedre vindprodukter for kystnære strøk, hvor både numeriske modeller og eksiterende SAR-vindprodukter har svakheter. I dette arbeidet kombinerer vi vår kompetanse på SAR-oseanografi og numerisk modellering av vind og bølger med ekspertise på maskinlæring og dype nevrale nettverk. Kontaktpersoner: Heidi Hindberg, Stian N. Anfinsen

Isdynamikk og glasiologi: Verdens isbreer er nøkkelindikatorer for pågående klimaendringer. Med satellittfjernmåling har vi muligheten til å overvåke statusen til breene hele året rundt. Vi spesialiserer oss hovedsakelig på InSAR metoder, men disse kombineres ofte med komplementære data som optiske bilder og satellittaltimetri. Vi måler og analyser isdynamikk (overflatehastigheter, jordingslinjer, kalvingsfronter og geodetisk massebalanse) til Svalbardbreer og isbremmer i Antarktis. Kontaktperson: Jelte van Oostveen

Bærekraftig utvikling/samarbeid med utviklingsland: FNs mål for bærekraftig utvikling er De forente nasjoners felles arbeidsplan for å utrydde fattigdom, bekjempe ulikhet og stoppe klimaendringene innen 2030. Jord observasjon har en viktig rolle i det og i flere prosjekter bidra vi med SAR teknologi for å øke kompetansen hos samarbeidspartner i Afrika for å forbedre for eksempel kartlegging av skog og høgst (REDD), areal typer, og miljøforandringer rundt flyktningleir. Kontaktperson: Jörg Haarpaintner