Waterstandsmetingen vanuit de ruimte. Een eerste aanzet voor het automatisch meten van waterstanden in bemeten en onbemeten waterlopen. Met ICESat-2 is het mogelijk relatief nauwkeurig waterstanden te meten vanuit de ruimte. Nu nog 1 keer per 3 maanden, maar wie weet in de toekomst vaker?
De ICESat-2 (Ice, Cloud and Land Elevation Satellite-2) is door NASA gelanceerd in september 2018 voor monitoring van ijsoppervlakken op de aarde. De satelliet draagt een laserhoogtemeter (ATLAS) waarmee gedetailleerde hoogtemetingen worden afgenomen om veranderingen in de topografie van de aarde te monitoren. Door de baan van de satelliet met een ‘revisit time’ van 3 maanden worden wereldwijde hoogtemetingen verzameld van diverse oppervlakken zoals water en vegetatie.
We hebben een algoritme ontwikkeld om ICESat-2 metingen te verwerken tot informatie over waterstanden in beheergebieden. Dit is toepasbaar op de watersystemen in Nederland en data-arme wateren over de hele wereld. Nu is de revisit time nog laag. Maar aan de andere kant kost het ook weinig moeite om deze informatie geautomatiseerd te bepalen.
In dit artikel bespreken we de datavalidatie van de metingen voor twee verschillende cases, de Lek bij Schoonhoven en kleinere waterlopen rondom Delft. Er is gebruik gemaakt van de ATL03 en ATL13 dataproducten die zijn afgeleid van de ATLAS-sensor aan boord van de ICESat-2.
De Lek bij Schoonhoven
Voor de eerste casestudie bij Schoonhoven wordt gebruik gemaakt van het ATL13 dataproduct. Dit dataproduct meet de hoogte ten opzichte van WGS84 voor geclassificeerde en gebundelde fotonen. Dit resulteert in enkel hoogtemetingen van wateroppervlakten met een resolutie van ongeveer 30 tot 300m (gemiddeld 100m). De omvang van de data is gering en hoeft niet gefilterd te worden van vegetatie. Dit maakt het mogelijk om direct grote waterlopen te bemeten en te valideren aan actuele waterstandsmetingen van Rijkswaterstaat (waterinfo.rws.nl). Een eerste vergelijking met waterstandsmetingen op de Lek is weergeven in onderstaand figuur en geeft valide resultaten.
Kleine waterlopen in Delft
Voor de tweede casestudie bij Delft wordt gebruik gemaakt van het ATL03 dataproduct. Dit dataproduct meet de hoogte ten opzichte van WGS84 voor elk foton. Dit resulteert in niet geclassificeerde hoogtemetingen met een resolutie van ongeveer 70cm. Deze omvangrijke data maakt het mogelijk om ook kleinere waterlopen te bemeten en te valideren aan de peilbesluiten van het Hoogheemraadschap Delfland (hhdelfland.nl/inwoner/juiste-waterpeil). Een eerste vergelijking met waterstandsmetingen in Delft is weergeven in onderstaand figuur en laat zien dat kleinere waterlopen onderscheiden kunnen worden van de oevers.
De ICESat-2 biedt mogelijkheden om metingen in een beheergebied te valideren en informatie te krijgen van wateroppervlakten welke niet worden bemeten. Er is uiteraard nog genoeg aandacht nodig om dit te verfijnen. Daarbij komen er door de automatisering ook weer nieuwe uitdagingen naar voren, zoals het filteren van bijvoorbeeld boten die ieder moment op een andere locatie aanwezig kunnen zijn.
Ter inspiratie zijn alle meetreeksen van de ICESat-2 (ATL13 dataproduct) op het IJsselmeer tussen november 2018 en augustus 2020 opgenomen in onderstaand figuur. Dergelijke meetreeksen zijn natuurlijk ook beschikbaar voor andere (wereldwijde) binnenwateren, inclusief meren, estuaria en rivieren. Voor kleinere waterlopen zijn de ononderbroken meetreeksen van het dataproduct ATL03 beschikbaar. Wil je meedenken? Of ben je benieuwd naar mogelijk andere toepassingen? Neem gerust contact met ons op!
Foto header: https://www.nasa.gov/content/goddard/about-icesat-2
