Rahmenbedingungen und Handlungsempfehlungen

Nutzen Sie wenn möglich kostenfreie Fernerkundungsdaten (z.B. Landsat oder Sentinel Satellitendaten) und / oder daraus abgeleitete Produkte (z.B. Landnutzungskarten), anstatt Rohdaten neu auszuwerten. Viele Datenportale stellen globale oder regionale Produkte für vielfältige Fragestellungen kostenfrei und mit einer immer höheren räumlichen Auflösung bereit. Deren Nutzung minimiert die Kosten für die Datenbeschaffung und Analyse. Eine redundante Entwicklung von Tools oder Produkten wird vermieden.

Nicht alle Fragestellungen können mit diesen Datenportalen und Produkten beantwortet werden. Gegebenenfalls berücksichtigen die zugrunde liegenden Verfahren nationale Definitionen oder Methoden nur ungenau. Zudem enthalten globale Produkte manchmal nur generische Informationen, wohingegen präzise Aussagen zu Anbaukulturen oder Baumarten benötigt werden.

In diesem Fall können jedoch die freien Datenportale und Anwendungen – wenn sie ausreichend dokumentiert sind oder Software und Codes veröffentlich werden – ein guter Ausgangspunkt für die Entwicklung von neuen Produkten oder Monitoringsystemen sein, die dann an den nationalen Kontext angepasst werden.

Beispiele:

• In Deutschland z.B. werden Copernicus Daten genutzt, um das nationale Monitoring der Nachhaltigkeitsziele und der Sendai-Indikatoren auf behördlicher Ebene zu unterstützen. Hier finden Sie weitere Informationen.
• Anwendungen wie SEPAL der FAO erleichtern die Nutzung von Fernerkundung im Waldflächenmonitoring und können in nationale Monitoringsysteme eingebunden werden, um z.B. “Measuring, Reporting, Verification“ (MRV) Systeme des REDD+ Mechanismus zu unterstützen. Hier erfahren Sie mehr.

Da hohe Kosten für die Beschaffung bestimmter Fernerkundungsdaten entstehen können, sollten Sie vor Projektbeginn klären, welcher Detailgrad für Ihre Fragestellung wirklich benötigt wird. Oft reichen frei verfügbare Daten der Landsat (NASA) oder Sentinel-Satelliten (Copernicus), welche kostenfrei bereitgestellt werden. Diese Missionen erreichen eine Bodenauflösung von bis zu 10m. Damit können Waldflächen, größere Fließgewässer und Seen oder landwirtschaftliche Felder beobachtet werden.

Um Infrastrukturen, Einzelbaumfällungen oder sehr kleine landwirtschaftliche Parzellen zu beobachten, reicht das aber manchmal nicht aus, da die Aufnahmen nicht hoch genug aufgelöst sind. Dann müssen hoch aufgelöste Satellitendaten von kommerziellen Satellitenbetreibern gekauft werden. Diese Bilder haben mittlerweile bis zu 30cm Bodenauflösung. Sie zeigen kleinräumige Details, bspw. Verkehrsinfrastrukturen oder Parzellengrenzen und eignen sich u.a. als Grundlage für Kartierungen.

Bilder von Befliegungen oder Drohnen können noch höher aufgelöst sein. Beim Einsatz dieser Systeme müssen aber rechtliche Rahmenbedingungen (Fluggenehmigungen) berücksichtigt werden. Außerdem decken Flugzeuge oder Drohnen viel kleinere Flächen als Satelliten ab, weswegen sich deren Einsatz bspw. nicht für ein nationales und flächendeckendes Waldmonitoring eignet. Hier sind wieder die Satelliten im Vorteil.

Tipps:

• Klären Sie vorab, ob hochaufgelöste Satellitendaten den staatlichen Institutionen in den Partnerländern zur Verfügung stehen und diese geteilt und weiter verwendet werden dürfen, achten Sie auf geltende Lizenzbestimmungen.
• Stellen Sie bei Bedarf einen Antrag für kostenfreie, hochaufgelöste Satellitenbilder bei der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) – eine Garantie gibt es allerdings nicht und die Begutachtung von Anträgen kann mehrere Wochen dauern.
• Der Markt an verfügbaren Satellitendaten ist groß und unübersichtlich, da es viele Spezialanbieter für räumlich sehr hoch auflösende Satellitenbilder gibt. Neben dem reinen Vertrieb von Satellitendaten werden auch Dienstleistungen wie die Aufbereitung von Daten, Consulting und Projektmitarbeit angeboten. Zudem können Sie die Firmen oder das Copernicus Fachexpertennetzwerk in Deutschland konsultieren.

Es hat sich bewährt, Fernerkundung in bereits bestehenden, behördlichen Strukturen oder Prozessen zu implementieren, um z.B. Monitoring-Systeme auf nationaler Ebene zu präzisieren (MRV Systeme im Kontext REDD+). Dazu zählen auch partizipative Prozesse, in denen Daten eine wichtige Entscheidungsgrundlage darstellen aber nur lückenhaft vorhanden sind.

Die Notwendigkeit, flächendeckend konsistente Daten zu erheben, gepaart mit geringen finanziellen Mitteln für die Vor-Ort-Begehung oder dem Betrieb von in situ Messsystemen, kann ein großer Anreiz für die Nutzung von Fernerkundung sein.

Die gezielte Zusammenarbeit mit Institutionen im Partnerland, die bereits Know-how und technische Expertise in Fernerkundung haben, erleichtert die Akzeptanz und die Umsetzung von Fernerkundung in Projekten oder deren Implementierung in bestehenden Prozessen.

Tipps:

• Akteurskarten erstellen: Erstellen Sie vor Projektbeginn eine Übersicht aller relevanter Akteure, z.B. Universitäten oder Firmen mit Geodatenexpertise und Projekte, die die Auswertung von Satellitendaten übernehmen können.
• Nutzen Sie vorhandene Expertise in Deutschland

Know-how auf Fachebene aufbauen, Entscheidungsebene sensibilisieren

Die Akzeptanz der Nutzung von Fernerkundung hängt unter anderem von einem grundlegenden Verständnis der Anwendungspotentiale sowie dem Wissen über die zu Grunde liegenden Methoden ab (Transparenz). Karten und Geodaten sind nicht nur Information, sondern sie können auch ein politisches Gestaltungsinstrument darstellen, sei es durch die Auswahl der Informationen (oder Weglassen) oder durch die Deutungshoheit bei der Interpretation der Informationen.

Neben der Bereitstellung von Daten und Anwendungen ist es daher wichtig, dass alle potentiellen Nutzenden auch mit den Informationen umgehen können. Daher sollte die Qualifizierung insb. von Behördenvertreterinnen und Behördenvertretern ein Thema sein und Fach- und Entscheidungsebene sollten in einen Dialog gebracht werden.

Fernerkundungsdaten sollten primär durch den Counterpart im Projektland bearbeitet und validiert werden. Prüfen Sie daher vorhandene Expertise in den Partnerorganisationen und bauen Sie diese systematisch auf. Die institutionelle Verankerung dieser Expertise in Behörden kann durch externe Berater*Innen oder Fernerkundungsfirmen unterstützt werden. Nach Projektende kommt es unter anderem auf eine langfristige Finanzierung der lokalen Experten an, damit diese in den jeweiligen Behörden verbleiben.

Tipps:

• Kosten-Nutzen Kalkulation und Fallbeispiele einbringen: Um die Akzeptanz der Nutzung von Fernerkundung weiter zu erhöhen, können in der Initialphase von Projekten Fallbeispiele mit einer belegten Anwendung aus anderen Regionen herangezogen werden (Beispiele finden Sie im Digitalen Tool Kit). Visuelle Informationsdarstellung kann auf der Entscheidungs- und Führungsebene nachhaltige Auswirkungen im Bereich der Sensibilisierung von Mitarbeitern, Counterparts und Projektpartnern erzeugen. Neben Fallbeispielen können Kostennutzen-Kalkulationen herangezogen werden, insbesondere wenn das Ergebnis des Projektes die regelmäßige Nutzung von Fernerkundung ist. Hier finden Sie erste Anhaltspunkte: Fernerkundung liefert räumliche konsistente Daten und Informationen in großen und schwer unzugänglichen Regionen und vermindert die Notwendigkeit von teuren und zeitaufwendigen Vorort-Begehungen.
• Weiterführende Informationen: Eine Studie der Europäischen Kommission beleuchtet, wie Fernerkundung politische Entscheidungen konkret unterstützt. Weitere Fallbeispiele und inspirierende Projekte im Kontext der Agenda 2030 finden Sie hier und auf der Fernerkundungsseite des BMZ Toolkits Digitalisierung.
• International Vernetzen: Die fachliche Vernetzung auf internationaler Ebene sollte aktiv unterstützt werden, z.B. durch Teilnahme an Fachkonferenzen und Workshops (Expertise ausbauen), aber auch durch Partizipation in internationalen Initiativen (Aktiv gestalten). Die 2005 geschaffene zwischenstaatliche Group on Earth Observations (GEO) ist ein Beispiel hierfür. GEO hat eine Reihe von fachlichen Initiativen ins Leben gerufen, die bislang nur unzureichend gedeckte Informationsbedarfe insbesondere globaler Programme etwa in den Bereichen Waldschutz (GEO Global Forest Observation Initiative GFOI), Ernährungssicherheit (GEO Global Agricultural Monitoring Initiative GEOGLAM), Land Degradation Neutrality (GEO LDN Initiative), oder Erhalt der Artenvielfalt (Global Biodiversity Observation Network GEO-BON) adressieren. Die Chancen einer Beteiligung liegen neben der fachlichen Vernetzung an der Möglichkeit, international abgestimmte Methoden und Verfahren kennen zu lernen, aktiv an deren Ausgestaltung mitzuwirken, nationale Bedarfe einzubringen und Einfluss auf den Diskurs zu nehmen. Dadurch können auf internationaler Ebene Methoden und Daten harmonisiert werden, wodurch letztlich international kohärentere und konsistentere Informationen aus Fernerkundungsdaten bereitgestellt werden (bspw. für Sendai und SDG Indikatoren).

Oft fehlen etablierte Entscheidungsprozesse, welche aus Fernerkundungsdaten Informationen und letztlich Entscheidungen ableiten. Um das Wissen und die Akzeptanz für auf Fernerkundung basierende Verfahren zu schaffen und diese letztlich berichtsfähig zu gestalten, muss sowohl die Fach- als auch die Entscheidungsebene miteinbezogen werden.

Eine transparente und nachvollziehbare Kommunikation über mögliche Fehler und Limitationen der Produkte (Genauigkeitsanalysen), die auch für nicht Experten verständlich ist, schafft Vertrauen und erhöht die Akzeptanz der Fernerkundung.

Eine offene und für nicht Experten verständliche Kommunikation der verwendeten Verfahren und Validität der Daten ist wichtig. Die Validierung von Fernerkundungsprodukten sollte in die Projektkonzipierung einbezogen und durch lokale Experten durchgeführt werden, die idealerweise in den jeweiligen Behörden und Ministerien verankert sind, oder durch national anerkannte Institute. Hierbei können externe Berater unterstützen.

Tipps:

• Die Validierung von Fernerkundungsprodukten geschieht mit Hilfe von in situ Daten oder anderen Datenquellen. Orientieren Sie sich an international etablierte Verfahren und Leitfäden, um Fernerkundungsprodukte international konsistenter und vergleichbarer zu machen.
• Hinweise zum Thema Genauigkeitsanalysen und worauf bei der Erfassung von in situ Daten zu achten ist finden Sie bspw. in einem ausführlichen Leitfaden der FAO oder im REDDcompass.

Ein weiterer Aspekt ist die Menge der zu bearbeitenden Daten: Während wenige Satellitenbilder durchaus auch am Desktop PC analysiert werden können, erfordern  manche Fragestellungen die Auswertung von vielen Satellitenbildern in großen Regionen – die Datenmenge ist dann nicht mehr an heimischen PCs zu bewältigen. Hier kann Cloud-Computing eine Alternative darstellen.

Unter Cloud-Computing versteht man allgemein die Bereitstellung sowie die Nutzung von IT-Infrastruktur, z.B. Speicherplatz, Rechenleistung oder Software und den Zugriff auf Fernerkundungsdaten über das Internet. Dahinter steckt die Idee, diese IT-Infrastrukturen über ein Rechnernetz zur Verfügung zu stellen, sodass diese nicht auf lokalen Rechnern installiert sein müssen.

Vorteile des Cloud-Computing liegen darin, dass keine eigenen Hardware-Ressourcen für die Speicherung der riesigen Datenmengen oder die Nutzung der per Cloud-Service zur Verfügung gestellten Anwendungssoftware, benötigt werden. Festplatten oder USB-Sticks werden obsolet und die eigene Hardware nicht angepasst oder aufgerüstet werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, jederzeit und mit unterschiedlichen Geräten auf den jeweiligen Cloud-Service zugreifen zu können und die Einsparung von Kosten für IT-Fachleute.

Nachteileile von Cloudservices sind der Umgang mit oft sensiblen, nationalen Daten. Durch die Nutzung von Cloud-Services begibt man sich in eine Abhängigkeit eines Dienstleisters (Auslagerung der IT-Kompetenz). Kritisch kann auch die Qualität der Internetanbindung sein, da die Nutzung von Cloud-Diensten nur online funktioniert. Darüber hinaus ist Datenschutz ein wichtiges Thema, da die Daten bspw. auf einem Server in den USA gespeichert werden, etwa bei Google oder Amazon, die nicht zwangsläufig den jeweiligen nationalen Datenschutzrichtlinien entsprechen.

Links:

• Ein prominentes Beispiel für Cloud Computing mit Satellitendaten ist Google Earth Engine (GEE) oder SEPAL der FAO. Damit können riesige Datenmengen online verarbeitet werden. Die Technik kommt bereits in vielen Anwendungen zum Einsatz.
• Neben GEE gibt es die europäischen DIAS Plattformen und die u.a. für behördliche Nutzerinnen und Nutzer entwickelte Copernicus Data and Exploitation Platform – Deutschland (CODE-DE). Vorteile gegenüber GEE: Die Daten werden auf europäischen Servern gespeichert, was die Akzeptanz bei behördlichen Nutzenden erhöhen kann.
• Open Data Cubes (ODC) sind  Open-Source-Lösungen für den Zugriff, die Verwaltung und die Analyse großer Mengen von Erdbeobachtungsdaten, insbesondere von Zeitreihen von Satellitenbildern. ODC wie beispielsweise Digital Earth Africa ermöglichen den Aufbau von eigenen Cloud Lösungen in den Partnerländern.

Fernerkundungsdaten können in der Projektevaluation genutzt werden, um messbare Indikatoren zur Überprüfung von Wirkungshypothesen abzuleiten und somit die intendierten Wirkungen zu quantifizieren, z.B. Aufforstungs- und Erosionsschutzmaßnahmen oder die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität. Ein wesentlicher Vorteil der Fernerkundung in diesem Kontext ist, dass freie Fernerkundungssysteme eine für viele evaluative Fragestellungen ausreichende räumliche Auflösung bereitstellen (bis zu 10m) und frei zugängliche Archivdaten mehrere Jahrzehnte zur Verfügung stehen. Viele Anwendungen, Webtools oder auch national implementierte Monitoringsysteme stellen Informationen zur Verfügung, die potentiell für die Projektevaluation relevant sind.

Allerdings spiegeln diese Daten nicht immer die definierten Wirkungsindikatoren wieder. Wenn Satellitendaten für das Wirkungsmonitoring neu ausgewertet werden müssen, sollten in situ Daten in der Konzipierung des Projektes berücksichtigt werden oder Nutzungsmöglichkeiten von vorhandenen in situ Referenzdaten geklärt werden.

Fernerkundung kann bereits vor Projektbeginn wertvolle Informationen bereitstellen, bspw. als eine objektive Datenbasis i.d. Konzeptionierungsphase. Mit der Auswertung von Fernerkundungsdaten können Interventionsbereiche räumlich konkretisiert werden, indem z.B. Hotspots der Entwaldung oder degradiertes Land kartiert werden. In Verbindung mit anderen Daten können in GIS Aussagen zur möglichen Eignung bestimmter Standorte getroffen werden, bspw. für Wiederaufforstung oder landwirtschaftliche Nutzung (Standortanalysen).

Allerdings werden je nach Fragestellungen in situ Daten vor Ort benötigt und womöglich gibt es bereits Akteure und Projekte vor Ort, die Fernerkundung nutzen. Fernerkundung sollte daher bereits auf Prüfmissionen thematisiert werden, um den konkreten Mehrwert für ein Projekt zu eruieren (wer ist die Zielgruppe, welche Voraussetzungen bringen diese mit, wie kann Fernerkundung konkret deren Arbeit unterstützen). Dazu könnten Prüfmissionen von externen Beratern mit Fernerkundungsexpertise begleitet werden.

Eine quantitative Interpretation von Fernerkundungsdaten ohne in situ Referenzdaten ist nicht möglich, da Fernerkundungsinformationen nur einen Zustand beschreiben, die kausalen Zusammenhänge aber nur mit Hintergrundwissen erklärt werden können. Daher sind für viele Fragestellungen in situ Daten notwendig, die durch lokale Partner erhoben werden sollten. Unter Umständen sind hierfür Trainings notwendig. Dabei können auf Fernerkundung spezialisierte Dienstleister oder Forschungseinrichtungen unterstützen.

In situ Daten (wörtlich „unmittelbar am Ort“ oder „in der ursprünglichen Position“) dienen insbesondere der Kalibrierung von Algorithmen und Modellen, die aus den Daten Informationen ableiten. In situ Daten können beispielsweise vor Ort mit einem GPS gemessene Informationen über die Landnutzung sein (Anbaukulturen, Waldbedeckung). Die Signaturen aus den Satellitenbild-Zeitreihen werden bspw. mit der tatsächlich im Feld beobachteten Anbausituation verglichen. Diesen Abgleich übernimmt ein Algorithmus, der aus der Zuordnung von Signatur und Beobachtung lernt und dann für Felder, für die keine Beobachtung vorliegt, anhand der Signatur ableitet, um welche Ackerkultur es sich handelt. In situ Daten dienen daneben der Validierung von Fernerkundungsprodukten, also einer Abschätzung, wie genau die Karten die Realität wiedergeben. In dem genannten Beispiel werden in situ Daten genutzt um besser zu verstehen, wie genau unterschiedliche Anbaukulturen in einer Karte voneinander unterschieden werden.

Je nach Fragestellung werden noch andere Informationen benötigt, bspw. Beobachtungsdaten von luft-, see- und bodengestützten Sensoren sowie Referenz- und Zusatzdaten, bspw. Flusspegelmessungen, die zum Teil mit großem logistischem Aufwand kostenintensiv gewonnen wurden oder werden müssen. Klären sie daher schon in der Projektkonzipierung, ob in situ Daten benötigt werden, für welche Fragestellung und welche Art von Daten. Sondieren Sie dann bspw. im Zuge von Prüfmissionen die Zugriffsmöglichkeiten auf vorhandene in situ Daten oder die Rahmenbedingungen für deren Erhebung. Lokale Partnerinstitutionen sollten die Beschaffung von in situ Daten und die anschließende Auswertung der Fernerkundungsdaten durchführen.