AI4Copernicus: veel maatschappelijke uitdagingen op te lossen met combinatie satellietdata en kunstmatige intelligentie

Overstromingen voorspellen. Bodemverzakking monitoren. Oogsten verbeteren. Met behulp van satellietdata kunnen we onze maatschappij slimmer, duurzamer en veiliger maken. Helemaal als we hiervoor óók kunstmatige intelligentie inzetten. Dat bleek tijdens de internationale conferentie AI4Copernicus, op 22 mei bij het NSO in Den Haag.

Nederland maakte in 2023 het warmste jaar mee dat ooit werd gemeten. Een voorbode van wat ons te wachten staat in de toekomst, denkt Minister Mark Harbers van Infrastructuur en Waterstaat. Hij opende de internationale conferentie AI4Copernicus bij het NSO in Den Haag daarom met een urgente boodschap: klimaatverandering brengt nieuwe uitdagingen met zich mee voor ons watermanagement, onze bodem en de infrastructuur waar wij als maatschappij van afhankelijk zijn.

Harm van de Wetering, directeur Netherlands Space Office. Foto: SJM Photography. Voor de oplossingen moeten we zeker ook denken aan satellietdata en aan kunstmatige intelligentie, die ons kan helpen om deze data sneller en beter te verwerken. ‘Europa heeft van aardobservatie een absolute prioriteit gemaakt. En met reden’, aldus NSO-directeur Harm van de Wetering. ‘Satellietdata geven ons ongekende mogelijkheden om complexe bedreigingen als droogte, bosbranden, overstromingen en de verandering van onze oceanen beter te begrijpen.’

Satellieten zien bodemverzakkingen

De conferentie AI4Copernicus, en een side-event over radardata een dag eerder, bevatte tientallen voorbeelden van hoe satellietdata het verschil kan maken. Promovendus Philip Conroy van de TU Delft liet vanaf het podium zien hoe hij de allereerste kaart van verzakkingen in het veenlandschap maakte. Hij gebruikte hiervoor ruim zestienhonderd satellietbeelden. Gekleurde stipjes van groen tot rood laten zien hoeveel de grond precies verzakt. Gert Mulder van Rijkswaterstaat gebruikte vergelijkbare satellietdata om te onderzoeken hoe de fundering van de Hagesteinsebrug in de A27 erbij ligt. Belangrijke informatie, omdat de brug binnenkort wordt vervangen.

Toen in een Noord-Hollandse gemeente een rotonde en een fietspad plots scheuren vertoonden, rechercheerde Hanno Maljaars van het bedrijf SkyGeo de verzakkingen met radarsatellietdata. Hij ontdekte de oorzaak: bouwwerkzaamheden. ‘Dankzij een groot archief met historische waarnemingen kun je met satellietgegevens ook naar het verleden kijken’, legde Maljaars op basis van de beelden uit. ‘Zo konden we aantonen dat de grond na jaren van stabiliteit ineens tientallen millimeters verzakte, omdat een bouwbedrijf wekenlang water uit een bouwplaats had gepompt.’

Investeringen in gebruik lopen achter

Satellieten zijn van onschatbare waarde voor onze veiligheid, betoogde hoogleraar Wolfgang Wagner van de Technische Universiteit Wenen. ‘Het is adembenemend wat je allemaal met satellietinformatie kunt ontdekken. Maar de overgang van wetenschappelijk onderzoek naar toepassingen, bijvoorbeeld een waarschuwingssysteem voor overstromingen, is niet makkelijk. Je hebt hiervoor een continue datastroom van de hele planeet nodig, slimme algoritmes en heel veel computerkracht.’
Prof. Wolfgang Wagner. Foto: SJM Photography.

Wagner is kritisch over de manier waarop Europa haar ambities rond aardobservatie op dit moment invult: ‘We investeren in prachtige hardware en ontwikkelen meer en meer krachtige satellietmissies. Maar we investeren bij lange na niet voldoende in het gebruik van alle data die deze satellieten opleveren.’

De Europese ruimtevaartorganisatie ESA verwacht de komende jaren 78 nieuwe satellietmissies te lanceren. Het Copernicusprogramma zal in het jaar 2034 naar schatting een exabyte – dat is een miljoen terabyte – aan data produceren. Dat is veel te veel om allemaal vanuit de ruimte naar de aarde te downloaden. Volgens Dennis Clarijs, programmamanager van het Belgische VITO, moeten we een deel van al die data met kunstmatige intelligentie al in de ruimte gaan verwerken. Om zo hier op aarde veel tijd en kosten te besparen.

Satellietinstrumenten denken na

Op kleine schaal wordt al geëxperimenteerd met KI in de ruimte. Satellietinstrumenten selecteren op basis van slimme algoritmes welke informatie relevant is voor eindgebruikers en sturen alleen die data door. Of ze comprimeren ruwe data naar een eindproduct dat ruim 99,9 procent van alle gegevens bevat, maar veel minder opslagruimte vraagt – een methode vergelijkbaar met gecomprimeerde pdf-documenten of jpeg afbeeldingen die wij hier op aarde allemaal wel eens versturen.

Slimmer, sneller en vooral kleiner. Dat zijn de satellieten van de toekomst, denkt Jian Guo van de TU Delft. Tijdens de workshop Radardata voor bodem en water, een side-event van het symposium, lichtte hij toe hoe je met vijf aan elkaar geschakelde cubesats het totale wateroppervlak van de aarde kunt monitoren met details van minder dan een kilometer. ‘Het is een knettergek concept’, geeft hij toe. ‘Maar het kost slechts twintig miljoen euro en kan voor het eind van dit decennium operationeel zijn.’

Benjamin Palmaerts van ISSEP hoopt zijn satelliettoepassing eerder klaar te hebben. Hij onderzocht de overstromingen in België in de zomer van 2021 om te komen tot een toepassing voor noodhulp na overstromingen. De toepassing koppelt radardata uit de ruimte aan beschikbare gegevens op aarde en verwerkt de data met kunstmatige intelligentie. Zelfs data van bijvoorbeeld Facebookgebruikers komen in de toepassing terecht, om te zien waar mensen heen vluchten en wie eventueel nog gered moet worden. ‘We zullen in de toekomst steeds meer overstromingen zien’, zegt Palmaerts. ‘Toepassingen als deze kunnen waterschappen, hulpdiensten en tientallen andere betrokkenen bij een overstroming helpen.’

Satellietdata voor iedereen

Vincent Langelaan, senior asset manager in de haven van Rotterdam, vatte de inhoud van de conferentie mooi samen: ‘Ik hoop dat satellietdata veel meer gebruikt gaan worden. En dan niet alleen door de slimme mensen die hier in de zaal zitten, maar juist ook door “gewone” mensen die niet weten hoe satellieten werken, zoals ik.’ Voor Langelaan zijn satellietdata tegenwoordig de ‘eerste verdediging’ waar het gaat om de kwaliteit van kades, kranen en andere vitale onderdelen van ‘zijn’ haven in Rotterdam: ‘Met gegevens van radarsatellieten bepalen we tot op de millimeter nauwkeurig of iets verzakt of verschuift. En dat tegen lage kosten en zonder dat gebruikers van de haven er last van hebben.’

Sharing knowledge and experience during networking. Foto: SJM Photography. Bij de koffie, na afloop bij de borrel en in break-out sessies tijdens AI4Copernicus kon het verhaal van Langelaan op instemming rekenen. Een voorhoede in Europa weet wel raad met de mogelijkheden van satellietdata. Maar verreweg de meeste mensen zijn er niet bekend mee of weten niet hoe ze de data in hun voordeel kunnen gebruiken. Seraphine Luneau, projectleider van het Europese programma FPCUP, dat het gebruik van Copernicusdata promoot: ‘Als je dagelijks met deze data werkt, vergeet je soms hoe belangrijk het is om aandacht te vragen voor de capaciteiten van Copernicus en het belang van satellietinformatie voor de aarde. Als maatschappij kunnen we de vruchten plukken van alles wat daarboven in de ruimte al hangt.’

Over AI4Copernicus

De internationale conferentie AI4Copernicus op 22 mei 2024 had als thema Benelux day for shared challenges on water, infrastructure and soil monitoring. De organisatie was in handen van het NSO, in samenwerking met de Copernicus Relays van België en Luxemburg. Op 21 mei organiseerde het NSO een side-event: de workshop Radardata voor bodem en water.

Meer informatie over beide evenementen is te vinden op de website van AI4Copernicus.