RESEARCH

MARRE (MARine monitoring system of the Hellenic Seas using REmote sensing)                

www.marre.gr

 

MARRE (MARine monitoring system of the Hellenic Seas using REmote sensing)

The Marine Remote Sensing Group (MRSG) | Department of Marine Sciences | University of the Aegean, in the framework of the Operational Programme Competitiveness, Entrepreneurship and Innovation, participates to the scientific group for developing the project "MARine monitoring system of the Hellenic Seas using REmote sensing satellite data and in-situ measurements" going by the acronym MARRE.

About the project

MARRE is a research proposal for the development and establishment of an integrated open source GIS system for monitoring the marine environment. The services and products were supplied by satellite remote sensing data combined with field measurements and they are covering a wide range of modern scientific issues from the fields of ecology, fishery management and physicochemical monitoring of the Greek seas. The project provides fast, accessible and reliable information which formerly required personal skills and actions for collection, processing and interpretation. In other words, MARRE contributes in faster decision making, addressing municipality and public issues as well servicing the private and non-profitable sectors.

The two main and innovative elements of the proposal arising from the combination of enterprises and research institutes are: the linking of field data with multiple-scaled remote sensing data (from a few centimeters spatial aerial imagery to terrestrial satellite spatial analysis of tens of meters) and the combination of information extracted from different types of data into an information system for monitoring the quality of the coastal and marine environment.

Participants

The proposal was implemented by a company (GET) and a collaborative scheme of 2 research centers (HCMR, University of the Aegean). The role of the participants was: for GET to develop a new innovative product (a geospatial platform for management and dissemination of information) that will help it in its further development, for HCMR, which is the major Marine Research Centre and data provider in Greece, to provide data which will be used to calculate the new products through their combination with satellite data and, for the Aegean University (Marine Remote Sensing Group (MRSG) of the Department of Marine Science) to develop the calculation algorithms for the new products (eg seagrass maps and fishing resources).

The project is financed by the Operational Programme Competitiveness, Entrepreneurship and Innovation (EPAnEK, ΕΣΠΑ 2014-2020) of the Ministry of Economy & Development, and co-funded by the EU (European Regional Development Fund) and by national funds.

This research has been co-financed by the European Regional Development Fund of the European Union and Greek national funds through the Operational Program Competitiveness, Entrepreneurship, and Innovation,under the call RESEARCH–CREATE–INNOVATE (project code: T1EDK-02966).

Data and Services

The project develops innovative products to monitor the status of the marine environment using free satellite observation data. These new products provide information on water quality and are derived from the in-situ measurements of the participating institutions as well as from available data at European repositories. In particular, using high-resolution satellite data such as Sentinel data in combination with in-situ measurements at Greek seas, essential environmental parameters such as chlorophyll concentration and turbidity are assessed, as well as the detection of potential fishing zone areas. The combined use of satellite data and in-situ measurements evaluates and improves existing empirical algorithms. As a result, the derived products are adapted to local conditions and the specific features of Greek seas. Importance was given to the monitoring of the marine biodiversity by the mapping and the monitoring of the Posidonia oceanica meadows.

Chl-a maps

The calibration of specialized Chl-a  calculating algorithms for the Greek seas, contributed to the production of more accurate information and to the creation of Chl-a  maps. Modernized existing knowledge leads to new products and technologies. Through the MARRE platform it is possible to externalize these services to the scientific community.

Total Suspended Matter (TSM) maps- Turbidity

Based on the application of the methodology to the areas of interest, the use of the Sentinel - 2 and Sentinel - 3 satellite data presents promising results in the maps produced. S2 data show more detailed results in coastal, complex areas with high variability. For lower concentration values ​​the results of the comparison are more correlated. The smallest differences are found in offshore areas with low TSM concentration values. The largest differences are found near the coastline and estuaries, where variability is greater.

Posidonia oceanica maps

Regarding the use of Landsat-8 satellite imagery, the classification confirmed its ability to generate reliable coverage data on the spatial distribution of Poseidonia meadows for large-scale ecological and conservation studies. The vectors generated are good enough to identify priority conservation sites to help experts develop conservation strategies and design a resilient network of marine protected areas in Greece. A total of 50 Landsat-8 (OLI) images were used, covering the area of ​​the Greek seas with high differences in geomorphology, structure, and area of ​​the seabed. For the first time, Greek waters were mapped for the presence / absence of meadows throughout the spatial field.

Potential fishing zone maps

The Potential Fishing Zones (PAZ) provide information on the possible location of fish populations. They usually consist of Chlorophyll and Surface Marine Temperature distribution data. They have been shown to help increase production by 2-5 times and reduce search time by 30-70%. The methodology is based on an indirect way of locating fish populations: Marine circulation (medium scale formations and fronts), chlorophyll concentration and Spatial Distribution of Surface Marine Temperature. The purpose is: The creation of a product - service and the model to work for all seasons of the year. Integration with MARRE helps functionality with analysis and design tools and publicity and usability. Finally, in the use of open-source software, with the possibility of modifications.

www.marre.gr

www.marre.gr

Σύστημα περιβαλλοντικής παρακολούθησης των Ελληνικών θαλασσών με τη χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών δεδομένων και in-situ μετρήσεων

Η ερευνητική Ομάδα Θαλάσσιας Τηλεπισκόπησης (MRSG) του Τμήματος Ωκεανογραφίας και Θαλάσσιων Βιοεπιστημών του Πανεπιστημίου Αιγαίου συμμετέχει στο ερευνητικό έργο "Σύστημα περιβαλλοντικής παρακολούθησης των Ελληνικών θαλασσών με τη χρήση δορυφορικών τηλεπισκοπικών δεδομένων και in-situ μετρήσεων" με ακρωνύμιο MARRE. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο της Ενιαίας Δράσης Κρατικών Ενισχύσεων ερευνητικών έργων ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ - ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ.

Σκοπός του έργου

Το MARRE στοχεύει στην δημιουργία και θεμελίωση ενός ολοκληρωμένου και ανοιχτού κώδικα συστήματος παρακολούθησης των ελληνικών θαλασσών. Οι υπηρεσίες που τροφοδοτούν το σύστημα προέρχονται από συνδυαστικά τηλεπισκοπικά δεδομένα με δεδομένα πεδίου και καλύπτουν το μεγαλύτερο εύρος των σύγχρονων επιστημονικών ζητημάτων στους τομείς της οικολογίας, αλιείας και φυσικοχημικής παρακολούθησης των ελληνικών θαλασσών. Το MARRE θα προσφέρει γρήγορη, εύκολα διαθέσιμη και επιστημονικά αξιόπιστη πληροφορία που παλιότερα θα χρειαζόταν ατομική ενέργεια για συλλογή, επεξεργασία και ερμηνεία. Δηλαδή, το έργο  συμβάλει στη ταχύτερη και ορθότερη λήψη αποφάσεων, απευθυνόμενο τόσο στους πολιτικούς φορείς όσο και στον ιδιωτικό και μη κερδοσκοπικό τομέα.

Τα δύο κύρια και καινοτόμα στοιχεία της πρότασης που προκύπτουν από το συνδυασμό επιχειρήσεων και ερευνητικών ιδρυμάτων είναι η σύνδεση των δεδομένων πεδίου με τηλεπισκοπικά δεδομένα πολλαπλής κλίμακας (από αεροφωτογραφίες χωρικής ανάλυσης μερικών εκατοστών μέχρι δορυφορικών τηλεπισκοπικών δεδομένων χωρικής ανάλυσης δεκάδων μέτρων), καθώς και ο συνδυασμός των πληροφοριών που εξάγονται από διαφορετικού τύπου δεδομένα σε ένα πληροφοριακό σύστημα παρακολούθησης της  ποιότητας του παράκτιου και θαλάσσιου περιβάλλοντος.

Υπεύθυνοι φορείς

Η πρόταση υλοποιήθηκε από μία εταιρία (GET) και ένα συνεργατικό σχήμα 2 ερευνητικών κέντρων (ΕΛΚΕΘΕ, Πανεπιστήμιο Αιγαίου). Ο ρόλος των συμμετεχόντων ήταν: για την GET να αναπτύξει νέο καινοτόμο προϊόν (χαρτοκεντρική πλατφόρμα διαχείρισης και διάχυσης της πληροφορίας) που θα την βοηθήσει στην περεταίρω ανάπτυξη της, για το ΕΛΚΕΘΕ που είναι ο μεγαλύτερος φορέας θαλάσσιας έρευνας και πάροχος δεδομένων στην Ελλάδα, να παρέχει δεδομένα που θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων προϊόντων μέσα από το συνδυασμό τους με δορυφορικά δεδομένα και, για το Πανεπιστήμιο Αιγαίου (Ομάδα θαλάσσιας Τηλεπισκόπησης του Τμήματος Ωκεανογραφίας και Θαλασσίων Βιοεπιστημών - ΤΩΘΒΕ), να αναπτύξει τους αλγορίθμους που θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία των νέων δορυφορικών προϊόντων (πχ χαρτών θαλάσσιας βλάστησης και αλιευτικού δυναμικού).

Το έργο χρηματοδοτείται από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ, ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ (ΕΠΑνΕΚ, ΕΣΠΑ 2014-2020) του Υπουργείου Οικονομίας & Ανάπτυξης, συγχρηματοδοτείται από την Ε.Ε. (Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης) και εθνικούς πόρους. 

Δεδομένα και Υπηρεσίες 

Στο πλαίσιο του έργου αναπτύχθηκαν καινοτόμα προϊόντα με τη χρήση ελεύθερων δεδομένων παρατήρησης της γης. Τα νέα αυτά προϊόντα δίνουν πληροφορία σχετικά με την ποιότητα των υδάτων και παράγονται από τα δεδομένα που διαθέτουν οι συμμετέχοντες φορείς  σε συνδυασμό με τα διαθέσιμα δεδομένα από Ευρωπαϊκά αποθετήρια. Συγκεκριμένα, με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων υψηλής ανάλυσης όπως τα δεδομένα Sentinel και σε συνδυασμό με in-situ μετρήσεις στις Ελληνικές θάλασσες, γίνεται εκτίμηση σημαντικών περιβαλλοντικών παραμέτρων όπως είναι η συγκέντρωση χλωροφύλλης και η θολερότητα, καθώς και η ανίχνευση πιθανών αλιευτικών ζωνών. Η συνδυαστική αξιοποίηση των δορυφορικών δεδομένων και των μετρήσεων για την αξιολόγηση και βελτίωση υπαρχόντων εμπειρικών αλγορίθμων έχει ως αποτέλεσμα τα προϊόντα που προκύπτουν να είναι προσαρμοσμένα στις τοπικές συνθήκες και στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ελληνικών θαλασσών. Ιδιαίτερη σημασία δόθηκε στην παρακολούθηση της θαλάσσιας βιοποικιλότητας μέσα από τη χωροθέτηση και διαχρονική παρακολούθηση των υποθαλάσσιων λιβαδιών Ποσειδωνίας, αλλά και του αλιευτικού δυναμικού της χώρας.

Χάρτες χλωροφύλλης

H βαθμονόμηση εξειδικευμένων αλγόριθμών υπολογισμού χλωροφύλλης-α  για της Ελληνικές θάλασσες, συνέβαλλε στην παραγωγή ακριβέστερης πληροφορίας και στην δημιουργία χαρτών χλωροφύλλης-α. Η εκσυγχρονισμένη υπάρχουσα γνώση, οδηγεί σε νέα προϊόντα και τεχνολογίες. Μέσω της πλατφόρμας του MARRE είναι δυνατή η εξωτερίκευση αυτών των υπηρεσιών προς την επιστημονική κοινότητα.

Χάρτες θολερότητας (συγκέντρωσης αιωρούμενων στερεών)

Με βάση την εφαρμογή της μεθοδολογίας στις περιοχές ενδιαφέροντος, η χρήση των δορυφορικών δεδομένων Sentinel – 2 και Sentinel – 3 παρουσιάζει υποσχόμενα αποτελέσματα στους χάρτες που παράχθηκαν. Τα δεδομένα S2 παρουσιάζουν πιο λεπτομερή αποτελέσματα σε παράκτιες, πολύπλοκες περιοχές με μεγάλη μεταβλητότητα. Για μικρότερες τιμές συγκέντρωσης τα αποτελέσματα της σύγκρισης παρουσιάζουν μεγαλύτερη συσχέτιση. Οι μικρότερες διαφορές εντοπίζονται σε περιοχές σε ανοιχτή θάλασσα με χαμηλές τιμές συγκέντρωσης TSM. Οι μεγαλύτερες διαφορές εντοπίζονται κοντά στην ακτογραμμή και στις εκβολές ποταμών, όπου η μεταβλητότητα είναι μεγαλύτερη.

Χάρτες Ποσειδωνίας

Ως προς την χρησιμοποίηση δορυφορικών εικόνων Landsat-8 η ταξινόμηση επιβεβαίωσε την ικανότητα παραγωγής αξιόπιστων δεδομένων κάλυψης σχετικά με τη χωρική κατανομή των λιβαδιών της Ποσειδωνίας για μελέτες οικολογικής και συντήρησης μεγάλης κλίμακας. Τα παραγόμενα διανύσματα είναι ικανοποιητικά για τον εντοπισμό θέσεων διατήρησης προτεραιότητας για να βοηθήσουν τους ειδικούς να αναπτύξουν στρατηγικές διατήρησης και να σχεδιάσουν ένα ανθεκτικό δίκτυο προστατευόμενων θαλάσσιων περιοχών στην Ελλάδα. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 50 εικόνες Landsat-8 (OLI), καλύπτοντας την έκταση των ελληνικών θαλασσών με υψηλές διαφορές στη γεωμορφολογία, τη δομή και την έκταση της κοίτης της θάλασσας. Για πρώτη φορά, τα ελληνικά νερά χαρτογραφήθηκαν για την παρουσία / απουσία λιβαδιών σε ολόκληρο το χωρικό πεδίο.

Χάρτες πιθανών πελαγικών αλιευτικών ζωνών

Οι Πιθανές Αλιευτικές Ζώνες (ΠΑΖ) δίνουν πληροφορίες για την πιθανή θέση των ιχθυοπληθυσμών. Συνήθως αποτελούνται από δεδομένα κατανομής Χλωροφύλλης και Επιφανειακής Θαλάσσιας Θερμοκρασίας (ΕΘΘ). Έχει δειχθεί ότι βοηθούν στην αύξηση τις παραγωγής κατά 2-5 φορές και στην μείωση του χρόνου αναζήτησης κατά 30-70%.  Η μεθοδολογία στηρίζεται σε έμμεσο τρόπο εντοπισμού των ιχθυοπληθυσμών: Θαλάσσια κυκλοφορία (μέσης κλίμακας σχηματισμοί και μέτωπα), συγκέντρωση Χλωροφύλλης και Χωρική Κατανομή Επιφανειακής Θαλάσσιας Θερμοκρασίας. Σκοπός είναι: Η δημιουργία ενός προϊόντος – υπηρεσίας και το μοντέλο να λειτουργεί για όλες τις περιόδους του έτους. Η ενσωμάτωση στο MARRE βοηθάει:  στην λειτουργικότητα με εργαλεία ανάλυσης και σχεδιασμού και στην δημοσιοποίηση και ευχρηστία. Τέλος, στην χρήση open-source λογισμικών, με δυνατότητα τροποποιήσεων.

www.marre.gr