Venµs launch contract just signed

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We could have written a real cliffhanger serial on this blog, describing the list of rockets that were someday supposed to launch the Venµs satellite : the first one was Dnepr (an Ukrainian rocket derived from intercontinental missiles) at the time the project was decided, a long time ago, then the PSLV Indian launcher during a few years (with a period when the Venµs 2 days orbital cycle had to be changed to a 3 days cycle, degrading the repetitivity of Venµs observations), then it was Space-X (an American private company) Falcon 1E (which was finally dropped by Space X), then Soyuz from Kourou with Pleiades 1B (whose launch was finally advanced), then Space-X Falcon 9, and the VEGA (but again with a modified orbit, with an ascending part during daylight instead of the descending one). All these possibilities finally failed, for reasons that may have been funny if they had not contributed to the large delay of our mission (sorry, I am not sure I am allowed to tell these stories...).

 

The life of a small space project is not easy : to lower the launch cost, a small satellite must find a principal co-passenger for the launch. And this co-passenger must have an orbit close to the one of Venµs, with an expected launch date close enough to the small satellite. The absence of a launch contract made the launch date hypothetic, and it was not possible to use this date to put pressure on the industry that considered Venµs with a low priority : this fact also contributed to the satellite delays.

 

Finally, thanks to the patience of Venµs project managers at CNES, ISA and IAI, we now have a launch contract with VEGA, on Venµs nominal orbit. The Venµs satellite should join its 720 km orbit within a launch window that extends from October 2015... to December 2016. This broad window should be narrowed to three months by April 2015.

 

We will thus shortly issue a new call for site proposals, as a large part of the sites proposed in 2006 may not be in activity anymore. We will of course tell you more about that on this blog.

 

Oliver Hagolle, Gérard Dedieu

 

Le contrat de lancement de Venµs est signé

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Nous aurions pu tenir sur ce blog un véritable feuilleton décrivant les lanceurs qui ont failli emporter le satellite Venµs : il y a eu Dniepr (un lanceur Ukrainien) au moment de la décision du projet, il y a bien longtemps maintenant, puis le lanceur indien PSLV pendant quelques années (avec un moment un cycle orbital passant de 2 jours à 3 jours), puis Falcon 1E de Space-X (une compagnie privée américaine qui a fini par abandonner ce lanceur), puis Soyouz depuis Kourou avec Pleiades 1B (dont la date de lancement a finalement été avancée), puis Falcon 9, puis VEGA (moyennant une orbite modifiée, avec un passage ascendant de jour). Toutes ces pistes ont fini par échouer pour des raisons variées et qui seraient presque amusantes si elles n'avaient pas contribué à l'énorme retard de notre mission (je ne peux malheureusement pas les raconter...).

 

La vie d'un petit projet n'est pas simple : pour réduire les coûts de lancement, il faut trouver un co-passager principal, qui aille sur une orbite proche de celle de Venµs, avec une date de lancement crédible pas trop éloignée. Cette absence de contrat de lancement a fait que la date de lancement est restée hypothétique et nous a empêché de faire pression sur les industriels qui réalisent la plate forme et l'instrument, ce qui a contribué à une part des retards du satellite.

 

Bref, grâce à la patience des chefs de projets (CNES, IAI, ISA) de Venµs, nous avons maintenant un Lanceur, VEGA, et un co-passager (pas encore officiel). Le satellite Venµs devrait pouvoir rejoindre son orbite à 720 km dans un créneau de tir qui va d'octobre 2015 à ... décembre 2016. Le créneau devrait être précisé en avril 2015, avec une marge d'incertitude de 3 mois seulement.

 

Nous allons donc très prochainement émettre un nouvel appel à propositions de sites, car une bonne part des sites qui avaient été proposés en 2006 (!!) ne sont probablement plus d'actualité. Cet appel sera bien sûr relayé sur ce blog.

 

Oliver Hagolle, Gérard Dedieu

SMAC prend en charge de nouveaux satellites

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De nouveaux coefficients ont été ajoutés au site du CESBIO . Les nouveaux satellites pris en compte sont :

  • Landsat 8, RapidEye
  • Quickbird, Worldview2, Ikonos
  • Pléiades1A (PHR1A)
  • DMC-DEIMOS1

 

Le Simplifié Modèle d'Atmosphérique Correction (SMAC) est parfaitement adapté à l'implémentation rapide et approchée de corrections atmosphériques. Il s'agit de fonctions analytiques dérivées du modèle 5S. Les 49 coefficients de ce modèle sont ajustés à partir de simulations de transfert radiatif obtenues avec le modèle 6S (l'ancienne version, pas la récente version vectorielle). SMAC n'est pas un modèle très précis (beaucoup moins que MACCS), et il faut lui fournir des données auxiliaires pour l'épaisseur optique des aérosols ou pour les contenus atmosphériques en ozone et vapeur d'eau. Quand ces données sont précisément connues, la précision des simulations est en général meilleure que deux à trois pour cent, sauf parfois pour les grands angles (au dessus de 70°) ou dans de fortes bandes d'absorption et si on ne prend pas en compte les effets d'environnement et les effets de pente.

 

SMAC a été conçu pour être facile à utiliser :

#lecture des 49 cofficients
nom_smac ='COEFS/coef_FORMOSAT2_B1_CONT.dat'
coefs=coeff(nom_smac)
 
#Lire la réflectance TOA de la bande à traiter
#(celà va dépendre du format de l'image)
 
#Lire les valeurs des angles dans les métadonnées (ici, on les fixe)
theta_s=30
phi_s=180
theta_v=0
phi_v=0
# calculer la pression atmosphérique à l'altitude du pixel
pressure=PdeZ(1300)
 
#trouver les valeurs des variables atmsophériques (ici, on les fixe arbitrairement)
AOT550=0.1
UO3=0.3
UH2O=3
 
#calculer la correction atmosphérique
r_surf=smac_inv(r_toa,theta_s,phi_s,theta_v,phi_v,pressure,AOT,UO3,UH2O,coefs)

Dans la dernière ligne ci-dessus :

  • theta_s, phi_s sont resp. l'angle solaire zenithal et azimuthal
  • theta_v, phi_v sont resp. l'angle de visée zenithal et azimutha
  • AOT est l'épaisseur optique à 550 nm qui peut provenir d'une station Aeronet, ou fixée au jugé, ou égale à 0.1 (si on se contente d'une correction très approchée).
  • UO3 est le contenu en ozone, en cm.atm (0.3 est souvent suffisamment précis)
  • UH2O est le contenu en vapeur d'eau, en kg/m². J'utilise souvent une valeur égale à 3, quand je ne cherche pas une grande précision, dans des bandes ou l'absorption est faible
References

[1] Rahman, H., & Dedieu, G. (1994). SMAC: a simplified method for the atmospheric correction of satellite measurements in the solar spectrum. REMOTE SENSING, 15(1), 123-143.
"[2]"Tanré, D., Deroo, C., Duhaut, P., Herman, M., Morcrette, J. J., Perbos, J., & Deschamps, P. Y. (1990). Technical note Description of a computer code to simulate the satellite signal in the solar spectrum: the 5S code. International Journal of Remote Sensing, 11(4), 659-668.

"[3]"Vermote, E. F., Tanré, D., Deuze, J. L., Herman, M., & Morcette, J. J. (1997). Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6S: An overview. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, 35(3), 675-686.>
"[4]"Kotchenova, S. Y., Vermote, E. F., Matarrese, R., & Klemm Jr, F. J. (2006). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part I: Path radiance. Applied Optics, 45(26), 6762-6774.
"[5]"Kotchenova, S. Y., & Vermote, E. F. (2007). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part II. Homogeneous Lambertian and anisotropic surfaces. Applied Optics, 46(20), 4455-4464.

 

New satellites added to SMAC atmospheric correction

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New coefficients have been added to the CESBIO repository for SMAC coefficients. The new sensors taken into account are :

  • Landsat 8, RapidEye
  • Quickbird, Worldview2, Ikonos
  • Pléiades1A (PHR1A)
  • DMC-DEIMOS1

 

The Simplified Model for Atmospheric Correction (SMAC) is the perfect model to perform easy, quick and not too dirty atmospheric corrections. It is based on very simple analytic formulas, based on the 5S model. The 49 coefficients of this model are fitted using a large number of radiative transfer simulations with the 6S model (the old historic version, not the recent vector version). This software is not very accurate (much less than MACCS), and it requires in-situ measurements for the aerosol optical thickness, and weather analyses for ozone and water vapour. If these data are available,  in most cases, its accuracy is within 2 and 3 percent, if we do not account for adjacency effects and slope effects, and it may be worse for large viewing and solar angles (above 70°) or within strong absorption bands.

 

SMAC is very easy to use:

#read the 49 coefficients in smac_soefs table
nom_smac ='COEFS/coef_FORMOSAT2_B1_CONT.dat'
coefs=coeff(nom_smac)
 
#read the TOA reflectance image in r_toa variable
#depends on the file format
 
#read the angle values in the image metadata
theta_s=30
phi_s=180
theta_v=0
phi_v=0
# compute pressure at pixel altitude
pressure=PdeZ(1300)
 
#find the values of AOT, UO3, UH2O
AOT550=0.1
UO3=0.3
UH2O=3
 
#compute the atmospheric correction
r_surf=smac_inv(r_toa,theta_s,phi_s,theta_v,phi_v,pressure,AOT,UO3,UH2O,coefs)

where :

  • theta_s, phi_s are the solar zenith and azimuth angles
  • theta_v, phi_v are the viewing zenith and azimuth angles
  • AOT is the aerosol optical thickness at 550 nm which may be obtained from an Aeronet stations, or guessed, or equal to 0.1 for a really dirty atmospheric correction.
  • UO3 is the ozone content in cm.atm (0.3 is OK)
  • UH2O is the water vapour integrated content in kg/m². When I do quick and dirty atmospheric correction, I often use a value equal to 3, but I do not process spectral bands with strong water vapour absorption bands.
References

[1] Rahman, H., & Dedieu, G. (1994). SMAC: a simplified method for the atmospheric correction of satellite measurements in the solar spectrum. REMOTE SENSING, 15(1), 123-143.
"[2]"Tanré, D., Deroo, C., Duhaut, P., Herman, M., Morcrette, J. J., Perbos, J., & Deschamps, P. Y. (1990). Technical note Description of a computer code to simulate the satellite signal in the solar spectrum: the 5S code. International Journal of Remote Sensing, 11(4), 659-668.

"[3]"Vermote, E. F., Tanré, D., Deuze, J. L., Herman, M., & Morcette, J. J. (1997). Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6S: An overview. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, 35(3), 675-686.>
"[4]"Kotchenova, S. Y., Vermote, E. F., Matarrese, R., & Klemm Jr, F. J. (2006). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part I: Path radiance. Applied Optics, 45(26), 6762-6774.
"[5]"Kotchenova, S. Y., & Vermote, E. F. (2007). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part II. Homogeneous Lambertian and anisotropic surfaces. Applied Optics, 46(20), 4455-4464.

 

What about playing Take Five again with SPOT-5 ?

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This post is regularly updated with news (the official date of Sentinel-2 launch) or to add new arguments.


SPOT5 will soon end its career. After 12 years of image acquisitions, the satellite will retire in 2015. CNES might launch a call for scientific experiments with SPOT5 before the satellite de-orbitation. I am quite sure it would be useful to repeat the SPOT4 (Take5) experiment, for the following reasons :

 

  • The official Launch date of Sentinel-2A in now March the 30th, 2015. Even if the satellite is launched in time, the routine acquisition on the 10 day cycle orbit will start one or two months later, and it will take several months to distribute data operationally. Data from the second Sentinel-2 satellite will probably only be available the year after, we will thus have to wait until 2016 to get data with a 5 days repetitivity.
  • A new Take5 experiment based on SPOT5 would allow to go on preparing uses, methods and applications based on time series, to get ready to make an operational use of Sentinel-2 just after the data are released.
  • SPOT5 provides multispectral images with a 10 m resolution, just like Sentinel-2. A new Take5 experiment would allow better simulations of Sentinel-2 data.
  • SPOT4 (Take5) experiment was held in Spring and ended in June, we might this time try to extend the time period towards the Summer to monitor the summer crops.

For the first presentation of SPOT4(Take5) proposal, I had been told that it had no chance to succeed, and I had even used this drawing as my last slide. SPOT5 (Take5) chances of success are the same, but isn't it worth trying ?

  • The SPOT4(Take5) experiment was set up very quickly and we lacked time to convince international partners to take part to the experiment. This time, thanks to SPOT4(take5). Now, thanks to SPOT4(Take5) little celebrity, it should be easier to involve new international partners, and to reach new users. The cost for international partners to get access to data for one site every fifth day during five months was about 4000€. Please contact me if you think your organism might participate.
  • SPOT4 (Take5) sites were chosen very quickly, and many users complained they had no time to set-up ambitious measurement campaigns, to hire people for ground truth measurements and define protocols. This time, we might obtain a longer prior notice period to set things up properly.
  • The dreadful weather we had in Europe during SPOT4(take5), nearly spoiled a few experiments, but we may hope that it would not happen again if we tried it one more time.
  • ESA and JRC excepted, we did not have time to involve European partners in SPOT4 (Take5), and 95% of the sites chosen by ESA and JRC were outside Europe. This time, we could focus part of the experiment on Europe.
  • We might try to have the experiment running for a longer period that in the first time, but it will mean a  larger cost for CNES, and we willl need to have a convincing set of experiments to convince CNES.

Even if SPOT4(Take5) was a success, we will need to build an excellent proposal in order to convince CNES, in a constrained funding context. After the experiment was already funded once, it is not a premiere anymore, and its impact will be less straightforward.

 

We thus need to compensate with original ideas and a large support.  If you are interested to participate to a possible SPOT5 (Take5), please leave messages on this blog or on my email, Please do not forget to provide us the results you obtained with SPOT4(Take5).

 

Et si on rejouait Take Five avec SPOT-5 ?


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Cet article est régulièrement mis à jour avec l'arrivée de nouvelles (la date officielle de lancement de Sentinel-2), ou l'ajout de nouveaux arguments.

 

SPOT5 aussi va bientôt terminer sa carrière. Après 12 ans d'acquisitions d'images, le satellite va prendre sa retraite en 2015. Le CNES pourrait donc lancer prochainement un appel à utilisation scientifique de SPOT5 avant la désorbitation du satellite. Il me semble qu'il pourrait être utile de répéter l'expérience SPOT4(Take5), pour les raisons suivantes :

 

  • la date officielle du lancement de Sentinel-2A est le 30 avril 2015. Même si le satellite est lancé le jour prévu, il faudra un à deux mois pour que le satellite commence ses acquisitions systématiques de routine sur l'orbite prévue, et son segment sol mettra quelques mois à devenir complètement opérationnel.Il est donc malheureusement peu probable que S2A puisse être utilisé pour le suivi des cultures 2015 dans l'hémisphère Nord. Par ailleurs, le deuxième satellite de la constellation (S2-B), qui permet d'obtenir le cycle de 5 jours, ne sera disponible que l'année suivante.
  • Les données d'une expérience SPOT5 (Take5), fournissant des séries temporelles avec une répétitivité de 5 jours, permettraient donc de poursuivre la préparation des utilisateurs et le développement des applications et méthodes basées sur les séries temporelles.
  • SPOT5 permet d'obtenir des images multispectrales avec une résolution de 10 mètres, comme Sentinel-2, l'expérience permettrait donc de s'approcher davantage des caractéristiques de Sentinel-2.
  • l'expérience Take5 a eu lieu au printemps pour l'hémisphère Nord et s'est achevée fin juin. Si l'on pouvait cette fois déborder sur l'été, d'autres expériences pourraient être programmées, par exemple pour le suivi des cultures d'été.
  • l'expérience SPOT4(Take5) s'était décidée très rapidement, nous avions eu peu de temps pour convaincre de nombreux partenaires internationaux de participer à l'expérience. Cette fois, en profitant de la petite notoriété de l'expérience SPOT4(Take5), nous pourrions impliquer de nouveaux partenaires. N'hésitez pas à m'écrire si vous pensez que votre organisme pourrait participer (rappel, le coût d'accès aux données pour SPOT4(Take5) était de l'ordre de 3000 € pour un site).
  • Lors de la première présentation de la proposition SPOT4(Take5), j'avais été prévenu que cette proposition avait peu de chances d'aboutir et j'avais même utilisé ce dessin pour conclure ma présentation. Il en va de même pour SPOT5 (Take5), mais ça vaut la peine d'essayer ?

  • Les sites SPOT4 (Take5) ont été choisis très rapidement, et quelques utilisateurs se sont plaints de ne pas avoir assez de temps pour monter une campagne de mesure ambitieuse, acquérir du matériel, trouver du monde pour faire des mesures de terrain. Cette fois, la durée de préavis plus longue pourrait permettre de faire les choses proprement.
  • la météo exécrable en Europe, pendant l'expérience SPOT4 (Take5), a fortement perturbé quelques expérimentations. On peut espérer que ces conditions ne se répètent pas cette fois, et un renouvellement de Take5 donnerait l'occasion de mener à leur terme ces expériences.
  • en dehors de l'ESA et du JRC, nous n'avions pas eu le temps d'impliquer des partenaires européens dans l'expérience, et les sites choisis par l'ESA et le JRC étaient à 95% en dehors de l'Europe. Nous aurions cette fois le temps d'impliquer des partenaires européens.

 

Malgré le succès de SPOT4(Take5), il nous faudra un excellent dossier pour convaincre le CNES, dans un contexte budgétaire défavorable : alors que l'expérience a déjà eu lieu une fois, il ne s'agit plus d'une grande première et il y a donc moins à gagner sur le plan de la communication, de l'originalité de l'idée...

 

Merci donc de me signaler votre éventuel intérêt pour cette expérience, en m'écrivant directement, ou en laissant un message sur ce blog. Les idées originales sont les bienvenues. N'oubliez pas non plus de nous faire un retour sur vos éventuels résultats obtenus avec SPOT4(Take5), qui serviront peut être aussi à convaincre nos directeurs.

 

Using High Spatial Resolution Time Series to monitor forage production

An index-based insurance solution is developed to estimate and monitor the near real-time forage production in France. In this system, payouts are indexed on an indicator, called Forage Production Index (FPI), calculated using a biophysical characterization of the grassland from medium spatial resolution remote sensing time series.

Figure 1: fCover mean profile on parcel 4 derived from remote sensing images of multiple sensors.

Figure 1: fCover mean profile on parcel 4 derived from remote sensing images of multiple sensors.

We used the fCover integral as a surrogate of the forage production. fCover is a biophysical parameter that estimates the fraction of ground covered by green vegetation, looking in a vertical direction, independently of the actual image sensor viewing or illuminations conditions.

 

The first step of the validation process is to compare local ground measurements of biomass production and FPI values obtained from high spatial resolution space-based images. A field protocol (from PV PROTIN, 2010. ARVALIS –Arvalis, Institut du Végétal) was applied to 6 plots of grassland located in the area of Toulouse. These plots were selected to represent variations on pasture management practices and to consider different types of grassland species (Table 1). From March, 7th to June, 17th 2013, biomass was measured every 15 days using a sickle bar mower with a 110 cm cutter bar. Finally, the dataset contains 320 plots. It corresponds to one production data per hectare per plot every two weeks in average.

Name Cover Surface (ha) Pasture management practice Images used
Parcel 1 Alfalfa 7,3 Hay Take 5 : 6 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1
Parcel 2 Natural grassland 9,4 Hay Take 5 : 4 / Spot 6 : 1 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 4
Parcel 3 Ray-Grass 8,6 Silage in May /  Hay in June Take 5 : 5 / Spot 6 : 3 / Landsat 8 : 1
Parcel 4 Natural grassland 6,0 Hay Take 5 : 7/ Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 1
Parcel 5 Fescue/ Orchard grass / White clover 11,5 Hay then pasture Take 5 : 5 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 2 / Formosat2 : 1
Parcel 6 Fescue/ Orchard grass 6,8 Hay Take 5 : 3 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 1

Table1 : Characteristics of the 6 parcels

 

The 6 plots are in the SudMipy area defined in the framework of SPOT4 -Take5 project. So we used SPOT4 images acquired in the context of this program to build a high spatial resolution time series. Due to the climatic conditions during spring 2013, we had to complete the dataset with images from other sensors Landsat-8, SPOT-6 and Formosat-2. Finally, from February, 16th to June, 26th 2013, we have one image every 15 days over the 6 parcels (Table 1).

Figure 1 presents the fCover mean profile for parcel 4 and derived from remote sensing images of multiple sensors. Figure 2 presents the relation between the biomass measured on the ground and estimated from remote sensing images time series. For the whole dataset, the scatter plot between FPI and ground biomass shows an acceptable correlation (R²=0,724; α < 0,0001). However, it remains a substantial dispersion with a RMSE going up to 0.128.

Figure 2: Regression between FPI and local ground biomass measurements

Figure 2: Regression between FPI and local ground biomass measurements

If we take into account only data recorded during the growing period, the results are improved (R2= 0,811; α < 0,0001 and RMSE 0,101). This can be explained by the way FPI is designed: by definition, when the fCover integral is calculated, the brown fraction of the cover is not considered. In the framework of the research activities developed to create the index-based insurance product, these results enable to conclude that High Spatial Resolution images can be used to perform an indirect validation of the FPI produced from medium spatial resolution remote sensing time series.

 

Anne Jacquin

Antoine Roumiguié

Université de Toulouse, Institut National Polytechnique de Toulouse, Ecole d’Ingénieurs de PurpanUMR 1201 DYNAFOR, France.