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Neuronale Netzwerke

Erdbeobachtungssatelliten liefern täglich enorme Mengen an Bilddaten. Doch wie erkennt man automatisch, ob ein Pixel Vegetation, eine Straße oder eine Siedlung zeigt? In diesem Video erklären wir anhand eines einfachen Beispiels, wie künstliche neuronale Netzwerke (Artificial Neural Networks, ANN) funktionieren. Wir bauen Schritt für Schritt ein kleines „künstliches Gehirn“, das anhand der RGB-Farbwerte eines Pixels entscheidet, ob es sich eher um Vegetation oder eine versiegelte Fläche handelt. Dabei lernen wir die wichtigsten Bausteine eines neuronalen Netzes kennen: Input Layer, Hidden Layer, Weights, Bias, Aktivierungsfunktionen sowie Training und Backpropagation.

Neuronale Netzwerke
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10 11 12 13 8 Fach Informatik Klasse Lernmodul Material

Wie lernt KI?
Neuronale Netze verstehen mit Satellitenbildern

Künstliche Intelligenz nimmt in unserem Alltag – und auch im Leben von Schüler:innen – einen immer größeren Raum ein. Bildbasierte KI-Systeme werden heute unter anderem in der Navigation, der Umweltüberwachung, im Katastrophenschutz, in der Landwirtschaft, in der Stadtplanung sowie in sozialen Medien eingesetzt. Daher ist es wichtig, dass Schüler:innen diese Informatiksysteme nicht nur anwenden, sondern auch verstehen, analysieren und kritisch bewerten können.

Ziele

Die Schüler:innen sollen …

  • erklären, wie Bilddaten für KI-Systeme aufbereitet und kategorisiert werden,
  • den Zusammenhang zwischen Trainingsdaten, Modell und Ergebnisqualität verstehen,
  • den Aufbau und die Funktionsweise eines einfachen neuronalen Netzes beschreiben,
  • Veränderungen im neuronalen Netzwerk mit dem Trainingsprozess in Beziehung setzen,
  • die Funktionsweise bildbasierter Klassifikationssysteme erläutern,
  • typische Fehler, Verzerrungen und Grenzen von KI-Systemen erkennen,
  • gesellschaftliche Einsatzmöglichkeiten sowie mögliche Risiken reflektiert beurteilen.
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10 11 12 Copernicus Fach Geographie Informatik Klasse Lernmodul Material

Valvurid kosmoses-
Õppimine satelliidipiltide abil

Käesolev brošüür annab selge ülevaate Maa seirest Euroopa Copernicus programmi raames. Brošüür tutvustab Sentinel-satelliite – „kosmoses asuvaid valvureid” – ja nende ülesandeid Maa kliima, keskkonna ja muutuste seirel. Lisaks tehnilistele põhialustele, nagu resolutsioon, spektrid ja piltide tõlgendamine, näitab brošüür praktilisi näiteid satelliitpiltide kasutamise kohta koolitundides, näiteks geograafia, bioloogia, füüsika või infotehnoloogia tundides. Samuti selgitab brošüür praeguseid haridusprojekte, vabalt kättesaadavaid andmeportaale ja tarkvaravahendeid, nagu SNAP. Seega pakub brošüür väärtuslikke ideid satelliidiandmete kasutamise kohta klassiruumis meediapädevuse, kriitilise mõtlemise ja praktilise õppimise edendamiseks.

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10 11 12 Copernicus Fach Geographie Informatik Klasse Lernmodul Material

Gardiens de lespace-
Apprendre avec des images satellites

Cette brochure présente de manière claire l’observation de la Terre dans le cadre du programme européen Copernicus. Elle décrit les satellites Sentinel – les « Sentinelles de l’espace » – et leurs missions d’observation du climat, de l’environnement et des changements sur Terre. Outre les notions techniques de base telles que la résolution, les spectres et l’interprétation des images, la brochure présente des exemples concrets d’utilisation des images satellites dans les cours scolaires, par exemple en géographie, en biologie, en physique ou en informatique. Elle présente également des projets éducatifs en cours, des portails de données librement accessibles et des outils logiciels tels que SNAP. La brochure fournit ainsi des idées précieuses sur la manière dont les données satellitaires peuvent être utilisées en classe pour promouvoir l’éducation aux médias, la pensée critique et l’apprentissage pratique.

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10 11 12 Copernicus Fach Geographie Informatik Klasse Lernmodul Material

Sentinels in Space-
Learning with Satellite Images

This booklet provides a clear introduction to Earth observation with the European Copernicus programme. It introduces the Sentinel satellites – the “Sentinels in Space” – and their tasks in observing the climate, environment and changes on Earth. In addition to technical basics such as resolution, spectra and image interpretation, the booklet shows practical examples of how satellite images can be used in school lessons – for example, in geography, biology, physics or computer science. It also explains current educational projects, freely available data portals and software tools such as SNAP. The booklet thus provides valuable ideas on how satellite data can be used in the classroom to promote media literacy, critical thinking and practical learning.

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10 11 12 Copernicus Fach Geographie Informatik Klasse Lernmodul Material

Wächter im All-
Lernen mit Satellitenbildern

Dieses Booklet bietet einen anschaulichen Einstieg in die Erdbeobachtung mit dem europäischen Copernicus-Programm. Vorgestellt werden die Sentinel-Satelliten – die „Wächter im All“ – und ihre Aufgaben bei der Beobachtung von Klima, Umwelt und Veränderungen auf der Erde. Neben den technischen Grundlagen wie Auflösung, Spektren und Bildinterpretation zeigt das Heft praxisnahe Beispiele, wie Satellitenbilder im Schulunterricht eingesetzt werden können – etwa in Geographie, Biologie, Physik oder Informatik. Zudem werden aktuelle Bildungsprojekte, frei verfügbare Datenportale und Software-Tools wie SNAP erläutert. So liefert das Booklet wertvolle Impulse, wie Satellitendaten zur Förderung von Medienkompetenz, kritischem Denken und praxisnahem Lernen im Unterricht genutzt werden können.

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10 11 12 13 7 9 Copernicus Fach Lernvideos Material Physik

Echt falsche Farben

Licht unterschiedlicher Wellenlängen wird kombiniert und als Farben dargestellt, um verborgene Eigenschaften der Erdoberfläche sichtbar zu machen – so entstehen Falschfarbenbilder.
Vegetation, Wasser, Boden und menschliche Strukturen reflektieren das Licht unterschiedlich in diesen Spektralbändern, sodass sie in Falschfarbendarstellungen leicht voneinander zu unterscheiden sind.
In diesem Video lernst du, wie Falschfarben in der Fernerkundung entstehen, welche Kombinationen verwendet werden und welche Informationen man daraus ableiten kann. Bleib dabei, um mehr zu entdecken!

Specular and Diffuse Reflection in Radar Images
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10 11 12 Copernicus Fach Geographie Klasse Lernmodul Material

Metaaniheite tuvastamine
satelliidipiltide abil

Metaan (CH4) on tugev kasvuhoonegaas. Selle peamised heitkogused pärinevad põllumajandusest, fossiilkütuste põletamisest ja jäätmemajandusest. Ülemaailmne metaani kontsentratsioon atmosfääris on aastakümneid suurenenud. Alates 2006. aastast on selle sisaldus suurenenud ligikaudu 7%. Kiireim viis heitme vähendamiseks on kontrollida fossiilkütuste käitlemist. Satelliidipiltide abil on võimalik tuvastada selliseid ettearvamatuid ja lühiajalisi lekkeid nagu torujuhtmete ja gaasiväljade lekked.
Hollandi kosmoseuuringute instituut kasutab oluliste reostuskollete kaardistamiseks satelliidipiltide ja tehisintellekti abi. 2023. aasta jaanuaris avastati 192 reostuskollet, enamus neist asus Aasias

Metaan (CH4) on tähtis kasvuhoonegaas ja nagu teistegi kasvuhoonegaaside puhul on väga oluline selle gaasi hulga jälgimine ja vähendamine. Selle õppematerjali läbimise järel oskavad õpilased ise kaugseire vahenditega metaani hulka erinevates geograafilistes piirkondades jälgida ja teavad, kuidas leida metaani võimalike allikate kohta infot.

objectifs: Õpilased …

  • on võimelised kasutama kaugseirevahendeid metaani (või muu) heite tuvastamiseks;
  • oskavad kirjeldada looduslikku metaanisisaldust;
  • oskavad otsida põhjust, miks metaaniheide võib olla liiga suur;
  • mõistavad tehnoloogia ja reaalteaduste olulisust igapäevaelus.
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10 11 12 13 9 Fach Geographie Klasse Klima Material Physik

Wie verändert sich die Meeresoberflächentemperatur aufgrund des Klimawandels

Die Meeresoberflächentemperatur (SST) steuert Wetter, Klima und extreme Ereignisse wie El Niño. Doch was genau misst man eigentlich – die oberen 20 Meter Wasser oder nur einen hauchdünnen Film an der Oberfläche? In dieser Einheit erkundest du echte Satellitendaten aus dem Copernicus-Programm und machst sichtbar, wie sich die Ozeane durch den Klimawandel verändern.

Jahrgangstufen: 9,10,11,12,13

Bearbeitungszeit: 90 min

Fächer : Geographie, Chemie, Physik, Naturwissenschaften

Leitfrage: Wie verändert sich die Meeresoberflächentemperatur aufgrund des Klimawandels?

Themen: Meerestemperaturen, Klimaentwicklung, Klimawandel

Links zu allen interaktiven Grafiken:

Globale Karte der Mittelwerte der Meeresoberflächentemperaturen aus den Jahren 1982 bis 2020

Globale Karte der klimatologischen Monatsmittelwerte der Meeresoberflächentemperatur aus den Jahren 1982 bis 2020

Globale Karte der Anomalien der Monatsmittelwerte der Meeresoberflächentemperatur

 Globale Karte der Anomalien der Jahresmittelwerte der Meeresoberflächentemperatur

 Zeitreihen der Jahresmittelwerte der Meeresoberflächentemperaturanomalien

https://www.iup.uni-bremen.de/carbon_ghg/Clim4Edu/interaktiv/sst_grafik_1.html
https://www.iup.uni-bremen.de/carbon_ghg/Clim4Edu/interaktiv/sst_grafik_2.html
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10 11 12 13 9 Fach Geographie Klasse Klima Material Physik

Was zeigen uns Satelliten-
Beobachtungen von
Methan?

Methan (CH4) ist nach Kohlenstoffdioxid (CO2) das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Daher ist es wichtig, die atmosphärischen Konzentrationen dieser Gase streng zu überwachen. Wie aber kann man mittels Satelliten die atmosphärische Methan-Konzentration messen? Und Was zeigen uns diese Messungen?

Jahrgangstufen: 9,10,11,12,13

Bearbeitungszeit: 90 min

Fächer : Geographie, Chemie, Physik, Naturwissenschaften

Leitfrage: Was zeigen uns Satelliten-Beobachtungen von Methan?

Themen: Methan Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel

https://www.iup.uni-bremen.de/carbon_ghg/Clim4Edu/interaktiv/anim/XCH4_OBS4MIPS_v4.4_5x5_100.gif