Interpretation wirtschaftgeographischer Karten und Luftbilder

Fragenverzeichnis

1. Erläutern Sie bitte anhand einer Skizze, wodurch - im Gegensatz zum Höhenlinienbild - in 4 der Karte Verzerrungen a) im Luftbild und b) in einem Radarbild zustande kommen

2. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Brennweite, Flughöhe und Maßstab?

3. Warum hat in einem Stereobildpaar ein Punkt, der höher liegt als ein anderer, eine größere 8 Parallaxe?

4. Was sind die Eigenschaften der Luftbildkarte (Orthophotokarte) 1:5000? In welche 9 Projektion ist sie eingepasst; mit welchem Koordinatensystem ist sie versehen? Erläutern Sie am Beispiel des Aachener Raumes, was in Luftbildkarten erkennbar ist und wie sie für planerische Zwecke eingesetzt werden können

5. Erläutern Sie an Beispielen, wie unterschiedliche phänologische Zustände den Tonwert in 11 Luftbildern beeinflussen. Erklären Sie bitte, in welcher Weise Luftbilder bei der Analyse von Agrarräumen eingesetzt werden können

6. Welche Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums sind für die 13 Fernerkundung von Belang?

7. Welches ist der Nutzen von Aufnahmen im nahen Infrarot? Erläutern Sie dies bitte an zwei 14 Beispielen

8. Wie können Aufnahmen im Bereich des thermischen Infrarotes bei der Planung in 15 industriellen Ballungsräumen verwendet werden?

9. Wie funktioniert der multispektrale Scanner in Landsat-Satelliten, wie die CCD - Systeme 16 in SPOT - Satelliten?

10. Was bedeutet IKONOS? Für welche Zwecke eignet sich das System?

11. Was ist ein Pixel? Weiche Pixelgrößen gelten für Landsat 1-3, Landsat 4, 5 und 7, für 22 SPOT und für IKONOS?

12. Welche geographischen Elemente können in einer mit dem Thematic Mapper - erstellten 23 Landsataufnahme der Euregio Maas Rhein erkannt werden?

13. Was ist bei Fernerkundungssatelliten ein fast polarer Umlauf, was ein geostationäres 24 System? Was ist ein sonnensynchroner Umlauf?

14. Welche Lehrbücher der Fernerkundung sind Ihnen bekannt?

Zusätzliche Literatur

Anhang

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abb. 01.: Unterschiedliche Projektionen

Abb. 02.: Gelände in Karte und Luftbild

Abb. 03.: Radiale Punktversetzung durch Höhenunterschiede

Abb. 04.: Geometrie der Radarbilder im ebenen Gelände

Abb. 05.: Geometrie der Radarbilder im unebenen Gelände

Abb. 06.: Zusammenhang zwischen Brennweite, Flughöhe und Maßstab

Abb. 07.: Parallaxendarstellung

Abb. 08.: Elektromagnetische Spektrum und die Bereiche verschiedener Sensoren

Abb. 09.: Darstellung der Aufnahme mit dem MMS System

Abb. 10.: Darstellung der Aufnahme mit dem CCD System

Abb. 11.: Aufnahmemöglichkeiten des SPOT Satelliten

Abb. 12.: Pixel und Pixelgröße

Abb. 13.: Umlaufarten der Satelliten

Tab. 01.: Wellenlängenbereiche

Tab. 02.: Die Wellenlängen der LANDSAT Satelliten

Tab. 03.: Die Wellenlängen der SPOT Satelliten

Tab. 04.: Auflösung der Luft- und Satellitenbilder

1) Erläutern Sie bitte anhand einer Skizze, wodurch - im Gegensatz zum Höhenlinienbild - in der Karte Verzerrungen a) im Luftbild und b) in einem Radarbild zustande kommen.

Abb. 01.: Unterschiedliche Projektionen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: (1) Höhenlinienbilder, online im Internet <http://www.derkartenmann.de/archiv/studium/schummerung2.gif> [zugegriffen: 27. September 2003].

(2) und (3) Albertz, Jörg: Einführung in die Fernerkundung. Grundlagen der Interpretation von Luft- und Satellitenbilder, Darmstadt, 2001, S. 72.

Das Höhenlinienbild ist die alleinige geometrisch einwandfreie Form der Reliefwiedergabe, während Luftbilder die Erdoberfläche durch eine Zentralprojektion in der Bildebene abzeichnen; Radarbilder zeigen dagegen eine gemischte Projektion an: in der Flugrichtung ist es eine Parallelprojektion, senkrecht dazu definiert die Laufzeit der Wellenfronten sowie die Bestrahlung eines Punktes von Sensoren die Schrägaufnahme.

a) Verzerrungen im Luftbild

In einem Luftbild gibt es bei tischebenen Gelände fast keine Verzerrungen; diese entstehen primär bei reliefartigen Gelände. Bei Schrägbildern, aufgenommen schräg nach unten aus dem Flugzeug ist die Erdoberfläche trapezförmig abgegrenzt, der Maßstab nimmt vom Vordergrund zum Hintergrund stark ab. Bei Senkrechtbildern handelt es sich um eine Aufnahme die senkrecht aus einer Flugzeugluke nach unten aufgenommen wird und die ein quadratisch begrenztes Bild abzeichnet, mit demselben Bildmaßstabüber die ganze Fläche.

Abb. 02.: Gelände in Karte und Luftbild

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine senkrechte Projektion auf die horizontale Bezugsfläche in einer Karte benötigt fiktive Schichtlinien (Abb. 02., links); bei einer Zentralprojektion der Erdoberfläche (Abb. 02., rechts ) aus einer Luftaufnahme werden höher liegende Gelände- und Objektpunkte von dem Bildnadir radial nach außen und die tiefer liegende nach innen verschoben. Zur Bildmitte hin verlaufen vertikale Objektlinien als konvergierende Linien, wobei eine radiale Versetzung in den Ecken von Weitwinkelbildern am größten ist und in der Bildmitte am kleinsten (Abb. 03. ).

Abb. 03.: Radiale Punktversetzung durch Höhenunterschiede

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

b) Verzerrungen im Radarbild

Bei Radarbildern wird eine Parallelprojektion in Flugrichtung entstehen, in der Zeilenrichtung jedoch können wegen der Funktionsweise der Radar Systeme keine Richtungen beobachtet werden. Reflexionssignale die entsprechend ihrer Laufzeit in Bilddaten umgesetzt werden ergeben ein verzerrtes Bild. So wird eine nahegelegene Geländestrecke von der Wellenfront schneller durchlaufen als eine ferne. Dementsprechend wird sie beim ebenen Gelände im Schrägentfernungsbild verkürzt wiedergegeben (Abb. 4. ).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 04.: Geometrie der Radarbilder im ebenen Gelände

Bei unebenen Gelände gibt es mehrere Verzerrungsmöglichkeiten (Abb. 05.); so werden Geländepunkte die in der Bezugsebene liegen grundrißtreu abgebildet. Diejenigen die höher liegen werden zum Radarsystem hin versetzt, wodurch eine Verkürzung auftritt. Ist der Depressionswinkel, der Winkel zwischen der Horizontebene des Aufnahmesystems und dem Strahl zum beobachteten Objekt, größer als die Hangneigung so geht die Verkürzung in eine Überlagerungüber.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 05.: Geometrie der Radarbilder in unebenen Gelände

2) Welcher Zusammenhang besteht zwischen Brennweite, Flughöhe und Maßstab?

Mit Brennweite bezeichnet man den Abstand zwischen der Negativebene und dem Projektionszentrum des Objektivs. Die Flughöhe ist der Abstand zwischen den Objektiv und dem Gelände. Der Maßstab kennzeichnet das Verhältnis zwischen einer abgebildeten Strecke und der entsprechenden Strecke im Gelände. Zwischen diesen drei Begriffen besteht ein Zusammenhang; bei einem Verhältnis von der Bildbasis zur Aufnahmebasis als mittleren Maßstab ist der Maßstab innerhalb eines Luftbildes konstant, vorausgesetzt (a) dass das erfasste Gelände flach ist und (b) die Flughöheüber dem Grund gleich bleibt. Falls das Gelände nicht flach ist, wird der Maßstab innerhalb eines Luftbildes verschiedene Werte einnehmen; die höher gelegenen Geländerpunkte ergeben einen größeren Maßstab und die tiefer gelegenen Geländerpunkte einen kleineren Maßstab. Am leichtesten ermittelt man den Maßstab indem man den Kehrwert des Maßstabs, [ Flughöhe / Brennweite ] verwendet.

Abb. 06.: Zusammenhang zwischen Brennweite, Flughöhe und Maßstab

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3) Warum hat in einem Stereobildpaar ein Punkt, der höher liegt als ein anderer, eine größere Parallaxe?

Eine Parallaxe (griech. Parallaxis) ist allgemein betrachtet ein Winkel zwischen Sehstrahlen von zwei Beobachtungspunkten aus zum selben Objekt, den man als scheinbare Lageverschiebung des Objekts vor dem Hintergrund wahrnimmt; dieser Winkel entsteht beispielsweise bei einer Luftaufnahme aus verschiedenen Einstellungen während zweier aufeinanderfolgender Aufnahmen. Beobachtet man (stereoskopisch) diese scheinbare Lageverschiebung der korrespondierenden Punkten als lineares Maß, so erhält man die eigentliche Parallaxe. Sie ist die Differenz der Abstände zwischen korrespondierenden Punkten und zugehörigen Bildmittelpunkten, parallel zur Bildbasis. Wenn auf einem Stereobildpaar ein Punkt höher liegt, als ein anderer, dann muss die Winkelsumme größer sein, also auch die Parallaxe größer ausfallen.

Abb. 7.: Parallaxendarstellung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4) Was sind die Eigenschaften der Luftbildkarte (Orthophotokarte) 1:5000? In welche

Projektion ist sie eingepasst; mit welchem Koordinatensystem ist sie versehen? Erläutern Sie am Beispiel des Aachener Raumes, was in Luftbildkarten erkennbar ist und wie sie für planerische Zwecke eingesetzt werden können.

Die Luftbildkarten (Orthophotokarten) in Deutschland besitzen einen spezifischen Maßstab von 1:5000 der Deutschen Grundkarte, und sind mit dem Gauß-Krügerschen-Koordinaten versehen. Für viele Gebiete werden Luftbildkarten im Maßstab und Blattschnitt der amtlichen Kartenwerke angeboten und werden dann in der Regel durch den Buchstaben L gekennzeichnet; so liegt beispielsweise beim Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen der Blattschnitt der Deutschen Grundkarte 1:5000 die gesamte Landesfläche von NordrheinWestfalen unter der Bezeichnung »DGK 5 L« vor und wird in einem regelmäßigen Turnus von 5 Jahren, also für ein Fünftel der Landesfläche pro Jahr, erneuert.

Die Luftbildkarten sind relativ schnell und einfach herzustellen, heben sich durch ihr Detailreichtum von vergleichbaren Topographischen Karten ab und sind einfach zu interpretieren. Die differentialentzerrten Luftbilder werden mit erläuternden Angaben wie Ortsnamen, Straßennummern, Fluß- und Bergnamen versehen, sowie mit Höhenlinien kombiniert. Anfangs wurden die Luftbildkarten aufgerastert und lichtpausfähig gemacht um sie leicht vervielfältigen zu können und aus Kostengründen in schwarz-weiss angefertigt. Heute produziert man die Karten auch in Farbe; durch die Entstehung der Digitalen Bildverarbeitung und speziell entwickelten Software-Programmen wird die Aufbereitung der Bilddaten, sowie die Entzerrung und die Mosaikbildung vermehrt mit moderner Rechnerperipherie erstellt und dementsprechend mit günstigeren Preisen den Interessenten angeboten. Die Interpretation der Luftbildkarten ist insbesondere für Planungsvorhaben mit einem räumlichen Bezug sehr wichtig da dafür aktuelle, exakte und flächendeckende Bestandsaufnahmen benötigt werden um (a) eine präzise Vorbereitung und Durchführung von Geländebegehungen durchführen zu können aber auch um (b) zwischen allen Planungsbeteiligten ein Dokumentations- und Kommunikationsmittel zu haben. Am häufigsten greift man darauf bei der Nutzungsplanung, der Verkehrsplanung, dem Landschaftsschutz, der Erholungsplanung sowie der Dokumentation von Veränderungen zurück. Beispielsweise kann es zunächst zur Identifikation von Flächen wie den alten Aachener Bergbauregionen, oder zur Erfassung von Hecken in der Agrarlandschaft dienen, um dann eine Nutzung diversen Kleinunternehmen im Sinne von Flächenrecycling zuzuweisen.

Im Aachener Raum sind auf einer Luftbildkarte im Maßstab von 1:5000 das Straßennetz, die Bebauung, sowie die Grünflächen gut erkennbar. Wenn sich beispielsweise das Umweltamt Grundlagen wünscht, die bei der Abwägung von Vorhaben und von Planungen angewandt werden können, greift man auf diese Luftbildkarte zurück. Beispielsweise bei einer stadtgestalterische Fragestellung wie Welche stadtgestalterische Funktion hat das Grün in den unterschiedlichen Bereichen der bebauten Stadt? Worauf sollte man achten, damit sich die Bebauung und die Begrünung so gut wie möglich ergänzt? Hier kann auf der Grundlage von einer Luftbildkarte im Maßstab von 1:5000 beispielsweise die Grünmasse der Bäume und deren Beitrag zur Sauerstoffproduktion ermittelt werden. Das Grünflächenamt kann darauf ein ganzes Verwaltungsinstrument aufbauen: Erweiterung des Baumkatasters, Pflegepläne, Baumartenverteilung, Verfolgung von Krankheiten, Baumschutzsatzung usw.

5) Erläutern Sie an Beispielen, wie unterschiedliche phänologische Zustände den Tonwert in Luftbildern beeinflussen. Erklären Sie bitte, in welcher Weise Luftbilder bei der Analyse von Agrarräumen eingesetzt werden können.

Unter dem Begriff Phänologie (griech. Lehre von den Erscheinungen) versteht man die Wissenschaft, die sich mit den jährlich, immer wiederkehrenden periodischen Erscheinungen beschäftigt, die einen Zusammenhang zwischen der Witterung und der Entwicklung der Lebewesen aufzeigt, wobei man zwischen der Pflanzen- und der Tierphänologie unterscheidet. Der Tonwert hängt vom phänologischen Zustand der Pflanzen, Agrarkulturen, also von dem jeweiligen Wachstumszustand der Pflanzen, ab und der Begriff selbst bezieht sich auf die unterschiedlichen Grautöne und Schattierungen in einem Luftbild. Um diese feststellen und richtig Einordnen zu können, kann das »Meteorologische Jahrbuch« zur Hilfe genommen werden.

Der Tonwert in Luftbildern trägt zur Interpretation bei und hängt primär von der Reflektionseigenschaft der Objektoberfläche ab; andere Faktoren wie Beleuchtungs- verhältnisse, Beobachtungsrichtung oder Atmosphäre müssen berücksichtigt werden. In den Luftbildern zeigen Nadelbäume und Nadelwälder einen deutlich dunkleren Grauton als Laubbäume und Laubwälder, feuchte Standorte erscheinen dunkler als trockene, rote Gesteine oder Böden sind dunkler als hellbraune Gesteine, unterschiedlich Früchte liefern verschiedene Grauwerte. Die Gelbreife bei Getreide kann beispielsweise für die Unterscheidung von Getreidearten brauchbare Hinweise geben. Aber, die Helligkeit einer Fläche und die Objekteigenschaften geben keinen absoluten Wert, es sind eher die Helligkeitsunterschiede verschiedenartiger Flächen die eine Aussage ermöglichen. Die Schwärzungsunterschiede sind von der Spektralempfindlichkeit des Sensors abhängig und deswegen muss zum Divergieren verschiedener Objektarten und Eigenschaften das Zusammenwirken der Einzelfaktoren bekannt sein. Bei Farbbildern kommt noch der Farbton und die Sättigung dazu; der Farbton ist die Eigenschaft sich von den unbunten Farben zu unterscheiden, die Sättigung wie kräftig eine Farbe erscheint, wobei die Farbunterschiede für die Wahrnehmung aussagekräftiger sind als Einzelfarben.

Die richtige Interpretation der Luftbilder kann für diverse Planungen und weiterführende Untersuchungen hinzugezogen werden; so werden bei der Analyse der Agrarräume zum Aufschlußüber Feldfrüchte oder Landnutzungseinheiten geben, Herdenzählungen oder Bestockungsdichten ermitteln, um Erntevorasusagen, Schädlingsbefall oder andere Ernteschäden in Raum und Zeit zu untersuchen, diese relativ schnell und zuverlässig zu abzuschätzen. Des Weiteren eignen sich die Luftbilder für die Erkennung und die Voraussagen der Gefahren der Bodenzerstörung und der anschließenden Modifizierung und Planung der Flurbereinigungsmaßnahmen, da wegen der besseren Gesamterfassung der landschafts-ökologischen Einheiten als in einer topologischen Karte eine präziseres Konzept möglich ist. Die Gefahren der Bodenversalzung oder Vernässung sind genau so gut erkennbar wie der Grad der Bodenzerstörung durch Übernutzung und Überweidung. Bei der Erstellung von Bewässerungsprojekten kann man die Gebiete die zur Versalzung neigen zu eliminieren, oder diejenigen die hohe Infiltrationskapazitäten aufweisen auszuklammern. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Möglichkeit der Ausarbeitung und Implementierung von Entwicklungs-projekten sowie agrarische Strukturanalysen oder den Zyklus der Landrotation bei Wanderfeldbaugebieten. Luftbildkarten bieten nach der Auswertung mehrere Optionen bei erworbenen Kenntnissen und ermöglichen einen besseren Überblick bei der Planung.

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