Fernerkundung: Airborne Laserscanning


Hausarbeit, 2010

16 Seiten, Note: 1,3

Anonym


Leseprobe

I Inhaltsverzeichnis

II Abbildungsverzeichnis.

III Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Funktionsweise
2.1 Geometrische Eigenschaften
2.2 Reflektionsgrad der Oberfläche
2.3 Genauigkeit
2.4 Bildverzerrung.

3. Einsatzmöglichkeiten
3.1 Land- und Forstwirtschaft
3.2 Hydrologie
3.3 Bathymetrie
3.4 Gebäudeerfassung.
3.5 Archäologie.
3.6 Trassenkartierung
3.7 Standortanalyse

IV Quellenverzeichnis

II Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Funktion von Airborne Laserscanning

Abb. 2: Prinzipieller Aufbau eines Laserscanners.

Abb. 3: Die unterschiedlichen gemessenen Impulse führen zu verschiedenen Datensätzen

Abb. 4: Die Abbildungsgeometrien von photographischen Systemen und digitalen Flächenkameras (links), Scanner- Systemen (mitte) und Radarsystemen (rechts)

Abb. 5: Das Aufnahmeprinzip des Airborne Laserscanning

Abb. 6: Digitales Oberflächenmodell mit Vegetation vom Arlberg; digitales Geländemodell vom Arlberg.

Abb.7: Waldhöhenklassen.

Abb. 8: Beispiel für eine bathymetrische Karte, aus ALS- Daten erstellt

III Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Typische Reflektionsgrade von verschiedenen Materialien bei einer Wellenlänge von 900 nm

1 Einleitung

Als Airborne Laserscanning (ALS) wird ein aktives Verfahren der Fernerkundung bezeichnet, bei dem die Erdoberfläche punktweise von einem Laser erfasst wird, der sich in einem Luftfahrzeug befindet (Albertz 2009). Ein häufig verwendetes Synonym für Airborne Laserscanning lautet LiDaR- Light Detection and Ranging. Das Laserscanning gilt als eine der bedeutendsten Neuerungen in dem Bereich der topographischen Kartographie in den letzten Jahrzehnten und als wichtigstes Instrument zur Geodatenaquisition (Shan & Toth 2009). Ziel ist die Messung zahlreicher Punkte an der Geländeoberfläche, um diese dann geometrisch, dreidimensional abbilden zu können. Dafür bestimmt ein Laserstrahl die Entfernung zwischen einem Sensor an Bord des Flugzeugs und der Geländeoberfläche (s. Abb. 1). Gebäude, Bäume und sonstigen Objekte auf der Erdoberfläche werden dabei mit abgebildet. Aus der Gesamtheit der Messpunkte können nach Bearbeitung der Rohdaten unter anderem dreidimensionale digitale Oberflächenmodelle (DOM) oder digitale Geländemodelle (DGM) erstellt werden (Albertz 2009). Die Vorteile des Verfahrens sind die hohe Genauigkeit der Datenerfassung sowie, dass in kurzer Zeit eine große Fläche erfasst werden kann (Shan & Toth 2009). Da das Sensorsystem mit einem GPS ausgestattet ist, welches stetig die Position des Flugzeugs und die Orientierung des Sensors bestimmt, sind den gewonnenen Punktdaten bereits räumliche Koordinaten (x,y,z) zugeordnet. Sie stehen damit schneller und einfacher für die Anwendung und Weiterverarbeitung zur Verfügung als Daten anderer Messsysteme (Shan & Toth 2009).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Funktion von Airborne Laserscanning (http://www.innovations-report.de/html/berichte/informationstechnologie/bericht-45681.html)

2 Funktionsweise

Die Datenerfassung beim Laserscanning erfolgt automatisch und deckt ein Gebiet komplett ab, es werden also nicht nur, wie bei anderen Fernerkundungstechniken, punktuelle Gebietsausschnitte aufgenommen (Heritage & Large 2009). Ein Laserscanner besteht grundsätzlich aus einem Halbleiterlaser, einer Strahlablenkeinheit (optisch-mechanischer Scanner) und einer Laserentfernungsmesseinheit (s. Abb. 2) (Shan & Toth 2009). Der Laserstrahl hat für das Laserscanning i. d. R. eine Wellenlänge im Bereich des nahen Infrarot (Maas 2007). Zum scannen einer Geländeoberfläche ist eine Bewegung in zwei Richtungen notwendig, die Bewegung nach vorne in Fluglinie und die Bewegung quer zur Flugrichtung (s. Abb. 1). Für die Ablenkung des Laserstrahls quer zur Flugrichtung wird ein rotierender Spiegel verwendet. Die Bewegungen des Spiegels, welche das Scan-Muster bestimmt, können parallel zur Flugrichtung zeilenweise oszillierend oder elliptisch erfolgen (Albertz 2009).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Prinzipieller Aufbau eines Laserscanners (http://www.tomshardware.de/autonomes-fahren-vw-golf-gti,testberichte-1513-2.html)

Der von einer Laserdiode ausgesendete Laserimpuls trifft auf eine Oberfläche, dabei kann es sich um eine Baumkrone oder ein Gebäude handeln (s. Abb. 3). Von dort aus wird der Impuls zurück zum Luftfahrzeug reflektiert, man spricht hierbei vom „first pulse“. Ein Sensor errechnet dann mit folgender Formel die Distanz vom Ausgangspunkt des Lasers zum Punkt der Reflektion:

Distanz = (Lichtgeschwindigkeit x Flugzeit) : 2

Als Flugzeit wird hier die Zeit vom Aussenden des Lasersignals bis zur Ankunft des Echos bezeichnet (Heritage & Large 2009). Das Lasersignal kann noch mehere Male reflektiert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass es sich beim „last pulse“ um die Reflektion von der tatsächliche Erdoberfläche handelt, doch das ist, vor allem bei sehr dichter Vegetation oder sehr unwegsamen Gelände nicht immer der Fall (Heritage & Large 2009). Die Entfernung zum Punkt der Reflektion ist noch nicht ausreichend für Erstellung der Punktkoordinaten x, y und z. Die Richtung des Laserimpulses und die Lage des Lasersensors zum Zeitpunkt der Aussendung eines Impulses werden ebenfalls aufgezeichnet. Dazu wird die Stellung des Laserscanners und seine Lage im Raum von einem Inertial Navigation System (INS) aufgezeichnet (s.u.), während die Position des Luftfahrzeugs bzw. Laserscanningsystems im Raum durch ein GPS bestimmt wird. Durch die Kombination der Daten Entfernung zum Ziel, Orientierung und Lage im Raum ist es möglich, die genauen Koordinaten für jeden einzelnen gemessenen Punkt in absoluten x-, y- und z-Koordinaten zu berechnen.

[...]

Ende der Leseprobe aus 16 Seiten

Details

Titel
Fernerkundung: Airborne Laserscanning
Hochschule
Technische Universität Dresden
Note
1,3
Jahr
2010
Seiten
16
Katalognummer
V204572
ISBN (eBook)
9783656312505
ISBN (Buch)
9783656312949
Dateigröße
17077 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Fernerkundung, Laserscanning, Digitales Geländemodell, Digitales Oberflächenmodell
Arbeit zitieren
Anonym, 2010, Fernerkundung: Airborne Laserscanning, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204572

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