Kartenerstellung aus Landsat - Satellitenbilder mit Hilfe von ERDAS Imagine

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Kartengrundlage - Beschreibung des Ausgangsmaterials
2.1 Verwendete Software
2.2 Die verwendeten Satellitendaten

3. Datenaufbereitung
3.1 Beurteilung der Bildqualität
3.2 Aufbereitung der Satellitendaten
3.2.1 Kontrastverbesserungen
3.2.2 Filtertechniken
3.2.3 Datenfusion

4. Kartengestaltung

Anhang A: Ferienorte mit Zahlen der Übernachtungsmöglichkeiten

Anhang B: Histogramme der einzelnen Kanäle sowie eine kurze Beschreibung ihrer Helligkeit und Grauwertverteilung

Anhang C: Tourismuskarte „Tourismus an der Mittel- und Untermosel - Sehenswürdigkeiten und Ferienorte„

1. Einleitung

Im Rahmen des Seminars „Einführung in die Satellitenkartographie“ war die Abschlussaufgabe eine Tourismuskarte zu erstellen. Als Basis hierfür dienten ERDAS Imagine 9.0. und zwei Landsat - Satellitenbilder.

Die wichtigste Erscheinung meines Ausschnitts ist ein Teil des Flusses Mosel (Mittelmosel bis Untermosel), worauf meine thematische Karte später basieren wird. Als Mittelmosel wird der Flussabschnitt der Mosel bezeichnet, der im Bundesland Rheinland-Pfalz von der Stadt Trier bis etwa nach Zell verläuft. Der sich anschließende Flussabschnitt bis zur Mündung der Mosel in den Rhein wird Untermosel genannt. Die Mittelmosellandschaft ist geprägt durch eine Vielzahl bekannter Wein- und Fremdenverkehrsorte und die vielen Mäander des Flusses, der zwischen den Mittelgebirgen Hunsrück und Eifel in einem tief eingeschnittenen Tal einen landschaftlich außergewöhnlich reizvollen Weg gefunden hat.

2. Kartengrundlage - Beschreibung des Ausgangsmaterials

In diesem Abschnitt werde ich die verwendete Software sowie meine Datengrundlage beschreiben.

2.1 Verwendete Software

Für die digitale Bildverarbeitung und die Auswertung der Fernerkundungsdaten wurde das Programm ERDAS Imagine der Firma ERDAS in der Version 9.0 verwendet. Als professionelle Fernerkundungssoftware bietet ERDAS Imagine eine Vielzahl an Möglichkeiten der Bildverbesserung und Analysefunktionen.

2.2 Die verwendeten Satellitendaten

Die in dieser Arbeit verwendeten Satellitendaten wurden vom Landsat 7, ETM+ System aufgenommen. Die Landsat - Systeme werden in drei Generationen unterteilt. Der erste Satellit der amerikanischen Landsat - Reihe wurde 1972 in die Erdumlaufbahn befördert. Die erste Generation (Landsat-1 bis -3) war mit zwei Sensoren ausgestattet, ein Multispektralscanner (MSS) und eine Return Beam Vidicon (RBV) Kamera. Der Start des Landsat-4 im Jahre 1982 eröffnete die zweite Generation (4 bis 6) dieser Satellitenreihe. Zusätzlich zum MSS Sensor wurden diese mit einem Thematic Mapper (TM) ausgestattet, der eine geometrische Auflösung von 30 m erreicht. Während der Satellit Landsat-6 beim Start 1993 verloren ging, befinden sich Landsat-4 und -5 noch auf ihren Umlaufbahnen und sind betriebsbereit. Der im April 1999 gestartete Landsat 7 (dritte Generation) ist der modernste Vertreter dieser erfolgreichen Satellitenreihe. Er kreist zu Zeit in 705 km Höhe um die Erde und hat eine Bahnneigung von 98,2°. Jede Erdumkreisung dauert ca. 100 Minuten. Die gesamte Erdoberfläche wird in 16 Tagen aufgenommen, d.h. der Satellit erreicht einen Wiederholungsrhythmus für ein bestimmtes Gebiet von sechzehn Tagen. In Kombination mit Landsat 5 kann sogar eine Wiederholrate von acht Tagen erreicht werden. Er ist mit einem Enhanced Thematic Mapper (ETM+) ausgestattet, der sechs Multispektralkanäle mit 30 m und einen panchromatischen Kanal mit 15 m Auflösung aufweist. Die Szenengrößen betragen 183 x 170 Kilometer.

Durch die jahrzehntelange Kontinuität der Aufnahmen in sieben Spektralkanälen sind Landsat-TM Daten besonders für die Erhebung der Landnutzung, Klassifizierungen der Bodenbedeckung, für forstwirtschaftliche und umweltbezogene Studien sowie für Planung und Kontrolle im Bereich Resourcenmanagement geeignet. In Tabelle 1 sind die wichtigsten Daten zu den Landsat - Satelliten 1 bis 7 zusammengefasst.

Tab. 1: Technische Daten der Landsat-Sensoren (Quelle: http://www.fe-lexikon.info/lexikon-l.htm#landsat)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Datenaufbereitung

Die Bearbeitung der Landsat - Daten hat zum Ziel die Datenqualität geometrisch und spektral zu verbessern. Im folgenden Abschnitt werden die Ausgangsdaten beurteilt sowie deren Aufbereitung beschrieben.

3.1 Beurteilung der Bildqualität

Die Qualität des verfügbaren Bildmaterials kann mit gut bewertet werden. Es treten keine Fehler auf, wie Rauschen oder Streifenmuster im Bild. Auch Mängel wie Wolken und Wolkenschatten sind kaum vorhanden. Das panchromatische Bild hat eine geometrische Auflösung von 15 x 15 Meter und die radiometrische Auflösung beträgt 8 Bit. Die multispektrale Aufnahme hat eine Anzahl von sechs Aufnahmekanälen, die eine geometrische Auflösung von 30 x 30 Meter haben. Die Histogramme der einzelnen Kanäle sowie eine kurze Beschreibung ihrer Helligkeit und Grauwertverteilung finden sich im Anhang A. .

3.2 Aufbereitung der Satellitendaten

Die Datenaufbereitung beinhaltet die geometrische Entzerrung, sowie die Optimierung der Bildqualität. Die geometrische Entzerrung bzw. Rektifizierung besteht in der Anpassung der Satellitendaten an eine Kartenprojektion, was für die gemeinsame Verwendung mit anderen räumlichen Daten in einem GIS die grundlegende Voraussetzung ist. Da unsere Satellitenbilder bereits georektifiziert waren entfiel dieser Schritt. Die Bildqualität beeinflusst vor allem die Güte der visuellen Interpretation. Die Optimierung der Bildqualität umfasst die Vorprozessierung zur Eliminierung systembedingter Datenfehler (Rauschen, Streifen usw.), die Minimierung atmosphärischer Einflüsse (z.B. Dunstschleier) und die Zusammenführung der Daten unterschiedlicher räumlicher Auflösung. Darüber hinaus gibt es noch weitere Module zur Bildoptimierung, beispielsweise Funktionen und Filter zur Kontrastverbesserung. Im folgenden Abschnitt werde ich verschiedene Ansätze beschreiben, die ich zur Verbesserung meiner Daten benutzt habe.

3.2.1 Kontrastverbesserungen

Normalerweise nehmen die Pixelwerte des Kanals einer multispektralen Satellitenaufnahme nur einen mehr oder weniger großen Teil des zur Verfügung stehenden Spektrums von 256 verschiedenen Werten ein. Die Folge ist eine kontrastarme Wiedergabe der Landoberfläche, welche die visuelle Interpretation erschwert. Verschiedene Parameter wie minimaler, maximaler und mittlerer Grauwert geben Auskunft über die Helligkeit eines Bildes, während die Standardabweichung und die Varianz der Grauwertverteilung den Kontrastreichtum beschreiben (siehe auch Anhang A). Der Kontrastreichtum ist ein Maß für den Informationsgehalt, denn je größer der Kontrast, desto mehr Information kann in einem Bild enthalten sein. ERDAS über die Möglichkeit, die Histogramme der angezeigten Kanäle mit Hilfe einer Transformation so zu strecken, dass der zur Verfügung stehende Datenraum von 0 bis 255 optimal genutzt wird, wodurch eine kontrastreichere Darstellung entsteht. Für die visuelle Interpretation wurden die Kontraste der Ausgangsbilddaten mithilfe der „Histogram Equalization“ bearbeitet (Abb. 1). Diese Datensätze wurden für die weitere Bearbeitung benutzt.

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