Fernerkundung und Luftbildanalyse. Definition und Grundlagen

Fernerkundung und Luftbildanalyse

Fernerkundung Def.:

Fernerkundung ist die Erforschung (Erkundung) der Erde aus der Luft bzw. Vom Weltraum aus, mit Hilfe der elektromagnetischen Strahlung (z.B. Licht), die von der Erdoberfläche zurückgeworfen oder ausgesendet wird.

Luftbild (engl. aerial photograph)

Als Luftbild bezeichnet man alle, auf fotographischem Wege (d.h. über einen fotochemischen Prozeß) erzeugten, auf die Erde gerichteten Aufnahmen, die von einer aus unterschiedlicher Höhe frei über der Erde sich befindlichen Empfangsplattform (Sensor) aufgenommen werden.

Als Kameraträger (Sensorplattformen) dienen z.B. Ballons, Luftschiffe und Flugzeuge. Weltraumbilder Weltraumbilder sind fotographische Aufnahmen der Erde und ihrer Atmosphäre, die vom Weltraum aufgenommen werden. Als Sensorplattformen dienen Raumflugkörper (Raumschiffe, Stationen), z.B. Mittelformataufnahmen mit Hasselblad, Metrische Kamera und ähnliche.

Remote Sensing

Remote Sensing umfaßt alle nicht-fotographischen Fernerkundungsverfahren, die von Flugzeugen oder von Raumflugkörpern aus eingesetzt werden.

Als Sensoren (Empfänger) für unterschiedliche Bereiche des elektromagnetischen

Wellenlängensektors dienen, z.B. Spektrometer, Scanner, Radiometer und Radargeräte.

Voraussetzungen für die Entwicklung des modernen Luftbildwesens

1. Entwicklung der Luft- u. Raumfahrt
2. - Entwicklung der Fotographie
3. - Entwicklung der Bildmessung (Photogrammetrie)

Historischer Abriß des Luftbildwesens

1783: 1. Ballonaufstieg

1839: Erfindung der Fotographie

1858: 1. Luftbilder durch Ballonfahrer 1859: Entwicklung der Photogrammetrie 1889: Entwicklung der Rollbildkamera

1892: Einführung des stereoskopischen Meßprinzips 1900: 1. Lenkbare Luftschiffe

1903: 1. Motorflug

1914-1918: Einsatz von Luftbildern zur Aufklärung im 1. WK 1915: Bau der ersten Reihenmeßkammer (RMK)

1920: Einsatz von Luftbildern zur Erdölprospektion und zur Photogrammetrie 1923: Bau des Zeiss Stereoplanigraphs, Anfertigung von Luftbildplänen 1925: Air Photo Library in Kanada

ab 1930: zunehmender, nicht photogrammetrischer Einsatz von Luftbildern bei geound agrarwissenschaftlichen Fragestellungen

1935: Entwicklung des Farbfilms

1939-1945: Luftbildaufklärung aller Nationen im 2.WK, Entwicklung der Radartechnik 1942: Falschfarben IR-Film von Kodak (Spektrozonal- oder Enttarnungsfilm) 1961: 1. Bemannter Raumflug (Wostok 1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

a. Karte:

- generalisierte Darstellung
- Parallel (Orthogonal) Projektion
- Legende, "Langzeitzustand", statische Abbildung
- Beschriftung
- Koordinatensystem

b. Luftbild

- reale, wirkliche Abbildung
- Zentral (polar) Projektion (führt zu Verzerrung)
- keine Legende (Interpretationsschlüssel)
- Augenblickzustand, Momentanaufnahme
- keine Beschriftung (Ausnahme: Orthofotokarte)
- kein Koordinatensystem

Luftbildauswertung

1. Qualitative Luftbildauswertung

(erkennen und interpretieren von wahrgenommenen Gefügemustern)

2. Quantitative Luftbildauswertung

(= Photogrammetrie, z.B. Höhenpunkte, Höhenlinien, Flächen etc.)

Aufnahmearten nach Blickwinkeln

- Senkrechtaufnahme (< 4° gegen die Vertikale geneigt)
- Steilaufnahme (4°- 30° gegen die Vertikale geneigt)
- Schrägaufnahme (30°- 60° gegen die Vertikale geneigt > Horizont)
- Flachaufnahme (60°- 90° Horizont)
- Horizontbild (90° waagerechte Lage)

Das elektromagnetische Spektrum (EMS)

Die Fernerkundung bedient sich des EMS als Informationsträger. Die Sensoren der Aufnahmesysteme (z.B. Filme, Scanner) nehmen die an der Erdoberfläche reflektierte elektromagnetische Strahlung auf (passive Verfahren).

Verschiedene Reflexionseigenschaften der Objekte sind die Voraussetzung dafür, daß verwertbare Fernerkundungsdaten bzw. Bilder entstehen. Aus dem gesamten EMS sind für die Fernerkundung nur einzelne Teilbereiche zwischen den Gammastrahlen und Radiowellen von Bedeutung.

Sichtbares Licht ("Optisches Fenster")

Den Spektralbereich von etwa 0,35 mm und 0,7 mm kann das menschliche Auge wahrnehmen. Es sind dies nach steigender Wellenlänge die Farben violett, blau, grün, gelb, orange und rot.

In diesem Spektralbereich ist die Atmosphäre nahezu ganz durchlässig.

Nahes Infrarot

Der Teil des nahen Infrarot, der noch von photographischem Material aufgenommen werden kann (ca. 0,7- 1 mm), wird als photographisches IR bezeichnet. Auf den dabei verwendeten Farbfilmen erscheint das IR als rot. Daher spricht man auch von

Falschfarbenbildern, bei denen besonders die Vegetation, die im nahen IR Bereich besonders stark reflektiert, in roter Farbe erscheint.

Mittleres IR

Die Wellenlängen von 1,3- 2,7 mm werden als mittleres IR bezeichnet.

Thermale IR

Das Thermale IR umfaßt den Wellenlängenbereich von 8- 14 mm. In diesem Bereich liegt die von den Objekten emittierte Wärmestrahlung.

Auswertung/ Interpretation von Luftbildern

- Luftbildmosaik (zusammengesetzte Luftbildübersicht)
- Reflexion/ Remission (Remissionswerte von Oberflächenmustern und Objekten
- Remission = zurückgeworfene Lichtmenge, die in die Luftbildkamera gelangt und dort einen fotochemischen Prozeß auf einer Filmemulsion ablaufen läßt.
- Auf s/w Filmen erzeugen unterschiedliche Remissionswerte dunklere bzw. hellere Grautöne, die es im Zuge der Bildinterpretation auszuwerten gilt. (geringe R. = dunkle Grautöne, hohe R. = helle Grautöne)

Remissionswerte

sind abhängig von:

- Jahreszeit
- Vegetationszustand, Kulturart
- Wasserdampfgehalt der Atmosphäre
- Verschmutzung der Luft
- Feuchtigkeit des Bodens
- durchscheinende Bodenfarben, geologische Strukturen etc.

Remissionswerte in % des einfallenden Lichtes

- dunkler Wald (Nadelwald) 1-3 %
- Teerstraße ca. 8 %
- Ackerflächen (unbewachsen und feucht) 9 %
- grünes Gras (trocken) 14 %
- Ackerflächen (unbewachsen und trocken) 15 %
- gelber Sand (naß) 18 %
- gelber Sand (trocken) 31 %
- rauher Beton (trocken) 35 %
- alter Schnee 42- 70 %
- Neuschnee 80- 85 %
- Textur - Struktur- Mustererkennung (groß, klein, rund, oval, länglich etc.)
- Interpretationsschlüssel
- Ausarbeitung im Gelände ("ground check")
- Rückgriff auf vorhandene Literatur
- Eliminationsschlüssel (sog. Gabelschlüssel: vom allgemeinen zum speziellen)
- Beispielschlüssel (Beschreibung und Darstellung einzelner Objekte hinsichtlich Seitenansicht und Aufsicht)
- Analogschlüssel (Benutzung eines bereits interpretierten Luftbildes zur Deutung des vorliegenden Luftbildes)
- Assoziationsschlüssel (Schluß von deutbaren Bildelementen auf nicht deutbare Bildteile, die aber in einem thematischen Zusammenhang stehen > Hypothesenbildung)

Absorption

Ein Körper kann Strahlung aber auch absorbieren (aufnehmen), wobei aufgrund der Wechselwirkung mit beweglichen Ladungsträgern in der Materie sich die Energieaufnahme in einer Erhöhung der Bewegungsenergie der Materialbausteine äußert, was ein erwärmen des Körpers zur Folge hat. Die Erwärmung wiederum führt zur Ausstrahlung sekundärer und Wärmestrahlung, die man als Emission bezeichnet.

Transmission

Strahlung die weder reflektiert noch absorbiert wird, bezeichnet man als transmittierende Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung durchdringt Körper ohne Frequenzänderung.

Landsat - TM

Farbige Wiedergabe durch RGB (rot-gelb-blau) Darstellungen der einzelnen Spektralkanäle (bzw. Spektralbänder).

- die Kombination 3,2,1 erzeugt ein "Echtfarbenbild" (natürlicher Farbeindruck des Betrachters)
- die Kombination 4,5,3 erzeugt ein "Falschfarbenbild" (d.h. die dargestellten Bildelemente besitzen die vom Betrachter "erwartete" Farbe, z.B. wird Wasser blau und die Vegetation grün dargestellt)
- die Kombination 4,5,7 erzeugt den Farbeindruck des Infrarotfilms (d.h. die Vegetation wird in rötlich bis rötlich- braunen Farbtönen, Wasserflächen in dunkelblau bis schwarz und versiegelte und degradierte, vegetationslose Oberflächen werden in bläulichen Farbtönen wiedergegeben)
- die Kombinationen 5,4,2 und 7,5,3 erzeugen "Pseudofarbbilder", durch die "natürliche" Farbeindrücke stark verfremdet wiedergegeben werden (z.B. Straßen und offene Flächen in rot, Wasser in gelb, Vegetation in blau) Infos Landsat:
- er hat eine sonnensynchrone Umlaufbahn, d.h. jede Aufnahme wird um 09:45 A.M. gemacht
- er ist Polarumlaufend
- er hat 98,2° Neigung
- 98,9 Minuten werden für einen Erdumlauf benötigt

NOAA Fernerkundungssystem (USA)

(National Oceanic and Atmosphere Administration)

- polare Umlaufbahn
- 850 km Höhe
- Umlaufzeit 102 min.
- die ganze Erde kann beobachtet werden
- das System arbeitet mit einem AVHRR- Radiometer, das auf fünf Kanälen elektromagnetische Strahlung aufzeichnet
- die räumliche Auflösung der Pixel beträgt ca. 1x1 km

Kanal 1: 0,55-0,7 mm

Kanal 2: 0,7-1,1 mm

Kanal 3: 3,6-3,7 mm

Kanal 4: 10,3-11,3 mm Kanal 5: 11,5-12,5 mm

Vorteile des NOAA:

- hohe Auflösung im thermischen Infrarot

- ein Bildstreifen überdeckt ca. 3000 km und gestattet somit großräumige Inventuren der Erdoberfläche (> gut für meterologische Angaben)
- die Bilder sind relativ günstig zu erwerben
- Einsatzgebiete: - Wald- o. Steppenbrände, Abholzung, Sturm- u. Wettervorhersage

Copyright 1998 by Henning Schwarze