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
Häufig gestellte Fragen zu Fernerkundung und Luftbildanalyse
Was ist Fernerkundung?
Fernerkundung ist die Erforschung der Erde aus der Luft bzw. vom Weltraum aus, mit Hilfe der elektromagnetischen Strahlung, die von der Erdoberfläche zurückgeworfen oder ausgesendet wird.
Was ist ein Luftbild?
Ein Luftbild ist eine auf fotographischem Wege erzeugte, auf die Erde gerichtete Aufnahme, die von einer Empfangsplattform (Sensor) aufgenommen wird, die sich frei über der Erde befindet.
Was sind Weltraumbilder?
Weltraumbilder sind fotographische Aufnahmen der Erde und ihrer Atmosphäre, die vom Weltraum aufgenommen werden, beispielsweise von Raumschiffen oder Raumstationen.
Was versteht man unter "Remote Sensing"?
Remote Sensing umfasst alle nicht-fotographischen Fernerkundungsverfahren, die von Flugzeugen oder von Raumflugkörpern aus eingesetzt werden.
Welche Voraussetzungen gab es für die Entwicklung des modernen Luftbildwesens?
Die Entwicklung der Luft- und Raumfahrt, die Entwicklung der Fotographie und die Entwicklung der Bildmessung (Photogrammetrie).
Wie unterscheidet sich eine Karte von einem Luftbild?
Eine Karte ist eine generalisierte Darstellung in Parallelprojektion mit Legende und Koordinatensystem, während ein Luftbild eine reale Abbildung in Zentralprojektion ohne Legende und Koordinatensystem ist, die einen Augenblickzustand darstellt.
Welche Arten der Luftbildauswertung gibt es?
Qualitative Luftbildauswertung (erkennen und interpretieren von Gefügemustern) und Quantitative Luftbildauswertung (Photogrammetrie, z.B. Höhenpunkte, Flächen).
Welche Aufnahmearten gibt es nach Blickwinkeln?
Senkrechtaufnahme, Steilaufnahme, Schrägaufnahme, Flachaufnahme und Horizontbild.
Was ist das elektromagnetische Spektrum (EMS) in Bezug auf die Fernerkundung?
Die Fernerkundung bedient sich des EMS als Informationsträger. Die Sensoren nehmen die an der Erdoberfläche reflektierte elektromagnetische Strahlung auf.
Welche Bereiche des elektromagnetischen Spektrums sind für die Fernerkundung von Bedeutung?
Sichtbares Licht, Nahes Infrarot, Mittleres Infrarot und Thermales Infrarot.
Was versteht man unter Reflexion/Remission bei der Luftbildinterpretation?
Remission ist die zurückgeworfene Lichtmenge, die in die Luftbildkamera gelangt. Unterschiedliche Remissionswerte erzeugen auf s/w Filmen unterschiedliche Grautöne, die interpretiert werden.
Wovon sind Remissionswerte abhängig?
Jahreszeit, Vegetationszustand, Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, Verschmutzung der Luft, Feuchtigkeit des Bodens, durchscheinende Bodenfarben, geologische Strukturen etc.
Was sind Interpretationsschlüssel bei der Luftbildauswertung?
Hilfsmittel zur Deutung von Bildelementen, wie Ausarbeitung im Gelände ("ground check"), Rückgriff auf vorhandene Literatur, Eliminationsschlüssel, Beispielschlüssel, Analogschlüssel und Assoziationsschlüssel.
Was bedeutet Absorption, Transmission und Emission in Bezug auf Strahlung?
Absorption ist die Aufnahme von Strahlung durch einen Körper, Transmission ist die Strahlung die weder reflektiert noch absorbiert wird, und Emission ist die Ausstrahlung sekundärer Wärmestrahlung.
Wie erzeugt Landsat-TM Farbbilder?
Durch RGB-Darstellungen der einzelnen Spektralkanäle. Die Kombination 3,2,1 erzeugt ein Echtfarbenbild, 4,5,3 ein Falschfarbenbild und 4,5,7 den Farbeindruck des Infrarotfilms.
Was sind die Eigenschaften der Umlaufbahn von Landsat?
Sonnensynchron, polarumlaufend, 98,2° Neigung, 98,9 Minuten für einen Erdumlauf.
Was ist das NOAA Fernerkundungssystem?
Ein Fernerkundungssystem der USA (National Oceanic and Atmosphere Administration) mit polarer Umlaufbahn und einem AVHRR-Radiometer, das auf fünf Kanälen elektromagnetische Strahlung aufzeichnet.
Welche Vorteile bietet das NOAA-System?
Hohe Auflösung im thermischen Infrarot, große Bildstreifen (ca. 3000 km), relativ günstige Beschaffung der Bilder und Einsatzgebiete wie Waldbrände, Abholzung und Wettervorhersage.
- Arbeit zitieren
- Henning Schwarze (Autor:in), 1998, Fernerkundung und Luftbildanalyse. Definition und Grundlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/96267