Grundlagen der Fernerkundung an der LMU München

Karteikarten und Zusammenfassungen für Grundlagen der Fernerkundung an der LMU München

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Was ist eigentlich Fernerkundung?

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Arten von Fernerkundung

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Datenmodelle für Geodaten

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Rasterdaten <> Vektordaten

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Das DIMAP-Dateiformat

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Aktive Fernerkundungssysteme

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Passive Fernerkundungssysteme

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Lichtgeschwindigkeit

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reflektierende und immitierende Strahlung

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Erdatmosphäre und Strahlungstransfer

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störende Einfluss der Atmosphäre

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Wechselwirkungen eines Körpers mit Strahlung abhängig von:

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Grundlagen der Fernerkundung

Was ist eigentlich Fernerkundung?

Erhebung von Informationen über den physikalischen Zustand der Umwelt:

  • durch direkte Messung (dabei befindet sich das Messgerät am Ort der Messung)
  • durch Fernmessung (das Messgerät befindet sich am Ort der Messung, die erhobenen Daten werden aber entfernt davon angezeigt, z.B. über Funksignale)
  • durch Fernerkundung (das Messgerät befindet sich in einiger Entfernung vom Ort der Messung: die zu messende Größe wird aus der vom Objekt reflektierten oder emittierten elektro-magnetischen Strahlung abgeleitet: z.B. Messung Wassertemperatur vom Flugzeug oder Satelliten)


Fernerkundung ist also ein indirektes Beobachtungsverfahren. Sie vermittelt uns Informationen über Gegenstände, ohne dass diese unmittelbar berührt werden müssen.

Grundlagen der Fernerkundung

Arten von Fernerkundung

  • Satellitenfernerkundung zur Landnutzungserfassung und Umweltbewertung, z.B. Sentinel-2
  • Hyperspektrale Fernerkundung (im Labor, Gelände und flugzeuggestützt), z.B. HySpex VNIR-1600 und SWIR-320m-e
  • Drohnenfernerkundung, terrestrisches Laserscanning und räumliche Modellierung, z.B. Quadrocopter
  • Geländearbeiten: Sammeln von Referenzinformationen

Grundlagen der Fernerkundung

Datenmodelle für Geodaten

Punkte:
• Nulldimensionale Objekte (keine Ausdehnung)
• Geometrie: Beschrieben durch einen einzelnen Vektor: (x,y) – Koordinatenpaar


Linien:
• Eindimensionale Objekte (nur längsgerichtete Ausdehnung)
• Geometrie: Folge von Punkten, die den Verlauf (die Achse) des Objekts beschreiben


Flächen:
• Zweidimensionale Objekte (längs- und quergerichtete Ausdehnung)
• Geometrie: Folge von Punkten, die den Umriss (die Kanten) des Objekts beschreiben


Rasterdaten: 

Gitter sind zweidimensionale Objekte, deren Fläche durch regelmäßig angeordnete Gitterzellen abgebildet wird.

Grundlagen der Fernerkundung

Rasterdaten <> Vektordaten

Gitterdaten sind gespeicherte Zahlenwerte, wobei der Wert ein inhaltliches Attribut abbildet => Rasterdaten


Rasterdaten beschreiben per se flächenhafte Sachverhalte: Vektordaten basieren auf Punkten und Linien, der Raum dazwischen ist nur explizit vorhanden


• Rasterdaten beanspruchen große Datenmengen: Vektordaten erlauben gegenüber
Rasterdaten eine genauere Modellierung des Raumes.


• Vektordaten bilden Objekte ab: Rasterdaten basieren auf Pixeln und können nur umständlich zur Abbildung von komplexen Objektstrukturen verwendet werden.


• Vektordaten erfordern komplexe Algorithmen: Rasterdaten können durch sehr einfache und schnelle Berechnungsvorgänge in GIS-typischen Operationen genutzt werden (z.B. Verschneidungen)


Die Wahl eines Datenmodells hängt immer von mehreren Faktoren ab:
Verfahren zur Erfassung von Daten
– Zur Verfügung stehende Hard- und Software
Projektspezifische Eigenschaften

Grundlagen der Fernerkundung

Das DIMAP-Dateiformat

• „Container-Struktur“
• XML-basierte Organisation der Daten
• Gleichzeitige Berücksichtigung von Vektor- und Rasterdaten
• Schneller Zugriff und schnelle Bearbeitung der Daten

Grundlagen der Fernerkundung

Aktive Fernerkundungssysteme

nutzen ihre eigene Energiequellen

  • Mikrowellenfernerkundung
  • Radarfernerkundung
  • Laserscanning


Grundlagen der Fernerkundung

Passive Fernerkundungssysteme

Passive Fernerkundungssysteme nutzen vorhandene Energieflüsse.


Nach den Quellen der in der Erdatmosphäre wirksamen Strahlung unterscheidet man zwischen solarer und terrestrischer Strahlung. 

Energiequelle für die solare Strahlung ist die Sonne.


Grundlagen der Fernerkundung

Lichtgeschwindigkeit

Als Lichtgeschwindigkeit bezeichnet man die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts und anderer elektromagnetischer Wellen. Sie ist in Materie stets kleiner als im leeren Raum (Vakuum).


Dieser größtmögliche Wert von c, ist die Vakuumlichtgeschwindigkeit = Naturkonstante 

Grundlagen der Fernerkundung

reflektierende und immitierende Strahlung

  • Der für reflektiv arbeitende Aufnahmesysteme nutzbare Wellenlängenbereich der solaren Strahlung beginnt etwa bei λ = 0.3 µm - 3.5/ 5.0 µm angegeben.


  • Natürliche terrestrische Strahlung stammt aus Emissionen der Erdoberfläche und der Atmosphäre. Sie beginnt bei Wellenlängen von λ = 3.0 µm und schließt den gesamten thermalen Infrarot- sowie den gesamten Mikrowellenbereich mit ein.


  •  Überlappung zwischen reflektierter und immittierter Strahlung aufgrund der Eigentemperatur der Erde/ an heißen Objekte -->Lösung: Nachtaufnahmen, da entfällt der reflektierte Anteil

Grundlagen der Fernerkundung

Erdatmosphäre und Strahlungstransfer

  • Die Erdatmosphäre besteht aus N2 (78%), O2 (21%), Ar (0,9%) und verschiedenen Spurengasen (u.a. CO2, CH4, O3, H20).
  • Davon sind vor allen Dingen O3 und H20 starken räumlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen.
  • Partikel unterschiedlicher Größe beeinflussen die Strahlungsausbreitung (Aerosole)
  • Von der Sonne ausgesandte Strahlung muss bis zur Erdoberfläche die Atmosphäre durchlaufen, und unterliegt dort Prozessen von Streuung und Absorption, die zusammen als Extinktion bezeichnet werden
  • Diese Prozesse sind stark wellenlängenabhängig.

Grundlagen der Fernerkundung

störende Einfluss der Atmosphäre

  • Geofernerkundung störender Einfluss der Atmosphäre durch Korrekturverfahren wird nach Möglichkeit gemindert 


  • Fernerkundung der Atmosphäre kommt es gerade auf die Erfassung der
    Wechselwirkung zwischen ihr und der Strahlung an.

Grundlagen der Fernerkundung

Wechselwirkungen eines Körpers mit Strahlung abhängig von:

Beschaffenheit des Körpers 

Wellenlänge 

Strahlung 

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