Digitale Geländemodelle SRTM

Überblick Was ist die SRTM? Messprinzip Vom Radarecho zur Landkarte Nutzung der Daten Beispiel GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Was ist die SRTM? Shuttle Radar Topography Mission amerikanisch-europäisches Weltraumprojekt Abscannen der Erde mittels Radar Ziel: Homogenes, hochqualitatives und globales DEM ( Weltkarte des 21. Jahrhunderts) GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Auflösung beste global zur Zeit verfügbares DEM (GLOBE) hat horizontale Auflösung von 1000m mit einer Höhengenauigkeit von 100m. nach SRTM: neues DEM mit horizontaler Auflösung von ca. 25m und einer Höhengenauigkeit von 16m. GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Auflösung SRTM-Bild 25m-Auflösung GLOBE-Aufnahme 1000m-Auflösung GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Missionsdaten Start: 11. Februar 2000 Landung: 23. Februar 2000 Missionsdauer: 11 Tage Spaceshuttle: Endeavor Orbithöhe: 233 Kilometer Gesamtgewicht: 13,6 Tonnen Datenmenge: ca. 18 Terabyte (ca. 27.000 CDs) GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Missionsdaten Bahnneigung: 57 Grad gegenüber Äquator => Shuttle überstreifte alle Gebiete zwischen dem 60. nördlichen und dem 58. südlichen Breitengrad das sind 80% der gesamten festen Erdoberfläche = 13 Mio. km² GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Erfassungsgebiet GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

SRTM-Radarsystem Um aus 200km Entfernung auf dem Erdboden 2 Objekte von 10m Größe unterscheiden zukönnen, bräuchte man eine Antenne von 700 m Durchmesser. Trick: SAR (Synthetic Aperture Radar) eine kleine Antenne überfliegt ein großes Gebiet auf der Erdoberfläche. Die aufgenommenen Daten werden im Computer mit der Bewegung verrechnet. Es wird eine größere Antennenlänge simuliert GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Messprinzip Radar-Interferometrie: d.h. man nimmt 2 Radarbilder gleichzeitig aus 2 unterschiedlichen Perspektiven auf (Single-Pass-Interferometrie) „Stereo-Blick“ auf die Erde aus den unterschiedlichen Positionen der Empfangsantennen ergeben sich Zeitunterschiede in den empfangenen Signalen aus denen können mit aufwendigen Rechen- und Korrekturverfahren Geländehöhen errechnet werden GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Messprinzip Repeat Pass (konventionell): 2 zeitlich getrennte Überflüge (z.B. Radarsat, ERS) Single Pass (neu): ein Überflug mit 2 Empfangsantennen (SRTM) GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Vorteile von Radar gegenüber optische Verfahren auch bei Nacht einsetzbar (Permanentmessungen) unabhängig vom Wetter (Wolkendurchdringend) GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Messprinzip Space Shuttle fliegt auf dem Rücken Hauptantenne (Inboard-Antenne) befindet sich in geöffneter Ladebucht - zugleich Sender und Empfänger von Radarsignalen aus Ladebucht wird akkordeonartig ein 60m langer Mast ausgefahren - besteht aus Karbonfasersegmenten + Titan-Seil-Abspannung am Ende des Mastes sitzt eine kleinere Antenne (Outboard-Antenne) - nur Empfänger GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Messprinzip Radarsystem von SRTM besteht aus 2 Einheiten, die gleichzeitig eingesetzt wurden: SIR C (Shuttle Imaging Radar C) - tastet den Erdboden in 225 km breite Streifen ab - Wellenlänge: 6 cm - Frequenz: 5,3 Gigahertz X-SAR (X-Band Synthetic Aperture Radar) - tastet den Erdboden in 50 km breite Streifen ab - Wellenlänge: 3,1 cm - Frequenz: 9,6 Gigahertz - Nachteil: deckt nur 40% der überflogenen Landfläche ab - Vorteil: deutlich höhere Auflösung GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Messprinzip GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Vom Radarecho zur Landkarte Umwandlung der rückgestreuten Mikrowellenpulse in digitale Signale Speicherung der Daten auf Magnetbandkassetten Teilw. direkte Übertragung der Daten an die Bodenstation für Qualitätsprüfungen (grobe Auswertung) Verarbeitung der Daten sehr aufwendig und kompliziert (Dauer ca. 2 Jahre) Daten können auf verschiedene Weisen verarbeitet werden: Höhenprofile, seitliche Reliefs, graue Radarbilder und Interferogramme GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Auswertebeispiele Seitliches Relief vom Mount Cameroon an der Westküste Afrikas Interferogramm des Vulkans Teide auf Teneriffa GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Vom Radarecho zur Landkarte Verarbeitung der Daten werden in 3 Hauptschritte unterteilt: Kalibrierung bzw. Korrektur der Daten Signalverarbeitung Geometrische Verarbeitung GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Kalibrierung umfasst die Korrektur aller registrierten Abweichungen, die bei der Messung entstehen. Man benötigt exakte Kenntnis über Lage und Neigung des Gittermasts. Temperaturschwankungen von –10° bis –50° haben u.a. Einfluss auf die Länge des Masts. Z.B. wirken sich 1mm Abstandsfehler zwischen den beiden Antennen in ca. 1m Fehler bei der Berechnung der Höhe aus. Bestimmung der Lage des Gittermasts durch GPSMessung Probleme: GPS-Daten waren zeitweise nicht verfügbar. Die Genauigkeit der Daten reicht allein nicht aus um die Verarbeitungsparameter mit der benötigten Genauigkeit zu bestimmen GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Signalverarbeitung Registrierung und Filterung der Rohdaten durch Überlagerung der Aufnahmen von beiden Radarsystemen entsteht Interferogramm Berechnung der Höhe der Bildpunkte auf der Erde aus Phasenunterschiede der Radarsignale Einrechnung bekannter Referenzpunkte auf der Erdoberfläche => Bestimmung der absoluten Höhe des Punktes GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Geometrische Verarbeitung vorbehandelte Daten werden mit einem erdbezogenen Koordinatensystem in Verbindung gesetzt. jeder Bildpunkt wird auf der Erdoberfläche lokalisiert aus den ausgewertete Streifen werden größere Gebiete zu einem Mosaik zusammengesetzt GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Nutzung der Daten Fernerkundung: Erweiterung u. Verbesserung der existierenden Mikrowellen- bzw. optischen Fernerkundungsdaten. Z.B. Anpassung der Fernerkundungsdaten je nach Abbildungsgeometrie an die Geländekoordinaten (Geokodierung) + radiometrische Korrekturen Mobilfunk: Suche nach optimalen Aufstellorte von Sendemasten GPS-Navigation: Zuverlässigkeit der GPS-Navigation ist abhängig von der Präzision und Aktualität der Daten topographische Daten von SRTM werden aus dem selben globalen Koordinatensystem gewonnen wie es durch das GPS-System definiert wurde GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Nutzung der Daten Wasserwirtschaft: Exakte Aussagen über Zeitpunkte und Ausmaße von Überschwemmungen in Flüssen Abschätzung der potentiellen Gefährdung von Sturmfluten für Küstengebiete Verkehrs-Infrastrukturplanung: Planung von Verkehrswegen mit Hilfe von aktuellen Basisdatenmaterial sehr effizient Wetter und Klima: Verbesserung der Vorhersagemodelle Geologie: Beobachtung kleinster Veränderungen an Erdbebengebieten und Vulkanen GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Beispiel Vulkane auf Java, Indonesien GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Beispiel Animierter 3-D Ansicht von Japan mit dem Vulkan Fudschiyama GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02