Digitale Verarbeitung von Fernerkundungsdaten

Präsentation zum Thema: "Digitale Verarbeitung von Fernerkundungsdaten"—  Präsentation transkript:

1 Digitale Verarbeitung von Fernerkundungsdaten
Fernerkundungsverfahren Digitale Fernerkundungs(FE)-Daten Erfassung von FE-Daten Verarbeitung von FE-Daten, Digitale Bildverarbeitung

2 Fernerkundung (FE) = alle Verfahren, die Informationen über physikalische Eigenschaften und Veränderungen eines bestimmten Objektes von entfernt liegenden Beobachtungsorten mit Instrumenten erfassen, die in keinem physikalischen Kontakt mit dem Objekt selbst stehen.

3 Fernerkundungsverfahren
Digitale Verfahren (z.B. Satelliten-Scannererfassung) Nicht-digitale Verfahren (z.B. fotografische Aufnahme analoger Luftbilder). Passive Verfahren (Scanner): empfangen lediglich Daten zu reflektierter und emittierter Strahlung. Aktive Verfahren (z.B. Radar): senden Strahlung und empfangen Daten zu emittierter und reflektierte Strahlung Ermittelt werden emittierte und reflektierte elektromagnetische Strahlung von Objekten in gewissen Frequenzbereichen (sichtbares Licht, nicht sichtbare Strahlung).

4 Anwendung der Fernerkundung:
Nutzung von Satelliten und Flugzeugen zur Fernerkundung z.B. für: militärische Aufklärung Umweltmonitoring Wettervorhersage Abschätzung von Ernteerträgen

5 Digitale Fernerkundungs(FE)-Daten
Erfassung digitaler FE-Daten mit Satelliten, Flugzeugen oder Hubschraubern. Verarbeitung digitaler FE-Daten mit Methoden der Digitalen Bildverarbeitung. Fernerkundungsdaten = Rasterdaten, die von den Sensoren gemessenen Strahlungs-intensitäten werden als Grauwerte erfasst. layer-bezogen pixel-bezogen

6 Landsat-Satellit Radar-Satellit

7 Satelliten umrunden die Erde auf unterschiedlichen Umlaufbahnen
mit unterschiedlichen Umlaufzeiten Satellitenumlaufbahn Lage der Satellitenszenen

8 Vorteile der digitalen Fernerkundung:
flächendeckende Daten für großräumige Ausschnitte der Erdoberfläche aktuelle und zum gleichen Erfassungszeitpunkt erhobene Daten multispektral erfasste Daten (gleichzeitig mehre Daten pro Pixel für mehrere Frequenzbereiche der Strahlung) digitale Speicherung, Verarbeitung und Visualisierung der Daten relativ preisgünstige Erfassungsmethode

9 Nachteile der digitalen Fernerkundung:
Räumliche Auflösung (Größe des Bodenelementes) für großmaßstäbige Fragestellungen nicht immer ausreichend. passive Erfassungssysteme stark wetter-abhängig Technik und Auswertungsmethoden sind relativ kompliziert.

10 Erfassung von FE-Daten
Erfassung von spektralen Charakteristika von Objekten. Ansatzpunkt für die digitale FE: Objekte an der Erdoberfläche (Pflanzen, Häuser, Wasserflächen etc.) reflektieren bzw. emittieren in Abhängigkeit von ihrem Zustand die elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge mit unterschiedlicher Intensität

11 Elektromagnetische Strahlung:
Von der Sonne zugestrahlte Energie im Wellenlängenbereich zwischen 0,1 mm und 10 mm (1 mm = mm: Mikrometer); = kurzwellige Einstrahlung (UV, sichtbares Licht, nahes und mittleres Infrarot). Kurzwellige Strahlung wird von Objekten der Erdober-fläche teilweise reflektiert, teilweise absorbiert. Absorbierte Strahlung erwärmt die Objekte auf der Erdoberfläche; => langwellige Wärme-Strahlung (thermales und fernes Infrarot) wird zurück in die Atmosphäre gesandt.

12 Verfahren: 1) Strahlungsverhalten von Objekten wird am Erdboden mit Hilfe von Strahlungsmessgeräten ermittelt => spektrale Fingerabdrücke (Signaturkurven), um Objekte und ihre zeitlichen Zustandsänderungen zu identifizieren. 2) Analyse der FE-Daten anhand der Signaturkurven

13 Strahlung wird in sog. spektralen Fenstern gemessen = spektrale Intervalle, in denen aufgrund hoher Transmissivität (Durchlässigkeit) der Atmosphäre die Strahlungsintensitäten genau erfaßt werden können Ultraviolette Strahlung (0,2 - 0,4 mm) Bereich des sichtbaren Lichtes (0,4 - 0,7 mm: Blau, Grün, Rot) Nahes Infrarot (0,7 - 1,0 mm) einige Intervalle im mittleren IR (1,0 - 3,0 mm) einige Intervalle im thermalen IR (3, mm

14 Der Frequenzbereich, für den ein Strahlungssensor die elektromagnetische Strahlung registrieren kann, = Kanal Wird für ein Pixel an der Erdoberfläche die Strahlung gleichzeitig in mehreren Kanälen registriert => Multispektraldaten Beispiel: METEOSAT-Satellit mit 2 Kanälen LANDSAT-Satellit (TM) mit 7 Kanälen

15 Verarbeitung von FE-Daten Digitale Bildverarbeitung
Analyse von FE-Daten mittles spezieller DV-gestützter Bildverarbeitungssysteme (z.B. ERDAS Imagine, Envi, Idrisi), Anwendung von Verfahren der digitalen Bildverarbeitung mit Datenkompression, Bildverbesserung, Filterung, Klassifikation und Mustererkennung.

16 Bearbeitungsprozess:
Korrektur systematischer Verzerrungen die durch Flugbahn entstehen Bildverbesserung durch Verstärkungen bzw. Abschwächungen der Helligkeit und des Kontrastes einzelner Kanäle oder vollständiger Bilder; z.B. Verstärkung von Kanten von Geoobjekten durch Filter-Operationen. Georeferenzierung Klassifikation, Extraktion der gewünschten Fachinformationen aus den Strahlungsdaten anhand von Signaturkurven und statistischen Verfahren (z.B. maximum likelihood, minimum distance).

17 Statistische Analyse der Resultate: Auswertung der klassifizierten FE-Szene mittels statistische Verfahren. Zum Beispiel Flächen-bilanzierung = Flächenanteile der aktuellen Landnutzung [ha, %] in einer Region Verknüpfung mit anderen Geoinformationen: FE-Daten oft Eingangsdaten für weitergehende Analysen oder Modellierungen. Die Verknüpfung mit anderen (vektorbasierten) raumbezogenen Informationen am einfachsten in einem hybriden GIS. Visualisierung von FE-Daten Zuweisung der Grundfarben Blau, Grün und Rot zu (i.d.R.) 3 Kanälen, wobei der Grauwert die Helligkeit bestimmt. => Falschfarben-bzw. Echtfarben-Komposit

18 Zusammenfassung

19 Ebenen der Modellierung

20 Geoobjekte und ihre Modellierung II
Ebenen der Modellierung Konzeptionelle Modellierung Entity-Relationship (ER)-Konzept Layer-Konzept objektorientiertes Konzept Vektor- und Raster-Modell, Hybrides Modell

21 ER-Diagramm als konzeptionelles Modell einer Wetterstation

22 Verwaltung von Daten Datenbanken
Datei, Datenbank, Datenbankmanagementsystem Datenmodelle (DM) Hierarchisches DM Netzwerk DM Relationales DM Objektorintiertes DM

23 Digitale Geodaten Messung und digitale Erfassung von Geodaten
Metadaten für Geodaten Qualität von Geodaten Standardisierung von Geodaten Geobasisdaten: ATKIS, ALKIS (ALK)

24

25 Analyse von Geodaten Koordinatentransformationen
Analysen mit vektorbasierten Geoobjekten Analysen mit rasterbasierten Geoobjekten Georeferenzierung von rasterbasierten Geoobjekten Modellierung von Werteoberflächen: Räumliche Interpolation

26 Verwendung: Optimierungsprobleme im Raum Lokations-Allokations-Analysen,

27 . Georeferenzierung