Fernerkundung 1 - 4

Laserimpulse vom Flugzeug treffen auf einen Baum. Da wo diese Ipulse auf genügend Äste treffen gibt es das erste Echo.

Das Last-Echo entsteht durch das Rauschen der Instrumente: darum weiss man nicht wo genau der Boden ist. 

Oberhalb des Baumes kein Echo.

All diese Impulse des Laserstrahls sind in Lichtgeschwindigkeit. Der Laser ghet nach gewissen Anzahl Brennpunkten kapputt. Darum gibt es keine Satelliten die die ganze Erdoberfläche messen.

Werden mit LIDAR gemacht. Man betrachtet firs Puls - Sieht Vegetation, Häuser in der Landschaft.

Wenn man nur Last Puls betrachtet wird sichtbar, was unter der Vegetation am Boden ist.

(so wurden auch schon alte Wege aus dem MA entdeckt)

• GIS: digitale Geländemodelle (in 3D)- wie sieht Gelände unter dem Wald/ Stadt aus
• Orthorektifizierung von Luftbildern: Kombination von LIDAR mit Bildsensoren (zB bei Randerung von neuen Häusern in einem unbebauten Gelände)
• Infrastruktur und Planung
• Gefrahren und Risikomanagement (überwachung von Stromleitungen: defektes Kabel kann ermittelt werden) oder (Erdrutsche können gefunden, überprüft werden)
• Fortstwesen (für Waldmodelle, Walddichte)
• Einzelbaum- Detektion (Biomassenschätzung)
• Atmosphären-Sensing (Messen der Ozonkonzentration in bodennahen Luftschichten/ der Stratosphäre, Detektion von Aerosolen, Detetkion von Wasserdampf, Stickstoff, Schwefelverbindungen)
• Windmessungen 

Aus der Messung resultieren Punkt-Rohdaten. 

Semantik ist aber für menschliches Gehirn relativ einfach: geweisse Strukturen (zB Stromleitungen) sind einfach zu erkennen. 

Verschiedenen Höhen in unterschiedlicher Farbe dargestellt.

zB bei Baumkronen Analyse: 20% Fehlerbehaftet da Baumkronen oft zusammen liegen etc- Baumstamm wird falsch geschätzt.

Werden mit DIAL gemessen! 

Hier wird ein sträkerer Laser eingesetz (merh Energie) als bei LIDAR. Augensicherheit ist richtung Atmosphäre ja nicht so wichtig!

Da die Atmosphäre unterschiedliche Absorptionen hat- können versch Dinge gemessen werden mit DIAL

Hier wurde Ozonkonzentration in der bodennahen Luftschicht gemessen. 

morgens wird Ozon abgebaut, zum Sonnenhöchststand haben wir höchste Ozonkonzentration, über Nacht stellt sich wieder die typische Ozonschichtung ein: viel Ozon oben, wenig in Bodennähe

Fernerkundung mit Schallwellen

Bezeichnung für eine Messtechnik zur Ortung und Vermessung von Gegenständen unter Wasser mit Hilfe des Echos von Schall- oder Ultraschallwellen, gleichzeitig auch die Bezeichnung für die Messgeräte selbst. Sonar nutzt die Tatsache aus, dass sich Schall unter Wasser insbesondere bei hohen Frequenzen sehr viel verlustärmer ausbreitet als in der Luft.

Die grundsätzliche Funktionsweise aller Sonar-Systeme ist immer gleich: Es wird eine Schallwelle erzeugt, das Echo registriert und aus der gemessenen Laufzeit der Welle die Entfernung zum reflektierenden Objekt errechnet. Bei herkömmlichen Sonar-Systemen wird der Schall gebündelt und in eine genau definierte Richtung emittiert; aus der Laufzeit des Echos kann daher die Lage des reflektierenden Objektes im dreidimensionalen Raum errechnet werden.

= Side Looking SONARs (SLS)

Es werden gleichzeitig zwei fächerförmige Impulse ("pings") quer zur Fahrtrichtung des Schiffes ausgesendet, jeweils einer nach links und einer nach rechts. Dieses zwei pings erzeugen durch ihre breite Fächerform eine große Anzahl an Echos, ohne dass jedoch die Richtung, aus der diese Echos kommen, bekannt wäre; die einzigen bekannten Parameter sind die Dauer ihrer Laufzeit und ihre Intensität. Es ist daher nicht möglich, mit herkömmlichen Methoden aus diesen Daten dreidimensionale Geländemodelle zu erstellen, vielmehr ähneln die Ergebnisse Luftbildern: auch in diesen sind keine dreidimensionalen Daten enthalten, sie stellen lediglich die Projektion einer Szene auf eine Ebene dar.

Mit Side-Scan Sonar können Objekte geortet werden, die mit optischen Mitteln in trübem Wasser nicht aufzufinden sind.

• Schallwellen bestehen aus Druckveränderungen bzw Druckunterschieden
• Schallwellen sind Longitudinalwellen- brauchen ein Medium zur Ausbreitung! (Elektromagnetische Wellen, bei Radar und  Lidar sind Transversalwellen- brauchen kein Ausbreitungsmedium)
• Anzahl (Frequenz) und Intensität (Amplitude) ergeben versch. Töne und Lautstärken.
• Im Wasser breiten sich Schallwellen besonders schnell aus
• Wird bei SLS oder SONAR verwende
• Frequenzbereich von Schallwellen siehe Bild!

1. Energieimpuls (Ping) wird ausgesendet, reflektier und registriert
2. Aus der Laufzeit jedes Ping wird ein Bild generiert
3. Ein Ping = eine Bildzelle
4. Harte Objekte reflektieren mehr Energie: dunkles Signal im Bild
5. Weisse Flecken im Bild: keine Reflektion der Schallwellen
6. SONAR Bilder werden umgerechnet und in SAR- Bilder dargestellt (ergibt Sicht von Oben auf Gelände/ Meeresgrund

Dunkle Stelle: viel Reflektion, hier beginnt ein hartes Objekt (hier der Fels)

helle Stelle: sind Schatten, hier keine Reflektion der Schallwellen (hier weisser Schatten hinter dem Fels)

Slant Range = Schrägentfernung

Durch die Schräge Messung wird Boden verzerrt. Distanzen wirken weniger weiter weg, Strukturen wirken weniger breit. Schwarzer Balken in der Mitte: Hier befindet sich der Towfish der hinter dem Schiff hergezogen wird und auf beide Seiten Ping (=Energieimpulse) aussendet.

Es handelt sich um eine Aufnahme von einem Schiff- es muss sich also um SONAR handeln.

Der schwarze Schatten ........

Der Towfish ist hier von vorne links unten nach rechts gezogen worden (?!)

Hier wude mittels SONAR gemessen. Die Streifen weisen deutlich darauf hin, dass das Bild bereits entzerrt ist. Der Streifen, auf dem der Towfish sich bewegt hat ist gut erkennbar. Der Sensor hat sich also auf diesem Streifen bewegt.

Die Schatteneffekte: 

Hier wurde mittels SONAR gemessen

Es handelt sich um eine SONAR Aufnahme

Spektrospkopie ist das Studium von Licht als Funktion von Wellenlängen das emittiert, refletkiert oder gestreut wird an Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen.

Spektroradiometrie ist die Technologie für Messung der Stärke von optischen Raumwinkeln.

Akronym für visible and near-infrared, ein Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen etwa 400 und 1400 Nanometern (nm). Er kombiniert den ganzen Abschnitt des sichtbaren Lichts mit dem benachbarten Teil der IR-Strahlung bis zum Wasserdampfabsorptionsbande zwischen 1400 und 1500 nm. Einige Definitionen reichen bis zu 2500 nm. VNIR-Multispektralkameras haben einen großen Einsatzbereich in der Fernerkundung und der bildgebenden Spektroskopie.

Engl. Akronym für Shortwave Infra-Red, dt. kurzwelliges Infrarot, Bezeichnung für den Wellenlängenbereich deselektromagnetischen Spektrums zwischen ~1,3 µm und ~3,0 µm.

The term "remote sensing" is broadly defined as measuring the properties of objects without direct contact between measuring device and object.

Passive Systeme zeichnen die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung (Multispektralscanner) und die von der Erdoberfläche emmittierte Eigenstrahlung (Thermalbildkamera) auf.

Aktive Systeme senden Mikrowellen oder Laserstrahlen aus und messen den refflektierten Anteil.

• Zb. Radarsysteme
• Laseralimeter

Prozessierungskette

Als elektromagnetische Welle bezeichnet man eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern. Dazu gehören Radiowellen, Licht und Gammastrahlung. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit Materie hängt von ihrer Frequenz ab, die über viele Größenordnungen variieren kann.

Eindringtiefe einer Wellenlänge in ein Material betrifft immer ca 1/2 der Wellenlänge- der Rest wird reflektiert.

•  > 0.3      µm:            UV
• 0.4 - 0.5 µm:             Blau
• 0.5 - 0.6 µm:             Grün
• 0.6 - 0.7 µm:             Rot
• 0.7 - 1.3 µm:             near IR (NIR)
• 1.3 - 3    µm:             shortwave IR (SWIR)
• 3 - 14     µm:             thermal IR (TIR)
• 1 mm - 1 m:              Mikrowellen
• Sichtbares Licht von 400 - 700 nm/ 0.4 - 0.7 µm

Elektormagnetische Wellen: sich ausbreitende Schwingungen des elektischen und magnetischen Feldes. Bei linear polarisierten Wellen steht elektisches Feld senkrecht zum magnetischen Feld.

1. Wellenmodell: erklärt Kohärenz und Interferenz (Midestabstandmessungen sind grösser als Wellenlänge (Licht))
2. Quantenmodell/Photonenmodell: bei bestimmten Eigenschaften von elektromagnetischen Wellen, zB bei Photoelektrischen Effekt- Teilcheneigenschaften einzelner Photonen, der Quanten des elektromganetischen Feldes wichtig. zB Laserlicht: einzelne Atome (sind viel kleiner als erzeute Wellenlänge)

Höhere Temperaturen verschieben sich zu kleineren Wellenlängen.

Nach planckschem Wrikungsgesetz sind warme/ heisse Temperaturen Blau. - heisse Planeten erschienen Blau. (Blackbodies bei 6000 K im sichtbaren berich von 0.5 µm, also im blauen Berich)

Strahlungsenergie der Erde nur bei 300 K- darum ist diese Strahlungtemperatur nicht sichbar (im Bereich von ca 3- 50 µm). Wärme nur fühlbar, nach Erfahrung

• h verknüpt Teilchen- und Welleneigenschaften und ist das Verhältnis von Energie und Frequenz eines Photons oder eines Teilchens
• h ist die Dimension von Energie mal Zeit (= Wirkungsquantum)

Elektromagnetische Strahlung besteht aus teilchenartigen Objekten, wobei jedes dieser Energiequanten eine Energie E=hv bestitz.

• Die Schnitte entstehen weil das Bild aus verschiedenen Datenquellen zusammengesetzt wird. 
• Die unterschiedlich ausgeprägte Vegetation gibt mir einen HInweis, dass das Bild zu verschiedenen Zeiten aufgenommen wurde. (Zeitliche, Saisonale, Jahreszeitliche Unterschiede erkennbar)!

Das Bild zeigt also ein physikalisch korrektes Abbild der Region, einfach mit Zeitlichen unterschieden. Sind Rohdaten.

• Streifenbreite: 3300km 
• Räumliche Auflösung: 400/ 800m breite Streifen
• OR (= orbital repeat): 2 mal pro Tag pro Satellit
• CVGC (= clear viev global coverage): 1 Woche (um Erde komplett ab zu lichten wenn es keine Wolken gäbe)

• Streifenbreite: 2048 km
• räumliche Auflösung: 250m, 500m , 1000m
• OR (=orbital repeat): 2 Tage (topics)
• CVGC (clear view global coverage): 2-4 wochen

• Steifenbreite: 720km
• räumliche Auflösung: 56m
• OR (=orbital repeat): 5 Tage
• CVGC (=clear view global coverage): unsicher

(Bilder am Rande der Linse verzogen- Ungenauigkeiten)

• Streifenbreite: 183km
• räumliche Auflösung:
  • bei panchromatic (farbentfindlichen Bildern): 15m
  • 30m bei vis/ NIR/SWIR
  • 120m bei thermal IR
• OR (= orbital repeat): 16 Tage
• CVGC (= clear view global coverage): 3 Monate (Saisonal)

• Steifenbreite: 60km
• räumliche Auflösung: multiple ranging from 5m panchromatic to 90m thermal IR
• OR (=orbital repeat): nadir 45- 60Tage
• CVGC (=clear view global coverage): Jahre

• Spaltenbreite: 10km
• räumliche Auflösung: 4m ms, 1m pan
• Potentielles OR (=orbital repeat): nadir ca 1 Jahr, off-nadir ca3-5Tage
• CVGC (=clear view global coverage): Jahrzehnte bis niemals 

Räumliche Auflösung

UV - NIR