GEO 113 Fernerkundung I: Terms& Definitions

Die Proportion der auftreffenden und reflektierten Strahlung einer Fläche.

Pixelwerte, welche noch nicht in physikalische Einheiten kalibriert wurden.

Die Studie des Lichts als eine Funktion von Wellenlängen, welche emittiert, reflektiert oder gestreut wurde von soliden/flüssigen Flächen oder Gas (meist in %).

Die Technologie um die Power von optischen Strahlen in engen, zusammenhängenden Wellenlängenintervallen zu messen.

Sammelt multiple, spektral nicht zusammenhängende Bänder des elektromagnetischen Spektrums. (Landsat 8 = Multispectral satellite)

Multispektrale Satelliten

1. Sentinel-2
2. Landsat 8
3. Meteosat
4. MODIS
5. ASTER

Sammelt hunderte von spektral zusammenhängende Bänder, sodass für jeden Pixel ein reflektiertes Spektrum abgeleitet werden kann.

Hyperspektrale Satelliten

1. Airborne Prism Experiment (APEX)
2. Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS)

Man hat bspw. auf der X/YAchse die räumliche Auflösung und auf der Z-Achse die Spektrale Auflösung.

Elektromagnetische Welle;

Wellenlänge: 1m-1mm

Frequenz: 300MHz – 300GHz

Instrument, welches (passive) elektromagnetische Strahlung misst.

- Imager: imaging passive sensor

- Sounder: measuring along transects

RAdio Detection And Ranging

- Active system, detecion and distance measurements

- SAR : Synthetic Aperture Radar

- SLAR: Side-Looking Airborne Radar

- Altimeter : Altitude measurement (no imager)/Höhenmesser

- Scatterometer: measuring backscatter (no imager)

Optimale Lichtverhältnisse für Radar findet man bei Dämmerung und Sonnenuntergang.

SOund Navigation And Ranging

- Aktives System in Analogie zum Radar, arbeitet mit Schallwellen.

Signalkomponenten:

1. Emittiert von Objekt Bspw. Hitze, Solar Energie

2. Emittiert von der Atmosphäre Bspw. Polarlicht, chemische Prozesse

3. Reflektiert von der Oberfläche: Solar Energie

4. Transmissionen vom Untergrund: Radioaktive Strahlung, seismische Prozesse

Meere

- Meeresoberflächen Temperatur & Salinität

- Meereis

Land

- Soil moisture/Erdfeuchtigkeit

- Schneeschmelze & Wasserequivalent

Ø Radar (vgl. LiDAR: Statt der Radiowellen beim Radar werden beim LiDAR Laserstrahlen verwendet)

Ø Altimeter (Höhenmesser), vergleichbar mit Radar

Ø Scatterometer

Ø SLAR/SAR (imaging)

Die Quelle für die Strahlung kommt vom System selbst, es dürfen weder Batterien noch Atomenergie verwendet werden.

Reele Apetur, die Antenne ist genauso gross wie die entsprechende Wellenlänge. Vgl. Öffnungswinkel bei einem Mikrofon, die widerhallende Stimme des Sängers soll nicht noch einmal verstärkt werden.

Vorteile:

• Unabängig von externer Strahlung (Sonne) und dadurch zu jeder Zeit verwendbar.
• Das System-design (radiation frequencies) kann definiert werden.

Vergleichbar mit Radar, macht jedoch einzelne Punkte und kein aktives imaging sensor. Es hat eine sehr genaue Höhenmessung (kurze Impulse, hohe Bandbreite) und wird für Eis-/Landoberfläche und Meeresuntersuchungen verwendet. Misst die Zeitdauer bis zum Empfangen des Signals.

Genaue Messung von backscattered echo Magnitude. Misst in mehrere Richtungen und ermittelt den

Durchschnitt über mehrere Pulse. Die Messung hängt vom Winkel des Eintreffens ab (bezgl. Dem zeitlichen Eintreffen). Wird verwendet für die Messung der "Rauheit" der Wasseroberfläche, so kann Windgeschwindigkeit und-richtung bestimmt werden.

Misst die Stärke des zurückgeworfenen Signals.

Swath = Streifen

Nadir = Zurückgelegte Linie senkrecht unter dem Radar

Slant = Neigung

Incident Angle = Einfallswinkel

Gracing angle = Erhebungswinkel

Die Pulse breiten sich aus, werden zurückgeworfen und bleiben auf dem Rückweg ungefähr gleich gross. Da die Wellen innerhalb der Baumkrone oft reflektiert wird, ist der Peak nicht ganz so ersichtlich wie beim Haus. Beachte die unterschiedliche Grösse der reflektierten Pulse!

Ein Problem beim SLAR stellt dar, dass es in der range eine hohe räumliche Auflösung gibt, in der Flugrichtung ist das Bild jedoch verzerrt.

Eine synthetische Radar Apertur ermöglicht eine hohe

räumliche Auflösung in Flugrichtung – dazu werden mehrere Radar Echos kombiniert welche ein Objekt von verschiedenen Winkeln zeigt.

Um das Objekt durch die Antenne nur einmal zu sehen, muss der Öffnungswinkel kleiner oder genau gleich gross wie die Fluggeschwindigkeit sein. Möchte ich, dass das Objekt zu einem Zeitpunkt gleichzeitig von allen Antennen aufgenommen wird, muss ich den Öffnungswinkel erhöhen.

Je grösser die swath width, desto kleiner die räumliche Auflösung.

Wird verwendet für:

• Ölkatastrophen (niedrigeres backscattering beim Öl)

Radarwelle trifft gleichzeitig an der Bergspitze und am Boden auf. Statt einer Antwort erhält man so zwei Signale zurück. Der Radar erhält mehr Energie zurück und kann zwischen den beiden Pulsen nicht unterscheiden. Dadurch erhält man diese hellen Flecken (mehr Energie), welche bei einander liegen, da das Gerät wie gesagt nicht unterscheiden kann. Dadurch ist der Berg wie nach vorne gefallen. Dieser Effekt ist immer in Richtung der Aufnahme. Das Instrument liegt immer auf der hellen Seite. Man misst links oder rechts und nicht direkt unten, da man ansonsten zu viele doppelantworten kriegt! (einmal von links und einmal von rechts). Deshalb muss man sich auf eine Seite beschränken und in Kauf nehmen, dass es solche Verzerrungseffekte gibt.

Light Detection And Ranging

• Aktives remote sensing System analog zu Radar
• Wellenlängenbereich: Hauptsächlich  VIS-NIR (532nm, 1064nm, 1550nm)
• Distanzmessung mittels Zeitabstand zwischen Senden und Empfangen

Methoden zur Analyse der Rückstreuung (backscatter):

- First/last echo: Man berechnet die Durchschnittshöhe

- Multiple echos: Man erhält so mehr Informationen über die Beschaffenheit der Oberfläche.

– Airborne Laser Scanning

• Airborne system mit DGPS, IMU3 und LiDAR
• Fügt Daten zusammen um ein Digital Elevation Model (DEM) zu erschaffen

Scanning mechanismus

• Oscillating mirror scanner, mit einem rotierenden Spiegel
• Fixed optic scanner, Flugzeug macht Sinusbewegungen

Es wird nicht nur eine Linie aufgenommen, sondern auch quer.

Terrestrial Laser Scanning

Eine Messstation, welche am Boden (oder bspw. an einem Kran) aufgestellt wird.

3D Punktwolken/Modelle von:

Wäldern: Biomass, Blattflächenindex (LAI), wie viele am Boden/am Baum?), Baumdurchmesser

Anthropologische Areen: Architektur, Unfallszenen, Tunnelinspektion

Wasser: Erosion über die Zeit

Gebirge: Hangstabilität, Hangerosionsstudien

Misst die Oberfläche, also auch die Bäume und Häuser.

Misst die Grundfläche und somit das Bodenbild

DSM – DTM = OHM

Es bleiben die Werte dazwischen übrig, sodass man ein detaillierteres Bild der entsprechenden Erdoberfläche erhält.

• Küstenerhaltung – Schutzmassnahmen
• Flutmodellierung – Informationen über Gebäude und Vegetation sind notwendig
• Corridor mapping – Vegetation kann Stromleitung beeinträchtigen, ALS auf tief fliegenden Helikoptern befestigt
• Archäologie
• etc.

Höhenmessung von:

• Eis: Akkumulation/Ablation
• Wälder: Biomasse
• Wasser: Flut
• Urbane Areen: Urbane Entwicklung
• Berge: Vulkanische Eruptionen

• Sonnensynchrone Satelliten: 400-800km über dem Boden
• Low earth orbit: Bis 2000km über dem Erdboden
• MEO Zone (Medium Earth Orbit): Ab 2000km über dem Erdboden

Orbit Winkel in Beziehung zum Äquator

Near polar orbit: Fast 90°, er geht also nicht direkt durch den Nordpol.

Equatorial orbit: 0º

Höhe über der Erdoberfläche

Zeit um einen Orbit zu hinterlegen

Bsp.

Landsat: 705km, 89.9min/orbit, 14.5 Umläufe pro Tag

ISS (international space station): 400km, 92.8min/orbit, 15.4 Umläufe pro Tag