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Geomatik (Subject) / Fernerkundung (Lesson)

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• Geomatik Technologie zum Sammeln & Verarbeiten von geographischen Informationen-> Kartographie, Fernerkundung, GPS (Global Positioning System), GIS (Geographische Informationssysteme)
• Wahrnehmung der Umwelt ohne Technik meist passiv: Sehen, Hören, Tasten, etc.Aktiv wäre: Echolot, Sonar, Ultraschallwellen
• Fernerkundung = berührungslose, zerstörungsfreie Messung und Interpretation (meist mit elektromagnetischen Wellen)→ findet Anwendung in verschiedenen Bereichen (Landnutzung/Geographie, Forstwirtschaft, Küstengebiete, Hydrologie, Geologie, Meteorologie) → Inventur, Kontrolle, Planung/Management
• Geschichtliches - 1. erhaltenes Luftbild: Boston 1860 (Fesselballon, etwa 400 m Höhe)- 1. dokumentierte Luftbildanwendung für Kartenerstellung („Civil War“, Mai 1862)- 1. forstliche Luftbildaufnahme: 1887- Frühe Aufnahmeplattformen (ein Gerät/Gerüst, das das Aufnahmegerät trägt) seit 1880 (z.B. eine Taube)- Rakete als Luftbild-Plattform: Alfred Maul, 1907- 1. Luftbild aus einem Flugzeug: 24. April 1909, Centocelli, Italien (von Wilbur Wright?)- Fernerkundungsplattformen heute: Flugzeuge, Ballons, Satelliten, spezielle Fluggeräte, Nahbereitsphotogrammetrie, terrestrische Laser, etc.
• Erdbeobachtungen global: z.B. Klimaregional: z.B. Aralsee (Wasserrückgang)lokal: z.B. Städte, Häfen, Waldbestände, etc.→ Einteilung erfolgt nach Informationsquelle:- Passiv: Nutzung von vorhandener Strahlung (reflektierte Sonnenstrahlung; oder emittierte Strahlung, ergibt Thermalbild) → Sonne als Energiequelle, Messung im Bildpunkt durch einen Sensor, Datenspeicherung auf Film, Magnetband, digital, etc., Datenanalyse also Umwandlung physikalischer Messungen in Informationen, dann das Ergebnis als Karte, Plan, Anweisung, Archiv, etc.- Aktiv: Erzeugung von Strahlung und Messung des reflektierten Signals oder Laufzeit des reflektierten Signals → Aufnahme, Speicherung, Auswertung
• Rayleigh-Streuung Teilchengröße liegt weit unterhalb der Wellenlänge → kurzwellige Strahlung wird bedeutend stärker gestreut, die Horizontale Sichtweite bei reiner Molekülstreuung liegt bei 340 km→ das Licht wird nach oben bzw. unten gestreut
• Mie-Streuung Teilchengröße entspricht ungefähr der Wellenlänge, tritt an Aerosolen auf und kann je nach Atmosphärenzustand sehr unterschiedlich seinNichtselektive Streuung: An Teilchen, die groß im Vergleich zur Wellenlänge sind → findet im Nebel und an Wolken statt
• Reflektion → Sonderfall der Streuung, starke Richtungsänderung (Reflexionskoeffizient = Albedo → reflektierte Strahlung / einfallende Strahlung in %)Reflexionscharakteristika: spiegelnd (im gleichen Winkel wieder raus); Vorwärtscharakteristik (nicht im gleichen Winkel, z.T. mehrere=), Diffuse Reflexion (in viele Richtungen), Rückwärtscharakteristik (da, wo's herkam, aber nicht im gleichen Winkel?)
• Objektspezifische Reflektion gemessene Signale sind objekt- und wellenlängenabhängigeinzelne Objektarten (Wasserflächen, Vegetation, Böden, Gesteine) weisen spezifische Reflexionsgrade in den jeweiligen Spektralbereichen aufReflexionseigenschaften einer Objektart wird „spektrale Signatur“ (spectral signature) genanntReflexion von grünen Pflanzen besonders hoch im Bereich von 0,6 bis 1,3 Mykrometer; unterschiedliche Baumarten haben unterschiedliche Reflexion; die Reflexion sagt auch etwas über den Gesundheitszustand der Pflanze aus (kranke Vegetation reflektiert z.B. weniger grünes Licht)
• Luftbild aus einem Flugkörper aufgenommene Fotografie- analog: Silberhalogen-Filmemulsionen- digital: a) digitalisierte Filmemulsionen; b) digitale Bilder von Zeilen- oder Flächensensoren- in vielen Bereichen der Landschafts- und Umweltmonitoring hat Luftbild größere Bedeutung als Satellitendaten- abhängig von erforderlicher Auflösung und der Gebietsgröße, von der Aufgabenstellung, etc.-es gibt große Archive historischer Luftbilder Vorteile: sehr hohe räumliche Auflösung, Flugzeitpunkt wählbar, hohe Messgenauigkeit, Höheninformation bei Stereobildpaaren (räumlich) Nachteile: spektrale Einschränkung (analog), keine Farbnormierung (analog), Verknüpfung mit anderen Daten bei analogen Bildern nicht direkt möglich, Kosten- und Zeitintensiv Traditionell Format: 23 x 23 cm; verschiedene Filmmaterialien, Informationen auf Randleiste, Rahmenmarken
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• Fotografie Passives Verfahren, Aufnahmen im Wellenlängenbereich zwischen 0,4 – 1,1 Mykrometer (Sichtbarer und naher Infrarotbereich)
• Informationen in Luftbildern Geometrische und Radiometrische=> PhotogrammetrieRekonstruktion von Lage, Größe und Form von Objekten aus Photographien, Messtechnik, die die Modellierung eines 3D-Raumes aus 2D-Bildern erlaubt=> FotointerpretationGewinnen nicht-metrischer Informationen aus FotosDeutung des Bildinhaltes, thematische Auswertung
• Filmeigenschaften Allgemeinempfindlichkeit- S (sensitivity, speed) einer fotografischen Emulsion wird angegeben für: eine bestimmte Strahlung und genau festgelegte Aufnahme- und Entwicklungsbedingungen- Kehrwert jener Beichtung HdeltaD definiert, mit der eine bestimmten Dichtedifferenz Delta D über dem Grauschleier erzielt wird- Angaben in Deutschland nach DIN, in USA nach ASA; nach ISO Norm sind beide notwendigGradiation (Gamma – Wert = tan Alpha)- Verhältnis von Belichtungsintensität und Dauer (?)- Flache Kurve unschärfer als steile KurveKörnung
• Auflösungsvermögen (AV = geometrisches Auflösungsvermögen eines Films) → Fähigkeit, Anzahl gegebener schwarzer und weißer Linien im gleichen Abstand, gleicher Dicke und konstantem Kontrast voneinander getrennt abzubildenvisuell gemessen und in Anzahl Linien pro mm (L/mm) bzw. Anzahl Linienpaare pro mm (Lp/mm) oder Dots per inch (dpi) angegebenMessung über Abbildung eines Testmusters (Balkenmuster)bei geringem Objektkontrast: Auflösungsvermögen zw. 40-250 L/mmbei hohem Objektkontrast: um das 2-3-fache höher
• spektrale Empfindlichkeit Aufbau eines FilmsAuf Kunststoff-Trägermaterial (100-200 Mykrometer dick) → eine oder mehrere lichtempfindliche Emulsionsschichten, die aus lichtempfindlichen Silberbromsubstanzen bestehen (ca. 5-20 Mykrometer)Größe der Silberbrompartikel: 0,2-2 MykrometerLichtempfindlichkeit ist proportional zum Volumen der Partikel, d.h. mit der Größe der Körnigkeit wächst die LichtempfindlichkeitSchwarzweißfilme: integrieren die auftreffende Strahlung in einer Schicht zu einem Grauwert (schwarz → weiß)1 Schicht: orthochromatisch, panchromatisch (in Bild dunkler), infrarot (sensibler Bereich bis etwa 700 nm, helleres Bild → sensibler Bereich verschoben ins Infrarote)
• Farbfilme integrieren die auftreffende Strahlung in drei verschiedene Schichten: blau, grün und rot eingefärbt zu einem Farbwertbesitzen 3 übereinanderliegende Emulsionsschichten, jeweils für eine der drei additiven Grundfarben (rot, grün, blau) des sichtbaren Lichts sensibilisiertbesitzen neben Silberbromidkörnern so genannte Farbkuppler
• Vorteile von Infrarotfilm Beobachtung der Vegetation → reflektiert sehr viel und sehr differenziert im nahen InfrarotZustand der Vitalität kann beurteilt werdenkontrastreiche Bilder, da kein Streulicht aufgenommen wird
• Luftbildkameras → MesskammernElemente der inneren Orientierung sind bekannt (Kalibrierung)innere Orientierung = die Position des Projektionszentrums O bezogen auf die Bildebene durch die drei Koordinaten X', Y' und CkElemente:Bildhauptpunkt: senkrecht auf der Bildebene stehende Aufnahmeachse → UNGLEICH Bildmittelpunkt!Durch Bildhauptpunkt und Projektionszentrum wird die Aufnahmerichtung festgelegtKammerkonstante c erlaubt Umrechnung von Bildstrecken in Raumwinkel, legt Öffnung des Strahlenbündels festDefinition der RahmenmarkenRekonstruktion des Strahlengangs möglichBildmessung, d.h. Photogrammetrische Auswertung ist möglich
• Geometrie von Luftbildern: Zentralprojektion → ergibt dreidimensional erscheinendes Bild, da Kameralinse als „Fluchtpunkt“ (obwohl die Abbildungsfläche unter der Oberfläche liegt)Bildhauptpunkt: Durchstoßpunkt der im Objektraum senkrecht auf der Bildebene stehenden AufnahmeachseBildnadirpunkt: Vertikalebene durch das Lot vom Projektionszentrum 0 auf die horizontale BezugsebeneAufnahmerichtung: muss nicht senkrecht zur Erde sein, kann auch schief (Winkel)→ Schrägaufnahmen: Projektive Verzerrungen → Auswirkungen der Nadirdistanz v bei Senkrecht- und Schrägaufnahmen auf die Bildgeometrie→ Bildmaßstab nimmt (bei ebenem Gelände) kontinuierlich von P'1 bis P'8 ab. Sichttote Flächen hinter Erhebungen nehmen zu
• Geometrie von Luftbildern: Parallelprojektion → ergibt Bild direkt von oben
• Möglichkeiten der Maßstabsbestimmung Flughöhe und Brennweite (= Kammerkonstante)Streckenvergleich (Luftbild – Realität, Luftbild – Karte)Im Luftbild:Bildstrecke, Kammerkonstante, Objektiv, Flughöhe, GeländestreckeBildmaßstab ist abhängig von der Brennweite f und der Flughöhe h
• Radiale Punktversetzung Geländeobjekte, die sich vertikal über ihre Nachbarschaft erheben, kippen nach außen → sichttote BereicheHöherliegende Geländeorte werden in größerem Maßstab abgebildet als TieferliegendeGeländehöhenunterschiede → gleichlange Strecken in der Karte ungleich lang im LuftbildBrennweite hat einen Einfluss auf die radiale Punktversetzung

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