Erstellung hochgenauer digitaler Geländemodelle

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1 Erstellung hochgenauer digitaler Geländemodelle Dirk Hermsmeyer Folie 1

2 AllSAT-Gruppe 1991 Gründung ALLSAT GmbH Ingenieure für satellitengestützte Vermessungen und Consulting 2000 Gründung Allsat GmbH network+services 2008 Gründung AXIO-NET GmbH, Joint Venture mit EADS Astrium - Geodäten - Vermessungsingenieure -Geographen -Informatiker - Zeichner ALLSAT GmbH (1991) Allsat GmbH network+services (2000) (2008) Aktivitäten im In- und Ausland Folie 2

3 ALLSAT GmbH: Vermessungsausrüstung Leica Geosystems Vertriebspartner für High-End Produkte Folie 3

4 Geo-Monitoring ALLSAT GmbH network+services: Dienstleistungen Das Objekt -Erwartete Bewegungen - kritische Grenzen - Referenzepoche/Nulllage - Beobachtungsdauer Festpunkte Objektpunkte Analyse & Dokumentation - Datenmanagement - Überwachung der Bewegungen - Grenzwertüberprüfung GeoMos Eingriff nach Ereignis Funk GSM GPRS LAN Generierung von Ereignissen Datenübertragung Sensorsteuerung -Abtastrate - Punktreihenfolge - Punktgruppen Der Verantwortliche Sensoren Folie 4

5 ALLSAT GmbH network+services: Dienstleistungen Software GART-2000 navigation GART-2000 CE GART-2000 NT gl-survey ALLTRANS Systemintegration Schnittstellenprogrammierung Kundenorientierte modulare Erweiterung bestehender Softwareprodukte Folie 5

6 AXIO-NET GmbH: GNSS Referenznetze AXIO-NET GmbH Folie 6

7 Digitale Geländemodelle Modelle zur Beschreibung der Bodenerosion durch Wasser erfordern zahlreiche Eingangsdaten. Ein Beispiel ist die Universial Soil Loss Equation (USLE), bzw. Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE, USDA Agricultural Handbook no.703, 1997) A = R x K x L x S x C x P A: Bodenerosion, z.b. in t / ha / a R: Niederschlags-Abfluss Erosivitätsfaktor K: Bodenerodibilitätsfaktor L: Hanglängenfaktor S: Hangneigungsfaktor C: Faktor zur Berücksichtigung von Bodenbedeckung und bearbeitung P: Faktor zur Berücksichtigung von Erosionsschutzmaßnahmen wie Konturbearbeitung, etc. Folie 7

8 Digitale Geländemodelle A = R x K x (L x S) x C x P LS: Hanglängenfaktor und Hangneigungsfaktor heißen kombiniert auch Topographiefaktor Aussagen über die Geländeform (Topographie) werden aus Geländemodellen Abgeleitet. Diese können auf unterschiedliche Art erstellt werden. In Mitteleuropa können häufig vorgefertigte Geländemodelle der Landesvermessung verwendet werden. Im Umfeld internationaler Studien muss oft auf andere Quellen zurückgegriffen werden, oder es müssen eigene Geländemodelle des Untersuchungsgebiets erstellt werden Folie 8

9 Digitale Geländemodelle Möglichkeiten der Geländeaufnahme: - Manuelle Erfassung der X,Y,Z-Koordinaten von Geländepunkten, z.b. in einem Raster vorgegebener Maschenweite, Verdichtung der Koordinatenbestimmung an Bruchkanten, z.b. per Echtzeitmessung mittels Global Navigation Satellite Systems (RTK-GNSS = GPS + GLONASS + Galileo + Compass/Beidou) Folie 9

10 Digitale Geländemodelle Möglichkeiten der Geländeaufnahme: - Manuelle Erfassung per RTK-GNSS Ausrüstung: DGPS-Verfahren mit Basis und Rover Vermessungssoftware, z.b. GART-2000: - Hinterlegen vorhandener Rasterkarten (z.b. Topographie zur Orientierung) - Einrichtung von Rastern (DGM-Rasterpunkte) - Absteckung - Zielführungshilfen zum nächsten Punkt - Folie 10

11 Digitale Geländemodelle Möglichkeiten der Geländeaufnahme: - Praxisbeispiel: manuelle Erfassung per RTK-GNSS Vorteil: autarke Erstellung des Geländemodells Nachteil: Personalaufwand Folie 11

12 Digitale Geländemodelle Möglichkeiten der Geländeaufnahme: - Laserscanning und Photogrammetrie Vorteil: funktioniert i.d.r. auch bei Vegetationsbedeckung Nachteil: Mobilisierungskosten Folie 12

13 Digitale Geländemodelle Möglichkeiten der Geländeaufnahme: - Fernerkundung: Synthetic Aperture Radar - SAR Shuttle Radar Topography Mission - SRTM 11 bis 23 Feb. 2000, Space Shuttle Endeavor Verwendung von zwei Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) Systemen: X-Band und C-Band Stereoskopische Anordnung der Antennen an Bord & an einem 60-m Ausleger Ermittlung von Höhendaten im Post-Processing von Signallaufzeitunterschieden Folie 13

14 SRTM Technische Details Radarsystem C-Band X-Band Hersteller JPL Jet Propulsion Laboratory Dornier Satellite Systems GmbH On-board Antennen 12 m x 80 cm 12 m x 40 cm Off-board Antennen 8 m x 80 cm 6 m x 40 cm Wellenlänge 5,6 cm 3,1 cm Frequenz 5,3 GHz 9,6 GHz Ground swath width 225 km 50 km Kartierte Fläche (% der überflogenen Gebiete) 100% 40% Datenrate 180 Mbit/s 90 Mbit/s Datenmenge 8,6 Terabyte 3,7 Terabyte Folie 14

15 SRTM - C-Band Radar: abgedeckte Fläche 60 Nord bis 58 Süd - 95% der besiedelten Landflächen Auflösung 3 (entsprichte ca. 90 m am Äquator) Public Domain Frei im Internet verfügbar Folie 15

16 SRTM C-Band DEM, Version 1 Daten Qualität Schlechte Signalreflektion von steilen Hängen, Wasserflächen, trockenen Wüstenflächen, => no data Werte, d.h. Löcher im Datensatz. Folie 16

17 SRTM C-Band DEM, Version 2 Ziel der Version 2 SRTM-Höhendaten: Schaffung eines homogenen, lückenlosen Höhenmodells Methode: Berechnung von 10-m-Konturlinien aus SRTM v1 Rasterinterpolation mittels Arc/Info TOPOGRID. TOPOGRID interpoliert durch die 'no-data' Löcher. Ergebnis ist eine geglättete Geländeoberfläche im Bereich der Löcher. Datenquellen: Consortium for Geospatial Information (CSI) of the Consultative Group for International Agricultural Research (CGIAR) Folie 17

18 Ergebnisse SRTM C-Band, Version 2 Konturlinien Folie 18

19 SRTM C-Band DEM, Version 2 Ergebnis der Lückenfüllung SRTM C-band elevation data, version 2, tile SRTM_46_07, including Kuwait. Folie 19

20 Ergebnisse SRTM C-Band, Version 2 Arabische Halbinsel Folie 20

21 Ergebnisse SRTM C-Band, Version 2 Hangneigungsrichtung (deg) und Hangneigung (deg) Folie 21

22 Ergebnisse SRTM C-Band, Version 2 Neigung & Neigungsrichtung von Sanddünen (Grenzregion Saudi-Arabien - Yemen) Neigung & Neigungsrichtung Folie 22

23 Radarsatellit TerraSAR-X Erster kommerzieller Radarsatellit mit hoher räumlicher Auflösung (1 m) Start: 15 Juni 2007, weltweite, wetterunabhängige Datenaufnahme, Verlässliche Komplementierung optischer Satelliten- und Flugzeugdaten, Bereitstellung weiterer Geoinformationsprodukte Quelle: Infoterra GmbH Folie 23

24 Radarsatellit TerraSAR-X Ölproduktion, Oman 0,01 0,005 GPS InSAR 0 after 44 days Vert. Displacement [m] -0,005-0,01-0,015-0,02-0,025-0,03-0,035-0,04 after 99 days after 143 days -0, Date Vert. Bodenbewegung Zeitliche Entwicklung großräumiger Subsidenz auf Basis TerraSAR-X [Wegmüller et al., 2009] after 198 days Quelle: Infoterra GmbH Folie 24

25 Radarsatellit TerraSAR-X Geothermiebohrung, Staufen Bewegungsrate: ca. 12 mm/monat 0,08 0,07 Höhenänderung [m] 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, Datum Quelle: Infoterra GmbH Radarinterferometrisches Ergebnis mit interpolierten Isolinien Folie 25

26 Radarsatellit TerraSAR-X Folgeprojekt 2009: hochgenaue Erstellung digitaler Geländemodelle durch Nutzung eines zweiten Satelliten TanDEM-X. Quelle: Infoterra GmbH Folie 26

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