Lehrveranstaltung Fernerkundung. Grundlagen der Fernerkundung. Mod. 1 p. 1. Lehrveranstaltung Fernerkundung

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Heike Baumgartner
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1 Lehrveranstaltung Fernerkundung Schwerpunkt WI: Fernerkundung und GIS Schwerpunkt FW: Waldinventur und Fernerkundung II Bis : Fernerkundung 7 Wochen = 7 Lehr-Einheiten bestehend aus Vorlesung und Übungen Mittwoch 8-9 h Vorlesung in CIP 1 (Fischer) Mittwoch 9-11h Übung in CIP 1 (Fuchs, Buschmann) Schriftliches Examen in den ersten beiden vorlesungsfreien Wochen (für beide Schwerpunkte): Übungsunterlagen auf Instituts-Homepage (in Englisch). Ziel: Einblicke in Technik und Anwendungsgebiete der Fernerkundung. Grundlagen der entsprechenden Auswertungsmethoden und digitaler Bildverarbeitung. Lehrveranstaltung Fernerkundung Vorlesungs- und Übungsplan Einführung, Strahlung, Sensoren Digitale Bilder, Bildstatistik& Kontraststreckung Bild Verbesserung & Indexe Geometrische Korrekturen & Georeferenzierung Multitemporale Veränderungen Überwachte - Unüberwachte Klassifizierung Genauigkeitsanalyse Grundlagen der Fernerkundung Literatur: Wulder, Franklin Remote Sensing of Forest Environments. Concepts and Case Studies. Kluwer. 519 p. Franklin, S.E Remote Sensing for Sustainable Forest Management. Lewis Publishers. 407p. Lillesand, Kiefer Remote Sensing and Image Interpretation. Wiley. 724p. Wilkie, Finn Remote Sensing Imagery for Natural Resources Monitoring. Columbia University Press. New York. 295p. Hildebrandt, G Fernerkundung und Luftbildmessung. Wichmann. 676p. Schowengerdt, RA Remote Sensing. Models and Methods for Image Processing. Academic Press. 522p. Viele Skripten und Lehrmaterialien im Internet. Mod. 1 p. 1

2 Einführung, Strahlung, Sensoren Themen heute: Einführung. Grundlagen elektromagnetischer Strahlung. Reflexionseigenschaften verschiedener Körper. Eigenschaften digitaler Bilder und digitaler Sensoren. Definition Fernerkundung : Messung ohne direkten Kontakt zum zu messenden Objekt. Hier: Fokus auf digitalen Bilden = digitale Abbildungen der von der Erdoberfläche reflektierten oder emittierten Strahlung Anwendungsfelder Forstwirtschaft Landwirtschaft Umweltmonitoring Geologie, Geographie Vermessungswesen, Stadtentwicklung t Landschaftsplanung Militar... wo immer Karten und / oder räumlich explizite Information benötigt wird. Anwendungen in der Forstwirtschaft Beispiele für den Einsatz von Fernerkundungsaufzeichnungen: Orientierung im Feld. Erfassung forstlich relevanter Informationen, vor allem Flächen (Wald, Waldtypen, Waldschäden). Beobachtung von aktuellem Zustand und Veränderungen von Waldflächen und deren Charakteristika. Erstellen von thematischen Karten und kartographische Aufbereitung von Waldinventur-Ergebnissen. ABER: Nicht alles, was uns forstlich interessiert kann mit ausreichender Genauigkeit aus Fernkerkundungsaufzeichungen ermittelt werden Modellierung = Fernerkundungs-sichtbare Größen mit anderen in Verbindung bringen; Beispiel mittl. bhd = f(kronenbreite). Mod. 1 p. 2

3 Grundprinzipien eines Fernerkundungssystems Die Sensoren registrieren elektromagnetische Strahlung (EMR) als - reflektiertes Sonnenlicht - emittierte Strahlung (Wärme) Passive Sensoren (Alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt emittieren) - reflektierte Mikrowellen (Radar) Aktive Sensoren - reflektierte Infrarotwellen (Lidar). Elektromagnetisches Spektrum Mod. 1 p. 3

Reflexionscharakteristika-Wasser Klares Wasser erscheint blau, weil vor allem die kurzen Wellenlängen des sichtbaren Bereiches reflektiert werden (0.

$8-3 m), deshalb erscheint Wasser dort schwarz Je nach Tiefe, Sedimentfracht und Verschmutzung können andere Farben vorherrschen Für die Ansprache der$ 8-3 m besser unterscheidem Atmosphärische Störungen der Strahlung durch Wasserdampf. Besonders im Bereich blau 0.4-0.5 m und grün 0.5-0.6 m.

8-3 m besser unterscheidem Atmosphärische Störungen der Strahlung durch Wasserdampf. Besonders im Bereich blau 0.4-0.5 m und grün 0.5-0.6 m.

künstlichen Objekten die einzigen reflektierenden Objekte in vegetationsfreien Gebieten.

4 Reflexionscharakteristika-Wasser Klares Wasser erscheint blau, weil vor allem die kurzen Wellenlängen des sichtbaren Bereiches reflektiert werden ( m) Vollständige Absorption im nahen IR (0.8-3 m), deshalb erscheint Wasser dort schwarz Je nach Tiefe, Sedimentfracht und Verschmutzung können andere Farben vorherrschen Für die Ansprache der Wasserqualität, Sediment etc. würde man Wellenlängen von etwa m verwenden Wasser und Land lassen sich mit dem nahen IR m besser unterscheidem Atmosphärische Störungen der Strahlung durch Wasserdampf. Besonders im Bereich blau m und grün m. Reflexionscharakteristika - Boden und Felsen Böden bilden auf vielen mit Vegetation bedeckten Flächen den Hintergrund und zusammen mit Felsen und künstlichen Objekten die einzigen reflektierenden Objekte in vegetationsfreien Gebieten. Starke Reflexion im sichtbaren Bereich Die tatsächlichen Reflexions-Charakteristika hängen vor allem von der Bodenfeuchte ab Die Bodenreflexion nimmt ab dem blauen Wellenlängenbereich über einen weiten Bereich kontinuierlich zu: Wenn multispektrale Bilder verfügbar sind, dann kann diese Charakteristik zur Identifizierung von Böden verwendet werden. Mod. 1 p. 4

Reflexionscharakteristika - Boden und Felsen Typische spektrale Rückstrahlung sandiger Böden mit unterschiedlichem

(Chlorophyll), und absorbiert vor allem blau (0.41, 0.43 und 0.453 m) und rot (0.642, 0.

! Wir interpretieren grüne Objekte üblicherweise als Vegetation.

5 Reflexionscharakteristika - Boden und Felsen Typische spektrale Rückstrahlung sandiger Böden mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt Bodenfeuchte % Spektrale Refle exion % Wellenlänge Reflexionscharakteristika-Vegetation Vegetation ist grün (Chlorophyll), und absorbiert vor allem blau (0.41, 0.43 und m) und rot (0.642, m) Hauptsächliche Reflexion und Transmission ist bei grün. Bei 0.47 m liegt das Maximum der Sonnenenergie!! Wir interpretieren grüne Objekte üblicherweise als Vegetation. Die Zellstruktur der Blätter bewirkt eine starke Reflexion im nahen Infrarot (bei ca m ). Wegen dieser typischen Reflexionseigenschaften kann Vegetation in vielen Fällen gut von Nicht-Vegetation unterschieden werden. Reflexionscharakteristika-Vegetation Mod. 1 p. 5

6 Reflexionscharakteristika-Vegetation Der Wassergehalt der Blätter bewirkt eine Absorption im Bereich um 1.4 m und um 2 m. Variationen und Abweichungen im Reflexionsverhalten sind Hinweise auf Unterschiede im Pigment- oder Wassergehalt. Diese Information können der Identifizierung von Baumarten, Baumartenmischungen, Entwicklungsklassen und Schäden dienen. Reflexionscharakteristika-Vegetation Typische Rückstrahlung von Blättern und deren Gründe Pigmente Zellstruktur Wassergehalt der Blätter Hauptgrund ion % Spektrale Reflexi Chlorophyll Wasser Plattformen. Mod. 1 p. 6

Aufnahmemodi von Sensoren Bildweise Pixelweise Pixelstreifenweise Landsat MSS: 6 strips

in elektrische Energie (Spannung) umgewandelt und deren Intensität registriert.

Analysen zu Verfügung Damit können Farbbilder erstellt werden Digitale Bilder Pixeln (picture

Intensität der empfangenen Strahlung entspricht. Dieser Wert wird dem gesamten Pixel zugeteilt.

7 Aufnahmemodi von Sensoren Bildweise Pixelweise Pixelstreifenweise Landsat MSS: 6 strips simultaneously Whiskbroom Pushbroom Multi-spektrale Sensoren Weisses Licht Die Energie der EMR wird in elektrische Energie (Spannung) umgewandelt und deren Intensität registriert. Die verschiedenen spektralen Bänder werden getrennt registriert und stehen dann auch für separate Analysen zu Verfügung Damit können Farbbilder erstellt werden Digitale Bilder Pixeln (picture elements): Die registrierte Strahlung wird mit einer digitalen Zahl (DN) gespeichert, welche der Intensität der empfangenen Strahlung entspricht. Dieser Wert wird dem gesamten Pixel zugeteilt. Oben links: Originalbild mit 320 Reihen und 480 Spalten Oben rechts: Starke Vergrößerung Unten rechts: DNs (Digital Numbers) des vergrößerten Bildes. Mod. 1 p. 7

8 Spektrale Kanäle einiger FE Sensoren. Digitale Bilder Mod. 1 p. 8

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