Land Observation Satellites

Transkript

1 Introduction to Remote Sensing Campbell und Wynne (2011) Kapitel 6: Seminar: Satellitenfernerkundung Leiter: Dr. Ralf Sussmann Caroline Brosy

2 GLIEDERUNG 1. Einleitung 2. Satellitenumlaufbahnen 3. Landsat System 3.1 Return Beam Vidicon (RBV) 3.2 Multispectral Scanner Subsystem (MSS) 3.3 Landsat Thematic Mapper (TM) 4. Administration des Landsat Programms 5. Gegenwärtige Satellitensysteme 6. Fazit und Ausblick 2

3 Satellitenfernerkundung Speziell entwickelt für Beobachtung der Erdoberfläche Sammeln von Informationen über: Wälder Gewässer Landnutzung Städte Abdeckung eines großen Gebietes in einem Bild Passives Verfahren im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarot 3

4 Landsat 1. Satellit war TIROS (Television and Infrared Observation S.) Wettersatellit zur Wolkenbeobachtung 1. Landsat wurde 1960 konstruiert und 1972 abgeschossen Setzt sich zusammen aus land und satelilte Entwicklung durch amerikanische Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit der Regierung Beobachtung von Veränderungen der Landoberfläche und von Ressourcen Vorläufer für ganze Fernerkundungssysteme Weitere Landsats folgten 4

5 Landsat Missionen 1. Generation: Landsat 1, 2 und 3 2. Generation: Landsat 4 und 5 3. Generation: Landsat 7 5

6 Satellitenumlaufbahnen Zugeschnitten auf jeweiliges Ziel der Mission Annahme, dass Gravitationsfeld der Erde dem einer Kugel entspricht Vereinfachung Normalerweise jedoch gestörte Orbits aufgrund Abgeplatteter Form der Erde Sonne-Mond-Anziehung Gezeiten Sonnenwind 6

7 Inklination: Winkel zwischen Satellitenbahn und Äquator am absteigenden Knoten Normale Umlaufbahnen Ellipse Zentrum: Erdschwerpunkt Apogäum: nahster Punkt Perigäum: entferntester Punkt Auf- und absteigende Knoten 7

8 Normale Umlaufbahnen Zeit einer Umlaufbahn abhängig von Höhe über Erdoberfläche Stationär über einem Punkt auf dem Äquator (geostationär) km Höhe Ideal für meteorologische und Kommunikationssatelliten In diesem Zusammenhang jedoch von geringer Bedeutung 8

9 Sonnensynchrone Umlaufbahnen Orbits mit konstantem Sonnenwinkel Beleuchtungsunterschiede bei Bildern sollen gemindert werden Abhängig von geogr. Breite, Tages- und Jahreszeit Position der Bahn wird nach Westen verschoben (360 /Jahr) Jeder Ort wird zur selben Sonnenzeit am Tag überflogen Eliminierung Tageszeit Meistens 9.30 Uhr bis Uhr, da gute Beleuchtung und Minimum der Wolken über den Tropen 9

10 Sonnensynchrone Umlaufbahnen Abdeckung zwischen 81 N und 81 S Orbit verschiebt sich durch Erdrotation 10

11 Funktionsweise 1. Generation der Landsat nicht mehr im Einsatz Bilder sind Basis für Veränderungen der Landoberfläche Aufnahme von Bildern nur zu bestimmten Zeitpunkten Funktionsfehler der Sensoren und Wolken verhindern Aufnahme Verschiedene Unterstützungssysteme für Sensoren Orientierung Satellit zu Erdoberfläche Kontrolle der Orbits Kontrolle der Gerätetemperatur Mikrowellen-Kommunikation für Datenübertragung 11

12 Landsat Orbits Orbit dauert 103 min 14 Orbits am Tag nach 252 Orbits wieder am Anfang 18 Tage durch Erddrehung Verschiebung der Orbits um km nach Westen am Äquator 12

13 Landsat Orbits Lücken zwischen Bahnen werden an folgenden Tagen geschlossen Überlappung der Orbits 13

14 Return Beam Vidicon (RBV) Bildaufnahmeröhre, Fernsehröhre Videosensor auf der Basis des inneren Fotoeffekts Hochauflösend 3 spektrale Kanäle (grün, rot, nahes IR) Geometrie der Objekte im Vordergrund Anwendung für Photogrammmetrie Zunächst wichtiger als MSS Ablösung aufgrund Funktionsstörungen 14

15 Multispectral Scanner Subsystem (MSS) Spektrale Auflösung von bekannten geometrischen Objekten entscheidend Gute Qualität der Bilder Aufnahme eines Bildes mit 185 km Ost- West und 170 km Nord-Süd 15

16 Multispectral Scanner Subsystem (MSS) 16

17 Landsat Bild West-Ost: hin und her bewegen des MSS Nord-Süd: Vorwärtsbewegung entlang des Weges 185 km breites Band um die Erde Unterteilung für geeignete Größe Überlappungen in N-S 5 % (9 km) und in W-O abhängig von geogr. Breite (Ä 14 %, %) 17

18 Bildformate Rechteckig: ohne Korrektur Parallelogramm: mit Füllpixel (keine Infos) Jeder Kanal eigenes Bild (grün, rot, nahes IR) Falschfarbenbild Lebende Vegetation rot, trübes Wasser blau, Stadt grau oder pink-grau Wichtige Infos am Rand jedes Bildes 18

19 Band 2 Band 4 0,6-0,7 μm 0,8-1,1 μm 19

20 Thematic Mapper (TM) Neue Technologie auf Basis des MSS Ab Landsat 4 im Einsatz, verbessert in Landsat 7 Opto-mechanisches System zur Erfassung von Fernerkundungsdaten Feinere räumliche Auflösung, verbesserte geometrische Genauigkeit, radiometrische Details, mehr spektrale Infos 7 spektrale Bänder 20

21 Spektrale Bänder 21

22 Thematic Mapper (TM) Bänder angepasst an spezifische wissenschaftliche Untersuchungen Räumliche Auflösung 30 m anstatt 76 m Größere Bandbreite an Helligkeitsabstufungen (256 Levels) Aufnahme von W-O als auch O-W niedrigere Geschwindigkeit des Spiegels, daher mehr Zeit für Helligkeit Kombination der Bänder nicht immer sinnvoll TM 2,3 und 4 Falschfarbenbild TM 1,2 und 3 natürliches Farbbild 22

23 Administration des Landsat Programms Ins Leben gerufen von der NASA um neue Technologien zu entwickeln und veranschaulichen Ursprüngliche Mission ohne routinemäßige Aufzeichnung hohe Kosten und Komplexität Heute auch andere Einrichtungen wie USGS oder NOAA mitverantwortlich Absturz Landsat 6 im Jahr 1993 hohe Robustheit der Geräte führte zu verlängertem Einsatz 2005 Landsat Data Continuity Mission der NASA Landsat 8 mit Operational Land Imager (OLI) 23

24 Gegenwärtige Satellitensysteme Anzahl der Systeme enorm gestiegen Unterteilung in 3 Gruppe Landsat-ähnliche Systeme Weiträumige, grobauflösende Bilder Kleinskalige, hochauflösende Bilder 24

25 Gegenwärtige Satellitensysteme (Auswahl) SPOT India Rempote Sensing AVHRR (advanced very-high-resolution radiometer) VEGETATION GeoEye-1 IKONOS 25

26 AVHRR (advanced very-high-resolution radiometer) 1978 als meteorologischer Satellit zur Beobachtung von Wettersystemen der NOAA Hauptsächlich Wolkenbedeckung und Oberflächentemperatur polarumlaufend 14 Durchläufe am Tag 2399 km breite Streifen 6 Kanäle 26

27 IKONOS September 1999 Erster kommerzieller Satellit mit Auflösung unter einem Meter Panchromatisch: 0,8 m Multispektral: 3,2 m 11,3 km breite Streifen Sonnensynchroner Orbit Washington D.C - panchromatisch 27

28 Fazit und Ausblick Satelliten für Fernerkundung immer wichtiger und nicht mehr weg zu denken Verbesserte Technologie, zugeschnitten auf Mission Frage der entstehenden Kosten und deren Übernahmen Schutz der Privatsphäre in Kombination mit anderen Daten Frage der nationalen Sicherheit bei unabhängigen Systemen 28

29 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Jefferson Memorial 29