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Fernerkundung

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Die Fernerkundung ist die Gesamtheit der Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Erdoberfläche durch Messung und Interpretation der von ihr ausgehenden (Energie-)Felder. Als Informationsträger dient dabei die von der Erde reflektierte oder emittierte elektromagnetische Strahlung. [DIN 18716/3]

Im Gegensatz zu anderen Erfassungsmethoden die den direkten Zugang zum Objekt erfordern, versteht man unter Fernerkundung die berührungsfreie Erkundung der Erdoberfläche einschliesslich der Erdatmosphäre. Eine berührungsfreie Beobachtung wird zum Beispiel durch flugzeuggetragene oder satellitengetragene Sensoren ermöglicht (i.e., Fernerkundungssensoren wie Kameras und Scanner). Vereinzelt kommen aber auch Drohnen und Ballons als Plattform zum Einsatz. Der Fernerkundung zugeordnet sind Photogrammetrie und Satellitengeodäsie. Dagegen sind Planetologie und Astronomie nicht der Fernerkundung zugeordnet, obwohl auch hier Fernerkundungssensoren zum Einsatz kommen.

Bei der Fernerkundung finden passive oder aktive Systeme Verwendung, wobei weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ausgewertet werden können. Passive Systeme zeichnen die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung auf (zum Beispiel Multispektralscanner) sowie die von der Erdoberfläche emittierte Eigenstrahlung (zum Beispiel Thermalbildkamera). Im Gegensatz dazu senden aktive Systeme Mikrowellen- oder Laserstrahlen aus und empfangen deren reflektierte Anteile (zum Beispiel Radarsysteme und Laseraltimeter).

Fernerkundungsdaten sind insbesondere in den Geowissenschaften/Geographie von grosser Bedeutung, da eine globale Beobachtung der Erdoberfläche/Atmosphäre in hoher räumlicher Auflösung nur mit Hilfe von Fernerkundungssensoren möglich ist. Neben dem synoptischen Überblick über grosse Räume ermöglichen satellitengestützte Fernerkundungssensoren zudem eine wiederholte (zum Teil tägliche) Abdeckung ein und desselben Gebietes.


Geschichte

Historische Luftbildkamera (ca. 1950)

Die Fernerkundung hat ihre Ursprünge in der militärischen Aufklärung. Von einem meist hochgelegenen Punkt (Berg) versuchte man die Bewegungen des Gegners zu beobachten. Mit Beginn der Luftfahrt änderte sich die Darstellung von der Perspektive in eine Draufsicht von oben. Anfangs dienten dazu noch Fesselballon mit menschlichen Beobachtern und Zeichenblock, später Flugzeuge mit Luftbildkameras. Die Luftbildfotografie konnten relativ früh ausgewertet werden, allerdings war das Ergebnis immer stark abhängig vom Auswerter. Die heute mit Satellitenplattformen und diversen Bildaufzeichnungsgeräten und Spektralabtastern gewonnenen Daten können mit Computersystemen be- und verarbeitet werden (digitale Bildverarbeitung). Diese systematische Auswertung wurde in den letzten Jahren stark verbessert. Nichtsdestotrotz bleibt auch heute noch die visuelle Bildinterpretation wichtig.


Fernerkundungssensoren

In der Fernerkundung finden sowohl passive oder aktive Systeme Verwendung, wobei weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ausgewertet werden können.

Die gebräuchlichsten Sensortypen sind:

  • Multispektralscanner
  • Thermalbildkameras
  • Radarsysteme
  • Hyperspektralsensoren
  • Mikrowellenradiometer
  • Laseraltimeter
  • Interferometer
  • Luftbildkammer


Fernerkundungssatelliten (Auswahl)

Es befinden sich eine Vielzahl von Satelliten in der Erdumlaufbahn. Je nach Aufgabengebiet werden diese auch in Umweltsatelliten und Wettersatelliten unterteilt; die Übergänge zwischen beiden Kategorien sind jedoch fliessend.

Die wichtigsten staatlichen und kommerziellen Erdbeobachtungssatelliten sind


Eine Liste der Erdbeobachtungssatelliten listet viele weitere Satelliten auf. Die aufgeführten Satelliten haben unterschiedlichste spektrale, räumliche, zeitliche, optische und radiometrische Auflösungen.

Einsatzgebiete

Entsprechend der Vielfalt des Lebensraums Erde, ist auch das Einsatzgebiet der modernen Fernerkundung sehr weit gefächert. Durch die einzigartige Möglichkeit auch grosse Gebiete in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu erfassen, wird die Fernerkundung in sehr vielen Disziplinen eingesetzt.

  • Geowissenschaften, Geographie, Kartographie und Geodäsie
    • Höhenrelief und Wasserwege
    • Geologie (Gesteinstypen, Lagerstätten)
    • Landbedeckung, Landnutzung und Landmanagement
    • Urbanisierung (Ausbreitung der Städte)
    • Forstwirtschaft (Inventarisierungen, Holzpotentialabschätzungen, Waldschadenskartierung, Wegebauplanungen etc.)
    • Landwirtschaft (Erntevorhersagen, Anbauflächen, Überprüfung von subventionierten Brachflächen, precision farming etc.)
    • Vegetationsphänologie (Aspektfolge)
  • Katastrophenschutz
    • Waldbrände (Ausmaß der Zerstörung)
    • Vulkanausbrüche (Vorhersage und Überwachung)
    • Erdbeben (Höhenänderung)
    • Dürremonitoring
    • Umweltverschmutzung (Öleinleitung auf den Weltmeeren)
  • Klimatologie und Meteorologie
    • Wettervorhersage
    • Klimaüberwachung
  • Atmosphärenphysik und -chemie
    • Spurengase, Wolken, Aerosole
    • Temperatur, Luftdruck
    • Strahlungshaushalt, Strahlungsbudget
    • Überwachung von Emissionen, z.B. Kohlendioxid
  • Archäologie
    • Archäologische Flugprospektion
    • Kartierung von Ausgrabungen
  • Rüstungskontrolle
    • Verifikation von Abrüstungsvereinbarungen

Einteilung und Untergliederung

Einteilung nach Anwendungsbereich

Fernerkundungsdaten kommen in vielen geowissenschaftlichen Disziplinen zur Anwendung. Entsprechen wird die Fernerkundung weiter unterteilt.


Untergliederung der Fernerkundung nach Anwendungsbereich

  • Bodenkundliche Fernerkundung
  • Landwirtschaftliche Fernerkundung
  • Botanisch/vegetationskundliche Fernerkundung
  • Forstwirtschaftliche Fernerkundung
  • Geologische Fernerkundung/Photogeologie
  • Hydrologische Fernerkundung
  • Ozeanographische Fernerkundung
  • Limnologische Fernerkundung
  • Urbane Fernerkundung/Stadtfernerkundung
  • Umweltfernerkundung (fernerkundliches Umweltmonitoring)
  • Klimatologisch/meteorologische Fernerkundung
  • Atmosphärische Fernerkundung
  • Archäologische Fernerkundung/Luftbildarchäologie
  • Geodätische Fernerkundung/Satellitengeodäsie
  • Photogrammetrie

Einteilung nach Messverfahren

Fernerkundungsdaten werden in den verschiedensten Wellenlängenbereichen und mit unterschiedlichen Messmethoden erhoben. Entsprechend lässt sich die Fernerkundung weiter untergliedern.


Untergliederung der Fernerkundung nach Messverfahren

  • Optische Fernerkundung
  • Multispektrale Fernerkundung
  • Hyperspektrale Fernerkundung
  • Thermalbildinterpretation
  • Passive Mikrowellenfernerkundung
  • Aktive Mikrowellenfernerkundung (Radar)
  • Laseraltimetrie
  • Interferometrie (Radarinterferometrie)
  • Luftbildphotografie/Luftbildinterpretation
  • Photogrammetrie und Luftbildmessung


Einteilung nach Auswerteverfahren

Zur Bereitstellung flächendifferenzierte Geodaten werden Fernerkundungsdaten mit unterschiedlichen Auswerteverfahren weiterverarbeitet. Je nach gewähltem Auswerteverfahren kann die Fernerkundung weiter untergliedert werden.


Untergliederung der Fernerkundung nach Auswerteverfahren

  • Fernerkundliche Klassifizierung und Segmentierung
  • Fernerkundliche Zeitreihenanalyse
  • Empirisch-statistische (chemometrische) Analyse von Fernerkundungsdaten
  • Fernerkundliche Strahlungstransfermodellierung
  • Fernerkundliche Modellinversion (Inversion von Strahlungstransfermodellen)
  • Assimilation von Fernerkundungsdaten in prozessorientierte (dynamische) Modelle
  • Fernerkundliche Entmischungsverfahren
  • Fernerkundliche Veränderungsdetektion (engl. Change detection)
  • Bildspektroskopie
  • Luftbildinterpretation und visuelle Interpretation von Fernerkundungsdaten
  • Luftbildmessung und photogrammetrische Verfahren (Stereophotogrammetrie)


Methoden der Fernerkundung

In der Analyse von analogen und digitalen Fernerkundungsdaten kommen eine Vielzahl von Methoden und Verfahren zur Anwendung, die nachfolgend stichwortartig aufgeführt sind. Hinzu kommen geowissenschaftliche Arbeitsschritte, die mit der Erfassung von Referenzmessungen im Gelände zusammen hängen (nicht aufgeführt). Aus der Aufzählung wird deutlich in welch starkem Maße die Fernerkundung eine methodische Wissenschaft ist.


  • Labor- und Geländespektroskopie
    • Spektroskopische Messungen

Siehe auch

Literatur

  • Albertz, J. (2001²): Einführung in die Fernerkundung. Grundlagen der Interpretation von Luft- und Satellitenbildern, Darmstadt, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, ISBN 3534146247.
  • Alparslan Akça, Jürgen Huss et al.: Luftbildmessung und Fernerkundung in der Forstwirtschaft. Wichmann, Karlsruhe 1984, ISBN 3-87907-131-4
  • Löffler, E., U. Honecker & E. Stabel (2005³): Geographie und Fernerkundung. Eine Einführung in die geographische Interpretation von Luftbildern und modernen Fernerkundungsdaten, Berlin, Borntraeger, ISBN 3443071406.
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