R2.1 Erdbeobachtung

Leitung

N.N.
Leitung

Dr. rer. nat. Roswitha Grümann
Stellvertr. Leitung

DLR
Startegie & Vernetzung
Linder Höhe
51147 Köln

Tel.: 02203 / 6013127
E-Mail: roswitha.gruemann(at)dlr.de

Definition, Abgrenzung, Ziele

Erdbeobachtung umfasst sowohl die Aufnahme der Erdoberfläche als auch die Verarbeitung  und Analyse der empfangenen Daten. Das übergeordnete Ziel ist die Erfassung von räumlichen Strukturen sowie die Ableitung von Prozessen auf der Erdoberfläche. Dabei werden sowohl aktive als auch passive Sensortechniken verwendet. Die Anwendungsfelder liegen in der Beobachtung der Landflächen, der Ozeane und der Atmosphäre.

Der Hauptthemenbereich des Fachausschusses "R2.1 Erdbeobachtung" liegt in der Diskussion von Einsatzmöglichkeiten heutiger und künftiger Sensoren unter besonderer Berücksichtigung der synergetischen Nutzung aktiver und passiver Systeme.

Technische Unterteilung

Die Unterteilung der Erdbeobachtung kann zum einen aufgrund der Sensortechnik, d.h. aktive und passive Erdbeobachtung, zum anderen aufgrund der Anwendungsbereiche (Landflächen, Ozeane, Atmosphäre) erfolgen.

Passive Systeme

Passive Ausnahmesysteme erfassen die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung der Sonne oder die von der Erdoberfläche emittierte elektromagnetische Strahlung mithilfe eines optischen Aufnahmesystems. Die einfallende Strahlung wird über eine, je nach Sensor festgelegte Fläche an der Erdoberfläche integriert, in ein messbares elektrisches Signal umgewandelt und gespeichert. Dabei teilen optische Bauelemente (Spiegel, Gitter und Prismen) die einfallende Strahlung in verschiedene Wellenlängenbereiche (sichtbares Licht bis thermales Infrarot) auf. Je nach Aufnahmesystem erfolgt die Aufnahme zeilenweise oder in einem Array.

Aktive Systeme

Bei aktiven Systemen erzeugt der Sensor ein elektromagnetisches Signal und sendet es in Richtung Erdoberfläche, wo es gestreut bzw. reflektiert wird. Der zum Aufnahmesystem hin gestreute/reflektierte Anteil und die Laufzeit des Signals werden vom Sensor registriert. Durch die Vorwärtsbewegung des Sensorträgers entsteht eine zeilenweise Bildaufzeichnung der Erdoberfläche.
Die Fragestellung entscheidet über die Aufnahmetechnik (aktiv, passiv) und die Wahl des Sensors mit der dazugehörigen räumlichen, zeitlichen und spektralen Auflösung bzw. Frequenz.

Anwendungsbereiche

Eine klassische Anwendung passiver Sensoren ist die flächenhafte Erfassung der Landnutzung/Landbedeckung im Rahmen einer Landnutzungsklassifikation. (Abb. 1). Diese können als Grundlage in der Raumplanung, zur Beobachtung eines evtl. vorhandenen Landschaftswandels oder  für hydrologische und ökologische Modellrechnungen.

Abb. 1: Ergebnis einer Maximum-Likelihood-Klassifikation desEinzugsgebietes der Oberen Stör (Schleswig-Holstein) (Quelle: AgFe Kiel)

Abb. 1: Ergebnis einer Maximum-Likelihood-Klassifikation desEinzugsgebietes der Oberen Stör (Schleswig-Holstein) (Quelle: AgFe Kiel)

Ein wichtiges Beispiel für den Einsatz von flächenhafter Erdbeobachtung ist die Ableitung der Topographie aus Satelliten- und Luftbilddaten. Digitale Geländemodelle (z.B. Abb. 2) können aus aktiven und passiven Sensordaten abgeleitet werden und spielen eine wichtige Rolle z.B. für die Orthorektifizierung von Luft- und Satellitenbildern, topographische Kartierungen, in der Mobilfunktechnik sowie zur Hochwasserabschätzung.

Abb. 2: Digitales Geländemodell einer Landschaft in Kolumbien, erstellt aus TerraSar-X Radar-Daten (Quelle: Astrium Services)

Abb. 2: Digitales Geländemodell einer Landschaft in Kolumbien, erstellt aus TerraSar-X Radar-Daten (Quelle: Astrium Services)

Literaturempfehlungen, zitierte Quellen und weiterführende Internetadressen

Davis, F., D. Quattrochi, M. Ridd, N. Lam, S. Walsh, J. Michaelson, J. Franklin, D. Stow, C. Johanssen, and C. Johnston, 1991,
Environmental Analysis Using Integrated GIS and Remotely Sensed Data: Some Research Needs and Priorities, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,
Vol. 57, No. 6, pp. 689-697

Goward, S. and D. Williams, 1997,
Landsat and Earth System Science: Development of Terrestrial Monitoring, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,
Vol. 63, No. 7, pp. 887-900.

Webpage des DLR zur Erdbeobachtung
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10376

Webseite der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA zu dem GMES (Global Monitoring for Environment and Security)
Programm
(englisch)
http://www.esa.int/esaLP/SEMRRI0DU8E_LPgmes_0.html

GMES in Deutschland (deutsch)
http://www.d-gmes.de/

Webseite des Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) der US Environmental Protection Agency (englisch)
http://www.epa.gov/geoss/

GEOSS Deutschland (deutsch)
http://www.d-geo.de/geoss-de_ge.htm