Infoblatt Fernerkundung

Einführung in die Fernerkundung





Was ist Fernerkundung?

Der Begriff Fernerkundung bezeichnet die Wissenschaft, Informationen über ein Objekt durch die Analyse von Daten zu gewinnen, welche durch ein Gerät aufgenommen wurden, das keinen direkten Kontakt mit dem Untersuchungsgegenstand hat. Im Allgemeinen spricht man allerdings von Fernerkundung, wenn man die bildgebenden Verfahren der satelliten- und flugzeuggetragenen Fernerkundungssensoren meint. Verschiedenste Sensoren sammeln entfernte Daten, die auf enthaltene Informationen über die betrachteten Objekte untersucht werden können. Diese Daten können aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum stammen, also im Bereich des sichtbaren und unsichtbaren Lichtes (Infrarot) oder gar im Mikrowellenbereich (Radar) liegen. Das am meisten strapazierte Anwendungsfeld der Fernerkundung liegt in der Erdbeobachtung, wenngleich sich natürlich auch sämtliche andere Himmelskörper, deren Atmosphäre oder der Weltraum beobachten lassen.


Anwendungsgebiete

Das sicherlich bekannteste Anwendungsbeispiel für Satellitenfernerkundung kann man jeden Abend auf dem heimischen Fernseher betrachten. Die Wettervorhersage wäre heute undenkbar ohne die Bilder der Wettersatelliten, die z. B. Informationen über die Bahnen der verschiedenen Hoch- und Tiefdrucksysteme und die Wolkenbedeckung liefern. Bekannt sind auch die mittel- bis hochauflösenden Satellitenbilder, wie man sie zunehmend in Atlanten oder auf CD-ROM findet. Mit Hilfe von Fernerkundungsdaten lassen sich einzelne Pflanzen und deren Entwicklungsstand bestimmen und voneinander unterscheiden. Die Europäische Union überwacht so das Prämienprogramm zur Stilllegung von landwirtschaftlichen Flächen. Förster inventarisieren mit Luftbildern den Waldbestand und dokumentieren in zeitlichen Abständen den Fortschritt des Wachstums und des Einschlags in den Wäldern. In Krisenfällen wie etwa Überschwemmungen und Stürmen bieten Satelliten- und Luftbilder einen schnellen Überblick über die Schwere und das räumliche Ausmaß der Schäden. Satellitenbilder ermöglichen die Vorausbestimmung des Saatzeitpunktes in ariden Gebieten. Die Liste der Anwendungen ist beinahe beliebig lang, jedoch sollen als letztes Beispiel für Fernerkundung die Satellitenbilder aus den letzten beiden Golfkriegen dienen, mit deren Hilfe militärische Einsätze geplant wurden. Hier zeigt sich auch, wie gut der Bildbetrachter manipuliert werden kann, wenn ihm die notwendigen Hintergrundinformationen für eine richtige Bildinterpretation vorenthalten oder gar verfälscht präsentiert werden. Die Technologie Fernerkundung birgt jedoch ein großes Potential, zu einem besseren Verständnis des Systems Erde und zu seinem Schutz beizutragen.





Digitale Bildverarbeitung

Natürlich kann man ein Luftbild oder eine Satellitenbildaufnahme mit den bloßen Augen interpretieren und viele wichtige Informationen daraus gewinnen. Jedoch werden die zunehmend digital vorliegenden Daten heute fast ausschließlich auch digital, also mit entsprechenden Bildverarbeitungsprogrammen weiterverarbeitet und analysiert. Bei Daten aus dem nicht sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums (v. a. Radar) fällt eine rein visuelle Interpretation ohnehin schwer. Der Begriff der digitalen Bildverarbeitung beschreibt alle Manipulationen und Analysen, die auf digitales Bildmaterial angewandt werden können. Seit dem Start des Satelliten Landsat 1 im Jahre 1972 stieg das Angebot an digitalen Bildern rasant an. Insgesamt kann man sieben verschiedene Arten der digitalen Bildverarbeitung unterscheiden:

1. Entzerrung und Restaurierung:
Durch Aufnahmegerät, Fluggeometrie, Erdoberfläche und Atmosphäre verzerrte Bilder werden in eine kartenähnliche und geometrisch korrekte Form gebracht. Bildrauschen und radiometrische Beeinträchtigungen (Sonneneinstrahlung, atmosphärische Störungen etc.) werden korrigiert.

2. Verbesserung:
Erhöhung des Informationsgehaltes eines Bildes durch Veränderung von Helligkeit und Kontrast, Einsatz verschiedener Filter (z. B. Schärfen, Hervorhebung von Kanten, etc.).

3. Klassifikation:
Ersatz der visuellen Bildanalyse durch quantitative Techniken der automatisierten Identifikation von Bildobjekten. Erkennung räumlicher oder spektraler (farblicher) Muster. Aus klassifizierten Bildern lassen sich z. B. thematische Karten der Landoberfläche erstellen.

4. GIS-Integration:
Bilddaten werden mit zusätzlichen geographischen Informationen in einem geographischen Informationssystem zusammengeführt. Zur Verfügung stehen dafür u. a. digitale Karten, Bilder anderer Sensoren oder Daten aus Katasterämtern. Somit wird die Interpretation der Bilddaten weiter unterstützt.

5. Hyperspektrale Analyse:
Im Gegensatz zur weit verbreiteten multispektralen Bildverarbeitung werden Daten von Sensoren verarbeitet, die kontinuierlich Bildinformationen über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums sammeln. Wegen des großen Informationsgehaltes und der hohen Menge von anfallenden Daten existieren spezielle Bildverarbeitungsmethoden.

6. Biophysikalische Modellierung:
Um die Vorgänge auf unserem Planeten besser zu verstehen, werden Daten der Fernerkundung in Modellen eingesetzt, die die Funktionsweise einzelner Ökosysteme nachbilden. Fernerkundungsdaten können dabei zur Kalibrierung des Modells, aber auch zur Lieferung von Daten in Fast-Echtzeit herangezogen werden.

7. Bildübertragung und Kompression:
Die stark wachsende Menge von Bildmaterial macht es nötig, für die Übertragung und Speicherung Algorithmen zu entwickeln, die den Speicherplatzbedarf bei gleich bleibendem Informationsgehalt verringern.


Literatur

ALBERTZ, J. (1991): Grundlagen der Interpretation von Luft- und Satellitenbildern: eine Einführung in die Fernerkundung. Darmstadt.
LILLESAND, T. M.; Kiefer, R.W. (2000): Remote Sensing and Image Interpretation. 4th Edition. New York.