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KONSAB Lernvideo 1 - Grundlagen der Fernerkundung
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 57 Zeilen
- Was ist eigentlich Fernerkundung? Der Name verrät schon, dass es um die Erkundung aus der Ferne geht,
- also das kontaktfreie Erfassen von Informationen über eine Fläche, wie der Erdoberfläche. Das geht zum Beispiel mit Satelliten, mit Flugzeugen oder mit Drohnen.
- Fernerkundung bedeutet, dass ein Sensor elektromagnetische Strahlung, die an der Oberfläche und ihren Objekten reflektiert wird, aufzeichnet.
- Das elektromagnetische Spektrum steht quasi im Zentrum der Fernerkundung. Es erstreckt sich von Bereichen mit ganz kleinen Wellenlängen, so wie Gamma- oder Röntgenstrahlen
- über mittlere Wellenlängenbereiche, wie das sichtbare Licht hin zu den großen Wellenlängen wie Mikrowellen oder Radiowellen.
- Die Fernerkundung macht sich den Fakt zunutze, dass jedes Material auf der Erde die elektromagnetische Strahlung anders reflektiert.
- Das kann zum Beispiel die Strahlung sein, die von der Sonne kommt und am Boden absorbiert, transmittiert und reflektiert wird.
- Wenn man sich den Anteil der Reflektion gegenüber der Wellenlänge ansieht, ergeben sich für verschiedene Materialien charakteristische Spektren.
- Wasser, Boden und Vegetation haben sehr unterschiedliche Spektren, wodurch sie sich auch einfach voneinander trennen lassen.
- Aus der Vogelperspektive sehen wir natürlich, dass gesunde Vegetation grün ist, denn bei ihr wird das blaue und das rote Licht absorbiert und nur das grüne reflektiert.
- In der Fernerkundung sind aber auch die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums interessant, die das menschliche Auge nicht erfassen kann,
- so wie zum Beispiel das Nahe Infrarot. Hier reflektiert Vegetation nämlich besonders stark.
- In der Fernerkundung unterscheidet man anhand des elektromagnetischen Spektrums die großen Bereiche Optisch, Thermal und Radar.
- Die optische Fernerkundung umfasst den sichtbaren, den nahen und den fernen Infrarotbereich.
- Zu den optischen Satelliten gehören z.B. die Sentinel-2-Satelliten der ESA, deren Daten frei verfügbar sind.
- Sentinel-2 scannt die Oberfläche mit 13 spektralen Kanälen und kann im Abstand von fünf bis sieben Tagen eine Aufnahme machen.
- Die Erdoberfläche sieht man aber nur, wenn Wolken nicht die Sicht versperren. Für die Beobachtung von Landbedeckung ist Sentinel-2 besonders interessant,
- denn der Sensor ist mit seinen Kanälen im Red Edge- und Nahen Infrarotbereich besonders sensitiv für Vegetation.
- Schauen wir uns das Vegetationsspektrum jetzt genauer an. Man sieht, dass die Reflektion von gesunder Vegetation im sichtbaren Bereich
- relativ niedrig ist und einen Peak im grünen Bereich hat. Es folgt ein steiler Anstieg hin bis zum Nahen Infrarot.
- Diesen Zwischenbereich nennt man "Red Edge", weil er sich an der Kante zum roten Spektrum befindet.
- Es ist dieser Bereich, der sich als Erstes verändert, wenn sich auch die Pflanze, ihre Struktur und ihre Inhaltsstoffe ändern.
- Im Nahen Infrarot ist die Reflexion sehr stark. Einzelne Dellen nach unten heißen Absorptionsbanden.
- Sie können in Zusammenhang gebracht werden mit Blattinhaltsstoffen wie Chlorophyll, Zellulose und Lignin, welche in diesen schmalen Bereichen
- die Energie stärker absorbieren. Sentinel-2 verfügt über die grundlegenden Bänder im blauen, grünen und roten
- Bereich und ist im Red Edge und Nahen Infrarotbereich sehr gut ausgestattet. Im kurzwelligen Infrarot sind ebenso zwei Bänder vorhanden.
- Wichtig zu wissen: es liegen nicht immer die gleichen räumlichen Auflösungen vor. Es gibt Bänder mit 10 Meter, 20 Meter und 60 Meter Auflösung.
- Wird ein Blatt gelb, verändert sich auch die spektrale Kurve. Das grüne Chlorophyll geht in der Pflanze zurück und
- kann die rote Strahlung nicht mehr absorbieren. Und auch der Nahe Infrarotbereich ändert sich stark und nimmt an Reflektion ab.
- Man kann also sehr gut unterscheiden zwischen vitaler und nicht vitaler Vegetation. Satellitendaten haben den Vorteil, dass man zu vielen Zeitpunkten
- große Flächen erfassen kann. Wenn man allein die Bänder Rot, Grün, Blau zur Darstellung verwendet,
- kann man schon, wie aus der Vogelperspektive, Strukturen erkennen und unterscheiden. Stellt man das Bild in Falschfarben dar,
- also nimmt den Kanal aus dem Infrarot dazu, so lassen sich zum Beispiel innerhalb von Feldern noch stärker die Vitalitätsunterschiede feststellen:
- je roter ein Bereich, desto vitaler. Jetzt stellt sich natürlich die Frage, wie das Bild, das man sehen kann, mit echten
- Parametern am Boden zusammenhängt. Das kann man gut zeigen beim Vergleich von einem Vegetationsindex, der aus
- Satellitendaten berechnet wurde und dem Ertrag eines Feldes. Beim klassischen Vegetationsindex NDVI werden die Informationen des Roten
- und des Infrarot-Kanals verrechnet. Weil der Kontrast zwischen den beiden Bereichen im Vegetationsspektrum so stark
- ist, heben sich in diesem Index unterschiedlich vitale Pflanzen stark ab. Vergleicht man dieses Bild mit einer Ertragskarte des Feldes, in diesem Fall Getreide,
- kann man die Gemeinsamkeiten erkennen. Dort, wo der Index rot ist, also weniger Vitalität anzeigt,
- ist oft auch schlechter Ertrag zu erwarten. Diese Korrelation zwischen NDVI und Ertrag gibt es vor allem für Getreide und Mais
- und nur zu bestimmten phänologischen Zeitpunkten. Passt man aber den richtigen Zeitpunkt ab und hat eine wolkenfreie
- Satellitenaufnahme, kann man den Ertrag eines Feldes schon gut abschätzen. Im Gegensatz zu den optischen Sensoren, die nur Strahlung empfangen,
- senden Radarsysteme die Strahlung selbst aus. Sie empfangen dann diese Signale als Energiepulse, die je nach Oberfläche unterschiedlich stark ausfallen.
- Ein Radarbild sieht ganz anders aus als ein optisches Bild und ist etwas schwerer zu interpretieren, weil es nicht dem entspricht, was wir mit dem Auge sehen können.
- Der große Vorteil aber ist, dass Radar unabhängig von der Wolkendecke ist und zu jeder Tages- und Nachtzeit Information über die Erdoberfläche aufzeichnen kann.
- Die Auswertung von Radardaten bedarf aber viel Übung und bringt einen relativ hohen Aufwand in der Prozessierung der Daten mit sich.
- Anwendungen von Radar sind zum Beispiel die Erfassung von Bodenbewegung, Fruchtartenklassifizierung,
- Phänologie, die Klassifizierung von Landbedeckung und vieles andere.
- Durchaus spannend ist auch die Thermale Fernerkundung, denn sie misst die Temperatur der Erdoberfläche.
- Es ist grundsätzlich interessant für Forscher, aber auch für Landwirte, die die Temperatur ihres Bestandes überwachen wollen.
- Thermaldaten von Satelliten haben bisher leider nur eine sehr geringe räumliche Auflösung von 100 Metern und mehr.
- Sie wollen jetzt selber starten und mit Satellitendaten arbeiten? Es ist gar nicht so schwierig. Sie brauchen nur die richtige Ausstattung.
- Dazu gehört ein Computer mit ausreichend Speicher und Leistung. Sie brauchen Internet zum Herunterladen der Satellitendaten,
- eine Software für die Verarbeitung von Geodaten, so wie QGIS oder ArcGIS, Geodaten, die für Sie relevant sind
- und eventuell Vektordaten - Shapefiles Ihres Untersuchungsgebietes. Es lohnt sich auch, die Sentinel-Toolbox SNAP zu installieren. Sie ist zwar auf
- Englisch, aber sie erleichtert den Umgang mit Sentinel-Daten immens. Lernen Sie in unseren anderen Videos, wo Sie Satellitendaten her bekommen
- und wie sie damit in QGIS, ArcGIS und SNAP arbeiten.
Zum Nachlesen
FernerkundungDer Begriff Fernerkundung bezeichnet die Gesamtheit der Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Erdoberfläche oder andere nicht direkt …
InfrarotstrahlungInfrarotstrahlung (kurz IR-Strahlung, selten Ultrarotstrahlung) ist in der Physik elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und …