Direkt zum Inhalt

Lexikon der Kartographie und Geomatik: Fernerkundung

Fernerkundung
Elmar Csaplovics, Dresden
Fernerkundung der Erde, auch Geofernerkundung, E remote sensing, umfasst den Komplex der berührungsfreien quantitativen und qualitativen Aufzeichnung, Speicherung, thematischen Verarbeitung und Interpretation bzw. Klassifikation von objektbeschreibender elektromagnetischer Strahlung mittels geeigneter abbildender oder nichtabbildender Sensoren, analoger oder digitaler Datenträger und analoger oder digitaler Bildanalyse. Die Aufzeichnung von Gravitationsfeldern, magnetischen oder elektrischen Feldern sowie von akustischen Wellen (Sonar) wird i. a. nicht dem Terminus Fernerkundung zugeordnet.
Die objektbeschreibende elektromagnetische Strahlung setzt sich in Funktion der Wellenlänge aus spezifischen Anteilen reflektierter, gestreuter und/oder emittierter Strahlung (Reflexion, Streuung, Emission) zusammen. Interaktionsmedien sind die Atmosphäre und die Erdoberfläche im Sinne aller natürlichen und künstlichen Oberflächen. Daher wird ein zentraler Bereich der Fernerkundung auch als Erdbeobachtung (earth observation) bezeichnet.
Die Parameter der Fernerkundung werden durch den Verlauf des Strahlungspfades von der Strahlungsquelle bis zur Strahlungsaufzeichnung festgelegt.
Elektromagnetische Strahlung wird von Energiequellen ausgesendet, breitet sich in der Atmosphäre aus, tritt in Interaktion mit den atmosphärischen Teilchen und mit der Erdoberfläche, wird von Sensoren innerhalb oder außerhalb der Atmosphäre aufgezeichnet und in analoger und/oder digitaler Form gespeichert. Mittels eines geeigneten Systems zur Bilddatenanalyse und Bilddatenausgabe erfolgt eine Bearbeitung, Klassifikation und Visualisierung der Bilddaten.
Energiequellen wie Sonne und Erde emittieren elektromagnetische Strahlung in wellenlängenabhängigen Intensitäten (Planck'sches Strahlungsgesetz, Stefan-Boltzmann-Gesetz, Wien'sches Verschiebungsgesetz).
Passive Fernerkundungsverfahren zeichnen elektromagnetische Strahlung auf, die von der Erdoberfläche reflektiert und/oder emittiert wird. Aktive Fernerkundungsverfahren wie Radar oder Laser (Lidar) senden kohärente Strahlungspulse aus und registrieren die Laufzeit bzw. die Amplituden- und Phasendifferenz der von der Erdoberfläche rückgestreuten/reflektierten Signale. Radiometrische Korrekturen berücksichtigen die Strahlungscharakteristika der jeweiligen Energiequellen.
Die Atmosphäre vermindert die Intensität der Sonnenstrahlung durch Streuung und Absorption in Funktion der Streupartikelgröße und der Wellenlänge (atmosphärische Extinktion). Große Transparenz besteht in sog. atmosphärischen Fenstern im sichtbaren Bereich des Spektrums, im nahen, im mittleren und im thermalen Infrarot sowie in hohem Maße im Mikrowellenbereich (elektromagnetisches Spektrum). Atmosphärische Korrekturen der Bilddaten sollen störende Einflüsse infolge der Extinktion minimieren.
Bei Interaktion der Strahlung mit der Erdoberfläche werden je nach Art der Landbedeckung (landcover) gewisse Strahlungsanteile reflektiert, andere absorbiert. Die Variation der Reflexion in Funktion der Wellenlänge wird objektspezifische Spektralsignatur genannt und ist Kenngröße für die spektrale (thematische) Differenzierbarkeit von Objekttypen.
Sensoren zeichnen spektrale Strahldichtewerte in Funktion von Zeit, Ort und Oberflächenart auf. Geeignete Methoden der Datenerfassung und Datenspeicherung ermöglichen die topographische und thematische Charakterisierung des erfassten Geländeausschnitts. Sensoren besitzen begrenzte radiometrische Auflösung, spektrale Auflösung und geometrische Auflösung. Messbildkameras nehmen photographische (analoge) Bilder mit spektraler Auflösung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts und im nahen Infrarot auf, während optomechanische Scanner und optoelektronische Scanner sowie abbildende Spektrometer und Radiometer mit spektraler Auflösung im sichtbaren Bereich, im nahen, mittleren und thermischen Infrarot sowie im Mikrowellenbereich und Radarantennen mit spektraler Auflösung im Mikrowellenbereich der Gewinnung von digitalen Bildern in Form von zeilen- und spaltenweise angeordneten grauwertkodierten Bildelementen dienen. Im Allgemeinen besitzen photographische Systeme hohe geometrische und geringe spektrale Auflösung, während nichtphotographische Systeme hohe spektrale aber geringere geometrische Auflösung haben. Trägerplattformen für die jeweiligen Sensoren können Stative, Flugzeuge oder Satelliten sein (Luftbild, Satellitenbild).
Das erste dokumentierte photographische Luftbild aus dem Jahr 1858 nahm Gaspard Félix Tournachon (genannt Nadar, 1820-1910) in der Nähe von Paris von einem Ballon aus auf. Das erste Luftbild aus dem Flugzeug aus dem Jahr 1909 stammt von Wilbur Wright (1867-1912), das erste photographische Satellitenbild von der amerikanischen Explorer-6-Mission im Jahre 1959. Das erste digitale Satellitenbild der Erderkundung aus dem Jahre 1972 stammt von dem Scanner an Bord des amerikanischen ERTS-1-Satelliten (Earth Resources Technology Satellite, ab 1975 LANDSAT), nachdem bereits 1960 der für meteorologische Erkundungen genutzte amerikanische Satellit TIROS-1 (Television Infrared Observation Satellite) erste nichtphotographische Satellitenbilder aufgenommen hatte.
Systeme zur Verarbeitung und Analyse der Bilddaten beruhen auf der jeweils spezifischen Konstellation Experte-Hardware-Software. Bei visueller Interpretation analoger photographischer Bilder dominiert das geschulte Wahrnehmungsvermögen des Experten gegenüber der Gerätekonfiguration, die durch analoge optische Bildauswertegeräte wie Spiegelstereoskope oder Interpretoskope bestimmt wird. Hauptaugenmerk wird in diesem Fall auf die visuelle stereoskopische Interpretation (Stereoskopie) von Bildpaaren gelegt. Bei der digitalen multispektralen Klassifikation und digitalen texturellen Klassifikation von Bildern dominiert der Hardware- und Software-Anteil, ohne dass die Intervention des Experten an Bedeutung verliert. Typische Hardware-Software-Konfigurationen sind graphische Computer-Arbeitsplätze auf Basis von Personalcomputern oder Workstation mit großer Speicherkapazität, hoher Datenverarbeitungsrate, hochauflösender Graphik sowie ausreichender Input- und Output-Peripherie für Einlesen und Drucken bzw. Plotten von Bilddaten.
Wichtigste Ziele der Bildanalyse in der Fernerkundung sind Bildverbesserung, geometrische Rektifizierung der perspektiv und projektiv verzerrten Bilder (Geokodierung), Klassifizierung nach multispektralen, textur- und musterabhängigen Parametern, Einbeziehung von Expertenwissen, multitemporale Vergleiche sowie Integration in geographische Informationssysteme. Produkte der Fernerkundung der Erde sind (geokodierte) originäre oder klassifizierte Bilddaten in digitaler und/oder analoger Form (Orthobild), meist als kombinierte Bild-Strich-Karten (Bildkarte) mit Koordinatenbezug, des Weiteren flächenbezogene Statistiken in Tabellen- oder Diagrammform sowie objektspezifische spektrale Signaturenkataloge.
Aktuelle Trends in der Fernerkundung gehen einerseits in Richtung Operationalisierung geometrisch hochauflösender satellitengestützter Sensorsysteme (optoelektronische Scanner) und hyperspektraler Scanner (abbildende Spektrometer), andererseits in Richtung Integration nichtabbildender Daten der Fernerkundung, insbesondere zur Generierung digitaler Geländemodelle der Erdoberfläche, wie z. B. Radar-Interferometrie und flugzeuggestütztes Laserscanning, sowie in Richtung verstärkter Nutzung wissensbasierter Bildanalyseverfahren.

Literatur: [1] Fernerkundungskartographie mit Satellitenaufnahmen (1989), Wien. Bd. 1. GIERLOFF-EMDEN, H.G.: Allgemeine Grundlagen und Anwendungen, Bd. 2. [2] BUCHREUTHNER, M.F.: Digitale Methoden, Reliefkartierung, geowiss. Applikationsbeispiele.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Lexikons der Kartographie und Geomatik

Herausgeber und Redaktion (jew. mit Kürzel)

JBN

Prof. Dr. Jürgen Bollmann, Universität Trier, FB VI/Kartographie

WKH

Prof. Dr. Wolf Günther Koch, Technische Universität Dresden, Institut für Kartographie

ALI

Dipl.-Geogr. Annette Lipinski, Köln

Autorinnen und Autoren (jew. mit Kürzel)

CBE

Prof. Dr. Christoph Becker, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Fremdenverkehrsgeographie

WBE

Dipl.-Met. Wolfgang Benesch, Offenbach

ABH

Dr. Achim Bobrich, Universität Hannover, Institut für Kartographie und Geoinformatik

GBR

Dr.-Ing. Gerd Boedecker, Bayrische Akademie der Wissenschaften, Kommission für Erdmessung, München

JBN

Prof. Dr. Jürgen Bollmann, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Abt. Kartographie

WBO

Dr. Wolfgang Bosch, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München

CBR

Dr. Christoph Brandenberger, ETH Zürich, Institut für Kartographie, (CH)

TBR

Dipl.-Geogr. Till Bräuninger, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Abt. Kartographie

KBR

Prof. Dr. Kurt Brunner, Universität der Bundeswehr, Institut für Photogrammetrie und Kartographie, Neubiberg

MBR

Prof. Dr. Manfred F. Buchroithner, TU Dresden, Institut für Kartographie

EBN

Dr.-Ing. Dr. sc. techn. Ernst Buschmann, Potsdam

WBH

Prof. Dr. Wolfgang Busch, TU Clausthal-Zellerfeld

GBK

Dr. Gerd Buziek, München

ECS

Prof. Dr. Elmar Csaplovics, TU Dresden, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung

WDK

Prof. Dr. Wolfgang Denk, FH Karlsruhe, Hochschule für Technik, FB Geoinformationswesen

FDN

Doz. Dr. Frank Dickmann, TU Dresden, Institut für Kartographie

RDH

Prof. Dr. Reinhard Dietrich, TU Dresden, Institut für Planetare Geodäsie

DDH

Dr. Doris Dransch, Berlin

HDS

Prof. Dr. Hermann Drewes, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München

DER

Dr. Dieter Egger, TU München, Institut für Astronomische und Physikalisch Geodäsie

RET

Dr. jur. Dipl.-Ing. Rita Eggert, Karlsruhe

HFY

Dipl.-Geogr. Holger Faby, Europäisches Tourismus Institut GmbH an der Universität Trier

GGR

Univ. Ass. Dr. MA Georg Gartner, TU Wien, Institut für Kartographie und Reproduktionstechnik, (A)

CGR

Prof. Dr. Cornelia Gläßer, Martin-Luther-Universität, Halle/S.-Wittenberg, Institut für Geographie

KGR

Dr. Konrad Großer, Institut für Länderkunde, Leipzig

RHA

Dr. Ralph Hansen, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Physische Geographie

HHT

Dipl.-Met. Horst Hecht, Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg

BHK

Prof. Dr.-Ing. Bernhard Heck, Universität Karlsruhe, Geodätisches Institut

FHN

Dr. Frank Heidmann, Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart

RHN

Prof. Dr. Reinhard Hoffmann, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Didaktik der Geographie

KIK

Prof. Dr. Karl-Heinz Ilk, Universität Bonn, Institut für Theoretische Geodäsie

WKR

Dipl.-Geol. Wolfgang Kaseebeer, Universität Karlsruhe, Lehrstuhl für Angewandte Geologie

KKN

Prof. Dr. Ing. Karl-Hans Klein, Bergische Universität Wuppertal, FB 11, Vermessungskunde/ Ingenieurvermessung

AKL

Dipl.-Geogr. Alexander Klippel, Universität Hamburg, FB Informatik

CKL

Dr. Christof Kneisel, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Physische Geographie

WKH

Prof. Dr. Wolf Günther Koch, Technische Universität Dresden, Institut für Kartographie

IKR

Prof. Dr. Ingrid Kretschmer, Universität Wien, Institut für Geographie und Regionalforschung, (A)

JKI

Dr. Jan Krupski, Universität Wroclaw (Breslau), Institut für Geographie, (PL)

CLT

Dipl.-Geogr. Christian Lambrecht, Institut für Länderkunde, Leipzig

ALI

Dipl.-Geogr. Annette Lipinski, Köln

KLL

Dr. Karl-Heinz Löbel, TU Bergakademie Freiberg

OMF

Dr. Otti Margraf, Beucha

SMR

Prof. Dr. Siegfried Meier, TU Dresden, Institut für Planetare Geodäsie

SMI

Dipl.-Geogr. Stefan Neier-Zielinski, Basel (CH)

GML

Dr. Gotthard Meinel, Institut für Ökologische Raumentwicklung, Dresden

RMS

Roland Meis, Puls

BMR

Prof. Dr. Bernd Meißner, Technische Fachhochschule Berlin, FB 7

MMY

Doz. Dr. Dipl.-Ing. Miroslav Miksovsky, TU Prag, Fakultät Bauwesen, (CZ)

AMR

Dr. Andreas Müller, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Abt.Kartographie

JMR

Dr.-Ing. Jürgen Müller, TU München, Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie

MND

Dr. Maik Netzband, Universität Leipzig, Institut für Geographie

JNN

Prof. Dr. Joachim Neumann, Wachtberg

ANL

Dr. Axel Nothnagel, Universität Bonn, Geodätisches Institut

FOG

Prof. Dr. Ferjan Ormeling, Universität Utrecht, Institut für Geographie, (NL)

NPL

Dr. Nikolas Prechtel, TU Dresden, Institut für Kartographie

WER

Dr. Wolf-Dieter Rase, Bundesamt für Städtebau und Raumplanung, Abt. I, Bonn

KRR

Prof. Dr. em. Karl Regensburger, TU Dresden, Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung

WRT

Prof. Dr. Wolfgang Reinhardt, Universität der Bundeswehr, Institut für Geoinformation und Landentwicklung, Neubiberg

HRR

Heinz W. Reuter, DFS Deutsche Flugsicherung GmbH, Offenbach

SRI

Dipl.-Geogr. Simon Rolli, Basel (CH)

CRE

Dipl.-Ing. Christine Rülke, TU Dresden, Institut für Kartographie

DSB

PD Dr. Daniel Schaub, Aarau (CH)

MST

Dr. Mirko Scheinert, TU Dresden, Institut für Planetare Geodäsie

WSR

Dr.-Ing. Wolfgang Schlüter, Wetzell

RST

Dr. Reinhard-Günter Schmidt, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Physische Geographie

JSR

PD Dr. Ing. Johannes Schoppmeyer, Universität Bonn, Institut für Kartographie und Geoinformation

HSN

Prof. Dr. Heidrun Schumann, Universität Rostock, Institut für Computergraphik, FB Informatik

BST

PD Dr. Brigitta Schütt, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Physische Geographie

HSH

Prof. Dr.-Ing. Harald Schuh, TU Wien, Institut für Geodäsie und Geophysik, (A)

GSR

Prof. Dr. Günter Seeber, Universität Hannover, Institut für Erdmessung

KSA

Prof. Dr. Kira B. Shingareva, Moskauer Staatliche Universität für Geodäsie und Kartographie, (RU)

JSS

Dr. Jörn Sievers, Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt

MSL

Prof. Dr. Michael H. Soffel, TU Dresden, Lohrmann-Observatorium

ESS

Prof. Dr. em. h.c. Ernst Spiess, Forch (CH)

WSS

Doz. i.R. Dr. Werner Stams, Radebeul

MSR

Dipl.-Geogr. Monika Stauber, Berlin

KST

Prof. Dr. em. Klaus-Günter Steinert, TU Dresden, Lohrmann-Observatorium

PTZ

Dr. Peter Tainz, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Abt. Kartographie

ETL

Dr. Elisabeth Tressel, Universität Trier, FB VI/Physische Geographie

AUE

Dr. Anne-Dore Uthe, Institut für Stadtentwicklung und Wohnen des Landes Brandenburg, Frankfurt/Oder

GVS

Dr.-Ing. Georg Vickus, Hildesheim

WWR

Dipl.-Geogr. Wilfried Weber, Universität Trier, FB Geographie/Geowissenschaften – Abt. Kartographie

IWT

Prof. Dr. Ingeborg Wilfert, TU Dresden, Institut für Kartographie

HWL

Dr. Hagen Will, Gießen

DWF

Dipl.-Ing. Detlef Wolff, Leverkusen

Partnervideos