Fernerkundung und Luftbildmessung: für Forstwirtschaft, Vegetationskartierung und Landschaftsökologie
Gespeichert in:
| Beteilige Person: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Wichmann
1996
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schlagwörter: | |
| Links: | http://www3.ub.tu-berlin.de/ihv/000295070.pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=007006367&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 635 - 667 |
| Umfang: | XVI, 676 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3879072388 |
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| adam_text | Titel: Fernerkundung und Luftbildmessung
Autor: Hildebrandt, Gerd
Jahr: 1996
VII
Inhalt
Vorwort..................................................... XV
1 Fernerkundung als System......................................... 1
1.1 Definitionen............................................ 1
1.2 Das System „Fernerkundung ............................... 3
1.2.1 Aufbau des Systems....................................... 3
1.2.2 Das elektromagnetische Spektrum............................ 5
1.2.3 Systematik der Aufnahmeverfahren........................... 8
1.2.4 Systematik der Auswerteverfahren........................... 11
2 Strahlungsvorgänge in der Atmosphäre............................... 14
2.1 Die Einstrahlung auf die Erdoberfläche....................... 14
2.1.1 Solare Einstrahlung...................................... 14
2.1.2 Einstrahlung im terrestrischen Spektralbereich.................. 19
2.2 Die Ausstrahlung der Erdoberfläche......................... 19
2.2.1 Rückstrahlung im solaren Spektralbereich..................... 19
2.2.1.1 Die Albedo............................................ 19
2.2.1.2 Die gerichtete Reflexion.................................. 21
2.2.1.3 Der spektrale Reflexionfaktor R (!).......................... 22
2.2.1.4 Atmosphäreneinfluß auf die solare reflektierte Strahlung.......... 24
2.2.2 Ausstrahlung im terrestrischen Spektralbereich.................. 26
2.3 Die Reflexionseigenschaften von Objekten der Erdoberfläche....... 30
2.3.1 Das Reflexionsverhalten von Blattorganen..................... 31
2.3.1.1 Zur Theorie des Reflexionsverhaltens........................ 31
2.3.1.2 Das empirische Wissen vom Reflexionsverhalten der Blattorgane .... 32
2.3.2 Das Reflexionsverhalten von Pflanzenbeständen................. 39
2.3.2.1 Einführung............................................ 39
2.3.2.2 Richtungsverteilung der Reflexion von Pflanzenbeständen......... 40
2.3.2.3 Die spektrale Zusammensetzung der Reflexion von
Pflanzenbeständen....................................... 44
2.3.2.4 Die Variabilität der spektralen Reflexion innerhalb von Beständen ... 51
2.3.2.5 Spektrale Vegetationsindices............................... 54
2.3.2.6 Reflexionscharakteristik von Pflanzenbeständen im
Mikrowellenbereich...................................... 59
2.3.3 Die Reflexion des Bodens und der Gesteine.................... 62
2.3.4 Reflexionseigenschaften von Wasser, Schnee und Eis............. 65
2.3.5 Reflexion von Baustoffen................................. 68
3 Fernerkundung durch visuelle Beobachtung............................ 70
Vili
Aufnahme und Auswertung von Luftbildern........................... 74
4.1 Bildaufnahme und -prozessierung............................ 74
4.1.1 Systematik der Bildaufnahme............................... 74
4.1.2 Kameras.............................................. 78
4.1.2.1 Reihenmeßkammern..................................... 78
4.1.2.2 Nichtkalibrierte Kameras.................................. 87
4.1.3 Filme................................................ 89
4.1.3.1 Aufbau von Filmen und Abmessungen........................ 89
4.1.3.2 Übersicht über die strukturellen und sensitometrischen
Filmeigenschaften....................................... 91
4.1.3.3 Der RMS-Wert......................................... 91
4.1.3.4 Das Auflösungsvermögen................................. 93
4.1.3.5 Die Kontrastübertragungsfunktion........................... 94
4.1.3.6 Die Schwärzungskurve.................................... 94
4.1.3.7 Die Empfindlichkeit des Films.............................. 97
4.1.3.8 Gradation und y-Wert................................... 100
4.1.3.9 Die spektrale Sensibilität von Filmen........................ 102
4.1.3.10 Lagerung unbelichteter Filme............................. 104
4.1.4 Filter............................................... 106
4.1.5 Luftbildaufnahme aus Flugzeugen.......................... 110
4.1.5.1 Wer darf Luftbilder aufnehmen und wer steht für Bildflugaufträge
zur Verfügung?........................................ 111
4.1.5.2 Flugzeuge für Bildflüge.................................. 113
4.1.5.3 Welche Kamera ist zu verwenden?.......................... 113
4.1.5.4 Die Filmwahl......................................... 115
4.1.5.5 Wahl des Bildmaßstabs.................................. 116
4.1.5.6 Zur Anordnung der Aufnahmen bei Bildreihen und
zur Bildabdeckung größerer Gebiete........................ 119
4.1.5.7 Zur Jahreszeit der Luftbildaufnahme........................ 122
4.1.5.8 Tageszeit und Wetterlage für Luftbildaufnahmen............... 125
4.1.5.9 Zu den Kosten einer Luftbildaufnahme...................... 127
4.1.5.10 Ausschreibung und Auftragserteilung für Luftbildaufnahmen...... 131
4.1.5.11 Vorbereitung einer Luftbildaufnahme im Gelände.............. 132
4.1.6 Luftbildaufnahme aus dem Weltraum........................ 134
4.1.7 Entwicklungs- und Kopierprozesse.......................... 138
4.1.8 Digitalisierung von Luftbildern............................ 143
4.1.9 Lagerung und Archivierung von Luftbildern................... 146
4.2 Geometrische Grundlagen der Luftbildauswertung.............. 147
4.2.1 Begriffsbestimmungen und Notationen....................... 147
4.2.2 Das geometrische Modell der Zentralperspektive............... 150
4.2.2.1 Die Zentralperspektive bei Nadiraufnahmen.................. 151
4.2.2.2 Die Zentralperspektive bei Senkrecht- und Schrägaufnahmen...... 155
4.2.3 Das Bild- und das Geländekoordinatensystem und
deren Beziehungen zueinander............................. 157
4.2.4 Innere und äußere Orientierung............................ 161
4.3 Synopse photogrammetrischer Meß- und Kartierverfahren........ 161
4.4 Einbildverfahren....................................... 165
4.4.1 Bestimmung des Bildmaßstabs............................. 165
4.4.2 Näherungsweise Höhenmessung nach Schattenlängen und
radialen Punktversetzungen............................... 166
IX
4.4.3 Graphische Punktübertragung............................. 167
4.4.4 Visuelle, projektive Umzeichnung.......................... 169
4.4.5 Optisch-photographische Entzerrung........................ 174
4.4.6 Herstellung von Luftbildplänen und -mosaiken................. 177
4.4.7 Analytisch-photogrammetrisches Monoplotting................. 180
4.4.8 Monoskopische Verfahren der digitalen Photogrammetrie......... 182
4.5 Zweibildverfahren...................................... 183
4.5.1 Das stereoskopische Sehen............................... 183
4.5.1.1 Das natürliche stereoskopische Sehen........................ 183
4.5.1.2 Das künstliche stereoskopische Sehen....................... 185
4.5.1.3 Taschenstereoskope..................................... 189
4.5.1.4 Standardspiegelstereoskope............................... 191
4.5.1.5 Sonderformen des Spiegelstereoskops........................ 194
4.5.1.6 Interpretationsgeräte mit Zoom-Stereoskopen................. 195
4.5.1.7 Das stereoskopische Betrachtungssystem bei Präzisions-
Stereoauswertegeräten................................... 197
4.5.1.8 Stereoskopische Betrachtungsmöglichkeiten bei digitalen
photogrammetrischen Auswertesystemen..................... 198
4.5.2 Die Orientierung des Stereomodells......................... 199
4.5.2.1 Gegenseitige Orientierung nach Kernstrahlen.................. 199
4.5.2.2 Relative Orientierung in Stereoauswertegeräten................ 203
4.5.2.3 Absolute Orientierung des relativ orientierten Stereomodells...... 208
4.5.2.4 Paßpunktbestimmung................................... 213
4.5.3 Aerotriangulation - photogrammetrische Punktbestimmung....... 217
4.5.3.1 Entwicklung und Übersicht............................... 217
4.5.3.2 Paßpunkte für die Aerotriangulation........................ 218
4.5.3.3 Verknüpfungspunkte bei Blockausgleichungen................. 220
4.5.3.4 Die Radialtriangulation.................................. 221
4.5.3.5 Streifentriangulation mit Blockausgleichung mit Streifenpolynomen . 222
4.5.3.6 Blockausgleichung mit unabhängigen Modellen................ 223
4.5.3.7 Bündelmethode........................................ 226
4.5.4 Das stereophotogrammetrische Meßprinzip................... 228
4.5.5 Auswertegeräte für stereophotogrammetrische Messungen und
Kartierungen.......................................... 230
4.5.5.1 Stereometergeräte...................................... 231
4.5.5.2 Analoge optische Geräte................................. 233
4.5.5.3 Analoge optisch-mechanische Stereoauswertegeräte............. 235
4.5.5.4 Mechanische Analoggeräte............................... 236
4.5.5.5 Komparatoren......................................... 238
4.5.5.6 Analytische Auswertegeräte I. und II. Ordnung................ 238
4.5.5.7 Digitale photogrammetrische Auswertesysteme................ 243
4.5.6 Messung von Objekthöhen und von Höhendifferenzen........... 245
4.5.6.1 Das Prinzip der Höhenmessung............................ 245
4.5.6.2 Durchführung von Höhenmessungen mit einfachen Hilfsmitteln .... 248
4.5.6.3 Durchführung von Höhenmessungen mit analogen und analytischen
Auswertegeräten....................................... 250
4.5.6.4 Baum und Bestand als Objekt der Höhenmessung.............. 251
4.5.7 Digitale Gelände- und Oberflächenmodelle................... 256
4.5.7.1 Zur Datenstruktur...................................... 257
4.5.7.2 Zur Datenerfassung..................................... 260
4.5.7.3 Zur Höheninterpolation.................................. 263
4.5.7.4 Folgeprogramme....................................... 265
4.5.8 Kartierung von Grundrissen und Höhenschichtlinien mit Zweibild-
verfahren ............................................ 271
4.5.8.1 Behelfsmäßige Verfahren................................. 271
4.5.8.2 Grundriß-Kartierung mit analog- und analytisch-photogrammetrischen
Verfahren............................................ 272
4.5.8.3 Kartierung von Höhenschichtlinien mit analog- und analytisch-
photogrammetrischen Verfahren........................... 276
4.5.8.4 Kartierung von Grundrissen und Ableitung von Höhenschichtlinien
mit digital-photogrammetrischen Verfahren................... 277
4.5.9 Herstellung und Verwendung von Orthophotos................. 278
4.5.9.1 Herstellung von Orthophotos mit Steuerung eines Orthoprojektors
durch Analoggerät...................................... 279
4.5.9.2 Herstellung von Orthophotos mit analytisch-photogrammetrischen
Mitteln.............................................. 280
4.5.9.3 Herstellung von Orthobildern mit Mitteln der digitalen Photo-
grammetrie........................................... 282
4.5.9.4 Stereo-Orthophotos..................................... 283
4.5.9.5 Orthophotokarten...................................... 284
4.6 Luftbildinterpretation................................... 286
4.6.1 Begriffsbestimmung und Abgrenzungen...................... 286
4.6.2 Elemente und Gegenstände der Luftbildinterpretation........... 287
4.6.3 Erkennen und Identifizieren von Objekten und Mustern.......... 291
4.6.3.1 Erkennungsparameter................................... 291
4.6.3.2 Beispiele identifizierbarer forstlicher und vegetationskundlicher
Sachverhalte.......................................... 295
4.6.4 Interpretationsschlüssel und -anweisungen.................... 306
4.6.5 Über Sichtbares hinausgehende Schlußfolgerungen.............. 309
4.6.6 Quantitative Erfassung von Objektmerkmalen................. 311
4.6.6.1 Flächendaten.......................................... 311
4.6.6.2 Ermittlung der Länge linienförmiger Objekte.................. 320
4.6.6.3 Dendrometrische Parameter.............................. 323
4.6.6.4 Holzvorratsinventuren................................... 330
4.6.7 Analyse und Interpretation von Entwicklungen und Veränderungen
durch Luftbildzeitreihen................................. 339
4.6.8 Densitometrische Messungen und digitale Mustererkennung....... 341
4.6.9 Voraussetzungen für erfolgreiche Luftbildinterpretation.......... 345
4.7 Angewandte forstliche, landschaftsökologische und vegetations-
kundliche Luftbildauswertung............................. 348
4.7.1 Forstliche Luftbildauswertung............................. 349
4.7.1.1 Waldkartierungen...................................... 351
4.7.1.2 Forsteinrichtung....................................... 360
4.7.1.3 Forstliche Großrauminventuren............................ 363
4.7.1.4 Überwachung der Wälder und Inventur von Waldschäden......... 368
4.7.1.5 Planung der Walderschließung, beim Waldstraßenbau und von
Verbauungen.......................................... 375
4.7.1.6 Luftbildanwendungen im laufenden Forstbetrieb............... 377
4.7.2 Vegetationskundliche und ökologische Luftbildauswertung........ 378
4.7.2.1 Pflanzensoziologische Aufnahmen begrenzter Areale............ 378
4.7.2.2 Großräumige Vegetationskartierungen....................... 380
XI
4.7.2.3 Kartierung und Zustandsaufnahme von Biotopen, Biotoptypen und
Naturwaldreservaten.................................... 383
4.7.2.4 Landnutzungskartierung, Land- und Umwelt-Informationssysteme . . 386
4.7.2.5 Analyse und Diagnose landschaftsökologischer Zustände und
Entwicklungen........................................ 390
4.7.2.6 Inventur und Kartierung städtischer Vegetation................ 392
4.7.3 Landwirtschaftliche Anwendungen.......................... 397
4.7.4 Bodenkundliche und geomorphologische Auswertungen.......... 403
4.7.5 Wildökologische und -wirtschaftliche Auswertungen............. 406
4.7.5.1 Habitatkartierung und -bonitierung......................... 407
4.7.5.2 Zählung und Strukturuntersuchungen von Wildpopulationen....... 409
S Aufnahme und Auswertung elektro-optischer Daten.................... 415
5.1 Datenaufnahme........................................ 415
5.1.1 Opto-mechanische Zeilenabtaster (Scanner)................... 415
5.1.1.1 Aufbau und Funktionsweise............................... 417
5.1.1.2 Geometrie der Aufzeichnung.............................. 422
5.1.1.3 Radiometrische Eigenschaften............................. 426
5.1.2 Opto-elektronische Zeilenabtaster (Pushbroom-Scanner)......... 432
5.1.2.1 Aufbau und Funktionsweise............................... 432
5.1.2.2 Geometrie der Aufzeichnung.............................. 436
5.1.2.3 Radiometrische Eigenschaften............................. 438
5.1.3 Videokameras......................................... 442
5.1.3.1 Vidikonkameras....................................... 443
5.1.3.2 CCD-Kameras......................................... 448
5.1.4 Aufnahmeplattformen................................... 449
5.1.4.1 Flugzeuge als Plattform für Scanner und Videokameras.......... 450
5.1.4.2 Satelliten als Plattform.................................. 450
5.1.4.3 Weltraumfähren, -Stationen und Paletten..................... 457
5.2 Beschaffung elektro-optischer Fernerkundungsaufzeichnungen..... 459
5.3 Digitale Bildverarbeitungssysteme.......................... 465
5.4 Korrekturen, Verbesserungen und Veränderungen elektro-optischer
Aufzeichnungen....................................... 472
5.4.1 Geometrische Korrekturen und Anpassungen.................. 473
5.4.1.1 Einführung........................................... 473
5.4.1.2 Nichtparametrische geometrische Transformationen............. 476
5.4.1.3 Parametrische Verfahren zur Entzerrung von Flugzeugscanner-
Aufzeichnungen ....................................... 483
5.4.2 Radiometrische Korrekturen und Verbesserungen............... 486
5.4.2.1 Bildpunktbezogene Veränderungen der Grauwertverteilung....... 488
5.4.2.2 Verminderung des Atmosphäreneinflusses.................... 489
5.4.2.3 Verminderung reliefbedingter Helligkeitsunterschiede............ 495
5.4.2.4 Operationen im Ortsbereich mit digitalen Filtern............... 497
5.4.3 Bildveränderungen durch Verknüpfung multispektraler Datensätze
und Farbgebungen...................................... 504
5.4.3.1 Ratiobilder........................................... 504
5.4.3.2 Herstellung künstlicher Farbbilder.......................... 505
5.4.3.3 Hauptkomponententransformation.......................... 512
5.4.4 Graphiküberlagerungen.................................. 513
XII
5.4.5 Operationen im Frequenzbereich (Fourier-Transformationen)...... 514
5.5 Methoden der thematischen Auswertung elektro-optischer
Aufzeichnungen....................................... 515
5.5.1 Visuelle Auswertungen.................................. 515
5.5.1.1 Allgemeines zur visuellen Bildinterpretation................... 515
5.5.1.2 Zur Auswertung von Wärmebildern......................... 518
5.5.2 Digitale Klassifizierung und thematische Kartierung............. 526
5.5.2.1 Verfahrensüberblick.................................... 526
5.5.2.2 Schwellenwertverfahren.................................. 529
5.5.2.3 Überwachte, numerische Klassifizierungen.................... 533
5.5.2.4 Nicht-überwachte, numerische Klassifizierung.................. 541
5.5.2.5 Hierarchische Klassifizierungen............................ 543
5.5.2.6 Hybride Klassifizierungen................................ 545
5.5.2.7 Zusätzliche Operationen zur Verbesserung digitaler
Klassifizierungen....................................... 548
5.5.2.8 Darstellung von Klassifizierungsergebnissen................... 553
5.5.3 Beobachtung von Veränderungen und Entwicklungen
(change detection)...................................... 556
5.6 Angewandte Fernerkundung mit elektro-optischen
Aufzeichnungen....................................... 558
5.6.1 Anwendungen vom Flugzeug aus aufgenommener Scanner-
aufzeichnungen ........................................ 558
5.6.1.1 Anwendungen von Infrarot-Thermalaufnahmen................ 558
5.6.1.2 Anwendungen von Scanneraufzeichnungen aus dem solaren
Spektralereich......................................... 561
5.6.2 Anwendungen von Weltraumflugkörpern aus aufgenommener
Scanneraufzeichnungen.................................. 562
6 Aufnahme und Auswertung von Radar-Aufzeichnungen................. 575
6.1 Datengewinnung bei flächenabbildenden Mikrowellensystemen..... 576
6.1.1 Real Aperture Radar (RAR).............................. 577
6.1.2 Synthetic Aperture Radar (SAR)........................... 581
6.1.3 Zeilenabtastende Mikrowellen-Radiometer................... 585
6.1.4 Aufnahmeplattformen................................... 587
6.2 Radiometrische Gesichtspunkte bei Radaraufzeichnungen........ 590
6.3 Geometrische Eigenschaften und Korrekturen................. 592
6.4 Beschaffung von Radaraufzeichnungen....................... 598
6.5 Methoden der Auswertung............................... 601
6.5.1 Radargrammetrie...................................... 601
6.5.2 Signatur- und Texturanalysen.............................. 601
6.5.3 Visuelle Interpretation................................... 603
6.5.4 Digitale Klassifizierung.................................. 607
6.6 Thematischer Informationsgehalt in Radaraufzeichnungen........ 608
6.6.1 Einleitung............................................ 608
6.6.2 Ozeanographische und glaziologische Informationen............. 609
6.6.3 Geländemorphologische und geologische Informationen.......... 610
6.6.4 Bodenkundlich relevante Informationen...................... 611
6.6.5 Informationen über Wasserflächen und -laufe.................. 614
6.6.6 Informationen über Besiedlungsstrukturen.................... 616
XIII
6.6.7 Informationen über Verkehrswege und -flächen................ 617
6.6.8 Informationen über landwirtschaftliche Nutzflächen............. 618
6.6.9 Informationen über Grünland............................. 621
6.6.10 Informationen über Wälder und Buschland................... 622
6.6.11 Zusammenfassung...................................... 628
6.7 Bisherige praktische Anwendungen von Radarsystemen für
landbezogene Inventuraufgaben............................ 629
7 Literaturverzeichnis............................................ 635
8 Sachregister.................................................. 669
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