2 Grundlagen
3 Bildverarbeitung
4 Fernerkundung u. GIS
5 Literatur
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4.3 Anwendungsbeispiele An dieser Stelle werden einige ausgewählte Beispiele einer sinnvollen Verknüpfung von digitalen Fernerkundungsdaten mit anderen Datentypen mittels Geoinformationssystemen (GIS) in den Geowissenschaften vorgestellt. Küstenschutzmaßnahmen auf Rügen/Ostsee oben Der Verlauf der mecklenburgischen Ostseeküste repräsentiert eine klassische Ausgleichküstenform mit Boddenlandschaft, Nehrungen und quartärgeologisch geprägter Morphologie, die trotz nur geringer Gezeiteneinwirkung starken Meeresspiegelschwankungen im Sturmflutfall, insbesondere im Winter ausgesetzt ist. Um die stark gefährdeten Küstenabschnitte im Bereich Rügen zu schützen, betreibt das Staatliche Amt für Umwelt und Natur Rostock (StAUN) ein Küsten-Gis, in dem die wichtigsten Informationen über die Küste im Hinblick auf Schutzmaßnahmen abgelegt sind. U.a. sind dies quartärgeologische Aufnahmen von Rügen aus den 1930'er Jahren unter besonderer Berücksichtigung der morphodynamischen Elemente einer Landesaufnahme von Schütze (1931). Das StAUN hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Geoinformatik und dem Geologisch-Paläontologischen Institut der WWU-Münster die alten Kartierungen digitalisiert und ihre Elemente unter Zuhilfenahme aktueller, hochauflösender panchromatischer KVR-1000 Satellitendaten in das Küsten-GIS unter ArcGIS übertragen, wobei sehr schön die dynamischen Veränderungen im Raum Hiddensee, speziell 'Alter und Neuer Bessin' deutlich wurden. Als Datengrundlage dienten: Zuerst wurden alle Analogdatensätze digitalisiert, wobei anschließend eine Georeferenzierung der Rasterdaten auf das im den neuen Bundesländern verbreitete Krassovsky-System erfolgte (Abb. 4.3.1).
Da sich der Bereich der Halbinsel Bessin sehr rasch in seiner Morphologie verändert, wurde eine hochauflösende panchromatische KVR-1000 Satellitenszene von 1989 für diesen Raum digital aufbereitet, um so die Veränderungen der letzten 60 Jahre auf der Basis von Fernerkundungsdaten erfassen zu können (Abb. 4.3.2).
In weiteren Schritten wurden nun beide Rasterdatensätze in das GIS ArcView importiert und dort mit den bereits vorhandenen Vektordaten der Gemeindegrenzen von Rügen verschnitten. Weiterhin wurden alle morphodynamischen Elemente auf der Basis der digitalen historischen Daten vektorisiert und mit den aktuellen Küstenformen verglichen. Es zeigte sich, daß gerade am Bessin und entlang der Boddenküste erhebliche Veränderungen des Küstenverlaufs eingetreten sind, die u.a. auf der Basis der FE-Daten rasch kartiert werden können. Zusätzlich wurden alle wichtigen morphologischen Klassen als Einzelthemen in ArcView initialisiert und für die Datenverschneidung bzw. Aktualisierung vorbereitet (Abb. 4.3.3). Eine Planung von Küstenschutzmaßnahmen wird somit unter Zuhilfenahme von FE-Daten wesentlich erleichtert und kann gerade in Zuwachsgebieten von Ausgleichsküsten naturnäher konzipiert werden.
Altlastensanierung im städischen Bereich von Offenbach oben Weiterhin wird dieses Kataster für die Beurteilung evtl. vorliegender Risikoareale genutzt, denn die Verfüllung der Bombentrichter mit giftigen Substanzen und schädlicher Abfälle war in der Vergangenheit an der Tagesordnung (z.B. Ölfässer, Schmierstoffe, Munition, Chemikalien...). Heute werden diese alten Luftbilder digital aufbereitet, rektifiziert, in eine GIS eingebunden und innerhalb aktueller Planungsmaßnahmen berücksichtigt (Abb. 4.3.4).
Die Einbindung solcher FE-Daten in ein GIS und ihre Verschneidung mit digitalem Karten- oder Katastermaterial erlaubt nun die Beurteilung von Risikoflächen hinsichtlich zu erwartender Altlasten. In diesem Beispiel soll innerhalb eines bestimmten Areals eine Neubausiedlung entstehen. Es ist nun wichtig, die von der Umstrukturierung betroffenen aktuellen Standorte mit dem Bombenkataster zu vergleichen, um so Flächen herauszuarbeiten, welche relativ altlastenarm und damit kostengünstiger zu sanieren bzw. risikoärmer hinsichtlich giftiger Stoffe im Untergrund sind (Abb. 4.3.5)
Für den zentralen Bereich westlich der FL.4 bestehen bereits konkrete Umbaupläne für ein Gewerbeareal mit angeschlossener Reihenhaussiedlung (Abb. 4.3.6). Innerhalb der als Baufläche ausgeschriebenen Grenzen (rosa) besteht jedoch eine weitgehende Planungsfreiheit hinsichtlich der Standorte von zukünftigen Bauten.
Es zeigt sich, daß es innerhalb der Planungsfläche eine unterschiedliche Dichte von potentiellen Altlasten auftreten. Um die Kosten für deren Sanierung gering zu halten, werden die eigentlichen Bebauungspläne modifiziert und über syntaktische Abfragen im GIS unterstützt (z.B. Generierung von Belastungskarten etc.). Dieses Beispiel zeigt sehr deutlich, wie wichtig die digitale Aufarbeitung auch historischer, analoger FE-Daten durch Bildverarbeitungssysteme für aktuelle raumplanerische bzw. infrastrukturelle Maßnahmen im städtischen Bereich sein können. Voraussetzung ist die digitale Rektifizierung und spätere Einbindung in ein GIS zur Datenverschneidung und Analyse hinsichtlich einer geowissenschaftlichen Fragestellung. Landnutzung und Inventar innerhalb des Nationalparks El Kala (Algerien) oben
Vulkanische Aktivität des Cerro Bonete in den Hochanden (Argentinien) oben
Alterierte Gesteine und Lagerstättenexploration in der Atacama (Chile) oben ......recently, remote sensing technology represents useful information in mineral exploration. Since satellite images provide data in different regions of electromagnetic spectrum, they can be widely used in geological applications. The main goal of this paper is to demonstrate the superiority of the remote sensing technology in mineral exploration in Khoy-Oshnavieh area located in the north-west of Iran. Several kinds of remote sensing data were used to prepare different information layers which play important roles in mineral exploration. The most important layers are structures of the study area as well as alteration. The study mainly focuses on techniques used to process different remote sensing data to extract the information layers. These data were ETM+, ASTER and RADARDAT. Different kinds of alteration such as clay and iron-oxide can be extracted using ETM+ and ASTER which are multi-spectral images. After preprocessing step including the radiometric and geometric correction, several processing tools such as Crosta, selective principal component analysis and band ratio techniques were applied to introduce the areas with the most probability of alteration. Because of spectral overlaps between altered areas and some other objects in the image, different masks were applied to refine the alteration layer. These masks were produced using different methods such as image classification. The remained noise in the alteration layer was eliminated using visual interpretation. Moreover, different types of structures such as rings and lineaments may help us to find the areas with the probability of mineralization. Hence, in order to extract the large-scale structures of the study region, the RADARSAT image in standard mode was used on which different highpass filters were applied. The final structure layer was prepared using visual interpretation. The alteration and structure information with the other information layers such as geology maps, geophysics and geochemistry data were then used to produce the primary exploration model in GIS. Two different models included fuzzy logic and weight of evidence, were tested to find the promised areas. The best results were achieved by giving higher weights to the remote sensing layers. The quality of the results was evaluated by checking the field. They showed the high reliability of the remote sensing data in mineral exploration......(Gingerich et al., 2004).
Das 'Impaktkrater-GIS' oben
Geobasisdaten und GIS in der Archäologie oben Abb. 4.3.9c: Quickbird IR- und Panchromatische Aufnahme Pistazienplantagen Raum Doliche/SE-Türkei Da für den Untersuchungsraum keine aktuellen geographischen
Daten vorlagen wurde 2003 eine multispektrale IR-Aufnahme
(2m Bodenauflösung) und eine panchromatische Aufnahme
(0,7m Bodenauflösung) des neuen Quickbird-Satelliten für Doliche
und seiner Umgebung akquiriert. Zusätzlich fließen FE-Daten des
ASTER, ERTS (Altimetrie), Landsat TM-5 (Multispektralscanner)
und des historischen CORONA-Systems (Spionage) in das GIS Abb. 4.3.9d: Geobasisdaten im GIS (1:5.000) Ein digitaler Vergleich alter Karten mit aktuellen Satellitendaten,
Geländebefunden sowie der momentanen Landschaftssituation im
GIS erbringt häufig entscheidende Hinweise für die Rekonstruktion
verlorengegangener topographischer Elemente. In Ermangelung
jeglicher amtlicher Basisdaten kommt der erfolgreichen Auswertung Abb. 4.3.9e: Mögliche Sektoren für eine Prozessionsstrasse zum Heiligtum (minimale Entfernung vs. moderate Steigung) Nahbereichsphotogrammterie und GIS in der Archäologie oben Abb. 4.3.10a: Heliumballon mit digitaler Fernerkundungseinheit als klassischen Ansatz Für das Grabungsfeld am Dülük Baba Tepesi wurden alle Funddaten
bisher in einem CAD-System verwaltet. Dieses in der Archäologie sehr
typische CAD-Dokumentationsverfahren weist eine cm-Lagegenauigkeit
auf, ist jedoch nicht in ein Landeskoordinatensystem eingehängt. 2006
konnte erstmalig eine Reihenbefliegung der aktuellen Grabung mittels
Lenkballon realisiert werden. Die mittlere Höhe über Grund lag bei ca.
15m und die Bodenauflösung betrug etwa 1-2cm. Aus mehreren hundert
Bildern wurden geeignete Nahezu-Senkrechtaufnahmen ausgewählt und
in einem aufwendigen orthophotogrammetrischen Verfahren zu einem
digitalen Bildmosaik zusammengefügt. Weiterhin mußten aus dem CAD
alle Passpunkte sowie aus dem Gelände stammende GPS-Daten in das
neu geschaffene Referenzsystem übertragen, bewertet und recodiert
werden. So können z.B. Anaglyphen-Aufnahmen errechnet werden, welche einen 3D Eindruck der Grabungssituation vermitteln (Abb. 4.3.10c). Abb. 4.3.10b: Orthophotos und Befund-Lagepläne im GIS Da die digitale Aufbereitung und durchgeführte Georeferenzierung der
CAD-Daten, Profile, Zeichnungen ect. sowie die erstmalige Berechnung
von Orthophotos eine Kombination in einem GIS erlaubt, wird seit 2007
ein Grabungsinformationssystem aufgebaut (Abb. 4.3.10b), das eine Dokumentation
im Zusammenspiel aller verfügbaren Grabungsinformationen zum Ziel
hat. Weiterhin ist die Möglichkeit einer Exploration der Photos im Sinne Abb. 4.3.10c: Anaglyphenbild der Grabungssituation in Doliche (Türkei) UAS als Trägerplattform für flexible Nahbereichsphotogrammterie und GIS in den Geowissenschaften oben Dennoch nimmt die Zahl der kommerziellen Anbieter im Bereich der UAS-Fernerkundug von Jahr zu Jahr zu (vgl. auch Mircodrones o.a.), aber auch wissenschaftliche Institutionen versuchen zunehmend die Potentiale der ultraleichten Flugplattfromen für Ihre Zwecke einzusetzten. Seit 2010 wird federführend am Institut für Geoinformatik (in enger Zusammenarbeit mit der IVV, dem Institut für Landschaftsökologie und der Geogaphie der WWU Münster) eine kleine Flotte preiswerter Quadrokoptern (Typ Mikrokopter) zusammengestellt (IFGIcopter), welche insbesondere für den Bereich bildgebender Sensorik und meteorologischer Messungen konzipiert ist. Als bildgebende Sensoren sind hier erstmalig digitale Kleinbildkameras für den NIR-Einsatz auf den Koptern integriert, welche sogar CIR-Aufnahmen für die Biomassenbilanzierung landschaftökologisch wertvoller Kleinflächen (z.B. Moore) hochauflösende Daten liefern (vgl. Abb. 4.3.10d). Abb. 4.3.10d: CIR-Schrägaufnahme der modifizierten IFGIcopter-Lumix (720-1100nm, Rieselfelder, MS) Der geoinformatische Ansatz von IFGIcopter stellt den Kopter als mobile Fernerkundungsplattform neben andere Sensoren, welche in einem Sensornetzwerk Geodaten erzeugen und den Nutzern zur (webbasierten) Auswerdung idelaerweise in Echtzeit zur Verfügzung stellen (Abb 4.3.10e). Somit wäre eine hochfrequente Kartierung, Simulierung und Prognostik relevanter Geodaten in einem Untersuchungsraum möglich. Abb. 4.3.10e: Architektur eines möglichen Sensor-Netzwerkes Die photogrammetrischen Auswertung ist auch bei UAS-Aufnahmen möglich, sofern alle Parameter der inneren und äusseren Orientierung bekannt sind (kalibrierte Kamera!). Es resultieren also Orthophotos, DTM's, 3D-Geoobjekte, Cityblock-Modelle u.ä. in hochvariabler Auflösung.
Web-basierte Geodatensysteme und online Geoportale ben
Abb. 4.3.10f: Web-basiertes Geoportal GeoArchaeologyWeb 2.0 mit eingebundenem UAS-Orthomosaik zur Funddokumentation der Grabung Doliche (Türkei) mit WMS-Service des UAS Layers (2014) |