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Ernst Löffler; Ulrich Honecker; Edith Stabel:

Geographie und Fernerkundung

Eine Einführung in die geographische Interpretation von Luftbildern und modernen Fernerkundungsdaten. 3. neubearbeitete und erweiterte Auflage

2005. 287 Seiten, 105 Abbildungen, 9 Tabellen, 16 Farbtafeln, 14x21cm, 520 g
Language: Deutsch

(Studienbücher der Geographie)

ISBN 978-3-443-07140-0, brosch., price: 29.00 €

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Keywords

GeographieFernerkundungFlugzeugFotographieRadar

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Seit dem Erscheinen der ersten Auflage dieses Buches vor 20 Jahren hat sich die Fernerkundung mit ungebrochener Dynamik weiterent-wickelt. Besonders beeindruckend sind dabei ohne Zweifel die damals kaum für möglich gehaltenen Fortschritte in der Satellitentechnologie und insbesondere der digitalen Aufnahmetech-nik. Diese neue Aufnahmetechnik hat sich nicht nur auf Weltraumflügen bewährt, sie setzt auch dem flugzeuggebundenen Einsatz der konventionellen Fotografie enge Grenzen. Gleichzeitig haben die digitale Datenverarbeitung und Bildklassifizierung, zusammen mit dem Einsatz geographischer Informationssysteme, die Möglichkeiten der Integration, Verschneidung und Repräsentation von Daten unterschiedlichster Art erheblich gesteigert. Es war daher notwendig, das Buch nicht nur zu überarbeiten und zu aktualisieren, sondern ihm auch eine etwas andere Schwerpunktsetzung zu geben. Dies gilt vor allem für die stark erweiterten Ausführungen über die digitale Bildverarbeitung und -klassifikation und die Radarerkundung. Am Charakter des Buches als Studienbuch wurde nichts geändert; es wird Wert gelegt auf eine verständliche Darstellung, ohne Vollständigkeit anzustreben. Hierbei war es mitunter notwendig, komplexe physikalische oder mathematische Sachverhalte stark zu vereinfachen. Das Hauptanliegen besteht darin, vor dem Hintergrund des heutigen Stands der Technik in der Fernerkundung, die Grundlagen und Methoden ihrer Anwendung in der Geographie zu diskutieren und an konkreten Beispielen die Aussagemöglichkeiten zu erläutern.

Besprechung: zfv, 130. Jg., Heft 4/2005, Seite 271 top ↑

Geographie und Fernerkundung sind ­ wie siamesische Zwillinge ­ unzertrennlich miteinander verbunden: Die Geographie bezieht wesentliche Informationen zur Gestalt der Erdoberfläche über die Medien der Fernerkundung; die Fernerkundungsinformationen erlangen ihren Mehrwert erst durch die Interpretation seitens der Geographie. Insofern stellt das nun schon in 3. Auflage erschienene Studienbuch die unerlässliche Basis für das wertschöpfende Miteinander von Geographie und Fernerkundung dar.

In der vorliegenden Ausgabe ist vor dem Hintergrund des technologischen Fortschritts nicht nur eine Aktualisierung erfolgt, es ist vor allem eine neue Schwerpunktsetzung vorgenommen worden. So befasst sich der erste Teil des Buches in gelungener Ausgewogenheit mit den physikalischen Grundlagen der Fernerkundung, den Plattformen und Aufnahmesystemen für die Fernerkundung sowie der analogen und digitalen Bildaufnahme und Bildverarbeitung. Den Verfassern gelingt es, die komplexe und für den Studienanfänger unübersichtliche Materie systematisch zu strukturieren und in einer verständlichen Sprache darzustellen. Viele ergänzende praktische Hinweise stellen eine wichtige Hilfe dar, wenn es etwa um die Akquisition von Fernerkundungsdaten geht. Das gilt auch für das Kapitel »Geometrische Grundlagen des Luftbildes«, welches dem Studierenden die grundlegenden Zusammenhänge im Umgang mit dem traditionellen Luftbild vermittelt; lediglich der Abschnitt Orthofotos ist ­ bei dem offensichtlichen Bemühen um knappe Darstellung ­ ein wenig holprig geraten.

Der zweite Teil des Buches befasst sich mit der Interpretation von Fernerkundungsdaten. Hier werden die visuelle Interpretation von analogen Bildern, die Interpretation von solaren und thermalen Infrarotaufnahmen sowie von Multispektralaufnahmen behandelt und mit eindrucksvollen und aussagekräftigen Bildbeispielen typischer Erscheinungsformen belegt. Positiv hervorzuheben ist ebenfalls die pointierte Behandlung der mathematischen und methodischen Grundlagen der Klassifikationsverfahren. Eine besondere Bedeutung kommt dem Abschnitt über die Radarerkundung und über die damit zusammenhängenden besonderen Interpretationsverfahren zu. Auch dieser Abschnitt ist in seiner Verständlichkeit und Kompaktheit als ausgesprochen gelungen anzusehen.

Ein umfassendes Literaturverzeichnis und ein Verzeichnis der für die Fernerkundung relevanten Periodika runden das Buch ab. Das Studienbuch wird dem selbst gesteckten Anspruch, nämlich die Grundlagen und Methoden der Fernerkundung in ihrer Anwendung in der Geographie zu diskutieren und ihre Aussagemöglichkeiten erläutern zu wollen, uneingeschränkt gerecht. Es dürfte für jeden Studierenden der Geowissenschaften eine wertvolle Anleitung und Hilfe sein.

Joachim Thomas, Münster

zfv, 130. Jg., Heft 4/2005, Seite 271

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einführung 13
1.1 Vom Luftbild zu elektronischen Fernerkundungssystemen 15
1.2 Anwendungs- und Aussagemöglichkeiten der Fernerkundung 17
2 Physikalische Grundlagen der Fernerkundung 21
2.1 Wesen der elektromagnetischen Strahlung 21
2.2 Gliederung der elektromagnetischen Strahlung 22
2.2.1 Infrarotstrahlung 23
2.2.2 Mikrowellen 23
2.2.3 Radiowellen 24
2.3 Atmosphärische Beeinflussung der Strahlung 24
2.3.1 Transmission und Absorption 24
2.3.2 Streuung und Reflexion 25
2.4 Spektraleigenschaften des Lichts 26
3 Plattformen und Aufnahmesysteme 27
3.1 Flugzeuge 27
3.2 Satelliten und Raumschiffe 27
3.2.1 Umlaufbahnen 28
3.2.2 Aufbau und Ausstattung der Erderkundungssatelliten 33
3.2.3 Akquisition von Satellitenbildern 38
3.3 Kamerasysteme 40
3.3.1 Reihenbildkamera 41
3.3.2 Streifen- und Panoramakamera 41
3.3.3 Multispektralkamera 41
3.3.4 Digitalkamera 42
3.3.5 Metric Camera und Large Format Camera 42
3.3.6 KFA- und KVR- (KWR) 1000 43
3.4 Fernsehkameras (Return Beam Vidicon, RBV) 45
3.5 Opto-mechanische Abtaster (Scanner) 46
3.5.1 Der Multispektralabtaster (MSS) 46
3.5.2 Thematic Mapper und Enhanced Thematic Mapper Plus 47
3.6 Opto-elektronische Abtaster 51
3.6.1 MOMS (Modular Opto-electronic Multispectral Scanner) 52
3.6.2 SPOT-HRV 54
3.6.3 IRS 57
3.6.4 IKONOS und QuickBird 58
3.6.5 Hyperspektralsensoren 60
3.7 Thermale Infrarotabtaster und Radiometer 60
3.8 Radarsysteme (SLAR und SAR) 63
3.8.1 Arbeitsweise des SLAR (Reale Apertur) 65
3.8.2 Synthetische Apertur-Systeme (SAR) 67
3.8.3 Satellitengestützte Radarsysteme 68
3.8.4 Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 71
3.8.5 Flugzeuggestützte Radar-Systeme 72
3.9 Lidar 72
3.10 Passive Mikrowellensysteme 73
3.11 Fernerkundungssysteme in der Meteorologie 73
4 Analoge und Digitale Bildaufnahme und Verarbeitung 79
4.1 Filme und analoge Bilder 79
4.1.1 Schwarzweißfilme 79
4.1.2 Farbfilme und Farbdarstellung 80
4.1.3 Der Farbinfrarotfilm 82
4.2 Merkmale digitaler Bilder 84
4.2.1 Das Bildelement (Pixel) 84
4.2.2 Auflösungsvermögen 84
4.2.3 Datenübertragung und -empfang 87
4.3 Digitale Bildverarbeitung 87
4.3.1 Entzerrung und Georeferenzierung 88
4.3.2 Resampling 91
4.3.3 Radiometrische Korrekturen 92
4.3.4 Bildverbesserungen 95
4.3.5 Bildfusion 105
5 Geometrische Grundlagen des Luftbilds 107
5.1 Geometrie des Luftbilds 110
5.1.1 Grundbegriffe 111
5.1.2 Maßstab 113
5.1.3 Der höhenbedingte Versatz von Bildpunkten 113
5.2 Stereoskopisches Betrachten 115
5.2.1 Linsenstereoskope 115
5.2.2 Spiegelstereoskope 116
5.2.3 Vertikale Überhöhung 118
5.3 Die Parallaxe 118
5.3.1 Messung der Parallaxe 118
5.3.2 Messung von Höhenunterschieden mit Hilfe der Parallaxe 120
5.3.3 Ermittlung von Hangneigungen 122
5.4 Einfache Methoden der Entzerrung 123
5.4.1 Grafische Methoden der Entzerrung 124
5.5 Orthofotos 125
6 Visuelle Interpretation von analogen Bildern 127
6.1 Allgemeine Richtlinien 128
6.2 Interpretationsschlüssel 133
6.3 Geomorphologische und geologische Bildauswertung 134
6.3.1 Das fluviatile Abtragungsrelief mit fehlender oder geringer
Anlehnung an die Struktur 134
6.3.2 Das fluviatile Abtragungsrelief mit deutlicher Anlehnung
an die Struktur 139
6.3.3 Das Karstrelief 141
6.3.4 Das glaziale Relief 143
6.3.5 Akkumulationsformen 145
6.3.6 Vulkanische Oberflächenformen 149
6.3.7 Das Gewässernetz 151
6.4 Interpretation der Vegetation 153
6.5 Böden 156
6.6 Bodenzerstörung und Bodenverschlechterung 159
6.7 Naturräumliche Gliederung und Landressourcenkartierung 160
6.8 Siedlungshistorische und archäologische Luftbildauswertung 162
6.9 Landnutzung 163
6.10 Ländliche Siedlungen 166
6.11 Städte 168
6.12 Industrie 171
7 Die Interpretation von solaren und thermalen Infrarotaufnahmen 173
7.1 Bilder aus dem solaren Infrarot 173
7.2 Interpretation von thermalen Infrarot (TIR) Aufnahmen 178
8 Die Interpretation von multispektralen Satellitenaufnahmen 187
8.1 Die visuelle Interpretation 188
8.1.1 Beispiele der visuellen Interpretation 189
8.2 Automatische Klassifizierungen 193
8.2.1 Klassifikationsverfahren 196
8.2.2 Beispiele einfacher Klassifikationsverfahren 206
8.2.3 Fuzzy-Logik 208
8.2.4 Spektrale Mischungsanalyse (Spectral Mixture Analysis,
SMA) 210
8.2.5 Beispiele für automatische Klassifizierungen 211
8.2.6 Klassifikationen der Flächennutzung und –bedeckung
(Land Cover) 213
8.2.7 Klassifikationsstandards 217
8.3 Visuelle und automatische Klassifizierungen im Vergleich 220
9 Radaraufnahmen und ihre Interpretation 223
9.1 Eigenschaften des Radarechos 223
9.2 Radarinterferometrie 229
9.3 Differentielle Radarinterferometrie 231
9.4 Permanent Scatterer Analyse 232
9.5 Kohärenzanalyse 233
9.6 RGB-Komposite 234
9.7 Interpretation von Beispielen 235
10 Weitere Bereiche der Anwendung von Fernerkundungsdaten 239
10.1 Hydrologische und hydrogeologische Fragestellungen 239
10.1.1 Oberflächenwasser 239
10.1.2 Grundwasser 241
10.2 Meereskundliche Fragestellungen 242
10.3 Naturgefahren 244
10.4 Wetter und Klima 245
10.5 Untersuchungen über Wildbestände und -habitate 247
11 Technische Möglichkeiten und natürliche Grenzen 249
11.1 Das Problem der Datenschwemme 249
11.2 Kosten 250
11.3 Technische Perfektion versus natürliche Limitation 253
11.4 Zukunftsperspektiven 254
Verzeichnis der Abkürzungen 257
Literaturhinweise 259
Bildquellen 276
Sachregister 277
Abbildungs- und Farbtafelverzeichnis 279
Tabellenverzeichnis 282
Farbtafeln mit Erläuterungen 283