02. Oktober 2011

LANDSAT
Das Arbeitstier der Fernerkundung, wie man so sagt.

Fernerkundung

„Die Fernerkundung ist eine eigenständige wissenschaftliche Disziplin, die allerdings von der historischen Entwicklung her eine große Verwandtschaft zur Photogrammetrie aufweist. Teilweise fällt es schwer, von der Anwendung her beide Disziplinen eindeutig zu unterscheiden und gegeneinander abzugrenzen. Während der Photogrammeter das Fernerkundungsbild referenziert, also die Lage des Bildes im Raum mit entsprechenden Koordinaten versieht, ist die Arbeit des Fernerkundlers mehr auf die Analyse des Bildinhaltes und die weitere auch interdisziplinäre Verarbeitung der Analyseergebnisses ausgerichtet. Allerdings muss der Fernerkundler mitunter auch geometrische Bildkorrekturen vornehmen, so z.B. bei der Herstellung von Orthophotos über photogrammetrische Prozesse.“ „From time immemorial people have used vantage points high above the landscape to view the terrain below. From these lookouts they could get a ‚bird’s eye view‘ of the region. They could study the landscape and interpret what they saw. The search might be for good hunting grounds, easy passage through the region, or the best strategy to attack an enemy. The advantage of collecting information about the landscape from distance was recognized long ago. Remote sensing as we know it today is the technique of collecting information from a distance. By convention, ‚from a distance‘ is generally considered to be large relative to what a person can reach out and touch, hundreds of meters, hundreds of kilometers, or more. The data collected from a distance are termed remotely sensed data.“ (Stan ARONOFF) 

In der Fernerkundung hat man es mit einem Gesamtsystem zu tun, das aus einer Energiequelle, einem Objekt an der Erdoberfläche und einem Aufnahmegerät (Sensor) besteht. Das Licht bzw. die Strahlung der Sonne (Energiequelle) fällt auf die Erdoberfläche, an der es aufgenommen (absorbiert) oder zurückgeworfen (reflektiert) wird. Ein geeigneter optischer Sensor zeichnet das reflektierte Licht auf.

LANDSAT ist nun so ein Sensor.

Seit 1972 sind sieben Satelliten dieser Serie gestartet worden. In den Jahren gab es zwei technische Modifizierungen an der Baureihe.

LANDSAT 4,5 – die sog, thematic mapper (TM) – hatten eine kleiner Bodenpixelgrösse als ihre Vorgänger der MSS Reihe, LANDSAT 7 (Enhanced TM) wurde 1999 um einen panchromatischen Kanal mit 15 Meter Bodenauflösung ergänzt. Die NASA startete ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) am 23.7.1972. Später wurde das System dann umbenannt in Landsat-1.

1983 wurde das System für operabel erklärt und die Kontrolle über die Systeme Landsat-4 (gestartet am 16.7.1982) und Landsat-5 (gestartet am 1.3.1984) gingen an die NOAA (National Oceanic and Atmo¬spheric Administration). Damit wurde die kommerzielle Vermarktung der Daten eingeleitet. Am 5.10.1993 ging Landsat-6 nach dem Start von der Air Force Basis in Vandenberg verloren.

Das Nachfolgesystem Landsat-7 startete am 15.4.1999 erfolgreich. Landsat-7 fliegt auf einem fast-polaren sonnensynchronen Orbit in einer Höhe von 705 km. Wie Landsat-5 überfliegt Landsat-7 alle 16 Tage wieder denselben Punkt auf der Erde.

Die Satelliten der LANDSAT- Reihe im Überblick:

-	Start	Ende
LANDSAT-1	23.07.1972	01.06.1978
LANDSAT-2	22.01.1975	25.02.1982
LANDSAT-3	05.03.1978	31.03.1983
LANDSAT-4	16.07.1982	-
LANDSAT-5	01.03.1984	-
LANDSAT-6	10.05.1993	10.05.1993
LANDSAT-7	Juli 1998	-

Seine Mächtigkeit besitzt das LANDSAT System aus zweierlei Gesichtspunkten. Zum einen bedingt seine lange Laufzeit eine Unmenge an Bilddaten, zum anderen bedient die Kanalvielfalt des Systems viele Fernerkundungsanwendungen. Und da LANDSAT Daten mittlerweile kostenfrei im internet verfügbar sind, sind sie eine gute Alternative für schulische Lern- und Ausbildungszwecke. Da ich bei den 8 Kanälen die Anwendungsmöglichkeiten der Kombinationen immer verhaue, hier ein kleiner Überblick über die Eigenschaften det LANDSAT- Kanäle und gängige Kanalkombinationen:

Kanal	Beschreibung
1 Blau	blauer Anteil des sichtbaren Lichts im Wellenlängenbereich 0,45 - 0,52 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz Wird wegen der starken Absorption des Chlorophylls wird genutzt zur Unterscheidung von Boden und Vegetation, von Laub- und Nadelwald, sowie zur Untersuchung von Gewässern wegen der hohen Eindringtiefe in Wasser.
2 Grün	grüner Anteil des sichtbaren Lichts im Wellenlängenbereich 0,53 - 0,61 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz misst die in diesem Spektralbereich vergleichsweise hohe Reflexion von (gesunder) Vegetation an Land und im Wasser
3 Rot	roter Anteil des sichtbaren Lichts im Wellenlängenbereich 0,63 - 0,69 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz misst die unterschiedliche Chlorophyllabsorption verschiedener Pflanzenarten(-> Unterscheidung von Pflanzenarten); Dient zur Unterscheidung von Pflanzenarten und zur Trennung von Bodentypen, Mineralgehalten.
4 NIR	zurückgestrahltes Licht im Bereich des Nahen Infrarots (NIR) im Wellenlängenbereich 0,7 - 1,3 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz NIR zeigt die Aktivität von Pflanzen. Je jugendlicher die Pflanze, umso mehr "Nahes Infrarot" wird reflektiert. Man sieht also den Zustand pflanzlicher Zellen. => wird genutzt zur Abschätzung der Biomasse; Erkennung der Küstenlinien wegen geringer Eindringtiefe in Wasser Wasser ist stets schwarz!
5 MIR 1	zurückgestrahltes Licht im Bereich des Mittleren Infrarots (MIR 1) im Wellenlängenbereich 1,57 - 1,78 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz MIR misst den Wassermangel in Vegetation und zeigt Böden hell an unterschiedliche Reflexion von Schnee und Wolken; durchdringt dünne Wolken sehr gerine Eindringtiefe in Wasser hohe Reflexion von manchen Gesteinen, deshalb hilfreich für geologische und bodenkundliche Kartierungen.
6 TIR	zurückgestrahltes Licht im Bereich des Thermischen Infrarots (TIR) im Wellenlängenbereich 10,42 - 11,66 µm, Auflösung 60m im Originaldatensatz TIR misst die von der Erde ausgehende Wärmestrahlung, dient primär für thermische Kartierungen Erfassung von Schäden und Stress von Vegetation ist möglich TIR gibt Auskunft über die oberste Bodenschicht.
7 MIR 2	zurückgestrahltes Licht im Bereich des Mittleren Infrarots (MIR 2) im Wellenlängenbereich 2,10 - 2,35 µm, Auflösung 30m im Originaldatensatz MIR 2 zeigt hohe Reflexion von manchen Gesteinen, deshalb sehr hilfreich für geologische und bodenkundliche Kartierungen. Vegetation reflektiert wenig, Wasser absorbiert alles und ist deshalb schwarz.
8 Pan	Der Kanal 8 steht bei Landsat 7 (Sensor ETM+) für das zurückgestrahlte panchromatische Licht. Panchromatisches Licht umfasst das sichtbare Licht im Wellenlängenbereich 0,4 bis 0,9 µm, Auflösung 15m im Originaldatensatz In der Fernerkundung werden panchromatische Sensoren benutzt, weil sie durch die hohe Lichtausbeute eine sehr hohe Auflösung erlauben.

Abschliessend kurz einige gängige Kanalkombinationen:

3-2-1

Die Wahl dieser Kanalkombination entspricht annähernd der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges, denn den Kanälen werden in der Darstellung die Farben zugewiesen, die sie messen. Im Kanal 3 mißt der TM-Sensor im roten Bereich des sichtbaren Lichts, in Kanal 2 wird der grüne Bereich erfaßt und Kanal 1 schließlich misst die Reflexion im blauen Bereich. Diese drei Kanäle sind allerdings so hoch korreliert, dass diese Kombination kaum mehr Informationen bringt, als die Betrachtung der einzelnen Kanäle.











4-3-2 

Diese Kanalkombination entspricht einer Color-Infrarot-Wiedergabe. Sie hat eine hohe Sensitivität gegenüber grüner Vegetation, die rot dargestellt wird. Nadelwälder werden in einem wesentlich dunkleren Rotton wiedergegeben als Laubwälder. Ebenso können Straßen und Wasserflächen in dieser Darstellung gut getrennt werden (dunkle Farben).













5-4-3 

Diese Kanalkombination enthält drei wichtige Spektralbereiche: den sichtbaren Bereich (nur das Rot), nahes Infrarot und mittleres Infrarot. Grüne Vegetation erscheint grün, wobei der Anteil des mittleren Infrarot Hinweise auf Vegetationsschädigungen geben kann. Straßen- und Wegenetze kommen in dieser Kombination weniger deutlich heraus, da der Kanal 3 in blau dargestellt ist.













7-5-4 

Bei dieser Kanalwahl werden, bis auf den Bereich des thermalen Infrarot, alle Infrarot-Kanäle verwendet. Diese Kombination ermöglicht die Unterscheidung von Bodenarten (Sand, Schluff, Ton) und Gesteinen. Vegetation erscheint blau.















6-5-4 
Anstelle von Kanal 7 (in der Kombination 7-5-4) wird Kanal 6 verwendet. Kanal 6 mißt die von der Erdoberfläche ausgehende Wärmestrahlung. Die im Gegensatz zur Umgebung wärmeren Wattflächen in der Beispielabbildung erscheinen daher rot (in diesen Bereichen ist gut die geringere Bodenauflösung des Kanals 6 von 120 Metern zu erkennen).