Digitale Geländemodelle SRTM. Überblick Was ist die SRTM? Messprinzip Vom Radarecho zur Landkarte Nutzung der Daten Beispiel GIS IV-Seminar SRTM Frank

Digitale Geländemodelle SRTM

Überblick

Was ist die SRTM?MessprinzipVom Radarecho zur LandkarteNutzung der DatenBeispiel

GIS IV-Seminar SRTM Frank Ottmann 14.05.02

Was ist die SRTM?

Shuttle Radar Topography Missionamerikanisch-europäisches WeltraumprojektAbscannen der Erde mittels Radar

Ziel: Homogenes, hochqualitatives und globales DEM

( Weltkarte des 21. Jahrhunderts)


Auflösung

- beste global zur Zeit verfügbares DEM (GLOBE) hat horizontale Auflösung von 1000m mit einer Höhengenauigkeit von 100m.

- nach SRTM: neues DEM mit horizontaler Auflösung von ca. 25m und einer Höhengenauigkeit von 16m.


Auflösung

SRTM-Bild25m-Auflösung


GLOBE-Aufnahme1000m-Auflösung

MissionsdatenStart: 11. Februar 2000Landung: 23. Februar 2000Missionsdauer: 11 TageSpaceshuttle: EndeavorOrbithöhe: 233 KilometerGesamtgewicht: 13,6 TonnenDatenmenge: ca. 18 Terabyte

(ca. 27.000 CDs)


MissionsdatenBahnneigung: 57 Grad gegenüber

Äquator=> Shuttle überstreifte alle Gebiete zwischen dem 60. nördlichen und dem 58. südlichen Breitengraddas sind 80% der gesamten festen Erdoberfläche = 13 Mio. km²


Erfassungsgebiet


SRTM-RadarsystemUm aus 200km Entfernung auf dem Erdboden 2 Objekte von 10m Größe unterscheiden zukönnen, bräuchte man eine Antenne von 700 m Durchmesser.


Trick: SAR (Synthetic Aperture Radar) eine kleine Antenne überfliegt ein großes Gebiet auf der Erdoberfläche. Die aufgenommenen

Daten werden im Computer mit der Bewegung verrechnet. Es wird eine größere Antennenlänge simuliert

MessprinzipRadar-Interferometrie:- d.h. man nimmt 2 Radarbilder gleichzeitig aus 2

unterschiedlichen Perspektiven auf (Single-Pass-Interferometrie)

„Stereo-Blick“ auf die Erde- aus den unterschiedlichen Positionen der

Empfangsantennen ergeben sich Zeitunterschiede in den empfangenen Signalen

- aus denen können mit aufwendigen Rechen- und Korrekturverfahren Geländehöhen errechnet werden


Messprinzip


Repeat Pass (konventionell):2 zeitlich getrennte Überflüge(z.B. Radarsat, ERS)

Single Pass (neu):ein Überflug mit 2 Empfangsantennen(SRTM)

Vorteile von Radar gegenüber optische Verfahren

- auch bei Nacht einsetzbar (Permanentmessungen)

- unabhängig vom Wetter (Wolkendurchdringend)


Messprinzip- Space Shuttle fliegt auf dem Rücken- Hauptantenne (Inboard-Antenne) befindet sich in geöffneter

Ladebucht - zugleich Sender und Empfänger von Radarsignalen

- aus Ladebucht wird akkordeonartig ein 60m langer Mast ausgefahren- besteht aus Karbonfasersegmenten + Titan-Seil-Abspannung

- am Ende des Mastes sitzt einekleinere Antenne (Outboard-Antenne)- nur Empfänger


http://lexikon.astronomie.info/srtm/konfiguration.gif

MessprinzipRadarsystem von SRTM besteht aus 2 Einheiten, die gleichzeitig eingesetzt wurden:- SIR C (Shuttle Imaging Radar C) - tastet den Erdboden in 225 km breite Streifen ab

- Wellenlänge: 6 cm- Frequenz: 5,3 Gigahertz

- X-SAR (X-Band Synthetic Aperture Radar)- tastet den Erdboden in 50 km breite Streifen ab- Wellenlänge: 3,1 cm- Frequenz: 9,6 Gigahertz- Nachteil: deckt nur 40% der überflogenen

Landfläche ab- Vorteil: deutlich höhere Auflösung


Messprinzip


Vom Radarecho zur Landkarte- Umwandlung der rückgestreuten Mikrowellenpulse in

digitale Signale- Speicherung der Daten auf Magnetbandkassetten - Teilw. direkte Übertragung der Daten an die

Bodenstation für Qualitätsprüfungen (grobe Auswertung)

- Verarbeitung der Daten sehr aufwendig und kompliziert (Dauer ca. 2 Jahre)

- Daten können auf verschiedene Weisen verarbeitet werden: Höhenprofile, seitliche Reliefs, graue Radarbilder und Interferogramme


Auswertebeispiele- Seitliches Relief

vom Mount Cameroon an der Westküste Afrikas


- Interferogramm des Vulkans Teide auf Teneriffa

Vom Radarecho zur LandkarteVerarbeitung der Daten werden in 3 Hauptschritteunterteilt:

- Kalibrierung bzw. Korrektur der Daten- Signalverarbeitung- Geometrische Verarbeitung


Kalibrierung umfasst die Korrektur aller registrierten Abweichungen, die beider Messung entstehen. Man benötigt exakte Kenntnis über Lage und Neigung desGittermasts.- Temperaturschwankungen von –10° bis –50° haben u.a. Einfluss auf die

Länge des Masts. Z.B. wirken sich 1mm Abstandsfehler zwischen den beiden Antennen in ca. 1m Fehler bei der Berechnung der Höhe aus.

- Bestimmung der Lage des Gittermasts durch GPSMessungProbleme: GPS-Daten waren zeitweise nicht verfügbar. Die

Genauigkeit der Daten reicht allein nicht aus um die Verarbeitungsparameter mit der benötigten Genauigkeit zu bestimmen


Signalverarbeitung - Registrierung und Filterung der Rohdaten- durch Überlagerung der Aufnahmen von beiden

Radarsystemen entsteht Interferogramm- Berechnung der Höhe der Bildpunkte auf der Erde

aus Phasenunterschiede der Radarsignale- Einrechnung bekannter Referenzpunkte auf der

Erdoberfläche=> Bestimmung der absoluten Höhe des Punktes


Geometrische Verarbeitung

- vorbehandelte Daten werden mit einem erdbezogenen Koordinatensystem in Verbindung gesetzt.

- jeder Bildpunkt wird auf der Erdoberfläche lokalisiert

- aus den ausgewertete Streifen werden größere Gebiete zu einem Mosaik zusammengesetzt


Nutzung der Daten- Fernerkundung:

Erweiterung u. Verbesserung der existierenden Mikrowellen- bzw. optischen Fernerkundungsdaten. Z.B. Anpassung der Fernerkundungsdaten je nach Abbildungsgeometrie an die Geländekoordinaten (Geokodierung) + radiometrische Korrekturen

- Mobilfunk:Suche nach optimalen Aufstellorte von Sendemasten

- GPS-Navigation:Zuverlässigkeit der GPS-Navigation ist abhängig von der Präzision und Aktualität der Datentopographische Daten von SRTM werden aus dem selben globalen Koordinatensystem gewonnen wie es durch das GPS-System definiert wurde


Nutzung der Daten- Wasserwirtschaft:

Exakte Aussagen über Zeitpunkte und Ausmaße von Überschwemmungen in FlüssenAbschätzung der potentiellen Gefährdung von Sturmfluten für Küstengebiete

- Verkehrs-Infrastrukturplanung:Planung von Verkehrswegen mit Hilfe von aktuellen Basisdatenmaterial sehr effizient

- Wetter und Klima:Verbesserung der Vorhersagemodelle

- Geologie:Beobachtung kleinster Veränderungen an Erdbebengebieten und Vulkanen


Beispiel


Vulkane auf Java, Indonesien

Beispiel


Animierter 3-D Ansicht von Japan mit dem Vulkan Fudschiyama


Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!

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