Flugzeuggestützte Laseraltimetrieund

Interferometric SAR

GIS-Seminar 2000 / 2001

Referent: Olaf Bromorzki

Zwei moderne Meßprinzipien zur3D-Erfassung der Erdoberfläche schaffen neue

Anwendungsgebiete und lassen die Photogrammetrie „im Dunkeln“ stehen !?

Laserscanningflugzeuggestützte Laserimpulsmessung

ALTM, ALSS

SAR (Synthetic Aperture Radar)Flugzeug- und satellitengestützte Messung mit Mikrowellen(STAR-1, STAR-3i, AeS-1; JERS, ERS-1, ERS-2, Radarsat)

Anforderungen an 3D-Koordinaten

• LVA: DGM 5Max. 10m-Raster, Höhengenauigkeit: ± 0,5mFlächendeckendStrukturdaten (Gerippelinien, Geländekanten)

• Telekommunikation, PlanungsbürosGebäudestrukturen

• UmweltverbändeBiomassen, Vegetationsvolumen

Trend:Keine reinen Höhenmodelle, sondern aktuelle

verknüpfte Modelle ausKoordinaten + Topographie + Information

Laserscanning und SAR-Messung

• Aktive Messverfahren

• Direkte Koordinatenbestimmung aus Richtungs- und Steckenmessung

• Bestimmung der Flugzeugkoordinaten

• D-GPS, INS (Inertiales Navigationssystem)

• Lagegenauigkeit: ± 0,1m bei v = 70 - 120m/sSatellit: ± 0,5m

• Intensitätsmessung der Echos

• Reflexionsgrad bestimmt Beschaffenheit der Geländeoberfläche

Alle Messungen sind zeitsynchronisiert

RichtungsmessungINS:• Kreiselmeßsystem 0,02mrad)

• Messung der Drehbewegung um Raumachsen

• Auf Messplattform befestigt

Richtung der Laserimpulse:• Hin- und herschwingender Ablenkspiegel

• Optisches System mit Glasfaserkabel

• Rotierendes Polygonprisma

• Palmer-Scan (in Verwendung mit Phasenmessung)

Richtung der Radarimpulse:• Aussendung der Radarsignale zu einer Seite

• Registrierung an der Empfängerantenne

Distanzmessung

Scanner:• Impulslaufzeitmessung

• First pulse / last pulse-Messung

• Phasenmessung

SAR:• Phasenmessung

• Multifrequenzen-Messung ( = 3 ... 67 cm)

• Laufzeitmessung

Gegenüberstellung Technischer Daten

HerstellerangabenTopscan

ALTM 1020TopoSys

Flughöhe 330 - 1000 m < 1000m

Scanprinzip "Schwingender Spiegel" Glasfaseroptik

Scanfrequenz 1 - 35 Hz 630 Hz

Scanwinkel +/- 0 – 20° +/- 7°

Steifenbreite 0 – 730 m 230 m

EDM Impulslaufzeit Impulslaufzeit

Messrate 65 – 5000 Hz 83000 Hz

Messgenauigkeit < 0,1 m < 0,2 m

Laser 800 mW 800 mW

Interferometrisches SAR• Vermessung der gleichen Szene von

fast gleichen Beobachtungspunkten• B(Satellit) = wenige 100m• B(Flugzeug) = wenige Meter• Phasendifferenzmessung der

interferierenden Wellen• Stereoskopische Auswertung• Multi-pass interferometry (ERS1/2)• Single-pass interferometry

(SRTM, Flugzeugmessung)• Genaue Bahndatenkenntnis erforderlich

• Differentielles InSAR

Deformationserfassung zwischen zwei Messepochen durch Differenzbildung der Interferenzbilder (< 1cm)

SAR, Scanner, Photogrammetrie

Erfahrungswerte Satelitten SAR Airborne SAR Laser-ScannerPhotogram-

metrie

Streifenbreite max. 100 km max. 14 km max. 700 m 4 km²

Flughöhe 785km (ERS) Max. 6800m Max. 1000m 4000 m

Pixelgröße /

Gitterweite20m x 5m 1m² - 9m² 0,4 - 25m² 0,3 x 0,3 m²

Auflösungs-vermögen

abh. v. Frequ. u. Bandbreite

abh. v. Frequ. u. Bandbreite

Abh.v.opt.Syst.

Flughöhe

Höhen-genauigkeit

5m – 15m 0,5m 0,3m 0,3m

3D-Genauigkeit 1m 0,5m 1m

Deformations-erfassung

< 0,01m < 0,01m Keine Keine

Refraktion

Scanner und SAR-Anwendungen

• Erstellung von topographischen und thematischen Karten bis zum Maßstab 1:2000, DGM

• Stadt- u. Verkehrsplanung, Erzeugung von 3D-Stadtmodellen• Funknetzplanung, Stadtklimamodelle, Lärmschutzmodelle• Überwachung von Hochspannungfreileitungen• Massenberechnungen von Deponien und Halden• Messung von Vegetationsvolumen, Biomassen• Flugsicherung• Katastrophenschutz, Humanitäre Zwecke• Umweltschutz, Renaturierung, Rekultivierung• Echtzeitmonitoring von Gewässeroberflächen (Pegelstände,

Fließgeschwindigkeit), nur SAR• Hochgenaue Deformationsmessung, nur d-InSAR

Laserscanner und SAR-Projekt1. Auftraggeber:

• Landesvermessungsämter• Telekommunikation• Stadtplanungsämter• Energieversorgungsunternehmen• Land- und Forstwirtschaft• . . .

2. Projektplanung:• GPS-Bodenstationen• Kontrollflächen• Befliegungsplan (Karten und Orthophotos)• Punktdichte (Scanwinkel, -frequenz,

Fluggeschwindigkeit, Streifenüberlappung)• Kostenerrechnung

Laserscanner und SAR-Projekt

3. Befliegung:• zu jeder Jahreszeit,• zu jeder Tageszeit,• über den Wolken, nur SAR• Besonders empfohlen für bewaldete Gebiete, in

denen terrestrische Messungen nicht oder nur schwer durchführbar sind

• Gleichzeitige Aufnahme von Boden- und Vegetationspunkten

• Scanner: First- / Lastpulse-Messung• SAR: Multifrequenzen

• Intensitätsmessung• Bildflugplanungsprogramm und Autopilot• Videounterstützung oder RGB-Zeilensensor

Laserscanner und SAR-Projekt

4. Auswertung• Überprüfung auf Vollständigkeit aller Messdaten

• GPS-Auswertung

• Systemkalibrierung

• Berechnung der Koordinaten aller Laserpunkte

• Automatisierte Selektion und Klassifizierung der Laserpunkte (Bodenpunkt oder Vegetationspunkt)

• Auswertung der Radarechos (auch in Echtzeit mögl.)=> 20.000 km²/Woche

Laserscanner und SAR-Projekt

5 Graphisch Interaktive Überarbeitung• Korrektur fehlerhafter Klassifizierungen am PC

• Generierung von Bruchkanten und Gerippelinien bei der Scannerauswertung noch nicht automatisiert möglich; mit Hilfe von digitalen Karten und Luftbildern

• Bruchkantendetektion bei SAR-Messungen automatisiert

Christo ???

Bonn

Aufmessung der Vegetationsoberfläche

First-Pulse oder X-Band-SAR

Aufmessung der Geländeoberfläche

Last-Pulse oder L-Band-SAR

X-SAR = 3,1cmAufl.: 1,5m

L-SAR = 23cmAufl.: 1,5m

P-SAR = 67 cmAufl.: 8m

Jeder Tag, an dem Du nicht lächelst,ist ein verlorener Tag.

C. Chaplin

Mannheimback

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Interferogramm Differentielles Interferogramm

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Parallele Scanlinien orthogonal zur Flugrichtung aufgrund hoher Scanfrequenz (630Hz)

Fiberglasoptik

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Palmerscanner

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First pulse

Last pulse

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Berechnung differentieller

SAR-Interferogramme zur

Ermittlung von

Bodenbewegungen

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