Remote sensing Redaktion Mit zunehmender Weltbevolkerung wird es immer wichtiger, das Wachstum und den Rei- feprozei3 von Saatgut oder den Bestand an Waldern sowie eventuelle Strei3- und Krank- heitssymptome groi3flachig und periodisch zu erfassen. Dies ist uber ,,remote sensing", also Fernaufklarung mit Laserstrahlen aus Flugzeugen moglich. Dabei wird das von dem betreffenden Wald oder Feld zuriickge- strahlte Fluoreszenz-Licht wellenlangenab- hangig detektiert. Als Lichtquelle eignet sich ein rnit ca. 30 Hz gepulster Stickstofflaser, der bei 337 nm emit- tiert. Dieses Licht regt pflanzliche Pigment- stoffe, z. B. Chlorophyl elektronisch an. Die reemittierte Fluoreszenzstrahlung ist charak- teristisch fur den Pflanzentyp (Abbildung 1). Zur automatischen Auswertung konnen bei- spielsweise die Verhaltnisse der Emissionsli- nien bei 440,525,685 und 740 nm herangezo- gen werden. Neben der Unterscheidung von Vegetations- arten ist auch der Nachweis von pflanzlichem Streg und von Schadensbildern moglich. So gehen z. B. geschadigten Rottannen die Fluor- eszenzlinien bei 440 und 525 nm markant in der Intensitat zuriick (Abbildung 2). Auch Wassermangel ist deutlich aus dem spektralen Fluoreszenzmuster abzuleiten. So andert sich die 525-nm-Bande bei unbewas- serten Sojabohnen dramatisch (Abb. 3). Neben der Fluoreszenz kann aber auch die elastisch zum Fiugzeug zuriickgestreute La- serlinie detektiert werden, dabei laBt sich uber die Laufzeit des Lichtsignals neben der Flug- hohe z. B. die Baumhohe und die Dichte des Baumbestandes vermessen. Abbildung 4 zeigt das optische Echo, das ein dichter Wald bei Beleuchtung mit dem Strahl eines frequenz- verdoppelten gepulsten Nd-YAG-Lasers zu- ruckwirft. Die Flughohe betrug hier 150 m, die Fluggeschwindigkeit 100 m/s, der Durch- messer des Laserstrahls am Boden 0,75 m. Die Laserblitze erfolgten etwa alle 0,5 bis 1 m Flugstrecke. Aus dem Reflex-Profil der Baumkronen und des Bodens laBt sich u.a. auch der Bestand an Biomasse rnit einer Ge- nauigkeit von 3 % erfassen. Diese Studien wurden vom Lab. for Terrestrial Physics am NASA-Goddard Space Flight Center/Green- belt, MD und vom Remote Sensing Res. Lab. des US Department of Agriculture/Belts- ville, MD durchgefiihrt. 188 Vegetationsuberwachung e - mit Lasern Walder und Felder werden vorn Flugzeug aus auf ihre Fluoreszenzstrahlung hin abgetastet Abb. 1. Typische Fluoreszenzspektren von vier wichtigen Vegetationstypen bei Anre- gung mit der 337-nrn-Strahlung eines mit 30 Hz gepulsten Stickstofflasers [I]. Abb. 2. Veranderung des Fluoreszenzspek- trums von Rottannen bei Schadigung durch industrielle Abgase im Mittleren We- sten der USA und im Ohio-Tal [I]. Abb. 3. Unterschiede im Fluoreszenzspek- trum von Sojabohnen bei Trockenheit und bei Bewasserung [I]. Abb. 4. LIDAR-Profil eines dichten Waldes, aufgenommen rnit einern gepulsten Nd- YAG-Laser [I]. [l] E. W. Chapelle, D. L. Williams, R. F. Nelson, J. E. McMurtrey 111, Laser Focus World, Juni 1989, S. 123. , Pbysik in unserer Zeit / 20. Jabrg. 1989 / Nr. 6 0031-92~2/89/0611-0188 $ 02.50/0 0 VCH Vkrlagsgesellschaji AH, 0-6940 Weinheim, 1989

Vegetationsüberwachung mit Lasern

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Remote sensing

Redaktion

Mit zunehmender Weltbevolkerung wird es immer wichtiger, das Wachstum und den Rei- feprozei3 von Saatgut oder den Bestand an Waldern sowie eventuelle Strei3- und Krank- heitssymptome groi3flachig und periodisch zu erfassen. Dies ist uber ,,remote sensing", also Fernaufklarung mit Laserstrahlen aus Flugzeugen moglich. Dabei wird das von dem betreffenden Wald oder Feld zuriickge- strahlte Fluoreszenz-Licht wellenlangenab- hangig detektiert. Als Lichtquelle eignet sich ein rnit ca. 30 Hz gepulster Stickstofflaser, der bei 337 nm emit- tiert. Dieses Licht regt pflanzliche Pigment- stoffe, z. B. Chlorophyl elektronisch an. Die reemittierte Fluoreszenzstrahlung ist charak- teristisch fur den Pflanzentyp (Abbildung 1). Zur automatischen Auswertung konnen bei- spielsweise die Verhaltnisse der Emissionsli- nien bei 440,525,685 und 740 nm herangezo- gen werden. Neben der Unterscheidung von Vegetations- arten ist auch der Nachweis von pflanzlichem Streg und von Schadensbildern moglich. So gehen z. B. geschadigten Rottannen die Fluor- eszenzlinien bei 440 und 525 nm markant in der Intensitat zuriick (Abbildung 2). Auch Wassermangel ist deutlich aus dem spektralen Fluoreszenzmuster abzuleiten. So andert sich die 525-nm-Bande bei unbewas- serten Sojabohnen dramatisch (Abb. 3). Neben der Fluoreszenz kann aber auch die elastisch zum Fiugzeug zuriickgestreute La- serlinie detektiert werden, dabei laBt sich uber die Laufzeit des Lichtsignals neben der Flug- hohe z. B. die Baumhohe und die Dichte des Baumbestandes vermessen. Abbildung 4 zeigt das optische Echo, das ein dichter Wald bei Beleuchtung mit dem Strahl eines frequenz- verdoppelten gepulsten Nd-YAG-Lasers zu- ruckwirft. Die Flughohe betrug hier 150 m, die Fluggeschwindigkeit 100 m/s, der Durch- messer des Laserstrahls am Boden 0,75 m. Die Laserblitze erfolgten etwa alle 0,5 bis 1 m Flugstrecke. Aus dem Reflex-Profil der Baumkronen und des Bodens laBt sich u.a. auch der Bestand an Biomasse rnit einer Ge- nauigkeit von 3 % erfassen. Diese Studien wurden vom Lab. for Terrestrial Physics am NASA-Goddard Space Flight Center/Green- belt, MD und vom Remote Sensing Res. Lab. des US Department of Agriculture/Belts- ville, MD durchgefiihrt.

188

Vegetationsuberwachung e -

mit Lasern Walder und Felder werden vorn Flugzeug aus auf ihre Fluoreszenzstrahlung hin abgetastet

Abb. 1. Typische Fluoreszenzspektren von vier wichtigen Vegetationstypen bei Anre- gung mit der 337-nrn-Strahlung eines mit 30 Hz gepulsten Stickstofflasers [I].

Abb. 2. Veranderung des Fluoreszenzspek- trums von Rottannen bei Schadigung durch industrielle Abgase im Mittleren We- sten der USA und im Ohio-Tal [I].

Abb. 3. Unterschiede im Fluoreszenzspek- trum von Sojabohnen bei Trockenheit und bei Bewasserung [I].

Abb. 4. LIDAR-Profil eines dichten Waldes, aufgenommen rnit einern gepulsten Nd- YAG-Laser [I]. [l] E. W. Chapelle, D. L. Williams, R. F.

Nelson, J. E. McMurtrey 111, Laser Focus World, Juni 1989, S. 123.

, Pbysik in unserer Zeit / 20. Jabrg. 1989 / Nr. 6

0031-92~2/89/0611-0188 $ 02.50/0 0 VCH Vkrlagsgesellschaji A H , 0-6940 Weinheim, 1989