Was ist Fernerkundung?
Prinzipien der Fernerkundung
Fernerkundung beinhaltet eine Interaktion zwischen Licht und dem interessierenden Objekt (Koralle, Baum, Feld usw.). Es gibt sechs Hauptkomponenten:
- A Lichtquelle – entweder von der Sonne oder künstlich
- An Objekt von Interesse (zB Koralle, Baum, Haus)
- A Sensor auf einer Plattform (z. B. Satellit, Flugzeug, Drohne) montiert, die die vom interessierenden Objekt emittierte oder reflektierte Strahlung sammelt gather
- A Rezeptor auf der Erde oder im Weltraum, die Informationen vom Sensor erhalten
- A System um die Fernerkundungsinformationen in Daten zu übersetzen
- Experten die Daten in Karten übersetzen können
In der Grafik unten finden Sie eine Darstellung eines passiven satellitengestützten Fernerkundungssystems.
Beispiel für ein passives satellitengestütztes Fernerkundungssystem. Bild © The Nature Conservancy
Die Fernerkundung basiert auf dem Prinzip, dass immer eine Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung (Licht) und einem Objekt besteht. Objekte absorbieren, reflektieren, streuen, übertragen oder brechen Strahlung. Objekte reflektieren Strahlung auf unterschiedliche Weise an einem entfernten Sensor zurück, abhängig von ihrer Größe, Ausrichtung, Textur, Farbe oder chemischen Zusammensetzung.
Trockener weißer Sand hat beispielsweise eine hohe Albedo und reflektiert mehr Licht als nasser, dunkler Schlamm. Es sind die Unterschiede in den Reflexionsmustern, die einzigartige spektrale Signaturen erzeugen und die Unterscheidung von Lebensräumen, Objekten oder sogar Texturen ermöglichen.
Die reflektierten Wellenlängen werden von Sensoren erfasst und von Computern in Daten umgewandelt. Dies ermöglicht es, über die reine Bilddarstellung hinaus Informationen wie Temperatur, chemische Zusammensetzung, Höhe oder Feuchtigkeitsgehalt aus der Ferne auf großen räumlichen Skalen zu sammeln. Experten mit Kenntnissen in der Fernerkundung und Kartierung übersetzen die computergenerierten Daten in Karten. Die Karten können von Nicht-Experten für Anwendungen wie partizipative Kartierungen verwendet werden, die lokales Wissen und geografische Daten kombinieren.
Arten von Sensoren
Sensoren werden je nach Lichtquelle als aktiv oder passiv kategorisiert. Sie können auf verschiedenen Plattformen wie Satelliten, Flugzeugen oder sogar Drohnen montiert werden.
Unterschied zwischen passiven und aktiven Sensoren für die Fernerkundung. Bild © The Nature Conservancy
Passive Sensoren Aufzeichnen der natürlichen Energie, die von der Erdoberfläche reflektiert oder emittiert wird. Die am häufigsten von passiven Sensoren erkannte Strahlungsquelle ist reflektiertes Sonnenlicht. Ein Beispiel für einen passiven Sensor ist eine Kamera mit ausgeschaltetem Blitz.
Aktive Sensoren ihre eigene Energiequelle, wie einen Laser oder elektromagnetische Mikrowellenstrahlung, um die beobachteten Objekte zu beleuchten. Ein aktiver Sensor kann Tag und Nacht arbeiten, indem er Strahlung in Richtung des zu untersuchenden Ziels aussendet. Ein Beispiel für einen aktiven Sensor ist eine Kamera mit eingeschaltetem Blitz.
Spektrale Signatur
Satelliten- und Luftbilder bestehen aus Pixeln, die in einem Raster angeordnet sind, wie ein Bild von Ihrer Digitalkamera. Jedes Pixel enthält numerische Informationen, die die Helligkeit jedes Bereichs mit einem numerischen Wert darstellen. Sensoren erfassen die Helligkeit eines Bereichs bei verschiedenen Wellenlängen. Zum Beispiel nimmt der Sensor des Satelliten WorldView 2 Bilder mit neun Bändern bei unterschiedlichen Wellenlängen auf, im Vergleich zu Planet Dove-Sensoren, die nur vier verwenden. Der WorldView 2-Sensor hat eine höhere spektrale Auflösung.
Vergleich der spektralen Auflösung zwischen dem Multispektralsensor von Planet Dove (4 Bänder), der zur Aufnahme von Korallenriffbildern für den Allen Coral Atlas verwendet wird, und dem Multispektralsensor von WorldView-2 (9 Bänder). WorldView-2 hat eine höhere spektrale Auflösung. Bild © DigitalGlobe
Jedes Objekt auf der Erde hat eine einzigartige spektrale Signatur, eine einzigartige Art, Licht zu reflektieren. Je mehr Spektralbänder der Sensor hat, desto besser kann er diese spektralen Signaturen erfassen und Reflexionsunterschiede zwischen Objekten anzeigen.
Spektrale Signatur verschiedener benthischer und Substratklassen, gemessen unter Wasser am Heron Reef, Australien. N ist die Anzahl der gemessenen Proben, um die Kurve zu erhalten. Quelle: Leiper et al. 2014
Welche Bänder sind am nützlichsten für die Kartierung von Unterwassermerkmalen wie Korallenriffen?
Wasser absorbiert den Großteil der einfallenden Strahlung über Wellenlängen innerhalb des ersten Meters Tiefe. Die einzigen Wellenlängen, die die Wassersäule weiter durchdringen können, sind die sichtbaren Bänder, Küstenaerosol, Blau, Rot, Gelb und Grün. Rotes Licht wird zuerst absorbiert, gefolgt von grünem und dann blauem Licht, was die Beobachtung von Unterwassermerkmalen einschränkt, je tiefer Sie gehen, selbst im klarsten Wasser. Aus diesen sichtbaren Bändern versuchen wir, die spektrale Signatur von Unterwassermerkmalen wie Korallen, Algen und Seegras zu extrahieren.
Die leuchtenden Farben eines Riffs. Foto © Jeff Yonover