Flugzeuggestützte Laseraltimetrie und Interferometric SAR

1. Flugzeuggestützte LaseraltimetrieundInterferometric SAR GIS-Seminar 2000 / 2001 Referent: Olaf Bromorzki

2. Zwei moderne Meßprinzipien zur3D-Erfassung der Erdoberfläche schaffen neue Anwendungsgebiete und lassen die Photogrammetrie „im Dunkeln“ stehen !? Laserscanning flugzeuggestützte 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)

3. Anforderungen an 3D-Koordinaten • LVA: DGM 5 Max. 10m-Raster, Höhengenauigkeit: ± 0,5m Flächendeckend Strukturdaten (Gerippelinien, Geländekanten) • Telekommunikation, Planungsbüros Gebäudestrukturen • Umweltverbände Biomassen, Vegetationsvolumen • Trend: Keine reinen Höhenmodelle, sondern aktuelle verknüpfte Modelle aus Koordinaten + Topographie + Information

4. 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/s Satellit: ± 0,5m • Intensitätsmessung der Echos • Reflexionsgrad bestimmt Beschaffenheit der Geländeoberfläche Alle Messungen sind zeitsynchronisiert

5. Richtungsmessung INS: • Kreiselmeßsystem (s = ± 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

6. Distanzmessung Scanner: • Impulslaufzeitmessung • First pulse / last pulse-Messung • Phasenmessung SAR: • Phasenmessung • Multifrequenzen-Messung (l = 3 ... 67 cm) • Laufzeitmessung

7. Gegenüberstellung Technischer Daten

8. 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)

9. SAR, Scanner, Photogrammetrie Refraktion

10. 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

11. Laserscanner und SAR-Projekt • Auftraggeber: • Landesvermessungsämter • Telekommunikation • Stadtplanungsämter • Energieversorgungsunternehmen • Land- und Forstwirtschaft • . . . • Projektplanung: • GPS-Bodenstationen • Kontrollflächen • Befliegungsplan (Karten und Orthophotos) • Punktdichte (Scanwinkel, -frequenz, Fluggeschwindigkeit, Streifenüberlappung) • Kostenerrechnung

12. Laserscanner und SAR-Projekt • 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

13. Laserscanner und SAR-Projekt • 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

14. Laserscanner und SAR-Projekt • 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

15. Christo ???

16. Bonn

18. Aufmessung der Vegetationsoberfläche First-Pulse oder X-Band-SAR Aufmessung der Geländeoberfläche Last-Pulse oder L-Band-SAR

21. X-SAR l = 3,1cm Aufl.: 1,5m L-SAR l = 23cm Aufl.: 1,5m P-SAR l = 67 cm Aufl.: 8m

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

23. Mannheim back

24. Interferogramm Differentielles Interferogramm back

25. Fiberglasoptik Parallele Scanlinien orthogonal zur Flugrichtung aufgrund hoher Scanfrequenz (630Hz) back

26. Palmerscanner back

27. back

28. First pulse Last pulse back

29. back

30. back

31. Berechnung differentieller SAR-Interferogramme zur Ermittlung von Bodenbewegungen back