GIS und Fernerkundung

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GIS und Fernerkundung
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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Einleitung

• GIS und Fernerkundung wissenschaftliche
  Nachbardisziplinen
• Anfänge der Fernerkundung Ende 19. Jahrhunderts
• Geoinformatik mit Verarbeitung von Geodaten und
  Anwendung von GIS eine junge Disziplin

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Fernerkundung als Datenquelle

• Datenquelle für Geoinformationsysteme
• Technik, die genutzt wird, um Informationen über
  die physischen, chemischen und biologischen
  Eigenschaften eines Objektes zu gewinnen ohne
  direkten physischen Kontakt zu ihm zu haben
  (Longley et al. 2001207)
• aktive und passive Sensoren
• RADAR- und LIDAR-Verfahren

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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LIDAR

• LIDAR Light Detection and Ranging
• verwendet gleiches Prinzip wie RADAR
• Abb.1 LIDAR Prinzip
• (Quelle Deutsches Zentrum für Luft-
  und Raumfahrt e.V. 2005)

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LIDAR

• Strahlung 10.000 100.000 mal kürzer als die
  RADAR-Strahlung
• Möglichkeit die Erdoberfläche mit Auflösung von
  15 cm abzubilden
• Entfernung, Geschwindigkeit, Kreisläufe und die
  chemische Zusammensetzung und Konzentration von
  Zielobjekten kann gemessen werden
• Objekte müssen klar definiert sein
• Strahlung kann keine Wolken durchdringen und hat
  Probleme das Vegetationsdach zu durchdringen

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Vor- und Nachteile der FE

• Vorteile - Gebiete in kürzester Zeit großflächig
  erfassen können
• - Informationen über Gebiete gewinnen ohne
  selbst vor Ort zu sein
• - Zusammenhänge können besser erfasst und
  veranschaulicht werden
• - Dokumentationsmaterial, durch welches der
  IST- Zustand und der frühere Zustand von
  Objekten bildhaft dargestellt werden kann
• - Datengewinnung zur Aktualisierung erleichtert

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Vor- und Nachteile der FE

• Nachteile - Datengewinnung je nach Methode
  wetterabhängig
• - Fernerkundung erfordert Spezialwissen und
  komplexe Hard- und Software
• - Beschränkungen im Detaillierungsgrad je nach
  Methode
• - Daten vorwiegend auf Oberflächeninformationen
  beschränkt

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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CORINE (CORINE Land Cover CORINE Land
Cover 2000)

• Annahme - dass menschliche Aktivität über
  längeren Zeitraum keinen oder nur geringen
  Einfluss auf die Natur
• - Natur hätte Fähigkeit sich selbst zu
  generieren
• Einstellung änderte sich nach Auswirkungen
  bestimmter Ereignisse
• Notwendigkeit Bodenbedeckung und dazugehörige
  Komponenten zu beobachten und Informationen
  darüber zu gewinnen
• zunächst Bodenbedeckungsinformationen für urbane,
  landwirtschaftliche und infrastrukturelle
  Entwicklung bereitgestellt jedoch nur von kleinen
  Fläche

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CORINE (CORINE Land Cover)

• 1985 ins Leben gerufen
• CORINE Coordination of Information on the
  Environment
• Zusammenarbeit, Abstimmung, Koordination und
  Information über den Zustand der Umwelt und der
  natürlichen Ressourcen zu fördern
• bisherige Versuche zur Gewinnung von
  Informationen über die Umwelt zusammenbringen

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CORINE (CORINE Land Cover)

• 1986-1995 europaweite Erfassung mit Landsat-4/5
  durchgeführt
• CLC deckt Fläche von 2,3 Mio. km2 in 12 Ländern
  ab
• Maßstab 1100.000, da kleinerer Maßstab zu
  ungenau für eine effiziente Nutzung wäre
• kleinste abzubildende Einheit 25 ha, da für die
  Repräsentation der wichtigsten Objekte gesorgt
  werden konnte
• Nomenklatur 1. Hierarchieebene ? 5 Klassen
• 2. Hierarchieebene ? 15 Klassen
• 3. Hierarchieebene ? 44 Klassen

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• Tab. 1 Nomenklatur
• (Quelle http//www.umweltbundesamt.at/fileadmin/s
  ite/umweltthemen/raumplanung/1_flaechennutzung/cor
  ine/CORINE_Projektbeschreibung.pdf 20054)

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CORINE (CORINE Land Cover)

• in Deutschland werden 36 von 44
  Landnutzungsklassen in der Legende verwendet

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• Abb. 2 CORINE Land Cover für
• Deutschland von 1990
• (Quelle Deutsches Zentrum für
• Luft- und Raumfahrt e.V. 2005)

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CORINE (CORINE Land Cover 2000)

• im Rahmen von CORINE Land Cover 2000 erfolgte
  Aktualisierung des Datenbestandes zum Bezugsjahr
  2000
• Kartierung der Veränderung gegenüber der
  Ersterfassung
• 29 Staaten wurden erfasst
• gemeinsame Datenbasis, die Bodenbedeckung und
  Landnutzung sowie deren Veränderung der letzten
  10 Jahre aufweist
• als Datengrundlage dienten Landsat-7 Daten

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CORINE (CORINE Land Cover 2000)

• Ergebnis ? 2 Datensätze ( Kartierung der
  Bodenbedeckung
• CLC2000 und
• 
  Kartierung der Veränderung gegenüber
• 
  CLC1990)
• weiterhin 44 Landnutzungsklassen

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• Abb. 3 CLC 2000 Europa
• (Quelle www.dataservice.eea.eu.int/atlas/viewdata
  /viewpub.asp?1 2005)

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CORINE (CORINE Land Cover 2000)

• Beispiel Leipzig
• - umfangreiche Veränderungen im Zeitraum
  1990-2000 in der
• Landnutzung und Bodenbedeckung in den neuen
  Bundesländern
• - Anzahl der bebauten Flächen besonders an der
  Peripherie
• größerer Städte nahm zu
• - Veränderungen im Zusammenhang mit der
  Stilllegung und
• Rekultivierung von Braunkohletagebauten
  sowie Veränderungen
• im landwirtschaftlichen Bereich

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• Abb. 4 Ergebnisse der Interpretation in der
  Region Leipzig
• (Quelle Deutsches Zentrum für Luft- und
  Raumfahrt e.V. 2005)

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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PELCOM

• PELCOM Pan-European Land Cover Monitoring
• Beginn September 1996 und Ende November 1999
• aktuelle und zuverlässige Informationen über
  Landnutzung und Bodenbedeckung für
  landwirtschaftliche und umweltwissenschaftliche
  Studien gewinnen
• Verwendung von multispektralen und
  multitemporalen NOOA-AVHHR Satellitenbildern und
  unterstützenden Datenquellen (Bsp. MARS-Archiv
  oder NDVI-Index von 1997)

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PELCOM

• Ziele - euroopaübergreifende Datenbank mit einer
  Auflösung von 1 km
• - Aufbau eines Bodenbedeckungsplans für ganz
• Europa
• - Entwicklung einer konsequenten
• Klassifikationsmethode
• - Entwicklung einer europaweiten Überwachung
  von
• Veränderungen bezüglich der Bodenbedeckung
• - Anwendung der Datenbank in verschiedenen
  Studien

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• Abb. 5 The pan-European 1-km land cover database
• (Quelle http//www.geo.ucl.ac.be/LUCC/research/en
  dorsed/04-pelcom/PELCOM.HTML 2005)

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PELCOM

• Vergleich zu CORINE
• - weniger Klassen
• - niedrigere Auflösung
• - Aufnahme mit anderem Sensor
• - Bedeckung ganz Europas

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• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Integration von GIS und FE

• Thema Integration von Fernerkundung mit GIS zum
  ersten Mal 1989 aufgegriffen
• Integration beider Technologien nicht zuletzt
  benötigt, um Ressourcen besser kontrollieren zu
  können
• durch neue Sensoren und Bildverarbeitungsprogramme
  großen Datenvolumen produziert, dessen
  Management an Grenzen stieß
• beide Technologien Werkzeuge für das Management
  von räumlich verteilten Informationen
• beide nutzen ähnliche Hardwareplattformen und
  Softwaretools

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Integration von GIS und FE

• Existenz von Unterschieden und Hindernissen
• technische und institutionelle Schwierigkeiten
  überwinden
• technische Schwierigkeiten
• - Raster/Vektor Dichotomie (verhinderte viele
  Versuche der Integration)
• - Problem der Datengleichmäßigkeit (GIS-Daten
  vor der Nutzung klar definiert, während
  Fernerkundungsdaten erst interpretiert werden
  müssen)

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Integration von GIS und FE

• institutionelle Schwierigkeiten
• - Aufteilung der Nutzer in zwei verschiedene
  Gruppen
• - Gruppe der Entscheidungsträger, die Pool an
  Informationen brauchen, um Land und Ressourcen
  verwalten zu können
• - Gruppe der Forscher, die sich mit Zunahme an
  Verständnis über das System Erde bemühen

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• Abb. 6 Three stages in the integration of image
  analysis with GIS technology
• (Quelle Lo Yeung 2002299. In Ehlers
  et al. 19891621)

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• Stufe - Existenz zweier simultaner Bildschirme
  und Schnittstellen für GIS-Daten im
  Vektorformat und für Fernerkundungsdaten im
  Ratserformat
• - Systeme miteinander verknüpft
• - Benutzen einer Art Datenaustauschformat
• - Gelegenheit Ergebnisse der niedrigen
  Bildverarbeitungsebene in das GIS zu
  importieren
• - Erlaubnis Attributwerte zum Thema zuzuordnen
  und eine Reihe von Statistikanalysen
  durchzuführen

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2. Stufe - beide Systeme haben gemeinsame
Schnittstelle - dennoch separat aber ergänzend
zueinander verknüpft - Kontrolle über
Komponenten von Fernerkundungsbilder haben
- GIS-Daten direkt in Bildverarbeitungsprozess
e eingliedern - inhomogene Dateninputs und
hierarchische Entitäten in zusammenhängender
Weise unterbringen - Möglichkeit Fehler
zu analysieren - Simulation von
kartographischen und Bildverarbeitungsdaten
mit zeitlicher Entwicklung erzeugen
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3. Stufe - beide Systeme sind in einem System
integriert - Raster/Vektor Zweiteilung gibt es
nicht mehr - auf hoher Ebene wird
Vektordarstellung genutzt, während auf
niedrigen Ebenen Rasterdarstellung
ausreicht - Raster- und Vektordaten auf
unterschiedlichen Ebenen untergebracht -
Objektbasierte und Ereignisbasierte Darstellung
kann des geographischen Raumes kann flexibel
mit Formaten umgehen - im gemeinsamen
System wird Fernerkundung zu einer
Inputfunktion
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Integration von GIS und FE

• viele Fortschritte in Richtung Integration von
  GIS und Fernerkundung getan
• Fortschritt durch schnelle Entwicklung der
  Computerindustrie
• Ausdehnung der Fähigkeiten bezüglich der
  Umwandlung von Datenstrukturen
• High-Speed Computer und Netzwerkarbeit erlauben
  es komplizierte Daten zu analysieren
• Daten in hoher Auflösung darstellen
• einfachere Bedienung der entsprechenden Programme

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Integration von GIS und FE

• Interessant Kombination von Vektorinformationen
  mit Bildklassifikationsmethoden für die Auswahl
  von Testgebieten
• um totale Integration zu erreichen neues Modell
  nötig, welches Raster/Vektor Zweiteilung nicht
  mehr behandelt

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Verknüpfung mit anderen Wissenschaften

• Fernerkundung nicht für Aufklärung geographischer
  Phänomene
• andere Wissenschaften wie Sozialwissenschaften
  oder Wirtschaftswissenschaften können Nutzen aus
  Fernerkundungsdaten ziehen
• trotzdem Spannungsfeld zwischen Fernerkundung und
  anderen Disziplinen
• Sozialwissenschaftler nicht interessiert an
  Variablen und Merkmalen, die aus der Luft
  gemessen werden
• finden abstrakte Eigenschaften wichtiger als
  menschliche Artefakte wie Häuser oder
  Getreidefelder

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Verknüpfung mit anderen Wissenschaften

• beschäftigen sich mit der Frage, warum Dinge
  passieren, wenn sie passieren
• Sozialwissenschaftler setzen sich weniger mit dem
  Thema Fernerkundung auseinander

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Verknüpfung mit anderen Wissenschaften

• Gründe - Informationen über den Zusammenhang,
  der soziale Ereignisse formt, zu bekommen
• - Zusammenhänge zwischen sozialen Phänomenen
  und sozialen Phänomenen und deren
  Auswirkungen messen
• - räumlich hoch aufgelöste Fernerkundungsdaten
  benutzen, um statistische Modelle zu
  entwickeln

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Verknüpfung mit anderen Wissenschaften

• dennoch Hindernisse bei der Verknüpfung von
  Fernerkundung und Sozialwissenschaften
• Besorgung georeferenzierter sozialer Daten, um
  diese mit Fernerkundungsdaten zu verbinden
• angemessene soziale Daten finden, die an
  Fernerkundungsdaten angepasst werden können
• Level der Auflösung von Fernerkundungsdaten an
  die Ansprüche von sozialen Daten anpassen

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Inhalt

• Einleitung
• Fernerkundung als Datenquelle
• 2.1 LIDAR
• 2.2 Vor- und Nachteile der Fernerkundung
• Datenprodukte aus Fernerkundungsdaten
• 3.1 CORINE
• 3.2 PELCOM
• Integration von GIS und Fernerkundung
• Verknüpfung mit anderen Wissenschaften
• Zusammenfassung

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Zusammenfassung

• GIS und Fernerkundung im Laufe der Zeit von
  einander abhängige Disziplinen geworden, deren
  Entwicklung noch nicht beendet ist
• Fernerkundung und GIS spielen große Rolle in der
  Analyse von räumlichen und temporären Phänomenen
  in der Geographie
• andere Wissenschaften sollten nicht ausgeblendet
  werden, da Fernerkundung vielfältige Seiten
  ausweist
• Fernerkundung sollte sich mit vielen Disziplinen
  verknüpfen