Post on 05-Apr-2015
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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