Department für Geographie
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ALADIN: Gekoppelte Analyse des Chlorophyll- und Wassergehaltes von Vegetation mit Hilfe hyperspektraler, bidirektionaler Fernerkundung (ALADIN)


Fachgebiet: Fernerkundung, Modellierung, Pflanzenphysiologie, Spektroskopie, Vegetationsgeographie
Gefördert durch: DFG
Förderkennzeichen: OP 92/1-1/2

Projektleitung: Mauser, W. , Oppelt, N.
Projektwissenschaftler: Hank, T. B.

Laufzeit: 04/2004 - 12/2007

Ziel des Projektes:

Ziel des Vorhabens war es zu untersuchen, inwieweit die synchrone und gekoppelte Bestimmung des Chlorophyll- und Wasserverteilung in Vegetationsbeständen aus Fernerkundungsdaten neben den genannten Parametern die verbesserte Abschätzung der Verdunstung, der Biomasse, der Photosyntheserate und damit der Primärproduktion von Vegetationsbeständen ermöglicht. Zur unabhängigen, synchronen Bestimmung beider Größen und Verteilungen sollen erstmals sowohl die hyperspektrale Bestimmung der Reflexion der Bestände als auch die Veränderungen der spektralen Reflexionseigenschaften mit unterschiedlichen Beobachtungswinkeln (BRDF) herangezogen werden. Zur Erfassung des Chlorophyllgehaltes soll das Chlorophyll-Absorptions-Integral (CAI) eingesetzt werden, das den Reflexionsverlauf im Bereich von 550nm bis 700nm untersucht. Dieser Ansatz soll mit der Untersuchung der Pflanzenwasserabsorption bei 960nm gekoppelt werden, um die Entwicklung der photosynthetischen Kapazität und der Biomasse im Laufe eines Vegetationszyklus zu untersuchen. Die Aufnahme der Pflanzenbestände unter verschiedenen Beobachtungswinkeln soll zudem zu einer Erfassung der vertikalen Verteilung der zu bestimmenden Parameter genutzt werden.

Die Untersuchungen sollen mit dem flugzeuggetragenen Abbildenden Spektrometer AVIS im Wasserschutzgebiet Gilching durchgeführt werden. Dabei werden landwirtschaftliche Nutzpflanzen, insbesondere Weizen und Mais, in das Zentrum der Untersuchungen gestellt.

Diese Untersuchungen bilden Vorstudien zur Entwicklung von Datenverarbeitungs- und Auswerteverfahren für das in Phase A befindliche, zukünftig zur Verfügung stehende, satellitengestützte Abbildende Spektrometer SPECTRA der ESA, das mit einer dem flugzeuggestützten Spektrometer AVIS vergleichbaren Konfiguration arbeiten wird (Start voraussichtlich 2008).

Das Abbildende Spektrometer AVIS

AVIS (Airborne Visible / near Infrared imaging Spectrometer) ist ein flugzeuggetragenes Abbildendes Spektrometer, das am Lehrstuhl für Geographie und Geographische Fernerkundung gebaut wurde. Seit der Entwicklung der von AVIS-1 im Jahr 1998 ist inzwischen die 2. Generation der AVIS Familie (AVIS-2) im Einsatz. Die 3. Generation (AVIS-3) befindet sich im Bau. Die Spezifikationen der AVIS-Familie sind in Tabelle 1 aufgelistet.

AVIS ist ein hyperspektraler Fernerkundungssensor, der zur Bearbeitung von Forschungsprojekten eingesetzt wurde und wird (DFG MA 875 6/1-3 und DFG OP 92/1-1). Seit 2001 steht der Sensor über das (www.gtco.de) zur kommerziellen Nutzung zur Verfügung.

AVIS-1

AVIS-2

AVIS-3

Wellenlängenbereich [nm]

550 - 900

400 - 900

400 - 1020

Anzahl der Kanäle

240 bzw. 80

128 bzw. 64

128

Spektrale Auflösung [nm]

6

7

5

Datentiefe [bit]

10

14

14

Räumliche Auflösung [m]

2 - 10 (abhängig von Flughöhe)

Öffnungswinkel [° bzw. rad]

58 bzw. 1.1

Schwenkmechanismus

-

Along track bis zu 7 verschiedene Winkel

Tabelle 1: AVIS Spezifikationen

Abbildung 1: AVIS-2 Winkelaufnahmen vom 24.05.2003 im Testgebiet Gilching (48°6' N, 11° 17' S) und Spektren eines Tritikale-Feldes (gelb umrandetes Feld in der oberen Abbildung)

AVIS-2 besitzt die Möglichkeit einen Ausschnitt der Erdoberfläche in Flugrichtung in verschiedenen Winkeln zu erfassen (Abbildung 1). Durch diese Aufnahmeart erhält man Informationen über das winkelabhängige Reflexionsverhalten insbesondere von Vegetationsbeständen (bidirectional reflection distribution funktion BRDF). Dadurch erhofft man sich Informationen über die Struktur von Oberflächen, welche mit konventionellen Fernerkundungsmethoden nicht zugänglich werden. Ein Beispiel für das winkelabhängige Reflexionsverhalten in verschiedenen Wellenlängenbereichen zeigt Abbildung 2.

 

Abbildung 2: BRDF eines Espenwaldes im roten Wellenlängenbereich (670nm; links) und
im Nahen Infrarot (870nm; rechts) bei einem Sonnenzenitwinkel von 50°, = Reflexion (ESA, 1999)


Weiterführende Links:

AVIS www.gtco.de
  http://www.gtco.de/PDF/AVIS_Info_deutsch.pdf
  Dr. Natascha Oppelt
  BAHC
   
SPECTRA www.esa.int/esaCP/index.html
  www.estec.esa.nl
  www.esa.int/export/esaLP/ASERBVNW9SC_index_0.html
  SPECTRA Validation


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