Multitemporale Satellitenbild-Auswertung zur Erfassung von Landbedeckungs- und Landnutzungsänderungen in der Sahelzone in Westafrika:
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Hannover
Univ. Hannover
1994
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200 |
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| adam_text | Titel: Multitemporale Satellitenbild-Auswertung zur Erfassung von Landbedeckungs- und Landnutzungsänderung
Autor: Igbokwe, Izuchukwu Joel
Jahr: 1994
INHALT
SEITE
1 Einführung..................................................................................................................................................................................1
1.1 Zielsetzung....................................................................................................................................................................1
1.2 Überwachung des Sahelgebietes......................................................................................................2
1.3 Topographische Kartierung der Erdoberfläche..............................................................4
1.4 Systeme für Erderkundung........................................................................................................................9
1.4.1 Fernerkundung - Überblick......................................................................................................9
1.4.2 Fernerkundungssensoren............................................................................................................10
1.4.2.1 Photogrammetrische Kameras................................................................................14
1.4.2.2 Abtastersysteme........................................................................................................................15
1.4.2.2.1 Landsat Multispektral Scanner (MSS)......................................15
1.4.2.2.2 Landsat-4 und 5 TM........................................................................................16
1.4.2.2.3 Spot............................................................................................................................................19
1.4.2.2.4 MOMS-System..........................................................................................................22
1.4.2.2.5 Radar - Sensoren........................................................................................................22
1.4.2.2.6 Satelliten für die Meteorologie............................................................26
1.5 Bildverarbeitungsanlage................................................................................................................................27
1.5.1 Komponenten von Bildverarbeitungsanlage............................................................27
1.5.2 Das GOP 302 Bildverarbeitungssystem....................................................................31
2 Bildvorverarbeitung zur Erfassung von zeitlichen Veränderungen in
Landnutzung............................................................................................................................................................................34
2.1 Radiometrische Korrekturen....................................................................................................................34
2.1.1 Korrektur von zeilenförmigen Bildstörungen........................................................34
2.2 Geometrische Vorbereitung......................................................................................................................40
2.2.1 Bildentzerrung................................................................................................................................................41
2.2.1.1 Geometrische Beziehungen................................................................................................41
2.2.1.1.1 Mathematische Abbildungsmodelle für geometrische
Beziehungen......................................................................................................................................41
2.2.1.1.2 Mathematische Auswertungsmodelle für die geome-
trische Beziehungen..................................................................................................................43
2.2.1.2 Zuordnung von Grauwerten der Ausgabebildelemente..................51
2.2.2 Ermittlung der Geländepaßpunkte durch das „Globale Positioning
System (GPS) ..............................................................................................................................................52
2.2.3 Feinregistrierung mit Bildkorrelation....................................................................................56
2.2.3.1 Zwei - Dimensionale Korrelation............................................................................57
2.2.3.2 Ein - Dimensionale Korrelation............................................................................58
2.2.3.3 Flächenhafter (Area - Based) Bildkorrelation..........................................59
2.2.2.3.3.1 Produkt-Moment-Kreuzkorrelation..........................................................59
2.2.2.3.3.2 Intensitätskoeffizient nach komlexer Exponierung
(Globale Varianzwichtig)......................................................................................59
2.2.2.3.3.3 Intensitätskoeffizient nach komplxer Exponierung
(Lokale Varianzwichtig) ......................................................................................60
2.2.2.3.3.4 Phasen -Korrelationskoeffizient..................................................................60
2.2.2.3.3.5 Kleinste - Quadrate Anpassung..................................................................61
2.2.3.4 Merkmalsbasierte (Feature - Based ) Bildkorrelation....................63
2.2.3.4.1 Moravec Operator........................................................................................................64
2.2.3.4.2 Dreschler Operator..........................................................................................................64
2.2.3.4.3 Förstner Operator..........................................................................................................65
2.2.3.4.4 Lü Operator..........................................................................................................................65
2.2.3.4.5 Chen und Lee Operator..........................................................................................67
2.3 Bild - Verbesserungen..............................................................................................................................68
2.3.1 Filterung............................................................................................................................................................69
2.3.1.1 Filterung im Ortsbereich..................................................................................................69
2.3.1.2 Filterung im Frequenzbereich......................................................................................70
2.3.2 Textur - Transformationen..........................................................................................................71
2.3.2.1 Statistische Texturanalyse im Ortsbereich -1. Ordnung .. 72
2.3.2.2 Statistische Texturanalyse im Ortsbereich - 2. Ordnung .. 73
2.3.2.3 Texturanalyse im Frequenzbereich....................................................................74
2.3.3 Hauptkomponenttransformation............................................................................................75
2.3.4 Intensity - Hue - Saturation Transformation......................................................75
3 Algorithmen und Verfahren zur Erfassung von
Landnutzungsänderungen............................................................. 79
3.1 Einführung..................................................................................................................................................................^9
3.2 Bilddifferenzenverfahren..........................................................................................................................80
3.3 Ratio - Transformationsverfahren................................................................................................82
3.4 Vegetationsindextransformationen..............................................................................................82
3.5 Überlagerungsklassifizierung............................................................................................................83
3.6 Änderungsvektoranalyse..........................................................................................................................83
3.7 Hauptkomponentenmethode..............................................................................................................85
3.8 Vergleich der Klassifizierungsverfahren..............................................................................86
3.8.1 Klassifizierungsverfahren....................................................................................................86
3.8.1.1 Quader - Methode..................................................................................................................93
3.8.1.2 Methode des geringsten Abstandes......................................................................94
3.8.1.3 Methode der höchsten Wahrscheinlichkeit..............................................95
3.8.1.4 Wissensbasierte Verfahren........................................................................................96
3.8.1.5 Klassifizierung mittels künstlichen neuronaler Netzwerke
( Artificial Neural Networks)..................................................................................97
3.9 Erfassung von Landnutzungsänderungen mit Einsatz eines
Geographischen Informationssyste)..........................................................................................106
3.10 Multikomponentenverfahren..............................................................................................................108
3.10.1 Erzeugung des Binäränderungsbildes............................................................108
3.10.2 Maskierung der Klassifizierungsergebnisse............................................109
3.10.3 Formulierung der Änderungsmatrix ................................................................109
3.10.4 Trennung von menschlichen und natürlichen verursachten
Aspekten der Landnutzungsänderungen....................................................110
4 Praktische Durchführung........................................................................................................................112
4.1 Testgebiete und Testdaten..................................................................................................................112
4.1.1 Testgebiete..............................................................................................................................................112
4.1.1.1 Geographische Lage....................................................................................................112
4.1.1.2 Klima..............................................................................................................................................112
4.1.1.3 Hydrologie,Vegetation und Landnutzung..........................................112
4.1.2 Testdaten..................................................................................................................................................114
4.1.2.1 Landsat MSS und TM Daten..........................................................................114
4.1.2.2 Topographiasche Karten....................................................................................114
4.1.2.3 Klimatische Daten....................................................................................................114
4.2 Vorbereitung der Landsat Daten..............................................................................................114
4.2.1 Entzerrung der Daten..................................................................................................................115
4.2.2 Feinregistrierung mit Bildkorrelation....................................................................117
4.2.2.1 Generierung von Korrelations- und Registrierungspunkten... 122
4.2.2.2 Reduzierung der generierten Punkte mit Produkt -
Moment-Korrelationskeoffizient............................................................................123
4.2.2.3 Sub -Pixel Anpassung mit Kleinsten- Quadraten........................123
4.2.3 Beseitigung der Zeilenbildstörungen....................................................................123
4.2.4 Verbesserung der multitemporale Datensätze............................................126
4.2.4.1 Filterung mit gleitendem Fernster (low -pass -
Filterung)........................................................................................................................................126
4.2.4.2 Texturverbesserungen......................................................................................................127
4.2.4.3 IHS - Transformation......................................................................................................127
4.3 Erfassung der Landnutzungsänderungen......................................................................128
4.3.1 Erzeugung des Binäränderungsbiides..........................................129
4.3.2 Maskierung der Klassifizierungsergebnisse........................130
4.3.3 Formulierung der Änderungsmatrix................................................138
4.3.4 Trennung von menschlichenen und natürlichen
verursachte Landnutzungsänderungen................... 138
4.3.5 Ergebnisse der Untersuchung..............................................................140
5 Ausblick....................................................................................................................................................................................142
6 Literatur................................................................................................................................................................................150
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