Titelaufnahme

Titel
Ein allgemeiner Ansatz zur Georeferenzierung von multispektralen Flugzeugscanneraufnahmen / Christine Ries
VerfasserRies, Christine
Begutachter / BegutachterinGartner, Georg ; Kraus, Karl
Erschienen2004
Umfang150 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2004
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Fernerkundung / Ortofoto / Scannerbild / Georeferenzierung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-12953 Persistent Identifier (URN)
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Ein allgemeiner Ansatz zur Georeferenzierung von multispektralen Flugzeugscanneraufnahmen [7.74 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Bedürfnis nach möglichst aktuellen, rasch verfügbaren und detaillierten Informationen über die Erdoberfläche, z. B. in Form von Orthophotos, hat in den letzten Jahren rapide zugenommen. Zur Erfüllung dieses Bedürfnisses sind flugzeuggetragene digitale Aufnahmesysteme aufgrund ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeit und aufgrund des durchgehenden digitalen Datenflusses von der Aufnahme bis zum Endprodukt besonders geeignet. Digitale multispektrale Aufnahmesysteme unterscheiden sich gemäß ihrem Aufnahmeprinzip in digitale Flächenkameras und in zeilenweise aufnehmende Systeme (Scannersysteme); letztere werden weiter unterteilt in Ein- und Mehr-Zeilenkameras sowie Rotationsscanner. Je nach Aufgabenstellung kommen unterschiedliche, zum Teil sehr spezialisierte Systeme zum Einsatz; so bieten beispielsweise Rotationsscanner die Möglichkeit der Aufzeichnung von Thermalstrahlung.

Eine wesentliche Voraussetzung für die weitere Nutzung multispektraler Aufnahmen - z. B. in einem geographischen Informationssystem - ist deren Georeferenzierung. Die Georeferenzierung multispektraler Aufnahmen beinhaltet die Sensororientierung und die nachfolgende Orthophotoherstellung. Für multispektrale Flugzeugscanneraufnahmen werden dabei aufgrund des hoch-dynamischen Aufnahmeverfahrens und der damit verbundenen stetigen Änderung der äußeren Orientierung entlang der Flugbahn erhöhte Ansprüche an das mathematische Modell gestellt. Weiters sind zur Sensororientierung genügend Informationen in Form von Passinformationen am Boden und/oder direkte Beobachtungen der äußeren Orientierungsparameter entlang der Flugbahn notwendig. Letztere werden heutzutage durch den kombinierten Einsatz von Scannersystemen mit integrierten GPS/INS-Systemen (Global Positioning System / Inertial Navigation System) ermöglicht, was dem Einsatz von flugzeuggetragenen Scannersystemen zu einem regelrechten Durchbruch verholfen hat. Dagegen konnten bei älteren multispektralen Scanneraufnahmen die Parameter der äußeren Orientierung noch nicht oder nur zum Teil während des Fluges registriert werden. Die Georeferenzierung solcher Aufnahmen setzt die Verfügbarkeit von genügend Passinformationen am Boden voraus und stellt einen erheblichen Aufwand dar. Dieser Aufwand ist jedoch in Einzelfällen, z. B. wenn die Daten für Zeitreihen von Interesse sind, gerechtfertigt. Die qualitativ hochwertige Georeferenzierung von multispektralen Scanneraufnahmen mit oder ohne GPS/INS-Unterstützung bedarf eines allgemeinen anwendbaren Ansatzes zur Sensororientierung. In dieser Arbeit wird ein solcher allgemeiner Ansatz präsentiert und seine Praxistauglichkeit an realen Datensätzen erprobt. Der Ansatz wurde am Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung der Technischen Universität Wien entwickelt und im hybriden Ausgleichungsprogramm ORIENT implementiert. Zur Modellierung der zeitlichen Variation der äußeren Orientierung entlang der Flugbahn werden zusammengesetzte kubische Polynome verwendet, die in den sogenannten Knotenpunkten mit zumindest erster stetiger Ableitung zusammenstoßen. Die Bestimmung der Orientierungsfunktion kann einerseits indirekt über Passinformationen am Boden (Punkte und Linienelemente) oder/und direkt bzw. integriert mittels GPS/INS-Beobachtungen erfolgen. Zur Erprobung des Ansatzes wurden vom Österreichischen Bundesinstitut für Gesundheitswesen Daten zweier Messflüge von Wien aus den Jahren 1997 und 2000 zur Verfügung gestellt. Bei beiden Flügen kam als Aufnahmesystem der multispektrale Rotationsscanner Daedalus AADS 1268 Airborne Thematic Mapper (ATM) zum Einsatz. Der Messflug 1997 erfolgte noch ohne GPS/INS-Unterstützung, dagegen war für den Messflug 2000 schon GPS/INS-Unterstützung verfügbar.

Die erzielte hohe Qualität der Georeferenzierung dieser praktischen Anwendungen bestätigt die Leistungsfähigkeit der präsentierten Methode und ihrer EDV-mäßigen Implementierung.

Zusammenfassung (Englisch)

In recent years the demand for up-to-date, quickly available and detailed information about the Earth's surface, e.g. for orthophotos, is increasing. Airborne digital data acquisition systems help to fulfill this demand as they are flexible in operation and provide the possibility of a fully digital processing chain starting with data acquisition and ending with the final product. Concentrating on digital multi-spectral systems, we can divide them into digital frame cameras and scanning systems (scanners). The latter are subdivided into one- and more-line cameras (push broom scanners) and rotation scanner (whisk broom scanner). Digital systems can be designed to fulfill the requirements of very specialized applications, e.g. rotation scanner enable the acquisition of thermal radiation. For further use, for example in a geographic information system, multi-spectral images have to be geo-referenced. Geo-referencing consists of the determination of the sensor orientation and the successive orthophoto production. The mathematic model for geo-referencing of multi-spectral scanner images has to provide algorithms for modeling the continuous variation of the exterior orientation along the flight path due to the high dynamic data acquisition. Furthermore for the sensor orientation enough ground control and/or direct observations of the exterior orientation parameters along the flight path are required. Nowadays GPS/INS-systems (Global Positioning System / Inertial Navigation System) enable the direct observation of the exterior orientation parameters; this led to a break through of scanner systems in airborne applications. For older scanner images direct observations of the exterior orientation parameters are not or only partly available. Thus geo-referencing of such older scanner images requires a great amount of ground control information. The large effort of geo-referencing such older scanner images is worth while in special cases, for example for historic interest or if the data are necessary for a time series. High quality geo-referencing of multi-spectral scanner images with or without GPS/INS-support requires a general approach. In this thesis a general algorithm for sensor orientation is presented and tested with real data sets. The algorithm was developed at the Institute of Photogrammetry and Remote Sensing of the Vienna University of Technology and implemented in the hybrid adjustment program ORIENT. For modeling the variation of the exterior orientation parameters along the flight path piecewise cubic polynomials are used, which are joined together at the so-called nodes with at least the first derivative being continuous.

This orientation function can be determined with the help of ground control information (points as well as linear features) and/or GPS/INS-observations. Practical tests of the algorithm were performed with the help of two real data sets of Vienna taken in the years 1997 and 2000 and provided by the Austrian Health Institute (ÖBIG). Both data sets were recorded with the multi-spectral rotation scanner Daedalus AADS 1268 Airborne Thematic Mapper (ATM). For the flight 1997 no GPS/INS-support was available, whereas the flight 2000 was already supported by a GPS/INS-system. The high quality of the practical results proved the high potential of the presented general algorithm and its EDV-implementation.