Lexikon der Fernerkundung

X-Band

Ein Frequenzbereich von 12,5 bis 8 GHz (2,4 bis 3,75 cm Wellenlänge) innerhalb des Mikrowellenanteils (Radar) des elektromagnetischen Spektrums. Das X-Band ist eine geeignete Frequenz für einige hochauflösenden Radaranwendungen. Im militärischen Bereich wird es zu Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Mit X-Band ausgerüstete abbildende Radare werden gewöhnlich nicht durch atmosphärische Einflüsse beeinträchtigt und vermögen durch Wolken und leichte Schauer hindurchzusehen. Die Durchdringungsfähigkeit im Hinblick auf Vegetationsbedeckung und Böden ist gering und auf die oberste Schicht beschränkt. Navigation ist ein weiteres Einsatzfeld.

XMM-Newton

Engl. Akronym für X-ray MultiMirror; im Dezember 1999 gestarteter europäischer Satellit zur Analyse zahlreicher Röntgenstrahlenquellen hoher Intensität und die Entdeckung weniger intensiver Quellen im All. Dabei soll unser Wissen über sehr heiße Objekte, die in der Frühphase unseres Universums entstanden verbessert werden. Man erhofft sich Beiträge zur Lösung vieler Rätsel, angefangen von schwarzen Löchern bis zur Bildung von Galaxien. Die Mission ehrt auch den englischen Physiker und Mathematiker Isaac Newton. Sein Nachweis, dass Licht mit einem Prisma in seine verschiedenen Farben aufgespalten werden kann, stellt die Basis der Wissenschaft dar, die XMM-Newton einsetzt.

XMM-Newton ist der größte, jemals in Europa gebaute Wissenschaftssatellit. Er befördert an Bord drei Teleskope, die jeweils aus 58 Präzisionsspiegeln bestehen und eine bedeutende Sammel-Kapazität für Photone und eine präzise Fokussierung haben. Diese Teleskopspiegel (200 m² hochfein poliertes Gold) sind die empfindlichsten, die je entwickelt wurden, und mit seinen empfindlichen Detektoren sieht er mehr als irgendein zuvor gebauter Röntgensatellit.
Die ursprünglich auf zwei Jahre angelegte Missionsdauer ist bis zum 31. Dezember 2014 verlängert worden.

Isaac Newton
(1642-1727) Isaac Newton
XMM-Newton beim Lösen
von der Trägerrakete Ariane-5 XMM-Newton beim Lösen von der Trägerrakete Ariane-5
XMM-Newton im All XMM-Newton im All Ultraviolett-Aufnahme
der Galaxie M81 Ultraviolett-Aufnahme der Galaxie M81

Alle Galaxienhaufen, Galaxienzentren, Quasare - sogar normale Sterne wie die Sonne - geben Röntgenstrahlung ab. Diese liefert eine Fülle chemischer und physikalischer Informationen über die kosmischen Objekte, von denen sie ausgeht. Röntgenstrahlen werden durch die Schichten in der Erdatmosphäre absorbiert. Daher lassen sie sich nur von Satelliten außerhalb der Erdatmosphäre erforschen.

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Quelle: ESA

Der Satellit umrundet die Erde auf einer sehr elliptischen Bahn mit einem Apogäum von 114.000 km (geringe Geschwindigkeit) und einem Perigäum von 7.000 km (hohe Geschwindigkeit). Dabei erreicht XMM-Newton fast ein Drittel der Strecke zum Mond, sodass die Astronomen die benötigt langen und ununterbrochenen Beobachtungsphasen auf Objekte im All haben. Auch erlaubt der exzentrische Orbit den XMM-Instrumenten ausserhalb der irdischen Strahlungsgürtel zu arbeiten.

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Zeilenpassbedingung

Bedingung, die eingehalten werden muß, damit die Scan-Zeilen in Streifenmitte lückenlos aneinander passen. Dabei muss folgende Beziehung erfüllt sein:

V/h=Da·n

wobei V die Fluggeschwindigkeit, h die Flughöhe, Da der Öffnungswinkel und n die Scanfrequenz ist.

Zeilenscanner

Syn. Zeilensensoren; licht- bzw. strahlungsempfindliche Detektoren (meist Halbleiterdetektoren), die aus einem zweidimensionalen Array aus Fotodetektoren oder anderen Detektorelementen bestehen.

Sie unterscheiden sich nach dem Prinzip der Sensoren und des Auslesens der Daten:

  • CCD-Zeilensensoren arbeiten wie ein CCD-Sensor (Ultraviolett, sichtbares Licht, nahes und mittleres Infrarot)
  • CMOS-Zeilensensoren arbeiten wie ein CMOS-Bildsensor (Ultraviolett, sichtbares Licht, nahes Infrarot)
  • analoge Zeilensensoren liefern einen analogen Datenstrom
zeitliche Auflösung

Engl. temporal resolution; franz. résolution temporaire; zeitlicher Abstand, der zwischen zwei Aufnahmen desselben Gebietes mit einem Sensor liegt; bei Satellitensystemen ist er durch die Parameter der Umlaufbahn vorgegeben.
Nach DIN 18716die "Fähigkeit eines Sensors, dasselbe Gebiet wiederholt messtechnisch zu erfassen", verbunden mit der Anmerkung "Als Maß für die Auflösung dient die Wiederholrate".
Daten mit hoher Wiederholrate eignen sich vor allem für die Dokumentation dynamischer Vorgänge, insbesondere beim Umwelt-Monitoring (Desertifikation, Entwaldungsvorgänge, Klimazonenverschiebung, Rückgang von Eisflächen).

Zenit

Syn. Scheitelpunkt; der genau senkrecht über dem Beobachtungsort liegende Punkt am Himmel. Er liegt genau 90 Grad über dem theoretischen Horizont. Der gegenüberliegende Punkt heißt Nadir oder Fußpunkt.

Zephyr

Familie sehr leichter, unbemannter und von Solarzellen angetriebener Fluggeräte (UAVs), die von der britischen Firma QinetiQ entwickelt und im März 2013 von Airbus Defence and Space übernommen wurde. Airbus vermarktet diese neue Kategorie hybrider Fahrzeuge – irgendwo zwischen Flugzeug und Raumfahrzeug angesiedelt – als HAPS (High Altitude Pseudo Satellite).

Die Zephyr hält den offiziellen Rekord für den längsten Flug von unbemannten Flugzeugen mit einer Flugdauer von 336 Stunden. Bei einer ersten Testserie im Dezember 2005 wurde eine Flugzeit von 6 Stunden erreicht. Inoffiziell wurde Ende 2008 vom US Army Versuchsgelände in Yuma sogar eine Flugzeit von 82 Stunden und 37 Minuten erreicht. Der Rekordflug mit 336 Stunden und 21 Minuten im Juli 2010 fand ebenfalls in Yuma statt.

Die per Hand gestartete und aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebaute Zephyr wird von Elektromotoren angetrieben, die ihren Strom von Dünnschicht-Solarzellen erhalten. Nachts übernehmen Lithium-Schwefel-Akkumulatoren die Energieversorgung. Die Steuerung erfolgt durch einen Autopiloten mit GPS.

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Zephyr S - Border Control

Solar-powered HAPS can monitor military or intelligence targets, track forest fires, or provide communications in an emergency. By flying far lower than satellites, HAPS can provide sharper images of Earth.

Quelle: Airbus D & S
 

Das jüngste Modell, Zephyr-8, weist eine wesentliche Verbesserung der gesamten Bauweise auf. Trotz einer größeren Spannweite (25 m gegenüber 22,5 m bei Zephyr-7) ist das Gerät deutlich leichter. Dies erlaubt die Mitnahme von mehr Akkus und Nutzlast. Bei Testflügen in Höhen über 65.000 Fuß konnten Videos mit Auflösungen von unter 50 cm in Echtzeit zum Boden übermittelt werden. Die Kameras arbeiten im sichtbaren und im infraroten Bereich. Radarsysteme, die eine wetterunabhängige Überwachung gewährleisten sind in der Entwicklung.

Flughöhen über 65.000 Fuß vermeiden übrigens den nachteiligen Einfluss der Jetstreams mit ihren hohen Windgeschwindigkeiten, auch liegt dieser Bereich oberhalb dem des zivilen Luftverkehrs.

Einsatzfelder finden sich mit Fernerkundungs- und Kommunikationsaufgaben im Verteidigungs- und Grenzüberwachungsbereich, aber auch im zivilen Sektor, z. B. beim Umweltmonitoring.

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ZKI

Akronym für Zentrum für satellitengestützte KrisenInformation; ein Dienst des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) des DLR. Seine Aufgabe ist die schnelle Beschaffung, Aufbereitung, Analyse und Bereitstellung von Satellitendaten bei Natur- und Umweltkatastrophen, für humanitäre Hilfsaktivitäten und für die zivile Sicherheit. Die Auswertungen werden nach den spezifischen Bedürfnissen für nationale und internationale politische Bedarfsträger sowie Hilfsorganisationen durchgeführt.

Mit der weltweiten Zunahme von Naturkatastrophen, humanitären Notsituationen und zivilen Gefahrenlagen steigt der Bedarf an zeitnaher Lageinformation. Wie die Erfahrung aus den vergangenen Jahren gezeigt hat, besteht eine zunehmende Nachfrage nach aktueller, umfassender und flächendeckender Erdbeobachtungsinformation in den verschiedensten zivilen Krisensituationen. Neben der reinen Krisenreaktion und -beurteilung steht besonders die Ableitung von Geoinformation für den Wiederaufbau und die Krisenprävention im Fokus der Arbeiten und Analysen des ZKI.

Das ZKI operiert im nationalen, europäischen und internationalen Kontext und ist eng vernetzt mit verschiedenen behördlichen Partnern auf Bundes- und Landesebene (Krisenreaktionszentren, Zivil- und Umweltschutz), Nicht-Regierungsorganisationen (humanitäre Hilfsorganisationen) sowie Satellitenbetreibern und Weltraumorganisationen.

Das Bundesministerium des Innern (BMI) hat durch einen Rahmenvertrag eine Möglichkeit geschaffen, dass Bundesbehörden und andere berechtigte Nutzer (z.B. Rotes Kreuz) ab Januar 2013 mit dem Service ZKI-DE Produkte des ZKI anfordern können.
Über Fernerkundungssysteme können aktuelle Geoinformationen kurzfristig beschafft werden. Insbesondere für Aufgaben im Bevölkerungsschutz stellen Analysen auf Basis von Fernerkundungsdaten eine wichtige Methode dar, um zeitnahe Informationen über ein Schadensgebiet zu gewinnen.

Vorteile der Kooperation von BMI und DLR sind:

  • Bundesbehörden und andere berechtigte Nutzer erhalten Zugang zu Produkten und Services für nahezu jegliche geographische Region weltweit.
  • Der Service ZKI-DE kann für verschiedenste Arten von Naturkatastrophen, für humanitäre Krisen als auch für andere Notfallsituationen wertvolle und schnelle Informationen durch Analyse und Aufbereitung von luft- und satellitengestützten Fernerkundungsdaten liefern – angepasst an die Bedürfnisse der deutschen Behörden.
  • Es können zeitnahe, präzise und flächendeckende Lageinformationen generiert werden, insbesondere zur Schadensabschätzung sowie aber auch zur Vorsorge und zum Wiederaufbau.
  • Neben der schnellen Übersicht akuter Ereignisse können auch Detailinformationen - wie etwa Informationen über mögliche Zugangswege - zusätzliche Unterstützung bieten, um Hilfskräfte möglichst direkt in die jeweils betroffenen Regionen entsenden zu können.
  • Die Produkte stehen in unterschiedlichen Maßstäben von 1:500 bis 1:200.000 zur Verfügung. Die Produkte können von allen Ebenen des Krisenmanagements genutzt werden (vom übergeordneten Krisenstab bis zur Einsatzleitung), da ausgewertete Daten in unterschiedlichen Formaten zur Verfügung gestellt werden können.

Daneben koordiniert das ZKI im Auftrag des DLR Aktivitäten der International Charter on Space and Major Disasters, die eine wichtige Initiative von Raumfahrtagenturen im Kontext von Naturkatastrophen und technischen Unfällen darstellt. In Deutschland, aber auch auf Anfrage weltweit, übernimmt das ZKI die koordinierte Beschaffung und Auswertung von Satellitenbilddaten mit der Bereitstellung eines Projektmanagers im Rahmen dieser Charter.

Das ZKI war auch als zentraler Akteur beim Aufbau des europäischen Notfalldienstes im Copernicus-Programm (früher GMES – Global Monitoring for Environment and Security) beteiligt und ergänzt das europäische Angebot um weitere Dienstleistungen.

Satellitenbildkarte von Guinsaugon/Philippinen
(1:10.000) Satellitenbildkarte von Guinsaugon/Philippinen (1:10.000)
Topo-Karte von Guinsaugon/Philippinen
(1:50.000) Topo-Karte von Guinsaugon/Philippinen (1:50.000)

Am 17. Februar 2006 begrub ein durch heftige Regenfälle verursachter Bergrutsch das Dorf Guinsaugon auf der Southern Leyte-Insel (Philippinen). Das vor dem Unglück aufgenommene SPOT-Satellitenbild vom 1. Juni 2003 zeigt das betroffene Gebiet. Die grauskalige Satelliteninformation wurde vom panchromatischen Kanal des SPOT aufgenommen. Das Ausmaß des Bergrutsches konnte aus Daten von RADARSAT (22. Februar 2006) und vom Instrument ASAR auf Envisat (24.2.2006) abgeleitet werden. Die Verortung des Bergrutsches konnte von ALOS AVNIR-2 (20.2.2006) wegen Bewölkung nur teilweise vorgenommen werden. Der Bergrutsch betrifft ein Gebiet von ca. 2,5 km².

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Quelle: ZKI-CAF

Arbeits- und Entwicklungsziele des ZKI:

  • Bündelung der vorhandenen technisch-wissenschaftlichen Ressourcen und Kapazitäten des DLR, besonders zusammen mit dem DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung um diese koordiniert und effektiv für das Krisenmanagement verfügbar zu machen,
  • Entwicklung und Etablierung von Methoden zur Erstellung nutzerdefinierter Informationsprodukte und Dienstleistungen im Bereich Katastrophenmanagement, humanitäre Hilfe und zivile Sicherheit,
  • Weiterentwicklung relevanter Informationstechnologie und Infrastruktur,
  • Beratung und Konzeption beim Aufbau von Kriseninformationszentren,
  • Entwicklung und Etablierung von europäischen und internationalen Netzwerken für die zivile satellitengestützte Kriseninformation.

Weitere Informationen:

zusätzliche Messungen

Engl. additional acquired data, franz. données acquirées additionnelles; nach DIN 18716"Daten, die während der Aufnahme bezüglich Position der Projektionszentren, Neigungswinkeln der Aufnahmeachsen, Aufnahmezeitpunkt, und anderem gewonnen werden".

Zusatzdaten

Engl. auxiliary data, franz. données auxiliaires; nach DIN 18716"unabhängig von der Aufnahme ermittelte oder bekannte Messwerte, die zur Auswertung herangezogen werden".
Daneben ist die unterschiedliche Verwendung des Begriffs in FE und GIS zu beachten:

  1. In der Fernerkundung die zusätzlichen Daten einer betrachteten Fläche, die verwendet werden, um die Analyse der Spektraldaten zu stützen und zu verbessern.
  2. In GIS auch synonym zu Metadaten verwendet.