TanDEM-X Blog | 20. August 2010 | 1 Kommentar

Das Gesicht der Erde

Seit nun einem Monat werden Höhenmodelle mit dem Satellitengespann TanDEM-X und TerraSAR-X gewonnen. Mittlerweile sind über 1000 Produkte von unserer operationellen Verarbeitungskette erzeugt. Neben vielen Testaufnahmen geben einige der Daten auch Einblicke, wie der Mensch das Gesicht der Erde formt und manchmal auch, wie sein Leben von den Höhen und Tiefen um ihn herum bestimmt wird.

Viele der interferometrischen Aufnahmen der letzten Wochen sind Testdaten von flachen Gebieten, um an minimalen Höhenfehlern die Stabilität und Genauigkeit der Aufnahme- und Verarbeitungsverfahren zu prüfen. Einige Bilder sind wiederum von ausgesprochen komplizierten Geländeformen, um die Umrechnung der Interferogramme in Höhenwerte zu testen. Noch sind die Satelliten nicht in der engen Flugformation mit synchroner Datenaufnahme, so dass die endgültige Höhengenauigkeit derzeit noch nicht erreicht werden kann. Auch fehlen noch die endgültigen Kalibrierungsschritte in der Bearbeitung. Dennoch sind die Daten schon von beeindruckender Qualität und liefern Details, die bisher in Höhendaten aus dem Weltraum noch nicht erkennbar waren.

Wir vom Prozessorteam hatten auch etwas Muße, die im Prozessor eingebaute Visualisierungssoftware zu aktivieren und können so neben der Analyse der trockenen Zahlenreihen auch mal den 3D-Anblick der produzierten Höhenmodelle (Digital Elevation Models, DEMs) genießen.

Dabei gibt es mehrere Möglichkeiten, sich ein Bild von der 3D-Struktur des Geländes zu verschaffen. Bei den hier gezeigten Bildern wird das Radarsignal (die "Rückstreuung") genommen, um die Helligkeit zu bestimmen und dazu wird die jeweilige Höhe farbig (blau-grün über rot-braun  nach weiß) dargestellt. Dabei kann man natürlich auch den Rechner in einem schrägen Winkel auf das DEM "blicken" lassen, um einen 3D-Effekt zu bekommen, wobei die tatsächlichen Höhen zur Verdeutlichung stark übertrieben werden.

Das Beispiel des 3718 Meter hohen Teide auf der Insel Teneriffa zeigt besonders schön, wie die beiden Radarsatelliten die Landschaft wahrnehmen. Das Gespann schaute hier von links schräg auf die Insel und die schwarzen Schatten in den Tälern sind tatsächlich die Bereiche, in die die Radarstrahlen nicht blicken konnten, währen die hellen Flanken direkt angestrahlt wurden. Schatten und radartypische Verzerrungen machen es dem Prozessor nicht einfach, die richtigen Höhenwerte zu finden. Daher werden in späteren Phasen der Mission auch andere Blickwinkel benutzt, um derartige Lücken zu füllen.

Teide auf Teneriffa

Der Teide auf Teneriffa in einer 3D-Ansicht eines TanDEM-X-DEMs kombiniert mit der Radarhelligkeit. Bild: DLR.

Den Einfluss des Menschen sieht man hier nur an den hellen Siedlungen und landwirtschaftlichen Nutzflächen, die sich die Küste entlang um den Vulkan schmiegen. Diese Übersicht zeigt allerdings noch lange nicht das Potenzial der neuen Generation von DEMs, die durch TanDEM-X möglich werden. Ein kleiner Ausschnitt der Draufsicht auf die oberbayrische Region um unseren Standort Oberpfaffenhofen und dem benachbarten Flughafen zum Beispiel ist hier immer noch etwa acht Mal schlechter dargestellt, als die volle Auflösung der Daten hergibt, und zeigt doch schon, wie sich der Fußabdruck des Menschen auch in den Höhendaten widerspiegelt. Ackerbau und Siedlungen haben sich in die Wälder "gefräst", und auch einige hohe Bauten, Autobahnen und Eisenbahnlinien sind mit ihren Höhen und Senken erkennbar.

Oberpfaffenhofen
 
Ein Ausschnitt aus einem TanDEM-X-DEM (Farben) mit dem Radarbild (Helligkeit) von Oberpfaffenhofen und Umgebung. Bild: DLR.

Unübersehbar wird der Eingriff des Menschen zum Beispiel im Tagebaugebiet zwischen Köln und Aachen. Mehrere Kilometer groß sind die künstlichen Löcher und Halden. Während der Mensch hier selbst die Landschaft formt, können in anderen Teilen der Erde ein paar Meter - ja sogar Zentimeter - Höhenunterschied schon von existentieller Bedeutung sein. Eines unserer DEMs vom 6. August von der Region bei Khairabad im Norden Pakistans zeigt, wie ausgedehnt die flachen Senken des Indus-Flussbetts sein können. Hier leben Menschen in potenziellen Flutgebieten, die das Höhenmodell deutlich zeigt. Auch hier ist die Höhenfarbskala zur Verdeutlichung der eigentlich relativ geringen Unterschiede stark übertrieben.

Tagebaugebiet

3D-Ansicht des TanDEM-X-DEMs vom linksrheinischen Tagebaugebiet. Bild: DLR

Nordpakistan

Farbkodiertes TanDEM-X-DEM bei Khairabad im Norden Pakistans. Bild: DLR.

Petermann-GletscherAber unser Prozessor erzeugt nicht nur DEMs. Auch jetzt schon - während der Commissioning Phase - finden einige interferometrische Experimente für Analysen durch verschiedendste Wissenschaftler am DLR und anderer Institutionen statt. Ein Beispiel ist der Petermann-Gletscher im Norden Grönlands, dessen Abbruch einer ausgedehnten Eiszunge jüngst sogar Schlagzeilen machte. In diesem Fall zeigt die interferometrische Phase nicht nur die "Höhenlinien", sondern auch Signatur der minimalen Bewegungen der Eisschollen in den drei Sekunden Zeitunterschied zwischen den zwei Satellitenaufnahmen (erkennbar an den schnellen Farbwechseln auf den kleineren Eisschollen). Mit solchen Daten können Wissenschaftler Eisdriften bestimmen und die für die Klimaforschung wichtige Dynamik und Interaktion von Meer- und Gletschereis untersuchen.

Zyklische, interferometrische Phase der Spitze des Petermann-Gletschers in Grönland. Bild: DLR.

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