Lexikon der Fernerkundung

VABENE++

Projekt des DLR zum Verkehrsmanagement bei Großereignissen und Katastrophen. Ereignisse, seien es Großveranstaltungen, Großschadenslagen oder Katastrophensituationen, gefährden die Funktionsfähigkeit des Verkehrssystems. Gleichzeitig kommt dem Verkehrssystem während und nach diesen Ereignissen eine wesentliche Rolle zu: Einsatzkräfte nutzen die Verkehrsinfrastruktur, um Transport und Einsatzlogistik zu gewährleisten. Ebenso gilt es, die Mobilität der Bevölkerung so weit wie möglich aufrecht zu erhalten.
Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) und Verkehrsbehörden müssen als verantwortliche Akteure Maßnahmen ergreifen, um einerseits diese Ereignisse zu bewältigen und andererseits eine Grundmobilität zu gewährleisten. Hierzu existiert in Deutschland allerdings kein übergreifendes institutionalisiertes Verkehrsmanagement, so dass ein Austausch von Informationen und eine Abstimmung von Maßnahmen erforderlich sind.

In dem Projekt werden leistungsfähige Unterstützungswerkzeuge für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) und Verkehrsbehörden für den Umgang mit Katastrophen und Großveranstaltungen entwickelt. Das Ziel ist, sowohl die notwendige Rettungslogistik als auch die umliegenden Verkehrsströme selbst unter extremen Bedingungen effizient zu leiten und somit Einsatzkräfte schnell an ihren Einsatzort zu bringen. Wissenschaftler verschiedener DLR-Institute arbeiten in diesem Forschungsprojekt zusammen und werden durch die Flugbetriebe des DLR unterstützt. Des Weiteren beteiligen sich der Lehrstuhl für Methodik der Fernerkundung der TU München und das Institut für Geoinformatik und Fernerkundung der Universität Osnabrück an VABENE++.

Die Forschungsschwerpunkte liegen dabei u.a. in den Bereichen Simulation und großflächige Verkehrsmodellierung, luftgestütztes Verkehrsmonitoring, verkehrliche Risikobewertung, Datenfusion/Datenmanagement sowie der Weiterentwicklung von Webtechnologien im GIS-Umfeld.

Folgende Erfassungssysteme kommen zum Einsatz:

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Validierung

Engl. validation, franz. validation; syn. Validation, nach DIN 18716 "Verfahren der Feststellung, ob Sensoren oder Datenprodukte geeignet sind, Anforderungen für eine beabsichtigte Anwendung zu erfüllen".
Beispielsweise müssen die Messergebnisse von Satellitensensoren immer wieder zur Qualitätssicherung und Verifizierung durch den Vergleich mit Messergebnissen anderer Methoden überprüft werden. Hierzu werden z.B. bei der Satellitenmeteorologie Werte der gleichen Größe verwendet, ermittelt zur gleichen Zeit und am gleichen Ort. Naheliegend ist es, in-situ-Messungen vom Boden oder von Flugzeugen aus zum Validieren zu nutzen.

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Vega

Ital. Akronym für Vettore Europeo di Generazione Avanzata („fortgeschrittene Generation einer europäischen Trägerrakete“); neu entwickelte, relativ kleine Trägerrakete von ESA, ASI und CNES zum Transport von Satelliten für Zwecke der Wissenschaft und Erdbeobachtung. Die Rakete hat einen Durchmesser von 3 Metern und ist 30 Meter lang. Sie besteht aus einem einzigen Gehäuse, drei mit Festtreibstoff angefeuerten Stufen, und einem oberen, mit Flüssigtreibstoff angetriebenen Modul zur Lage- und Orbitkontrolle sowie zur Satellitenfreigabe.

Die Leistung der vierstufigen Vega ergänzt die des Schwerlastträgers Ariane 5 und der mittelgroßen Sojus. Sie wurde für eine ganze Reihe von Missionen und Nutzlastkonfigurationen entworfen, so dass man sich gute Chancen am Markt erhofft. Die Konfigurationen reichen von einem einzigen Satelliten bis hin zu einem Haupt- und sechs Mikrosatelliten. Je nach Art und Höhe der vom Kunden gewünschten Umlaufbahn kann die Vega Nutzlasten mit einer Masse zwischen 300 Kilogramm und 2.500 Kilogramm ins All bringen. Als Eckwert gilt die Beförderung einer Masse von 1.500 Kilogramm in eine polare Umlaufbahn in 700 Kilometern Höhe.

An Vega sind insgesamt sieben Nationen beteiligt: Italien (65 %), Frankreich (12,43 %), Belgien (5,63 %), Spanien (5 %), die Niederlande (NIVR, 3,5 %), die Schweiz (EKWF, 1,34 %) und Schweden (0,8 %). Deutschland war bei der Entwicklung nicht beteiligt, da das DLR keinen Markt für einen neuen Träger sah und auf die verfügbaren russischen Träger verwies. Nachdem deren Startpreise stark angestiegen sind, wurde vor dem Jungfernflug angekündigt, sich bei einer Weiterentwicklung zu beteiligen.
Der erste Start wurde am 13. Februar 2012 in Kourou erfolgreich absolviert. Die Nutzlast bestand aus dem 390 kg schweren LARES Satelliten sowie acht Kleinstsatelliten (12,5 kg und 7 mal etwa 1 kg) von insgesamt sechs europäischen Nationen.

Auch der zweite Start am 7. Mai 2013 verlief erfolgreich. Dabei wurden zwei Erdbeobachtungssatelliten, der ESA-Satellit PROBA‑V und der vietnamesische Satellit VNREDSat‑1A, auf unterschiedlichen Bahnen ausgesetzt, womit die Vielseitigkeit des Trägers unter Beweis gestellt wurde. Ebenfalls ins All befördert wurde Estlands erster Satellit, der Technologiedemonstrator ESTCube‑1.

Der erste Fehlstart einer Vega ereignete sich am 11. Juli 2019 (MESZ) beim Start des Aufklärungssatelliten Falcon Eye 1 für die Streitkräfte der Vereinigten Arabischen Emirate. Es handelte sich um den 15. Vega-Flug.

Am 3. September 2020 nahm Vega mit ihrem ersten Rideshare-Flug den Flugbetrieb wieder auf, wobei im Rahmen des Small Spacecraft Mission Service (SSMS) der Dispenser für kleine Satelliten genutzt wurde. Der SSMS-Dispenser ist eine modulare, leichte Struktur aus Carbonfaser. Sie wurde entwickelt, um mehrere leichte Nutzlasten in den Weltraum zu transportieren und kann bis sehr kurz vor dem Start so konfiguriert werden, dass sie Satelliten in unterschiedlichster Anzahl und von unterschiedlichster Gößen mitnehmen kann. Somit bietet Vega erschwingliche und praktische Startmöglichkeiten für kleine Satelliten, und diese sind nicht länger darauf angewiesen, nur als sekundäre Nutzlasten mit erheblich gröߟeren Satelliten ins All fliegen zu können. Nachdem der Dispenser die Satelliten freigegeben hat, verlässt er den Orbit, um das Erzeugen von Weltraummüll zu vermeiden.

Vega hat bei diesem Start sieben Mikrosatelliten mit einem jeweiligen Gewicht von 15 bis 150 Kilogramm sowie 46 kleinere CubeSats mitgenommen. Sie alle wurden in sonnensynchronen Umlaufbahnen in einer Höhe von 515 bis 530 Kilometern freigegeben. Der letzte Satellit wurde etwa 104 Minuten nach dem Start freigesetzt.

Dabei stammt etwa die Hälfte der Gesamtmasse dieser 53 Satelliten, die Arianespace heute ins All geschossen hat, von europäischen Ländern (acht sind vertreten). Die ESA hat zur Entwicklung von vier dieser Satelliten beigetragen.  Bei diesen handelt es sich um den 113 Kilogramm schweren ESAIL-Mikrosatelliten sowie drei CubeSats: SimbaPicasso und FSSCat/Φ-sat-1.

Ein weiterer Fehlstart ereignete sich am 17. November 2020 beim Start der Erdbeobachtungssatelliten Ingenio und Taranis für Spanien bzw. Frankreich. Nach dem Start um 1:52 Uhr UTC arbeiteten die ersten drei Stufen der Rakete plangemäß. Acht Minuten nach dem Start wurde die AVUM-Oberstufe regulär abgetrennt und gezündet. Sofort danach begann sie jedoch unkontrolliert zu taumeln, der Fehler konnte nicht korrigiert werden und die Rakete wich rasch von der vorgesehenen Flugbahn ab, was letztendlich zum Absturz mit Verlust der beiden Satelliten führte. Eine Analyse der Telemetrie-Daten sowie der Produktionsprotokolle für die Oberstufe zeigte, dass die Kabel für zwei Schubvektor-Aktoren verwechselt worden waren.

Bis Ende 2021 hatte die Vega 17 von 20 Starts erfolgreich absolviert.

Vega02_lres Vega Der VEGA Launcher

Die Hauptaufgabe von VEGA ist es, Nutzlasten im Gewicht von 600 kg bis 2.500 kg auf eine niedrige polare Umlaufbahn in Höhen zwischen 300 und 1.500 km zu bringen.
Mit einem Startgewicht von ca. 136 Tonnen (ohne Nutzlast) und einer Länge von ca. 30 Metern gehört VEGA zur Klasse der kleineren Startraketen. Seine ersten drei Stufen haben einen Festtreibstoff (P80, Zefiro 23 und Zefiro 9), die vierte mit der Nutzlast arbeit mit Flüssigtreibstoff.
Neben einer maximalen Nutzlast von 2,5 t trägt Vega bis zu 122 t gefährlicher Substanzen, insbesondere Festtreibstoff.

Links: Vega auf der Startplattform

Rechts: Um die VEGA-Startplattform herum wurden vier große Türme errichtet, um die Rakete gegenüber Blitzeinschlägen abzuschirmen.

Quellen: ESA / Arianespace

Vega-C (Vega Consolidated)

Bei der in Entwicklung befindlichen Vega-C wird die erste Stufe P80 durch die verlängerte Stufe P120 ersetzt, die auch als Booster für die Ariane 6 vorgesehen ist. Als zweite Stufe kommt statt der Z23 die neu entwickelte Stufe Zefiro 40 mit größerem Durchmesser zum Einsatz. So soll die Nutzlastkapazität von 1500 kg auf 2200 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn erhöht werden. Der Erstflug ist für 2022 geplant. Ein Test der P120-Erststufe wurde im Sommer 2018 erfolgreich durchgeführt. Die Kosten sind dabei ähnlich wie für Vega, sodass mehr Raumfahrzeuge pro Flug mitgenommen werden können – bei erheblich niedrigeren Kosten pro Kilogramm.

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VEGETATION

Bezeichnung für ein Programm mehrerer europäischer Raumfahrtagenturen zum Monitoring der Vegetationsbedeckung im täglichen Rhythmus auf regionaler und globaler Ebene sowie für ein diesbezügliches kleines Modul an Bord der seit 2013 bzw. 2015 inaktiven Satelliten Spot-4 und Spot-5. VEGETATION arbeitete im optischen Bereich mit 4 Kanälen. Das Modul beobachtete die Erde mit zwei 250 km breiten Streifen und einer Auflösung von ca. 1 km, wobei eine tägliche Abdeckung der Erdoberfläche gewährleistet war. VEGETATION war fähig, Tag für Tag den Zustand und die Entwicklung von Wäldern und vor allem Kulturpflanzen zu verfolgen und sehr präzise Prognosen für die Ernten, insbesondere die Getreideernten zu erstellen.

Eine leichtere Version von VEGETATION fliegt z. Z. auf dem europäischen Satelliten Proba-V. Dieses Instrument ist gleichzeitig der Vorläufer zu dem Instrument SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) auf den Sentinel-3 Satelliten.

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Vegetation Canopy Lidar (VCL)

Abgesagte Satellitenmission der NASA und der University of Maryland zur Darstellung der dreidimensionalen Struktur der Wälder der Erde mit Hilfe aktiver laserinduzierter Beobachtung (Lidar). Im lokalen und regionalen Maßstab sollte VCL neue Messungen über das Alter und den Zustand von Waldökosystemen liefern. In globalem Maßstab sollten VCL-Karten eine Inventur der Waldbiomasse und neue Messungen der Textur der Landbeckung liefern. Die Bestimmung der Landbedeckung dient der Modellbildung, des Monitorings und der Entwicklungsprognose terrestrischer Ökosysteme, ebenso wie der Klimamodellierung und -vorhersage. Ein weiteres Ziel war die Gewinnung von globalen Referenzhöhendaten.
Die Mission wurde nicht realisiert.

Vegetation Canopy Lidar Vegetation Canopy Lidar

Die VCL-Mission hatte Probleme bei der Durchführung, so dass die NASA weitere Phasen der Projektausführung auf unbestimmte Zeit verschieben musste.

Quelle: NASA

Vegetation Condition Index (VCI)

Der Vegetationszustandsindex (VCI) vergleicht den aktuellen NDVI mit dem im gleichen Zeitraum in den Vorjahren beobachteten Wertebereich. Der VCI wird in % ausgedrückt und gibt eine Vorstellung davon, wo der beobachtete Wert zwischen den Extremwerten (Minimum und Maximum) in den Vorjahren liegt. Niedrigere und höhere Werte weisen auf einen schlechten bzw. guten Vegetationszustand hin.

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Vegetation Health Index (VHI)

Dieser von der NOAA entwickelte Index ist ein Gradmesser der Vegetationsgesundheit basierend auf der Kombination der Grünintensität der Vegetationsdecke (NDVI) und der Temperatur (Brightness Temperature, BT).

NOAA verwendet die Bezeichnung VHI gleichzeitig als Oberbegriff für eine Gruppe verwandter Indices zur Vegetationsgesundheit. Sie sind alle aus den Strahlungswerten abgeleitet, die vom Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) an Bord der Satelliten NOAA-7, 9, 11, 14, 16 and 18 ermittelt wurden. Die Daten (1981-Gegenwart) haben eine räumliche Auflösung von 4 km und sie stellen ein Komposit aus den Werten von jeweils 7 Tagen dar ( zeitliche Auflösung ).

Die VHI können als Proxydaten dienen zum Monitoring von Vegetationsgesundheit, Dürren, Feuchtigkeit, Temperaturverhältnissen, Feuerrisiko, Grünintensität der Vegetationsdecke, Blattflächenindex, Beginn/Ende der Vegetationsperiode, Produktivität von Ackerfrüchten und Grünland, ENSO-bezogene Telekonnexionen, Desertifikation, mückenübertragene Krankheiten, invasive Arten, ökologische Resourcen, Landdegradation usw.

Daten sind zusammen mit anderen Index-Typen nach Zeit und Region auf der entsprechenden NOAA / NESDIS-Seite abrufbar.

Vegetationsgesundheitsindex für Europa Vegetationsgesundheitsindex für Europa Vegetationsgesundheitsindex für Europa in der gleichen Kalenderwoche zweier aufeinanderfolgender Jahre

Vegetations Health Index (VHI) Global, 4 km, 7-Tage-Komposit, validiert. VHI=a *VCI + (1- a )*TCI, wobei a ein Koeffizient ist, der den Beitrag der beiden Indizes bestimmt. VHI ist ein Proxy, der den Gesundheitszustand der Vegetation oder eine kombinierte Schätzung von Feuchtigkeit und thermischen Bedingungen charakterisiert. VH (VHI, VCI, TCI) wird häufig zur Schätzung des Zustands der Pflanzen und des erwarteten Ertrags verwendet. Wenn die Indizes unter 40 liegen, was auf ein unterschiedliches MaأŸ an Vegetationsstress hinweist, sind Verluste bei der Ernte- und Weideproduktion zu erwarten; wenn die Indizes über 60 (günstiger Zustand) liegen, ist eine reichliche Produktion zu erwarten. VH (VHI, VCI, TCI) ist sehr nützlich für eine fundierte Vorhersage von Ernteverlusten.

Quelle: NOAA NESDIS Star

Vegetationshöhenmodell (VHM)

Der Begriff bezeichnet die normalisierte Vegetationshöhe aus der Differenz zwischen digitalem Geländemodell und digitalem Oberflächenmodell. Alle Objekte, die nicht zur Vegetation zählen, werden dabei entfernt (z. B. Ausmaskieren von Gebäudeflächen).

Beispielsweise wurde 2015 in der Schweiz zum ersten Mal, ein nationales Modell der Vegetationshöhe aus digitalen Luftbildern berechnet. Informationen über die Vegetationshöhe von Wäldern können aus ADS80- Stereoluftbildern, welche routinemässig vom Bundesamt für Landestopografie (swisstopo) aufgenommen werden, gewonnen werden. Dazu wird in einem ersten Schritt ein digitales Oberflächenmodell (DOM) mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung von 1 x 1 m aus den Luftbildern errechnet. In einem zweiten Schritt wird dieses DOM mithilfe eines bestehenden, auf Laserdaten basierenden digitalen Geländemodells (DGM) für die Berechnung der aktuellen Vegetationshöhe normalisiert, und Gebäudeflächen werden maskiert. Daraus resultiert ein Höhenmodell der Vegetation (VHM). Im Rahmen des Schweizerischen Landesforstinventars konnte ein solches Modell mit konsistenten Methoden und einem noch nie da gewesenen Detaillierungsgrad gerechnet werden.

Mit dem Vegetationshöhenmodell können Wissenschaftler oder Forstverantwortliche spezifische Fragen beantworten, sei es zur Beschattung von Gewässern oder zur Homogenität bestimmter Waldstücke. Die Daten sind frei verfügbar und können über das Datenportal Envidat direkt bei Christian Ginzler bestellt werden.

Mittlerweile sind dank des Vegetationshöhenmodells die Vegetationshöhen in der ganzen Schweiz in die Online-Karten von swisstopo (map.geo.admin.ch) integriert.

Vegetationshöhenmodell beim Sihltal Vegetationshöhenmodell integriert in Online-Karten von swisstopo

Das Vegetationshöhenmodell zeigt die grosse Anzahl von gross gewachsenen Bäumen im Naturwaldreservat Sihlwald (bei Zürich) auf der Westseite der Sihl im Vergleich zu Wirtschaftswäldern Ostseite. Je dunkler die grüne Farbe, desto höher sind die Bäume.

Quelle: swisstopo

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Vegetationsindex (VI)

Die Reduktion von Multispektralmessungen auf einen einzelnen Wert zur Vorhersage und Bewertung von Merkmalen der Pflanzendecke. Beispiele solcher Merkmale sind Blattfläche, Gesamtbiomasse, frische und trockene Biomasse, Chlorophyllgehalt, Pflanzenhöhe, Getreide- oder Futterertrag, Pflanzenstress. Die dazu entwickelten Verfahren beruhen darauf, dass lebende Vegetation im roten Spektralbereich (0,6 bis 0,7 µm) Licht stark absorbiert, während sie im nahen Infrarot-Bereich (0,7 bis 1,1 µm) stark reflektiert. Das heißt Vegetationsindizes machen sich den starken Anstieg des Reflexionsgrades photosyntheseaktiver Vegetation vom roten zum nah-infraroten Bereich zunutze. Chlorophyll reflektiert im nahen Infrarot ungefähr sechsmal stärker als im sichtbaren Spektrum.
Aus diesem Grunde können Verhältniswerte als Vegetationsindizes dienen.

Vegetationsindex in Abhängigkeit von der Niederschlagsmenge Vegetationsindex in Abhängigkeit von der Niederschlagsmenge
für zwei australische Stationen Quelle: CSIRO (R.o.)

Seit den 1970er Jahren sind verschiedene Rechenverfahren zur Bestimmung des Vegetationsanteils entwickelt worden. Den einfachsten Typ von Vegetationsindex (VI) erhält man, indem man die Reflexion aus dem nahen Infrarot-Band (NIR) durch die Reflexion (R) aus dem roten sichtbaren Band dividiert:

Formel für Vegetationsindex

Der Quotient ist größer je umfangreicher die gesunde grüne Vegetation ist. Die erklärt sich daraus, dass Vegetation stärker im NIR reflektiert als im roten sichtbaren Bereich. Im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums reflektieren grüne Pflanzen nur sehr gering, was durch die hohe Absorption innerhalb der Blätter zu erklären ist. Im Spektralbereich um 0,7 mm, am Übergang zum nahen Infrarot, ist eine sehr starke Zunahme der reflektierten Strahlung zu verzeichnen. Im gesamten Infrarotbereich liegt der Reflexionsanteil zwischen 40 und 50 %. Die Absorption in diesem Wellenlängenbereich durch die Blätter beträgt weniger als 10 %. Der Rest der Strahlung wird transmittiert. Absorption und Brechung sind abhängig von den Zellstrukturen der Pflanzen. Die beschriebene Reflexionscharakteristik unterliegt weiterhin der Phänologie, dem Alter der Pflanzen und ihrem Vitalitätszustand. Aus letzterem können Ursachen für Veränderungen von Pigment- und Wassergehalt sowie zur Zellstruktur einer Pflanze abgeleitet werden.
Neben diesen, das einzelne Blatt beeinflussenden Faktoren sind noch folgende Größen von Bedeutung:

Andere Indizes bilden eine Differenz und/oder einen Quotienten aus den Reflexionswerten der Kanäle für sichtbares Rot und nahes Infrarot (z.B. NDVI). Die Berechnung der Quotienten erfolgt, um den Einfluß des unterliegenden Bodens auf die Gesamtreflexion zu minimieren. Es wird davon ausgegangen, daß die Reflexion des Bodens relativ gleichmäßig vom sichtbaren Bereich zum nahen Infrarot ansteigt. Ein Quotient bleibt daher von Unterschieden des Bodentyps oder der Bodenfeuchte relativ unbeeinflußt, so daß der Anteil an Vegetation die entscheidende Größe bleibt. Der Wert der Indizes nimmt mit steigendem Vegetationsanteil zu.

Vegetationsmonitoring

Der Begriff bezeichnet die Überwachung der Vegetation: die Vegetation spiegelt sowohl die Standortbedingungen ihres Wuchsortes als auch - bei Nutzflächen - das Management wider. Die Veränderungen von Klima, Wasserstand, Boden- und Nährstoffverhältnissen führen ebenso wie die Änderungen des Managements (Extensivierung, Intensivierung, Nutzungsumstellung) wiederum zu Vegetationsanpassungen.

Das Vegetationsmonitoring ist wichtig, um zu verstehen, welche natürlichen Veränderungen in der Vegetation an verschiedenen Orten auftreten. Veränderungen in der Vegetation können die Lebensqualität der Tiere, die Geländestabilität und andere Umweltkomponenten beeinträchtigen. Es gibt viele Techniken, die bei der Vegetationsüberwachung eingesetzt werden, wie z.B. manuelle mathematische Modellierung, Synthetic Aperture Radar (SAR), Unmanned Aerial Systems (UAS), Ultraschallsensoren, Bildverarbeitung etc.

Vegetationsmonitoring kann sich sowohl auf naturbelassene Gebiete, wie auch auf landwirtschaftlich und forstwirtschaftlich genutzte Flächen beziehen, sowie auch auf Vegetation im urbanen Raum.

Wie jede Art von Materie oder Oberfläche wird Strahlung auch von Vegetation reflektiert, wenn auch in unterschiedlicher Stärke. Trifft Sonnenstrahlung auf ein Objekt oder Erdoberfläche, wird sie transmittiert, absorbiert bzw. in Energie umgewandelt und jeweils in bestimmten Wellenlängen unterschiedlich stark zurückgeworfen.

Oft wird dabei der Begriff der spektralen Signatur als etwas Absolutes verstanden, was dem Sachverhalt nicht immer gerecht wird. Zwar ist die wellenlängenabhängige Reflexion für viele Oberflächen und Landbedeckungsarten sehr typisch, aber eine Reihe von Faktoren wie Betrachtungswinkel und Position der Sonne, Aufnahmezeitpunkt und Sensortyp spielen entscheidende Rollen. Hinzu kommen die unterschiedlichen Ausprägungen des Zielobjekts.

Waldbäume können als Beispiel herangezogen werden: Sie stehen mal dicht gedrängt, mal mit großen Lücken, auf flacher Ebene, an steilen Hängen; Jungpflanzen erscheinen dabei anders als alte Bäume. Und obwohl Unterschiede zwischen Baumarten signifikant sein können, gibt es nicht die eine Signatur für Fichte oder Buche. Der (situationsbedingte) Sachverhalt ist vielfältiger und sollte von Fall zu Fall betrachtet werden.

Reflektanz Buche Beispiel einer Reflektanzkurve

Die Reflektanzkurve von grüner gesunder Vegetation hat eine charakteristische Form und ist geprägt von Faktoren wie Konzentration an Blattpigmenten, Wassergehalt und Blattaufbau. Die Abbildung zeigt das typische Erscheinen anhand einer spektralen Kurve einer Buchenkrone (Aberle 2017) samt Haupteinflussfaktoren.

Quelle: OpenDataPortal

Die in der reflektierten Strahlung (z.B. Pixelwerte der einzelnen Sentinel-2 Bänder) enthaltenen Informationen können direkt oder über neu geschaffene Indizes untersucht werden. Spektrale Indizes verfolgen dabei das Prinzip einer Neuberechnung eines künstlichen Kanals, um spezielle Features (Merkmale) hervorzuheben. Sie werden meist als einfache lineare Kombinationen oder Brüche (Ratios) berechnet. Es gibt je nach Sensor und der Anzahl der Kanäle eine Vielzahl an möglichen Kombinationen.

Siehe auch Vegetationsindex

Vektor

Bezeichnung für die direkte Verbindung zwischen zwei Punkten, angegeben durch die Koordinatensätze der beiden Punkte oder ein Punkt in einem Vektorraum, der durch einen Koordinatensatz oder Richtung und Abstand bezogen auf den Ursprung eines Koordinatensystems definiert ist.

Vektordaten

Datenart eines speziellen Datenmodells zur Verwaltung von Geometriedaten, dem Vektordatenmodell. Im Vektordatenmodell wird der Lagebezug über Koordinatenangaben aufgezeichnet. Ein Punkt wird über eine x-, eine y- und gegebenenfalls über eine z-Koordinate (Rechtswert, Hochwert, Höhe) genau beschrieben. Eine Linie kann man mit zwei oder mehr solcher Tupel oder Tripel und eine Fläche durch eine geschlossene Linie wiedergeben. Attribute sind verbunden mit dem Objekt (im Gegensatz zu einer Rasterdatenstruktur, die Attribute mit einer Rasterzelle verbindet). Zum Beispiel "weiß" eine Linie nach der Eingabe entsprechender Sachdaten, dass sie eine Wasserleitung mit dem Durchmesser 150 mm aus Grauguss ist, verlegt im Jahr 1998. Darüber hinaus kann sie mit anderen Leitungen oder Schiebern, Ventilen usw. topologisch verknüpft sein.

Zur Bildung von Flächennetzen (z.B. Liegenschafts- und Grünflächenkataster, Bebauungsplan, Flächennutzungsplan, Realnutzungskartierungen) sind Vektordaten unabdingbar. Denn nur durch geschlossene Linienzüge (Polygone) können Flächenobjekte gebildet werden, denen Sachdaten und Topologien (Nachbarschaftsbeziehungen) gegeben werden können.

Vektordaten werden häufig in räumlichen Datenbanken wie Oracle Spatial oder PostgreSQL/PostGIS bzw. dateibasiert, z. B. in Shape-Dateien, vorgehalten. Die digitale Erfassung einer Geometrie erfolgt vermessungstechnisch durch Erzeugung von Koordinaten am realen Objekt oder Digitalisierung aus analogen Unterlagen in einer GIS- oder CAD-Software.

Weitere Informationen:

Vektordatenmodell

Ein Vektor(daten)modell ist eine Abstraktion der realen Welt, in der räumliche Elemente repräsentiert werden in Form von Punkten, Linien und Polygonen. Diese sind geographisch referenziert bezüglich eines Koordinatensystems.

Im Vektormodell wird die Geometrie eines Geoobjektes durch Koordinaten auf der Basis eines eindeutigen räumlichen Bezugssystems angegeben (Lagekoordinaten in einem metrischen Bezugskoordinatensystem). Die Koordinaten kennzeichnen Einzelpunkte sowie Anfangs- und Endpunkte von gerichteten Strecken, d.h. von Vektoren. Auch die Einzelpunkte sind als Vektoren zu verstehen, deren Anfangspunkt im Ursprung des Koordinatensystems liegt. Bei Darstellung von Geoobjekten in diesem sog. Vektormodell werden letztlich nur Punkte erfasst! Die gesamte geometrische Information basiert auf Vektoren bzw. Koordinatenangaben in einem (kartesischen) Koordinatensystem. Linien- und flächenhafte Strukturen müssen aus Punkten bzw. Vektoren aufgebaut werden. Hierdurch werden sämtliche Geometrien diskretisiert.

Die Darstellung von punkthaften Objekten wie z.B. Bäumen ist eindeutig. Linienhafte Objekte wie z.B. Straßenseitenlinien oder Straßenmittellinien sowie auch sehr abstrakte Untersuchungseinheiten wie Gemeindegrenzen werden in Folgen von Vektoren zerlegt. Von flächenhaften Objekten wie z.B. Gebäuden oder Wasserflächen werden die Umrisslinien erfasst. Eine kurvenförmige Linie wird dabei in der Regel durch einen Linienzug aus geraden Streckenabschnitten angenähert. Im Vermessungswesen wird jedoch die Verbindung häufig auch durch Kurven beschrieben (u.a. Angabe eines Kurvenradius z.B. bei der Darstellung von Straßenkurven). Die Anfangs- und Endpunkte dieser Streckenabschnitte sind stets Koordinaten in einem Bezugssystem, d.h. sog. Vektoren (Vektormodell, Vektorgraphik). Diese Koordinaten werden letztlich als Zahlenwerte kodiert. Die Art der Verbindung, d.h. Farbe, Breite oder Form der Linie oder auch die Ausgestaltung als Gerade oder Kurve mit einem bestimmten Radius, wird ebenfalls durch Zahlenwerte kodiert.

Bei einem Vergleich von Vektor- und Rasterdatenmodell zeigen sich keine eindeutigen Vor- und Nachteile. Grundsätzlich können Fragestellungen sowohl mit dem Vektor- als auch mit dem Rastermodell bearbeitet werden. Die beiden Modelle stehen sich nicht konträr gegenüber, vielmehr werden Vektor- und Rastermodell gleichermaßen benötigt.

Gegenüberstellung von Vektor- und Rastermodell (nach de Lange 2013)
  Vektormodell Rastermodell
Vorteile
  • hohe geometrische Genauigkeit
  • eindeutige Objektbeschreibung
  • geringe Datenmengen
  • größere Ähnlichkeit der graphischen Präsentation mit traditionellen Karten
  • einfache Datenstrukturen
  • geringer Aufwand bei Erfassung der Geometrie und Topologie
  • kompatibel mit Fernerkundungs- und Scannerdaten
  • einfaches Überlagern und Verschneiden von Geoobjekten
  • einfache logische und algebraische Operationen
Nachteile
  • komplexere Datenstrukturen
  • aufwendige Erfasung von Geometrie und Topologie
  • aufwendige und rechenintensive logische und algebraische Operationen (u.a. Überlagerung und Verschneidung)
  • parallele geometrische und topologische Beschreibung der Geoobjekte
  • keine Form- und Lagetreue der Geoobjekte
  • höherer Speicheraufwand
  • kleine Pixelgröße mit explodierenden Datenmengen für höhere Genauigkeitsanforderungen
  • weniger zufriedenstellende graphische Präsentation (unabhängig von der Pixelgröe)
  • aufwendige Koordinatentransformationen

Das Vektormodell eignet sich aufgrund der höheren Genauigkeit und Eindeutigkeit für das Vermessungs- und Katasterwesen bzw. in der Infrastrukturplanung sowie generell für großmaßstäbige Untersuchungen. Gerade in der Umweltplanung sind Geoinformationssysteme (auf Vektorbasis) inzwischen Standardwerkzeuge geworden (z.B. Altlasten- oder Biotopkataster).

Demgegenüber ist das Rastermodell zum Standard für kleinmaßstäbige Anwendungen und für großräumige Überblicke sowie für Anwendungen der digitalen Bildverarbeitung geworden, was sich aufgrund der Datenbasis in Form von Rasterdaten beinahe zwangsläufig ergibt. Das Rastermodell ist ferner besonders für Probleme geeignet, die die Modellierung von räumlichen Ausbreitungsprozessen betreffen. Wichtige Anwendungsgebiete sind z.B. die Modellierung von Emissionen von punktförmigen Emittenten (Punktquellen wie Schornsteine) oder die Modellierung von Wasserabflüssen (auf einer Oberfläche), die Darstellung und Berechnung von Erosionserscheinungen oder die Ausbreitungsmodellierung von Umweltgiften im Boden oder Wasser. Aufgrund einer einheitlichen Raumbezugsbasis und leicht zu handhabender Nachbarschaftsbeziehungen lassen sich Ausbreitungsrechnungen leichter durchführen, bei denen sich ein Wert für eine Rasterzelle aus den Werten der Nachbarzellen errechnet. Eine Bewertung der beiden Modellvarianten ist somit nur vor dem Hintergrund des jeweiligen Einsatzbereiches zu sehen.

Vektorgrafik

Die älteste Form der Computergraphik. Ihre Grundprimitive sind der Punkt, die Linie und die Fläche, die durch Koordinaten beschrieben und um ihre graphische Darstellungsform ergänzt werden.
Vektordaten werden häufig verwendet, um Analysen mit diskreten (diskontinuierlichen) Objekten, wie z.B. Straßen, Gebäuden und Grundstücken, durchzuführen. Objektgrenzen und Verläufe lassen sich mit hoher Präzision darstellen. Flächen und Längen lassen sich sehr genau berechnen.

Rasterdaten Rasterdaten Vektordaten Vektordaten Flurkarte als Vektorgrafik Flurkarte als Vektorgrafik Quellen (links und Mitte):
GIS-Tutor (R.o.)

Quelle (rechts):
Geoinformatik-Service, Uni Rostock

Vela

Bezeichnung für eine Serie von US-amerikanischen Überwachungssatelliten, die dazu gedacht waren, im Rahmen des Vela-Projekts oberirdische Atombombentests anhand der von den Explosionen ausgesandten Gammastrahlung lückenlos vom Weltall aus auf der gesamten Erde festzustellen. Sie waren ein Instrument zur effektiven Überprüfung der Einhaltung des Vertrags über das Verbot von Atomwaffentests in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser von 1963 zwischen den USA, der UdSSR und Großbritannien. Sie brachten zusätzlich der Gammaastronomie neue Impulse, indem sie die Gammablitze aus den Tiefen des Weltalls entdeckten.

Die Vela-Satelliten besaßen alle die Form eines Ikosaeders und waren drallstabilisiert. Alle hatten als primäre Instrumentierung Röntgen-, Neutronen- und Gamma-Strahlen-Detektoren an Bord. Sie wurden in Umlaufbahnen von 101.000 bis 113.000 km Höhe gebracht.

Zunächst wurden von 1963 bis 1965 sechs Satelliten paarweise von Atlas-Agena-Raketen in den Orbit gebracht, die jeweils für fünf Jahre im Dienst waren. Diese Satelliten registrierten nur Gammastrahlung aus dem Weltall, nicht aber aus der Erdatmosphäre. Da diese Serie sehr erfolgreich war, wurde von 1967 bis 1970 eine Serie verbesserter Vela-Satelliten mit Raketen vom Typ Titan-IIIC ebenfalls paarweise in den Orbit gebracht, die zusätzlich neben einigen wissenschaftlichen Instrumenten auch mit Instrumenten zur optischen Erkennung von Atombombenexplosionen in der Atmosphäre ausgestattet und jeweils für mehr als 10 Jahre im Betrieb waren. Die letzten drei Vela-Satelliten wurden 1985 abgeschaltet.

Die Aufgaben von Vela übernahmen die GPS-Satelliten als Teil des US-Programms Nuclear Detection System (NDS).

Venus Express

Von der ESA bei der Fa. Astrium in Auftrag gegebene und inzwischen inaktive Raumsonde zur Erforschung der Atmosphäre der Venus. Die ESA nutzte dabei das Design des Mars Express. Am 9. November 2005 startete die 1.270 kg schwere Sonde mit einer Sojus-FG/Fregat-Rakete vom kasachischen Baikonur aus. Sie trat nach 153 Tagen in eine Umlaufbahn um den Nachbarplaneten ein. Venus Express ist Europas erste Sonde zu diesem Planeten und die erste, die eingehend dessen Atmosphäre untersucht. Die Sonde soll für ihre Datenaufnahme während 500 Erdtagen (entsprechend 2 Venustagen) die Venus auf einer elliptischen, polnahen Bahn umfliegen, auf der ihr Abstand zwischen 250 und 66.000 km schwankt. Mit einer Reihe von Messgeräten soll die Sonde beispielsweise die chemische Zusammensetzung und Windgeschwindigkeiten in der Venusatmosphäre messen.

Venus Express sendete Daten bis zum Ende der Mission Ende 2014 und ihrem erwarteten Verglühen in der Venusatmosphäre. Die Raumsonde war, nach etwa 20 erfolgreichen sowjetischen und US-amerikanischen Missionen seit den 1960er Jahren, die erste europäische Mission zur Venus.

Venus Express Treibhauseffekt auf Venus

Links: Venus Express
(künstlerische Ansicht)

Quelle: ESA


Rechts
: Treibhauseffekt auf Venus
Die Sonnenstrahlen durchdringen die wolkenreiche Venusatmosphäre und erwärmen die Oberfläche des Planeten. Wenn die Hitze von der Oberfläche aufsteigt, wird sie von der Wolkenschicht großenteils am Entweichen in das All gehindert: der Treibhauseffekt entsteht.

Quelle: ESA

Weitere Informationen:

Veränderungserkennung

Engl. change detection (siehe dort), syn. Veränderungsdetektion; in der Fernerkundung der Vergleich (z.B. mittels Bildkorrelation) von zu verschiedenen Zeiten aufgenommenen Bildern zur Aufdeckung von Veränderungen des Zustandes der Erdoberfläche. Dazu kann die Erfassung und nachfolgende Kartierung der Informationen sowohl visuell erfolgen (visuelle Bildinterpretation) als auch unter Zuhilfenahme von Verfahren der digitalen Bildverarbeitung.

Im Allgemeinen wird bei der fernerkundlichen Veränderungsdetektion Bezug genommen auf episodische und abrupte temporale Änderungen. Diese können beispielsweise ausgelöst sein durch Naturereignisse oder massive menschliche Eingriffe in die Struktur und Eigenschaft der Erdoberfläche, wie Kahlschläge, Brandrodung, Urbanisierung etc.
Wiederkehrende Veränderungen der Erdoberfläche wie zum Beispiel die phänologische Entwicklung von Pflanzenbeständen oder periodische Änderungen der Meeresoberflächentemperatur werden dagegen der fernerkundlichen Zeitreihenanalyse zugeordnet.

DLR-ZKI-DE-005-2013-deggendorf_lres

Deggendorf / Straubing
Hochwassersituation am 5. Juni 2013 - Betroffene Fläche (ZKI)

Die anhaltenden Regenfälle in zwischen dem 29. Mai und dem 6. Juni 2013 führten zu starken Überschwemmungen in weiten Teilen Deutschlands. Diese Niederschläge trafen auf Böden, die bereits von überdurchschnittlich hohen Frühjahrsniederschlägen mit Wasser gesättigt waren.
Der Hauptgrund für die Starkniederschläge zur Monatswende war eine ausgeprägte und ortsfeste Schleife des Jetstreams über Europa. Sie zwang zwei Tiefdrucksysteme, Nordeuropa zu umgehen und nach Mitteleuropa auszuweichen. Dadurch strömte feuchtigkeitsbeladene Luft aus dem Mittelmeerraum nach Mitteleuropa, wo sie auf kalte Luft aus dem Norden traf und zum Aufsteigen gezwungen wurde.
Im Landkreis Deggendorf breiteten sich die Wassermassen nach einem Dammbruch nahe der Ortschaft Winzer verstärkt aus.

Die in der Karte des Zentrums für satellitengestützte Kriseninformation dargestellten Wasserflächen wurden aus einer DMCii-Szene abgeleitet, die am 5. Juni 2013 um 11:19 aufgenommen wurde. RapidEye-Daten mit einer Auflösung von 20 m diesen als Hintergrundbild. In den Zoomboxen wird ein vergrößerter Ausschnitt im Luftbildvergleich dargestellt, Auflösung ca. 20 cm.

Quelle: ZKI DLR (JPEG)

Zum Hochwasserereignis Juni 2013 siehe:

Verifikation

Überprüfung von Fernerkundungsdaten durch Geländekontrolle oder durch Abgleich mit FE-Daten anderer Sensoren.

Verkehr und Fernerkundung

Mittels Fernerkundungstechnologie und Erdbeobachtungsdaten lassen sich vielfältige Erkenntnisse für den Verkehrssektor sowohl auf Land, im Wasser und in der Luft erschließen. Gleichzeitig können Verkehrsträger selbst Träger von Fernerkundungssensoren sein und damit Lieferanten von Fernerkundungsdaten.

Beispielsweise können aktuelle Informationen zum Zustand der Verkehrsinfrastruktur (Zustand von Autobahnbrücken, Stabilität von Verkehrstrassen und ihrer Umgebung) abgeleitet, sichere Schiffsrouten ausgewiesen und der Einfluss von Verkehrsemissionen auf die Luftqualität berechnet werden. So erfüllt die Fernerkundung wichtige Funktionen beim Verkehrsmonitoring (Normal-/Katastrophenfall), Verkehrsmanagement, der Verkehrsplanung, beim Monitoring der verkehrsbedingten Umweltbelastungen, beim autonomen Fahren (hochgenaue Kartengrundlagen, Validierung von Sensoren und Daten) u.w.

Die verschiedenen Aspekte können hier höchstens gestreift werden und erheben angesichts der rasanten Entwicklung auch keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Seeverkehr

Derzeit erfolgen etwa 90 Prozent des Welthandels auf dem Seeweg. Von etwa einem Drittel der weltweiten Schiffsbewegungen liegt der Ziel- oder Abfahrtshafen in der EU. Nord- und Ostsee gehören zu den am häufigsten und dichtesten befahrenen Meeren der Welt. Zwar ist das Schiff bezogen auf die Transportleistung noch immer der effizienteste Verkehrsträger, gleichwohl hat aber auch die Schifffahrt Auswirkungen auf Umwelt, Klima und Gesundheit. Deswegen gibt es zahlreiche Aktivitäten besonders auf europäischer und internationaler Ebene, um diesen Auswirkungen zu begegnen. Inzwischen können erste Ergebnisse dieser Bemühungen registriert werden.

Das Internationale Übereinkommen von 1973 zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe (MARPOL 73/78) sieht eine stufenweise Reduzierung des Schwefelgehalts von Schiffskraftstoffen von 3,5 Prozent (geltend seit 2012) auf 0,5 Prozent ab dem 1. Januar 2020 vor. In den Überwachungsgebieten der Schwefelemissionen(SOx Emission Control Areas, SECA) auf Nord- und Ostsee sowie entlang der nordamerikanischen Küste und der US-Karibik geht die Reduzierung weiter: Seit 2015 gilt dort der weltweit strengste Grenzwert von 0,10 Prozent. Dies ist auch deshalb notwendig, weil gerade in Hafengebieten die Schiffe in hohem Maße zur Belastung mit Feinstaub, Schwefeloxiden (SOx) und Stickoxiden (NOx) beitragen.

In Deutschland befasst sich das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) mit den meereskundlichen Dienste und der Überwachung der Meeresumwelt. Für das BSH sind flächendeckende Satellitendaten inzwischen unverzichtbar geworden. Sie ergänzen Messdaten, die das Amt durch Forschungsfahrten und andere punktartige In situ-Messungen gewinnt.

Das BSH empfängt täglich Daten unterschiedlicher europäischer und amerikanischer Satelliten. Hierzu zählen die polarumlaufenden NOAA-Satelliten, die europäischen Wettersatelliten METOP oder die Sentinel-Satelliten des europäischen Copernicus-Programms. Die Satelliten liefern mehrmals täglich Aufnahmen der Erdoberfläche im sichtbaren und thermisch-infraroten Spektralbereich. Da die optischen NOAA- und METOP-Satelliten bei Bewölkung keine Oberflächenaufnahmen liefern können, werden vom BSH zusätzlich Radardaten genutzt, die von der ESA zur Verfügung gestellt werden.

Die Daten werden im BSH weitgehend automatisch aufbereitet und archiviert und stehen binnen einer Stunde Nutzern beispielsweise als Eis- und Oberflächentemperaturkarten zur Verfügung. In den Karten werden überwiegend mehrere Überflüge der Satelliten zusammengefasst, wodurch Datenlücken auf Grund von Bewölkung weitgehend geschlossen werden können.

Zu den wichtigsten Produkten gehören Karten der Oberflächentemperatur (SST) von Nord- und Ostsee. Die Kenntnis der Oberflächentemperatur ist etwa für die Seenotrettung, die Schifffahrt, die Wettervorhersage oder den Tourismus von großer Bedeutung. Die Meerestemperatur ist zudem einer der wichtigsten Parameter zur Erfassung langfristiger regionaler und globaler Klimatrends. Im Daten-Bereich der Fernerkundung werden Tages-, Wochen- und Monatsmittel dargestellt. Die monatlichen Angaben enthalten zudem statistische Informationen in Form von Balkendiagrammen der Mittelwerte, der Rangordnung oder der Differenzen vom langjährigen Mittel. Hier finden Sie weitere Informationen über die Mittelwerte der Wasseroberflächentemperatur aller Monate und aller Jahre.

Für die Beurteilung des Umweltzustandes der Meere sind neben der Wassertemperatur auch andere mit Satelliten gemessene Parameter wie die Chlorophyllkonzentration von Bedeutung. Dem BSH werden hierzu täglich Daten verschiedener Satelliten über den Service-Provider Brockmann Consult GmbH zur Verfügung gestellt. Dargestellt werden Karten der Chlorophyllverteilung in der Nordsee und Ostsee sowie Karten der Schwebstoffverteilung in der Nordsee und Ostsee jeweils als Wochenmittel.

Landverkehr

Beim DLR werden im Bereich der Flugzeug/Helikopter/UAV-getragenen Sensorsysteme vollständige Systeme – von der Hardware bis zu Software – entwickelt und betrieben. Flugzeuggetragene optische Kameras mit ihren hochratigen Serienbildern ermöglichen Verkehrsdaten großflächig, zielgerichtet und zeitnah abzuleiten. Diese Datenquelle ist v. a. bei Katastrophen und Großereignissen eine ideale Ergänzung zu bereits vorhandenen Verkehrsdatenquellen und unterstützt Rettungskräfte und BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) in ihren Entscheidungsprozessen.

Die Entwicklung geht von klassischen maschinellen Lernalgorithmen hin zu Deep Learning womit die automatisierte Extraktion und Verfolgung von Objekten sowie die Erstellung von HighDefinition(HD)-Roadmaps für automatisiertes Fahren und für die Überwachung der statischen und dynamischen Umgebung automatisiert fahrender Fahrzeuge verbessert wird.

Im Bereich von Satellitenmissionen werden beim DLR operationelle Prozessierungssysteme für Bodensegmente entwickelt und bereitgestellt. Aktuell werden Prozessketten für die deutsche hyperspektrale Mission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) entwickelt, sowie für die amerikanisch-deutsche hyperspektrale Mission DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer), installiert auf der ISS (International Space Station), eingesetzt.

Die Abteilung Photogrammetrie und Bildanalyse am IMF konzentriert sich auf die Entwicklung von operationellen Bildprozessoren, die geometrische (Photogrammetrie) und semantische (Bildanalyse) Informationen aus digitalen Fernerkundungsbildern von Satelliten, Flugzeugen und UAVs ableiten. Ein wichtiges Ziel ist es, der wachsenden Nutzergemeinde standardisierte und qualitativ hochwertige Daten zur Verfügung zu stellen.

Luftverkehr

Das wohl bedeutendste Fernerkundungsverfahren im Luftverkehr ist die Radartechnik. Radargeräte zählen zu den aktiven Fernerkundungssystemen, weil sie aktiv Strahlung aussenden. Sie sind deshalb nicht auf die Sonne als Beleuchtungsquelle angewiesen. Mikrowellen breiten sich unabhängig von Dunkelheit aus und können Nebel oder Wolken fast ungehindert durchdringen, daher kann ein Radargerät die Position von Flugzeugen, Schiffen oder Hindernissen auch dann bestimmen, wenn diese Objekte aufgrund schlechtem Wetter oder Dunkelheit mit optischen Methoden nicht sichtbar sind.

Mittels Radar können Informationen bezüglich Entfernung, Richtung und oft auch Höhe, Kurs und Geschwindigkeit von (weit entfernten) Objekten gewonnen werden. Die Position des Objektes kann bereits mit den Werten der Entfernung und der Richtung eindeutig ermittelt werden.

Die Minimierung der Klimawirkungen des Luftverkehrs zählt zu den schwierigsten Herausforderungen der Flugzeugindustrie und des Luftverkehrsmanagements. Sie erfordert eine zuverlässige Bewertung der durch Flugzeuge hervorgerufenen Klimaänderungen. Viele der grundlegenden physikalischen und chemischen Prozesse sind seit langem bekannt. Erhebliche wissenschaftliche Unsicherheiten bestehen jedoch in der Quantifizierung der einzelnen Effekte. Daher ist es auch notwendig Minimierungsstrategien vor dem Hintergrund dieser Unsicherheiten zu analysieren.

Parallel dazu werden die noch bestehenden erheblichen Unsicherheiten in der Bewertung des Klimaeinflusses schrittweise vermindert. Bei der Bewertung des Klimaeinflusses des (globalen) Luftverkehrs findet z. B. beim DLR eine Kombination Anwendung aus skalenübergreifenden Modellrechnungen, flugzeuggetragenen Messungen mit den DLR-eigenen Forschungsflugzeugen Falcon und HALO und mit satellitengestützten Beobachtungen.

Schwefeldioxid (SO2) ist ein hervorragender Indikator für vulkanische Aktivität. Satellitenbeobachtungen von vulkanischem SO2 werden zur Erhöhung der Flugsicherheit sowie zur Frühwarnung bei vulkanischer Aktivität verwendet. Das Retrieval von SO2 für das Satelliteninstrument GOME-2 wird am DLR Oberpfaffenhofen am Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) und am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in naher Echtzeit durchgeführt, d.h. die Daten stehen den Nutzern etwa 2 Stunden nach der Messung zur Verfügung. Am 22. Mai 2011 beobachtete GOME-2 die SO2-Wolke der jüngsten Eruption des Grímsvötn, Island. Die Eruption führte zu einer teilweisen Sperrung des Luftraums über Schottland, Irland und Nordeuropa. Wie von Ausbreitungsmodellen vorhergesagt, erreichte die Aschewolke am Abend des 24. Mai Norddeutschland und führte zu Beeinträchtigungen des Luftverkehrs.

Weitere Informationen:

Verknüpfungspunkt

Engl. tie point; nach DIN 18716 ein "Objektpunkt, der sich in zwei oder mehr Bilddatensätzen identifizieren lässt", ergänzt mit der Anmerkung: "Verknüpfungspunkte dienen z. B. zur relativen Referenzierung, im Falle von Stereobilddaten zur relativen Orientierung".

Verkürzung

Engl. foreshortening, franz. effet de rapprochement; in der Radartechnik die Erscheinung, dass zur Antenne hin geneigte Geländeflächen im Bild verkürzt wiedergegeben werden.

Verlustrakete

Syn. Einwegrakete, engl. Expendable Launch Vehicle (ELV); Trägerrakete, die keine Bergungseinrichtung aufweist und nur einmalig zum Einsatz kommt. Zur Zeit (2017) gehört die Mehrzahl der Trägerraketen zu diesem Typ.

Die Raketenstufen werden nach dem Ausbrennen abgetrennt, fallen zurück zur Erde und werden beim Wiedereintritt in der Atmosphäre zerstört. Oberstufen verbleiben oft für längere Zeit als Weltraummüll im Erdorbit.

Dem stehen Konzepte zur Wiederverwertung gegenüber, wie z. B. beim Space Shuttle, bei dem die Feststoffbooster und natürlich der Orbiter mehrfach verwendet wurden und lediglich der Außentank verloren ging.

Einen anderen Ansatz bei der Wiederverwertung verfolgt die Firma SpaceX mit der Trägerrakete Falcon 9. Deren Wiederverwendbarkeit wurde im März 2017 unter Beweis gestellt, als erstmals eine bereits geflogene Erststufe verwendet wurde.

Vertikalsondierung der Atmosphäre

Die Messung von meteorologischen Parametern vom Boden bis in große Höhen der Atmosphäre. Hierfür stehen verschiedene Messgeräte und -verfahren zur Verfügung (z. B. Ballonaufstiege, RASS, LIDAR- und SODAR-Messungen, Radiometer). Ziel ist die Bestimmung des aktuellen meteorologischen Zustands der Erdatmosphäre.
Die vertikale Verteilung physikalisch messbarer Größen in der Atmosphäre kann nicht nur bodenbasiert, sondern auch von Flugzeugen oder Satelliten (z.B. TOVS) aus erfolgen.

Übliche Beispiele:

Typische Anwendungsbereiche sind Wettervorhersage, Flugverkehr oder Klima- und Wolkenforschung.

Weitere Informationen:

Verzerrung

Engl. distortion;

  1. die durch die kartographische Abbildung verursachten Längen-, Flächen- und Winkelabweichungen gegenüber dem Urbild.
  2. die Lageveränderung der Flächenelemente eines Bildes bei der Abbildung durch ein optisches System, wenn der Abbildungsmaßstab von der Lage der Flächenelemente abhängig ist.

VIIRS

Engl. Akronym für Visible Infrared Imaging Radiometer Suite; VIIRS ist ein scannendes Radiometer an Bord des Erdbeobachtungssatelliten Suomi NPP, das Bildinformationen im sichtbaren und infraroten Bereich aufnimmt und radiometrische Messungen der Landflächen, der Atmsophäre, der Kryosphäre und der Ozeane durchführt. Es erweitert und verbessert Messreihen, die bisher vom Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) und dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) durchgeführt wurden.
VIIRS-Daten enthalten Messungen zu den Eigenschaften von Wolken und Aerosol, zu Ozeanfarbe, Meeresoberflächentemperatur, Landoberflächentemperatur, Eisbewegung, Feuer und zur Erdalbedo. Klimatologen benutzen VIIRS-Daten um unser Verständnis vom Klimawandel zu verbessern.

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VIIRS Eastern Hemisphere Image - Behind the Scenes

Links: Wissenschaftler der NASA haben die zwei neuen 'Blue Marble'-Bilder aus Daten erzeugt, die von dem Instrument VIIRS an Bord des Satelliten Suomi NPP geliefert wurden.

Rechts: Als Reaktion auf viele Nachfragen haben die Wissenschaftler der NASA eine östliche Variante des überaus beliebten neuen 'Blue Marble' erstellt.
Zwar befindet sich der Satellit Suomi NPP in einer Höhe von 824 km, die Perspektive der neuen Erddarstellung hingegen simuliert eine Höhe von ca. 12.743 km. Norman Kuring von der NASA schaffte es, digital 'zurückzutreten' um ein größeres Gesamtbild zu erzielen. Dazu kombinierte er Daten von 6 verschiedenen Umläufen des Satelliten.
Der 'Betrachtungsstandpunkt' befindet sich auf 10 Grad S und 45 Grad Ost. Die vier vertikalen 'Dunst'-Streifen entstammen der Sonnenreflektion über den Ozeanen (sunglint), die VIIRS bei seinen Passagen mit aufgezeichnet hat.

Quelle: NASA / Originalgröße bei: Flickr

Weitere Informationen:

Virtueller Globus

Engl. virtual globe, syn. dt. digitaler Globus; ein 3D Software-Modell zur Darstellung der Erde oder anderer Himmelskörper. Diese dreidimensionalen Modelle wurden erst Ende des 20. Jahrhunderts geschaffen, nachdem die grafischen Darstellungsmöglichkeiten auf dem Computer ausreichend leistungsfähig wurden. Ein virtueller Globus gibt dem Nutzer die Möglichkeit, sich frei in einer virtuellen Umgebung zu bewegen, jeden beliebigen Punkt darauf anzusteuern, den Blickwinkel zu ändern und über verschiedene Zoomlevel den Detailgrad zu verändern. Im Vergleich mit realen (analogen) Globen haben virtuelle Globen den Vorteil, dass sie viele unterschiedliche Darstellungen der Erdoberfläche ermöglichen. So können geographische Eigenheiten hervorgehoben werden, von Menschen geschaffenen Merkmale oder abstrakte Darstellungen, wie beispielsweise die Bevölkerungsdichte oder Kennziffern der Wirtschaft.

Ein virtueller Globus ist ein exakter Abgleich der realen Welt mittels Satelliten-, Luft- und Bodenaufnahmen. Je nach Auflösung und Datenmenge sind die Bilder entweder direkt auf dem Rechner gespeichert (offline) oder sie sind auf externen Servern gespeichert (online) und werden über eine Software und Internetverbindung zu einem virtuellen Globus auf dem lokalen Computer zusammengesetzt.

Im Gegensatz zum traditionellen analogen Globus haben virtuelle Globen ein nahtloses, verzerrungsfreies Kartenbild. Sie können eine wesentlich höhere Auflösung der Kartendarstellung erreichen als konventionelle reale Globen. Sie sind wesentlich aktueller, sind interaktiv und skalierbar.

Virtuelle Globen können für Lern- oder für Navigationzwecke (mit GPS-Anbindung) verwendet werden. Ihr Softwaremodell variiert je nach Einsatzbereich beträchtlich. Wenn eine genaue visuelle Darstellung der Erdoberfläche im Vordergrund steht, werden sehr oft Satellitenaufnahmen von Servern hochgeladen und der Globus lässt sich nicht nur um die Erdachse rotieren, sondern auch zoomen und bei Bedarf kann der Horizont gekippt werden.

Sehr häufig wird mit solchen virtuellen Globen beabsichtigt, ein möglichst wirklichkeitsgetreues Abbild der Erde mit sehr hoher Auflösung zu zeigen. Oft gibt es zusätzlich noch die Möglichkeit zur vereinfachten Darstellung von Landesgrenzen, administrativen Grenzen, Straßen, bebauten Flächen und anderen von Menschenhand geschaffenen geographischen Merkmalen mittels graphischer Overlays, da diese auf fotografischen Darstellungen der Erde oft nicht gut oder gar nicht zu erkennen sind.

Einige Regierungen haben hinsichtlich der Verfügbarkeit von hochaufgelösten Bildern der gesamten Erdoberfläche Sicherheitsbedenken, da so auch alle möglichen Details von geheimen oder gefährdeten Objekten öffentlich zugänglich werden, wie beispielsweise Flughäfen, Militäranlagen oder Atomkraftwerke.

Da immer mehr hochauflösende Satelliten- und Luftbilder frei und kostenlos verfügbar sind, werden viele der neueren Online-Globen zur Darstellung dieser Bilder benutzt.

Beispiele für virtuelle Globen sind:

Weitere Informationen:

VIS

Engl./franz. Abkürzung für visible, Bezeichnung für den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, Wellenlängenbereich ~0,40 µm - ~0,75 µm

Visible/Infrared Spin Scan Radiometer (VISSR)

Multispektrales abbildendes System mit hoher Auflösung, das auf GOES-Satelliten (vor GOES-8) eingesetzt wurde. أ╡hnliche Systeme befinden sich auch in METEOSAT.

Vision-1

Bezeichnung für eine Vermarktungsplattform der Bilder des von Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) gebauten Erdbeobachtungssatelliten S1-4. Airbus hat die Datenkapazität des Satelliten von der seit 2009 zum Airbus-Konzern gehörenden SSTL geleast und bietet mit Vision-1 den Airbus-Kunden einen vollständigen End-to-End-Bildgebungsbetrieb an. Der Satellit wurde am 16. September 2018 mit einer PSLV-Trägerrakete vom Satish Dhawan Space Centre (zusammen mit NovaSAR-S) in eine sonnensynchrone Umlaufbahn mit 97,7° Neigung in 580 km Höhe gebracht.

Er hat eine Masse von 440 kg und ist in der Lage, mehrere Ziele in einem Durchgang zu erfassen. Der dreiachsenstabilisierte Satellit ist identisch mit den 3 DMC3-Satelliten und ist mit einem optischen Teleskop (VHRI-100) mit einer panchromatischen Auflösung von einem Meter, einer multispektralen Auflösung von weniger als 4 Metern und einer Schwadbreite von 24 km ausgerüstet.

Er nutzt die Bildmodi Spot-, Streifen- und Mosaik-Bildgebung sowie die 45°-Seitensicht für eine Reihe von Anwendungen im Verteidigungs- und Sicherheitssektor sowie in den Bereichen Stadtplanung, landwirtschaftliches Monitoring, Landklassifizierung, Verwaltung natürlicher Ressourcen und Katastrophenüberwachung. Vision-1 liefert Bilder mit einer Auflösung von 0,9 m im panchromatischen Band und 3,5 m in den multispektralen Bändern (NIR, RGB) bei einer Schwadbreite von 20,8 km. Airbus sieht mit dieser zusätzlichen Revisitmöglichkeit eine Stärkung der Airbus-Satellitenflotte und über die Einspeisung der Daten in die digitale Plattform OneAtlas eine erhöhte Aktualität.

Die Aktivitäten von Vision-1 werden nach der Integration in das britische Mission Operation Centre, das bereits die kommerzielle Bildgebung der DMC-Konstellation betreibt, von Airbus in Großbritannien koordiniert werden.

Im Rahmen des Programms für Drittmissionen bietet die ESA für die wissenschaftliche Forschung und die Entwicklung von Anwendungen den Zugang zu Archivdaten und Daten für neue Aufgaben der Mission Vision-1 an, sofern ein Projektvorschlag eingereicht und angenommen wird.

Weitere Informationen:

Vista

Die Vista Geowissenschaftliche Fernerkundung GmbH ist eine 1995 gegründete Firma zur Inwertsetzung von Fernerkundungsdaten insbesondere in den Bereichen Hydrologie und Landwirtschaft. Dazu gehören Verdunstungs- und Abflussmodellierungen, sowie die Berechnung von weiteren Wasserhaushaltskomponenten, GIS-unterstützte Landnutzungsklassifikationen und landwirtschaftliche Ertragsschätzung und Erntevorhersage.

Vista kooperiert eng mit dem Institut für Geographie der Universität München. Gefördert von der Bayerischen Regierung im Rahmen der „HighTech-Initiative Oberbayern“ beteiligt sich Vista am GTCO (Ground Truth Zentrum Oberbayern), das an der Universität angesiedelt ist. Ziel dieses Zentrums ist die Entwicklung von Fernerkundungsprodukten für die Landwirtschaft. Eine breitere Marktakzeptanz der Fernerkundung soll durch die Entwicklung neuer Produkte, Messgeräte und Auswerteverfahren erzielt werden. Dabei wird ein Schwerpunkt im Bereich Precision Farming liegen.

Vista unterstützt Fachbehörden und Forschungsinstitute im Wasser- und Umweltsektor durch die Analyse der möglichen Anwendung von Fernerkundungsmethoden zur Lösung bzw. Optimierung ihrer individuellen Aufgaben und Problemstellungen. Pilotstudien demonstrieren die vorgeschlagenen Lösungswege und helfen bei der Entwicklung anwendungsreifer Verfahren.

Um die Inhalte der Fernerkundungsdaten voll in Wert zu setzen und Information aus den Bilddaten zu gewinnen, sind Modellierungen und GIS-Anwendungen für Vista notwendige Werkzeuge.

Am 25.Juli 2017 hat die BayWa AG 51 % der Geschäftsanteile der VISTA GmbH erworben. Die Firmen besiegelten damit ihre schon seit Jahren bestehende Zusammenarbeit im Bereich digitaler Lösungen für die Landwirtschaft. Diese werden bereits jetzt im aktuellen Portfolio des BayWa Konzerns unter dem Markennamen 'TalkingFields' geführt und erfolgreich durch die BayWa Tochter FarmFacts vertrieben.

Weitere Informationen:

visuelle Bildinterpretation

Engl. visual image interpretation; Bildinterpretation durch einen menschlichen Beobachter als hochkomplexer Prozess. Die Interpretations-ergebnisse bzgl. Vollständigkeit und Genauigkeit hängen von der Fähigkeit des Interpreten ab, den Bildinhalt bewusst oder unbewusst zu analysieren. Zur Analyse gehört die Identifikation verschiedener natürlicher oder künstlich geschaffener Objektziele, die aus Punkten, Linien oder Flächen bestehen.
Wenn wir die Objekte direkt von oben betrachten, bieten sie eine sehr ungewohnte Perspektive. Kombiniert mit einem von der Wirklichkeit stark verschiedenen Abbildungsmaßstab und dem Fehlen erkennbarer Einzelheiten kann dies selbst ein vertrautes Objekt schwer oder nicht erkennbar machen. Und schließlich sind wir es gewohnt, nur im sichtbaren Spektralbereich zu sehen, und die bildhafte Darstellung von Wellenlängen außerhalb dieses Fensters ist für uns schwieriger zu verarbeiten.
Bei der Interpretation können zwei Arbeitsstufen unterschieden werden:

Folgende Elemente der Interpretation besitzen grundlegende Bedeutung in dem stark deduktiven Interpretationsprozess:

Form und Gestalt

Form und Gestalt (shape) - viele Landschaftselemente können mit guter Sicherheit allein aufgrund ihrer Form, ihrer Umrisse identifiziert werden. Dazu sollte die Objektform aus der Sicht von oben bekannt sein. Die Krone eines Laubbaumes z.B. sieht oft kreisförmig aus, die eines Nadelbaumes eher unregelmäßig. Künstlich geschaffene Objekte (Stadtstrukturen, Feldparzellen) sind meist an ihren (oft geraden) Formen identifizierbar. Ähnlich leicht erkennbar sind Sportstadien oder Felder mit Karusselbewässerung.

 
Größe

Größe (size) - Größen bzgl. Länge, Breite, Höhe von Objekten können wichtig zum Erkennen von Merkmalen sein. Sie sind eine Funktion des Maßstabs. Häufig kann die ungefähre Größe eines Objekts durch Vergleich mit vertrauten Merkmalen abgeschätzt werden.

 
Schatten

Schatten (shadow) - bei schräger Beleuchtung sind Schlagschatten für die Bildinterpretation sehr hilfreich. Ihre Formen bieten gewissermaßen 'Profile' von Objekten und enthalten Höheninformationen über Türme, große Gebäude usw. sowie Forminformationen aus nicht-vertikaler Sicht, wie z.B. die Gestalt einer Brücke. Vor allem bei Radarbildern sind Schatten wichtig für die Hervorhebung der Topographie. Andererseits können Schatten in ihrem Erstreckungsbereich die Interpretation erschweren oder unmöglich machen, da dort Zielobjekte schwerer oder gar nicht von der Umgebung unterscheidbar sind.

 
Helligkeit

Helligkeit und Farbe (tone and colour) - Helligkeitskontraste in SW-Bildern oder Helligkeit, Farbe und Sättigung in Farbbildern enthalten wichtige Schlüssel zur Objekterkennung. Helligkeitsunterschiede helfen auch bei der Unterscheidung der Elemente Form, Textur und Muster.
Es ist hervorzuheben, dass die Bildwiedergabe eines Objekts durch ein komplexes Zusammenspiel von Objekt-, Sensor- und Beleuchtungsparametern entsteht. Daher sind oft nicht die absoluten Werte sondern die Unterschiede in Ton und Farbe informativ. Von besonderer Wichtigkeit sind die Unterschiede zwischen Bildern im sichtbaren und im infraroten Spektralbereich.

 
Muster

Muster (pattern) - häufiges, meist regelmäßiges Auftreten einer Objektart im betrachteten Raum. So können aus Reihen von Gebäuden, regelmäßig geformten Äckern, Autobahnkreuzungen, Obstbaumpflanzungen usw. Informationen abgeleitet werden. In der Geologie dienen die Muster von Entwässerungsnetzen dazu, Rückschlüsse auf die vorliegende Tektonik oder Gesteinsbeschaffenheit zu gewinnen.

 
Textur

Textur (texture) - der visuelle Eindruck einer Oberflächenstruktur, welcher durch die Summe sich wiederholender kleiner Muster mit ihrer Anordnung und ihrem mehr oder weniger großen Hellikeitswechsel entsteht. Die Muster sind dabei zu klein, um einzeln erkannt zu werden. Die Texturwirkung hängt direkt vom Bildmaßstab ab.
Grobe Texturen haben abrupte Wechsel der Grautöne auf kleiner Fläche, wohingegen sanfte Texturen geringe Helligkeits-variationen aufweisen. Sanfte Texturen ergeben sich meist als Ergebnis gleichförmiger, glatter Oberflächen wie im Falle von Äckern, Grasflächen oder Asphalt. Ein Walddach mit seiner unregelmäßiger Struktur weist hingegen eine rauhe Textur auf. Bei Radarbildern ist die Textur eines der wichtigsten Elemente zur Unterscheidung von bestimmten Charakteristiken.

 
Assoziation

Assoziation und Kontext (association and context) - die spezifische Anordnung von Elementen, geographische Charakteristika, Strukturen der Umgebung oder die Nachbarschaft eines Objekts können wichtige Bildinformationen vermitteln. In dem nebenstehenden Beispiel kann der See leicht mit Booten, einem Hafen und benachbartem Freizeitgelände assoziiert werden.

 
Stereoeffekt

Stereoeffekt (stereoscopic appearance) - Stereobetrachtung von Bildpaaren kann sehr hilfreich sein, weil sie Informationen liefern kann, die aus Einzelbildern wegen ihrer fehlenden Tiefenwirkung nicht zu gewinnen sind. Hier ein aus einem Bildpaar gewonnenes Anaglyphenbild.


Quelle (Bilder): Canada Centre for Mapping and Earth Observation / ISR
 

Weitere Informationen:

VNIR

Akronym für visible and near-infrared, ein Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen etwa 400 und 1400 Nanometern (nm). Er kombiniert den ganzen Abschnitt des sichtbaren Lichts mit dem benachbarten Teil der IR-Strahlung bis zum Wasserdampfabsorptionsbande zwischen 1400 und 1500 nm. Einige Definitionen reichen bis zu 2500 nm. VNIR-Multispektralkameras haben einen großen Einsatzbereich in der Fernerkundung und der bildgebenden Spektroskopie.

VNREDSat-1

Engl. Akronym für Vietnam Natural Resources, Environment and Disaster Monitoring Satellite; der erste optische Erdbeobachtungssatellit Vietnams zur genaueren Erkundung und Erforschung der Folgen des Klimawandels, zur Vorhersage und Verhütung natürlicher Risiken sowie zur besseren Verwaltung der natürlichen Ressourcen des Landes.

Das von Astrium gelieferte Weltraumsystem VNREDSat-1 umfasst neben einem optischen Satelliten mit einer Bodenauflösung von 2,5 Metern sowie den dazugehörigen Bodenstationen für Steuerung, Bildempfang und Bildverarbeitung auch ein Kooperations- und Schulungsprogramm für vietnamesische Ingenieure. Die Produktion des Satelliten erfolgte im französischen Toulouse. Im Verlauf des Projekts wurden 15 vietnamesische Ingenieure bei Astrium integriert und von Astrium-Mitarbeitern geschult. Das System VNREDSat-1 basiert auf dem Astrium-Satelliten AstroSat 100, wie schon das gemeinsam mit Chile aufgelegte Programm SSOT oder das in Zusammenarbeit mit Algerien entwickelte Satellitensystem ALSAT-2.

VNREDSat-1 wurde am 6. Mai 2013 mit einer Vega-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guayana) im Orbit platziert. Der 130-kg-Satellit VNREDSat-1 wird von seiner sonnensynchronen Umlaufbahn in 600 bis 700 km Höhe aus eine Schwadbreite von 17,5 km abtasten und Bilder mit einer Auflösung von 2,5 m im panchromatischen bzw. von 10 m im multispektralen Modus (4 Bänder) aufnehmen.

Weitere Informationen:

Volumenstreuung

Engl. volume scattering, franz. dispersion de volume; nach DIN 18716 die "Änderung der gradlinigen Strahlungsausbreitung innerhalb eines Körpers oder Mediums".

Voyager 1 / 2

Bezeichnung für zwei im August und im September 1977 zu einer Forschungsmission der Planeten Jupiter und Saturn gestarteten Zwillingsraumschiffe der NASA. Nach Erfüllung dieser Aufgaben verfolgte Voyager 1 eine interstellare Route, Voyager 2 hingegen nahm Kurs auf Uranus und Neptun. Nach seiner Begegnung mit Neptun im Jahr 1989 verließ Voyager 2 das Sonnensystem, allerdings in einer anderen Richtung als Voyager 1. Im Verlauf ihrer Vorbeiflüge an den äußeren Riesenplaneten entdeckten die Voyagers Vulkane auf dem Jupitermond Io, identifizierten 25 neue Monde, bestimmten die Atmosphären und die chemische und geologische Zusammensetzung der vier Planeten und analysierten die Eigenschaften des interplanetaren Sonnenwindes.

Voyager 1/2 Voyager 1/2 Quelle: NASA JPL Routen der Voyagers Routen der Voyagers Quelle: NASA JPL

Seit 1990 befinden sich die Voyagers auf einer interstellaren Mission, um die äußersten Bereiche der Heliosphäre, die entfernten Sonnenwinde und die Interaktion zwischen beiden zu erkunden. 1998 wurde Voyager 1 zum entferntesten menschengemachten Objekt im All, als er 10,4 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt war. 2005 und 2007 erreichten die Raumfahrzeuge den Außenbereich der sogenannten Heliosphäre, der Einflusszone der Sonne.

Voyager 1 trat ungefähr im August 2012 als erstes von Menschen erzeugtes Objekt in den interstellaren Raum ein.

2017 hatte sich Voyager 1 fast 21 Mrd. Kilometer von der Erde entfernt, Voyager 2 ca. 17 Mrd. Kilometer. Die Bordkameras sind zwar längst abgeschaltet, aber die Winde der oft elektrisch geladenen Partikel im All werden noch gemessen. Dadurch konnten die Sonden beispielsweise belegen, dass es im interstellaren Raum keineswegs gleichmäßig aus allen Richtungen weht, und dass die Sonnenwinde eine Art Kissen bilden, in dem die Planeten vor dem Anbranden kosmischer Teilchen geschützt sind.

Im Juli 2020 ist Voyager 1 ca. 149,75 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt (ca. 22,4 Milliarden km), bei Voyager 2 sind es ca. 124,35 Astronomische Einheiten (AE) (ca. 18,6 Milliarden km).

Voyager 1 entkommt dem Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,6 AE pro Jahr. Voyager 2 entkommt dem Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,3 AE pro Jahr.

In rund 40.000 Jahren wird Voyager 1 den Roten Zwerg Gliese 445 in 1,6 Lichtjahren Abstand passieren, dann steuert die Sonde auf die Konstellation Ophiuchus zu. Voyager 2 fliegt in südlicher Richtung von uns weg und wird in rund 40.000 Jahren am roten Zwerg Ross 248 vorüberfliegen. In 296.000 Jahren passiert er Sirius, den hellsten Stern an unserem Nachthimmel.

Derzeit (2020) nehmen fünf wissenschaftliche Untersuchungsteams an der Interstellaren Mission teil. Ihr Interesse gilt folgenden Themen:

1. Untersuchung des Magnetfeldes
2. Untersuchung geladener Teilchen mit niedriger Energie
3. Untersuchung der kosmischen Strahlung
4. Plasma-Untersuchung (nur Voyager 2)
5. Untersuchung von Plasmawellen

Das markanteste Merkmal der Sonden sind die 3,5 Meter großen Hochleistungsantennen, die für die Datenübertragung zwischen den Voyager-Sonden und den Kontrollstationen auf der Erde verantwortlich sind.

Des weiteren tragen die Voyager-Sonden eine gold-schimmernde "Schallplatte" mit sich, die "Klänge der Erde (Sound of Earth)" genannt wird. Auf diesen Platten sind Grußbotschaften der Menschen mit Bildern und Geräuschen unseres Planeten vorhanden, um eventuellen Intelligenzen, die auf die Sonde stoßen sollten, zu offenbahren, woher diese "Reisenden" kommen.

Die goldene 'Schallplatte' auf Voyager 1/2 Die goldene 'Schallplatte' auf Voyager 1/2

Die Raumsonden Pioneer 10 und 11, die den Voyagers vorausgingen, trugen beide kleine Metalltafeln mit Abbildungen von Mann und Frau sowie Informationen zu Entstehungszeit und Herkunft als Information für Außerirdische, die irgendwann auf sie stoßen könnten.

Nach diesem Vorbild brachte die NASA eine Art Zeitkapsel auf den Voyagers unter. Sie soll möglichen extraterrestrischen Wesen Informationen über die Geschichte unserer Welt vermitteln.

Die Voyager-Botschaft ist einer 12-Zoll-'Schallplatte' aus goldüberzogenem Kupfer eingegeben, sie enthält Töne und Bilder zur Diversität irdischen Lebens und Kultur. Der Inhalt der Platte wurde von einem Kommittee ausgewählt, das von Carl Sagan von der Cornell University geleitet wurde. Man stellte 115 Bilder zusammen und eine Auswahl von natürlichen Tönen (Brandung, Wind, Donner, Vögel, Wale u.a. Tiere). Sie fügten Musikbeispiele aus verschiedenen Kulturen und Epochen bei sowie gesprochene Grüße in fünfundfünzig Sprachen und auch gedruckte Botschaften von Präsident Carter und UN-Generalsekretär Waldheim.

Carl Sagan merkte an: “The spacecraft will be encountered and the record played only if there are advanced spacefaring civilizations in interstellar space. But the launching of this bottle into the cosmic ocean says something very hopeful about life on this planet.”

Quelle: NASA JPL

 

Explanation of the Voyager Golden Record cover by NASA Explanation of the Voyager Golden Record cover by NASA Quelle: NASA JPL

In etwa 10 Jahren wird die Energieversorgung der Sonden - sie nutzen dafür radioaktives Plutonium - zur Neige gehen. Spätestens 2030 werden keine Messungen und keine Funksignale mehr möglich sein, die Steuerdüsen sind bereits inaktiv.

Weitere Informationen:

Vulkane und Fernerkundung

Vulkane lassen sich auf der Erdoberfläche deutlich erkennen. Sie geben Gase und Partikel an die Atmosphäre ab, sie sind heiß, sie ändern ihre topografischen Merkmale und ihre Landbedeckung, ändern ihre Form vor und während einer Eruption und zeigen vorab Anzeichen für einen Ausbruch (im Gegensatz zu Erdbeben). Vulkanische Aktivität geht häufig mit seismischen (Erdbeben, Tsunamis) oder geomorphologischen Prozessen (Erdrutschen, Schlammströmen) einher. 

Die Fernerkundung mittels Satelliten vereinigt viele der bodenbasierten Messmethoden. Sie helfen bei der Überwachung von Vulkanzuständen. So lassen sich mittels Radar-Interferometrie aus dem All Veränderungen an der Vulkanoberfläche feststellen, indem – zum Beispiel mithilfe des TerraSAR-X-Satelliten – aktuelle Radar-Aufnahmen mit früheren verglichen werden. Diese Daten bilden die Basis, um zum Beispiel Bodenhebungen oder -senkungen festzustellen.

Eruption auf La Palma hält an Eruption auf La Palma hält an

Die Auswirkungen des Ausbruchs des Vulkans Cumbre Vieja sind von oben und unten zu spüren. Der Boden wird regelmäßig von Erschütterungen und kleinen Erdbeben erschüttert, und die Aschewolke, die vom Gipfel aufsteigt, ist hartnäckig und gelegentlich auch explosiver geworden. Seit Beginn des Ausbruchs am 19. September 2021 wurden mehr als tausend Häuser und Gebäude zerstört.

Am 4. Oktober um 13.40 Uhr westeuropäischer Zeit schoss ein Astronaut an Bord der ISS ein Foto von der Südspitze von La Palma. Der schräge Kamerawinkel bietet einen dreidimensionalen Blick darauf, wie die Vulkanfahne über den tief hängenden Wolken aufsteigt.

Quelle: NASA Earth Observatory

Es lassen sich durch Satelliten auch thermische Aufnahmen produzieren, die ein umfassendes Wärmebild der Oberfläche ermöglichen. Zusätzlich werden spektrometrische Satellitenmessungen eingesetzt, um die Gaszusammensetzung über Vulkanen zu erkennen.

Der Vorteil der Fernerkundung ist die großflächige Überwachung von Vulkanen nach einheitlichen Standards. Dies erhöht die Vergleichbarkeit der Erkenntnisse und verbessert die Aussagekraft über den Zustand eines Vulkans weiter. Zudem können auch Regionen überwacht werden, in denen die finanziellen Ressourcen für eine intensive Vor-Ort-Überwachung am Boden fehlen. Weitere Fernerkundungsmöglichkeiten bieten Überflüge mit Flugzeugen; vermehrt kommen auch Drohnen zum Einsatz, die ebenfalls mit Kameras und Gassensoren ausgestattet sind. Dies minimiert die Risiken, die bei der Feldbeobachtung an aktiven Vulkanen für Forscherinnen und Forscher zwangsläufig entstehen.

Die kontinuierliche Langzeitbeobachtung aus dem Weltraum ist beim Einsatz von Künstlicher Intelligenz ein wichtiger Schlüssel, um die Anzeichen geologischer Unruhe besser zu erkennen. Die Satelliten liefern entscheidende Daten, wenn die Überwachung am Boden eingeschränkt ist oder ganz fehlt. Oftmals werden Eruptionen von Vorläufersignalen begleitet. Diese können einige Stunden bis zu einigen Jahren dauern. Die Signale können Änderungen des seismischen Verhaltens, Bodenverformungen, Gasemissionen, ansteigende Temperaturen oder eine Kombination daraus umfassen.

Ein Beispiel für das Zusammenspiel von Satellitentechnik und KI sind die GOES-R-Satelliten der NASA (Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series). Sie ermöglichen es, die rasche Bildung und Ausdehnung von Vulkanwolken auch abgelegener Vulkane zu verfolgen. GOES-East und GOES-West beobachten einen erheblichen Teil des Pazifischen Feuerrings, d. h. die westlichen Teile Nord- und Südamerikas, Ostasiens, Indonesiens, Mikronesiens und Neuseelands. Sie können Hot-Spots und vulkanische Asche erkennen. Die Vulkanwolken und die Vulkanfahnen lassen sich mit den Messgeräten der Satelliten deutlich von dichten Wolken oder von Zirruswolken unterscheiden. Die Daten sind mit dem VOLcanic Cloud Analysis Toolkit (VOLCAT) verbunden. Bei VOLCAT handelt es sich um eine Anwendung der Künstlichen Intelligenz, die Warnmeldungen erzeugt, wenn ein Vulkanausbruch erfolgt ist. Das bedeutet, sie entdeckt Vulkanwolken und ist in der Lage, die Vulkanwolken automatisch zu verfolgen. Mit der Anwendung lässt sich zudem bestimmen, ob Asche in den Vulkanwolken vorhanden ist, wie groß das Ausmaß der Asche ist und welche Höhe die Aschewolken haben. Gerade für den sicheren Flugverkehr unterstützt das System Entscheidungsfindungen in Echtzeit.

Die folgenden Erscheinungen lassen sich mithilfe der satellitengestützten Fernerkundung beobachten:

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