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 Ende 2022 verlängert worden.

Isaac Newton
(1642-1727)

Isaac Newton

XMM-Newton beim Lösen
von der 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.

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.

Weitere Informationen:

Zeilenpassbedingung

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

V/h=Δα·ν

wobei V die Fluggeschwindigkeit, h die Flughöhe, Δα der Öffnungswinkel und ν 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:

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 18716 die "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). Das Zephyr-System besitzt jedoch Merkmale von beidem, indem es die Persistenz eines Satelliten und die Flexibilität einer Drohne in sich vereint.

Nachdem ein Prototyp der Zephyr bereits den offiziellen Rekord für den längsten Flug von unbemannten Flugzeugen gehalten hatte, stellte die neue Zephyr S den Rekord für den längsten Flug auf. Im Juli / August 2018 blieb Zephyr S bei ihrem Erstflug vom US Army Versuchsgelände in Yuma aus fast 26 Tage ununterbrochen in der Luft. Im Serienbetrieb wird Zephyr dann rund 3 Monate ununterbrochen in der Luft sein können.

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.

Zephyr S - Border Control

Solarbetriebene HAPS können militärische oder geheimdienstliche Ziele überwachen, Waldbrände ausfindig machen oder im Notfall die Kommunikation sicherstellen. Da HAPS weit tiefer als Satelliten fliegen, können schärfere Bilder von der Erde geliefert werden.

Quelle: Airbus D & S

Schon Zephyr-8 wies 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.

Die 75 Kilogramm leichte Zephyr S fliegt in 21 Kilometern Höhe weit über dem normalen Flugverkehr und den Wolken in der Stratosphäre. 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, bei der Früherkennung von Waldbränden oder um Internetverbindung in die entlegensten Gegenden der Welt zu bringen. Es sei billiger und flexibler und liefere schärfere Bilder als ein Satellit, fliege länger als eine Drohne oder ein Flugzeug und habe laut Airbus "das Potenzial, das Katastrophenmanagement zu revolutionieren".

Die Serienproduktion soll jetzt in Farnborough bei London starten. Erstkunde ist das britische Verteidigungsministerium.

Weitere Informationen:

zivile Sicherheit und Fernerkundung

Viele Staaten nutzen verstärkt die Möglichkeiten veredelter Fernerkundungsdaten in Krisenfällen (z.B. bei zerstörten Infrastrukturen am Boden nach Erdbeben), und zur Unterstützung der zivilen und öffentlichen Sicherheit. Insbesondere die Verknüpfung von Luft- und Satellitenbilddaten mit anderen Informationen in Karten- und Analyseprodukten bietet z.B. für polizeiliche Anwendungen und für Aufgaben im Bevölkerungsschutz einen großen Mehrwert für die Entscheidungsfindung.

Innere oder öffentliche Sicherheit bezeichnet die Sicherheit von Gesellschaft und Staat gegenüber Kriminalität, Terrorismus und vergleichbaren Bedrohungen, die sich aus dem Inneren der Gesellschaft selbst heraus entwickeln. Im Bereich der zivilen Sicherheit entstehen Gefahrenlagen ebenfalls aus dem binnenstaatlichen Bereich, aber eher durch Katastrophen wie Hochwasser, Sturm oder Großunfall u. ä., oder es besteht ein Gefährungspotential alleine durch die räumliche Konzentration von Menschenmengen beispielsweise bei Großveranstaltungen wie Konzerten, Sportereignissen oder Kirchentagen. Die beiden Bereiche sind nicht immer klar voneinander zu trennen.

Beide Sicherheitsaspekte sind eine der wesentlichen Grundvoraussetzungen für Lebensqualität, für den gesellschaftlichen Zusammenhalt und für erfolgreiche Wertschöpfung in Staaten. So bezeichnet sie zum einen die Unversehrtheit der Rechtsordnung, der grundlegenden Einrichtungen des Staates sowie von Gesundheit, Ehre, Freiheit und Vermögen des einzelnen, umfasst zum anderen die Gesamtheit der meist ungeschriebenen Regeln für das Verhalten des einzelnen in der Öffentlichkeit.

Die Aufrechterhaltung der Öffentlichen Sicherheit und Ordnung i. w. S. erfolgt durch die Ausübung des staatlichen Gewaltmonopols. Zum Schutz des Staates dienen in Deutschland verschiedene Institutionen der Exekutive auf Bundes- und Länderebene sowie Hilfs- und Rettungsorganisationen (Feuerwehren, THW). Anwender von Sicherheitslösungen sind darüber hinaus auch die Betreiber Kritischer Infrastrukturen (zum Beispiel Energie- und Wasserversorger, Verkehrsbetriebe) sowie Unternehmen der privaten Sicherheitswirtschaft und -industrie.

Die binnenbezogene Betrachtung der Sicherheit wird verlassen, sobald es sich um internationale Aspekte von Katastrophen handelt, die vernetzte und echtzeitfähige Früherkennung, Risikoanalyse und Bewertung von internationalen Katastrophenereignissen nötig machen.

Gefahrensituationen haben unterschiedliche Komplexität und Dimension. Die stetig steigende Leistungsfähigkeit der IT ermöglicht es beispielsweise den Sicherheitsorganen und -diensten, die vielfältigen Wechselwirkungen immer besser zu beschreiben und Problemlösungen zu entwickeln. Hierfür sind allerdings diffizile und profunde Analysemodelle und die Verarbeitung von sehr großen Datenmengen erforderlich. Dabei werden nicht nur aktuelle Daten, sondern auch Zeitreihen und historische Daten genutzt. Die Fernerkundung (Luft- und Satellitenbilder) ist hierfür ein unverzichtbares und unterstützendes Instrument. Zur Unterstützung von Einsatzkräften können Luft- und Satellitenbilder mit anderen Fachinformationen angereichert werden. Dadurch können Lage- oder Schadenskarten generiert werden.

Einsatz von Luft- und Satellitenbildern zur Aufrechterhaltung der Öffentlichen Sicherheit (und Ordnung):

Die Thematik "Sicherheit" ist Teil der Copernicus-Kerndienste. Diese stellen umfangreiche Grundlageninformationen bereit, die für vielfältige Anwendungen weiter verarbeitet werden können. Der Service „Sicherheit“ befindet sich noch in der Entwicklungsphase (2019) und geht über binnenstaatliche Bezüge hinaus. Demnach umfasst er auch die Überwachung von Grenzen, Ressourcen und kritischer Infrastruktur, ebenso die Kontrolle von internationalen Abkommen.

Weitere Informationen:

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 Satelliten- und Luftbildern sowie anderen Geodaten während oder nach Katastrophen- und Krisensituationen sowie bei planbaren Großereignissen

Die krisenrelevanten Informationen werden in Absprache mit ZKI-Nutzern generiert und beispielsweise in Form von Karten, Geo-pdf, Web-Diensten oder als Textdossiers herausgegeben. Zu den sowohl nationalen als auch internationalen Nutzern des ZKI zählen v.a. politische Entscheidungsträger, Lagezentren sowie Hilfsorganisationen. Viele Geo-Produkte des ZKI werden zudem über die Internetseite veröffentlicht. Darüber hinaus werden Beratungsleistungen, Technologietransfers sowie Schulungen und Übungen angeboten. Die enge Verzahnung zwischen Forschung, Entwicklung und operationellen Diensten erweist sich dabei als eine große Stärke.

Das ZKI kooperiert im nationalen und internationalen Kontext mit verschiedenen Partnern aus Forschung und Industrie zusammen, ist eng mit behördlichen Partnern und Nicht-Regierungsorganisationen vernetzt und beruht hauptsächlich auf den drei Services ZKI-DE, Copernicus Notfallmanagementdienst (EMS) und die Internationale Charta „Space and Major Disasters“. Als weitere Dienste bestehen noch der MODIS Feuerservice und der Hochwasserservice (Stand 10/2019).

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 Bundesministerium des Innern (BMI) hatte 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.

Für den Service ZKI-DE für Bundesbehörden wird ab 2021 das BKG  die operationellen Aufgaben übernehmen. Hierfür wird derzeit mit Unterstützung des BMI im BKG ein satellitengestützter Krisen- und Lagedienst (SKD) aufgebaut.

Vorteile der Kooperation von BMI und DLR sind:

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.

Quelle: ZKI-CAF

Arbeits- und Entwicklungsziele des ZKI:

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.