GEOPLEX GIS GmbH

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Airborne Laserscanning

Airborne Laserscanning liefert dreidimensionale Informationen über die Beschaffenheit der Erdoberfläche und ist somit die wesentlichste Datengrundlage bei der Erstellung von Solardachkatastern. Aus diesem Grunde soll die Technologie im Folgenden kurz vorgestellt werden.

Das Prinzip des Laserscannings

Das Airborne Laserscanning ist innerhalb der Fernerkundung ein relativ junges Verfahren, das jedoch in den letzten Jahren immer häufiger für die digitale Erfassung und Darstellung von Oberflächenstrukturen zum Einsatz kommt. Es wird grundsätzlich zwischen terrestrischem und dem für Geoplex relevanten, flugzeuggestützten Laserscanning unterschieden. Auf das terrestrische Laserscanning soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.

Die Funktion eines Laserscanners

Die Funktionsweise eines Laserscanners ist grundsätzlich mit der eines Echolotes zu vergleichen. Es wird also über einen Laserscanner die Entfernung zwischen Messgerät und Bodenpunkt bestimmt. Die Entfernungsmessung beruht dabei auf der Messung der Zeitspanne, die zwischen der Aussendung des Laserimpulses und der Reflexion des zurückkommenden Laserimpulses verstreicht. Die lotrecht unter dem Trägerflugzeug montierten Messinstrumente strahlen einen gepulsten oder kontinuierlichen Laserimpuls ab, der bei einer Flughöhe von beispielsweise 1000 m und einer Lichtgeschwindigkeit von 299.792,458 km/s 6,671 Mikrosekunden für die gesamte Messstrecke benötigt. 

Bei der Ermittlung von Geländehöhen müssen Position und Neigung des Flugzeuges bekannt sein. Zwei Navigationssysteme, die in das Messgerät integriert sind, berücksichtigen die Abweichungen durch Bewegung und Fluglage des Trägerflugzeugs (vgl. auch Abbildung oben):

  • Das Differential Global Positioning System (dGPS) und
  • Das Laser Inertial Navigation System (LINS).

Das dGPS ermittelt die Position des Trägerflugzeuges in Relation zur Erdoberfläche. Dies geschieht im Sekundentakt und unter Berücksichtigung von Länge, Breite und Höhe. Das LINS bestimmt drei Fluglageparameter: Pitch (Neigung um die Querachse), Roll (Neigung um die Längsachse) und Yaw (Drehung um die Hochachse). Die Messgenauigkeit des verwendeten Systems bestimmt die Maschenweite der Punktwolke, die durch den Prozess des Laserscannings entsteht.

Leistungsmerkmale

Kriterium:
Lagegenauigkeit < 0,2 m
Höhengenauigkeit < 0,5 m
Maschenweite 0,5 - 1,5 m
Fluhöhe 600 - 700 m
Breite des Messstreifens 400 - 600 m
Aufnahmezeitpunkt ganzjährig möglich

 

First- und Last-Pulse Informationen

Wie beschrieben, wird der Laser an der Oberflächenstruktur reflektiert und im Messinstrument wiederum registriert, so dass die Höhenlage der reflektierenden Oberfläche aus der benötigten Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Registrierung des Laserimpulses interpretiert wird. Jedoch ist die Vegetation für einen Teil des Laserstrahls durchlässig, so dass dieser sowohl von der Vegetationsoberfläche als auch z.T. von der darunter liegenden Erdoberfläche reflektiert wird. Somit registriert das Messgerät zwei reflektierte Laserimpulse, welche sich in der Zeitdifferenz unterscheiden und somit auch unterschiedliche Höhen der gescannten Oberfläche beschreiben.

Der zuerst registrierte Laserimpuls wird als „First Pulse“ und das zeitversetzt eintreffende Laserecho als „Last Pulse“ bezeichnet (vgl. obige Abbildung). Auf Basis der First- und Last-Pulse Daten einer Laserscannerbefliegung lassen sich unterschiedliche Informationen zur Gelände- und Oberflächenbeschaffenheit einer Raumeinheit in Form eines Höhenrasters oder eines TIN darstellen. Diese Datenformate und die Laserscannerrohdaten (vgl. Abbildung unten) dienen Geoplex als Arbeitsgrundlage zur Generierung ihrer Produkte.

Gängige Ausgangsdaten

Hohenraster aus First-Pulse Daten. Laserscannerrohdaten (links: First- rechts: Last-Pulse Daten). TIN aus First-Pulse Daten überlagert durch ein Luftbild. 

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