Wasserfernerkundung: Fortschritte in Computer-Vision-Techniken für die Wasserfernerkundung

Von Fouad Sabry

Was ist Wasserfernerkundung

Wasserfernerkundung ist die Beobachtung von Gewässern wie Seen, Ozeanen und Flüssen aus der Ferne, um deren Farbe und Zustand zu beschreiben der Gesundheit des Ökosystems und der Produktivität. Die Wasserfernerkundung untersucht die Farbe des Wassers durch Beobachtung des Spektrums des austretenden Wasserstrahls. Aus dem vom Wasser ausgehenden Farbspektrum lässt sich über spezielle Algorithmen die Konzentration optisch aktiver Bestandteile der oberen Gewässerschicht abschätzen. Die Überwachung der Wasserqualität durch Fernerkundung und Nahbereichsinstrumente hat seit der Gründung große Beachtung gefunden EU-Wasserrahmenrichtlinie.

Wie Sie profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Wasserfernerkundung

Kapitel 2: Trübung

Kapitel 3: Photometer

Kapitel 4: Bathymetrie

Kapitel 5: Total suspendiert Feststoffe

Kapitel 6: SeaWiFS

Kapitel 7: Farbe des Wassers

Kapitel 8: Hydrologisches Transportmodell

Kapitel 9: Küstenzone Farbscanner

Kapitel 10: Fluorometer

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zur Wasserfernerkundung.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung von Wasserfernerkundung in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die es wollen über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Wasserfernerkundung hinaus.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 4. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Wasser-Fernerkundung

Wasserfernerkundung ist die Fernbeobachtung von Gewässern wie Seen, Ozeanen und Flüssen, um deren Farbe, Gesundheit des Ökosystems und Produktivität zu bestimmen. Die Wasserfernerkundung untersucht die Farbe des Wassers, indem sie das Spektrum der von Wasser emittierten Strahlung beobachtet. Mit speziellen Techniken kann die Konzentration optisch aktiver Komponenten in der oberen Schicht eines Gewässers anhand des Farbspektrums des Wassers bestimmt werden.

Wasserfernerkundungsgeräte (Sensoren) ermöglichen es Wissenschaftlern, die Farbe eines Gewässers aufzuzeichnen, was das Vorhandensein und die Häufigkeit optisch aktiver natürlicher Wasserbestandteile (Plankton, Sedimente, Detritus oder gelöste Substanzen) verrät. Als scheinbare optische Eigenschaft (AOP) wird das von einem Satellitensensor beobachtete Wasserfarbspektrum angegeben. Dies deutet darauf hin, dass die Farbe des Wassers von der Winkelverteilung des Lichtfeldes sowie von der Art und Menge der Substanzen im Medium, in diesem Fall Wasser, beeinflusst wird. Es gibt zwei verschiedene Methoden, um die Konzentration optisch aktiver Wasserkomponenten durch die Analyse von Spektren oder die Verteilung der Lichtenergie über ein Spektrum von Wellenlängen oder Farben zu bestimmen. Die erste Strategie basiert auf empirischen Algorithmen, die aus statistischen Zusammenhängen abgeleitet werden. Analytische Algorithmen, die auf der Inversion kalibrierter biooptischer Modelle basieren, stellen die zweite Methode dar. Folglich sind diese Techniken auf ihre Fähigkeit angewiesen, diese Veränderungen in der spektralen Signatur des von der Wasseroberfläche zurückgestreuten Lichts zu erfassen und diese aufgezeichneten Veränderungen mit empirischen oder analytischen Methoden mit Wasserqualitätsindikatoren in Beziehung zu setzen. Abhängig von den interessierenden Wasserelementen und dem verwendeten Sensor werden verschiedene Teile des elektromagnetischen Spektrums untersucht.

Von der Zeit von Henry Hudson (1600) bis zu der von Chandrasekhar Raman wurde die fortschreitende Entwicklung des Wissens über die Transparenz natürlicher Wasserwege und die Erklärung für ihre variable Klarheit und Farbe skizziert (1930).

Mit Hilfe von optischen Nahbereichsgeräten (z.B. Spektrometer, Radiometern), Flugzeugen oder Hubschraubern (luftgestützte Fernerkundung) und Satelliten (weltraumgestützte Fernerkundung) wird die von Gewässern abgegebene Lichtenergie gemessen. Zum Beispiel werden Algorithmen verwendet, um die Konzentration von Chlorophyll-a(Chl-a) und Schwebstaub (SPM), die Absorption durch farbige gelöste organische Substanz bei 440 nm (aCDOM) und die Secchi-Tiefe zu ermitteln.

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Trübung

Ähnlich wie Rauch in der Luft ist Trübung die Trübung oder Trübung einer Flüssigkeit, die durch eine große Anzahl von normalerweise unsichtbaren Einzelpartikeln erzeugt wird. Die Trübungsmessung ist ein entscheidender Indikator sowohl für die Wasserklarheit als auch für die Wasserqualität.

Flüssigkeiten können feste Partikel unterschiedlicher Größe enthalten, die in Suspension suspendiert sind. Während einige Schwebstoffe groß und schwer genug sind, um sich schnell am Boden des Behälters abzusetzen, wenn man eine flüssige Probe stehen lässt (die einstellbaren Feststoffe), setzen sich sehr kleine Partikel sehr langsam oder gar nicht ab, wenn die Probe regelmäßig gerührt wird oder wenn die Partikel kolloidal sind. Diese winzigen Feststoffpartikel machen die Flüssigkeit undurchsichtig.

Trübung (oder Trübung) wird auch verwendet, um durchscheinende Substanzen wie Glas oder Kunststoff zu beschreiben.

In der Kunststoffherstellung ist Trübung definiert als der Prozentsatz des Lichts, der mehr als 2,5° von der einfallenden Lichtrichtung abgelenkt wird.

Die Vermehrung von Phytoplankton im offenen Wasser kann zu Trübungen führen. Aufgrund des Abflusses von Regenwasser können landstörende menschliche Aktivitäten wie Bauwesen, Bergbau und Landwirtschaft dazu führen, dass bei Regenstürmen hohe Sedimentkonzentrationen in Gewässer gelangen. Die Verschmutzung durch Regenwasser von befestigten Oberflächen wie Straßen, Brücken, Parkplätzen und Flughäfen trägt erheblich zur Trübung der angrenzenden