Heft 3/2012

Kurzfassung
Im Vergleich zu klassischen multispektralen Datensätzen ermöglichen hyperspektrale Aufnahmen eine verbes­serte qualitative und quantitative Analyse von Vegetationsbeständen in Land- und Forstwirtschaft [1]. Trotz der verbesserten spektralen Au.ösung sind jedoch weiterhin Probleme bei der Ableitung der gewünschten Vegetati­onsgrößen zu beobachten. Die Probleme hängen hauptsächlich damit zusammen, dass die fernerkundlich erfasste Bestandssignatur durch eine große Anzahl an Parametern bestimmt wird [2] [3] [4]. Dies hat zur Folge, dass sich eine gemessene Bestandssignatur nicht immer eindeutig einem einzigen Parameterset zuordnen lässt [5]. Anders ausgedrückt: das Schätzproblem ist unterbestimmt, da verschiedene Parameterkombinationen zu einer ähnlichen Spektralsignatur führen [6]. Weitere (zumeist externe) Informationen sind daher notwendig, um in solchen Fällen eine eindeutige Auswertung vornehmen zu können [7] [8] [9]. Externe Informationen können beispielsweise ALS Daten sein oder Daten aus einem anderen Wellenlängenbereich beinhalten [10]. Mit dem vorliegenden Beitrag wird gezeigt, dass ein Teil der zur Problemeingrenzung notwendigen Information aus dem räumlich mittel bis hoch aufgelösten Bild (Pixel = 30 m) selbst gewonnen werden kann [11]. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass die Charakteristika nah beieider liegender Objekte ähnlicher sind als die weit(er) entfernt liegender Objekte [12] [13]. In landwirtschaftlich genutzten Flächen wird beispielsweise innerhalb einer Par­zelle lediglich eine einzige Kulturp.anze angebaut. Ohne die genaue Kulturp.anze zu kennen ist damit zumindest sichergestellt, dass alle Pixel innerhalb dieser Parzelle die gleiche Art erfassen. Damit ist beispielsweise die An­nahme gerechtfertigt, dass der Blatthaltungswinkel (ALA) für alle Pixel des gegebenen Feldes identisch sein muss, da der Blatthaltungswinkel eine artspezi.sche Konstante ist. Wie gezeigt werden wird, erleichtert diese Tatsache die .ächenhafte Kartierung des Blatt.ächenindex (LAI), da beide bio-physikalischen Größen einen vergleichbaren Effekt auf die Spektralsignatur ausüben. Aufbauend auf eigenen Vorarbeiten [11] [14] wird dieses Konzept in dieser Arbeit am Beispiel einer CHRIS/PRO­BA Aufnahme über landwirtschaftlichen Kulturp.anzenbeständen in Barrax, Südspanien vorgestellt. Zur Illustrati­on wird eine „objekt-basierte“ Inversion eines weit verbreiteten, physikalisch-basierten Strahlungstransfermodells herangezogen. Das innovative Verfahren berücksichtigt bei der Schätzung des Blatt.ächenindex (LAI) nicht nur die Spektralsignatur des beobachteten Pixels, sondern auch die Signaturen benachbarter Pixel, die dem gleichen Objekt angehören. Es wird gezeigt, dass durch die Kombination spektraler und räumlicher Informationen höhere Genauigkeit in der LAI Schätzung erzielt wird, als unter Verwendung des klassischen „pixel-basierten“ Verfahrens. So sinkt der RMSE des geschätzten LAI von 1.46 m2/m2 auf 0.54 m2/m2, wenn statt des traditionellen Inversions­verfahrens ein objekt-basierter Ansatz gewählt wird.

Abstract
: The recent availability of hyperspectral imagery allows improved qualitative and quantitative analyses of vegetati­on compared to classical multispectral data sets. Besides a wide range of application .elds, main bene.ciaries of this new data source will be the agricultural and forestry sectors. However, there are still problems regarding the deviation of vegetation biophysical variables from the remotely sensed data because the spectral signal combines the effects of many different structural and biochemical variables. Moreover, different combinations of the variab­les may produce almost identical spectra, resulting in signi.cant uncertainties in the estimation of the biophysical vegetation variables. Several solutions have been proposed to solve this problem, such as the use of external or a priori information. In this study we present an approach, which directly employs information from the same high to medium resoluti­on (< 30 m) imagery data. The approach uses the geostatistical fact that the biophysical characteristics of nearby pixels are generally more similar than those at a larger distance. In agricultural areas, for instance, the characteris­tics of certain variables, such as the average leaf angle (ALA), can be assumed equal within one crop .eld. Such knowledge alleviates the estimation of the leaf area index (LAI), which has a very similar effect to ALA on the spectral signal. C. Atzberger, K. Richter: Kombination spektraler und räumlicher Information ... Based on our own studies, we demonstrate this concept on a CHRIS/PROBA data set acquired in the agricultural area of Barrax, Spain. For illustration purposes, an object-based inversion approach of a widely used radiative transfer model is applied. Compared to a “pixel-based” approach the accuracy of LAI estimates could be improved from RMSE = 1.46m2/m2 to RMSE = 0.54m2/m2. Therefore, the combination of spectral and spatial information potentially yields higher accuracies of LAI retrievals compared to traditionally applied approaches.

Kurzfassung
Die Satellitenaltimetrie ist eine Schlüsseltechnologie zur globalen Untersuchung der Ozeandynamik und der Meeresspiegelveränderung. Um ein klares Bild dieser Prozesse zu erhalten sind zuverlässige Altimeterdaten in homogener Qualität von aktuellen und künftigen Satellitenmissionen zur Erstellung langer Beobachtungszeitreihen enorm wichtig. Zahlreiche global verteilte und eigens dafür eingerichtete Stationen bilden eine wichtige Infrastruktur zur Kalibrierung von Satellitenaltimetern und Validierung der entsprechenden Produkte. Die Österreichische Akademie der Wissenschaften betreibt an der Cal/Val Station Gavdos (GR) direkt an einem Jason-2 Kreuzungspunkt einen Transponder. Der Hauptvorteil einer Kalibrierung mit Hilfe eines Transponders liegt darin, dass sich die Signalre.exion auf eine stabile Referenz bezieht, d.h. unabhängig von der momentanen loka­len Meeresdynamik (Gezeiten, Wellen, etc.) ist. Poseidon-3, das Jason-2-Altimeter wird bei jedem Über.ug in den sog. DIODE/DEM Modus geschaltet, der es erlaubt, das Transpondersignal zu empfangen. Für die Analyse der dabei generierten Altimeter-Waveforms wurden vier verschiedene Retracking-Algorithmen implementiert. Im Zuge einer Kalibrationskampagne wurde aus 26 Über.ügen ein sehr präziser und zwischen den Methoden konsistenter Altimeterbias von 6.8 ±0.3 cm berechnet.

Abstract
Satellite radar altimetry is considered a key technology for the investigation of the sea level variation on a global scale. In order to achieve a clear picture of this process reliable data of homogeneous quality from previous, current and future missions are needed for a seamless concatenation of suf.ciently long observation periods. Numerous altimeter calibration sites around the world build up a dedicated scienti.c infrastructure for accurate calibration and validation of altimeter satellites and related products. At the cal/val site Gavdos, Greece, the Austrian Academy of Sciences operates an altimeter transponder, located directly beneath a Jason cross-over point. The main advantage of altimeter calibration by means of a transponder is to refer to a stable reference point of pulse re.ection not being affected from any local sea surface dynamics (tides, ocean waves, etc.). For every overpass the Jason-2 altimeter, Poseidon-3, is switched to the DIODE/DEM mode which allows an adjustment of the ranging gate to the transponder’s elevation. For the waveform analysis we implemented four retracking algorithms following different strategies. A calibration campaign comprising 26 passes yields a very precise bias value of 6.8 ±0.3 cm with a good agreement among all the implemented methods.

Kurzfassung
Die Punktbestimmung mit globalen Satellitennavigationssystemen (GNSS) hat sich längst als Standardverfahren im Vermessungswesen etabliert. Die ermittelten Positionen sind dabei auf ein globales Koordinatensystem (z.B. ETRS89) bezogen. Sehr häu.g werden aber auch Koordinaten im derzeitigen nationalen System MGI in möglichst guter Anpassung an bereits vorhandene Daten benötigt. Bei kleinräumigen Vermessungen ist die 7-Parameter-Transformation für den Systemübergang von ETRS89 nach MGI eine gute Lösung. Um für größere Gebiete eine optimalere Anpassung zwischen den Systemen zu erzielen, stellt die .ächenbasierte Transformation eine bessere Möglichkeit dar. Das Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV) hat im Jahr 2011 mit dem „GIS-Grid“ ein Werkzeug zur .ächenbasierten Lagetransformation von ETRS89 nach MGI bereitgestellt. Diese Transformations.ä­che im NTv2-Format ermöglicht den Systemübergang mit einer Genauigkeit von besser als 15cm über ganz Öster­reich. Das Problem der Unstetigkeiten am Rand zweier benachbarter Gebiete, die mit unterschiedlichen 7-Parame­tersätzen transformiert wurden, ist mit dieser Lösung nicht mehr gegeben. Um schließlich auch eine Transformation für die, besonders im ALS (Airborne Laser Scanning), wesentliche Höhenkomponente zu ermöglichen, wurde vom BEV kürzlich das „Höhen-Grid“ entwickelt. Diese aus Nivellement- und Schweredaten bestimmte Transformations­.äche ermöglicht nunmehr auch den stetigen Übergang von GNSS-Höhen auf MGI-Höhen für ganz Österreich. Die Transformations.ächen des BEV für Lage und Höhe und deren Anwendung in der Praxis wird hier vorgestellt.

Abstract
The point determination with Global Navigation Satellite Systems (GNSS) is well-established as a standard sur­veying task nowadays. Thereby, the determined positions are based on a global coordinate system (e.g. ETRS89). However, in many cases coordinates in the local Austrian coordinate frame MGI are required, in good adjustment to already exiting coordinates. In the case of small project areas, the spatial similarity transformation is a good solution for the transformation between ETRS89 and MGI. If the project areas are more large-scale, the use of an area-based transformation is a better solution. In the year 2010 the Federal Of.ce of Meteorology and Surveying (BEV) developed an area-based transformation grid, the GIS-grid. This transformation grid in the NTv2 format allows a planar transformation between ETRS89 and MGI with an accuracy of better than 15cm. The problem of discontinui­ties at the transformation boundaries, which appear when using several transformation parameter sets of the spatial similarity transformation, is not relevant in this area-based solution. For the transformation of the height component, which is particularly important for Airborne Laser Scanning (ALS) data, the BEV introduced the Height-grid recently. This transformation grid, developed by using levelling and gravimetric data, allows the continuous transformation of GNSS-heights into MGI-heights for the whole area of Austria. The transformation grids of the BEV and their imple­mentation in practice are introduced in this article.

Kurzfassung
Mit dem Start der ersten Galileo-Testsatelliten und dem gleichzeitigen Aufbau des chinesischen COMPASS/Beidou Systems ab dem Jahr 2005 ist die vormals auf GPS oder auch GPS/GLONASS basierende satellitengestützte Navigation und Positionierung in ein echtes Multi-GNSS Umfeld getreten. Modernisierungsprogramme der bereits aktiven Systeme bieten eine Vielzahl neuer frei zugänglicher Signale. Die global agierenden Satellitennavigations­systeme werden zusätzlich durch regionale Augmentationssysteme wie WAAS, EGNOS oder auch QZSS komple­mentiert. In Summe werden dem Nutzer ab ca. 2016 knapp über 100 Navigationssatelliten mit rund 25 nutzbaren Navigationssignalen angeboten. Dieser Beitrag behandelt die aktuellen Implementierungspläne der Systembetrei­ber von GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS/Beidou. Es werden allerdings auch die bei der Nutzung unterschied­lichster Systemsignale auftretenden Kompatibilitäts- und Kalibrierungsprobleme der am Boden genutzten Hard- und Softwarekomponenten beleuchtet. Der Internationale GNSS Service (IGS) hat seit Februar 2012 ein globales Beobachtungsexperiment (MGEX) ins Leben gerufen, dessen Ziel es ist, neben dem nun deutlich komplexeren Daten.uss und den neuen Datenstandards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) auch die zugehörige erweiterte Datealyse zu erproben, um den IGS in den kommen­den Jahren in einen wahren Multi-GNSS Dienst umzuwandeln.

Abstract
Since the launch of the .rst Galileo test satellite in 2005 and the almost simultaneous setup of the Chinese COM­PASS/Beidou system satellite based PNT (Positioning, Navigation and Timing) has entered the new era of real multi-GNSS. Upgrade initiatives of the already active systems offer a multitude of new free accessible signals. These globally operable satellite navigation systems are accompanied by regional augmentation systems like WAAS, EGNOS or QZSS. As of around 2016 the user will be able to choose among 100 navigation satellites offe­ring about 25 free signals. This article provides information about current implementation scenarios of the system operating agencies. On the other hand the multitude of signals also entails a number of compatibility and calibration issues which affect the quality of operation of the available receiver hard- and software. To cope with this changing conditions the International GNSS Service (IGS) has launched a global initiative (Multi-GNSS Experiment = MGEX) with the goal to test the more complex data .ow between IGS components and the user community, to establish new data standards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) capable to handle the new signals and last but not least to develop new data modelling techniques. This Experiment shall pave the way for IGS to a real Multi-GNSS Service.

Kurzfassung
Die Definition von Koordinatensystemen sowie die Transformation zwischen diesen Systemen ist eine der zentralen Aufgaben der Geodäsie. Selten wird dies so deutlich wie im Fall der unterschiedlichen Vermessungsmethoden der ÖBB ( Österreichische Bundesbahnen ) zur Bestimmung der Gleisgeometrie. Die Messsysteme verwenden nicht nur – aufgrund ihrer Verschiedenartigkeit – unterschiedliche Koordinatensysteme, sondern lagern diese auch noch unterschiedlich. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse ist damit eingeschränkt. Es folgt eine stark verkürzte Beschreibung der Messsysteme, der damit verknüpften Koordinatensysteme und de­ren Datumsgebung.

Abstract
The de.nition of coordinate-systems and the transformation between them is one of the central tasks of geodesy. Rarely this meets so clearly as in the case of the different methods of measuring the rail-geometry by the ÖBB. The measurements systems use not only - because of their diversity - different coordinate systems, but also strongly divergent ways of de.ning the datum. The comparability of the results is therefore limited. Below a much shortened description of the measurement systems, the associated coordinate systems and their de.nition of datum is given.

Kurzfassung
Das geodätische Messlabor des Instituts für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme (IGMS) der TU Graz wurde 1990 eröffnet und seitdem stetig erweitert. Die wichtigsten Einrichtungen (Vertikalkomparator, Horizontalkomparator und Kreiselmesskammer) werden für Forschungsaufgaben und Serviceleistungen für die Wirtschaft verwendet. Seit einigen Jahren bilden faseroptische Messsysteme einen neuen Schwerpunkt des Instituts, wobei der Fokus vor allem auf Dehnungs- und Temperaturmessungen liegt. Die Möglichkeit der Einbettung der Sensoren, und da­mit Informationen aus dem Inneren von Objekten zu erhalten, ist für die Ingenieurgeodäsie besonders interessant, da sie das klassische geodätische Messspektrum erweitern. Mittlerweile existieren verschiedenste kommerzielle faseroptische Systeme, die statische oder dynamische Messungen erlauben. Die Länge der Sensoren kann bis zu mehrere Meter betragen. Die Erfassung ihrer Längenänderungen ist mit Au.ösungen im mm-Bereich sowie Ab­tastraten im kHz-Bereich möglich. Internationale Normen für faseroptische Dehnungs- und Temperaturmessungen werden zurzeit aber erst erstellt, weshalb es anhand der gegebenen Informationen oft schwierig ist, die Leistungs­fähigkeit der Systeme zu beurteilen. Ein eigenes faseroptisches Labor be.ndet sich am IGMS im Aufbau, um detaillierte Untersuchungen, aber auch Sensoranfertigungen für Sonderanwendungen, durchführen zu können. Eine Testeinrichtung für faseroptische Sen­soren wurde entwickelt, die die Bestimmung der statischen Kennlinie faseroptischer Messsysteme erlaubt. Eine weitere Einrichtung dient zur Untersuchung des Temperaturverhaltens der Systeme. Die neuen Testeinrichtungen werden vorgestellt und damit erzielte Ergebnisse exemplarisch gezeigt. Diese Laboruntersuchungen sind essentiell für die Qualitätsbeurteilung der Daten zu, da es im Feld kaum Möglichkeiten für eine unabhängige Veri.kation gibt.

Abstract
The geodetic metrology laboratory of the Institute of Engineering Geodesy and Measurement Systems (EGMS) at the Graz University of Technology was established in 1990 and since then several calibration and testing facilities were set up. Fiber optic sensing is one of the new research topics of EGMS. For engineering surveying, .ber optic strain and temperature sensing are of special interest. The sensors may be embedded in the structures and thus a new type of information is available, completing geodetic measurements. Today, a variety of .ber optic systems and sensors is commercially available, both for static and dynamic applications. The length of the sensors may be up to several metres with typical measurement resolutions in the µm-range and sampling rates up to several kHz. However, there are no commonly used international standards for .ber optic sensing and thus it is dif.cult to evalua­te system performance and state the uncertainty of measurement results. Therefore we established a separate .ber optic laboratory which is used for the investigation of .ber optic sensors and systems. A testing facility for the inves­tigation of linearity was developed as well as a facility for studying temperature effects. These new facilities are de­scribed in the paper and some results are shown, demonstrating the importance of independent laboratory testing.

Kurzfassung
Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Ein.üsse der Erdatmosphäre auf die Signale der geodätischen Welt­raumverfahren wie GNSS und VLBI. Es wird erklärt und diskutiert, wie die Laufzeitverzögerung in der Auswertung von weltraumgeodätischen Beobachtungen modelliert wird, und wie die atmosphärische Turbulenz Grenzen für diese Modellierung setzt. Zusätzlich wird die Möglichkeit beschrieben, wie GNSS und VLBI für atmosphärische Studien verwendet werden können, z.B. in der Meteorologie oder in der Klimaforschung.

Abstract
The impact of the atmosphere on space geodetic techniques, like GNSS and VLBI, is reviewed. It is described how the atmospheric delays can be modelled in the data analysis of the space geodetic observations, and the limits of this modelling due to atmospheric turbulence are discussed. Furthermore, the possibility to use GNSS and VLBI can be used for atmospheric studies, e.g. for meteorology or in climate research are described.