Analyse des Einflusses der Geländeneigung (-rauhigkeit)

5.2. 26BVerifizierung der zu untersuchenden Geländemodelle durchgeführte Untersuchung gezeigt hat, sollte man vielmehr eine Filterung der Werte bei der Prozessierung des Höhenmodells vornehmen, um Strahlen, die dennoch ihren Weg durch eine Lücke in der Oberfläche gefunden haben, zu eliminieren. Solche Korrekturverfahren, sowohl hinsichtlich der Bodenpunkte der letzen Reflektion wie auch der Oberflächendarstellung der ersten Reflektion, können beispielsweise durch die Anwendung einer Min- bzw. Max-Filterung erreicht werden. Somit kann durch die Prozessierung eines Laser Höhendatensatzes unter Verwendung eines angepaßten Filters sogar unter Vergrößerung des Stützstellen-abstandes eine Zunahme der Genauigkeit erreicht werden, da eine Glättung der ungewollten Ausreißer erzielt werden kann.

Unter Rücksichtnahme der hier beschriebenen Faktoren bietet die Laserscanning-Technologie zweifelsohne die Kapazität, die geforderten Genauigkeiten der RTCA an Area 2 und sogar Area 3 zu erfüllen. Allerdings muß an dieser Stelle erneut darauf hingewiesen werden, daß die LIDAR-Technologie äußert kostenintensiv ist und sich somit nur für begrenzte Gebiete anbietet. Über dies hinaus setzt das Operieren aus der Luft dem System sowohl geographische wie auch politische Grenzen.

Tabelle 5.13: SRTM DHM Analyse unter Berücksichtigung der Geländeneigung

Geländemodell/

Qualitätsparameter 0-10° 10-20° 20-30° 30-40° 40-50° 50-60° 60-70° >70°

SRTM X-Band Pfronten

mittl. Abweich. [m] -2,74 -6,75 -7,81 -10,97 -12,88 -14,91 -21,89 -44,18 σ [m] 7,54 15,08 22,48 27,60 28,83 36,17 47,43 70,54 Conf. Level 90% [m] 2,25 3,00 8,75 10,80 12,50 18,00 26,00 29,00 SRTM C-Band Pfronten

mittl. Abweich. [m] -2,93 -6,39 -5,85 -6,75 -7,95 -9,19 -12,10 -12,39 σ [m] 6,99 13,62 17,78 20,53 23,23 28,76 37,60 42,25 Conf. Level 90% [m] 1,60 3,00 10,80 12,40 13,80 19,70 22,80 31,17 SRTM X-Band Michelstadt/Odenwald

mittl. Abweich. [m] 3,29 2,94 3,89 4,59 - - - -

σ [m] 6,10 7,45 7,93 6,13 - - - -

Conf. Level 90% [m] 9,30 10,00 11,30 11,00 - - - - SRTM C-Band Michelstadt/Odenwald

mittl. Abweich. [m] 0,83 0,42 2,73 11,51 - - - -

σ [m] 7,99 11,37 15,38 14,27 - - - -

Conf. Level 90% [m] 9,95 15,00 23,50 28,50 - - - -

Untersuchungsgebiet Michelstadt/Odenwald

Betrachtet man die Ergebnisse des Einflusses der Geländeneigung für das SRTM X-Band Höhenmodell mit 30 m Stützstellenabstand, erkennt man, daß unabhängig von der Steigungs-klasse die Werte der Qualitätsparameter weitgehend identisch sind und denen der Untersuchung des gesamten Differenzmodells (Tabelle 5.7) im wesentlichen entsprechen.

Aufgrund der Resultate läßt sich an dieser Stelle feststellen, daß für Geländeabschnitte mit mäßiger Steigung und ausgeprägter Bodenbedeckung (Bewaldung), der Einfluß der Geländeneigung auf die Genauigkeit eines X-Band Höhenmodells gegenüber dem Einfluß der Bedeckung eine untergeordnete Rolle spielt.

Für die SRTM C-Band Daten stellt sich das Ergebnis allerdings etwas anders dar. Hier ist mit steigendem Neigungsgrad eine Verschlechterung der Qualitätsparameter zu erkennen.

Lediglich für die mittlere Abweichung ist eine Verbesserung des Wertes um 0,41 m von der Klasse 0-10° zur Klasse 10-20° festzustellen. Auch für die Standardabweichung bei einem Sigma ist zwischen der Klasse 20-30° und 30-40° eine geringe Verbesserung des Wertes um 1,11 m festzustellen.

Daß im Gegensatz zu dem SRTM X-Band Höhenmodell bei dem 90 m C-Band Datenmodell mit Zunahme der Geländeneigung eine Abnahme der Qualität der Höheninformationen festzustellen ist, kann darauf zurückgeführt werden, daß zum einem durch die Erstellungs-methode des 90 m Höhenmodells eine „Glättung“ des Fehlers stattgefunden hat. Andererseits dringt das langwelligere C-Band Radar tiefer in Oberflächen ein, wodurch der Einfluß der Vegetation nicht so deutlich festgestellt werden kann.

Ob sich diese Ergebnisse für den Bereich Pfronten bestätigen lassen, soll im Folgenden gezeigt werden.

Untersuchungsgebiet Pfronten/Ostallgäu

Da das alpine Untersuchungsgebiet eine deutlich geringere Bodenbedeckung, insbesondere in den höher gelegenen Regionen, aufweist als die Region bei Michelstadt, kann hier deutlicher der reine Einfluß der Geländesteigung aufgezeigt werden.

War im Gebiet bei Michelstadt für den X-Band Sensor bei Steigungen bis 40° aufgrund der ausgeprägten Bewaldung keine aussagekräftige Änderung der Qualitätsparameter

5.2. 26BVerifizierung der zu untersuchenden Geländemodelle festzustellen, kann für das alpine Untersuchungsgebiet mit zunehmender Geländesteigung eine Verschlechterung der Qualität des Datensatzes erkannt werden. Weist die Genauigkeit bei einem Konfidenzintervall 90% für die Kategorie 0-10° den sehr guten Wert von 2,25 m auf, so beträgt für die Gebietsabschnitte mit einer Steigung von >70° dieser Wert 29,00 m.

Auch die Standardabweichung steigt um etwa den Faktor zehn von der niedrigsten Steigungskategorie (0-10°) mit 7,54 m auf 70,54 m für die Kategorie >70°.

Die mittlere Abweichung des X-Band Höhenmodells steigt kontinuierlich von minus 2,74 m auf minus 44,18 m an. Das negative Vorzeichen der mittleren Abweichung weist darauf hin, daß das betrachtete Höhenmodell gegenüber den Referenzdaten insgesamt zu hoch ist, was sich auf den Einsatz in der Luftfahrt unkritisch auswirken sollte.

Für das 90 m C-Band Höhenmodell konnte für das Untersuchungsgebiet bei Michelstadt im Gegensatz zu den X-Band Daten mit zunehmender Geländeneigung eine Verschlechterung der Qualität des Datenmaterials festgestellt werden. Vergleicht man jedoch die ermittelten Qualitätsparameter mit jenen des alpinen Untersuchungsgebietes, welches eine wesentlich dünnere Bodenbedeckung aufweist, wird deutlich, daß sich die Werte etwas unterscheiden, obwohl auch hier mit zunehmender Geländesteigung ein Qualitätsverlust einhergeht.

War die mittlere Abweichung in der Region bei Michelstadt positiv, also der C-Band Datensatz niedriger als die Referenz, so zeigt nun wie bei den X-Band Daten die mittlere Abweichung negative Werte, was darauf hinweist, daß auch hier der Datensatz insgesamt höher ist als die Bezugswerte.

Für die Standardabweichung bei einem Sigma ist auch hier ein Anstieg mit zunehmender Geländesteigung feststellbar. Zwar sind geringe Differenzen der Ergebnisse zwischen den beiden Untersuchungsgebieten zu erkennen, doch in einer Größenordnung, daß sich hier kein eindeutiger Bezug zu den Untersuchungsgebieten feststellen läßt.

Betrachtet man nun die ermittelten Werte für die Genauigkeit bei einem Konfidenzintervall 90% sieht man, daß die Werte für die Region Pfronten deutlich unter denen von Michelstadt liegen. Beträgt die Genauigkeit (90%) für die Steigungsklasse 0-10° in Michelstadt 9,95 m, so liegt diese für das Untersuchungsgebiet Pfronten bei nur 1,60 m. Für die Kategorie 30-40°

stehen 25,50 m in Michelstadt, 12,40 m in Pfronten gegenüber. Auch hier scheint die Vegetation sowie die Prozessierung der Daten einen derartigen Einfluß auf die Ergebnisse auszuüben, so daß sich der Einfluß der Geländeneigung im Untersuchungsgebiet Michelstadt nicht einwandfrei nachweisen läßt.

Vergleicht man nun die Ergebnisse für den X-Band und C-Band Sensor miteinander, läßt sich erkennen, daß für das 30 m Modell des kurzwelligen X-Band Sensor in Bereichen großer Neigung (> 30°) eine deutlich größere mittlere Abweichung feststellen läßt als für das 90 m C-Band Modell. Für die Steigungsklasse >70° beträgt der Unterschied für diesen Qualitäts-parameter zwischen den verschiedenen Höhenmodellen sogar 31,79 m. Auch für die Standardabweichung bei einem Sigma kann ein ähnlicher Zustand festgestellt werden. Hier beträgt die Differenz zwischen den beiden Sensortypen bei Steigungen >70° 28,29 m. Daß das 90 m Datenmodell des C-Band Sensors im Vergleich mit dem 30 m Modell des X-Band Sensors hinsichtlich dieser Qualitätsparameter deutlich bessere Ergebnisse liefert, kann auch hier auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß die C-Band Daten über eine Mittelung der Höhenwerte des ursprünglichen 30 m Höhenmodells erstellt wurden. Dadurch konnte der Fehler geglättet und der Einfluß stark abweichender Werte eliminiert werden.

Anders stellt sich das Ergebnis für die Genauigkeit bei einem Konfidenzintervall von 90%

dar. Für diesen, für die Luftfahrt aussagekräftigen Qualitätsparameter, liefert der X-Band Datensatz weitgehend identische Ergebnisse zum C-Band Höhenmodell. Der maximale Unterschied zischen den Sensortypen betragt 3,20 m in der Steigungsklasse 60-70°.

Vergleicht man nun die ermittelten Werte für die Genauigkeit (90%) mit den Anforderungen der RTCA für Area 2, wird deutlich, daß nur für Geländeabschnitte mit Steigungen bis zu 20°

die Anforderungen erfüllt werden können. Schon ab der Steigungsklasse 20-30° können die Vorgaben nicht mehr eindeutig eingehalten werden.

Die betrachteten Datensätze wären aufgrund der ermittelten Ergebnisse nicht geeignet, An- bzw. Abflüge auf Flughäfen in alpinem Gelände zu unterstützen. Aus diesem Grund soll an späterer Stelle untersucht werden, inwieweit aufgrund der gewonnenen Ergebnisse eine Manipulation der Datensätze vorgenommen werden kann, damit diese einen sicheren Betrieb eines Flugzeuges zulassen.