Bestimmung der Qualitätsparameter mit Hilfe von Kontrollpunkten

weiteren zu bewertenden Geländemodelle die Qualitätsparameter bestimmt. Neben ersten Einschätzungen zur Qualität der verschiedenen Datensätze ermöglicht diese Analyse die Ergebnisse, die auf einem Vergleich ganzer Datensätze beruhen, auf ihre Plausibilität hin zu prüfen.

5.2.1.1 Kontrollpunkt Verifizierung des HVBG Laser Höhenmodells (2000) Für eine Bewertung der Laserscanning Geländemodelle im zentralen Bereich des Unter-suchungsgebietes Michelstadt/Odenwald mit Hilfe von Kontrollpunkten, steht lediglich das Höhenmodell mit einem 10 m Stützstellenabstand zur Verfügung, welches durch die Befliegung der Firma Eurosense im Jahre 2000 gewonnen wurde. Die während der Vermessung im Jahr 2004 aufgezeichneten Gebiete liegen nur nördlich und südlich des durch die TUD erstellten Referenzoberflächenmodells vor. Für diese beiden zusätzlichen Bereiche stehen keine Kontrollpunkte zur Verfügung. Zur Verifizierung dieser Bereiche wurde auf die Erfassung von Paßpunkten vor Ort verzichtet, da so nur Bodenpunkte hätten gewonnen werden können. Demnach könnten nur Bereiche analysiert werden, die keine signifikante Bodenbedeckung aufweisen. Die Verifizierung dieser Gebiete soll später mit Hilfe des DGM5 Geländemodells durchgeführt werden.

Wie in Abschnitt 4.5.1 beschrieben, wurden die Kontrollpunkte auf das Geländemodell projiziert und die Differenzen zwischen den Höhenwerten ermittelt. Neben der Ermittlung der Qualitätsparameter, die alle Kontrollpunkte berücksichtigen, wurden auch die Genauigkeiten für die Bodenpunkte (2D) und die Nicht-Bodenpunkte (3D) bestimmt. Die Ergebnisse der Analyse des Datensatzes sind Tabelle 5.4 zu entnehmen.

Tabelle 5.4:Analyse Kontrollpunkt-Laser HLVA/Odenwald

Geländemodell max. Diff.

[m]

σ [m]

mittl. Abweichung [m]

Genauigkeit (90%) [m]

Laser gesamt 31,14 6,27 4,21 13,20 Laser 2D 3,16 0,75 0,76 1,25 Laser 3D 31,14 7,31 7,01 17,11

Es zeigt sich, daß dieser Datensatz bezüglich einer Abbildung der Bodenpunkte sehr gute Ergebnisse liefert. Hinsichtlich seiner Eignung als DOM bestehen jedoch deutliche Defizite.

Diese beruhen vermutlich auf der Tatsache, daß die LIDAR Befliegung in den Winter-monaten durchgeführt wurde und somit eine geringe Vegetationsdichte (z.B. Laubfreiheit) das Durchdringen der Strahlung ermöglichte. Ob sich diese Annahme bestätigen läßt, soll in weiteren Verifizierungsschritten untersucht werden.

5.2.1.2 Kontrollpunktverifizierung des SRTM X-Band Höhenmodells

Eine Kontrollpunktverifizierung der SRTM X-Band Daten erfolgte sowohl für das Unter-suchungsgebiet bei Michelstadt wie auch für den alpinen Geländeabschnitt bei Pfronten.

Neben einem ersten Eindruck über den Einfluß der Oberflächenbedeckung konnte somit auch ein Einblick in die Auswirkung der Geländesteigung gewonnen werden. Aus diesem Grund

wurde das Untersuchungsgebiet bei Pfronten in drei Bereiche aufgeteilt, die eine unter-schiedliche Charakteristik aufwiesen. Während das Gebiet am Aggenstein große Neigungs-wechsel aufweist, wurden Kontrollpunkte auf dem Kamm des Breitenberges aufgenommen, der in seinem Verlauf leichtes bis mittleres Gefälle aufweist. Zuletzt wurden die Referenz-daten im Bereich Pfronten/Meilingen eingemessen. Das dort vermessene Gebiet weist einen welligen Charakter ohne starkes Gefälle auf.

Die Ergebnisse der Kontrollpunktverifizierung der SRTM X-Band Daten können Tabelle 5.5 entnommen werden. Auch hier konnte für das Untersuchungsgebiet in der Umgebung von Michelstadt bei der Bestimmung der Qualitätsparameter mit Hilfe der Kontrollpunkte nach Bodenpunkten (2D) und Nicht-Bodenpunkten (3D) unterschieden werden.

Tabelle 5.5:Analyse Kontrollpunkt - SRTM X-Band Geländemodell

Geländemodell max. Diff.

[m]

σ [m]

mittl. Abweichung [m]

Genauigkeit (90%) [m]

Michelstadt/Odenwald

Gesamt 38,73 4,92 6,46 10,90

2D 11,83 3,41 3,53 7,90

3D 38,73 4,64 8,94 13,25

Pfronten/Ostallgäu

gesamt 51,67 9,33 4,45 12,50

Pfronten/Meilingen 10,45 3,89 0,08 3,30

Breitenberg 14,86 3,73 6,63 12,40

Aggenstein 51,67 21,89 7,42 33,00

Betrachtet man die errechneten Werte der X-Band Höhenmodell Verifizierung in Michelstadt, erkennt man, daß die geforderte Genauigkeit von 3 Metern bei einem Konfidenzintervall von 90% nicht erreicht werden konnte. Diese liegt für das gesamte Modell bei 10,90 m. Ein Blick auf den Mittelwert der Differenz (mittlere Abweichung) zwischen Untersuchungsgebiet und Referenzdaten zeigt, daß das Höhenmodell insgesamt 6,46 m niedriger ist als die durch die Kontrollpunkte abgebildeten wirklichen Höhen. Betrachtet man schließlich die Differenzen für die Nichtbodenpunkte, zeigt sich, daß auch hier die angestrebten Genauigkeiten mit einer mittleren Differenz von 3,53 m und einer Genauigkeit (90%) von 7,90 m nicht erreicht werden konnten. Wie zu erwarten war, weichen die Ergebnisse für die Nichtbodenpunkte noch wesentlich stärker von der Referenz ab. Hier beträgt die mittlere Differenz 8,94 m und die Genauigkeit bei einem Konfidenzintervall von 90% liegt bei 13,25 m.

Die Betrachtung der erhobenen Qualitätsparameter für das Untersuchungsgebiet bei Pfronten zeigt, daß die mittlere Abweichung um 2,01 m geringer (4,45 m) ist als im Untersuchungsgebiet Michelstadt. Allerdings weist die Genauigkeit (Konfidenzintervall 90%) einen Wert von 12,50 m auf, welcher nochmals um 1,60 m unter dem Wert des Odenwaldes liegt. Diese größere Ungenauigkeit läßt sich durch den Einfluß der Geländesteigung des alpinen Untersuchungsgebietes erklären. Diese Annahme scheint sich zu bestätigen, wenn die Qualitätsparameter des Untersuchungsgebietes Pfronten, unterteilt nach den einzelnen Geländeabschnitten, betrachtet werden. Hier zeichnet sich ab, daß mit einer zunehmenden Geländesteigung die Genauigkeit des Geländemodells signifikant abnimmt. Während in dem Abschnitt Pfronten/Meilingen eine Genauigkeit (Konfidenzintervall 90%) des Gelände-modells hinsichtlich der Referenz von 3,30 m erreicht werden konnte, betrug dieser Wert auf dem Breitenberg bereits nur noch 12,40 m. Auf dem Aggenstein mit seinen sehr großen Neigungswechseln betrug die Genauigkeit sogar nur 33,00 m.

5.2. 26BVerifizierung der zu untersuchenden Geländemodelle Zusammenfassend läßt sich nach der Kontrollpunktanalyse der SRTM X-Band Daten feststellen, daß die X-Band Höhenmodelle insgesamt niedriger sind als die Referenzwerte, die die wirklichen Gegebenheiten repräsentieren. Diese Tatsache läßt sich auf die Eigenschaften der Radarstrahlung zurückführen, welche die bestrahlten Oberflächen penetrieren (vgl.

Abschnitt 2.2.2). Besonders deutlich wird dies bei den Ergebnissen für die Nichtbodenpunkte, die zumeist Waldgebiete wiedergeben. Hier nimmt die Genauigkeit im Gegensatz zu den Bodenpunkten weiter ab. Weiterhin wird deutlich, daß auch die Geländeneigung einen deutlichen Einfluß auf die Genauigkeit der Höheninformationen hat. Inwieweit sich diese ersten Tendenzen nach der Kontrollpunktanalyse bestätigen lassen, soll später bei dem Vergleich von ganzen Geländemodellen, unter der Berücksichtigung der einzelnen Einfluß-faktoren, geprüft werden.

5.2.1.3 Kontrollpunktverifizierung des SRTM C-Band Höhenmodells

Wie für das X-Band Geländemodell wurden die Kontrollpunkte auf die C-Band Höhendaten projiziert. Die Ergebnisse dieser Analyse können Tabelle 5.6 entnommen werden.

Tabelle 5.6: Analyse Kontrollpunkt-SRTM C-Band Geländemodell

Geländemodell max. Diff.

[m]

σ [m]

mittl. Abweichung [m]

Genauigkeit (90%) [m]

Michelstadt/Odenwald

Gesamt 38,97 5,79 3,68 9,50

2D 12,14 3,26 -0,41 2,40

3D 38,97 5,23 7,08 10,70

Pfronten/Ostallgäu

Gesamt 100,15 17,4 12,76 24,0

Pfronten/Meilingen 14,05 4,70 -1,06 5,1

Breitenberg 38,47 9,06 17,78 24,5

Aggenstein 100,15 32,88 32,37 68,0

Für das Untersuchungsgebiet Michelstadt weisen die C-Band Daten eine größere Genauigkeit auf als das X-Band Höhenmodell. Die Genauigkeit (Konfidenzintervall 90%) für das gesamte Untersuchungsgebiet liegt bei 9,50 m. Für die Bodenpunkte beträgt diese 2,40 m und für die Nichtbodenpunkte 10,70 m. Für die Nichtbodenpunkte kann eine mittlere Abweichung von minus 0,41 m bestimmt werden. Dies bedeutet, daß das Höhenmodell für diese Bereiche höher liegt, als die Referenzwerte.

Für das Untersuchungsgebiet bei Pfronten sind die Ergebnisse im Vergleich zu den der X-Band Daten konträr. Hier liegt die Genauigkeit (Konfidenzintervall 90%) weit unter der des X-Bandes. Für den Abschnitt in Pfronten/Meilingen konnte eine Genauigkeit von 5,10 m, für den Breitenberg 24,50 und für den Aggenstein von 68,00 m errechnet werden Die hier ermittelten Werte sind somit in etwa doppelt so hoch wie jene des X-Band Geländemodells.

Nach einer ersten Analyse der C-Band Daten zeigt sich, daß für das Untersuchungsgebiet Michelstadt die Genauigkeit der Höheninformation größer ist als bei den X-Band Daten.

Dieses Ergebnis konnte nicht unbedingt erwartet werden, da wie in Abschnitt 2.2.2.1 beschrieben, mit einem stärkeren Eindringen der langwelligeren C-Band Mikrowellen in die Oberflächen zu rechnen war (vgl. Abschnitt 2.2.2). Die Tatsache, daß wie unter Abschnitt 4.3.1 beschrieben, das 90 m C-Band Höhenmodell durch Interpolation des 30 m Basismodells entstanden ist, konnte die zufälligen Störungen und Fehler vermindern. Diese Tatsache macht sich nun im Untersuchungsgebiet Michelstadt bemerkbar.

Für das Untersuchungsgebiet bei Pfronten zeigt sich, daß die Genauigkeiten für das C-Band Modell bei zunehmender Geländeneigung schlechtere Ergebnisse liefern. Inwieweit hierbei der Stützstellenabstand einen maßgeblichen Einflußfaktor für die gewonnenen Ergebnisse darstellen könnte, soll in den nachfolgenden Untersuchungen genauer bestimmt werden.