Um einen ersten Überblick über die im Untersuchungsgebiet vorkommenden Landschaftselemente zu bekommen, wurde eine visuelle Interpretation der Landsat-TM-Szenen durchgeführt. Für das Erkennen der Landschaftselemente spielen verschiedene Faktoren wie Helligkeit, Farbton, Form, Größe der Objekte, Objektmuster, Textur und die Erfahrung des Interpreten eine Rolle. (ALBERTZ, 1991: 107ff, LAUSCH, 2000: 50)
Zur Erfassung der städtischen Landschaftselemente erwies sich die Kanalkombination 4-3-5 als besonders gut geeignet. (HEINZ, 1998A: 38) Bei dieser Kombination wird dem Kanal 4 die Farbe Rot, dem Kanal 3 die Farbe Blau und dem Kanal 5 die Farbe Grün zugeordnet. Infolgedessen er-scheinen die Flächen der Vegetation in roten Farbtönen, während die Siedlungsbereiche in Blautö-nen in Erscheinung treten. Die Inhomogenität der InBlautö-nenstädte Halle und Leipzig trat bei dieser Kanalkombination durch eine Vielzahl an unterschiedlichen blauen und braunen Farbtönen in Er-scheinung. Die geringe Homogenität der städtischen Bereiche wurde durch die relativ homogenen Vegetationsflächen des Umlandes verstärkt, so daß die bebauten Flächen visuell gut vom Umland getrennt werden konnten. Da die Außenbereiche der Städte Leipzig und Halle z.T. durch eine lok-kerere Bebauung (Ein- bis Zweifamilienhäuser) gekennzeichnet sind, konnte die Abgrenzung zwi-schen Stadt und Umland an diesen Stellen nur grob abgeschätzt werden. Über die unterschiedlichen Anteile der rötlichen Pixel innerhalb der Städte konnte ein erster Eindruck über den Grad der Ver-dichtung gewonnen werden. Hierbei stellte sich heraus, daß ein deutlicher VerVer-dichtungsgradient von den verdichteten Kernstädten zum zunehmend locker besiedelten Umland ausgeht. In der TM-Szene von 1992 traten in den äußeren Zonen der Städte verstärkt hellblaue Pixel auf. Diese gaben einen Hinweis darauf, daß sich die Siedlungserweiterungen z.T. noch in der Bauphase befanden.
LAUSCH (2000) sieht in der visuellen Interpretation gegenüber der digitalen Klassifikation folgende vier Vorteile:
Bei Landschaftsstrukturen, die ein komplexes Muster aufweisen, geraten automatische Verfah-ren aufgrund von begVerfah-renzter geometrischer, spektraler und radiometrischer Auflösung schnell an ihre Grenzen.
Die visuelle Interpretation ist gegenüber radiometrischen Verfälschungen der Bilddaten weit-gehend unempfindlich.
Bei der Durchführung eines Monitorings können Fehlergrößen, die sich aus der Phänologie oder Nutzungsänderung landwirtschaftlicher Strukturen ergeben, reduziert werden.
Es ist die Abgrenzung von zusätzlichen Klassen möglich, die unter der Anwendung automati-scher Verfahren der Klassifikation nur im begrenzten Maße realisierbar ist.(LAUSCH, 2000:
50)
Aufbereitung der Ausgangsdaten
Die visuelle Interpretation hat bei der Ermittlung der landschaftsbeschreibenden Elemente den Nachteil, daß keine Möglichkeit besteht die vorhandenen Landschaftselemente in digitaler Form zu registrieren. Da die digitale Erfassung der Landschaftselemente für die Quantifizierung der Land-schaftsstruktur eine wesentliche Voraussetzung darstellt, wurde, aufbauend auf den Erfahrungen der visuellen Interpretation, eine Klassifikation der Landsat-TM-Szenen durchgeführt.
7 Digitale Erfassung der Landschaftselemente
7.1 Grundlagen der KlassifikationZur Erfassung der Landschaftsstruktur und ihre Veränderung ist die Umwandlung der Satellitenbil-der in einen thematischen Datensatz erforSatellitenbil-derlich. Die multispektrale Klassifikation, bei Satellitenbil-der die Zusammenfassung von Bildinhalten zu einheitlichen Klassen erfolgt, stellt das wichtigste Instru-ment für die Transformation der Satellitendaten in thematische Informationen dar. „The overall objective of classification procedures is to automatically categorize all pixels in an image into land cover classes or themes“.(LILLESAND & KIEFER, 2000: 532) Alle Klassifikationsmethoden beru-hen auf der Annahme, daß die Elemente einer Klasse ein ähnliches spektrales Verhalten aufweisen.
(CAMPELL, 1996: 313, HIKLDEBRAND, 1996: 526, JENSEN, 1996: 197ff) Im Rahmen der Klassifi-kation von Satellitenbildern kommt der Definition des Begriffs „Landnutzung“ (land-use) ein hoher Stellenwert zu. Unter Landnutzung wird die „Inanspruchnahme von Grund und Boden durch die menschliche Gesellschaft“ verstanden. (BASTIAN & SCHREIBER, 1994: 162) Bei der Erfassung der Oberflächenstrukturen aus Fernerkundungsdaten mit Hilfe von Klassifikationsverfahren wird je-doch nicht die Landnutzung, sondern vielmehr die Landbedeckung (land-cover) erfaßt. (LAUSCH &
MENZ, 1999: 187) „ For example, a state park may be used for recreaction but have a diciduous forest cover“. (COWEN & JENSEN, 1999: 614)Da durch funktionale Flächennutzungsarten nicht die Flächennutzung, sondern die Landbedeckung erfaßt wird, ist die Verwendung des Begriffs „Land-nutzung“ im Zusammenhang mit der Klassifikation der TM-Daten in der vorliegenden Arbeit im-mer im Sinne der Landbedeckung zu verstehen.
Grundsätzlich lassen sich die Verfahren der automatischen Klassifikation in zwei Gruppen eintei-len; unüberwachten Verfahren stehen überwachte Klassifikationsmethoden gegenüber. Die un-überwachten Klassifikationen laufen ohne die Einflußnahme des Anwenders auf der Basis von mathematischen Beziehungen ab, d.h. die einzelnen Bildelemente werden den verschiedenen Spektralklassen mit Hilfe von Clusteranalysen zugewiesen. Der einer Clusteranalyse zugrunde liegende Algorithmus beinhaltet ein Abstandsmaß, anhand dessen die Zuordnung der Bildelemente zum nächstgelegenen Cluster erfolgt. Es ist Aufgabe des Anwenders, nach der durchgeführten Klassifikation den gebildeten Clustern eine Bedeutung zuzuordnen. Dieser Arbeitsschritt wird von einigen Autoren als Nachteil beschrieben. (HILDEBRANDT, 1996: 541f, RICHARDS, 1993: 231, VOGT, 1990: 102) Die unüberwachte Klassifikation bietet jedoch den Vorteil, das sie nicht vom Anwender manipuliert werden kann. (CAMPELL, 1996: 318) Eingesetzt werden unüberwachte Klassifikationen in der Regel nur dann, wenn keine Referenzdaten des Untersuchungsgebiets vor-handen sind. Darüber hinaus sind unüberwachte Klassifikationen häufig Bestandteil von komple-xen Klassifikation mit mehreren Hierarchieebenen. (HILDEBRANDT, 1996: 541f) Innerhalb der
Digitale Erfassung der Landschaftselemente
vorliegenden Arbeit wurde die unüberwachte Klassifikation dazu eingesetzt, die spektral sehr ähn-lichen Klassen „Siedlungen mit geringer Verdichtung“, „Siedlungen mit mittlerer Verdichtung“
und die „städtischen Grünflächen“ von einander zutrennen. (vgl. Kap.7.2.3)
Im Gegensatz zur unüberwachten Klassifikationsmethoden hat der Anwender bei überwachten Methoden einen entscheidenden Einfluß auf die Erstellung der Landbedeckungsklassen. Zur Durchführung einer überwachten Klassifikation sind genaue Kenntnisse über das Untersuchungs-gebiet nötig, da die unterschiedlichen Bildelemente den verschiedenen Klassen zugeordnet werden müssen. Eine überwachte Klassifikation setzt sich aus folgenden Arbeitsschritten zusammen:
1. Erstellung eines Klassifikationsschlüssels 2. Auswahl der Trainingsgebiete für alle Klassen 3. Signaturanalyse der Musterklassen
4. Klassifikation des gesamten Bildes 5. Beurteilung der Ergebnisse
Bei der überwachten Klassifikation werden verschiedene Ansätze unterschieden, wie z.B. der Mi-nimum-Distance-, Maximum Likelihood- oder Quader-Klassifikator. Der wesentliche Unterschied besteht in der Zuordnung der Bildelemente zu den verschiedenen Klassen. Diese kann entweder auf Grundlage von geometrischen Maßen oder über die größte Wahrscheinlichkeit anhand einer Ver-teilungsfunktion erfolgen. (KRAUS, 1990: 543ff, QUIEL, 1986: 27) Das am häufigsten eingesetzte Verfahren ist die Maximum-Likelihood-Klassifizierung. Diese Methode, die zwar einen erhöhten Rechenaufwand erfordert, hat den Vorteil „einer Minimierung des Zuordnungsfehlers auch in den Überschneidungsbereichen des Merkmalsraumes“. (VOGT, 1988: 106) Da der Maximum-Likelihood-Klassifikator auch in dieser Arbeit Anwendung fand, werden seine wesentlichen Merkmale im folgenden kurz charakterisiert. Auf eine genauere Darstellung der anderen Klassifi-kationsansätze wird an dieser Stelle verzichtet und auf die Fachliteratur verwiesen. (z. B.
HILDEBRANDT 1986: 533FF, LILLESAND & KIEFER 2000: 534FF)
Der Maximum-Likihood-Klassifikator berechnet die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Bildelement einer bestimmten Klassen angehört, anhand der statistischen Beschreibung einer Stichprobe durch den Mittelwert und die Kovarianzmatrix. Für die Grundgesamtheit werden Mittelwert und Kovari-anzmatrix aus der Stichprobe (Trainingsgebiete) geschätzt. Zur Schätzung der Grundgesamtheit wird von einer Normalverteilung der Spektralwerte der jeweiligen Klassen ausgegangen. Wie in Abbildung 9 ersichtlich, werden auf Grundlage der geschätzten Werte Linien gleicher Wahrschein-lichkeit um eine Klasse im Merkmalsraum gebildet. Anhand dieser Linien erfolgt die Zuordnung der Bildelemente zu der Klasse, der sie mit der größten Wahrscheinlichkeit angehören. (CAMPELL,
1996:338f, HILDEBRAND, 1996: 540, JENSEN. 1996: 229ff, LILLESAND & KIEFER 2000: 541ff, MATHER, 1999: 181, QUIEL, 1986: 27, RICHARDS, 1993: 183, VOGT, 1988: 106)
Abbildung 9: Equiprobability contours defined by a maximum-likelihood classifier Quelle: LILLIENSAND & KIEFER, 2000: 543
7.2 Hierarchische Klassifikation der Landsat-TM-Szenen
7.2.1 Klassifikationsschlüssel
Der Klassifikationsschlüssel dient der Festlegung der Klassen, die in der Analyse der Landnutzung erfaßt werden sollen. Er stellt somit die Basis für die Umwandlung der Satellitendaten in themati-sche Informationen dar. Bei der Vergabe der Nomenklatur sollten folgende vier Grundsätze be-rücksichtigt werden:
Räumliche Kohärenz: Die Nomenklatur muß, um Vergleiche zwischen den jeweils gewonne-nen Ergebnissen ziehen zu köngewonne-nen, auf unterschiedliche Regiogewonne-nen übertragbar sein..
Thematische Kohärenz: Alle auftretenden Bodenbedeckungen sollten durch die Nomenklatur erfaßt und gleichzeitig Mehrfachbelegungen ausgeschlossen werden.
Digitale Erfassung der Landschaftselemente
Zeitliche Kohärenz: Das Ergebnisbild muß den derzeitigen Zustand erfassen und darf keine Übergangsklassen oder frühere bzw. spätere Zustände einbeziehen.
Konsistenz in der Gliederung: Durch einen hierarchischen Aufbau der Nomenklatur wird die Möglichkeit einer späteren Zusammenfassung bzw. Untergliederung entsprechend neuen Fra-gestellungen, die sich in neuen Zusammenhängen ergeben können, geschaffen. (CESD-COMMUNAUTAIRE 1995: 3 zitiert nachROßNER, 2000: 40 & SPITZER, 1996: 43)
Die Festlegung des Klassifikationsschlüssels dieser Arbeit erfolgte aufgrund folgender Überlegun-gen:
Da der Schwerpunkt der Arbeit auf den Stadtstruktur und ihrer Veränderung zwischen 1992 und 1999 liegt, sollten vor allem Siedlungsflächenerweiterungen und Veränderungen der Grün-und Agrarflächen erfaßt werden.
Der Klassifikationsschlüssel sollte einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen, so daß sowohl die Klassifikation als auch die Interpretation der Landnutzung mit einem hohen Grad an Si-cherheit durchgeführt werden kann. Deshalb wurde die Differenzierung der Siedlungsbereiche nur in Form von drei Abstufungen der Verdichtung vorgenommen.
Da der Prozeß der Suburbanisierung zu Beginn der 1990er Jahre einsetzte, befanden sich einige Bauvorhaben zwischen 1992 und 1999 noch im Bauzustand. Aus diesem Grund wurde die Klasse „Flächen ohne Vegetation“ mit in den Klassifikationsschlüssel aufgenommen. Diese Klasse umfaßt neben den landwirtschaftlichen Brachflächen auch im Bau befindliche Grundstücke. (vgl. Tab. 5)
Der verwendete Klassifikationsschlüssel wurde in Anlehnung an eine bereits bestehende Klassifi-kation der Stadt Leipzig erstellt (HEINZ, 1999: 48ff), da die dort verwendeten Klassen den oben beschriebenen Anforderungen entsprachen. Auf eine gesonderte Ausweisung der Klasse „Groß-blockbebauung“ wurde jedoch verzichtet. Der Klassifikationsschlüssel weist einen hierarchischen Aufbau auf. Die Klassifikation basiert auf den Hauptklassen, so daß insgesamt neun verschiedene Landbedeckungsklassen ausgewiesen wurden. Die Begrenzung der Klassifikation auf einige weni-ge Hauptklassen findet ihre Begründung in dem räumlichen Auflösungsvermöweni-gen des TM-Sensors von 30m. Diese läßt eine detailliertere Erfassung von Subklassen nicht zu.
Hauptklasse Unterklasse 1 Unterklasse 2
2. Waldflächen Naturnahe Wälder
Laubholzforste Feldgehölze
Lineare Gehölzstrukturen 3. Sonstige Grünflächen Wiesen
Weiden
städtische Grünanlagen
4. Acker- und Grünland Ackerflächen unterschiedlicher Anbaupflanzen Grünland
Nutzgärten
5. Flächen ohne Vegetation Ruderale Kraut- und Staudenfluren Gehölzbestimmte Brachen
Innerstädtische (bauliche) Brachflächen 6. Siedlung mit hoher Verdichtung Innenstadt (City)
Ortskernbereiche Industrieflächen Blockbebauung 7. Siedlung mit mittlerer Verdichtung Blockrandbebauung
Zeilenbebauung Gemischte Bauflächen 8. Siedlung mit geringer Verdichtung Einzelhausbebauung
Villen mit parkartigen Gärten
Die Auswahl der Trainingsgebiete hat einen entscheidenden Einfluß auf die Qualität der Klassifi-zierung und sollte folglich mit Sorgfalt durchgeführt werden. Bei der Festlegung der Trainingsge-biete sind nach SCHUMACHER (1991) im wesentlichen vier Kriterien zu beachten:
1. Homogenität: Die Trainingsgebiete sollten nur aus Pixel einer Klasse bestehen und bei An-wendung des Maximum-Likelihood-Klassifikators unimodal und normalverteilt sein.
2. Repräsentativität: Die Gesamtheit der in den Trainingsgebieten vereinigten Pixel soll die Klassen vollständig repräsentieren. Daher ist eine hinreichend große Anzahl von Trainingsge-bieten erforderlich.
3. Identifizierbarkeit/Trennbarkeit: Die Daten einer Klasse sollen sich deutlich von anderen Klassen unterscheiden.
4. Größe: Die Anzahl der Pixel der Trainingsgebiete muß mindestens der Anzahl der verwende-ten Kanäle + 1 entsprechen, damit die Pixel eines Trainingsgebietes im Spektralbereich linear unabhängig sind und keine singulären Kovarianzmatrizen entstehen. (SCHUMACHER, 1991:
39ff VGL. AUCH LILLESAND & KIEFER, 2000: 544ff, VOGT, 1988: 106)
Digitale Erfassung der Landschaftselemente
Die Festlegung der Trainingsgebiete erfolgte über das in ERDAS IMAGINE implementierte „Re-gion Growing Seed“ Tool. Dieses bietet dem Anwender die Möglichkeit ein Abstandsmaß festzu-legen, mit dem die umliegenden Bildelemente eines ausgewählten Pixels auf ihre spektrale Eigen-schaft überprüft werden. Die Verwendung dieses Tools gewährleistet eine möglichst homogene Zusammensetzung der Testgebiete. Deshalb muß von Seiten des Anwenders auf die Erfassung sämtlicher spektraler Variationen einer Landbedeckungsklasse geachtet werden.
Um sicher zu gehen, daß die ausgewählten Testflächen eine hinreichende Größe aufweisen, wurde eine Mindestgröße festgelegt. Über die „Eliminate-Funktion“ von ERDAS IMAGINE konnten die Flächen, die diese Mindestgröße nicht erreichten, eliminiert werden. Um eine realistische Abbil-dung der Trainingsgebiete zu erlangen, mußten die Mindestgrößen für die einzelnen Klassen ge-sondert festgelegt werden und konnte nicht für alle Klasse gleich definiert werden. Vor allem für die Klassen „Wald“, „Acker“, „Flächen ohne Vegetation“, „Tagebau“ und „Gewässer“ erwies sich eine Mindestgröße von 500 Pixeln als sinnvoll. Bei dieser Größe der Trainingsgebiete enthielten die Signaturen keine Übergangsklassen,. so daß eine bessere Trennbarkeit der Klassen realisiert werden konnte. Aufgrund der kleinräumigen Strukturen der restlichen vier Klassen „sonstige Grün-flächen“, „Siedlung mit hoher, mittlerer und geringer Verdichtung“ wurde mit einer kleineren Pi-xelanzahl von 100 Pixeln ein besseres Ergebnis erzielt. Über die geringere PiPi-xelanzahl innerhalb der Trainingsgebiete dieser vier Klassen, sollte eine detailliertere Zuweisung der Klassen erreicht werden, und so die städtische Struktur so genau wie möglich erfaßt werden. Im weiteren Verlauf der Klassifikation zeigte sich, daß auch mit dieser geringen Pixelanzahl lediglich die Klasse
„Siedlungsflächen mit hoher Verdichtung“ eindeutig klassifiziert werden konnte. Die restlichen drei Klassen wiesen so ähnliche spektrale Eigenschaften auf, daß eine Trennung anhand der Trai-ningsgebiete nur mit einem unbefriedigendem Ergebnis möglich war. Deshalb wurden diese Klasse gesondert einer unüberwachten Klassifikation unterzogen. Die Überprüfung der Ergebnisse anhand von Luftbildern zeigte deutlich bessere Ergebnisse.(vgl. Kap. 7.3) Ähnliche Resultate wurden auch von HEINZ bei einer Klassifikation einer Spot-XS Szene des Stadtbereichs von Leipzig erzielt.
(HEINZ 1999: 48ff)
7.2.3 Signaturanalyse
Die Signaturen der Trainingsgebiete wurden zunächst in Hinblick auf ihre spektrale Verteilung überprüft. Da eine Maximum-Likelihood-Klassifikation durchgeführt werden sollte, wurde vor allem auf eine Normalverteilung der Spektralwerte geachtet. Ebenfalls wurden die Statistiken der einzelnen Trainingsgebiete untersucht. Die Auswertung basierte auf den Mittelwerten, den Stan-dardabweichungen sowie dem Minimum und Maximum der Grauwerte. Die größte Streuung der
Bänder hinwies. Innerhalb ERDAS IMAGINE besteht die Möglichkeit, die Verteilung der Grau-werte in Form von Signaturdiagrammen darzustellen. Über diese Verteilung kann eine erste Ab-schätzung vorgenommen werden, inwieweit bestimmte Klassen trennbar sind oder nicht. Anschlie-ßend wurden die Signaturen der einzelnen Landnutzungsklassen mit Hilfe der Ellipsendarstellung im Feature Space auf Überschneidungen analysiert. Schlecht gewählte Testgebiete konnten so er-mittelt und eliminiert werden. In Abbildung 10 ist exemplarisch die Ellipsendarstellung, mit dreifa-cher Standardabweichung, für die Klassen „Wald“ und „Gewässer“ sowie für die Klassen „Sied-lungen mit mittlerer Verdichtung“ und „Sied„Sied-lungen mit geringer Verdichtung“ für die Kanäle 3(Rot) und 4 (Nahes Infrarot) dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die beiden Klassen
„Wald“ und „Gewässer“ keine Überschneidungen aufweisen, wohingegen die Klassen „Siedlungs-flächen mit mittlerer Verdichtung“ und „Siedlungs„Siedlungs-flächen mit geringer Verdichtung“ deutliche Überschneidungen aufweisen. Darüber hinaus stellt ERDAS IMAGINE unterschiedliche Trenn-barkeitsanalysen zur Verfügung, die auf verschiedenen Distanzmaßen beruhen. In dieser Arbeit wurde die Jeffries-Matusita-Distanz gewählt, die zur Berechnung der Trennbarkeit sowohl die Mittelvektoren als auch die Kovarianzmatrix verwendet. (RICHARDS, 1993: 244f) Die Jeffries-Matusita-Distanz weist einen Wertebereich von 0 bis 1414 auf, wobei der Wert 0 eine Untrennbar-keit, der Wert 1414 eine maximale Trennbarkeit der spektralen Signaturen beschreibt. Die Trenn-barkeitsmaße sind im Anhang (Kap. 13.1) für alle Klassifikationsstufen dargestellt. Über die Ana-lyse der Überschneidungen im Feature Space und die TrennbarkeitsanaAna-lyse wurden die eindeutig trennbaren Klassen ermittelt und ausmaskiert. (vgl. Kap. 7.2.3)
7.2.4 Durchführung der hierarchischen Klassifikation
Für die Durchführung der Klassifikation wurde eine hierarchische Vorgehensweise gewählt, da diese bereits von anderen Autoren (VGL. HEINZ, 1996: 11, HEINZ, 1999: 28, LAUSCH, 2000:36) als bestes Klassifikationsverfahren für den Untersuchungsraum ermittelt wurde. Die Zuordnung der Klassen erfolgt bei einer hierarchisch strukturierten Klassifikation nicht in einem Klassifikations-schritt, sondern basiert auf mehren Einzelentscheidungen. Sie kann deshalb als ein interaktiver und stufenweise ablaufender Prozeß beschrieben werden. (ALBERTZ, 1991:146, HILDEBRANDT 1996:
543ff)
Nach LAUSCH (2000) zeichnen sich die Vorteile dieser Vorgehensweise durch folgende vier Punkte aus:
Das Verfahren ist im Vergleich zu anderen Vorgehensweisen sehr flexibel, da für jede Einzel-entscheidung die günstigste Kanalkombination gewählt werden kann.
Die verbleibenden Grauwerte einer Klasse werden neu aufgespreizt (Stretch), was eine leichte-re Diffeleichte-renzierung der Landnutzungsklassen ermöglicht.
Fehlzuweisungen der Klassen können durch Maskierung und erneutes Aufspreizen der restli-chen Grauwerte selektiv erkannt werden.
Die Erfahrung des Anwenders kann bei der Erfassung der Klassen besser eingebracht werden.
(LAUSCH, 2000: 37)
Bei der Klassifikation des Untersuchungsgebietes wurden mehrere überwachte und unüberwachte Klassifikationsschritte miteinander verbunden. Da die Siedlungsklassen ähnliche spektrale Eigen-schaften wie die Tagebaugebiete aufwiesen, bot es sich an, mit Hilfe einer vektoriellen Abgrenzung die Siedlungsbereiche vom Umland zu trennen und die für die Klassifikation störenden Konkur-renzobjekte getrennt zu klassifizieren. Die vektorielle Maskierung der Siedlungsbereiche erfolgte auf der Grundlage der TM-Szene vom 30.04.1999. Die Bebauungsmaske und die Umlandmaske wurden mit der Vektor-zu-Raster-Transformation erstellt und im Anschluß getrennt von einander klassifiziert. In einem ersten Schritt wurden die Landnutzungsklassen klassifiziert, die sich in ihren spektralen Eigenschaften eindeutig voneinander trennen ließen. So konnten sowohl für die Sied-lungs- als auch für die Umlandbereiche die Klassen „Wald“ und „Wasser“ eindeutig von einander getrennt werden. Für die weitere Analyse wurden diese von den restlichen Klassen ausmaskiert, so daß nur die sogenannten Problemklassen in den nächsten Klassifikationsschritt einbezogen wurden.
Aus Anhang 13.1 geht eindeutig hervor, daß die Klassen „sonstige Grünflächen“ und „Siedlungs-bereiche mit mittlerer und geringer Verdichtung“ sehr ähnlich spektrale Eigenschaften aufweisen.
Infolgedessen konnte eine zufriedenstellende Klassifikation anhand der überwachten Methode
Digitale Erfassung der Landschaftselemente
nicht erreicht werden. Aus diesem Grund wurden die drei verbleibenden Klassen einer unüber-wachten Klassifikation unterzogen. Hierbei wurden zunächst neun Klassen ausgewiesen. Diese wurden über den Vergleich mit den Referenzdaten zu den drei gewünschten Klassen zusammenge-faßt. Nach HEINZ (1999) wird durch diese Vorgehensweise „ein Maximum an Information unter-schiedlicher, für das Erkennen von Urbanisierungsprozessen relevanter Oberflächenbedeckungen bei der Klassifikation aus den Rohdaten extrahiert“.(HEINZ, 1999: 28)
Zusammenfassend ist die Methodik der Klassifikation noch einmal in Abbildung 11 dargestellt.
Abbildung 11: Klassifikationsmethode Quelle: eigener Entwurf
7.2.5 Überprüfung und Beurteilung der Klassifikationsergebnisse
Der Klassifikation folgte eine Beurteilung der Klassifikationsgenauigkeit. Zur Bestimmung der Güte der Gesamtklassifikation werden im allgemeinen stichprobenartige Überprüfungen vorge-nommen, wobei man generell zwischen zwei Methoden unterscheidet. Die erste Verfahren beruht
Klassifikationsmethode
Landsat-TM Szene vom 28.05.1992 und 30.04.1999
Maskierung der Siedlungsgebiete
Umlandbereiche Siedlungsbereiche
Überwachte Klassifikation 1. Stufe
Maskierung der Klassen
Wald & Gewässer Restliche Klassen
Überwachte Klassifikation 2. & 3. Stufe
Maskierung der Klassen
Flächen ohne Vegetation
Grün- und Ackerland
Tagebauflächen
Siedlung hohe Verdichtung
Problemklassen der Siedlungsbereiche:
Sonstige Grünflächen
Siedlung geringe Verdichtung
Siedlung mittlere Verdichtung
Aggregation aller Land-Cover Klassen
Unüberwachte Klassifikation
auf der richtigen Zuweisung der Trainingsgebiete zu den verschiedenen Landbedeckungsklassen.
Aus dieser Vorgehensweise resultiert jedoch eine unrealistisch hohe Genauigkeit. In der vorliegen-den Arbeit wurde die zweite Methode angewandt, welche die Klassifikationsgenauigkeit mit Hilfe von Zufallspunkten beurteilt. (CAMPELL, 1996: 375ff, HILDEBRANDT, 1996: 553ff, LILLESAND &
KIEFER, 2000: 568ff)
Im Programm ERDAS IMAGINE stehen zur Festlegung der Zufallspunkte drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einem können die Punkte zufällig, d.h. ohne Anwendung einer Regel ermittelt werden. Bei der zweiten Zuordnung entspricht die Anzahl der Zufallspunkte dem jeweiligen Flä-chenanteil der unterschiedlichen Klassen, und bei der letzten Möglichkeit erhält jede Klasse die gleiche Anzahl an Zufallspunkten. Für die Beurteilung der Klassifikationsergebnisse wurde, um eine rein zufällige Verteilung der Punkte zu erzielen die erstgenannte Möglichkeit gewählt. Für beide Klassifikationen wurden 152 Punkte gesetzt, deren wirkliche Nutzung dann anhand von to-pographischen Karten, Luftbildern und den Biotoptypenkartierungen der beiden Bundesländern Sachsen und Sachsen-Anhalt überprüft wurden. Das Ergebnis kann im Anschluß in Form einer Error-Matrix dargestellt werden. (vgl. Anhang (Kap. 13.3))
Im Programm ERDAS IMAGINE stehen zur Festlegung der Zufallspunkte drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einem können die Punkte zufällig, d.h. ohne Anwendung einer Regel ermittelt werden. Bei der zweiten Zuordnung entspricht die Anzahl der Zufallspunkte dem jeweiligen Flä-chenanteil der unterschiedlichen Klassen, und bei der letzten Möglichkeit erhält jede Klasse die gleiche Anzahl an Zufallspunkten. Für die Beurteilung der Klassifikationsergebnisse wurde, um eine rein zufällige Verteilung der Punkte zu erzielen die erstgenannte Möglichkeit gewählt. Für beide Klassifikationen wurden 152 Punkte gesetzt, deren wirkliche Nutzung dann anhand von to-pographischen Karten, Luftbildern und den Biotoptypenkartierungen der beiden Bundesländern Sachsen und Sachsen-Anhalt überprüft wurden. Das Ergebnis kann im Anschluß in Form einer Error-Matrix dargestellt werden. (vgl. Anhang (Kap. 13.3))