An example of the study area

Mit der Inbetriebnahme der neuen Generation von hochauflösenden Satellitensystemen wie z.B. IKONOS wird die Anwendung von Satellitendaten in vielen Bereichen deutlich an Attraktivität gewinnen. Obwohl eine erhöhte geometrische Auflösung bessere Interpretationsmöglichkeiten bietet und den Anteil der Mischpixel reduziert, nimmt die Varianz innerhalb einer Klasse zu, welche eine herkömmliche pixelbasierte Klassifikation erschwert. Eine alternative Methode hierzu ist die segmentbasierte Klassifikation. Zielsetzung dieser Arbeit ist es daher, einen Beitrag zum Einsatz von Daten der neuen Generation von hochauflösenden Satellitendaten für forstliche Zwecke zu liefern. Das Untersuchungsgebiet "PyeongChang" befindet sich in der Mitte der koreanischen Provinz "Kangwon-Do", die im östlichen Teil von Südkorea liegt. Als Untersuchungsmaterial wurden 35 infrarot-schwarz-weiß Luftbilder vom Oktober 1992, eine Landsat 5 TM Szene vom November 1992 und eine IKONOS-GEO Szene vom April 2000 herangezogen. Es wurde zunächst die Bereitstellung der Grundlagedaten für die Auswertung der Satellitendaten vorgestellt. Für die Herstellung des digitalen Geländemodells wird zuerst ein TIN Model mit Hilfe von Höhenlinien sowie von Höhenwerten einiger Berggipfel erstellt, welche aus der digitalen topographischen Karte gewonnen wurden. Danach wurden zwei DGM mit einer Rastergröße von 30m bzw. 1 m aus dem TIN Model abgeleitet. Das DGM wurde für die Orthorektifizierung und für die topographische Normalisierung der Landsat TM Daten eingesetzt. Für die digitale photogrammetrische Auswertung der Luftbilder wurden die Bilder mit einem einfachen Büro-Scanner digitalisiert und mit dem digitalen photogrammetrischen Auswertungssystem "Softplotter" ein Orthophotomosaik erstellt. Die Luftbild-Orthophoto und -Stereoauswertung diente zur Gewinnung der Paßpunkte für die Georeferenzierung und zur Gewinnung der Referenzdaten für die Klassifizierung. Weiterhin wurden die multispektralen und panchromatischen Daten von IKONOS durch eine IHS Transformation fusioniert. Für die Landsat TM-Daten wurde eine topographische Normalisierung mit der Minnaert-Konstante-Methode durchgeführt. Anschließend werden die geometrischen Korrekturen im Rahmen der Georeferenzierung beschrieben. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Erprobung verschiedener Georeferenzierungsmethoden und der Analyse ihrer Genauigkeit mit unabhängigen Kontrollpunkten für die hochauflösenden "IKONOS-Geo" Satellitendaten. Mit einer Orthorektifizierung wurde ein mittlerer Lagefehler von 9,5 m und eine maximale Abweichung von 24,6 m erreicht. Der Lagefehler von 14,8 m mit CE90 (Circular Error 90 %) liegt zwischen der Genauigkeit der von "Space Imaging (SI)" definierten Kategorien "Reference" und "Pro". Bei den Landsat TM-Daten ergab sich kein großer Unterschied zwischen einer polynominalen Transformation und einer Orthorektifizierung. Trotzdem zeigt die Orthorektifizierung etwas bessere Resultate. Die Klassifikation der Satellitendaten wurde sowohl durch die herkömmliche pixelbasierte Methode als auch durch die segmentbasierte Methode durchgeführt. Für die pixelbasierte Klassifikation wurde die "Maximum Likelihood" Methode herangezogen. Als segmentbasierte Klassifikation wurden die Methode der Mehrheitszuweisung sowie die "Maximum Likelihood" Klassifikation auf Segmentbasis verwendet. Anschließend wurden die verschiedene Ergebnisse anhand der Genauigkeit der Klassifikation miteinander verglichen und überprüft. Unter den verwendeten Verfahren wurde die Methode "segmentbasierte Maximum Likelihood Klassifikation" mit einer Gesamtgenauigkeit von ca. 82 % als best geeignete Methode zur Klassifikation der IKONOS-Daten ermittelt. Für die Landsat TM-Daten ergab sich die Methode der Mehrheitszuweisung als die am besten geeignete Methode mit einer Gesamtgenauigkeit von 90 %. Die Ergebnisse der Klassifikation wurden in Form einer Karte dargestellt. Aufgrund der Klassifikation der beiden Satellitenszenen konnte die Waldveränderung erfaßt werden. Da die beiden Klassifikationsergebnisse unterschiedliche geometrische und thematische Informationen beinhalten, wurden zuerst die beiden Datensätze durch eine Vorverarbeitung einheitlich gemacht. Anschließend konnten die Flächenveränderungen der zusammengefaßten Waldklasse sowie der Nichtwaldklasse angegeben werden. Insgesamt ist im Zeitraum von 1992 bis 2000 die Waldfläche um ca. 560 ha zurückgegangen.With the start of a new generation of high-resolution satellite systems, for example IKONOS, the use of satellite data will gain attraction in many fields of application. Although a raised geometrical resolution offers better possibilities of interpretation and reduces the mixed pixels, the variation of spectral values within a class increases, which causes difficulties for the classification with traditional pixel based methods. The aim of the study is to contribute to the utilization of the new generation of high resolution satellite data for forestry purpose. The study area "PyeongChang" is located in the middle of the Korean province "Kangwon-Do". 35 black and white infrared aerial photos from October 1992, a Landsat 5 TM scene from November 1992 and IKONOS Geo data from April 2000 were used as the study material. At first the preparation of the basic data, which have been used to analyse the satellite data was presented. To produce a digital terrain model a TIN model was calculated with the contour lines and height values of some summit of mountain from the digital topographic map. From the TIN two DEM, one with a raster size of 30 m and the other with a raster size of 1 m, were derived and used for the orthorectification and for the topographic normalization. The aerial photos were scanned with a simple desktop scanner to produced a orthophotomosaic with the digital photogrammetric system "Softplotter". The orthophoto and stereoanalysis were used to extract ground control points (GCP) for the georeferencing of the IKONOS and Landsat TM and to extract the so-called "Ground Truth" data for the classification of the Landsat TM. Furthermore the multispectral and panchromatic data of IKONOS were fused with a IHS transformation. The topographic normalization was carried out with the Minnaert constant method. The geometric corrections are described within the process of the georeferencing. The emphasis lies on the test of different methods of georeferencing and the analysis of their accuracy with independent control points for the high resolution "IKONOS Geo" satellite image. With an orthorectification a RMSE of 9.5 m and a maximum error of 24.6 m was reached. The obtained positional error of 14.8 m with CE90 (Circular Error 90 %) lies between the accuracy of the data quality categories "Reference" and "Pro" defined by "Space Imaging (SI)". Though no great difference between a polynominal transformation and an orthorectification was found the orthorectification shows little better results for the Landsat TM data. The classification of the satellite images was carried out with both the common pixel based method as well as the segment based method. For the pixel based classification the maximum likelihood classification was used. As the segment based classification the method of majority assignment and segment based maximum likelihood classification was employed. The results of the different classification methods were compared and evaluated by means of the accuracy of classification. Among all used methods the "segment based maximum likelihood classification" proved as the best suitable method for the classification of the IKONOS data with an overall accuracy of ca. 82 %. For the Landsat TM the method of majority assignment resulted as the best suitable method with an overall accuracy of 90 %. The results of the classification are presented as a map. A change detection analysis was carried out based on the results of two classifications. Since the two classification results include different geometrical and thematic information, the two data records were first unitised and than the changes could be presented in terms of forest and non-forest. The forest area was reduced in the period from 1992 to 2000 for approx. 560 ha