Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

1.3. EIN BEISPIEL – DEFINITION DER ANFORDERUNGEN 19
geben, auf der Hochöfen und andere stationäre Wärmeproduzenten eingetragen sind, so dass
zumindest an diesen Stellen ein Infrarotsignal nicht als Waldbrand identifiziert wird.
§ 44 Bei der Instrumentspezifikation (Pkt. 3) sind wichtige Gesichtspunkte das räumliche
und das spektrale/thermische Auflösungsvermögen. Auf Grund der verwendeten großen Wellenlängen
haben Sensoren im thermischen Infrarot ein schlechteres Auflösungsvermögen als
solche im sichtbaren: größenordnungsmäßig 100 m im thermischen IR vergleichen mit größenordnungsmäßig
10 m im sichtbaren Bereich des Spektrums für die Instrumente der 1980er.
Heute sind die absoluten Werte in beiden Spektralbereichen deutlich geringer, aber immer
noch gilt: eine Kamera im sichtbaren Bereich des Spektrums erkennt den Ort in unserem
Beispiel genauer als ein IR-Sensor. 12 Sie muss ihn auch genauer erkennen, da die Flammen
im sichtbaren Bereich (insbesondere wenn unter der Rauchwolke verborgen) einen geringeren
Kontrast mit der Umgebung bilden als es die Wärmequelle im IR tut. Daher können Flammen
im sichtbaren erst entdeckt werden, wenn sie einen großen Teil des durch die Bodenauflösung
gegebenen Bildpunktes (Pixels) ausfüllen, im thermischen IR dagegen muss nur ein kleiner
Teil des Pixels in Flammen stehen um dessen Helligkeitswert so weit anzuheben, dass er sich
gegen die Umgebung deutlich abhebt.
§ 45 Auf dieser Basis können wir uns jetzt mit einigen ESA oder NASA-Technikern zusammen
setzen und die Detailspezifikationen der Instrumente erarbeiten – oder Sie arbeiten das
Skript durch und kehren dann zu diesem Beispiel zurück, um die Spezifikationen selbst zu
geben.
§ 46 Die Punkte 4 und 5 unserer Liste betrafen nicht mehr die Instrumentierung sondern
den Satelliten bzw. genauer dessen Bahn. Selbst wenn die Forstbehörden des Bundesstaats
Washington die Auftraggeber für den Satelliten und die Hauptabnehmer der Daten sind,
wird es uns nicht gelingen, den Satelliten so zu positionieren, dass er immer über Seattle
steht, da sich die Erde unter der Satellitenbahn weg dreht. Daher ist es am ökonomischsten,
eine globale Waldbrandüberwachung anzubieten und die Daten an andere Interessenten zu
verkaufen. Allerdings brauchen wir keine vollständige globale Überwachung: in der Arktis
und Antarktis fehlen die für einen Waldbrand erforderlichen Wälder. Der Satellit kann also
auf den Überflug über hohe Breiten verzichten. Dies lässt sich durch die Wahl der Inklination
seiner Bahn erreichen. Gleichzeitig ergeben sich bei der geringere Inklination auch längere
Verweildauern des Satelliten in den eigentlich interessierenden mittleren Breiten.
§ 47 Die Flughöhe des Satelliten in seiner Bahn hat Konsequenzen für das Bodenauflösungsvermögen
und den vom Satelliten während eines Überfluges beobachteten Bereich (Swath
Width, Breite des Bildausschnitts rechtwinklig zur Bodenspur). Und damit auch für die
Wiederholfrequenz, d.h. die Frequenz, mit der ein bestimmter Punkt auf der Erde von dem
Satelliten eingesehen werden kann – für Waldbrandüberwachung ist es nicht ganz optimal,
wenn der Satellit nur alle 2 Wochen vorbeischaut. Beide Größen lassen sich durch geschickte
Kombination von Flughöhe und Spezifikation des Instruments (insbesondere Blickwinkel;
eventuell Möglichkeit des Schwenkens) über einen relativ weiten Bereich einstellen.
§ 48 Bleiben noch die beiden letzten Punkte unserer Liste. Diese betreffen die Behandlung
der von den Instrumenten gewonnenen Daten. Für die Waldbrandentdeckung ist es sicherlich
nicht sinnvoll, wenn die Daten stets erst an Bord gespeichert werden und dann einmal im Monat
an eine Bodenstation gegeben werden. Andererseits ist es bei direkter Datenübertragung
für einen Überwacher am Boden vielleicht nicht zwingend notwendig, mehrmals am Tag ein
neues Bild von den Wäldern um Seattle zu erhalten und zu interpretieren.
§ 49 Daher könnte man für einen Waldbrandsatelliten ein anderes Verfahren der Datenverarbeitung
vorsehen: die Datenverarbeitung an Bord des Satelliten soll ein Feuer automatisch
erkennen, z.B. durch Vergleich der Aufnahmen mit einer gespeicherten Karte und/oder
12 Bei ausgedehnten Wäldern in unbewohnten Gebieten reden wir allerdings nicht über 1 km mal 1 km große
Parzellen sondern eher über Gebiete mit Kantenlängen von einigen 10 km, d.h. selbst ein Auflösungsvermögen
von 1 km wäre noch hilfreich.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008