Wissenschaftliche Untersuchungen von terrestrischen und aquatischen Ökosystemen erfordern präzise Informationen über die dreidimensionale Struktur des ökologischen Systems. Full-waveform Flugzeuglaserscannerdaten eignen sich hervorragend zur Charakterisierung von Ökosystemen und bilden eine ideale Basis für die vollständige volumetrische Repräsentation der Vegetations- und Gewässerstruktur in einem Voxelraum. Die Voxelattribute werden dabei aus der digitalisierten Wellenform abgeleitet. Jeder emittierte Laserpuls wird von Dämpfungseffekten beeinflusst, die durch Teilreflexionen auf seinem Weg durch die unterschiedlichen Vegetations- oder Wasserschichten entstehen. Dadurch ist die Struktur im unteren Bereich der empfangenen Rohsignale unterrepräsentiert.
Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten innovativen Methoden zur Analyse von full-waveform Daten ermöglichen die Generierung einer radiometrisch korrigierten Voxelraumrepräsentation. Voraussetzung dafür ist die numerisch stabile Rekonstruktion des effektiven differentiellen Rückstreuquerschnitts mit geeigneten Entfaltungs- und Regularisierungsverfahren. Das Kernstück der Analyse bildet die Beschreibung der Signaldämpfung mit Hilfe geeigneter Modelle. Auf Grundlage dieser Modelle wurden neuartige Korrekturverfahren zur Kompensation der Signaldämpfung erarbeitet, wobei der Korrekturterm direkt aus dem differentiellen Rückstreuquerschnitt abgeleitet wird. Die Grundidee der entwickelten Methode ist das schrittweise Anheben der Signalintensität in Abhängigkeit von der individuellen Historie jedes Laserpulses.
Die Resultate der vorliegenden Arbeit tragen dazu bei, die in full-waveform Daten enthaltenen Informationen über die Vegetations- und Gewässerstruktur zugänglich zu machen. Weiterhin zeigen die hier präsentierten Ergebnisse, dass die Limitierungen bestehender Auswertemethoden, welche weitgehend auf die Extraktion diskreter Maxima und die Erzeugung volumetrischer Repräsentationen aus diskreten 3D Punktwolken beschränkt sind, überwunden werden können. / The scientific investigation of terrestrial and aquatic ecosystems requires precise information on the three-dimensional structure of the ecologic system. Full-waveform airborne laser scanner data are an ideal basis for the complete volumetric representation of vegetation and water structure in a voxel space. Due to attenuation effects, caused by partial reflections during the laser pulse propagation through the vegetation or water column, each individual laser pulse echo is significantly modified. As a result, the structure in the lower parts of the vegetation or water column is underrepresented in the digitized waveform.
Within this research, novel and innovative methods were developed, which enable the generation of a radiometrically correct voxel space representation. Therefore, a numerically stable reconstruction of the effective differential backscattering cross section utilizing appropriate deconvolution and regularization techniques is required. The essential element of the analysis is the description of the signal attenuation using applicable mathematical models. For this purpose, novel correction methods compensating the signal attenuation based on these models were developed. The correction term is directly derived from the differential backscatter cross section. The basic idea is a gradually increase of the signal amplitudes depending on the individual history of each laser pulse.
The results gained in this work contribute to an improved access to the information on vegetation and water structure, contained in full-waveform laser scanner data. Furthermore, it is possible to overcome limitations of existing approaches, which are mainly based on the extraction of discrete maxima.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:32349 |
| Date | 05 December 2018 |
| Creators | Richter, Katja |
| Contributors | Maas, Hans-Gerd, Sörgel, Uwe, Jutzi, Boris, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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