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Nochmal zur Positions-Genauigkeit von Satellitenbildern

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Ich habe über das Problem der Positions-Genauigkeit von Satellitenbildern schon des öfteren geschrieben. Bei der Arbeit mit Bildern der Arktis für die Überarbeitung der Karte von Franz-Josef-Land sind mir dazu wieder ein paar Dinge aufgefallen, die ich hier teilen möchte.

Im Allgemeinen ist die verbreitete Meinung, dass die Positions-Genauigkeit von als offene Daten verfügbaren hochauflösenden Satellitenbildern im Grunde im Mittel ganz gut ist, jedoch nicht herausragend. Die Fehler, die hier von den Produzenten der Bilder angegeben werden, sind jedoch meist 90-Prozent-Angaben und deshalb nur begrenzt aussagekräftig. Das Ganze ist insgesamt ein recht komplexes Thema und es gehen eine ganze Reihe von verschiedenen Fehlerquellen da mit ein. Die Satellitenbild-Produzenten (in diesem Fall USGS und ESA) arbeiten daran, diese Genauigkeit zu verbessern, konzentrieren sich dabei jedoch hauptsächlich auf die relative Genauigkeit der verschiedenen Bilder zueinander (wodurch die Analyse von Zeitreihen verbessert wird) und weniger auf die absolute Genauigkeit.

Der am weitesten vernachlässigte Aspekt bei der Positions-Genauigkeit ist die Qualität der Reliefdaten, welche für die Relief-Korrektur verwendet werden. Die Argumentation ist dabei üblicherweise, dass

  • ein bestimmter Fehler in den Höhendaten üblicherweise bei einem Satelliten mit kleinem Sichtfeld der direkt nach unten blickt wie Landsat oder Sentinel-2 in einen deutlich kleineren Fehler in der Position umgesetzt wird.
  • die wichtigsten Teile der Erdoberfläche, also dicht besiedelte städtische Gebiete, sowieso im Flachland liegen wo Höhen-Ungenauigkeiten kein großes praktisches Problem darstellen.
  • solange für etwa 90 Prozent der Landflächen Reliefdaten ohne größere Fehler verfügbar sind der Rest keine Probleme bei den Fehler-Statistiken verursacht.

Wenn man jetzt aber die Teile der Welt außerhalb der 90 Prozent im Auge hat, bekommt man ziemlich deutliche Fehler. Sentinel-2 ist hier ein besonders gutes Studien-Objekt, denn (a) ist das Sichtfeld relativ breit so dass das ganze doch relative sensibel für Höhen-Fehler wird und (b) es ist bekannt, dass die ESA bei hohen Breiten Reliefdaten von viewfinderpanoramas.org verwendet, deren Eigenschaften direkt analysiert werden können.

Normalerweise treten die größten Fehler in Gebirgsregionen auf, Positionsfehler sind jedoch deutlich einfacher an der Küste zu vermessen und zu analysieren. Dort treten solche Fehler dann auf, wenn die Reliefdaten einen horizontalen Offset aufweisen und an der Küste Höhenwerte oberhalb des Meeres-Niveaus auftreten. Hier sind zwei recht eindrucksvolle Beispiele von solchen Unterschieden in der Küsten-Position in Bild-Paaren von Sentinel-2-Bildern, jeweils von etwa 100m. Das erste Beispiel zeigt die Bell-Insel in Franz-Josef-Land:

 

Das zweite Beispiel ist von der Bennett-Insel in den DeLong-Inseln:

 

Dieses zweite Beispiel ist auch aufschlussreicht dadurch, dass es zeigt, dass die ESA eine ältere Version der Reliefdaten verwendet ohne die neuere Aktualisierung, welche für die DeLong-Inseln die älteren und ungenaueren Daten mit Versatz und geringerer Genauigkeit durch bessere Daten ersetzt, wie ich sie hier vorgestellt habe:

 

Wie man sieht ist die Nordwest-Küste korrekt und verändert ihre Position nicht zwischen den beiden Bildern, denn dort liegen die Höhenwerte auch mit den falschen Reliefdaten auf Meeresniveau während an der Südküste durch die Höhenwerte über Null in den alten Reliefdaten (links im zweiten Vergleichsbild) die Küste verschoben ist.

Das Bildpaar der Bell-Insel stammt übrigens vom September 2016 mit vier Tagen Abstand, die Bilder der Bennett-Insel sind vom selben Tag (25. August diesen Jahres) von Sentinel-2A und Sentinel-2B.

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