Enorm viele Satellitendaten ausgewertet Drei Millionen Messpunkte pro Quadratkilometer

Mit Hilfe des Radarsatelliten TerraSAR-X und eines neuen Algorithmus erstellten Forscher der TU München 3D-Modelle - hier im Bild ein 3D-Modell von Berlin.
Ein 3D-Modell von Berlin - berechnet aus Daten des Radarsatelliten TerraSAR-X.

Aus den Messwerten eines Radarsatelliten haben Forscher der TU München mittels neuer Algorithmen vierdimensionale Punktwolken von Berlin, Las Vegas, Paris und Washington D.C. erstellt. Nun arbeiten sie daran, alle Städte der Welt abzubilden.

Die Messdaten für das detaillierte Bild der Städte liefert der TerraSAR-X, der momentan genaueste zivile Radarsatellit. Seit 2007 umkreist er die Erde in einer Höhe von etwa 500 km, sendet Mikrowellenimpulse zur Erde und fängt deren Echo wieder auf.

Diese Messungen ergeben zunächst ein zweidimensionales Bild mit einer Auflösung von einem Meter. Grund dafür ist, dass sich die Reflexionen verschiedener, gleich weit vom Satelliten entfernter Objekte überlagen. Dieser Effekt reduziert die dreidimensionale Welt auf ein zweidimensionales Bild.

Weltrekord an der TU München

Mit Hilfe eines von Xiaoxiang Zhu, Professorin für die Signalverarbeitung in der Erdbeobachtung an der TU München, entwickelten Algorithmus lässt sich nicht nur die dritte Dimension rekonstruieren, sondern auch die Zeit als vierte Dimension ermitteln. Außerdem errechnet der Computer mit diesem Algorithmus den Weltrekord von 3 Mio. Messpunkten pro km², woraus sich sehr präzise vierdimensionale Punktwolken erstellen lassen.

Der Trick: Es werden leicht verschiedene Blickwinkel des Satelliten genutzt. Denn der TerraSAR-X überfliegt jede Region der Erde im Rhythmus von elf Tagen. Dabei ist seine Position nicht immer exakt gleich. Die Orbitvariationen von etwa 250 m können bei der Radartomographie ausgenutzt werden – genauso, wie das auch bei der Computertomographie geschieht. Zur Optimierung der Auflösung in der dritten Dimension werden außerdem Compressive-Sensing-Methoden eingesetzt.

Bilder: 4

3D-Modelle von Metropolen

Weltrekord bei der Auswertung von Satellitendaten

Die dritte und vierte Dimension

Mit den Radarwellen des TerraSAR-X lassen sich Strukturen auf der Oberfläche gut erfassen, beispielsweise die Form und Höhe von Gebäuden. Für Berlin, Las Vegas, Paris und Washington D.C. errechneten die Wissenschaftler der TU München bereits präzise 3D-Modelle.

Da die verwendeten Radarbilder im Abstand von je elf Tagen – also zu unterschiedlichen Zeiten – aufgenommen werden, lässt sich auch die zeitliche Veränderung sichtbar machen. Das 4d-Modell, das auf diese Weise entsteht, zeigt kleinste Veränderungen mit einer Genauigkeit eines Bruchteils der Radarwellenlänge.