Hyperspektrale Fernerkundung

Gamsberg VNIR SWIR Quelle: BGR

In der Fernerkundung der BGR werden Hyperspektraldaten zur flächenhaften Kartierung und Quantifizierung von Mineralogie, Lithologie und Böden in unterschiedlichen Maßstäben eingesetzt. Die Schwerpunktaufgaben der Fernerkundung liegen dabei auf der Verschneidung der spektralabgeleiteten mineralogischen Informationen mit Informationen aus Geologie, Geophysik, Geochemie und Mineralogie und auf der Entwicklung von Expertensystemen, die eine synergistische Nutzung der verschiedenen Informationen ermöglicht. Damit werden wichtige Informationen, wie zum Beispiel flächenhafte Mineralvergesellschaftungen, Ableitung der Härte eines Gesteins, Detektion bestimmter Mineralphasen, für die Rohstoffexploration und –exploitation geliefert. Die Charakterisierung und Kartierung von Böden kann durchgeführt und die Überwachung von Abraumhalden sowie der Abbaufortschritt im Bergbau unterstützt werden. Weitere Einsatzgebiete sind u.a. die Detektion von Kohlenwasserstoffen in Gesteinen zur Unterstützung der Bewertung potentieller kohlenstoffführender Gesteine.

Hyperspektrale Fernerkundung Quelle: Abbildung modifiziert nach Markelowitz (http://www.markelowitz.com/Hyperspectral.html)

In der hyperspektralen Fernerkundung, auch abbildende Spektrometrie genannt,  wird sowohl die reflektierte Sonnenstrahlung als auch die emittierte Strahlung, auch Eigenstrahlung,  der Erdoberfläche mittels einer hohen Anzahl an schmalen Kanälen in kontinuierlichen Spektren aufgezeichnet. Diese Daten ermöglichen die Identifizierung und Quantifizierung der stofflichen Zusammensetzung von Oberflächen anhand von diagnostischen Spektralmerkmalen, die durch die Interaktion der elektromagnetischen Strahlung mit den Atomen und Molekülen eines Körpers/Oberfläche entstehen. Die Spektralmerkmale zeigen sich dabei als Reflexionsminima (Absorptionen) oder als Reflexionsmaxima (Peaks). Für eine Spektralanalyse wird sowohl die Position und Form als auch die Intensität eines Merkmales je nach Anforderung mathematisch beschrieben und extrahiert.

Für spektrale Analysen in der Fernerkundung der BGR werden folgende Wellenlängenbereiche genutzt: Der solar optische Bereich (Reflexion des Sonnenstrahlung) umfasst dabei das sichtbare Licht, das nahe und das kurzwellige Infrarot und wird VNIR-SWIR abgekürzt (visible, near Infrared und short wave Infrared). Die emittierte Strahlung umfasst den Bereich des mittleren Infrarotes (MIR) von 3 – 5 µm und den des langwelligen Infrarots (LWIR) von 7 bis 12 µm, der auch als thermales infrarot (TIR) bezeichnet wird.

Hierzu werden Hyperspektralsensoren im Labor, Gelände und luftgestützt eingesetzt. Die Analysen erfolgen sowohl punktuell oder durch die Aufnahme von Profilen mit dem ASD, dem Spectral Evolution und dem Agilent FTIR oder abbildend mit den Kamerasystemen Mjölnir VS-620, auf einer Drohne betrieben oder AISA FENIX und AISA OWL, die auf dem BGR eigenen Helikopter auch gemeinsam mit geophysikalischen Sensoren betrieben werden können.

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Projekte

• MultiMiner - Multisource und Multiscale basierte Erdbeobachtung und neuartige maschinelle Lernenmethoden für die Mineralienexploration und das Monitoring von Minenstandorten
• HYPGEO – Neue Verfahren zur Exploration mineralischer Rohstoffe
• REEMAP - Hyperspectral mapping of rare earth elements
• Hyperspektrale Charakterisierung verschiedener Lagerstättentypen in Vorbereitung zur EnMAP Mission