Was ist Geo-Fernerkundung?

Die Fernerkundung ist eine moderne Technologie zur Beobachtung der Erde. Sie liefert wichtige Daten über den Zustand der Landflächen, Ozeane und der Atmosphäre. Durch Satelliten und Luftfahrzeuge werden elektromagnetische Strahlung gemessen und ausgewertet.Diese Methode hilft, Veränderungen der Erdoberfläche zu erkennen. Anwendungen reichen vom Klimamonitoring bis zur Sicherheit. Ein bekanntes Beispiel ist das Copernicus-Programm, das Europa mit hochwertigen Informationen versorgt. Die Technik hat sich stark weiterentwickelt. Früher nutzte man Ballonaufnahmen, heute liefern Satelliten präzise Ergebnisse. Kombiniert mit Geoinformationssystemen (GIS) entstehen so wertvolle Analysen.

Geo-Fernerkundung ist im Geografiestudium ein eigenständiges Modul oder Schwerpunkt – oft als „Fernerkundung“ oder „Geographische Fernerkundung“ bezeichnet.

Das Wichtigste in Kürze

• Fernerkundung analysiert die Erde aus der Luft oder dem Weltraum.
• Satelliten messen elektromagnetische Strahlung für präzise Daten.
• Das Copernicus-Programm ist eine wichtige europäische Initiative.
• Anwendungsbereiche umfassen Klimaschutz und Krisenmanagement.
• Die Technologie wird ständig weiterentwickelt.

Die Fernerkundung in der Geografie und im Geografiestudium

Fernerkundung ist an vielen Geografie‑Instituten verankert. Sie kommt als Modul, Vertiefung oder Arbeitsgruppe vor. Oft arbeitet sie mit Geoinformatik und GIS zusammen. Fernerkundung nutzt Luft‑ und Satellitenbilder. So lassen sich Landnutzung, Vegetation und Veränderungen beobachten. Auch Klimafolgen und Naturgefahren wie Überschwemmungen oder Waldbrände werden so analysiert. Für Studierende bedeutet das praktische Ausbildung in Bildverarbeitung, Satellitendatenanalyse und GIS‑Einsatz.

Im Bachelor- und Masterstudium

Es wird an vielen Universitäten (z. B. Würzburg, Greifswald, Jena, Bonn, Bochum, Köln) als Pflicht- oder Wahlmodul angeboten, z. B. „Einführung in die Geographische Fernerkundung“ oder „Fortgeschrittene Methoden der Fernerkundung“. Die Inhalte in diesen Modeulen umfassen Bildverarbeitung, Satellitendaten-Analyse, GIS-Integration und Anwendungen in Physischer/Humangeographie. Sie sind oft mit Praktika und Projektarbeit verbunden.

Beispiele aus Modulkatalogen

Was meint nun „Geo‑Fernerkundung“ genau?

„Geo‑Fernerkundung“ bezeichnet die Fernerkundung, die sich auf Erdoberfläche, Meere und Atmosphäre richtet. Sie beschäftigt sich mit geographischen und geowissenschaftlichen Fragestellungen.

In Lexika und an Universitäten wird sie als junge Fachdisziplin innerhalb der Geowissenschaften beschrieben. Sie steht in engem Zusammenhang mit Geografie, Geologie, Landschaftsökologie und Umweltwissenschaften.

Was lernt man in der Fernerkundung? Grundprinzipien im Überblick

1. Physikalische Grundlagen:Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle Wellenlängen von sichtbarem Licht über Infrarot bis Mikrowellen. Strahlung trifft auf Atmosphäre und Erdoberfläche, wo sie reflektiert, absorbiert oder durchgelassen wird. Wichtige Gesetze wie Kirchhoff (Emission gleich Absorption) und Lambert-Beer (Strahlung schwächt sich ab) erklären, warum verschiedene Wellenlängen unterschiedliche Informationen liefern.
   Passive und aktive Systeme
2. Passive und aktive Systeme: Passive Systeme nutzen Sonnenlicht als Quelle und funktionieren nur tagsüber bei klarem Himmel, z. B. Sentinel-2 mit 13 Bändern für bunte Oberflächenbilder. Aktive Systeme wie Sentinel-1 senden eigene Mikrowellen (C-Band bei 5,4 GHz) aus, messen die Rückstreuung und arbeiten bei Nacht oder Wolken – ideal für Rauheit oder Feuchtigkeit.
   Spektrale Signaturen
3. Spektrale Signaturen: Jede Oberfläche hat einen typischen „Fingerabdruck“ in der Reflexion: Pflanzen reflektieren wenig Rotlicht (Chlorophyll frisst es), aber viel nahen Infrarot (NIR, durch Zellen). Minerale wie Jarosit absorbieren speziell im Infrarot. Kalibrierung passt Daten an Sonnenwinkel und Streuung an, damit Bilder vergleichbar sind.
   Indizes und Anwendungen
4. Indizes und Anwendungen: NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) misst Vegetation: Er vergleicht NIR (stark bei Pflanzen) mit Rot (schwach bei Grün). Formel: (NIR – Rot) / (NIR + Rot), Werte von -1 (Wasser) bis +1 (dichter Wald), z. B. mit Sentinel-2 Bändern B8 und B4. Anwendungen: Landnutzung prüfen, Ernten überwachen oder Abholzung erkennen.

Technische Grundlagen: Wie funktioniert Fernerkundung?

Moderne Technologien ermöglichen präzise Erdbeobachtung aus dem All. Satelliten wie Sentinel-2 erfassen Bilder mit einer Schwadbreite von 290 km. Die Auflösung reicht von 10 bis 60 Meter – ideal für die Analyse von Vegetation oder Wasserflächen.

Das Spektrums der Sensoren entscheidet über die Anwendung. Multispektralkameras nutzen sichtbares Licht und Infrarot. SAR-Systeme (Synthetic Aperture Radar) durchdringen sogar Wolken – wichtig für ganzjährige Beobachtungen.

Die Verarbeitung der Satellitendaten erfolgt in drei Schritten:

• Radiometrische Korrektur: Anpassung von Helligkeitswerten
• Geometrische Entzerrung: Vermeidung von Verzerrungen
• Klassifikation: Automatisierte Erkennung von Bodentypen

Eine Fallstudie zeigt die Erkennung von Jarosit-Mineralen. Durch Bandquotienten (B5/B9) lassen sich diese im Infrarot-Fenster identifizieren – entscheidend für den Bergbau.

Cloud-Computing beschleunigt die Analyse. Das Copernicus Data Space Ecosystem verarbeitet täglich 1,4 TB Rohdaten. Der IF-Bund-Rahmenvertrag (2025–2028) fördert innovative Verwaltungsanwendungen.

Herausforderungen gibt es in urbanen Gebieten. Gebäude überlagern spektrale Signale. Zeitreihenanalysen helfen jedoch, Veränderungen wie Regenwaldrodungen früh zu erkennen.

Anwendungsgebiete der Fernerkundung

Vom Bergbau bis zur Landwirtschaft – die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Moderne Satellitenbilder liefern Daten für Umwelt, Wirtschaft und Sicherheit. Der SKD-Dienst des BKG unterstützt über 300 Bundesbehörden mit präzisen Analysen.

80% der Copernicus-Daten dienen dem Umweltmonitoring. In Hessen überwacht Sentinel-2 Dürren mit dem NDWI-Index. So lassen sich Auswirkungen auf Vegetation früh erkennen.

Wirtschaftliche Nutzung

• Greenfield-Exploration: Automatisierte Mineralerkennung spart Kosten. Jarosit-Nachweis gelingt durch Infrarotanalysen.
• Präzisionslandwirtschaft: Chlorophyll-Mapping verbessert Ertragsprognosen.

Im Katastrophenmanagement zeigt RADAR seine Stärken. 2021 kartierte Sentinel-1 das Ahrntal in Echtzeit – entscheidend für Rettungseinsätze.

Das HLNUG nutzt die Methode für Biotopkartierungen in hessischen Mittelgebirgen. Grenzüberwachung profitiert von automatischer Veränderungserkennung.

Probleme und Lösungsansätze

Trotz ihrer Präzision steht die Erdbeobachtung vor komplexen Problemen. Wolken blockieren 60% der optischen Aufnahmen – ein kritischer Einflussfaktor für kontinuierliche Analysen.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt KI-Modelle mit 92% Genauigkeit. Diese erkennen Mineralien wie Jarosit automatisch – selbst bei schwierigen Bedingungen.

Für spektrale Interferenzen bieten Hyperspektraldaten Abhilfe. Systeme wie HyMap erfassen 126 Bänder und unterscheiden so präzise zwischen Vegetation und Bodentypen.

• Multi-Temporal Stacking: Reduziert Rauschen durch Zeitreihenanalysen
• MODTRAN-Algorithmus: Korrigiert atmosphärische Verzerrungen
• Cloud Computing: ESA-DIAS-Plattformen speichern 25 Petabyte

Ein Erfolgsprojekt ist die automatische Illegal Mining Detection in Sambia. U-Net-Architekturen klassifizieren Veränderungen der Oberfläche in Echtzeit.

„Deep Learning revolutioniert die Auswertung von Satellitendaten. Was früher Wochen dauerte, liefert heute binnen Stunden Ergebnisse.“

Das IF-Bund-Projekt plant bis 2026 15 Pilotanwendungen. Schwerpunkte sind die Überwachung von Wasserressourcen und urbanen Hitzeinseln.

Projekte in Fernerkundung

Im Geografiestudium (Bachelor/Master) umfassen Projekte in Fernerkundung praktische Semesterarbeiten, Gruppenübungen und Seminare mit realen Satellitendaten (z. B. Sentinel‑2/1, Landsat). Sie bauen schrittweise auf, wie erst der Daten‑Erhebung oder Download, dann die Verarbeitung, anschließend Analyse und Visualisierung in GIS‑Software wie QGIS oder SNAP.

Typische Projektphasen

• Vorbereitung: Auswahl eines Untersuchungsgebiets (lokal/global, z. B. eigenes Wohngebiet, Maintal oder Tropenwald).
• Datensammlung: Freie Daten von Copernicus (Sentinel), NASA oder DWD laden.
• Verarbeitung: Kalibrierung, NDVI‑Berechnung, Klassifikation.
• Analyse: Veränderungen erkennen, Karten erstellen.
• Präsentation: Poster, WebGIS, Hausarbeit oder Klausur.

Beispiele aus deutschen Unis

Diese Projekte fördern forschendes Lernen, weil Studierende eigenständig Fragestellungen bearbeiten, passende Methoden entwickeln und die Ergebnisse kritisch auswerten. Oft ergänzen Feldaufenthalte die Labor‑ und Rechnerarbeit. So können Messdaten vor Ort erhoben und mit Satellitenbefunden verglichen werden. Für die praktische Umsetzung nutzen Lehrveranstaltungen häufig Open‑Source‑Software wie QGIS, SNAP oder Python‑Bibliotheken. Dadurch sind die erlernten Methoden sofort anwendbar. Solche Projekte dauern in der Regel ein bis zwei Semesterteile. Der Arbeitsaufwand liegt bei etwa 90 bis 180 Stunden, weshalb sie üblicherweise mit 3 bis 6 ECTS‑Punkten bewertet werden.