Mapping urban surface materials with imaging spectroscopy data on different spatial scales

Abstract

This work focuses on the development of methods for mapping urban surface materials by means of imaging spectroscopy data with different spatial resolution. General findings from this work represent a sensor- and site-independent framework for the automated extraction of spectrally pure pixels using an urban image spectral library while coping with its potential incompleteness. The extraction of spectrally pure pixels serves as a basic prerequisite for the subsequent use of image analysis methods to obtain detailed urban surface material maps. These material maps enabled the determination of gradual material transitions that were finally related to complex spectral mixtures resulting from 30 m spatial resolution imaging spectroscopy data to analyse typical material compositions within certain administrative units. The findings demonstrate the great potential of using upcoming spaceborne imaging spectroscopy data for a regular area-wide mapping of surface materials in urban areas. Im Fokus dieser Arbeit stand die Entwicklung von Methoden zur Kartierung urbaner Oberflächenmaterialien mittels abbildender Spektroskopiedaten unterschiedlicher räumlicher Auflösung. Das vorgestellte Konzept zur automatisierten sensor- und ortsunabhängigen Extraktion spektral reiner Pixel aus flugzeuggetragenen Fernerkundungsdaten berücksichtigt dabei die mögliche Unvollständigkeit einer urbanen Bildspektralbibliothek. Die Extraktion spektral reiner Pixel dient als Grundvoraussetzung für den späteren Einsatz von Bildanalyseverfahren zur Gewinnung detaillierter Kartierungen urbaner Oberflächenmaterialien. Aus diesen sind Materialgradienten ableitbar, die mit den komplexen Spektralmischungen aus Hyperspektraldaten mit 30 m räumlicher Auflösung in Verbindung gebracht wurden. Die Analyse typischer Materialzusammensetzungen innerhalb städtischer Verwaltungseinheiten zeigt das enorme Potential zukünftiger Hyperspektralsatelliten für die Erfassung des Materialvorkommens von Städten.