Artisanal Gold Mines in Butana (Ostsudan)-Ein hybrider Klassifikationsansatz multitemporaler ASTER- und LANDSAT-Daten unter Berücksichtigung spektraler Signaturen der Lithologie

摘要

Im letzten Jahrzehnt hat sich der Goldexport des Sudan beinahe verzehnfacht. Der Großteil dieses Goldes wird in kleinen Gruben, die mit konventionellem Werkzeug im Tagebau bewirtschaftet werden, sogenannten Artisanal Mines, abgebaut. In dieser Arbeit wird versucht, diese Entwicklung mit Hilfe multitemporaler Fernerkundungsdaten in Butana, einer Halbwüstenregion im Osten des Sudans, zu dokumentieren. Darüber hinaus werden spektrale und räumliche Merkmale der Goldminen analysiert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird ein semiautomatisches Modell zum Auffinden weiterer, bisher unbekannter Abbaugebiete entwickelt. Abschließend werden die Minen mit den Ergebnissen einer ASTER-gestützten, lithologischen Kartierung in Kontext gesetzt. Insgesamt werden in dieser Arbeit neun Datensätze der Satellitensensoren ASTER, LANDSAT 5 TM und LANSAT 8 OLI/TIRS verarbeitet. Der erste Teil dieser Masterarbeit thematisiert bisherige Beiträge zur Change Detection im Tagebau-Monitoring. Zunächst wird ein allgemeiner Überblick über den Stand der Forschung zu diesem Thema gegeben. Es folgen theoretische Grundlagen zu Bildvorverarbeitung und eine ausführliche Beschreibung gängiger Change Detection-Me-thoden in der Bergbau-Literatur. Darüber hinaus wird auf den Stellenwert der Fernerkundung für geologische Anwendungen eingegangen und häufig eingesetzte Bildverbesserungstechniken und lithologische Kartierungsmethoden vorgestellt. Im zweiten Teil der Arbeit wird zunächst das Untersuchungsgebiet näher vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der tektonischen Entwicklung und den Goldlagerstätten. Der dritte Teil der Arbeit umfasst die praktischen Arbeiten im Untersuchungsgebiet. Im Fokus dabei steht vor allem der hybride pixel-objekt-basierte Ansatz zur semiautomatisierten Klassifikation der Minen. Dieser wird an einem kleineren Untersuchungsgebiet entwickelt und getestet. Anschließend wird das Modell auf ein erweitertes Gebiet übertragen und seine Genauigkeit evaluiert. Darüber hinaus werden Methoden der spektralen Change Detection und der lithologischen Kartierung mit ASTER Daten durchgeführt. Abschließend werden die Ergebnisse im Licht der gestellten Forschungsfragen diskutiert und Möglichkeiten aufgezeigt, das Modell zu verbessern. Weiters werden offengebliebene Fragen für zukünftige Arbeiten gestellt. Das Modell erzielt eine Genauigkeit von bis zu 59 %. Eine höhere Genauigkeit kann aufgrund der spektralen Ähnlichkeit zu anderen Geo-Objekten mit den eingesetzten Datengrundlagen und der angewandten Methodik nicht erreicht werden. Die beobachtete, durchschnittliche Zuwachsrate der Minen im Untersuchungszeitraum beträgt 79 % pro Jahr.