Gewässervermessung mittels aktiver und passiver optischer Fernerkundung

摘要

Precise mapping of water depths (bathymetry) is of high socio-economic and ecologic importance. Among the potential fields of application are navigation, water resources management, water ecology, hydrobiology, natural hazard management, etc. While echo sounding is the prime technique for charting deep and turbid waters (alpine lakes, navigable rivers), active and passive optical remote sensing is well suited for efficient area-wide capturing of clear and shallow water bodies (alpine rivers, littoral area of standing and running waters, clear coastal water areas, etc.). The following airborne techniques are employed: (ⅰ) spectrally based depth estimation exploiting the radiometry of multi-spectral images, (ⅱ) multimedia photogrammetry based on stereo images, and (ⅲ) airborne laser bathymetry. Whereas the prior two are passive techniques using the reflections of solar illumination, the latter is an active method based on runtime measurement of short green laser pulses. In this contribution the principles of the aforementioned techniques as well as their advantages and shortcomings are described, current research activities concerning integrated data processing are discussed, and the fields of application for bathymetry from optical remote sensing are illustrated with real world examples.%Die präzise Erfassung von Gewässertiefen (Bathymetrie) ist von großer sozioökonomischer und ökologischer Bedeutung. Zu den Anwendungsfeldern zählen u.a. Schifffahrt, Wasserwirtschaft, Gewässerökologie, Hydrobiologie, Naturgefahrenmanagment, etc. Währed die Erfassung von tiefen und trüben Gewässern (heimische Alpenseen, schiffbaren Flüsse) in der Regel mitttels Echolot erfolgt, sind aktive und passive optische Fernerkundungsmethoden zur effizienten und großflächigen Vermessung von klaren seichten Gewässern wie z. B. Alpenflüssen, Uferzonen von stehenden und fließenden Gewässern und Klarwasser-Küstenbereichen geeignet. Dabei kommen folgende flugzeuggetragene Methoden zum Einsatz: (ⅰ) Tiefenbestimmung durch Analyse der Radiometrie multispektraler Bilder (ⅱ) Mehrmedienphotogrammetrie und (ⅲ) Laserbathymetrie. Dabei nutzen die bildbasierten passiven Ansätze die Reflexionen der Sonnenstrahlung vom Gewässerboden zur Tiefenbestimmung. Die Laserbathymetrie hingegen ist ein aktives Verfahren basierend auf der Laufzeitmessung von kurzen grüne Laserpulsen. In diesem Beitrag werden die Grundlagen dieser drei Ansätze beschrieben, die jeweiligen Vor- und Nachteile diskutiert, aktuelle Forschungsarbeiten zur integrierten Auswertung vorgestellt, und die Einsatzmöglichkeiten anhand konkreter Datensätze (Stubaier Alpen, Augsburg) aufgezeigt.