Quadrokoptervideo-basierte Vermessung von Fliessgewässern

摘要

Dieser Artikel beschreibt die Anwendung berührungsfreier Methoden, um Sohltopo-grafien bis Wassertiefen von 1,5m, Oberflächenfliessgeschwindigkeiten sowie Korn-grössen eines typischen Schweizer Fliessgewässers räumlich hochauflösend zu vermessen. Wesentliches Werkzeug ist eine handelsübliche Kamera-Quadrokopter-Kombination. Testmessungen wurden an einem 500 m langen Abschnitt der Wiese in der Stadt Basel durchgeführt. Fotogrammetrisch berechnete 3-D-Punktwolken der Bathymetrie, welche mit einem vereinfachen Ansatz refraktionskorrigiert wurden, haben eine Punktedichte, vergleichbar einer Lidar-Vermessung. Nach einer Korrekturerweiterung liegen die Unterwasserpunkte im Genauigkeitsbereich von ±0,05 m zu 78 terrestrisch aufgenommenen Referenzpunkten. Zur Ermittlung von Strömungsgeschwindigkeiten wird jedes Videoeinzeibild automatisiert orthorektifiziert und geo-referenziert. Die so stabilisierten Videoaufnahmen werden mithilfe eines Particle-Image-Velocimetry-Verfahrens, welches einzelne zeitlich aufeinanderfolgende Bildbereiche miteinander korreliert, in Oberflächengeschwindigkeitsfelder mit einem Vektorraster von 0,5 × 0,5 m~2 umgerechnet. Ein nicht überströmter Bereich der Sohle wird exemplarisch mit der Software BASEGRAIN analysiert, um das Potenzial einer luftgestützten Korngrössenvermessung aufzuzeigen, bei der jedes detektierte Einzelkorn auch georeferenziert werden kann. Anwendungsbereiche für die hier vorgestellten berührungsfreien Methoden sind Gewässermonitorings im Rahmen von Revitalisierungen, Beurteilungen der Strömungsverhältnisse bei Wasserbauwerken anhand eines «Big Pictures», Analysen von Hochwasserereignissen, Schätzungen von Abflussraten sowie Grundlagenermittlungen für mehrdimensionale hydronumerische Modelle.