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Wissenschaftliche Monitoringkonzepte für die Deutsche Bucht (WIMO) (2015)

Bearbeitung:A. Schmidt

Teilprojekt: Monitoring der Topographie des Wattenmeeres durch luftgestütztes Laserscanning

 

Motivation

Aufgrund des globalen Wandels und menschlicher Eingriffe sind Veränderungen in der Nordsee zu beobachten, die bereits weitreichende Folgen für die Ökosysteme nach sich gezogen haben und deren Auswirkungen in den nächsten Jahren im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung zu begegnen sind. Elementar für eine nachhaltige Nutzung der Küstengewässer ist es daher, signifikante Umweltparameter und ihre Wirkungsbeziehungen zu definieren, sie regelmäßig und genau zu beobachten und über den Zustand und die Qualitätsentwicklung der deutschen Meeresgebiete zu berichten. Zu diesen Aufgaben trägt das Projekt WIMO in einer Kooperation verschiedener Hochschulen und Institute Niedersachsens, Bremens und Schleswig-Holsteins bei.

Zu den angewandten Fernerkundungsverfahren zählt das flugzeuggestützte Laserscanning, mit dem die trockenfallenden Flächen der Wattgebiete seit einigen Jahren von den für den Küstenschutz verantwortlichen Behörden rund um die Nordsee topographisch vermessen werden. Die Qualität der Geländedaten hängt dabei von einer Reihe variabler Faktoren ab, wie beispielsweise der Bedeckung des Watts mit Restwasser. Lasersignale mit Wellenlängen im nahen Infrarot werden an der Gewässeroberfläche reflektiert, in der Wassersäule hingegen stark absorbiert. Aus diesem Grund kann es in den wasserbedeckten Bereichen zu systematischen Höhenfehlern im Geländemodell kommen, was eine Detektion dieser Gebiete und die Hinzunahme zusätzlicher Information, z.B. in Form von hydroakustischen Daten, erforderlich macht. 

Abb. 1: Ausschnitt des Digitalen Geländemodells (links) sowie der referenzierten Laserscannerpunktwolke mit Wasser- (blau) und Wattflächen (gelb) (rechts)  

Zielsetzung

Ziel des Teilprojekts ist es, neuartige Methoden zur automatischen Ableitung eines genauen Digitalen Geländemodells (DGM) zur Beschreibung der Topographie des Wattenmeeres und ihrer Veränderungen aus luftgestützten Laserdaten zu entwickeln. Insbesondere müssen dazu Restwasserflächen, die im trocken fallenden Watt stehen bleiben, automatisch erkannt und entsprechend berücksichtigt werden. Hierfür sollen neuartige Klassifikationsalgorithmen angewandt werden, deren Beitrag auch hinsichtlich einer flächendeckenden Habitatkartierung zu analysieren ist. Zudem erfolgt die Auswertung der gesamten Signalform (Full-Waveform), um geeignete Klassifikationsmerkmale sowie Parameter zur Beschreibung der Rauigkeit abzuleiten. 

Für die Anwendung der Verfahren sind Testgebiete im Wattenmeer der Nordsee mit Projektpartner abgestimmt worden, mit dem Kernziel, aus den kombinierte Ergebnissen Methoden zur automatischen Erkennung von Veränderungen in Wattgebieten der Nordsee zu entwickeln. 

Publikationen

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2011): Untersuchung zur Erkennung von Wasserflächen in Full-Waveform-Laserscanner-Daten. In: DGPF Tagungsband 20/2011, Mainz, April 2011, pp. 391-398 | file |

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2011): Detection of Water Surfaces in Full-Waveform Laser Scanning Data. In: IntArchPhRS vol. XXXVIII-4/W19, Hannover, 2011, 6 S., CD | file |

Schmidt, A.; Adolph, W.; Klonus, S.; Ehlers, M.; Farke, H., Soergel, U. (2012): Potential of Airborne Laserscanning Data for Classification of Wadden Sea Areas. 32th EARSeL Symposium, Mykonos, 2012, pp. 495-502 | file |

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2012): Classification of airborne laser scanning data in wadden sea areas using conditional random fields. In: International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences XXIX-B3, S. 161-166, 2012.  | file |

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2013): Water-Land-Classification in Coastal Areas with Full Waveform Lidar Data. In: PFG 2 (2013), S. 71-81.

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2013): Monitoring concepts for coastal areas using lidar data, In: IntArchPhRS vol. XL-1/W1, Hannover, 2013, 6 S. | file |

Schmidt, A.; Soergel, U. (2013): Lidar data for classification and scientific monitoring in coastal areas, In: Proceedings of Coastal Dynamics 2013, June 25-28, Arcachon, France, pp. 1473-1482 | file |

Schmidt, A.; Soergel, U. (2013): Monitoring and change detection of Wadden Sea areas using Lidar data. In: International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-7/W2, 2013, ISPRS2013-SSG, 11 – 17 November 2013, Antalya, Turkey | file |

Schmidt, A.; Niemeyer, J.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2014): Contextual Classification of Full Waveform Lidar Data in the Wadden Sea. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 5 pages. more

Winter, C.; Herrling, G.; Bartholomä, A.; Capperucci, R.; Callies, U.; Heipke, C.; Schmidt, A.; Hillebrand, H.; Reimers, C.; Bremer, P.; Weiler, R. (2014): Wissenschaftliche Konzepte für ein Monitoring des ökologischen Zustands des deutschen Küstenmeeres. In: Wasser und Abfall 07-08/2014; pp 21-26

Schmidt, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U.; Heipke, C. (2014): Extraction of fluvial networks in lidar data using marked point processes. In: IntArchPhRS vol. XL-3, ISPRS Technical Commission III Symposium, Zurich, Switzerland, September 2014, pp. 297-304 | file |

Adolph, W.; Jung, R.; Schmidt, A.; Ehlers, M.; Heipke, C.; Bartholomä, A.; Farke, H. (2017): Integration of TerraSAR-X, RapidEye and airborne lidar for remote sensing of intertidal bedforms on the upper flats of Norderney (German Wadden Sea), Geo-Marine Letters (2016), pp. 1-13

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