Airborne Scanning
Roland Schwarz et al.: Untersuchung systematischer Tiefenmessfehler bei UAV basierter Laserbathymetrie 14.03.2024
Diese Veröffentlichung wurde im Rahmen der DGPF Jahrestagung 2024 in Remagen mit dem Photogrammetrie-Preis der Deutschen Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation e.V. für den besten Beitrag zum Tagungsband 2024 ausgezeichnet.
UAV basierte Laserbathymetrie hat sich in den letzten Jahren als effiziente Messmethode für die 3D Erfassung der Flachwasserzone relativ klarer Gewässer in hoher räumlicher Auflösung etabliert. Die erzielbare Eindringtiefe ist mit mehr als der 2-fachen Secchi Tiefe dabei oft tendenziell größer als bei der klassischen, flugzeugbasierten Laserbathymetrie. Allerdings wurden mittlerweile wiederholt gegenüber unabhängigen Referenzmessungen systematische Tiefenabweichungen festgestellt, mit einer Tendenz zur Überschätzung der Wassertiefe. Es steht die Vermutung im Raum, dass die beobachteten Effekte mit der Gewässertrübung in Zusammenhang stehen, die dazu führen, dass für die Kompensation der Abweichungen im Zuge der Refraktionskorrektur unrealistisch große Brechungskoeffizienten > n=1.4 angesetzt werden müssen. Um den vermuteten Zusammenhang mit der Trübe empirisch nachzuweisen, wurde ein Experiment unter kontrollierten Messbedingungen im Wasserbaulabor der TU Wien durchgeführt.
Für die Untersuchungen stand ein Becken in den Ausmaßen 5,45 m × 3 m × 2,2 m zur Verfügung, welches für das Experiment bis zu einer Höhe von 1,817 m befüllt wurde. Für die Messung wurde am Boden eine Konstruktion angebracht, welche es ermöglicht zwischen einem weißen und schwarzen Ziel zu wechseln. Zusätzlich wurden an dieser Konstruktion Messmarken befestigt und eine GoPro Kamera in unmittelbarer Nähe positioniert, um später den Laser-Footprint am Boden aufzuzeichnen.
Für die Tiefenmessung wurde ein RIEGL VQ-840-G Lasersensor oberhalb der Konstruktion auf einer beweglichen Kranschiene angebracht, welcher während der gesamten Messung stationär fixiert blieb.
Das wichtigste Fazit der durchführten Untersuchungen ist, dass bei der Wellenformauswertung mittels exponentieller Zerlegung nach dem SVB-Verfahren bei Wassertrübung tatsächlich eine proportionale Abweichung beobachtbar ist. Diese liegt in der Größenordnung von mehreren Prozent der gemessenen Tiefe. Für die Praxis ergibt sich daher die Empfehlung, die Gewässertrübe z.B. über Messung der Secchi-Tiefe oder mit dem Nephelometer bei Laserbathymetrie Kampagnen mitzuerfassen. Bei Full Waveform Aufzeichnung, welche bei bathymetrischen Scannern standardmäßig eingesetzt wird, besteht ferner die Möglichkeit, die Trübe direkt aus der Signaldämpfung abzuleiten.
Entsprechende detaillierte Ausführung zu den Untersuchungen finden Sie im Beitrag, der im Tagungsband der 44. Wissenschaftlich-Technischen Jahrestagung der Deutsche Gesellschaft für Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformation veröffentlicht wurde und auf der DGPF Website abgerufen werden kann.
Eine kurze Zusammenfassung in Englisch finden Sie rechts im Downloadbereich.
Links: Das Projektteam im Wasserbaulabor der TU Wien, Rechts: Roland Schwarz mit dem Photogrammetrie-Preis für den besten Beitrag zum Tagungsband 2024
