Fachbeiträge

HN Ausgaben wählen

HN 131 (17)
HN 130 (10)
HN 129 (8)
HN 128 (10)
HN 127 (6)
HN 126 (10)
HN 125 (11)
HN 124 (8)
HN 123 (10)
HN 122 (9)
HN 121 (10)
HN 120 (7)
HN 119 (10)
HN 118 (7)
HN 117 (10)
HN 116 (14)
HN 115 (10)
HN 114 (6)
HN 113 (10)
HN 112 (7)
HN 111 (9)
HN 110 (9)
HN 109 (11)
HN 108 (8)
HN 107 (9)
HN 106 (7)
HN 105 (14)
HN 104 (6)
HN 103 (11)
HN 102 (8)
HN 101 (9)
HN 100 (13)
HN 097 (1)

Mit Laserbathymetrie zur präzisen Topografie der Binnengewässer

Die Laserbathymetrie ist eine etablierte Technologie zur präzisen Vermessung und Überwachung von Binnengewässern. Sie ermöglicht eine flächenhafte Erfassung des Gewässergrundes einschließlich des Umlandes. Angestrebt wird ein lückenloses topografisches Abbild für weitreichende Anwendungen. Besonders geeignet ist der Einsatz in flachen Gewässern wie Fließgewässern, Teichen, Seen und Küstenregionen. Entscheidend ist der Zeitpunkt der Aufnahme. Wasserstand, Wassertrübung, aber auch die Vegetationsentwicklung können das Ergebnis beeinflussen. Drohnensysteme werden in naher Zukunft helfen, das volle Potenzial der Laserbathymetrie auszuschöpfen, und sie werden die detaillierte Informationsgewinnung für kritische Einsatzszenarien wie die Hochwassergefahren- und Hochwasserrisikomanagementplanung beschleunigen. Die Firma Skyability GmbH setzt seit 2019 das Laserbathymetriesystem VQ-840-G der Firma RIEGL ein und verfügt über einen großen Erfahrungsschatz aus verschiedensten Anwendungen.

Laser bathymetry is an established technology for the precise surveying and monitoring of inland waters. It enables a comprehensive survey of the water bed including the surrounding area. The aim is to obtain a complete topographical image for wide-ranging applications. It is particularly suitable for use in shallow waters such as rivers, ponds, lakes and coastal regions. The decisive factor is the time of recording. Water level, water turbidity, but also the development of vegetation can influence the result. In the near future, drone systems will help to utilise the full potential of laser bathymetry and accelerate the acquisition of detailed information for critical application scenarios such as flood hazard and flood risk management planning. Skyability GmbH has been using the VQ-840-G laser bathymetry system from RIEGL since 2019 and has a wealth of experience from a wide range of applications.

Ausgabe: HN 130, Seite 55–59
DOI: 10.23784/HN130-07
Autor/en: David Monetti

Mapping shallow inland running waters with UAV-borne photo and laser bathymetry
The Pielach River showcase

Mapping and monitoring of inland water bodies is of high scientific, economic and ecological importance. Depending on the size, depth and turbidity of the river, either acoustic or optical methods are suited for the acquisition of dense and accurate 3D bathymetry data. For relatively small, clear and shallow alpine rivers, optical methods are the first choice. Either images or laser scans are taken from crewed or uncrewed platforms to map the river bottom. For more than a decade, a near natural reach of the pre-alpine Pielach River in eastern Austria has been repeatedly surveyed with laser and photo bathymetry. In this contribution, we present an open benchmark dataset (DOI: 10.48436/taz19-r6618), which was captured in October 2024 following a devastating flood event in September 2024 with multicopter drones. We present the measurement campaign including airborne and terrestrial surveys and the data processing steps. Next to standard processing, we introduce new and innovative image-based bathymetry techniques for rivers with dynamic, wavy water surfaces. We show that image sequences can be used to mitigate the water surface dynamics; synchronous oblique drone images can be used to reconstruct the undulating water surface; and Neural Radiance Fields are an alternative option to classical methods for mapping bathymetry.

Die Kartierung und Überwachung von Binnengewässern ist von großer wissenschaftlicher, wirtschaftlicher und ökologischer Bedeutung. Je nach Größe, Tiefe und Trübung des Flusses eignen sich entweder akustische oder optische Methoden für die Erfassung dichter und genauer 3D-Bathymetriedaten. Für relativ kleine, klare und flache Alpenflüsse sind optische Methoden die erste Wahl. Von bemannten oder unbemannten Plattformen aus werden entweder Bilder oder Laserscans aufgenommen, um die Flusssohle zu kartieren. Seit mehr als einem Jahrzehnt wurde ein naturnaher Abschnitt der voralpinen Pielach in Ostösterreich wiederholt mit Laser- und Fotobathymetrie vermessen. In diesem Beitrag stellen wir einen offenen Benchmark-Datensatz vor (DOI: 10.48436/taz19-r6618), der im Oktober 2024 nach einem verheerenden Hochwasserereignis im September 2024 mit Multikopter-Drohnen aufgenommen wurde. Wir stellen die Messkampagne mit luftgestützten und terrestrischen Erhebungen sowie die Datenverarbeitungsschritte vor. Neben der Standardverarbeitung führen wir neue und innovative bildbasierte Bathymetrietechniken für Flüsse mit dynamischen, welligen Wasseroberflächen ein. Wir zeigen, dass Bildsequenzen verwendet werden können, um die Dynamik der Wasseroberfläche abzuschwächen; dass synchrone, schräge Drohnenbilder verwendet werden können, um die wellenförmige Wasseroberfläche zu rekonstruieren; und dass Neural Radiance Fields eine Alternative zu klassischen Methoden für die Kartierung der Bathymetrie darstellen.

Ausgabe: HN 130, Seite 42–54
DOI: 10.23784/HN130-06
Autor/en: Gottfried Mandlburger, Jan Rhomberg-Kauert, Laure-Anne Gueguen, Christian Mulsow, Markus Brezovsky, Lucas Dammert, Joe Haines, Silvia Glas, Theresa Himmelsbach, Frederik Schulte, Philipp Amon, Lukas Winiwarter, Boris Jutzi, Hans-Gerd Maas

Luftgestützte hochaufgelöste Vermessung flacher Gewässer am Beispiel des Rheins

Flache Gewässer sind essenzieller Teil vieler Ökosysteme und spielen in der Versorgung der Menschen eine wesentliche Rolle. Im Kontrast dazu steht die verfügbare Datenbasis. Dies liegt an der aufwendigen Vermessung, die vielfach manuell erfolgen muss und daher nur sehr geringe Abtastdichten erlaubt. Kompakte drohnengetragene Laserbathymetriesysteme versprechen effiziente Abhilfe. Am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM wurde ein neues, kompaktes und leichtes luftgestütztes Laserscanningsystem aufgebaut und evaluiert. Bei der Entwicklung des Messsystems wurde besonders auf Leichtbau und eine hohe erzielbare Ortsauflösung abgezielt. Das System arbeitet simultan mit infrarotem und grünem Laserlicht, was zu einer besseren Identifikation des Wasserspiegels und der Vegetation beiträgt. Zur Evaluation wurde das System an einem Uferbereich am Rhein mit Buhnen und starkem Unterwasserbewuchs getestet. Die Ergebnisse demonstrieren die hohe erreichbare Auflösung und zeigen, dass sich das Gerät sowohl zum effizienten Erfassen von Topografie und Bathymetrie als auch zur Kartierung von Unterwasserbewuchs eignet.

Shallow bodies of water are an essential part of many ecosystems and play a key role in providing for human needs. This contrasts with the available database. This is due to the time-consuming surveying process, which often has to be carried out manually and therefore only allows very low sampling densities. Compact drone-borne laser bathymetry systems promise an efficient remedy. A new, compact and lightweight airborne laser scanning system has been set up and evaluated at the Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM. During the development of the measuring system, particular emphasis was placed on lightweight construction and a high achievable spatial resolution. The system works simultaneously with infrared and green laser light, which contributes to better identification of the water level and vegetation. For evaluation purposes, the system was tested on a bank area on the Rhine with groynes and heavy underwater vegetation. The results demonstrate the high resolution that can be achieved and show that the device is suitable for efficiently recording topography and bathymetry as well as for mapping underwater vegetation.

Ausgabe: HN 130, Seite 36–41
DOI: 10.23784/HN130-05
Autor/en: Jannis Gangelhoff, Christoph S. Werner, Alexander Reiterer

Detection of quartzite blocks in the River Rhine
Development of semi-automatic and automatic approaches for the detection of boulders

To detect quartzite blocks in the riverbed of the River Rhine near Düsseldorf, a high-resolution multibeam echo sounder (MBES) survey, delivering bathymetry as well as backscatter data, was carried out. The first visual analysis of the retrieved dataset revealed more than 8,600 potential quartzite blocks. To enhance and automate the manual detection process and to obtain additional information about the boulders, two approaches, being a GIS method as well as an AI-approach using a convolutional neural network, are presented.

boulder detection | inland water mapping | autonomous data processing | sonar | MBES backscatter data

Im Zuge einer Fächerecholot-Messkampagne zur Detektion von Quarzitblöcken im Niederrheinischen Flussbett bei Düsseldorf wurden sowohl topografische Daten als auch Rückstreudaten in hoher Auflösung erfasst. In einer ersten visuellen Analyse des Datensatzes wurden mehr als 8600 potenzielle Quarzitblöcke erfasst. Um die manuelle Detektion zu verbessern und zu automatisieren und um zusätzliche Informationen über die Blöcke zu generieren, werden zwei Ansätze vorgestellt: eine GIS-Methode und ein KI-Ansatz, der ein neuronales Faltungsnetzwerk verwendet.

Quarzitblockerkennung | Binnengewässerkartierung | autonome Datenverarbeitung | Sonar | Fächerecholot-Rückstreudaten

Ausgabe: HN 130, Seite 30–35
DOI: 10.23784/HN130-04
Autor/en: Markus Kraft, Nils Hollman, Kelly Torres, Eric Idun, Ellen Heffner, Annika L. Walter, Harald Sternberg

Gewässervermessung an den Binnenwasserstraßen des Bundes

Die Bundesrepublik Deutschland ist für die Unterhaltung und den Ausbau von Bundeswasserstraßen verantwortlich. Diese Aufgaben sind der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung übertragen. Für die vielfältigen Aufgaben werden von der Gewässervermessung umfangreich raumbezogene Informationen zur Gewässertopografie und deren Dynamik erfasst, ebenso zur morphologischen Struktur des Gewässerbettes, zur Lage und Beschaffenheit von Objekten im Gewässer (z. B. Hindernissuche) sowie zur Topografie der Wasseroberfläche. Dieser Artikel beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der behördlichen Struktur, den Aufgaben und den Prozessen der Gewässervermessung an den Binnenwasserstraßen. Außerdem werden aktuelle Arbeiten zu drängenden Zukunftsthemen wie der Automatisierung der Mess- und Auswerteprozesse und der Bereitstellung aktueller Tiefeninformationen für die Schifffahrt beleuchtet.

In Germany, the Federal Waterway and Shipping Administration is responsible for inland river maintenance and development. In this context, there is a vast variety of tasks that require georeferenced data. Hydrography delivers extensive spatial data on the dynamic bathymetry and its morphological structure as well as the topography of the water surface. Furthermore, objects within the water are localised and their condition is observed. This article focuses on the administrative structure, tasks and processes of the hydrographic surveying on inland waterways. Additionally, it highlights ongoing efforts to address future challenges, such as the automation of survey and data analysis processes, as well as the provision of up-to-date depth information for river navigation.

Ausgabe: HN 130, Seite 24–29
DOI: 10.23784/HN130-03
Autor/en: Reiner Kastenholz, Thomas Artz

Seite 5 von 61