Gully-Monitoring im Sahel Burkina Fasos: Methodische Aspekte der großmaßstäbigen Luftbildauswertung

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
  • Problemstellung
  • Ziel der Arbeit
  • Aktueller Forschungsstand
    • Gully-Bildung und -Entwicklung
    • Einflussfaktoren der Gully-Entwicklung
    • Gully-Typen und -Entwicklungsgeschwindigkeiten
    • Gully-Erosionskontrolle und -Vermeidung
    • Folgen und Bedeutung der Gully-Erosion für das Gesamterosionsgeschehen
    • Untersuchungsmethoden
• Geographische Grundzüge des Untersuchungsraumes
  • Geologischer Bau
  • Präquartäre Klima- und Reliefentwicklung
  • Quartäre Klima- und Reliefentwicklung
    • Pleistozän
    • Holozän
  • Rezente Klimabedingungen
    • Großräumiges Klima
    • Klimavariabilität im Sahel
    • Das Klima im Arbeitsgebiet
  • Hydrographie
  • Böden
    • Bodenbildung in den Tropen
    • Quartäre Böden und Sedimente
    • Die Böden im Arbeitsgebiet
  • Vegetation
    • Die Vegetation im Arbeitsgebiet
    • Vegetationsveränderungen
  • Aktuelle Geomorphodynamik
  • Untersuchungsstandorte
• Methoden
  • Großmaßstäbiges Luftbild-Monitoring mit dem Fesseldrachen
    • Maßstabsfrage und Anwendungsbereiche
    • Historische Entwicklung der unbemannten Luftbildphotographie
    • Prinzip der Fesseldrachenbefliegung
    • Primärdatenerhebung – Passpunktvermessung
  • Photogrammetrische Grundlagen zur Bildorientierung und Auswertung
    • Das Modell der Zentralperspektive
    • Analog/Digital-Wandlung
      • Geometrisches und radiometrisches Auflösungsvermögen
      • Scannertypen und geometrische Genauigkeit
    • Prinzipien des stereoskopischen Sehens
    • Stereoskopische Visualisierungstechniken
    • Koordinatensysteme
    • Orientierungsparameter
      • Innere Orientierung
      • Äußere Orientierung
      • Relative Orientierung durch Verknüpfungspunkte
      • Absolute Orientierung durch Passpunkte
    • Aerotriangulation
    • Darstellung und Speicherung von Höheninformationen
      • Höhenmatrizen
      • Triangular Irregular Networks (TINs)
    • Manuelle Stereomessung und -kartierung
    • Automatischen DGM-Erstellung
    • Besonderheiten der verwendeten großmaßstäbigen Luftbilder und ihre photogram�metrischen Auswirkungen
  • Ergebnisse: Zweidimensionale Veränderungskartierung des Gully�Wachstums
    • Gully Gorom
    • Gully Inselberg-Gorom
  • Ergebnisse: Scanner-Tests
  • Ergebnisse: Vom Dia zum orientierten Bilderblock in LPS
    • Auswahl und Digitalisierung der Bilddaten
    • Anlegen einer Blockdatei in LPS
    • Parameter der inneren Orientierung
      • Kamera und Kamerakalibrierung
      • Zuordnung der Rahmenmarken im Bild
    • Parameter der äußeren Orientierung
      • Einfügen von Passpunkten
      • Generierung von Passpunkten für die Monitoring-Zeitpunkte Juli und De�zember 2000
      • Einfügen von Verknüpfungspunkten
    • Bündelblockausgleich
      • Allgemeine Einstellungen
      • Punktgenauigkeiten
      • Innere Orientierungsgenauigkeiten
      • Äußere Orientierungsgenauigkeiten
      • Erweiterte Einstellungen
    • Interpretation der Triangulationsergebnisse
      • Triangulation Summary
      • Der Triangulationsreport
      • Gully Gorom
        • Monitoring-Zeitpunkt Dezember 2001
        • Monitoring-Zeitpunkt Dezember 2000
        • Monitoring-Zeitpunkt Juli 2000
      • Gully Inselberg-Gorom
        • Monitoring-Zeitpunkt Dezember 2001
        • Monitoring-Zeitpunkt Dezember 2000
    • Ergebnisse: DGM-Erstellung
      • Manuelle DGM-Erstellung mit Stereo Analyst am Beispiel Gully Inselberg�Gorom
        • Erstellen eines neuen Feature-Projektes
        • 3D-Kartierung im quad buffered-Stereomodus mit Shutterbrille
        • Analyse der Kartierungsergebnisse: Programmschwächen und Kartie�rungsgenauigkeiten
      • Automatische DGM-Erstellung mit LPS
        • Allgemeine Einstellungen
        • Erweiterte Einstellungen
        • Mosaikierung, Genauigkeiten und Fehler der 3D-Modelle des Monitoring-Zeitpunktes Dezember 2001
          • Gully Gorom
          • Gully Inselberg-Gorom
        • Dreidimensionale Darstellung der Luftbildmosaike des Monitoring�Zeitpunktes Dezember 2001
        • 3D-Modellerstellung für die Monitoring-Zeitpunkte Dezember und Juli 2000
        • Vergleich der automatisch generierten Geländemodelle mit der manuellen 3D-Kartierung
    • Zusammenfassung und Ausblick

    Zielsetzung und Themenschwerpunkte

    Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, die dreidimensionale Auswertung von großmaßstäbigen Luftbildern zu untersuchen, die im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereichs 268 „Kulturentwicklung und Sprachgeschichte im Naturraum Westafrikanische Savanne“ erstellt wurden. Insbesondere soll die Quantifizierung des Austragsvolumens von zwei Gully-Systemen im Sahel Burkina Fasos mithilfe von photogrammetrischer Software ermöglicht werden.

    • Bewertung der Genauigkeit und Anwendbarkeit der Methode des großmaßstäbigen Luftbild-Monitorings mit dem Fesseldrachen zur Erfassung von Gully-Erosion.
    • Analyse der Herausforderungen und Möglichkeiten bei der Verwendung moderner photogrammetrischer Software (LPS und Stereo Analyst) für die Erstellung von dreidimensionalen Geländemodellen.
    • Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Scannertypen und Programmeinstellungen auf die Genauigkeit der Triangulation und DGM-Erstellung.
    • Beurteilung der potenziellen Anwendungsbereiche und Limitationen der dreidimensionalen Auswertung für die quantitative Analyse von Gully-Erosion.
    • Einbezug der Ergebnisse in das DFG-Forschungsprojekt MOGUL zur Verbesserung der Methodik des Gully-Monitorings.

    Zusammenfassung der Kapitel

    Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Problemstellung der Gully-Erosion im Sahel Burkina Fasos erläutert. Anschließend werden die Ziele der Arbeit sowie der aktuelle Forschungsstand zum Thema Gully-Bildung, -Entwicklung und -Einflussfaktoren dargestellt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Beschreibung der hydrogeographischen, pedologischen und vegetationskundlichen Gegebenheiten des Untersuchungsraumes. Die Methoden der großmaßstäbigen Luftbildphotographie mit dem Fesseldrachen sowie die photogrammetrischen Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung und Auswertung werden detailliert beschrieben. Abschließend werden die Ergebnisse der zweidimensionalen Veränderungskartierung und der dreidimensionalen Modellierung zweier Gully-Systeme präsentiert und die Qualität der Ergebnisse diskutiert. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsschwerpunkte.

    Schlüsselwörter

    Gully-Erosion, Sahel, Burkina Faso, Luftbild-Monitoring, Fesseldrachen, Photogrammetrie, digitale Bildverarbeitung, Leica Photogrammetry Suite (LPS), Stereo Analyst, Geländemodell, Sedimentaustrag, Landdegradation, Desertifikation.

    Häufig gestellte Fragen

    Was ist Gully-Erosion und warum ist sie im Sahel ein Problem?

    Gully-Erosion bezeichnet die Bildung tiefer Erosionsrinnen durch abfließendes Wasser. Im Sahel zerstört sie wertvolles Acker- und Weideland und wird durch geringe Vegetation verstärkt.

    Wie funktioniert das Monitoring mit einem Fesseldrachen?

    Ein Fesseldrache trägt eine Kamera in ca. 130 m Höhe, um großmaßstäbige Luftbilder zu erstellen, die eine detaillierte Dokumentation der Landschaftsveränderungen ermöglichen.

    Welche Software wird für die 3D-Auswertung genutzt?

    In der Untersuchung kommen die "Leica Photogrammetry Suite" (LPS) und der "Stereo Analyst" zum Einsatz, um digitale Geländemodelle (DGM) zu erstellen.

    Kann man das Austragsvolumen der Erosion genau berechnen?

    Ja, durch den Vergleich zeitversetzter 3D-Modelle lässt sich das Volumen des abgetragenen Sediments quantifizieren, was für die Erosionsforschung essenziell ist.

    Welchen Einfluss haben Scannertypen auf die Genauigkeit?

    Die Qualität der Digitalisierung von Luftbildern (Scanner-Tests) beeinflusst maßgeblich die Präzision der späteren photogrammetrischen Auswertung und Triangulation.