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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

Bathymetry measurements using recreational shipping equipment providing a huge dataset from lake Ammersee in southern Germany

Large amounts of measurement data are essential for bathymetric documentation and analysis of water bodies around the globe. Even crowdsourced and amateur measurements can be helpful. Within this study we present a huge dataset collected at a German lake with a 25 ft/7.5 m sailing yacht and discuss various topics of methodology and data quality. Data visualisations are given on global and local scale. A second high-resolution dataset collected in a small region with a 3.6 ft/1.1 m software- and remote-controlled drone boat is used as reference.

Große Mengen an Messdaten sind entscheidend für die bathymetrische Dokumentation und Analyse von Gewässern rund um den Globus. Selbst Crowdsourcing und Messungen von Amateuren können hilfreich sein. In dieser Studie stellen wir einen großen Datensatz vor, der an einem deutschen See mit einer 7,5-Meter-Segeljacht gesammelt wurde, und diskutieren verschiedene Themen der Methodik und Datenqualität. Gezeigt werden Datenvisualisierungen auf globaler und lokaler Ebene. Ein zweiter hochauflösender Datensatz, der in einer kleinen Region mit einem software- und ferngesteuerten Drohnenboot (USV, 1,1 m) erfasst wurde, dient als Referenz.

Ausgabe: HN 130, Seite 14–23
DOI: 10.23784/HN130-02
Autor/en: Andreas G. Niedermeier, Manfred Matheis

Pilotstudie im Schweriner Außensee zur hydroakustischen Seenvermessung mittels USV

Im März 2024 wurde ein 2,36 km² großer Teilbereich des Schweriner Außensees (Mecklenburg-Vorpommern) mit Hilfe eines Uncrewed Surface Vehicle (USV) von der Subsea Europe Services GmbH unter Verwendung des interferometrischen Sonars Geo¬Swath 4R und des Fächerecholots R2Sonic 2026 V+ neu vermessen. Die gemessenen Wassertiefen reichten von weniger als einem Meter bis zu 51 Metern. Die Kombination beider Messverfahren lieferte Rasterdaten zur Morphologie, zur Sedimentbeschaffenheit des Seebodens sowie zu dessen topografischen Besonderheiten in bislang unbekannter Genauigkeit. Mit einer Bodenauflösung von 0,25 bis 0,50 m konnten detaillierte bathymetrische Daten und das subaquatische Mikrorelief mit Objekten (z.B. Steine) und Depressionen in Größe und räumlicher Verbreitung erfasst werden. Die erfolgreiche Anwendung einer Kombination aus zwei Fächerecholoten für das breite Wassertiefenspektrum in einem Binnensee wird hier beschrieben. Die Datenqualität und die Effizienz des Verfahrens empfehlen die Seenvermessung mittels USV und Fächerecholoten auch für andere Binnengewässer.

In March 2024, a 2.36 km² section of the Schwerin Outer Lake (Mecklenburg-Western Pomerania) was resurveyed by Subsea Europe Services GmbH with the help of an uncrewed surface vehicle (USV) using the GeoSwath 4R interferometric sonar and the R2Sonic 2026 V+ multibeam echo sounder. The measured water depths ranged from less than one metre to 51 metres. The combination of both measurement methods provided raster data on the morphology, sediment composition and topographical features of the lake bed with unprecedented accuracy. With a bottom resolution of 0.25 to 0.50 metres, detailed bathymetric data and the subaquatic micro-relief with objects (e.g. stones) and depressions could be recorded in terms of size and spatial distribution. The successful application of a combination of two multibeam echo sounders for the broad water depth spectrum in an inland lake is described here. The data quality and efficiency of the method recommend lake surveying using USV and multibeam echo sounders for other inland waters as well.

Ausgabe: HN 130, Seite 6–12
DOI: 10.23784/HN130-01
Autor/en: Sebastian Lorenz, Ovoke Ivwighre, Agata Feldens, Ezekiel David, Jorge Ibaceta, Matthias Hinz, Torsten Haberzettl

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