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.
multimedia photogrammetry | topo-bathymetric laser scanning | water surface mapping | Neural Radiance Fields | full-waveform analysis | benchmark data
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.
Multi-Medien-Photogrammetrie | topo-bathymetrisches Laserscanning | Wasseroberflächenkartierung | Neural Radiance Fields | Full-Waveform-Analyse | Benchmark-Daten
