Entwicklung eines strengen Modells zur simultanen Bestimmung von Wasseroberfläche und Gewässerboden in der Photobathymetrie

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Gerd Maas
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496002628

In der Photobathymetrie werden photogrammetrische Verfahren zur Bestimmung der Gewässerbodentopographie aus terrestrischen Aufnahmen und Luftbildern durch die Wasseroberfläche hindurch angewandt. Dies erfordert die Berücksichtigung der Strahlbrechung nach dem Snellius’schen Gesetz bei der geometrischen Modellierung und damit eine präzise Erfassung und Modellierung der Trennfläche zwischen den unterschiedlichen optischen Medien. Werden Aufnahmen durch eine offene Wasseroberfläche gemacht, erschweren Wellen an der Wasseroberfläche diese Modellierung erheblich. Bislang existieren dazu in der Photobathymetrie nur Näherungslösungen. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines vielseitig anwendbaren generischen Modells für die Mehrmedienphotogrammetrie für den allgemeinen Fall von bewegten Wasseroberflächen. Dazu werden in einem integrierten photogrammetrischen Ansatz simultan sowohl die Gewässerbodentopographie als auch Parameter zur geometrischen Beschreibung der Wasseroberfläche bestimmt. Dies bedingt die Formulierung eines geeignet parametrisierten räumlich-zeitlichen Modells zur Beschreibung der Wasseroberfläche unter Nutzung der refraktiven oder reflektiven Eigenschaft, welches dann als Basis für die strenge Berücksichtigung der Refraktion auf dem optischen Pfad im Vorwärtsschnitt der Abbildungsstrahlen dient. Dabei kommen konsequent Techniken der Parameterschätzung zur Analyse der Bestimmbarkeit und Signifikanz aller zu bestimmenden Parameter zur Anwendung. In der Literatur finden sich einige Ansätze zur Modellierung des Gewässerbodens oder der Wasseroberfläche aus Bilddaten. Das primäre Ziel des Vorhabens liegt darin, beide gemeinsam zu bestimmen. Die explizite Berücksichtigung einer komplexen räumlich-zeitlich variablen Wasseroberfläche in der photo-bathymetrischen Modellierung und Datenprozessierung hat das Potential, das Genauigkeitspotential der Photobathymetrie um etwa eine Größenordnung zu steigern und damit den Anwendungsbereich wesentlich zu erweitern. Zu den Anwendungsgebieten zählen beispielsweise Hydroökologie und Hydromorphologie Kartierung von Küstenbereichen, UAV-gestützten Erfassung der Topographie von Binnengewässern, Veränderungsdetektion an Korallenriffen sowie vielfältige Messaufgaben in hydromechanischen Laboreinrichtungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Gottfried Mandlburger; Professor Dr. Norbert Pfeifer