Hochauflösende photogrammetrische Methoden zur genesteten Parametrisierung und Validierung eines physikalisch-basierten Bodenerosionsmodells
Ziel des Vorhabens ist die skalenübergreifende Modellierung von Bodenerosion unter Nutzung photogrammetrischer Mess- und Optimierungsmethoden sowie physikalisch basierter Modellansätze. Bisherige prozessbasierte Modellansätze sind für die jeweilige Beobachtungsskale, in der sie parametrisiert und validiert wurden, zulässig, können aber aufgrund der Komplexität, Variabilität und Diskontinuität des Erosionsprozesses nicht auf andere Raumskalen und Zeiten übertragen werden. In der beobachteten Realität treten deshalb Phänomene auf, die auch von komplexeren Modellvorstellungen nicht oder nur ansatzweise reproduziert
werden können (z.B. Rillenbildung oder konzentrierter Abfluss in Fahrspuren).
Photogrammetrische Messmethoden (u.a. referenzierte Thermalbilder sowie 3D-Rekonstruktionsverfahren) ermöglichen die Beobachtung des oberflächigen Abflusses und die Veränderung der Bodenoberfläche prozessskalenübergreifend mit einem einheitlichen Verfahren. Die photogrammetrischen Daten erlauben zunächst eine Validierung von modellierten Bodenabtragswerten. Aufgrund der hohen Informationsdichte raum-zeitlich hochaufgelöster 3D-Modelle kann das Erosionsmodell jedoch nicht nur geprüft, sondern darüber hinausgehend mittels stochastischer Verfahren parametrisiert werden, wenn ein geeignetes physikalisch basiertes und gleichzeitig parametrisierbares Erosionsmodell vorliegt. Des Weiteren ermöglichen die photogrammetrischen Beobachtungen (RGB und thermal) eine zeitlich und räumlich differenzierte Prozessabgrenzung (Splash-, Sheet- und Rillenerosion sowie Deposition und Transport). Dadurch wird die Implementierung angepasster Modellvorstellungen zur skalenübergreifenden Beschreibung und Validierung skalenabhängiger Prozesse (z.B. separate Berücksichtigung von Dünnschichtabfluss und Rillenbildung) ermöglicht und erlaubt eine neue Betrachtung der Interkonnektivität des Sedimenttransports sowie das Verhältnis zwischen Ereignisfrequenz und -magnitude.
Das Projekt wird von der DFG finanziert.
Publikationen
- Grothum, O., Epple, L., Bienert, A., Eltner, A. (2024): Beobachtung und Rekonstruktion von Bodenerosionsprozessen mit permanenten Kamerastationen. Publikationen der DGPF e.V., Band 32, 106-115 (Link Band)
- Blanch, X., Guinau, M., Eltner, A., Abellan, A. (2024): A cost-effective image-based system for 3D geomorphic monitoring: An application to rockfalls. Geomorphology, 449, 109065 (Link Elsevier)
- Blanch, X., Guinau, M., Eltner, A., Abellan, A. (2023): Fixed photogrammetric systems for natural hazard monitoring with high spatio-temporal resolution. Natural Hazards and Earth System Sciences (Link Copernicus)
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Malinowski, R., Eltner, A., Heckrath, G. (2023): Mapping rill soil erosion in agricultural fields with UAV-borne remote sensing data. Earth Surface Processes and Landforms. 10.1002/esp.5505
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Epple, L., Kaiser, A., Schindewolf, M., Bienert, A., Lenz, J., Eltner, A. (2022): A Review on the Possibilities and Challenges of Today’s Soil and Soil Surface Assessment Techniques in the Context of Process-Based Soil Erosion Models. Remote Sensing, 14(10), 2468 (Link RS).
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Blanch, X., Eltner, A., Guinau, M., Abellan, A. (2021): Multi-epoch and multi-imagery (MEMI) photogrammetric workflow for enhanced change detection using time-lapse cameras. Remote Sensing, 13(8), 1460 (Link RS).
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Onnen, N., Eltner, A., Heckrath, G., Van Oost, K. (2020): Monitoring soil surface roughness under growing winter wheat with low altitude UAV sensing: potential and limitations. Earth Surface Processes and Landforms, 45(14), 3747-3759 (Link Wiley).
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Candido, B., Quinton, J., James, M., Silva, M., de Carvalho, T., de Lima, W., Beniaich, A., Eltner, A. (2020): High-resolution monitoring of diffuse (sheet or interrill) erosion using structure-from-motion. Geoderma, 375, 114477 (Link Elsevier).
Kontakt
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Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anette Eltner (Projektleitung)
- Dr.-Ing. Anne Bienert (Bearbeitung)
- Oliver Grothum (Bearbeitung)
