Masterarbeit Kai Warnke

Titel:
Untersuchung zur Qualität flugzeuggestützter Laserbathymetriedaten in Küstengewässern der Ostsee

Betreuer:
Dr.-Ing. Patrick Westfeld, Dr. W. Ellmer (Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie)

Beschreibung:

Um eine sichere Schifffahrt zu gewährleisten, ist es notwendig, den Meeresboden und die sich darauf befindlichen Unterwasserobjekte möglichst genau aufzunehmen und in entsprechenden Karten festzuhalten. Bisher wurde dies mit konventionellen schiffsgestützten Echolot-Systemen realisiert. Die flugzeuggestützte Laserbathymetrie stellt dahingehend ein vergleichsweise neues Verfahren zur Aufnahme des Gewässerbodens, der Wasseroberfläche und der angrenzenden Topographie dar.

 

 

Die meisten Laserbathymetrie-Systeme verwenden eine Kombination aus einem NIR-Laser und mindestens einem grünen Laser.  Im Gegensatz zum NIR-Laser besitzt der grüne Laserstrahl die Fähigkeit in die Wassersäule einzudringen und unter geeigneten Umweltbedingungen nach der Reflektion am Meeresboden zum System zurückzukehren. Der entscheidende Umweltparameter, welcher die Leistungsfähigkeit und die maximale Eindringtiefe des grünen Lasers beeinflusst, ist die Wassertrübung. Diese wird in der Laserbathymetrie mit der Secchitiefe definiert. Der NIR-Laser wird für die Aufnahme der angrenzenden topographischen Bereiche und der Wasseroberfläche eingesetzt.

Um das Potential der Laserbathymetrie in der Ostsee zu untersuchen, beschloss das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zusammen mit dem Institut für Photogrammetrie und Geoinformation der Leibniz Universität in Leipzig im Jahr 2011 ein 3-jähriges F&E-Projekt zum Thema flugzeuggestützter Laserbathymetrie durchzuführen.

In dieser Arbeit sollen sowohl die Grundlagen der Laserbathymetrie dargestellt, als auch das Anwendungs- und Genauigkeitspotential dieser erläutert und eingeschätzt werden. Dazu werden die Laser-Datensätze quantitativ mit vorliegenden Vergleichsflächen des Echolots  verglichen und diese hinsichtlich der IHO S-44 analysiert, welche die geforderten Genauigkeitsangaben für hydrographische Vermessungen definiert.

 

Weiterhin wird die innere Genauigkeit der eingesetzten Systeme und die erreichte Genauigkeit dieser zueinander untersucht.

Durch die Full-Wave-Aufnahme der Laserdaten ist es theoretisch möglich, Objekte innerhalb der Wassersäule zu lokalisieren, was allerdings in dieser Untersuchung nicht bestätigt werden konnte. Weiterhin wird in dieser Arbeit der Einfluss der Secchitiefe auf die Punktdichte und die abdeckte Fläche der jeweiligen Tiefenbereiche untersucht, um ein geeignetes Zeitfenster für die Aufnahme von Laserbathymetrie-Daten festzustellen.

Die Ergebnisse der Arbeit haben gezeigt, dass die flugzeuggestützte Laserbathymetrie ein wirkungsvolles und effizientes Werkzeug zur Aufnahme des Meeresbodens in der Ostsee darstellt. Zwar gibt es noch einige Verbesserungsmöglichkeiten der Aufnahme und Auswertung der Daten, dennoch stellt der Einsatz von Lasersystemen in der Bathymetrie eine effektive Ergänzungsmöglichkeit zur den schiffsgestützten Echoloten dar.