Drohnenbefliegungen

Regelmäßige Flugkampagnen

Im Rahmen des Projektes werden regelmäßige Flugkampagnen an verschiedenen ausgewählten Flussabschnitten durchgeführt. Hierbei müssen wir sowohl auf günstige Flugbedingungen (Niederschlag, solare Einstrahlung, Windgeschwindigkeit, etc.) achten als auch praktische Limitationen beachten (Flugverbotszonen, Überschattung durch Vegetation, etc.). Um verschiedene Detailfragestellungen abdecken zu können wurden Flüge unter verschiedensten Bedingungen durchgeführt: Hochsommer (Niedrigwasser, heiß); Winter (Mittelwasser, frostig) und Übergangszeiten.

Insgesamt wurden bisher folgende Datenmengen erhoben:

20 Flugtage | 192 Flüge | 120.000 Einzelbilder | 228 Videosequenzen | 1.075 GB Daten

Prozessierung der Rohdaten

Bei regelmäßigen Befliegungskampagnen werden Rohdaten im sichtbaren (RGB), infraroten (IR) oder multispektralen (MSP) Wellenlängenbereich aufgenommen. Je nach individueller Fragestellung werden hierbei Einzelbilder oder auch Videos aufgenommen. Die beobachteten Infrarotmessungen werden mittels einem, an der Universität Freiburg entwickelten, R-Skript kalibriert, sodass absolute Temperaturen pixel-genau errechnet werden können.

Einzelbilder werden mit der Software Pix4D prozessiert. Die Überlappung zwischen einzelnen Aufnahmen wird ausgenutzt, um systembedingte Fehler wie z.B. Linsenverzerrung zu korrigieren und die einzelnen Aufnahmen zusammenzufügen. Das resultierende Orthomosaik ist georeferenziert und idR. frei von „harten Grenzübergängen“. Nun ist eine GIS-Analyse möglich. Unabhängig von diesen Prozessierungsschritten werden Videosequenzen analysiert um das Fließverhalten (Geschwindigkeit, Turbulenz etc.) genauer zu beobachten.

Abbildung 1: Workflow der Bilderprozessierung: Rohdaten (RGB, IR oder MSP) müssen erst korrigiert und prozessiert werden, bevor sie zusammengesetzt in eine GIS-Analyse einfließen können.

Auswertung / Ergebnisse

Die Datenaufnahme mit Drohnen im Rahmen des StressRes-Projektes ist weitestgehend abgeschlossen, im Folgenden wird die wissenschaftliche Auswertung der Daten im Fokus stehen.

Es wurden verschiedene Prozessierungsmethoden ausprobiert und miteinander verglichen, wobei sich herausgestellt hat, dass die Unterschiede im Ergebniss gering sind. Bildartefakte lassen sich nicht immer vermeiden, was in der Auswertung beachtet werden muss. Des Weiteren ist die Kalibrierung der absoluten Temperaturdaten teilweise ungenau, was zu einer signifikanten Unsicherheit von ca. 2°C führt.

Vorläufige Auswertungen der Messungen zeigen, dass Drohnenaufnahmen ein wertvolles Explorationstool sein können. Sowohl RGB- als auch IR-Aufnahmen helfen flächendeckende Informationen über das Messgebiet und seine Beschaffenheit zu erhalten.

In Zeiten von Niedrigwasser oder hohen Temperaturdifferenzen zwischen Fluss und Grundwasser (Hochsommer, kalter Winter) zeigt sich, dass Thermalbilder gut dazu verwendet werden können, um Zonen mit hohem Grundwassereinfluss zu lokalisieren und charakterisieren. Die Daten decken das gesamte Gebiet mit einer hohen räumlichen Auflösung (ca. 5x5cm) ab, was eine sehr gute Vergleichbarkeit ermöglicht.

Die Quantifizierung des Grundwassereintritts gestaltet sich weiterhin als schwierig, nicht zuletzt wegen der hohen Messungenauigkeiten der Temperaturmessung.

Eine wissenschaftliche Publikation der Ergebnisse und der resultierenden Erfahrungswerte ist derzeit in Vorbereitung.