Ein Überblick über optische Methoden in der Hydrographie

Abstract

Die Geschichte des Einsatzes optischer Methoden für hydrographische Anwendungen reicht bis in die Mitte des letzten Jahrhunderts zurück. Seit diesen Anfängen haben sich sowohl die passiven als auch die aktiven Techniken erheblich weiterentwickelt. Mit immer neuen Sensoren und Plattformen, die zur Verfügung stehen, gibt es einen kontinuierlichen wissenschaftlichen Fortschritt im Bereich der Erfassung der Unterwassertopographie seichter Gewässer. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die verwendeten optischen Methoden, die in passive und aktive Techniken unterteilt werden können. Zu den passiven Methoden gehören die spektrale Tiefenbestimmung sowie die Mehrmedienphotogrammetrie, die aktive Methode ist die Laserbathymetrie. Ein weiterer Ansatz zur Kategorisierung optischer Methoden basiert auf der verwendeten Trägerplattform, wobei Satelliten, bemannte Flugzeuge, unbemannte Flugsysteme und neuerdings auch ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge für die Kartierung von Gewässern in unterschiedlichen Maßstäben, Auflösungen und Genauigkeiten eingesetzt werden. Eine dritte Möglichkeit der Klassifizierung besteht darin, ob sich der Sensor über oder unter dem Wasserspiegel befindet. Der Beitrag beleuchtet auch die wichtigsten Datenverarbeitungstechniken, im Besonderen (i) die Refraktionskorrektur, (ii) die Signalverarbeitung des radiometrischen Inhalts und (iii) die Analyse des rückgestreuten Wellenformsignals in der Laserbathymetrie. In jüngster Zeit spielen Techniken des maschinellen Lernens nicht nur bei der Objektklassifizierung, sondern auch bei der regressionsbasierten Tiefenschätzung eine immer wichtigere Rolle. Abschließend wird auf die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten eingegangen, die von der Kartierung schiffbarer Kanäle für die sichere Schiffsnavigation über die Katastrophendokumentation, die Hochwassersimulation, den Küstenschutz, die Modellierung von ufernahen Lebensräumen, die Restrukturierung von Flüssen, die Überwachung hydromorphologischer Veränderungen, die Wartung von Wasserkraftwerken, die Kartierung von Offshore-Infrastruktur, die Kartierung von Korallenriffen bis hin zur Unterwasserarchäologie reichen. Dem Beitrag ist ein Vorwort von Patrick Westfeld, dem Leiter des Forschungs- und Entwicklungsbereichs des Referats Geodäsie, Seevermessung und Wracksuche am Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), vorangestellt.