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Copyright: Space Imaging, GeoVille<br />
Stand Montafon<br />
Forstfonds<br />
<strong>„Einsatz</strong> Einsatz höchstauflösender<br />
Satellitendaten für<br />
Gefahrenzonenkartierungen<br />
in den Alpen“<br />
Donnerstag, 13.11.2003<br />
Projektpräsentation im Rahmen des VoGIS-Fachforums<br />
Stadtwerke Feldkirch, 6800 Feldkirch<br />
Finanziert im Rahmen des BMBWK-Schwerpunktes “Erdbeobachtung für Umweltfragen” vom Bundesministerium für Bildung,<br />
Wissenschaft und Kultur, mit finanzieller Beteiligung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit, sowie der Gemeinsamen<br />
Forschungsstelle der Europäischen Kommission
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle<br />
Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender<br />
Satellitendaten<br />
4. Schlussfolgerungen
Zielsetzung des Projektes<br />
Ausgangssituation<br />
Aktive Maßnahmen (z.B. Lawinenverbauung) zum Schutz<br />
vor Naturgefahren sind auf Dauer nicht finanzierbar<br />
Die neue Devise lautet daher, planerische Instrumente<br />
zur Vorbeugung (= passiver Schutz) zu entwickeln<br />
Univ. Prof. Johann Stötter (1997)<br />
Passiver Schutz erfordert flächenhafte Informationen über<br />
Gefährdungsgrad und Schadenspotenzial eines Gebietes
Zielsetzung des Projektes<br />
Einsatz von höchstauflösenden Satellitendaten und<br />
Digitalen Geländemodellen<br />
– Gewinnung von flächendeckender Grundlageninformation für<br />
Gefahrenhinweiskarten und Angewandte Gefahrenzonenpläne<br />
– Nutzungspotenzial im Vergleich zu Luftbildern<br />
Anwendung in zwei Testgebieten im Vorarlberger<br />
Montafon
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
Amt der Vorarlberger Landesregierung –<br />
Abt. VOGIS & Abt. Landesvermessungsamt<br />
Forsttechnischer Dienst für Wildbach- und Lawinenverbauung,<br />
Sektion Vorarlberg<br />
Stand Montafon – Forstfonds<br />
Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen<br />
Landesumweltanwaltschaft des Amtes der Tiroler<br />
Landesregierung<br />
Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft<br />
Eidgenössisches Institut für Schnee- und<br />
Lawinenforschung<br />
Münchener Rückversicherung<br />
Flotron AG, Schweiz
Bedarfserhebung – Ergebnisse<br />
Luftbilder<br />
– weite Verbreitung und operationeller Einsatz<br />
Höchstauflösende Satellitendaten<br />
– Bislang sehr begrenzter operationeller Einsatz<br />
– Eignung vor allem für regionale Übersichtskarten der<br />
Naturgefahrenzonierung<br />
– Kosten bzw. Informationsgehalt werden sehr unterschiedlich<br />
eingeschätzt<br />
Preis-Leistungs-Verhältnis als zentrales Kriterium
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
ntersuchungsgebiete: Gampadelstal und Gargellental im Vorarlberger Montafon<br />
Gampadelstal<br />
Gargellental<br />
Copyright: EURIMAGE, BEV; Fotos: Gabriel, Aggarwal
Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Datengrundlage Gampadelstal:<br />
IKONOS Geo-Produkt (pan-sharpened Modus)<br />
Aufnahmezeitpunkt: 21.07.2000,<br />
10.05 GMT<br />
Multispektrales Infrarotbild (Kanäle<br />
NIR, Rot, Grün) mit 1 m<br />
Bodenauflösung<br />
Mittels Image Fusion geschärfte<br />
Multispektraldaten<br />
Bildausschnitt<br />
Schruns / Vorarlberg<br />
Copyright: Space Imaging
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung<br />
– Orthorektifizierung und Bildverbesserung<br />
– Kontrolle der Lagegenauigkeit<br />
Visuelle Auswertung<br />
– Festlegung der Legende und Kartierungsrichtlinien<br />
– Visuelle Interpretation und Kontrolle der Landbedeckung<br />
Automatisierter Vergleich mit CIR–Luftbilddaten
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Vorverarbeitung<br />
Orthorektifizierung auf Basis<br />
genauer und aktueller<br />
Entzerrungsgrundlagen<br />
– 3 Ortholuftbilder 0.5 m<br />
(Land Vorarlberg)<br />
– Digitales Geländemodell 10 m<br />
(BEV)<br />
Copyright: Land Vorarlberg, BEV<br />
Nördliches Luftbild<br />
Satellitendaten<br />
Testgebiet Tal de<br />
Gampadelsbache<br />
Zentrales Luftbild<br />
Geländemodell<br />
Südliches Luftbild
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Vorverarbeitung<br />
Aufnahme von Ground Control Points (GCPs) in Satellitendaten<br />
und Luftbildern<br />
Extraktion der Höheninformation aus BEV–Geländemodell<br />
Copyright: Space Imaging, Land Vorarlberg, BEV<br />
Anzahl GCPs<br />
50<br />
X RMS<br />
1.47 m<br />
Y RMS<br />
1.49 m
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Vorverarbeitung<br />
Kontrolle auf Basis von Ortholuftbildern und terrestrisch<br />
vermessenen Kontrollpunkten (Independent Control Points – ICPs<br />
Copyright: Space Imaging, Land Vorarlberg<br />
ICP<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
Diff. X<br />
-0.25 m<br />
-1.125 m<br />
-1.125 m<br />
-0.438 m<br />
1.812 m<br />
1.063 m<br />
0.375 m<br />
Diff. Y<br />
-4 m<br />
-1.875 m<br />
-1 m<br />
2.813 m<br />
1.688 m<br />
-0.688 m<br />
-1.125 m<br />
RMS-Fehler der ICPs:<br />
RMS X = 1.1 m<br />
RMS Y = 2.4 m<br />
RMS-Fehler in Talbereichen ~ 1 m
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
Erstellung der Legende in Zusammenarbeit mit<br />
– Amt der Vorarlberger Landesregierung<br />
– Forsttechnischer Dienst für Wildbach- und<br />
Lawinenverbauung – Sektion Vorarlberg<br />
– Stand Montafon – Forstfonds<br />
– Landesvermessungsamt Feldkirch<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten
Thematische Kartierung<br />
Streng hierarchischer Ansatz mit 44 Klassen<br />
1 Wald<br />
1.1.1 Beschirmung<br />
30-60 %<br />
1.1.1.1<br />
Nadelwald<br />
1.1.1.1.1<br />
rjüngung bis 5m<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
2 Offene<br />
Vegetation<br />
1.1 Wald 1.2 Kahlschlag<br />
1.1.2 Beschirmung<br />
60-80 %<br />
1.1.1.2<br />
Mischwald<br />
1.1.1.1.2<br />
Dickung/Stangenholz<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
3 Vegetationslose<br />
Flächen<br />
1.3 Strauchvegetation<br />
1.1.3 Beschirmung<br />
80-100 %<br />
1.1.1.3<br />
Laubwald<br />
1.1.1.1.3<br />
Baum-Altholz<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
4 Siedlungen 5 Gewässer<br />
Beschirmungsgrad<br />
Waldtyp<br />
Baumalter<br />
6 Gletscher,<br />
Schneefelder
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Kartierungsmaßstab (1:2.000 – 1:5.000) beträgt<br />
etwa die Hälfte des Zielmaßstabes (1:5.000 –<br />
1:10.000)<br />
Kleinste Aufnahmeeinheit: 0.5 ha<br />
Copyright: Space Imaging, GeoVille
Thematische Kartierung<br />
Ergebnisse<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
Copyright: Space Imaging, GeoVille<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Landbedeckung<br />
23%<br />
Anteil der Waldklassen an<br />
Gesamtwaldfläche<br />
8%<br />
Flächenanteil<br />
Versiegelte Flächen, Gewässer 1.7 %<br />
Landwirtschaft 23.7 %<br />
Wald 51.3 %<br />
Strauchvegetation (Latschen, Grünerlen) 11.8 %<br />
Sonstige Flächen 11.5 %<br />
69%<br />
Nadelwald Mischwald Laubwald
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
Ergebnisse – Beschirmungsgrad<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
Copyright: Space Imaging, GeoVille<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Anteil der Beschirmungsklassen im<br />
Untersuchungsgebiet<br />
37%<br />
15%<br />
48%<br />
30 - 60 % 60 - 80 % 80 - 100 %
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle<br />
Visuelle Auswertung – Vergleich<br />
Verifikation der Ergebnisse<br />
Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
– Kontrolle der Interpretationsergebnisse vor Ort mit<br />
Nutzergruppe<br />
– Kartierung allein auf Basis der Satellitendaten nicht<br />
ausreichend<br />
A-priori Geländekenntnis des Interpreten bzw.<br />
Ergebniskontrolle im Gelände auch für sehr hoch<br />
aufgelöste Bilddaten unabdingbar
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Auswahl von Stichprobenflächen relevanter<br />
Landbedeckungseinheiten<br />
Bildvergleich mittels automatischer objektorientierter<br />
Bildanalyse (Klassifikation nach objektiven Kriterien)<br />
Geometrische<br />
Auflösung<br />
Radiometrische<br />
Auflösung<br />
Aufnahmezeitpunkt<br />
Höchstauflösende<br />
Satellitendaten (4,3,2)<br />
1 m (pan-sharpened)<br />
11 bit<br />
21.07.2000, 10:05 Uhr<br />
CIR-Luftbild<br />
0.25 m<br />
8 bit<br />
25.08.2001, 13:18 Uhr<br />
bzw. 13:25 Uhr
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
öchstauflösende Satellitendaten CIR–Luftbild<br />
Copyright: Space Imaging, Land Vorarlberg, GeoVille
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Höchstauflösende Satellitendaten CIR–Luftbild<br />
Unterscheidbarkeit von Vegetationsklassen<br />
Copyright: Space Imaging, Land Vorarlberg, GeoVille
Thematische Kartierung<br />
Vorverarbeitung – Visuelle Auswertung – Vergleich mit CIR–Luftbilddaten<br />
CIR Luftbilddaten<br />
Zeitersparnis gegenüber einer visuellen Auswertung<br />
Automatisierte Klassifikation ermöglicht eindeutige<br />
Differenzierung der Landbedeckungseinheiten<br />
Vorteil Luftbild<br />
– Schärfere Abgrenzung der Landbedeckungsobjekte<br />
Vorteil höchstauflösendes Satellitenbild<br />
– Deutlichere Unterscheidung von Vegetationsklassen
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Oberflächenmodell<br />
Ableitung eines hochauflösenden Oberflächenmodells aus<br />
panchromatischen Stereo-Daten (1 m) im Gargellental,<br />
Aufnahme: 11. Nov 2001<br />
Maschenweite des Oberflächenmodells: 4 m<br />
Sehr gute Übereinstimmung mit terrestrisch vermessenen<br />
Höhenpunkten (+/- 3 m)<br />
Stereo-Daten<br />
Oberflächenmodell<br />
Qualitätskontrolle<br />
Copyright: Space Imaging, GeoVille<br />
RMS–Fehler: 3.5 m
Oberflächenmodell<br />
Detail-Oberflächenmodell mit maximaler Detailerfassung<br />
(Maschenweite 2 m)<br />
Eignung für die Erfassung von alpinen Gefährdungsbereichen<br />
mittels Abfluss- und Sturzmodellen<br />
Eindeutige Identifikation von Gebäuden möglich<br />
Gargellen im<br />
höchstauflösenden<br />
Satellitenbild<br />
Copyright: Space Imaging, GeoV<br />
Oberflächenmodell Oberflächenmodell mit Kataster<br />
als “Shaded Relief” – Detailausschnitt
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Geländemodellanalysen<br />
Erfassung potenzieller Gefährdungsbereiche im<br />
alpinen Bereich<br />
Kombinierte Analyse von Geländemodellen und<br />
thematischer Kartierung in GIS<br />
Geländemodellanalyse umfasst Berechnung von<br />
– Hangneigung & Hangrichtung (Exposition) und<br />
Ableitung von Gefährdungsbereichen<br />
– Hydrologischen Parametern
Geländemodellanalysen<br />
Copyright: BEV, Space Imaging, EURIMAGE, GeoVille<br />
abzgl.<br />
= potenziell lawinenkritischer Bereich<br />
Hangneigung & Hangrichtung<br />
Blick auf das Gampadelstal<br />
Richtung Süden
Geländemodellanalysen<br />
Hydrologische Parameter<br />
Ableitung hydrologischer Parameter aus<br />
dem Geländemodell<br />
– Bestimmung des Entwässerungsnetzes und der<br />
Abflusskonzentration<br />
– Analyse erosionsgefährdeter Bereiche unter<br />
Berücksichtigung der Hangstabilität
Geländemodellanalysen<br />
Flow direction (Abflussrichtung)<br />
Flow paths (Abflusskanäle)<br />
Flow accumulation (Abflusskonzentration)<br />
Copyright: BEV, GeoVille<br />
Min Max<br />
Hydrologische Parameter
Geländemodellanalysen<br />
Hydrologische Parameter<br />
Ermittlung von erosionsgefährdeten Bereichen unter<br />
Berücksichtigung der Hangstabilität (Georisken nach Bertle<br />
et al. 1995)<br />
Copyright: Space Imaging, GeoVille, Bertle et al.
Übersicht<br />
1. Zielsetzung des Projektes<br />
2. Kooperationspartner & potenzielle Nutzer<br />
3. Einsatz höchstauflösender Satellitendaten<br />
Thematische Kartierung<br />
Ableitung eines Oberflächenmodells<br />
Geländemodellanalysen<br />
4. Wirtschaftlichkeit & Schlussfolgerungen
Schlussfolgerungen<br />
Potenzial von Satellitendaten im Kontext<br />
alpiner Naturgefahren<br />
– Abschätzung des Gefahrenpotenzials<br />
– Erfassung des Schadensausmaßes<br />
Satellitenbilder schließen<br />
Informationslücken in der Abschätzung,<br />
Beobachtung und Erfassung von<br />
Naturgefahren
Schlussfolgerungen<br />
Stärke von Satellitendaten in der<br />
Naturgefahrenanalyse liegt in der Komplementarität<br />
zu Luftbildern<br />
Höchstauflösende Satellitendaten<br />
Höhere spektrale & radiometrische<br />
Auflösung (einheitlicher Aufnahmewinkel<br />
innerhalb einer Szene)<br />
Übersichtskarten der<br />
Naturgefahrenzonierung (maximaler<br />
Maßstab bis etwa 1 : 10.000)<br />
Datenverfügbarkeit (höhere temporäre<br />
Auflösung)<br />
Flexibilität der Datenerhebung<br />
(nutzerspezifische Programmierung)<br />
Satellitenbild vs. Luftbild<br />
Luftbild<br />
Höhere geometrische Auflösung<br />
Räumliche detailliertere<br />
Auswertungen möglich<br />
Eigens geplante Befliegungen
Schlussfolgerungen<br />
Kosten<br />
Marktchancen<br />
– IKONOS Geo PSM: 30 US $ pro km²<br />
– IKONOS Stereodaten (panchromatisch): 85 US $ pro km²<br />
– Luftbild-Befliegung Vorarlberg (inkl. Geokodierung): 138 € pro km²<br />
IKONOS-Daten sind für Primär- und<br />
Sekundäraufnahmen von Flächen kleiner als 200 km²<br />
wirtschaftlich rentabel (oft einzige Datenquelle)<br />
Automatisierte objektorientierte Bildanlyse effizienter<br />
Ansatz (CIR-Luftbilder und Satdaten)
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