Proglaziale Geomorphodynamik auf Einzugsgebietskala mit Luft-/ Boden-Laserscanning

Das Teilprojekt 5 des Paketproktes "Hochaufgelöste Messungen der Geomorphodynamik in sich schnell verändernden proglazialen Systemen der Alpen" (PROSA) hat zum Ziel, die Untersuchungen der anderen Teilprojekte zu koordinieren und die Messungen einzelner Prozesse oder von Sedimentkaskaden in Zusammenarbeit mit allen Teilprojekten zu regionalisieren und somit eine Sedimentbilanz für das Einzugsgebiet im oberen Kaunertal zu ermitteln. Die Hauptziele des Teilprojekts 5 für die kommende Projektphase sind folgende: 1.: Fortführung der luftgestützten (airborne laserscanning, ALS; Luftbildaufnahme mittels Drohnen zur stereophotogrammetrischen Vermessung) und terrestrischen (Laserscanning, TLS) Messungen sowie die Bewertung und Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten (flächenverteilte Aussage über Messfehler). Zur weiteren Optimierung der Datenqualität der ALS-Höhendaten werden verstärkt natürliche Flächen als Passflächen mit TLS eingemessen; dies wird durch die verbesserte absolute Orientierung der TLS-Messungen mittels der in der ersten Projektphase entwickelten TLS-Radome ermöglicht. Die Höhenmodelle werden zur Quantifizierung von Oberflächenveränderungen sowie zur Analyse und Klassifizierung des Reliefs auf mehreren Maßstabsebenen (vom Oberflächensubstrat bis zu einzelnen Formen) verwendet, was die Regionalisierung lokaler Messergebnisse unterstützen soll. 2.: Fortführung der eigenen Messungen, sowie die Integration der Ergebnisse aller Teilprojekte zur Erstellung des Sedimenthaushalts. Hierzu werden die Messergebnisse, die auf Testflächen gewonnen wurden, mithilfe verschiedener Methoden (Simulationsmodelle und statistische Verfahren sowie die Auswertung der geomorphologisch-geotechnischen Kartierung) auf das gesamte Untersuchungsgebiet übertragen (Regionalisierung). Die Analyse von kartierten und modellierten Transportwegen der Sedimente ermöglicht einen Einblick in das Zusammenwirken der verschiedenen Prozesse im Einzugsgebiet ("Sedimentkaskaden", "Konnektivität") und ein besseres Systemverständnis. Die flächendeckende Messung von Oberflächenveränderungen und Prozessraten auf der Basis multitemporaler digitaler Höhenmodelle (aus ALS- Befliegungen) wird erweitert um ein Höhenmodell, dass aus den Luftbildern der Tiroler Waldstandsbefliegung 1953 stereophotogrammetrisch errechnet werden soll; dies wird die Analyse der längerfristigen Formungsdynamik im Zusammenhang mit der Eisfreiwerdung und anderen Faktoren ermöglichen. Die Bilanzgrößen des Sedimenthaushalts können abschließend zur Einschätzung des relativen Beitrags glazialer und nichtglazialer Prozesse, zur vergleichenden Betrachtung von Prozessraten in unterschiedlich lange eisfreien Gebieten, sowie zur Einschätzung des Verhältnisses zwischen Sedimentverlagerung im und Sedimentaustrag aus dem Einzugsgebiet verwendet werden (letztere Größe entspricht dem Eintrag von Sediment in den Gepatsch-Stausee). 3.: Daneben erfüllt das Teilprojekt wichtige Koordinationsaufgaben für alle Teilprojekte, insbesondere im Bereich von Datenhaltung und austausch sowie der Bereitstellung von Digitalen Höhenmodellen und der zugehörigen Fehlereinschätzung.

Ziel von PROSA (Hochaufgelöste Messungen der Geomorphodynamik in sich schnell verändernden proglazialen Systemen der Alpen) ist die Erforschung der Auswirkungen der aktuell rasch voranschreitenden Gletscherschmelze in den Alpen auf die Formen der Erdoberflache und ihre zeitliche Entwicklung durch Abtragung, Transport und Ablagerung von Gesteinsmaterial. Muren, Felsstürze und Hochwasserereignisse sind nur einige der möglichen Folgen, die sich in diesen hochalpinen Systemen infolge der aktuellen Klimaerwarmung entwickeln oder verstärken können. Mit dem Forschungsprojekt sollen daher die Systemzusammenhange und die Systemveränderungen in den Hochlagen der Alpen in Folge der deutlich sichtbaren Veränderungen im glazialen System erforscht werden. Erstmals sollen für ein größeres Gebiet solche Daten nicht nur qualitativ, sondern quantitativ, also durch Erstellen von Massenbilanzen, erfasst werden. Dazu müssen Geomorphologie, Geologie, Geophysik und die Photogrammetrie zusammenarbeiten.Der Beitrag der Forschungsgruppe Photogrammetrie (TU Wien, gefordert durch den FWF), war die Erfassung und Aufbereitung hochauflösender räumlicher Daten in einem zeitlich stabilen Koordinatenrahmen. Diese Aufgabe ist nicht einfach, da sich große Teile der Oberflache verändern (Abschmelzen, Muren, Ausschmelzen von Permafrost, etc.), und somit wenig stabile Flachen verbleiben. Als Messmittel kamen Laserscanner zum Einsatz. Diese relativ junge Technologie ist ein Forschungsschwerpunkt der Photogrammetrie an der TU Wien. Mit diesen Messgeraten ist eine flachendeckende, sehr dichte, genaue und zuverlässige Vermessung des Geländes aus der Luft und vom Boden möglich.Mit luftgestütztem Laserscanning wurde das gesamte Untersuchungsgebiet zweimalig erfasst, da- mit Veränderungen im gesamten Gebiet bestimmt werden können. Die so gemessenen Geländepunkte enthalten typischerweise noch Fehler in der Größenordnung von einigen dm. Durch eine Feingeoreferenzierung der Daten, die in diesem Projekt entwickelt wurde, konnten diese Fehler auf 1-2 cm reduziert werden. Dies wurde möglich durch eine Kombination bestehender Erfahrung im Laserscanning und einer neuartigen Kombination verschiedener Methoden zur integrierten Beschreibung des Messvorganges und der Rekonstruktion der Geländefläche. Damit wurde in den anderen Disziplinen eine detaillierte Beschreibung der geomorphologischen Prozesse möglich.Für die terrestrische Laservermessung wurde im Zuge von PROSA ein Methode entwickelt um diese Aufnahmen möglichst präzise mit den luftgestützten Laseraufnahmen zu vereinen. Diese Methode wurde der Wissenschaftsgemeinde in Form von offenem Quelltext frei zuganglich gemacht. Die terrestrischen Vermessungen wurden wiederholt durchgeführt um Veränderungen an ausgesuchten Hängen zu beobachten und den Materialtransport zu quantifizieren.Die gewonnenen Erkenntnisse des Gesamtprojektes PROSA führen zu einem tiefergehenden Verständnis der Prozesse in den Alpen und somit direkt zu einer besseren Beurteilung von Naturgefahren. Letztendlich dient das dem Schutz der Menschen vor Naturgefahren.Bei PROSA handelt es sich um ein geowissenschaftliches Gemeinschaftsprojekt, das von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft / BE1118/27-2) und dem FWF (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung / I893-N24) gefordert wird. Das Projekt wird bis ins Jahr 2017 fortgesetzt.