Proglaziale Geomorphodynamik auf Einzugsgebietskala mit Luft-/Boden-Laserscanning

Das Teilprojekt dient der Integration und Bewertung der Ergebnisse der Analysen geomorphologischer Prozesse im Untersuchungsgebiet, die von den anderen Teilprojekten untersucht werden. Ziel dieses Projektes ist das Zusammenführen und Upscaling der Prozessmodelle von der Skala der Testgebiete auf die Einzugsgebietsebene, um zu einem besseren Systemverständnis zu gelangen. Damit sollen primär die aktuellen Prozesszusammenhänge möglichst genau abgebildet werden, aber in einem zweiten Schritt im späteren Verlauf des Paketantrags auch der Versuch unternommen werden, prognostische Aussagen zur zukünftigen Entwicklung bei veränderten Bedingungen insbesondere im Gletschervorfeld zu erarbeiten. Zentrale Voraussetzung der Arbeiten auf Einzugsgebietsebene ist die Generierung einer hochgenauen dreidimensionalen topographischen Datengrundlage durch Aufnahmen mit terrestrischem und luftgestützten (airborne) Laserscanning (TLS bzw. ALS). Im vorgeschlagenen Forschungsprojekt soll das Monitoring von Oberflächenveränderungen durch Materialtransport und Deformationen mittels TLS in allgemeinen Fällen um einen Faktor von zwei bis fünf gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden. Eine ähnliche Herausforderung ergibt sich im ALS. Das Ziel ist eine epochenübergreifende Höhengenauigkeit von zwei bis fünf Zentimetern. Eine derartige Präzision ist im ALS mittels Streifenausgleichung für eine Epoche erzielbar. Der Vergleich mehrerer Epochen mit diesen Genauigkeitsansprüchen ist bisher weder versucht noch nachgewiesen worden. Epochenübergreifende Stabilität soll in der Parameterschätzung durch geomorphologisches Fachwissen der Projektpartner berücksichtigt und überprüft werden. Weiters soll die Datenerfassung mit full-waveform ALS sicherstellen, dass eine Berücksichtigung der Interaktion des Laserstrahls mit der Geländeoberfläche, sowohl geometrisch als auch radiometrisch, durch Analyse des digitalisierten Echosignals möglich ist. Damit ist eine genauere Charakterisierung der Oberfläche möglich. Eine große Herausforderung im Rahmen dieses Projektes liegt in der Integration der ALS- und TLS-Daten, sowohl bei der Orientierung als auch in der Analyse. Diese ergibt sich z.B. aus der unterschiedlichen Blickrichtung und der unterschiedlichen Auflösung. Die hochgenauen Scandaten bilden die Grundlage für eine prozessgeomorphologische Reliefananlyse und darauf aufbauend eine geomorphologische Regionalisierung (upscaling) auf Einzugsgebietsebene.

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 fur 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, gefördert 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 luftgestutztem Laserscanning wurde das gesamte Untersuchungsgebiet zweimalig erfasst, damit 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 neues, hybrides Target entwickelt. Dieses erlaubt einerseits die relative Positionsbestimmung einzelner Standpunkte zur Datenaufnahme zu einander, andererseits aber auch die absolute Positionsbestimmung mittels Satelliten-Navigation und somit die Einbettung der gesamten Daten in einem globalen Koordinatensystem. Auch diese terrestrische Vermessung wurde wiederholt durchgeführt um Veränderungen an ausgesuchten Hängen zu beobachten und den Materialtransport zu quantifizieren. Die gewonnenen Erkenntnisse des Gesamtprojekt 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 Forderung der wissenschaftlichen Forschung / I893-N24) gefordert wird. Das Projekt wird bis ins Jahr 2016 fortgesetzt. 1