Physikalisch basierte Prozessierung multispektraler Fernerkundungsdaten von Binnengewässern

Kurzfassung

Die Fernerkundung leistet mit der zeitlich und räumlich aufgelösten Kartierung und Bilanzierung Beiträge zur Erforschung und Überwachung von Gewässern. Fernerkundungsprodukte können zur Bio-Indikation genutzt werden, um den Zustand von Seen zu bewerten. So sind zum Beispiel die per Fernerkundung zugängliche Biomasse oder die Primärproduktion des Phytoplanktons ein wichtiger Indikator für die Trophie und hierüber auch für die Wasserqualität aquatischer Ökosysteme. Das gleiche gilt für die Häufigkeits- und Artenverteilung der Vegetation in Flachwasserbereichen: Flächendeckende Kartierungen werden zur ökologischen Bewertung von Gewässern genutzt. Mit traditionellen Kartierungmethoden bedeutet dies einen hohen Personal-, Zeit- und Finanzierungsaufwand. Zusätzlich ist die räumliche Auflösung und Flächendeckung bei solchen Einsätzen begrenzt. Daher werden sie an großen Gewässern wie dem Bodensee zusätzlich durch Luftbilder unterstützt, die bislang personalintensiv visuell ausgewertet werden mussten.Aktuelle Forschungsaktivitäten in der Gewässerfernerkundung konzentrieren sich folglich auf die Entwicklung von übertragbaren und automatisierbaren, volldigitalen Auswertemethoden. Damit Herstellungskosten und die Qualität von Fernerkundungsprodukten kalkulierbar werden, müssen operationelle Prozessketten standardisierte und vergleichbare Datenprodukte erzeugen. Erst dadurch wird eine kosteneffektive Auswertung möglich. In Binnengewässern beeinflusst die Vielfalt der Wasserinhaltsstoffe, der Flachwasserzonen (Vegetationsarten, Wassertiefe, …), der Aufnahmebedingungen (Atmosphäre, Wasseroberfläche, Aufnahmegeometrie, …) die über Fernerkundungssysteme messbaren Größen auf sehr komplexe Weise. Daher sind hier physikalisch basierte Verfahren für eine effektive Datenauswertung erforderlich. In diesem Artikel wird eine physikalisch basierte Prozesskette vorgestellt. Anhand verschiedener Anwendungsbeispiele und multitemporaler Auswertungen sollen die Vorteile der Übertragbarkeit und der Modularität mit flexiblen Erweiterungsmöglichkeiten, aber auch derzeitige Grenzen verdeutlicht werden. In der Anwendung werden Wasserinhaltstoffe, die Produktionsraten des Phytoplanktons und die submerse Vegetation in Uferzonen in hoher räumlicher Auflösung kartiert