Geoinformatik und Geostatistik: Ein Überblick

Extraktion und Analyse verschiedener Geländeableitungen aus luftgestützten LiDAR-Punktwolkenmessungen mit reduziertem Datenvolumen

Fahmy FF Asal

Topografische Parameter wie Neigung, Ausrichtung, Profilkrümmung, Konturkrümmung und Entwässerungsnetz werden üblicherweise als Geländeableitungen bezeichnet, die in einer breiten Palette von Ingenieur- und Umweltanwendungen Verwendung finden. Verschiedene Vermessungstechniken wie Bodenvermessung, GPS, digitale Photogrammetrie sowie Fernerkundungstechnologien sind die Hauptquellen für digitale Höhendaten, die zur Extraktion verschiedener Geländeableitungen in unterschiedlicher Qualität genutzt werden. Airborne LiDAR ist eine effiziente Technologie, die sehr dichte und genaue digitale Höhendaten, sogenannte Punktwolken-LiDAR-Daten, für ausgedehnte Gebiete in relativ kurzer Zeit und zu angemessenen Kosten erfassen kann. Die Verarbeitung von Punktwolken-LiDAR-Daten mit sehr hoher Dichte kann jedoch zu ernsthaften Zeit- und Speicherproblemen führen. Daher wird erwartet, dass eine Reduzierung der LiDAR-Datenmenge die Kosten für Datenerfassung und -verarbeitung senkt; dies könnte jedoch die Qualität der extrahierten Geländeableitungen beeinträchtigen. Diese Studie zielte auf die Extraktion und Auswertung verschiedener Geländeableitungen aus luftgestützten LiDAR-Messungen reduzierter Datenmengen ab, darunter Neigungs-, Ausrichtungs- und Schattierungskarten, sowie auf die Auswertung der Höhenresiduen, die durch die Reduzierung der LiDAR-Datenmenge entstehen. Die visuelle Analyse von Neigungskarten, Ausrichtungskarten und Schattierungskarten zeigte deutliche Unterschiede in Größe und Form der Farbfelder aufgrund der Reduzierung des LiDAR-Datenvolumens, die sich in einer Verschlechterung der Töne und Texturen in den Karten zeigt, die mit der zunehmenden Reduzierung des ursprünglichen Datenvolumens zunimmt. Die statistische Analyse der Neigungskarten zeigte, dass die Standardabweichung der Neigungen durch den Ausschluss von 50 % bzw. 75 % der ursprünglichen LiDAR-Daten nur um 0,225 % bzw. 30,442 % abnahm. Das bedeutet, dass Neigungskarten Reduzierungen des LiDAR-Datenvolumens auf bis zu 50 % der Rohdaten ohne deutliche Auswirkungen auf die statistischen Eigenschaften der erstellten Neigungskarten überstehen können. Fehlerkarten, die durch das Weglassen von nur 25 % der Daten entstehen, sind strukturiert, wobei die Farbfelder relativ klein sind und große Änderungen im Ton innerhalb der Karte aufweisen, verglichen mit der Fehlerkarte, die nur aus 50 % der LiDAR-Daten resultiert, die weniger strukturiert ist und geglättete Töne aufweist. Die statistische Analyse der Fehlerkarten zeigte, dass die Standardabweichung der Höhenresiduen mit der Verringerung des LiDAR-Datenvolumens zunimmt, was auf größere Unsicherheiten der extrahierten Höhen hinweist. Bei einer Verringerung des LiDAR-Datenvolumens von 75 % der Originaldaten auf 50 % hat sich die Standardabweichung der Höhenresiduen nur um 17 % erhöht. Bei einer Verringerung von 75 % auf 25 % hat sich die Standardabweichung der Höhenresiduen jedoch um etwa 101,5 % erhöht.