Analyse und Modellierung der proglazialen Geomorphodynamik auf der Einzugsgebietsskale auf der Grundlage der Integration von multitemporalen luftgestützten und terrestrischen Laserscanning-Daten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der letzten Projektphase wurden zwei Hauptziele verfolgt, nämlich (i) die Aufnahme, Qualitätsverbesserung und Analyse weiterer luftgestützter Laserscan-Vermessungen und (ii) die Erstellung des Sedimenthaushalts für das Untersuchungsgebiet aus den Ergebnissen der einzelnen Teilprojekte. Im Zuge der Auswertung vergangener ALS-Befliegungen stellte sich heraus, dass einige nichtlineare Effekte, insbesondere die zeitlich variable Qualität der Daten zur Flugbahn (=Trajektorie), mit den in der Literatur vorgeschlagenen und bislang implementierten Methoden nicht oder nur unzureichend korrigierbar sind. Dementsprechend wurde die in der AG Wien entwickelte Fein- Georeferenzierungsmethode vervollständigt, optimiert und in die Prozessierungssoftware OPALS integriert. Der neueste Baustein beim Streifenausgleich bezieht sich auf die Qualität der Trajektorie, die oftmals innerhalb kurzer Zeiträume starken Schwankungen unterworfen ist. Für eine entsprechende Erweiterung des Korrekturmodells (ein sogenanntes Spline-Korrekturmodell) werden Korrekturparameter für kleinere (Zeit-)abschnitte eines Streifens als Polynome dritten Grades geschätzt; zusätzliche Bedingungen sichern die Stetigkeit der Funktion und ihrer ersten beiden Ableitungen am Übergang zweier Abschnitte. Für die Klassifikation der so gewonnenen Punktwolken, insbesondere im Hinblick darauf, ob ein Punkt auf der Geländeoberfläche liegt oder zum Bewuchs (Bäume, Büsche) gehört, wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die weitgehend automatisiert ist und nur noch einer manuellen Endkontrolle bedarf. Schwieriger ist die automatisierte Auskartierung schneebedeckten Flächen aus den LiDAR-Punktwolken; radiometrische und topographische Eigenschaften der vermessenen Punkte sind hierfür zwar grundsätzlich geeignet, es konnte jedoch noch kein hinreichend zuverlässiger Algorithmus erstellt werden. Fortschritte wurden in der Ausweisung von Oberflächenveränderungen gemacht, die wahrscheinlich durch Austauen von Toteis oder Permafrost und nicht durch Abtrag und Ablagerung verursacht wurden. Für die Erstellung des Sedimenthaushalts wurden bestehende Regionalisierungen (d.h. Anwendung von anhand lokaler Messungen ermittelten Modellen auf das gesamte Untersuchungsgebiet) für Steinschlag und Muren weiter verbessert. Während der Modellansatz beim Steinschlag die unterschiedliche Kopplung von Steinschlagquellgebiete an verschiedene Teilbereiche (z.B. das aktive Gerinnenetz) berücksichtigt, mussten bei Muren und Grundlawinen Umlagerung auf Ablagerungsformen und Sedimenttransfer ins Gerinnenetz manuell getrennt werden; in beiden Fällen ist grundsätzlich eine geringe Hang-Gerinne-Kopplung zu beobachten. Des weiteren wurden die Lieferraten weiterer geomorphologischer Prozesse (z.B. Sedimenttransfer durch Blockgletscher, flachund tiefgründige Hangbewegungen) einbezogen, die im Vergleich zu den bereits erwähnten Prozessen jedoch nur einen kleinen Beitrag leisten. Die Bilanz wurde geschlossen mittels Daten zur Volumenänderung des Flussdeltas des Faggenbachs bei der Einmündung in den Gepatschstausee; dieser Bereich konnte bei Niedrigwasser (winterliches Minimum März/April, vollständige Ablassung 2015) mit TLS vermessen werden. Die Ergebnisse unterstreichen (i) die Bedeutung des Gletschervorfelds hinsichtlich der Intensität von Formungsprozessen im Vergleich zu Flächen außerhalb des proglazialen Gebiets, (ii) die Rolle der Sediment-Konnektivität für die Umsetzung dieser Formungsdynamik in den Sedimenttransport aus dem Gebiet heraus (die Konnektivität erscheint im Kaunertal recht gering zu sein), und (iii) den großen Beitrag einzelner (Extrem-)Ereignisse zum gesamten Sedimenttransfer.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2012. Investigating an Alpine proglacial sediment budget using field measurements, airborne and terrestrial LiDAR data. IAHS Publication, 438–447
Heckmann, T., Haas, F., Morche, D., Schmidt, K.-H., Rohn, J., Moser, M., Leopold, M., Kuhn, M., Briese, C., Pfeifer, N., Becht, M.
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2012. Quantification and Modelling of Debris Flows in the Proglacial Area of the Gepatschferner/Austria using Ground-based LIDAR. IAHS Publication 356, 293–302
Haas, F., Heckmann, T., Hilger, L., Becht, M.
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2012. Sediment transport in the proglacial Fagge River (Kaunertal/Austria). IAHS Publication, 72–80
Morche, D., Haas, F., Baewert, H., Heckmann, T., Schmidt, K.-H., Becht, M.
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2015. Influence of glacier advance on the development of the multipart Riffeltal rock glacier, Central Austrian Alps. Earth Surf. Process. Landforms 40, 965–980
Dusik, J.-M., Leopold, M., Heckmann, T., Haas, F., Hilger, L., Morche, D., Neugirg, F., Becht, M.
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2015. Rigorous Strip Adjustment of Airborne Laserscanning Data based on the ICP Algorithm. ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci. II-3/W5, 73–80
Glira, P., Pfeifer, N., Briese, C., Ressl, C.
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A Correspondence Framework for ALS Strip Adjustments based on Variants of the ICP Algorithm Korrespondenzen für die ALS-Streifenausgleichung auf Basis von ICP. Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation 2015, 275–289
Glira, P., Pfeifer, N., Briese, C., Ressl, C.
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2016. Integrating field measurements, a geomorphological map and stochastic modelling to estimate the spatially distributed rockfall sediment budget of the Upper Kaunertal, Austrian Central Alps. Geomorphology 260, 16–31
Heckmann, T., Hilger, L., Vehling, L., Becht, M.
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2016. Rigorous Strip Adjustment of UAV-based Laserscanning Data Including Time-Dependent Correction of Trajectory Errors. photogramm eng remote sensing 82, 945–954
Glira, P., Pfeifer, N., Mandlburger, G.
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2016. Silent play in a loud theatre — Dominantly time-dependent soil development in the geomorphically active proglacial area of the Gepatsch glacier, Austria. Catena 147, 40–50
Temme, A.J.A.M., Heckmann, T., Harlaar, P.
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2017. Short-term geomorphological evolution of proglacial systems. Geomorphology 287, 3–28
Carrivick, J.L., Heckmann, T.
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2018. Computing spatially distributed sediment delivery ratios: Inferring functional sediment connectivity from repeat high-resolution digital elevation models. Earth Surf. Process. Landforms 218, 88
Heckmann, T., Vericat, D.
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2019. Geomorphology of Proglacial Systems: Landform and Sediment Dynamics in Recently Deglaciated Alpine Landscapes. Springer International [S.l.]. 19 chapters, 361 pp
Heckmann, T., Morche, D. (Eds.)
