Zukunft Forschung 02/2019

GEOGRAPHIE
DIE DIGITALISIERUNG
DER LANDSCHAFT
Die Laserscanner des Instituts für Geographie liefern hochgenaue Daten über Wälder, Berghänge,
Gletscher und Permafrostgebiete, seit Neuestem auch aus der Luft. Mit dem Multicopter-Laserscanner
können schwer zugängliche Gebiete beflogen werden, die gewonnenen Informationen erlauben
Aussagen über große Flächen und kleinste Details, über ganze Blockgletscher und Blätter im Wald.
Am Anfang“, gibt Magnus Bremer
lachend zu, „konnte ich mir nicht
mal vorstellen, dass er fliegen
kann.“ Er – das ist eine 25 Kilo schwere
Kombination aus einem Unmanned Aerial
Vehicle, kurz UAV genannt, und einem
Laserscanner, und dass das Ding fliegen
kann, weiß Bremer in der Zwischenzeit.
Zwar habe es noch einigen Feinschliff
gebraucht, um den Octocopter für seine
Forschungsaufgaben im Gebirge fit zu
machen, inzwischen liefert er aber Daten
über Wälder, Berghänge, Gletscher und
Permafrostgebiete. „Und das in einem Detaillierungsgrad,
der zuvor nicht möglich
war“, erläutert Martin Rutzinger, der am
Institut für Geographie die Forschungsgruppe
Laserscanning leitet. Bremer etwa
erstellt mit den Laser-Aufnahmen aus
der Luft und nach intensiver Rechenzeit
exakte 3D-Modelle von Waldflächen, die
als Basis weiterer wissenschaftlicher Analysen
dienen können – z.B. wie viel Sauerstoff
hier durch Photosynthese erzeugt
wird.
Seit über 15 Jahren forschen Inns brucker
Geografen im Bereich Laserscanning, Ausgangspunkt
war das EU-Projekt OMEGA,
bei dem die Volumensänderungen von
österreichischen und norwegischen Gletschern
untersucht wurden. 2006 wurde
der erste eigenständige terrestrische Laserscanner
angeschafft, heute zählen vier
Hightech-Messgeräte zur Infrastruktur
des Instituts, die von Forscherinnen und
Forschern rund um Johann Stötter genutzt
werden. Die letzte Neuanschaffung,
der 2017 erworbene Octocopter, wurde im
Rahmen des Projekts 4D-LAMB (4D Lidar
mountAin Monitoring laB) über Infrastruktur-
und Hochschulraumstrukturmittel
des Bundes finanziert. Als Partner sind
die TU Wien, die Uni Graz und das Institut
für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der
Österreichischen Akademie der Wissenschaften
dabei – gemeinsam will man die
neuen Laserscann-Möglichkeiten nutzen.
Laserscanning in den Alpen
„Laserscanning ist ein aktives Fernerkundungsverfahren
zur berührungslosen Erfassung
der Erdoberfläche. Aktiv bedeutet,
dass das Verfahren sich sein eigenes
Licht macht. Im Gegensatz zur Fotografie
braucht es kein Sonnenlicht“, beschreibt
Rutzinger die Methode. „Laserscanning ist
auch das einzige Verfahren, mit dem man
Informationen über das Gelände unter hoher
Vegetation erhalten kann, da der Laserstrahl
die Vegetationsdecke durchdringt“,
schildert Rutzinger. Die Auswertung der
Daten erlaubt somit einen „Blick unter den
Wald“ und dort die Untersuchung von geomorphologischen
Strukturen und Prozessen.
Ermöglicht wird dies alles durch Laserpulse,
die von einer Quelle ausgesendet
und von Objekten oder Oberflächen zur
Quelle zurück reflektiert werden. Über
die Laufzeit des Laserpulses kann die Entfernung
berechnet werden, mit dem Wissen
über den Standort der Quelle und den
Aussendewinkel lassen sich Objekte und
Oberflächen in geografischen Koordinaten
als 3D-Punktwolken abbilden.
„Beim Laserscanning mit unserem Octocopter
kommt noch dazu, dass wir für
jeden Laserpuls die Raumlage des Copters
wissen müssen“, erklärt Bremer. Mithilfe
von Trägheitssensoren und GNSS (Global
Navigation Satellite System) wird der
Octocopter lokalisiert, um den Ausgangspunkt
der 820.000 pro Sekunde abgegebene
Laserpulse exakt zu verorten. Die
Datenmengen, die dabei anfallen, sind
„Laserscanning ist das einzige
Fernerkundungsverfahren, mit
dem man Informationen über
das Gelände unter hoher
Vegetation erhalten kann, da der
Laserstrahl die Vegetationsdecke
durchdringt.“
Martin Rutzinger
enorm, Projektgrößen von bis zu 1,5 Milliarden
Punkten sind möglich. „Anfangs
gab es noch kaum Methoden, um diese
3D-Daten auszuwerten, am Institut ist
daher ein Schwerpunkt entstanden, solche
Methoden zu entwickeln“, sagt Rutzinger.
Verwendet wird Laserscanning vor
allem in urbanen Gebieten operationell
als 3D-Datenerfassungsmethode, für den
Einsatz im Umweltmonitoring hat sich
erst in den letzten Jahren eine eigene Community
herausgebildet. Die Inns brucker
Geografen spezialisierten sich dabei auf
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