Hochwasserprävention aus der Luft
Das Jenaer Vermessungsunternehmen TRIGIS und GeoFly aus Magdeburg haben hochpräzise True Digital Orthophotos mit drei Zentimetern Bodenauflösung für die Stadt Wolfenbüttel erstellt, mit denen sich Überschwemmungs- und Retentionsflächen leichter bestimmen lassen sollen.
Heftige Unwetter und dramatische Bilder von zerstörerischen Wassermassen waren im Mai und Anfang Juni das zentrale Thema in allen Nachrichten. Von den überschwemmten Dörfern und gebrochenen Dämmen in Niederbayern und Baden-Württemberg zu den überfluteten Straßen und vollgelaufenen Kellern in Hessen, Sachsen – Anhalt, dem Rheinland und dem Süden Niedersachsens – dieses Jahr schien ganz Deutschland von unerwartet starken Überschwemmungen betroffen. Vielerorts versagten die gängigen Frühwarnsysteme und in einigen Regionen war man auf derartige Wassermassen überhaupt nicht eigestellt.
Ähnlich erging es dem Land Niedersachsen, das in den letzten 15 Jahren gegen vier sogenannte „Jahrhunderthochwasser“ kämpfen musste. Das Land investiert seitdem verstärkt in Schadensminimierung sowie Hochwasserprävention. Die Flächenvorsorge und insbesondere die Überschwemmungs- und Retentionsflächen spielen hierbei eine große Rolle. Weil diese Flächen besonders viel Wasser aufnehmen können, werden sie im Falle eines starken Hochwassers gezielt überschwemmt und können so die zerstörerischen Wassermassen von Wohngebieten und Straßen fernhalten. Bestimmen lassen sich diese Flächen am besten aus der Luft. Auf Basis von orientierten digitalen Luftbildern lassen sich spezifische Gelände- und Oberflächenmodelle berechnen. Diese bieten wiederum die Grundlage, um Retentionsflächen schnell und zuverlässig via Computer erkennen und markieren zu können.
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Zwar stellt das Landesamt für Vermessung Niedersachen (LGLN) den Kommunen alle drei Jahre aktuelle Orthophotos aus Befliegungen zur Verfügung, doch der niedersächsischen Stadt Wolfenbüttel reichten die standardmäßig generierten Bilder mit 20 Zentimeter Bodenauflösung nicht. Um den Hochwasserschutz intensiv anzugehen, beauftragte die Stadtverwaltung die Vermessungsunternehmen TRIGIS und das Tochterunternehmen GeoFly, sogenannte „True“ Digital Orthophotos (TDOP) vom gesamten Stadtgebiet zu erstellen. TDOPs oder auch strenge bzw. richtige Orthophotos sind nach DIN 18740-3 definiert als ein „True Orthophoto (..) in dem sichttote Räume weitgehend beseitigt sind.“
„Im Vergleich zu regulären Orthophotos des Vermessungsamtes besitzen die von der TRIGIS erstellten DTOPs eine weitaus höhere Bodenauflösung von bis zu drei Zentimetern. Die Befliegung erfolgt mit einer Überlappung von 80 zu 60. Dies ist die Basís für hochgenaue Oberflächenund Geländemodelle“, erläutert Andy Rothe von TRIGIS. Dies sei insbesondere bei der Hochwasserprävention ausschlaggebend, denn je genauer die Gelände und Oberflächenmodelle, desto zuverlässiger können die Überschwemmungskapazitäten berechnet und gefährdete Regionen bestimmt werden. Zudem sollen sich mit den TDOPs Aufgaben in den Bereichen Versiegelung, Auskunft und Schutz besser und preisgünstiger erledigen lassen.
„Befliegungsprojekte wie das in Wolfenbüttel sind momentan aber noch die Ausnahme“, erklärt Andy Rothe von TRIGIS. Einen triftigen Grund dafür kann das Unternehmen jedoch nicht nennen. Möglicherweise liegt es daran, dass vielen Städten die vom Land zur Verfügung gestellten Orthophotos für ihre Prozesse reichen. Zudem befürchten manche Kommunen wahrscheinlich, dass eine zusätzliche Befliegung mehr Aufwand und gleichzeitig eine höhere finanzielle Belastung darstellt. Denn Faktoren wie eine längere Flugzeit aufgrund einer höheren Überlappung und geringerer Aufnahmehöhe könnten die Kosten für so ein Projekt stark beeinflussen. Dieser Aufwand ist aber steuerbar. „Die Befliegung muss gut geplant werden und auf bestimmte Parameter wie Flughöhe, Geschwindigkeit und Flugbedingungen muss natürlich besonders geachtet werden“, erklärt Aicke Damrau, Geschäftsführer der GeoFly. Für den Auftrag benötigten die beiden Unternehmen eine hochempfindliche Kamera sowie ein spezielles, an die Umgebungsbedingungen und an die vom Kunden gewünschte Qualität angepasstes, Aufnahme- und Datenbearbeitungsverfahren. Für die Bilderfassung benutzte TRIGIS Tochter GeoFly die Hochleistungskamera Vexcel UltraCam Falcon Prime, die für die Befliegung in die Cessna 182T eingebaut wurde.
Um die gewünschte Auflösung von drei Zentimetern zu erreichen musste GeoFly das Stadtgebiet Wolfenbüttel in 34 Bildflugstreifen überfliegen und dabei insgesamt 3.354 Einzelbilder aufnehmen. Entscheidend dabei war laut Aicke Damrau eine äußerst hohe Überlappung von 80 Prozent längs und 60 Prozent quer. Nur so ließen sich später möglichst viele Blindflächen herausrechnen und besonders scharfe Objektkanten generieren.
„Auch die Flughöhe ist bei TDOPs entscheidend“, erklärt Aicke Damrau. „Für DOPs mit 20 Zentimetern Bodenauflösung befliegen wir das Gebiet aus ungefähr 3200 Metern Höhe. Für die TDOPs mit drei Zentimetern Bodenauflösung mussten wir das Stadtgebiet Wolfenbüttel aus 530 Metern Höhe erfassen.“ Zudem müsse man vorher die passende Fluggeschwindigkeit bestimmen. „Fliegt das Flugzeug zu schnell sind die Abstände zwischen den einzelnen Auslösepunkten zu kurz. Das kann eine Kamera schnell an ihre technischen Grenzen bringen“, erklärt Aicke Damrau. Für die Prozessierung der Befliegungsdaten wurde die Sure Software von nFrames verwendet. Schließlich entstand aus dem True Orthophoto ein detailliertes Digitales Oberflächenmodell vom Stadtgebiet Wolfenbüttel mit 1.100 Punkten pro Quadratmeter und einer Gesamtpunktmenge von ungefähr 60 Milliarden.