Entwicklung eines bodennahen Fernerkundungssystems zur Bestimmung von Wasserqualitätsparametern

Im Rahmen des BMBF Projekts MuDak-WRM soll ein bodennahes Fernerkundungssystem entwickelt werden, welches die qualitative und quantitative Bemessung des Stoffeintrags in Wasserreservoire unterstützt. Hierbei soll der Skalenübergang zwischen Satellitenfernerkundung und in-situ Messungen ermöglicht werden. Letztere ermöglichen die exakte Bestimmung aller benötigten Parameter, allerdings ist die Probenahme nur punktuell möglich und mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Der Einsatz von multispektralen Satellitendaten erlaubt eine automatisierte, flächenhafte Auswertung. Gegenüber anderen Methoden liefern Satellitenbilder allerdings Daten mit geringerer spektraler Auflösung, welche zudem um den Einfluss der Atmosphäre korrigiert werden müssen. Des Weiteren ist die Datenerfassung zeitlich nicht flexibel und abhängig von der Bewölkung.

Mithilfe eines bodennahen Fernerkundungssystems bestehend aus einem Hyperspektralsensor, sowie einem thermischen Infrarot-Sensor auf einer mobilen Plattform (UAV) werden Stoffeinträge am Zufluss in das Reservoir und deren Ausbreitung im Reservoir selbst beobachtet. Von besonderem Interesse sind dabei episodische Einträge aus der Uferregion, insbesondere nach Starkregenereignissen. Vorteile einer UAV-basierten Datenerfassung ist die kostengünstige und flexible Aufnahme räumlich, zeitlich und spektral hoch aufgelöster Messungen.

Primäre Zielgrößen in diesem Teilprojekt sind optisch aktive Parameter wie zum Beispiel der Anteil an suspendierten Schwebstoffen. Darüber hinaus werden bestehende Verfahren genutzt und adaptiert um Aussagen über optisch inaktive Kenngrößen wie Phosphorgehalt und Stickstoffgehalt ableiten zu können.

Im Hinblick auf eine operationelle und kommerzielle Anwendung der gewonnenen Methoden soll in diesem Teilvorhaben auch geprüft werden, ob und in welchem Maße die autonome UAV-basierte Fernerkundung die arbeits- und kostenintensive in-situ Probenahme unterstützen kann. Im Ergebnis soll ein Konzept für ein optimiertes Mindest-Monitoring entwickelt werden, bei dem in-situ Messungen mit hyperspektraler bodennaher Fernerkundung sowie multispektralen Satellitenbildern ergänzt werden.

Exemplarisch werden im Zuge des Forschungsprojekts die Große Dhünntalsperre in Nordrhein-Westfalen und der Passaúna-Stausee im brasilianischen Bundesstaat Paraná mit ihrem jeweiligen Einzugsgebiet untersucht. Der Vergleich der Ergebnisse gewährleistet, dass die gewonnenen Erkenntnisse auf weitere Stauseen übertragbar sind.