G EWINNUNG VON L UFTBILDMATERIAL

IV. Erprobung fernerkundlicher Methoden der

Inundationsflächenbestimmung im Untersuchungsgebiet

Da bereits die Gewinnung von räumlich hoch aufgelösten Inundationsflächendaten ein erhebliches methodisches Problem darstellt, werden im folgenden Kapitel nicht nur die Ergebnisse der empirischen Datenerhebung im Untersuchungsgelände (Abschnitt V.) und der GIS-gestützten Auswertung historischer Karten (Abschnitt VI.), sondern auch die Erfahrungen, welche mit den zur Datengewinnung verwendeten fernerkundlichen Methoden gemacht wurden (Abschnitt IV.), vorgestellt

Zu den Eingangs formulierten Zielen dieser Arbeit zählt die Erprobung von zur Inundationsflächenerfassung geeigneten Erhebungsmethoden. Unter den zur Verfügung stehenden Erhebungsmethoden zählt die Fernerkundung aus Gründen der Kosten- und Arbeitszeitoptimierung zu den vielversprechendsten. Die Schwierigkeit bei der Nutzung von Fernerkundungsdaten besteht in der Identifizierung von Inundationsflächen im Luftbild, da sie in ihrem Erscheinungsbild stark variieren und Fehlinterpretationen leicht möglich sind. Aufgrund der Möglich-keiten, welche die digitale Luftbildauswertung bezüglich einer effizienten Inundations-flächenerfassung bietet, seien die während der Arbeiten im Untersuchungsgebiet gewonnen Erfahrungen im folgenden vorgestellt.

IV.1. Gewinnung von Luftbildmaterial

Den ersten Schritt stellt die Suche nach bereits vorhandenem, verwertbarem Luftbildmaterial dar. Anhand der Wasserstandstatistiken der Pegel Maxau und Speyer konnten die Zeitfenster, für welche Luft- oder Satellitenbilder des Untersuchungsgebietes von Interesse für die Inundationsflächenidentifizierung sind, genau eingegrenzt werden. Anfragen nach entsprechendem, den räumlichen und zeitlichen Kriterien des Forschungsprojektes entsprechendem Datenmaterial bei den Luftbildstellen der Landesvermessungsämter Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz sowie von kommerziellen Satellitenbildanbietern förderten nur wenige brauchbare Szenen zutage: Im Zeitraum von 1930 bis 1999 konnten lediglich für 2 der 14 größeren Hochwasserereignisse im Untersuchungsgebiet Luftbildszenen ausfindig gemacht werden (siehe Tab. 5.). Erfreulicherweise befanden sich einige Luftbildszenen von kleineren Hochwasserereignissen im Bereich des Untersuchungsgebietes bereits im Luftbildarchiv des Geographischen Instituts der Universität Heidelberg, was in erster Linie dem Engagement des ehemaligen Leiters der Fernerkundungsabteilung Prof. Dr. W. FRICKE und insbesondere seinem Interesse für Luftbilder aus dem den Rhein-Neckar-Raum zu verdanken ist. Zu Satellitenbildern sei nur kurz wiederholt, dass ihre Nutzung zur Inundations-flächenerkennung in der Fachliteratur breit diskutiert wird (s.o.) und bereits eine Reihe von kommerziellen Softwareprodukten zur automatisierten Auswertung von Landsat u.a. Systemen bereit steht. Bei der Recherche nach geeigneten Satellitenszenen für das Untersuchungsgebiet erwies sich das vorhandene bzw.

verfügbare Material für die Zwecke der vorliegenden Arbeit als nicht brauchbar. Die potentiell für eine Auswertung in Frage kommenden Satellitenbildszenen schieden

aufgrund zu geringer räumlicher Auflösung bzw. eines zu hohem Wolken-bedeckungsgrad von vorne herein aus.

Bei den für das Untersuchungsgebiet aufschlussreichen Luftbildszenen, die in Abschnitt V noch genauer betrachtet werden, handelt es sich überwiegend um panchromatische SW Aufnahmen. Lediglich vom 14.7.1975 liegen Farbinfrarotaufnahmen vor. Die Luftbildszenen wurden alle mit standardmäßigen Reihenmesskammern aufgenommen. Die Maßstäbe schwanken je nach Aufnahmehöhe zwischen ca. 1:10.000 und 1:38.000 (siehe Tab. 6.).

Um nach diesen nicht sehr ergiebigen Rechercheergebnissen sicherzustellen, dass während der Arbeiten im Untersuchungsgebiet im Falle eines Hochwassers die Erstellung von Luftbildern nicht dem Zufall überlassen bleibt, war bereits im Projektplan die Erhebung eigener Luftbilder vorgesehen. Im Februar 1999 konnten mit einem von der KABS zur Verfügung gestellten Helikopter erstmals selbst in einem größeren Umfang Luftbilder von den Überschwemmungen im Untersuchungsgebiet geschossen werden¹⁷. Da die Mittel für das Forschungsvorhaben erst ab dem 1.April bereit standen, waren zum Zeitpunkt dieses Hochwasserereignisses noch keine logistischen Vorbereitungen für die Datenerhebung getroffen worden. Es war deshalb noch nicht möglich, wie geplant photogrammetrisch auswertbare Senkrechtluftbilder anzufertigen. Die Dokumentation des Hochwasserereignisses musste sich auf die Aufnahme von Schrägluftbildern beschränken.

Die Ausrüstung für die Befliegung wurde kurzfristig innerhalb weniger Stunden improvisiert und bestand aus einer DVD Video Handycam der Firma SONY, einer Kleinformat Spiegelreflex Kamera mit 50 mm Objektiv (NIKON), und einer Mittelformat Spiegelreflexkamera. Das Filmmaterial bestand aus Sensia II Filmen von FUJI mit 100 und 400 ASA, sowie Infrarotfilmen von KODAK und KONIKA. Die charakteristische Absorption elektromagnetischer Strahlung von Wasser im nahen Infrarot legte die Verwendung von Infrarotfilmen¹⁸ nahe (siehe Abb. 32.).

Auf den Zeitraum des Hochwassers im Mai/ Juni 1999 konzentrierte sich der Großteil der Cessnabefliegungen. Die letzten Flüge fanden im August 1999 statt und dienten in erster Linie dem Vergleich der verschiedenen Filme. Erwartungsgemäß konnten die besten Ergebnisse mit dem bereits bei der ersten Befliegung im Februar 1999 eingesetzten SW Kleinbildfilm High Speed Infrared von KODAK in Verbindung mit einem Infrarotfilter erzielt werden. Die Schrägluftbilder in Abb. 33. und Abb. 34.

illustrieren die Eigenschaft des Infrarotfilms besser als die Senkrechtaufnahmen:

Deutlich sind die hell erscheinenden Bäume und der Waldboden von den tiefschwarzen Wasserflächen zu unterscheiden. Selbst dunkle Schatten erscheinen in einem helleren Ton als das Wasser, so dass kleine, inmitten des Waldes gelegene Überschwemmungsflächen hier besser als auf anderen Filmarten identifiziert werden können. Die geringe Schärfe der Bilder resultiert aus der relativ geringen Lichtempfindlichkeit des Films und der starken Lichtabsorbtion des Infrarotfilters.

Aufgrund der dadurch erforderlichen kleinen Blende und langen Belichtungszeiten von 1/60 bzw. 1/125 Sekunde wirkten sich die hochfrequenten Vibrationen im Cockpit des Helikopters auf die Bildqualität aus.

Um die Sicht beim Photographieren nicht einzuschränken, wurde die Beifahrertür des Helikopters ausgehängt. Für Versuchszwecke wurden bei der ersten Befliegung im Februar durch Hinauslehnen aus der Helikopterkanzel nahezu lotrechte Luftbilder

17 Beispiele von Luftbilder und Videoaufnahmen des Februarfluges befinden sich auf den dieser Arbeit beiliegenden CD-ROMs

18 Die verwendeten Infrarotfilme waren neben dem sichtbaren Spektrum auch für die Wellenlängenbereiche von 0,78 µm bis 1,0 µm empfindlich

geschossen. Die anschließende Auswertung dieser “Senkrechtaufnahmen” mit der Software IMAGINE 8.2. am GI der Universität Heidelberg lieferte brauchbare Ergebnisse und führte zu dem Entschluss, eine Kameraaufhängung für künftige „Do it yourself“ Senkrechtaufnahmen zu bauen: In einem Probeflug erwies sich die selbst gebaute Helikopter-Kamerahalterung als funktionstüchtig und praxistauglich.

Die nächste Gelegenheit, die Kameraaufhängung einzusetzen, hätte sich bereits wenige Tage nach ihrer Fertigstellung beim Mai/Juni Hochwasser 1999 ergeben. Das Ausmaß der Überschwemmungen war jedoch so enorm, dass die KABS ihre Helikopter von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang zur Stechmückenbekämpfung einsetzte und nicht wie geplant dem Promotionsvorhaben für Bildflüge zur Verfügung stellen konnte. Hinzu kam, dass im für die Luftbilderstellung vorgesehenen Helikopter das Funkgerät ausfiel und aufgrund des Dauereinsatzes auch in den nächsten Wochen nicht repariert werden konnte. Ohne Funk war der Pilot aber nur noch berechtigt, Agrarflüge durchzuführen (Stechmückenbekämpfung) – nicht aber weitere Insassen mitzunehmen (Bildflug). Trotz intensiver Vorbereitungen konnten die Luftbilder vom Mai/Juni Hochwasser von 1999 deshalb bedauerlicherweise auch wieder nur durch improvisierte Befliegungen als Schrägluftbilder und nicht wie geplant als Senkrechtaufnahmen realisiert werden:

Am Mannheimer Flughafen konnte ein Fluglehrer, Herr Walter Graf, als Pilot für das Promotionsvorhaben gewonnen werden. Er vermittelte auch die beiden anderen Piloten des Projekts: Herrn Pettersen und Herrn Pitthan¹⁹. Die Piloten waren so freundlich, die Bildflüge ohne jegliche Bezahlung durchzuführen. Lediglich die Charterkosten der Maschinen mussten privat finanziert werden. So konnten trotz des Ausfalls des Helikopters doch noch Befliegungen des Untersuchungsgebietes durchgeführt und die Entwicklung der Inundationsflächen des Frühsommer-hochwassers von 1999 detailliert dokumentiert werden ²⁰. Nachdem sich Versuche, ohne bzw. mit offener Beifahrertür zu fliegen und so eine möglichst senkrechte Ausrichtung der Kamera zu erzielen, aufgrund der bei einer Cessna im Vergleich zu einem Helikopter wesentlich höheren Mindestgeschwindigkeit (und dem entsprechend stärkeren Fahrtwind) als nicht praktikabel erwiesen, wurden durch die Seitenfenster der Cessna Schrägluftbilder der Inundationsflächen geschossen. Zwar wurde auch zu Beginn des Hochwassers, als sich abzeichnete, dass der Helikopter für die Bildflüge nicht mehr rechtzeitig einsatzbereit sein würde, in den Universitätswerkstätten eine Kameraaufhängung zur lotrechten Kamerabefestigung für die Cessna in Auftrag gegeben. Doch bedauerlicherweise konnte diese nicht mehr vor dem Abklingen des Hochwassers fertiggestellt werden. Leider ereignete sich zwischen der Fertigstellung und Erprobung der beiden Kameraaufhängungen (Helikopter / Cessna) bis zur Einstellung der Feldarbeiten im Herbst 2000 im Untersuchungsgebiet kein größeres Hochwasserereignis mehr, so dass die beiden Kameraaufhängungen nicht mehr zum Einsatz kamen.

Auch wenn es sich deshalb bei den selbst erhobenen Luftbildern lediglich um photogrammetrisch schwer auswertbare Schrägluftbilder handelt, so muss doch betont werden, dass sie für eine visuelle Auswertung nach wie vor von enormen Wert sind. Letztlich sind sie die einzigen Luftbilder, die das Hochwasserereignis von 1999

19 Herr Pitthahn, ebenfalls Fluglehrer in Mannheim, verunglückte 1999 tödlich bei einem Schulungsflug in Speyer aufgrund eines während der Startphase auftretenden Motorschadens der Cessna. Der tragische Unfall ereignete sich eine Woche nach unserem letzten gemeinsamen Bildflug. Es sei ihm an dieser Stelle nochmals für seine großzügige und freundliche Hilfe gedankt.

20 Beispiele von Luftbilder- und Videoaufnahmen der Befliegungen im Mai/Juni befinden sich auf den dieser Arbeit beiliegenden CD-ROMs

am Oberrhein überhaupt flächendeckend dokumentieren und werden mittlerweile bei mehreren Behörden für Planungszwecke oder Illustrationen genutzt.