Tiefenschärfe Bodensee – Grenzen der

Tiefenschärfe Bodensee – Grenzen der
Hydrographie in einem grenzenlosen See
Interreg IV Projekt: Tiefenschärfe – hochauflösende Vermessung Bodensee
„VoGIS-Fachforum 2015“ Feldkirch, 19.11.2015
Dr. Martin Wessels, Institut für Seenforschung, Langenargen
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Inhalt
• Institut für Seenforschung, Arbeitsgeräte
• Bodensee-Tiefenvermessung
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Alte Vermessungen
Von der Idee zum Projekt
Durchführung und Auswertung
Wracks und sensible Daten
Status November 2015
Folgeprojekte
Grenzen der Hydrographie / was ist machbar, sinnvoll?
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Das Institut für Seenforschung
1919
1920
1925
1936
1960
1970
1975
2000
2004
2006
Anstalt für Bodenseeforschung der Stadt
Konstanz
Verein für Seenforschung und
Seenbewirtschaftung mit Institut in Langenargen
Institutsneubau
Aufnahme des Instituts in die Kaiser-WilhelmGesellschaft
Verstaatlichung des Instituts
Zusammenlegung der Institute in Konstanz und
Langenargen
Landesanstalt für Umweltschutz BadenWürttemberg
Neues Institutsgebäude
Forschungsschiff „Kormoran“
Landesanstalt für Umwelt, Messungen und
Naturschutz
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Das Institut für Seenforschung
Institutsleitung
Koordination
Stellungnahmen
IGKB
Sachgebiet
Hydrochemie
Sachgebiet
Seenphsik und
Sedimentologie
Stömungen / Wellen
Seeboden
Uferschutz
Sachgebiet
Hydrobiologie
mit Fischökologie
Wasser- und
Feststoffchemie
Schadstoffe
Nährstoffe
Zuflüsse
Bakterien / Algen
Zooplankton
Fische
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Der Bodensee
Quelle: google maps
EUROPÄISCHE UNION
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… und über 4000 kleine Seen in
Baden-Württemberg
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
IGKB – Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee
Einzugsgebiet Bodensee:
5 Staaten (D, A, CH, FL, I)
8 Länder / Kantone (BW,
BY, VA, TG, SG, GR, FL, TE)
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
‚Problemlöser‘ rund um den See
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1892 IRR
1899 IBKF
 Hochwasserschutz Alpenrhein
Internationale Rheinregulierung
Internationale Bevollmächtigten-
konferenz für die Bodenseefischerei
 gemeinsame fischereiliche Bewirtschaftung
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1909 IBF
1959 IGKB
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1969 AWBR
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•
Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke Bodensee-Rhein
1972 IBK
(70 Unternehmen)
Verbesserung Gewässergüte
1973 ISKB
1994 BoSti Internationale Bodenseekonferenz
 Bodensee-Leitbild
Private Unternehmen
Internationale Schifffahrtskommission für den Bodensee
 BSO
Internationaler Bodenseefischereiverband
Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee
z.B. Bodensee-Richtlinien
Umweltverbände Bodensee-Stiftung, …
 Vernetzung, unabhängig
Grenzüberschreitende Zusammenarbeit
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Europäischer Fonds
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Arbeitsgeräte
Forschungsschiff „Kormoran“
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
ROV - Remotely Operated Vehicle
•
Ungewöhnliche
Kooperation:
Seenforschung,
Kampfmittelbeseitigung,
Wasserschutzpolizei
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
AUV - Autonomous Underwater
Vehicle (Kiel)
Geomar Kiel
Grenzen – Beispiel Meeresbodenfotografie
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Tiefenschärfe – Projektübersicht
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Alte Vermessungen des Bodensees
Motivation für die Neuvermessung
Organisation und Durchführung
Fächerecholot
Laserscanning
Qualitätssicherung
Öffentlichkeitsarbeit
Ergebnisse
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Gasser 1826
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„Lothungen nach 13
Richtungen“
„nicht weniger als 333
Stellen gemessen“
Fläche: „9 1/2
Quadratmeilen“
Volumen:
„2,055,040,000
Kubikruthen“
Größte Tiefe: 964 Fuß
Größte Länge und
Breite: 17 ½ und 5
Stunden
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Quelle: Württembergische Jahrbücher für vaterländische Geschichte, Geographie, Statistik und Topographie, 1826.
Zeppelinkarte 1893
EUROPÄISCHE UNION
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Quelle: Schriften des Vereins für die Geschichte des Bodensees und seiner Umgebung, 1893.
Zeppelin 1893
EUROPÄISCHE UNION
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Hörnlimann 1893
• „Sondir-Apparat“ von Ing.
Zuppinger (Baudirektion Kt.
Zürich)
• Ingenieur F. Haller
(Maschinenfabrik Bern)
• 11.147 Messungen
• Profile 300 – 600 m Abstand
• max. 88 Lotungen / Tag
• 20,7 Lotungen / km²
• Eisenkugel (6 bzw. 8 kg) an
Stahldraht
EUROPÄISCHE UNION
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IGKB-Vermessung 1990
900.000 Messwerte
EUROPÄISCHE UNION
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Fächerlot-Testmessungen 2008 / 2009
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Seegrundaufnahmen IRR
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1990: Unterschiede zwischen Seevermessungen IGKB/IRR
2008: neue Techniken verfügbar und etabliert
Entwicklungskonzept Alpenrhein mit Kapazitätserhöhung, Auswirkungen
auf den See
IRR: Anregung einer Neuvermessung
 2011 Kommissionstagung IGKB
Notwendigkeit, Anwendungsbereiche und Nutzen prüfen,
Aufwandsabschätzung
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Vorbereitungsgruppe
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DI Martin Weiss (IRR)
DI Bernd Engstle, Carmen Kleinmann (WWA Kempten)
Prof. Dr. Alfred Wüest (EAWAG)
Dr. Ing. Roland Schick (BWV)
Dr. Martin Mainberger (Fa. UWARC; beauftragt von Landesarchäologie am
RPS)
Dr. Thomas Wolf (ISF)
Dr. Martin Wessels (ISF)
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Motivation für Tiefenschärfe
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Grundlagendaten (z.B. Entwicklung vor verbauten und natürlichen Ufern)
Uferplanungen (z.B. Anpassen von Planungen an Referenzufer)
Dokumentation (z.B. Bestandsaufnahme Objekte mit Lage und Abmessungen)
Numerische Modelle (z.B. thermisch veränderte Wasserkörper)
Wissenschaft (z.B. Dynamik in der
Flachwasserzone)
 Langfristige Basisdaten für
Forschung, Verwaltung
 2012 Kommissionstagung IGKB:
Beschluss zur Durchführung,
Vorbereiten Interreg-Antrag
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Kosten von Tiefenschärfe
Aufteilung nach IGKB-Schlüssel / Uferlängen
Kostenanteil
Gesamtkosten
BaWü
BY
AT
CH *
Eigenanteil
EU-Fördermittel CH-Fördermittel
348,840.00 €
174,420.00 €
174,420.00 €
0.00 €
42,840.00 €
21,420.00 €
21,420.00 €
0.00 €
61,200.00 €
30,600.00 €
30,600.00 €
0.00 €
159,120.00 €
159,120.00 €
0.00 €
0.00 €
612,000.00 €
385,560.00 €
226,440.00 €
0.00 €
* Die Schweiz beantragt keine Fördermittel.
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Organisation
Vorbereitungsgruppe
Finanzierung
Projektkoordination
Projektpartner IGKB
Wasserwirtschaft, Denkmalschutz, Wissenschaft
Projektunterstützung
Bundesamt für Landestopografie (swisstopo), Bern
IGKB, INTERREG IV
Institut für Seenforschung der LUBW, Langenargen
Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU), Augsburg
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und
Wasserwirtschaft (BMLFUW), Wien
Bundesamt für Umwelt (BAFU), Bern
Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz BadenWürttemberg (LUBW), Karlsruhe
Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV), Wien
Landesamt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung (LDBV),
München
Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung BadenWürttemberg (LGL BW), Stuttgart
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für Regionale Entwicklung
Durchführung
Fächerecholotmessung
Flavio Anselmetti, Institut für Geologie, Oeschger Zentrum für
Klimaforschung, Universität Bern
Befliegung
Frank Steinbacher, AirborneHydroMapping GmbH, Innsbruck
Qualitätskontrolle
Paul Wintersteller, MARUM - Zentrum für Marine
Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Öffentlichkeitsarbeit
Stefan Gessler, LORTH GESSLER MITTELSTAEDT GmbH, Konstanz
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
2013: Fächerecholot
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•
5608 km Strecke
7.210.007.325 Tiefenpunkte
460,8 km2 Fläche
602 Schallgeschwindigkeitsprofile
112 % Überdeckung
unterhalb 5 m Wassertiefe
Probleme mit der hohen
Komplexität (Projektgröße) /
Grenzen der software (Weltmarktführer)
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Fächerlot Kongsberg EM2040
• Schallfrequenz: 300 kHz
• Fächeröffnung: je nach Wassertiefe, max. 75°
• Aufnahmebreite ~30 m im Flachwasser (5 m), bis zu
400 m in grosser Wassertiefe (250 m)
•Öffnungswinkel der «beams»: 1°
• Positionierung: GNSS mit swipos-PP (RTK, cm-Genauigkeit)
Inertialnavigation
Empfänger
Sender
Vp-sonde
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für Regionale Entwicklung
Schiffskurse
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Wracks und Leitungen
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Wracks in Echolotdaten
EUROPÄISCHE UNION
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Bathymetrie mit AUV
Grenzen der Auflösung?
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
2014: Laserscanning
Topographie
Bathymetrie
Ein nahtloser Datensatz vom Land ins Wasser!
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Gewässervermessung aus der Luft
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>300 km2 Fläche
30 Gbyte/km²
20-30 Punkte/m²
12.000.000.000 Datenpunkte
22.000 Luftbilder
Infrarot-Aufnahmen
Grenzen der software,
LAS-Formate
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für Regionale Entwicklung
2014: Fächerecholot
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Nachmessungen Fächerlot in
schlecht befahrbarem
Flachwasser
Neue Methoden der Hydroakustik
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
2015: Qualitätssicherung
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Projektbegleitung, Unterstützung
Ausschreibungen, Definition
Qualitätsanforderungen
Kontrolle terrestrische Passpunkte
Kontrolle Unterwasser-Messungen
Vergleich mit Sedimentecholot
Vergleich mit Vermessung 1990
„IHO Special order“ zu 100 %
„Bis auf wenige Lücken im
Bereich der 5m-Wasserlinie wird
die neue Vermessung allen
Anforderungen gerecht“
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Verschneiden der Datensätze
Bereiche mit Interpolation
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Digitales Geländemodell
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•
Geländemodell, kein Oberflächenmodell!
Belange Archäologie und Wasserversorgung
Keine Wracks, keine Seezeichen, keine Bauwerke am Ufer
Auflösungen 3m, 10m, frei verfügbar
Anzahl Datenpunkte
1826:
333
1893:
11.147
1995:
900.000
2015: 19.000.000.000
2050:
?
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für Regionale Entwicklung
Pressearbeit
•
•
•
7 Pressemitteilungen
5 Pressekonferenzen
über 300 Veröffentlichungen in Tages- und
Wochenzeitungen, Fachmagazinen, TV, Radio
und Web
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Projektergebnisse und Produkte
Größte Tiefe: -251,1m
EUROPÄISCHE UNION
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Unterschiede 1990 - 2015
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für Regionale Entwicklung
Seewasserleitungen
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Wasserentnahme für neues Fischereizentrum Steinach
Verlängerung Seewasserleitung Nonnenhorn
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für Regionale Entwicklung
„Seezeichen“
BMBF –Projekt
„Tracer-Methoden zur Identifizierung
von Grundwasser und Zuflußeinschichtungen und deren Einfluss auf
Wasserqualität und Trinkwassergewinnung am Beispiel des Bodensees“
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für Regionale Entwicklung
„Unbekannte Strukturen“
•
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•
Erhebungen in 5-7 m Wassertiefe
Bis zu 1-2m * 25-30 m
Reproduzierbar
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für Regionale Entwicklung
Hangrutschungen
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Masterarbeiten Brückner, Schwestermann (ETH Zürich, Marum Bremen)
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Modellierung
Anteil Regenüberlauf (‰) in
Bregenzer Ache
mit signifikant
verändertem
Abstrom
EUROPÄISCHE UNION
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Quelle: Kobus & Partner
Trends
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„River-View“
Autonome Messfahrzeuge, UAVs, AUVs
Verschmelzung Überwasser/Unterwasser
Hardware eilt software voraus
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
„Shipborne Laserscanning“
Grenzen der Auflösung?
Quelle: Christian Kempf, Geoinformatik, Heidelberg
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Grenzen…
• sind vielfach künstlich, veränderbar
• Sind sachbezogen, aufgabenbezogen und sehr individuell
• „Blick über den Tellerrand“ beim Finden der eigenen,
sinnvollen Grenze
EUROPÄISCHE UNION
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für Regionale Entwicklung
Dankeschön!
Vorbereitungsgruppe Projektunterstützer
Bernd Engstle
Roberto Artuso
Carmen Kleinmann Uli Bauer
Martin Mainberger Christoph Hermann
Roland Schick
Harald Hetzenauer
Martin Weiß
Manfred Gültlinger
Thomas Wolf
Berthold Klauser
Johny Wüest
Thomas Meier
Karin Möst
Schiffsführer
Gerd Schröder
Kurt Sarembe
Robert Roschlaub
Andreas Schiessl
Ernst Zahn
Qualitätssicherung
Paul Wintersteller
Gerhard Daut
Stefanie Gaide
Fächerecholot
Flavio Anselmetti
Benjamin Bellwald
Tiago Biller
Nils Brückner
Öffentlichkeitsarbeit Jan Derk Groeneveld
Michael Hilbe
Stefan Gessler
Steffen Niemann
Sascha Beutler
Lisa-Marie Liebermann Tingting Wu
Jiangong Wei
Yuhki Oka
Petra Reinmöller
Annika Strube
EUROPÄISCHE UNION
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
Laserscanning
Frank Steinbacher
Ramona Baran
Cosmin Barna
Werner Benger
Jenes Csaba
Wolfgang Dobler
Loredana Goncilea
Winfried Kohrs
Michael Kuchenbaur
Wolfgang Leimer
Manfred
Niederwieser
Torsten Pöhler
Marcel Ritter
Thomas Schüller
Gabriel Toth
Anca Voicu
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
EUROPÄISCHE UNION
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