Methodenentwicklung 'Terrestrisches Laserscanning'

Projektanfang: 01.01.2010

Projektende: 31.12.2014

Projektstand: 31.12.2014

Nutzung des Terrestrischen Laserscannings zur Durchführung von geologisch/geotechnischen Gefügeanalysen sowie der Untersuchung von Massenbewegungen im Zusammenhang mit risiko-sensitiver Raumplanung

Abb. 1: Terrestrischer Laserscanner der BGR im Feldeinsatz Quelle: BGR

Terrestrisches Laserscanning (TLS) ist eine bodengestützte Vermessungstechnik, die die hochauflösende Aufzeichnung und Visualisierung von komplexen Strukturen und topographischen Oberflächen aller Art erlaubt (Abb. 1). Grundlage dieser optischen, berührungslosen Vermessungsmethodik sind laserbasierte Entfernungsmessungen zwischen dem Messgerät und einem Messobjekt, die auch als ‚LiDAR‘ (Light Detection And Ranging) bezeichnet werden. Durch diskrete Ablenkung des Laserimpulses wird ein rasterartiges Abtasten des Beobachtungsbereiches erreicht, das eine flächenhafte und räumliche Aufzeichnung der Zielobjektoberfläche erlaubt.

Terrestrische Laserscanner mit Impulslaufzeitverfahren, die vorwiegend im Bereich der Geowissenschaften eingesetzt werden, zeichnen sich durch eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit und Genauigkeit aus und können je nach Aufgabenstellung für Distanzen von bis zu 1000 m eingesetzt werden. Die TLS Methodik ist in Bezug auf die gewonnene Datenmenge sehr zeit- und kosteneffektiv und prädestiniert sie geradezu für die Anwendung in geologisch-geotechnischen Fragestellungen mit Raumbezug, vor allem auch für die effektive Datenerfassung in schwer zugänglichen oder gefährlichen Messgebieten. Potentielle Einsatzgebiete sind z.B. die räumliche Ist-Stand-Dokumentation in Geotechnik, Bergbau und Tunnelbau oder das Monitoring und die 3D-Modellierung geologischer Prozesse wie z.B. gravitativ bedingter Massenbewegungen an instabilen Hänge oder Steilküsten.

Die TLS-Methodik stellt damit einen enormen Fortschritt in der Bearbeitung zeitabhängiger und räumlich wirkender Prozesse dar und erweitert in idealer Weise die klassische (ingenieur-) geologische Arbeitsweise.

Terrestrisches Laserscanning wird in der BGR seit 2006 mit unterschiedlichen Fragestellungen zum Prozessverständnis von Massenbewegungen und zur Hangstabilität eingesetzt (mehr). Ziel ist es dabei, einen nutzbaren Beitrag zur verbesserten Gefahrenbeurteilung (‚hazard assessment‘) von gravitativ gesteuerten Massenbewegungen zu gewährleisten und diese dann in (TZ-) Projekte zur Katastrophenvorsorge (‚Disaster Risk Reduction‘) einfließen zu lassen. In diesem Zusammenhang ist die Anwendung des TLS auch Inhalt von Counterpart-Fortbildungen, die im Rahmen von TZ-Projekten zur Verminderung von Georisiken und risiko-sensitiver Raumplanung durchgeführt werden.

Abb. 2: Mit TLS untersuchte aktive Rutschung an den "Wissower Klinken", Rügen, Blickrichtung WNW Quelle: BGR

In folgenden Anwendungsbereichen wird das TLS derzeit eingesetzt:

Langfristiges Monitoring eines instabilen Hangbereiches an den ‚Wissower Klinken‘ an der Kreideküste des Nationalparks Jasmund auf Rügen (Abb. 2). Durch multitemporale Messungen (2 Messungen pro Jahr, jeweils im Frühjahr und Herbst) werden Aussagen über die Erosionsanfälligkeit und Versagensmechanismen der Kreide sowie der eingeschuppten Pleistozänsedimente getroffen und Volumenbilanzierungen durchgeführt (Abb. 3). Durch die Quantifizierung der Massenverlagerungen und Küstenabbrüche werden so Prognosen für die zukünftige landwärtige Küstenverlagerung durch natürliche Prozesse abgeleitet. Die Analysen und Resultate können wichtige Eingangsparameter für die Planung von Mitigationsstrategien für die von Kliffabbrüchen betroffenen benachbarten Gemeinden darstellen. Die Bearbeitung erfolgt im Rahmen dieses BGR-internen Projektes und in Abstimmung mit dem Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie (LUNG) bzw. dem Nationalpark Jasmund. Mehr Informationen über die Ergebnisse dieser Untersuchungen finden Sie in Kuhn, D. & Prüfer, S. (2014).

Abb. 3: Halbjährliches Monitoring der Rutschungsoberfläche mittels TLS ermöglicht die Analyse der zeitabhängigen Veränderungen der Rutschung und erlaubt die Quantifizierung der Massenverlagerungen und der damit verbundenen landwärtigen Verlagerung der Kliffkante (Schematische Darstellung) Quelle: BGR