Extreme Wetterereignisse nehmen zu. Besonders Starkregen stellt Städte und Gemeinden vor enorme Herausforderungen. Innerhalb kurzer Zeit fallen große Niederschlagsmengen, die von Kanalisation, Böden und Gewässern nicht aufgenommen werden können. Straßen verwandeln sich in reißende Bäche, Keller laufen voll, Hänge geraten ins Rutschen. Die Schäden an Gebäuden und Infrastruktur sind oft immens – hinzu kommen Gefahren für Leib und Leben.
Um wirksame Vorsorge betreiben zu können, braucht es detaillierte Starkregengefahrenkarten, die aufzeigen, wo Wasser bei Extremniederschlägen entlangfließt, wo es sich stauen könnte und welche Bereiche besonders gefährdet sind. Diese Karten basieren auf Geländemodellen, die präzise Informationen über Höhen, Neigungen und Strukturen liefern müssen. Genau hier setzt das Forschungsprojekt UAV-SRGK der Spekter GmbH, der Technischen Universität Dresden und des Fraunhofer Instituts IOSB-INA an. Ziel ist die Entwicklung eines automatisierten Verfahrens zur Fusion und Klassifikation von Airborne-Laserscanning- (ALS) und Daten aus Drohnenbefliegungen, um Gefahrenkarten noch genauer und praxisnäher erstellen zu können.
Genaue Daten durch Drohnenbefliegung
Die svGeosolutions GmbH unterstützte das Forschungsprojekt durch Drohnenbefliegungen in drei ausgewählten Untersuchungsgebieten in Bayern. Die Areale wurden gezielt gewählt, um unterschiedliche topographische und siedlungsstrukturelle Voraussetzungen abzubilden: vom locker strukturierten Neubaugebiet am Hang bis zu einem Siedlungsbereich in einer Talniederung. So konnten die Ergebnisse später in verschiedenen Anwendungskontexten getestet werden.
Zum Einsatz kamen professionelle UAV-Systeme, die sowohl Nadiraufnahmen (senkrecht nach unten) als auch Schrägluftbilder erstellten. Diese Kombination liefert nicht nur Informationen über das Gelände selbst, sondern auch über Fassaden, Böschungen und seitliche Strukturen – entscheidend für die Modellierung von Fließwegen bei Starkregen.
Hochaufgelöste Daten als Grundlage für Modellierung
Die Befliegungen lieferten Orthophotos mit einer Bodenauflösung von 2 cm – gestochen scharfe Luftbilder, die eine exakte Visualisierung und Kartierung ermöglichen. Gleichzeitig entstand eine extrem dichte Punktwolke, die die Geländeoberfläche in bislang nicht erreichter Detailtiefe abbildet. Aus diesen Daten wurde schließlich ein Digitales Geländemodell (DGM) mit einer Auflösung von 20 cm generiert.
Diese Kombination aus hochaufgelösten Bilddaten und präzisem Geländemodell stellt einen Quantensprung gegenüber bisherigen Datenquellen dar, die häufig auf weniger dichten Befliegungen mit dem Flugzeug oder topographischen Karten basieren. Besonders für die Starkregenvorsorge bedeutet dies: kleinräumige Strukturen wie Bordsteinkanten, Hofeinfahrten oder kleine Mauern lassen sich abbilden – Strukturen also, die den Fließweg von Wasser maßgeblich beeinflussen können.
Warum Drohnen ein Gewinn sind
Bislang wurden Geländemodelle für Starkregengefahrenkarten meist aus klassischen Airborne-Laserscanning-Daten abgeleitet. Diese liefern wertvolle Informationen, sind jedoch oft nicht fein genug aufgelöst, um kleinräumige hydraulisch relevante Details darzustellen. Die Drohnenbefliegung schließt hier die Lücke:
- Flexibilität: Befliegungen können genau zum gewünschten Zeitpunkt stattfinden, unabhängig von aufwendigen Flugzeugbefliegungen.
- Präzision: Mit Bodenauflösungen im Zentimeterbereich sind selbst kleine Strukturen erkennbar.
- Kombinierbarkeit: UAV-Daten lassen sich mit ALS-Daten zusammenführen und bieten damit eine ideale Ergänzung.
- Dokumentation: Neben dem Geländemodell entstehen fotorealistische Orthophotos, die für Bürgerinformationen oder Verwaltungsvorgänge genutzt werden können.
Von der Befliegung zur Gefahrenkarte
Die in Bayern erhobenen Daten wurden an die Projektpartner übergeben. Dort erfolgte die Fusion mit bestehenden ALS-Daten sowie die automatisierte Klassifikation der Objekte. Ziel war es, aus der Datenkombination ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Starkregengefahrenkarten halbautomatisch erstellt werden können.
Die dichten UAV-Daten ermöglichen es, Hindernisse und Fließbarrieren präzise zu erkennen, während die flächendeckenden ALS-Daten für die großräumige Abdeckung sorgen. Gemeinsam entsteht so ein Datensatz, der sowohl im Detail als auch in der Fläche belastbare Ergebnisse liefert.
Blick in die Zukunft
Das Projekt UAV-SRGK zeigt eindrücklich, wie der Einsatz moderner Sensortechnologien einen direkten Beitrag zur Klimaanpassung leisten kann. Durch die präzisere Modellierung von Starkregengefahren können Kommunen und Behörden künftig besser planen, Schutzmaßnahmen zielgerichteter umsetzen und die Bevölkerung gezielter informieren.