Heft 3/2018

Kurzfassung
Im Rahmen eines neuen Bauverfahrens einer Wildbrücke für die Koralmbahn des ÖBB – Bauabschnitts Aich - Mittlern ist der Forschungsbereich Ingenieurgeodäsie an der TU Wien mit der baubegleitenden geometrischen Erfassung und Auswertung des Objekts betraut worden. Dabei lautet die gestellte Hauptanforderung: Entwicklung eines redundanten und autarken Monitoringsystems, das flächenhafte Veränderungen der Geometrie während der einzelnen Bauphasen detektiert und ein geometrisches Ist-Modell auf Basis einer Freiformflächen für strukturmechanische Berechnungen zur Verfügung stellt.

Abstract
During the construction process of a deer pass at the ÖBB Koralmbahn – construction stage Aich - Mittlern, over a new two-lane railway track, the research group engineering geodesy of the TU Wien provides the geometric monitoring. The main task was to develop a redundant and independent monitoring system to detect surface-based deviations between the different construction processes and to produce a geometric model based on freeform surfaces for the structural analysis.

Kurzfassung
Das an der Universität Innsbruck eingerichtete Forschungszentrum „History of Minining Activities in the Tyrol and Adjacent Areas – Impact on Environment and Human Societies“ (FZ HiMAT) beschäftigt sich seit 2007 mit der Erforschung der Bergbaugeschichte in den Ostalpen von der Urgeschichte bis in die Neuzeit. Die hier vorgestellte Arbeit hat die Lokalisierung, Identifikation und Interpretation von prähistorischen Bergbauspuren in den Regionen Schwaz/Brixlegg, Kitzbühel und angrenzenden Gebieten zum Ziel. Die zur Anwendung kommende Methode zielt auf eine Integration bestehender archäologischer und geologischer Quellen ab, die mit Hilfe der Analyse hochauflösender Geländemodelle zur Auffindung unbekannter oder vergessener prähistorischer Bergbauspuren in der Landschaft führen soll. Informationen über archäologische Prospektionen und Ausgrabungen mit Bergbaurelevanz, wurden aus der archäologischen Literatur, sowie von Prospektions- und Ausgrabungsberichten der verschiedenen Projekte des erwähnten Forschungszentrums erfasst. Geologische Prospektionen bilden eine weitere grundlegende Quelle für Informationen zu Strukturen, die durch Bergbau entstanden sind. Der Geologe Herwig Pirkl hat die Bergbaulandschaft Schwaz/Brixlegg mit ihren markanten Oberflächenstrukturen in den Jahren 1955 bis 1958 in einer erstaunlichen Genauigkeit aufgenommen und 1961 in einem umfangreichen Werk mit drei geologischen Karten im Maßstab 1:10.000 publiziert. Durch die Anwendung einer Ontologie aus dem Kulturgutbereich können diese Datenbestände gemeinsam mit Forschungsergebnissen aus der Geschichte und Sprachwissenschaft sowie aus der Botanik, Dendrochronologie und Lagerstättenkunde konzeptionell verknüpft und in einer Netzwerkstruktur gemeinsam abgebildet werden. Aus diesem Netzwerk werden relevante Informationen über Geoinformationssysteme in ihrem geomorphologischen Kontext visualisiert und analysiert. Zuerst wird eine visuelle Aufbereitung der Geländemodelle durchgeführt um eine Erkennung von Bergbauspuren in der Landschaft zu ermöglichen. Dann werden die aus der Netzwerkstruktur extrahierten Daten darübergelegt um die Zusammenhänge zwischen interdisziplinär bereits bestehenden Informationen und der Geländemorphologie zu vergleichen. Eine 2017 begonnene Dissertation am Arbeitsbereich Vermessung und Geoinformation wird gemeinsam mit dem Innsbrucker Institut für Archäologien diesen Ansatz heranziehen, um geomorphologische Strukturen und Distanzindikatoren zur (teil-)automatischen Analyse von Geländemodellen mit semantisch integrierten Daten zu entwickeln. Die in diesen Auswertungen identifizierten Geländestrukturen werden dann über archäologische Prospektionen in der Natur auf ihre Relevanz für die prähistorische Bergbauforschung überprüft. Damit wird eine Validierung der Methode durchgeführt und es werden neue potentielle Grabungsplätze für das Forschungszentrum HiMAT identifiziert. Die Validierung im Feld soll auch eine iterative Verbesserung der geomorphologischen und der Distanzindikatoren ermöglichen. Der vorgestellte Ansatz kombiniert innovative Informationsintegrationsmethoden mit aktuellen geodätischen Datenbeständen um einen Beitrag zur Beantwortung entscheidender kulturgeschichtlicher Fragestellungen zu liefern.

Abstract
The research center „History of Minining Activities in the Tyrol and Adjacent Areas – Impact on Environment and Human Societies“ (FZ HiMAT) of the University of Innsbruck investigates mining history of the Eastern Alps from prehistory to modern times since 2007. The work presented targets the localisation, identification and interpretation of prehistoric traces of mining activities in the region Schwaz/Brixlegg, Kitzbühel and adjacent areas. The methodology aims at integrating existing archaeological and geological sources which are used with high resolution digital elevation models to encounter unknown or forgotten traces of prehistoric mining activities. Information on archaeological field surveys and excavations related to mining have been extracted from archaeological literature as well as from documentation of the research center HiMAT. Geological field survey is another fundamental source of information on structures created through mining. Through the application of a cultural heritage ontology the aforementioned data can be linked with research results from History, Linguistics, Botany and Dendrochronology and represented together in a network graph structure. From this graph relevant information is displayed with Geoinformation systems in its geomorphological context through specific visualisation methods of high resolution digital elevation models. A dissertation at the Surveying and Geoinfomation Unit together with the Institute of Archaeologies of the University of Innsbruck started in 2017 to use this methodology for the definition of prototypical geomorphological structures that together with distance indicators allow a (semi)automated analysis of digital elevation models for finding potential (pre)historic mining sites. The validation in the field is part of the dissertation. With the presented methodology we hope to provide a contribution to answer relevant cultural history research questions.

Kurzfassung
Die präzise Erfassung von Gewässertiefen (Bathymetrie) ist von großer sozioökonomischer und ökologischer Bedeutung. Zu den Anwendungsfeldern zählen u.a. Schifffahrt, Wasserwirtschaft, Gewässerökologie, Hydrobiologie, Naturgefahrenmanagment, etc. Währed die Erfassung von tiefen und trüben Gewässern (heimische Alpenseen, schiffbaren Flüsse) in der Regel mitttels Echolot erfolgt, sind aktive und passive optische Fernerkundungsmethoden zur effizienten und großflächigen Vermessung von klaren seichten Gewässern wie z. B. Alpenflüssen, Uferzonen von stehenden und fließenden Gewässern und Klarwasser-Küstenbereichen geeignet. Dabei kommen folgende flugzeuggetragene Methoden zum Einsatz: (i) Tiefenbestimmung durch Analyse der Radiometrie multispektraler Bilder (ii) Mehrmedienphotogrammetrie und (iii) Laserbathymetrie. Dabei nutzen die bildbasierten passiven Ansätze die Reflexionen der Sonnenstrahlung vom Gewässerboden zur Tiefenbestimmung. Die Laserbathymetrie hingegen ist ein aktives Verfahren basierend auf der Laufzeitmessung von kurzen grüne Laserpulsen. In diesem Beitrag werden die Grundlagen dieser drei Ansätze beschrieben, die jeweiligen Vor- und Nachteile diskutiert, aktuelle Forschungsarbeiten zur integrierten Auswertung vorgestellt, und die Einsatzmöglichkeiten anhand konkreter Datensätze (Stubaier Alpen, Augsburg) aufgezeigt.

Abstract
Precise mapping of water depths (bathymetry) is of high socio-economic and ecologic importance. Among the potential fields of application are navigation, water resources management, water ecology, hydrobiology, natural hazard management, etc. While echo sounding is the prime technique for charting deep and turbid waters (alpine lakes, navigable rivers), active and passive optical remote sensing is well suited for efficient area-wide capturing of clear and shallow water bodies (alpine rivers, littoral area of standing and running waters, clear coastal water areas, etc.). The following airborne techniques are employed: (i) spectrally based depth estimation exploiting the radiometry of multi-spectral images, (ii) multimedia photogrammetry based on stereo images, and (iii) airborne laser bathymetry. Whereas the prior two are passive techniques using the reflections of solar illumination, the latter is an active method based on runtime measurement of short green laser pulses. In this contribution the principles of the aforementioned techniques as well as their advantages and shortcomings are described, current research activities concerning integrated data processing are discussed, and the fields of application for bathymetry from optical remote sensing are illustrated with real world examples.

Kurzfassung
Die Europäische Weltraumbehörde ESA begann 1977 mit dem Start ihres ersten Wettersatelliten Meteosat ein umfangreiches Erdbeobachtungsprogramm. Im Laufe der Jahrzehnte hat sich daraus eine Weltklasse-Flotte von Satelliten entwickelt, die ein breites Spektrum für die Wissenschaft und andere Anwendungen abdeckt. Vor kurzem hat die ESA das bislang ehrgeizigste Erdbeobachtungsprogramm der Welt lanciert: Copernicus mit derzeit sechs Sentinel-Missionen.

Abstract
The European Space Agency started managing an Earth Observation Programme in 1977 with the launch of its first meteorological satellite, Meteosat. Over the decades this has grown into a world-class fleet of satellites addressing a wide range of science and applications. More recently, ESA has embarked on the world’s most ambitious Earth Observation programme to date: Copernicus, with currently six series of Sentinels.

Kurzfassung
Das Schwerefeld der Erde und seine zeitliche Änderung stellen wichtige Beobachtungsgrößen in der Erforschung des dynamischen Systems Erde dar. Die Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) wurden entwickelt, um ebendiese zeitlichen Variationen und den langwelligen Anteil des Erdschwerefeldes erstmals mit globaler Überdeckung hochgenau zu erfassen. Das Institut für Geodäsie an der Technischen Universität Graz prozessiert die Rohdaten der GRACE-Mission und stellt monatliche, tägliche und statische Schwerefeldlösungen für die wissenschaftliche Gemeinschaft zur Verfügung. Die in Graz berechneten Schwerefeldmodelle wurden unter anderem im Rahmen der Climate Change Initiative (CCI) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) verwendet, um Massenbilanzen der Eisschilde von Grönland und der Antarktis zu bestimmen. Als Teil der Gravity Observation Combination (GOCO) Initiative steuert Graz hochauflösende GRACE-Modelle für die Kombination mit weiteren Schwerefeldmissionen wie GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) und terrestrischen Daten bei. Tägliche Lösungen aus Graz werden zum Beispiel in der Erforschung großer Hochwasserereignisse verwendet. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Prozessierungskette der GRACE-Schwerefeldbestimmung, beginnend bei der Datenvorprozessierung, über die Bestimmung von kinematischen Satellitenorbits aus GPS Beobachtungen sowie der Verbesserung der gemessenen Satellitenorientierung durch Sensor-Fusion, bis zur Schätzung der Schwerefeldparameter nach kleinsten Quadraten. Das funktionale Modell zwischen der Hauptbeobachtung von GRACE – hochgenaue Relativgeschwindigkeiten – und dem unbekannten Schwerefeld sowie die Bestimmung des stochastischen Modells der Satellitenbeobachtungen werden erläutert. Abschließend werden Anwendungsbeispiele der in Graz erstellten GRACE-Produkte gezeigt.

Abstract
The gravity field and its variations in time are important observables for the understanding of Earth’s dynamic system. The twin satellites of the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission have been designed to measure such temporal variations as well as the long-wavelength part of Earth’s gravity field with unprecedented accuracy on a global scale. The Institute of Geodesy at Graz University of Technology produces monthly, daily, and static gravity field solutions from raw observations of the GRACE mission for the scientific community. GRACE gravity fields derived in Graz have been used within the framework of the Climate Change Initiative (CCI) of the European Space Agency (ESA). As part of the Gravity Observation Combination (GOCO) initiative, Graz produces high-resolution static gravity fields from GRACE for combination with other satellite gravity missions such as GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) and terrestrial data. Daily solutions computed in Graz are for example used to study large flood events. This contribution gives an overview of the processing chain for GRACE gravity field recovery employed at Graz University of Technology. It comprises data preprocessing, determination of kinematic orbit positions from GPS observation, improvement of the measured satellite attitude, and the estimation of the gravity field parameters using a least squares adjustment. The functional model between the main observable – highly accurate relative velocities between the satellites – and the unknown gravity field is exemplified and an approach for the determination of the stochastic characteristics of the satellite observations is shown. To conclude, we present some applications for the GRACE gravity fields computed in Graz.

Kurzfassung
Um verschiedene Prozesse wie zum Beispiel die Navigation zu verstehen, ist es entscheidend zu verstehen wie Menschen mit ihrer Umgebung während der Entscheidungsfindung interagieren. Während der räumlichen Entscheidungsfindung interagieren Menschen auch mit räumlichen Daten, die Ihnen oft über Display Geräte präsentiert werden. Mithilfe von Eye Tracking, Mixed Reality und Machine Learning sind wir in der Lage, ein besseres Verständnis und eine Optimierung der relevanten Interaktionsdialogen zu erzielen, relevante Interaktionsräume zu klassifizieren sowie Menschen während des Entscheidungsfindungsprozesses zu assistieren.

Abstract
Understanding how humans interact with their surroundings during spatial decision-making is crucial for the understanding of several processes, such as navigation. Furthermore, during spatial decision-making, humans also interact with spatial data often presented to them through a display device. Through eye tracking, mixed reality and machine learning we are able to come closer to an understanding, optimize the relevant interaction dialogues, classify relevant interaction spaces and assist humans during the process of spatial decision-making.