Semi-automatic assessment of soil surfaces with photogrammetric methods

Bodenerosion ist ein Problem welches in vielen Teilen der Welt auftritt. Es gibt eine große Anzahl an verschiedenen Erosionsmodellen um das Ausmaß der Erosion zu berechnen. Diese Modelle benötigen Eingangsparameter wie die Bodenrauigkeit. Im Zuge dieser Masterarbeit wurde eine unkomplizierte, schnelle und billige Methode entwickelt um die notwendigen Daten für die Berechnung von Bodenrauigkeitsindizes zu erhalten. Die vorgeschlagene Methode benutzt Photogrammetrie um digitale Oberflächenmodelle (DOMs) zu erstellen. Um einen Maßstab anzubringen sowie die horizontale Ausrichtung des Koordinatensystems zu ermöglichen, wurde ein Aluminiumrahmen (1 m x 1m) hergestellt. Er ist handlich genug um damit alleine im Feld zu arbeiten. Sämtliche getestete Kameras sind Amateurkameras, da diese ausreichend genaue Ergebnisse liefern und wesentlich billiger wie photogrammetrische Kameras sind. Die Bilder werden von Hand aufgenommen während man neben dem Rahmen steht. Für die weitere Verarbeitung der Bilder wurde die Software Photomodeler Scanner (Eos Systems Inc) benutzt, da diese gut mit Nahbereisphotogrammetrie in Kombination mit Amateurkameras umgehen kann. Verschiedene Kameras, Kamerapositionen sowie Einstellungen wurden unter verschiedenen Bedingungen getestet und verglichen. Zusätzlich wurden verschiedene Softwareeinstellungen angewendet, um die schnellste und genaueste Art der DOM-Erstellung herauszufinden. Als eines der Endresultate wurde eine „Schritt-für-Schritt“-Anleitung verfasst. Zusätzlich wurden Skripts für Matlab (MathWorks) erstellt, um eine weitere Verarbeitung der Daten von Photomodeler Scanner zu ermöglichen. Mit diesen Skripts können die Bodenneigung sowie vier verschiedene Rauigkeitsindizes berechnet werden. Diese Skripts werden bereits erfolgreich vom „Institut für Kulturtechnik & Bodenwasserhaushalt” verwendet.Soil erosion is a problem which can be found in many parts of the world. In order to calculate the magnitude of erosion, a broad range of erosion models is available. These models need input parameters such as the soil surface roughness. In the course of this master thesis, an uncomplicated, quick and cheap method was developed to obtain the data necessary for the calculation of soil roughness indices. The proposed method uses photogrammetry in order to get digital surface models (DSMs) from soils. For realizing the application of a scale and enabling a horizontal alignment of the coordinate system, an aluminium frame of 1 m x 1 m was manufactured. It is handy enough to work with it in the field without the need for a second person. The cameras tested are all amateur cameras, as they turned out to provide results of sufficient accuracy and are much cheaper than professional photogrammetric cameras. The photos are taken hand-held, standing beside the frame. For further processing of the images, the software Photomodeler Scanner (Eos Systems Inc) is used as it deals well with close-range-photogrammetry in combination with amateur cameras. Various cameras, camera positions as well as settings were tested and compared under different conditions. In addition various software settings were applied, to figure out the quickest and most accurate way to obtain the DSMs. As one of the results, a step-by-step manual was written for the designed method. Additionally, scripts for Matlab (MathWorks) for the post-processing of the DSM-data obtained from Photomodeler Scanner were written. With those scripts, the soil inclination as well as four different roughness indices can be calculated. Also these scripts are already successfully in use at the ‘Institute for Land & Water Management Research.submitted by Grims MichaelWien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2013(VLID)103656