Smartphone-gestützte Kartierung geomorphologischer Formen
Die geomorphologische Forschung und Lehre lebt von der dreidimensionalen (3D) Betrachtung von Objekten. Nur wenn alle drei Dimensionen berücksichtigt werden, ist es möglich, ein tieferes Verständnis der Landformbeziehungen und der zugrunde liegenden geomorphologischen Prozesse zu gewinnen. Daher sind Exkursionen ein wesentlicher Bestandteil der meisten geowissenschaftlichen Lehrpläne. So werden 3D-Modelle von Landformen verwendet, um das Verständnis für die Entstehung von Landformen zu verbessern. Insbesondere interaktive Animationen sind von Vorteil, um das räumliche Verständnis zu schulen (siehe auch Projekt Geo-XR). In den letzten Jahrzehnten haben sich dreidimensionale Darstellungen der Erdoberfläche in Form von digitalen Höhenmodellen (DEM) oder digitalen Oberflächenmodellen (DSM) immer mehr durchgesetzt.
Seit dem Jahr 2020 ist in einigen Smartphones und Tablets ein LiDAR-System eingebaut, das eine weitere Möglichkeit bietet, virtuelle 3D-Modelle von geomorphologischen Objekten zu erstellen. Im Gegensatz zum klassischen TLS (Terrestrischer Laserscanner) mit Reichweiten von bis zu mehreren hundert Metern reicht die Entfernungsmessung jedoch nur bis maximal 5 m. Eigene Tests zeigen eine optimale Messdistanz von maximal 2 m. Aber auch für den Einsatz in der Lehre oder zur Dokumentation von Objekten sind diese „einfachen“ LiDAR-Systeme hervorragend geeignet. Mit ihnen lassen sich geomorphologische Formen dreidimensional erfassen und auf verschiedene Weise für den Unterricht aufbereiten. Für die Erstellung und Betrachtung von 3D-Modellen gibt es mittlerweile viele kostenlose Software-Tools für PCs und Apps für Smartphones. Für eine reine Darstellung mit möglicher Nachbearbeitung der Oberflächen eignet sich die Open-Source-Software Blender in ihrer aktuellen Version 3.0. Für die Weiterverarbeitung ermöglicht die Software unter anderem die Erzeugung verschiedener Lichtquellen inklusive Schattenwurfes sowie die Animation für Filme. Ein geeignetes Format für die Weiterverarbeitung der Daten aus der 3D Scanner App ist OBJ. Die topografischen Informationen und die Textur können separat bearbeitet werden. Für die Erstellung von DSM, die in Geographischen Informationssystemen (GIS) verwendet werden können, kann das Open-Source-Programm CloudCompare eingesetzt werden.
Die Anwendung umfasst viele verschiedene Aufgaben, von der einfachen Dokumentation, wie der Balsica Salobre am Peñón de la Reina in Andalusien (erste Abbildung), über die Vermessung von geomorphologischen Landformen, wie die versunkene Fahrspur in der zweiten Abbildung, bis hin zur multitemporalen Vermessung von Flusssystemen (dritte Abbildung).
Es wird spannend, wenn sich solche LiDAR-Module in weiteren und kostengünstigeren Endgeräten durchsetzen. In der Forschung könnte ein Smartphone-gestütztes LiDAR-System die Zahl der geomorphologischen Messstellen drastisch erhöhen. Darüber hinaus würde dies auch umfangreichere Citizen Science-Projekte ermöglichen, z.B. zur Beobachtung von Standorten mit hoher geomorphologischer Dynamik wie Prallhängen an Flüssen oder der Bildung von Erosionsrinnen. Aktuelle Projekte des Lehrstuhls für Geomorphologie beobachten mehrere Rinnen und Dolinen im Umfeld der Stadt Würzburg, um Veränderungen dieser geomorphologischen Landformen zu ermitteln.
Publikationen
Stauch, G., 2022. Smartphone-supported mapping of landforms – A new tool in teaching geomorphology. Erdkunde 76 3, 227-234. https://doi.org/10.3112/erdkunde.2022.03.06
Projektteam
Projektleitung:
Univ.-Prof. Dr. G. Stauch (JMU)
