nokis Home
pixel  
AktuellesDas ProjektPartnerKontakt
Trennstrich
LoginSitemapDeutsche Versionenglish version
pixel
pixel pixel pixel pixel
pixel
Website durchsuchen

StartpunktJEDI - Java Sedimentklassifikationstool

pixel

neuerpunkt Hintergrund

Durch die EU-Wasserrahmenrichtlinie sind neue Aufgabenfelder in der ökologischen Überwachung und Bewertung der Küstengewässer hinzugekommen. Zukünftig müssen nicht nur biologische und physikalisch-chemische Qualitätskomponenten (Messgrößen) untersucht werden. Im Fokus des so genannten hydromorphologischen Monitorings steht neben der Erfassung von Strömung, Seegang und Bathymetrie auch die Beschreibung der Sedimente des Meeresbodens.

Die Hydrologie und Morphologie der Nord- und Ostsee werden traditionell vom Küstenschutz und den zuständigen Landes- und Bundesdienststellen untersucht. Die Verteilung und Beschaffenheit der Sedimente hingegen wurde bisher nur im Rahmen von Forschungsprojekten erfasst und nicht im operativen Einsatz überwacht.

Für diese Aufgabe stehen neben den herkömmlichen Probenahmeverfahren mit dem Schiff, durch Taucher oder direkt im Watt seit einigen Jahren hydroakustische Verfahren zur Verfügung, die auf der Basis der Echolottechnik und durch den Einsatz spezieller Auswertesoftware zusätzliche Informationen über die Meeresbodensedimente, ihre Beschaffenheit, Mächtigkeit und deren Besiedlung liefern. Eines dieser Verfahren ist die hydroakustische Seegrundklassifizierung, die den Umstand nutzt, dass ein definiertes Substrat, das aus bestimmten Sedimenten und ggf. einer zusätzlichen Besiedlung mit Muscheln oder Makrophyten besteht, ein ausgesendetes akustisches Signal in einer charakteristischen Weise zurückstreut (Abb. 1). Mit dem Einsatz eines solchen Systems auf dem Laborschiff MS „Haithabu“ des Landesamtes für Natur und Umwelt (LANU) in Schleswig-Holstein wird die hydroakustische Seegrundklassifizierung erstmals in Deutschland für das Routinemonitoring eingesetzt.

 

 

neuerpunkt Die Messanordnung

Auf der MS „Haithabu“ wird seit dem Jahr 2004 das Seegrundklassifizierungssystem Echoplus der Firma Seatronics Ltd eingesetzt. Dieses System greift die vom Seegrund rückgestreuten Signale zwischen Transducer und der Echolotelektronik ab und berechnet aus dem ankommenden 1. und 2. Echo die Parameter Rauheit und Härte. Bei der hier verwendeten Messanordnung werden die Signale der Frequnzen 30 kHz und 200 kHz des Vermessungslotes LiuGragh XL der Firma Dr. Fahrentholz ausgewertet und zusammen mit den übrigen Echolotdaten fortlaufend gespeichert. Da die eigentliche Messung relativ automatisch und weitgehend unabhängig von den Schiffsbewegungen erfolgt, kann das System bei praktisch jeder Fahrt eingesetzt werden und damit im operativen Einsatz große Flächen des Meeresbodens erfassen.

 

neuerpunkt Das Softwarewerkzeug

Für die Auswertung der im vorangegangenen Abschnitt geschilderten Messanordnung wurde im Rahmen des KFKI-Forschungsprojektes NOKIS++ (03F0412B) ein Softwarewerkzeug mit der Bezeichnung „Jedi“ (Java Sedimentklassifikationstool) entwickelt. Wie bereits aus der Bezeichnung der Software ersichtlich, ermöglicht die Anwendung die Klassifikation des Meeresbodens anhand der physikalischen Parameter Rauheit und Härte. Die Anwendung erwartet als Eingabe eine Menge von Seeboden-Dateien und liefert nach erfolgter Klassifikation eine Karte, welche Aufschluss über die räumliche Verteilung der Sedimente und des Epibenthos gibt. Diese Karte kann als GIS-Datensatz zur Vervollständigung einer bestehenden Seegrundkarte herangezogen werden. Im Folgenden wird der Vorgang der Klassifikation im Detail beschrieben.

 

neuerpunkt Klassifikation

Eine Seebodendatei, welche im Allgemeinen eine Messfahrt repräsentiert, besteht aus einer Menge von Messwerten. Jeder Messwert setzt sich aus den Komponenten Zeitstempel, geographische Koordinaten, Rauheit, Härte, sowie der Wassertiefe, jeweils für zwei Kanäle A und B mit den Frequenzen 30 kHz sowie 200 kHz zusammen. Die Messwerte werden getrennt für die Kanäle A und B nach erfolgtem Import in einer Tabellensicht dargestellt. Die Klassifizierung der einzelnen Messpunkte erfolgt durch Zuordnung eines Sediment- bzw. Besiedlungstyps in Abhängigkeit der Parameter Rauheit und Härte. In Jedi steht dem Anwender hierzu das Rauheit-Härte-Diagramm zur Verfügung. Im R-H-Diagramm können Bereiche für Kombinationen aus Rauheit und Härte einem zuvor definierten Sedimenttyp zugeordnet werden. Mit Hilfe der integrierten Zoom- und Pan-Funktionalität lässt sich effektiv eine Zuordnung hoher Auflösung erstellen. Eine Zuordnung kann gespeichert und erneut importiert werden, um sie auch auf andere Datensätze übertragen zu können.

 

 

neuerpunkt Kontrolle der Klassifikation

Zur Kontrolle der zugewiesenen Sedimenttypen dienen die Datensichten Profilplot und Trackplot. Im Profilplot können die Messwerte sowie der zugeordnete Sedimenttyp entlang des gefahrenen Tiefenprofils dargestellt werden.

 

 

Der Trackplot ermöglicht die Darstellung beliebiger Parameter in der Aufsicht. Die Ansicht des Trackplots kann durch Hinzufügen von georeferenzierten Hintergrundbildern sowie von Shape-Dateien auf die Bedürfnisse des Anwenders angepasst werden. Hierzu lassen sich die geographischen Koordinaten in eine Vielzahl von gängigen Koordinatensystemen transformieren.

 

 

Zu den Besonderheiten der Anwendung gehört, dass jede Messung in allen Datensichten interaktiv ausgewählt und hervorgehoben werden kann. Auf diesem Wege ist eine effiziente Möglichkeit zur Kontrolle und Bearbeitung der Klassifikation gegeben

 

neuerpunkt Erzeugung von Metadaten

Beim Export eines klassifizierten Datensatzes lassen sich automatisiert Metadaten im NOKIS-Format erzeugen. Wiederkehrende Angaben können hierbei in einer Schablone definiert werden. Kontextspezifische Angaben werden automatisiert dem bearbeitetem Datensatz entnommen. Die Metadaten lassen sich als XML-Datei speichern und so beispielsweise über den Import in die NOKIS-Umgebung überführen.

 

Interessierte Leser können sich bei Dr. Hans-Christian Reimers ( hreimerslanu.landsh.de, Landesamt für Natur und Umwelt des Landes Schleswig-Holstein) über die Anwendung sowie bei Dr. Frank Sellerhoff ( sellerhosmileconsult.de, smile consult GmbH) über die softwaretechnische Umsetzung des Sedimentklassifikationstools informieren.