No description available.

Einen großräumigen Überblick über ein Gebiet von Interesse können Satellitenbilddaten ermöglichen. Dabei werden räumliche Beziehungen erkennbar und lassen sich untersuchen. Die Bestimmung der räumlichen Verteilung und des zeitlichen Ausmaßes eines großräumigen Ereignisses, wie einer Überflutung, ist oftmals nur mit Unterstützung von fernerkundlichen Daten möglich. Es besteht der Bedarf an kontinuierlichen Informationen über den Zustand eines Systems über einen längeren Zeitraum, wenn Zusammenhänge zwischen den natürlichen Schwankungen und unterschiedlichen anthropogenen sowie natürlichen Einflüssen untersucht werden sollen. Das Nigerbinnendelta in der Republik Mali nimmt in der semi-ariden Region eine besondere Stellung ein, da es sich um einen Gunststandort handelt, der wesentlich zur wirtschaftlichen Entwicklung der Region beiträgt. Die im Rahmen dieser Arbeit zu erstellende Datenbasis beruht auf SAR-Daten, deren größter Vorteil in der Wetter- und Tageszeitunabhängigkeit liegt. Eine Herausforderung bei der Nutzung von Radaraufnahmen sind die spezielle Bildgeometrie, der auftretende Speckle-Effekt sowie das komplexe Rückstreuverhalten der Strahlung. Die Datenbasis bilden ERS- und Envisat-Aufnahmen, deren Auswertung zunächst die Datenaufbereitung bzw. die Vorverarbeitung, u. a. in Form einer radiometrischen Kalibrierung und einer Speckle-Filterung, vorangestellt ist. Die Anwendung von pixelbasierten Auswertemethoden ist aufgrund der radiometrischen Eigenschaften der Daten weniger geeignet, weshalb die in der Fernerkundung neuere objektorientierte und wissensbasierte Klassifikation zur Anwendung kam. Das Fehlen von zeitnah erhobenen Geländebeobachtungen sowie das komplexe Rückstreuverhalten der Mikrowellen erfordern eine ausführliche Auseinandersetzung mit dem Untersuchungsgebiet sowie mit dem Verhalten der C-Band SAR-Daten in Feuchtgebieten. Innerhalb der SAR-Daten treten vermehrt Überschneidungen in der Rückstreuung unterschiedlicher Landbedeckungen auf. Deren Trennung erfordert Vorkenntnisse über die Ausbreitung der Landbedeckungen zu unterschiedlichen hydrologischen Stadien. Die zum Aufbau der wissensbasierten Auswertung erfolgte Auseinandersetzung mit dem Untersuchungsgebiet beinhaltete neben der geographischen Aufbereitung die Erstellung einer Vergleichsbasis, basierend auf multispektralen Aufnahmen. Auf Grundlage je einer Aufnahme während sowie nach der Überschwemmung wurden für die objektorientierte Klassifikation zwei Regelwerke, in die neben der auszuwertenden SAR-Aufnahme zusätzliche Informationen wie z. B. der Texturparameter Entropie eingingen, erstellt. Das Ergebnis ist eine Datenbasis der Überschwemmungsflächen zu verschiedenen Aufnahmezeitpunkten. Die Evaluierung von zwei Klassifikationsergebnissen ergab eine sehr gute Trennung der überschwemmten und nicht überschwemmten Bereiche. Die aufbereiteten SAR-Daten geben einen Überblick über die Ressource Wasser für bereits vergangene Zeitschnitte. Zusammen mit aktuellen Informationen können diese einen Beitrag für ein nachhaltiges Management dieser Lebensgrundlage im Nigerbinnendelta leisten.

Model-based reservoir management systems are indispensable for determining an optimal water resources management in river basins with multipurpose reservoirs. A recently developed management system will be described, using evolutionary algorithms to optimize both event-based and long-term operation of a reservoir system concerning multiple objectives with different units of measurement (Money, Dimensions, Ecology). The result are sets of so-called Pareto optimal solutions which represent the most useful compromises and can serve as a transparent information base for decision-making. In order to improve the ecological performance of multipurpose reservoirs, a dynamic operating scheme is implemented, which ensures that reservoir releases correspond to natural flow variability as far as possible. In addition water quality problems during the flood discharge and the release from selected layers of the water body will be discussed in brief.

Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Erstellung, Anpassung und Anwendung einer Methode, die es über die Quantifizierung gebildeter OH-Radikale ermöglicht, sowohl den Einfluss verschiedener Materialmodifikationen (physikalisch dotierte Nanokatalysatoren bzw. Biokompositmaterialien) als auch die Auswirkungen von Matrixbestandteilen oder hydrochemischen Randbedingungen auf die photokatalytische Effizienz der Materialien zu untersuchen. Zudem wurde angestrebt, dass sich die Anwendbarkeit der Methode nicht nur auf die Photokatalyse beschränkt, sondern auch auf andere AOPs ausgeweitet werden kann. Des Weiteren wurde über die Umsetzung der Modellspurenstoffe Carbamazepin und Diclofenac die Wirksamkeit der Katalysatormaterialien untersucht. Anhand von Versuchen im Labormaßstab werden unter Anwendung der entsprechenden Methode zur Quantifizierung der OH-Radikale bisherige zugrundeliegende Hypothesen zur photokatalytischen Erzeugung von OH-Radikalen (Einfluss von pH und Oberfläche) überprüft und modifiziert. Dabei werden neue Ansätze zur Oberflächenabhängigkeit der OH-Radikalbildung in AOPs (EAOP Diamantelektrode, UV/VUV), die Effizienz von UV/VUV im Vergleich zu UVA-Photokatalyse, die Anwendung von S-Layer-Proteinen in photokatalytischen Biokompositmaterialien sowie eine photokatalytische Umsetzung von Carbamazepin unter Nutzung neuartiger Katalysatoren und Sonnenlicht untersucht. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse ist es möglich, photokatalytisch aktive Materialien über die OH-Radikalbildungskapazität, als Basisprozess einer photokatalytischen Eliminierung von pharmazeutischen Wirkstoffen aus Wässern, mit Hinblick auf ihre Effizienz und Haltbarkeit zu untersuchen. Daneben bietet das erstellte Konzept zur analytischen Anwendung der OH-Radikalbestimmung neben der Gelegenheit für interessante Vergleiche diverser AOP-Systeme auch die Möglichkeit einer Charakterisierung und Optimierung der einzelnen AOPs. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Anwendung von nano-Biokompositmaterialien unter Verwendung von S-Layer-Protein zur Herstellung multifunktionaler photokatalytischer Beschichtungen vielversprechend ist. Die Ergebnisse der Arbeit unterstreichen, dass die analytische Erfassung von Transformationsprodukten aus photokatalytischen bzw. oxidativen Umsetzungen im Allgemeinen von großer Bedeutung ist, jedoch allein nicht ausreicht, um hinreichend sichere Aussagen über eine mögliche Gefährdung für Mensch bzw. Ökosystem zu erhalten. / The current work was focused on the preparation, adaption and application of an analytical method for the determination of OH radicals for the comparison of the activity of different photocatalytic materials in relation to the material modification (i.e. physically doped nanomaterials or biocomposite materials) and the composition of the water matrix. Furthermore, the application of the OH radical assay should be extended on other AOPs. The degradation of the model compounds carbamazepine and diclofenac was examined to determine the efficiency of the novel photocatalysts. By using appropriate OH radical assays in laboratory scale experiments, present hypotheses in relation to the photocatalytic formation of OH radicals (i.e. influence of pH or surface) were examined and modified. New approaches on the formation of OH radicals with respect to the surface within AOPs (EAOP diamond electrodes or UV/VUV), the efficiency of UV/VUV in relation to photocatalysis using UVA irradiation, the application of S-layer proteins in biocomposite materials and the photocatalytic degradation of carbamazepine applying novel photocatalysts and natural sunlight were examined. Based upon the findings, it was possible to compare photocatalytic materials regarding efficiency and stability by means of the capacity to form OH radicals as the base process for the oxidative degradation of pharmaceutical trace compounds. The analytical concept offers the possibility to compare different AOPs and to characterize or optimize a single AOP. Furthermore, it was shown that the implementation of nanoscale biocomposite materials using S-layer proteins for the preparation of multi-functional coatings for photocatalytic applications is promising. In addition, the current work confirmed that the examination of transformation products of photocatalytic treatment processes or other oxidative reactions is very important. However, the analytical characterization alone is not sufficient to predict potential hazards to human health or the ecosystem with adequate reliability.

Aktuelle 3D-Stadtmodelle werden immer wichtiger in verschiedenen städtischen Anwendungsbereichen. Im Moment dienen sie als Grundlage bei der Stadtplanung, virtuellem Tourismus und Navigationssystemen. Mittlerweile ist der Bedarf an 3D-Gebäudemodellen dramatisch gestiegen. Der Grund dafür sind hauptsächlich Navigationssysteme und Onlinedienste wie Google Earth. Die Mehrheit der Untersuchungen zur Rekonstruktion von Gebäudemodellen von Luftaufnahmen konzentriert sich ausschließlich auf Dachmodellierung. Jedoch treiben Anwendungen wie Virtuelle Realität und Navigationssysteme die Nachfrage nach detaillieren Gebäudemodellen, die nicht nur die geometrischen Aspekte sondern auch semantische Informationen beinhalten, stark an. Urbanisierung und Industrialisierung beeinflussen das Wachstum von urbaner Vegetation drastisch, welche als ein wesentlicher Teil des Lebensraums angesehen wird. Aus diesem Grund werden Aufgaben wie der Ökosystemüberwachung, der Verbesserung der Planung und des Managements von urbanen Regionen immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Gleichermaßen hat die Erkennung und Modellierung von Bäumen im Stadtgebiet sowie die kontinuierliche Überprüfung ihrer Inventurparameter an Bedeutung gewonnen. Die steigende Nachfrage nach 3D-Gebäudemodellen, welche durch Fassadeninformation ergänzt wurden, und Informationen über einzelne Bäume im städtischen Raum erfordern effiziente Extraktions- und Rekonstruktionstechniken, die hochgradig automatisiert sind. In diesem Zusammenhang ist das Wissen über die geometrische Form jedes Objektteils ein wichtiger Aspekt. Heutzutage, wird das Mobile Laser Scanning (MLS) vermehrt eingesetzt um Objekte im städtischen Umfeld zu erfassen und es entwickelt sich zur Hauptquelle von Daten für die Modellierung von urbanen Objekten. Eine Vielzahl von Objekten wurde schon mit Daten von MLS rekonstruiert. Außerdem wurden bereits viele Methoden für die Verarbeitung von MLS-Daten mit dem Ziel urbane Objekte zu erkennen und zu rekonstruieren vorgeschlagen. Die 3D-Punkwolke einer städtischen Szene stellt eine große Menge von Messungen dar, die viele Objekte von verschiedener Größe umfasst, komplexe und unvollständige Strukturen sowie Löcher (Rauschen und Datenlücken) enthält und eine inhomogene Punktverteilung aufweist. Aus diesem Grund ist die Verarbeitung von MLS-Punktwolken im Hinblick auf die Extrahierung und Modellierung von wesentlichen und charakteristischen Fassadenstrukturen sowie Bäumen von großer Bedeutung. In der Arbeit werden zwei neue Methoden für die Rekonstruktion von Gebäudefassaden und die Extraktion von Bäumen aus MLS-Punktwolken vorgestellt, sowie ihre Anwendbarkeit in der städtischen Umgebung analysiert. Die erste Methode zielt auf die Rekonstruktion von Gebäudefassaden mit expliziter semantischer Information, wie beispielsweise Fenster, Türen, und Balkone. Die Rekonstruktion läuft vollautomatisch ab. Zu diesem Zweck werden einige Algorithmen vorgestellt, die auf dem Vorwissen über die geometrische Form und das Arrangement von Fassadenmerkmalen beruhen. Die initiale Klassifikation, mit welcher die Punkte in Objektpunkte und Bodenpunkte unterschieden werden, wird über eine lokale Höhenhistogrammanalyse zusammen mit einer planaren Region-Growing-Methode erzielt. Die Punkte, die als zugehörig zu Objekten klassifiziert werden, werden anschließend in Ebenen segmentiert, welche als Basiselemente der Merkmalserkennung angesehen werden können. Information über die Gebäudestruktur kann in Form von Regeln und Bedingungen erfasst werden, welche die wesentlichen Steuerelemente bei der Erkennung der Fassadenmerkmale und der Rekonstruktion des geometrischen Modells darstellen. Um Merkmale wie Fenster oder Türen zu erkennen, die sich an der Gebäudewand befinden, wurde eine löcherbasierte Methode implementiert. Einige Löcher, die durch Verdeckungen entstanden sind, können anschließend durch einen neuen regelbasierten Algorithmus eliminiert werden. Außenlinien der Merkmalsränder werden durch ein Polygon verbunden, welches das geometrische Modell repräsentiert, indem eine Methode angewendet wird, die auf geometrischen Primitiven basiert. Dabei werden die topologischen Relationen unter Beachtung des Vorwissens über die primitiven Formen analysiert. Mögliche Außenlinien können von den Kantenpunkten bestimmt werden, welche mit einer winkelbasierten Methode detektiert werden können. Wiederkehrende Muster und Ähnlichkeiten werden ausgenutzt um geometrische und topologische Ungenauigkeiten des rekonstruierten Modells zu korrigieren. Neben der Entwicklung des Schemas zur Rekonstruktion des 3D-Fassadenmodells, sind die Segmentierung einzelner Bäume und die Ableitung von Attributen der städtischen Bäume im Fokus der Untersuchung. Die zweite Methode zielt auf die Extraktion von individuellen Bäumen aus den Restpunktwolken. Vorwissen über Bäume, welches speziell auf urbane Regionen zugeschnitten ist, wird im Extraktionsprozess verwendet. Der formbasierte Ansatz zur Extraktion von Einzelbäumen besteht aus einer Reihe von Schritten. In jedem Schritt werden Objekte in Abhängigkeit ihrer geometrischen Merkmale gefunden. Stämme werden unter Ausnutzung der Hauptrichtung der Punktverteilung identifiziert. Dafür werden Punktsegmente gesucht, die einen Teil des Baumstamms repräsentieren. Das Ergebnis des Algorithmus sind segmentierte Bäume, welche genutzt werden können um genaue Informationen über die Größe und Position jedes einzelnen Baumes abzuleiten. Einige Beispiele der Ergebnisse werden in der Arbeit angeführt. Die Zuverlässigkeit der Algorithmen und der Methoden im Allgemeinen wurden unter Verwendung von drei Datensätzen, die mit verschiedenen Laserscannersystemen aufgenommen wurden, verifiziert. Die Untersuchung zeigt auch das Potential sowie die Einschränkungen der entwickelten Methoden wenn sie auf verschiedenen Datensätzen angewendet werden. Die Ergebnisse beider Methoden wurden quantitativ bewertet unter Verwendung einer Menge von Maßen, die die Qualität der Fassadenrekonstruktion und Baumextraktion betreffen wie Vollständigkeit und Genauigkeit. Die Genauigkeit der Fassadenrekonstruktion, der Baumstammdetektion, der Erfassung von Baumkronen, sowie ihre Einschränkungen werden diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass MLS-Punktwolken geeignet sind um städtische Objekte detailreich zu dokumentieren und dass mit automatischen Rekonstruktionsmethoden genaue Messungen der wichtigsten Attribute der Objekte, wie Fensterhöhe und -breite, Flächen, Stammdurchmesser, Baumhöhe und Kronenfläche, erzielt werden können. Der gesamte Ansatz ist geeignet für die Rekonstruktion von Gebäudefassaden und für die korrekte Extraktion von Bäumen sowie ihre Unterscheidung zu anderen urbanen Objekten wie zum Beispiel Straßenschilder oder Leitpfosten. Aus diesem Grund sind die beiden Methoden angemessen um Daten von heterogener Qualität zu verarbeiten. Des Weiteren bieten sie flexible Frameworks für das viele Erweiterungen vorstellbar sind. / Up-to-date 3D urban models are becoming increasingly important in various urban application areas, such as urban planning, virtual tourism, and navigation systems. Many of these applications often demand the modelling of 3D buildings, enriched with façade information, and also single trees among other urban objects. Nowadays, Mobile Laser Scanning (MLS) technique is being progressively used to capture objects in urban settings, thus becoming a leading data source for the modelling of these two urban objects. The 3D point clouds of urban scenes consist of large amounts of data representing numerous objects with significant size variability, complex and incomplete structures, and holes (noise and data gaps) or variable point densities. For this reason, novel strategies on processing of mobile laser scanning point clouds, in terms of the extraction and modelling of salient façade structures and trees, are of vital importance. The present study proposes two new methods for the reconstruction of building façades and the extraction of trees from MLS point clouds. The first method aims at the reconstruction of building façades with explicit semantic information such as windows, doors and balconies. It runs automatically during all processing steps. For this purpose, several algorithms are introduced based on the general knowledge on the geometric shape and structural arrangement of façade features. The initial classification has been performed using a local height histogram analysis together with a planar growing method, which allows for classifying points as object and ground points. The point cloud that has been labelled as object points is segmented into planar surfaces that could be regarded as the main entity in the feature recognition process. Knowledge of the building structure is used to define rules and constraints, which provide essential guidance for recognizing façade features and reconstructing their geometric models. In order to recognise features on a wall such as windows and doors, a hole-based method is implemented. Some holes that resulted from occlusion could subsequently be eliminated by means of a new rule-based algorithm. Boundary segments of a feature are connected into a polygon representing the geometric model by introducing a primitive shape based method, in which topological relations are analysed taking into account the prior knowledge about the primitive shapes. Possible outlines are determined from the edge points detected from the angle-based method. The repetitive patterns and similarities are exploited to rectify geometrical and topological inaccuracies of the reconstructed models. Apart from developing the 3D façade model reconstruction scheme, the research focuses on individual tree segmentation and derivation of attributes of urban trees. The second method aims at extracting individual trees from the remaining point clouds. Knowledge about trees specially pertaining to urban areas is used in the process of tree extraction. An innovative shape based approach is developed to transfer this knowledge to machine language. The usage of principal direction for identifying stems is introduced, which consists of searching point segments representing a tree stem. The output of the algorithm is, segmented individual trees that can be used to derive accurate information about the size and locations of each individual tree. The reliability of the two methods is verified against three different data sets obtained from different laser scanner systems. The results of both methods are quantitatively evaluated using a set of measures pertaining to the quality of the façade reconstruction and tree extraction. The performance of the developed algorithms referring to the façade reconstruction, tree stem detection and the delineation of individual tree crowns as well as their limitations are discussed. The results show that MLS point clouds are suited to document urban objects rich in details. From the obtained results, accurate measurements of the most important attributes relevant to the both objects (building façades and trees), such as window height and width, area, stem diameter, tree height, and crown area are obtained acceptably. The entire approach is suitable for the reconstruction of building façades and for the extracting trees correctly from other various urban objects, especially pole-like objects. Therefore, both methods are feasible to cope with data of heterogeneous quality. In addition, they provide flexible frameworks, from which many extensions can be envisioned.

Immer mehr Anwenderprogramme werden zum täglich genutzten Werkzeug des Ingenieurs zur Lösung vielfältiger Problemstellungen. Viele Aufgaben sind ohne die Computertechnik nicht mehr lösbar. Simulationen mit ein-, zwei- und allmählich zunehmend dreidimensionalen Programmen ermöglichen heute schon eine Komplexität der Betrachtung, die es ohne diese Programme nicht gäbe. Am Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik der TU Dresden werden daher verschiedene Praktika und Belege in Verbindung mit physikalischen Modellversuchen in die studentische Ausbildung integriert.

The heavy rainfall event in August 2002 in Saxony/Germany caused the break of a flood retaining basin in a valley of the Erzgebirge Mountains. The rainfall event with ists hyrologic characteristics and dam break event were analysed and an outflow hydrograph was determing. The propagation of the dam break flood wave in the valleyas of the Briesnitz and Müglitz Rivers has been simulated. Calculated values were compared with some observed data.

In August 2002 a heavy rainfall event lasting more than two days occurred in Saxony/Germany. This led to extreme flash floods and extreme high water levels in some left tributaries of the river Elbe in the Ore mountains (Erzgebirge). Much damage occurred: houses and bridges were destroyed, much sediment moved and a dam broke. About 20 people died. Immediately after the event a mapping exercise of all damages arising from the flood was compiled. The hydrologic and hydraulic processes during the flood were analysed. This analysis included the genesis of the flood, the flood routing, the erosion, plain bed load transport and the sedimentation. The analysis of such an extraordinary event can help us learn how to prevent flood damages in the future.

Während die güteorientierte Bewirtschaftung von Stauräumen in der Vergangenheit hauptsächlich bei der langfristigen Bewirtschaftung eine Rolle spielte, gewinnt sie in jüngerer Zeit immer mehr auch bei der kurzfristigen Abflusssteuerung als Vorentlastung und während der Hochwasserereignisse an Bedeutung. Dabei soll vor allem die Entlastung aus Horizonten mit geringerer Wasserqualität ermöglicht werden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den diesbezüglichen Möglichkeiten bei Nutzung vorhandener Entnahmeeinrichtungen und den Anforderungen an bauliche Ergänzungen. Es werden Grundsätze für die Planung, die Berechnung, den Betrieb und die Überwachung aus hydraulischer Sicht besprochen.

The statistical evaluation of flood records requires long data series to extrapolate reliable peak discharges and related recurrence intervals. Often the records are extended with historical information concerning the water level. As the distribution functions are usually fitted to the discharge values historic stage-discharge-relations must be found to convert these values. Regarding the Elbe river at the Dresden gauge the history of a water course and its morphology is investigated. Using the former flow cross sections water profile calculations are carried out yielding different stage-discharge-curves for each historic period. Checking the flood stages since 1501 A.D. and the related peak discharges, resulted in reduced discharge values. The new peak discharge values allow an update of the flood records as well as recurrence periods and lead to the result that e.g. the 2002 flood seems to have a recurrence period three times longer than it was assumed up to now.