Le présent travail essaye de démontrer que le littoral, à l’échelle du temps, est un domaine d’appropriation multiple par les sociétés. Il l’établit en trois étapes : définition de l’entité « littoral », prise en considération de l’eau dans l’aménagement et empreinte humaine néfaste. Il considère le littoral tel un organisme riche en vie et une interface entre les mondes terrestre et maritime. Il utilise les approches multiscalaire et géométrique pour appréhender l’hétérogénéité morphologique, la diversité biologique et la dimension spatiale. Il quantifie et qualifie, afin de caractériser les phénomènes naturels et les événements induits et afin d’énoncer une dominante révélatrice, l’eau, qui est à prendre en considération dans un aménagement respectueux de l’environnement littoral. Il analyse et synthétise les données des quatre terrains sélectionnés, fait émerger les spécificités et les problèmes environnementaux et recherche un état d’équilibre par une mise en valeur de la dynamique endogène. Il expose la relation diachronique de l’homme avec ces milieux et la prise de conscience a posteriori de la communauté scientifique sur le devenir des territoires littoraux, face aux nouvelles conditions climatiques. L’objectif de cette thèse est de mettre en évidence l’utilisation optimale de la ressource « littoral » et de révéler ses potentialités plurielles en vue d’un développement durable, où l’aménagement est la clé de voûte d’un nouveau modèle d’organisation bio–spatio–temporelle (BST). Cette approche holistique introduit la politique adaptative et la conscience collective, en vue d’un aménagement évolutif et d’une moralisation des usages du littoral et du 6ème continent. / This work tries to demonstrate, on the time scale, that the littoral is a domain of multiple appropriations by the human societies. It is made up of three stages: the definition of the « coast » entity, the water consideration in the management and the negative human influences. It considers the coast as a lifelike organism and an interface between land and sea worlds. It uses the multistage and geometrical approach to apprehend the morphological heterogeneity, the biological diversity and the spatial dimension. It quantifies and qualifies to characterize the natural phenomenon and the induced events by human beings and to announce the importance of the water, which has to be considered into a respectful management of the coastal environment. It analyzes and synthesizes the data from four selected sites, it brings out the specificities and the environmental problems and looking for a steady state by an enhancement of endogenous dynamics. It describes the diachronic relationship of man with this environment of transition and the awareness subsequent of the scientific community on the future of the coastal areas, face to new climatic conditions. The aim of this thesis is to prove the optimized use of « coast » resource and to valorize its plural potentialities for a sustainable development, where the management is the keystone of a new model, the bio-spatial-temporal (BST) organization. This holistic approach introduces the adaptive politics and the collective consciousness, for an evolutionary management and for a moralization of coast and of 6th continent use.

MENVSC / Department of Geography and Geo-Information Sciences / Human activities on land degradation have triggered several environmental problems especially in rural areas that are under developed. The main aim of this study is to analyse the contribution of different land uses to gully development and sediment load on the Nzhelele River Valley in the Limpopo Province. Data was collected using different methods such as observation, field data techniques and experiments. Satellite digital images, topographic maps, aerial photographs and the sediment load static model also assisted in determining how land use affects gully development and sediment load. For data analysis, the researcher used the following methods: Analysis of Variance (ANOVA), descriptive statistics, Pearson correlation coefficient and statistical correlation methods. The results of the research illustrates that high land use activities create negative changes especially in areas that are highly fragile and vulnerable. Distinct impact on land use change was observed within settlement area (9.6 %) within a period of 5 years. High correlation between soil organic matter and soil moisture (R=0.96) was observed. Furthermore a significant variation (p ≤ 0.6) between the soil organic matter and soil moisture was also observed. A very significant variation (p ≤ 0.003) was observed in bulk density and extreme significant variations (p ≤ 0.0001) were observed in organic matter and soil particle size. The sand mining and agricultural activities has contributed significantly to the amount of sediment load in the Nzhelele River. A high significant amount of total suspended sediment (55.3 %) and bed load (53.8 %) was observed within the agricultural area. The connection which associates the development of gullies to various land use activities determines the amount of sediment load. These results are consistent with other previous research and suggest that land use activities is likely to exacerbate the development of gullies and sediment load in the Nzhelele River Valley

<p>Understanding climate-driven changes in global land-based ice volume is a critical component in our capability to predict how global sea level will rise as a consequence of the current human-driven climate change. At the last glacial maximum (LGM, which peaked around 20 ka), ephemeral ice sheets covered vast regions of the northern hemisphere while both the Greenland and Antarctic ice sheets were more extensive than at present. As global temperatures rose at the transition into the Holocene, driving the LGM deglaciation, eustatic sea level rose by approximately 125 m. The east Antarctic ice sheet (EAIS) is the largest ice sheet on Earth today, holding an ice volume equivalent to ca. 53 m rise in global sea level. Considering current trends in global climate, specifically rapidly increasing atmospheric CO₂ levels and global temperature, it is important to improve our understanding of how the EAIS will respond to global warming so that we can make better predictions of future sea level changes to guide community adaptation and planning efforts. Numerical ice sheet models which inform projections of future ice volume changes, and can, therefore, yield projections of sea level rise, rely on empirical data to test their ability to accurately represent former and present ice configurations. However, there is a general lack of data on the paleoglaciology of the EAIS along the western Dronning Maud Land (DML) margin. In order to address this situation, the paleoglaciology of western DML forms the focus of the work presented in this thesis.</p><p><b> </b></p><p>Together with collaborators within the MAGIC-DML consortium (Mapping, Measuring and Modelling Antarctic Geomorphology and Ice Change in Dronning Maud Land) that provides the funding for this MS project, the author has performed geomorphological mapping across western DML; an area of approximately 200,000 km². The results of the mapping presented in this thesis will provide the basis for a detailed glacial reconstruction of the region. The geomorphological mapping was completed almost entirely by remote sensing using very high-resolution (sub-meter in the panchromatic) WordView-2 and WorldView-3 (WV) satellite imagery, combined with ground validation studies during field work. Compared to Landsat products, the improved spatial resolution provided by WV imagery has fundamentally changed the scale and detail at which remote sensing based geomorphological mapping can be completed. The mapping presented here is focused on the glacial geomorphology of mountain summits and flanks that protrude through the ice sheet’s surface (nunataks). In our study area of western DML these nunatak surfaces make up <0.2 % of the total surface area, and the landforms mapped here are generally smaller than can be identified from Landsat products (30 m spatial resolution). The detail achieved in our mapping, across such a vast, remote area that presents numerous obstacles to accessibility highlights the benefits of utilizing the new VHR WV data. As such an evaluation of the WV data, as applied to geomorphological mapping is presented here together with our mapping of the glacial geomorphology of western DML. The results of which provides evidence of ice having overridden sites at all elevations across the entire study area; from the highest elevation inland nunataks that form the coast-parallel escarpment, to low-elevation emerging nunataks close to the coast. Hence from our studies of the glacial geomorphology of this region we can ascertain that, at some point in the glacial history of western DML, ice covered all of the mountain summits that are exposed today, indicating an ice sheet surface lowering of up to 700 m in some places.</p>

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η οικολογική αξιολόγηση δύο ποτάμιων οικοσυστημάτων του Αχέροντα και του Λούρου, με βάση τις κοινότητες υδρόβιων μακροφύτων, την ποιότητα του νερού και τα υδρογεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, καθώς και η ανάπτυξη και η οριστικοποίηση μεθοδολογίας για τη συλλογή, την επεξεργασία, την ανάλυση και την αξιολόγηση των δεδομένων πεδίου προσαρμοσμένης και εφαρμόσιμης στις ελληνικές συνθήκες. Οι επιμέρους στόχοι της διδακτορικής διατριβής διακρίνονται σε 4 επί μέρους κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Α) αφορά τη διερεύνηση των αβιοτικών παραμέτρων που επηρεάζουν την κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των δύο λεκανών απορροής. Στο δεύτερο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Β) πραγματοποιείται διερεύνηση της δομής της παρόχθιας ζώνης και εκτίμηση των βασικών προτύπων οικολογικής διαβάθμισης και ανθρώπινης παρέμβασης. Στο τρίτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Γ) πραγματοποιείται αβιοτική τυπολογική διάκριση των θέσεων δειγματοληψίας με σκοπό τη μείωση της χωρικής διακύμανσης, έλεγχο της διαχρονικής και εποχικής διακύμανσης στην κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων και καθορισμός των κοινοτήτων αναφοράς σε κάθε τμήμα του ποτάμιου οικοσυστήματος. Τέλος στο τέταρτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Δ) δίνεται η μεθοδολογία ανάπτυξης του συστήματος αξιολόγησης των επιπτώσεων των υδρομορφολογικών τροποποιήσεων στη σύνθεση και αφθονία των υδρόβιων και των παρόχθιων ειδών και η δημιουργία του Πολυμετρικού Δείκτη Μακροφύτων. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από συνολικά 32 θέσεις δειγματοληψίας οι οποίες επιλέχθηκαν με κριτήρια 1) την κάλυψη ευρείας διαβάθμισης χρήσεων γης, 2) την επιλογή περισσοτέρων του ενός τμημάτων με παρόμοια γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, 3) τη σταθερή απόσταση μεταξύ των θέσεων δειγματοληψίας, 4) την ομοιογένεια των τμημάτων και τέλος 5) την προσβασιμότητα στα σημεία δειγματοληψίας καθ’ όλη τη διάρκεια της παρακολούθησης. Με βάση τα πιο πάνω κριτήρια επιλέχθηκαν 15 θέσεις δειγματοληψίας στη λεκάνη απορροής του ποταμού Αχέροντα [11 Αχέροντας (A1-8 & A11-13), 1 Κωκυτός (A9), 1 Βουβό Ρέμα (A15), 2 αρδευτικά κανάλια (A10 & A14)] και 17 Θέσεις Δειγματοληψίας στη λεκάνη απορροής του ποταμού Λούρου (S1-17). Η περιοχή αξιολόγησης περιλαμβάνει ένα ομοιογενές τμήμα ποταμού μήκους 100 m, το οποίο χωρίστηκε σε τρία επί μέρους τμήματα: α) το τμήμα της κοίτης το οποίο καλύπτεται με νερό, β) τα κράσπεδα, δηλαδή το ενεργό τμήμα της κοίτης γ) την παρόχθια-δασική ζώνη. Για τη συλλογή και την αξιολόγηση της υδρόβιας και παρόχθιας βλάστησης πραγματοποιήθηκαν εποχικές δειγματοληψίες κατά τη διάρκεια των βλαστητικών περιόδων των ετών 2005-2007 και η αφθονία ειδών καταγράφηκε με την 5-βάθμια κλίμακα DAFOR (5: κυριαρχία και 1: απουσία). Στο πεδίο μετρήθηκαν επίσης οι φυσικοχημικές παράμετροι του νερού (pH, διαλυμένο οξυγόνο, θερμοκρασία, αγωγιμότητα, ταχύτητα νερού και μέσο βάθος νερού) και συλλέχθηκαν δείγματα επιφανειακού νερού για χημικές αναλύσεις θρεπτικών αλάτων αζώτου (ΝΟ3-Ν, ΝΟ2-Ν, ΝΗ4-Ν) και φωσφόρου (PO4-P & TP), Chl-a και αλκαλικότητας. Επίσης καταγράφηκαν στο πεδίο και υπολογίστηκαν στο εργαστήριο υδρογεωμορφολογικά στοιχεία και δεδομένα τοπίου τα οποία αφορούν τόσο την περιοχή αξιολόγησης όσο και όλη τη λεκάνη απορροής. Για τη στατιστική επεξεργασία των δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν 1) Ιεραρχική Ανάλυση Συστάδων για βιοτική τυπολογία των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των ποταμών και για τον προσδιορισμό της δομής της παρόχθιας βλάστησης, 2) Ανάλυση Ειδών Δεικτών (ISA), για την περιγραφή της ιεραρχικής δομής της κάθε ομάδας και για τη διάκριση των σημαντικών Ειδών-Δεικτών (IndSps), και 3) Ταξιθέτηση όπου χρησιμοποιήθηκαν τόσο έμμεσες όσο και άμεσες αναλύσεις διαβάθμισης. Στις έμμεσες αναλύσεις διαβάθμισης χρησιμοποιήθηκαν α) Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA), για τον προσδιορισμό των Γεωμορφολογικών Ενοτήτων και στον Καθορισμό της κλίμακας πιέσεων και β) Βελτιωμένη Ανάλυση Αντιστοιχιών (DCA), για τη χωρική κατανομή της αφθονίας των ειδών και τον έλεγχος των εποχικών και διαχρονικών διακυμάνσεων των κοινοτήτων αναφοράς. Ως άμεσες αναλύσεις διαβάθμισης χρησιμοποιήθηκαν α) Ανάλυση Πλεονασμού (RDA), για συσχέτιση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του νερού με τα είδη δείκτες και β) Ανάλυση Κανονικών Αντιστοιχιών (CCA), για συσχέτιση των γεωμορφολογικών παραμέτρων με τα είδη-δείκτες και τον καθορισμό κύριων μεταβλητών υποβάθμισης της παρόχθιας ζώνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά μήκος των δύο λεκανών απορροής διακρίνονται έξι Ομάδες Βλάστησης με παρόμοιο περιβαλλοντικό πρότυπο (πηγές-εκβολές). Στις ορεινές περιοχές και των δύο λεκανών απορροής (Αχέροντα και Λούρου) κυριαρχούν τα είδη Pteridium aquilinum, είδη βρυόφυτων και είδη του γένους Carex, C. acuta για τον ποταμό Αχέροντα και C. pendula για τον ποταμό Λούρο. Στο μέσο ρου των ποταμών διακρίθηκαν 4 διαφορετικές ομάδες βλάστησης. Ο διαφορετικός βαθμός ανθρωπογενούς τροποποίησης των εκβολών στις δύο λεκάνες απορροής αντανακλά και στη σύνθεση των φυτοκοινοτήτων όπου στις εκβολές του ποταμού Αχέροντα κυριαρχούν χλωροφύκη και το ανθεκτικό είδος Potamogeton pectinatus ενώ στον ποταμό Λούρο οι εκβολές χαρακτηρίζονται από την απουσία χλωροφυκών και την κυριαρχία του είδους Potamogeton nodosus. Οι σημαντικότεροι φυσικοχημικοί παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των λεκανών απορροής της περιοχής μελέτης είναι: το pH, η αγωγιμότητα, η θερμοκρασία νερού, η μέση ταχύτητα νερού, οι συγκεντρώσεις των αλάτων αζώτου (ΝΟ3-Ν, ΝΗ4-Ν, ΝΟ2-Ν) και ορθοφωσφορικών (PO4-P) και Chl-a. Ενώ οι σημαντικότεροι γεωμορφολογικοί παράγοντες είναι: το υψόμετρο, το υπόστρωμα κοίτης, το πλάτος της κοίτης, η σκίαση της κοίτης, ο τύπος ενδιαιτήματος και το βάθος του νερού. Η διερεύνηση της δομής της παρόχθιας ζώνης έδειξε την ύπαρξη 4 διαφορετικών ομάδων παρόχθιας βλάστησης. Οι ορεινές περιοχές και άνω μέσος ρους και των δύο λεκανών απορροής χαρακτηρίζεται από την κυριαρχία των ειδών Platanus orientalis και Quercus coccifera. Οι βασικές τροποποιήσεις που δέχονται οι περιοχές αυτές αφορούν μεταβολές σε τοπικό επίπεδο γεγονός που επιβεβαιώνεται από τις υψηλές τιμές δείκτη QBR. Οι πεδινές περιοχές χαρακτηρίζονται από την κυριαρχία των ειδών Salix alba και Populus alba. Οι σημαντικότερες πιέσεις που δέχεται το πεδινό τμήμα των ποταμών αφορούν τις γεωργικές δραστηριότητες, τη δημιουργία τεχνικών αναχωμάτων, την ενίσχυση της όχθης, τις αμμοχαλικοληψίες, τη διευθέτηση και την ευθυγράμμιση της όχθης. Το είδος Phragmites australis χαρακτηρίζει τις εκβολές των ποταμών, ενώ σημαντική ήταν η αφθονία των ειδών Arundo donax και του εισαγόμενου είδους Eucalyptus camaldulensis. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η αφθονία των ειδών ήταν χαμηλή σε όλες τις Ομάδες Βλάστησης. Εφαρμόστηκαν επίσης οι δείκτες: QBR ο οποίος αποτελεί μέτρο αξιολόγησης της ποιότητας της παρόχθιας ζώνης, HQA όπου αποτελεί δείκτη αξιολόγησης της οικολογικής ποιότητας του ποτάμιου ενδιαιτήματος και HMS ο οποίος είναι δείκτης ανθρωπογενούς τροποποίησης του ενδιαιτήματος. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή των πιο πάνω δεικτών έδειξαν ότι η οικολογική ακεραιότητα παρόχθιας ζώνης αυξάνει τη συνολική οικολογική ποιότητα. Σύμφωνα με τις υδρογεωμορφολογικές μεταβλητές, οι οποίες εξετάστηκαν, οι θέσεις δειγματοληψίας ομαδοποιηθήκαν σε τρεις Γεωμορφολογικές Ενότητες οι οποίες αντιστοιχούν στο Ορεινό, Πεδινό και Εκβολικό Τμήμα των ποταμών. Σε κάθε Γεωμορφολογική Ενότητα πραγματοποιήθηκε ανάλυση πιέσεων και διακρίθηκαν οι σταθμοί αναφοράς οι οποίοι για το ορεινό τμήμα ήταν 7, στο πεδινό 3 ενώ στο εκβολικό τμήμα μόνο 2 σταθμοί χαρακτηρίστηκαν ως περιοχές αναφοράς. Σε κάθε Γεωμορφολογική Ενότητα διερευνήθηκαν οι εποχικές και διαχρονικές μεταβολές στη σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς και προσδιορίστηκε δομή τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι η σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς στο πεδινό τμήμα των ποταμών φαίνεται να παραμένουν σταθερές στις φυσικές διακυμάνσεις. Από την άλλη, οι μικρές διαφορές οι οποίες καταγράφηκαν στο ορεινό και εκβολικό τμήμα των ποταμών οφείλονται κυρίως στην όψιμη Άνοιξη και στις υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν κατά τους καλοκαιρινούς μήνες και εντοπίζονται στο μειωμένο αριθμό των βρυοφύτων και πτεριδοφύτων αντίστοιχα. Τέλος σύμφωνα τα αποτελέσματα η περίοδος διεξαγωγής των δειγματοληψιών προσδιορίζεται ανάμεσα στο χρονικό διάστημα μεταξύ τέλος Απριλίου και τέλος Σεπτεμβρίου αφού σε αυτό το χρονικό διάστημα οποιαδήποτε επίσκεψη στο πεδίο αναμένεται να δώσει την ίδια σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς. Διερευνήθηκαν, στο μεγαλύτερο δυνατό βαθμό, όλες οι πιθανές παράμετροι και πιέσεις, οι οποίες επηρεάζουν τη σύνθεση και την κατανομή υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των λεκανών απορροής. Οι σημαντικότερες πιέσεις που δέχεται η περιοχή μελέτης επηρεάζουν κυρίως τα υδρομορφολογικά χαρακτηριστικά του οικοσυστήματος. Ως πιο αξιόπιστος και ολιστικός τρόπος αξιολόγησης της οικολογικής κατάστασης της περιοχής μελέτης επιλέχθηκε η Πολυμετρική προσέγγιση. Σαν πίεση επιλέχθηκε η υδρομορφολογική τροποποίηση. Συνολικά, διερευνήθηκαν 86 υποψήφιες μετρικές οι οποίες ανήκουν σε 5 κατηγορίες: 1) Αφθονίας/Ποικιλότητας, 2) Τροφικής κατάστασης, 3) Σύνθεσης φυτικών κοινοτήτων, 4) Ποιότητας Δομής της παρόχθιας ζώνης και 5) Ευαισθησίας/Ανοχής, οι οποίες προέρχονται από τις βιοκοινότητες του υγρού δίαυλου, της ενεργής κοίτης και της όχθης. Ο καθορισμός της κλίμακας πιέσεων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA) με 36 υδρομορφολογικές μεταβλητές υποβάθμισης σε 2 χωρικά επίπεδα: Μακροκλίμακας και Μικροκλίμακας. Στον τελικό Πολυμετρικό δείκτη συμπεριλήφθηκαν μόνο οι μετρικές οι οποίες ικανοποιούσαν συγκεκριμένα κριτήρια. Τα κριτήρια αυτά αφορούσαν: την εκπλήρωση του κριτηρίου από την εφαρμογή των θηκογραμμάτων με απολήξεις (δηλαδή εξαιρούνται οι μετρικές οι οποίες έχουν στενό εύρος τιμών, πολλές ακραίες τιμές και πολλές απόμακρες παρατηρήσεις), την αποφυγή αλληλεπικαλυπτόμενων πληροφοριών (Spearman ǀrǀ>0,800) και την υψηλή συσχέτιση με τις κλίμακες πιέσεων (Spearman ǀrǀ>0,500). Συνολικά από τις 86 υποψήφιες μετρικές οι 6 θεωρήθηκαν ως κεντρικές μετρικές αφού ικανοποίησαν όλα τα πιο πάνω κριτήρια. Οι κεντρικές μετρικές είναι: 1) Δείκτης IBMR, 2) Δείκτης QBR, 3) Αριθμός Βρυοφυτικών taxa, 4) % Είδη Αναφοράς, 5) % Νιτρόφιλα είδη και 6) % Ελοφυτικά είδη (Phe_herbids). Ο Πολυμετρικός Δείκτης Μακροφύτων (Multimetric Macrophyte Index-MMI) είναι ο αριθμητικός μέσος των 6 κανονικοποιημένων «κεντρικών» μετρικών. Κανονικοποίηση καλείται η προσαρμογή του εύρους τιμών της κάθε μετρικής στο ενδεικτικό όριο από 0 μέχρι 1. Σημαντικό σημείο στην κανονικοποίηση των μετρικών είναι ο καθορισμός του ανώτερου (upper anchor) και κατώτερου ορίου (lower anchor) της κάθε «κεντρικής» μετρικής. Το ανώτερο και το κατώτερο όριο δείχνουν το ενδεικτικό εύρος της κάθε μετρικής όπου το ανώτερο όριο (anchor) αντιστοιχεί στην τιμή της μετρικής κάτω από τις συνθήκες αναφοράς. Στην παρούσα εργασία για το ανώτερο όριο κάθε μετρικής επιλέχθηκε το 75ο εκατοστημόριο (percentile) των μη διαταραγμένων περιοχών και για το κατώτερο όριο το 5ο εκατοστημόριο (percentile) των διαταραγμένων περιοχών. Για την αξιολόγηση της οικολογικής ποιότητας, των θέσεων δειγματοληψίας, με βάση τον Πολυμετρικό Δείκτη Μακροφύτων, απαιτείται ο καθορισμός των ορίων μεταξύ των 5 ποιοτικών κλάσεων όπως απαιτεί η Οδηγία Πλαίσιο για τα Ύδατα 2000/60/ΕΕ. Τα όρια του δείκτη καθορίστηκαν υπολογίζοντας αρχικά το όριο μεταξύ της «Υψηλής»/«Καλής» οικολογικής κατάστασης το οποίο ορίστηκε ως το 25o εκατοστημόριο μη διαταραγμένων περιοχών (0,623). Το υπόλοιπο εύρος τιμών χωρίστηκε σε τέσσερις ίσες κλάσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι ο ΜΜΙ δίνει πολύ καλή ένδειξη της οικολογικής κατάστασης των μεσαίου μεγέθους πεδινών ποταμών της Δυτικής Ελλάδας (RM-2). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα το 29,6% των θέσεων δειγματοληψίας (8 θέσεις) ταξινομήθηκαν στην Υψηλή οικολογική κατάσταση, το 4% (14 θέσεις) στην Καλή οικολογική κατάσταση, το 22,3% (6 θέσεις) στην Μέτρια, το 29,6% (8 θέσεις) στην Φτωχή και μόνο το 3,7% (1 θέση) χαρακτηρίστηκε ως Κακής Οικολογικής Ποιότητας. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή, αποτελεί µια πρώτη προσπάθεια στον Ελληνικό χώρο για δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος παρακολούθησης της οικολογικής ποιότητας των ρεόντων υδάτων με χρήση των υδρόβιων μακροφύτων ως βιολογικών ποιοτικών στοιχείων. Η μεθοδολογία αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε πιλοτικά σε δύο λεκάνες απορροής στα μεσαίου μεγέθους πεδινά ποτάμια της Ηπείρου Αχέροντα και Λούρου ακολουθώντας πιστά τις απαιτήσεις και τις κατευθυντήριες γραμμές της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Πλαίσιο για τα Ύδατα 2000/60/ΕΕ. Επίσης το σύστημα αξιολόγησης το οποίο προτείνεται αναπτύχθηκε με σκοπό την εφαρμογή του σε όλα τα παρόμοιου τύπου ποτάμια της Ελλάδας αφού τόσο ο κατάλογος με τις υποψήφιες μετρικές όσο και ο ίδιος ο πολυμετρικός δείκτης μπορεί να ελεγχθεί και σε άλλους τύπους ποταμών της Ελλάδας (RM-1, RM-3, RM-4 & RM-5). Τέλος, τα αποτελέσματα που προκύπτουν συμβάλλουν στην ορθολογικότερη διαχείριση και ανάδειξη των ποτάμιων ενδιαιτημάτων και στην εφαρμογή της περιβαλλοντικής πολιτικής του νερού στην Ελλάδα. / The main objective of the present thesis was the ecological assessment of two river basins, Acheron and Louros; based on aquatic plant communities, water quality and hydromorphological characteristics, as well as, the development of a methodology for collecting, analyzing and assessing field data, specific adapted to Greek conditions. The specific objectives of the doctoral thesis include: a) the investigation of abiotic parameters influencing the distribution of aquatic macrophytes along the two river basins (Chapter A); b) the investigation of riparian zone structure and the assessment of “key” environmental gradient and human intervention (Chapter B); c) abiotic typology for reducing the spatial variability, monitoring the temporal and seasonal variation in of aquatic macrophytes distribution, and determination of reference communities in each geomorphological unit of the riverine ecosystem (Chapter C), and d) the development of the Macrophyte Multimetric Index (MMI) which is described step by step in Chapter D. Data were collected from 32 sampling sites, which were chosen according to the following criteria: i) covering a wide gradient of land used i.e. from natural to artificial; ii) selection of more than one site with similar geomorphological characteristics; iii) the constant distance between sampling sites; iv) the homogeneity of the sampling sites, and v) the accessibility to the sampling points throughout the duration of monitoring. Based on the above criteria, 15 sites were selected along Acheron river basin [11, Acheron river (A1-8 & A11-13); 1, Cocytos (A9); 1, Vouvo Rema (A15); 2, irrigation canals (A10 & A14)]. Additionally, 17 sampling sites were selected along Louros river (S1-S15). The survey area was subdivided into 3 zones, a) the wetted part of the channel, b) the marginal-active channel and c) the riparian woodland plot. The survey area length was standardized at 100 m according to the widely accepted methods [e.g. Mean Trophic Rank, (MTR); Riparian Forest Quality, (QBR)]. On the other hand, the width of each plot includes the area between, the end of the active channel and the riparian woodland. The field surveys were conducted during the vegetation periods (April to September) of the years 2005 to 2007. The coverage of each macrophyte species was visually estimated using DAFOR 5-point scale (1: Rare, 2: Occasional, 3: Frequent, 4: Abundant and 5: Dominant). Also, water physicochemical parameters such as temperature, DO, pH, conductivity, were measured in situ using portable equipment (WTW340i/SET). Additionally, surface water samples were collected for determination of nutrients such as nitrate and nitrite nitrogen, total nitrogen, ammonium, phosphorus nutrients (soluble reactive phosphorus and total phosphorus), Chl-a, and alkalinity (HCO-3, CO3=). Nutrient samples were collected and analyzed according to APHA standard analytical method (APHA, 1989). For the statistical processing of the data were used: 1) Hierarchical cluster analysis (Bray-Curtis), for the biotic typology of macrophyte data along river basins and to determine the structure of the riparian vegetation; 2) Indicator Species Analysis, was used to describe the hierarchical structure of each group to distinguish the indicator species (Ind_Sps) for each vegetation group; 3) Ordination, which were used both Indirect and Direct gradient analyses. Indirect gradient analyzes were used: a) Principal Component Analysis (PCA), to identify Geomorphological Units and to determining the pressure gradients; and b) Detrended Correspondence Analysis (DCA), for researching the spatial distribution of species abundance, and for seasonal and inter-annual variability of the reference communities. For direct gradient analyzes were used: a) Redundancy Analysis (RDA), for correlation between, water physicochemical parameters and Indicator species; and b) Canonical Correspondence Analysis (CCA), for correlation between geomorphological characteristics and indicator species, as well as, to determine the key variables best explain the degradation of the riparian zone. The results showed that along the two river basins, six vegetation groups can be distinguished, with similar environmental gradient pattern (springs-estuaries). The dominant species for the upper part of Acheron and Louros river basins were: Pteridium aquilinum, bryophyte taxa and Carex species (C. acuta and C. pendula respectively). Moreover, four different vegetation groups were characterized the middle part of both river basins. The different degree of anthropogenic alteration of river estuaries (Acheron and Louros), reflects in the composition of the plant communities. The estuaries of Acheron were characterized by the dominant of green algae and the tolerant species Potamogeton pectinatus, while the estuaries of Louros river was characterized by the absence of green algae and the dominance of Potamogeton nodosus. The most important physicochemical variables that significantly affect the distribution of aquatic macrophytes along the river basins were: pH, conductivity, water temperature, and mean water velocity, concentrations of nitrogen nutrients (ΝΟ3-Ν, ΝΗ4-Ν, ΝΟ2-Ν) and orthophosphate (PO4-P), as well as, Chl-a. Whereas, the most important geomorphological factors were: altitude, bed substrate, channel width, channel shading, habitat type, water depth. Hierarchical cluster analysis distinguished five vegetation groups of the riparian zone of the study area. The following groups were indentified and characterized by the dominant riparian species. The upper reaches were characterized by the Vegetation Group Ia: Platanus orientalis and Ib: Quercus coccifera-P. orientalis; the middle reaches by II: Salix alba and Populus alba; and lowland areas until estuaries by III: Phragmites australis. Vegetation Group IV was characterized by the dominant of non native species Eucalyptus camaldulensis and the giant reed Arundo donax. According to the results, species abundance was low in all Vegetation Groups. Also, the applied indices Riparian quality assessment (QBR), Habitat Quality Assessment (HQA) and Habitat Modification Score (HMS) revealed that the ecological integrity of the riparian zone increases the overall ecological quality of the riparian ecosystem. According to the hydromorphological characteristics, the sampling sites were grouped into three Geomorphological Units: Upper –Middle reaches-Estuaries. In each Geomorphological Unit (GU) a pressure gradient analysis was performed, and the reference sites were identified. For GU I the number of reference sites was 7, for GU II 3 reference sites were identified, while, for the estuaries the number of the reference sites were only 2. Also in each GU the seasonal and inter annual changes in reference communities, were investigated, and the structure of the reference community was determined. The results showed that the composition of the reference communities in lowland rivers appears to remain constant in the physical fluctuations. On the other hand, the slight differences which were recorded, in the GU I, during spring and summer sampling, referred to the reduction of bryophytes. This reduction might be cause due to the late spring (May), at the upper part of Louros river. Also, differences were recorded between autumn and spring samplings, in the GU III (estuaries). Those differences referred to the reduction of pteridophytes, maybe due to the high temperatures that prevail during the summer months. Finally, the sampling period could be set between late April and late September, since, during this period, any field visit will give the same composition of the reference communities. We investigated, to the greatest possible degree, all the potential parameters and pressures, which could influence the composition and distribution of aquatic macrophytes along the river basins. The most significant effect, from the current pressures, in the studied area, is the alteration of the hydromorphological characteristics of the ecosystem. The Multimetric approach was chosen, as the most holistic and reliable evaluation method of the ecological status of the study area. A preliminary list of potential plant metrics was compiled from a review of the literature, and in situ observations of plant community patterns. The metrics were grouped into five categories, so that each one representing a different ecological aspect of aquatic and riparian plant communities: 1) Richness/Diversity, 2) Trophic status, 3) Composition, 4) Riparian Integrity, and 5) Sensitivity/Tolerance. A total of 86 metrics were tested, of which 7 belonged to the category of "Abundance/Diversity", 4 to the category of "Trophic” status, 46 metric referred to “Composition” of plant communities, 11 referred to "Riparian Integrity”, and finally, 18 belonged to “Sensitivity/Tolerance” category. The estimation of the pressure gradient was performed using Principal Component Analyses (PCAs), with 36 hydromorphological degradation variables in 2 spatial scales: macroscale and microscale. Candidate metrics, which can be identified as robust and most informative, are scrutinized further, in the process of selecting core metrics. To be selected as a core metric the following aspects have to be considered: 1) core metrics should cover different metric types (see above); 2) metrics should not give redundant information. Inter-correlation tests between candidate metrics were carried out to detect redundant metrics (threshold value Spearman’s r<0.800). In case of redundancy we further investigate: the correlation of each metric with stress gradient (threshold value Spearman’s r<0.05); the correlation of each of the pair of metrics with the other metrics in order to finally omit the one that showed the higher overall mean correlation; and how well they separate stressed from unstressed sampling sites (graphical analysis of box-whisker plots). The final index includes 6 metrics out of 86 candidated metrics. The core metrics are: 1) IBMR, 2) QBR, 3) Number of Bryophyte, 4) % Reference Species, 5) % Nitrophilous taxa and 6) % Helophyte taxa (Phe_herbids). The different numerical scales of each core metric (e.g. abundance class, number of individuals) were normalized to unitless scores between 0 and 1. The upper and lower anchors mark the indicative range of a metric. The upper anchor corresponds to the upper limit of the metric’s value under reference conditions, and it was set as the 75th of the unstressed sites. The lower anchor corresponds to the lower limit of the metric’s value under the worst attainable conditions and it was set as 5th percentile of stressed sites. The multimetric index was calculated as the arithmetic mean of the normalized metrics (Böhmer et al., 2004). The final Multimetric Index provides a score that represents the overall relationship between the combined values of the biological parameters observed for a given site and the expected value under reference conditions. This score is – as for single metrics – expressed as a numerical value between zero and one. This range can be subdivided into any number of categories corresponding to various levels of impairment. To determine the boundaries of Multimetric Index, the 25th percentile of the unstressed sites (0,623) was set as the boundary for the high/good ecological class. We propose quality classes with equal ranges, to provide five ordinal rating categories for assessment of impairment in accordance with the demands of the WFD. The application of Macrophyte Multimetric Index (MMI) in the medium lowland rivers of Greece led to the ecological classification in five quality classes. The results indicated that the 29.6% of the sampling sites (8 sites) were classified in High ecological status, 4% (4 sites) in Good ecological status; the 22.3% (6 sites) in Moderate, 29.6% (8 sites) in the Poor and only 3.7% (1 site) was characterized as Bad ecological quality. The current doctoral thesis was the first attempt in the Greece, for establishing an integrated monitoring system of ecological quality of running water ecosystems, using aquatic macrophytes as biological quality element. The methodology developed, was pilot implemented in two river basins, Acheron and Louros, in Epirus, following the requirements and guidelines of the European Water Framework Directive, 2000/60/EE. Also, the evaluation system was developed to be proposed for implementation at all similar river types of Greece, since both the list of candidate metrics and the Multimetric Index itself, can be tested in other types of Greek rivers (RM-1, RM-3, RM-4 & RM-5). Finally, the results, will contribute to the sustainable management and conservation of riverine ecosystems, as well as, to the implementation of the water environmental policy in Greece.

Sich verändernde Rahmenbedingungen des Klimawandels haben einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung der Erdoberfläche. Der Sachverhalt ist anhand unterschiedlicher geomorphologischer Veränderungsprozesse zu beobachten, sei es bei gravitativen Naturgefahren (Felsstürze, Hangrutschungen oder Murereignissen), der Gletscherschmelze in Hochgebirgsregionen oder der Änderungen der Küstendynamik an Sandstränden. Derartige Ereignisse werden durch immer stärker ausgeprägte, extreme Wetterbedingungen verursacht. In diesem Zusammenhang sind präventive Maßnahmen und der Schutz der Bevölkerung im Zuge eines Risikomanagements essentiell. Um mit diesen Gefahren sicher umgehen zu können, sind qualitativ hochwertige drei- und vierdimensionale (3D und 4D) Datensätze der Erdoberfläche erforderlich. Der technische Fortschritt in der Messtechnik und damit verbunden ein Paradigmenwechsel haben die Möglichkeiten in der Erfassung von räumlich als auch zeitlich verdichteten Daten erheblich verbessert. Die Weiterentwicklung von terrestrischen Laserscannern hin zu kommunikationsfähigen, programmierbaren Multisensorsystemen, eine kompakte und robuste Bauweise, hohe Messreichweiten sowie wirtschaftlich attraktive Systeme lassen einen Übergang zu permanentem terrestrischen Laserscanning (PLS) zu. Im Sinne eines adaptiven Monitorings ist PLS für die Integration in echtzeitnahe Assistenz- oder Frühwarnsysteme prädestiniert. Um die Akzeptanz eines solchen Systems zu erreichen sind jedoch transparente, nachvollziehbare Methoden und Prozesse zur Informationsgewinnung und -aufbereitung zu definieren. Ziel dieser Arbeit ist es, PLS als Methode systematisch aufzuarbeiten. Vier wesentliche Schritte entlang der Prozesskette werden identifiziert: (i) Die Datenerfassung einer einzelnen Epoche, (ii) die Bereitstellung eines redundanten Datenmanagements sowie einer sicheren Datenkommunikation zu zentralen Servern, (iii) die multitemporale Datenanalyse und (iv) die Aufbereitung, das Reporting und die Präsentation der Ergebnisse für Stakeholder. Basierend auf dieser Prozesskette ergeben sich zwei Untersuchungsschwerpunkte. Zunächst wird die qualitative Beurteilung der erfassten Punktwolken behandelt. Der Fokus liegt dabei einerseits auf dem Einfluss unterschiedlicher Registrierungsmethoden auf die multitemporalen Punktwolken und andererseits auf dem Einfluss der Atmosphäre auf die Messergebnisse. Es wird nachgewiesen, dass eine Nichtberücksichtigung dieser Einflüsse zu signifikanten Abweichungen führt, welche zu Fehlinterpretationen der abgeleiteten Informationen führen kann. Weiterhin wird gezeigt, dass es an datenbasierten Verfahren zur Berücksichtigung dieser Einflüsse fehlt. Als Grundlage für die Untersuchungen dienen umfangreiche Datensätze aus Noordwijk / Niederlande und Vals / Österreich. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Datenanalyse. Die Herausforderung besteht darin, tausende Punktwolken einzelner Messepochen analysieren zu müssen. Bitemporale Methoden sind hier nur eingeschränkt anwendbar. Die vorliegende Arbeit stellt eine zweistufige Methode vor, mit der automatisiert Informationen aus dem umfangreichen Datensatz abgeleitet werden können. Aus der vollumfänglichen 3D-Zeitserie der Szene werden zunächst relevante Merkmale auf Basis von 2D-Rasterbildern durch Clustering extrahiert. Semiautomatisch lassen sich die extrahierten Segmente klassifizieren und so maßgeblichen geomorphologischen Prozessen zuweisen. Dieser Erkenntnisgewinn über den vorliegenden Datensatz wird in einem zweiten Schritt genutzt, um die Szene räumlich zu limitieren und in den Interessensbereichen tiefergehende Analysen durchzuführen. Auf Basis der Methoden «M3C2-EP mit adaptierter Kalman-Filterung» und «4D-Änderungsobjekten» werden zwei Analysetools vorgestellt und auf den Datensatz in Vals angewendet. Die Überwachung topographischer Oberflächenveränderungen mit PLS wird zunehmen und eine große Menge an Daten erzeugen. Diese Datensätze müssen verarbeitet, analysiert und gespeichert werden. Diese Dissertation trägt zum besseren Verständnis der Methodik bei. Anwender bekommen durch die Systematisierung der Methode ein besseres Verständnis über die beeinflussenden Faktoren entlang der Prozesskette von der Datenerfassung bis hin zur Darstellung relevanter Informationen. Mit dieser Dissertation wird eine Toolbox vorgestellt, die es ermöglicht, multitemporale Punktwolken mit Hilfe von unüberwachtem maschinellem Lernen automatisiert auszuwerten und Informationen dem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Dieser Ansatz ist einfach und hat ein hohes Potential für die automatische Analyse in zukünftigen Anwendungen.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203 / Climate change has an important impact on the scale and frequency with which the Earths surface is changing. This can be seen in various geomorphological change processes, such as gravitational natural hazards (rockfalls, landslides or debris flows), glacier melt in high mountain regions or the quantification of coastal dynamics on sandy beaches. Such events are triggered by increasingly prominent and extreme meteorological conditions. In this context, it is essential to implement preventive measures to protect the population as part of a risk management system. To safely manage these hazards, high quality three- and four-dimensional (3D and 4D) data sets of the Earth’s surface are required. Technological advances in metrology and the associated paradigm shift have significantly improved the ability to collect spatially and temporally distributed data. Progress from terrestrial laser scanners to communication-enabled, programmable multisensor systems, compact and robust design, long range and economically competitive systems allow a transition to a permanent laser scanning (PLS). PLS enables the acquisition of data from a fixed position to a target area kilometers away at high frequency and over a long period of time. In terms of adaptive monitoring, PLS is suitable for integration into near realtime assistance or early warning systems. However, in order to achieve acceptance of these systems, transparent, reproducible methods and processes for extracting information must be defined. The aim of this thesis is to present a methodological framework for PLS. Four crucial steps along the processing chain are identifiable: (i) collecting single epoch data, (ii) providing redundant data management and secure data communication to central servers, (iii) multi-temporal data analysis and (iv) reporting and presenting results to stakeholders. Two main research topics emerge from this processing chain. First, the qualitative assessment of the acquired point clouds, which focuses on the influence of different registration methods on the multitemporal point clouds and the influence of the atmosphere on the measured data. It is shown that ignoring these influences leads to significant deviations, which in turn can result in a misinterpretation of the derived information. It is also shown that there is still a lack of data-based procedures to account for these influences. The investigations are based on extensive data sets from Noordwijk/Netherlands and Vals/Austria. The second research topic addreses data analysis. The challenge is to analyse thousands of point clouds per measurement epoch. In this case, bitemporal methods are limited in their applicability. The thesis presents a two-step method to automatically extract information from the large data set. In the first step relevant features are extracted from the full 3D time series of the scene based on 2D raster images by clustering. The extracted segments can then be semi-automatically classified and assigned to relevant geomorphological processes. Based on this knowledge, the scene is, in the second step, spatially delimited. Deeper analyses can then be performed in areas of interest. Using the «M3C2-EP method with adapted Kalman filtering» and «4D objects-by-change», two analysis tools are presented and applied to the dataset in Vals. The monitoring of topographic surface changes with PLS will increase and generate large amounts of data. These data sets need to be processed, analysed and stored. This thesis contributes to a better understanding of the methodology. Users will gain a deeper understanding of the influencing factors along the processing chain from data acquisition to reporting of relevant information by applying the method in a systematic way. The dissertation presents a toolbox that enables automated evaluation of multitemporal point clouds using unsupervised machine learning and provides relevant information to the user. The approach is straightforward and simple and has a high potential for automated analysis in future applications.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203

No description available.