Drohnengestützte Wärmebilder ermöglichen die Detektion von lokal auftretenden Änderungen der Gewässertemperatur - ein Zeichen für Grundwasserexfiltration ins Fließgewässer. Mittels speziellem R-Skript werden die Rohdaten kalibriert und anschließend mit Pix4D orthorektifiziert. Dieser Workflow ermöglicht eine schnelle Kartierung ganzer Gewässerabschnitte mit zentimetergenauer Auflösung.
Mit dem technologischen Fortschritt gewinnt die drohnengestützte Fernerkundung in den Umweltwissenschaften zunehmend an Bedeutung. Während Drohnenanwendungen in vielen Disziplinen bereits etabliert sind, kommen sie in der Hydrologie bisher noch selten zum Einsatz. Der hier beschriebene Arbeitsablauf skizziert ein Verfahren zur Verarbeitung von Rohdaten zu orthorektifizierten Kartenprodukten.
Infrarot-Drohnen sind üblicherweise mit einer Standard-RGB-Kamera und thermischen Infrarot-Sensoren (IR) ausgestattet; multispektrale Sensoren (MSP) kommen seltener zum Einsatz. Einfache Maßnahmen gewährleistet qualitativ hochwertiges Rohmaterial. Zu den wichtigsten Richtlinien gehören:
- Verwendung vorprogrammierter Flugrouten mit hoher Bildüberlappung
- Ausrichtung der Kamera senkrecht nach unten (Nadir-Perspektive) zur Minimierung von Winkelverzerrungen.
- Durchführung der Flüge bei stabilen Wetterbedingungen (kein Niederschlag, keine Windböen).
Die meisten kommerziellen IR-Drohnen liefern JPEG-Bilder in Falschfarbendarstellung anstatt von Rasterdaten mit absoluten Temperaturwerten. Diese Einschränkung wird durch ein R-Skript behoben, das die Pixelfarben in Temperaturwerte umrechnet und atmosphärische Einflüsse korrigiert (Nelson & Kattenborn, 2024).
Anschließend erfolgt eine Orthorektifizierung mittels eines „Structure-from-Motion“-Algorithmus (unter Verwendung der Software Pix4D) sowohl der RGB- als auch der Thermaldaten. Die Software nutzt die Überlappung der Einzelbilder zur Erstellung eines Orthomosaiks - eines einzelnen, georeferenzierten und orthorektifizierten Gesamtbildes des Untersuchungsgebiets. Dieses Produkt mit zwei Datenebenen erleichtert vergleichende Analysen sowie die Identifizierung spezifischer Merkmale.
Dank moderner Drohnentechnologie ist es möglich, Austrittsstellen von Grundwasser entlang von Flussabschnitten innerhalb eines einzigen Tages zu kartieren. Während die räumliche Genauigkeit (±2 cm) die meisten Anforderungen problemlos erfüllt, ist die Unsicherheit bei den Thermaldaten vergleichsweise hoch (±2 °C). Daher eignet sich das Verfahren hervorragend für explorative Untersuchungen und die Erstellung umfassender räumlicher Übersichten, die wiederum gezielte, detaillierte Folgestudien ermöglichen.
