Abstract

English

AV@Water: USV-MAR - a low-budget autonomous boat with all-round sensors for bathymetric and riparian monitoring

Christoph Reudenbach, Laura Giese, Maximilian Kleebauer, Titziana Koch, Alexander Santowski, Agnes Schneider, Johannes Schnell, Alexander Schupp, Simon Seyfried, Collin Weber

Today’s progress in UAV/S is immense and their techniques are playing a role in many fields of interest, well known are the airborne applications but an emerging field are also analyzing waterbody structures or quality. For a better understanding of the state of river- and lakebeds as well as the riparian area Unmanned Surface Vehicles (USV) could take an essential part. Especially when it comes to the investigation of hydromorphological and riparian structures of overgrown or otherwise inacsessible river segments there is still need for research.

Currently only a few approaches exist, but they are bound to high costs, extremely time-consuming and therefore unsuited for far-reaching usage. To address those problems master students of Physical Geography and Geoarcheology of the Philipps-University Marburg started a guided self-based learning project. We propose a cost-effective approach for highly resoluted mapping of hydromorphology and structure quality of waterbodies. The constructed prototype of an autonomous boat is equipped with several sensors like a sonar, cameras and gps. The equipment can be extended easily by additional sensors. The remotely sensed data is being transferred to the web in real time and can be accessed by researchers as well as interested citizens. Furthermore, we target to develop a framework for generating a three-dimensional model of the waterbody ́s morphology and it ́s surroundings in terms of an R-package.

The USV-project enhances existing knowledge about river and riparian ecosystems, which in turn is necessary for improving sustainable management strategies to ensure good water quality and ecology plus meeting all other requirements for rivers and lakes. At the same time the project implied practical teaching approach promises and has already shown a high learning effect on the participating junior researchers.


German

UAV@Water: USV-MAR - ein autonomes Low-Budget Boot mit universal Sensorik für bathymetrische Analysen und Auenmonitoring

Christoph Reudenbach, Laura Giese, Maximilian Kleebauer, Titziana Koch, Alexander Santowski, Agnes Schneider, Johannes Schnell, Alexander Schupp, Simon Seyfried, Collin Weber

Der heutige Fortschritt in UAV/S ist immens und ihre Techniken spielen in vielen Interessensgebieten eine Rolle. Wohlbekannt sind luftgestützte Anwendungen, wohingegen die Analyse von Gewässerstruktur und -qualität einen neu entstehenden Zweig bilden. Um zu einem besseren Verständnis über die Beschaffenheit von Fluss- und Seebetten sowie den Auenbereich zu gelangen, können unbemannte Wasserfahrzeuge (engl. Unmanned Surface Vehicles, USV) künftig einen essentiellen Anteil beitragen. Insbesondere bei der Untersuchung von hydromorphologischen sowie Auenstrukturen von überwachsenen oder anderweitig unzugänglichen Fließgewässerabschnitten besteht noch großer Forschungsbedarf.

Bisher existieren diesbezüglich nur wenige Ansätze, welche allerdings mit hohen Kosten verbunden oder extrem zeitaufwändig und daher unpassend für den weitreichenden Gebrauch sind. Um diese Probleme zu adressieren haben Masterstudenten der Philipps-Universität Marburg ein angeleitetes selbstbezogenes Lernprojekt gestartet. Wir stellen hiermit einen kosteneffizienten Ansatz zu einer hochaufgelösten hydromorphologischen Vermessung und Strukturgütekartierung von Gewässern vor. Der konstruierte Prototyp eines autonomen Bootes ist mit verschiedenen Sensoren, wie unter anderem einem Sonar, Kameras und GPS ausgestattet. Die Ausstattung kann problemlos um zusätzliche Sensoren erweitert werden. Die Fernerkundungsdaten werden zeitgleich ins Internet übertragen und ist für Forscher sowie für interessierte Bürger zugänglich. Darüber hinaus planen wir einen Framework zur Entwicklung eines dreidimensionalen Modells der Gewässermorphologie und dessen Umfeldes in Form eines R-Paketes zu erarbeiten.

Das USV-Projekt trägt zur Erweiterung des bestehenden Wissens über Fluss- und Auenökosysteme bei, welches wiederum unentbehrlich zur Verbesserung von nachhaltigen Managmentstrategien ist, um eine gute Gewässerqualität und -ökologie zu gewährleisten und alle anderen Anforderungen an Flüsse und Seen zu erfüllen. Gleichzeitig verspricht der Projekt implizierte praktische Lehransatz einen großen Lerneffekt auf die teilnehmenden Nachwuchsforscher, welcher sich schon jetzt bemerkbar gemacht hat.