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Bibliographic Metadata

Title
Remote sensing applications for deformation monitoring and process analyses of landslides in alpine environment / by Christine Fey
Additional Titles
Einsatz von Fernerkundung zur Deformationsüberwachung und Prozessanalyse alpiner Massenbewegungen
AuthorFey, Christine
Thesis advisorStötter, Johann ; Zangler, Christian
PublishedInnsbruck, March 2018
Descriptionvii, 152 Seiten, 48 verschieden gezählte Seiten : 1 CD-ROM ; Illustrationen, Diagramme, Karten
Institutional NoteUniversity of Innsbruck, Dissertation, 2018
Date of SubmissionApril 2018
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Fernerkundung / Laserscanning / Fotogrammetrie / gravitative Massenbewegungen / Felsgleitung / Felssturz / Blockgletscher / Hochgebirge / Klimawandel
Keywords (EN)remote sensing / laser scanning / photogrammetry / landslides / rock slide / rock fall / rock glacier / high mountain environment / climate change
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-25512 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
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Remote sensing applications for deformation monitoring and process analyses of landslides in alpine environment [1.02 mb]
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Abstract (German)

Hochalpine Regionen reagieren mit Gletscher- und Permafrostrückgang besonders sensibel auf die Erderwärmung. Inwieweit sich klimatische Veränderungen auf die Stabilität von glazialen und periglazialen Hängen und Felsflanken auswirken, ist aufgrund des komplexen Prozessverhaltens von Massenbewegungen schwer abzuschätzen. Ziel der Doktorarbeit ist die Ableitung des Prozessverhaltens von hochalpinen Massenbewegungen aus Bild- und Laserscandaten. Bestehende und neue Methoden werden angewendet und weiterentwickelt um erstens das Bewegungsverhalten von Massenbewegungen der letzten Jahrzehnte zu rekonstruieren und um zweitens die zukünftige Entwicklung von Massenbewegungen zu überwachen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die hochalpinen tiefgründigen Felsgleitungen Bliggspitze und Marzell, sowie ein Blockgletscher im Finstertal untersucht. Die drei Massenbewegungen unterscheiden sich in ihrer Topographie und im Prozessverhalten. Die hier vorgestellten Arbeitsabläufe und Methoden sind auch auf andere Massenbewegungen übertragbar. Im ersten Schritt werden Bild- und Laserscandaten aus nationalen Archiven, Landesarchiven und örtlichen Archiven gesammelt. Für das Monitoring rezenter Bewegungen wurden tragbare Sensoren (terrestrisches Laserscanning und Drohnen-Photogrammetrie), die im hochalpinen Raum ohne das Vorhandensein von Infrastruktur (Wege und Elektrizität) anwendbar sind, verwendet. Die Daten aus den Monitoring-Kampagnen und Archiven wurden aufbereitet und als geo-referenzierte Punktwolke bzw. als Orthofoto in einem gemeinsamen Koordinatensystem zusammengeführt. Für die Untersuchung der Massenbewegungen wurden unterschiedliche Analyseverfahren angewendet. Ein in dieser Arbeit entwickeltes robustes 3D-Distanzmessverfahren auf Basis der Punktwolke wurde für Prozesse mit völliger Zerstörung der Oberfläche (z.B. Felsstürze) genutzt. Für die Untersuchung von Prozessen, bei denen sich die Oberfläche im Ganzen verlagert hat (z.B. Felsgleitung), wurden Verfahren der Bildkorrelation und des Bruchkantentrackings verwendet. Die Verschiebungen und Distanzveränderungen wurden in Karten dargestellt und zusammen mit geologisch-geomorphologischen Informationen aus Geländebegehungen und Geländefotos im Hinblick auf das Prozessverhalten der Massenbewegung interpretiert. Die Interpretation umfasst erstens die Identifikation von unterschiedlichen Prozessen (z.B. Felsgleitungen, Schuttstrome, Blockgletscher, Felsstürze und Steinschlag), zweitens die Abgrenzung von Schollen (Felsgleitung) bzw. Zonen (Blockgletscher) und die Analyse von deren Geometrie und Kinematik sowie drittens die Identifikation von verschieden Bewegungstypen wie z.B. Rotationsgleitungen oder Kippbewegungen. Diese Informationen dienten zur Entwicklung eines geologischen Modells der Massenbewegung. Mit Hilfe der Deformations- und Prozessanalysen konnte gezeigt werden, dass beide Felsgleitungen aus unterschiedlichen Schollen mit unterschiedlichem räumlichen und zeitlichen Bewegungsverhalten bestehen. Bei der Massenbewegung Marzell wurde das Bewegungsverhalten der Felsgleitung und der Gletscherrückgang seit den 1950er rekonstruiert. Eine Korrelation zwischen Gletscherrückgang und erhöhter Aktivität der Massenbewegung ist deutlich erkennbar. Die Aktivität des Blockgletschers Finstertal wurde seit den 1970er rekonstruiert. Seit Ende des letzten Jahrtausends ist eine deutliche Beschleunigung der Blockgletscherbewegung erkennbar. Die Methoden und Arbeitsläufe, die in dieser Studie entwickelt wurden sind ein wesentlicher Beitrag zur Abschätzung des Gefahrenpotentials der Massenbewegung für Infrastruktur, zur Entwicklung von Sicherheitsmaßnahmen sowie zur Erforschung der potentiellen Auslöser von Massenbewegung.

Abstract (English)

In high mountain environment, changing boundary conditions from climate change such as melting glaciers and permafrost retreat influence the stability of alpine soil and rock slopes. Slope deformation processes are complex and a sound understanding is a prerequisite to investigate the impact of changing climatic conditions and to predict the future behaviour as well as to develop safety measures. The thesis aims to exploit all information about landslide deformation behaviour and landslide processes from imagery and laser scanning data which are required to understand past and present landslide evolution. Already existing and new deformation analyses methods are applied, improved and developed with the aim to i) analyse the retrospective landslide development over a longer time period and ii) to analyse the current landslide behaviour by appropriate and ongoing monitoring methods. Laser scanning and imagery data are well suited for this task because the data is available in national, federal and local archives of most Alpine countries and the sensors are applicable for the monitoring campaigns in rough mountain environment with no direct access to infrastructure. In the frame of this study, two active high alpine deep-seated compound rock slides and an active rock glacier were investigated. The three study sites are located in the Eastern Alps, Austria, and differ in their topography as well as process characteristics. For process and deformation analyses, the data from airborne and imaging campaigns was collected and field campaigns with terrestrial laser scanning and UAV were performed. The data from different sources were pre-processed to a geo-referenced point cloud, respectively to a geo-referenced ortho-image and then compiled into a common coordinate reference system. Slope deformation processes with a destruction of the surface, e.g. due to rock fall, were analysed by means of a robust 3D distance measurement approach for point cloud data. Slope processes with en-block displacements (e.g. slides) were analysed by applying an image correlation and breakline tracking technique. The derived distance change and displacement maps, together with information from field surveys and terrestrial photographs, were used for interpretation. This includes i) the identification of different landslide processes (i.e. rock and soil slide displacements, rock fall, rock avalanches, rock glacier creep, debris slides etc.), ii) the delineation of different slabs (rock slide) or zones (rock glacier) and analyses of their activity, geometry and kinematics and iii) the interpretation of the failure mechanism (e.g. toppling or rotational sliding behaviour). The extracted information was used to develop a geological model of the slope deformation. The analyses show that both rock slides are composed of different slabs with different spatial and temporal deformation behaviour. For the ice contacted rock slide, the glacier retreat was reconstructed since the 1950s based on imagery, laser scanning data and historic topographic maps. The results show a correlation between glacier retreat and rock slide activity. The rock glacier deformation behaviour was reconstructed since the 1970s and showed an increase in creep velocity since the end of the last century. The results derived with the methods and workflows developed in this thesis focusing on the kinematics and the geometry of the landslides could serve as input to study the impact of permafrost degradation and glacier retreat on landslides (e.g. by numerical modelling). The results are further an essential contribution to assess the risk in the context of infrastructure, to design safety measures, and to predict the future deformation development.

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