@phdthesis{Bachmann2007,
  author    = {Bachmann, Martin U. R.},
  title     = {Automatisierte Ableitung von Bodenbedeckungsgraden durch MESMA-Entmischung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26337},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Weltweit sind Trockengebiete in st{\"a}ndiger Ver{\"a}nderung, verursacht durch nat{\"u}rliche klimatische Schwankungen und oftmals durch Prozesse der Landdegradation. Auch weisen die meisten semi-ariden Naturr{\"a}ume eine große r{\"a}umliche Heterogenit{\"a}t auf, hervorgerufen durch ein kleinr{\"a}umiges Mosaik aus Gr{\"a}sern, kleineren Str{\"a}uchern und Bereichen offenliegenden Bodens. Die Dichte der Vegetation wird prim{\"a}r vom pflanzenverf{\"u}gbaren Wasser bestimmt, aber auch der Entwicklungs- und Degradationszustand der B{\"o}den sowie anthropogen bedingte Faktoren spielen hierbei eine Rolle. Zur Charakterisierung und Kartierung der Vegetation sowie zur Bewertung des Bodenerosionsrisikos und des Degradationszustands hat sich die Erhebung der Bedeckungsgrade von vitaler, photosynthetisch aktiver Vegetation (PV), von abgestorbener oder zeitweise vertrockneter und somit nicht photosynthetisch aktiver Vegetation (NPV) sowie von offenliegendem Boden als zweckm{\"a}ßig herausgestellt. Die Nutzung der Fernerkundung f{\"u}r diese Aufgabe erfolgt zumeist nur f{\"u}r kleinmaßst{\"a}bige Kartierungen und - im Falle von Multispektralsensoren - unter Vernachl{\"a}ssigung nicht-photosynthetisch aktiver Vegetation. Die r{\"a}umliche Variabilit{\"a}t der Vegetation-Boden-Mosaike liegt oftmals in der Gr{\"o}ßenordnung von wenigen Metern und somit unterhalb des r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sungsverm{\"o}gens von Fernerkundungssystemen. Um dennoch die verschiedenen Anteile innerhalb eines Pixels identifizieren und quantifizieren zu k{\"o}nnen, sind Methoden der Subpixel-Klassifikation notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methodik zur verbesserten und automatisierbaren Ableitung von Bodenbedeckungsgraden in semi-ariden Naturr{\"a}umen vorgestellt. Hierzu wurde ein Verfahren zur linearen spektralen Entmischung in Form einer Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) entwickelt und umgesetzt. Durch diese Methodik kann explizit die spektrale Variabilit{\"a}t von Vegetation und Boden in das Mischungsmodellmiteinbezogen werden, und quantitative Anteile f{\"u}r die funktionalen Klassen PV, NPV und Boden innerhalb eines Pixels erfasst werden. Durch die r{\"a}umliche Kartierung der verwendeten EM wird weiterhin eine thematische Klassifikation erreicht. Die hierf{\"u}r ben{\"o}tigten Informationen k{\"o}nnen - wie im Falle der Spektren reiner Materialien (EM-Spektren) - aus den Bilddaten selbst abgeleitet werden, oder k{\"o}nnen - wie ein Gel{\"a}ndemodell und die Information {\"u}ber den Scanwinkel - im Zuge der Vorprozessierung aus weiteren Datenquellen erzeugt werden. Hinsichtlich der automatisierten EM-Ableitung wird eine zweistufige Methodik eingesetzt, welche auf einer angepassten Version des Sequential Maximum Angle Convex Cone (SMACC)-Verfahrens sowie der Analyse einer ersten Entmischungsiteration basiert. Die Klassifikation der gefundenen potentiellen EM erfolgt durch ein merkmalsbasiertes Verfahren. Weiterhin weisen nicht-photosynthetisch aktive Vegetation und Boden eine hohe spektrale {\"A}hnlichkeit auf. Zur sicheren Trennung kann die Identifikation schmaler Absorptionsbanden dienen. Zu diesen z{\"a}hlen beispielsweise die Absorptionsbanden von Holozellulose und - je nach Bodentyp - Absorptionsbanden von Bodenmineralen. Auch die spektrale Variabilit{\"a}t der Klassen PV und NPV erfordert zur sicheren Unterscheidung die Verwendung biophysikalisch erkl{\"a}rbarer Merkmale im Spektrum. Hierzu z{\"a}hlen unter anderem die St{\"a}rke der Chlorophyll-Absorption, die Form und Lage der 'RedEdge' und das Auftreten von Holozellulosebanden. Da diese spektrale Information bei herk{\"o}mmlichen Entmischungsans{\"a}tzen nicht ber{\"u}cksichtigt wird, erfolgt {\"u}berwiegend eine Optimierung der Gesamtalbedo, was zu einer schlechten Trennung der Klassen f{\"u}hren kann. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit der MESMA-Ansatz dahingehend erweitert, dass spektrale Information in Form von identifizierten und parametrisierten Absorptionsbanden in den Entmischungsprozess mit einfließt und hierdurch das Potential hyperspektraler Datens{\"a}tze besser genutzt werden kann. Auch wird in einer zus{\"a}tzlichen Entmischungsiteration die r{\"a}umliche Nachbarschaft betrachtet, um insbesondere die Verwendung des sinnvollsten Boden-EMs zu gew{\"a}hrleisten. Ein zus{\"a}tzliches Problemfeld stellt die numerische L{\"o}sung des {\"u}berbestimmten und oftmals schlecht konditionierten linearen Mischungsmodells dar. Hierzu kann durch die Verwendung des BVLS-Algorithmus und des Ausschlusses kritischer EM-Kombinationen eine numerisch stabile L{\"o}sung gefunden werden. Um die oftmals immense Rechenzeit von MESMA-Verfahren zu verk{\"u}rzen, besteht die M{\"o}glichkeit einer iterativen EM-Auswahl und somit die Vermeidung einer L{\"o}sung des Mischungssystems durch Berechnung aller EM-Kombinationen ('Brute-Force'-Ansatz). Ein weiterer wichtiger Punkt ist die explizite pixelweise Angabe zur Zuverl{\"a}ssigkeit der Entmischungsergebnisse. Dies erfolgt auf Basis des Mischungsmodells selbst, durch den Vergleich zu empirischen Regressionsmodellen, durch die Ber{\"u}cksichtigung des lokalen Einfallswinkels sowie durch die Integration von Qualit{\"a}tsangaben der Ausgangsdaten. Um das Verfahren systematisch und unter kontrollierten Bedingungen zu verifizieren und um den Einfluss verschiedener externer Parameter sowie die typischen Genauigkeiten auf einer breiten Datenbasis zu ermitteln, wird eine Simulationskette zur Erzeugung synthetischer Mischungen erstellt. In diese Simulationen fließen Feldspektren von B{\"o}den und Pflanzen verschiedener semi-arider Gebiete mit ein, um m{\"o}glichst viele F{\"a}lle abdecken zu k{\"o}nnen. Die eigentliche Validierung erfolgt auf HyMap-Datens{\"a}tzen des Naturparks 'Cabo de Gata' in der andalusischen Provinz Almer{\´i}a sowie auf Messungen, die begleitend im Feld durchgef{\"u}hrt wurden. Hiermit konnte die Methodik auf ihre Genauigkeit unter den konkreten Anforderungen des Anwendungsbeispiels {\"u}berpr{\"u}ft werden. Die erzielbare Genauigkeit dieser automatisierten Methodik liegt mit einem mittleren Fehler um rund 10\% Abundanz absolut im selben Wertebereich oder nur geringf{\"u}gig h{\"o}her als die Ergebnisse publizierter manueller MESMA-Ans{\"a}tze. Weiterhin konnten die typischen Genauigkeiten der Verifikation im Zuge der Validierung best{\"a}tigt werden. Den limitierenden Faktor des Ansatzes stellen in der Praxis fehlerhafte oder unvollst{\"a}ndige EM-Modelle dar. Mit der vorgestellten Methodik ist somit die M{\"o}glichkeit gegeben, die Bedeckungsgrade quantitativ und automatisiert im Subpixelbereich zu erfassen.},
  subject      = {Optische Fernerkundung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Buedel2020,
  author    = {B{\"u}del, Christian},
  title     = {Quaternary alluvial fan morphodynamics and basin sedimentation in North Iran},
  edition   = {1. Auflage},
  publisher = {W{\"u}rzburg University Press},
  address   = {W{\"u}rzburg},
  isbn      = {978-3-95826-114-3},
  issn      = {0510-9833},
  doi       = {10.25972/WUP-978-3-95826-115-0},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-184508},
  school      = {W{\"u}rzburg University Press},
  pages     = {XI, 124},
  year      = {2020},
  abstract  = {Several hundred meter thick alluvial fans are dominating the landscape of semiarid plains of north-eastern Iranian mountain-talus. These fans developed since Miocene times and are still prograding today. They are storing and transporting major amount of weathered debris from the mountain ranges and sediments are directed to the depressions of the endorheic basins. In this course, the debris gets increasingly weathered and abraded to sand silt and clay fractions, which finally constitute the fine loamy layers of the typical central playa lakes and playas. The study focused on the detailed investigation of a characteristic section of this prominent sediment cascades. The sediments were planned be comprehensively documented by using a fully analytical geomorphological mapping approach, also suitable for the classification of the sediment's geomorphological system contexts. Therefore, a geodatabase structure was developed, which is capable of managing and analyzing geomorphological data. The corresponding data was acquired using remote sensing imagery, digital elevation models and field mapping campaigns. Additionally, mapped sediments were selected and analyzed to reveal representative stratigraphic and sedimentologic characteristics. The fieldwork was conducted in Damghan Basin on sections in geomorphologically subdivided alluvial apron sediments. The corresponding, more regularly layered and partly laminated sediments from the central playa, were also investigated and comparably described. Attending to the preparation of profile sections and the percussion core probing, samples from both origins were taken. Detailed lithostratigraphical and geochemical analyses were carried out in the laboratory, in order to develop sound comparable sediment and sediment alteration indices. In addition, OSL sampling was done on distinct alluvial fan surfaces, and the samples were measured and dated in the laboratory in order to develop a functional chronostratigraphy. The results of the geomorphological and stratigraphical investigations reveal five classes of surface ages on the alluvial apron. Parallel to that observation, the ramming core samples exhibit four main phases of sediment development in the playa, each with internal differentiation. This brings up opportunities for a valid correlation of continuously deposited playa sediments, with widespread alluvial surfaces. By considering the OSL ages of selected terrestrial and lacustrine layers, the stratigraphy and relative chronological order of the studied sediments, are aligned to Pleistocene and mid to late Holocene periods. This is also confirmed by proxy ages from the chronological framework of the landscape development, within the basin. Geophysical and geochemical data reveals roughly cyclic sedimentation and sediment alteration that can also be observed in genetically differing geoarchives from alluvial fan surfaces to the playa sediments. These parallel developments are confirmed by the sequence-stratigraphic order of the archives which is derived from geomorphological mapping. We postulate a time span covered by the playa sediments from today to late Pleistocene times. Drying and Lake level retreat at the end of Pleistocene is documented in parallel geoarchives of terrestrial and lacustrine origin. Thus, geomorphologic landform-succession and alluvial fan morphogenesis, as well as geochemical and geophysical fingerprinting data of playa sediments characterize this development. Therefore, it is present in the two youngest generations of alluvial fans, which deposited at the toe of the alluvial apron and which incorporate reworked still water deposits of a former lake level terrace. The geochemical parameters, like pH-value and Ca/S-ratio, in both, sediments of a former lake level and those from the recent playa extent exhibit a similar development. In addition, Ti/Al-ratio shows the potential for quantifying lake level retreat, as it seems to be tightly depending on lake level and increasing transportation distances along the sediment cascade. Major Findings - Analytical geomorphological mapping is a key tool for understanding the sedimentation history of the Iranian Quaternary and for describing Quaternary stratigraphic units of North Iran. - The younger playa deposits in Damghan Basin cover a time span from today to late Pleistocene. They are 10 meters thick and reveal very low organic matter contents throughout the core. - Drying and Lake level retreat is documented in parallel geoarchives (1) in geomorphologic landform-succession and alluvial fan morphogenesis and (2) in geochemical and geophysical fingerprinting data of playa sediments - Sequences of torrential sedimentation are detectable signals and can be correlated in both: playa sediments and landform morphology},
  subject      = {Quart{\"a}rgeomorphologie},
  language  = {en}
}