Methodische Untersuchungen zur digitalen Bildverarbeitung von Fernerkundungsdaten (Lithologie und Tektonik der zentralen Lechtaler Alpen, Tirol, Österreich)

Das Untersuchungsgebiet nimmt in den Lechtaler Alpen, einem Teil der Nördlichen Kalkalpen, eine Fläche von ca. 225 km ein. Das geologische Inventar umfaßt Sedimentgesteine von der Mittleren Trias bis zum Holozän. Es sind vorwiegend die Karbonatserien des Wettersteinkalks und des Hauptdolomits aufgeschlossen. Verschiedene Methoden der Fernerkundung wurden für den geologisch bekannten Raum auf ihre jeweiligen Vorteile und Einschränkungen bezüglich geologischer Fragestellungen untersucht. Die unterschiedlichen passiven Aufnahmesysteme lieferten lithologische und strukturelle Informationen, d.h. Informationen über Typ und Verbreitung von Fest- und Lockergesteinen sowie deren tektonische Strukturen. Durch die Auswertung von Luftbildern mit Hilfe von Photoschlüsseln waren elf Festgesteins- und fünf Lockergesteinseinheiten zu differenzieren, deren Vorkommen und Erscheinungsform beschrieben werden. Anhand der Photointerpretation und zahlreicher Geländebegehungen sowie unter Benutzung der Karten in den Diplomarbeiten von ENDRISZEWITZ (1981), PAETZ (1982), PETZOLD (1982), GARZ (1988), STEINER (1987) und STRAUSS (1988) konnte die Karte "Geologie der zentralen Lechtaler Alpen" im Maßstab 1 : 50.000 angefertigt werden. Sie bildete die Grundlage (ground truth) für die Untersuchungen mit Satellitenbild-Daten.

Die Untersuchung von Landsat-Multispektral-Scanner (MSS)- und Landsat-Thematic Mapper (TM)-Daten sollte die Möglichkeiten der Gesteinsdifferenzierung durch visuelle Interpretation und digitale Klassifizierung von Satellitenbild-Daten in einem humiden und damit stark mit Vegetation bedeckten Gebiet in Mitteleuropa herausarbeiten. Vor der visuellen Interpretation wurden statistische Bildoperationen und Kontrastverbesserungen durchgeführt. Die Auswertung erfolgte an MSS- und TM-Originalkanälen, deren Hauptkomponenten sowie an ausgewählten Farbkompositenbildern. Durch die Interpretation konnten mit TM-Daten jeweils drei Fest- und Lockergesteinseinheiten untereinander und gegen ihre Umgebung abgegrenzt werden. Mit MSS-Daten konnten dieselben Lockergesteinseinheiten differenziert werden, die Festgesteine waren nur in ihrer Gesamtheit von der Umgebung zu unterscheiden. Die digitalen Klassifizierungen wurden nach dem Maximum Likelihood-Verfahren mit MSS- und TM-Haupt Komponenten durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß unter Verwendung von TM-Daten eine Klassifizierung von drei Fest- und zwei Lockergesteinseinheiten möglich ist. Das Klassifizierungsergebnis auf der Basis von TM-Daten ist dieser Arbeit als Karte im Maßstab 1 : 50.000 beigefügt. Mit MSS-Daten ist eine Klassifizierung dieser Einheiten nicht eindeutig möglich. Bei der visuellen Interpretation und der digitalen Klassifizierung von Satellitenbild-Daten erwies sich die erweiterte spektrale Auflösung des Thematic Mapper gegenüber dem Muitispektral-Scanner zur Unterscheidung von Gesteinseinheiten als sehr wichtig. Weniger bedeutend erscheint demgegenüber die verbesserte räumliche Auflösung des Thematic Mapper.

Die Luftbildauswertung von Klüften verschiedener lithologischer Einheiten ergab ein relativ einheitliches Bild. Die häufigsten Streichrichtungen im Untersuchungsgebiet verlaufen N-S und NE-SW, wenige E-W. Für die Auswertung der Lineationen im Satellitenbild wurde das gesamte Gebiet der Lechtaler Alpen herangezogen. Aufgrund der höheren räumlichen Auflösung sind im TM-Bild kleinere und damit mehr Bruchstrukturen zu erfassen als im MSS-Bild. Es stellte sich heraus, daß sowohl bei der MSS- als auch bei der TM-Auswertung die meisten Bruchstrukturen in WNW-ESE und E-W Richtung, gefolgt von einem Maximum in ENE-WSW Richtung liegen. Größere Störungszüge sind im MSS-Bild besser zu verfolgen.

The area under investigation is located in the Lechtaler Alps which is a part of the Northern Limestone Alps with an area of about 225 km . The geological inventory includes sedimentary rocks from the Middle Triassic to the Holocene. Mostly the carbonate series of Wettersteinkalk and Hauptdolomit are exposed. The respective advantages and limitations of the different remote sensing methods were investigated with regard to the answering of geological questions in the area. The various passive remote sensing recording systems provided both lithological and structural information i.e. information on the type and distribution of hardrock, rock debris and tectonic structures.

The evaluation of aerial photographs using photokeys facilitated the differentiation of eleven hardrock units and five rock debris units, the occurence and outward form of which are described. With the help of photo interpretation, numerous field trips and the maps produced for the diploma theses of ENDRISZEWITZ (1981), PAETZ (1982), PETZOLD (1982), GARZ (1988), STEINER (1987) and STRAUSS (1988), the 1 : 50,000 map "Geologie der zentralen Lechtaler Alpen" was prepared. This map formed the basis (ground truth) for the investigations using the satellite data.

The study of Landsat Mui tispectral Scanner (MSS)- and Landsat Thematic Mapper (TM) data should define and clarify the possibilities of rock differentiation made possible by visual interpretation and digital classification of satellite data. The data in question originates from an area in central europe with a humid climate and dense vegetation cover. Statistical image operations and contrast improvements were performed prior to the visual interpretation. The evaluation was carried out using MSS and TM original bands and the principal components of these original bands as well as with selected color composite images. The evaluation with TM data enabled three hardrock units and three rock debris units to be demarcated. With MSS data the same units of rock debris could be differentiated. The hardrock units could only be distinguished as a whole against their surroundings. Digital classification was carried out for MSS and TM principal components using the maximum likelihood algorithm. It could be shown that under the utilization of TM data a classification of three hardrock units and two units of rock debris is possible. The result of classification with TM data is enclosed as a map with a scale of 1 : 50,000. The classification with MSS data did not provide conclusive results. The enlarged spectral resolution of the Thematic Mapper compared with the Multispectral Scanner proved very important as far as the differentiation of rock units by visual interpretation and digital classifi-cation of satellite data was concerned. The improved spatial resolution of the Thematic Mapper, however, appears to be less important.

The evaluation of aerial photographs for joints in different lithological units yielded a relatively homogeneous result. The most frequent strike directions in the study area are N-S and NE-SW, a few being E-W. For evaluation of lineaments in the satellite image the whole area of the Lechtaler Alps was included. Of the two systems TM allows smaller, therefore more, fractures to be recognised. This is due to the higher spatial resolution inherent in the TM image. Both evaluations showed that most fractures have a WNW-ESE and E-W axes, followed by a maximum in ENE-WSW direction. Large faults were more easily seen in the MSS image.