Projektbeschreibung

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben (FV-Nr. 14354 N) wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert.

AiF-Mitgliedsvereinigung: Forschungsgemeinschaft Deutsche Braunkohlen-Industrie e.V. (FDBI) im Bundesverband Braunkohle (DEBRIV)

Anmerkung


Die Mitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH (MIBRAG) ist Verbandsmitglied des DEBRIV und hat dieses Projekt initiiert. Daher erfolgen die Untersuchungen und Entwicklungen des Projektes in enger Zusammenarbeit und beispielhaft im Revier der MIBRAG, unter Nutzung umfangreicher zur Verfügung gestellter Referenzdaten. Natürlich stehen die Ergebnisse nach Abschluss des Projektes allen Mitgliedern des DEBRIV zur Verfügung.

Laufzeit


01. März 2005 bis 30. Juni 2007

Zusammenfassung


Im Rahmen einer Zeitreihenanalyse auf Basis differentiell-interferometrisch ausgewerteter SAR-Daten (DInSAR) sollen kleinräumige, diskontinuierlich auftretende Vertikalbewegungen der Tagesoberfläche erfasst werden (siehe hierzu auch "Technik & Methodik"). Die gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse dienen dazu, zukünftig diese Daten und Verfahren im Rahmen der operationellen Überwachung von Abbaubetrieben der Braunkohlenindustrie zu nutzen. Diese Auswertungen sollen eine Ergänzung zu den hochgenauen terrestrischen Vermessungen darstellen, mit denen eine vergleichbare flächenhafte Auswertung aus finanziellen und zeitlichen Gründen nicht durchführbar ist.

Kurzbeschreibung


Zum Abbau von Braunkohle in Tagebauen muss oftmals eine Änderung des Grundwasserspiegels herbeigeführt werden. Neben den dadurch entstehenden Veränderungen der lokalen hydrologischen Situation wie Veränderungen der Grundwasserströmungsrichtungen sowie der ober- und unteriridischen Einzugsgebiete kommt es zu veränderten Druckverhältnissen in den betroffenen grundwasserleitenden Schichten. Als Folge kann es zu Vertikalbewegungen an der Geländeoberfläche kommen.

Derzeit erfolgt eine Überwachung von Bewegungen der Tagesoberfläche in der Regel durch terrestrische Vermessungen. Regelmäßige Datenerhebungen erfolgen dabei auf Basis vom Revier- bzw. Leitnivellements. Mit diesem hochgenauen Messverfahren werden linienhaft angeordnete Höhenfestpunkte vermessen. Aufgrund der häufig großflächigen Untersuchungsgebiete und aus Zeit- und Kostengründen ist es oftmals nicht möglich, flächendeckend Höhenwerte aufzunehmen. Zudem können die vermarkten Festpunkte nicht beliebig verteilt, sondern müssen beispielsweise entlang von Straßen angebracht werden. Zudem liegen aus wirtschaftlichen Gründen oftmals lange Zeitabstände zwischen zwei Messepochen. Auch durch andere Messverfahren (photogrammetrische Auswertung von Luftbildbefliegungen, Laserscanner-Befliegungen) ist eine regelmäßige und flächendeckende Erfassung der Tagesoberfläche nur mit vergleichsweise hohem Zeit- und Kostenaufwand erreichbar.

Im Rahmen dieses Projektes soll eine Zeitreihenanalyse auf Basis differentiell-interferometrisch ausgewerteter SAR-Daten erfolgen, um sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich auftretende, lokale Höhenänderungen an der Tagesoberfläche zu erfassen. SAR-Daten erscheinen aus Gründen der erforderlichen Flexibilität bei der Datenerhebung und der angestrebten Genauigkeit, mit der die Änderungen der Tagesoberfläche erfasst werden, als besonders geeignet. Seit 1991 werden solche Daten aufgezeichnet und für kommerzielle Nutzungen archiviert. Somit ist neben der Auswertung aktueller Daten auch eine retrospektive Betrachtung möglich.

Folgende Vorteile sind durch den Einsatz der differentiellen SAR-Interferometrie zu erwarten:

  • Regelmäßige, witterungsunabhängige und in kurzen Intervallen wiederkehrende Erfassung der Tagesoberfläche zur genauen und flächenhaften Ermittlung auftretender Höhenänderungen,
  • Erstellung von vergleichsweise langen Zeitreihen zur Analyse auftretender Veränderungen


Projektziele

In einer ersten Phase werden unterschiedliche Methoden und Verfahren zur Analyse von SAR-Daten untersucht um ein Auswertekonzept zu entwickeln. Zudem werden Datenrecherchen durchgeführt, um eine höchstmögliche Anzahl an auswertbaren SAR-Szenen beschaffen zu können. Zur Projektbearbeitung werden zunächst SAR-Daten aus Archiven differentiell-interferometrisch ausgewertet, um retrospektive Höhenänderungen abzuleiten. Diese Auswertungen erfolgen unter Nutzung unterschiedlicher Referenzdaten, die eine Analyse und eine Plausibilitätskontrolle der Ergebnisse ermöglichen sollen. Zudem werden aktuelle SAR-Daten beschafft, um die Ergebnisse mit aktuell vor Ort erhobenen Vermessungsdaten zu vergleichen. Zusätzlich werden im Untersuchungsgebiet künstliche Radarreflektoren (Corner Reflektoren) aufgestellt, die die Auswertungen im Rahmen des Projektes unterstützen sollen.

Die einzelnen Arbeitsschritte erfolgen in enger Abstimmung mit der MIBRAG, sowie mit Firmen aus den Bereichen der Hydrogeologie und Grundwassermodellierung und des Vermessungswesens (terrestrische Vermessung, photogrammetrische Auswertungen), die eng mit der Braunkohlenindustrie zusammen arbeiten. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, SAR-Daten und die neuen Verfahren zu ihrer Auswertung zukünftig im Rahmen der operationellen Überwachung von Abbaubetrieben der Braunkohlenindustrie unterstützend nutzen zu können.

Die im Zuge der Projektbearbeitung gewonnenen Erfahrungen und entworfenen Lösungsansätze sollen abschließend durch die Erstellung eines Leitfadens für die Umsetzung in die Praxis dokumentiert werden. Dieses Projekt bildet damit die Grundlage für den Einsatz neuer Verfahren bei den für die Braunkohlenindustrie tätigen Ingenieur- und Vermessungsfirmen für eine zukünftige Nutzung zur operationellen Überwachung der Abbaubetriebe. Des Weiteren soll das Projekt die Basis für die Optimierung und Anpassung der Radarinterferometrie im Hinblick auf weitere Anwendungsgebiete herstellen.

Weitergehende Nutzung der Projektergebnisse


Ein Transfer und eine beabsichtigte Umsetzung der Forschungsergebnisse erfolgt durch eine unmittelbare industrielle Anwendung der Ergebnisse bei den in Frage kommenden Ingenieurbüros und bei der Braunkohlenindustrie.

Neben einer Erfassung auftretender Veränderungen der Tagesoberfläche am Beispiel des Braunkohlentagebaus, ermöglichen die Auswertungen von SAR-Satellitendaten generell die großflächige Erfassung, Analyse und Dokumentation von Gebieten mit Höhenänderungen im In- und Ausland ohne Personaleinsatz vor Ort. Weitere Anwendungsgebiete hierfür sind beispielsweise die

  • Überwachung großflächiger Höhenänderungen in Folge veränderter Wasserhaltung in Bergbaugebieten
  • Erfassung von Senkungsbeträgen in städtischen Gebieten, hervorgerufen durch natürliche Einflüsse (Venedig) oder durch Grundwasserentzug (Mexiko City, Bangkok) und die
  • Überwachung von Infrastruktureinrichtungen, die durch geogene Risiken (Hangrutschungen, Vulkane, Erdbeben) gefährdet sind.


Das Forschungsprojekt soll somit insbesondere Firmen aus dem Bereich des Vermessungs- und Markscheidewesens, sowie der Photogrammetrie und Fernerkundung dazubefähigen, hochwertige Dienstleistungen wie Analysen und Auswertungen raumbezogener Daten durch eine weitergehende Nutzung der Projektergebnisse zu entwickeln und anbieten zu können.

 

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