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Nutzung hochauflösender Satellitendaten zur großräumigen Überwachung der Umweltauswirkungen bergbaulicher Tätigkeiten im Ruhrgebiet

Kurzbeschreibung:

Im von der DLR geförderten Vorhaben 50 EE 9652 "RUHRGEBIET" wurde in zwei Ar-beitspaketen untersucht, ob hochauflösende Satellitendaten (ursprünglich: Daten des Sensors MOMS) im Rahmen der Umweltüberwachung bergbaulicher Tätigkeiten genutzt werden können. Aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit der MOMS-2P-Daten wurden Untersuchungen mit bereits vorhandenen und zusätzlichen seitens der DLR zur Verfügung gestellten Daten durchgeführt. Ein wesentlicher Meilenstein des Projektes war die Möglichkeit, eine Befliegungen des Untersuchungsgebietes im Mai 1998 mit der HRSC-A Kamera und im August 1998 mit der HRSC-A Kamera und dem HYMAP™ Spektrometer durchführen zu können.

Im Arbeitspaket 1 (Digitale Bildverarbeitung) wurde für die Auswertungen ein integrativer Ansatz gewählt, um die unterschiedlichen Daten gemeinsam auswerten zu können. In einem ersten Schritt wurde auf Basis prognostizierter Bodenbewegungsdaten eine GIS-gestützte Modellierung der hydrologischen Situation zu zwei Zeitpunkten und der dabei auftretenden Veränderungen vorgenommen. Dabei wurde das bisherige Verfahren der DSK durch die Nutzung von Bodendaten und von Vegetationsdaten erweitert. Dieser Ansatz ermöglicht es, Veränderungen der Landbedeckung in der Modellierung berücksichtigen zu können. Die Berechnungen ermöglichten die Ausweisung von Teilgebieten mit Veränderungen der hydrologischen Situation. Die Ergebnisse bildeten eine wesentliche Informationsebene für die Evaluierung der Fernerkundungsdaten. Parallel dazu wurden auf Basis der vorhandenen LANDSAT-TM-Daten grundlegende Untersuchungen zum Aufbau einer Zeitreihe und zur Erfassung auftretender Veränderungen durchgeführt. Dabei wurde deutlich, dass auf Basis der Auswertungen Eingangsdaten für die Modellierung der Grundwassermodelle generiert werden können. Neben diesem vielversprechenden Ansatz können die Ergebnisse folgendermaßen zusam-mengefaßt werden:

Die Auswertungen auf Basis berechneter Indexratios erlauben die Erfassung spektraler Veränderungen für einzelne Bestandsflächen.
Eine plausible Analyse auftretender Veränderungen im Sinne einer bergbaulichen Be-einflussung war hier nicht möglich, da die einzelnen Auswertungen stark von der jeweiligen phänologischen Situation in den einzelnen Jahren geprägt ist.

Um zu untersuchen, ob die bisherigen Auswertungen auch durch Daten des Sensors IRS-1C ergänzt werden können, wurde eine IRS-1C-Szene ausgewertet. Folgende Ergebnisse wurden erreicht:

Die höhere geometrische Auflösung des IRS-1C führt zu einer teilweisen Verbesserung des Klassifikationsergebnisses.
Eine effiziente Nutzung des hochauflösenden panchromatischen Kanals erfordert eine Nutzung von Algorithmen zur Datenfusion, die die spektrale Charakteristik der mul-tispektralen Daten in den geometrisch höher auflösenden fusionierten Datensätzen er-halten.

Während die TM- und IRS-Daten aufgrund ihrer geometrischen Auflösung eine Datenaus-wertung im Bereich des Planungskartenmaßstabes einer Umweltverträglichkeitsstudie (UVS) nicht ermöglichten, erlaubte die Nutzung der HYMAP™-Daten eine Aufnahme eines Teilgebietes im Maßstab von rd. 1:10000. Im Rahmen der Auswertungen wurde eine Methode angewendet, die eine Erfassung der relativen Vitalität ausgewählter Maisflächen im Pixelbereich ermöglichte. Die Ergebnisse zeigen die spektralen Veränderungen, hervorgerufen durch unterschiedliche Vitalitätszustände und eine Beeinflussung durch das Bodensignal bei vergleichsweise lichteren Beständen. Der Vergleich mit den GIS-gestützten Modellierungen zeigt eine Korrelation von Vitalitätsveränderungen mit den modellierten hydrologischen Veränderungen. Als Ergebnis können folgende Punkte genannt werden:

Die Daten besitzen die notwendige geometrische und radiometrische Auflösung zur Erfassung kleinräumiger Strukturen,
eine Ausweisung von bestandsrelevanten Parametern und ihrer relativen Veränderung ist möglich.

Im Rahmen des Projektes wurden die Strukturen der bei der DSK vorhandenen Geodatenzentralbank (GDZB) erweitert, um die im Rahmen des Projektes erhobenen und ausgewerteten Fernerkundungsdaten integrieren zu können. Damit existiert die Möglichkeit, neue themen- und fachspezifische Datenbestände und Ergebnisse mit Basisinformationen oder Grundlagendaten homogen zu verwalten. Damit werden weitergehende Analysen und Auswertungen möglich. Gerade die themen- und fachübergreifende Nutzung ist eine wesentliche Komponente eines modernen zentralen Geodatenkonzeptes. Dieses Konzept erlaubt den unterschiedlichen Fachanwendungen einen zentralen Zugriff auf alle projektrelevanten Daten, was zu einer Effizienzssteigerung führt. Besondere Anforderungen sind zukünftig an ein Datenbankkonzept zur Auswertung von Zeitreihenanalysen zu stellen. Ein wesentlicher Punkt ist die Entwicklung eines flächenbasierten Konzeptes zur Erfassung und Dokumentation von Veränderungen. Die wichtigsten Ergebnisse können wie folgt zusammenfasst werden:

Erweiterung der GDZB durch die Integration von digitalen Rasterdaten und den in Arbeitspaketen des Projektes entwickelten Methoden zur Analyse- und Auswertung.
Schaffung von Datenbankstrukturen, die eine Nutzung der Daten in einem zukünftigen Konzept zum Umweltmonitoring ermöglichen.
Entwicklung von Routinen, die Vektor-, Raster- und Bilddaten über eine gemeinsame Plattform unterschiedlichen Nutzern zur Verfügung stellen.

Bearbeitung: Christian Fischer

 

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