Copernicus-Dienstekonzept für ein operationelles satellitengestütztes Monitoring von Bodenbewegungen

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.12.2013

Projektende: 30.06.2017

Projektstand: 31.12.2015

Bodenbewegungen können eine Gefahr für Bevölkerung und Infrastruktur darstellen. Daher werden seit langem Bewegungsprozesse im Bereich von relevanter Infrastruktur (z.B. Deiche, Brücken) mit terrestrischen Vermessungsmethoden (z.B. Nivellement, GPS) überwacht. Moderne Fernerkundungsmethoden, wie die satellitenbasierte SAR-Interferometrie, ermöglichen kosteneffiziente Messungen von Bodenbewegungen mit hoher Präzision. Um eine nationale operationelle Nutzung der InSAR-Technik zu unterstützen, wird in der BGR im Arbeitsbereich Fernerkundung ein Copernicus-Dienstekonzept entwickelt. Die erzeugten Produkte können z.B. von Behörden zur optimierten Gefahrenabwehr genutzt werden.
Durch Nutzerworkshops und Fragebögen wurde insbesondere der Bedarf von überregionalen Bodenbewegungsdaten und daraus abgeleiteten Informationsprodukten identifiziert. Daher sieht das Dienstekonzept (Abbildung 1) die regelmäßige Prozessierung von SAR-Daten vor (z.B. Sentinel-1, TerraSAR-X). um den Nutzern aktuelle Bodenbewegungsdaten (L1A, L1B) und daraus abgeleitete Informationsprodukte (L2, L3) zur Verfügung zu stellen. Um einerseits möglichst kosteneffektive Daten-Produkte aber andererseits möglichst anwendungsorientierte Produkte zu erstellen, werden sowohl deutschlandweite (L1A) als auch lokale/regionale Bodenbewegungsdaten (L1B) prozessiert. Während L1A Daten routinemäßig prozessiert werden, werden L1B Daten nach individueller Beauftragung hergestellt, bzw. aktualisiert.

Abb. 1: Flussdiagramm des Copernicus-Dienstekonzeptes Quelle: BGR

Die Nutzbarkeit eines überregionalen PSI (Persistent Scatterer Interferometrie, vgl. Radarfernerkundung) Datensatzes wurde anhand einer Pilotstudie demonstriert. Zu diesem Zweck wurden sechs Bildstapel der Satellitenmission ERS-1/2 zu einem konsistenten PSI-Datensatz verarbeitet. Das Untersuchungsgebiet hat eine Ausdehnung von ca. 15.730 km² und liegt im Nordwesten Deutschlands. Nach Überlagerung mit geowissenschaftlichen Daten zeigte sich, dass mehrere Bodenbewegungsgebiete erfolgreich detektiert wurden. Abbildung 2 zeigt bspw. den räumlichen und zeitlichen Zusammenhang zwischen detektierter Bodenbewegung und Erdgasförderung. Ursächlich für diese Bodenbewegung (Subsidenz) ist eine Verminderung des Lagerstättendrucks in Folge der Erdgasförderung. Nach Diskussionen mit Endnutzern aus den staatlichen geologischen Diensten stellte sich heraus, dass die „Null-Linie“, d.h. in diesem Fall der Einwirkbereich der Erdgasförderung, sowie der räumliche Deformationsgradient wichtige Informations-Produkte darstellen. Die Erstellung dieser und weiterer Informationsprodukte ist Gegenstand aktueller Anwendungsentwicklungen.

Abb. 2: Beispiel einer detektierten Bodenbewegung über einem Erdgasfördergebiet und Überlagerung mit der Lage des Erdgasförderfeldes (A) sowie der Erdgasfördermenge (B) Quelle: BGR

Um die Kombination der PSI Bodenbewegungsdaten mit anderen unabhängigen Datensätzen sicherzustellen, ist eine Kalibrierung der PSI Daten mit Zeitreihen kontinuierlicher GNSS-Stationen im Dienstekonzept vorgesehen.