Flugzeug und Satelliten gestützte Verfahren leisten zunehmend wichtige Beiträge zur Erkennung, Charakterisierung und Überwachung von Objekten und Prozessen an der Geländeoberfläche. Die dazu nutzbaren methodischen Vorteile solcher Fernerkundungsverfahren sind:

• die Fähigkeit einer zeitgleichen - historischen und aktuellen - flächenhaften Beobachtung größerer Geländeabschnitte,

• die Möglichkeit der Erkennung räumlicher Zusammenhänge auf Grund der generalisierenden Sicht von Fernerkundungssensoren auf die Erdoberfläche,

• die Möglichkeit der Erkennung von für bodengebundene Beobachter unsichtbaren Phänomenen und Prozessen,

• die Bereitstellung spezifischer Informationen durch Nutzung von elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich vom sichtbaren Licht, über das kurzwellige Infrarot, Thermalstrahlung bis hin zu den Radarwellen,

die Möglichkeit der gefahrlosen Erkundung bruch- und senkungsgefährdeter Geländeabschnitte sowie anderer nicht oder begrenzt zugänglicher Bereiche. Damit ist es grundsätzlich möglich, Gefahrenpotentiale in frühen Entwicklungsstadien zu identifizieren (KUEHN ET AL. 1999, 2004). Zur Erkennung von potentiell instabilem Gelände, einschließlich der Lokalisierung von Bodenbewegungen können Fernerkundungsdaten unter anderem mit folgenden Informationen beitragen:

Satellitenbilder (mittlere Auflösung): Identifizierung und Kartierung von Lineamenten sowie großflächigen Vegetations- und Bodenfeuchteanomalien, Luftbilder und Satellitenbilder (hochauflösend): Identifizierung feiner Frakturen und Abrisskanten sowie kleinflächiger Vegetations- und Bodenfeuchteanomalien,

Airborne Laserscanning (LiDAR): Identifizierung feiner Reliefmerkmale, welche Störungen, Klüfte und Abrisskanten sowie Landabsenkungen und sonstige Auflockerungen des Untergrundes in frühen Stadien ihrer Entwicklung anzeigen können,

Radar Satellitendaten (InSAR): Interferometrische Messung von Bewegungen der Geländeoberfläche mit mm-Genauigkeit zum Beispiel zur Identifizierung von Landabsenkungen, tektonisch aktiven Zonen und von sonstigen Bewegungen der Geländeoberfläche.

Insbesondere durch die Entwicklung im Bereich der Radar gestützten Bewegungsmessungen ergeben sich vollkommen neue Perspektiven für die Erkennung und das Monitoring von Geogefahren. Verfahren der SAR Interferometrie sind heute in der Lage, Bewegungen der Geländeoberfläche über einen Beobachtungszeitraum von wenigen Monaten bis hin zu mehreren Jahren zu messen (FERRETTI u.a. 2001).

Um das Potential der SAR-Interferometrie für einen breiten Kreis von Untersuchungs- und Monitoringaufgaben besser nutzbar zu machen, hat die Europäische Raumfahrtagentur ESA die beiden Vorhaben "Terrafirma" und "PanGeo" als GMES-Informationsdienste zur Beobachtung von Bodenbewegungen konzipiert. GMES (Global Monitoring for Environment and Security; neue Bezeichnung: Copernicus) ist ein Programm der Europäischen Kommission und der ESA und soll eine moderne und leistungsfähige Infrastruktur für Erdbeobachtung und Dienstleistungen im Bereich der Geoinformation schaffen.

Im Bereich einer Erdöllagerstätte im westlichen Emsland soll unter Verwendung von Radardaten des europäischen Satelliten ENVISAT und der differentiellen Radarinterferometrie untersucht werden, ob Höhenänderungen infolge einer Änderung der Druckverhältnisse bei der Sekundärförderung auftreten. Im ländlich geprägten Untersuchungsgebiet wurden insgesamt zehn künstliche Radarreflektoren (Corner Reflektoren) aufgebaut, die eine radarinterferometrische Erfassung von Höhenänderungen an eindeutig identifizierbaren Punkten ermöglichen. Durch die Erhebung von Vergleichsmessungen durch Nivellement sollen die Genauigkeit und die Sensitivität des Verfahrens bewertet werden können. Im Verlauf der Radarszenenaufzeichnung wurde zu diesem Zweck auch die Höhe einiger Reflektoren um einen bekannten Betrag geändert.

Mit mikroakustischen Messungen können Gebirgsbereiche im Umfeld von Bergwerken geomechanisch überwacht werden. Dabei wird die schwache seismische Abstrahlung von Mikrorissbildungen registriert und ausgewertet. Seit 1994 führt die BGR mikroakustische Dauermessungen im Salzbergwerk Morsleben durch. Damit steht ein sehr großer und einmaliger Datensatz von bislang rund 90 Mio. georteten Ereignissen zur Verfügung, der zusammen mit Ergebnissen anderer geomechanischer Untersuchungsmethoden interpretiert und zur gebirgsmechanischen Überwachung von Grubenbereichen und zur Beurteilung der Integrität des Salzgebirges genutzt wird. Räumliche und zeitliche Änderungen der Gebirgsbeanspruchungen, die Auflockerung des Gebirges im Bereich der Abbaue und makroskopische Riss-bildungen im Gebirge können detailliert erfasst werden.

Zur Überwachung des Grubengebäudes des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben werden seit den 1990er Jahren mikroakustische Messungen durchgeführt. Mit dieser Überwachungsmethode können Veränderungen der Gebirgsbeanspruchung großräumig identifiziert und beobachtet werden. Eine detaillierte Analyse der Messergebnisse erfordert jedoch die Einbeziehung von Ergebnissen anderer Mess- und Untersuchungsmethoden. Ein Vergleich der mikroakustischen Messungen und der Verformungsmessungen in unterschiedlichen Überwachungsbereichen lässt generell eine gute räumliche und zeitliche Übereinstimmung der Ergebnisse erkennen. Die Ergebnisse der Verformungsmessungen zeigen aber auch, dass die akustischen Emissionen durchaus unterschiedliche mechanische Ursachen haben können. Auf Grundlage der Verformungsmessungen wurden sowohl Relativverschiebungen auf Trennflächen als auch Mikrorissbildungen durch Scherbeanspruchungen als Ursachen der erfassten Emissionen identifiziert.

An geothermischen Anlagen wird in vielen Fällen ein seismisches Monitoring durchgeführt. Die Aufzeichnung der induzierten Mikroseismizität ist eine der wenigen Möglichkeiten die Lage und Größe des geothermischen Reservoirs und seine zeitliche Entwicklung zu charakterisieren. Darüber hinaus wird das Monitoring auch zur Einschätzung einer möglichen Gefährdung durch induzierte Seismizität eingesetzt.

Durch das stetig zunehmende Verkehrsaufkommen gewinnt die Überwachung von Brückentragwerken im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit immer mehr an Bedeutung. In einem Kooperationsprojekt wurden anhand eines Versuchsobjektes klassische Verfahren der Baumesstechnik und das neue geodätische Messverfahren des kinematischen terrestrischen Laserscannings (k-TLS) eingesetzt. Insbesondere neue Verfahren zur TLS Zeitreihenanalyse aus Profildaten zur Ableitung von baumesstechnischen Größen werden in diesem Artikel vorgestellt.

Subsurface investigation and monitoring in urban areas has to take sealed surfaces and densely built and populated areas into account. Here, the introduced shear-wave reflection seismic system developed at LIAG suggests a solution for acquisition technology by using horizontally polarized shear waves (SH-waves). Our seismic acquisition system combines specifically developed vibrator sources with a land streamer that can be towed behind a recording car. This setup is able to operate in residential areas, providing an image of the uppermost 100-150 m of the subsurface in great detail. Thus, by combining SH source signals and SH receivers in one survey, full SH-wave reflection acquisition is possible, which is dedicated to urban applications and accounts for sealed surfaces. In addition to the structural imaging, the gained shear-wave interval velocity can be translated to the shear modulus, thereby providing a proxy for in situ soil stiffness, a key geotechnical parameter.

Im Zuge dieser gemeinsamen Arbeit wurden in einem Steinbruch Verformungsmessungen mit einem terrestrischen Laserscanner und einem terrestrischen Radarscanner durchgeführt. Anhand der Auswerteergebnisse werden die Vorteile und Grenzen der einzelnen Messsysteme aufgezeigt und eine Möglichkeit vorgestellt, die charakteristischen Eigenschaften beider Systeme bei der Auswertung terrestrischer Radarscannerdaten ergänzend zu nutzen.

Der Begriff „Monitoring“ deckt heute alle Arten der Erfassung, Beobachtung oder Überwachung von Vorgängen oder Prozessen mittels technischer oder anderer Beobachtungssysteme ab. Durch ein Monitoring sollen belastbare Aussagen über das Normalverhalten, die Standsicherheit oder die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Untersuchungsobjektes abgeleitet und - falls erforderlich - geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Kleinräumige Objekte sind zum einen lokal begrenzte Abschnitte der Erdoberfläche (Geo-Objekte), wie rutschungsgefährdete Hänge, Felsgrate oder Böschungen, zum anderen Bauwerke und Infrastrukturanlagen, wie Staudämme, Brücken, Hochhäuser u.a. In diesem Beitrag wird aufgezeigt, welche enorme Leistungsfähigkeit die bodengebundene Radarinterferometrie (Ground Based Interferometric Synthetic Aperture Radar - GBSAR) für Monitoringaufgaben hat. Hierbei werden weitestgehend die gleichen Mess- und Auswerteprinzipien wie in der satellitengestützten Radarinterferometrie eingesetzt, nur dass jetzt von einem festen Bodenstandpunkt aus (ground-based) Bewegungen bzw. Veränderungen bestimmt werden (PIERACCINI ET AL., 2006, RÖDELSBERGER, 2011, TARCHI ET AL., 2003).

Bei einer Vielzahl von Aufgabenstellungen im Bereich der dynamischen und statischen Analyse von Bauwerken kann die Erfassung von charakteristischen Frequenzen und Amplituden mit Hilfe der terrestrischen Mikrowelleninterferometrie wesentlich verbessert und erleichtert werden. Dies ermöglicht eine schnelle Beurteilung von Stabilität und strukturellen Defekten auf Grund veränderter dynamischer Bauwerkseigenschaften. Anhand von Anwendungsbeispielen werden die Besonderheiten und die Leistungsfähigkeit des Verfahrens demonstriert.

Für die Beobachtung von Lockergesteinshangrutschungen und Erfassung ihrer Dynamik haben wir die kleinskaligen Verfahren der hochauflösenden Fernerkundung mittels low-cost UAV-Systemen und des Nanoseismic Monitoring (NM) entwickelt. Durch Fernerkundung lassen sich hochauflösende, multitemporale DGMs und Orthophotos erzeugen, die für 2D/3D Bewegungsanalyse sowie für die Kartierung von Rissen sowie von oberflächlichen Durchfeuchtungskontrasten eingesetzt werden. Durch NM können rutschungsinduzierte, impulshafte Bruchprozesse (slidequakes) entdeckt und lokalisiert werden. Die Verbindung von oberflächlichen und UntergrundBeobachtungen der Hangdynamik verspricht neuen Zugang zur quantitativen Modellierung und bei der Suche nach Frühwarn-parametern vor einem Spontanversagen.

Results from two geoelectric monitoring sites which are part of the TEMPEL monitoring network are presented. The continuous geoelectric data acquisition, performed with the GEOMON4D instrumentation, is supplemented by high resolution displacement monitoring (DMS system). Within the observation period both active landslides (Ampflwang/Austria, Bagnaschino/Italy) showed several displacement events, which were triggered by intense precipitation. All these events were accompanied by a significant resistivity decrease, which appeared some time before the acceleration of the landslide body. Moreover geoelectric data provided a lot of additional information about the geometry and the dynamic processes of the moving subsurface material. These investigations demonstrated the capability of geoelectric monitoring in combination with additional data (e.g. displacement, precipitation) to enhance the understanding of landslide reactivation.

Das physikalisch, ökologische Gesamtsystem Erde rückt für einen Großteil der Bevölkerung immer mehr in den Vordergrund. Der Georaum beschreibt das mehrdimensionale Kontinuum des Erdkörpers mittels euklidischer und topologischer Eigenschaften. Aber auch allgemeine Eigenschaften (physikalische und chemische) sowie Entwicklungseigenschaften werden untersucht und abgebildet.

Um dieses System verständlich zu repräsentieren und zu gestalten, ist eine Vielzahl von Informationen notwendig. Ursprünglich basierten Geoinformationen ausschließlich auf Landkarten. Mit dem Zeitalter der Digitalisierung stellen geographische Informationen inzwischen eine elementare Grundlage für weit entwickelte Computeranwendungen dar. Die Anforderungen an die erhobenen Daten sind in den vergangenen zehn Jahren erheblich gestiegen. Zeitnähe, Effizienz und Reproduzierbarkeit der Erhebung stehen an erster Stelle. Die Datenverarbeitung erfolgt problemorientiert. Neue, schlüssige Entwürfe auf dem Gebiet des Umweltmonitoring, mit denen eine mannigfaltige Nutzung der Daten ermöglicht wird, sind daher dringend erforderlich.

Verschiedene Disziplinen liefern geographische Informationen. So ist neben der Photogrammetrie das Laserscanning eines der hervorstechendsten Verfahren im Bereich der Datengewinnung. Hier werden Informationen mit geringem finanziellem Aufwand schnell und detailgenau erfasst.

Auf Grund des besonderen Geländeprofils des nordöstlichen Küstenbereichs der Insel Rügen, kommen die Vorteile des Verfahrens auf diesem Gebiet besonders zum Tragen. So sind trotz schwer zugänglichem Terrain digitale Geländemodelle von hoher Qualität zu erfassen.

Die messtechnische Überwachung von Baumaßnahmen und geogenen Prozessen und die zeitnahe Bewertung komplexer Zusammenhänge als Indikatoren für das Ergreifen von Maßnahmen zur Schadensprävention stellt Ingenieure, Geowissenschaftler und Geodäten zunehmend vor neue Herausforderungen. Automatisierte Monitoringsysteme erleichtern die Überwachung und Bewertung und sorgen dafür, dass im Ernstfall zeitnah effiziente Maßnahmen ergriffen werden können.

Im Folgenden sind einige Projekte beschrieben in denen optimierte Überwachungsmethoden für komplexe Aufgabenfelder entwickelt wurden. Zur Überwachung eines Steilhanges auf der Insel Rügen, Deutschland wurde von von den Firmen Allsat, Scanrock, Wastraplan und Fugro ein automatisches Monitoringsystem bestehend aus Piezometern, Neigungsmessern (Inklinometern) und einem Tachymeter mit Monitoringprismen entwickelt und installiert.

Im Rahmen der Überwachung eines Tunnelneubaus in Perth, Australien wurde durch die Firma Fugro ein Überwachungskonzept zur Beobachtung von Setzungen und Verformungen des Tunnelneubaus entwickelt und umgesetzt. Bei der Umsetzung wurden über 300 Monitoring Prismen und 6 Tachymeter sowie Rissmeter und Vibrationsmessgeräte installiert.

Die geplante Osterweiterung der Halbinsel Craney Island in Norfolk, USA und die damit verbundenen Landgewinnungsmaßnahmen werden durch ein von der Firma Fugro entwickltes Nearshore-Monitoringkonzept begleitet und optimiert. Die Installation beinhaltet derzeit 10 Instrumentencluster bestehend aus Neigungsmessern (Inklinometern), Piezometern, Dehnungsmessern (Extensometern), Erddruckgebern und Betonblöcken mit Bergbauprismen zur Setzungsmessung über ein Tachymeter.

Allen Projekten ist gemeinsam, dass die Daten auf einen Server der Firma Fugro übertragen und in Form einer Web-Seite den Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt werden. Die Darstellungen der Daten beinhalten teilweise komplexe Auswertungen, Alarmsysteme, Grenzwerte und integrieren alle erhaltenen Informationen in ein einheitliches Datenmanagementsystem.