Der Einsatz von Radarfernerkundungsmethoden hat sich in der Schweiz in den letzten Jahren als nützliches Werkzeug für die Detektion, die Beurteilung und die Kontrolle gravitativer Naturgefahren etabliert. In diesem Beitrag werden die Entwicklungsgeschichte und heutigen Einsatzbereiche von satelliten- und bodengestützten Radarmethoden vorgestellt.

Auf Basis der Radarinterferometrie können mittels Radarsatellitenaufnahmen Objekt- und Bodenbewegungen mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern pro Jahr detektiert werden. Dies ist sowohl auf Basis von Archivdaten ab dem Jahr 1992 möglich, als auch mittels hochauflösender Radaraufnahmen im Rahmen eines Monitorings. Der folgende Beitrag gibt eine kurze Übersicht zu den Grundlagen des Verfahrens und zeigt exemplarisch ein Projektbeispiel eines InSAR-Monitorings zur baubegleitenden Überwachung von Gebäuden entlang der A7.

Das Erdbeobachtungsprogramm Copernicus der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) stellt mit den Satelliten Sentinel-1A und -1B wiederkehrend (12 bzw. 6 Tage) flächendeckende Radardaten der Erdoberfläche kostenlos zur Verfügung. Mittels der Radarinterferometrie bietet dieses Messverfahren enormes Potenzial zur räumlichen und zeitlichen Verdichtung der Höhenänderungsinformation. Die nordrhein-westfälische Landesvermessung (Bezirksregierung Köln/Geobasis NRW) nutzt die kostenlosen Radardaten daher künftig zur Ableitung eines "Bodenbewegungskataster NRW" und zur Qualitätssicherung des amtlichen Raumbezugs 2016. Darauf aufbauend bieten die Ergebnisse der Radarfernerkundung die potentielle Planungsgrundlage für das zukünftige Präzisionsnivellement. Die Radarinterferometrie könnte somit das klassische terrestrische Messverfahren ergänzen und/oder in Teilen auch ablösen. Die Landesvermessung sieht daher - neben der messtechnischen Innovation - insgesamt auch wirtschaftliche Vorteile in dem Fernerkundungsverfahren. Mit dem Beitrag sollen die methodischen Stärken sowie das wirtschaftliche Potenzial der Radarinterferometrie für die Aufgabenwahrnehmung im geodätischen Raumbezug und die Optimierung interner Prozesse aufgezeigt werden.

Am Beispiel einer Eisenbahn-Stahlbrücke erarbeiten wir prototypisch die relevanten Einzelschritte von der mobilen Erfassung kontrollierter Schwingungsdaten bis zur Integration in die Bauwerksdatenmodellierung (BIM). Dieser Aufsatz umfasst einen Abriss bestehender Systeme zur Schwingungsbeobachtung an gealterten Bestandsbauwerken und geht dabei besonders auf die Vor- und Nachteile der optischen Schwingungsmessung ein. Es zeigt sich, dass die optische Schwingungsmessung hierbei eine wirtschaftliche Ergänzung zu bestehenden Systemen darstellt. Näher beschrieben wird das Erfassen von Schwingungen mittels modularer Digitalkameratachymetrie. Präzisionstachymeter können mit Digitalkameras am Okular kombiniert werden. Diese Erweiterung in Verbindung mit der digitalen Bildverarbeitung ermöglicht die automatische Detektion von Zielen und somit auch die berührungslose Erfassung von Schwingungen. Es ist nicht erforderlich das Ziel mit dem Fadenkreuz konkret anzuvisieren. Unzugängliche Objekte, wie z.B. Brückenbauwerke, Fabrikschlote oder Türme für Windenergieanlagen, können ohne Signalisierung durch die modulare Digitalkameratachymetrie hochfrequent durch die Messung natürlicher Ziele diskret, optisch und ad hoc erfasst werden. Es ist kein Eingriff am Objekt notwendig.

Die Norderelbbrücke aus dem Baujahr 1963 überführt als östliche Hamburger Elbquerung die Bundesautobahn 1 über die namensgebende Norderelbe und liegt direkt zwischen den beiden Autobahndreiecken Hamburg-Süd und Hamburg-Südost. Für den Schwerverkehr liegt die Brücke sowohl auf einer Zufahrtsroute des Hamburger Hafens als auch für den Skandinavien Verkehr über die Fährhäfen und Brücken der Ostsee und ist somit von herausragender Bedeutung für den Fernverkehr. Nachdem in den 2010er Jahren erste Schäden in Form von Ermüdungsrissen aufgetreten sind, wurden Nachrechnungen und Bauwerksprüfungen durchgeführt. In diesem Zuge wurde festgestellt, dass eine der Realität möglichst genau entsprechende rechnerische Tragwerksmodellierung von hoher Wichtigkeit ist, um die aufgetretenen Schäden bewerten und kritische Punkte im Tragwerk sicher bestimmen zu können. Hierfür bietet ein Vergleich zwischen Messung und Rechnung der Tragwerksverformungen unter definierten Lasten eine gute Möglichkeit für eine Verifikation und Kalibrierung von Rechenmodellen. Im vorliegenden Fall konnten die Überfahrten von außergewöhnlichen Schwertransporten mit definierten Lasten genutzt werden. Für die messtechnische Erfassung der Tragwerksverformungen kam ein innovatives kinematisches Laserscanning zum Einsatz. Das prinzipielle Vorgehen zur Messdatenerfassung und die Ergebnisse des Vergleichs werden im vorliegenden Artikel beschrieben.

High-rise buildings in the western part of The Netherlands are subject to settlement as a result of compression of deep-lying cohesive layers. The size of the compression and creep deformation depends on the load increment in the compressible layers which is determined by building dimensions, permanent load and foundation level. In addition, the properties of the compressible layers are important. A great uncertainty herein is the pre-consolidation stress or initial creep rate of these layers. On the basis of InSAR - satellite data of existing high-rise buildings, the current settlement rate can be measured and a good estimate is possible of, in particular, the pre-consolidation stress in the compressible layers resulting in the observed settlement rate.

Systematic investigations have shown subsidence in almost 30% of the land area in Lower Saxony. It is essential to model these variations of the Earth surface especially to update the spatial reference system. Since the geodetic observations result in discrete points, it is necessary to mathematically model these measurements to have a continues surface. This enables the user to do predictions at any position. This is challenging especially because these types of measurements usually result in non-uniformly distributed data. There are different approaches to deal with this problem, here the stochastic method of Kriging and the deterministic method of Multilevel B-Splines are implemented to model ground motion. This paper investigates the ground motion of specific areas in Lower Saxony through the cooperation of Landesamt für Geoinformation und Landesvermessung Niedersachsen (LGLN) and Geodetic Institute of Hannover. For this investigation, a time series of measurements from leveling, Global Navigation Satellite System (GNSS) observations and height changes that are acquired by Persistent Scatterer Interferometry (PSI) technique are taken into consideration. Evaluation of the results show not only good performance and promising results from both the approaches, but also compatibility between the approximated surface from both of them.

Das Forschungsvorhaben PADO (Prozesse und Auswirkungen von Dünendurchbrüchen an der deutschen Ostseeküste) hat es sich zur Aufgabe gemacht, wesentliche Erkenntnisse zur Dünendynamik und dem Verhalten von Dünen in Durchbruchsituationen zu generieren. Damit soll das Bemessungskonzept für Dünen und kombinierte Küstenschutzsysteme verbessert werden.Hierfür wurde ein für ein jährliches Sturmflutereignis bemessenes großmaßstäbliches Dünenbauwerk am Strand von Rostock Warnemünde errichtet. Das Bauwerk wurde durch ein auftretendes Hochwasser bis zum Versagen (Dünendurchbruch) belastet und dabei durch eine umfangreiche Instrumentierung überwacht. Mit einem 3D-Messkonzept konnte die Dünenoberfläche kontinuierlich vermessen und die stattgefundenen Prozesse, wie die Breschenbildung, erfasst werden. Die gewonnenen Daten dienen unter anderem als Grundlage für die Kalibrierung numerischer Modelle sowie für weiterführende Untersuchungen langfristiger Folgen eines Dünendurchbruchs auf das Hinterland. Hierbei wird das Hauptaugenmerk auf die damit verbundene Versalzung und den möglichen Aussüÿungsprozess gelegt. Darüber hinaus nden auf Basis der überschwemmten Gebiete sozioökonomische Auswertungen statt, bei denen technische, hydrologische und ökonomische Bewertungen der durch Dünen geschützten Küstenregionen durchgeführt werden.

Der Einfluss der Menschheit auf unsere Umwelt nimmt stetig zu. Fernerkundungsmethoden können verwendet werden, um schnell Informationen über den Zustand unserer Umwelt zu erhalten. Insbesondere Instrumente wie Airborne Laser Scanner (ALS) in Kombination mit Bildgebungssystemen liefern detaillierte Informationen über die Erdoberfläche. Aus ALS können digitale Oberflächenmodelle (DSM) und durch komplexe Filterung digitale Geländemodelle (DTM) abgeleitet werden. ALS in Kombination mit RGB-Daten ermöglicht die Erzeugung von Orthofotos, wenn eine Differenzverzerrung angewendet wird. Die erreichte räumliche Auflösung ist heutzutage besser als 10 cm mit einer Genauigkeit von ungefähr 10 cm in der Position. Die Daten werden je nach Projekttyp typischerweise von kleinen Flugzeugen oder Hubschraubern in Höhen zwischen 300 m und 600 m gemessen. Die daraus abgeleiteten Produkte werden zur Umweltüberwachung, zur topografischen Geländemodellierung, zur Vegetationshöhenbestimmung, zum Küstenschutz, zur Bestimmung von Überschwemmungsgebieten, für digitale Stadtmodelle, zur Fahrbahngestaltung, zur Überwachung, zur Mengenregulierung, zur Regionalplanung im Allgemeinen usw. verwendet. Der Autor illustriert anhand von diversen Projektbeispielen den komplexen Arbeitsablauf, der nötig ist, um den vom Kunden geforderten hohen Standard zu erreichen, angefangen von der Planung über die Verarbeitung bis hin zur Berichterstattung über verschiedene Arten von Airborne-Laserscanner-Projekttypen. Das Sammeln, Verarbeiten, Korrigieren und Zusammenführen der Daten ist nicht trivial, insbesondere dann nicht, wenn die Auflösung und Genauigkeit im Bereich einiger Dezimeter liegt.

Seit den katastrophalen Ereignissen in den Jahren 1965 und 1966 wird die Massenbewegung Gradenbach geodätisch überwacht. Bis 1991 wurden dazu terrestrische Messungen mit Polygonzügen durchgeführt. Seit 1999 sind GPS Messungen in unterschiedlicher Konfiguration im Einsatz. In den mehr als 20 Jahren hat sich das grundlegende Messverfahren nicht geändert, jedoch konnten durch Weiterentwicklungen in der Begleittechnologie (z.B. Datenverbindung, Stromversorgung, ... ) die Datenverfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit des Monitoringsystems massiv erhöht werden. Diese geodätisch gemessenen Daten werden durch geotechnische, seismische, meteorologische, hydrologische und faseroptische Messungen ergänzt und erlauben dadurch auch die Verwendung moderner Auswertemethode im Rahmen von kausalen Modellen. Der Hang weist wiederkehrende, beschleunigte Phasen mit Geschwindigkeiten von bis zu 50cm pro Jahr in einem Zeitraum von April bis September und beruhigte Phasen im restlichen Jahr auf. Durch eine Gesamtbetrachtung aller gemessenen Parameter ist eine Korrelation mit Einflussgrößen wie z.B. Hangwasserpegelständen zu erkennen. Der lange Beobachtungszeitraum von mehr als 20 Jahren ermöglicht es, neben Zusammenh ängen der Messgrößen, auch technische Herausforderungen an das Monitoringsystem zu beobachten. So kommt es im Dauerbetrieb immer wieder zu unerwarteten Störungen. Besonders hervorzuheben ist dabei die rasante Weiterentwicklung im IT-Bereich, die wiederholt zu unerwarteten Problemen im Gesamtsystem führt. Aufgrund von Sicherheitsvorschriften, Weiterentwicklung von Betriebssystemen und erforderlichen Updates muss das System regelmäßig angepasst werden, um längere Störungen zu verhindern. In diesem Artikel werden die Erfahrungen in den drei erwähnten Bereichen: Technische Anlagen und Entwicklungsphasen, Bedeutung von Langzeitbeobachtungen und Erfahrung im Langzeitbetrieb erläutert.

Der verantwortungsbewusste Umgang mit alt- und nachbergbaulichen Strukturen umfasst den Aufbau und die Entwicklung eines integrierten Risikomanagementsystems. Daher ist es wichtig, aktuelle Informationen über die bergbaulichen Elemente, ihren Zustand und mögliche Auswirkungen auf die Tagesoberfläche mittels verschiedener Monitoringmethoden zu ermitteln. Die Überwachung mittels Methoden der satellitengestützten Erdbeobachtung generiert Sensordaten, die mit in-situ Datensätzen zu validieren sind. Im Projekt "Gemeinsames Monitoring im Altbergbau" wurden für die Altgesellschaften des Steinkohlenbergbaus im südlichen Ruhrgebiet in einer ersten Projektphase die Elemente des Alt- und Nachbergbaus, die möglichen Ereignisse und die Parameter zur Detektion und die Möglichkeit der Messung der Ereignisse integriert betrachtet. In der aktuell laufenden zweiten Projektphase werden Radardaten des EU-Copernicus Programmes genutzt, um Bodenbewegungen mittels radarinterferometrischer PSI- und DSI-Methoden zu detektieren. Hierbei kommen innovative Methoden zur frühzeitigen Integration der Oberflächennutzung zur Anwendung, um so eine bessere Klassifizierung und Signifikanzanalyse der Bodenbewegung zu erreichen. Der Auswerteprozess wird zusätzlich mit alt- und nachbergbaulichen in-situ Daten angereichert. Das Projekt "Gemeinsames Monitoring im Altbergbau" bietet somit zukünftig die Möglichkeit alt- und nachbergbauliche Fragestellungen im Rahmen eines integrierten Risikomanagementsystems zu beantworten.

Terrestrische Radarinterferometrie (TRI) und terrestrisches Laserscanning (TLS) sind Technologien, die sich dank ihrer für Langdistanzmessungen geeigneten, quasi flächenhaften Aufnahmeverfahren insbesondere zur Erfassung grossräumiger Deformationsphänomene eignen. Im Rahmen eines von der ETH durchgeführten Projektes zur Evaluierung geodätischer Messkonzepte für die Überwachung hangrutschungs- und felssturzbezogener Geogefahren in der Südschweiz wurden im Sommer 2019 Messungen mit TRI und TLS in hochalpinem Gelände durchgeführt. Aufbau und autonomer Betrieb der Instrumente sowie die Auswertung der unter solchen Bedingungen erhobenen Daten bringen besondere Herausforderungen mit sich. Diese beinhalten hardwaretechnische Aspekte wie die Bereitstellung geeigneter Wetterschutzmassnahmen und einer über Monate stabilen Stromversorgung aber auch entsprechende Prozessierungsstrategien zur Verminderung des Einflusses atmosphärischer Effekte oder zur Extraktion von Verschiebungsfeldern aus Folgen von Punktwolken. Wir präsentieren Lösungsansätze, deren Umsetzung in der Praxis und diskutieren deren Leistungsfähigkeit vor dem Hintergrund der während des Projektes gesammelten Erfahrungen. Besondere Beachtung erfahren die Quantifizierung und Korrektur atmosphärischer Effekte in der terrestrischen Radarinterferometrie mit Hilfe von Hilberträumen mit reproduzierendem Kern sowie die merkmalsbasierte Verarbeitung von Punktwolken mit Hilfe neuronaler Netze.

Auch nach dem Ende des Steinkohlenbergbaus in Deutschland hat eine Überwachung der Abbaubereiche auf Bodenbewegungen zu erfolgen. Es können Restsenkungen und Hebungen durch den Grubenwasseranstieg auftreten, sowie Tagesbrüche und Bruchspalten in den Altbergbaubereichen an Ruhr und Saar. Die Altbergbaubereiche der RAG werden jährlich mit Bildflügen erfasst, wobei simultan ALS-Daten und Luftbilder aufgezeichnet werden. Für die Bereiche des Grubenwasseranstiegs der RAG kommen Feinnivellements, GNSS-Monitoring und die Persistent Scatterer Interferometrie aus Radarsatellitendaten zum Einsatz. Da eine Wiederholungsgenauigkeit der jeweiligen Bezugspunkte - das sind GNSS-Monitoringstationen, Passpunkte zu den Befliegungen und Corner-Reflektoren für die Radarinterferometrie - von ±1 cm in Höhe und Lage über die Jahre benötigt wird, hat die RAG Multisensor-Stationen für GNSS-, Nivellement- und Radardaten entwickelt, die in Zusammenarbeit mit den Landevermessungsbeh örden an Saar und Ruhr errichtet werden sollen. Um in die erforderlichen Genauigkeitsbereiche signifikant vordringen zu können, werden in einem aktuellen Forschungsprojekt der RAG zeitvariante Ausgleichungsverfahren entwickelt und mit Daten aus dem Tagesgesch äft der RAG getestet. Die Arbeiten werden in diesem Beitrag vorgestellt.

In this study we combine geophysical techniques in the form of microwave remote sensing and Electrical Resistance Tomography (ERT) interferometry to study the extent of permafrost in the catchment of Lake Nam Co on the Tibetan plateau. Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is a powerful technique to monitor permafrost related surface displacement processes on a large scale. However, the insensitivity of InSAR data regarding northward or southward directed motion and its inability to detect permafrost when no displacement occurs, impose significant limitations to its application in permafrost study. We highlight those limitations on a rock glacier within Qugaqie basin, a sub-catchment within the Nyainqêntanglha range, and show how ERT can be used to compensate for them. With this combined approach we will create an inventory of rock glaciers and constrain the extent of permafrost areas within the Nyainqêntanglha range.