Vortragsbild
Ziemer et al., Friedrich-Schiller-Universität Jena

X- und C-Band Multi-Sensor-Fusion zur Erkennung von Deformationsmustern an Staubauwerken in Deutschland mittels Radarinterferometrie

Jonas Ziemer
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Jannik Jänichen
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Clémence Dubois
, Dr.
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Christiane Schmullius
, Prof. Dr.
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Gideon Stein
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Maha Shadaydeh
, Dr. habil.
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
Joachim Denzler
, Prof. Dr.
, Friedrich-Schiller-Universität Jena
9. März 2023 | 15:30-16:00

Staubauwerke nehmen hierzulande eine wichtige Funktion ein, indem sie die Wasser- und Stromversorgung tausender Haushalte sowie der Industrie sichern. Zudem liefern sie einen wichtigen Beitrag zum Hochwasserschutz. Die regelmäßige Überwachung von Verformungen an Staubauwerken ist daher von fundamentaler sozioökonomischer und ökologischer Bedeutung. Bis vor wenigen Jahren wurden für die Messungen ausschließlich zeitaufwändige terrestrische Techniken verwendet, die die Überwachung der Bauwerke lediglich in einem halbjährlichen oder jährlichen Zyklus ermöglichte. Mit dem Start der beiden Radarsatelliten „Sentinel-1“ des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus der ESA, ist seit 2014 jedoch eine kostenlose satellitenbasierte Überwachung der Bauwerke in bisher unerreichter temporaler Auflösung von nur zwölf Tagen möglich. Mittels interferometrischer Verfahren, wie der Persistent-Scatterer-Interferometry (PSI), können so Deformationen in Millimetergenauigkeit festgestellt werden. Die Anzahl der Messpunkte am Bauwerk ist dabei, abseits der Struktur und Materialbeschaffenheit des Bauwerks, im Wesentlichen von der Wellenlänge des ausgesandten Radarsignals abhängig. In der folgenden Studie sollen die Zeitreihen verschiedener Satelliten mit unterschiedlichen Wellenlängen für einen Multi-Sensor-Ansatz verwendet werden, um die bestehende Sentinel-1-Zeitreihe sowohl räumlich als auch zeitlich zu verdichten. Dazu stehen über eine Beobachtungsperiode von sechs Jahren (2016-2022) knapp 200 hochauflösende Radardaten des TerraSAR-X-Satelliten (TSX) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) zur Verfügung. Die im Vergleich zu Sentinel-1 (C-Band, ~5 cm) kürzere Wellenlänge von TSX (X-Band, ~3 cm), verspricht eine größere Anzahl an Beobachtungspunkten an den Staubauwerken, sodass eine zeitlich hochaufgelöste und räumlich eng vernetzte Analyse der Verformungen möglich wird. Für die Datenfusion sollen Staubauwerke mittels semi-automatischer Algorithmen in logisch-zusammenhängende Segmente unterteilt werden. Dies ermöglicht es, räumlich nah beieinanderliegende Beobachtungspunkte desselben Bewegungsprofils einem bestimmten Segment zuzuweisen und typische Bewegungsmuster bestimmter Teile des Staubauwerks zu erkennen. Für die Segmentierung kommen sowohl datengesteuerte Clusteringverfahren als auch Expertenwissen zum Einsatz. So können im Folgenden der Bewegungstrend einzelner Segmente extrahiert und mit den Deformationsmustern anderer Segmente verglichen werden. Besorgniserregende Bewegungstrends einzelner Segmente können so schneller identifiziert werden. Die Methodik soll an einem Staubauwerk in Nordrhein-Westfalen, Deutschland erprobt werden. Die Studie zeigt die Entwicklung der Segmentierungstechnik für Staubauwerke sowie erste typische Bewegungsmuster der generierten Segmente. Zudem wird die C- und X-Band-Fusion hinsichtlich eines Informationsgewinns und der sowohl räumlichen als auch zeitlichen Verbesserung des Monitorings von Staubauwerken bewertet.