Copernicus-Dienst Rhein-Mosel

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1 Copernicus-Dienst Rhein-Mosel Copernicus-Dienst zur Unterstützung von Gefährdungsanalysen und Regionalplanung im Rhein-Mosel-Gebiet Projektlaufzeit: Projektleitung: C. Wolf, BGR, AB Fernerkundung

2 Copernicus-Dienst Rhein-Mosel Agenda Übersicht Methodik Untersuchungsgebiete Vulkaneifel Mosel Mendig Arbeits- & Zeitplan

3 Copernicus-Dienst Rhein-Mosel Übersicht Implementierung von Flugzeug- und Satelliten-gestützten Fernerkundungsdaten in bestehende/neue Arbeitsprozesse zur Unterstützung von Gefährdungsanalyen und Regionalplanung Entwicklung eines Dienste-Konzeptes (Copernicus-Dienst), Übertragbarkeit methodischer Ansätze und Implementierungsvorschläge auf ein breites Feld von behördlichen Aufgaben im Geosektor Am Beispiel geologisch-geotechnischer Fragestellung des Landes Rheinland-Pfalz: Detektion und Analyse von Geländebewegungen im Untersuchungsgebiet zur Gefährdungsanalyse und Regionalplanung Partner: Landesamt für Geologie und Bergbau (LGB) Rheinland-Pfalz

4 Methodik Persistent Scatterer Interferometrie (PSI) Datensatz 1 Verfahren der differentiellen Radarinterferometrie Vertikale Bewegung Stapel von Radarsatellitendaten ( Szenen notwendig) Radarsignal wird von stabilen Objekten der Erdoberfläche reflektiert (Persistent Scatterers, PS) Datensatz 2 -N (20 < N < 100) Geländeoberfläche [F. Kühn, BGR] [Adam et al., 2011] Typische PS: Metallstrukturen, Gebäude, Bahngleise, Industrieanlagen, Strommasten Schätzung von Millimeter-genauen Bewegungen für die PS aus der Phasendifferenz (Interferogramme) [Fotos: C. Wolf, BGR]

5 Methodik Small Baseline Subset (SBAS) Verfahren der differentiellen Radarinterferometrie Berechnung der Interferogramme (Phasendifferenzen) zwischen mehreren Satellitenszenen (kurze zeitliche und/oder räumliche Basislinien) Eliminierung von Störkomponenten und Erhöhung der Genauigkeit durch überlappende Bewegungsberechnungen Keine dominanten Reflektoren (Punktobjekte), sondern Reflektion großer, korrelierter natürlicher Flächen, z.b. Straßen, Grasflächen Schätzung der Bewegung für jedes Bildelement der Satellitendaten Ergebnis einer SBAS-Auswertung [Mares, 2011] Verknüpfung von SAR-Aufnahmen einer Zeitreihe [Mares, 2011]

6 Methodik Review von Störungsmustern Im Untergrund ablaufende Prozesse führen zu typischen Veränderungen an der Geländeoberfläche (Diagnosemerkmale), deren Identifizierung und Bewertung indirekte Hinweise auf die verursachenden Prozesse liefern können (Oberflächenindikatoren) Z.B. Lineamente, Frakturen, Klüfte, Abrisskanten, Geländeunebenheiten, Störungen des natürlichen Reliefs, Depressionen, Bodenfeuchte- und Vegetationsanomalien Anwendung von Verfahren der digitalen Bildund Datenverarbeitung (Filterungen, Klassifizierungen) auf Satellitenbilder (Landsat 5/7, RapidEye, zukünftig Sentinel-2) Erkennbare Depression auf einem SPOT Satellitenbild [Kühn, Hörig & Budziak, 2009] Vegetationsanomalien (Infrarot-Luftbild) [Kühn, Hörig & Budziak, 2009] Frakturen und Tagesbruch im Gelände [Kühn, Hörig & Budziak, 2009]

7 Untersuchungsgebiet Rhein-Mosel-Gebiet Projektgebiet Rhein-Mosel: ca. 100 x 100 km² Vulkaneifel Moseltal zwischen Trier und Koblenz Mittelrheintal von Bingen über St. Goar nach Koblenz Karte Projektgebiet [C. Wolf, BGR]

8 Untersuchungsgebiet Teilgebiete Verschiedene Maßstabsebenen und Themenbereiche: Vulkaneifel Vulkaneifel Mendig ca km² Hanginstabilitäten im Moseltal ca. 600 km² Mosel Senkungs- und Einsturzgefährdungen in Mendig ca. 150 km² Karte Projektgebiet [C. Wolf, BGR]

9 Untersuchungsgebiet Vulkaneifel Gilt heute noch als vulkanisch aktiv, Bewegungen werden vermutet Potentielle Gefahren und Risiken als Folge des aktiven Vulkanismus sind nicht auszuschließen Bedarf an verlässlichen Diensten der Erdbeobachtung Großes Gebiet der Vulkaneifel (ca km²): mit Satellitendaten gemessene Bewegungen (PSI/SBAS) könnten unterstützende Indizien liefern für die Existenz von aktiven Störungen und Zonen von aufsteigendem Magma Verteilung der Vulkane der Osteifel- und Westeifelvulkanfelder [Schminke, 2009] Geologisches Modell der Vulkaneifel [Schminke, 2009]

10 Untersuchungsgebiet Hanginstabilitäten im Moseltal Gebiet zwischen Cochem und Bernkastel-Kues (ca. 600 km²) Zahlreiche Rutschungen in den Hunsrückschiefern (Tonschiefer) des Devons (Prallhänge der Mittelmosel) Derzeit fehlt Methode zur flächenhaften Beobachtung Früherkennung von instabilen Bereichen und Anpassung von Raumplanungen notwendig Untersuchungen mit PSI/SBAS, Airborne Laser Scanning (Digitales Geländemodell) Hangstabilitätskarte Mittelmosel [LGB] Nachgewiesenes Rutschgebiet Vermutetes Rutschgebiet Einzelscholle Hangrutschung an der Mosel (DGM) [LGB] Bernkastel-Kues

11 Untersuchungsgebiet Hanginstabilitäten im Moseltal Verkippte und zerbrochene Weinbergsmauern Impressionen aus dem Gelände Künstlicher Reflektor (corner reflector) [Fotos: C.Wolf, BGR]

12 Untersuchungsgebiet Altbergbaugebiet Mendig Großflächig untertägiger, oberflächennaher Basaltabbau seit dem Mittelalter bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts Senkungs- und Einsturzgefährdungen durch Überbelastung der noch stehenden Tragpfeiler Bedarf an wirksamen operationellen Beobachtungsmethoden zur Gefahrenabschätzung und Risikominderung (PSI/SBAS) Vulkangeologische Karte [Bogaard & Schminke, 1990] Geologisches Vertikalprofil [Rogall, 2002] Bims Löss & Schweißschlacke Säulenbereich Basiszone & basale Schlackenzone Ausgedehnte Systeme von Hohlräumen unter der Stadt Mendig [LGB]

13 Altbergbaugebiet Mendig Hohlraumkartierung Tagesbruch am 2. März 1988 am Sportplatz LGB: geodätische Vermessung und ingenieurgeologische Kartierung der Hohlraumbereiche: 100 m breite Abschnitte unter Brauerstraße 750 m breite Abschnitte unter Landstraße L113 Tagesbruch 1988 [LGB] Hohlraumkartierung [LGB] kartierte Hohlräume bekannte Hohlräume ehemalige Tiefbaue Gefahrenkarte [LGB]

14 Altbergbaugebiet Mendig Historische Sicherungen und Sanierung Historische Sicherungen: Mauern, Mühlsteine, Umgurtungen Sanierungsarbeiten [Rogall, 2002] Verfüllung ausgewählter Hohlräume mit Blitzdämmer (Kalkmergel mit hydraulischem Bindemittel) Stabilisierung mit Bullflex-Pfeilern (Gewebestützpfeiler) [Fotos: C.Wolf, BGR]

15 Altbergbaugebiet Mendig Instabilitäten Heruntergefallene Glocken entlang einer Störungszone Zerscherte Basaltsäulen [Fotos: C. Wolf, BGR] Zerdrückte Türe

16 Altbergbaugebiet Mendig Monitoring Messmarken Spray-Markierungen [Fotos: C. Wolf, BGR]

17 Copernicus-Dienst Rhein-Mosel Arbeitsplan (Auswahl) Übersichtsmäßige Identifizierung von Bewegungen im Gesamtgebiet mit PS-InSAR Prozessierung von historischen SAR Daten (ERS-1, ERS-2, Envisat ASAR) Review von Störungsmustern nach vorhandenen tektonischen Karten und Satellitenbildern für Gesamtgebiet (Landsat 5/7) sowie für Teilgebiete (RapidEye) Vulkaneifel: Detailauswertung und Interpretation von bereitgestellten PSI- und SBAS- Bewegungsdaten auf der Grundlage historischer ERS-1/2 und Envisat ASAR-Daten Mendig und Moselhänge: Auswertung von Airborne Laser Scanning (ALS) - Daten, hochauflösenden Luftund Satellitenbildern (RapidEye), Auswertung von PSI- und SBAS-Bewegungsdaten auf Grundlage von TerraSAR-X und TanDEM-X-Daten Zusammenfassende geologische Interpretation und Bewertung der für die Teilgebiete erhobenen Daten Ausarbeitung und Begründung von Workflow für Copernicus-Dienst, Handlungsempfehlungen und Abschlussbericht Arbeit mit Landesbehörden und Fachausschüssen, Durchführung eines Abschlussworkshops mit Präsentation von Konzepten zur Implementierung entsprechender Copernicus-Dienste

18 Copernicus-Dienst Rhein-Mosel Zeitplan

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Adam, Nico; Rodriguez Gonzales, Fernando; Parizzi, Alessandro & Liebhart, Werner (2011): Wide Area Perisitent Scatterer Interferometry: Algorithms and Examples, FRINGE 2011 Workshop, online unter ( ) Bogaard, Paul & Schmincke, Hans-Ulrich (1990): Vulkanologische Karte der Osteifel, 1:50.000, Mainz: Geologisches Landesamt Rheinland-Pfalz Kühn, Friedrich, Hörig, Bernhard & Budziak, Dörte (2004): Detecting Unstable Ground by Multisensor Remote Sensing. Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation: 20 (2): , Stuttgart: Schweizerbart Mares, Michael (2011): Geomonitoring mittels SAR-Interferometrie. Vermessung Brandenburg: 2: Rogall, Michael (2002): Stabilisierung und Verfüllung unterirdischer Hohlräume. Beispiel eines ehemaligen Basaltbergaus in der Eifel. Felsbau, Rock and Soil Engineering: 20 (3): Schmincke, Hans-Ulrich (2009): Vulkane der Eifel - Aufbau, Entstehung und heutige Bedeutung, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag