Zum Monitoring von Bodenbewegungen mit Radarsystemen im Projekt GMES4Mining

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1 Zum Monitoring von Bodenbewegungen mit Radarsystemen im Projekt GMES4Mining Dr. Karsten Zimmermann, DMT GmbH & Co. KG Das Projekt wird unterstützt aus Mitteln der EU und des Landes Nordrhein-Westfalen GMES4MINING WO? Kongress Folie 1

2 PROJEKTVORSTELLUNG GMES-basierte Geoservices für den Bergbau zur Unterstützung von Exploration und Erkundung sowie des integrierten Monitorings für Umweltschutz und Betriebssicherheit Untersuchung und Nutzung von boden-, luft- und satellitengestützten a) optischen Sensoren > Detektion der Beschaffenheit der Bodenoberfläche b) Radarsensoren > Detektion von Bodenbewegungen Verknüpfung der verschiedenen Sensoren und Ergebnisse Unterstützung in verschiedenen Phasen im Lebenszyklus eines Bergbauvorhabens GMES4MINING WO? Kongress Folie 2

3 PROJEKTVORSTELLUNG Arbeitspakete Praxistest Monitoring Praxistest Exploration Entwicklg GDI Entwicklg QS Methodenentwicklung Radar Nutzeranforderungen Methodenentwicklung Optisch Projektmanagement GMES4MINING WO? Kongress Folie 3

4 BODENBEWEGUNGSMONITORING ARBEITSPAKET GMES4MINING Inhalte Erfassung bergbaubedingter Bodenbewegungen Nutzung der Daten satellitengestützter Radarsensoren Nutzung innovativer terrestrischer Verfahren Integration der Verfahren Gemeinsame Auswertung Interaktion mit AP 3100 (Hyperspektraldaten) Analyse der Nutzungsmöglichkeiten im Bergbau Nutzen: Verbesserung der Genauigkeit, der Zuverlässigkeit, der zeitlichen und räumlichen Messwertdichte GMES4MINING WO? Kongress Folie 4

5 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Kontinuierliches Monitoring mit Totalstation GNSS Tachymeter- und GNSS-Monitoring: Kombination von relativem und absolutem Messsystem mit Vernetzung aller Komponenten Die Relativbewegungen auf der Böschung werden mit dem Tachymeter gemessen > zeitlich Dichte Überwachung Die Absolutbewegungen der Böschung werden mittels zweier GNSS- Stationen ermittelt > Detektion großflächiger Schollenbewegungen GMES4MINING WO? Kongress Folie 5

6 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Kontinuierliches Monitoring mit Totalstation GNSS Automatisierte Datenerfassung Automatisierte Datenübertragung (Mobilfunk, lokaler Funk, VPN-Internet) Automatisierte Datenverwaltung (DMT Safeguard Core) Automatisierte Datenaufbereitung und Darstellung (Internetportal DMT Safeguard Web-View) Automatisierte Alarmierung bei Grenzwertüberschreitung ( , SMS) GMES4MINING WO? Kongress Folie 6

7 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Satelliten - Radarinterferometrie Moderne und zukünftige Satellitensysteme (z.b. TerraSAR-X, CosmoSkyMed, Sentinel) bieten: Hohe räumliche Auflösung (bis zu 1 m) Messung kleinräumiger Bewegungen Hohe Punktdichte Source: by courtesy of Gamma remote Sensing AG, Switzerland GMES4MINING WO? Kongress Folie 7

8 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Satelliten - Radarinterferometrie Moderne und zukünftige Satellitensysteme (z.b. TerraSAR-X, CosmoSkyMed, Sentinel) bieten: Kurze Aufnahmeintervalle (1 Aufnahme pro Woche) Schnelle Verfügbarkeit von ausreichend Aufnahmen für eine Auswertung nach Nutzeranforderung Verbesserte Möglichkeiten zur Detektion schneller Bewegungen und Änderungen Source: by courtesy of Gamma remote Sensing AG, Switzerland GMES4MINING WO? Kongress Folie 8

9 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Terrestrische Radarinterferometrie Verfahren der SAR-Interferometrie - Messung der Phasenunterschiede der Reflektionen elektromagnetischer Wellen Entfernungsunterschiede (Bewegungen) können in Bruchteilen der Wellenlänge gemessen werden Aufnahme mit hoher räumlicher Auflösung in Abhängigkeit zur Objektentfernung (Bildpunkte mit wenigen Quadratmetern Fläche) GMES4MINING WO? Kongress Folie 9

10 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Terrestrische Radarinterferometrie Antenne mit echter Apertur durch zahlreiche Einzelaufnahmen einer beweglichen kleinen Antenne synthetisiert Aufnahmebereich durch Ausrichtung der Laufschiene grundlegend festgelegt (etwa 60 Grad) Ausrichtung muss über die Messung stabil sein Anforderung an Phasenkohärenz während einer Messung Objektentfernung von bis zu 4 km Auflösung: 0,5 m x 4,3 m bei 1 km Messgenauigkeit: +- 2 mm Messgeschwindigkeit: 10 min für einen Scan GMES4MINING WO? Kongress Folie 10

11 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Terrestrische Radarinterferometrie GMES4MINING WO? Kongress Folie 11

12 BODENBEWEGUNGSMONITORING - VERFAHREN Terrestrische Radarinterferometrie Ergebnisse Projekt im aktiven Tagebau Böschung ohne Vegetation Messung kleinster Bewegungen von 1 mm/tag Bestätigung der Messungen durch Referenzdaten Erfolgreiche Messungen von künstliche erzeugten Bewegungen Ergebnisse Projekt im aktiven Tagebau Böschung mit Vegetation Detektion von Bewegungen infolge von Vegetationsänderungen Keine Bestätigung durch Referenzdaten Probleme bei der Zuordnung/Erkennung der Corner-Reflektoren GMES4MINING WO? Kongress Folie 12

13 BODENBEWEGUNGSMONITORING IN GMES4MINING BEIM PROJEKTPARTNER RWE 1. Messung von Bodenbewegungen durch satellitengestützte Radarinterferometrie - InSAR 2. Monitoring von Böschungsbewegungen durch terrestrische Radarinterferometrie - GBR GMES4MINING WO? Kongress Folie 13

14 INSAR - BODENBEWEGUNGSMONITORING Untersuchungsgebiet A44n Tagebau Garzweiler Messung von Höhenveränderungen infolge Kippensetzung RWE Power RWE Power GMES4MINING WO? Kongress Folie 14

15 INSAR - BODENBEWEGUNGSMONITORING Untersuchungsgebiet A44n Messung von Höhenveränderungen infolge Kippensetzungen Vergleich mit Referenzdaten (> 200 Vergleichpunkte) Jüngerer Kippenbereich mit größeren Restsetzungen RWE Power Älterer Kippenbereich mit geringen Restsetzungen RWE Power GMES4MINING WO? Kongress Folie 15

16 INSAR - BODENBEWEGUNGSMONITORING Untersuchungen zur Anwendbarkeit verschiedener Radarsatelliten und Auswertemethoden GMES4MINING WO? Kongress Folie 16

17 INSAR - BODENBEWEGUNGSMONITORING Wissenschaftliches Proposal zur Nutzung von TerraSAR-X Daten über DRL Inhalt: Studie zur Anwendbarkeit von TerraSAR-X im Bergbau konkret für Untersuchungen im Bereich des TGB Garzweiler (Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Informationsdichte, Vergleich mit Referenzdaten ) 15 km * 15 km Projektteam: DMT (Principal Investigator) & GMES Projektpartner + DInSAR/PSI Auswerter 36 Szenen im Zeitraum 2012/2013 Installation von Corner-Reflektoren GMES4MINING WO? Kongress Folie 17

18 GBR - BÖSCHUNGSMONITORING Messung von Bewegungen von Arbeitsböschungen Anschaffung IDS IBIS-FM auf Grundlage der Projekt- und Nutzeranforderungen GMES4MINING WO? Kongress Folie 18

19 GBR - BÖSCHUNGSMONITORING IBIS-FM: Zeit pro Messzyklus 3-5 Minuten 6 m * 2,5 m * 2,5 m GMES4MINING WO? Kongress Folie 19

20 GBR MESSUNG VON BÖSCHUNGSBEWEGUNGEN Vorbereitung: Qualitätsbewertung, Kalibrierung und Untersuchungen zur Genauigkeit des Systems IBIS-FM > Zusammenarbeit mit der Universität Braunschweig Mehrmonatige Messkampagne an Böschungen von Tagebauen von RWE ab Mitte 2013 zur detaillierten Untersuchung: Prozessaufbau zur automatischen Auswertung Genauigkeitsuntersuchungen bzgl. Entfernung und Oberflächen Einsatzgeschwindigkeiten/Messgeschwindigkeiten Störfaktoren (Wetter, Oberflächenfeuchte) GMES4MINING WO? Kongress Folie 20

21 VIELEN DANK! EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH Oststraße Münster Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) DMT GmbH & Co. KG, Deutschland Am Technologiepark Essen Phone: +49 (0) Fax: +49 (0) Institut für Markscheidewesen an der RWTH Aachen Wüllnerstr Aachen Phone.: +49 (0) Fax.: +49 (0) Institut für Geoinformatik der WWU Münster Weseler Straße Münster Phone.: +49 (0) Fax: +49 (0) ifgi.uni-muenster.de Das Projekt wird unterstützt aus Mitteln der EU und des Landes Nordrhein-Westfalen GMES4MINING WO? Kongress Folie 21

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