Geo-Monitoring in der Zukunft. Andreas Wieser Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, ETH Zürich

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Elmar Schmitt
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1 Geo-Monitoring in der Zukunft Andreas Wieser Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, ETH Zürich

2 Registrierte Felssturzereignisse in Österreich Quelle: Sass O, Oberlechner M (2012) Is climate change causing increased rockfall frequency in Austria? Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 12, Keine vollständige und unverzerrte Datenbasis verfügbar Derzeit kein Nachweis erhöhter Felssturzhäufigkeit als Folge von Klimaänderungen Leichte Tendenz zu erhöhter Häufigkeit nach kalten Wintern erkennbar 2

3 Schäden durch Hochwasser, Rutschungen und Muren in der Schweiz Quelle: BAFU (2007) Klimaänderung in der Schweiz Anstieg der kumulierten Schadenskosten deutlich unterproportional Hinweis auf Wirkung der ergriffenen Schutzmassnahmen Leistungsfähige Monitoringsysteme sind Voraussetzung für Massnahmenevaluation und Vermeidung von Fehlentwicklungen 3

Globaler Wandel Herausforderungen: Bevölkerungsexplosion Klimaveränderung Wasser Ernährung Energie Verkehr Geo-Monitoring auf globalem, regionalem und

4 Globaler Wandel Herausforderungen: Bevölkerungsexplosion Klimaveränderung Wasser Ernährung Energie Verkehr Geo-Monitoring auf globalem, regionalem und lokalem Niveau erforderlich GGOS-Vision: Advancing our understanding of the dynamic Earth system by quantifying our planet s changes in space and time. 4

5 Lokaler Wandel Monitoring zur Prävention und Sicherung Herausforderung an der Grenze des Machbaren Nicht nur geometrische Veränderungen von Interesse 5

6 Geo-Monitoring Prozessmodellierung Bezugssystem Sensoren 6

7 Dynamische Erde Global / regional: Nachführung der Referenzsysteme Lokal: Stabile Verbindung von Sensoren und Monitoring-Objekt (z.b. Soilfrac als neue Entwicklung) 7 Quelle: Referenzsystem Herausforderungen

8 In-Situ Messungen Neue Sensoren Beispiel: Faseroptische Strainrosette mit SOFO-Sensoren / TU Graz Längenänderung mit Auflösung bis 0.01 µm und 10 khz Erfassung von Deformationen und Mikrobeben Quelle: Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme, TU Graz 8

Auflösung und hohe Langzeitstabilität Detektion von Mikrobeben Vergleich der Strainellipsen aus

9 In-Situ Messungen mit FOS-Strainrosette Beben (ML 1.4, ca. 700 km) Verbindung zwischen Oberflächenmessungen und Messungen im Objekt Hohe zeitliche Auflösung und hohe Langzeitstabilität Detektion von Mikrobeben Vergleich der Strainellipsen aus FOS-Messung und Messung mittels Totalstation ( , TU Graz, Gradenbach) Quelle: Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme, TU Graz 9

10 Bekannte Sensoren Trend low-cost Bedarf: Kleinerer Footprint bei gleicher Qualität Stromverbrauch Formfaktor Preis Beitrag zum Gesamtsystem? 10

11 Berührungslose Abtastung Einsetzbare Technologien 11

Prädiktion der Unsicherheit Essentiell für Risikobeurteilungen 12

12 Berührungslose Abtastung Durchgreifendes Prozessverständnis Ein Schlüsselproblem: systematische Abweichungen Realistische Prädiktion der Unsicherheit Essentiell für Risikobeurteilungen 12 Distanzabweichung als Funktion von Distanz und Target-Reflektivität (Scanner A)

13 Bekannte Technologie in neuen Anwendungsfeldern Beispiel: Terrestrische Mikrowelleninterferometrie Auflösung 0.1 mm Reichweite 4 km Exzellente Durchdringung der Atmosphäre Detektion flächenhafter Verschiebungen: Abgebildeter Bereich bis km² Detektion linearer Verschiebungen: Abtastrate bis 200 Hz Einige systembedingte substanzielle Einschränkungen Interessant für Spezialanwendungen oder in Kombination mit anderen Sensoren 13

14 Sensorkombination und systemorientierte Analyse Einflussgrössen Übertragungssystem Veränderungen Parameter Sensornetzwerke und Multisensorsysteme 14 Sensornetzwerke und Multisensorsysteme

15 Ausblick Geo-Monitoring auf allen Skalen gewinnt weiter an Bedeutung Prozessverständnis und Modellierung für Prädiktion und Evaluation Erfassung kontinuierlich in Raum und Zeit Evolution statt Revolution im Bereich der Sensorik 15

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Terrestrische Mikrowelleninterferometrie Deformationsmessungen im Skalenbereich von 10-8 in Raum und Zeit Deformationsmessungen im Skalenbereich von 10-8 in Raum und Zeit S. Rödelsperger, G. Läufer, K. Knappmeier Institut für Physikalische Geodäsie Technische Universität Darmstadt 1 Inhalt Deformationsmessung