Neue Multisensor-Geomonitoring-Station überwacht Bodenbewegungen

Mitte Oktober haben Forschende der TU Bergakademie Freiberg eine neue Geomonitoring-Station auf der Halde des Forschungs- und Lehrbergwerks „Reiche Zeche“ in Betrieb genommen. Die High-Tech-Messgeräte liefern künftig lokale Daten für die Forschung – zum Monitoring von Bodenbewegungen, zur hochgenauen Ermittlung von Neigungen und Setzungen zur Deformationsanalyse, zur Positionsbestimmung von Lage und Höhe sowie als Anschlusspunkt für die Schachtlotung und Orientierung für untertägige Vermessungen.

Nach über einem Jahr Planung und Antragsphase für die Baugenehmigung zur Errichtung einer Geomonitoring-Station auf der Halde des Forschungs- und Lehrbergwerks „Reiche Zeche“, konnte der Baubeginn am 23. August 2023 durchgeführt werden. Dabei musste das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg den Denkmal-, Naturschutz, das UNESCO-Weltkulturerbe „Montanregion Erzgebirge/Krusnohori“ und weitere Auflagen vor der Baustelleneröffnung einhalten. In Zusammenarbeit mit externen Partnern und Dienstleistern konnte am 29. September 2023 die Baumaßnahme erfolgreich abgeschlossen werden. Mit der Elektronik-Installation und der Inbetriebnahme des Corner-Reflektors mit GNSS-Station ging die Erfassung der Messdaten in den Betrieb.

Das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg überwacht mit der Multisensor-Geomonitoring-Station hochgenau Bodenbewegungen wie Setzungen, Neigungen, Lage- und Höhendifferenzen auf der Halde des Forschungs- und Lehrbergwerks „Reiche Zeche“. Dabei kombiniert die Geomonitoring-Station vier wesentliche Messinstrumente zur hochpräzisen Bestimmungen der Bewegungen der Erdoberfläche: – Doppel-Corner-Reflektor zur satellitengestützten Radarinterferometrie für Bodenbewegungs-Monitoring, – eine in Zusammenarbeit mit der FPM Holding GmbH (Freiberger Präzisionsmechanik), TU Dresden, Electronic Renaissance Dresden und TU Bergakademie Freiberg entwickelten Laser-Präzisionsschlauchwaage zur hochgenauen Ermittlung von Neigungen und Setzungen zur Deformationsanalyse, – einer integrierten GNSS-Station (Global Navigation Satellite System) für die hochpräzise Positionsbestimmung von Lage und Höhe sowie – einer Messsäulenaufnahme mit Höhenbolzen (Nivellement) für ein Kreiselinstrument als Anschlusspunkt für die Schachtlotung und Orientierung für untertägige Vermessungen.

Corner-Reflektoren in der satellitengestützten Radarinterferometrie

Corner-Reflektoren sind spezielle Anordnungen von Oberflächen oder Strukturen, die elektromagnetische Radarwellen mit höchster Effizienz zurück in Richtung ihrer Quelle reflektieren. Sie haben die besondere Eigenschaft, dass sie Radarstrahlen unabhängig von ihrem Einfallswinkel und ihrer Polarisation zurück in Richtung des Radars senden.

Dies macht sie zu äußerst wertvollen Hilfsmitteln in der Radarinterferometrie, da sie als besonders dominante Rückstreuer in den Radarbildern, wie z.B. des Copernicus Sentinel-1 Satelliten, erscheinen. Radarbilder werden hinsichtlich ihrer Aufnahmekonfiguration in Aufnahmen des aufsteigenden und absteigenden Orbits unterschieden. Aufnahmen des aufsteigenden Orbits werden erfasst, wenn sich der Satellit auf seiner annähernd polaren Umlaufbahn von Süden nach Norden bewegt und somit eine Blickrichtung von West nach Ost aufweist, da die Messung/Blickrichtung dieser Systeme immer nach rechts (90° zur Flugrichtung) erfolgt. Aufnahmen im absteigenden Orbit weisen demnach eine genau entgegengesetzte Orientierung auf. Daher ist die Installation eines kombinierten (doppelten) Corner-Reflektors notwendig, um beide Orbits auszuwerten und aus deren Kombination präzise vertikale und horizontale (Ost-West-Richtung) Bodenbewegungen abzuleiten.

Die Bedeutung von Corner-Reflektoren für die Nutzung der Radarinterferometrie ist vielfältig:

Kalibrierung und Qualitätssicherung: Corner-Reflektoren dienen als stabile und gut definierte Radarziele, die in verschiedenen Phasen der Radarinterferometrie verwendet werden können, um die Kalibrierung und Qualitätssicherung der gemessenen Daten sicherzustellen. Sie ermöglichen es, die Leistung des Radarsystems genau zu charakterisieren.

Topographische Referenz: Da Corner-Reflektoren stabile Radarziele darstellen, dienen sie als bekannte topographische Referenzpunkte in satellitengestützten Radar-Aufnahmen. Eine präzise Einmessung dieser Radarziele mittels GNSS oder Totalstation ermöglicht somit eine präzise Georeferenzierung der gemessenen Daten und damit auch die Anbindung an bekannte Messnetze, so dass aus den relativen Veränderungen der Erdoberfläche auch absolute Veränderungen abgeleitet werden können.

Die Errichtung der Multisensor-Geomonitoring-Station konnte mit freundlicher Unterstützung durch die Dr. Erich-Krügerstiftung realisiert werden. Sie wird für die Forschung und Lehre im Bereich der Gewinnung von zuverlässigen geodätischen Informationen im Kontext des Bodenbewegungs-Monitorings eingesetzt. Des Weiteren können die Messdaten zur hochpräzisen Bestimmung der Erdoberflächen-Bewegungen in den laufenden Forschungsprojekten wie MONDIS (Krügerstiftung), CLEAR (BMBF-Verbundprojekt) und weitere für das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg verwendet werden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Jörg Benndorf, Joerg.Benndorf@mabb.tu-freiberg.de

http://www.tu-freiberg.de/