Kombinierte Technologien für Frühwarnungen vor Erdrutschen
Erdrutsche können sich direkt auf die allgemeine Bevölkerung auswirken, zum Beispiel, wenn städtische Gebiete betroffen sind oder Infrastruktur wie Brücken sich aufgrund von Bodenbewegungen verschiebt. Um Katastrophen und den daraus resultierenden Verlust von Leben zu vorzubeugen, ist es unerlässlich, die Bewegungen von Erdrutschen zu überwachen und die lokale Bevölkerung und Infrastrukturbetreiber zu warnen, wenn sie bestimmte Grenzwerte überschreiten. Das EU-finanzierte Projekt GIMS hat ein fortgeschrittenes, kostengünstiges System zur Überwachung von Erdrutschen und Absenkungen entwickelt, das das europäische globale Satellitennavigationssystem (GNSS) Galileo, den Radar mit synthetischer Apertur (SAR) Copernicus und inertiale Messeinheiten einbindet. „Diese Integration ermöglicht ein besseres Verständnis der überwachten Prozesse und eine umfassendere Kenntnis des Phänomens der Verformung, als wenn die Technologien einzeln eingesetzt würden“, gibt der Projektkoordinator Eugenio Realini.
Satelliten erkennen Bewegungen
Die Copernicus-Sentinel-Satelliten übertragen in regelmäßigen Abständen Radardaten, die nach der Verarbeitung Bilder von Landverformungen bereitstellen. Das GNSS bietet kontinuierliche millimetergenaue Messungen bestimmter Punkte, die von den Galileo-Satelliten erfasst werden. Schließlich können inertiale Messeinheiten, die auch als Beschleunigungsmesser bezeichnet werden, Neigungen und Bewegungen in für Erdrutsche anfälligen Gebieten erkennen, um bei plötzlichen Bewegungen in Echtzeit Alarm zu schlagen. Zu den von GIMS entwickelten Schlüsseltechnologien zählen erschwingliche Antennen und Empfänger, die die Dual-Frequenz-Signale des Galileo-GNSS verarbeiten können. Darüber hinaus unterstützt ein kompakter Aktivtransponder SAR-Messungen, indem er die „Umlenkung“ des Sentinel-SAR-Signals zurück an den Ausgangssatelliten ermöglicht. Das ist nützlich, wenn ein Gebiet überwacht wird, in dem es nur wenige oder sogar gar keine natürlichen Reflexionsflächen gibt, um bestimmte Punkte zu erkennen, die gemessen werden sollen. Jede GIMS-Station verfügt über Software, die GNSS-, SAR- und Beschleunigungsmessdaten verarbeiten kann, da die Forschenden einen innovativen Algorithmus und entsprechende Software zur Einbindung des GNSS und des SAR erstellen konnten. Realini erklärt: „Die wichtigsten Ergebnisse waren für uns, dass wir unsere Fähigkeiten zur Verarbeitung von GNSS-Daten ausweiten und ein innovatives Verfahren zur Einbindung von GNSS- und SAR-Messungen entwickeln konnten, um die Synergie zwischen diesen beiden Technologien ausnutzen zu können.“
Warnmeldung zum Schutz von Menschen und Eigentum
Die Partnereinrichtungen des Projektes bauten, montierten und erprobten 14 GIMS-Stationen an zwei für Erdrutsche anfälligen Standorten in Slowenien. Die leichten und vollständig autonomen Stationen werden von Solarzellen mit Strom versorgt und können mühelos an Infrastruktur wie Brücken am Ort, wo Erdrutsche auftreten, angebracht werden. „Das Frühwarn- bzw. Alarmsystem und die Genauigkeit der gewonnenen Daten stellen sicher, dass von Erdrutschen ausgehende Risiken abgeschwächt werden und effektiv mit Krisensituationen umgegangen wird“, merkt Realini an. Die GIMS-Software empfängt über das Internet GNSS- und Beschleunigungsmessdaten von den Stationen. Sie empfängt ebenfalls die SAR-Daten der von den Stationen abgedeckten Umgebung direkt von den Copernicus-Sentinel-Servern der Europäischen Weltraumorganisation. Alle diese Rohdaten werden dann verarbeitet, um Ergebnisse über die Landverformungen zu gewinnen und einen Bericht für Interessengruppen wie Staatsorgane und Organisationen für den Katastrophenschutz zu erstellen. GIMS ebnete der gemeinsamen Verwendung von kostengünstigen Versionen dreier Technologien den Weg, die oft getrennt voneinander angewandt werden: GNSS, SAR und inerte Messeinheiten. „Dank der Ergebnisse von GIMS ist es nun möglich, mehr Gebiete zu überwachen und dabei mehr Stationen einzusetzen. So erreichen wir ein breiteres, detaillierteres und effizienteres Verständnis von Erdrutschbewegungen und ihrer Auswirkungen auf Bauwerke, um Todesopfern und Verletzungen vorzubeugen und Wartungsmaßnahmen besser planen zu können“, schließt Realini.
Schlüsselbegriffe
GIMS, Erdrutsche, GNSS, SAR, IMU, Beschleunigungsmesser, kompakter Aktivtransponder, europäisches globales Satellitennavigationssystem Galileo, Radar mit synthetischer Apertur, inerte Messeinheiten
