Expertise im Fokus: Satellitenbasiertes Monitoring für die Baubranche
Wie das InSAR-Messverfahren die großräumige und berührungslose Erfassung von Bodenbewegungen ermöglicht.
InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) ist ein satellitenbasiertes Messverfahren, das Bodenbewegungen und Deformationen berührungslos erfasst. Die Technologie arbeitet flächendeckend. Dabei sind Vermessungen vom Einzelgebäude bis zu ganzen Regionen möglich. Ein besonderer Vorteil: Archivdaten ermöglichen Analysen bis zurück ins Jahr 1992.
Wir haben mit Michael Mares Diplom-Umweltwissenschaftler mit dem Schwerpunkt Satellitenfernerkundung bei TRIGIS GeoServices – A SOCOTEC COMPANY gesprochen, der Experte für InSAR-Anwendungen ist. Im Interview erklärt er, welche Vorteile InSAR gegenüber herkömmlichen Messmethoden bietet und zeigt die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten auf.
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1. Was ist InSAR und warum ist diese Technologie für die Baubranche/Bauwerksüberwachung wichtig?
InSAR ist ein satellitenbasiertes Verfahren, bei dem Radarsatellitenaufnahmen miteinander verglichen werden, um Bodenbewegungen zu erfassen. Die Technologie ermöglicht eine flächenhafte Erfassung mit einer Auflösung ab einem Meter. Als relatives Messverfahren erreicht InSAR eine Genauigkeit von circa 1 bis 2 Millimetern pro Jahr. Ein wesentlicher Unterschied zu terrestrischen Messverfahren besteht darin, dass InSAR eine synoptische Aufnahme des gesamten Gebietes ermöglicht, wodurch gleichzeitig Messwerte für das gesamte betrachtete Gebiet erfasst werden können. Anders als bei Vor-Ort-Messungen, bei denen das Gebiet nach und nach eingemessen wird und somit unterschiedliche Messzeitpunkte entstehen, erfasst der Satellit innerhalb kürzester Zeit, in wenigen Sekunden, Messwerte für das gesamte betrachtete Gebiet.
Die Technologie ist für die Baubranche besonders wertvoll, weil sie im Gegensatz zur punktuellen Messung, räumlich engmaschigere Überwachungsmöglichkeiten anbietet und somit eine flächenhafte Auswertung ermöglicht.
"Anders als bei Vor-Ort-Messungen, bei denen das Gebiet nach und nach eingemessen wird und somit unterschiedliche Messzeitpunkte entstehen, erfasst der Satellit innerhalb kürzester Zeit, in wenigen Sekunden, Messwerte für das gesamte betrachtete Gebiet."
2. In welchen Bereichen wird InSAR heute eingesetzt?
InSAR wird heute in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, in denen man an der Überwachung von Bewegungen interessiert ist. Dazu gehört beispielsweise das Monitoring von Bauwerken, Industrieanlagen oder Staudämmen. Bei Bauvorhaben wie U-Bahnbau oder Autobahnprojekten findet die Technologie ebenfalls Anwendung. Im Bergbau und Tagebau wird InSAR zur Überwachung von Bodenbewegungen genutzt. Darüber hinaus kommt das Verfahren in der Verkehrsinfrastruktur zum Einsatz, beispielsweise zur Überwachung von Gleisen und Brücken.
3. Was macht InSAR im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden besonders?
InSAR zeichnet sich durch mehrere besondere Vorteile gegenüber herkömmlichen Messmethoden aus. Das Verfahren arbeitet vollständig berührungslos und ermöglicht eine flächenhafte Erfassung von Bodenbewegungen. Der Betrachtungsbereich kann dabei sehr flexibel gewählt werden: vom Einzelhaus bis hin zu ganzen Kontinenten sind kleinräumige bis großräumige Analysen möglich. Ein weiterer bedeutender Vorteil besteht darin, dass durch die Nutzung von Archivdaten historische Deformationsanalysen ab dem Jahr 1992 durchgeführt werden können, sofern entsprechende Daten für die jeweilige Region vorliegen. Dies ermöglicht es zu prüfen, ob Bewegungen bereits in der Vergangenheit zu sehen sind, was für die Risikobewertung von großer Bedeutung sein kann.
Da das Verfahren auf Satellitendaten basiert, ist es möglich dieses Mess-/Überwachungsverfahren, weltweit Messungen durchzuführen, ohne vor Ort sein zu müssen. Dies ist sowohl aus Sicherheitsaspekten als auch aus logistischen Gründen ein erheblicher Vorteil. Es ist nicht notwendig, in ferne Länder zu reisen, um dort ein Monitoring durchzuführen, denn die Auswertung kann bequem von jedem Rechner in Deutschland aus erfolgen.
Dies führt zu einem hervorragenden Kosten-Nutzen-Effekt, bei dem InSAR im Vergleich zu klassischen Vor-Ort-Vermessungen sehr günstig ist.
4. InSAR in der Praxis. Welche Projektbeispiele können genannt werden?
Ein aktuelles Beispiel ist ein laufendes Projekt in Norddeutschland, bei dem eine Gasverteilerstation hinsichtlich möglicher Deformationen überwacht wird. Da mit InSAR die Überwachung berührungslos geschieht, muss die Industrieanlage nicht betreten werden, wodurch der Personaleinsatz aus Sicherheitsgründen minimiert werden kann. Die Überwachung erfolgt vollständig aus der Ferne.
Auch bei Bauvorhaben wie der Erweiterung der A7 bei Hamburg wurde InSAR ergänzend zu klassischen Messungen eingesetzt. Die Autobahn wurde stark im städtischen Bereich ausgebaut, wobei Häuser direkt nebendran standen, die möglicherweise durch die Bautätigkeiten beeinflusst wurden. Mit InSAR konnten auch Gebäude überwacht werden, die nicht gut zugänglich waren. Das Grundstück musste für die Messung nicht betreten werden.
Auf Basis von Archivdaten, welche bis in das Jahr 1992 zurückreichen, erfolgte für eine ehemalige Deponie in Thüringen eine retrospektive Deformationsanalyse, auf welcher heute Häuser und eine Kleingartenanalage stehen. Es wurden historische Archivdaten ab 1992 genutzt, um das Bewegungsverhalten der Deponie in seinen räumlichen und zeitlichen Ausprägungen zu untersuchen.
5. Wie werden die InSAR-Ergebnisse an Kunden übergeben?
Die InSAR-Ergebnisse werden auf verschiedene Weise an Kunden übergeben. Eine zentrale Lösung ist das browserbasierte WebMap-Portal, über das auch PDF-Reports erstellt werden können. Darüber hinaus werden die Daten als GIS-Datensätze bereitgestellt, was eine Integration in bestehende geografische Informationssysteme ermöglicht. Auf Wunsch können die Ergebnisse auch in Form von Excel-Tabellen aufbereitet werden. Zusätzlich erhalten Kunden einen umfassenden Projektbericht, der die Ergebnisse dokumentiert und interpretiert.
"Das InSAR-Verfahren etabliert sich zunehmend als wichtiges Monitoringinstrument im Risikomanagement und in der Bauwerksüberwachung. [...] Aufgrund seines flächenhaften Ansatzes bietet InSAR wichtige Informationen, die mit klassischen Methoden kaum zu erbringen sind."
5+1. Wie ist die zukünftige Rolle von InSAR im Risikomanagement und in der Bauwerksüberwachung einzuschätzen?
Das InSAR-Verfahren etabliert sich zunehmend als wichtiges Monitoringinstrument im Risikomanagement und in der Bauwerksüberwachung. Andere Länder wie Italien und die Niederlande sind in der Anwendung dieser Technologie bereits weiter fortgeschritten als Deutschland. Bisher ist das Verfahren stets ein ergänzendes Instrument und wird die klassische Vermessung vor Ort in den meisten Fällen in absehbarer Zeit nicht vollständig ablösen. Aufgrund seines flächenhaften Ansatzes bietet InSAR jedoch wichtige Informationen, die mit klassischen Methoden kaum zu erbringen sind.
Das Verfahren ermöglicht Kosteneinsparungen und eine Optimierung des Vor-Ort-Monitorings. Seine Vorteile kann das Verfahren besonders ausspielen, je größer der Betrachtungsbereich ist. Für das Monitoring von Einzelgebäuden ist das klassische Monitoring bisher noch kostengünstiger, weshalb jeweils eine individuelle Kosten-Nutzen-Abschätzung erforderlich ist. Die zukünftige Rolle von InSAR wird vor allem in der großflächigen Überwachung und als ergänzendes Instrument zur klassischen Vermessung liegen.
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Bildquelle Deformationsanalysen: TRIGIS GeoServices – A SOCOTEC COMPANY
