zfv 5/2020

In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich boden- und satellitengestützte GNSS-Fernerkundungsmethoden zu einem vielseitigen und leistungsfähigen Werkzeug der Erdsystemforschung auf unterschiedlichen raumzeitlichen Skalen mit operationellen Anwendungen entwickelt. Umfangreiche regionale und globale GNSS-Bodennetze und zahlreiche Empfänger auf niedrig fliegenden Satelliten stellen einzigartige Daten der neutralen und ionisierten Atmosphäre und auch Erdoberflächenparameter bereit. Eine der führenden Institutionen bei diesen Entwicklungen ist das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam. Wir stellen ausgewählte aktuelle Forschungsaktivitäten des GFZ in der GNSS-Fernerkundung vor.

Über das vom GFZ Potsdam betriebene Datenportal »Gravity Information Service« (GravIS, gravis.gfz-potsdam.de) werden vorprozessierte Daten der Satellitenmissionen GRACE und GRACE Follow-On (GRACE-FO) bereitgestellt. Die verfügbaren Datensätze umfassen Massenanomalien der Eisschilde Grönlands und der Antarktis, terrestrische Wasserspeicheränderungen sowie ozeanische Bodendruckvariationen, aus denen der masseninduzierte Meeresspiegelanstieg abgeleitet werden kann. Dabei werden die Daten dem Nutzer sowohl regelmäßig gegittert als auch für ausgewählte Regionen als Gebietsmittelwerte zur Verfügung gestellt. Der Nutzer kann sich räumliche und zeitliche Veränderungen sowohl global als auch regional interaktiv anzeigen lassen. Das Portal richtet sich an Anwender aus der Hydrologie, Ozeanographie und Kryosphäre, aber auch an die populärwissenschaftlich interessierte Öffentlichkeit. Alle zugrunde liegenden Daten stehen dem Nutzer auch zum Download für weitere Auswertungen zur Verfügung.

Das durch die Europäische Union geförderte Projekt FAMOS (Finalizing Surveys for the Baltic Motorways of the Sea) dient der Verbesserung der Sicherheit in der Schiffsnavigation auf der Ostsee. Eine spezielle Aufgabe von FAMOS ist die Erstellung eines neuen Höhenreferenzsystems der Wasseroberfläche der Ostsee, dem sog. Baltic Sea Chart Datum 2000 (BSCD2000). Dieses soll auf einem neuen gravimetrischen Geoid der Ostsee basieren. Von deutscher Seite arbeiteten die Einrichtungen Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (BKG), Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrografie (BSH) und Technische Universität Darmstadt mit Schiffsgravimetrie-Kampagnen im FAMOS-Projekt mit. Das Hauptmessinstrument war dabei das Chekan-AM-Gravimeter des GFZ. Auf zwei Messfahrten kam zusätzlich ein Strapdown-Trägheitsnavigationssystem (IMU) des Herstellers iMAR zum Einsatz. Die Messdaten beider Instrumente haben eine sehr hohe Konsistenz. Das FAMOS-Projekt endete früher als geplant schon im Jahr 2019. Deshalb wird die Fertigstellung des neuen BSCD2000 durch die Chart-Datum-Arbeitsgruppe (CDWG) der Baltischen Hydrografischen Kommission (BSHK) koordiniert. Die Implementierung des BSCD2000 ist für 2023 vorgesehen.

Militärische Übungsplätze stellen insbesondere auf Offenflächen, die sich außerhalb urban-ackerbaulich geprägter und intensiver Landnutzungen etablieren konnten, bedeutende Refugien für strukturreiche Lebensräume mit hoher Artenvielfalt dar. Nach Aufgabe der militärischen Nutzung müssen aber oftmals gezielte Landschaftspflegemaßnahmen eingesetzt werden, um naturschutzfachlich wertvolles Offenland zu erhalten. Fernerkundung leistet einen wichtigen Beitrag, um in großflächigen Gebieten mit dem Verdacht auf Restmunition die Veränderungen von Lebensräumen zu erfassen und Wirkungen von Landschaftspflege weitgehend berührungslos zu dokumentieren. Zu diesem Zweck werden skalenspezifische Methoden des maschinellen Lernens für die Vielzahl von Datensätzen aus drohnen-, flugzeug- und satellitengetragenen Sensorsystemen entwickelt. Ein automatisiertes Monitoring erfasst dabei sowohl natürliche Prozessdynamiken als auch Erfolgskontrollen aus aktiv eingesetzten Pflegemaßnahmen. Auf diese Weise können raum-zeitliche Entwicklungstrends frühzeitig sichtbar gemacht und für naturschutzrechtliche Bewertungen quantitativ abgebildet werden.

Mit dem Bereitstellungsportal steht den Brandenburger Öffentlich bestellten Vermessungsingenieur*innen (ÖbVI) und Katasterbehörden eine moderne Softwarelösung für die Vermessungsvorbereitung zur Verfügung. Mit ihr können die vorbereitenden Unterlagen für die Durchführung einer Liegenschaftsvermessung und Reservierungen von Fachkennzeichen selbstständig von der Vermessungsstelle ohne Mitwirkung der Katasterbehörde zusammengestellt und aktualisiert werden. Der vollständige und hochaktuelle Abruf ist jederzeit und von überall aus möglich. Darüber hinaus werden über das Bereitstellungsportal die Vermessungsschriften digital bei der Katasterbehörde eingereicht sowie bis zur Übernahmemitteilung zwischen den beteiligten Stellen zum Vermessungsantrag kommuniziert. Das Portal bildet somit die Schnittstelle zwischen Vermessungsstelle und Katasterbehörde. Es ist der Brandenburger Vermessungsverwaltung gelungen, in dreijähriger Projekttätigkeit eine bis dahin völlig neuartige Lösung zu schaffen. Sie führt verschiedene und unabhängige Verwaltungsabläufe zu einem digital gesteuerten Prozess zusammen und es werden Bearbeitungsaufwand und Kommunikation optimiert und vereinheitlicht.

Eine Baobab-Population nahe Al-Ubayyid in Nord-Kordofan, Sudan, wurde 2007 erstmals messtechnisch erhoben. Ein Vergleich der Messdaten mit aktuellen, hochauflösenden Satellitendaten aus dem Jahr 2017 zeigt, dass die Population der Baobabs zurückgegangen ist. Dies war der Anlass zu einer erneuten Untersuchung im Gelände im Jahr 2018. Ziel war es, die Veränderungen nach mehr als einer Dekade festzustellen. Die Standorte der Bäume wurden visuell mit der Population von 2007 abgeglichen und protokolliert. Die noch vorhandenen Bäume wurden erneut, zum größten Teil mit hoher Genauigkeit, vermessen. Dazu wurde mit einer fest installierten Basisstation im Feld gearbeitet. Aus allen verfügbaren Daten wurde ein Baumkataster unter Verwendung eines Geoinformationssystems erstellt. Es konnte gezeigt werden, dass nach mehr als einer Dekade vier neue Baobabs zu verzeichnen und zwei Dutzend Bäume nicht mehr aufzufinden waren. Der finale Baumbestand belief sich auf 211 Objekte. Der Rückgang ist unter anderem auf anthropogene Ursachen zurückzuführen.