13. November 2019

"Zukunft entsteht aus Ideen": Neue Anwendungen für die Erdbeobachtung

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Tongehalt im Boden
Tongehalt im Boden, aufgenommen mit einem Hyperspektralsensor
Bild 1/4, Quelle: GFZ

Tongehalt im Boden, aufgenommen mit einem Hyperspektralsensor

Mit Hilfe eines flugzeuggetragenen Hyperspetralsensors wurden Daten der geplanten EnMAP-Mission simuliert. Gemessen wurde der Tongehalt von Böden in der Nähe der Stadt Demmin in Mecklenburg-Vorpommern. Das Bild links stammt von der Flugzeugaufnahme, rechts sind die Daten so dargestellt, wie sie zukünftig vom Hyperspektralinstrument auf EnMAP aufgezeichnet werden.

"Punktewolke" Berlin: Vertikale Vermessung des Hauptbahnhofs
"Punktewolke" Berlin: Vertikale Vermessung des Hauptbahnhofs
Bild 2/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

"Punktewolke" Berlin: Vertikale Vermessung des Hauptbahnhofs

Mittels Fernerkundungsdaten des DLR wurde der Berliner Hauptbahnhof mit seiner Stahlkonstruktion im Laufe eines Jahres vertikal vermessen. In der warmen Jahreszeit dehnen sich die Materialien aus, im Winter kommt es wieder zu einem Rückgang. Die Höhenunterschiede sind in der Karte als farbige Punktewolke zu erkennen - gelbe und rote Markierungen zeigen Erhebungen im Millimeterbereich an.

EnMAP - der deutsche Hyperspektralsatellit zur Erdbeobachtung
Bild 3/4, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

EnMAP - der deutsche Hyperspektralsatellit zur Erdbeobachtung

EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Programme) ist ein deutscher Satellit mit einem hyperspektralen Sensor zur Erdbeobachtung.

Satellitenbild New York City
New York City, aus dem Weltall gesehen
Bild 4/4, Quelle: JAXA/ESA

New York City, aus dem Weltall gesehen

Erdbeobachtungssatelliten erlauben uns einen Blick auf die Infrastruktur von Städten (hier New York City) von oben. Mit Hilfe neuer Anwendungen wird es zukünftig möglich sein, den Zustand von technischen Bauwerken auch aus dem Weltall zu monitoren.

  • Die Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten der Erdbeobachtung reicht vom Umgang mit den natürlichen Ressourcen in Land- und Forstwirtschaft über den Umweltschutz bis hin zur Risikovorsorge und zum Katastrophenmanagement.
  • Satellitengestützte Geoinformationen bieten viele neue Einsatzmöglichkeiten in Wirtschaft und Politik, etwa in den Bereichen Infrastruktur und Wassermanagement.
  • Vom 12. bis zum 13. November 2019 findet in Köln die Konferenz "Neue Perspektiven der Erdbeobachtung" statt, um Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen und Start-ups zusammenbringen.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Klimawandel

Erdbeobachtungssatelliten wie die Sentinels des europäischen Copernicus-Programms, die deutschen Radarsatelliten des TanDEM-X-Duos, oder die Earth-Explorer-Satelliten des Living-Planet-Programms der ESA liefern bereits heute umfangreiche Geo- und Klimainformationen aus dem Weltraum. Doch wie lassen sich diese Daten mit größtmöglichem Gewinn für die Gesellschaft nutzen? Wie kann der Transfer von der Wissenschaft in konkrete Anwendungen für Wirtschaft und öffentliche Einrichtungen gelingen? Im Interview gibt Godela Rossner, Gruppenleiterin in der Abteilung Erdbeobachtung des DLR Raumfahrtmanagements, einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen.

Interview von Diana Gonzalez

Welche neuen und spannenden Einsatzmöglichkeiten bieten die Geodaten aus dem All?

Grundsätzlich gibt es eine enorme Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten der Erdbeobachtung. Das reicht vom Umgang mit den natürlichen Ressourcen in Land- und Forstwirtschaft über den Umweltschutz von Landflächen und Gewässern bis hin zur Risikovorsorge und zum Katastrophenmanagement. Auch die unverzichtbaren satellitengestützten Informationen zu Klimawandel und Treibhausgasemissionen, gehören dazu. Der Markt für Erdbeobachtungsanwendungen wächst, das bestätigen auch die steigenden Zahlen für Unternehmen und Services in Europa. Das liegt vor allem am europäischen Copernicus-Programm, mit dem Erdbeobachtungsdaten kontinuierlich verfügbar geworden sind.

Es ist deshalb davon auszugehen, dass wir zukünftig noch viele weitere Anwendungen der Erdbeobachtung sehen werden und der Kreis der Nutzer weiter wächst. Bei Infrastrukturprojekten besteht zum Beispiel noch großes Potenzial für erdbeobachtungsgestützte Anwendungen. Mit Hilfe von Radarsatelliten können wir inzwischen Bewegungen der Erdoberfläche oder von Bauwerken im Millimeter-Bereich erfassen. So können zum Beispiel Bodensenkungen, die in Bergbauregionen auftreten können, genauestens kartiert werden. Diese Präzision ließe sich auch für die Planung und den Bau von Straßen, Brücken oder Tunnelanlagen einsetzen. So können etwa vorab grundlegende Fragen zur Stabilität anhand der vorhandenen Daten geklärt werden: Wie fest ist der Untergrund, und wie ist die geologische Situation? Aber auch die Begutachtung von technischen Bauwerken mittels Satellitendaten ist möglich. Sie kann zukünftig dazu beitragen, dass Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden, bevor größere Schäden auftreten.

Gibt es neben der Infrastruktur noch weitere innovative Anwendungsfelder?

Ein anderes spannendes Feld ist die satellitengestützte Geodäsie. Mit den Schwerefeld-Missionen GRACE und GRACE Follow-On liegen uns seit 2002 Informationen zu Massenveränderungen der Erde vor. Diese Daten geben uns einen einzigartigen Einblick in die Veränderungen der Wasser- und Eismassen der Erde. Wenn Grundwasservorkommen leergepumpt werden, können wir das nun erkennen. Aber auch das Ausmaß der Gletscherschmelze lässt sich auf diese Weise genau bestimmen, sowie der Anstieg des Meeresspiegels - und das unabhängig von der Wassertemperatur. All dieses Wissen kann dazu beitragen, den Wasserhaushalt regenerationsfähig zu halten und längerfristige Trends zu erkennen.

Europäische Erdbeobachtungssatelliten liefern bereits zahlreiche Daten. Was sind die Besonderheiten der zukünftigen deutschen EnMAP-Mission?

Die deutsche Satellitenmission EnMAP soll im Jahr 2021 ins All starten. Eine ihrer Besonderheiten ist, dass sie in der Lage sein wird, den Gehalt von Tonmineralen und organischer Substanz im Boden zu ermitteln. Beides sind wichtige Faktoren für die Fruchtbarkeit eines Bodens sowie dessen Fähigkeit, Wasser zu speichern. Auch kann mit EnMAP der Blattwassergehalt von Pflanzen bestimmt werden - das ist bislang einzigartig. Gerade in Zeiten von zunehmendem Klima- und Dürrestress für die Pflanzen sind dies wichtige Informationen für die Land- und Forstwirtschaft. In Deutschland werden annähernd 47 Prozent der Fläche landwirtschaftlich genutzt, rund 70 Prozent davon sind Ackerflächen. Die Mission kann dazu beitragen, die landwirtschaftliche Nutzung in Zeiten des Klimawandels nachhaltig zu gestalten.

EnMAP ist ein so genannter "Umweltsatellit". Inwiefern unterstützt die Mission den Umweltschutz?

Der Satellit besitzt eine einzigartige Sensorik, mit der sich beispielsweise die Eigenschaften von Pflanzen oder auch die Wasserqualität von Binnen- und Küstengewässern bestimmen lassen. Das sind Informationen, die uns helfen, die weltweiten Umweltveränderungen zu verstehen - denn sie ermöglichen es uns, auch eine leichte Abwandlung von Lebensräumen frühzeitig zu erkennen

Müll und Schadstoffe im Wasser und an der Bodenoberfläche können von EnMAP ebenfalls aufgespürt werden. Der Plastikmüll im Meer lässt sich mit EnMAP entdecken und sogar nach seiner Art unterscheiden. Ebenso kann der Satellit Ölteppiche nicht nur erkennen, sondern auch die Zusammensetzung des Öls nachweisen. Mit Hilfe dieser Verfahren können so Zonen mit hoher Umweltverschmutzung lokalisiert werden. Verunreinigungen treten aber auch oberflächlich in Böden auf, etwa als Altlast ehemaliger Tankstellen- oder Industriegelände.

Vom 12. bis zum 13. November 2019 findet in Köln die Konferenz "Neue Perspektiven der Erdbeobachtung" statt. Welche Ergebnisse erhoffen Sie sich von der Veranstaltung?

Mit der Konferenz möchten wir Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen und Start-ups zusammenbringen. Die Experten werden aktuelle Ansätze für erdbeobachtungsgestützte Anwendungen aus unterschiedlichsten Bereichen vorstellen und diskutieren. Dabei geht es nicht nur um die Vernetzung und den gegenseitigen Austausch, sondern wir suchen ganz gezielt nach neuen Ansätzen für konkrete Anwendungen. Hier gilt es auszuloten, wo die Potenziale der Satellitenerdbeobachtung liegen und wie diese Informationen aufbereitet werden müssen, um in politisches und wirtschaftliches Handeln umgesetzt werden zu können. Kurz gesagt: Wie müssen die Anwendungen aussehen, um erfolgreich zu sein? Zukunft entsteht aus Ideen, und die wollen wir hier entwickeln.

Kontakt
  • Diana Gonzalez
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Raumfahrtmanagement
    Strategie und Kommunikation
    Telefon: +49 228 447-388
    Königswinterer Str.  522-524
    53227 Bonn
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  • Godela Roßner
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Raumfahrtmanagement, Erdbeobachtung
    Telefon: +49 228 447-592
    Telefax: +49 228 447-747
    53225 Bonn-Oberkassel
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