Monitoring of soil motion caused by coal mining by means of high resolution satellite imagery and airborne laser scanner data (2001)

Cooperation with: Deutsche Steinkohle AG (DSK),

Research Group: Geometric aspects of sensors and images

Contact Person: Karsten Jacobsen

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Hintergrund und Ziel:

Aus den zunehmend höheren Abbaugeschwindigkeiten im Steinkohlenbergbau durch Leistungssteigerungen im Bereich des Vortriebes und der Gewinnung ergeben sich intensivere und größere bergbauliche Einwirkungen auf die Umwelt als unter den bisherigen Abbaubedingungen. Ein Augenmerk liegt darauf, daß, nach dem Einbruch der Stollen, 90% der Mächtigkeit der abgebauten Flöze innerhalb eines Jahres die Erdoberfläche als Senkung erreichen. Diese Einwirkungen müssen aus behördlichen und betrieblichen Gründen regelmäßig meßtechnisch überwacht werden, um eingetretene Auswirkungen nachzuweisen und zukünftige Einwirkungen zu prognostizieren.
Im Rahmen des o.a. Projektes der Deutschen Steinkohle AG (DSK) sollen die im Projektzeitraum verfügbaren Daten hochauflösender Satelliten und flugzeuggetragener Aufnahmesysteme auf ihre Eignung zur Erfassung flächenhafter Bodenbewegungen untersucht werden.

Aufgabe und Methoden:

Die notwendige regelmäßige Überwachung mit neuen Datenerfassungsverfahren zur hochgenauen Bodenbewegungsanalyse mit hohen Punktdichten und hoher jährlicher Wiederholungsrate kann flugzeuggestützt mit dem bildgebenden System der HRSC-A Kamera [http://www.dlr.de/HRSC-A] oder über Laserscanner- (TopoSys [http://www.Toposys.com], TopScan [http://www.Topscan.de]) bzw. Radarbefliegungen, Dornier Satellitensysteme [http://www.observe.de]), sowie mit den möglicherweise verfügbaren Daten des neuen amerikanischen Erdbeobachtungssatelliten IKONOS [http://www.geoeye.com/] erfolgen. Weiterhin wird das Verfahren der Radar-Interferometrie mit Daten der Satelliten ERS-1/2 [http://earth.esa.int/ers/] zur großflächigen Erfassung von Senkungen in urbanen Gebieten betrachtet. Die unterschiedlichen Verfahren sollen auf ihre Eignung untersucht und zu einem Erfassungskonzept für Bodenbewegungen aufgearbeitet und entwickelt werden.

Ergebnisse:

Zur Zeit findet eine Analyse der derzeitig verfügbaren Systeme auf ihre Eignung zum Monitoring von Bergbausenkungen statt.Von der Firma GAMMA Remote Sensing [http://www.gamma-rs.ch] wurden im Rahmen eines ESA-Projektes Radar-Interferogramme der Satelliten ERS-1 und ERS-2 im Bereich des nördlichen Ruhrgebietes erstellt. In diesen sind Areale mit für Senkungen typischen Interferogrammen zu erkennen. Hierauf erfolgte die Zusammenstellung von untertägigen Steinkohle-Abbauflächen und deren Abbaurichtung für die untersuchten Zeitschnitte. Nachdem auch die Radarbilder auf der Grundlage der TK25 georeferenziert wurden, erfolgte die Überlagerung der Interferogramme mit den Abbaugebieten. Es ist erkennbar, daß die Lage der aus den Radarbildern ermittelten Senkungen in bebauten Gebieten mit den Abbauflächen zusammenpaßt (siehe Bild). In den landwirtschaftlich genutzten Gebieten ist die Kohärenz der Radar-Daten wegen des unterschiedlichen Blickwinkels und der schnellen Änderung des Bewuchses nicht ausreichend. Eine Überprüfung der ermittelten Senkungen im Interferogramm in Bezug zum Abbauzeitraum, der Lage des Abbaus und den Bergbausenkungen wird im Projektverlauf erfolgen.

Bild

Das Bild zeigt für einen Bereich des nördlichen Ruhrgebiets die Überlagerung der Radar-Interferogramme vom 30.11.1995 und dem 10.10.1996. Die Lage der aktiven Abbaugebiete am 30.11.95 (gelb) und am 10.10.96 (cyan) sind dargestellt. Die Zahlen geben die Dauer des Abbaus in Tagen bzw. in Monaten an, die Pfeile zeigen die Abbaurichtung. Ein Farbverlauf (über magenta-gelb-cyan-magenta) im Interferogramm entspricht etwa der Höhenänderung im Bereich einer Wellenlänge (ca. 3 cm).