Die Radarinterferometrie ist ein fernerkundliches Messverfahren, das sich aufgrund einer hohen messtechnischen Genauigkeit und Präzision im Millimeterbereich, in Kombination mit einer großflächigen räumlichen Abdeckung und hohen zeitlichen Auflösung, zunehmend als neuer Standard zur Erfassung von Bodenbewegungen etabliert.

Datengrundlage und Messverfahren

Als Datengrundlage für das Bodenbewegungskataster NRW dienen frei verfügbare SAR-Daten der Radarsatellitenmission Sentinel-1, die Bestandteil des europäischen Erdbeobachtungsprogramms ‚Copernicus‘ ist und federführend von der europäischen Weltraumorganisation (ESA) betrieben wird.

Jedes im Bodenbewegungskataster NRW dargestellte 250 m-Hexagon beruht auf mindestens drei sogenannten Persistent Scatterer-Pixeln. Ein Persistent Scatterer kennzeichnet sich dabei durch ein langzeitstabiles kohärentes Rückstreusignal aus und tritt als solches üblicherweise an anthropogenen Strukturen wie beispielsweise Gebäuden oder Infrastruktur auf. Bodenbewegungen zwischen zwei einzelnen Aufnahmezeitpunkten können in Blickrichtung des Satelliten aufgrund der verwendeten kohärenten Mikrowellenstrahlung durch Phasendifferenzbildung ermittelt werden. Durch rechenintensive statistische Operationen lassen sich aus einem zeitlich geordneten Stapel an Phasendifferenzbildern (Interferogrammen) für jeden einzelnen als Persistent Scatterer identifizierten Pixel gemittelte Geschwindigkeitswerte (in der Einheit mm/Jahr) errechnen und eine Abfolge des zeitlichen Verlaufs der Bodenbewegungen erstellen. Unter der Annahme, dass kein horizontaler Versatz stattgefunden hat, lassen sich die Messungen in Blickrichtung des Sensors (Line of Sight, LOS) eines jeden Pixels dann in vertikale Bodenbewegungen (Höhenänderung) überführen. Die einzelnen Hexagone geben somit Auskunft über die jährliche Geschwindigkeitsrate und über den zeitlichen Verlauf der Bodenbewegungen.

Qualitätsmanagement

Die Qualitätssicherung der Ergebnisse erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Schritten. Zunächst werden die Ergebnisse im Rahmen der Georeferenzierung auf den Höhenfestpunkten im amtlichen Raumbezug gelagert. Hierfür werden ausschließlich langzeitstabile Höhenfestpunkte außerhalb der Bodenbewegungsgebiete mit einer jährlichen Bewegungsrate <1 mm herangezogen. Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt die Validierung der Ergebnisse der PSI mit den nicht zur Lagerung genutzten Höhenfestpunkten des Leitnivellements.

Visualisierung

• Innerhalb eines Hexagons sind die Messergebnisse aller PS-Punkte der jeweiligen Fläche gemittelt.
• Grüne Farbe kennzeichnet Hexagone, deren mittlere Geschwindigkeit gering ist: -3 bis +3 mm/Jahr.
• Gelbe bis rote Farbe visualisiert Hexagone, deren mittlere Geschwindigkeit -3 mm/Jahr überschreitet (Senkungen).
• In Türkis bis Blau werden Hexagone mit mittlerer Bewegungsrate größer +3 mm/Jahr dargestellt (Hebungen).

Die im Bodenbewegungskataster NRW gezeigten vertikalen Bodenbewegungen basieren mit der Persistent Scatterer Interferometrie auf einem komplexen und hochgradig rechenintensiven wissenschaftlichen Verfahren. Die erzielte Genauigkeit liegt dabei überwiegend in einem Wertebereich von besser +/- 2 mm/Jahr. Die Sentinel-1 SAR-Daten wurden mit größtmöglicher Sorgfalt ausgewertet, jedoch können verbleibende Restfehler im dargestellten Produkt nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Auch wenn sich die Radarinterferometrie zunehmend als neues Standardverfahren zur Detektion von Bodenbewegungen etabliert, so handelt es sich beim Bodenbewegungskataster NRW um ein nicht interpretiertes Produkt, das niemals als alleinige Entscheidungsgrundlage herangezogen werden sollte. Die Ergebnisse des Bodenbewegungskatasters NRW sind somit immer nur unter Einbezug anderer geodätischer Verfahren (z. B. Nivellement, GNSS-Messungen) zu sehen und eine abschließende Beurteilung obliegt im Einzelfall entsprechend geschultem Fachpersonal. Auch wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den dargestellten Höhenänderungen methodisch bedingt immer um rückwirkende Messungen, also keine Echtzeitmessungen, handelt. In Bereichen mit Vegetation und Wasser liegen in Folge von Dekorrelationseffekten methodisch bedingt keine Daten vor und auch kleinräumige schnell kollabierende Senkungsbereiche (z. B. durch Unterspülung) lassen sich mit der Methode nicht detektieren.

• Überwachung von Bodenbewegungen
• Umwelt- und Grundwasserschutz
• Bau- und Infrastrukturplanung
• Stadtentwicklungsplanung, Entwicklung des ländlichen Raumes
• Zusammenführung mit weiteren Geobasis- und/oder Geofachdaten

WMS-T NW Bodenbewegungskataster

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Das Bodenbewegungskataster NRW wird über Online-Verfahren kostenfrei bereitgestellt.

• Für dieses Produkt von Geobasis NRW gilt die Datenlizenz Deutschland – Namensnennung – Version 2.0.
  • Nutzung der Dienste
    Enthält modifizierte Copernicus Sentinel-1 Daten [2014-2021], verarbeitet durch Geobasis NRW; dl-de/by-2-0 (www.govdata.de/dl-de/by-2-0); https://www.wms.nrw.de/geobasis/wms-t_nw_bodenbewegungskataster