Identifizierung kritischer Bauwerkszustände mit Hilfe von Satellitendaten - Neue Perspektiven der Erdbeobachtung 2019
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Identifizierung kritischer Bauwerkszustände mit Hilfe von Satellitendaten Neue Perspektiven der Erdbeobachtung 2019 Dr. Oliver Lang, Dr. Jan Anderssohn, Dr. Diana Walter
Deutscher Bodenbwegungsdienst (BBD)
Datengrundlage
Skalierte
Nationale Abdeckung / mittlere Zoom-Produkt: Lokale Abdeckung / Datengrundlage
Auflösung basierend auf Sentinel-1 höchstauflösend, basierend auf TerraSAR-X
vorhanden
Zoom-Produkt,
höchstauflösend
(3 – 0,25 m)
Senkung Hebung
Boden-Bewegungsdienst Deutschland (BBD) Brücke am Rheindahlener Sprung
des BGR © Airbus Defence and Space
2
2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Nutzung der SAR-Interferometrie für Zustandserfassung
• Studien zeigen das hohe Potential von InSAR für die
Zustandserfassung von Bauwerken
• Aber…
– Retrospektive Analyse
– Fehlendes operatives Monitoringkonzept
• Nachfolgende Beispiele
– Schräglagen von Gebäuden
– Kollabierende Dämme
Pietro Milillo, Giorgia Giardina, Daniele Perissin, Giovanni
Milillo, Alessandro Coletta and Carlo Terranova Remote
Sens. 2019, 11(12), 1403; doi:10.3390/rs11121403
3 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Schräglagen von
Gebäuden
Böblingen,
Deutschland
Geothermal Drilling
TerraSAR-X, High-
Resolution SpotLight
resolution 1 m
166 scenes
02/2014 – 08/2019
© Airbus Defence and Space GmbH 2019
4 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Tailing Dam
Monitoring
!
Australien
Beschleunigung
einige Wochen vor
Bruch
Folgen:
hoher ökonomischer
+ ökologischer
Schaden
movement
stability
2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
movement
Herausforderungen bei der Nutzung fernerkundlicher Messdaten
Erfassung Zustandserkennung Beurteilung
• In-situ Messungen • Integration von Messdaten • Tragwerkszustand
• InSAR • Temperaturkompensation • Spezifisches Risiko
J K L
•… •… •…
Aktuelle Fragestellungen:
• Kompensation von „unerwünschten“ Bewegungseinflüssen
• Integration von InSAR-Daten in baustatische Risikomodelle
• Groß-skaliges Monitoringkonzept: Generalisierung von Modellen,…
6 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Herausforderung bei Zustandserkennung: ascending descending
Vertical
1D Messmethode
• Eine Orbitgeometrie: 1D-Messung (line-of-sight)
• Zwei Orbitgeometrien: 2D-Messung (vertikal, Ost-West)
• „Blind“ für Nord-Süd Bewegungen MLOS-asc
θasc θdesc
è Risiko von Unter-/Überschätzungen, insbesondere bei
Existenz von Horizontalverschiebungen MReal
West East
MLOS-desc
West East
7 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Herausforderung bei Zustandserkennung: Ort der Messung
Stuttgart-S21
Vergleich InSAR - Nivellement
8 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Herausforderung bei Zustandserkennung: Ort der Messung
Nivellementdaten bereit gestellt durch WBI
9 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Herausforderung bei Zustandserkennung
Temperatureinfluss
Input 64 TerraSAR-X HS
Scenes
Seasonal Variation
10 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Herausforderung bei Zustandserkennung:
Überlagerung von Lasten und Einflüssen
• Kompensation notwendig
– Temperatureinflüssen
– sonstigen Lasten (Wind, Befahrung,…)
• Interpretation benötigt interdisziplinäre
Expertise
Humboldbrücke Potsdam
© Airbus Defence and Space
11 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Aktuelle Forschungsvorhaben • MI-DAM (2017-2020) Multisensorales Monitoring eines Wasserstaubauwerks • LEVANGO (2019-2021) Langzeitüberwachung und Ermittlung kritischer Bauwerkszustände von Brücken 12 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
Confidential
Forschungsprojekt MI-DAM– Monitoring Kurpsai Dam, Kyrgyztan with TerraSAR-X
TerraSAR-X Staring Spotlight Mode
Ground resolution: 1 m x 0.25 m
Kurpsai dam, image: M. Pilz
In cooperation with Funded by: FKZ: 03G0877E
13 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Confidential
Intermediate result: Pesistent Scatterer Analysis (Descending)
Average line-of-sight velocity [mm/a]
© DLR e.V. 2017-2019 and © Airbus Defence and Space GmbH 2019
• Method: Persistens Scatterer
Interferometry (PSI)
• Input: 39 TerraSAR-X ST scenes
• Observation period
24/11/2017 – 16/01/2019
• Observation interval: 11 days
14 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Confidential
2D-Decomposition: 2 viewing geometries
Vertical
© DLR e.V. 2017-2019 and © Airbus Defence and Space GmbH 2019
East-West
15 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019LEVANGO - Langzeitüberwachung und Ermittlung kritischer
Bauwerkszustände von Verkehrswegen durch Analyse von Geodaten
• Im Rahmen des Förderprogramms von Innovations- und
Transfervorhaben der Raumfahrt
• Partner:
Fachgebiet Statik und
Dynamik
Projektträger:
TerraSAR-X HS Aufnahme: Wehretalbrücke
FKZ 50RP1985A © DLR e.V. 2019 und © Airbus Defence and Space GmbH 2019
16 1 February, 2017 Presentation title runs here (go to Header and Footer to edit this text)Forschungsprojekt LEVANGO
Motivation
• 12.000 Brücken der Autobahnen bzw. Bundesstraßen benötigen mittelfristig Erhaltungsmaßnahmen
Forschungsbedarf
• Mehrwehrt der fernerkundlichen Beiträge zur Ermittlung des Gefährdungspotentials
• Integration von satellitengestützen Bodenbewegungsmessungen in Risikomodelle von Bauwerken
• Skalierung fernerkundlicher Monitoringverfahren (nationale Abdeckung, lokale Detailinformation)
Fachgebiet Statik und
Dynamik
17 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Radar
Constellation
• Same orbit plane
• Acquisition capacity
4-Day-Cycle
doubled
• Enhanced InSAR-Repeat
Cycle
• Benefitting monitoring
applications
7-Day-Cycle
18 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019Böblingen, Germany
17.06.2018 – 15.06.2019
Surface
Movement
Monitoring (SMM)
InSAR using
mixed data
stacks
4-Day-
Cycle
TSX TSX/PAZ
7-Day-
Cycle
19 SAR Analytics Symposium 2019, Rome
© Airbus Defence and Space GmbH 2019WorldSAR – Current and Future Missions
HRWS (2025)
incl. 3 companions
PAZ (2018) Export partner Small Sat Const.*
partner
TerraSAR-X (2007)
TanDEM-X (2010)
* Small Satellite SAR
WorldSAR Next Generation constellation concepts for
§ HRWS (1200 MHz, < 25 cm, mono- and multi- massive revisit
WorldSAR Constellation Operation static mission incl. 3 passive companions)
with Hisdesat (ES) § Export partner
§ Small Satellite SAR Constellation
20 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019HRWS: VHR Imaging Modes for Site Monitoring
25 cm VHR Spot Light Mode Theatre Mode in 25 cm VHR resolution
Nuclear Power Plant Nuclear
Power Plant
Military Airfield
Military Airfield
Nuclear Power Plant
Military Airfield Hydroelectric Dam
Hydroelectric Dam
Nuclear Power Plant
Coal Fired
Power Plant
Airfield
22Vielen Dank! Dr. Oliver Lang Head of SAR-Monitoring Services Airbus Defence and Space / Intelligence T +49 331 237 484 24 M +49 151 182 208 27 E oliver.ol.lang@airbus.com 23 2. EO-Symposium „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ 2019
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