Gefährdete Verkehrsinfrastruktur: Bewegungen mit Satelliten erfassen

Bewegungen und Verformungen frühzeitig erkennen

Autobahnen und Schienen bilden ein großes Infrastrukturnetz, dessen Funktionsfähigkeit für unsere Gesellschaft und Wirtschaft wichtig ist. Wie der Einsturz der Carolabrücke in Dresden im September 2024 gezeigt hat, kann die alternde Verkehrsinfrastruktur eine Gefährdung darstellen. Neben Materialermüdung können auch Bewegungen des Untergrundes, zum Beispiel durch Bergbau in der Umgebung, zu Verformungen an Verkehrsinfrastrukturen führen. Das Ziel des Forschungsvorhabens SAR4Infra ist es, Bewegungen und Verformungen an Schienen, Autobahnen und Brücken frühzeitig zu erkennen.

In diesem Projekt sollen die für die Überwachung der Verkehrsinfrastrukturen verantwortlichen Behörden unterstützt werden. Die bisherige Überwachung der Infrastrukturen beschränkt sich auf präzise Messungen vor Ort mit Tachymetern, Nivellement und GNSS. Diese Art der Überwachung ist zeitintensiv und kann nicht an allen Infrastrukturen gleichzeitig erfolgen.

Satelliten-Daten nutzen

Daher wird in diesem Projekt eine Satellitenbild-basierte Methodik genutzt und weiterentwickelt, die eine flächenhafte Beobachtung der Schienen, Autobahnen und Brücken ermöglicht. Damit sollen die existierenden Methoden nicht ersetzt, aber ergänzt werden. Es werden Satellitenbilder von dem Radarsatelliten Sentinel-1 genutzt. Dieser Satellit entstammt dem Copernicus Programm der Europäischen Raumfahrt Agentur (ESA) und alle aufgenommenen Bilder stehen frei zur Verfügung. Der Radarsatellit sendet ein Mikrowellensignal aus, das dann von unterschiedlichen Objekten (Rückstreuern) zurück reflektiert wird.

In einem Abstand von 12 Tagen werden wiederholt Radarbilder von der Erdoberfläche aufgenommen und werden dann mit interferometrischer Messmethodik über längere Zeiträume ausgewertet. Für einzelne Messpunkte, die aufgrund ihrer Rückstreueigenschaften eine hohe Signalqualität aufweisen, werden Bewegungszeitreihen abgeleitet, anhand derer Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand der Verkehrsinfrastruktur oder etwaige Verformungen gezogen werden.

Bewegungszeitreihen

Im Projekt wird eine Prozesskette entwickelt, die automatisiert die Bilder des Satelliten Sentinel-1 für die Erstellung von Bewegungszeitreihen auswertet. Dies erfolgt auf Rechenservern (in der Cloud) die vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) für die Auswertung von Satellitenbildern für behördliche Zwecke in Deutschland zur Verfügung gestellt wird. Anstatt die großen Satellitenbilder (mehrere Gigabyte) einzeln herunterzuladen und auf lokalen Rechner zu verarbeiten, werden die Satellitenbilder auf einem Server mit entsprechender Rechenkraft bereits vorgehalten. Dies ermöglicht eine effizientere Verarbeitung der Daten.

Die berechneten Bewegungszeitreihen der einzelnen Rückstreuer an Verkehrsinfrastrukturen wird der zuständigen Landesbehörde für die Interpretation und Entscheidungsfindung zur Verfügung gestellt.

Das Projekt SAR4Infra wird durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr finanziert.