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arcAKTUELL 2.2012 - Erde 2.0 - GIS und Natur

s c h w e r p u n k t32 GeoMon – Geometrisches Monitoring der Tagesoberfläche mit ArcGIS In Bereichen des Steinkohlebergbaus an Ruhr und Saar treten – bedingt durch den untertägigen Abbau – dynamische Veränderungen der Ta- gesoberfläche auf. Um der Verpflichtung zur Dokumentation, Überwa- chung, Analyse und Prognose der damit verbundenen ökologischen, hydrologischen und geometrischen Auswirkungen auf die Tagesober- fläche nachzukommen, verfügt die RAG Aktiengesellschaft (RAG) über umfangreiche historische und aktuelle Daten, die durch verschiedenar- tige terrestrische und fernerkundliche Erfassungsmethoden erhoben wurden oder durch GIS-Analyse und -Modellierung entstanden sind. Die Archivierung und Bereitstellung dieser Daten in einem einheitlich strukturierten, bedarfsorientierten System ist wesentlich für das Daten- management im Rahmen des Monitoringprozesses. Neue Sensorik Derzeit erarbeitet die RAG ein Messkonzept, das unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten ein geometrisches Monitoring der Tagesoberfläche optimal unterstützt. Dabei werden klassische terrestri- sche Messanordnungen (zum Beispiel Nivellement) mit innovativen fer- nerkundlichen Methoden und Sensoren kombiniert. Hier bieten sich sa- tellitengestützte, radarinterferometrische Verfahren an. Sie ermöglichen es, die terrestrischen, meist linienhaften Messelemente um flächenhaf- te Aussagen mittels der differenziellen SAR Interferometrie (DInSAR) so- wie um punktuelle Rückstrahler (Persistent Scatterer – PSI) in den Radar- satellitenbildern zu ergänzen. Die Tagesoberfläche im Fokus Mit dem auf ArcGIS basierenden Fachinformationssystem Monitoring (FISMon) steht der RAG bereits seit einiger Zeit ein System zur Verfü- gung, das zur Unterstützung des wasserwirtschaftlichen und ökologi- schen Monitorings eingesetzt wird. Zur Erkennung und Bewertung von Oberflächenbewegungen wurde das ebenfalls auf ArcGIS basierende Geometrische Monitoringsystem (GeoMon) entwickelt, in dem sämtli- che verfügbaren geometrischen Messpunktinformationen verwaltet werden, um den effizienten Zugriff sowie eine qualitative und nutzungs- abhängige Aus- und Bewertung verfügbarer Daten gewährleisten zu können. Beide Systeme sind integrale Bestandteile des Umweltmonito- ring-Informationssystems der RAG (UMIS) zur gebündelten Bereitstel- lung aller für das Monitoring relevanten Daten. 4-D-Abbildung der Objekte in der GeoMon-Datenbank Zentraler Bestandteil von GeoMon ist eine 4-D-Punktdatenbank mit 3-D-Punkt-Featureklassen. 4-D steht als Synonym dafür, dass der Faktor Zeit als vierte Dimension berücksichtigt wird. Dieser Faktor ist wegen der dynamischen Prozesse während und nach den Abbautätigkeiten von elementarer Bedeutung. In der GeoMon-Datenbank werden terres- trische Messpunkte, fotogrammetrische Punkte und fernerkundliche Punkte geführt. Für die Homogenisierung der Punktdaten aus verschie- denen Quellen und somit aus oft unterschiedlichen Referenzsystemen wurde als zulässiges geodätisches Datum ETRS89 (geozentrisch-karte- sisch) definiert. Da bergbaubedingte Bodenbewegungen Punkte der Tagesoberfläche in der Höhe und geringfügig in der Lage verschieben, kann eine Punktidentifikation – über die Zeit betrachtet – nicht über die Punktkoordinate gewährleistet werden. Auch die Punktnummer ist in vielen Fällen keine konstante Größe über die Zeit. In GeoMon wird des- halb je Messpunkt und Messdatum ein Geoobjekt (Point Feature) in der Datenbank erstellt. Es werden dabei keine Beziehungen zwischen Mes- sungen eines gleichen Punkts untereinander hergestellt. Die Identifika­ tion eines Punkts über die Zeit erfolgt vielmehr per Selektion von Meta­ daten (Projektgebiet, Punktart, Zeitraum, Herkunft, Lieferant und andere). Perfekte GIS-Analysewerkzeuge Mittlerweile sind umfangreiche Datenbestände in GeoMon importiert worden. In der Modellierung der Datenstruktur wurde auf die Hetero- genität der Quellen geachtet. Obwohl die fernerkundlichen Sensoren nahezu unbegrenzte Mengen liefern können, sind nach Filterprozessen im Moment davon nur einige Hunderttausend Punkte in GeoMon inte- griert. Von den terrestrisch gemessenen Punktobjekten haben zusätz- lich einige Tausend Objekte strukturiert und klassifiziert Eingang in den Objektcontainer gefunden. Nun kann mittels umfangreicher in ArcGIS vorhandener und zusätzlich speziell entwickelter Werkzeuge (» Abbildung 1) in GeoMon die raumzeitliche Veränderung von Objekten in verschiedens- ten Formen (zum Beispiel Zeitreihenanalyse – » Abbildung 2) untersucht wer- den. Die Flexibilität der Betrachtungen und der Perspektiven auf Objekte und ihr Verhalten unterstützt die Beurteilung der beobachteten dynami- schen Veränderungen. Gut aufgestellt in die Zukunft Hohe Periodizität der Sensoren und große Objektmengen erfordern eine optimale digitale Basis. Mit GeoMon und seiner Punktverwaltung kann die RAG die Aufgaben aufgrund der Erfahrung aus über 20 Jahren mit Werkzeugen von Esri auch in der Zukunft verantwortungsvoll bewältigen. RAG Aktiengesellschaft Peter Vosen www.rag.de ++ Objekte in 4-Dverwalten Abbildung 1: GeoMon ArcMap Toolbar Abbildung 2: GeoMon – Zeit­reihenanalyse von Nivellementpunkten

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