Neue Weltkarte in 3D: Globales Höhenmodell TanDEM-X fertiggestellt
4. Oktober 2016
Neue Weltkarte in 3D: Globales Höhenmodell TanDEM-X fertiggestellt
Kraterlandschaft der "Nevada Test-Site"
Die "Nevada Test Site" war seit 1951 Schauplatz zahlreicher Atombombentests. Das Wüstenareal 100 Kilometer nordwestlich von Las Vegas ist übersät mit Explosionskratern.
Durch vulkanische Aktivitäten wurden in der Maur-Adrar-Wueste Sedimentschichten des Urozeans an die Erdoberfläche gedrückt. Saharawinde erodierten mit der Zeit die unterschiedlich harten Schichten der Intrusion zu konzentrischen Felsringen und Senken. Die markante Formation bildet eine Landmarke für die Astronauten.
Die Chuquicamata-Kupfermine im Norden Chiles ist der zweitgrößte Kupfertagebau der Erde. Eine Grube gewaltigen Ausmaßes zeugt von den enormen Massebewegungen. Auf einer Fläche von etwa 13 Quadratkilometern wurde das Gestein bis auf eine Tiefe von über 850 Metern abgebaut. Im Zentrum des Bildes liegt der Ort Calama ca. 10 Kilometer entfernt vom Tagebau.
Die neue dreidimensionale Karte der Erde ist fertig. Metergenau zeigen sich jetzt die Berggipfel und Talebenen der ganzen Welt auf einen Blick. Im Rahmen der Satellitenmission TanDEM-Xist ein globales Höhenmodell entstanden, das im Vergleich zu anderen globalen Datensätzen unübertroffen genau ist und auf einer einheitlichen Datenbasis beruht. Die rund 150 Millionen Quadratkilometer Landoberfläche wurden aus dem All von Radarsensoren abgetastet. "TanDEM-X hat ein neues Kapitel in der Fernerkundung aufgeschlagen. Die Technologie zum Radarbetrieb von zwei Satelliten im engen Formationsflug ist nach wie vor einzigartig – und war der Schlüssel für die hochgenaue Neuvermessung der Erde. Damit hat das DLR seine Vorreiterrolle unter Beweis gestellt und die Voraussetzungen für den nächsten großen Entwicklungsschritt in der satellitengestützten Erdbeobachtung geschaffen - für die angestrebte Radarmission Tandem-L", sagt Vorstandsvorsitzende des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) Prof. Pascale Ehrenfreund.
Mehr als 1.000 Wissenschaftler weltweit nutzen bereits die Daten der Mission. "Mit der Fertigstellung des globalen TanDEM-X Höhenmodells erwarten wir nochmal eine deutliche Steigerung des wissenschaftlichen Interesses. Genaue topographische Daten sind essentiell für sämtliche geowissenschaftliche Anwendungen", so Prof. Alberto Moreira, leitender Wissenschaftler der TanDEM-X-Mission und Direktor des DLR-Instituts für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Die Anwendungsmöglichkeiten des einzigartigen Datensatzes reichen von der Klima-und Umweltforschung über das Vermessungswesen bis hin zur Infrastrukturplanung beim Stadt- und Straßenbau.
Erwartungen übertroffen
Die Qualität des globalen Höhenmodells übertrifft alle Erwartungen: 1 Meter beträgt die Höhengenauigkeit der Geländekarte – eine Größenordnung besser als die geforderten 10 Meter. Dies ist ein Ergebnis der hervorragenden Kalibrierung des Systems. So wurde etwa der Abstand der beiden Satelliten im Formationsflug milimetergenau bestimmt. Unerreicht ist auch die globale Abdeckung durch TanDEM-X – sämtliche Landflächen wurden mehrfach aufgenommen und zu Höhenmodellen verarbeitet. Die Fernerkundungsspezialisten des DLR haben dabei eine digitale Weltkarte erstellt, die sich aus über 450.000 Einzelmodellen Pixel um Pixel höhengenau zusammensetzt – ein 3D-Mosaik der besonderen Art.
Mit dieser Mission wurde in vielen Bereichen Neuland betreten. Der enge Formationsflug der beiden Satelliten bei Minimalabständen von 120 Meter ist ebenso zur Routine geworden wie die vielfältigen Manöver, um die Formation laufend zu verändern und den Anforderungen an die Aufnahmegeometrie anzupassen. Ähnliches gilt für den bistatischen Radarbetrieb: Die simultane Datenaufnahme mit zwei Radarsatelliten war anfangs eine große Herausforderung aber Notwendigkeit, um die hohe Genauigkeit der Höhenmodelle sicherzustellen. Das DLR ist nun weltweit Vorreiter für diese zukunftsweisende Technik.
Gletscherstrukturen in Kronprins Christian Land, im Nordost-Grönland-Nationalpark, dem größten Nationalpark der Welt. Es handelt sich um ein nahezu perfekt geformtes Beispiel eines Vorland Gletschers, der zu einem größeren Gletschernetzwerk gehört.
Animation: Elephant Foot Gletscher in Nordgrönland
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Animation: Elephant Foot Gletscher in Nordgrönland
Gletscherstrukturen in Kronprins Christian Land, im Nordost-Grönland-Nationalpark, dem größten Nationalpark der Welt. Es handelt sich um ein nahezu perfekt geformtes Beispiel eines Vorland Gletschers, der zu einem größeren Gletschernetzwerk gehört.
Credit:
DLR
Zwischen Januar 2010 und Dezember 2015 haben die Radarsatelliten über das weltweite Empfangsnetz mehr als 500 Terabyte Daten zur Erde übertragen. Parallel dazu begann 2014 die systematische Erstellung der Höhenmodelle. Ausgeklügelte Prozessierungsketten verarbeiten die Daten mittels hochgenauer und effizienter Algorithmen zu den finalen Höhenmodellen. Dabei ist das Datenvolumen inzwischen auf insgesamt über 2,6 Petabyte gestiegen – die Rechnersysteme erbringen stetig Höchstleistungen. "Die Verarbeitung dieser Daten war eine spannende Herausforderung für uns", erklärt Prof. Richard Bamler, Direktor des DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF), "Umso mehr faszinieren uns jedoch nun unsere ersten wissenschaftlichen Analyseergebnisse. Anhand des aktuellen Höhenmodells konnten wir zeigen, dass in einigen Regionen der Erde, Gletscher bis zu 30 Meter pro Jahr an Dicke im Bereich der Gletscherzungen verlieren."
Nächste Schritte
Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X haben ihre spezifizierte Lebensdauer längst überschritten und funktionieren bis heute einwandfrei und so effizient, dass sie noch Treibstoff für mehrere Jahre haben. So ist mit der Fertigstellung der 3D-Weltkarte noch nicht das Ende der Mission erreicht. Aufgrund der Besonderheit des Formationsflugs sind weitere wissenschaftliche Experimente geplant. Moreira weist darauf hin: "Das System Erde ist hochdynamisch, das zeigt sich auch in der Topographie. Mit regelmäßigen Updates könnten wir solche dynamischen Prozesse künftig systematisch erfassen. Das ist das primäre Ziel der von uns vorgeschlagenen Tandem-L Mission."
Neue Radarverfahren mit synthetischer Apertur (SAR) erlauben es künftig, innerhalb kurzer Zeitspannen zeitgleich vielfältige Daten zur Erforschung des globalen Ökosystems zu liefern. Die Nachfolgemission Tandem-L könnte alle acht Tage ein aktuelles Höhenbild der gesamten Landmasse der Erde zur Verfügung stellen und dynamische Prozesse somit zeitgerecht erfassen. Dadurch wäre es auch möglich, Beiträge zur Überprüfung internationaler Klima- und Umweltabkommen zu leisten. Neue Radarverfahren und innovative Missionen wie Tandem-L sollen künftig dazu beitragen ein besseres Verständnis der dynamischen Prozesse zu gewinnen – zum Schutz und Erhalt der Erde. Mit der Fertigstellung des globalen Höhenmodells TanDEM-X ist nun der Weg bereitet für die nächste Dimension der Radarfernerkundung.
Ein Trockental durchbricht die Sanddünen der Namib. Die interessante Struktur dieses Bildes ist das Ergebnis der verschiedenen Dünenformen, die aufgrund der des TanDEM-X Höhenmodells in 3D in hoher Detailschärfe erkennbar sind.
Animation: Sossusvlei im Naukluft National Park
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Animation: Sossusvlei im Naukluft National Park
Ein Trockental durchbricht die Sanddünen der Namib. Die interessante Struktur dieses Bildes ist das Ergebnis der verschiedenen Dünenformen, die aufgrund der des TanDEM-X Höhenmodells in 3D in hoher Detailschärfe erkennbar sind.
Credit:
DLR
Über die Mission
TanDEM-X wurde im Auftrag des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie als Projekt in öffentlich-privater Partnerschaft mit Airbus Defence and Space umgesetzt. Das DLR ist verantwortlich für die wissenschaftliche Nutzung der TanDEM-X-Daten, die Planung und Durchführung der Mission, die Steuerung der beiden Satelliten und die Erzeugung des digitalen Höhenmodells. An der Entwicklung und dem Betrieb des Bodensegments der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung, das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum sowie der Raumflugbetrieb des DLR in Oberpfaffenhofen beteiligt. Die wissenschaftliche Leitung obliegt dem DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Airbus Defence and Space hat den Satelliten gebaut und ist an den Kosten für Entwicklung und Nutzung beteiligt. Das Unternehmen ist auch für die kommerzielle Vermarktung der TanDEM-X-Daten zuständig.
Der Zugang zum TanDEM-X Höhenmodell ist folgendermaßen geregelt: Das DLR gibt die Daten kostenlos an wissenschaftliche Projekte heraus. Dazu müssen Interessenten jedoch den wissenschaftlichen Charakter ihres Projektes mit einem Proposal nachweisen und beim DLR einreichen. Alle Informationen dazu finden sich auf der Projekt-Webseite. Kommerzielle Nutzer der Daten müssen sich an den Projekt-Partner Airbus Defence and Space wenden und können dort Höhendaten kostenpflichtig erwerben.
Die Daten der TanDEM-X-Mission sind in einer sogenannten Public-Private-Partnership entstanden. Auf Grund dieser Kooperation stellt das DLR die Daten der Wissenschaft zur Verfügung, der Industriepartner Airbus hingegen zeichnet für die kommerzielle Vermarktung verantwortlich. Es ist vorgesehen, das Geländemodell in einer geringeren Auflösung für Jedermann zur Verfügung zu stellen, so dass eine Verarbeitung der Daten auch mit handelsüblicher Computertechnik möglich ist.
