Mit unserem MACS-Kamerasystem haben wir bereits den Himalaya, die Arktis sowie unterschiedlichste Gebiete in Gefahren- und Katastrophenlagen dokumentiert. Ende Juni 2024 führte uns nun der Weg auf die Liparischen Inseln an der Nordspitze Siziliens: Im Rahmen der Vulcano Summer School 2024 konnte unser Team vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme seine Technologien auf der drittgrößten und südlichsten Insel des Archipels Vulcano testen. Dabei ist es uns mit unserem Kamerasystem MACS-nano erstmalig gelungen, eine drohnengestützte Echtzeit-Kartierung vulkanischer Gebiete am rund 390 Meter hohen, aktiven Krater „La Fossa“ durchzuführen. Der letzte große Vulkanausbruch fand dort im Jahr 1888 statt.
Startklar für die lange Reise
Das Equipment wurde am DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin verpackt und das Team startet die Reise in Richtung Italien.
Im März begannen die Planungen zur Logistik und zur Anreise der Teammitglieder. Schnell war klar, dass wir für den Transport des gesamten Equipments ein größeres Fahrzeug benötigen würden: Mit rund fünf Kubikmetern an Material starteten am 10. Juni drei Mitglieder unseres Teams Richtung Vulcano - immerhin 2.200 Kilometer, die es via Straße und Fähre zu bewältigen galt. Nach zwei anstrengenden Tagen war die Fahrt geschafft.
Am 12. Juni trafen auch die wissenschaftlichen Teams und die Studierenden auf der Vulkaninsel ein. Eine Besonderheit in diesem Jahr war die Beteiligung des DLR_School_Lab Berlin. Somit waren erstmals zehn Schülerinnen und Schüler mitsamt Lehrpersonal Teil der Summer School.
Das gesamte Team der diesjährigen Summer School auf Vulcano
Das Equipment kann nur per Muskelkraft auf den Krater gebracht werden. Mit Hilfe der TU Berlin und der Universität Potsdam hatten wir tatkräftige Unterstützung.
Bereits am nächsten Tag ging es erstmals hoch auf den Vulkankrater „La Fossa“. Das Team machte sich bereits in den frühen Morgenstunden auf den rund zweistündigen Weg. Der Aufstieg mit dem gesamten Equipment auf dem Rücken war nicht ohne: Jeweils 25 Kilogramm an Material sowie vier Liter Wasser mussten pro Person mitgeführt werden. Teilweise führte uns der Weg über Felsspalten und entlang an steilen Abhängen.
Besonders wichtig waren dabei die Planungen im Vorfeld: wissenschaftliche Instrumente, Kameras, Akkus, Drohnen – an alles, was oben am Krater benötigt wurde, musste vorab gedacht werden. Ein Teil zu vergessen hätte bedeutet, dass wir unverrichteter Dinge wieder zu unserer Unterkunft hätten zurückkehren müssen.
Der Aufstieg war anstrengend, aber die Aussicht war es jedes Mal wert
Oben angekommen war nur wenig Zeit, um die großartige Aussicht zu genießen. Vor Ort wurden verschiedene Areale ausgewählt, und dann ging es an die Arbeit. Für die geplanten Messungen und Kartierungen setzten wir eine Kombination aus IPS (Integrated Positioning System) und MACS (Modular Aerial Camera System) ein. Mit dem IPS kann nicht nur die genaue Position ermittelt werden, es kann auch die Umgebung in verschiedenen visuellen Spektren dokumentiert werden. Für das MACS-Kamerasystem wurden zwei unterschiedliche Drohnenkonfigurationen mitgeführt, um damit Luftbildaufnahmen von unterschiedlichen Gebieten erstellen zu können.
Das IPS im Einsatz am Kraterrand zwischen den aktiven Fumarolen
In jedem Zielgebiet wurden Markierungen ausgebracht und diese wurden mit einem Satellitennavigationssystem eingemessen. So haben wir sichergestellt, dass die Aufnahmen von MACS und IPS punktgenau zugeordnet werden können. Gleichzeitig dienen die Markierungen als Referenzpunkte, um die horizontalen Bodenbilder von IPS mit den vertikalen Luftbildaufnahmen von MACS zu einem 3-D-Geländemodell zusammenführen zu können.
Zuerst haben wir das Kamerasystem auf einer Tri-Copter-Drohne gestartet. Damit konnten wir zwei kleinere Areale des Kraters in der Nähe der aktiven Fumarolen - also Stellen, an denen Wasserdampf und vulkanische Gase austreten - kartieren. Danach erfolgte ein Testflug mit einer VTOL-Drohne (Vertical Take-Off and Landing). Innerhalb von 30 Minuten konnte der gesamte Krater überflogen und vollständig erfasst werden.
Das Besondere an MACS ist die Fähigkeit, die überflogenen Bereiche in Echtzeit zu kartieren und die Ergebnisse unmittelbar im Internet zugänglich zu machen. Dazu werden die Daten während des Fluges über die Funkverbindung der Drohnen kontinuierlich zum Boden übertragen, so dass ein Bildmosaik der überflogenen Bereiche entsteht.
Start der VTOL-Drohne mit MACS als optischer Payload
Sobald die Luftbilder von MACS an der Bodenstation ankommen, werden diese per Mobilfunk an einen Webserver weitergeleitet. Der Server stellt das stetig wachsende Bildmosaik umgehend als Webseite und als Web Map Service (WMS) bereit. Mit unserem Experiment ist es uns erstmalig gelungen, diese Technologie erfolgreich für die Kartierung von aktiven Vulkanen einzusetzen. Für die folgenden Tage hatten wir großräumige Aufnahmen von verschiedenen Arealen auf der Insel geplant, doch dazu mehr im zweiten Teil unseres Summer School Blogs.
Die Echtzeitkarte im visuellen (links) und thermal-infraroten (rechts) Spektrum auf der Webseite
Die Vulcano Summer School wird von Vulkanbegeisterten organisiert und vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin koordiniert. Die Veranstaltung wird gemeinsam mit internationalen Partnern von unterschiedlichen Hochschulen sowie außeruniversitären Forschungseinrichtungen durchgeführt und richtet sich insbesondere an Studierende sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Forschungsbereichen.
