Fernerkundung
Fernerkundung beschäftigt sich mit der Erfassung räumlicher Daten von weit entfernten Objekten mithilfe von Sensoren, die auf satellitengestützten oder luftgestützten Plattformen montiert sind. Man unterscheidet zwischen passiven und aktiven Sensoren, wobei die passiven das von der Erdoberfläche oder Atmosphäre gestreute Sonnenlicht oder die Wärmestrahlung messen und die aktiven wie z.B. Radar und Laser selbst Signale aussenden und dessen Rückstreuung messen.
Der Schwerpunkt der Fernerkundung liegt auf der thematischen und physikalischen Interpretation von Satellitendaten. Die Fernerkundung gehört zu den angewandten Wissenschaften, in denen auch Grundlagenforschung betrieben wird, aber das Hauptaugenmerk liegt auf der praktischen Umsetzung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse bei der Realisierung technischer Verfahren.Themen der Grundlagenforschung in der Fernerkundung betreffen Bereiche der geometrischen Modellbildung, der physikalischen Beschreibung der Interaktion elektromagnetischer Wellen mit Objekten aller Art, und in den letzten Jahren immer mehr methodische Ansätze für die Datenfusion bzw. Datenassimilation als wichtige Schnittstelle zu den Anwendungen.
Anwendungsmöglichkeiten der Fernerkundung sind:
- Erfassung und Beobachtung der Erdoberfläche
- Herstellung topographischer Karten
- Wetterbeobachtung
- Ermittlung der Zusammensetzung der Atmosphäre
- globale Überwachung der Bodenfeuchte, Oberflächenwasser und anderen dynamisch, hydrologischen Parametern
- Kartierung der Bodenbedeckung (Schnee, Wald-Biomasse,…)
- Vermessung & Kartierung von Katastrophen
- Hochwassersimulation
- Geländemodellierung
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Klima- und Umweltfernerkundung
Geoinformation
Die Forschungsgruppe Geoinformation beschäftigt sich mit Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet von räumlicher Informationstheorie (spatial information theory) und der Wissenschaft geographischer Informationen (geographic information science). Wir sind an allen Apsekten von Daten und Informationen über großmaßstäbliche räumliche (und zeitliche) Phänomene samt den zu Grunde liegenden Prozessen interessiert. Unser derzeitiger Fokus liegt auf Ontologie und Semantik des Raumes, Kategorientheorie und ihrer Bedeutung für die Behandlung räumlicher Daten, Genauigkeit und Präzision räumlicher Daten und deren Auswirkung auf Berechnungen, Berechnungsmodelle für zeitabhängige räumliche Phänomene sowie Probleme der räumlichen Optimierung und ihre Lösung.
Die von uns betrachteten Anwendungen sind vielfältig. Wir beschäftigen uns beispielsweise mit Navigation für Fahrzeuge und Fußgänger, dem Zusammenspiel unterschiedlicher Technologien für räumliche Information (Interoperabilität), der Unterstützung räumlicher Entscheidungen und der Verwaltung von Grund und Boden.
Wir führen Studierende in die modernen Konzepte räumlicher Informationssysteme ein und wenden dabei Erkenntnisse aus vielen Fachrichtungen wie Ontologie, Geographie, Geometrie, Algebra und Informatik an. Dazu behandeln wir in unseren Kursen Themen wie Aufbau räumlicher Informationssysteme, Modellierung und Kommunikation räumlicher Daten, Entwicklung und Umsetzung von Algorithmen, Kataster, Ausgleichungsrechnung und räumliche Analyse.
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Geophysik
Die Geophysik als Wissenschaft beschäftigt sich mit dem Aufbau der Erde und den darin ablaufenden Prozessen. Das heutige Bild der Erde ist zu einem großen Teil auf die Erkenntnisse der Geophysik zurückzuführen. Geophysikalische Methoden finden u.A. Anwendung in folgenden Bereichen:
- Erschließung von Rohstoffen und Energiequellen
- Naturgefahren
- Bau – und Ingenieurtechnik
Wissenschaftliche Fragestellungen betreffen beispielsweise die Struktur des Erdmantels und des Erdkerns, Prozesse an tektonischen Plattengrenzen oder in Sedimentationsbecken, Erdbeben und Vulkanismus.
Unter anderem lässt sich die Geophysik nach den verwendeten Forschungsmethoden und deren Anwendungsbezug untergliedern, wobei sich die folgenden drei Teilbereiche ergeben:
- Die theoretische Geophysik befasst sich mit den mathematischen und physikalischen Grundlagen der Geophysik und deren Anwendung zur Simulation geophysikalischer Vorgänge. Einige typische Themen der theoretischen Geophysik sind die Wellengleichungen, Potentialtheorie oder die Geodynamik.
- Die experimentelle Geophysik befasst sich mit Laborversuchen. Häufig geht es dabei um die Untersuchung von Materialeigenschaften, unter Bedingungen, wie sie im Erdinneren herrschen. Handelt es sich bei den untersuchten Materialien um Gesteine, so nennt man diesen Forschungszweig auch Petrophysik.
- Die Angewandte Geophysik befasst sich mit der Erkundung des Untergrundes mit geophysikalischen Messmethoden für praktische Anwendungen. Am bedeutendsten ist die Exploration zur Suche von Rohstoffen, wie zum Beispiel Erdöl und Erdgas, Grundwasser, Kohle oder Erz. Weitere Anwendungsgebiete sind Bau- und Ingenieurtechnik (z.B. Baugrund- oder Tunnelvorerkundung), Archäologie sowie die Untersuchung von Deponien und anderen Altlasten. Die hauptsächlich verwendeten Methoden sind aktive und passive seismische Verfahren, Geoelektrik, Georadar, Elektromagnetik, und Gravimetrie. Ein bedeutendes Teilgebiet ist auch die Bohrlochgeophysik.
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Höhere Geodäsie
Die Erde ist keine starre “Kugel”, sondern, im Gegenteil, ein äußerst lebendiger Planet:
- Magnetfeldänderungen (Aurora)
- Plattentektonik (Erdbeben, Vulkanausbrüche)
- Bewegungen der Atmosphäre (Wind, Wirbelstürme)
- Meeresströmungen
Sowohl in der Atmosphäre, als auch im Erdinneren kommt es zu Interaktionen zwischen den einzelnen Bestandskomponenten. Dadurch entstehen verschiedene Kreisläufe – am bekanntesten ist vermutlich der Wasserkreislauf. Das Wasser verdunstet in die Atmosphäre und wird in Form von Niederschlag (Regen, Schnee) wieder an die feste Erde zurückgegeben.
Mit Hilfe verschiedener Satellitenmissionen wie Champ oder Grace können Rückschlüsse auf das Schwerefeld der Erde gezogen werden. Die Satelliten fliegen in einer sehr geringen Bahnhöhe. Die Satellitenbahn reagiert dadurch überaus sensibel auf die Einflüsse des Erdschwerefeldes. Nach der Auswertung der gesammelten Daten können als Ergebnis unter anderem Geoidmodelle mit unterschiedlichen Genauigkeiten berechnet werden.
Ein weiteres Intressensgebiet betreffend die Erde ist die Beobachtung der Bewegung der Erdrotationsachse. Die Lage des Pols führt im Laufe der Zeit eine periodische Bewegung durch.
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Ingenieurgeodäsie
Ingenieurgeodäsie ist das geodätische Teilgebiet, welches sich mit der Form, Lage, Bewegung und Verformung von Objekten mit Größen von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Kilometern befasst.
Die Verfahren und Systeme der Ingenieurgeodäsie ermöglichen unter anderem:
- Vortrieb eines Tunnels von beiden Seiten aus (siehe St. Gotthard BasisTunnel)
- Staudämme zu bauen und zu überwachen
- präzise Fertigung großer Flugzeuge
- Kalibrierung von Robotern zur präzisen Bewegungssteuerung
Ingenieurgeodäten arbeiten somit mit verschiedenen anderen Ingenieuren zusammen. Sie müssen dabei Ergebnisse liefern, welche höchste Präzision und Zuverlässigkeit vereinen. Der zulässige Fehler darf oft nicht größer als ein paar Millimeter betragen, manchmal sogar nur ein paar zehntel Millimeter.
Ingenieurgeodäten wissen, wie Totalstationen, GNSS-Geräte und andere Sensoren verwendet werden, ein ausreichend stabiler Bezugsrahmen gewährleistet werden kann und systematische Abweichungen verringert werden können. Natürlich müssen sie auch in der Lage sein, ihre Ausrüstung, Messungen und Ergebnisse kontrollieren zu können, um so die strengen Anforderungen zu erfüllen.
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Kartographie
Was nützt die beste Information ohne ein ansprechendes Äußeres?
In dieser Fachrichtung visualisieren und kommunizieren wir auf vielfältige Weise Daten und Informationen, die in den anderen geowissenschaftlichen Disziplinen und Sachwissenschaften gewonnen werden. Erst so werden die Informationen für den Nutzer sichtbar und sofort brauchbar.
Durch unsere Arbeit entstehen moderne kartographische Produkte wie WebMapping-Services, Navigationssysteme und komplexe kartographische Informationssysteme, die als Portal zum Erforschen und Entdecken von Aspekten unserer Erde dienen. Ihre Einsatzgebiete reichen vom Desktop-PC über Handys bis hin zu Virtual und Augmented Reality. Aber auch die klassischen Papierkarten und Atlanten gehören zu unserem Aufgabengebiet. Auch diese werden heute ausschließlich am Computer hergestellt.
Der Kartograph arbeitet im kartographischen Kommunikationsprozess als Vermittler zwischen komplexen Geodaten und dem Nutzer. Sein Ziel ist es, räumliche Sachverhalte so simpel wie möglich, so unverfälscht wie möglich, aber auch so umfangreich wie nötig zu vermitteln. Dazu muss er über die menschliche Wahrnehmung, Kommunikation und visuelle Leistungsfähigkeit ebenso Bescheid wissen wie über Möglichkeiten und Beschränkungen bestimmter Geodaten. Zusätzlich sollte er mit einem ästhetischen Grundverständnis ausgestattet sein.
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Photogrammetrie
Photogrammetrie ist die Wissenschaft und Kunst aus Abbildungen die Lage und die Form von Objekten zu rekonstruieren.
Die Daten werden mithilfe berührungsloser Messerverfahren erfasst z.B. Digitalkameras, digitale Luftbildkameras oder airborne und terrestrische Laserscanner.
Ergebnisse einer photogrammetrischen Auswertung können sein:
- Koordinaten einzelner Objektpunkte in einem 3D-Koordinatensystem
- Karten und Pläne im Grundriss mit Höhenlinie und sonstigen graphischen Darstellungen der Objekte
- 3D-Geländemodelle
- Orthophotos
- Luftbildkarten
- 3D-Photomodelle
Die sogenannte Nahbereichsphotogrammetrie wird für folgende Aufgaben eingesetzt:
- Architekturbildmessung
- Präzisionsvermessung von Bauten
- Bauüberwachungsmessungen
- Bauschadensdokumentation
- Deformationsmessungen
Photogrammetrie fordert eine interdisziplinäre Herangehensweise an Problemstellungen. Dies ergibt sich schon allein aus der großen Anzahl an angrenzenden, das wissenschaftliche Umfeld prägenden Fachgebiete. Dazu gehören technische Disziplinen wie die Informatik, die Mathematik oder die Elektrotechnik, aber auch eine ganze Reihe von Fächern, die räumliche Daten bereitstellen können (Raumplanung, Hydrologie, Meteorologie, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Architektur, Archäologie, Denkmalpflege, etc.).
Photogrammetrische Forschung beschäftigt sich mit der Frage, wie die Aufnahme selbst und die Auswertungen mathematisch und physikalisch korrekt erfolgen und modelliert werden, welche Genauigkeit dabei erzielt wird, wie die Aufnahme- und Auswerteprozesse effizient gestaltet werden können und wie sie automatisiert werden können.
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