GNSS-Reflektometrie zur Darstellung von Bodenfeuchte

EU-finanzierte Forscher entwickelten ein leichtes luftgestütztes System zur Messung der Bodenfeuchte mittels Satellitensignalen. So könnten Landwirte durch intelligente Bewässerung den Wasserverbrauch senken und Wasserversorger bei extremen Wetterereignissen wie Überschwemmungen beraten werden.

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Forscher des EU-finanzierten Projekts MISTRALE entwickelten ein System, das die Bodenfeuchte mit einer niedrig fliegenden Drohne misst, die mit GNSS-Reflektometrie ausgerüstet ist. Der bisherige Prototyp kann hochauflösende Karten der Bodenfeuchte erstellen, indem Signale vom globalen Satellitensystemen Galileo oder GPS empfangen werden. So könnten Landwirte künftig einfacher Entscheidungen zum Zeitpunkt und Ort der Bewässerung treffen und Wasserversorger besser auf Wetterereignisse wie Überschwemmungen und Staunässe reagieren. GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) ist eine GPS-Technik, die Satellitensignale von der Erdoberfläche empfängt und damit Prognosen über Naturereignisse zulässt. In diesem Fall entwickelte das MISTRALE-Team ein System, das direkte GNSS-Signale der Satelliten wie auch indirekte Signale vom Boden registriert. Ein Abgleich liefert dann Informationen zur Bodenfeuchte. Das Team konstruierte auch einen GNSS-R-Sensor und Antennen, die an kleinen unbemannten Flugzeugen oder Drohnen angebracht sind und trotz Bewegung Satellitensignale empfangen können. Problematisch war dabei, dass dass System hierfür kompakt und leicht genug sein musste. "Das ganze System - Sensor, Antennen, CPU – sollte weniger als 2 kg wiegen und so klein wie möglich sein", sagt César Roda, Projektleiter von MISTRALE am Standort von M3 Systems in Belgien. Gerüstet für die Zukunft Die Forscher entschieden sich für einen Sensor mit mehreren Frequenzen, der auf diese Weise L1-GPS-Signale und E1- aber E5-Signale von Galileo empfangen kann, um das System für die Zukunft zu rüsten. "Mit dem flexiblen Mehrfrequenzempfänger nutzen wir höchsten technischen Standard", sagt Dr. Roda. "Für GNSS-R wird dies viele Möglichkeiten eröffnen und Forschern erlauben, ihn für neue Anwendungen zu nutzen." Auf dem ersten Testflug, der August 2015 über dem südfranzösischen Naturschutzgebiet Camargue stattfand, wurden 22 Gigabyte an Daten erfasst, die dann als Basis für die Berechnungsalgorithmen dienten. Weitere Flüge sind diesen Sommer und Herbst über Kartoffelfeldern in den Niederlanden, Weinbergen in Frankreich und einer offenen Grubenmine in Spanien geplant. Die Forscher von MISTRALE optimieren nun das System und wollen einen funktionierenden Prototypen bis Ende 2017 starten, um Bodenfeuchtigkeitskarten bis zu einer Auflösung von 50m x 50m zu erstellen. Die Drohne, ein für Langstrecken konzipiertes unbemanntes Forschungsflugzeug, kann 1.000 km gerade Strecke oder acht Stunden lang fliegen, ohne bei niedriger Geschwindigkeit und Höhe landen zu müssen. Intelligente Landwirtschaft und Hochwasserschutz Die Hauptnutznießer von MISTRALE könnten Landwirte sein, die Daten für eine intelligente Bewässerung und Senkung des Wasserverbrauchs benötigen. Gleichzeitig könnten bei Naturkatastrophen überschwemmte Gebiete dargestellt werden. Im Gegensatz zu Erdüberwachungssystemen "kann das überschwemmte Gebiet auch ermittelt werden, wenn Vegetation wächst, sodass wir durch die Bäume das darunter liegende Land sehen können", kommentiert Dr. Roda. Wasserversorger, die für den Hochwasserschutz zuständig sind, könnten mit der MISTRALE-Technik herausfinden, "wie feucht der Boden ist und so einfacher Entscheidungen zu Hochwasserschutzmaßnahmen treffen", schließt Dr. Roda.

Schlüsselbegriffe

MISTRALE, Bodenfeuchte, GNSS-Reflektometrie, hochauflösende Karten, intelligente Landwirtschaft, Überschwemmungen, Hochwasserschutz

Monitoring of SoIl moiSture and wateR-flooded Areas for agricuLture and Environment

GNSS-Reflektometrie zur Darstellung von Bodenfeuchte

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