Ein modulares und vielseitg einsetzbares unbesetztes Luftfahrtsystem für Sondierungen der atmosphärischen Grenzschicht und die Vermessung von vergletscherten Hochgebirgslandschaften

• Antragsteller: Dr. Alexander Raphael Groos
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545851168

Der globale Klimawandel wirkt sich weltweit auf Gebirgsgletscher aus und hat in den letzten Jahrzehnten zu erheblichen Eisverlusten in den Bergen geführt. Um die natürlichen und sozioökonomischen Auswirkungen des Gletscherschwunds abschätzen zu können, ist die kontinuierliche Beobachtung der alpinen Atmos- und Kryosphäre von grundlegender Bedeutung. Direkte meteorologische und glaziologische Beobachtungen von alpinen Gletschern sind jedoch rar und die meisten Satelliteninstrumente erfassen nicht die hohe räumliche und zeitliche Variabilität der Gletscherschmelze, -fließgeschwindigkeit, -albedo und Schuttauflage. Der Mangel an hochauflösenden Daten führt zu Unsicherheiten bei der Projektion der zukünftigen Entwicklung alpiner Gletscher, insbesondere wenn diese stark mit Schutt bedeckt sind. Unbesetzte Luftfahrzeuge (UAVs), die in der Lage sind, größere Gebiete zu vermessen, sind in der geowissenschaftlichen Forschung zu einem unverzichtbaren Instrument für die Gewinnung hochauflösender Daten geworden. Starrflügler, die für die Vermessung größerer Gebiete entwickelt wurden, benötigen jedoch eine ebene Fläche zum Starten und Landen und sind oft nicht dezidiert für den Einsatz wissenschaftlicher Instrumente ausgelegt. Wir entwickeln daher ein modulares und kostengünstiges UAV (die OpenGeoDrone), das speziell für atmosphärische Sondierungen und die Luftbildvermessung im Gebirge konzipiert ist. Die OpenGeoDrone kombiniert die Vorteile von Drehflüglern und Starrflüglern und ermöglicht vertikale Starts und Landungen in unwegsamem Gelände, an exponierten Forschungsstationen und auf Forschungsschiffen. Sie kann flexibel eingesetzt werden und unterstützt den modularen Einsatz verschiedener Sensoren. Als “Proof of Concept” und Blaupause für zukünftige Studien wird die OpenGeoDrone im Rahmen eines laufenden Monitoringprogramms auf dem Kanderfirn in den Schweizer Alpen eingesetzt. Da sie mit Multispektral- und Wärmebildkameras ausgestattet wird, lassen sich die Albedo, Fließgeschwindigkeit, Oberflächentemperatur (ein Indikator für die Schuttdicke) und Volumenänderung von Gletschern detailliert kartieren. Für die Datenanalyse wird eine Open-Source-Pipeline entwickelt. Eine weitere Innovation sind die geplanten Multi-UAV-Missionen zur parallelen Sondierung der Grenzschicht über verschiedenen Oberflächen (Fels, sowie blankes, schuttbedecktes und schneebedecktes Gletschereis), die zu einem besseren Verständnis der Struktur und Dynamik der Grenzschicht über alpinem Gelände beitragen sollen. Die OpenGeoDrone ist jedoch nicht auf geowissenschaftliche Anwendungen in den Bergen beschränkt. Dank des modularen Aufbaus und der Verwendung quelloffener Hard- und Software können andere Forschende die OpenGeoDrone für vielseitige und anspruchsvolle UAV-Messkampagnen nachbauen und einsetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Murat Bronz, Ph.D.