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Der Berg ruft,
der Satellit antwortet.

Fast so schön wie selber da:
3-D-Karten für Bergfreunde.

© 3D RealityMaps – www.realitymaps.de

Ab in die Berge. Aber wo gibt’s die besten Wanderrouten, Skigebiete oder Mountain-Bike-Touren? Und wie sieht es vor Ort aus? Wie ist das Höhenprofil einer Tour, sind die Steigungen nicht zu schwer?

Bisher galt: vorhandene Wanderkarten mit Kennerblick entziffern, ohne dabei Details zu übersehen. Aus den Höhenlinien die richtigen Schlüsse auf die jeweilige Steigung ziehen. Oder hinfahren und selbst anschauen – auf gut Glück.

Erdbeobachtung durch Satelliten schafft nun die Grundlage dafür, Berge einfacher zu „entziffern“, nämlich mit 3-D-Karten und 3-D-Apps. Das nutzen nicht nur Bergsportler.

Die schönsten Alpenregionen fotorealistisch in 3-D: erhältlich als „3D Outdoor Guides“ der Firma 3D RealityMaps. Damit möglich: Tourenvorschläge mit eingezeichnetem Tourenverlauf und Höhenprofil – so können die Steigungen vor einer Tour ganz einfach mit eigenen Augen überprüft werden. Die Technik dahinter? Deutsche Weltraumforschung, die zuerst auf dem Mars, dann auf dem Mount Everest eingesetzt wurde.

© 3D RealityMaps – www.realitymaps.de

Mächtig in 3-D: der Mount Everest. Das „Dach der Welt“, seit 2011 als interaktive 3-D-Karte mit 50 Zentimeter Auflösung – online und als App. Alles bereit für die digitale Besteigung. Für die 3-D-Bilder haben das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik (Software für die 3-D-Modelle), die Firma 3D RealityMaps (Darstellungssoftware) und DigitalGlobe (Daten der optischen Erdbeobachtungssatelliten WorldView 1 und WorldView 2) kooperiert. Ergänzt wurden noch Aufnahmen des deutschen Satellitensystems Rapid Eye. Der Trick der DLR-Software: 2-D-Satellitenaufnahmen aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln werden übereinandergelegt und daraus 3-D-Oberflächenmodelle berechnet.

© 3D RealityMaps – www.realitymaps.de

Tracking und Touren für Wintersportler: MAPtoSNOW Touren aufzeichnen und auswerten, Pisten, Lifte und Hütten sehen, Preise gewinnen und Angebote in den Skigebieten entdecken – die App MAPtoSNOW kennt 190 Skigebiete. Die Macher der App wurden von der ESA gefördert, sie unterstützt regelmäßig Start-ups, die mit Satellitendaten arbeiten (im Inkubationsprogramm CESAH). Bei MAPtoSNOW halfen die ESA-Experten dabei, die Positionsbestimmung innerhalb der App zu verbessern.

© getty-images/© MapCase

Eine App wie MAPtoSNOW gibt es auch für Wanderer: MAPtoHIKE

© getty-images/© MapCase

Und auch die Mountain-Biker werden bedient: MAPtoBIKE.

© PhotoDigital/© MapCase

Lohnt der Winterausflug?
Gibts überhaupt Schnee?

© 3D RealityMaps – www.realitymaps.de

Schneehöhen werden traditionell mit einem Meterstab gemessen – oder moderner mit fest installierten Schneehöhen-Sensoren. Beide Methoden sind zwar sehr genau, aber es sind eben nur „Stich“-Proben. Schon Schneewehen können Ergebnisse stark verfälschen.

Die Zukunft: Mit optischen Daten, Temperatur- und Radardaten aus dem All können Meteorologen die Ausdehnung von Schnee- und Eisflächen sowie deren Veränderungen messen, um zum Beispiel für die Klimaforschung eine Weltkarte der Schneebedeckung zu erstellen – auch dort, wo kein Mensch die Schneehöhe misst (wie in Sibirien oder dem tibetischen Hochplateau).

Die Daten dafür liefern zum Beispiel die Instrumente auf den Sentinel-Satelliten des Copernicus-Programms der ESA. Mit diesen Daten können großräumige Schneelagenberichte und Vorhersagen für Wintersportler unterstützt werden.

Trotz Schnee: Staufrei in den Schnee. Lassen sich Winterdienste per Satelliten-Navigation optimieren? Das prüft die Münchner Firma Berner & Mattner im Auftrag der ESA. Die Studie „Plough Stars“ beschäftigt sich damit, wie Satelliten-Navigation und Erdbeobachtung für Räum- und Streufahrzeuge am sinnvollsten eingesetzt werden können. Navigation für das Räumen (denn in manchem Räumfahrzeug ist vor lauter Schnee die Straße nur noch schwer zu erkennen), Erdbeobachtung für das Streuen: Wo droht kurzfristig Eisbildung?

© Wikipedia/David Gublerl

Mit Schneedaten Stromvorhersagen treffen: In den Bergen gibt es viele Wasserkraftwerke, die aus Seen gespeist werden. In denen sammelt sich Schmelzwasser. Wenn Energieversorger das Schneeaufkommen beobachten und gemeinsam mit Wetterdaten die Schmelzrate errechnen, kann vorhergesagt werden, wie viel Strom die Wasserkraftwerke in den nächsten Tagen liefern werden – je nach Schmelze. Auch für die Hochwasser-Frühwarnung sind diese Informationen wertvoll. Erstellt werden sie von der Firma Vista aus Weßling bei München, die mit dem DLR und der ESA zusammenarbeitet und Satellitendaten (zum Beispiel Radardaten von Sentinel-1) nutzt.

© Vista GmbH (2015)

Technik from Outer Space: 3-D-Bilder zuerst auf dem Mars, dann auf der Erde.

© ESA/DLR/FU Berlin

Die Grundlagen für die 3-D-Visualisierung der Erdoberfläche stammen aus der Weltraumforschung des DLR. Ursprüngliche Aufgabe war es, den Mars zu kartieren (mit der hochauflösenden, vom DLR-Institut für Planetenforschung entwickelten Stereo-Kamera HRSC). Wäre das Klima dort angenehmer und wäre die Anreise nicht so aufwändig, wäre der Mars für Alpinisten ein Paradies. Allein der Berg „Olympus Mons“: Er ist mit 26.000 Meter Höhe der höchste Berg unseres Sonnensystems. Allerdings: Einen schönen Gipfel gibt es leider nicht, denn mit einem Durchmesser von 600 Kilometern wirkt er trotz seiner Höhe eher flach.

Am Institut für Robotik und Mechatronik wurde für das Projekt ein neuartiges Verfahren zur 3-D-Weiterverarbeitung von Stereobildern entwickelt. Als Industriepartner des DLR war die 3D RealityMaps GmbH an der Entwicklung beteiligt.

Die Technik:
Eis und Schnee aus dem All erkennen.

© ESA

Menschen können Schnee schnell und einfach mit den Augen erkennen. Satelliten auch – aber genauer. Gewisse Arten von Schnee und Eis, zum Beispiel Gletschereis, reflektieren Licht auch im infraroten Bereich. Durch die Überlagerung und Auswertung von Satellitenbildern, die in schmalen Wellenlängenbereichen des Lichts aufgenommen werden, kann Software automatisch erkennen, was Schnee, was Firn und was Gletschereis ist. So lassen sich Gletscher automatisiert beobachten, beziehungsweise meistens leider ihr Schrumpfen und Verschwinden, verursacht durch die globale Erwärmung.

Das entsprechende Instrument wird sich ab circa 2021 im All befinden: die „Kamera“ METImage. Sie wurde hauptsächlich für die Erfassung von Wolken konstruiert, kann aber auch Eis und Schnee erkennen.

METImage ist ein multispektrales, abbildendes Radiometer, entwickelt von Airbus Defence and Space und Jena-Optronik im Auftrag des DLR. Es wird an Bord eines Wettersatelliten mitfliegen (EUMETSAT Polar System – Second Generation). METImage wird – in 20 Spektralkanälen gleichzeitig und mit einer Auflösung von 500 Metern – einen 2.800 Kilometer breiten Streifen aufnehmen und dabei unter anderem wichtige Informationen über Wolken, Wolkenbedeckung, Landoberflächen, Ozean-, Eis- und Landoberflächentemperaturen zur Verfügung stellen. Damit wird die Wetter- und Klimavorhersage eine neue Qualität erreichen.

© Jena-Optronik GmbH

Auch andere Satelliten liefern Daten zur Beobachtung von Schnee und Eis:

  • TanDEM-X: Volumens- und Massenänderungen von Gletschern und Eisflächen
  • GRACE: unmittelbare Massenänderungen
  • Sentinel-1 und 2: Ausdehnung und Bewegung von Gletschern beziehungsweise Schneeflächen
  • Sentinel-1, TanDEM-L (und auch TerraSAR-X und TanDEM-X): Aufsetzlinien von Schelfeisen
  • CryoSat-2: Höhenänderungen, Meereisausdehnung und -dicke

Keine Lust mehr auf Schnee? Satelliten erkennen auch den Frühling.

© ESA

Nicht jeder, der sich gerne in der Natur oder in den Bergen aufhält, liebt auch Schnee. Wer die erste Frühlings-Wanderung plant, möchte das lang ersehnte Grün sowie erste Blüten sehen und eben nicht mehr durch graue Schneereste stapfen. Aber wo blüht es?

Der Frühling lässt sich vom All aus erkennen. Das Stichwort: Nettoprimärproduktion. Per Satellit wird sichtbar, wo wie viel Biomasse entstanden ist – also wie viele Blätter, Knospen, Blüten und Gräser gewachsen sind. Derzeit werden Möglichkeiten geschaffen, um die Biomasse regelmäßig zu beobachten. Damit können Landwirte Erträge auf ihren Feldern besser vorhersagen und Über- beziehungsweise Unterdüngung vermeiden.

Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR verwendet dafür sogenannte Vegetationsmodelle, also Methoden, mit denen Pflanzenwachstum aus dem All genau ermittelt werden kann – weil vorher die Daten mit Feldversuchen abgeglichen wurden.

© DLR

Diese Technik eröffnet auch verblüffende Erkenntnisse: Wissenschaftler des DFD haben errechnet, ob ungenutzte Strohabfälle eine interessante Quelle für erneuerbare Energien sind. Mit der vom DLR erzeugten Karte zum globalen „Strohpotenzial“ kann erstmals die weltweite Verteilung und Verfügbarkeit von Energie aus Stroh-Biomasse erkannt werden. Für das Beispieljahr 2012 wurde ein globales Strohpotenzial von rund 55 Millionen Terajoule berechnet. Theoretisch könnte Deutschland hiermit seinen vollständigen Primärenergiebedarf vier Jahre lang decken (oder die USA ein halbes Jahr).

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