Bestimmung der Höhen des Ozeans, von Flüssen und Seen mit GNSS-Bojen | GNSS Bojen

Das Bild zeigt die Tsunami-Boje nach dem Ausbringen. Oben sind Antennen für GNSS und Satellitenkommunikation angebracht, umgeben von Solarmodulen zur Stromerzeugung.
GNSS-Boje nach der Ausbringung (Anmerkung: Die GNSS-Bojen werden nicht weiter im InaTEWS-System betrieben.)  (T. Schöne)
Das Bild zeigt eine ein Teil des Schiffsbuges mit der GNSS-Antenne und zwei Radarsensoren. Im Hintergrund geht die Sonne über dem See unter.
GNSS- und Radarsensoren während der Messfahrt auf dem Issyk Kul (Kirgisistan) (T. Schöne, GFZ)
Das Bild zeigt mittig ein GNSS-Boje auf dem Issykkul, die an einer Leine hinter dem Schiff gezogen wird. Auf der Boje ist die GNSS-Antenne zu sehen. Im Hinterggrund sinddas Ufer und die Berge des Tien Shan zu sehen.
GNSS-Boje während der Messfahrt auf dem Issyk Kul (Kirgisistan) (T. Schöne, GFZ)

Die Erfassung und Verfolgung der Ausbreitung von Tsunamis ist ein wesentliches Element in Frühwarnsystemen. Aus der Erfahrung des GFZ in der Entwicklung und dem Betrieb von GNSS-Bojen zur Kalibration von Satellitenradaraltimetern heraus wurden diese Bojen für den Betrieb im deutschen Beitrag GITEWS für das indonesische Tsunamifrühwarnsystem weiterentwickelt. Die von Deutschland bereitgestellten Bojen wurden erfolgreich vor den Küsten Sumatras und Javas eingesetzt. 

Die Bojen, mit einer Höhe von 7m und einem Durchmesser von 2m, wurden ca. 80 bis 150 Seemeilen vor der Küste in bis zu 6km tiefen Gewässern verankert. Jede Boje ist mit einem hochgenauen geodätischen Empfänger (Septentrio PolarX3), einem dynamischen Bewegungssensor und drei Eintauchtiefensensoren ausgestattet. Dazu kommen umfangreiche meteorologische Sensoren, die weitere wichtige wissenschaftliche Daten erfassen. Die Bojen, die ausschließlich über Solarenergie betrieben werden, können Windstärken bis Bf12 problemlos überstehen. Im Bojeninneren übernimmt ein Mini-PC (PC104) den automatischen Betrieb, die Datenerfassung und die Kommunikation zum Warnzentrum. 

Der Informationstransfer an Land ist der kritischste Teil des Systems, da alle Informationen im Warnfall schnell und vollständig übermittelt werden müssen. Deshalb wurden in jede Boje drei unterschiedliche und unabhängige Kommunikationssysteme integriert: INMARSAT’s BGAN, ein Iridium-Satellitentelefon und der in Asien verfügbare INMARSAT PASTI Service. Damit ist die Boje in der Lage, einen vollständigen 24/7-Betrieb zu gewährleisten. Sobald im Tsunamifrühwarnzentrum ein Alarm ausgelöst wird, können die Bojen in den Tsunamimodus versetzt werden und Informationen liefern. 

Die GNSS-Daten werden mit 1Hz aufgezeichnet, aber auf 1/3Hz reduziert. Meteorologische Informationen stehen minütlich zur Verfügung. Im Fall eines Tsunami werden die GNSS-Daten der letzten Stunde übertragen und dann kontinuierlich aufdatiert, um den Verlauf des Tsunami zu erfassen. Die GNSS-Daten werden als Basislinie in Referenz zu einer der zahlreichen GNSS-Landstationen berechnet. Um das Tsunamisignal zu extrahieren, werden die Daten gefiltert und dann analysiert. Die abgeleitete Welleninformation kann dann im Warnzentrum bewertet werden.

Ein weiteres Einsatzgebiet der GNSS-Technologie auf Bojen eröffnen Flußbojen, die gemeinsam mit der Sektion Hydrologie im Projekt WISDOM entwickelt und dort betrieben werden. Die leichten Bojen, die von zwei Personen ausgebracht werden können, erfassen den Wasserstand und Fließparameter des Mekongs. Sie bieten eine gute Möglichkeit Pegelsysteme zu ersetzen, die in Deltas schwer zu betreiben sind. Die GNSS-Daten werden über einen 2.4GHz-Link an eine Basisstation übertragen und von dort an das Auswertezentrum weitergeleitet.

Ein weiterer Einsatz von GNSS-Technologie zur Bestimmung von Wasserhöhen erfolgt am Issyk Kul in Zentralasien. Hier nutzen wir GNSS auf Bojen und auf einem Schiff, um die Höhe des Seespiegels zu erfassen und diese Informationen dann für die Überwachung der Radaraltimetrie anzuwenden.

Projektpartner:

Projektdauer:

  • GITEWS: 2005 – 2011
  • PROTECS: 2011-2014
  • WISDOM: 2007-2010
  • POF-Programm, GCOCA

Finanzierung:

  • BMBF
  • POF-Programm und ACROSS Initiative der HGF

Projektbezogene Publikationen:

  • Schöne, T., Pandoe, W., Mudita, I., Roemer, S., Illigner, J., Zech, C., & Galas, R. (2011). GPS water level measurements for Indonesia's Tsunami Early Warning System. Natural Hazards and Earth System Sciences (NHESS), 11(3), 741-749. doi:10.5194/nhess-11-741-2011
  • Flüh, E. R., Schöne, T., Weinrebe, W. (Eds.) (2006): FS Sonne Fahrtbericht / cruise report SO186 B, C & D GITEWS: German Indonesian Tsunami Early Warning System; Jakarta-Jakarta & Jakarta-Singapore & Singapore-Singapore, (IFM-GEOMAR report; 5). https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/pubman/item/item_234266
  • Apel, H., Hung, N. G., Thoss, H., Schöne, T. (2012): GPS buoys for stage monitoring of large rivers. ‐ Journal of Hydrology, 412‐413, 182‐192 DOI: 10.1016/j.jhydrol.2011.07.043
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