News
- Kölner VDI Förderpreis 2016
- IAG Young Authors Award 2016
- FLOURISH Project
- Studie: Den USA drohen häufigere Überschwemmungen
Kölner VDI zeichnete zum 34. Mal herausragende Bachelor- und Masterarbeiten aus ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen der Region aus
Den zweiten Preis (dotiert mit 1.000 Euro) erhielt Joël Köhler von der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn für seine Arbeit über die „Darstellung von räumlichen und zeitlichen Zusammenhängen zwischen kohärenten Pixeln in satelliten- oder flugzeuggestützten Radarmessungen“. Solche Messungen spielen eine wachsende Rolle bei der Erdbeobachtung: „Ich beschäftige mich mit einer speziellen Auswertetechnik für Radarbilder, mit der es möglich ist, Bodenbewegungen von wenigen Zentimetern pro Jahr für ganze Regionen zu detektieren“, so Köhler. Zwei Bilder – zu unterschiedlichen Zeitpunkten und von leicht unterschiedlichen Positionen aus aufgenommen – ermöglichen dem Wissenschaftler Aussagen über Veränderungen der Erdoberfläche. In der Professur, in der er seine Arbeit geschrieben hat, wird dieses Verfahren verwendet, um Bewegungen der Landesfläche in der Niederrheinischen Bucht mit dem intensiven Tagebau zu bestimmen.
The IAG Young Author Award 2016 is given to Olga Didova for her paper “An approach for estimating time-variable rates from geodetic time series”, which has been published in the Journal of Geodesy (2016).
The article considers the problem of estimating trends in mass loss over Antarctica from GRACE and GPS time series in the presence of inter annual and seasonal variability.
The optimization problem is solved using a gradient-based local solver, which can deal with nonconvex problems. To increase the probability of finding the global minimum, Olga suggests to define a random set of uniformly distributed starting values and selects the starting values that provides a solution which has the smallest log likelihood objective function. To improve the chance of finding the global minimum, Olga suggests several measures to limit the parameter search space. Moreover, she introduces inequality constraints on some of the hyperparameters, and suggests a method, involving among others a likelihood ratio test and an algorithm for determining the degrees of freedom for this test, to verify whether the constraints are supported by the data.
Precision farming with autonomous robots
To feed a growing world population with the given amount of available farm land, we must develop new methods of sustainable farming that increase yield while reducing reliance on herbicides and pesticides. Precision agricultural techniques seek to address this challenge by monitoring key indicators of crop health and targeting treatment only to plants that need it. This is a time consuming and expensive activity and while there has been great progress on autonomous farm robots, most systems have been developed to solve only specialized tasks. This lack of flexibility poses a high risk of no return on investment for farmers. The goal of the Flourish project is to bridge the gap between the current and desired capabilities of agricultural robots by developing an adaptable robotic solution for precision farming. By combining the aerial survey capabilities of a small autonomous multi-copter Unmanned Aerial
Vehicle (UAV) with a multi-purpose agricultural Unmanned Ground Vehicle, the system will be able to survey a field from the air, perform targeted intervention on the ground, and provide detailed information for decision support, all with minimal user intervention. The system can be adapted to a wide range of crops by choosing different sensors and ground treatment packages. This development requires improvements in technological abilities for safe accurate navigation within farms, coordinated multi-robot mission planning that enables large field survey even with short UAV flight times, multispectral three-dimensional mapping with high temporal and spatial resolution, ground intervention tools and techniques, data analysis tools for crop monitoring and weed
detection, and user interface design to support agricultural decision making. As these aspects are addressed in Flourish, the project will unlock new prospects for commercial agricultural robotics in the near future.
Project website: http://flourish-project.eu
Die Ostküste der USA versinkt langsam im Meer, zeigen Forscher des IGG mit US-Kollegen
Der Ostküste der Vereinigten Staaten drohen in Zukunft immer häufiger Überschwemmungen. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universitäten Bonn, South Florida und Rhode Island. Besonders gefährdet sind demnach die Bundesstaaten Virginia, North Carolina und South Carolina. Ihre Küstengebiete tauchen um bis zu drei Millimeter pro Jahr ab – unter anderem aufgrund menschlicher Eingriffe. Die Arbeit erscheint in der Zeitschrift „Scientific Reports“ der Nature Publishing Group.
Immer häufiger werden Städte wie Miami an der Ostküste der USA von Hochwassern heimgesucht. Ursache sind oft nicht einmal Wirbelstürme mit verheerenden Regenfällen wie Katrina oder unlängst Harvey oder Irma. Im Gegenteil: Überflutungen ereignen sich sogar schon an sonnigen und relativ windstillen Tagen. Sie richten Schäden an Häusern und Straßen an und stören den Verkehr, kosten aber keine Menschenleben. Daher werden sie auch „nuisance floodings“ genannt – lästige Überschwemmungen.
Und diese Plage dürfte in Zukunft noch deutlich häufiger auftreten. Dieser Überzeugung sind zumindest Forscher der Universitäten Bonn, South Florida und Rhode Island. Das internationale Team hat Daten von der amerikanischen Ostküste ausgewertet, darunter aus GPS- und Satellitenmessungen. Diese zeigen, dass weite Teile der Küstenregion langsam, aber stetig im atlantischen Ozean versinken.
„Für dieses Phänomen gibt es im Wesentlichen zwei Gründe“, erklärt Makan A. Karegar von der Universität von South Florida, momentan Gastwissenschaftler am Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn. „In der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahre waren weite Teile Kanadas von einem Eispanzer überzogen. Diese ungeheure Masse presste den Kontinent in die Tiefe.“ Dabei wurde der Erdmantel unter dem Eis teilweise zur Seite gedrückt, wodurch sich die eisfreien Küstenregionen anhoben. „Als dann die Gletscher schmolzen, kehrte sich dieser Prozess um“, erläutert Karegar. „Seit etwa 10.000 Jahren sinkt die Ostküste daher wieder ab.“
Dieser geologische Effekt erklärt das Abtauchen der Küstenregion aber nur zum Teil. Zwischen dem 32. und 38. Breitengrad geht es seit einigen Jahrzehnten deutlich schneller in die Tiefe als in den Jahrtausenden zuvor – um teilweise mehr als drei Millimeter pro Jahr. Das Abschmelzen des Eispanzers ist höchstens für ein Drittel davon verantwortlich.
Ursache ist die massive Nutzung von Grundwasser in dem entsprechenden Gebiet, vermuten die Wissenschaftler. Denn Wasser lässt die Landmasse gewissermaßen aufquellen – ähnlich wie Kohlendioxid-Bläschen den Kuchenteig. „Wenn Grundwasser entnommen wird, lässt sich die Landmasse stärker komprimieren“, sagt Karegar. „Sie fällt quasi in sich zusammen und sinkt dadurch noch stärker ab.“
„Auch das Anlegen von Stauseen kann – je nach Entfernung zum Meer – zur Absenkung oder aber zum Anstieg der Küstenregion beitragen“, sagt Prof. Dr. Jürgen Kusche vom Institut für Geodäsie und Geoinformation. „Dieser Effekt wurde mit Hilfe von Satellitenmessungen berücksichtigt, die in unserer Arbeitsgruppe ausgewertet wurden.“
60 Zentimeter in 300 Jahren
Viele Städte an der US-Ostküste wurden Ende des 16. oder Anfang des 17. Jahrhunderts gegründet. Heute liegen sie allein aufgrund des Gletscher-Effekts mindestens 45 Zentimeter niedriger als damals, haben die Forscher berechnet. In den letzten Jahren versinken sie aufgrund der Grundwasser-Entnahme mancherorts sogar wesentlich schneller. Dazu kommt der steigende Meeresspiegel aufgrund der Klimaerwärmung, ein Effekt, der sich inzwischen ebenfalls auf mehr als drei Millimeter pro Jahr beläuft und für weitere 15 Zentimeter landunter gesorgt hat.
Dieser Anstieg wird in Zukunft wohl noch erheblich an Fahrt aufnehmen. „Selbst wenn die Grundwasser-Entnahmen reduziert werden, wird die Zahl der Überschwemmungen weiter steigen“, prognostiziert Karegar. „Ebenso werden die Geldsummen, die für die Behebung der damit verbundenen Schäden aufgewendet werden müssen, deutlich zunehmen. Man sollte daher eigentlich annehmen, es wäre im ureigensten Interesse der USA, den Klimawandel mit allen Mitteln zu bekämpfen.“
Publikation: Makan A. Karegar, Timothy H. Dixon, Rocco Malservisi, Jürgen Kusche & Simon E. Engelhart: Nuisance Flooding and Relative Sea-Level Rise: the Importance of Present-Day Land Motion; Scientific Reports; DOI: 10.1038/s41598-017-11544-y
Kontakt:
Makan A. Karegar
School of Geosciences, University of South Florida, Tampa
Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn
Tel. 0228/73-6160
E-Mail: makan@mail.usf.edu
Prof. Dr. Jürgen Kusche
Institut für Geodäsie und Geoinformation
Universität Bonn
Tel. 0228/73-2628
E-Mail: kusche@uni-bonn.de
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