Thema: Mobilität und Gesellschaft, Stand: 26.02.2024
Satellitenbild Berlin |
Quelle: Christian Pauschert – stock.adobe.com
Das Projekt SENSchiene zielt darauf ab, aus den frei verfügbaren Satellitendaten des Copernicus-Programms für den Verkehrsträger Schiene und das Eisenbahn-Bundesamt ableitbare Informationen nutzbar zu machen. Diese umfassen Flächeneigenschaften, Flächennutzung und deren Veränderungen über die Zeit. Die notwendigen spezifischen Methoden sollen entwickelt und im Rahmen eines Demonstrators in eine Webanwendung für eine einfache Nutzung integriert werden. Die linienförmige Struktur und speziellen Oberflächeneigenschaften der Gleisstrecken stellen dabei besondere Anforderungen an die zu entwickelnden Klassifikationsmethoden dar, während die Ergebnisse zu Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen auch für andere Nutzer relevant sein können.
Projektvolumen: 393.000 €
Projektlaufzeit: 10/2022 – 12/2024 (27 Monate)
Das Projekt wird mit Mitteln des BMDV zur „Entwicklung und Implementierungsvorbereitung von Copernicus Diensten für den öffentlichen Bedarf in Deutschland“ durch die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) e. V. gefördert.
Die Nutzung und Eigenschaften von Flächen im Umfeld des Verkehrsträgers Schiene sowie deren Änderung über die Zeit sind für verschiedene behördliche Aufgaben relevant: Dies betrifft u. a. die Vollzugskontrolle und Überwachung von naturschutzrechtlichen Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen (AuE), welche im Rahmen von Planrechtsverfahren für genehmigungspflichtige (Aus-)Bauprojekte im Schienenverkehrssektor festgesetzt werden. Das Eisenbahn-Bundesamt (EBA) ist in diesem Fall als Planfeststellungsbehörde nach §18 AEG und §74 VwVfG für die Planfeststellung für Bau und Änderung von Eisenbahnbetriebsanlagen und im Rahmen der Planfeststellung in Referat 51 und Sachbereich 1 für die Vollzugskontrolle und Überwachung derselben zuständig. Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen können sehr unterschiedlich ausgestaltet sein. Als regelmäßig auftretende Anwendungsbeispiele sollen in diesem Vorhaben u a. der Herstellungs- und Pflegezustand von naturnah hergerichteten Flächen oder die Maßnahmenumsetzung von festgestellten Kompensationsflächen und ausgewiesenen Reptilienhabitaten, beispielsweise im Böschungsbereich von Bahnstrecken, untersucht werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Fernerkundung hinsichtlich der Überwachung von Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen sollen im Rahmen des Projektes geprüft werden.
Ein weiterer in diesem Projekt zu untersuchender Anwendungsfall ist die Überwachung und Analyse der Nutzung von Strecken und Serviceeinrichtungen entlang der Eisenbahninfrastruktur. Denn seitens des EBA ist bei Verfahren zur dauernden Einstellung des Betriebes (Stilllegungen) von Strecken und Serviceeinrichtungen der Eisenbahninfrastruktur zu überprüfen, ob in den letzten 24 Monaten vor Antragsstellung eine Nutzung erfolgte (Referat 23 Aktive Kapazitätsüberwachung). Aktuell werden diese Überprüfungen durch stichprobenartige Vor-Ort-Kontrollen oder durch Zuhilfenahme verfügbarer Informationen von sonstigen öffentlichen Stellen durchgeführt.
Ziel dieses Vorhabens ist es, die Nutzung von satellitengestützten Informationen für die genannten behördlichen Überwachungsaufgaben im Bahnbereich vorzubereiten, indem
Mit dem Erreichen der angestrebten Projektziele kann die satellitengestützte Überwachung von Flächeneigenschaften und Nutzungsveränderungen im Schienenbereich die Effizienz der Vor-Ort-Begehungen steigern und durch eine erweiterte Informations- und Entscheidungsgrundlage die Möglichkeiten und Genauigkeiten der behördlichen Kontrollen in Bezug auf Qualität und Quantität verbessern.
Die Anforderungen der Nutzerseite und die Definition der zu erfassenden Eigenschaften sollen in Arbeitspaket 1 (AP 1) in Abstimmung mit den für Planfeststellungs- und Stilllegungsverfahren zuständigen Organisationseinheiten des EBA erarbeitet werden. Anschließend soll in AP 2 ein In-situ-Datensatz mit projektrelevanten, bahnspezifischen Klassen erstellt werden, welcher (1) auf den im Rahmen der Genehmigungs- und Überprüfungsverfahren im EBA vorliegenden Informationen, (2) auf vergleichbaren Klassen in bereits verfügbaren Referenzdatensätzen und (3) auf Datenerhebungen während des Projekts beruht.
In AP 3 werden für die Entwicklung des Klassifikationsmodells Sentinel-1- und -2 Daten sowie Daten der contributing missions und weitere, frei verfügbare Geodaten herangezogen. Dabei können einerseits durch das sensorabhängig variierende Reflexionsverhalten der Oberfläche verschiedene statische Eigenschaften derselben abgeleitet werden. Andererseits können mithilfe von zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Datenpunkten temporäre Veränderungen und ggf. Nutzungen erfasst werden.
Durch die hohe Wiederholrate und die Archivierung der Sentinel-Daten wird die erfolgreiche Detektion der Nutzungen von Gleisanlagen (z. B. durch abgestellte Wagen) erwartet, wie sie z. B. für Schiffe und LKW bereits demonstriert wurde. In bereits durchgeführten Projekten wurde auch die Machbarkeit der satellitengestützten Detektion von Veränderungen der Landoberfläche demonstriert (LandschaftsVeränderungsDienst des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG) (LaVerDi), Projekt zur Entwicklung eines automatisierten Hinweissystems für die Kontrolle von Agrarförderflächen (timeStamp)).
Basierend auf dem entwickelten Klassifikationsmodell für die Detektion der projektspezifischen Flächeneigenschaften und Nutzungsveränderungen sowie auf der bestehenden timeStamp-Webanwendung soll in AP 4 auf der Plattform CODE-DE ein Demonstrator aufgebaut werden, welcher den betroffenen EBA-Beschäftigten eine automatisierte Abfrage der satellitengestützten Informationen und Klassifikationsergebnisse ermöglicht. Die Praktikabilität und der Mehrwert des Demonstrators wird in Zusammenarbeit mit den beteiligten Organisationseinheiten des EBA bewertet.
Ablaufschema des Projektes SENSchiene |
Quelle: DZSF
Die Realisierung des Projektes SENSchiene erfolgt durch ein Forschungskonsortium. Die Projektkoordination obliegt dem DZSF. Im Folgenden werden die Konsortialpartner vorgestellt:
Das Konsortialvorhaben wird im Forschungsbereich 82 - Mobilität und Gesellschaft - koordiniert. Des Weiteren werden durch das DZSF die Nutzeranforderungen und Referenzdaten für die Entwicklung des Klassifikationsalgorithmus erstellt. Gemeinsam mit dem Projektpartner RLP AgroScience GmbH wird die Umsetzung des Demonstrators vorbereitet.
Das DZSF agiert als unabhängige, technisch-wissenschaftliche Ressortforschungseinrichtung des Bundes. Angesiedelt ist es mit Dienstsitzen in Dresden und Bonn als eigenständiges Bundesinstitut beim Eisenbahn-Bundesamt. Es hat die Aufgabe, den Schienenverkehr in Deutschland durch anwendungs- und lösungsorientierte Forschung zu stärken.
Die Arbeitsgruppe Geoinformation der Umweltplanung der Technischen Universität Berlin ist zuständig für die Erstellung des technisch-methodischen Konzepts in Abhängigkeit vom Stand der Forschung und den verfügbaren Daten sowie die Entwicklung und Überprüfung der Klassifikationsmodelle und -algorithmen.
Die Arbeitsgruppe Geoinformation in der Umweltplanung unter der Leitung von Prof. Birgit Kleinschmit verfügt über eine langjährige Erfahrung im Bereich der Fernerkundung von Vegetationsbeständen. Forschung zu Nutzungspotenzialen neuer multisensoraler und multitemporaler optischer und aktiver Satellitendaten stehen dabei im Vordergrund der Arbeit.
Teilziele der RLP AgroScience GmbH sind u. a. die Entwicklung und der Test eines Demonstrators, welcher den EBA-Beschäftigten und weiteren Nutzern eine automatisierte Abfrage von satellitenbasierten Flächeneigenschaften und Nutzungsveränderungen für die o. g. Anwendungsfälle ermöglicht. Dies umfasst auch die Implementierung des Demonstrators zur automatisierten Abfrage inklusive des Front-End und Back-End.
Die gemeinnützige RLP AgroScience GmbH, Neustadt an der Weinstraße, ist ein Tochterinstitut des Landes Rheinland-Pfalz. In Zusammenarbeit mit den zuständigen Behörden und Ministerien des Landes werden seit 2005 Einsatzmöglichkeiten von Fernerkundungsmethoden zur Effizienzsteigerung in den behördlichen Aufgaben der Geodatenerzeugung und -pflege erkundet und umgesetzt.
Die LUP GmbH ist als Unterauftragnehmer am Projektvorhaben beteiligt und wird eine browserbasierte grafische Nutzerschnittstelle zum Datenaustausch mit der Back-End-Prozessierungsumgebung angepasst an die erarbeiteten Nutzeranforderungen entwickeln.
The project SENSchiene aims to acquire and provide satellite based information about land surface properties, land use and their changes over time for and around railways. For this purpose, the project will utilize satellite data provided by the earth observation programm Copernicus.
The use and properties of areas in the vicinity of railways as well as their changes over time are relevant for various administrative tasks: This contains, among other things, the enforcement control and monitoring of compensation and substitution measures under nature conservation law, which are required in the framework of planning approval. Furthermore, the use of routes and service facilities will be checked in the context of closing of railroad infrastructure facilities and decommissioning procedures.Project aims and realisation
The aim of this project is to prepare the use of satellite based information for the above-mentioned official monitoring tasks of the federal railway authority by
The demonstrator will be set up on the CODE-DE platform. It will enable EBA employees to automatically query the satellite-based information and classification results. The practicability and benefit of the demonstrator will be assessed in cooperation with the participating organizational units of EBA.
Dr. Katharina Fricke
Vreni Preußler
Kontakt für Anfragen:
E-Mail: Forschung@dzsf.bund.de
Tel: +49 351 / 47931-0