Het programma Terrafirma
In november 2001 keurde het Europese Ruimteagentschap ESA (European Space Agency) het vijfjaren-programma GSE (GMES Service Element) goed, dat gewijd is aan de wereldwijde opvolging van milieu en veiligheid (GMES – Global Monitoring for Environment and Security).
Het GSE heeft tot doel om beleidsondersteunende informatie beschikbaar te stellen, die hoofdzakelijk, maar niet uitsluitend, ingewonnen wordt door middel van verschillende aardobservatietechnieken. De eindgebruikers van GSE zullen een sleutelrol kunnen spelen in de overgang van de huidige aardobservatiesatellieten naar toekomstige Europese systemen die vitale informatie zullen leveren over globale milieu- en veiligheidsaspecten.
GMES is een beslissingsondersteunend systeem voor overheidsdiensten en beleidsverantwoordelijken. Activiteiten omvatten verwerving, verwerking en verspreiding (door de nationale geologische diensten) van informatie over de toestand van het milieu en over natuurlijke en andere risico's. Binnen Europa zal GMES, via de nationale geologische diensten, aan de regionale diensten informatie beschikbaar stellen over ontwikkeling, transport, landbouw, natuurlijke rijkdommen en duurzaam verbruik. GMES kan ook aan lokale overheden ondersteuning verlenen in verband met geomilieu (geoenvironment).
Het programma Terrafirma* wordt gecoördineerd door Nigel Press Associates (NPA in het VK), en vormt één van de tien diensten die ondersteuning verlenen aan het ESA-GMES-programma. Terrafirma (fase 1 – 2003-2005) wil zijn activiteiten consolideren in een tweede fase van 3 jaar (2006-2008). Dit pan-Europese initiatief stelt zich tot doel, informatie te verstrekken met betrekking tot grondbewegingen en de hieraan verbonden risico's, en deze informatie via de nationale geologische diensten te verspreiden. (* Deze pagina opent in een nieuw venster)
Op 13 mei 2004 ondertekende de Belgische Geologische Dienst een akkoord met Terrafirma. In 2004 (Terrafirma – fase I) ontving de Belgische Geologische Dienst de eerste te bestuderen zone in België, zijnde Brussel en omgeving. De digitale verwerking van de radarbeelden werd uitgevoerd door Tele-Rilevemento-Europa (een spin-off van de polytechnische faculteit van Milaan). In 2006 (Terrafirma - fase II) werden de radarbeelden van de tweede zone, die Luik-Visé-Maastricht en een deel van de Kempen omvat, door de groep NPA bewerkt.
De radarbeelden van de Europese satellieten (ERS1, ERS2 en Envisat) die in het programma Terrafirma worden gebruikt, zijn afkomstig uit de duizenden beelden die door het Europese Ruimteagentschap sinds 1992 werden gearchiveerd.
Satellietgegevens maken het mogelijk om grondbewegingen van enkele millimeters waar te nemen. De radarinterferometrie technologie is door de Belgische Geologische Dienst gebruikt om grondbewegingen in kaart te brengen, met name in stedelijke gebieden en nabij historische mijnsites.
Radarinterferometrie in België: bestudeerde zones
inds 15 jaar leveren de Europese satellieten ERS-1, ERS-2 en Envisat radargegevens van hoge kwaliteit, die voor zowel wetenschappelijke als commerciële doeleinden worden gebruikt. De archieven van de satellietbeelden van het Europees Ruimteagentschap bevatten meer dan een miljoen satellietopnames, en elk satellietbeeld stemt overeen met een oppervlakte van 100x100 km2. Met de radarinterferometriemethode (PSInSAR-techniek) kan men tienduizenden controlepunten identificeren, waardoor men grondbewegingen van enkele millimeters kan waarnemen.
Momenteel worden er twee gebieden bestudeerd (groen) en een derde gebied (rood) kan eventueel het voorwerp uitmaken van een volgende studie in het kader van een nieuwe overeenkomst waarvoor er financiering wordt gezocht.
Topografische kaart van het NGI op schaal 1:100 000 (© Nationaal Geografisch Instituut). De gewestelijke grenzen (Vlaanderen, Wallonië en Brussel) zijn weergegeven met zwarte lijnen.
Zone A: Brussel, Zone B: Luik-Kempen, Zone C: Mons-Strépy.
De eerste zone die in België werd geanalyseerd, beslaat een oppervlakte van 900 km2 (in groen in bovenstaande figuur). Dit gebied omvat bijna het volledige Brusselse Gewest en gedeeltelijk de gemeenten van Vilvoorde-Zaventem (noorden) tot Louvain-la-Neuve (zuiden) en van Halle (westen) tot Wavre (oosten). Deze satellietgegevens zullen worden opgenomen in het BUG-project, dat zich tot doel stelt, de geologie van de ondergrond van Brussel in 3D te visualiseren, en nieuwe digitale kaarten op schaal 1:5 000 op te stellen.
Topografische kaart van het NGI op schaal 1:100 000 (© Nationaal Geografisch Instituut). De gewestelijke grenzen (Vlaanderen en Wallonië) zijn weergegeven met zwarte lijnen.
In de tweede fase van het Terrafirma-programma werd er een nieuwe zone rondom de stad Luik en de Kempen bestudeerd. Dit gebied beslaat een oppervlakte van 3000 km² en strekt zich uit over de provincies Luik (zuiden) en Limburg (noorden). Het gebied omvat eveneens een deel van Nederlands Limburg.
Topografische kaart van het NGI op schaal 1:100 000 (© Nationaal Geografisch Instituut). De gewestelijke grens (Vlaanderen en Wallonië) in het zwart.
Een derde zone (in het rood) ligt in de provincie Henegouwen en omvat het oude industriële steenkoolbekken vanaf de Frans-Belgische grens tot Strépy-Thieu.
Topografische kaart van het NGI op schaal 1:100 000 (© Nationaal Geografisch Instituut). De gewestelijke grens (Vlaanderen en Wallonië) in het zwart.
De gebruikte satellieten
De eerste Europese satelliet voor teledetectie (of ERS-1) werd door ESA gelanceerd in juli 1991. Metingen worden verricht met microgolven, waardoor ze niet worden gehinderd door bewolking of zonlicht.
In vergelijking met andere satellieten van dezelfde generatie, is de ERS-1 (en ook de recentere ERS-2) uniek, omdat gelijktijdig verschillende parameters worden gemeten, waaronder wind- en zeecondities, temperatuur van het zeewater, oceaanstromingen, zee- en ijsniveau. Eveneens worden er algemene weerbeelden verkregen boven land, zee en ijsvlakten. Deze satelliet is experimenteel, maar de resultaten zijn reeds gedeeltelijk toepasbaar: de aard van de baan en de volledigheid van de sensoren laten het globaal verzamelen van geografische informatie toe, en dit met geregelde tijdsintervallen. Toepassingen spitsen zich voornamelijk toe op het opvolgen van de evolutie van oceanen en ijsvlakten, maar ook de waarnemingen boven land en kustgebieden worden gebruikt, omdat deze niet gehinderd worden door meteorologische omstandigheden.
De satelliet ERS-1 - { http://earth.esa.int/ers/ }* - werd gelanceerd op 17 juli 1991 en in een heliosynchrone baan gebracht op een hoogte van 780 km.
De satelliet heeft drie werkingsmodi volgens een bepaald omloopschema:
- van 35 dagen in standaardmodus,
- van 3 dagen voor een cyclus die beter is aangepast aan de studie van het ijs tijdens de arctische winter,
- en van 168 dagen voor geodetisch onderzoek.
Het gegevensvolume dat door de ERS-1 wordt geproduceerd, is enorm: de gewone sensoren ("low bit rate" sensoren) verzamelen meer dan één miljoen bits per seconde en de SAR (Synthetic Aperture Radar) honderd miljoen bits per seconde. De gegevens van de gewone sensoren worden tijdelijk aan boord opgeslagen en naar de aarde doorgestuurd wanneer één van de drie daartoe bestemde grondstations wordt overvlogen. De SAR-gegevens worden rechtstreeks verzonden.
Het doel van ERS-1 is om de hoeveelheid en kwaliteit van de wetenschappelijke gegevens over de aarde en het milieu drastisch te vergroten. Aanvankelijk was dit een louter wetenschappelijk doel, maar de ontwikkeling van meer toegepaste projecten heeft aangetoond dat de gegevens praktisch en zelfs commercieel kunnen worden aangewend. Zo wordt ERS-1 gebruikt voor het opvolgen van gewassen, ontbossing van tropische regenwouden en overstromingen, voor het opsporen van olieverontreiniging, en voor het in kaart brengen van zee-ijs en weercondities boven oceanen.
De satelliet ERS-2 - { http://www.esa.int/esaEO/SEMWYN2VQUD_index_0_m.html }* - werd gelanceerd op 21 april 1995 en draait alle 100 minuten op een hoogte van 780 km in een heliosynchrone baan boven de noord- en zuidpool voor een standaardomwenteling van 35 dagen.
Hij werkte in tandem met de ERS-1 tot 10 maart 2000.
De verwerking en verspreiding van de ERS-gegevens gebeurt in twee stappen. Een deel van de gegevens wordt nog ter plaatse in de grondstations verwerkt en pas daarna per satelliet of via het informaticanetwerk naar de gebruikers verzonden. Het resultaat is dat de gegevens over de wind en de golven binnen de 3 uren na de observatie in de meteorologische studiecentra in de wereld aankomen. De SAR-beelden kunnen vanuit bepaalde grondstations in minder dan een uur aan de gebruikers worden geleverd, weliswaar met een zeker resolutieverlies. De hoge-resolutiebeelden zijn in Europa binnen de 24 uren beschikbaar.
De satelliet ENVISAT - { http://envisat.esa.int/ }* - heeft 10 gesofistikeerde optische instrumenten en radars aan boord, die het milieu van de aarde bewaken en continu informatie verzamelen over de continenten, de atmosfeer, de oceanen en de ijskappen. Het grootste instrument aan boord is de ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar), een hoge-resolutiebeeldradar, die in de C-band werkt en die de continuïteit verzekert van de radarbeelden van ERS-2. ENVISAT bevindt zich op een hoogte van ongeveer 780 km in een heliosynchrone baan en met een cyclus van 35 dagen.
Er bestaan ook andere satellieten voor de radarinterferometrie, en wel:
Nieuwe missies worden gepland in de komende jaren en betreffen de lancering van de volgende satellieten:
* Deze pagina wordt in een nieuw venster geopend
Doelstellingen van de BGD
De Belgische Geologische Dienst heeft een programma gestart voor de identificatie in tijd en ruimte van gronddeformaties in relatie tot de natuurlijke en geologische risico's in stedelijke en landelijke gebieden. Bepaalde risico's zijn gekend, maar hun cartografische spreiding is dat niet. Door de identificatie van gronddeformaties die werden waargenomen door radarinterferometrie (PSInSAR-techniek), verkrijgt men bruikbare en nauwkeurige informatie over de stabiliteit van het terrein in de bestudeerde gemeenten.
In België zijn de radarinterferometrie gegevens van de Europese satellieten vooral nuttig voor het opsporen, de cartografie, het kwantificeren en opvolgen van gronddeformaties:
- in de concessiegebieden voor de exploitatie van steenkool. Grondbewegingen, hetzij door ophoging als gevolg van de stijging van het grondwater na het stopzetten van de exploitatie en het stilvallen van de drooglegging, hetzij door lokale instorting,
- boven vroegere ondergrondse steengroeven (krijt, fosfaatkrijt, zandsteen, leisteen, metalen afzettingen, etc.),
- in de waterwinningsgebieden,
- in gebieden met uitgebreide verkarsting,
- in de grote stedelijke gebieden van het land,
- van historische of geklasseerde sites van het patrimonium,
- geotechnische infrastructuur (bruggen, autosnelwegen, tunnels, etc.),
- etc.
De radarinterferometrie gegevens (PSInSAR-techniek) leveren informatie over de deformatie van terreinen en dit voor tienduizenden controlepunten (permanente receptoren) op millimeterschaal en voor grote oppervlakten (verscheidene duizenden km2).
De medewerkers van de BGD
- Verantwoordelijke voor dit project en vertegenwoordiger van de BGD bij Terrafirma: Dr Xavier Devleeschouwer.
- Medewerker: Pierre-Yves Declercq (geoloog - GIS, contractueel)
- Medewerker: Franck Pouriel (geoloog - geomaticus, tijdelijk contract in 2005 en 2006)
