Universität zu Köln

In dieser Arbeit werden erstmalig geophysikalischen Very Low Frequency (VLF) Messungen zusammen mit einem unbemannten Hubschrauber durchgeführt. Es ist eine Machbarkeitsstudie, welche untersucht ob es möglich ist die VLF Methode mit einem Unmanned Airborne Systems (UAS) zu kombinieren. Diese Kombination ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Aufnahme von Messdaten. Darüber hinaus können Daten über schwer zugänglichem oder gefährlichem Gelände in geringer Flughöhe aufgenommen werden. Dies umgeht Einschränkungen sowohl von bodengebundenen Messungen, als auch von Messungen mit bemannten Flugkörpern. Bei der VLF Methode stellen Transferfunktionen eine Beziehung zwischen der vertikalen magnetischen Feldkomponente und den horizontalen magnetischen Feldkomponenten her. Diese Transferfunktionen enthalten Informationen über laterale Leitfähigkeitsveränderungen im Erdboden. Für zwei unterschiedliche Messgebiete werden UAS-VLF Messungen vorgestellt. Als Referenz dienen parallel durchgeführte, bodengebundene VLF und Radiomagnetotellurik (RMT) Messungen. Die Planung und anschließende Verwirklichung der Messungen wurde in Zusammenarbeit mit Mobile Geophysical Technologies (Celle, Deutschland) durchgeführt. Die hierfür verwendeten Komponenten des UAS bestehen aus dem unbemannten Hubschrauber Scout B1- 100 von Aeroscout (Luzern, Schweiz), dem Analog Digital Unit (ADU) Datenlogger und dem Super High Frequency Induktionspulentriple (SHFT) Sensor von metronix. Um mit dieser neuartigen Sensor-Plattform-Kombination sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, müssen einige Herausforderungen gemeistert werden. Bisher stehen keine Informationen darüber zur Verfügung, wie eine Aufhängung für die Geräte zu konstruieren ist. Einerseits muss die Aufhängung den Einfluss etwaiger Störquellen auf die Geräte wie etwa Pendelbewegungen und Vibrationen oder elektromagnetischem Rauschen des Hubschraubers minimieren. Andererseits muss Flugtauglichkeit des unbemannten Hubschraubers erhalten bleiben. Hierfür werden Messungen des elektromagnetischen Hubschrauberrauschens durchgeführt und der Einfluss von Sensorrotationen auf die Übertragungsfunktionen untersucht. Es wird gezeigt, dass bereits kleine Sensordrehungen großen Einfluss auf die Übertragungsfunktionen haben. Außerdem sollte der ADU Datenlogger einen Abstand iii von 2m und der SHFT Sensor einen Abstand von 4m zum Hubschrauber haben. Anhand dieser Vorgaben ist von Aeroscout eine geeignete Aufhängung konstruiert worden. Für die Auswertung der UAS-VLF Daten wird ein Programmpaket entwickelt. Zwei Berechnungsmethoden werden vorgestellt, welche die Transferfunktionen aus den in einem gegebenen Messgebiet vorhandenen VLF Sendern bestimmen. Auf Übertragungsfunktionen die mit der bivariaten Methode berechnet werden, haben Störungen weniger Einfluss als Übertragungsfunktionen die mit der skalaren Methode berechnet werden. Die berechneten Übertragungsfunktionen werden rotiert um eine Interpretation mit dem MARE2DEM 2D-Inversionsalgorithmus zu ermöglichen. Im letzten Schritt der Datenverarbeitung werden Verschiebungen der Übertragungsfunktionen korrigiert. Dies ist teilweise notwendig um aussagekräftige Inversionsmodelle zu erhalten. Das erste Gebiet, in welchem UAS-VLF Messungen realisiert wurden, liegt in Wavre in der Schweiz. Hier wird zunächst erprobt ob und wie gut anthropogene Anomalien mit der UAS-VLF Methode detektiert werden können. Das zweite Messgebiet liegt bei Cuxhaven in Deutschland über einem Salz- zu Süßwasserübergang. Die jeweils berechneten Übertragungsfunktionen ermöglichen es, die Position der Anomalien im Untergrund korrekt zu lokalisieren. Die Übertragungsfunktionen können außerdem dazu verwendet werden Leitfähigkeitsmodelle des Untergrunds zu erhalten. Hierfür werden die RMT Daten zur Bestimmung der Hintergrundleitfähigkeiten verwendet. Dies ist das erste mal, dass Leitfähigkeitsmodelle aus gemessenen UAS-VLF Daten abgeleitet werden. Die mit der UAS-VLF Methode bestimmten Positionen der Anomalien im Untergrund stimmen mit den Positionen, welche mit bodengebundenen VLF und RMT Messungen bestimmt wurden, überein. Es wird gezeigt, dass Vorwärtsmodellierungen in der Lage sind die gemessenen UAS-VLF Daten zu erklären und dass sie die Verlässlichkeit der gewonnen Informationen bestätigen.

German