Forschende des Instituts für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn unter der Leitung von Dr. Makan Karegar haben in ESA-Projekten Technologie zur Wasserstandsüberwachung vom Rhein nach Afrika, Australien und die Philippinen übertragen. Ursprünglich im DFG-Sonderforschungsbereich SFB 1502 (DETECT) entwickelt, ermöglicht sie eine kontinuierliche, frei zugängliche Beobachtung von Binnen- und Küstengewässern in datenarmen Regionen weltweit.
In Bonn entwickelt, heute auf drei Kontinenten aktiv
Das technologische Herzstück ist der Raspberry Pi Reflector (RPR), ein kompakter, solarbetriebener Sensor, der an der Universität Bonn entwickelt wurde. Mithilfe der interferometrischen Reflektometrie des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS-IR) misst er Wasserstände mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich (https://www.uni-bonn.de/de/neues/272-2022).
Die von den Satelliten ausgesandten Wellen werden nur zum Teil direkt von der Antenne aufgefangen. Der Rest wird von der Wasseroberfläche reflektiert und gelangt über diesen Umweg zum Empfänger. Er bildet bei der Überlagerung mit dem direkt empfangenen Signal bestimmte Muster, Interferenzen genannt. Aus ihnen lässt sich der Abstand der Antenne zum Wasserspiegel berechnen.
Jede Einheit kostet weniger als etwa 800 Euro, wird mit Solarenergie betrieben und überträgt täglich Daten über Mobilfunknetze. “Moderne Pegelstationen sind teuer, und herkömmliche Pegelstationen sind stark anfällig für Hochwasserschäden. Diese beiden Faktoren haben dazu geführt, dass viele Länder des globalen Südens kaum oder gar kein bodengestütztes Wasserstandsmonitoring besitzen. Der kostengünstige GNSS-IR-Sensor wurde an der Universität Bonn genau entwickelt, um diese Lücke zu schließen.“, sagt Karegar.
Projekt CAMEO-WAGST
Das Projekt CAMEO-WAGST („Cameroon Advanced Measurements for Enhanced Observations of Water levels using Affordable GNSS-IR and Sentinel-3 & 6 Technology“) hat das erste spezielle GNSS-IR-Netzwerk zur Überwachung von Wasserständen an Küsten und Flüssen in Kamerun aufgebaut und wurde von der European Space Agency (ESA) finanziert. Zwischen Mai und Juni 2025 installierten Forschende in Zusammenarbeit mit Dr. Loudi Yap, Geodät und Leiter des Forschungslabors für Geodäsie am Nationalen Instituts für Kartografie, acht RPR-Sensoren in Kamerun - zwei am Sanaga-Fluss und sechs entlang der Küste. „Fehlende Infrastruktur zur zuverlässigen hydrologischen und Küstenüberwachung in Kamerun hat bislang ein effektives Hochwasserrisikomanagement und Frühwarnsysteme behindert“, sag Yap.
Diese Zusammenarbeit unter dem Dach der EO Africa-Forschungs- und Entwicklungseinrichtung trage Früchte, sagt Dr. Roelof Rietbroek, Forschungskoordinator der EO Africa R&D-Einrichtung der ESA. „Wir hoffen, dass dies den Weg für eine zuverlässigere Überwachung von hochwassergefährdeten Regionen in Afrika ebnet.“
Projekt St3TART-FO
Aufbauend auf dem Erfolg startete mit der European Space Agency das Folgeprojekt St3TART-FO. Insgesamt 17 RPR-Sensoren werden in sieben Ländern installiert, darunter Westafrika, Australien und die Philippinen. „Ziel ist ein frei zugängliches Referenzmessnetz zur Kalibrierung von Satellitendaten“, sagt Karegar. Das Netzwerk liefert erstmals kontinuierliche Wasserstandsdaten an bisher unversorgten Standorten.
Die Kooperation basiert auf jahrelangen wissenschaftlichen Austausch zwischen Afrika und Europa. Zu den Partnern gehören das Internationale Institut für Wasser- und Umwelttechnik (2iE) in Burkina Faso, das Nationale Institut für Kartografie in Kamerun, die Umweltschutzbehörde (EPA) Ghana, die Nigeria Hydrological Services Agency (NiHSA) und die Universität Maiduguri in Nigeria, die Assane-Seck-Universität in Ziguinchor im Senegal, die University of Southern Queensland in Australien sowie die University of the Philippines Diliman.
Technologietransfer und Kapazitätsaufbau im Mittelpunkt
Beide Projekte fördern Technologietransfer und lokale Kapazitäten durch Schulungen, Workshops und Betreuung, wodurch Partnerinstitutionen RPR-Netze eigenständig betreiben können. „Wir wollen eine dauerhafte Überwachungskapazität hinterlassen, die von lokalen Wissenschaftlern und Institutionen betrieben, offen mit der Welt geteilt und auch in Zukunft aufrechterhalten wird“, sagt Dr. Makan Karegar, Projektleiter beider Vorhaben.
Mit finanzieller Unterstützung des Transdisziplinären Forschungsbereichs (TRA) „Sustainable Futures“ der Universität Bonn entwickelte Dr. Makan Karegar die frei zugängliche Datenplattform gnss4surfacewater.com, die einen unabhängigen, bodengestützten Dienst zur Überwachung aktueller und historischer Wasserstände mittels GNSS-IR bereitstellt.
Weitere Informationen:
Open-Data-Plattform: gnss4surfacewater.com
CAMEO-WAGST GitHub (Code & Feldfotos): github.com/MakanAKaregar/ESA_CAMEO_WGAST
