Radar: unter dem Boden, durch den Rauch und beobachtend aus dem Orbit

Radar sendet Funkwellen aus und lauscht auf Echos. Starke Echos kommen von abrupten Änderungen der elektrischen Eigenschaften (relative Permittivität): Luft zu Boden, Boden zu Wasser, Beton zu Stahl. Hohlräume kontrastieren stark und zeigen sich daher gut. In Materialien werden die Wellen langsamer, v = Lichtgeschwindigkeit ÷ √relative Permittivität, und die Tiefe ist v × Laufzeit hin und zurück ÷ 2. Die relative Permittivität von Wasser liegt bei etwa 80, Feuchtigkeit verändert die Geschwindigkeit also dramatisch – die Kernschwierigkeit.

Eine Hauptursache für Straßeneinbrüche sind beschädigte Abwasserrohre. Durch Fugen und Risse wird bei jedem Regen und jedem Durchfluss umgebender Boden in das Rohr gespült, und unter der Fahrbahn wächst ein Hohlraum. Die Oberfläche sieht bis ganz zum Schluss oft eben aus. Beim großen Straßeneinbruch in Yashio, Saitama, im Jahr 2025 war ein beschädigter Abwasserhauptkanal beteiligt, und auf Ersuchen der nationalen Regierung folgte landesweit eine Sonderuntersuchung alter Abwasserkanäle mit 2 m Durchmesser oder mehr.

Was für Hohlraumuntersuchungen an Straßen heute ausgereift ist, ist fahrzeuggestütztes Bodenradar: Es scannt großflächig, während man im Verkehr mitfährt, und verdächtige Stellen werden bestätigt, indem man ein kleines Loch bohrt und eine Kamera einführt. Drohnen kommen dort ins Spiel, wo Fahrzeuge nicht hinkommen – Flussufer, Deiche, Hänge, nach Katastrophen gesperrte Straßen – und in Abwasserrohren mit Rohrinnendrohnen.

• Höhe: Je weiter die Antenne vom Boden entfernt ist, desto mehr Energie wird an der Oberfläche reflektiert. Drohnen müssen in konstant geringer Höhe dicht über dem Boden fliegen.
• Gewicht und Antennen: Niedrigere Frequenzen brauchen größere Antennen. Je tiefer Sie sehen wollen, desto schwerer ist die Last.
• Boden: Nasser Ton und salzhaltige Böden dämpfen stark. Dieselbe Ausrüstung sieht von Standort zu Standort sehr unterschiedlich tief.
• Positionierung: Um eine Reflexion zu kartieren, braucht es Positions- und Höhenaufzeichnungen im Zentimeterbereich.
• Interpretation: Ob ein Echo ein Hohlraum, ein Rohr, ein Stein oder eine Bodenschichtgrenze ist, wird aus der Wellenform und mit Erfahrung abgelesen. Fehlalarme sind häufig.

Vorerst ist Drohnen-Bodenradar also realistisch ein Werkzeug für die grobe Vorauswahl dort, wo weder Fahrzeuge noch Menschen hinkommen. Die Forschung ist aktiv bei Schnee, Gletschern und Minensuche, und Inspektionsversuche nehmen zu.

Hochfrequentes Bodenradar wird in Handgeräten breit eingesetzt, um Bewehrungslage und Betondeckung in Fahrbahnplatten von Brücken, Tunnelauskleidungen und Gebäudewänden zu messen. Fahrzeuggestützte Systeme prüfen auch Fahrbahnplatten unter Asphalt auf Schäden. Das sind etablierte Verfahren.

Das per Drohne zu tun ist schwierig: Eine genaue Messung braucht die Antenne in Kontakt mit der Oberfläche oder sehr nah und ruhig davor. Es gibt Forschung zu Drohnen mit Kontaktarmen, die Sensoren gegen Wände oder Brückenuntersichten drücken, aber sie bleibt im Forschungs- und Erprobungsstadium. Vorerst ist die realistische Aufteilung: Drohnen sichten mit sichtbarem Licht oder Wärmebild, und Radar wird aus der Nähe von Menschen oder Bodenrobotern eingesetzt.

Millimeterwellenradar kennt man von der Kollisionsvermeidung im Auto. Seine längere Wellenlänge erlaubt es, Entfernung und Geschwindigkeit durch Rauch, Staub, Nebel und Dunkelheit zu messen. Auf Drohnen wird es zum Beispiel von landwirtschaftlichen Sprühdrohnen zur Geländefolge und Hindernisvermeidung genutzt.

Seine Schwäche ist die grobe Winkelauflösung: Es weiß, dass etwas da ist, aber nicht, welche Form es hat. Am besten funktioniert es daher in Kombination mit LiDAR und Kameras, wobei jedes einspringt, wenn die anderen blind sind. Für staubige Orte wie Kessel und Bergwerke sind die Erwartungen hoch. Staub & Rauch

InSAR (interferometrisches SAR) nimmt dasselbe Gebiet wiederholt mit Satellitenradar mit synthetischer Apertur auf und misst Bodenbewegungen aus Phasendifferenzen. Zeitreihenanalysen vieler Aufnahmen zeigen langsame Verschiebungen im Millimeterbereich von sich senkendem Boden, Dämmen, Deichen, Talsperren und Brückenumfeld über weite Flächen. Genutzt werden Europas Sentinel-1 (C-Band, offene Daten), Japans ALOS-2 und ALOS-4 (L-Band) und kommerzielle kleine SAR-Satelliten.

Zu Flüssen und Hängen siehe Hänge, Deiche & Flüsse und Talsperren.

Wo sich Bilder zum Anschauen von Aufzeichnungen zum Messen trennten, erzählt wie sich Luftaufnahmen in Bilder und Messungen aufteilten (Airffic Aerial). InSAR ist ein Neuankömmling auf der messenden Seite.

• Tiefe Eindringung überall: Nasser Ton und salzhaltige Böden dämpfen schnell.
• Ein Echo sicher zuordnen: Ob Hohlraum, Rohr oder Stein, bestätigt erst das Aufgraben.
• Nahbereichsmessung per Drohne: Betondeckung und Ähnliches brauchen die Antenne nah und ruhig – im Flug schwierig.
• Schnelle Veränderungen aus dem Orbit: InSAR eignet sich für langsame Bewegungen; ein Einsturz, der sich in Stunden entwickelt, ist zwischen zwei Aufnahmen vorbei.

Bis 2035 wird Satelliten-InSAR voraussichtlich stadtweite Setzungen monatlich beobachten, und fahrzeuggestütztes Bodenradar und Rohrinnendrohnen werden zuerst dorthin geschickt, wo Bewegung auftritt. Drohnen-Bodenradar könnte zu einem schnellen Erkundungswerkzeug für Straßen und Deiche nach Katastrophen herangewachsen sein. Millimeterwellenradar wird wahrscheinlich Standard auf Fluggeräten sein, die in Rauch und Staub weiterfliegen müssen. Das ist die Sicht der Redaktion; gerade Drohnen-Bodenradar braucht noch sehr viel mehr Validierung.