Grundlage für die hier dargestellten Karten sind die drei sozioökonomische Szenarien der Gesellschaft für wirtschaftliche Strukturforschung (GWS). Mittels des ökonomischen Modells PANTA RHEI Regio wurde auf Kreisebene die Siedlungs- und Verkehrsflächenentwicklung bis 2045 berechnet. Die hier dargestellten Karten sind mit Hilfe des Land Use Scanner (LUS) durch das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung, Bonn (BBSR) berechnet worden. Der Land Use Scanner basiert auf einem Optimierungsmodell, das die mit PANTA RHEI Regio berechneten Landnutzungsveränderungen auf Kreisebene auf einem 100×100 m Raster nach bestmöglicher Eignung verteilt. Die Ergebnisse des LUS liefern für alle drei sozioökonomischen Szenarien nach qualitativer Experteneinschätzung plausible Veränderungen der Landnutzung.
Airborne Laserscaning (ALS): Das flugzeuggestützte Messen mithilfe von Laserlicht ist eine Methode, die Entfernung des Geländes zum Flugzeug direkt zu bestimmen. Das Ergebnis ist ein flächenhaftes dreidimensionales Abbild der Erdoberfläche. Die Messgeräte (Laserscanner) sind in der vegetationsarmen Zeit in der Lage, Wald- und Krautschichten weitestgehend zu durchdringen. Zusätzlich zu den Objekthöhen des Bewuchses und den Gebäuden werden auf diesem Wege die Geländehöhen erfasst. Der Scanner misst die Entfernung zur Oberfläche, indem er die Laufzeit eines kurzen Impulses infraroter Laserstrahlung bestimmt. Die ALS Daten liegen in Form einer unregelmäßigen dreidimensionalen Punktwolke vor und bilden die Situation zum Zeitpunkt der Befliegung ab. Durch unterschiedliche Erfassungszeitpunkte können z.B. bei Vegetations- und Wasserflächen Höhensprünge auftreten. Die Erweiterung der Datenbestände erfolgt jährlich in kleineren Bearbeitungslosen. Die Daten werden über automatisierte Verfahren oder durch Selbstentnahme kostenfrei bereitgestellt. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten.
Die Wechselwirkung von Wolken und Aerosol und ihre Rolle im Strahlungshaushalt der Erde ist ein Feld offener Fragen. Der IPCC (2014) nennt große Unsicherheiten und den Bedarf an zusätzlichen wissenschaftlichen Bemühungen, um die Vielzahl der Prozesse und deren Rolle für ein sich wandelndes Klima besser zu verstehen. Dieser Antrag hat die Entwicklung neuartiger Fernerkundungskonzepte zur Beobachtung einiger dieser Prozesse zum Ziel. Aerosol hat direkten Einfluss auf den Strahlungshaushalt und löst eine Serie von indirekten Effekten aus, indem es die Wolken-Mikrophysik, die Wolken-Dynamik, -Lebensdauer, den Wasserkreislauf und sogar die großskalige Zirkulation beeinflusst. Eigenschaften und räumliche Verteilung des Aerosols selbst ändern sich durch die Prozesse während der Wolkenpartikelbildung und ihrer Auflösung. Die Konzentration aktivierter Wolkenkondensationskeime (CCNC) spielt dabei eine entscheidende Rolle. CCNC kann in-situ nur mit sehr begrenzter räumlicher Abdeckung vermessen werden. Gleichzeitig kann sie nicht quantitativ mit herkömmlichen Fernerkundungsmethoden bestimmt werden, da die typische CCN Größe mehr als eine Größenordnung unterhalb der Wellenlänge sichtbarer Strahlung liegt. Daher wurde ein alternativer Ansatz vorgeschlagen: Messungen der von Wolkenseiten reflektierten Solarstrahlung ermöglichen die Ableitung von Vertikalprofilen der Partikelphase sowie ihrer Größe. Es wurde hypothetisiert, dass der Einfluss des Aerosols auf die Entwicklung der Mikrophysik so beobachtbar wird ebenso wie die Ableitung der CCNC. Alternativ kann CCNC auch aus Messungen optischer Eigenschaften der Aerosole abgeleitet werden. Der Zusammenhang zwischen optischer Dicke des Aerosols und CCNC wurde identifiziert, allerdings verbunden mit Unsicherheiten. Der Vorschlag, diese beiden Ansätze zu verbinden und die damit verbundenen Hypothesen zu testen, ist Kern dieses Antrags. Hyper-spektrale Beobachtungen mittels eines schnellen Scanners sind entscheidend, da Wolken sich sehr schnell verändern. Dazu soll ein abbildendes Spektrometer mit Polarisationsfiltern erweitert werden. Mit demselben Messgerät können dann die Mikrophysik der Wolken und die Eigenschaften des Aerosols im umgebenden wolkenlosen Bereich abgeleitet werden. Das Projekt ist im Wesentlichen in zwei Doktorarbeiten aufgeteilt. Highlights: 1) Test zweier Hypothesen, die Kern kommender Flugzeug-Kampagnen und geplanter Satellitenmissionen sind: CCNC kann aus Fernerkundung der Aerosoleigenschaften und aus Profilen der Wolkenmikrophysik abgeleitet werden. 2) Schnelle hyper-spektrale Scanner-Messungen ermöglichen Mikrophysik-Messungen veränderlicher Wolken. Erlauben diese Daten Ableitungen der Veränderung der Mikrophysik abhängig von der Entfernung zur Wolkenseite? 3) Ableitung von Aerosol-Eigenschaften aus polarisierten spektralen Messungen auch in bewölkten Situationen.
Teilvorhaben SKM: Die S.K.M. Informatik GmbH ist für die Bahnplanung der additiven und subtraktiven Prozesse verantwortlich. In diesem Zusammenhang werden durch S.K.M. 3D-Druck-spezifische Softwarelösungen in die bestehende CAD/CAM-Software implementiert, um auch komplexe konventionell konstruierte Werkzeuge für eine Herstellung im 3D-Druck zu befähigen. Neben einer Mittelliniendetektion beim Einlesen der Daten ist unter anderem auch eine automatische Generierung von Infillstrukturen für das SEAM-Verfahren zu entwickeln, welche sich zu Standard 3D-Druckverfahren wie dem FFF stark unterscheiden. Mit dem SEAM-Verfahren lassen sich beispielsweise Leichtbaustrukturen mit einem Sinusfill generieren, was Materialeinsparung bei gleichzeitig hohen Festigkeiten ermöglicht. Darüber hinaus wird S.K.M. in die Software ein Qualitätssicherungstool implementieren, das es erlaubt, nach der Bearbeitung eine Soll-Istwert-Analyse durchzuführen. Die hierfür notwendigen Daten werden mittels Scanner erhoben und anschließend an die Software zur Datenauswertung geliefert. Eventuelle Abweichungen werden in der Bahnplanung iterativ berücksichtigt und für nachfolgende Bauteile/Werkzeuge automatisch angepasst.