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SubSurfaceGeoRobo: A Comprehensive Underground Dataset for SLAM-based Geomonitoring with Sensor Calibration

With the introduction of mobile mapping technologies, geomonitoring has become increasingly efficient and automated. The integration of Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) and robotics has effectively addressed the challenges posed by many mapping or monitoring technologies, such as GNSS and unmanned aerial vehicles, which fail to work in underground environments. However, the complexity of underground environments, the high cost of research in this area, and the limited availability of experimental sites have hindered the progress of relevant research in the field of SLAM-based underground geomonitoring. In response, we present SubSurfaceGeoRobo, a dataset specifically focused on underground environments with unique characteristics of subsurface settings, such as extremely narrow passages, high humidity, standing water, reflective surfaces, uneven illumination, dusty conditions, complex geometry, and texture less areas. This aims to provide researchers with a free platform to develop, test, and train their methods, ultimately promoting the advancement of SLAM, navigation, and SLAM-based geomonitoring in underground environments. SubSurfaceGeoRobo was collected in September 2024 in the Freiberg silver mine in Germany using an unmanned ground vehicle equipped with a multi-sensor system, including radars, 3D LiDAR, depth and RGB cameras, IMU, and 2D laser scanners. Data from all sensors are stored as bag files, allowing researchers to replay the collected data and export it into the desired format according to their needs. To ensure the accuracy and usability of the dataset, as well as the effective fusion of sensors, all sensors have been jointly calibrated. The calibration methods and results are included as part of this dataset. Finally, a 3D point cloud ground truth with an accuracy of less than 2 mm, captured using a RIEGL scanner, is provided as a reference standard.

Geomechanische Beurteilung und Bohrplanung für Geothermiestandorte mittels Effective Stress, Teilvorhaben: Verifizierung des Toolkits EFECT

Die tiefe Geothermie in Deutschland hat das Potential ein entscheidender Faktor zur Erreichung der Klimaschutzziele zu sein - insbesondere bei der Wärmewende. Hierzu müssen jedoch die Risiken bezüglich der notwendigen Tiefbohrungen, Fündigkeit und Produktion weiter reduziert werden. Dabei ist die mechanische Integrität des Untergrundes entscheidend, beeinflusst sie doch maßgeblich die Reservoirqualität, die Bohrlochstabilität und das Auftreten induzierter Seismizität. Die mechanische Integrität des Untergrundes ergibt sich neben den geomechanischen Gesteinseigenschaften aus der Differenz zwischen minimalen Hauptspannungsmagnitude und dem Porendruck, der minimalen Effektivspannung. Das vorgeschlagene Projekt soll dazu beitragen, die Risiken und Gestehungskosten tiefengeothermischer Projekte in Deutschland zu verringern, indem erstmals Porendruck und somit minimale Effektivspannungen im Rahmen der World Stress Map zur Verfügung gestellt werden. Speziell für die Bohrplanung sind Porendruck und minimale Effektivspannung von zentraler Bedeutung, da sie das optimale Spülungsgewicht, die Rohrabsetzteufen und die Bohrlochstabilität definieren. In einem weiteren Schritt soll daher die neue Datenbank genutzt werden, um ein Bohrrisikomanagement-Toolkit zu entwickeln. Das Toolkit soll es ermöglichen unter Eingabe des Bohrstandorts und Bohrpfads automatisiert eine Vorhersage der minimalen Effektivspannung und Bohrlochstabilität zur Verfügung zu stellen. Das Toolkit wird von einem Industriepartner hinsichtlich seiner Eignung sowie der Sensitivitäten an realen Daten validiert und bzgl. seiner Handhabbarkeit optimiert. Die Verfügbarkeit einer Datenbank zu Porendruck und Effektivspannungen sowie die Bereitstellung eines Toolkits, das eine qualitativ hochwertige und standardisierte Vorhersage dieser Parameter erlaubt, wäre weltweit einzigartig und verschafft der Tiefen Geothermie in Deutschland sowohl sozioökonomische als auch sicherheitsrelevante Vorteile.

Potentialgebiete zur Speicherung von Wasserstoff in Schleswig-Holstein

Dargestellt ist die Verbreitung von untersuchungswürdigen Salinar-Gesteinen innerhalb der Salzstockumgrenzung zur Anlage von Wasserstoff-/Erdgas-Speicherkavernen und die maximal vertretbare Tiefe des Salzstockdaches. Die Salzstöcke sind aufgrund ihrer strukturellen Entwicklung intern komplex - aus den Salzgesteinen des Zechstein und des Rotliegend - als Doppelsalinare aufgebaut und weisen in ihren Flankenbereichen Überhänge auf. Zur Abgrenzung von untersuchungswürdigen Horizonten zur Speicherung von Wasserstoff bzw. Erdgas diente im Wesentlichen die Tiefenlage des Salzstockdaches (Top der Zechstein und Rotliegend-Ablagerungen) bis 1300 m u. NHN als maximal für die Aussolung von Kavernen vertretbare Tiefe (derzeitiger Kenntnisstand). Aus Bohrergebnissen lässt sich ableiten, dass lokal aufgrund der Ausbildung von mächtigen Hutgesteinen das solfähige Gestein auch innerhalb der ausgewiesenen Bereiche tiefer als 1300 m unter NHN liegen kann. Eine Nutzung der Flankenbereiche wird aufgrund der zu erwartenden, unterschiedlich ausgebildeten Überhänge nicht möglich sein.

Hydrogeologisch kritische Bereiche

Diese Atlaskarte kann für die erste Einschätzung der Eignung eines Standortes zur Erdwärmegewinnung für kleine Einzelanlagen genutzt werden. Sie ersetzt jedoch nicht die detaillierte Planung des Einzelvorhabens und ist als Planungsgrundlage für die konkrete Dimensionierung der Sondenlängen nicht geeignet. Haftungsausschluss: Die Daten wurden sorgfältig ermittelt. Eine Gewährleistung für die Angaben kann jedoch nicht übernommen werden. Aufgrund der Inhomogenität des geologischen Untergrundes können ortskonkret jederzeit Abweichungen auftreten. Jegliche Haftung der LH Dresden für mittels dieser Daten erhobene oder berechnete Ergebnisse ist ausdrücklich ausgeschlossen. Atlaskarte 4.31 und Themenstadtplan bestehend aus folgenden Themen: L13388,L13412,L3256,L10706

Geomechanische Beurteilung und Bohrplanung für Geothermiestandorte mittels Effective Stress

Die tiefe Geothermie in Deutschland hat das Potential ein entscheidender Faktor zur Erreichung der Klimaschutzziele zu sein - insbesondere bei der Wärmewende. Hierzu müssen jedoch die Risiken bezüglich der notwendigen Tiefbohrungen, Fündigkeit und Produktion weiter reduziert werden. Dabei ist die mechanische Integrität des Untergrundes entscheidend, beeinflusst sie doch maßgeblich die Reservoirqualität, die Bohrlochstabilität und das Auftreten induzierter Seismizität. Die mechanische Integrität des Untergrundes ergibt sich neben den geomechanischen Gesteinseigenschaften aus der Differenz zwischen minimalen Hauptspannungsmagnitude und dem Porendruck, der minimalen Effektivspannung. Das vorgeschlagene Projekt soll dazu beitragen, die Risiken und Gestehungskosten tiefengeothermischer Projekte in Deutschland zu verringern, indem erstmals Porendruck und somit minimale Effektivspannungen im Rahmen der World Stress Map zur Verfügung gestellt werden. Speziell für die Bohrplanung sind Porendruck und minimale Effektivspannung von zentraler Bedeutung, da sie das optimale Spülungsgewicht, die Rohrabsetzteufen und die Bohrlochstabilität definieren. In einem weiteren Schritt soll daher die neue Datenbank genutzt werden, um ein Bohrrisikomanagement-Toolkit zu entwickeln. Das Toolkit soll es ermöglichen unter Eingabe des Bohrstandorts und Bohrpfads automatisiert eine Vorhersage der minimalen Effektivspannung und Bohrlochstabilität zur Verfügung zu stellen. Das Toolkit wird von einem Industriepartner hinsichtlich seiner Eignung sowie der Sensitivitäten an realen Daten validiert und bzgl. seiner Handhabbarkeit optimiert. Die Verfügbarkeit einer Datenbank zu Porendruck und Effektivspannungen sowie die Bereitstellung eines Toolkits, dass eine qualitativ hochwertige und standardisierte Vorhersage dieser Parameter erlaubt, wäre weltweit einzigartig und verschafft der Tiefen Geothermie in Deutschland sowohl sozioökonomische als auch sicherheitsrelevante Vorteile.

Potentialgebiete zur Speicherung von Druckluft in Schleswig-Holstein

Die Karte zeigt Potentialgebiete zur Anlage von Druckluftspeichern in Salzskavernen im Schleswig-Holsteinischen Festlandsbereich und die Lage der Salzstrukturen im Untergrund. Zur Abgrenzung von untersuchungswürdigen Horizonten zur Druckluftspeicherung in Salzkavernen diente im Wesentlichen die Tiefenlage des Salzstockdaches (Top der Zechstein- und Rotliegend-Ablagerungen) bis 800 m unter NHN als maximal für die Aussolung von Kavernen vertretbare Tiefe (derzeitiger Kenntnisstand).

Schwerpunktprogramm (SPP) 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung, Teilprojekt: Dynamik des Transports von Erzmetallen in alkalinen Porphyrsystemen

Unser Projekt zielt auf die Untersuchung der detaillierten Transportmechanismen von Erzmetallen inklusiver ihrer Aufstiegswege und Träger in akalinen porphyrisch-epithermalen Systemen. Die Studie fokussiert sich auf die Ladolam-Lagerstätte auf Lihir (Papua-Neuginea), die eine der größten und repräsentativsten Lagerstätten dieses Typs darstellt. Südlich von Lihir befindet sich ein junges, submarines Vulkanfeld, das als mögliches Analog zu einer Frühphase des Vulkansystems von Ladolam angesehen wird. Nur hier finden sich weniger entwickelte Gesteine und die Eruptionsbedingungen in >1 km Wassertiefe erlauben es den Metalltransport in magmatischen Sytemen zu studieren, die möglichst wenig durch magmatische Differentiation und Entgasung in flachen Krustenstockwerken beeinflusst sind. Epithermale Mineralisationen ähnlich zu Ladolam treten am Conical Seamount auf und Mantel- und Krustenxenolithe, die magmatische Prozesse von der Mantelquelle bis zur Eruption aufzeichnen, sind in den Laven des nahen Tubaf Seamounts häufig. Unser Forschungsprojekt fokussiert sich auf die detaillierte Rekonstruktion der thermobarometrischen Entwicklung während des Aufstiegs der Schmelzen und wie diese sich auf den Oxidationszustand sowie die Fähigkeit Metalle zu transportieren auswirkt. Hierfür planen wir mit einer grundlegenden petrologischen und geochemischen Charakterisierung der Gesteinsproben zu beginnen und diese mit hochauflösender Analyse von Volatilen und Spurenmetallen sowie Mikrothermobarometrie anhand von Fluid- und Glas-(vormals Schmelz-)einschlüssen zu kombinieren. Mit Hilfe dieser Daten wollen wir zu einem verbesserten Verständnis der Steuermechanismen für subvulkanische Intrusionen oder vulkanische Eruptionen in diesem speziellen Setting beitragen. Die Integration unserer Erkenntnisse zu den magmatischen Prozessen im Untergrund mit der Entwicklung der Silizium-untersättigten, hoch alkalinen Magmen, die nachweislich sehr fertil für die Entstehung ökonomisch relevanter porphyrischer Lagerstätten sind, ist daher von bedeutender Relevanz. Darüber hinaus werden unsere Abschätzungen zum lithostatischen Druck der Schmelzstagnation, der Aufstiegsraten, Eruptionsauslösern und möglicherweise zur Tiefe der Entmischung von Fluid und Schmelze als Datengrundlage direkt in das von PD Dr. Philipp Weis geführte Projekt zur Modellierung der physikalischen Bedingungen der Porphyrbildung in Ladolam eingehen. Weitere Anknüpfungspunkte innerhalb des SPP 2238 DOME ergeben sich zum Projekt von Dr. Andreas Audétat, das sich auf petrologische Experimente in Verbindung zu alkalinen Porphyren in kontinentalen Settings fokussiert.

Potenziale der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung

Die dezentrale Regenwasserbewirtschaftung (dRWB) ist ein zentraler Baustein der Klimafolgenanpassung. Berlin verfolgt in diesem Zusammenhang das Ziel "Schwammstadt" zu werden. Im Auftrag der Berliner Regenwasseragentur wurde durch das Büro gruppe F eine Methodik zur Erfassung von Potenzialen der dRWB auf Grundlage von öffentlich verfügbaren Daten entwickelt. Ziel ist es, Handlungsräume zu identifizieren, in denen Regenwasser lokal bewirtschaftet werden kann, anstatt es in die Kanalisation abzuleiten und somit die Abkopplung im Bestand voranzutreiben. Die Methodik und die daraus entstandenen Potenzialkarten können die Entwicklung von gesamtstädtischen Strategien zur Förderung von dRWB unterstützen und zur groben Ersteinschätzung von Versickerungs-, Abkopplungs- und Dachbegrünungspotenzialen dienen. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie unter: https://regenwasseragentur.berlin/abkopplungspotenzialkarten/ Versickerungspotenzial Das Potenzial zur Versickerung von Regenwasser ergibt sich aus den naturräumlichen Gegebenheiten und planungsrelevanten Rahmenbedingungen. Bewertet werden u. a. die Wasserdurchlässigkeit des Untergrundes, der Bemessungsgrundwasserstand (je nach Datenverfügbarkeit), das Vorhandensein eines Wasserschutzgebietes oder geschützter Biotope, die Hangneigung, der Denkmalschutz, der Abstand zu Gebäuden und die Verkehrsmenge bei Straßen. Altlasten(-verdachtsflächen) und Leitungen im Untergrund konnten nicht berücksichtigt werden, da die Daten nicht frei zugänglich sind. Die Karte kann zur groben Ersteinschätzung dienen, ist jedoch kein Ersatz für Vor-Ort Untersuchungen bzw. Fachplanungen. Für eine praxistaugliche Anwendung wurden drei Szenarien mit unterschiedlich eingestellten Eignungskriterien entwickelt. Es wurden die Flächen-, Mulden- und Rigolenversickerung sowie das Mulden-Rigolen-Element betrachtet. Wenn diese Maßnahmen nicht möglich sind, kommt das Mulden-Rigolen-System mit gedrosselter Ableitung zum Einsatz. Abkopplungspotenzial Die Karte verdeutlicht, an welchen Orten in Berlin die stadt- und naturräumlichen Gegebenheiten potenziell geeignet sind, um Maßnahmen der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung umzusetzen und welcher Anteil einer an die Regen-/Mischwasserkanalisation angeschlossenen Fläche potenziell abgekoppelt werden kann. Hierbei wird das Abkopplungspotenzial der Versickerungsmaßnahme dargestellt, die den höchsten Effekt erzielt. Es wurden fünf Versickerungsmaßnahmen betrachtet. Aufgrund von nicht frei verfügbaren Datengrundlagen erfolgte die Berechnung auf Ebene der ISU5 Block-/Blockteilflächen und der Straßenabschnitte; Flurstücksgrenzen wurden nicht berücksichtigt. Die Karte kann zur groben Ersteinschätzung dienen, ist jedoch kein Ersatz für Vor-Ort Untersuchungen bzw. Fachplanungen. Es wurden z. B. keine Altlasten, Leitungen im Untergrund oder Flächennutzungen betrachtet. Für eine praxistaugliche Anwendung wurden drei Szenarien mit unterschiedlich eingestellten Eignungskriterien entwickelt. Sie basieren auf den gleichnamigen Versickerungspotenzialszenarien. Dachbegrünungspotenzial Besonders in dicht bebauten Stadtgebieten in denen Dachflächen einen beträchtlichen Anteil der Gesamtfläche einnehmen, können Gründächer einen wichtigen Baustein der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung darstellen. Die Ermittlung des Dachbegrünungspotenzials erfolgte im Wesentlichen über die Dachneigung. Die Einschätzung der Potenziale werden anhand einer Ampel-Systematik auf der Ebene von Dachteilflächen dargestellt. Flächen mit geringer Dachneigung und ohne Denkmalschutz wurden besser bewertet als denkmalgeschützte Flächen mit einer Dachneigung über 5°. Ausgeschlossen wurden Flächen mit vorhandener PV-/Solarthermie-Anlage und/oder Dachbegrünung sowie Kleinstflächen, da hier der Aufwand für die Umsetzung von Gründächern im Bestand als unrealistisch hoch eingeschätzt wird. Gründachpotenziale werden bei automatisierten Ermittlungsverfahren i.d.R. überschätzt. Wesentliche Aspekte, v.a. Informationen zur Gebäudestatik, sind nicht flächendeckend verfügbar und konnten auch bei der Gründachpotenzialkarte für Berlin nicht berücksichtigt werden. Die Karte kann zur groben Ersteinschätzung dienen, ist jedoch kein Ersatz für Vor-Ort Untersuchungen bzw. Fachplanungen.

Optimierung und Feldertüchtigung eines mit Spülung betriebenen Bohrhammers

Tiefbohroperationen zur Erschließung des geologischen Untergrunds stellen einen wesentlichen Kostenfaktor für Geothermieprojekte dar. Die weitere Verbreiterung der geothermischen Energiegewinnung soll unterstützt werden durch die Schaffung einer Technologie, die die Bohrkosten besonders in hartem Gestein deutlich reduziert. Aufbauend auf der zurückliegenden erfolgreichen grundlegenden Entwicklung eines mit Spülung betriebenen betriebsfesten Bohrhammers und durchgeführten ersten Tests im Laborbereich des Haupt-Antragstellers soll das Hammerbohrsystem in diesem Projekt optimiert werden. Dies erfolgt insbesondere anhand von Feldeinsätzen in Bohrungen. Auf der technologischen Basis des im Vor-Projekt entwickelten Labor-Prototypen werden neue feldgängige Prototypen für zwei verschiedene Bohrlochdurchmesser entwickelt, die für den Einsatz in flachen wie auch in tiefen Bohrungen geeignet sind. In einem ersten Schritt wird zunächst der vorhandene Labor-Prototyp weiter optimiert, mit Unterstützung durch begleitende Software-Simulationen. Daraus resultierende Erkenntnisse werden für die Auslegung und Konstruktion der neuen Feld-Prototypen genutzt. Nach Konstruktion, Fertigung, Montage und Funktionsüberprüfung im Labor werden diese dann zunächst in oberflächennahen Bohrungen auf dem Betriebsgelände des industriellen Projektpartners erprobt. Danach soll die Feldlabor-Einrichtung eines Dienstleisters der Bohrindustrie für weitere Tests in kontrollierter Umgebung genutzt werden. Der Einsatz in realen Geothermiebohrungen bildet die letzte und wichtigste Stufe der Ertüchtigung und Erprobung des Bohrhammers. Begleitend zu den Tests werden erforderlichenfalls weitere konstruktive und operative Verbesserungen vorgenommen. Das Projekt wird gemeinsam von dem übergeordnet leitenden Universitätsinstitut und den beiden industriellen Partnern aus der Bohrindustrie durchgeführt. Der technologische Stand am Ende des Projekts soll einen nachfolgenden Kommerzialisierungsprozess vorbereiten.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Ermittlung geothermischer Wärme- und Kälteversorgungspotenziale (Greta)

a) Zielstellung, fachliche Begründung: Geothermie kann einen wichtigen Beitrag bei der Dekarbonisierung der deutschen Energieversorgung leisten. Die Optionen zur Wärmespeicherung im Untergrund und die hohe Effizienz der geothermischen Wärmeversorgung in der direkten Nutzung und bei der Aufwertung durch Wärmepumpen machen sie zu einer tragenden Säulen der Wärmewende. Darüber hinaus kann über die geothermische Nutzung des Untergrund der absehbar steigende Energiebedarf für Kühlungsanwendungen bedient werden. Diese Beiträge gilt es, aufbauend auf bisherigen Untersuchungen, verlässlicher zu quantifizieren und gerade die Ressourceneffizienz, die Sektorenkopplungseigenschaften sowie die Wirtschaftlichkeit in vergleichenden Zusammenhang mit anderen Wärmequellen zu stellen. Zur Bewertung der Ressourcenverfügbarkeit ist das erschließbare Potenzial der geothermischen Wärme- und Kältebereitstellung und -speicherung genauer zu bestimmen. b) Output: Im Vorhaben werden oberflächennahe und tiefe Geothermie wegen der Überschneidung der Nutzbarkeitsbereiche bei der Wärmespeicherung, bei Aufwertungsoptionen und dem Vorliegen von Potenzialen für eine leitungsgebundene Wärmenachfrage gemeinsam adressiert. Um eine belastbare Datenbasis zu erhalten, werden eine Vielzahl von Daten zu den Eigenschaften der untertägigen Ressourcen zusammengestellt und ergänzt. Mit dem erzielten Ergebnis wird eine Bewertung des wirtschaftlichen Potentials der Geothermie auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland möglich sein.

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