Assessment of the efficacy of GNSS-interferometric reflectometry in determining water levels
Accurate and continuous water level monitoring is fundamental in hydrography. While conventional methods such as tide gauges, satellite altimetry and airborne LiDAR remain valuable, they are often constrained by spatial coverage, temporal resolution and operational cost. This study investigates the potential of GNSS-interferometric reflectometry (GNSS-IR) as a complementary method for water level determination in urban, tidally influenced environments. GNSS-IR observations were carried out during multiple sessions in spring 2024 in Hamburg’s HafenCity, using a geodetic GNSS antenna to capture reflected signals from the water surface. The collected data were processed with the open-source software gnssrefl to derive water level estimates. These were subsequently validated against measurements from two nearby tide gauges and interpolated tide levels at the receiver site. Statistical analysis showed strong agreement between datasets, with a correlation coefficient exceeding 0.99 and a root mean square error (RMSE) of 14.9 cm. Despite signal interference from urban infrastructure and vessel traffic, GNSS-IR demonstrated robust performance, confirming its applicability as a cost-effective solution for enhancing hydrographic monitoring in complex coastal environments.
GNSS-IS | water level | gnssrefl software | tide gauge | remote sensing | HafenCity
Eine genaue und kontinuierliche Überwachung des Wasserstands ist für die Hydrographie von grundlegender Bedeutung. Herkömmliche Methoden wie Gezeitenpegel, Satellitenaltimetrie und luftgestütztes LiDAR sind zwar nach wie vor wertvoll, doch sind sie häufig durch die räumliche Abdeckung, die zeitliche Auflösung und die Betriebskosten eingeschränkt. Diese Studie untersucht das Potenzial der GNSS-interferometrischen Reflektometrie (GNSS-IR) als ergänzende Methode zur Bestimmung des Wasserstands in städtischen, gezeitenbeeinflussten Gebieten. GNSS-IR-Beobachtungen wurden im Frühjahr 2024 in der Hamburger HafenCity durchgeführt, wobei eine geodätische GNSS-Antenne installiert wurde, um von der Wasseroberfläche reflektierte Signale zu erfassen. Die gesammelten Daten wurden mit der Open-Source-Software gnssrefl verarbeitet, um Wasserstandsschätzungen abzuleiten. Diese wurden anschließend mit Messungen von zwei nahe gelegenen Gezeitenpegeln und interpolierten Wasserständen am Empfängerstandort abgeglichen. Die statistische Analyse ergab eine hohe Übereinstimmung zwischen den Datensätzen, mit einem Korrelationskoeffizienten von über 0,99 und einem mittleren quadratischen Fehler (RMSE) von 14,9 cm. Trotz der Signalstörungen durch die städtische Infrastruktur und den Schiffsverkehr zeigte GNSS-IR eine robuste Leistung und bestätigte seine Anwendbarkeit als kosteneffiziente Lösung zur Verbesserung der hydrographischen Überwachung in komplexen Küstengebieten.
GNSS-IS | Wasserstand | Software gnssrefl | Gezeitenpegel | Fernerkundung | HafenCity
