International Workshop


Integration von punkt- und flächenhafter Geodätischer Überwachung für Bauwerke und natürliche Objekte 14. -15.  April 2014in Nowosibirsk, Russland
 

Der Workshop wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mitfinanziert
(Deutsche Forschungsgemeinschaft - DFG)

(© iigs)

 
Allgemeine Informationen:

Allgemeine Informationen
Überwachung von Bauwerken und natürlichen Objekten im Hinblick auf Bewegungen und Deformationen ist eine der Hauptaufgaben der Ingenieurgeodäsie. Geometrische Änderungen von Punkten können mit geodätischen Instrumenten, wie Nivellieren, Tachymetern und GNSS- Empfängern ermittelt werden. Neben Tachymetern sind nur GNSS-Empfänger in der Lage, dreidimensionale Positionen punktweise automatisch und kontinuierlich zu messen. Die geodätischen GNSS-Empfänger sind in der Lage, im Überwachungssystem Genauigkeiten im sub-cm-Bereich zu erreichen, z.B. unter Verwendung verschiedener zeitbasierter, eindimensionaler Filteralgorithmen. Der Einsatz von kleinen Low-Cost-Atomoszillatoren in GNSS-Systemen und Satelliten mit einer Stabilität von etwa und höher, eröffnet neue Möglichkeiten bei der Überwachung von Bauwerken, Naturobjekten und Naturphänomenen, vor allem bei der Kontrolle der Messungen und Steigerung der Messgenauigkeit.
In den vergangenen Jahren haben neue, flächenbasierte Messmethoden, wie die stereoskopische, sequentielle Bildverarbeitungsanalyse, terrestrische Laserscanner sowie bodenbasierte Radarverfahren Einzug in die Praxis gehalten. Terrestrische Laserscanner sind neue, hoch auflösende Messinstrumente für flächenweise Erfassung von Deformationen. Die Laserscanning-Technologie kann erfolgreich für räumliche Überwachung von komplexen Industrieanlagen und Bauwerken (Dämme, Brücken, Tunnels und andere komplexe Bauwerke) eingesetzt werden. Dabei kann eine Genauigkeit von etwa 1-10 mm erreicht werden. Es gibt zahlreiche Ansätze zur Ableitung von Deformationen.
Punktbasierte Methoden erreichen eine hohe Informationsgenauigkeit für individuell beschriebene Punkte. Flächenbasierte Methoden liefern zwar die komplette Form eines Objekts mit einer hohen Auflösung, aber sehr oft mit einer reduzierten Genauigkeit. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der flächenhaften Messmethoden sollte durch präzise punkthafte Messmethoden verbessert werden.
Flächenhafte Überwachungen können auch mit Hilfe stereoskopischer Bilder und Bildsequenzen durchgeführt werden, gefolgt von photogrammetrischen Prozessen, einschließlich Bildorientierung und Bildzuordnung. Als Ergebnis erhält man eine 3-D-Punktwolke, ähnlich der des Laserscanners. Folglich ist die weitere Verarbeitung dieser Punktwolke, zur Detektion von Objektbewegungen sehr ähnlich zu der, die für Laserscanning Punktwolken verwendet wird. Die Bilderfassung kann entweder mit statischen Kameras, die über eine bekannter Bildorientierung verfügen, durchgeführt werden oder von bewegten Plattformen aus, wie z. B. unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs).
Das Potenzial bei der Integration von präzisen punktbasierten Methoden mit flächenbasierten Messungen mit hoher Auflösung zur Durchführung von strengen statistischen Deformationsanalysen wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Diese Tatsache markiert eine Lücke innerhalb der neusten Forschungsergebnisse in der Ingenieurgeodäsie. Informationen aus punktbasierten Messungen, einschließlich der kompletten stochastischen Beschreibung in Zeit und Raum, sollten zur Schätzung der Informationen aus flächenbasierten Messungen verwendet werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Modellierungsgenauigkeit von Oberflächen und die Zuverlässigkeit mit der Kanten und Ecken erfasst werden können. Eine solche Integration könnte mittels geodätischer Ausgleichung oder mit dem Kalman- Filter- Ansatz realisiert werden. Alternativ könnten die zwei Datenquellen mittels Baysian- Schätzungsansatzes kombiniert werden, beispielsweise durch Nutzung der Punktdaten als Vorinformation zur Schätzung von Flächen mit Hilfe flächenhafter Daten. Eine mögliche Anwendung ist die Kombination von GNSS und TLS um die Funktionssicherheit von stark belasteten hydrotechnischen Bauwerken und Dämmen in Wasserkraftwerken und folglich auch die Sicherheit der Bevölkerung in den umliegenden Gebieten zu verbessern. Die Integration punktbasierter Messungen und physikalischen Strukturmodellen mittels FEM führt bei statischem und dynamischem Verhalten von Objekten zum Thema „Structural Health Monitoring“. Bei dieser Integrationsvariante können punktweise geodätische Verschiebungen und Knotenpunktverschiebungen mit Hilfe von FEM- Formfunktionen zusammengeführt werden. „Ungesunde“ physikalische Strukturen können durch adäquate Parametrisierungen oder Parameteränderungen in den charakteristischen FEM- Matrizen identifiziert werden (Steifigkeit, Dämpfungs- und Massenmatrix).
Die Gesprächsrunden werden sich den maßgeblichen Forschungsthemen im Bereich der punkt- und flächenweisen Deformationsanalyse widmen und zukünftige Forschungsziele definieren und entwickeln.

Schlüsselthemen:

Objekte unter Beobachtung: industrielle, zivile und öffentliche Versorgungsbetriebe (hydrotechnische Bauwerke, Atomkraft- und Wärmekraftwerke), Bergwerke, Minen, Schächte, Tunnel, linienförmige Strukturen (Autobahnen, Straßen, Pipelines, Stromtrassen), Erdrutsche, Gletscher, u.s.w.

Überwachungsmethoden und -messungen: Nivellement, Linien und Winkelmessungen, Laserscanner, terrestrische Fernerkundung, luft- und raumbasierte Vermessungen, Vermessungen mit Radar und Georadar, Schweremessungen, Interferenzkontrolltechniken, GNSS und MEMS- Technologien.

Verarbeitung und Interpretation von Überwachungsdaten: Softwaretools für die Analyse, Verarbeitung, Interpretation und Visualisierung von Geodaten, Entwicklung von Algorithmen und Schätzungskonzepten für geodätische Beobachtungen und mathematische Analysemethoden, Integrierte Analyse und Systemanalyse für die Ansätze der Überwachungsmessung, Prozessierung der Strukturüberwachung und deren Interpretation, Cloud- Computing- Technologien.

 

Proceedings 

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schwieger