Angewandte Methoden

Deformationsmessungen sind Teil des Fachbereichs Ingenieurvermessung und Geodäsie. Ziel einer Deformationsmessung ist es, die Verschiebung von Überwachungspunkten in Bezug zu den, als stabil angenommenen, Festpunkten zu bestimmen. Dabei können diverse Vermessungsmethoden wie zum Beispiel: Nivellement, Triangulation, Distanzmessung, Lotung, Inklinometer oder GNSS, je nach den projektspezifischen Ansprüchen, in Betracht gezogen werden. Aus den beobachteten Messgrössen werden mit der Methode der kleinsten Quadrate in einer geodätischen Ausgleichung Koordinaten berechnet. Die Koordinaten werden dann statistisch analysiert um auf Grund der empirischen Genauigkeit signifikante Deformationsvektoren aus zwei zeitlich verschiedenen Messungen zu bestimmen. Die Interpretation und Kontrolle der Deformationsvektoren gestaltet sich aufgrund von numerischen Werten anspruchsvoll, weil gute Kenntnisse über die Orientierung des Koordinatensystems vorhanden sein müssen. Eine dreidimensionale Visualisierung der Deformationsvektoren auf einem Geländemodell kann die Kontrolle für die geodätische Fachperson und die Interpretation für die geologische Fachperson vereinfachen. Genau diese Prozesse einer Deformationsmessung werden durch den DEFVIS vereinfacht und möglichst Benutzerfreundlich eingebunden.

DETREKOI (1976)
Knoblach (o.J.)
Semmling, Leister, Saynisch, Zus, Heise, Wickert (2016)
Möser, Fuhrland (2006)

Prozess der Deformationsmessung

(1.) Datenerfassung:

Nivellement: Präzise Höhenmessung zur Erfassung von Höhenunterschieden.
Triangulation: Bestimmung von Positionen durch Winkelmessungen in einem Netz von Punkten.
Distanzmessung: Ermittlung von Entfernungen zwischen Punkten mittels elektronischer Distanzmessgeräte (Tachymeter).
Lotung: Vertikale Abweichungsmessung von der Lotrichtung.
Inklinometer: Messung von Neigungswinkeln zur Bestimmung von Verschiebungen in Strukturen.
GNSS: Globale Positionsbestimmung mittels Satellitensignalen.

(2.) Datenverarbeitung:

Die beobachteten Messgrössen werden mit der Methode der kleinsten Quadrate in einer geodätischen Ausgleichung verarbeitet, um präzise Koordinaten zu berechnen.

Formel der Methode der kleinsten Quadrate:

\[X = (A^T P A)^{-1} A^T P L\]

X: Vektor der Unbekannten (Koordinaten)
A: Designmatrix
P: Gewichtsmatrix
L: Beobachtungsvektor

Wikipedia (2024)

(3.) Analyse und Interpretation:

Die berechneten Koordinaten werden statistisch analysiert, um signifikante Deformationsvektoren zu bestimmen. Dies geschieht durch den Vergleich von Messungen aus verschiedenen Zeitpunkten.

Herausforderungen bei der Interpretation und Kontrolle

Die Interpretation und Kontrolle der Deformationsvektoren sind anspruchsvoll, da:

Gute Kenntnisse über die Orientierung des Koordinatensystems erforderlich sind.
Numerische Werte allein schwer zu interpretieren sind.

Die dreidimensionale Visualisierung der Deformationsvektoren auf einem Geländemodell erleichtert diese Aufgaben erheblich, indem sie:

Eine intuitive Darstellung der Verschiebungen ermöglicht.
Eine schnellere Erkennung von Mustern und Anomalien erlaubt.
Die Kommunikation der Ergebnisse zwischen geodätischen und geologischen Fachpersonen verbessert.

Unterstützung durch DEFVIS

Das Tool DEFVIS unterstützt die Nutzenden im gesamten Prozess der Deformationsmessung:

Datenintegration: Verschiedene Vermessungsmethoden können in das System integriert werden.
3D-Visualisierung: Die Ergebnisse werden auf einem dreidimensionalen Geländemodell dargestellt, was die Interpretation und Kontrolle der Deformationsvektoren vereinfacht.

Illustration der Prozesse:

Möser (2015)

Die Illustration veranschaulicht den Prozess der messtechnischen Überwachung. Durch die Integration verschiedener Ansichten, insbesondere der 3D-Ansicht, bietet DEFVIS eine benutzerfreundliche Plattform, die die Komplexität der Deformationsmessung und -interpretation reduziert. Diese Integration ermöglicht es den Anwendern, bereits nach wenigen Messungen zu beurteilen, ob konstruktive Massnahmen erforderlich sind oder Massnahmen- und Notfallkonzepte. Somit wird auch der wirtschaftliche Aspekt dabei berücksichtigt. Im Vergleich zu einer Beurteilung in einer 2D-Ansicht kann mit der 3D-Ansicht von DEFVIS ein Bezug zum Höhenmodell erstellt werden. So ist etwa gut sichtbar, ob sich ein Punkt durch natürliche Einflüsse oder durch sonstige Einflüsse bewegt.

Literatur

Methode der kleinsten Quadrate (MdkQ):
Wikipedia (2024). Methode der kleinsten Quadrate. https://de.wikipedia.org/wiki/Methode_der_kleinsten_Quadrate (28. Mai 2024).

Triangulation:
DETREKOI, A. (1976): NETZAUSGLEICHUNG BEI INGENIEURGEODÄTISCHEN DEFORMATIONSMESSUNGEN. Technische Universität Budapest: Geodätisches Institut, Lehrstuhl für Höhere Geodäsie.

Lotung:
Knoblach, Stefan (o.J.): Neue Methoden der Schachtlotung und Richtungsübertragung. Kurzexposé. Technische Universität Dresden: Geodätisches Institut.

GNSS:
Semmling, Aaron Maximilian, Leister, Vera, Saynisch, Jan, Zus, Florian, Heise, Stefan, Wickert, Jens (2016): A Phase-Altimetric Simulator: Studying the Sensitivity of Earth-Reflected GNSS Signals to Ocean Topography. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.

Nivellement:
Möser, Michael, Fuhrland, Matthias (2006): Ausgewählte Sensorik und Methodik zur Höhenbestimmung bei der Überwachung gefährdeter Objekte. Technische Universität Dresden: Geodätisches Institut, Ingenieurgeodäsie.

Illustration des Prozesses:
Möser, Michael (2015): MSc G 03 Bauwerksüberwachung Deformationsanalyse. Ingenieurgeodäsie 1. Semester. Technische Universität Dresden: Geodätisches Institut.

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