FOR 5455:  Deformationsanalyse mit Messungen terrestrischer Laserscanner (TLS-Defo)

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490989047

Die Kongruenzuntersuchung stellt in der geodätischen Deformationsanalyse die statistisch begründete Beurteilung von geometrischen Änderungen zweier Objektzustände dar. Hierbei erfolgt eine strenge Signifikanzuntersuchung, wodurch die tatsächlichen geometrischen Änderungen von den auftretenden Unsicherheitsbudgets der Mess- und Auswerteverfahren unterschieden werden können. Nach heutigem Stand erfolgt die Deformationsanalyse durch punktweise Beobachtungen, beispielsweise durch Tachymeter, GNSS oder Extensometer. Die Auswahl der Messpunkte, die das Objekt charakterisieren sollen, erfolgt durch den verantwortlichen Ingenieur vor Ort im interdisziplinären Kontext. Nach der Analyse der Bewegung der Einzelpunkte wird durch einen Generalisierungsprozess oft auf das Gesamtverhalten des Objektes geschlossen. Der terrestrische Laserscanner (TLS) ist in der Ingenieurgeodäsie für die Aufnahmevermessung bereits ein etabliertes Messinstrument. Für die Deformationsanalyse ist es bisher weniger eingesetzt worden. Der große Vorteil des TLS bei der Deformationsanalyse ist eine deutlich höhere räumliche Abtastung des Objektes . Damit entfällt der subjektive Prozess der Auswahl der oben beschriebenen Messpunkte. Allerdings sind für den Einsatz des TLS bei der Deformationsanalyse Herausforderungen zu lösen, die in engem Zusammenhang mit der Forderung nach kleinen Messunsicherheiten und den notwendigen statistischen Signifikanzuntersuchungen stehen, die ein vollständiges Unsicherheitsbudget erfordern: • Es ist eine Parametrisierung der Messobjektoberfläche notwendig, die einerseits Details des Objektes repräsentiert und andererseits Glattheitsannahmen zur Reduktion des Rauschens einführt. Außerdem sollten Änderungen einzelner Parameter mit bestimmten, möglichst räumlich abgegrenzten Deformationen in Verbindung stehen. • Kalibrierung des Laserscanners, sodass systematische instrumentelle Abweichungen verringert werden können. • Aufstellung einer realitätsnahen Kovarianzmatrix der TLS-Messungen. • Quantifizierung der Modellunsicherheit, die durch die o.a. nur bedingt zutreffende Parametrisierung der Messobjektoberfläche eingeführt wird. • Einführung alternativer Konzepte zur Unsicherheitsbetrachtung, die nicht von einem vornehmend zufälligen Charakter der Mess- und Modellunsicherheit ausgehen. • Segmentierung der Punktwolke in deformierte und nicht-deformierte Bereiche und damit eine robuste Bestimmung des geodätischen Datums von Laserscans zur genauen Transformation verschiedener Laserscans in ein einheitliches Koordinatensystem. • Sensitivitätsanalyse zur Bestimmung optimaler Messanordnungen und -einstellungen, um möglichst kleine Deformationen detektieren zu können. Die hier beantragte Forschungsgruppe hat das Ziel, diese Herausforderungen zu lösen und so einen substantiellen Beitrag für den Einsatz von TLS in der Deformationsanalyse zu leisten. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auch auf andere flächenhafte Messverfahren übertragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Österreich

Projekte

• Kalibrierung terrestrischer Laserscanner (Antragsteller Kuhlmann, Heiner )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Kuhlmann, Heiner )
• Messunsicherheit: Bestimmung generalisierter Varianz-Kovarianz-Matrizen von terrestrischen Laserscans unter Berücksichtigung aller relevanten Messabweichungen (Antragsteller Holst, Christoph )
• Oberflächenmodellierung und flächenhafte Deformationsanalyse (Antragstellerin Harmening, Corinna )
• Unsicherheit der Flächenapproximation (Antragsteller Neumann, Ingo )
• Verteilungsfreie Unsicherheitsbeschreibung für die TLS-basierte flächenhafte Deformationsanalyse (Antragsteller Schön, Steffen )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Heiner Kuhlmann