Verteilungsfreie Unsicherheitsbeschreibung für die TLS-basierte flächenhafte Deformationsanalyse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Schön
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490989047

Wir gehen in der Regel davon aus, dass (a) systematische Fehler in der Deformationsanalyse erst aus dem Messprozess entstehen und dass (b) diese Fehler durch Kalibrierung des Instruments oder durch Anwendung geeigneter Messstrategien reduziert werden können. Für geodätisches Terrestrisches Laserscanning (TLS) ist dies jedoch nicht immer der Fall: Die Messungen werden intern mit Funktionen vorverarbeitet, die dem Benutzer unbekannt sind, Kalibrierungsparameter beschreiben die Fehlausrichtungen möglicherweise nicht genau genug, der Laserstrahl interagiert unvorhersehbar mit der gemessenen Oberfläche, die Unsicherheit des Oberflächenmodells besteht und Laserscans werden in ein kombiniertes geodätisches Datum transformiert. Anschließend bleiben Systematiken bestehen und das gesamte Unsicherheitsbudget für die Deformationsanalyse muss vervollständigt werden, um belastbare Aussagen über das Auftreten einer möglichen Deformation zu liefern. Wir schlagen vor, die Beobachtungsunsicherheiten aufgrund der verbleibenden Systematiken durch den natürlichsten Ansatz, d. h. deterministische Intervalle, einzuschließen. Zu ihrer Behandlung verwenden wir Konzepte aus der Intervallmathematik. Dieser Ansatz ist somit frei von Annahmen über die statistische Verteilung der Beobachtungen oder deren Stochastik. Dank ihrer intrinsischen linearen Unsicherheitsausbreitung sind Intervalle besonders geeignet, um verbleibende systematische Fehler zu behandeln. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung, Implementierung, Erprobung und Validierung von Konzepten und Strategien auf der Grundlage der Intervallmathematik, wie die Unsicherheit über verbleibende Systematiken durch alle notwendigen Schritte der Beobachtungsanalyse in der TLS-basierten Flächendeformationsanalyse behandelt werden kann. In Phase I dieser Forschungsgruppe werden wir uns darauf konzentrieren, (i) Konzepte zu entwickeln, um die verbleibende Beobachtungsunsicherheit terrestrischer Laserscanner durch Intervalle einzuschließen und somit frei von Annahmen über die stochastische Fehlerverteilung zu sein, (ii) Ansätze zur Übertragung der Beobachtungsunsicherheit auf die Punktunsicherheit der TLS-Punktwolke und (iii) Strategien zur Bewertung der Unsicherheit der Flächennäherungen im Rahmen von Intervallfeldern. Dieses Projekt wird dazu beitragen, das Unsicherheitsbudget geodätischer TLS-Messungen zu vervollständigen und deterministische Unsicherheitsgrenzen für TLS-abgeleitete Oberflächen als Schritte in Richtung einer flächenbasierten Deformationsanalyse abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5455: Deformationsanalyse mit Messungen terrestrischer Laserscanner (TLS-Defo)
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Ingo Neumann