Vergleich der Auswertestrategien von Caplan und JAG3D für Deformationsmessungen

Bachelorarbeit im Sommersemesters 2011

Sebastian Jäcklin

Betreut durch Prof. Dr. Cornelia Eschelbach
Koreferat Prof. Dr. Ulrich Schmidt

Einleitung

Die Deformationsanalyse nutzt statistische Informationen,  um geometrische Veränderungen auffinden zu können. Anwendungsgebiete sind dabei u. A. das Bewegungsverhalten tektonischer Platten, Überwachung von Veränderungen an Gebäuden und Maschinenanlagen und damit dem frühzeitigen Erkennen von drohenden Gefahren. Als Grundlage dienen Netze, die zu unterschiedlichen Zeiten (Epochen) aufgenommen wurden. Zur Untersuchung von Objektveränderungen werden mehrere Modelle verwendet, in dieser Arbeit wird das Kongruenzmodell behandelt, dass den beschreibenden Modellen zuzuordnen ist. Das Ergebnis ist nicht nur ein Vergleich der Punktkoordinaten, sondern eine Aussage der geometrischen Veränderungen mit statistischer Sicherheit.

 

Verschiebungsvektoren in Caplan
Verschiebungsvektoren in JAG3D

Aufgabenstellung

Die signifikante Aufdeckung von Deformationen ist mit den beiden Softwarepaketen Caplan und JAG3D in einem modellierten Testnetz zu untersuchen und zu beurteilen. Ausgegangen wird von einem simulierten 12-15 Punkte umfassenden Beobachtungsnetzes, in dem wahlweise mehrere Punkte als invariant modelliert sind. Die beiden simulierten Epochen der Netzmessungen sollen durch die Analysetools der Softwarepakete signifikante Verschiebungsvektoren liefern. Die Auswertestrategien sind anhand der Ergebnisse des simulierten Beispiels ausgehend von den Netzausgleichungen sowie der eigentlichen Deformationsanalyse zu vergleichen und zu bewerten.

Arbeitsschritte

Die in einer Excel-Tabelle vorliegenden modellierten Beobachtungen werden in ein für die jeweiligen Programme lesbares Format überführt. Jede Epoche wird in den jeweiligen Programmen in einem freien Lagenetzausgleich auf grobe Fehler untersucht und gegebenenfalls von diesen bereinigt. Liegen keine groben Fehler mehr vor, werden die Daten beider Epochen in einem Projekt vereinigt. Die anschließende Deformationsanalyse deckt signifikante Verschiebungen der Punkte auf.
Anhand der Eingabedaten, Ergebnisprotokolle und Beschreibungen der Verfahren wird daraus geschlossen, welche Auswertemethoden die beiden Programme verwenden.

Fazit

Im Lagenetzausgleich können beide Programme die gleichen Ergebnisse liefern. Lediglich die Testmethoden zur Suche nach groben Fehlern unterscheiden sich geringfügig.
Die Programme unterscheiden sich in den verwendeten Methoden zur Aufdeckung von Deformationen. Caplan verwendet die Koordinatenmethode mit der impliziten Suche nach veränderten Referenzpunkten, JAG3D verwendet die Beobachtungsmethode mit der expliziten Suche nach veränderten Referenzpunkten.
In der Deformationsanalyse unterscheiden sich die Ergebnisse bei der Suche nach verschobenen Punkten. JAG3D findet den verschobenen Sicherungspunkt direkt, Caplan zeigt erst im unabhängigen Nachweis über eine Streckenanalyse an, dass mit diesem Punkt etwas nicht stimmt.
Ein freies Programm kann mit einer kommerziellen Lösung also mithalten und gute Ergebnisse liefern. Im Punkt Darstellung der Ergebnisse hat Caplan Vorteile. Vergleiche von mehr als zwei Epochen können dort direkt visualisiert und beispielsweise für Präsentationszwecke eingesetzt werden, ohne den Umweg über weitere Programme zu gehen.

Die Wahl der richtigen Software hängt vor allem von den Anforderungen des Anwenders von u.A. Bedienerfreundlichkeit, Kostenfaktor und nötigen weiteren Funktionen ab.

 

Bild: Sebastian Jäcklin