Überwachungsmessungen, automatisiertes Monitoring und Deformationsanalyse

Kongruenzanalyse in der Ingenieurgeodäsie

Die DIN 18710 untergliedert die wesentlichen Kernkompetenzen der Ingenieurgeodäsie und Messtechnik in Aufnahme, Absteckung und Überwachung. Hierbei umfasst die Aufnahme die Erfassung aller notwendigen raumbezogenen und topologischen Daten, die zur Beschreibung des Istzustandes eines Objektes notwendig sind. Im Gegensatz dazu überträgt die Absteckung ein geplantes bzw. projektiertes Objekt in die Örtlichkeit. Die Überwachung bzgl. geometrischer, räumlicher und zeitlicher Veränderungen im Rahmen einer Deformationsanalyse stellt ferner die Betriebs- und Standsicherheit eines Objektes sicher und ermöglicht u.U. das Ableiten von geeigneten Präventivmaßnahmen. Insbesondere die Kongruenzanalyse spielt hierbei eine wesentliche Rolle.

Forschungsschwerpunkte

Das Labor für Industrielle Messtechnik entwickelt hierbei Algorithmen und Softwarelösungen, die einen hohen Automatisierungsgrad besitzen und durch kommerzielle Produkte nur unzureichend abgebildet werden. Hierunter zählt neben der klassischen Netzausgleichung und Kongruenzanalyse, die bspw. beim Überwachen von Stauanalagen oder im Bergbaubereich zum Einsatz kommt und punktuelle Änderungen an Objekten überwacht, auch die Formanalyse z.B. an Hauptreflektoren von VLBI-Radioteleskopen.

In enger wissenschaftlicher Kooperation mit der HTW Dresden untersucht das Labor für Industrielle Messtechnik alternative Ansätze zum zuverlässigen Aufdecken von signifikanten Veränderungen an Objekten. Diese Untersuchungen lehnen sich an die Postulate von Baarda an, welche durch Detektion, Identifikation und Anpassung (DIA) charakterisiert ist. Neben Methoden aus der deskriptiven Statistik wie bspw. den multiplen Hypothesentest oder das p-Wertkriterium werden Verfahren aus der Informationstheorie wie das Akaike-Informationskriterium oder das Bayes-Informationskriterium hinzugezogen und deren Einsatz validiert.

Publikationen

Lehmann, R., Lösler, M.: Internal reliability of planar coordinate transformations. Journal of Surveying Engineering, 150(3), 2024. DOI: 10.1061/JSUED2.SUENG-1498

Durand, S., Lösler, M., Jones, M., Cattin, P.-H., Guillaume, S., Morel, L.: Quantification of the dependence of the results on several network adjustment applications. In: García-Asenjo, L., Lerma, J. L. (Hrsg.): 5th Joint International Symposium on Deformation Monitoring (JISDM), Editorial Universitat Politècnica de València, Spanien, S. 69-77, 2022. DOI: 10.4995/JISDM2022.2022.13671

Neitzel, F., Lösler, M., Lehmann, R.: On the consideration of combined measurement uncertainties in relation to GUM concepts in adjustment computations. Journal of Applied Geodesy, 16(3), S. 181-201, 2022. DOI: 10.1515/jag-2021-0043

Lösler, M., Lehmann, R., Neitzel, F., Eschelbach, C.: Bias in Least-Squares Adjustment of Implicit Functional Models. Survey Review, 53(378), S. 223-234, 2021. DOI: 10.1080/00396265.2020.1715680

Lehmann, R., Lösler, M., Neitzel, F.: Mean Shift versus Variance Inflation Approach for Outlier Detection - A Comparative Study. Mathematics, Stochastic Models for Geodesy and Geoinformation Science, 8(6), 991, 2020. DOI: 10.3390/math8060991

Lehmann, R., Lösler, M.: Hypothesis testing in non-linear models exemplified by the planar coordinate transformations. Journal of Geodetic Science, 8(1), S. 98-114, 2018. DOI: 10.1515/jogs-2018-0009

Lehmann, R., Lösler, M.: Congruence analysis of geodetic networks – hypothesis tests versus model selection by information criteria. Journal of Applied Geodesy, 11(4), S. 271-283, 2017. DOI: 10.1515/jag-2016-0049

Lösler, M., Lehmann, R., Eschelbach, C.: Modellselektion mittels Akaike-Informationskriterium - Anwendung in der Kongruenzanalyse. avn - Zeitschrift für alle Bereiche der Geodäsie und Geoinformation, 124(5), S. 137-145, 2017.

Lehmann, R., Lösler, M.: Multiple Outlier Detection: Hypothesis Tests versus Model Selection by Information Criteria. Journal of Surveying Engineering, 142(4), 2016. DOI: 10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000189

Referenzen aus der angewandten Wissenschaft

Eine kleine Auswahl an wissenschaftlich betreuten und durchgeführten Referenzprojekten aus den ingenieurgeodätischen Schwerpunktfeldern: Überwachnungsmessungen, Monitoring und Deformationsanalyse ist nachfolgend aufgeführt.

Überwachungsmessung von Pegelmessstationen

Nivellement am GNSS-Mareographen in Onsala — Einbindung und Überwachung des GNSS-Mareographen am Onsala Space Observatory mittels Präzisionsnivellement

Zur Überwachung von Pegelmessstationen und Mareographen am Onsala Space Observatory (OSO) erfolgen großflächige Nivellementskampagnen. Ziel dieser Kampagne ist zum einen der Anschluss an das Höhenbezugssystem der schwedischen Landesvermessung und zum anderen der Nachweis bezüglich der Stabilität der einzelnen Messstellen. Die statistisch fundierte Kongruenzanalyse erfolgte mit dem Ausgleichungsprogramm Java·Applied·Geodesy·3D (JAG3D), welches vom Labor für Industrielle Messtechnik fachlich betreut wird. Die Analyse der Epochen erfolgt streng in JAG3D auf der Basis der originären Beobachtungen durch eine Kongruenzanalyse. Neben der Prüfung auf Einzelpunktverschiebungen sind erweiterte Analysen z.B. Blockverschiebungen oder Strainanalysen durchführbar.

Referenzen

Lösler, M., Eschelbach, C., Haas, R.: Kongruenzanalyse auf der Basis originärer Beobachtungen. Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformatik und Landmanagement (ZfV), 142(1), S. 41-52, 2017. DOI: 10.12902/zfv-0147-2016

Lösler, M.: JAG3D – Ein kostenfreies Programm zur Netzausgleichung und Deformationsanalyse. In: Neitzel, F. (Hrsg.): tech12 - Aktuelle Trends der Messdatenauswertung in Kataster- und Ingenieurvermessung, 19.-20. April 2012, Berlin, Deutschland, 2012.

Einrichtung und Überwachung von UAS-Referenzpunktfeldern

Präzisionsnivellement an der Zeche Gneisenau — Netzmessung an der Zeche Gneisenau zur Überwachung des UAS-Testfeldes

Mittels Unmanned Aircraft Systems (UAS) lassen sich kleinräumige Gebiete kostengünstig, schnell und detailreich flächenhaft erfassen. Die Genauigkeit der aus Luftbildern generierten Punktwolke hängt von vielen Faktoren ab z.B. der Stabilität der Kamera, Kalibrierparameter sowie der räumlichen Verteilung und Güte der Referenzpunkte im Netz, die den Maßstab definieren. Um das Potenzial von UAS für Überwachungsmessungen im Altbergbau zu evaluieren, wurde ein UAS-Referenzpunktfeld von der RAG Deutsche Steinkohle AG (RAG) und dem hiesigen Labor für Laserscanning, Photogrammetrie und Fernerkundung initiiert, welches vom Labor für Industrielle Messtechnik epochal überwacht und analysiert wird.

Referenzen

Lösler, M., Eschelbach, C., Spreckels, V., Schlienkamp, A., Greiwe, A., Peters, J.: Anlegung eines Vergleichspunktfeldes zur Validierung von UAS – Planung, Realisierung und Überwachung. In: Luhmann, T., Schumacher, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der 16. Oldenburger 3D-Tage 2017, Wichmann, S. 184-201, 2017. ISBN: 978-3-87907-625-3

Greiwe, A., Peters, J., Spreckels, V., Schlienkamp, A., Lösler, M., Eschelbach, C.: Geeignete Kameras zur Geländeaufnahme durch UAS. In: Luhmann, T., Schumacher, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der 16. Oldenburger 3D-Tage 2017, Wichmann, S. 202-221, 2017. ISBN: 978-3-87907-625-3

Automatisierte IVS und ILRS-Referenzpunktbestimmung

Automatisiertes Monitoring eines VLBI-Radioteleskops mit HEIMDALL — Prozessintegrierte IVS-Referenzpunktbestimmung am 20 m VLBI-Radioteleskops am Onsala Space Observatory mittels HEIMDALL

Das Monitoring System HEIMDALL (High-End Interface for Monitoring and spatial Data Analysis using L2-Norm) ist eine vom Labor für Industrielle Messtechnik entwickelte Monitoringsoftware, die speziell für die Erfordernisse der systemintegrierten IVS und ILRS-Referenzpunktbestimmung an VLBI-Radioteleskopen bzw. SLR-Laserteleskopen konzipiert wurde. Neben der reinen Ansteuerung von Messsensoren wie bspw. Totalstationen oder Lasertracker verfügt das System über Module zur Netzausgleichung, Referenzpunktbestimmung und rekursive Parameterschätzung mittels Kalman-Filter. Die Datenverwaltung erfolgt über eine SQL (Structured Query Language) Datenbank. HEIMDALL wurde erfolgreich am Metsähovi Radio Observatory (Finnland) und am Onsala Space Observatory (Schweden) betrieben. Seit 2013 wird HEIMDALL am Geodätischen Observatorium in Wettzell (Deutschland) zur routinemäßigen Referenzpunktbestimmung an den TWIN-Radioteleskopen eingesetzt.

Referenzen

Mähler, S., Klügel, T., Lösler, M., Schüler, T.: Permanentes Referenzpunkt-Monitoring der Radioteleskope am Geodätischen Observatorium Wettzell. avn - Zeitschrift für alle Bereiche der Geodäsie und Geoinformation, 125(7), S. 210-219, 2018.

Kallio, U., Lösler, M., Bergstrand, S., Haas, R., Eschelbach, C.: Automated simultaneous local ties with GNSS and robot tachymeter. In: Behrend, D., Baver, K. D., Armstrong, K. L. (Hrsg.): Proceedings of the 9th IVS General Meeting, New Horizons with VGOS, 13.-19. März 2016, Johannesburg, Südafrika, S. 154-158, 2016. NASA/CP-2016-219016

Lossin, T., Lösler, M., Neidhardt, A., Lehmann, R., Mähler, S.: The usage of recursive parameter estimation in automated reference point determination. In: Behrend, D., Baver, K. D., Armstrong, K. L. (Hrsg.): Proceedings of the 8th IVS General Meeting - VGOS: The New VLBI Network, Science Press (Beijing), 2.-7. März 2014, Shanghai, China, S. 344-348, 2014. ISBN: 978-7-03-042974-2

Neidhardt, A., Lösler, M., Eschelbach, C., Schenk, A.: Permanent monitoring of the reference point at the 20 m radio telescope Wettzell. In: Behrend, D., Baver, K.D. (Hrsg.): Proceedings of the 6th IVS General Meeting, VLBI2010: From Vision to Reality, Hobart, TAS, Australien, 7.-13. Februar 2010, S. 133-137, 2010. NASA/CP-2010-215864

Konvergenzmessungen im Bergbau

Messpunkt für untertägige Konvergenzmessungen — Konvergenzmesseinrichtung für Extensometermessungen im Schacht Konrad (BGE)

Zur kontinuierlichen Erfassung von Konvergenzen am Schacht Konrad setzt die Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) ein umfangreiches Geo-Monitoring ein, welches baubegleitend die Schachtanlage in Salzgitter überwacht. Die Analyse der terrestrischen Daten von z.T. überkopfhängenden Totalstationen erfolgt mit einer systemintegrierten Analyseapplikation vom Labor für Industrielle Messtechnik. Diese ermöglicht ein vollständig automatisiertes Prozessieren der Einzelepochen mit einhergehender Kongruenzprüfung der Stabilpunkte gegenüber einer Referenzepoche. Aufgrund des Betriebs der Totalstaion in nicht-spezifizierter Lage kann zur Kompensation der Stehachsrestneigung nicht auf den integrierten Flüssigkeitskompensator zurückgegriffen werden, sodass ein spezielle Auswertestrategie notwendig ist.

Referenzen

Lösler, M., Eschelbach, C., Jarecki, F.: Auswerte- und Analysestrategie für automatisierte untertägige Überwachungsmessungen. In: Benndorf, J. (Hrsg.): 19. Geokinematischer Tag. Schriftenreihe des Institutes für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Freiberg, Heft 2018-1, S. 64-78, 2018. ISBN: 978-3-938390-21-4

Jarecki, F., Busse, V., Lösler, M., Eschelbach, C.: Tachymetrische Verformungsbeobachtung bei Teufenarbeiten: Instrumentierung, Automatisierung und Auswertung. In: Benndorf, J. (Hrsg.): 19. Geokinematischer Tag. Schriftenreihe des Institutes für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Freiberg, Heft 2018-1, S. 53-63, 2018. ISBN: 978-3-938390-21-4