Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Evaluierung eines Verfahrens zur Deformationsanalyse durch terrestrisches Laserscanning

Das Projekt knüpft an eine Master-Projektarbeit aus dem Wintersemester 2015 an und soll die darin gewonnenen Erkenntnisse überprüfen. Dabei ging es um die Deformationsanalyse einer Staumauer mit Hilfe von terrestrischem Laserscanning und einem blockweisen Auswerteverfahren. Aus der Projektarbeit ging hervor, dass sich die Stationierungsgenauigkeit des Laserscannings verbessern muss um Deformationen signifikant nachweisen zu können. In diesem Projekt soll dies durch einige Modifikationen am Messaufbau verbessert werden. Erste Zwischenergebnisse zeigen bereits eine Genauigkeitssteigerung.
Motivation und Ziele: 

Für die Deformationsanalyse eines Objektes sind zu jeder Messepoche diskrete Punkte gegenüberzustellen. Bei einer Netzmessung, als bisher übliches geodätisches Überwachungsverfahren, werden solche Punkte durch Prismen am Objekt realisiert. Deformationen können dann für diese Punkte bestimmt werden. Laserscannig bietet im Vergleich den Vorteil, eine komplette, flächenhafte Analyse durchführen zu können. Da die Messgenauigkeit eines einzelnen Punktes jedoch nicht die Anforderungen erfüllt, wurde im Rahmen der Projektarbeit an der Hochschule ein Verfahren entwickelt, mit dem dies kompensiert werden kann. In Laborversuchen und an der Ennepetalsperre wurde dieses Vorgehen genau untersucht und als praktikabel eingeschätzt. Ein Ergebnis der Arbeit war es, dass die Stationierungsgenauigkeit (Transformation des Scannings ins übergeordnete Koordinatensystem) verbessert werden muss, um für die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. In zwei neuen Epochen (Sommer 2016 und Winter 2017) wird ein verbessertes Stationierungsverfahren an der Ennepetalsperre getestet. Mit diesen Ergebnissen wird dann die vorgeschlagene Deformationsanalyse erneut evaluiert. 

Aktivitäten: 

Während der neuen Epoche am 25.07.2016 wurde eine Netzmessung an der Ennepetalsperre durchgeführt. Im Zuge der oben genannten Projektarbeit wurden für die Targets des Laserscanners noch Stabstative eingesetzt. Da diese im Vergleich zu Holzstativen in Kombination mit Dreifüßen nicht die nötige Stabilität und Genauigkeit bieten, wurden für die Targets in der neuen Epoche ausschließlich Holzstative benutzt. Da der eingesetzte Laserscanner die Möglichkeit bietet die Targetmessung in zwei Lagen durchzuführen, konnte die Stationierung des Laserscanners mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden.

Die Folgeepoche wurde im Frühjahr 2017 mit der gleichen Messstrategie durchgeführt. Anschließen wurde auf Grundlage der beiden Epochen die Deformationsanalyse nach dem in der Projektarbeit vorgeschlagenen Schema durchgeführt. 

Ergebnisse: 

Durch die oben angesprochenen Verbesserungen ist eine Steigerung der Stationierungsgenauigkeit zu erwarten. Dies konnte durch die neuen Epochen auch nachgewiesen werden. Das quadratische Mittel (Root Mean Square) der Restklaffen liegt bei 1,7 mm bzw. 1,6 mm. Bei der Nullepoche (Januar 2015) war das Ergebnis noch 3,5-mal schlechter. Zur Deformationsanalyse wurde der Teil der Mauer in 45 Blöcke eingeteilt und für jeden Block pro Epochen eine Ebene geschätzt. Die Verschiebung der einzelnen Blöcke kann dann durch die Verschiebung dieser Ebenen ausgedrückt werden. Daraus ergibt sich eine flächendeckende Deformationsanalyse für diesen Bereich.

Evaluiert wurden diese Ergebnisse durch eine tachymetrische Netzmessung. Hierzu befinden sich an der Staumauer Reflektoren, die von Messpfeilern aus angezielt werden. Für einen großen Bereich der Blöcke sind die Verschiebungen zu gering um sie mittels Laserscanning signifikant nachweise zu können. An den Stellen, an denen größere Deformationen (> 4 mm) auftreten, wurden diese auch erkannt. Um das Verfahren noch weiter zu testen, sind im oberen Bereich der Mauer manuell Blöcke gebildet worden, da hier größere Verschiebungen zu erwarten sind. Anschließend wurde nach dem gleichen Prinzip die Verschiebung zwischen zwei Ebenen bestimmt und auf Signifikanz geprüft. Das Ergebnis zeigt eine Übereinstimmung mit den Werten aus der Tachymetermessung und bestätigt damit das gewählte Verfahren.

Eckdaten

Zeitraum:     01.08.2016 - 31.03.2017
  • – Michael MĂĽller (M.Sc.)
  • – Prof. Dr.-Ing. Volker Bettzieche, Ruhrverband
Kooperation:
  • – Ruhrverband
Titelbild:
, ,

Verwandte Projekte

Das Entwicklungsprojekt „TakeIT“ soll einen Beitrag zur Lösung eines zentralen Problems der Automatisierungstechnik leisten und konzeptionelle, strukturelle und technologische Vora…