Oberflächenmodellierung und flächenhafte Deformationsanalyse

Die Deformationsanalyse von künstlichen Objekten und natürlichen Strukturen ist eine Kernkompetenz der Ingenieurgeodäsie. Sie umfasst die wiederholte messtechnische Erfassung des potenziell verformten Objekts, die Auswertung seiner geometrischen Veränderungen und die Interpretation der Ergebnisse. Infrastrukturobjekte wie Brücken, Staudämme oder Tunnel sind von besonderem Interesse, da ihre Betriebssicherheit jederzeit gewährleistet sein muss. Schäden, die zu spät erkannt werden, führen zu menschlichen Verlusten und wirtschaftlichen Belastungen. Der Bedarf an geodätischen Deformationsanalysen wird in naher Zukunft weiter zunehmen. So ist beispielsweise in mehreren Teilen Europas die Betriebssicherheit der Brücken im Fernstraßennetz durch die Zunahme des gewerblichen Verkehrs auf Autobahnen und die Erhöhung der Achslastgrenzen stark belastet. Die Erhöhung der Lebensdauer solcher Bauwerke durch geodätische Deformationsanalyse kann viel Geld sparen und/oder effiziente Reparaturarbeiten einleiten. In diesem Zusammenhang ist es zunehmend notwendig, dass Deformationen so früh wie möglich aufdeckt werden, um Schäden am Bauwerk zu vermeiden, die Reparaturkosten zu reduzieren und die Lebensdauer zu verlängern. Bislang wird bei Deformationsanalysen das Objekt durch einzelne signalisierte Punkte diskretisiert. Die Vorauswahl einer geeigneten Anzahl und die Festlegung ihrer Lage erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit. Im Gegensatz dazu ist die flächenhafte Deformationsanalyse nicht von der Entscheidung über die Platzierung einzelner Messpunkte abhängig und erlaubt daher auch die Aufdeckung von nicht erwarteten Deformationen. Diese Forschergruppe hat als Ziel die Entwicklung einer ganzheitlichen mehrskaligen flächenhaften mathematisch-statistischen Deformationsanalyse auf der Grundlage von Punktwolken, die mit terrestrischen Laserscannern erfasst wurden. Daraus ergibt sich der Bedarf an neuen Forschungsmethoden und Forschungsergebnissen. Diese Methoden beziehen sich auf Herausforderungen, die in Einzelprojekten adressiert werden. Sie umfassen die gesamte Datenverarbeitungskette bestehend aus der Aufstellung eines vollständigen instrumentellen Fehlermodells für terrestrische Laserscanner, der Beschreibung und Quantifizierung der Mess- und Modellunsicherheit sowie der Oberflächenrepräsentation des Objekts und die Schätzung von Deformationen aus deren Veränderungen. Dieses Projekt bezieht sich auf das letztgenannte Themengebiet, indem ein funktionaler und ein stochastischer Ansatz zur Modellierung von Punktwolken und zur anschließenden Ableitung von Deformationen untersucht wird. Im Rahmen des funktionalen Ansatzes wird erforscht, ob eine verfeinerte geometrische Approximation der Objektoberfläche einen Mehrwert bei der Lokalisierung von Deformationen sowie bei deren Schätzung bietet. Der zweite Ansatz untersucht mögliche Vorteile einer stochastischen Oberflächendarstellung in Bezug auf die Unsicherheit und die Korrektheit der Deformationsschätzung.