Untersuchungen zur Bauwerksüberwachung mit terrestrischem Laserscanning

Projektbeschreibung

Das terrestrische Laserscanning (TLS) ermöglicht die dreidimensionale Erfassung der Objektgeometrie mit einer hohen räumlichen Auflösung in vergleichsweise kurzer Zeit. Die erreichbare Genauigkeit der Einzelpunkte hängt maßgeblich von der relativen Lage des Scanners zum Objekt sowie der Beschaffenheit der Oberfläche ab und liegt meist im Bereich weniger Millimeter. Wird ein Objekt zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst, können aus den Differenzen der Zustände flächenhafte Deformationen bestimmt werden. 

Der Einsatz des TLS für Aufgaben der Bauwerksüberwachung ist ein Themenschwerpunkt der Forschungsaktivität am Geodätischen Institut. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Deformationsprozesses sind zwei Anwendungsfelder des TLS relevant. Diese werden im Folgenden kurz umrissen.

Im Falle langsamer Änderungen kann davon ausgegangen werden, dass sich das Objekt während der dreidimensionalen Geometrieerfassung von mehreren Standpunkten aus in Ruhe befindet. Das räumlich hochauflösende Modell des Objekts stellt das Ergebnis einer Messepoche dar. Im Rahmen einer Dissertation wurde eine Methodik für eine TLS-basierte Deformationsanalyse in einem übergeordneten Koordinatenrahmen entwickelt. Wesentliche Schritte des ausgearbeiteten Verfahrens sind:

•  die Festlegung des geodätischen Datums,
•  die Registrierung der Punktwolken und 
•  deren Filterung und Modellierung. 

Mit der Entwicklung einer speziellen Zielmarke für die hochgenaue Registrierung der Punktwolken in einem übergeordneten, durch geodätische Punkte festgelegten Referenzrahmen und der Einführung von Objektmodellen, die einen Epochenvergleich ermöglichen, liefert diese Forschungsarbeit einen Beitrag zur strengen TLS-basierten Deformationsanalyse. Die ausgearbeitete Methodik wurde an einer Talsperre praktisch erprobt. Die Messungen wurden mit dem Scanner Trimble GX 3D durchgeführt.

Dynamische Verformungen von Bauwerken werden mit dem Laserscanner Z+F Imager 5006 von einem einzigen Standpunkt profilhaft erfasst. Hierfür wird die Rotation des Scanners um die Stehachse deaktiviert, so dass mit dem genannten Scanner bis zu 50 Profile in der Sekunde erfasst werden können. Es findet somit eine Herabsetzung der räumlichen Auflösung zugunsten der zeitlichen statt. Durch die aus der Objektbewegung resultierende Kinematik stellt dieses Aufgabenfeld eine Facette des kinematischen terrestrischen Laserscannings (k-TLS) dar – dem auch Mobile-Mapping-Systeme  zugeordnet sind. Durch räumliche Aggregationsverfahren werden aus aufeinanderfolgenden Profilen Zeitreihen für ausgewählte Positionen am Objekt generiert. Auf deren Grundlage lassen sich unmittelbar die Deformationsbeträge ableiten oder mit den Verfahren der Zeitreihenanalyse wesentliche Kenngrößen des Objektes, wie z.B. die Eigenfrequenz herleiten. Die Sensitivität des Verfahrens liegt dank der angewandten Auswerteverfahren im sub-Millimeterbereich.