Verschiebungs- und Vibrationsmonitoring einer Brücke mittels eines bildgebenden Tachymeters

Das Monitoring von Infrastrukturbauwerken, wie Brücken, ist ein hochaktuelles Themenfeld in dem zur Datenerfassung verschiedene Sensoren und Sensorsysteme zum Einsatz kommen. Der geodätische Beitrag zur Datenerfassung umfasst neben der klassischen tachymetrischen 3D-Punktbestimmung und Nivellements auch 3D-Punktwolken sowie 2D-Profile terrestrischer Laserscanner und den Einsatz moderner bildgebender Tachymeter (engl.: image assisted total station, IATS) und kostengünstiger inertialer Messeinheiten (vorzugsweise mikro-elektromechanische Systeme, MEMS). Die Datenerfassung bzw. das Monitoring sind in Abhängigkeit der jeweiligen Datenerfassungsrate der genannten Sensoren auf unterschiedlichen zeitlichen Skalen möglich.

Im Folgenden wird auf das Verschiebungs- und Vibrationsmonitoring am Beispiel einer Fußgängerbrücke mit dem bildgebenden Tachymeter Leica Nova MS50 fokussiert. Das bildgebende Tachymeter Leica Nova MS50 ist charakterisiert durch zwei integrierte digitale Kameras mit jeweils 5 Megapixel Auflösung. Neben der Weitwinkelübersichtskamera ist von besonderem Interesse die Koaxial-Kamera, die zusätzlich die 30-fache Vergrößerung des Fernrohes nutzt und somit eine Steigerung der Auflösung für das zu erfassende Objekt ermöglicht. Für die Zuordnung von identischen Punkten am Bauwerk über die Zeit können künstliche, einfachgestaltete Zielzeichen anstelle von kostenintensiven Prismen genutzt werden. Die Zielzeichen werden mit der Koaxial-Kamera erfasst und anschließend mit Methoden der Bildanalyse ausgewertet. Dies liefert den exakten, charakteristischen Punkte -in der Regel den Mittelpunkt- des Zielzeichens. Die zusätzliche Notwendigkeit einer Kamerakalibrierung ist gegeben durch: (1) Die Überprüfung der Zuverlässigkeit der Bildmessungen in der Einheit Pixel und (2) die Überführung der Bildmessungen von der Einheit Pixel in eine metrische Einheit. Neben der Einzelbildauswertung besteht auch die Möglichkeit der Bildsequenzauswertung mit einer Abtastrate von bis zu 10 Hz zur Analyse von Vibrationen.