Einsatz von Fuzzy Methoden zur Detektion konsistenter Punktbewegungen

Abstract

Geodätische Deformationsmessungen und vor allem die statistische Deformationsanalyse sind wichtige Teilgebiete der Ingenieurgeodäsie. Für die Auswertung quasistatischer Überwachungsnetze existiert seit über 20 Jahren ein vollständiges und softwaremäßig automatisiertes Regelwerk zur Aufdeckung von signifikanten Punktbewegungen.<br />Ein Schwerpunkt für weiterführende Analysen ist die Bestimmung von Blöcken, d.h. die Zusammenfassung von Punkten mit ähnlichem Bewegungsmuster zu einem konsistenten Teilbereich. Vor allem für die Untersuchung von Krustenbewegungen ist eine solche Vorgehensweise absolut notwendig.<br />Die Zuordnung der überwachten Punkte zu den einzelnen Blöcken geschah und geschieht auch heute noch rein visuell, d.h. der zuständige Bearbeiter erkennt aus einer graphischen Darstellung der Verschiebungsvektoren zusammengehörige Punkte intuitiv aufgrund ihres Bewegungsmusters.<br />Diese Eigenschaft des intuitiven menschlichen Denkens kann man sich zunutze machen, um eine automatische Detektion konsistenter Punktbewegungen zu implementieren. Zur Nachahmung des menschlichen Denkprozesses eignen sich hier besonders Fuzzy Methoden, da die menschliche Sprache mit all ihrer Unschärfe abgebildet werden kann, um Begriffe wie 'ähnliche Länge' oder 'ähnliches Azimut' zu modellieren.<br />Die Entscheidungsfindung geschieht in einem regelbasierten Inferenzsystem; auch hier werden die Alltagsregeln der menschlichen Sprache fast direkt übernommen.<br />Zusätzlich zu diesen 'visuellen' Parametern existieren natürlich auch geodätische Indikatoren zur Beurteilung des Bewegungsverhalten eines Objekts. Hier wird die Strainanalyse verwendet, um die inneren Verzerrungen des Objekts beschreiben und interpretieren zu können.<br />Anhand von drei Beispielen wird das entwickelte Fuzzy System getestet; es zeigt sich, dass diese moderne Methode gut geeignet ist, um Punkte mit ähnlichem Bewegungsmuster zu finden, sowohl im lokalen Bereich bei Verwerfungszonen und Rutschungsgebieten als auch im globalen Anwendungsfall der Plattentektonik.<br />

Geodetic deformation measurements and the statistical deformation analysis are an important field of work within engineering geodesy. A complete set of formulas and rules for the evaluation of quasi-static monitoring networks exists for about 20 years; they are implemented in several software packages to allow for an automated analysis.<br />A main task in further steps of interpretation is the determination of blocks, this means the detection of points with a similar pattern of movement representing one consistent body. This procedure is absolutely necessary for investigations on crustal deformations.<br />The assignment of the monitored points to the several blocks up to now has been performed in a purely visual way, which means that the investigator distinguishes matching points intuitively based on their pattern of movement.<br />This property of intuitive human thinking can be used to implement an automated detection of consistent point movement. To copy the human thinking process, fuzzy systems are well suited, because the human language with its inherent fuzziness can be mapped to model terms like 'similar length' or 'similar azimuth'.<br />Additionally to this 'visual' parameters of course some geodetic indicators exist to assess the movement of an object. Here, the strain analysis is used to describe the inner distortions of an object.<br />Based on three examples, the developped fuzzy system is tested; it turns out that this modern method is suitable for finding points with consistent pattern of movement, both on a local scale (fault zones, sliding areas) as well as for global applications like plate tectonics.