Entwicklung einer Vorgehensweise zur Überwachung von Steinsatzwänden mit terrestrischem Laserscanning

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Vorgehensweise zur Überwachung von Steinsatzwänden mit terrestrischem Laserscanning (TLS) zu entwickeln. Im Vergleich zur klassischen punktbasierten Deformationsanalyse ist die flächenhafte Deformationsanalyse jedoch noch weniger verbreitet und im Hinblick auf die Qualitätsinformationen für die Ergebnisse mit mehr Einschränkungen verbunden, weil das stochastische Modell bei TLS-Messungen noch unvollständig ist. Die Vorgehensweise soll also methodisch korrekt zeigen, wie die Überwachung einer Steinsatzwand mit TLS trotzdem gelingt. Dafür werden nach dem Stand der Technik und Forschung die methodischen Grundlagen für die Vorgehensweise erarbeitet und für die Struktur der Arbeit, die vier Phasen der Vorgehensweise definiert. In Phase 1 wird die Überwachungsaufgabe analysiert und geplant, in Phase 2 das Referenzsystem mit einem geodätischen Netz realisiert, in der Phase 3 die TLS-Messungen und die Auswertungen vorgenommen und in der Phase 4 schließlich die TLS-Deformationsanalyse durchgeführt. Als Teil der Vorgehensweise wird vorab das TLS-Instrument in Anlehnung an die ISO 17123-9:2018 (E) 2018 geprüft und für einsatztauglich befunden. Dann folgt der erste praktische Entwicklungsschritt der Vorgehensweise bei der Überwachung von einzelnen Steinen unter Laborbedingungen. Als Kontrolle wird eine punkbasierte Deformationsanalyse durchgeführt. Beim Vergleich von M3C2, Feature-Matching und virtuellen Targets, stellt sich die letztgenannte Methode mit ihrer Robustheit und einer hohen Qualität der Ergebnisse, die am besten für die Vorgehensweise geeignete Methode heraus. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend gelingt dann auch die Überwachung einer Steinsatzwand mit TLS am Kitzsteinhorn. Die Aufgabe konnte klar definiert, ein Referenzsystem als Referenzrahmen realisiert und eine neue Nullepoche mit TLS-Messungen geschaffen werden. Auf dieser Basis wurden vergangene Epochen dann erfolgreich mit einer Stabilbereichsmethode in das stabile Referenzsystem transformiert. Daraufhin gelang die TLS-Deformationsanalyse mit virtuellen Targets und es konnten maßgebliche Bewegungen, wenn auch ohne zugehörige Qualitätsangaben, festgestellt werden. Dabei wurde außerdem die Gletscherschmelze als mögliche Ursache für die Bewegungen identifiziert. Die entwickelte Vorgehensweise zur Überwachung von Steinsatzwänden mit TLS wird schließlich in einem Flussdiagramm dargestellt und die einzelnen Prozessschritte darin beschrieben. Außerdem wird eine objektive Bewertung der Vorgehensweise anhand von methodischen Elementen der Ingenieurgeodäsie vorgenommen.

The aim of this thesis is to develop a procedure for monitoring stone-retaining walls using terrestrial laser scanning (TLS). Compared to classical point-based deformation analysis, however, areal deformation analysis is still less common and has more limitations in terms of quality information for the results because the stochastic model is still incomplete for TLS measurements. The procedure is therefore intended to show, in a methodologically correct way, how the monitoring of a stone-retaining wall with TLS is nevertheless successful. To this end, the methodological basis for the procedure is developed according to the state of the art and research and the four phases of the procedure are defined for the structure of the work. In phase 1, the monitoring task is analysed and planned, in phase 2 the reference system is implemented with a geodetic network, in phase 3 the TLS measurements and evaluations are carried out and finally, in phase 4, the TLS deformation analysis is performed. As part of the procedure, the TLS instrument is first tested in accordance with ISO 17123-9:2018 (E) 2018 and found to be suitable for use. This is followed by the first practical development step of the procedure for monitoring individual stones under laboratory conditions. A point-based deformation analysis is carried out as a control. When comparing M3C2, feature matching and virtual targets, the latter method, with its robustness and high quality of results, proves to be the most suitable method for the procedure. Building on these findings, the monitoring of a rock face with TLS on the Kitzsteinhorn was also successful. The task was clearly defined, a reference system was realised as a frame of reference and a new zero epoch was created with TLS measurements. On this basis, past epochs were then successfully transformed into the stable reference system using a stable range method. The TLS deformation analysis with virtual targets then succeeded, and large movements could be determined, albeit without associated quality data. Glacier melt was also identified as a possible cause of the movements. The developed procedure for monitoring rock retaining walls with TLS is finally presented in a flow chart, and the individual process steps are described in it. In addition, an objective evaluation of the procedure is carried out using methodological elements of engineering geodesy.