3D Punktwolkenbasierte Deformationsanalyse mittels B-spline Flächen: Eine empirische Untersuchung des Einflusses von Oberflächenstrukturen auf das Ergebnis der Flächenapproximation sowie der Deformationsanalyse

Abstract

Fortschreitende Alterungsprozesse erfordern eine effiziente Überwachung kritischer Infrastrukturbauten. Während klassische Verfahren auf punktbasierten Messungen beruhen, ermöglicht das terrestrische Laserscanning (TLS) eine quasikontinuierliche, hochauflösende Objekterfassung. Die Handhabung dieser Daten erfordert jedoch geeignete Methoden, um statistisch begründete Aussagen über flächenhafte Verformungen tätigen zu können. Gerade in der Überwachung von Sperrbauwerken, Brücken oder andere Stützbauwerke ist mit Deformationen im Millimeterbereich zu rechnen, was oftmals nahe am Unsicherheitsbudget der TLS-Daten liegt. Daraus ergibt sich die Herausforderung, geeignete Herangehensweisen so (weiter-) zu entwickeln, dass verlässliche Rückschlüsse auf die Stabilität eines Bauwerkes möglich werden. Ein vielversprechender Ansatz findet sich in der flächenhaften Deformationsanalyse mittels approximierender B-spline Flächen, die das etablierte, punktbasierte Kongruenzmodell auf kontinuierliche Punktwolken überträgt. Dieser Beitrag untersucht anhand zweier praxisnaher Anwendungsfälle, inwiefern kleinräumige Oberflächenstrukturen von Bauwerken – wie Mauerwerksfugen – das Deformationsergebnis beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss lokaler Diskontinuitäten zwar nachweisbar jedoch gering ist und die globale Aussage über Vorhandensein von Deformation nicht beeinflusst.

Progressive aging processes necessitate the efficient monitoring of critical infrastructure. While classical methods rely on point-based measurements, Terrestrial Laser Scanning (TLS) enables quasi-continuous data acquisition. However, handling these data requires appropriate modeling approaches to derive statistically sound statements on the presence of deformation. Especially in the monitoring of dams, bridges, or other retaining structures, deformations in the (partial) millimeter range are to be expected, which is often close to the uncertainty budget of the TLS data. This gives rise to the challenge of (further) developing suitable methods that allow reliable conclusions to be drawn about the stability of a structure. A promising approach is found in areal deformation analysis based on approximating B-spline surfaces, which transfers the established point-based congruence model to continuous point clouds. This paper investigates, to what extent small-scale surface structures of buildings, such as masonry joints, influence the deformation result on basis of two representative application cases. The results demonstrate that although the influence of local discontinuities is detectable, it is minor and does not affect the global statement regarding the presence of deformation.