Flächenhaftes Monitoring einer Freiformschale

Abstract

Der aktuelle Trend bei Überwachungsmessungen von Einzelpunkten auf Punktwolken überzugehen, stellt die Ingenieurgeodäsie vor neue Herausforderungen. Klassische punktbezogene Auswertemethoden müssen auf flächenhafte Auswerteverfahren angepasst werden. Bei einerWildbrücke an der neuen Koralmstrecke der ÖBB kommt ein neues Bauverfahren für eine Schalenkonstruktion zur Anwendung. Die notwendigen Überwachungsmessungen der Forschungsgruppe Ingenieurgeodäsie der TU Wien werden zum einen mit Prismen durchgeführt, zum anderen soll das Bauwerk in mehreren Epochen auch flächenhaft erfasst werden. Die Punktwolken werden für die Schätzung von Freiformflächen verwendet und anschließend für strukturmechanische Berechnungen aufbereitet. Ein Ziel der Diplomarbeit ist es, Messkonzepte für die einzelnen Überwachungsaufgaben zu erstellen. Dies beinhaltet die Planung der Instrumentenstandpunkte und Prismenpositionen sowie Voruntersuchungen für das Scanning. Für das Monitoring des Bauwerks ist eine automatisierte Geräteansteuerung zwingend. Es wird deshalb eine MATLAB-Toolbox auf Basis der GeoCOM Schnittstelle von Leica Geosystems entwickelt. Ein weiterer Teil der Arbeit ist es, die erarbeiteten Messkonzepte und die Ansteuerung an einer Probeschale im Maßstab 1:2 zu testen. Die ersten zwei Messepochen werden anschließend ausgewertet. Die punktbezogenen Prismenmessungen werden einer klassischen Deformationsanalyse unterzogen. Ziel ist es, die Deformationen zwischen der Messung im Dezember 2016 und April 2017 zu untersuchen, wobei die Ergebnisse der Deformationsanalyse als Referenzwerte dienen. Um die vorliegenden B-Spline-Flächen mit den punktbezogenen Deformationen vergleichen zu können, werden die Lotfußpunkte der Prismen auf der jeweiligen Fläche gesucht. Abschließend folgt ein Vergleich der Prismenbewegungen mit den Lotfußpunktverschiebungen. Anhand eines praxisbezogenen Projekts erläutert die Arbeit notwendige Schritte für die Entwicklung eines Monitoring-Systems für punkt- und flächenhafte Überwachungsmessungen. Bei der Auswertung werden die Probleme aufgezeigt, die entstehen, wenn bei einem relativen Vergleich zweier Punktwolken keine eindeutige Zuordnung von Punkten mehr möglich ist.

A current trend in deformation survey, in which single-point measurements are shifting to point clouds, brings new challenges for the engineering geodesy. The classical point-related evaluation methods must be adapted to areal-based. For a wildlife crossing at the new ÖBB Koralm route, a new construction method for a shell construction is used for a green bridge. The research group of engineering geodesy of the TU Wien is responsible for the necessary deformation surveys. In addition to prism monitoring, areal deformation monitoring should be utilized for the construction. The point clouds are used for the estimation of free-form surfaces, which are utilized for structural mechanics calculations. An aim of this master thesis is to support the project in some tasks. Primarly, concepts for the individual monitoring tasks must be created. This includes planning the instrument positions as well as the prism positions. Additionally, preliminary investigations for scanning plus an automated device control in order to monitor the structure are essential. Therefore, a MATLAB toolbox based on the GeoCOM interface from Leica Geosystems is developed. Part of the thesis is to test the developed concepts as well as the device control on a test shell construction (Probeschale) with a scale of 1:2. The first two surveying-epochs are then evaluated. The point-related prism measurements are subjected to a classical deformation analysis. The aim is to detect the deformations between the epochs in December 2016 and April 2017 whereas the results of the deformation analysis are usedas reference values. The next step is to compare this values to the existing free-form surfaces by calculating the foot of the perpendicular points for every prism on the respective surfaces. The points, detected by this method, are eventually compared to the deformations of the prisms. The master thesis shows the necessary steps for the development of a monitoring system on a practical project, on the one hand for single-point measurements and on the other hand for areal deformation surveys. The analysis of the measurements displays the problems of comparing two point clouds relatively. In this case a clear assignment of points is not possible anymore.