Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Monitoring von Brückentragwerken mittels Modellierung von Freiformkurven für Laserscanning-Profile
Mithilfe des kinematischen terrestrischen Laserscannings (k-TLS) im Profilmodus können auftretende Deformationen an den zu überwachenden Bauwerken hochfrequent gemessen werden. Die resultierende Punktwolke sollte zur Genauigkeitssteigerung im Rahmen der weiteren Verarbeitung und Analyse approximiert werden. Die bislang verwendeten Blockmittelwerte können die nichtlinearen Profilverläufe jedoch nicht optimal modellieren. In einem aktuellen Projekt wurden anhand einer Spannbetonbrücke Verfahren der Freiformkurven eingesetzt, um die k-TLS-Profile zu approximieren. Die daraus resultierenden Ergebnisse dienen der raumzeitlichen Modellierung der nichtlinearen Durchbiegung der Brücke, mithilfe derer Sensoren der Baumesstechnik kalibriert werden. Die vorgestellten Approximationsverfahren bilden lineare Ausgleichungsprobleme. Daher muss das Normalgleichungssystem lediglich einmal berechnet werden, die Bestimmung von Näherungswerten für Kontrollpunkte ist nicht erforderlich. An beliebigen Stellen können Höhenwerte prädiziert werden. Die Anwendung der Freiformkurven ist unabhängig von der Oberflächenstruktur. Die Approximation mittels B-Splines ergibt stärkeres Rauschen in den Zeitreihen, die Anwendung der Bezier-Kurve liefert aufgrund der globalen Basisfunktionen einen stärker geglätteten Verlauf. Die Normalgleichungssysteme weisen nahezu singuläre Eigenschaften vor allem bei Datenlücken auf. Daher sollte eine möglichst kleine Anzahl an Kontrollpunkten mittels Modellwahl bestimmt werden. Das Ausschwingen der B-Splines kann dadurch ebenfalls vermindert werden. Die Verteilung der Daten entlang der x-Achse ist für beide Freiformkurven von großer Bedeutung. Die Kreuzvalidierung liefert für beide Verfahren sehr gute Ergebnisse im Bereich von 0,2 mm, womit die normalerweise erreichbare Einzelpunktgenauigkeit des Laserscanners deutlich übertroffen wird. Der nichtlineare Verlauf der Brücke kann anhand der Freiformkurven gut dargestellt werden. Die Freiformkurven eignen sich ebenfalls für weitere Anwendungen der Überwachungsmessung mittels Laserscanner. Das vorgestellte Approximationsverfahren bietet die Möglichkeit, Einwirkungen von Ebbe, Flut und Strömungen auf Staumauern im 2D-Profilmodus zu ermitteln. Des Weiteren können Windenergieanlagen (WEA) analog zum Brückenmonitoring überwacht werden.
Monitoring von Brückentragwerken mittels Modellierung von Freiformkurven für Laserscanning-Profile
Mithilfe des kinematischen terrestrischen Laserscannings (k-TLS) im Profilmodus können auftretende Deformationen an den zu überwachenden Bauwerken hochfrequent gemessen werden. Die resultierende Punktwolke sollte zur Genauigkeitssteigerung im Rahmen der weiteren Verarbeitung und Analyse approximiert werden. Die bislang verwendeten Blockmittelwerte können die nichtlinearen Profilverläufe jedoch nicht optimal modellieren. In einem aktuellen Projekt wurden anhand einer Spannbetonbrücke Verfahren der Freiformkurven eingesetzt, um die k-TLS-Profile zu approximieren. Die daraus resultierenden Ergebnisse dienen der raumzeitlichen Modellierung der nichtlinearen Durchbiegung der Brücke, mithilfe derer Sensoren der Baumesstechnik kalibriert werden. Die vorgestellten Approximationsverfahren bilden lineare Ausgleichungsprobleme. Daher muss das Normalgleichungssystem lediglich einmal berechnet werden, die Bestimmung von Näherungswerten für Kontrollpunkte ist nicht erforderlich. An beliebigen Stellen können Höhenwerte prädiziert werden. Die Anwendung der Freiformkurven ist unabhängig von der Oberflächenstruktur. Die Approximation mittels B-Splines ergibt stärkeres Rauschen in den Zeitreihen, die Anwendung der Bezier-Kurve liefert aufgrund der globalen Basisfunktionen einen stärker geglätteten Verlauf. Die Normalgleichungssysteme weisen nahezu singuläre Eigenschaften vor allem bei Datenlücken auf. Daher sollte eine möglichst kleine Anzahl an Kontrollpunkten mittels Modellwahl bestimmt werden. Das Ausschwingen der B-Splines kann dadurch ebenfalls vermindert werden. Die Verteilung der Daten entlang der x-Achse ist für beide Freiformkurven von großer Bedeutung. Die Kreuzvalidierung liefert für beide Verfahren sehr gute Ergebnisse im Bereich von 0,2 mm, womit die normalerweise erreichbare Einzelpunktgenauigkeit des Laserscanners deutlich übertroffen wird. Der nichtlineare Verlauf der Brücke kann anhand der Freiformkurven gut dargestellt werden. Die Freiformkurven eignen sich ebenfalls für weitere Anwendungen der Überwachungsmessung mittels Laserscanner. Das vorgestellte Approximationsverfahren bietet die Möglichkeit, Einwirkungen von Ebbe, Flut und Strömungen auf Staumauern im 2D-Profilmodus zu ermitteln. Des Weiteren können Windenergieanlagen (WEA) analog zum Brückenmonitoring überwacht werden.
Monitoring von Brückentragwerken mittels Modellierung von Freiformkurven für Laserscanning-Profile
Garmann, Melanie (Autor:in) / Alkhatib, Hamza (Autor:in) / Schmitt, Claudius (Autor:in) / Neumann, Ingo (Autor:in)
2014
10 Seiten, Bilder, 6 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch