Prozessmodelle zur Analyse des 3D-Schwingungsverhaltens von Strukturen basierend auf terrestrischen Laserscannern (PROVILAS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Holst
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536704264

Terrestrische 3D-Laserscanner werden in der Regel zur flächenhaften Geometrieerfassung von baulichen und natürlichen Messobjekten eingesetzt. Wiederholte Messungen ermöglichen die Erfassung und Analyse von Veränderungen in der Geometrie der Strukturen mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung. Die meisten wissenschaftlichen Bemühungen, 3D-Laserscanning als neuen Ansatz zur flächenhaften Deformationsüberwachung zu etablieren, konzentrieren sich auf eine epochenweise Behandlung der Scans, wobei die zeitliche Auflösung zwischen den Epochen eher gering ist, mit einer Größenordnung von mehreren Stunden, Tagen oder länger. Hierbei spielt die Quantifizierung und Modellierung der Messunsicherheit des Scanners eine wichtige Rolle, da sie für die statistische Bewertung der Deformationen unerlässlich ist. Abgesehen von der Reduktion auf profilweise Messungen wurde das 3D-Laserscanning bisher nicht eingesetzt, wenn die zeitlichen Veränderungen der Messobjekte durch Schwingungen auftreten. Die Wiederholrate ist im Verhältnis zur zeitlichen Skala dieser Veränderungen zu gering. Ziel dieses Projektes ist es, ein methodisches Verfahren zur flächenhaften Erfassung des Schwingverhaltens von Strukturen zu etablieren. Hierfür wird ein geeigneter Ansatz entwickelt, der die 3D-Messdaten mit einem Prozessmodell kombiniert. Dieses Prozessmodell kompensiert die zu geringe Wiederholrate einer 3D-Szene bei der Verwendung eines terrestrischen Laserscanners und mildert die Limitation bezüglich der zeitlichen Auflösung ab. Im Projekt werden verschiedene Prozessmodelle eingesetzt, die einzelne Messpunkte durch zeitliche und räumliche Bedingungen miteinander in Beziehung setzen. Die so erzeugte Redundanz der Messungen wird zur Schätzung der Parameter genutzt, die das Schwingungsverhalten der Struktur beschreiben. Die Prozessmodelle kombinieren verschiedene Schwingungsmodelle - die das räumliche und zeitliche Verhalten der Schwingung parametrisieren - mit verschiedenen Parameterschätzmodellen, z. B. Regresssion, Kalman-Filterung und künstliche neuronale Netze. Darüber hinaus enthalten die Prozessmodelle auch Messmodelle, die die Messunsicherheit des Laserscanners beschreiben und sich auf kurzfristige Effekte konzentrieren. Die Performanz der verschiedenen Prozessmodelle wird mit Hilfe von Simulationen, empirischen Laboruntersuchungen und anhand von realen Datensätzen, die an einer Brücke und einer Lärmschutzwand gemessen wurden, bewertet. In diesem Projekt wird erstmals eine effektive, auf 3D-Laserscanning basierende Methodik entwickelt, um das Schwingungsverhalten von Strukturen räumlich hochaufgelöst zu erfassen und zu modellieren, ohne dass ein direkter Zugang zum Objekt erforderlich ist. Dieser Ansatz eröffnet ein neues Einsatzgebiet für das terrestrische 3D-Laserscanning.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Hans-Berndt Neuner