Kapitel

• FrontmatterLienhart, Werner; 10.3217/978-3-99161-070-0-000Der Tagungsband beinhaltet die Beiträge des 21. Internationalen Ingenieurvermessungskurses (IVK), welcher von 10. bis 13. Februar in Graz stattgefunden hat.
• Challenges and Developments for the Alignment of the Future Circular Collider at CERNMergelkuhl, Dirk; Barcet, Florian; Bestmann, Patrick; Gerligand, Vincent; Gutekunst, Jürgen; Mainaud Durand, Hélène; Watrelot, Leonard; Weyer, Benjamin; Yang, Bingru; 10.3217/978-3-99161-070-0-001
• Schweben- und Schachtüberwachungen mit verteilten-faseroptischen Sensoren in BergwerkenBarnefske, Eike; Weißmann, Rainer; Lehn, Patrick; Lieske, Mike; Busse, Volker; 10.3217/978-3-99161-070-0-002
• Modernisierung des ÖBB Tauerntunnel Etappe 1Schwalbe, Patrick; Fleckl-Ernst, Johannes; 10.3217/978-3-99161-070-0-003
• Planung & Realisierung eines geodätischen Monitoringsystems zur Überwachung der S-Bahn Überbrückung am Hauptbahnhof Stuttgart S21Monsberger, Christoph M.; Bauer, Peter; 10.3217/978-3-99161-070-0-004Automatisierte Überwachungsmessungen im urbanen Gebiet bringen komplexe Herausforderungen mit sich und erreichen bei Großprojekten oftmals die Grenzen des Stands der Technik. Dieser Beitrag behandelt die Planung und Realisierung eines automatischen Monitoringsystems für ein Brückenbauwerk innerhalb der im Rahmen von Stuttgart 21 neu errichteten Bahnsteighalle des Hauptbahnhofs Stuttgart. Die Brückenkonstruktion wurde nur wenige Zentimeter über dem bestehenden S-Bahn-Tunnel errichtet, weshalb eine konventionelle visuelle Inspektion nicht möglich und stattdessen ein permanentes Monitoring erforderlich ist. Eine Kombination aus automatischen Totalstationen, verteilten faseroptischen Sensoren und Sensoren zur Messung der Schallemission soll daher in Zukunft eine gesamtheitliche Betrachtung des Strukturverhaltens im Betrieb gewährleisten. Eine besondere Herausforderung bei der Planung des Überwachungssystems stellte die komplexe Geometrie der Bahnsteighalle dar, wobei zusätzlich zahlreiche Einbauten berücksichtigt sowie die endgültige Position der Totalstationen (Bohrungen der Aufhängung) und die Prismenpositionen mit sehr geringen Toleranzen bereits vor Baubeginn vor Ort definiert werden mussten. Infolge dessen wurde die Planung und Simulation der Totalstationen auf Basis der 3D Planungsdaten gänzlich in einer virtuellen 3D Umgebung unter Zuhilfenahme von Virtual Reality (VR) mit Fokus auf Validierung der Sichtachsen, Kontrolle der Öffnungswinkel bei einfallenden Visierlinien bei Prismen und Vermeidung von Mehrdeutigkeiten im Suchfeld der automatischen Anzielung durchgeführt. Neben diesen Aspekten thematisiert dieser Beitrag die Erkenntnisse aus der Installation und einer mehrwöchigen Testphase des Systems. Diese zeigen die Herausforderungen in der baubetrieblichen Umsetzung, demonstrieren jedoch auch die hohe wiederholbare Genauigkeit des realisierten Systems.
• NBS Dresden-Prag – Was passiert beim Wechsel von Datum und Projektion mit den Trassierungselementen?Romanschek, Enrico; Schütz, Emanuel; Clemen, Christian; 10.3217/978-3-99161-070-0-005
• Identification and interpretation of systematic influences caused by changing atmospheric conditions in multitemporal Permanent Laser ScanningCzerwonka-Schröder, Daniel; Yang, Yihui; Holst, Christoph; 10.3217/978-3-99161-070-0-006
• Towards extended material probing using TLS and partial bidirectional reflectance distribution functionsLaasch, Helena; Medic, Tomislav; Wieser, Andreas; 10.3217/978-3-99161-070-0-007Terrestrial laser scanning (TLS) intensity values can provide meaningful information about scanned surfaces. Most reported TLS-based material probing attempts rely on deriving a reflectance constant per individual object surface, assuming that this reflectance primarily depends on the surface material properties. However, surface reflectance cannot be fully represented by a scalar value. Each surface exhibits complex reflectance patterns that can be represented by a characteristic bidirectional reflectance distribution function (BRDF), which encodes further material properties, surface roughness, and microstructure. While TLS data do not allow retrieval of the full BRDF, they do permit derivation of a special case thereof, corresponding to the configuration where illumination and observation directions coincide. We refer to this as the material-dependent angle-of-incidence compensation function (AOICOF). We demonstrate that estimating the AOICOF from point clouds enables material identification. We achieve this by compensating the intensities for range dependence, segmenting the point clouds of a scene into surface patches, jointly processing patches with common material properties, and estimating AOICOF for each such group of surface patches. The AOICOFs estimated from the scans of the scene are then compared to a catalogue of reference functions obtained from laboratory measurements of various materials. We evaluate the agreement between in-situ and laboratory data by comparing their AOICOF and representative reflectance constants. Results demonstrate that obtained AOICOFs align closely with laboratory references, effectively allowing the distinction of material classes. While the shape of the AOICOF serves as a filter for narrowing down potential materials, we find that combining it with a representative reflectance constant helps distinguish between materials with similar AOI-dependent reflectance response. With these results, we demonstrate that reusing radiometric compensation functions enables extended material probing, providing a more comprehensive characterization of surfaces than a reflectance constant alone.
• Limitations in global referencing for robot armsHorvath, Sabine; Neuner, Hans; 10.3217/978-3-99161-070-0-008
• Uncertainty assessment of a green-wavelength LiDAR in laboratory environmentsLan, Yu; Yang, Ji; Kolling, Mario; Dorndorf, Alexander; Paffenholz, Jens-André; 10.3217/978-3-99161-070-0-009
• Untersuchung der Messeigenschaften des Unterwasser Laserscanners ULi in unterschiedlichen Temperatur-bereichen als Grundlage für kombiniertes Unterwasser-monitoringHeffner, Ellen; Semmelroth, Clemens; Sternberg, Harald; 10.3217/978-3-99161-070-0-010Im Bereich Deformationsmonitoring und Schadensbegutachtung gibt es bisher nur wenige Ansätze für präzise Methoden unter Wasser. Akustische Sensoren eignen sich auf Grund ihrer limitierten Auflösung im Zentimeterbereich nur für großskalige Schadensdetektionen, optische Messmethoden hingegen versprechen eine detailreichere Auflösung. Das neuartige Underwater LiDAR System ULi bietet eine aktive optische Messmethode in Form eines Unterwasser Laserscanners zur 3D-Erfassung von Unterwasserstrukturen. Mit bis zu 100.000 Messpunkten pro Sekunde ist ULi vergleichbar zu terrestrischen Laserscannern und bietet das Potenzial für hochaufgelöstes Zustandsmonitoring von z.B. Unterwasserbauwerken. Inwiefern sich ULi auch für den kombinierten Einsatz mit einem verteilten faseroptischen Messsystem (DFOS) für Deformationsmonitoring eignet, wird in diesem Beitrag untersucht. Zu diesem Zweck werden zunächst Messungen in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt, um die temperaturbedingten Messeigenschaften der Sensorik zu untersuchen. Damit verifiziert dieser Beitrag die optischen Brechungsindizes aus der Literatur anhand empirischer Untersuchungen in unterschiedlichen Temperaturbereichen für einen Unterwasser Laserscanner. Es lässt sich eine temperaturunabhängige Messpräzision in den Punktwolken im Submillimeterbereich nachweisen (±0,6 mm), jedoch verbleibt ein temperaturbedingter Tiefenfehler im Millimeterbereich, welcher noch nicht einwandfrei erklärt werden kann. Im Anschluss wird untersucht, inwiefern ULi zur Deformationsdetektion geeignet ist. Hierzu werden flächige Messungen auf eine Hartplastikplatte durchgeführt, welche in einzelnen Schritten kontrolliert deformiert wird. Zudem wird die Messvorrichtung mit terrestrischen Scanmethoden in Ausgangs- und Deformationslage als Vergleichsmessungen erfasst. Es lassen sich in allen Temperaturzuständen eindeutig Deformationen von weniger als einem Zentimeter mit einer mittleren Genauigkeit von 0,7 mm beobachten. Somit eignet sich ULi als Sensorik für Unterwassermonitoring, insbesondere als Ergänzung zu und im kombinierten Einsatz mit kontinuierlichen Messverfahren.
• Analyse systematischer TLS-Messabweichungen bei der Erfassung natürlicher OberflächenRabold, Jan; Werny, Lars; Harmening, Corinna; 10.3217/978-3-99161-070-0-011
• Impact of Mesh Resolution on Thermo-Mechanical Simulations in Underground Mining Environments: A Comparative Analysis of Field Transfer MethodsAhmadi, Ali; Martin, Michael; Gerolymatou, Eleni; Paffenholz, Jens-André; 10.3217/978-3-99161-070-0-012Accurate finite element simulations of underground excavations require careful mesh resolution selection, yet systematic methodologies for quantifying mesh-dependent errors in field transfer operations remain underdeveloped. We present a framework for evaluating field transfer accuracy across non-matching meshes in thermo-mechanical simulations, demonstrated through an underground mining drift case study using point clouds from a Zoller+Fröhlich (Z+F) FlexScan 22 mobile mapping system. This work is part of the MOVIE project using the “Reiche Zeche” research and education mine as its underground laboratory. Tetrahedral meshes at four resolutions (5 cm, 9 cm, 20 cm, 50 cm) were generated and embedded within a 100m host rock domain. Coupled thermo-mechanical simulations were performed in FENICSX with a transient heat source over 1.58 years. Using the 9 cm resolution as reference, three transfer methods were compared: (1) barycentric interpolation, (2) L2 Galerkin projection, and (3) cell-based scattered data interpolation. Results show field-type dependence: temperature deviations remained below 0.25%; displacement deviations were approximately 3.5%; von Mises stress exhibited the highest sensitivity at approximately 10%. Cell-based interpolation differed from finite element methods by 87.7% for displacement fields.
• Beyond a Pure Stochastic Treatment: Integrating Remaining Systematics into Congruency TestsNaeimaei, Reza; Schön, Steffen; 10.3217/978-3-99161-070-0-013Monitoring the deformations of both natural and man-made structures is a central task in engineering geodesy. Terrestrial laser scanning (TLS) is well-established for detecting geometric changes at the centimeter level. However, at the millimeter scale, the differences observed from one epoch to another may arise from either actual deformation or remaining systematic errors present in the processing chain. Classical congruency tests assess significance based on a purely stochastic model, which can lead to overly optimistic results when systematic effects are significant. We propose an interval-extended 2D congruency test for planar displacement vectors. The stochastic part is treated probabilistically through a covariance matrix, while remaining systematic effects are represented as unknown-but-bounded deviations within an admissible set B ⊂ R2. For each observation 𝒅, the quadratic-form statistic becomes interval-valued, [𝑇] = [𝑇min, 𝑇max], which induces a three-valued decision rule: strict accept (stable for all admissible biases), reject (deformed for all admissible biases), and an intermediate ambiguous region where bias and deformation are not separable. In 2D, the regions admit a transparent geometric interpretation via Minkowski sum and difference of the classical acceptance ellipse with B. Bias–noise separated Monte Carlo experiments quantify conditional decision probabilities as bias maps over the admissible set B. We compare an axis-aligned error box with a generator-based zonotope to illustrate how the chosen systematic model affects the size and structure of the ambiguity region.
• On the suitability of spherical glass-body reflectors in industrial applicationsLösler, Michael; Kopitzke, Kira-Lynn; Eschelbach, Cornelia; 10.3217/978-3-99161-070-0-014In the field of industrial metrology, spherically mounted reflectors are often used in laser tracker applications. For high-precision measurements, the reflector consists of a mirrored corner cube centred in a steel ball with a typical radius of 1.5”. This spherical design enables a three-point support of the reflector, realised by a magnetic mount, e.g., a drift-nest. In recent years, several surveying equipment suppliers have been offering affordable spherical glass-body reflectors and related accessories for classic terrestrial applications. This development provides a direct physical connection between different types of instruments, such as levelling instruments, total stations, laser scanners or laser trackers, and represents a unified interinstrumental interface. Ensuring an identical point of reference is a necessary condition for interoperability. For that reason, more than thirty spherical glass-body reflectors of different lots were evaluated in terms of precision and reliability. In order to investigate the suitability of these reflectors for industrial applications, the conformity of reference points, zero-point offsets, ball radii, and sphericity were examined in detail and compared with certified references. In addition, radial and lateral deviations as a function of the angle of incidence were studied.
• Empirische Untersuchung der Separationsmöglichkeiten von mechanisch und thermisch induzierten Dehnungs-änderungen in einer Dehnungsmessfaser für das Kaimauermonitoring mit Brillouin DFOSSemmelroth, Clemens; Heffner, Ellen; Sternberg, Harald; 10.3217/978-3-99161-070-0-015Verteilte faseroptische Sensorik eignet sich aufgrund der engmaschigen, weitläufigen Dehnungsmessungen für das Monitoring von alternden Kaimauern in Häfen. Zentrale Einflussgrößen auf die Objektdeformation wie auch das Monitoring selbst sind in Tidehäfen wie dem Hamburger Hafen einerseits zyklisch schwankende hydrostatische Drücke sowie wechselnde Temperaturbedingungen der beiden umgebenden Medien Wasser und Luft. Nicht nur bezogen auf wechselnde Umweltbedingungen in Tidehäfen, sondern auch im Allgemeinen stellt bei der verteilten faseroptischen Dehnungsmessung die Überlagerung von mechanisch (durch Deformation) und thermisch (durch Temperatur) bedingten Dehnungsänderungen eine grundlegende Herausforderung dar. Selbst bei Brillouin-Streuung basierten faseroptischen Messsystemen, deren Signale sowohl hinsichtlich der thermischen als auch der mechanischen Einwirkung analysiert werden können, ist die Verwendung von zwei unterschiedlichen Fasern zur Separation beider Einflussfaktoren üblich. Die Separation beider Größen innerhalb einer einzelnen Messfaser hingegen ist aufgrund der notwendigen Laborkalibrierung der Messfaser hinsichtlich Temperatur und Dehnung aufwendig. Der vorliegende Beitrag reiht sich in bisherige Untersuchungen ein, die die Trennung von Temperatur- und Deformationseinwirkungen auf verteilte faseroptische Messungen in einem einzelnen Dehnungsmesskabel behandeln. Mithilfe eines Brillouin DFOS wird in einem praxisnahen Versuchsaufbau die Möglichkeit der In-situ Simultankalibrierung eines Dehnungsmesskabels auf Temperatureinflüsse empirisch untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit behandeln die Separationsmöglichkeiten von Temperatur und Dehnung am Versuchsaufbau und zeigen eine Messkonfiguration, die die Isolierung von Temperatur durch Eliminierung von Dehnung ermöglicht.
• SensoJointField: Umsetzung eines IoT-Sensornetzwerks für das Deformationsmonitoring hochbeanspruchter BetonfahrbahndeckenEngel, Philipp; Recknagel, Christoph; 10.3217/978-3-99161-070-0-016
• Integraltransformationsbasierte Verfahren zur multiskaligen Analyse von Daten im ingenieurgeodätischen MonitoringKöster, Uwe; Vollert, Dennis; Kirschke, Nick; Kluck, Dominic; 10.3217/978-3-99161-070-0-017