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
• Effizientes Monitoring alpiner Naturgefahren mit FotogrammetriePiringer, Felix; 10.3217/978-3-99161-070-0-018
• Prism effects on total station measurements: steps towards computational correctionWieser, Andreas; Presl, Robert; Dammert, Lucas; Thalmann, Tomas; Neuner, Hans; 10.3217/978-3-99161-070-0-019Systematic effects on total station measurements arising from solid glass corner cube prisms can lead to deviations at the mm-level. We show that these deviations can be mitigated by forward modeling based on geometrical optics and assumed properties of the reflectors, or by empirical modeling based on calibration measurements with a variety of reflector poses. Establishing the forward model is less costly, but some empirical modeling is required to derive necessary pa-rameters which are not disclosed by the manufacturers. Empirical modeling can better account for specific deviations of individual prisms and for deviations related to the particular data pro-cessing within a total station. Corrections obtained by modeling are applicable to measurements of moving prisms, e.g., for tracking drones or construction machines, and to geodetic network measurements where differences exceeding 5 mm could result from uncorrected prism effects even when using high-precision single prisms.
• Investigation of a Profile Laser Scanner for its use in geodetic deformation monitoringRosa, Victoria; Neuner, Hans; 10.3217/978-3-99161-070-0-020
• Analysis and Compensation of Instrument Orientation Instability in Tachymetric Measurement of Crane RailsRanzinger, Žiga; Štebe, Gašper; Marjetič, Aleš; 10.3217/978-3-99161-070-0-021Accurate measurement of crane rail geometry is essential for safe and reliable crane operation, as even small deviations in geometry can adversely affect crane performance and structural integrity. Modern tachymetric methods enable high precision surveying of crane rails. However, their accuracy strongly depends on the stability of the instrument orientation during measurement. This study investigates the stability of a tachymetric measurement setup used for crane rail geometry control, with a particular focus on horizontal orientation drift during long term observations. Based on semi-automated measurements performed on a wide span crane rail simulated system, systematic variations in horizontal directions were observed that could not be attributed to local target movements. An experimental analysis combining segmented drift evaluation, inclination measurements, and meteorological observations was carried out simultaneously to identify the dominant sources of instability. The results show that the observed horizontal drift is primarily caused by rotation of the instrument tripod around the vertical axis, while the orientation station remains largely stable. Furthermore, the influence of mechanical and environmental factors varies significantly over time, with both immediate and delayed effects detected. The findings confirm that instrument stability cannot be assumed constant during extended crane rail surveys. Segment based analysis and consideration of time dependent effects are therefore essential for reliable orientation correction. The presented results contribute to improved understanding and mitigation of orientation related errors in high precision crane rail geometry measurements (MARJETIČ, et al., 2012).
• Dynamisches Monitoring einer Eisenbahnbrücke mit Beschleunigungssensoren und ProfillaserscanningLingel, Laura; Schneider, Lukas; Ummenhofer, Thomas; Harmening, Corinna; 10.3217/978-3-99161-070-0-022
• Monitoring von schuttbedeckten Gletschern gezeigt am Beispiel des Gössnitzkeeses (Schobergruppe, Hohe Tauern) – Methoden und KlimarelevanzKaufmann, Viktor; Kellerer-Pirklbauer, Andreas; 10.3217/978-3-99161-070-0-023
• Dynamische Brückenüberwachung mit dem Profilmodus des RIEGL VZ-600i – erste Erfahrungen aus einem Feldversuch in ChileCzerwonka-Schröder, Daniel; Pöppl, Florian; Fingerhuth, Sebastian; 10.3217/978-3-99161-070-0-024
• Edge Detection in Point Clouds for TLS Monitoring of In-Plane DisplacementJeraj, Simon; Kregar, Klemen; 10.3217/978-3-99161-070-0-025Deformation monitoring of objects with a terrestrial laser scanner (TLS) focuses in practice on detecting displacements in the direction normal to the surface (out-of-plane). However, detecting displacements along the plane of objects (in-plane) on smooth, homogeneous objects remains a major challenge (an example is monitoring displacements in landslides). In our research, we tested the detection of displacements along the plane using edge detection. We used the Riegl VZ-400 and tested a monotonically smooth plate, which we moved horizontally from 0.1 mm to 5 mm at distances of 5 m and 13 m. We detected edges in two ways, using a Gaussian model and an Edge function with the Canny algorithm. The results showed that at 5 m, it is possible to reliably detect displacements greater than 1 mm (standard deviation between 0.23 mm and 0.55 mm), and at 13 m, displacements greater than 2 mm (standard deviation between 0.32 mm and 0.96 mm). All correctly detected displacements are statistically significant at a 95% confidence level. As an additional experiment, we also detected displacements by detecting features on a surface with a larger number of features. We simulated displacements by changing the TLS inclination at distances of 5 m, 10 m, and 20 m. We detected the displacements we tested, with slightly larger deviations from the reference values at a movement of approximately 2 mm at 10 m and 4 mm at 20 m. All displacements are statistically significant at a 95% confidence level. The results show that TLS reliably detects in-plane displacements in the range of a few millimeters, which enables the monitoring of objects on landslides and similar cases where the traditional out-of-plane approach cannot be used. When detecting edges, we recommend multiple scan repetitions for more reliable movement detection.
• Digitaler Bauantrag und BIM - Anforderungen an die amtlichen GeodatenMessmer, Eberhard; 10.3217/978-3-99161-070-0-026
• BIM Fachmodelle der VermessungClemen, Christian; Wagner, Andreas; 10.3217/978-3-99161-070-0-027
• FloMuSS – Fleet-Based Multi-Sensor System for the Continuous Acquisition of Spatially and Temporally High-Resolution Data of the Urban StreetscapeChen, Siyu; Effkemann, Christoph; Becker, Ralf; Ferroni, Lorenzo; Ludwig, Johannes; Seitz, Ingmar; Louen, Conny; Tabatabaei, Sajjad; Blankenbach, Jörg; 10.3217/978-3-99161-070-0-028
• Praxisberichte zum Einsatz fahrzeuggestützter Mobile-Mapping-Systeme für Bestands- und KontrollvermessungenKalenjuk, Slaven; 10.3217/978-3-99161-070-0-029
• Geometrische Herausforderungen – Geodätische LösungenFedermann, Markus; 10.3217/978-3-99161-070-0-030Herausfordernde Messaufgaben beim Wiederaufbau der Friesenbrücke / Ems und der EÜ über die Hunte bei Elsfleth