Optimierung von hybriden geodätischen Überwachungsnetzen von Bauwerken am Beispiel von Staumauern

Geometrische Bauwerküberwachung ist eine der wichtigen Aufgabe der Ingenieurvermessung. Durch Messungen werden die Punkte des Objektraumes und die Punkte des Bezugsraumes je unter sich und miteinander verknüpt. Derart werden die Änderungen (Deformationen) im Lauf der Zeit bestimmt. Deformationsmessungen sind zeitlich auf unbeschränkte Dauer von Interesse und Bedeutung. Sie erfordern meistens hohe Genauigkeit und sind sehr aufwendig. Geodätische Optimierungen werden nach verschiedenen Kriterien unterschieden. Bisher wurde über Optimierungen Null-ter Ordnung bis 2. Ordnung viel geforscht. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Optimierung 3. Ordnung, nämlich auf die Optimierung von Konfiguration und Beobachtungsplan bezüglich der Kriterien Aufwand versus Genauigkeit, Homogenität, Isotropie. Alle Beobachtungsnetze weisen reichliche Redundanz und gute geometrisch-messtechnische Konfiguration auf und die Deformationsmessungen werden periodisch wiederholt. Die numerische a priori Zuverlässigkeit ist immer gewährleistet und grobe Fehler können aufgedeckt werden. Deshalb wurde in dieser Arbeit das Kriterium Zuverlässigkeit nicht berücksichtigt. Normalerweise werden geodätische Überwachungsmessungen mit vielgestaltigen Netzen gelöst. Zwischen geometrischer Konfiguration, Beobachtungsplan, Aufwand und Genauigkeit bestehen deshalb komplexe Beziehungen. Bei der Modellierung und Optimierung sind die bekannten Methoden wie lineare und quadratische Programmierung schwer anwendbar. Deshalb wurde in dieser Arbeit heuristisch vorgegangen. Bei Überwachungsmessungen sind Beobachtungen und Auswertungen hoher Präzision erforderlich. Die gemeinsame Auswertung aller möglichen Messdaten ist notwendig. Dabei ist die Lotkonvergenz nicht vernachlässigbar. In dieser Arbeit wird die integrierte Auswertung von hybriden Beobachtungen unter Erfüllung der soeben genannten Erfordernisse versucht. Die Lösung der Aufgabe dieser Arbeit gliedert sich in die folgenden Teilbereiche: a) Vorschlag von zwei Koodinatensystemen, in denen die Figur der Objekte (räumliche Form und Grösse) naturgetreu, ohne jegliche Verzerrungen, dargestellt werden können. Davon ist das eine einfacher, ausschliesslich für die Optimierung und das erweiterte System für die Anwendungen bestimmt. b) Formulierung des funktionalen Modells für die gemeinsame Ausgleichung hybrider Beobachtungen, nämlich von klassischen geodätischen Beobachtungen, neuartigen geodätischen Beobachtungen und sog. relativen physikalisch-geometrischen Messungen. c) Schaffung eines modularen, effizienten Programmsystems, mit dem Optimierungsrechnungen sehr grosser Konfigurationen in kürzester Zeit bearbeitet werden können. Sowohl die Konfiguration als auch das stochastische Modell, einschliesslich von beliebigen stochastischen Vorinformationen sind dabei beliebig veränderbar. d) Umfangreiche Optimierungsberechnungen für die Kriterien Konfiguration, Beobachtungsplan, Messungspräzision und damit Genauigkeit versus Arbeitsaufwand. Daraus ergeben sich heuristisch die komplexen Optimierungszusammenhänge. e) Konkrete Empfehlungen für die Anlage optimaler hybrider Überwachungsnetze.