Deformationen, also Verformungen, Lageänderungen oder Bewegungen von Objekten, sind auf eine Vielzahl von Einflüssen zurückzuführen und ereignen sich in unterschiedlichen Größenordnungen. Dabei stellt die Überwachung von geologischen Strukturen aber auch von Ingenieurbauwerken wie Staudämmen, Gebäuden oder Brücken eine große Herausforderung zur Sicherung von Lebensräumen und den Schutz von Lebewesen dar. Ein Deformationsüberwachungssystem kann dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Anhand einer Übersicht werden zunächst verschiedene Methoden zur Überwachung von Deformationen zusammengestellt und dem in der Arbeit verwendeten und auf der Nutzung von Satellitennavigationssystemen (GNSS) basierenden Konzept gegenübergestellt. Dabei stehen Messgenauigkeiten, Unterschiede in den Messverfahren und deren Konsequenzen für die Automatisierbarkeit im Fokus. Neben seiner Echtzeitfähigkeit zeichnet sich das System unter anderem durch seine Flexibilität, Multisensorfähigkeit sowie der Unterstützung unterschiedlicher GNSS-Empfänger aus. Die technischen Grundlagen sowie die Fehlereinflüsse von satellitengestützten Navigationssystemen werden dargestellt. Das mathematische Beobachtungsmodell unter Verwendung eines Kalman-Filters sowie das eingesetzte differentielle Beobachtungsverfahren nebst der erforderlichen Messungen und Möglichkeiten zur Optimierung des Beobachtungsmodells werden ausgearbeitet. Um Deformationen millimetergenau bestimmen zu können, sind neben dem Einsatz von GNSS-Empfängern mit niedrigem Trägerphasenrauschen unter anderem die Berücksichtigung von Phasenzentrumsvariationen der Antennen und vor allem die Unterdrückung von Mehrwegeeffekten notwendig. Der Reduktion von Mehrwegeeffekten ist dabei ein eigenes Kapitel gewidmet. Darin ist neben einer ausführlichen Darstellung der Problematik und Möglichkeiten zur Erkennung und Elimination von Mehrwegeempfang auch ein neuer Ansatz zur Beseitigung von Fehlern in mehrwegebehafteten Signalen enthalten. Diese Wavelet-basierte ‚Multiscale Time Frequency Distribution’ ermittelt die Frequenzanteile auf der Code-/Trägerphasen Differenz sowie dem Signal-zu-Rausch Verhältnis mit hoher zeitlicher Auflösung. Für höherfrequente Deformationen wird dadurch die Trennung von tatsächlich vorhandener Verformung und mehrwegeinduzierten Fehlern möglich. Im Zuge der Analyse umfangreichen Datenmaterials können die Vorzüge des Verfahrens und die Eignung für die Überwachung von Ingenieurbauwerken wie Brücken dargestellt werden. Auf einer Brücke werden hochfrequente Verformungen hauptsächlich durch Fahrzeugbewegungen und damit auflastinduzierende Einflüsse hervorgerufen, die sich im Zeitraum von wenigen Sekunden ereignen. Herkömmliche Filtermethoden, die Mehrwegeeffekte beispielsweise durch Mittelung über Minuten oder länger zu eliminieren suchen, sind für diesen Einsatzzweck ungeeignet. Im Rahmen eines Feldtests wird die Funktionsweise des Überwachungssystems sowie des Verfahrens zur Mehrwegereduktion gezeigt. Ein Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit war die Erstellung einer C++ basierenden Software zur Steuerung von GNSS-Empfängern, der Datenübertragung zwischen den einzelnen Sensorstationen des Messnetzes, sowie der Verarbeitung der gewonnenen Daten zu Zeitverläufen der Positionsänderung jedes Messpunktes. Großes Augenmerk wurde dabei auf eine Trennung von Algorithmen und Steuerungslogik gelegt, wobei Letztere mit Hilfe von endlichen Automaten erfolgt. Intern dienen eine Client-/Server-Architektur sowie ein flexibles Messaging-Interface für die Kommunikation der gekapselten Module. Dem Aufbau des Messsystems und den hierfür erforderlichen HW-Komponenten ist ein umfangreiches Kapitel gewidmet. Der autonome Betrieb in rauer Umgebung ist dabei hauptsächliches Designkriterium. So werden Fragen zu Energieversorgung, Datentransfer, Steuerung und Selbstüberwachung des Systems beantwortet.    «

Deformationen, also Verformungen, Lageänderungen oder Bewegungen von Objekten, sind auf eine Vielzahl von Einflüssen zurückzuführen und ereignen sich in unterschiedlichen Größenordnungen. Dabei stellt die Überwachung von geologischen Strukturen aber auch von Ingenieurbauwerken wie Staudämmen, Gebäuden oder Brücken eine große Herausforderung zur Sicherung von Lebensräumen und den Schutz von Lebewesen dar. Ein Deformationsüberwachungssystem kann dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Anhand einer Ü...    »