Realisierung und Anwendung eines kinematischen Multi-Sensor-Meßsystems zur Bestimmung von dynamischen Bauwerksverformungen

Abstract

Durch die Erweiterung der geodätischen Aufgabengebiete, insbesondere in der Ingenieurvermessung, werden zukünftig vermehrt interdisziplinäre Lösungen verlangt, die von einer Fachrichtung alleine nicht geliefert werden können. Dadurch entstehen zum Teil einfachere, schnellere und trotzdem genaue Methoden. Dies wird in der vorliegenden Arbeit veranschaulicht. Dazu werden zuerst die aus den Einzeldisziplinen stammenden Verfahren klassifiziert und anschließend ein auf diesen Verfahren basierendes neu entwickeltes Feldkalibrierverfahren für Inertialnavigationssysteme vorgestellt. Es basiert auf der Messung des Erdschwerevektors und der Erddrehrate in 24 Lagen und erlaubt die Bestimmung der Kalibrierparameter Offset, Skalenfaktor und Fehlausrichtungswinkel. Die erreichbare Genauigkeit liegt für Beschleunigungsmesser in der gleichen Größenordnung wie bei aufwendigeren Laborkalibrierungen, für Kreisel ergibt sich, bedingt durch die sehr kleine Erddrehrate, eine um ein bis drei Größenordnungen schlechtere Genauigkeit. Im zweiten Schwerpunkt der Arbeit wird am Beispiel der Messung der Deformation einer Eisenbahnbrücke während der Überfahrt eines Zuges gezeigt, daß neben der eigentlichen Messung auch die Auswertung der Meßergebnisse von einer Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen profitiert. Die in den ersten Kapiteln beschriebenen Methoden werden konkret angewandt. Ausgehend von der Problembeschreibung werden Konzeption und Realisierung des Multi-Sensor-Meßsystems entwickelt und die Durchführung und Auswertung der Messungen beschrieben. Die Ergebnisse werden mit dem theoretischen Modell verglichen, wobei trotz der nur parametrischen Zeitabhängigkeit eine sehr gute Übereinstimmung festgestellt wird. Dies zeigt, daß an einem Modell, je nach Art der Fragestellung, viele wohlüberlegte Vereinfachungen vorgenommen werden können, ohne daß es seine Aussagekraft verliert.

The enlarged geodetic fields of work - especially the field of engineer geodesy - will require more and more solutions which cannot be provided any more by only one discipline. These solutions call for the cooperation of the separate departments and will lead in part to easier and faster methods which are nevertheless exact. The present thesis illustrates this. In the first part, the methods coming from the separate disciplines are classified. Then, based on these methods, a new field calibration method for inertial navigation systems is presented. It bases on the measurement of the gravity vector and the earth rotation rate in 24 faces and determines the calibration parameters „offset“, „scale factor“ and „misalignment angle“. For accelerometers, the accuracy which can be achieved is on the scale of a more complicated calibration in a laboratory. For gyros, the accuracy is worse by the factor 10 to 1000, which is due to the very small earth rotation rate. The second part of the thesis gives an example of a measurement. The deformation of a railway bridge is measured when a train is passing. This example shows how the cooperation of experts of separate departments benefits not only the measuring method itself, but also its evaluation. The methods which have been described in the first part, are applied now. Starting with the description of the problem, the design of a multi-sensor measurement system is developed and then realized. It is described how the measurements are carried out and how they are evaluated. Results are compared with the theoretically calculated values. You will find that they correspond very well, in spite of the fact that time is considered only parametrically. This shows that, depending on the problem given, you can make a lot of well-considered simplifications on a model without loosing its validity.