Deformationsanalyse Nivellementnetz ohne stabilen Anschluss

Hallo zusammen,
ich arbeite aktuell im Rahmen meiner Masterarbeit an einer Auswertestrategie für eine langfristige geodätische Überwachungsmessung auf Basis von Nivellementdaten und beschäftige mich dabei mit der Frage, wie stabile Punkte innerhalb eines Netzes identifiziert werden können.
Konkret liegt mir ein historisches Nivellementnetz vor, das seit vielen Jahrzehnten in regelmäßigen Abständen beobachtet wurde. Das Netz besteht aus einer größeren Anzahl von Punkten (≈ 70), deren Höhen durch Netz-Nivellements bestimmt wurden. Ein externer Anschluss, der ursprünglich verwendet wurde, kann rückblickend nicht als stabil angenommen werden. Daher wurde das Netz in späteren Auswertungen frei ausgeglichen und anschließend auf mehrere als „vermutlich stabil“ angenommene Punkte aufgefeldert.
Genau diese Annahme möchte ich hinterfragen:
Ziel ist es, ohne bekannte stabile Punkte zu untersuchen, welche Punkte über einen langen Zeitraum hinweg als stabil gelten können – idealerweise ausschließlich auf Basis der Beobachtungen innerhalb des Netzes selbst. Als Datengrundlage stehen mindestens zwei deutlich zeitlich getrennte Messepochen (frühe Referenzepoche und aktuelle Epoche) zur Verfügung.

Meine konkrete Fragen lautet daher:
1. Ist es mit JAG3D möglich, eine Deformations- bzw. Kongruenzanalyse durchzuführen, bei der stabile Punkte aus den Beobachtungen identifiziert werden, ohne einen festen Anschluss vorzugeben?
2. Falls ja, welche grundsätzliche Vorgehensweise wäre hierfür sinnvoll?
3. Da gerade zum Zeitpunkt der Nullmessung keine Messwerte mehr vorliegen sondern nur die ausgeglichenen finalen Höhen stellt sich auch die Frage ob diese herangezogen werden können um die Höhenunterschiede zwischen den beobachteten Punkten zu berechnen.

Über Hinweise zur methodischen Umsetzung oder Verweise auf passende Beispiele/Dokumentationen würde ich mich sehr freuen.

Vielen Dank im Voraus
Jonathan

Hallo Jonathan,

Ist es mit JAG3D möglich, eine Deformations- bzw. Kongruenzanalyse durchzuführen, bei der stabile Punkte aus den Beobachtungen identifiziert werden, ohne einen festen Anschluss vorzugeben?

Das ist der Standardfall. In JAG3D werden die zunächst als stabil angenommenen Punkte bei der Berechnung geprüft, sodass diese Annahme nach der Berechnung entweder bestätigt wird oder eben zu verwerfen ist. Idealerweise sollten hierbei aber möglichst viele Vorinformationen mit einfließen, um das erste Referenzfeld auszuwählen. Bei der Anlegung des Netzes bzw. der Konfiguration hat man sich schließlich Gedanken gemacht. Aus den jährlichen Daten ist ggf. jetzt schon erkennbar, welche Punkte definitiv nicht mehr stabil sind usw. Basierend auf diesen Informationen sollte das Datum am Anfang definiert werden. Diese Vorgehensweise minimiert den Einfluss von Verschmierungseffekten beim sequenziellen Punkttest, siehe auch Lehmann, R., Lösler, M. (2017). Congruence analysis of geodetic networks – hypothesis tests versus model selection by information criteria. Journal of Applied Geodesy, 11(4), 271–283. 10.1515/jag-2016-0049

Da gerade zum Zeitpunkt der Nullmessung keine Messwerte mehr vorliegen sondern nur die ausgeglichenen finalen Höhen stellt sich auch die Frage ob diese herangezogen werden können um die Höhenunterschiede zwischen den beobachteten Punkten zu berechnen.

Wie würde es weitergehen, wenn die Höhenunterschiede aus den ausgeglichenen Koordinaten vorliegen?

Viele Grüße
Micha

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applied-geodesy.org - OpenSource Least-Squares Adjustment Software for Geodetic Sciences

Tags:
JAG3D, Deformationsanalyse, Nivellementnetz, Anschuss

Meine Idee ist grundsätzlich wie im Tutorial "Statistisch gesichertes Auffinden von veränderten Punkten mittels Kongruenzanalyse" vorzugehen.
Da allerdings gerade bei den älteren Epochen keine Messdaten mehr vorliegen, würde ich gerne anstatt der bereinigten Beobachtungen der beiden Epochen die Höhendifferenzen zwischen den tatsächlich gemessenen Punkten (berechnet aus den ausgeglichenen Koordinaten der beiden Epochen) als Beobachtungen einführen. Ist so ein Vorgehen grundsätzlich denkbar?

Eine weiteres Problem ist, dass sich die Konstellation der gemessenen Verbindungen im Laufe der Zeit geringfügig verändert hat. Auch durch die Tatsache, dass zusätzliche Messpunkte in die Messung mit aufgenommen wurden. Ist ein Vergleich/Analyse der zwei Epochen dennoch möglich?

Hallo,

Da allerdings gerade bei den älteren Epochen keine Messdaten mehr vorliegen, würde ich gerne anstatt der bereinigten Beobachtungen der beiden Epochen die Höhendifferenzen zwischen den tatsächlich gemessenen Punkten (berechnet aus den ausgeglichenen Koordinaten der beiden Epochen) als Beobachtungen einführen. Ist so ein Vorgehen grundsätzlich denkbar?

Welchen Sinn sollte es haben, aus den ausgeglichenen Höhen die Beobachtungen abzuleiten? Diese abgeleiteten Messungen würden doch widerspruchsfrei und algebraisch korreliert sein. Beides würde auf die originären Messungen nicht zutreffen. Die (bereinigten) Beobachtungen, hierunter verstehe ich die originären Messungen, die lediglich von Ausreißern befreit wurden, erscheinen mir für Dein Vorhaben sinnvoller.

Eine weiteres Problem ist, dass sich die Konstellation der gemessenen Verbindungen im Laufe der Zeit geringfügig verändert hat. Auch durch die Tatsache, dass zusätzliche Messpunkte in die Messung mit aufgenommen wurden. Ist ein Vergleich/Analyse der zwei Epochen dennoch möglich?

Du solltest neben dem Video auch andere (belastbare) Quellen heranziehen. Im Beitrag Kongruenzanalyse auf der Basis originärer Beobachtungen wird dieses Problem adressiert. Sowohl in dem zuvor zitierten Beitrag von Lehmann & Lösler als auch in diesem werden Änderungen im Netzdesign (implizit) mit berücksichtigt. Das Testnetz Delft beinhaltet solche Konfigurationsänderungen, siehe Abbildung 3 im genannten zfv-Artikel die grünen Punkte.

Viele Grüße
Micha

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Hallo,

Diese Vorgehensweise habe ich mir aus der Not heraus überlegt, dass bei der Referenzepoche eben keine originären Messdaten vorliegen.
Meine Grundidee dahinter war eigentlich aus veränderten oder gleichbleibenden Höhenunterschieden zwischen den einzelnen Messpunkten (Nullepoche zu aktueller Epoche) feststellen zu können, welche Punkte als stabil anzunehmen sind.

Viele Grüße

Jonathan

Hallo Jonathan,

Diese Vorgehensweise habe ich mir aus der Not heraus überlegt, dass bei der Referenzepoche eben keine originären Messdaten vorliegen.

Hast Du neben den ausgeglichenen Koordinaten (Höhen) überhaupt noch Genauigkeitsinformationen in Form einer Kovarianzmatrix oder nur die reinen Koordinaten?

Meine Grundidee dahinter war eigentlich aus veränderten oder gleichbleibenden Höhenunterschieden zwischen den einzelnen Messpunkten (Nullepoche zu aktueller Epoche) feststellen zu können, welche Punkte als stabil anzunehmen sind.

Wenn es Dir nur um die Änderungen geht, dann kannst Du diese Koordinaten als Datumspunkte in der Kontrollepoche verwenden. Die Differenz zwischen den Näherungswerten und den ausgeglichenen Höhen ist jeweils die Änderung, die Du bewerten müsstest.

Viele Grüße
Micha

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Hallo,

vielen Dank für die Antwort.
ja die Genauigkeit der Messungen wurde in einem Schriftstück wie folgt beschreiben:
"Mittlerer Fehler von +/- 0,8 mm für 1 km nivellierte Strecke".
Weitere Angaben liegen jedoch nicht mehr vor (sind meines Wissens im 2. Weltkrieg zerstört worden).

Gruß Jonathan

Guten Abend Jonathan,

ja die Genauigkeit der Messungen wurde in einem Schriftstück wie folgt beschreiben:
"Mittlerer Fehler von +/- 0,8 mm für 1 km nivellierte Strecke".

Das ist alles, was Du hast oder noch andere Infos? Ich frage, weil ich im Moment nicht verstehe, wie Du mit diesen spärlichen Informationen die Beobachtungen generieren wolltest. Kennst Du die Schleifen, die seinerzeit gemessen wurden und hättest Du einfach zwischen den Punkten mehr oder weniger willkürlich Höhenunterschiede abgeleitet?

Weitere Angaben liegen jedoch nicht mehr vor (sind meines Wissens im 2. Weltkrieg zerstört worden).

Mir ist im Moment unklar, wofür Du die historischen Daten benötigst. Du hattest geschrieben, dass Du eine "Auswertestrategie für eine langfristige geodätische Überwachungsmessung auf Basis von Nivellementdaten" erstellen sollst. Das lese ich eher wie eine Aufgabe für die Gegenwart oder Zukunft - ein Konzept kannst Du schließlich nicht rückwirkend anwenden. Wäre es nicht zielführender, sich auf Epochen zu konzentrieren, die noch vollständig sind? Die historischen Daten müssen hierbei nicht unberücksichtigt bleiben und können - wie bereits erwähnt - das Datum vorgeben. Aus der Differenz zwischen den historischen Datumspunkten und den geschätzten Koordinaten einer aktuellen Epoche zeigen Änderungen an, die in der Zwischenzeit stattgefunden haben. Eine statistische Auswertung ist jedoch ohne weitere Annahmen kaum möglich, wenn die o.g. Informationen die einzigen belastbaren Daten sind.

Viele Grüße
Micha

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Hallo Micha,

aus einem alten Plan können zudem die gemessenen Verbindungen zwischen den Punkten entnommen werden.
Für diese Verbindungen wollte ich dann aus den ausgeglichenen Ergebnishöhen die Höhenunterschiede ableiten.

Der Grund warum ich diese Nullepoche mit der aktuellen vergleichen will ist, dass sich alle Folgeepochen auf diese Höhen beziehen.
Im Laufe der Jahre wurde festgestellt, dass sich der einzige Anschlusspunkt welcher sich außerhalb des Gebäudes befindet ebenfalls bewegt.
Daraufhin wurde beschlossen, die frei ausgeglichenen Ergebnishöhen jeder Messepoche in Zukunft auf den Höhen Bewegungssatbiler Punkte der Nullepoche aufzufeldern bzw. zu lagern.
Die Theorie dieses Ansatzes ist z.B. hier zu finden: https://nivellement.de/wp-content/uploads/2022/02/Der-sichere-Weg-zur-Hoehe.pdf
Grundsätzlich finde ich den Ansatz der Lagerung auf mehreren Punkten, die sich im Lauf der Jahre kaum bewegt haben sinnvoll, allerdings erschien mir die Auswahl der stabilen Auffelderungspunkte als nicht geeignet.
Aus diesem Grund suche ich aktuell nach einem Ansatz bzw. einer Software mit der ich herausfinden kann (ohne großes Vorwissen über stabile Punkte) welche Punkte sich seit der Nullepoche bis zu aktuellen Epoche wenig oder im besten Fall gar nicht bewegt haben.
Damit ich diese Punkte in Zukunft als Auffelderungspunkte verwenden kann.

VG Jonathan

Hallo Jonathan,

Der Grund warum ich diese Nullepoche mit der aktuellen vergleichen will ist, dass sich alle Folgeepochen auf diese Höhen beziehen.

Beziehen heißt aber nur, dass diese lediglich als Datumspunkte eingeführt worden sind, oder? Die Wahl eines anderen Datums entspricht also nur einem einheitlichen Shift nach oben bzw. unten für die Punkte der jeweiligen Epoche. Ein Wechsel des Datums wäre also unkompliziert.

Daraufhin wurde beschlossen, die frei ausgeglichenen Ergebnishöhen jeder Messepoche in Zukunft auf den Höhen Bewegungssatbiler Punkte der Nullepoche aufzufeldern bzw. zu lagern.

Das ist auch der Vorschlag, den ich Dir gemacht habe. Da es freie Netze sind, wird das Netz auch dann nicht verzerrt, wenn sich Punkte verändert haben im Laufe der Zeit.

Grundsätzlich finde ich den Ansatz der Lagerung auf mehreren Punkten, die sich im Lauf der Jahre kaum bewegt haben sinnvoll, allerdings erschien mir die Auswahl der stabilen Auffelderungspunkte als nicht geeignet.

Welches Kriterium ist Dir denn wichtig - außer stabil?

Aus diesem Grund suche ich aktuell nach einem Ansatz bzw. einer Software mit der ich herausfinden kann (ohne großes Vorwissen über stabile Punkte) welche Punkte sich seit der Nullepoche bis zu aktuellen Epoche wenig oder im besten Fall gar nicht bewegt haben.

Ich kann noch nicht erkennen, wo der Unterschied zu der bisherigen Vorgehensweise ist. Wenn dort auch die stabilen Punkte verwendet wurden, die Du nun auch nutzen willst, warum ist dann die frühere Auswahl problematisch?

Um die Sache ggf. mal etwas von Deinem speziellen Problem zu lösen: JAG3D prüft bei einer Deformationsanalyse die als stabil angenommenen Punkte. Liegen Daten aus zwei Messepochen vor, können diese auch verglichen und bewertet werden. Eine a-priori Einteilung von instabilen und (vermutlich) stabilen Punkten ist nicht zwingend aber aus genannten Gründen sinnvoll. Da in Deinem Fall aber sehr viel Vorwissen vorliegt, verstehe ich nicht, warum Du dieses nicht nutzen willst, um zumindest eine sinnvolle Voreinteilung zu machen.

Damit ich diese Punkte in Zukunft als Auffelderungspunkte verwenden kann.

Auch in Zukunft ist zu prüfen, ob ein Punkt noch als stabil angenommen werden kann oder nicht. Deine Lösung ist in dieser Hinsicht alles andere als endgültig sondern mit jeder weiteren Epoche wieder zu hinterfragen.

Viele Grüße
Micha

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