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Stauwehr am Hochrhein Geodätisches Überwachungsnetz Projekt.

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Präsentation zum Thema: "Stauwehr am Hochrhein Geodätisches Überwachungsnetz Projekt."—  Präsentation transkript:

1 Stauwehr am Hochrhein Geodätisches Überwachungsnetz Projekt

2 Stauwehr am Hochrhein Aufgabenstellung Für ein Kraftwerk am Hochrhein führt das Geodätische Institut Karlsruhe (GIK) seit vielen Jahren Über- wachungsmessungen am Aubecken durch. Am benachbarten Stauwehr liegen keine derartigen Messungen vor; da eine Erweiterung des Wehrs längerfristig geplant ist, trat das Werk an das GIK mit der Bitte heran, ein Konzept zur Überwachung zu entwerfen, wobei ausdrücklich auch GPS-Messungen einzuplanen waren. Aufgabenstellung 1

3 Stauwehr am Hochrhein Im Einzelnen war gefordert: An den Hauptwehrpfeilern je sechs Objektpunkte oberwasser- und unterwasserseitig zu schaffen Diese Punkte an Festpunkte anzubinden Einen Bezug zum Messnetz Aubecken herzustellen Genauigkeitsvorgaben: Lage 3 mm oder besser Höhe 3-5 mm Aufgabenstellung 2

4 Stauwehr am Hochrhein Testmessungen ergaben, dass trotz der großen Ab- schattungen durch die Wehrbauten mit GPS auf den Wehrpfeilern selbst die gewünschte Genauigkeit erreicht wird, die Uferpunkte jedoch zu stark abgeschattet sind. Da andererseits das zu installierende Punktnetz möglicher- weise als Grundlagennetz für die Absteckung und Über- wachung der geplanten Baumaßnahmen dienen soll, entschied sich die Werksleitung für klassische Präzisions- messmethoden – Streckenmessung mit Mekometer ME 5000, Winkelmessung mit Kern E2 bzw. Wild T3000, Feinnivellement mit Zeiss DiNi10T und gleichzeitig- gegenseitiger Zenitwinkelmessung. Aufgabenstellung 3

5 Stauwehr am Hochrhein Aubecken 1

6 AUBECKEN STAUWEHR Aubecken und Stauwehr mit den Beobachtungspfeilern Aubecken 2

7 Stauwehr am Hochrhein Stauwehr 1

8 Stauwehr am Hochrhein Stauwehr 2

9 Stauwehr am Hochrhein Netz: Entsprechend den Vorgaben wurde das Netz an vier Pfeiler (2,6,7,9) des vorhandenen Aubeckennetzes angebunden. Es besteht zusätzlich aus dem neu auf der Schweizer Seite errichteten Pfeiler 36 sowie aus den Wehrpfeilerpunkten (Oberwasserseite) und (Unterwasserseite). Diese Punkte sind mit sog. Goecke-Zentrierplatten vermarkt, auf denen sowohl gängige Leica-Instrumente als auch die Kern- Pfeilerplatten zentriert werden können. Eine Ausnahme bildet der Punkt 26, der wie die Zwischenpunkte 18, 19 und 20 mit einem Messingbolzen mit halbrundem Kopf und zentrischer 1.5 mm Bohrung vermarkt wurde, da hier Stativmessungen vorgesehen waren. Netz 1

10 Stauwehr am Hochrhein Alle diese Punkte sind auch höhenmäßig durch Präzisionsnivellement bestimmt, wobei sich bei den Zentrierplatten die angegebenen Höhen auf die Auflageflächen beziehen; zusätzlich wurden in das Höhennetz noch drei Horizontalbolzen (H19, H20, H30) in der Nähe der Stativpunkte einbezogen, um die Auflageflächen oder Kippachsenhöhen einfach bestimmen zu können. Als Nebenprodukt wurden noch die vorhandenen Höhenbolzen auf den unterwasserseitigen Pfeilern bei ange- schlossen. Netz 2

11 Stauwehr am Hochrhein Lagebestimmung: Als Geräte kamen die Theodolite Kern E2 und Wild T3000 für die Winkelmessung und das Präzisionsstreckenmessgerät Mekometer 5000 zum Einsatz. Obwohl die Stative mit einem optischen Präzisionslot und der Verwendung von Kreuzschlitten auf wenige Zehntelmillimeter zentriert werden konnten, ist jedoch eine Messung über Mauerplatten immer vorzuziehen. Lagebestimmung

12 Stauwehr am Hochrhein Mekometer ME 5000 auf Pfeiler 36 Streckenmessung

13 Stauwehr am Hochrhein Zentrierung mit Lotgerät und Kreuzschlitten Zentrierung

14 Stauwehr am Hochrhein Richtungsbeobachtung

15 Es wurden drei Ausgleichungsvarianten gerechnet: Freie Ausgleichung: Diese Ausgleichung, die in erster Linie das Beobachtungsmaterial hinsichtlich grober Fehler testet und die Netzgüte überprüft, ergab einen durchschnittlichen mittleren Punktfehler m p von 0.3 mm. Ausgleichung mit stochastischen Anschlusspunkten: Hier wurden die Aubeckenpfeiler 2,6,7,9 mit den Koordinaten der Messung vom April 2000 (m p = 0.1 mm) mit einem größeren Koordinatenfehler von 0.3 mm wegen eventuell vorhandener thermischer oder sonstiger zwischen- zeitlicher Lageänderungen als stochastische Anschlusspunkte eingeführt. Diese Ausgleichung ergab einen durchschnittlichen mittleren Punktfehler von m p = 0.5 mm; der geschätzte Maßstabsfaktor von ppm beweist die hohe Homogenität des Netzes, was aber wegen der Tatsache, dass das Aubeckennetz mit dem gleichen Streckenmessgerät gemessen wurde, so erwartet werden muß. Ausgleichung mit absoluten Festpunkten: Die Aubeckenpfeiler 2,6,7 und 9 wurden fehlerfrei mit ihren Koordinaten vom April 2000 eingeführt. Der Punktfehler m P geht auf 0.4 mm zurück. Ausgleichung

16 Stauwehr am Hochrhein Netzplot

17 Stauwehr am Hochrhein Für die Höhenbestimmung der Auflageflächen der Goecke- Zentrierplatten wurden auf deren Gewinde Edelstahlbolzen mit exakt 30.0 mm Höhe und abgerundetem Kopf aufge- dreht, über die nivelliert wurde; diese 30 mm wurden später wieder abgezogen, sodass die angegebenen Höhen der Höhe der Auflageflächen entsprechen. Diese Bolzen wurden am Geodätischen Institut angefertigt und mit einer Zentrierbohrung (Durchmesser 1.5 mm) versehen, sodass darüber präzise ein Stativ zentriert, aber ebenso z.B. ein Lotstab mit einer GPS-Antenne aufgehalten werden kann. Die Höhenunterschiede zwischen 36 und 35 bzw. 31 und 32 – also von den Uferpunkten auf die Unterwasserpfeiler – wurden mit gleichzeitig-gegenseitiger Zenitwinkelmessung bestimmt. Die Höhen zwischen und auf den Pfeilern wurden nivellitisch mit Überlappungen übertragen. Höhenbestimmung 1

18 SCHWEIZ BADEN FP15a HB30 FP15 HB19 HB RHEIN 28 Stauwehr Stauwehr: Ansicht vom Oberwasser und Grundriss

19 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 2 Nivellement unterwasserseitig

20 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 3

21 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 4

22 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 5 mit gleichzeitig-gegenseitiger Zenitwinkelmessung Höhenübertragung

23 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 6 Höhenübertragung mit gleichzeitig-gegenseitiger Zenitwinkelmessung

24 Stauwehr am Hochrhein Höhenbestimmung 7 Höhenübertragung mit gleichzeitig-gegenseitiger Zenitwinkelmessung

25 Stauwehr am Hochrhein Mit der Höhe des FP15 als hierarchischen An- schlusspunkt wurde das Wehrnetz ausgeglichen. Es ergab sich bei 7 Überbestimmungen ein mittlerer Punktfehler von 0.14 mm, wobei die Pfeilerpunkte ober- und unterwasserseitig etwas schlechter bestimmt sind als die Höhenbolzen am Ufer. Höhenbestimmung 8

26 Stauwehr am Hochrhein Untersuchungen zum Einsatz von GPS Real-Time GPS-Messungen: Um zum einen selbst Erfahrungen bzgl. der erreichbaren Genauigkeit mit Real-Time GPS-Messungen in einem lokalen Ingenieurprojekt zu sammeln und um zum anderen die Anwendbarkeit dieser Beobach- tungstechnik bei Vorliegen der besonderen Abschattungssituation beim Stauwehr Dogern zu prüfen, wurden mit 2 Leica SR 530 Empfängern, innerhalb von zwei Stunden insgesamt 6 Punkte (Pfeiler 7, Pfeiler 9, Pfeiler 36, Punkte 32, 33, 36) mit Real-Time GPS bestimmt. Pfeiler 7 diente als Referenzpunkt, für die anderen Roverpunkte wurden unter Variation der Besetzungszeiten (60 sec, 30 sec) und unter mehrfacher Neuinitialisierung Mehrfachlösungen ermittelt. Insgesamt wurden die Punkte 9 : 10-mal 32 : 6-mal 33 : 6-mal 34 : 6-mal 36 : 9-mal bestimmt. Einsatz von GPS

27 Stauwehr am Hochrhein Messung mit GPS 1

28 Stauwehr am Hochrhein Messung mit GPS 2

29 Stauwehr am Hochrhein Lageauswertung Lageauswertung: Die über Real-Time bestimmten dreidimensionalen GPS- Koordinaten mit zugehöriger Genauigkeitsinformation wurden aus- gelesen und über die am Institut vorhandene Weiterverarbeitungs- software in konforme Lagekoordinaten bzgl. des WGS84-Ellipsoids transformiert. Diese Koordinaten dienten zusammen mit ihren Varianz-Kovarianzmatrizen als Eingangsgrößen in eine freie Aus- gleichung. Bei einer Redundanz von 64 beträgt der durchschnittliche mittlere Punktfehler m p = 2.5 mm. Um die Kongruenz des über GPS be- stimmten Punktfeldes mit dem terrestrisch bestimmten Netz zu prüfen, wurde das GPS-Netz über eine Helmert-Transformation auf die terrestrischen Koordinaten der stochastischen Ausgleichungs- variante aufgefeldert. Die maximale Restklaffung tritt mit 4.6 mm im Rechtswert des Punktes 34 auf. Die mittlere Restklaffung über alle Punkte beträgt 3.5 mm.

30 Stauwehr am Hochrhein Höhenauswertung Die ermittelten ellipsoidischen Höhen der Punkte wurden zur Prüfung des Beobachtungsmaterials in eine freie Höhennetz- ausgleichung eingeführt. Bei einer Redundanz von 33 beträgt der mittlere Höhenfehler über alle Punkte 3.3 mm. Die so ermittelten ellipsoidischen Höhen sind rein geometrisch definiert und können erst nach einer Transforma- tion über identische Punkte mit den Höhenangaben unseres physi- kalisch definierten Höhensystems verglichen werden. Dazu wurden sukzessive bis auf jeweils einen Punkt alle anderen als identische Punkte zur Bestimmung der Transformationsparameter eingeführt und die Höhe des jeweils nicht eingeführten Punktes als Neupunkts- höhe berechnet. Als Näherungshöhen für die identischen Punkte wurden die nivellitisch ermittelten Höhenangaben eingeführt, sodass deren Verbesserungen gleichzeitig auch die Abweichungen von den terrestrisch ermittelten Sollhöhen darstellen.

31 Stauwehr am Hochrhein Bemerkung Abschließend sei angemerkt, daß aus zeitlichen Zwängen die GPS-Messungen nicht in einem für die jeweiligen Punkte optimierten Beobachtungsfenster durchgeführt wurden. Umso bemerkenswerter ist die doch recht gute Überein- stimmung mit den terrestrischen Ergebnissen im mm- Bereich für die sechs mit GPS bestimmten Punkte.

32 Stauwehr am Hochrhein Teilnehmer aus dem Geodätischen Institut Karlsruhe: Michael Illner Wolfgang Zick Teilnehmer


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