Trennung von systematischen TLS-Abweichungen und Deformationen bei der Formanalyse des Radioteleskops Effelsberg

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1 Trennung von systematischen TLS-Abweichungen und Deformationen bei der Formanalyse des Radioteleskops Effelsberg Geodätische Woche 14, Berlin Christoph Holst & Heiner Kuhlmann 08. Oktober 14 Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 1

2 Radioteleskop Effelsberg Form- und Brennweitenänderungen beeinflussen Signalweg Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 2

3 Elevationsabhängige Verformungen 1. gesamter Hauptreflektor: Variation der Brennweite 90 Elevation: Verflachung = Brennweite wird länger 0 Elevation: Zusammenfaltung = Brennweite wird kürzer 2. lokale Deformationsmuster auf der Oberfläche systematische Residuen von der best-fit Oberfläche Detektion mit Hilfe hochaufgelöster Punktwolke Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 3

4 Messtechnische Umsetzung Leica ScanStation P Auftreffwinkel, Sichtbarkeit, Symmetrie, Punktverteilung Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 4

5 Messtechnische Umsetzung Leica ScanStation P Auftreffwinkel, Sichtbarkeit, Symmetrie, Punktverteilung Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 4

6 Messkonzept und Vorverarbeitung Messkonzept Scannen der Oberfläche in 7 versch. Elevationen (90,75,60,45,,15,7.5 ) Pro Scan ca. 500 Mio. Punkte Vorverarbeitung Segementierung, Ausreißereliminierung, Datenreduktion, Entfernung der perforierten Randbereiche Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 5

7 Auswerteansatz g(x i, p) = X i 2 + Yi 2 Z i = 0... Rotationsparaboloid 4f X i = [X i, Y i, Z i ] T... Koordinaten im Paraboloidsystem f... Brennweite X i = R ϕ,y R ϕ,x x i + X v... Transformation x i = [x i, y i, z i ] T... Koordinaten im Scannersystem ϕ x, ϕ y... Rotation X v = [X v, Y v, Z v ] T... Translation p = [X v, Y v, Z v, ϕ x, ϕ y, f ] T... Lage- & Form- Parameter Geodätisches Datum nicht fixiert kein räumlicher Zusammenhang zwischen Elevationen Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 6

8 Vorläufige Ergebnisse Residuals [mm] (75deg) Focal length [m] Elevation angle [deg] Y[m] X[m] Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 7

9 Vorläufige Ergebnisse Residuals [mm] (75deg) Focal length [m] Elevation angle [deg] Y[m] 0 systematische Abweichungen des Scanners vorhanden Aussagekraft von Brennweite und Residuen sehr beschränkt X[m] Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 7

10 Vorläufige Ergebnisse Residuals [mm] (75deg) Focal length [m] Elevation angle [deg] Y[m] 0 systematische Abweichungen des Scanners vorhanden Aussagekraft von Brennweite und Residuen sehr beschränkt X[m] Trennung von system. Abweichungen und Deformationen? Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 7

11 Systematische TLS-Abweichungen Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 8

12 Systematische TLS-Abweichungen = Witte / Schmidt, 00 Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 8

13 Systematische TLS-Abweichungen = Witte / Schmidt, 00 Nullpunktabweichung, Maßstab Zielachs-, Kippachs-, Höhenindexabweichung Horizontale / vertikale Exzentrizität der Zielachse Horizontale Exzentrizitäten der Stehachse Exzentrizitäten des horizontalen / vertikalen Teilkreises... Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 8

14 Endgültige Ergebnisse p = [X v, Y v, Z v, ϕ x, ϕ y, f, c, i, h, ε t,1, ε t,2, ε β,1, e z ] T... Lage-, Form- & Kalibrier- Parameter Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 9

15 Endgültige Ergebnisse p = [X v, Y v, Z v, ϕ x, ϕ y, f, c, i, h, ε t,1, ε t,2, ε β,1, e z ] T... Lage-, Form- & Kalibrier- Parameter Focal length [m] Residuals [mm] (75deg) Y[m] Elevation angle [deg] X[m] Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 9

16 Endgültige Ergebnisse p = [X v, Y v, Z v, ϕ x, ϕ y, f, c, i, h, ε t,1, ε t,2, ε β,1, e z ] T... Lage-, Form- & Kalibrier- Parameter Focal length [m] Residuals [mm] (75deg) Y[m] Elevation angle [deg] Trennung von system. Abweichungen und Deformationen! X[m] Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 9

17 ... Aber... c i h ε t,1 ε t,2 ε β,1 e z [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mm] Kalibrierparameter sind nicht konstant Keine geometrisch interpretierbaren Ergebnisse Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie

18 ... Aber... c i h ε t,1 ε t,2 ε β,1 e z [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mm] Kalibrierparameter sind nicht konstant Keine geometrisch interpretierbaren Ergebnisse Funktionales Kalibriermodell unzureichend! = Witte / Schmidt, 00 (bearbeitet) Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie

19 ... Aber... c i h ε t,1 ε t,2 ε β,1 e z [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mgon] [mm] Kalibrierparameter sind nicht konstant Keine geometrisch interpretierbaren Ergebnisse Funktionales Kalibriermodell unzureichend! = Dirk Eling, Dissertation, 09 Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie

20 Fazit und Ausblick Residuals [mm] (75deg) Systematische TLS-Abweichungen beeinflussen die Formanalyse Trennung durch vorherige Kalibrierung oder Mitschätzung der Parameter Nutzung von Tachymeter-Kalibriermodell möglich, weil Effekte ähnlich wirken dennoch: Kalibrierparameter ohne Aussagekraft, weil Tachymetermodell geometrisch unzureichend daher: Realistischeres Kalibriermodell nötig! Y[m] X[m] Y[m] Residuals [mm] (75deg) X[m] Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 11

21 ! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Christoph Holst Institut für Geodäsie und Geoinformation, Uni Bonn Tel.: 0228/ Holst, Ch., Artz, T., Kuhlmann, H. (14): Biased and unbiased estimates based on laser scans of surfaces with unknown deformations, J. Appl. Geodesy, 8 (3), S Holst, Ch., Dupuis, J., Paulus, S., Kuhlmann, H. (14): Flächenhafte Deformationsanalysen mit terrestrischen und Nahbereichslaserscannern eine Gegenüberstellung anhand von Beispielen, Allgem. Verm. Nachr., 7/14, S , Wichmann Verlag, Berlin Holst, Ch., Kuhlmann, H. (14): Impact of spatial point distributions at laser scanning on the approximation of deformed surfaces, Wieser, A. (Hrsg.): Ingenieurvermessung 14, Beiträge zum 17. Internationalen Ingenieurvermessungskurs, Zürich, S , Wichmann Verlag Holst, Ch., Zeimetz, Ph., Nothnagel, A., Schauerte, W., Kuhlmann, H. (12): Estimation of focal length variations of a 0-m radio telescope s main reflector by laser scanner measurements, J. Surv. Eng., 138 (3), S Christoph Holst 08. Oktober 14 Trennung von TLS-Abweichungen und Deformationen Folie 12