Handbuch Bauwerksvermessung

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1 Albert Wiedemann Handbuch Bauwerksvermessung Geodäsie, Photogrammetrie, Laserscan ning Birkhäuser Verlag Basel Boston Berlin

2 VII 1 Grundlagen Allgemeine Grundlagen Ziele und Aufgaben Methoden Geschichte und Einordnung Geschichte der Bauwerksvermessung Geschichte des Vermessungswesens Geschichte der Architekturphotogrammetrie Rechtliche Grundlagen und Rahmenbedingungen Internationale Vereinbarungen und Organisationen Baugesetzbuch, Denkmalpflegegesetze, Vermessungsgesetze Messgrößen und Maßeinheiten Strecken Winkel Bezugssysteme und Koordinaten Bezugsflächen Koordinaten Koordinatensysteme Polarkoordinaten Lokale Koordinatensysteme Regionale Koordinatensysteme Globale Koordinatensysteme Geographische Koordinaten Geozentrische Koordinaten Koordinatentransformationen Translation (2D) Maßstabslose Transformation (2D) Ähnlichkeitstransformation (2D) Vereinfachte Ähnlichkeitstransformation mit 2 Passpunkten (2D) Affintransformation (2D) Weitere ebene Koordinatentransformationen Räumliche Koordinatentransformation (3D) Festpunktfelder Netz trigonometrischer Punkte zur Lagedefinition Höhennetz 31

3 VIII Vermessungsnetze für die Bauwerksvermessung Netzdesign Vermarkung Design und Fertigung von Punktsignalisierungen Auswahl natürlicher Passpunkte Schnurnetz zur temporären Vermarkung Punktübersichten und Einmessskizzen Fehlerlehre und Statistik Fehlerarten und ihre Wirkung Zufällige Fehler Systematische Fehler Grobe Fehler Fehlerfortpflanzung und Ausgleichsrechnung Rechenschärfe und Rundung Toleranzen im Bauwesen 43 2 Dokumentation von Gebäuden und Ensembles Amtliche Dokumentation Katasterunterlagen Amtliche Karten Lageplan Geoinformationssysteme (GIS) Pläne Grundriss Schnitt Ansicht Detaildarstellungen Maßstäbe und Detaillierungsgrad Materialien und Aufbewahrung D-Beschreibungen CAD-Modell Animation Virtual Reality Augmented Reality Fotografie Analoge Fotografie Fotografisches Material Kameras Objektive Licht Belichtung Archivierungen von Fotomaterialien 67

4 IX Digitale Bilder Flächensensoren Zeilenkameras Spezialkameras Scannen analoger Fotovorlagen Digitale Bildverarbeitung Textliche und hybride Beschreibungen Raumbuch Hypertext Dokumente Informationssystem Archivierung digitaler Daten Datenträger Datenformate Texte Datenbanken Vektordaten Rasterdaten Hypermedia 80 3 Erfassung von Messelementen Messprinzipien Vom-Großen-ins-Kleine Überbestimmungen Vermeidung von systematischen Fehlern Geräte und Instrumente Bauteile, Kleingeräte und Zubehör Lote und Libellen Fernrohr Stative Fluchtstab Nivellierlatten und Kleingerät Aufstellen eines Instruments Winkelmessung Bestimmung rechter Winkel Theodolit Satzmessung Berechnung von Richtungswinkeln aus Koordinaten Streckenmessung Streckenmessung mit dem Messband Optische Streckenmessung Elektro-optische Entfernungsmessung (EDM) 103

5 X Höhenmessung Einfache Werkzeuge Nivellement Rotationslaser Beschaffung einer Vermessungsausrüstung Messverfahren Schrittskizze Handaufmaß Punktbestimmung ohne Theodolit Bogenschlag Einbindeverfahren Orthogonalverfahren Spannmaßkontrolle Streckennetz Zielpunktvermessung Polarpunktvermessung Vorwärtsschnitt Neupunktausgleichung Standpunktvermessung Ebener Rückwärtsschnitt Freie Stationierung Standpunktsausgleichung Netzmessung Freies Netz Netz im übergeordneten Bezugssystem Polygonzug Beidseitig angeschlossener Polygonzug Einseitig angeschlossener Polygonzug Eingehängter Polygonzug Geschlossener Polygonzug (Ringpolygon) Netzausgleichung Global Positioning System (GPS) Höhenmessung Nivellement Trigonometrische Höhenübertragung Höhenmessung mit GPS Barometrische Höhenmessung Datenerfassung und -management Datenerfassung Punktnummerierung und Punktkodierung Kartierung vor Ort Teilautomatische Messung 164

6 XI Datenübergabe Konsistenzprüfung Berechnung Übergabe an CAD CAD-Bearbeitung Bauwerks Informations-System Geodätische Aufgaben Geländeaufnahme Lageplan Flächen-und Volumenbestimmung Flächenbestimmung aus Karten und Plänen Flächenbestimmung aus Koordinaten Volumenbestimmung Absteckung Polare Absteckung Bogenschnitt Orthogonale Absteckung Übertragung von Schnittebenen Kreisbogenabsteckung Bauwerksüberwachung Absolutmessungen Relativmessungen Sonstige Aufgaben Ablotung Turmhöhenbestimmung Architekturphotogrammetrie Grundlagen Methoden der Architekturphotogrammetrie Einzelbildphotogrammetrie Stereophotogrammetrie Mehrbildphotogrammetrie Vorteile und Grenzen der Architekturphotogrammetrie Erfassung von Bilddaten Allgemeine Regeln Analoge Bildaufnahme mit Amateurkameras Analoge Bildaufnahme mit Teilmesskameras Analoge Bildaufnahme mit Messkameras Digitale Messbildaufnahme Scannen analoger Bilder zu Messzwecken Koordinatensysteme Objektkoordinaten Bildkoordinaten Gemessene Koordinaten Bildkoordinatenfehler 192

7 XII 5.2 Orientierung Innere Orientierung Innere Orientierung einer Kamera Berechnung von Bildkoordinaten Graphische Bestimmung der inneren Orientierung Äußere Orientierung Rotationsmatrizen Kollinearitätsgleichungen Normalfall der terrestrischen Photogrammetrie Orientierungstechniken Räumlicher Rückwärtsschnitt Zweistufige Orientierung eines Bildpaares Einstufige Orientierung eines Bildpaares Räumlicher Vorwärtsschnitt Andere Orientierungstechniken Graphische Bestimmung der äußeren Orientierung Bündelblockausgleichung Entzerrung Bildaufnahme Optisch-mechanische Entzerrung Digitale Entzerrung - Übersicht Direkte und indirekte Entzerrung Resampling Digitale Entzerrung: nicht-parametrisch Projektive Entzerrung Andere nicht-parametrische Entzerrungen Digitale Entzerrung: parametrisch Parametrische Entzerrung Abwicklung Projektion Differenzielle Entzerrung Sonderfälle Fehlerbetrachtung Mosaikbildung Geometrische Mosaikbildung Radiometrische Mosaikbildung Stereophotogrammetrie Physiologische Grundlagen Bildaufnahme Stereokameras Phototheodolit Genäherte Stereoaufnahme Bildpaare Bildreihe 228

8 XIII Geräte und Software Orientierung Auswertung Mehrbildphotogrammetrie Bildaufnahme Orientierung Auswertung Software Sonderverfahren Doppelverhältnis Graphische Entzerrung Graphische Rekonstruktion eines Grundrisses Einschneideverfahren nach MEYDENBAUER Tiefenbestimmung aus Einzelbildern Bildfolgen Aerophotogrammetrie Systematische Befliegungen mit Reihenmesskameras Digitale Luftbildkameras Sonderlösungen Laserscanning Grundlagen der Laserscanner Laserscanner mit elektro-optischer Entfernungsmessung Laserscanner mit CCD-Kameras D-Messsysteme mit strukturiertem Licht Übersicht über verfügbare Laserscanner Scanner mit CCD-Kameras Scanner mit elektro-optischer Streckenmessung Weitere Unterscheidungskriterien Auswahl des richtigen Scanners Erfassung von figürlichen 3D-Objekten Erfassung von Oberflächen Digitale Kopie Objektmodellierung Projektmanagement Aufgabenanalyse Was muss gemessen werden? Wie detailliert muss gemessen werden? Wie genau muss gemessen werden? 268

9 XIV 7.2 Messplanung Methodenauswahl Wohngebäude Repräsentative Fassade Dekoration: Reliefs, Mosaiken, Decken- oder Wandfresken Dachstuhl Ruine Planung des geodätischen Bezugsnetzes Planung der einzelnen Messungen für die Fassadenansichten für die Grundrissdarstellung für Längs- und Querschnitte Planung der photogrammetrischen Bildaufnahmen Zeitplanung Ausrüstungslisten Messdokumente Formen der Dokumente Zeichnungen Feldbücher Fotografien Inhalte der Dokumention Nachbearbeitung Datenfusion Manuelles Zeichnen CAD-Bearbeitung Mosaikbildung Qualitätssicherung Mathematische und statistische Bewertungen Spannmaßkontrollen Plausibilitätskontrolle Rückprojektion von 3D-CAD-Daten in Fotos Übergabe Zusammenfassung und Ausblick Methoden in Entwicklung Automatische Tachymetrie D-Modellierung Digitale Bildverarbeitung Vorgehensweise heute und morgen Zusammenfassung 298

10 XV Glossar 299 Symbolverzeichnis 302 Abkürzungen 303 Literaturverzeichnis 304 Sachwortverzeichnis 312