Monitoring von großen Rutschungen mit geodätischen Sensoren

am Beispiel eines gefährdeten Gebietes in Armenien

Auswertung

Die Auswertung beider Messungen, sowohl die armenische als auch jene aus der Kiesgrube, erfolgten in den in der Rubrik Software beschriebenen Programmen ArcMap, CAPLAN und GEOgraf. Das geschah mit dem Ziel, einen bestmöglichen Vergleich von einer Messung und deren Auswertung eines tatsächlich rutschenden Messgebietes, und einer Messung und Auswertung einer simulierten Rutschung zu bieten. Sämtliche Messdaten wurden mit den gleichen Bearbeitungsschritten verarbeitet. Hierzu wurden diverse DGMs erstellt, Verschnitte erarbeitet und Volumen berechnet.

Besonderheit der armenischen Messdaten

Für den Vergleich der Messdaten von 2018 mit jenen aus 2009 musste zunächst eine Transformation der Rohdaten aus 2009 durchgeführt werden. Anders als 2018 wurde sich im Jahr 2009 nicht stationiert und in Folge dessen die Nordrichtung nicht definiert. Zu der allgemeinen Analyse der Verschnitte und der Volumendifferenz beider Jahrgänge sollten die Monitoringpunkte verglichen werden. Dabei handelt es sich um die drei fest vermarkten (in Beton eingegossen) Punkte 301, 302 und 303. Vor allem an Hand dieser Punkte soll eine mögliche Rutschung deutlich werden, da dies die einzigen Punkte sind die innerhalb der Rutschung liegen und in beiden Jahren aufgemessen worden sind. Im Jahr 2009 wurde analysiert, in wie weit die Temperatur und der Luftdruck einen Einfluss auf die Messung haben. Das Ergebnis dieser Analyse war, dass die daraus resultierenden Korrekturen, die angebracht werden müssten, zu vernachlässigen sind. Um einen bestmöglichen Vergleich der Messungen zu ermöglichen wurde Wert darauf gelegt möglichst unter gleichen Bedingungen zu messen. So wurde unter anderem bei der Wahl des Prismas darauf geachtet das gleiche zu nehmen, um dieselbe Prismenkonstante zu verwenden.

Um die verschiedenen Ergebnisse der unterschiedlichen Programme bestmöglich vergleichbar zu gestalten, wurde vorab ein Farbschema erstellt und festgelegt, in dem letztlich alle DGMs, Verschnitte und andere Darstellungsergebnisse visualisiert werden sollten. So wurde für die DGM Darstellung eine Farbskala mit 9 Farbwerten angelegt, welche assoziativ von grün (tiefes Land – Tal) bis braun (hohes Land – Berg) reicht. Zudem sollten die Verschnitte, die den Auf- und Abtrag darstellen, ebenfalls assoziativ gehalten werden, weshalb der Auftrag immer grün und der Abtrag immer rot dargestellt wird. Einige Programme haben auch die sich nicht veränderten Teile berechnet, welche letztlich in grau visualisiert sind.

Einige Programme bieten noch weitere Darstellungsformen an. Neben dem klassischen DGM, besteht teilweise auch die Möglichkeit der Darstellung von Neigungspfeilen, Höhenlinien, vermaschten Dreiecken u.v.m. Für den bestmöglichen Vergleich wurde stets das klassische DGM angefertigt und zusätzlich diverse andere Darstellungsformen.

ArcMap

Für ArcMap müssen die Rohdaten zuvor aufgearbeitet werden. Dieser Schritt impliziert die Sortierung der Werte in folgende Reihenfolge: Punktenummer, Codierung, Rechtswert, Hochwert, Höhe. Außerdem ist es wichtig, dass die Spalten durch Tabs getrennt und die Trennzeichen Kommata sind und die Spalten brauchen einduetig zuordenbare Überschriften. Die Rohdaten sollten als .txt.-Datei vorliegen. Sämtliche Dateien die ArcMap zum weiterverarbeiten erstellt sind dann Shapefiles. Ist die Benutzeroberfläche ersteinmal für die anschließenden Aufgaben eingerichtet, stehen für die weitere Bearbeitung mehrere Wege zur Verfügung. Sämtliche Bearbeitungsfunktionen findet man in der "ArcToolbox". Für die Berechnungen von DGMs und deren Verschnitte gibt es die Möglichkeiten via "Spatial Analyst Tools" oder die "3D Analyst Tools". Im Gegensatz zu dem "Spatial Analyst Tool" umfasst das „3D Analyst Tool“ sowohl die Funktion der Erstellung von DGMs als auch die Berechnung der Volumina für Rasterberechnungen und TIN-Berechnungen, weshalb es empfehlenswert ist dieses zu nutzen.

Für die Erstellung eines DGMs gibt es in ArcMap gleich mehrere Möglichkeiten. Wie eben erwähnt wird unter anderem zwischen den Berechnungsarten einer Rasteroberfläche oder einer TIN-Oberfläche unterschieden. Gleiches gilt für die Massenberechnung. Das Ergebnis ist je nach Wahl, ob Raster oder TIN, ein bereits eingefärbtes DGM. Der Volumenunterschied wird ebenfalls als DGM dargestellt und man kann sich zusätzlich unter dem Dateipfad „Datei – Attributtabelle“ eine Liste der berechneten Volumina und die dazugehörigen Flächen ausgeben lassen.

Spline

TIN

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CAPLAN

2009

2018

Um die Rohdaten in CAPLAN einlesen zu können, ist es am simpelsten diese ebenfalls als .txt-Datei vorliegen zu haben. Wie in den meisten Programmen ist auch hier wichtig auf die Gliederung dieser Daten zu achten. Hier gilt ebenfalls eine Trennung der Spalten durch Tabstopps und eine Dezimaltrennung durch Kommata. Anders als bei anderen Programmen, dürfen in CAPLAN die Rohdaten keine Überschriften haben, trotzdem benötigen sie eine eindeutige Sortierung, welche wie folgt auszusehen hat: Punktnummer, Rechtswert, Hochwert, Höhe, Codierung. Bei der Erstellung eines DGMs hat CAPLAN eine Besonderheit. Hier kann vorab gewählt werden wie das DGM berechnet werden soll. So hat man zur Wahl, ob die Vermaschungsmethode entsprechend der Seitenlänge eines Dreiecks oder der maximalen Dreiecksgüte berechnet werden soll. In CAPLAN wird kein Außenring für das zu berechnende DGM selbstständig gewählt, sondern es werden alle angezeigten Punkte automatisch vermascht. So muss also vorab in der Punktliste ausgewählt werden, welche Punkte angezeigt bzw. ausgeblendet werden sollen.

Die Benutzeroberfläche ist selbsterklärend. Für jeden Berechnungsschritt legt CAPLAN seperate "Fenster" an zwischen denen gewechselt werden kann. Ist ein DGM berechnet, bietet CAPLAN diverse zusätzliche Darstellungsformen. Dafür sind keine neuen Berechnungen erfolderlich. In einem Drop-down Menü können so unter anderem Neigungspfeile, Höhenlinien und vieles mehr beliebig angzeigt werden. Zusätzlich kann die jeweils ausgewählte Darstellung vielseitig bearbeitet werden, d.h. z.B. können Farbgebungen und Höhenlinien je nach Wunsch personalisiert werden. Gleiches gilt schließlich für die Erstellung und Bearbeitung von Verschnitten und deren Auswertung. Bei sämtlichen Berechnungen kann gewählt werden, wie detalliert die Berechnung im Protokoll erfasst werden soll, was schließlich das nachvollziehen und beurteilen des Ergebnisses hilfreich unterstützen kann.

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GEOgraf

Liegen die Rohdaten in einer .txt-Datei vor, gilt zu beachten, dass sie die Reihenfolge: Punktnummer, Codierung, Rechtswert, Hochwert, Höhe haben und diese Spalten mit Überschriften versehen und durch Tabstopps getrennt sind.

GEOgraf ist ein sehr umfangreiches Visualisierungsprogramm, weshalb es bei jedem Schritt strukturiertes und genaues Arbeiten voraussetzt. Man arbeitet viel mit Layern und Gruppen. Das hat den Vorteil immer genaue Zuordnungen vornehmen zu können, diese nach Belieben ein- und ausblenden zu können, sowie durch das "Sperren" von Gruppen das versehentliche Bearbeiten bestimmter Daten zu verhindern.

2009

2018

GEOgraf bietet ein weites Spektrum an vorinstallierten Layern, Symbolen, Strichstärken u.v.m., aus denen man sich bedienen kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich Layer selbst zu erstellen, zu bearbeiten und zu löschen, wodurch man sowohl sehr einfach als auch sehr spezialisiert arbeiten kann. Die Menüführung des Programms ist, ohne große Voreinstellungen der Benutzeroberfläche, selbsterklärend. Beim Erstellen von DGMs werden sogenannte "Horizonte" erstellt, welche einzeln dargestellt, bearbeitet und gelöscht werden können. Schließlich das DGM gewählt, welches verschnitten werden soll und in den folgenden Einstellungen der Bezugshorizont gewählt. Für die Wahl, welche Punkte für das DGM verwendet werden sollen, bieten sich in GEOgraf mehrere Möglichkeiten. So kann u.a. ein Linienzug selbstständig definiert werden, oder auch durch das ausschließliche Anzeigen der notwendigen Punkte "alles" für die Berechnung gewählt werden. Sind die DGMs erstellt bietet GEOgraf als Besonderheit die Möglichkeit die Horizonte als "3D-pdf" auszugeben. Möchte man aus dem Verschnitt ein DGM erstellen, d.h. die Möglichkeit haben verschiedene Differenzen unterschiedlich darstellen zu können, ist es notwendig, bei der Erstellung des Verschnitts, Isolinien zu erstellen und diese als Punkte und Linien zu speichern. Denn diese Punkte sind für die Berechnung eines DGMs schließlich notwendig.

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