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GNSS als Alternative zum Nivellement in der Überwachungsmessung von Stauanlagen

GNSS as an Alternative to Levelling in Monitoring Dams

Marita Scheller, Clemens Schuwerack, Gunnar Lelle-Neumann, Michael Möser

Verschiedene Untersuchungen am Geodätischen Institut der Technischen Universität Dresden zeigen, dass ein mittels GNSS bestimmter Höhenunterschied, auf Basis getauschter GNSS-Antennen, Genauig­keiten im Millimeterbereich liefern kann. An der Stauanlage Schräh im Innerthal (Schweiz) war es möglich, umfangreiche GNSS-Messungen durchzuführen. Der Fokus lag auf den erreichbaren Wiederholgenauigkeiten, wenn die mittels GNSS bestimmten Höhenunterschiede als Antennentausch-Mittelwerte berechnet werden. Es wurden Höhenunterschiede von bis zu 70 m betrachtet. Die Länge der Basislinien betrug bis zu 1 200 m. Weiterhin wurden Beobachtungszeiträume von acht bis 24 Stunden ausgewertet. Die GNSS-Punkte, welche zum Großteil mit Stativ über mehrere Tage aufgebaut waren, wurden zudem engmaschig höhenmäßig überwacht, um Stativbewegungen detektieren zu können. Die Ergebnisse zeigen, dass die mit Antennentausch bestimmten Höhenunterschiede eine höhere Wiederholgenauigkeit aufweisen als Höhenunterschiede ohne Antennentausch. Im Bereich des Wägitaler Sees haben sich für hochgenaue Messungen 12-Stunden-Lösungen bewährt. Es sind Standardabweichungen von 1 mm erreichbar, selbst dann noch, wenn die Abschattung stark erhöht ist. Es zeigt sich somit, dass in ausgewählten Gebieten GNSS das Potenzial hat, Messungen mittels Präzisionsnivellement auszudünnen oder gar zu ersetzen. Weiterhin bringt die Berechnung von Antennentausch-Mittelwerten den Vorteil mit sich, dass auf die Antennenkalibrierwerte verzichtet werden kann. Auf Basis der vorliegenden Ergebnisse sind weiter­ führende Untersuchungen geplant, zum einen in weiteren Anwendungsgebieten und zum anderen, um die Genauigkeiten hinsichtlich der Aufdeckung von Deformationen, über mehrere Messepochen hinweg, bewerten zu können.

Various studies at the Geodetic Institute of TU Dresden show that a height difference determined by GNSS and based on swapped antennas can provide accuracies in the millimeter range. Extensive investigations into this have been carried out on data from a GNSS measurement campaign at Schräh dam in Innerthal (Switzerland). The focus of this investigations is on the repeatability that can be achieved, when the height differences using GNSS are calculated as antenna-exchange mean-values. Height differences of up to 70 m are considered in this study and the length of the baselines is up to 1 200 m. Furthermore, observation periods of eight to 24 hours have been evaluated. Most of the GNSS surveying points were set up with tripods for several days. In order to detect tripod movements, the height has been closely monitored by leveling. The results prove that the height differences, determined with antenna swap, show a higher repeatability than height differences without antenna swap. In the Wägitalersee area, 12-hour solutions have proven to be optimal for high-precision measurements. Standard deviations of 1 mm can be achieved, even if the signal shading is highly increased. Thus, in selected areas, GNSS has the potential to thin out or even replace measurements using precision leveling. Another advantage of antenna-­ exchange mean-values is that antenna calibration values can be neglected. Based on these results, further investigations are planned. On the one hand, other fields of application are to be explored; on the other hand, it is important to evaluate the accuracies for the detection of deformations over several measurement epochs.

DOI: 10.14627/avn.2024.2.5
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