Estimation of Measurement Uncertainty of kinematic TLS Observation Process by means of Monte-Carlo Methods

In many cases, the uncertainty of output quantities may be computed by assuming that the distribution represented by the result of measurement and its associated standard uncertainty is a Gaussian. This assumption may be unjustified and the uncertainty of the output quantities determined in this way may be incorrect. One tool to deal with different distribution functions of the input parameters and the resulting mixed-distribution of the output quantities is given through the Monte Carlo techniques. The resulting empirical distribution can be used to approximate the theoretical distribution of the output quantities. All required moments of different orders can then be numerically determined. To evaluate the procedure of derivation and evaluation of output parameter uncertainties outlined in this paper, a case study of kinematic terrestrial laserscanning (k-TLS) will be discussed. This study deals with two main topics: the refined simulation of different configurations by taking different input parameters with diverse probability functions for the uncertainty model into account, and the statistical analysis of the real data in order to improve the physical observation models in case of k-TLS. The solution of both problems is essential for the highly sensitive and physically meaningful application of k-TLS techniques for monitoring of, e. g., large structures such as bridges

Geodäsie im gesellschaftlichen Kontext

Die Geodäsie ist eine traditionsreiche Disziplin, deren Bedeutung für Wissenschaft, Politik und Verwaltung sowie für die Gesellschaft insgesamt in den vergangenen zwei bis drei Jahrzehnten im Zuge verschiedener Entwicklungen noch einmal deutlich zugenommen hat. In diesem Beitrag wird diese Situation am Beispiel der Erdmessung aus drei verschiedenen Perspektiven betrachtet: Geodäsie als Wissenschaft, Geodäsie als Methode und Geodäsie als Beruf. Es wird argumentiert, dass die Geodäsie über diese drei Perspektiven hinweg verschiedene Alleinstellungsmerkmale aufweist, die sie mehr denn je zu einer wichtigen Partnerdisziplin im interdisziplinären Umfeld machen

On the detection of systematic errors in terrestrial laser scanning data

Quality descriptions are parts of the key tasks of geodetic data processing. Systematic errors should be detected and avoided in order to insure the high quality standards required by structural monitoring. In this study, the iterative closest point (ICP) method was invested to detect systematic errors in two overlapping data sets. There are three steps to process the systematic errors: firstly, one of the data sets was transformed to a reference system by the introduction of the Gauss–Helmert (GH) model. Secondly, quadratic form estimation and segmentation methods are proposed to guarantee the overlapping data sets. Thirdly, the ICP method was employed for a finer registration and detecting the systematic errors. A case study was casted in which a dam surface in Germany was scanned by terrestrial laser scanning (TLS) technology. The results indicated that with the conjugation of ICP algorithm the accuracy of the data sets was improved approximately by 1.6 mm

German and European Ground Motion Service: a Comparison

Since the end of 2022, two ground motion services that cover the complete area of Germany are available as web services: the German Ground Motion Service (Bodenbewegungsdienst Deutschland, BBD) provided by the Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR), and the first release of the European Ground Motion Service (EGMS) as part of the Copernicus Land Monitoring Service. Both services are based on InSAR displacement estimations generated from Sentinel‑1 data. It would seem relevant to compare the products of the two services against one another, assess the data coverage they provide, and investigate how well they perform compared to other geodetic techniques. For a study commissioned by the surveying authority of the state of Baden-Württemberg (Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg, LGL), BBD and EGMS data from different locations in Baden-Württemberg, Saarland, and North Rhine-Westphalia (NRW) were investigated and validated against levelling and GNSS data. We found that both services provide good data quality. BBD shows slightly better calibration precision than EGMS. The coverage provided by EGMS is better than that of BBD on motorways, federal roads, and train tracks of the Deutsche Bahn. As an example, where both services have difficulties in determining the correct displacements, as they cannot be described well by the displacement models used for processing, we present the test case of the cavern field at Epe (NRW). Finally, we discuss the implications of our findings for the use of the products of BBD and EGMS for monitoring tasks

Uncertainty modeling of random and systematic errors by means of Monte Carlo and fuzzy techniques

The standard reference in uncertainty modeling is the “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM)”. GUM groups the occurring uncertain quantities into “Type A” and “Type B”. Uncertainties of “Type A” are determined with the classical statistical methods, while “Type B” is subject to other uncertainties which are obtained by experience and knowledge about an instrument or a measurement process. Both types of uncertainty can have random and systematic error components. Our study focuses on a detailed comparison of probability and fuzzy-random approaches for handling and propagating the different uncertainties, especially those of “Type B”. Whereas a probabilistic approach treats all uncertainties as having a random nature, the fuzzy technique distinguishes between random and deterministic errors. In the fuzzy-random approach the random components are modeled in a stochastic framework, and the deterministic uncertainties are treated by means of a range-of-values search problem. The applied procedure is outlined showing both the theory and a numerical example for the evaluation of uncertainties in an application for terrestrial laserscanning (TLS).DFG/KU/1250/4-

Direct geo-referencing of a static terrestrial laser scanner

This paper describes an adaptive extended Kalman filter (AEKF) approach for geo-referencing tasks for a multi-sensor system (MSS). The MSS is a sensor fusion of a phase-measuring terrestrial laser scanner (TLS) with navigation sensors such as Global Navigation Satellite System (GNSS) equipment and inclinometers. The position and orientation of the MSS are the main parameters which are constant on a station and will be derived by a Kalman filtering process. Hence, the orientation of a TLS/MSS can be done without any demand for other artificial targets in the scanning area. However, using inclinometer measurements the spatial rotation angles about the X- and Y-axis of the fixed MSS station can be estimated by the AEKF. This makes it possible to determine all six degrees of freedom of the transformation from a sensor-defined to a global coordinate system. The paper gives a detailed discussion of the strategy used for the direct geo-referencing. The AEKF for the transformation parameters estimation is presented with focus on the modelling of the MSS motion. The usefulness of the suggested approach will be demonstrated using practical investigations

GPS DEFORMATION MEASUREMENTS IN THE GEODYNAMIC TEST NETWORK SÓSKÚT

The Geodetic Institute of the University of Karlsruhe and the Department of Geodesy and Surveying of the Budapest University of Technology and Economics have been cooperating for 30 years in the field of deformation measurements and analysis. One of the common projects in this cooperation is related to the network of Sóskút which has been established to detect surface motions in the vicinity of a geological fracture. In the beginning terrestrial measurements have been carried out, while in recent years common GPS campaigns were organized in order to investigate the potential of the GPS technology in deformation measurements and analysis. The paper describes the development and the actual results of the joint project and points out the progress in methodology

Das Geodätische Institut (1993 - 2018)

In den 25 Jahren von 1993 bis 2018 – über die Jahrtausendwende hinweg – haben sich die Methodik und das Instrumentarium der Geodäsie revolutionär weiterentwickelt. Dies betrifft sowohl neue Entwicklungen in der Satellitengeodäsie, vorangetrieben durch den Aufbau verschiedener globaler Satellitennavigationssysteme, insbesondere GPS, aber auch spezifische geodätische Satellitenmissionen wie GRACE, GOCE, TerraSAR-X und TanDEMX als auch methodische Neuerungen in der Industrievermessung (Large Volume Metrology / Sensorik). Durch die ständig wachsende Menge an zu verarbeitenden Daten kommt zudem dem effizienten Management und der Verarbeitung großer Mengen georeferenzierter Daten eine besondere Bedeutung zu. Gleichbedeutend, wenn nicht gar in den letzten Jahren noch gestiegen ist die Notwendigkeit zur interdisziplinären Ausrichtung der Geodäsie. Die Geodäsie kann sich heute als Drehscheibe zwischen verschiedensten Disziplinen wie beispielsweise dem Bauingenieurwesen und den Geowissenschaften, aber auch dem Maschinenbau oder der Luft- und Raumfahrttechnik bezeichnen. Auf die neuen Herausforderungen hat das Geodätische Institut auf vielfältige Weise reagiert: Zum Wintersemester 2010/11 wurde der Lehrstuhl für Mathematische und Datenverarbeitende Geodäsie umgewidmet in den Lehrstuhl für Geoinformatik (siehe auch Abschnitt "Strukturelle und personelle Veränderungen"), auf den Prof. Martin Breunig berufen wurde. Der Lehrstuhl versteht sich seither als bindendes Glied zwischen der Geodäsie, den Bauingenieur- und den Geowissenschaften. Die interdisziplinäre Arbeitsweise spiegelt sich auch in der DFGForschergruppe 3D Tracks wider, von der später in dieser Festschrift noch die Rede sein wird. Die jüngsten Veränderungen betreffen den Lehrstuhl "Physikalische und Satellitengeodäsie", der zum Wintersemester 2018/19 im Zuge der Wiederbesetzung durch Prof. Hansjörg Kutterer in "Geodätische Erdsystemwissenschaft" umgewidmet wurde, verbunden mit einer Neuausrichtung des Lehr- und Forschungsgebiets sowie einer noch stärkeren Fokussierung auf geowissenschaftliche Themen. Als der Lehrstuhl Geodäsie I im Jahre 2000 neu besetzt wurde, wurde mit der Umwidmung in "Vermessungskunde und Geodätische Sensorik" mit dem expliziten Verweis auf Sensorik bewusst die Tür in die dimensionelle Messtechnik geöffnet, wobei gleichfalls die Basisausbildung in Vermessungskunde auch für Nachbardisziplinen garantiert werden sollte. Heute versteht sich der Lehrstuhl als Teildisziplin der Metrologie, also der Wissenschaft des Messens (vgl. auch den Abschnitt "Das Mess- und Kalibrierlabor des Geodätischen Instituts im Kontext aktueller Herausforderungen" in diesem Band) und stellt die geodätischen Messtechniken in einem eher grundsätzlichen Kontext dar. Dies ermöglicht barrierefreie Interaktion mit anderen Ingenieurdisziplinen, vor allen Dingen der Large Volume Metrology (LVM) im Maschinenbau. In diesem Zusammenhang werden auch Entwicklungen von Messmitteln vorangetrieben