DE10343118B4

DE10343118B4 - Vorrichtung als Zieltafel und Verfahren zur geodätischen Messung

Info

Publication number: DE10343118B4
Application number: DE2003143118
Authority: DE
Inventors: Thomas Richter; Volker Schmidt
Original assignee: RICHTER DEFORMATIONSMESSTECHNI; RICHTER DEFORMATIONSMESSTECHNIK GmbH
Current assignee: RICHTER DEFORMATIONSMESSTECHNI; RICHTER DEFORMATIONSMESSTECHNIK GmbH
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: DE10343118A1

Abstract

Vorrichtung als Zieltafel (2) und Fixpunkt für geodätische Messungen von örtlichen Veränderungen eines Bauwerkes, insbesondere einer Talsperrenmauer, bestehend aus einer am Bauwerk befestigten Grundplatte (2.1), auf welcher mindestens eine Kegelspitze (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– mindestens zwei Reflektoren (4.1+4.2) an der Grundplatte (2.1) angelenkt sind,
– die Reflektoren (4.1+4.2) in einem Halbkugelbereich ausrichtbar sind,
– die Reflektoren (4.1+4.2) auf jeweils zugeordneten Beobachtungsstandorten (6.1+6.2) ausgerichtet sind,
– die Geraden (8.1+8.2) aller Beobachtungsstandorte (6.1+6.2) mit den zugeordneten Reflektoren (4.1+4.2) einen Schnittpunkt (7) auf der/den Achsengeraden (9) der Kegelspitze/n (3.1.1+3.2.1) ergeben,
– der Abstand der einzelnen Reflektoren (4.1+4.2) zum fixierten Schnittpunkt (7) gleich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung als Zieltafel und ein Verfahren zur geodätischen Messung.
Die Erfindung ist einsetzbar zur Überprüfung und Sicherung von Bauwerken, die durch geologische Einflüsse, wie z.B. Erschütterungen, Bodensenkungen oder Umwelteinflüsse gefährdet sind, bzw. der Überwachung unterliegen.

Zur Überprüfung der Standsicherheit bzw. einer örtlichen Veränderung eines Bauwerkes, die zu einer Gefährdung führen kann, wie z.B. bei großen Brücken oder Talsperren, ist eine genaue Vermessung kontinuierlich oder in bestimmten festgelegten Zeitabständen bzw. nach einer äußeren Einwirkung auf das zu beobachtende Bauwerk notwendig. Mit Hilfe eines Richtungsnetzes, in jüngerer Zeit auch durch ein Richtungs- und Streckennetz werden anpeilbare Zielzeichen und zusätzliche Reflektoren, welche jeweils in den entsprechenden Meßstrahl zu drehen und schwenken sind, genutzt und von Festpunktpfeiler als Beobachtungsstandorte, angeordnet vor den Bauwerken, die Zielzeichen am Bauwerk beobachtet und deren Lage bzw. dessen Veränderung berechnet. An einem großen Bauwerk ist das Hineindrehen des Reflektors in den Zielstrahl nicht möglich wegen der großen Höhen oder Unzugänglichkeiten, weswegen mehrere Zieltafeln am Bauwerk installiert und deren Lage bzw. Veränderung gemessen und berechnet werden. Durch die Berechnung in bekannter Weise und Vergleich der Ist- mit den Sollwerten ist eine Veränderung des Zielzeichens (Zieltafel) am Bauwerk festzustellen. Die Zieltafeln enthalten einen Reflektor zur Entfernungsmessung sowie meistens zur Koordinatenbestimmung mittels Theodoliten noch einen Anpeilpunkt. Der Messvorgang und die Auswerten erfolgt in bekannter Weise und ist u.a. in der DE 38 27 458 C2 beschrieben. CH571220A5 beschreibt ein Verfahren mit Präzisions-Distanzmessungen. In 1 ist die Messanordnung nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Entfernungsmessung erfolgt von dem der jeweiligen Zieltafel zugeordneten Beobachtungsstandort durch ein Tachymeter sowie die Koordinatenbestimmung durch einen Theodoliten. Somit liegen zwei Entfernungsmessungen zu zwei voneinander entfernten Zieltafeln vor, wobei eine gedachte Verlängerung der Meßstrahlen über die jeweiligen Reflektoren hinaus einen imaginären Schnittpunkt in einer Ebene ergeben. Weiterhin werden von jedem Beobachtungsstandort die Winkelmessungen zu den zwei Zieltafeln vorgenommen. Da die Auswertung in bekannter Weise erfolgt, ist nicht näher darauf einzugehen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Bestimmung einer Ortsveränderung an Bauwerken zu vereinfachen, um eine schnellere Bestimmung und somit ggf, eine bessere Gefährdungsbegrenzung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkamle der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Erfindungsgemäß, wie in den Ansprüchen 1 bis 11 dargelegt, wird dies erreicht, indem die üblichen zwei oder mehrere Zieltafeln zu mindestens einer komprimiert werden. Auf einer Grundplatte, die vorzugsweise die Figur zweier axialer Kegelstumpfschnitte in X-Form besitzt, sind mindestens ein Kegel als Zielpunkt achsenparallel zur Grundplatte sowie mindestens zwei Reflektoren so angebracht, dass die Achsengeraden der Reflektoren in einem Punkt die Achsengerade des Kegels schneiden. Die Reflektoren sind an der Grundplatte so ausgelenkt, dass sie eine gemeinsame Halterung haben und durch Gelenke nach allen Seiten auf einer gedachten Halbkugeloberfläche zu schwenken sind. Dabei ist die Anordnung so gestaltet, dass jeder Reflektorabstand zum Schnittpunkt aller Achsengeraden gleich ist. Die Reflektoren werden aufgrund ihrer gelenkigen Anordnung auf die Messgeräte der Beobachtungsstandorte ausgerichtet und dauerhaft fixiert. Die Richtung der Achsengeraden der Reflektoren entspricht der der entsprechenden Messstrahlen. Die Grundplatte mit den Aufsätzen wird als Zieltafel an einem der gefährdeten Stellen des Bauwerkes, möglichst in senkrechter Stellung, verankert, wobei die Kegelachse ebenfalls im Lot liegen sollte. Vorteilhafter Weise sind zwei Kegel auf der Grundplatte anzubringen, deren Kegelspitzen zueinander oder voneinander weisen und die Kegel auf der Achsengeraden der Kegel liegen. Auch ist dann vorteilhafter Weise die Anlenkung der Reflektoren so zu wählen, dass die Achsengeraden der Reflektoren und somit die Messstrahlen die Achsengerade der Kegel mittig zu den Kegelspitzen schneiden. Zur genaueren Festlegung des Schnittpunktes können natürlich auch zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Kegelpaare oder mehrere Kegel auf der Grundplatte angebracht werden.

Der offensichtliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Zieltafel ist, dass im Extremfall nur eine Zieltafel notwendig ist, die Achsengeraden der Reflektoren sich mit der Achsengerade des/der Kegel in einem wirklichen Punkt schneiden und die Entfernung durch den konstanten Abstand der Reflektoren vom Schnittpunkt der Geraden sofort durch Summation von gemessener Entfernung plus Konstante feststeht. Ein weiterer großer Vorteil zeigt sich bei einer stationären Anordnung der Mesgeräte. Da heutige Mesgeräte über eine automatische Zielung und Messung verfügen, können verschiedene Ziele angepeilt und gemessen werden. Da alle drei Geräte, nämlich Theodolit und Tachymeter sowie das kombinierte Meßgerät einsetzbar sind, soll nur noch der Begriff „Messgerät" für diese benutzt werden. Die Messwerte können fernübertragen und jederzeit von einer Zentrale abgerufen bzw. bei einer Ortveränderung ein Alarm in einer Zentrale ausgelöst werden. Somit tritt in der Messung wie in der Auswertung eine wesentliche Vereinfachung ein. Die Ergebnisse der Entfernungsmessung mittels reflektierter Strahlen können mit den errechneten Entfernungswerten der Winkelmessungen zur Bestätigung einer Bauwerksveränderung verglichen werden. Die Messungen können biaxial oder koaxial erfolgen. Eine weitere Möglichkeit der Verbesserung der Messsicherheit und Aussagekraft ergibt sich durch das Anbringen zweier oder mehrerer Zieltafeln mit je zwei oder mehreren Reflektoren und vergleichenden Messungen von mehreren Beobachtungsstandorten.

An zwei Beispielen unter Verwendung der 1 bis 3 soll die Erfindung demonstriert werden, wobei
1 den Stand der Technik,
2 ein Schema der erfindungsgemäßen Messung mit zwei Zieltafeln und 4 Reflektoren,
3 Zieltafel mit zwei Kegelspitzen und zwei Reflektoren in dreidimensionaler Darstellung zeigen.
Beispiel 1 (1 Zieltafel mit 2 Reflektoren und 2 Meßgeräten):
An einer Staumauer 1 einer Talsperre wird zur Feststellung einer Ortsveränderung der Staumauer 1 durch eventuellen Wasserdruck, Unterspülung oder Erschütterung eine Zieltafel 2 lotrecht in Ausrichtung der Achsengeraden 9 der Kegel 3.1+3.2 fest installiert. Die Zieltafel 2 ist, wie in 3 dargestellt, mit zwei Kegeln 3.1+3.2 , die auf einer senkrechten Achsengeraden der Kegel 3.1+3.2 angeordnet sind, deren Spitzen voneinander weisen, sowie mit zwei Reflektoren 4.1+4.2, die auf die zugeordneten Meßgeräte 5.1 und 5.2 der Beobachtungsstandorte 6.1+6.2 ausgerichtet sind, versehen. Der Schnittpunkt 7 der Achsengeraden 8.1 und 8.2 der Reflektoren 4.1+4.2 befindet sich mittig auf der Geraden 9 zwischen den Kegelspitzen 3.1.1+3.2.1. Der Abstand Reflektor 4.1+4.2 zum Schnittpunkt 7 beträgt 78,0 mm, der Abstand der Kegelspitzen 3.1.1 und 3.2.1 zueinander 252,0 mm sowie der Abstand der Kegelspitzen 3.1.1+3.2.1 zur Grundplatte 2.1 40,0 mm. Zur Ausrichtung der Reflektoren 4.1 bzw. 4.2 zu den zugeordneten Meßgeräten 5.1 bzw. 5.2 sind die Reflektoren 4.1+4.2 mit zwei Gelenken zur horizontalen und vertikalen Richtungsänderung versehen. Nach der Justierung werden die Reflektoren 4.1+4.2 festgelegt zur Vermeidung einer unerwünschten Veränderung. Nach Anbringen der Zieltafel 2 und Ausrichtung der Reflektoren 4.1+4.2 erfolgt die Messung über die Meßgeräte 5.1+5.2. Die Auswertung geschieht in bekannter Weise. Die Messungen können diskontinuierlich durch manuelle Ablesung oder automatisch erfolgen, wobei im letzteren Falle eine Fernübertragung in bekannter Weise zu einer Zentralstelle zu empfehlen ist. Bei automatischer Messwertermittlung, welche auch kontinuierlich stattfinden kann, besteht die Möglichkeit der rechnergestützten Meßwertspeicherung sowie eine sofortige Alarmierung bei einer geringen Veränderung des Zielpunktes 7. Die Genauigkeit im angeführten Beispiel beträgt 0,5 mm bei einer Entfernung eines Beobachtungsstandortes 6.1 oder 6.2 vom Zielpunkt 7 von 100 bis 250 m.
Beispiel 2 (2 Zieltafeln mit je 2 Reflektoren und 2 Beobachtungsstandorte):
An einer Staumauer 1 werden, wie 2 darstellt, zwei Zieltafeln mit je zwei Reflektoren 4.1 und 4.2 sowie 4.3 und 4.4 fest installiert. Die Reflektoren 4.1 (Messstrahl 8.1) und 4.3 (Messstrahl 8.3) sind auf das Messgerät 5.1 ausgerichtet, während die Reflektoren 4.2 (Messstrahl 8.2) und 4.4 (Messstrahl 8.4) vom Messgerät 52 angepeilt werden. Somit ist eine genaue Bestimmung auch des Abstandes der Schnittpunkte 7 der beiden Zieltafeln gegeben. Die Abmaße des Beispiels 1 sind auch für Beispiel 2 zutreffend.

1: Staumauer,
2: Zieltafel
2.1: Grundplatte
3: Kegel
3.1: oberer Kegel
3.2: unterer Kegel
3.1.1: obere Kegelspitze
3.2.1: untere Kegelspitze
4.1: Reflektor, zugeordnet dem Meßgerät 5.1
4.2: Reflektor, zugeordnet dem Meßgerät 5.2
4.3: Reflektor, zugeordnet dem Messgerät 5.1
4.4: Reflektor, zugeordnet dem Messgerät 5.2
6.1: Beobachtungsstandort für Reflektor 4.1 und 4.3
6.2: Beobachtungsstandort für Reflektor 4.2 und 4.4
7: Schnnittpunkt der Achsengeraden der Reflektoren 4.1+4.2
8.1: Achsengerade des Reflektors 4.1, entspricht dem Messstrahl 5.1–4.1
8.2: Achsengerade des Reflektors 4.2, entspricht dem Messstrahl 5.2–4.2
8.3: Achsengerade des Reflektors 4.3, entspricht dem Messstrahl 5.1–4.3
8.4: Achsengerade des Reflektors 4.4, entspricht dem Messstrahl 5.2–4.4
9: Achsengerade der Kegel 3.1+3.2

Claims

Vorrichtung als Zieltafel (2) und Fixpunkt für geodätische Messungen von örtlichen Veränderungen eines Bauwerkes, insbesondere einer Talsperrenmauer, bestehend aus einer am Bauwerk befestigten Grundplatte (2.1), auf welcher mindestens eine Kegelspitze (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens zwei Reflektoren (4.1+4.2) an der Grundplatte (2.1) angelenkt sind, – die Reflektoren (4.1+4.2) in einem Halbkugelbereich ausrichtbar sind, – die Reflektoren (4.1+4.2) auf jeweils zugeordneten Beobachtungsstandorten (6.1+6.2) ausgerichtet sind, – die Geraden (8.1+8.2) aller Beobachtungsstandorte (6.1+6.2) mit den zugeordneten Reflektoren (4.1+4.2) einen Schnittpunkt (7) auf der/den Achsengeraden (9) der Kegelspitze/n (3.1.1+3.2.1) ergeben, – der Abstand der einzelnen Reflektoren (4.1+4.2) zum fixierten Schnittpunkt (7) gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer Ebene zwei Kegelspitzen (3.1.1+3.2.1) axial auf einer Geraden (9) angeordnet sind, – alle Geraden (8.1+8.2) der Beobachtungsstandorte (6.1+6.2) mit den zugeordneten Reflektoren (4.1+4.2) einen Schnittpunkt mit der Geraden zwischen beiden Kegelspitzen (3.1.1+3.2.1) ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – alle Geraden (8.1+8.2) der Beobachtungsstandorte (6.1+6.2) mit den zugeordneten Reflektoren (4.1+4.2) einen Schnittpunkt mit der Geraden hälftig zwischen beiden Kegelspitzen (3.1.1+3.2.1) ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer Ebene Kegelspitzen angeordnet sind, – die Achsengeraden der Kegelspitzen einen Schnittpunkt (7) ergeben und – der Schnitpunkt (7) auch Schnittpunkt aller Geraden (8.1+8.2) der Beobachtungsstandorte (6.1+6.2) mit den zugeordneten Reflektoren (4.1+4.2) ist
Verfahren zur geodätischen Messung von örtlichen Veränderungen eines Bauwerkes, insbesondere einer Talsperre, mit Hilfe von Messgeräten (5), dadurch gekennzeichnet dass – mindestens eine Vorrichtung nach Anspruch 1 als Zieltafel (2) annähernd senkrecht am Bauwerk stationär angebracht ist, – die Reflektoren (4.1+4.2) von den zugeordneten Beobachtungsstandorten (6.1+6.2) angepeilt werden, – die Entfernungsbestimmungen mittels durch die Reflektoren (4.1+4.2) reflektierten Strahlen und Meßgeräte mit nach dem Stand der Technik maximaler Genauigkeit erfolgt, – die gleichzeitig gemessenen Istwerte von allen Beobachtungsstandorten (6.1+6.2) mit den Sollwerten zu vergleichen sind und somit eine sofortige Abweichung von den Sollwerten erkennbar ist, – in zeitgleichen biaxialen oder koaxialen Messungen von den einzelnen Beobachtungsstandorten (6.1+6.2) zu den Kegelspitzen (3) die Winkel zu bestimmen und die Istwerte mit den Sollwerten zu vergleichen sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zieltafeln (2) mit mindestens zwei Reflektoren je Zieltafel (2) angebracht sind und von mindestens zwei Beobachtungsstandorten vermessen werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Entfernungsmessung mittels reflektierter Strahlen mit den errechneten Entfernungswerten der Winkelmessungen verglichen werden zur Bestätigung einer Bauwerksveränderung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessungen rechnergestützt auszuwerten und mit den Entfernungsmessungen abzugleichen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche S bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse jeder Zeit von einer Zentrale abrufbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der Istwerte von den Sollwerten automatisch in der Zentrale ein Alarm auszulösen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen kontinuierlich erfolgen und aufzuzeichnen sind.