Signatur:
S 99.0139(393)
In:
Wissenschaftliche Arbeiten der Fachrichtung Geodäsie und Geoinformatik der Leibniz Universität Hannover, Nr. 393
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
In dieser Arbeit wird eine ganzheitliche Prozesskette zur flächenhaften Modellierung von Bodenbewegungen entwickelt und am Beispiel der niedersächsischen Landesfläche erprobt. Unter Verwendung von GNSS, Nivellement und der satellitengestützten Radarinterferometrie werden zunächst
Bewegungen von Objektpunkten an der Erdoberfläche bestimmt. Um die heterogenen Beobachtungen der unterschiedlichen Messverfahren verarbeiten zu können, erfolgt die kinematische Modellierung in separaten Datenanalysen. Die resultierenden Geschwindigkeiten der Objektpunkte bilden
die Grundlage zur flächenhaften Approximation von Bodenbewegungen, wobei die Vorzüge der jeweiligen Beobachtungsverfahren miteinander kombiniert werden.
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
In this work, a holistic processing chain for the modeling of ground motions is developed and
tested using Lower Saxony as an example. Using GNSS, levelling and satellite-based radar interferometry, movements of measurement points on the earth’s surface are first determined. In order to
process the heterogeneous observations of the different measurement methods, kinematic modeling
is performed in separate data analyses. The resulting velocities of the measurement points form
the basis for the areal approximation of ground motions, using the advantages of the respective
observation methods.
Materialart:
Schriftenreihen ausleihbar
Seiten:
229 Seiten
,
Illustrationen, Diagramme
,
30 cm
ISSN:
01741454
Serie:
Wissenschaftliche Arbeiten der Fachrichtung Geodäsie und Geoinformatik der Leibniz Universität Hannover Nr. 393
Sprache:
Deutsch
Anmerkung:
Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2024
,
1 Einleitung 13
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Wissenschaftlicher Beitrag der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Grundlagen 19
2.1 Geodätische Bezugssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.1 Geometrische Bezugssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Physikalische Höhenbezugssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Bodenbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1 Ursachen von Bewegungsvorgängen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.2 Bisherige Untersuchungen in Niedersachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Messverfahren zur Erfassung von Bodenbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.1 Global Navigation Satellite System GNSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.2 Geometrisches Nivellement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.3 Radarinterferometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4 Prozesskette zur flächenhaften Modellierung von Bodenbewegungen . . . . . . . . . . 34
2.4.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.2 Konzeption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.3 Datenanalyse unterschiedlicher Messverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.4 Flächenhafte Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5 Ausgewählte Bodenbewegungsdienste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.6 Mathematische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.1 Stochastische Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.2 Parameterschätzung im Gauß-Markov-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3 Fortgeschrittene Modellansätze zur Beschreibung von Bodenbewegungen 47
3.1 Bewegungsmodellierung von Objektpunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.1.1 Modellkonfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.2 Analyse periodischer Bewegungsanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2 Räumliche Ausreißeranalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3 Multilevel B-Splines zur flächenhaften Bewegungsmodellierung . . . . . . . . . . . . 56
3.3.1 B-Spline Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3.2 Multilevel B-Spline Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4 Geostatistik zur flächenhaften Bewegungsmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4.1 Experimentelles Variogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.4.2 Theoretisches Variogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4.3 Ordinary Kriging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4.4 Regressions-Kriging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.5 Modellvalidierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.5.1 Kreuzvalidierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.2 Jackknife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.5.3 Bootstrapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4 Kinematische Bewegungsanalyse von Objektpunkten 79
4.1 Analyse von GNSS-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.1.1 Prozesskette für das Koordinatenmonitoring des Referenzstationsnetzes . . . 80
4.1.2 Datengrundlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.1.3 Ausreißerfilterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.1.4 Zeitreihenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.1.5 Berechnung von 3D-Geschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1.6 Interpretation und Wertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2 Analyse von Nivellementdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.2.1 Modellansatz der kinematischen Höhenausgleichung . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.2 Datengrundlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2.3 Datenaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.4 Berechnung von Vertikalgeschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.2.5 Interpretation und Wertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3 Analyse von PSI-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.1 Datengrundlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.2 Zeitreihenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3.3 Berechnung von LOS-Geschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3.4 Räumliche Ausreißerfilterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.5 Interpretation und Wertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5 Flächenhafte Modellierung von PSI-Daten 131
5.1 Multilevel B-Spline Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.1.1 Modellkonfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.1.2 Flächenhaftes Bewegungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.2 Ordinary Kriging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.1 Räumliche Strukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.2 Flächenhaftes Bewegungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.3 Regressions-Kriging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.3.1 Trendmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.3.2 Signalmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.3.3 Flächenhaftes Bewegungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.4 Vergleich der Modellansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6 Berechnung eines niedersächsischen Bodenbewegungsmodells 155
6.1 Aufnahmegeometrie von Radarsatelliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.2 Geodätische Modellkalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2.1 Bestimmung von Korrektionswerten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2.2 Flächenhaftes Korrektionsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.2.3 Kalibriertes Bewegungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.3 Trennung der Bodenbewegungskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.3.1 Methodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.3.2 Flächenhafte Vertikalbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.3.3 Flächenhafte Horizontalbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.3.4 Interpretation und Wertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7 Zusammenfassung und Ausblick 177
7.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Inhaltsverzeichnis 11
Anhang 180
A Kinematische Bewegungsanalyse von Objektpunkten 181
A.1 Analyse von GNSS-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
A.2 Analyse von Nivellementdat
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