Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 1 Herr...

Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 1

Herr Dipl.-Ing. VOR WirthAbteilung M, Referat Geodäsie, Aufgabenbereich Gewässer- und

ObjektvermessungBundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz

Workshop Qualitätssicherung in der Gewässerkunde Koblenz, den 19./20.09.2006

Herzlich Willkommen


1. Zielsetzungen

2. Vermessungsgeräte und -verfahren

3. Beispiele

5. Zusammenfassung

Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten


Zielsetzungen aus geodätischer Sicht

Qualitätsgesicherte Gewässervermessung mit QM-System

Optimieren des Systemverständnis durch informativere Ergebnisse der Gewässervermessung


der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung

des Bundes (WSV)

stellt sicher, dass:

Dauerhaft die gleiche Qualität erreicht wird

Ergebnisse den Kundenanforderungen entsprechen

Was bedeutet aQua?

liefert standardisierte Produkte mit Qualitätsangaben

Ab 2005 im Küstenbereich !


Vermessungsgeräte und -verfahren

Gerätetechnik mit höchster Genauigkeit und Informationsdichte nutzen

Hochpräzise 3D Ortung und Fächerlote

synoptische flächenhafte Vermessung

Epochenvergleiche mit qualitätsgesicherten DGM1. Profilvergleiche

2. Differenzenpläne und mittlere Änderungsgeschwindigkeit

3. animierte Darstellungen

4. Längsprofile mit mittleren Sohlhöhen

5. Groß- und kleinräumige Massenbilanzen


Beispiele für

Prozesswege zur qualitätsgesicherten Erstellung von

1. Differenzenpläne inclusive mittlerer Änderungsgeschwindigkeit

2. animierte Darstellungen

3. Längsprofile mit mittleren Tiefen und Trendangaben

4. Großräumige Massenbilanzen

Grundlage aller Produkte: qualitätsgesichertes DGM mit belegbarer Qualität


Mittlere Sohlhöhen aus DGM

Rheingau, Geschiebefang Weisenau, 1m DGM 2004

# Datum, Abtrag[m3], Abtrag-Fläche[m2], Auftrag[m3], Auftrag-Fläche[m2], Gesamt[m3], Fläche[m2], mittlere Höhe/Tiefe unter Bezug, Unsicherheit[ m], Bezeichnung der Fläche31.03.2004 0.0 0.0 18648.5 4406.6 18648.5 4406.6 4.232 0.0151 509.025Km - 509.050Km31.03.2004 0.0 0.0 18748.2 4411.0 18748.2 4411.0 4.250 0.0151 509.050Km - 509.075Km31.03.2004 0.0 0.0 18875.5 4415.3 18875.5 4415.3 4.275 0.0151 509.075Km - 509.100Km31.03.2004 0.0 0.0 18892.3 4417.2 18892.3 4417.2 4.277 0.0151 509.100Km - 509.125Km31.03.2004 0.0 0.0 18912.4 4421.8 18912.4 4421.8 4.277 0.0151 509.125Km - 509.150Km……………………………………………………………………………………………………………….31.03.2004 0.0 0.0 13937.1 4398.0 13937.1 4398.0 3.169 0.0151 509.900Km - 509.925Km31.03.2004 0.0 0.0 13785.2 4394.8 13785.2 4394.8 3.137 0.0151 509.925Km - 509.950Km31.03.2004 0.0 0.0 13698.0 4392.2 13698.0 4392.2 3.119 0.0151 509.950Km - 509.975Km#------

Automatisierte Berechnung von :

1. Begrenzungspolygone,

2. Massen (Prismenmethode),

3. Flächen,

4. Mittlere Sohlhöhen (Unsicherheit),

5. Stationierung der Polygone,

6. Ausgabe in Datei,

7. Darstellung in der Karte

Automatisierte Berechnung von :

1. Begrenzungspolygone,

2. Massen (Prismenmethode),

3. Flächen,

4. Mittlere Sohlhöhen (Unsicherheit),

5. Stationierung der Polygone,

6. Ausgabe in Datei,

7. Darstellung in der Karte


Unsicherheit mittlerer Sohlhöhen

Epochenvergleich mittlere Tiefe Rheingauaus Flächenpeilungen

-4,4

-4,3

-4,2

-4,1

-4

-3,9

-3,8

-3,7

-3,6

-3,5

-3,4

-3,3

-3,2

-3,1

-3

-2,9

-2,8

509 509,1 509,2 509,3 509,4 509,5 509,6 509,7 509,8 509,9 510

Kilometrierung [KM]

Be

zug

: m

ittl

ere

Tie

fe u

nte

r G

lW 2

002

[m

]

Messung 2004

Messung 1993

Messung 1997

Verlässliche Interpretation durch Qualitätsangaben

Rhein KM 509,0 – KM 510,0 Mittlere Tiefe aus Flächen: Fahrrinnenbreite * längs 25 m

Unsicherheit der mittleren Höhe:

1. Entspricht unerkannten systematischen Fehler

2. Summe der zufälligen Abweichungen ist NULL


lokale Trendberechnung

Rhein KM 509,0 – KM 510,0Trend in [cm/Jahr]

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

509,0 509,1 509,2 509,3 509,4 509,5 509,6 509,7 509,8 509,9 510,0

Kilometrierung [KM]

Ver

tief

un

g[c

m/J

ahr]

mittlererTrend 1997 - 1993

mittlerer Trend 2004 - 1997

mittlerer Trend 2004 - 1993

Trend aus Differenz 1997 - 1993

Trend aus Differenz 2004 - 1997

Trend aus Differenz 2004 -1993

Umax = Summe Unsicherheiten der DGM‘s / Zeitraum

σ = Standardabweichung der Trendwerte

Trend 1993 – 2004 = 14,3 mm / a

Umax = 5,0 mm / a

σ = 0,4 mm / a


Längsprofil mit Sohlhöhen + Trend

Rhein KM 508,0 – KM 530,0

Mittlere Tiefe aus Flächen: Fahrrinnenbreite + beidseits 10 m * längs 20 m

Sohlhöhenänderung Rheingau

71

72

73

74

75

76

77

508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530

Rhein-km

Hö

he

üb

er

NN

[m

]

-45

-35

-25

-15

-5

5

15

25

35

45

55

65

75

85

95

Tre

nd

[m

m/a

]

Flächenpeilung 1993

Flächenpeilung 2004

Trend (mm/a)

Polynomisch (Trend (mm/a))

Umax = ca. 5,0 mm / a


Fazit zur Sohlhöhen- und Trendberechnung aus Volumenbilanzen nach der Prismenmethode

Die Qualität von mittleren Sohlhöhen und Trendangaben ist

Zuverlässig quantifizierbar und minimal, wenn

Systematische Messfehler vermieden werden,

Ein qualitätsgesichertes DGM aus Flächenpeilungen vorliegt,

Die Prismenmethode zur Massenberechnung benutzt wird

Lösung: Mindeststandards für die Gewässervermessung wie

auch im Binnenbereich anwenden


Qualitätsgesicherte großräumige Analysen

1. Gesamtgebiet unterteilen morphologische und auswertetechnische Kriterien

Km 638,1 – 652,0

Km 652,0 – 671,0

Km 671,0 – 697,0

Km 697,0 – ca. 731,0

Vergleich der Jahre 1998 und 2002


Elbe Km 638,1 – 652,0 2. DGM berechnen nachAuflösung festlegen (hier 10 m)

Daten zusammenstellen (Synopse)

Daten sichten und prüfen

Teilmodelle berechnen (ggf. verdichten)

Gesamtmodell zusammenfügen und prüfen

Dokumentation, Unsicherheiten angeben



DGM 2002 Elbe mit Lühesand


Interpretationhilfe: 3D-AnsichtenInterpretationhilfe: 3D-Ansichten


3. Differenz-DGM berechnen: Unsicherheiten berechnen



4. Bereiche für Massen- und Trendberechnung definierenbauliche Veränderungen berücksichtigen ( z.B. Deiche )



5.Massen berechnen•Getrennt nach Gebieten

•Plausibilitätskontrolle

Bereich: KM 638,1 – 652,0 Auftrag [m3] Abtrag [m3] Summe [m3] Fläche Modell[m2]

Mittlere Höhenänderung[m]

Fahrrinne 2424185,0 247486,7 -2176698,3 4257301,87 -0,511

Nördlicher Landbereich 1613853,8 573841,8 -1040012,0 6659405,06 -0,156

Südlicher Landbereich 251165,5 288996,7 37831,2 1556531,81 0,024

Hanskalbsand 256721,3 38953,1 -216768,2 3369145,57 -0,065

Insel 2 13670,9 6458,9 -7212,0 49022,05 -0,147

Lühesand 80419,7 21758,5 -58661,2 1206940,52 -0,049

Gesamt 9794955,1 3927019,3 -5822103,7 30118408,29 -0,195

nasser Bereich ohne Fahrrinne -2360583,2 13020061,41 -0,181

Qualitätsgesicherte großräumige Massenbilanzen

Umax = ca. 20 cm


Bereich Massenveränderungen[m3]

Nasser Bereich ohne Fahrrinne

Maximale Unsicherheit

[m3][%]

Ø Höhen-änderung[m]

Nasser Bereich ohne Fahrrinne

Mittlere Höhen-änderung[m] :

Fahrrinne

Km 638,1-652,0 -2.360.583,2 2.604.012110%

-0,181 -0,511

Km 652,0-671,0 1.722.538,1 7.257.916421%

0,047 -0,240

Km 671,0-697,0 4.482.789,6 10.109.258225%

0,089 0,111

Km 697,0-ca. 731,0 21.466.953,8 71.714.248334%

0,060 -0,586

Gesamtbilanz 25.311.689,3 91.685.434362%

Bilanzierung am Beispiel Elbe 1998 - 2002

Umax = ca. 20 cm

•Signifikante Aussagen nur mit verbesserter Ortung, flächenhafter Gewässervermessung, Gebietsunterteilung•Unsicherheit der Bilanz lässt nur qualitative Aussagen zu


Wo hat sich das Gewässer wie verändert?

Film ab

UØ = ca. 15 cm “Grauzone” ± 15 cm


Zusammenfassung Bessere Gewässervermessung durch :

Verbessern der Messgenauigkeit und Informationsdichte Möglichkeiten der Auswertung ausschöpfen Qualitätssicherung durch definierte Produkte und

Anforderungsmanagement

Mess- und Auswertestrategien optimieren:Von lokaler linienhafter Vermessung zum Systemverständnis durch

flächenhafte Synopse

GIS- und Datenbank-Technologien zur Optimierung der Wissensverfügbarkeit

Verfahren zur wissensbasierten Festlegung der Häufigkeit der Gewässervermessung

Zuletzt Optimierung der Baggerstrategie


Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitHerr Dipl.Ing.VOR WirthAbteilung M, Referat Geodäsie, Aufgabenbereich GewässervermessungBundesanstalt für GewässerkundeAm Mainzer Tor 156068 Koblenz

Tel.: 0261/1306-5232, Fax: 0261/1306-5232E-Mail: [email protected]

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