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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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 2
1. Zielsetzungen
2. Vermessungsgeräte und -verfahren
3. Beispiele
5. Zusammenfassung
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 3
Zielsetzungen aus geodätischer Sicht
Qualitätsgesicherte Gewässervermessung mit QM-System
Optimieren des Systemverständnis durch informativere Ergebnisse der Gewässervermessung
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 4
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 !
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 5
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 6
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 7
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 8
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 9
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 10
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 11
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 Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 12
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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 13
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
Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 14
DGM 2002 Elbe mit Lühesand
Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
Interpretationhilfe: 3D-AnsichtenInterpretationhilfe: 3D-Ansichten
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3. Differenz-DGM berechnen: Unsicherheiten berechnen
Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
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Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
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Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
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4. Bereiche für Massen- und Trendberechnung definierenbauliche Veränderungen berücksichtigen ( z.B. Deiche )
Qualitätsgesicherte großräumige Analysen
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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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 20
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
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Wo hat sich das Gewässer wie verändert?
Film ab
UØ = ca. 15 cm “Grauzone” ± 15 cm
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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
Qualitätsgesicherte Sohlhöhen– und Trendberechnung mit flächenhaften Peildaten Seite 23
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]