Bachelor thesis
Thematik:
Die Flugbetriebsflächen an einem Flughafen lassen sich hinsichtlich ihrer Nutzung neben der Start- und Landebahn (SLB) sowie konventionellen Straßen und Parkflä-chen für Servicefahrzeuge in zahlreiche weitere Bereiche unterteilen: u.a. Rollbahn und Vorfeldflächen, Abstell-, Betankungs-, Enteisungs- und Serviceflächen (Hangar) sowie den Sicherheitsflächen an der Start- und Landebahn.
Neben dem Flugzeug selbst, werden die Flugbetriebsflächen von Schleppern, dem Winterdienst und Enteisungsfahrzeugen, Tankladern, Shuttleservice, Bewirtschaf-tungsfahrzeugen und dem Pool von Rettungs-, Feuerwehr- und ggf. Bergefahrzeu-gen genutzt, wobei mitunter auch Kranwagen und LKW-Kolonnen zum Einsatz kommen. Entsprechend sind die Eigenschaften dieser Flächen gegenüber konventi-onellen Straßen (Tragfähigkeit, Griffigkeit, Rauheit, Abflussverhalten etc.) aber auch die Bereifung der Fahrzeuge der jeweiligen Nutzung entsprechend angepasst. Die Rollbahnen besitzen bis zu 40 cm mächtige Betondecken für Einzelradbelastungen von bis zu 30 t infolge verkehrenden Flugverkehrs und den Einsatz von Schleppern. Feuerwehrfahrzeuge besitzen stark profilierte Geländereifen, um im Havariefall auch auf den begrünten Sicherheitsflächen innerhalb von 3 Minuten an einer Unfallstelle einzutreffen.
Die Sicherheitsflächen und umliegenden Streifen der SLB (bewachsener Oberbo-den) haben u.a. die Aufgabe abkommende Flugzeuge jeder Größe, ganzjährig und unabhängig von Witterungseinflüssen kontrolliert und unversehrt abzubremsen und zugleich eine Befahrbarkeit von Rettungskräften sicherzustellen. Da die Tragfä-higkeitseigenschaften eines Bodens jedoch mit den klimatischen Bedingungen stark variieren können (Regen, Trockenheit, Frost) und somit das Radeinsinkverhalten u.a. von der Bodenkonsistenz bzw. dem Wassergehalt abhängig ist, gilt es diesen Zu-sammenhang zunächst für standardisierte Aufbauten und Radlasten genauer zu betrachten.
Dahingehend bedarf es zur Modellierung der Boden-Rad-Interkation beginnend eine Zusammenstellung aller Boden- und Luftfahrzeuge, welche die entsprechenden Flächen befahren, und im Weiteren der Ermittlung der Reifenkontaktfläche und der Spannungsverteilung in Abhängigkeit ausgewählter Boden – und Radeigenschaften (Geometrie, Steifigkeit etc.), welches im Rahmen dieser Bachelorarbeit erfolgte.
Bearbeiter:
Ole Hustedt
Betreuer:
Mathias Martin, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Dr.-Ing. A. Emersleben
Hintergrund
Boden ist eine nicht erneuerbare bzw. sich nur sehr langsam erneuerbare Ressource und besitzt daher einen hohen ökologischen, sowie ökonomischen Wert. Allerdings kann Boden durch Verunreinigungen zum Teil stark in seiner Wiederverwendung eingeschränkt werden.
Der Schwerpunkt der Recherche dieser Ausarbeitung liegt auf feinkörnigem Material, des Korngrößenbereiches 0,1 – 0,001 mm. Im Gegensatz zu den grobkörnigeren Fraktionen besitzt ein solcher feinkörniger Boden Eigenschaften, die eine Wiederverwendung oder eine Verwertung zusätzlich erschweren.
Eine Wiederverwendung und Verwertung muss immer unter der Betrachtung der rechtlichen Grundlagen erfolgen, aus denen auf einen potenziellen Einsatzbereich geschlossen wird. Es existiert eine Vielzahl solcher Regelwerke, Normen und Empfehlungen, die für eine Wiederverwendung und Verwertung herangezogen werden können bzw. müssen. Für die verschiedenen Bereiche einer Wiederverwendung und Verwertung wird in dieser Arbeit auf einzelne Normen und Richtlinien eingegangen und die Möglichkeiten und Einschränkungen aufgezeigt.
Feinkörnige Materialien besitzen aufgrund ihres ausgeprägten Wasserbindevermögens eine geringe Tragfähigkeit und eine hohe Frostempfindlichkeit. Diese Eigenschaften erschweren die Verwendung für bautechnische Zwecke. Allerdings können andere Eigenschaften, wie der charakteristischen Wasserundurchlässigkeit, gute Voraussetzungen in der Verwendung von flüssigkeitsdichtenden Einsatzgebieten, wie etwa dem Damm- und Deichbau bieten.
Weitere Anwendungsgebiete, die in dieser Ausarbeitung betrachtet werden und als potenzielles Einsatzgebiet relevant sind, sind der Einbau in Deponien, die Anwendung in Oberböden zur Bodenverbesserung, als Zusatzstoff in zement- und bitumenhaltigen Baustoffen, sowie die Verwendung in Produkten und Baustoffen, die in ihrer Herstellung einen thermischen Produktionsprozess durchlaufen.
Bearbeiter:
Greta Dierkes
Betreuer:
Tina Waldow, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Dr. Ansgar Emersleben
Abstract of the thesis
Diese Arbeit legt einen möglichst freizugänglichen Arbeitsfluss zum einem von Sichtlinien-Verschiebungsraten basierend auf der „Persistent Scatterer Interferometry“ (PSI) Methode, als auch eine geostatistische Interpolation dieser Werte dar. Für die PSI Methodik wurden 55 aufsteigende Radaraufnahmen vom Niederrheinischem Schiefergebiet, beziehungsweise das Gebiet von Köln, der Kölner Bucht und Regionen südlich des Hambacher Tagebaus, des Sentinel 1, von Beginn 2019 bis Juni 2021 von der „Alaska Satellite Facility“ (ASF) genutzt.
Das Untersuchungsgebiet wurde mit Hilfe von der „SNAP Toolbox“ (Sentinel Application Platform) von der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) zusammen mit den SNAP2STAMPS Erweiterung vorprozessiert. Die Radaraufnahmen wurden aufgeteilt, mit präzisen Orbits verglichen, koregistriert und in Interferograme transformiert. Für die eigentliche PSI-Analyse wurde die Stanford Method for Persistent Scatterers (StaMPS) gewählt, da es sich um keine lizensierte Software handelt.
Die Resultate dieser Untersuchung zeigten, dass Sichtlinien Verschiebungsraten in mm/Jahr in verschieden Regionen unterschiedlich stark ausbildeten. Insgesamt wurden über das ganze Untersuchungsgebiet mehr als 140000 PSI Punkte erfasst. Der Nutzen dieser Verschiebungsraten, ist vor allem das spätere errechnen von vertikalen Deformationsgeschwindigkeiten, die eine wichtige Information für das Überwachen von Infrastrukturen darstellt.
Weiterhin wurden PSI Punkte an und um verschiedenste Infrastrukturen herum geostatistisch interpoliert. Die verschiedenen Untersuchungsgebiete waren: Manheim, das Autobahnkreuz Kerpen, Gemeinde Merzenich, Nörvenich Flugbasis, Deponie „Vereinigte Ville“, die Severinbrücke in Köln und das Arial vom „TÜV Rheinland“. Es wurden drei Varianten der „Kriging“ Methode („Ordinary Kriging“, „Simpe Kriging“, „Universal Kriging“) miteinander statisches verglichen. Die Interpolationsvarianten gewichten Abstände zwischen PSI Punkten auf Basis von Semivarianzen aus einem theoretischem Variogram. Das theoretische Variogram wurde mit der automap Erweiterung in R automisch anhand des experimentellen Variogram errechnet. Der statistische Vergleich wurde mit der „Leave-One-Out-Cross-Validation“ (LOOCV) vollzogen und anhand der resultierenden Restwerte der „Root-Mean-Square-Error“ (RMSE) kalkuliert. Die beste Kriging Variante resultierte damit, welcher RMSE-Wert von den drei Kriging-Varianten am geringsten war. Weiterhin wurden die besten Kriging Varianten der einzelnen Standorte visuell mit der „Inverse-Distance-Weight“ (IDW) verglichen.
Die Resultate der PSI zeigten den klaren Trend, dass je näher sich eine Region in Relation zum Tagebau Hambach befindet, umso gravierender sind die Sichtlinien Verschiebungsgeschwindigkeiten. Mithilfe der Interpolationsverfahren konnte die standortbezogene, genau Ausdehnung von Verschiebungsanzeichen ermittelt werden. Die Restwert-Grafiken und die RMSE-Werte der Standorte liefern eine Validierung, wie gut das Vorhersagemodell funktioniert hat.
Bearbeiter:
Simon Korfmacher
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Dr. Björn Riedel (IGP, TU Braunschweig)
2021 - Tim Wittbold
Einfluss verschiedener geometrischer und materieller Eingangsgrößen auf die Durchbiegung eines freihängenden, befüllten Geozellensystems
2021 - Sophia Cimander
Inbetriebnahme und Parameterstudie an verschiedenen Durchlässigkeitsversuchsanlagen
2020 - Florian Künzig
Vorauserkundungen im Tunnelbau - Stand der Technik
2019 - Tina Waldow
Vergleich numerischer und analytischer Verfahren zur Bestimmung des Seitendrucks auf Pfähle am Beispiel eines Einzelpfahls
2019 - Stephan Thüne
Bestimmung der Materialeigenschaften von Aufbereitungsschlämmen aus Bergbautailings am Beispiel Rammelsberg
2019 - Chen Wang
Erdstatische Nachweise im Tunnelbau: Zusammenstellung aktueller Nachweisverfahren zur Ortsbruststabilität
2017 - Victoria Saft
Versuche von trockenen - und Öl gesättigten Siliziumoxid, als transparenter Boden, im Vergleich mit Sandböden
2016 - Johannes Freitag
Zyklische Belastungsversuche eines Schaumglas-Geogitterkorb-Verbundsystems und straßenbautechnische Untersuchungen des Tragschichtenmaterials
2016 - Moritz Heine
Untersuchung des Last-Verformungsverhaltens eines zyklisch belasteten Schaumglas-Geogitterkorb-Verbundsystems im Großversuch
2015 - Frantz Andre Toube
Implementierung ausgewählter Bemessungskonzepte unbewehrter und geokunststoffbewehrter ungebundener Tragschichten in ein Berechnungsprogramm
Student Research Projects
Während der historischen Erzgewinnung am Rammelsberg bei Goslar wurden die bei der Aufbereitung entstandenen Rückstände in Bergeteiche aufgefahren. Die dadurch entstandenen Sedimente, die sogenannten Tailings, beinhalten Sondermetalle und stellen als alte Aufbereitungsrückstände heute eine wirtschaftlich interessante anthropogene Lagerstätte dar. Während der derzeitigen Lagerung im hierfür angelegten Sedimentationsbecken sind diese Tailings eine Altlast und führen nicht zu vernachlässigende Risiken mit sich.
Im Rahmen dieser Ausarbeitung soll zuerst die Thixotropie im Allgemeinen sowie von natürlichen Böden und Tailings betrachtet werden. Mittels einer umfassenden Recherche soll anschließend das thixotrope Verhalten zu ähnlichen Verhaltensweisen wie der Verflüssigung abgegrenzt werden. Eine Vorstudie über derzeit bestehende Untersuchungsmöglichkeiten zur Ermittlung und Verfahren zur Abschätzung der Thixotropie soll aufgeführt und beurteilt werden.
Im Anschluss soll für das Tailingsmaterial der Bergeteiche am Bollrich, ein Versuchsplan zur Durchführung von Versuchen im Labormaßstab nach Norm abgestimmt werden. Das Material zeichnet sich durch Korngrößen kleiner 0,1 mm aus, welche durch die Zerkleinerung der Erzaufbereitung anthropogen erzeugt wurden und eine enggestufte Körnungslinie vorweisen.
Nach der Durchführung und der Ergebnisdarstellung sollen die gemessenen Werte mit verschiedenen Literaturwerten zu natürlichen Böden, zu anderen, vergleichbaren Tailings und mit den Werten des Tailings aus dem Bergeteich am Rammelsberg gegenübergestellt werden.
Bearbeiter:
Junie Datcheu Nana
Betreuer:
Tina Waldow, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Während der historischen Erzgewinnung am Rammelsberg bei Goslar wurden die bei der Aufbereitung entstandenen Rückstände in Bergeteiche aufgefahren. Die dadurch entstandenen Sedimente, die sogenannten Tailings, beinhalten Sondermetalle und stellen als alte Aufbereitungsrückstände heute eine wirtschaftlich interessante anthropogene Lagerstätte dar. Während der derzeitigen Lagerung im hierfür angelegten Sedimentationsbecken sind diese Tailings eine Altlast und führen nicht zu vernachlässigende Risiken mit sich.
Im Rahmen dieser Ausarbeitung soll zuerst die Thixotropie im Allgemeinen sowie von natürlichen Böden und Tailings betrachtet werden. Mittels einer umfassenden Recherche soll anschließend das thixotrope Verhalten zu ähnlichen Verhaltensweisen wie der Verflüssigung abgegrenzt werden. Eine Vorstudie über derzeit bestehende Untersuchungsmöglichkeiten zur Ermittlung und Verfahren zur Abschätzung der Thixotropie soll aufgeführt und beurteilt werden.
Im Anschluss soll für das Tailingsmaterial der Bergeteiche am Bollrich, ein Versuchsplan zur Durchführung von Versuchen im Labormaßstab nach Norm abgestimmt werden. Das Material zeichnet sich durch Korngrößen kleiner 0,1 mm aus, welche durch die Zerkleinerung der Erzaufbereitung anthropogen erzeugt wurden und eine enggestufte Körnungslinie vorweisen.
Nach der Durchführung und der Ergebnisdarstellung sollen die gemessenen Werte mit verschiedenen Literaturwerten zu natürlichen Böden, zu anderen, vergleichbaren Tailings und mit den Werten des Tailings aus dem Bergeteich am Rammelsberg gegenübergestellt werden.
Bearbeiter:
Wiebke Kristin Sievers
Betreuer:
Tina Waldow, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Bearbeiter:
Guido Füracker
Betreuer:
Leonhard Pleuger und Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Die Relevanz der Domänenanalyse in der Hydrologie
Die Domänenanalyse ist eine essentielle Methode im Software-Engineering, insbesondere in den Bereichen Softwarearchitektur und Requirements Engineering. Sie hilft bei der Identifizierung spezifischer Anforderungen, bei der Klassifzierung und Strukturierung von Objekten, Prozessen, Systemen und Beziehungen innnerhalb einer bestimmten Domäne, die für das zu entwickelnde System relevant sind. Dies führt zu einem besseren Verständnis der Anwendungsdomäne und der Anforderungen, bevor die eigentliche Systementwicklung beginnt.
Die Hydrologie ist angesichts des Klimawandels und seiner Auswirkungen auf den Wasserhaushalt ein relevantes und viel beachtetes Thema. Die Modellierung hydrologischer Prozesse ist von besonderer Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf Extremwetterereignisse und die nachhaltige Nutzung von Wasserressourcen.
Hydrologische Modelle haben sich seit den 1960er Jahren weiterentwickelt und sind heute in der angewandten Hydrologie und Wasserwirtschaft unverzichtbar. Die Bedeutung des Hochwasserschutzes ist dabei konstant geblieben.
Moderne Ansätze wie Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen werden zunehmend in der hydrologischen Modellierung eingesetzt. Eine fundierte Fachdomänenanalyse ist daher unerlässlich, um diese Verfahren gezielt einzusetzen.
Die Studienarbeit
In dieser Studienarbeit wird mit Hilfe eines eigens entwickelten dreischichtigen Ansatzes basierend auf der Methode der modellgetriebene Architekturentwicklung eine eigene Modelltheorie eingeführt. Ebenso wird das Verständnis zur Domäne hydrologischer Modellierung aus der domänenspezifischen Literatur grundlegend aufgebaut. Aus dem Vergleich von Klassifizierungsansätzen in der Literatur und daraus extrahierten Begriffen und Synonymen ergeben sich Abhängigkeiten und Prozesse, die wiederum anderen Subdomänen zugrunde liegen. Es wird eine Einordnung des vielfältigen Modellverständnis in der Domäne der Hydrologie in ein überarbeitetes Klassifikationsschema vorgenommen. Der Fokus liegt hierbei auf dem Verständnis der Begriffswelt der Hydrologie, um zukünftig in der Praxis damit ganzheitliche Ansätze entwerfen zu können.
Ausblick
Die richtige Modellwahl ist von entscheidender Bedeutung und hängt vor allem von der Fragestellung ab. Fragestellungen beziehen sich zunehmend auf mehrere Domänen und unterschiedliche Skalen, was bedeutet, dass innerhalb einer Fragestellung mehrere Modelle benötigt werden. Die Modelle werden in der Forschung und Wissenschaft an die immer größeren Anforderungen angepasst, so dass ein einzelnes Modell begrenzend wirkt.
Die Zukunft der hydrologischen Modelle liegt daher in der Kopplung verschiedener Modelle und der ganzheitlichen Betrachtung komplexer Fragestellungen. Dies erfordert eine kontinuierliche Weiterentwicklung und die Integration von Modellen aus verschiedenen Fachdisziplinen.
Die in dieser Arbeit vorgestellte Modelltheorie bildet einen ersten abstrakten Entwurf, der durch weitere Begriffe und Konzepte aus der Fachliteratur des Software-Engineerings und der Hydrologie ergänzt werden kann. Weitere Aspekte, wie Unsicherheiten und die Validierung der Modelle, sind bisher nicht explizit in dieser Theorie genannt und sollten berücksichtigt werden, ebenso wie die Skalierbarkeit und Effizienz bei der Implementierung der digitalen Systeme.
Die Kopplung von Modellen und die Integration von Problemstellungen aus verschiedenen Fachdisziplinen sind vielversprechende Ansätze für die Modellierung komplexer Systeme. Diese Arbeit bietet eine Grundlage für weitere Forschung und Anwendungen in der Hydrologie und darüber hinaus.
Bearbeiter:
Jana Thomas, B.Sc.
Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
Aufgabenstellung
Im Rahmen eines vorangegangenen Forschungsvorhabens von 2015-2017 (SCHAUMGLASS) wurden oberhalb einer künstlichen Weichschicht mit einem Ev2-Wert von 5 MN/m² systematisch Mehrschichtaufbauten, bestehend aus Schaumglasschotter und 0/32 Tragschichtmaterial, auf deren Tragfähigkeit untersucht (Abbildung 1).
Neben der Variation der Einbauhöhe des Tragschichtmaterials und des Schaumglasschotters, wurden die Einbaudichte und die Rezeptur (grau/rosa) des Schaumglasschotters variiert (Abbildung 2). Es wurden neben dem Ev2-Wert, dem Evd-Wert und dem CBR-Wert an der Oberkante des Mehrschichtsystems nach dem Versuchseinbau (48h Standzeit), auch die Spannungsverteilung oberhalb der künstlichen Weichschicht sowie oberhalb des Schaumglasschotters während des Plattendruckversuchs aufgezeichnet.
Insgesamt wurden für die erste Versuchsserie 25 Versuche, inklusive Referenzversuch (0/32 Tragschichtmaterial), durchgeführt. Aufgrund der Abmessungen der Versuchsanlage (Abbildung 1), konnten 12 Versuche infolge der angestrebten Einbauhöhe und eventuell auftretender Randeinflüsse nicht durchgeführt werden. Diese gilt es nun unter Einsatz eines geeigneten numerischen Modells zu simulieren. Hierbei soll die Simulationssoftware Plaxis 3D sowie LS Dyna zum Einsatz kommen.
Für die Berechnungen mit Plaxis 3D steht ein entsprechendes Modell am Lehrstuhl zur Verfügung. Dieses gilt es mit Hilfe der zahlreichen Versuche (Abbildung 2) und einer eigens durchgeführten Literaturrecherche zur Modellierung von Plattendruckversuchen zu kalibrieren. Für die Einarbeitung in LS Dyna ist ein 3-tägiges Einführungsseminar vorgesehen. Im Mittelpunkt der anschließenden Berechnungen mit LS Dyna steht des Stoffgesetz FOAM, welches erlaubt große Verformungen des Schaumglasschotters zu generieren. Im Anschluss der Nachrechnung der Versuche mit LS Dyna ist eine Aussage zur Modellgenauigkeit in Plaxis 3D und LS Dyna zu treffen. Das geeignetere Modell soll anschließend zur Vervollständigung der Versuchsserie 1 herangezogen werden.
Ziel der Arbeit ist die Darstellung des Ev2-Werts an der Oberkante der Tragschicht in Abhängigkeit des anstehenden Untergrunds, der Einbauhöhe und Einbaudichte des Schaumglasschotters, sowie der Mächtigkeit des Oberbaus bestehend aus einem 0/32 Mineralgemisch (Abbildung 3). Diese sollen in Zukunft im Straßen- und Erdbau praxisnah zur Orientierung der erreichbaren Tragfähigkeiten beim kontrollierten Einsatz von Schaumglasschotter unterhalb eines Tragschichtpolters dienen.
Diese Arbeit soll in folgenden Schritten bearbeitet werden:
I. Numerische Berechnungen mit Plaxis 3D
- Einarbeitung und Datenaufbereitung durchgeführter Plattendruckversuche
- Literaturrecherche zur Modellierung von Plattendruckversuchen in Plaxis 3D
- Einarbeitung, Anpassung und Optimierung eines am Lehrstuhl vorhandenen 3D Modells in Plaxis
- Nachrechnung ausgewählter Plattendruckversuche
- Präsentation Berechnungsergebnisse
II. Numerische Berechnungen mit LS Dyna
- Teilnahme am Seminar: „Einführung in LS Dyna“ (3-tägig)
- Simulation der durchgeführten Plattendruckversuche unter Verwendung eines geeigneten Stoffgesetzes für Schaumglas (foam material)
- Vergleich und Diskussion der Ergebnisse mit denen aus Abschnitt I
- Präsentation Berechnungsergebnisse
III. Vervollständigung der Versuchsmatrix und Veranschaulichung der Ergebnisse
- Wahl des geeigneteren Modells und Simulation der ausstehenden Plattendruck-versuche
- Grafische Darstellung des Ev2-Werts in Abhängigkeit des anstehenden Untergrunds, der Einbauhöhe und Einbaudichte des Schaumglasschotters, sowie der Mächtigkeit des Oberbaus
Bearbeiter:
Morten Emker
Betreuer:
Mathias Martin, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Dr.-Ing. Ansgar Emersleben
Bearbeiter:
Kirill Matthias Becker
Betreuer:
Mathias Martin, M.Sc.
Während der historischen Erzgewinnung am Rammelsberg bei Goslar wurden die bei der Aufbereitung entstandenen Rückstände in Bergeteiche aufgefahren. Die dadurch entstandenen Sedimente, die sogenannten Tailings, beinhalten Sondermetalle und stellen als alte Aufbereitungsrückstände heute eine wirtschaftlich interessante anthropogene Lagerstätte dar.
Während der derzeitigen Lagerung im hierfür angelegten Sedimentationsbecken sind diese Tailings eine Altlast und führen nicht zu vernachlässigende Risiken mit sich. Es besteht die Möglichkeit einer falschen Annahme der hydraulischen Durchlässigkeit. Ist diese zu hoch kann Oberflächenwasser durch das Material hindurchsickern und ein Austrag von Schadstoffen in das Grundwasser eintreten.
Im Rahmen dieser Ausarbeitung soll mittels einer umfassenden Recherche eine Vorstudie über derzeit bestehende Untersuchungsmöglichkeiten zur Ermittlung und Verfahren zur Abschätzung der hydr. Durchlässigkeit aufgeführt und beurteilt werden. Die hydr. Durchlässigkeit des Tailings soll mit bodenmechanischen Labormethoden untersucht und mit natürlichen Böden und anderen Tailings verglichen werden. Das zu untersuchende Material zeichnet sich durch Korngrößen kleiner 0,1 mm aus, welche durch die Zerkleinerung der Erzaufbereitung anthropogen erzeugt wurden und eine enggestufte Körnungslinie vorweisen. Diese Ausarbeitung soll auf die Fragen eingehen, in welche Wertebereiche die hydr. Durchlässigkeiten eingestuft werden, wie die Korrelation der Korngrößenverteilung zum kf‑Wert ist und wo die Anwendungsgrenzen von empirischen Modellen liegen. Der Vergleich mit den Laboruntersuchungen soll anhand des Tailings zeigen, inwiefern die aus der Literatur entnommenen und eigenständig ermittelten empirischen Werte mit den tatsächlich gemessenen Werten übereinstimmen. Zusätzlich soll validiert werden, welches das beste Bemessungs- bzw. Abschätzungsmodell für den Sachverhalt der Tailings am Bollrich, Rammelsberg ist.
Für weitere Forschungsarbeiten können die Ergebnisse erste Abschätzungen darüber geben, ob Tailings aus der Erzaufbereitung nach einer erneuten Aufbereitung das Potential besitzen, als alternative Mineralikfraktion für Abdichtungsmaßnahmen eingesetzt werden können.
Bearbeiter:
Leah Bagusat
Betreuer:
Tina Waldow, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
Background of the thesis
Terrestrische Laserscanner (TLS) werden mit zunehmender Häufigkeit in verschiedensten Bereichen der Technik eingesetzt. Für eine Vielzahl von Anwendungen, zum Beispiel in der Architekturvermessung, dem Denkmalschutz oder der Anlagenplanung reicht meist eine Genauigkeitsanforderung der 3D-Objekterfassung von wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern aus (Stenz et al., 2020).
Doch gerade bei geodätischen Überwachungs- bzw. Deformationsmessungen werden zusätzliche Anforderungen an die Qualität von 3D-Punktwolken gestellt. In bisherigen Verfahren zur geodätischen Deformationsüberwachung wurden ausschließlich einzelne Punkte aufgenommen, die in ein eigenes Koordinatensystem überführt wurden. Daher können geometrische Veränderungen auch nur an den Punkten erkannt werden, welche wiederholt gemessen und beobachtet wurden. Veränderungen, die außerhalb dieser Bereiche liegen, können so unentdeckt bleiben. Mit der Entwicklung von terrestrischen Laserscannern wird eine quasilaminare
Erfassung der zu untersuchenden Bereiche ermöglicht. Somit können alle interepochalen Deformationen aufgedeckt und quantifiziert werden. (Wujanz, 2016)
Die Überwachung von Infrastrukturbauwerken gewinnt weltweit immer mehr an Bedeutung. Insbesondere Staudämme und Staumauern sind im Kontext des
Wasser- und Energiemanagements in Zeiten des Klimawandels als kritische Bauwerke zu betrachten, für die es ein Monitoringprogramm geben sollte. In der konventionellen Überwachung des in dieser Arbeit betrachteten Damms, werden einzelne am Damm angebrachte Zielmarken tachymetrisch von bekannten Festpunkten angemessen und in ein lokales Koordinatensystem überführt. Diese Überwachungsmethode ist einerseits auf Grund der Verwitterungsanfälligkeit der Zielmarken kritisch zu bewerten. Andererseits können Messungen nur bei niedrigem Wasserstand durchgeführt werden, bei dem die Deformationen erwartungsgemäß kleiner ausfallen. Die Methode des terrestrischen Laserscannings bietet die Möglichkeit der flächenhaften Objekterfassung durch 3D- Punktwolken. Allerdings gestaltet sich der Auswerteprozess durch den Übergang von einer punktuellen zur flächenhaften Betrachtung als sehr komplex. Nichtsdestotrotz wurde
die prinzipielle Anwendbarkeit dieser Methode zur Deformationsüberwachung – auch an Staumauern – bereits an verschiedenen Stellen gezeigt.
Background of the thesis
Das terrestrische Laserscanning (TLS) und die mit diesem Messverfahren erfassten 3D-Punktwolken gewinnen beim strukturellen Monitoring natürlicher und anthropogener Objekte immer mehr an Bedeutung. Insbesondere bei komplexen Objektoberflächen weist das TLS aufgrund der flächenhaften Erfassung gegenüber den konventionellen, punktuellen Vorgehensweisen entscheidende Vorteile auf. Aufgrund der Komplexität des Messverfahrens ist es wichtig, dass der gesamte Mess- und Auswerteprozess sehr detailliert geplant und systematisch analysiert wird, um eine hinreichende Datenqualität bei den zu ermittelnden Deformationen zu erzielen. Denn trotz aufwendiger Kalibrierung und Datenanalyse sind bei Messungen im Zuge eines geodätischen Monitorings systematische Messabweichungen nicht immer zu vermeiden. Dies liegt z. B. an den atmosphärischen Einflüssen, den Eigenschaften des Monitoringobjektes und den Messunsicherheiten der Sensorik. Diese Unsicherheiten können jedoch durch eine geeignete Vorgehensweise signifikant reduziert werden, sodass sich das TLS für die flächenhafte Deformationsanalyse natürlicher und anthropogener Objekte im Zuge eines Geomonitorings sehr gut verwenden lässt.
Im Rahmen der Studienarbeit steht der Laserscanner Leica RTC360 zur Verfügung. Dieser soll hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten für das Monitorings eines anthropogenen Objektes (hier Schaufelrad vor/hinter dem IGMC) untersucht werden. Hierbei soll insbesondere die im Laserscanner verbaute Zusatzsensorik, wie die digitale Kamera sowie die Sensoren zur automatischen Geo-Referenzierung, betrachtet werden. Im Einzelnen sind folgende Teilbereiche zu bearbeiten:
- Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen des TLS sowie Literaturrecherche zum Einsatz des TLS im Rahmen des Geomonitorings
- Durchführung von praktischen Messungen in mehreren Epochen (Erfassung von 3D-Punktwolken mit dem Leica RTC360)
- Auswertung, Aufbereitung und Diskussion der erzielten Ergebnisse
- 3D-Punktwolke als Ganzes, entstanden aus mehreren Standpunkten sowie Einfluss der Geo-Referenzierung
- Bewertung des Rauschverhältnisses der 3D-Punktwolke für bestimmte (ebene, gekrümmte) Bereiche sowie Einfluss der Geometrie und des Materials
Alle oben genannten Teilbereiche sind entsprechend schriftlich zu dokumentieren. Die erzielten Ergebnisse und Möglichkeiten auch durch die Zusatzsensorik sind kritisch zu bewerten. Abschließend ist eine Handlungsempfehlung für den Einsatz des Laserscanner Leica RTC360 im skizzierten Einsatzszenario zu formulieren.
Bearbeiter:
Adrian Roth
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
Kontext der Arbeit
Geokunststoffe werden seit Jahrzehnten in verschiedenen Bereichen des Bauwesens verwendet. Unter dem Begriff der Geokunststoffe wird eine Vielzahl von Produkten zusammengefasst, die meist aus polymeren Werkstoffen bestehen und Aufgaben erfüllen, wie zum Beispiel Trennen, Filtern, Dränen, Dichten, Bewehren, Stabilisieren oder Verpacken. Im Vergleich zu herkömmlichen Bauweisen können durch Nutzung von Geokunststoffen Rohstoffe eingespart- und die CO2 Emission reduziert werden.
Geozellen sind dreidimensionale Zellen, die durch die Verbindung (Verschweißung, Verklebung etc.) von Streifen aus polymeren Kunststoffen hergestellt werden. Durch das befüllen der Zellen mit Boden entsteht ein Verbundwerkstoff wobei die Geozellenwände den Füllboden vor Erosion schützen und ein seitliches Ausweichen des Bodens unter Belastung behindern. Klassische Beispiele für die Verwendung von mit Geozellen bewehrter Erde sind die Traglasterhöhung, der Erosionsschutz oder die Errichtung von Stützkonstruktionen. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Verwendung von Geozellen als Bestandteil der Lastverteilungsschicht oberhalb von Pfahlartigen Tragelementen dar. Hierbei kann es durch starkes Nachgeben des Bodens zwischen den Pfählen idealisiert betrachtet zu einem freien „durchhängen“ des Zellensystems bei punkförmiger Auflagerung auf den Pfählen kommen. Dieser Fall soll für verschiedene Rahmenbedingungen untersucht werden.
Fokus der Arbeit
Geokunststoffe werden seit Jahrzehnten in verschiedenen Bereichen des Bauwesens verwendet. Unter dem Begriff der Geokunststoffe wird eine Vielzahl von Produkten zusammengefasst, die meist aus polymeren Werkstoffen bestehen und Aufgaben erfüllen, wie zum Beispiel Trennen, Filtern, Dränen, Dichten, Bewehren, Stabilisieren oder Verpacken. Im Vergleich zu herkömmlichen Bauweisen können durch Nutzung von Geokunststoffen Rohstoffe eingespart- und die CO2 Emission reduziert werden.
Geozellen sind dreidimensionale Zellen, die durch die Verbindung (Verschweißung, Verklebung etc.) von Streifen aus polymeren Kunststoffen hergestellt werden. Durch das befüllen der Zellen mit Boden entsteht ein Verbundwerkstoff wobei die Geozellenwände den Füllboden vor Erosion schützen und ein seitliches Ausweichen des Bodens unter Belastung behindern. Klassische Beispiele für die Verwendung von mit Geozellen bewehrter Erde sind die Traglasterhöhung, der Erosionsschutz oder die Errichtung von Stützkonstruktionen. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Verwendung von Geozellen als Bestandteil der Lastverteilungsschicht oberhalb von Pfahlartigen Tragelementen dar. Hierbei kann es durch starkes Nachgeben des Bodens zwischen den Pfählen idealisiert betrachtet zu einem freien „durchhängen“ des Zellensystems bei punkförmiger Auflagerung auf den Pfählen kommen. Dieser Fall soll für verschiedene Rahmenbedingungen untersucht werden.
Bearbeiter:
Tim Wittbold
1. Gutachter :
Prof. Dr. Norbert Meyer
Betreuer:
Joachim Ferley
Die Relevanz der Domänenanalyse in der Hydrologie
Ausblick
Bearbeiter:
Ali Ahmadi
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
2021 - Tim Wittbold
Einfluss verschiedener geometrischer und materieller Eingangsgrößen auf die Durchbiegung eines freihängenden, befüllten Geozellensystems
2021 - Sophia Cimander
Inbetriebnahme und Parameterstudie an verschiedenen Durchlässigkeitsversuchsanlagen
2020 - Florian Künzi
Vorauserkundungen im Tunnelbau - Stand der Technik
2019 - Tina Waldow
Vergleich numerischer und analytischer Verfahren zur Bestimmung des Seitendrucks auf Pfähle am Beispiel eines Einzelpfahls
2019 - Stephan Thüne
Bestimmung der Materialeigenschaften von Aufbereitungsschlämmen aus Bergbautailings am Beispiel Rammelsberg
2019 - Chen Wang
Erdstatische Nachweise im Tunnelbau: Zusammenstellung aktueller Nachweisverfahren zur Ortsbruststabilität
2017 - Victoria Saft
Versuche von trockenen - und Öl gesättigten Siliziumoxid, als transparenter Boden, im Vergleich mit Sandböden
2016 - Johannes Freitag
Zyklische Belastungsversuche eines Schaumglas-Geogitterkorb-Verbundsystems und straßenbautechnische Untersuchungen des Tragschichtenmaterials
2019 - Moritz Heine
Untersuchung des Last-Verformungsverhaltens eines zyklisch belasteten Schaumglas-Geogitterkorb-Verbundsystems im Großversuch
2015 - Frantz Andre Toube
Implementierung ausgewählter Bemessungskonzepte unbewehrter und geokunststoffbewehrter ungebundener Tragschichten in ein Berechnungsprogramm
Master thesis
Thematik:
Dachbegrünungen im urbanen Raum finden aus ästhetischen und ökologischen Ansätzen (Urban Farming), aber auch zur Reduzierung des CO2-Gehalts infolge Verkehrsbelastung im innerstädtischen Bereich, immer mehr Akzeptanz. Dachflächen nachhaltig zu nutzen, ist deshalb schon längst kein urbaner Trend mehr, sondern ein fortschreitendend und politisch geförderter Prozess.
Starkregen, Hitzeperioden und anhaltende Trockenheit infolge des fortschreitenden Klimawandels erhöhen die Anforderungen an die Vegetationsflächen stetig. Zugleich gilt es aber ressourcenschonend und möglichst mit Lowtech-Ansätzen durch einfache und zugleich anerkannte bzw. nachgewiesene Wirkungsprinzipien zu verfahren.
Eine solche Möglichkeit stellt die sogenannte Einschichtbauweise dar, welche als Drän-, Filter- und Vegetationstragschicht in Einem als klimaadaptive Bauweise fungiert und gegenüber den zukünftigen Herausforderungen eine extrem hohe Wasseraufnahmeaufnahme mit Retentionswirkung aufweist und zugleich eine Vernässung der Vegetation durch kontrolliert und langanhaltende Wasserabgabe vorbeugt. Folglich kann durch die hohe Wasserspeicherleistung einer solchen Vegetationstragschicht die Spitze der Abflussspende in stark versiegelten Gebieten gezielt reduziert und der Niederschlag wirkungsvoll dem Stadtklima innerhalb von Hitzeperioden durch Verdunstung nachgelagert zurückgeführt werden.
Ein Stoffgemisch, bestehend aus vorgebrochenen, gesiebten und anschließend angemischten Ausgangsmaterials ausgewählter Leichtbaustoffe sowie einem zertifizierten Zuschlag an kompostangereichertem Oberboden wurde hinsichtlich seiner Eignung als Dachflächensubstrat in Anlehnung der Dachflächen-begrünungsrichtlinie der FLL, im Rahmen dieser Masterarbeit entwickelt, untersucht und optimiert.
Bearbeiter:
Fatima Rarhoute
Betreuer:
Mathias Martin M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Dr.-Ing. A. Emersleben
Die Idee
Wie greifen bestehende Verwaltungsprozesse und Informationsflüsse rund um Geodaten, geografische Informationssysteme und Prognosemodelle – sowohl über persönliche als auch technische Schnittstellen – ineinander, um bei Hochwassereinsätzen eine noch effektivere Koordination, Kommunikation, Ressourcenzuweisung und Lageeinschätzung als Entscheidungsgrundlage zu ermöglichen?
Diese Zusammenhänge gilt es zu analysieren, systematisch zu erfassen und gemeinsam zu reflektieren.
Hintergrund
Ausgangssituation
In den letzten Jahren haben Unwetter mit Starkregenereignissen immer wieder die Einsatzkräfte von Feuerwehr, Rettungsdienst, THW und Polizei an ihre Kapazitätsgrenze gebracht. Besonders bei Extremsituationen wie dem Hochwasser in Goslar 2018 oder dem Starkregenereignis im Juni 2023 in Hildesheim, Salzgitter und Braunschweig wurden die örtlichen Kräfte überfordert, sodass Einheiten des Katastrophenschutzes oder benachbarter Gebietskörperschaften zur Unterstützung hinzugezogen werden mussten (mehr dazu hier).
Große Einsatzlagen wie 2021 in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz erfordern Einheiten aus dem gesamten Bundesgebiet und dem Ausland (mehr dazu hier). Die Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Organisationen und Behörden gestaltet sich oft schwierig, da die Informationlage nicht immer eindeutig ist. Die Informationsbedarfe sind unklar und die genauen Ansprechpartner stehen oft orthogonal zu den streng hierarchischen und föderalen Organisationstrukturen.
Ein entscheidender Faktor bei der Koordination von Einsätzen ist der regionale Bezug. Alle Führungsstrukturen müssen darauf achten, dass Ressourcen in den richtigen Schadensgebieten eingesetzt werden. Dabei stellt sich die Frage, ob z. B. Einheiten aus einer benachbarten Gebietskörperschaft alarmiert werden können, ohne dass dort während der Einsatzzeit ein Gefahr durch fehlende Ressourcen entsteht.
Für die Führungskräfte im Einsatzgebiet bedeutet der regionale Bezug, dass sie u. a. sichere Marschrouten und Bereitstellungs- und Sammelräume festlegen müssen. Hierbei können Geoinformationssysteme zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt werden. Diese nutzen die Daten verschiedener Ämter (DWD, NLWKN, BKG, ...). Diese Informationen dienen nicht nur zur öffentlichen Warnung und zur späteren Auslösung der Alarmierungen, sondern bilden auch die Grundlage für die meisten Entscheidungsprozesse während des Einsatzes.
Nach derzeitigem Wissenstand ist nicht bekannt, wie bzw. auf welcher Grundlage Entscheidungen vor und während Hochwassereinsätzen getroffen werden. Werden Daten und Informationen für den Einsatzfall und eine Lagebeschreibung entsprechend eines Standards bereitsgestellt oder behilft sich jede Organisation bzw. Verwaltungseinheit mit einer eigenen Lösungen? Welche Modelle und Analysen zu den Jahrtausendhochwassern aus dem Bereich der Gefahrenabwehr beispielsweise fließen in Entscheidungsprozesse mit ein? Welche regionale und zeitliche Auflösung hinsichtlich Prognosen ist zu erreichen, um im Großschadensfall bereits in den ersten Stunden des Einsatzes agieren zu können und welche Datenbasis wird dafür benötigt?
Aufgabe
In einem ersten Schritt der Arbeit steht im Vordergrund, den Ist-Zustand hinsichtlich bestehender Abläufe und verwendeter Modelle zu erfassen. Um dies an einem konkreten Szenario zu analysieren, bietet sich das Hochwasserereignis in der Region Braunschweig im Juni 2023 als Beispiel an. Hierbei liegt der Fokus insbesondere auf der systematischen Erfassung der Akteure und Prozesse, sowie der verschiedenen Modelle und Daten, die während solcher Einsätze eine wichtige Rolle spielen können.
Um ein umfassendes Bild zu erhalten, werden Gespräche und strukturierte Interviews mit verschiedenen Beteiligten durchgeführt. Dabei geht es darum, den genauen Informationsbedarf der Beteiligten zu ermitteln, die benötigte Visualisierung der Daten zu klären und den idealen Zeitpunkt für die Bereitstellung dieser Informationen im Kontext eines Einsatzes zu identifizieren (Anforderungen beiderseits). Gibt es Schnittstellenprobleme? Wo werden Geoinformationssysteme genutzt bzw. welche GIS-Software wird möglicherweise verwendet?
Anschließend werden aus den Gesprächen und Recherchen klare Prozessbeschreibungen erarbeitet, die den Weg von der Prognose (z. B. Hochwasserrisikokarte) bis zur Erstellung der Lagekarte transparent machen sollen. Bezogen auf ein reales Szenario (wie dem oben genannten Hochwasser in Braunschweig) soll diese Beschreibung konkretisiert und evaluiert werden.
Das Masterarbeitsthema wird in Kooperation der Firma Sinosys aus Clausthal und dem DLRG Bezirk Braunschweig (Fachbereich Katastrophenschutz) bearbeitet.
Verfügbares Material
Poster zur Vorstellung der Idee
Poster zur Vorstellung der Ergebnisse
Inhalt und Kurzfassung
Bearbeiter:
Jana Thomas, B.Sc.
Betreuer:
Dipl.-Inf. Mirco Schindler
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
apl. Prof. Dr. Matthias Reuter
Geoinformation System (GIS) has completely changed the outlook on Earth’s monitoring system. The data from the real world is converted into digital form and a subsequent model is created. The model then can be analyzed and interpreted. GIS utilizes the Global Navigation Satellite System (GNSS) data. GNSS contains the system of satellite revolution around the earth. GNSS data includes the time and position of the object throughout the entire earth.
The geospatial data or the GNSS data from satellites do not always cover the whole area and only a certain number of point data is given in the given area. Given that it is practically impossible to take measurements of all the required regions, interpolation techniques become instrumental in the estimation of unknown points, based on the known points. The estimated values from the interpolation methods are significant for data processing, data modeling, and data analysis. There are many interpolation methods used in GIS such as Triangulated Irregular Network (TIN) interpolation, Spline, Kriging, Natural Neighbor, Inverse Distance Weighted (IDW), etc.
Moreover, the monitoring of surface elevations through GIS has gained a significant reputation for delivering consistent results and for being convenient as well.
This thesis presents a comprehensive investigation into the spatio-temporal dynamics of the surface elevations using GIS, in a waste disposal site in “Kirschenplantage”, located in the Kassel district of Germany. In GIS, two interpolation techniques are applied to convert GNSS data into a Digital Terrain Model (DTM). Then the core of the research involves DTM analysis of the Kirschenplanatage waste disposal site by focusing on visualizing DTMs, calculating surface elevation profiles, and calculating surface volume. The visualization of the DTMs and surface elevation profiles provides insights into the surface variations. Furthermore, time series analysis based on GNSS data illustrates yearly changes in topography.
The study finds that waste elevation increases from the south to the north of the disposal site, and the various interpolation methods produce relatively consistent results.
This research adds significant value to the field of waste disposal management by utilizing the capabilities of GIS for spatio-temporal analysis. It empowers decision-makers and environmental planners with tools to monitor, manage, and reduce the impacts of surface elevation changes in waste disposal sites.
Bearbeiter:
B.Sc. Muneeb Ahmed
Betreuer:
Yu Lan
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Oliver Langefeld
Multi-sensor systems (MSSs) have recently been used widely as a significant technological advancement in various fields e.g., environmental monitoring, robotic and autonomous driving. By enabling collection and integration of data from multiple sources simultaneously and use the capabilities of different sensors, such as cameras, light detection and ranging (LiDAR), global navigation satellite system (GNSS) and inertial measurement unit (IMU), MSSs provide a better and accurate understanding of the surrounding environment, better decision-making, and enhance efficiency.
Nevertheless, implementing a MSS presents several challenges, that include data capturing, synchronization, sensor calibration, and data fusion. While many projects and tools that handle these issues were developed, they often focus on an individual problem, use different format types of inputs and outputs, and rely on a specific environments and dependencies, which make it hard to integrate them together.
To address these challenges, this work proposes a comprehensive workflow that covers the essential functionalities required by a MSS. The work ranges from capturing data in real-world environment to calibration, synchronization, filtering, and fusion.
Special emphasis will be placed on camera calibration, LiDAR -Camera calibration, and GNSS-IMU fusion. Camera calibration primarily aims to determine the intrinsic parameters of the camera, which serve to correct for lens distortion and measure object size in world units. Whereas LiDAR -Camera calibration will be used for the estimation of the extrinsic parameters of the LiDAR sensor and camera, involving location and orientation, to establish relative rotation and translation between both sensors. The solution of GNSS-IMU fusion will be based on error-state Kalman filter (ESKF), which is used as a navigation filter for state estimation by estimating the error of the true system state rather than directly estimating the true state itself.
The proposed workflow will be implemented using the Robot Operating System (ROS), a framework that uses a node-based architecture and employs a publish-subscribe communication model. This framework enables flexibility and scalability in system design and resolve the dependency issue. Moreover, it supports a wide range of hardware platforms, and provides a set of powerful tools and utilities that support development and visualization.
Bearbeiter:
B.Sc. Ahmad Naja
Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
apl. Prof. Dr. Umut Durak
In this thesis, we present a method for surface approximation and monitoring of two different types of 3D point cloud data, namely natural and anthropogenic. The natural point cloud
data was obtained from an experimental setup in TU Clausthal, while the anthropogenic data was obtained from the Okertalsperre using a laser scanner.
For the natural point cloud data, we propose a method for approximating the surface of a curved object using B-spline curves. The method is evaluated by calculating the distance between the approximated surface and the original point cloud data using the M3C2 algorithm. The results show a mean absolute error of 1.7 mm for the height difference methodand 2.4 mm for the M3C2 distance calculating the B-spline points.
For the anthropogenic point cloud data, we use the open uniform knot vector to calculate the B-spline curves and present the results from blue to red in reference to the ground of the dam.
The approximated curves are compared to the data from the next monitoring of the Okertalsperre. We calculate the distance between the original point cloud and the approximated surface using two methods, height differencing and M3C2 distance calculation. The results show that the M3C2 distance ca lculation of the B-spline points is smoother than the height difference method, with a mean absolute error of 2.4 mm.
The proposed methods in this thesis provide accurate and efficient solutions for surface approximation and monitoring of natural and anthropogenic point cloud data, respectively. The results demonstrate the importance of utilizing appropriate methods and algorithms for analyzing 3D point cloud data and the potential for further applications in various fields.
Bearbeiter:
Ali Ahmadi
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
Recently, in the domain of computer vision and graphics, in addition to the 2D vision techniques, which is the already proven technique, the 3D representation and processing techniques become a new trend for research. The 3D point cloud as the raw data in 3D representation draws a great deal of attention. The data processing of 3D point clouds is significant as a research technology, especially point cloud semantic segmentation. There are numerous research topics referred to point cloud semantic segmentation dependent on deep learning networks in the last several years. In this paper, an overview of the deep learning-based approaches for point cloud semantic segmentation is provided. For a better understanding of semantic segmentation in urban environment, the comparison of different deep learning networks is made according to their performance with the use of various datasets. Moreover, an experiment of point cloud semantic segmentation is implemented. Our own 3D data is used to reproduce the scene segmentation test with PointNet and RandLA-Net in urban environment. PointNet is the pioneer work of point-based network, which has the architecture designed to directly deal with unstructured point cloud data. The whole procedure consists of preparing dataset, training, predicting as well as evaluating. Besides, RandLA-Net is also used for point cloud segmentation task in this research, and the segmentation result is compared with the one from PointNet. The web-based 3D content renders share a great popularity among the point clouds visualization methods. Considering the new trend of the visualization of point clouds, the WebGL based renderer, Potree is introduced and employed to visualize the georeferenced point clouds data. After segmentation experiment, the comparative results are obtained from PointNet and RandLA-Net. In PointNet, the results from Lemgo_Aula dataset are based on area 8 and 9 individually. 82.5% overall accuracy (OA) and 64.8% mean intersection over union (mIoU) are collected from area 8 in Lemgo, and 43.5% OA and 21.8% mIoU are collected from area 9 in Aula. The Stanford indoor dataset(S3DIS) is also tested in PointNet, and 86.0% OA and 64.1% mIoU are collected. In RandLA-Net, the Lemgo_Aula dataset is tested, and the OA is 91.7% and 94.2% in area 8 and 9 individually. The 84.2% mIoU is evaluated for area 8 and 9 at the same time in RandLA-Net. Finally, the conclusion about the development of point cloud semantic segmentation and visualization is made, and the results of this experiment of point cloud semantic segmentation based on PointNet and RandLA-net are also discussed.
Bearbeiter:
Haobin Liu
Betreuer:
Yu Lan and Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr. Benjamin Säfken
Kontext der Arbeit
In dieser Masterarbeit soll die Anwendbarkeit von terrestrischen Laserscannern zur Erfassung von 3D-Punktwolken komplexer untertägiger Grubenräumen, speziell des Altbergbaus, untersucht werden. Es gilt die untertägigen Hohlräume so genau und so detailreich wie anwendungsbezogen nötig darzustellen, sodass aus den 3D-Punktwolken abgeleitete 3D-Modelle als Grundlage für montanarchäologische Arbeiten dienen können.
Vorgehensweise
Zu Beginn der Masterarbeit liegt eine 3D-Punktwolke der Dorotheer Rösche, einem Stollen der Oberharzer Wasserwirtschaft vor. Diese wurde mit einem terrestrischen Laserscanner Leica RTC360 erfasst. Anhand dieser soll ein Workflow für den untertägigen Einsatz von terrestrischen Laserscannern zur Dokumentation und 3D-Modellerstellung, u.a. im Sinne der Montanarchäologie, abgeleitet werden. Besondere Herausforderungen sind hier die beengten Raumverhältnisse, die Beleuchtungsverhältnisse und ggf. stehndes Wasser in den untertägigen Strecken. Auf Basis dieses Workflow sollen weitere 3D-Punktwolken Untertage aufgenommen werden. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf komplexen Geometrien, also größeren Hohlräumen und verwinkelten, engen oder niedrigen Strecken, unter Berücksichtigung der zuvor genannten Herausforderungen.
Die mit den Laserscannern Leica RTC360 und Z+F Imager 5016 erfassten 3D-Punktwolken werden nach der Referenzierung in einem lokalen Koordinatensystem mit den Open Source Programmen CloudCompare und Meshlab bearbeitet, um ein 3D-Modell zu erstellen. Diese Laserscanner-basierten 3D-Modelle sollen dann mit photogrammetrisch erstellten 3D-Modellen verglichen werden. Dieser Vergleich dient der Identifikation von Synergien der beiden Messverfahren Nahbereichsphotogrammmetrie und terrestrisches Laserscanning mit einem Fokus auf der Kompensation von Schwächen des einen Messverfahren durch Stärken des anderen Messverfahrens. Hierbei ist immer die untertägige Situation mit seinen besonderen Herausforderungen und komplexen, natürlichen Geometrien zu beachten.
Bearbeiterin:
Lillan Roos
Betreuer:
Leonhard Pleuger
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Dr. rer. nat. Wilfried Ließmann
Hintergrund dieser Arbeit
Die zunehmenden Ansprüche und wachsenden Einflussfaktoren stellen die Asphaltbranche vor neue Herausforderungen. Klimaschutz, Ressourceneffizienz und die Nachhaltigkeit erlangen einen immer größeren Stellenwert. Dabei nehmen die Belastungen und der Reparaturbedarf unserer Straßen, durch das stetig wachsende Verkehrsaufkommen, immer weiter zu. Umso wichtiger ist es auch die geltenden Prüfverfahren zur Qualitätssicherung immer wieder zeitgemäß zu überdenken und den aktuellen Kenntnisständen anzupassen.
Im Wesentlichen besteht Straßenasphalt aus Gesteinen, Bitumen und Additiven (individuell einsetzbare chemische Zusätze zur Performanceverbesserung). Die Gesteine machen mit ca. 95 % den größten Anteil im Mischgut aus und werden in diversen Korngrößen hinzugefügt. Die Spannweite reicht hier von Ton (< 2 µm) über Sand bis zum Kies. Die verschiedenen Korngrößen im Asphalt bedienen unterschiedliche Aufgaben. Große Fraktionen wirken stützend für das Gesamtgerüst, die Feineren haben hingegen bindende Eigenschaften und fördern somit den Zusammenhalt. Entscheidend hierbei sind neben der Mineralogie auch die Oberflächeneigenschaften. Die mathematische Gesetzmäßigkeit, vom Verhältnis Oberfläche zu Körper, weist beim kleiner werden des Gesteinskorns eine potenziert wachsende Oberfläche auf. Der Füller („Gesteinsmehl“ < 63 µm) ist von diesem Effekt besonders betroffen.
Welche Gesteine verwendet werden dürfen und welche nicht, wird über die Technische Lieferbedingung TL-Gestein festgelegt. Hierbei spielen Faktoren, wie die Bruchfestigkeit und der Abrieb, eine entscheidende Rolle. Für den Bereich der Füller & Sande gelten darüber hinaus spezielle Anforderungen, die ebenso in der TL-Gestein festgelegt sind. Die limitierte Ressourcenverfügbarkeit von qualitätsgerechten Sanden & Füllern kommt dabei eine spezielle Bedeutung zu.
Der Anspruch an die Bitumenperformance wird heute noch, wie auch schon vor einigen Jahrzehnten, mit Methoden wie der Ermittlung des Erweichungspunkts über den Ring und Kugel Versuch oder das Widerstandsverhalten mit Hilfe des Nadelpenetrometers überprüft. Leider finden die meisten Qualitätsprüfungen der Komponenten, sowohl Gestein als auch Bitumen, unter isolierten Einzelprüfungen statt und schließen somit jegliche Formen der Wechselwirkung aus. Dies kann zu erheblichen Fehleinschätzungen führen, wie in der Vergangenheit bspw. der sog. Betonkrebs (Alkali-Kieselsäure- Reaktion) gezeigt hat.
Der Bedarf an einer Analyse, die sowohl die Gesteins- als auch die Bitumenkomponente in der Interaktion anspricht, erscheint daher zweckmäßig, um weiterführende Aussagen zum Mischgut treffen zu können. Das Dynamisches Scherrheometer (DSR) bietet eine mögliche neue Form der Analyse, um der aufgeworfenen Fragestellung nachzugehen. So können speziell angefertigte Mastixprobekörper, welche aus Bitumen und Füller bestehen, hergestellt und mittels DSR auf ihre rheometrischen Eigenschaften analysierte werden. Dabei ist insbesondere die Probenherstellung von besonderer Bedeutung, da „Partikel“ im DSR zu Messfehlern führen können.
Bearbeiter:
Sophia Cimander
Betreuer:
Dennis Kreitz (Smart Asphalt Solutions GmbH) Mathias Martin, M.Sc.
1. Gutachter:
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer
2. Gutachter:
Dr.-Ing. Ansgar Emersleben
Background of the thesis
Remote sensing – is a technology that enables evaluating and comparing the physical properties of objects based on their reflected and emitted radiance. When it comes to surface mining, the technology has found wide application over the last decades and is being actively researched and developed nowadays. Despite of the lower result accuracy and versatility compared to other research methods (drilling, sampling, laboratory analysis), remote sensing enables to acquire first results most quickly and on lowest expenditures. Moreover, some of the remote sensing applications are almost not possible by other methods.
This paper will be covering the applications of remote sensing at the Jalainur mine – one of the biggest coal pits in north east China. Taking into account the considerable pit dimensions and the district population of more than 100 000 inhabitants living in close proximity to the pit, the rehabilitation is of high importance to the region. In the scope of this paper, change of vegetation condition over the last 9 years is evaluated by means of Normalized difference vegetation index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) vegetation index in order to qualitatively assess the rehabilitation progress. In addition to that, land use and land cover (LULC) classification based on deep learning (convolutional neural network) and machine learning methods is performed in order to track the land use change and quantitatively evaluate the reclamation progress.
Bearbeiter:
Nazarmukhammad Abdurakhimov
Betreuer:
Yu Lan and Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr. Oliver Langefeld (IBB)
Background of the thesis
Das terrestrische Laserscanning (TLS) und die mit diesem Messverfahren erfassten 3D-Punktwolken gewinnen beim strukturellen Monitoring natürlicher und anthropogener Objekte immer mehr an Bedeutung. Aufgrund der Komplexität des Messverfahrens ist es wichtig, dass der gesamte Mess- und Auswerteprozess sehr detailliert geplant und systematisch analysiert wird, um eine hinreichende Datenqualität bei den zu ermittelnden Deformationen zu erzielen. Denn trotz aufwendiger Kalibrierung und Datenanalyse sind bei Messungen im Zuge eines geodätischen Monitorings systematische Messabweichungen nicht immer zu vermeiden.
Im Rahmen der Masterarbeit stehen die am IGE verfügbaren Laserscanner Leica RTC360 sowie Zoller+Fröhlich IMAGER 5016 zur Verfügung. Diese Laserscanner sollen im Rahmen des im DACH-Raum initiierten qualitativen Vergleichs von verschiedenen Laserscannern (Collaborative scanner test and calibration at Bonn reference wall, COLLECTOR) eingesetzt werden. Die Durchführung und Auswertung ist ein Baustein dieser Masterarbeit. Der zweite Baustein der Masterarbeit umfasst die Untersuchung des Leica RTC360 hinsichtlich der Signalstärke und des Messrauschens der Streckenmessung. Dazu sind Paneele (1 m x 1 m) mit unterschiedlichen Graustufen in unterschiedlichen Distanzen und Ausrichtungen im 3D-Modus zu erfassen. Eine wesentliche Zielstellung ist die Abdeckung des gesamten Intensitätsbereiches durch die erfassten Messdaten (Intensitäten). Die Messungen bilden die Grundlage für die Untersuchung des funktionalen Zusammenhangs zwischen den Intensitätswerten und den Standardabweichungen der Streckenmessung nach Wujanz (2018)[1].
Im Einzelnen sind folgende Teilbereiche zu bearbeiten:
- Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen des TLS mit Fokus auf Unsicherheitsbetrachtung der Streckenmessung
- Durchführung, Dokumentation, Auswertung und Bewertung der Messungen und Ergebnisse im Rahmen des COLLECTOR Versuchs
- Durchführung von praktischen Messungen zu den Paneelen mit dem Leica RTC360
- Ableitung eines funktionalen Zusammenhangs zwischen der Intensität des reflektierten Laserstrahls und der Standardabweichung der Streckenmessung für den Leica RTC360 und Diskussion des in Wujanz et al. (2018) vorgestellten Modelles hinsichtlich der generellen Eignung und der Übertragbarkeit auf den Leica RTC360
Alle oben genannten Teilbereiche sind entsprechend schriftlich zu dokumentieren. Die erzielten Ergebnisse und die Vorgehensweise sind kritisch zu bewerten.
Bearbeiter:
Adrian Roth
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr. Markus Gerke (IGP, TU Braunschweig)
Kontext und Zielsetzung der Arbeit
Oberflächiger Niederschlagsabfluss bzw. Landoberflächenabfluss liefert zusammen mit Zwischen- und Basisabfluss wesentliche Beiträge zum irdischen Wasserkreislauf. In Abhängigkeit von vor allem klimatischen Bedingungen und Bodencharakteristika sind verschiedene Mechanismen für die Bildung von Oberflächenabfluss verantwortlich, deren Analyse und Modellierung einen Hauptbestandteil der Masterarbeit bilden sollen.
Zu diesem Zweck eignen sich unteranderem Daten, wie Niederschlagshöhe, relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur, der Messstationen des Deutschen Wetterdiensts, die kostenfrei bezogen werden können.
Im Allgemeinen tragen Untersuchungen dieser Art seit vielen Jahren zur Identifikation von hochwassergefährdeten Gebieten bei. Vor allem in urbanen Gebieten führt zunehmende Flächenversiegelung und der Schwund von Grünflächen zu einer kontinuierlichen Erhöhung oberflächlich anstauenden und abfließenden Niederschlags.
Darüber hinaus bildet oberflächlicher Abfluss, je nach Stärke, eine der Hauptursachen für erosiven Materialabtrag auf u.a. landwirtschaftlich genutzten Flächen, was häufig mit hohen wirtschaftlichen Einbußen und zunehmender Bodendegradation verbunden ist.
Die Zielsetzung der Masterarbeit umfasst eine hydrologische Analyse des Untersuchungsgebiets Harz/ Harzvorland und den darin liegenden Teileinzugsgebieten. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf Niederschlagsraten und -höhen sowie deren Entwicklung über variable Zeiträume.
Des Weiteren sind Untersuchungen der Abflussrichtung und -akkumulation von Niederschlagsvolumina von hohem Interesse. Diese sollen unter Berücksichtigung der temporalen Progression quantitativ- und qualitativ modelliert werden.
Bearbeiter:
Johannes Humburg
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachterin:
Dr. habil. Elke Bozau
Kontext der Arbeit
Die Ausgangsituation sind Beschleunigungssensoren aus dem low-cost Segment sowie ein Schlauchwaagen Messsystem im Kontext des Infrastrukturmonitorings. Ein klassischer Ansatz zum langfristigem, festinstallierten Monitoring von Infrastruktur, wie z. B Straßenbrücken, ist der Einsatz von Schlauchwaagen Messsystemen zur Bestimmung von verkehrs- und umgebungsbedingten Vertikalbewegungen der Brücke. Der Einsatz von Beschleunigungssensoren aus dem low-cost Segment in Kombination mit etablierter Sensorik zum Infrastrukturmonitoring ist ein hochaktuelles Forschungsthema. Die low-cost Beschleunigungssensoren können dabei einer langfristigen Überwachung des Bauwerkes dienen und mit hochwertigen, präzisen Sensoren ergänzt werden, so dass deren Einsatz in materieller und auswertetechnischer Sicht optimiert werden kann.
Vorgehensweise und Erkenntnisse
Um die Kombination der beiden Sensorsysteme zu untersuchen, wurde ein Versuchsstand für einen Laborversuch entwickelt, bei dem ein Stahlbalken eine Brücke darstellt, die durch eine Belastung in vertikaler Richtung verformt wird.
Außerdem wurde ein Algorithmus in Matlab entwickelt, der die Datenerfassung, Datenverarbeitung und die Datenfusion umfasste. Die Datenfusion erfolgte mihilfe eines Kalman-Filters.
Herausforderungen lagen in der zweifachen numerischen Integration der Beschleunigungsdaten und der Filterung Ihres Rauschens, in der Konzeption des Kalman-Filters, sowie in der Abfrage und Abspeicherung der einzelnen Sensoren.
Der Algorithmus und das kombinierte Sensorsystem wurden am Versuchsstand getestet. Dazu wurden Versuchreihen mit unterschiedlichen Belastungsstufen und Sensorkonfigurationen gefahren. Ziel war es, die Anzahl der kostenintensiven Schlauchwaagengefäße zu minimieren.
Anhand der Versuche wurde eine prinzipielle Machbarkeit demonsriert. Gleichzeitig wurde der Algorithmus und die Versuchsreihen im Hinblick auf die Übertragbarkeit auf ein reales Bauwerk diskutiert und bewertet. Als Abschluss wurde eine Vorgehensweise für die Weiterentwickung eines kombinierten Messsystems gegeben.
Bearbeiter:
Leonhard Pleuger
1. Gutachter und Betreuer:
Prof. Dr. Jens-André Paffenholz
2. Gutachter:
Prof. Dr. Norbert Meyer
Externe Betreuer:
Dipl.-Ing. Mario Haupt (Glückauf-Vermessung GmbH, Sondershausen)
2021 - Fabienne Fischer
Eigenschaftsanalyse an Tailings aus dem Bergeteichen am Bollrich in Goslar - Bodenmechanische Laborversuche
2021 - Florian Künzig
Widerstand von Erdnägeln aus Rindstahl bei horizontaler Belastung
2020 - Tina Waldow
Untersuchung ausgewählter Geokunststoffkonstruktionen unter dem Aspekt der Circular Economy
2019 - Peter Walaku
Ermittlung der Scherfestigkeitsparamter von feinkörnigen Bergbaurückständen aus den Schlammteichen am Bollrich in Goslar, Deutschland
2017 - Johannes Freitag
Entwicklung und Inbetriebnahme eines Modellversuchsstandes zur Untersuchung des Versagensmechanismus in Schlitzwandfehlstellen
2017 - Moritz Heine
Risikobetrachtung und handlungsempfehlungen zur Wahrung der Funktionssicherheit von Basisentwässerungssystemen im Konzept "Deponie auf Deponie"
2015 - Lei Chen
Vergleichsrechnung zwischen ausgewählten Bemessungskonzepten unbewehrter und gekunststoffbewehrter ungebundener Tragschichten und unterschiedlich bewehrter Feldversuche