GOCA-Deformationsanalysesoftware

Die GOCA-Deformationsanalysesoftware übernimmt die Auswertung und Analyse der beim permanenten Monitoring anfallenden Sensorbeobachtungen.

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GOCA-Projektverwaltung

Eine online Überwachung mit dem GOCA-System erfordert das Anlegen eines Projektes. Hierzu gehoert die Angabe des Projektnamens, die Spezifikation der Sensoren und Zielpunkten nach Stabil- und Objektpunkten und gegebenenfalls die Definition eines lokalen Benutzerkoordinatensystems (z.B. Bauwerkssystem).
Die projektspezifischen Daten werden dabei in einer Speicherdatei und verschiedenen Systemdateien abgelegt. Für die Bestimmung der Koordinaten der Referenzpunkte und zur Überprüfung von deren Stabilität steht eine Epochenverwaltung zur Verfügung.

Die aktuelle Projektkonfiguration kann jederzeit oder automatisch gespeichert und wieder geöffnet werden. Über eine ebenfalls automatisch durchgeführte Überwachung aller aktiven Prozesse, kann so ein GOCA-Projekt vollautomatisch wiederhergestellt werden (z.B. nach einem Stromausfall). Durch die offen zugängliche Speicherung aller Mess- und Ergebnisdaten, sind auch Postprocessing-Anwendungen oder iterative und zeitlich begrenzte Projekte möglich.

GOCA-Projektinitialisierung

Die Projektinitialisierung dient der Schaffung eines stabilen Referenzpunktfeldes auf das ab dem Beginn der Zeitreihenaufzeichnung die Positionen der Sensoren im Objektbereich zu referenzieren sind. Als Basis für die M.d.kl.Q.-Schätzung dienen alle aufgezeichneten Beobchtungen einer initialen Epoche (‘Nullepoche’), die bei der Durchführung der Initialisierung anzugeben ist. Die Ausgleichung erfolgt getrennt für Lage- und Höhenkomponente, im 3D-Raum oder für jeden Sensorwert. In den beiden ersten Fällen werden alle Beobachtungen über eindeutige Abbildungstransformationen, Reduzierungen und Parametertransformationen, unter Berücksichtigung der Fehlerfortpflanzung, auf ein eindeutiges Koordinatenbezugssystem referenziert. Bei dieser ersten Ausgleichung sind die als stabil erachteten Referenzpunkte nur einmal, alle weiteren im Objektbereich befindlichen Punkte unter Umständen auch mehrfach als neue Unbekannte einzuführen. Die Initialisierung beinhaltet die automatisierte statistische Überprüfung und Eliminierung fehlerhafter Beobachtungen. Die als fehlerhaft erkannten Beobachtungen können in den GKA-Beobachtungs-Dateien markiert und damit bei späteren Berechnungen ausgeschlossen werden. Die Ausgleichungsergebnisse, sowie die Ergebnisse des iterativen Datasnoopings sind in den Protokolldateien zusammengefaßt.
Mit den aus der Ausgleichung resultierenden Punktkoordinaten aller Stationen können die Transformationsparameter für die Umrechnung in ein vorgegebenes Benutzerkoordinatensystem ermittelt werden.

Fortlaufende Berechnung der Sensorwerte, Objektpunktkoordinaten und Graphikfenster

Zu jedem Epochenzeitpunkt (= maximal Abtastrate der Sensoren) werden die Sensorwerte und Objektpunktkoordinaten im Referenzdatum in einer Ausgleichung ermittelt, gespeichert und können in Form von Sensor-/Objektpunktzeitreihen dargestellt und analysiert werden.

Im Graphikfenster können die Zeitreihendaten des ausgewälten Sensor-/Objektpunktes beliebiger Epochen bis hin zum aktuellen Zeitpunkt betrachtet werden. Zum Betrachten von Ausschnitten stehen verschiedene Zoom-Funktionen, sowie die Möglichkeit nur die aktuellesten Datensätze zu betrachten zur Verfügung. Über die Einstellungen für das Graphikfenster kann jede beliebige Koordinatenkomponente der Sensor-/Objektpunktzeitreihe und der berechneten zugehörigen Filterkurven ein- und ausgeblendet werden.

Glättung, Filterung und Analyse der Sensor-/Objektpunktzeitreihen

Als Filterfunktionen stehen im Online-Modus der gleitende Mittelwert und die Verschiebungsschätzung wahlweise auf Basis kleinster-Quadrate- oder robuster L1-Norm-Algorithmen zur Verfügung. Die gefilterten Werte werden fortlaufend in Tagesdateien gespeichert und gemeinsam mit den Objektpunktzeitreihen im Graphikfenster dargestellt.

Im Postprocessing-Modus erfolgt die Filterung für eine ausgewählte Epoche und das Ergebnis wird ebenfalls im Graphikfenster dargestellt. Hier stehen ebenfalls Polynom- oder Spline-Funktionen zur Verfügung.

Kritische Bewegungen können mittels einer Sprungerkennung über einen entsprechend eingestellen Verschiebungsschätzungsfilter ermittelt werden. Hier wird mittels zwei zuvor ausgeglichenen Epochen eine Objektpunkt-Deformationsanalyse berechnet, welche auch eine statistische Aussage zur berechneten Verschiebung zulässt.
(Abbildungen: gleitender Mittelwert, ausgleichendes Polynom 5. Grades, Verschiebungsschätzung)



Kalman-Filter - Fortlaufende Ermittlung der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung

Mit Hilfe des GOCA-Kalman-Filters kann eine fortlaufende Berechnung der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Sensor-/Objektpunkt erfolgen. Die resultierenden Zeitreihen können für jede Komponente in einem Graphikfenster dargestellt werden (Abbildung unten). Die Entwicklung eines leistungsfähigen Alarmierungsstandards für die GOCA-Software erfolgt derzeit auf Basis dieses Kalman-Filter-Moduls.