Deformatiemeting

Welke vraagstukken leer je oplossen binnen Deformatiemeting?

• Hoe bepaal je of een object, constructie of terrein daadwerkelijk is verplaatst of vervormd?
• Hoe ontwerp je een meetopzet waarmee kleine veranderingen betrouwbaar kunnen worden vastgesteld?
• Hoe kies je stabiele referentiepunten voor deformatiemetingen?
• Welke rol spelen een nulmeting en herhalingsmetingen?
• Welke meetmethode past bij de verwachte grootte en richting van een verplaatsing?
• Hoe gebruik je Total Station, nauwkeurigheidswaterpassing, GNSS of 3D-scanning voor deformatiemeting?
• Hoe voorkom je dat veranderingen in het referentienetwerk worden aangezien voor beweging van het te onderzoeken object?
• Hoe vergelijk je meetresultaten uit verschillende meettijdstippen?
• Hoe bepaal je of een gemeten verschil groter is dan de meetonzekerheid?
• Hoe herken je trends, plotselinge veranderingen en systematische afwijkingen?
• Hoe visualiseer je verplaatsingen en vervormingen met Geo-ICT?
• Hoe borg je meetgegevens, referenties, kwaliteit en herleidbaarheid binnen de geodetische supply chain?

Deformatiemeting draait niet alleen om het constateren dat twee metingen van elkaar verschillen. Iedere geodetische meting bevat onzekerheid. De kernvraag is daarom of een vastgesteld verschil wordt veroorzaakt door een werkelijke verandering van het object of door de onzekerheid van de metingen. Hiervoor moeten meetopzet, referenties, meetmethoden, vereffening en kwaliteitscontrole zorgvuldig op elkaar worden afgestemd.

De basis van deformatiemeting

Deformatie is een verandering in positie, hoogte, vorm of afmeting van een object of terrein door de tijd. Deze verandering kan geleidelijk, periodiek of plotseling optreden.

Je maakt onderscheid tussen bijvoorbeeld:

• horizontale verplaatsing;
• verticale verplaatsing;
• zetting en bodemdaling;
• kanteling;
• uitbuiging;
• vormverandering;
• lokale en gebiedsdeformatie.

Je leert de verwachte aard en grootte van de verandering te vertalen naar een geschikte geodetische meetstrategie.

Van informatiebehoefte naar meetstrategie

Voordat een deformatiemeting wordt ingericht moet duidelijk zijn welke verandering moet kunnen worden aangetoond. Een verwachte beweging van enkele centimeters stelt andere eisen aan een meetopzet dan een vervorming van enkele millimeters.

Je leert rekening houden met:

• het object of gebied dat wordt onderzocht;
• de verwachte grootte van de deformatie;
• de richting van de mogelijke beweging;
• de gewenste detectiegrens;
• de benodigde nauwkeurigheid;
• de frequentie van herhalingsmetingen;
• de duur van de monitoring;
• omgevingsinvloeden;
• de consequenties van een mogelijke verandering.

Referentiepunten en stabiliteit

Een deformatiemeting heeft een stabiele referentie nodig. Alleen wanneer voldoende zekerheid bestaat over de referentiepunten kan een verandering van het te onderzoeken object betrouwbaar worden vastgesteld.

Je leert aandacht besteden aan:

• keuze en plaatsing van referentiepunten;
• stabiliteit van referentiepunten;
• geometrie van het referentienetwerk;
• redundantie in de metingen;
• controle van mogelijke beweging van referentiepunten;
• koppeling aan een geodetisch referentiesysteem.

Daarbij leer je waarom een vermeend stabiel referentiepunt zelf onderdeel van het probleem kan worden wanneer het ongemerkt beweegt.

Nulmeting en herhalingsmetingen

Een nulmeting vormt het uitgangspunt waarmee latere metingen worden vergeleken. De kwaliteit van deze eerste meting is daarom bepalend voor alle volgende analyses.

Bij herhalingsmetingen is het belangrijk dat metingen zoveel mogelijk onder vergelijkbare en controleerbare omstandigheden worden uitgevoerd. Je leert veranderingen in meetopstelling, instrumentarium, referentie, meetmethode en omstandigheden herkennen en documenteren.

Meetmethoden voor deformatiemeting

Afhankelijk van het object, de omgeving, de gewenste nauwkeurigheid en het type beweging kunnen verschillende geodetische technieken worden toegepast.

Je maakt onder andere kennis met:

• Total Station-metingen;
• nauwkeurigheidswaterpassing;
• GNSS-metingen;
• 3D-laserscanning;
• fotogrammetrische metingen;
• combinaties van verschillende meetmethoden.

Je leert niet één techniek als standaardoplossing gebruiken, maar de meetmethode kiezen die past bij het deformatiemechanisme en de vereiste nauwkeurigheid.

Verticale deformatie en nauwkeurigheidswaterpassing

Voor het bepalen van kleine verticale veranderingen kan nauwkeurigheidswaterpassing een belangrijke meetmethode zijn. Hiermee kunnen hoogteverschillen tussen referentie- en objectpunten zeer nauwkeurig worden bepaald.

Je leert hoe meetopzet, traject, sluitfouten, referentiepunten en herhalingsmetingen invloed hebben op de betrouwbaarheid van vastgestelde hoogteveranderingen.

Deformatie meten met Total Station

Met een Total Station kunnen horizontale en verticale richtingen en afstanden naar meetpunten op een object worden bepaald. Hierdoor kunnen driedimensionale veranderingen worden onderzocht.

Je leert aandacht besteden aan:

• instrumentopstelling;
• oriëntatie;
• referentiepunten;
• meetgeometrie;
• herhalingsmetingen;
• instrument- en atmosferische invloeden;
• controle en redundantie.

Deformatie meten met GNSS

GNSS kan worden gebruikt om veranderingen in positie over langere perioden of grotere gebieden te volgen. Afhankelijk van de toepassing kunnen periodieke metingen of permanent opgestelde GNSS-ontvangers worden gebruikt.

Je leert rekening houden met referentiesystemen, meetduur, satellietgeometrie, correctiediensten, atmosferische invloeden en de stabiliteit van referentiestations.

3D-scanning en point clouds voor deformatiemeting

Met 3D-scanning kunnen oppervlakken en constructies op verschillende tijdstippen driedimensionaal worden vastgelegd. In plaats van alleen afzonderlijke meetpunten worden grote aantallen punten met elkaar vergeleken.

Je leert hoe point clouds uit verschillende meettijdstippen nauwkeurig worden geregistreerd en vergeleken en hoe geometrische verschillen kunnen worden geanalyseerd. Daarbij is het belangrijk onderscheid te maken tussen werkelijke deformatie en verschillen die worden veroorzaakt door registratie, puntdichtheid, meetruis of veranderende opnamegeometrie.

Van meetverschil naar deformatie

Wanneer een punt op twee tijdstippen verschillende coördinaten heeft, betekent dit nog niet automatisch dat het punt daadwerkelijk is verplaatst. Het verschil moet worden beoordeeld in relatie tot de onzekerheid van beide metingen.

Je leert daarom werken met:

• coördinaatverschillen;
• hoogteverschillen;
• verplaatsingsvectoren;
• standaardafwijkingen;
• betrouwbaarheidsintervallen;
• significantie van veranderingen.

Hiermee ontstaat een onderbouwde uitspraak over de vraag of een gemeten verschil als werkelijke deformatie kan worden beschouwd.

Vereffening en deformatiemeting

Geodetische vereffening speelt een belangrijke rol bij deformatiemeting. Door overtallige waarnemingen gezamenlijk te verwerken kunnen coördinaten, hoogtes en bijbehorende onzekerheden worden bepaald en kunnen meetfouten worden opgespoord.

Je bouwt hierbij voort op de Blended Learning Geodetische Vereffening. Vereffeningsresultaten kunnen worden gebruikt om meettijdstippen betrouwbaar met elkaar te vergelijken en om te onderzoeken welke punten daadwerkelijk zijn veranderd.

Tijdreeksen en trends

Wanneer meer dan twee meettijdstippen beschikbaar zijn ontstaat een tijdreeks. Daarmee kan niet alleen worden vastgesteld óf een object verandert, maar ook hoe deze verandering zich door de tijd ontwikkelt.

Je leert bijvoorbeeld onderscheid maken tussen:

• geleidelijke trends;
• versnelling of vertraging;
• periodieke beweging;
• plotselinge veranderingen;
• uitschieters en meetfouten.

Tijdreeksen vormen daarmee een belangrijke basis voor langdurige monitoring en vroegtijdige signalering.

Grenswaarden en signalering

Bij monitoring kunnen vooraf grenswaarden worden vastgesteld voor toegestane verplaatsing, vervorming of veranderingssnelheid. Wanneer deze waarden worden overschreden kan nader onderzoek of actie nodig zijn.

Je leert waarom grenswaarden altijd moeten worden geïnterpreteerd in combinatie met meetonzekerheid. Een overschrijding heeft pas betekenis wanneer voldoende zekerheid bestaat dat deze niet door meetruis of een fout in de meetketen wordt veroorzaakt.

Omgevingsinvloeden herkennen

Niet iedere gemeten verandering is het gevolg van structurele deformatie. Temperatuur, grondwater, belasting, atmosferische omstandigheden en seizoenseffecten kunnen meetresultaten en objecten beïnvloeden.

Je leert relevante omgevingsinformatie meenemen bij het interpreteren van meetreeksen en voorkomen dat tijdelijke of systematische effecten ten onrechte als structurele deformatie worden geïnterpreteerd.

Deformatie analyseren en visualiseren met Geo-ICT

Geo-ICT maakt het mogelijk om grote hoeveelheden meetgegevens uit verschillende tijdstippen te beheren, analyseren en visualiseren.

Afhankelijk van het vraagstuk kun je bijvoorbeeld werken met:

• QGIS voor ruimtelijke analyse en visualisatie;
• CloudCompare voor vergelijking van 3D-point clouds;
• Python voor berekeningen, tijdreeksanalyse en automatisering;
• PostgreSQL/PostGIS voor opslag en beheer van meetgegevens en meetreeksen.

Je leert het gereedschap kiezen dat past bij het geodetische probleem in plaats van de analyse vanuit één softwarepakket te benaderen.

Visualiseren van verplaatsing en vervorming

Een goede visualisatie helpt om patronen in deformatiemetingen te herkennen en resultaten begrijpelijk te communiceren.

Je kunt bijvoorbeeld gebruikmaken van:

• verplaatsingsvectoren;
• hoogteverschilkaarten;
• tijdreeksgrafieken;
• profielen en doorsneden;
• verschilkaarten;
• 3D-vergelijkingen;
• kaarten met grenswaarden en signaleringen.

Deformatiemeting binnen de geodetische supply chain

Bij deformatiemeting is herleidbaarheid extra belangrijk omdat conclusies vaak worden gebaseerd op kleine verschillen tussen metingen die maanden of jaren uit elkaar kunnen liggen.

Binnen de geodetische supply chain moet daarom informatie behouden blijven over:

• doel en nauwkeurigheidseisen van de meting;
• nulmeting en alle volgende meettijdstippen;
• meetmethoden en gebruikte instrumenten;
• referentiepunten en hun stabiliteit;
• coördinaten- en hoogtereferentie;
• ruwe waarnemingen;
• vereffening en andere verwerkingsstappen;
• meet- en modelonzekerheden;
• kwaliteitscontroles;
• berekende verplaatsingen en trends;
• eventuele grenswaarden en signaleringen.

Hierdoor blijft ook na langere tijd controleerbaar waarop een conclusie over deformatie is gebaseerd.

Van herhalingsmeting naar betrouwbare deformatieanalyse

In de afsluitende praktijkopdracht werk je een deformatiemeting uit van meetvraag tot onderbouwde conclusie.

• het te onderzoeken deformatiemechanisme beschrijven;
• de gewenste detectiegrens en nauwkeurigheid bepalen;
• een geschikt referentienetwerk ontwerpen;
• een meetmethode kiezen;
• een nulmeting en herhalingsmetingen beoordelen;
• meetgegevens controleren en waar nodig vereffenen;
• metingen uit verschillende tijdstippen vergelijken;
• verplaatsingen en bijbehorende onzekerheden berekenen;
• beoordelen of veranderingen significant zijn;
• een tijdreeks of verplaatsingspatroon analyseren;
• resultaten ruimtelijk en grafisch visualiseren;
• de volledige analyse documenteren binnen de geodetische supply chain.

Na afloop kun je een deformatiemeting vanuit geodetisch perspectief ontwerpen, uitvoeren en beoordelen. Je kunt meetresultaten uit verschillende tijdstippen betrouwbaar vergelijken, meetonzekerheid meenemen in de analyse en bepalen of een gemeten verschil daadwerkelijk op deformatie wijst. Daarbij kun je verschillende geodetische meetmethoden en Geo-ICT-technologie combineren om veranderingen door de tijd controleerbaar te meten, analyseren en visualiseren.