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Photogrammetrische Messmethoden

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Die Bundesanstalt für Wasserbau in Karlsruhe forscht in ihren Laboratorien mit großen, physikalischen Modellen. Sie wendet hierbei optische Messverfahren an, um qualitativ und quantitativ hochwertige Daten zu gewinnen. Hohe Genauigkeit ist dabei gefordert. Im Modell Obernau bei Aschaffenburg wird das Strömungsverhalten des Mains bei BAW konstruierte Maschine unterschiedlich hohen Wasserständen gibt in programmierbaren untersucht. Eine eigens in der Abständen und aus einstellbaren
Gebern weiße Polypropylen-Scheiben ab. Diese sogenannten Tracer
folgen der Strömung an der Oberfläche sehr genau. Die Strömung
nimmt sie mit, und sie lassen sich optisch gut verfolgen. Eine fest installierte Kamera nimmt ihren Weg auf und lässt
nach der Computerauswertung Rückschlüsse auf das Strömungsverhalten zu. Es handelt sich um eine 2-dimensionale Partikel-Trecking-Velocimetrie Messung, kurz PTV. Dabei erfasst eine Kamera die Oberflächengeschwindigkeit. Die 4 umrahmten, hellen Markierungen sind die räumlich exakt eingemessenen Referenzpunkte. Bei einem 1-Kamera-Messsystem müssen alle Punkte in einer Ebene liegen, also auf der Wasseroberfläche schwimmen.
In diesem nur halben Modell der Elbe bei Schönberg mit fester Sohle wird die Strömung in den Buhnenfeldern gemessen. Zur Orientierung und Zuordnung dienen wieder Referenzpunkte. Jeder
Punkt ist anders. Er verfügt
über einen zirkularen Barcode. Bei dem hier verwendeten 3-Kamera-System müssen die Punkte nicht in der Messebene liegen. Tracer machen das Strömungsverhalten in einem Buhnenfeld zeitgerafft sichtbar. Die Buhnen haben hier Einkerbungen, die
in bestimmten Flussabschnitten das Strömungsverhalten gezielt verändern können. 3 Kameras erfassen hier die Teilchen. Dadurch ermittelt man die räumliche Lage des Wasserspiegels
und der Partikel sowie ihre Geschwindigkeit in der Strömung zur gleichen Zeit. Das Strömungsverhalten im Buhnenfeld lässt sich unterschiedlich visualisieren: Hier die Darstellung der Geschwindigkeiten und hier die unterschiedlichen Höhen des Wasserspiegels. Diese Messbrücke über einem Modell der Oder bei Hohenwutzen kann jeden beliebigen Punkt im Modell anfahren. Vor
dem Einsatz im Flussmodell muss eine räumliche Kalibrierung des 3 dimensionalen Messsystems
durchgeführt werden. Die Referenzpunkte befinden sich daher in unterschiedlichen Höhen. Die Anordnung der drei,
auf einem starren Rahmen sitzenden Kameras zueinander wird
vermessen. Sie muss während
des gesamten Messvorganges konstant sein. Auch bestimmt man vor jeder Messung exakt die
Eigenschaften und die Orientierung aller am System beteiligten Komponenten, wie Sensoren und Objektive. Nach der Kalibrierung kommt die Messung. Die drei unterschiedlich angeordneten Kameras
nehmen die Oberfläche aus verschiedenen Blickwinkeln auf. Referenzpunkte helfen, die
gemessenen Daten zuzuordnen. Ein Projektor wirft eine Textur auf
die Oberfläche des Modells. Triangulationsverfahren ermitteln die räumliche Lage jedes
Rasterpunktes. Mit einer erweiterten Variante dieses Systems erfasst man gleichzeitig auch die mittlere Höhe des Wasserspiegels im Messfeld. Die Strahlengänge der Videokameras werden
berechnet. Dann kann die sich verändernde Flusssohle unter Wasser
während des Versuchs vermessen werden. Dieses dreidimensionale Geländemodell besteht insgesamt aus 4000 Einzelbildern, aufgenommen über einen Zeitraum von 11 Stunden, alle 10 Sekunden ein Bild. Die unterschiedlichen Farben stellen die Höhen der Flusssohle dar. Rot zeigt hohe und grün tiefe Bereiche. Dieses numerische Modell simuliert die Fahrt eines Bergfahrers.
Es basiert auf den Ergebnisdaten des physikalischen Modells. Das Schiff sucht sich den günstigsten Kurs, um Untiefen zu umfahren. Mehrere Varianten werden untersucht. Das auch von der BAW entwickelte fahrdynamische Simulationsverfahren verwendet dazu die physikalischen Eigenschaften des Schiffes.
Optische Messung
Wasserbau
Maschine
Modell <Gießerei>
Strömung
Sensor
Kamera
Strömung
Schuhsohle
Buhne
Computeranimation
Strömung
Geschwindigkeit
Kalibrieren <Fertigungstechnik>
Messbrücke
Computeranimation
Messung
Vermessung
Kalibrieren <Fertigungstechnik>
Messung
Objektiv
Sensor
Modell <Gießerei>
Projektionsapparat
Textur
Computeranimation
Schiff
Modell <Gießerei>
Computeranimation
Physikalische Eigenschaft
Gerät
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Photogrammetrische Messmethoden
Alternativer Titel Photogrammetric Measuring Methods
Autor Schledding, Thomas
Mitwirkende Bernd Hentschel (wissenschaftliche Betreuung)
Thorsten Hüsener (wissenschaftliche Betreuung)
Kuno Lechner (Kamera)
Uwe Fanelli (Kamera)
Thomas Gerstenberg (Ton)
Andreas Grimm (Ton)
Abbas Yousefpour (Schnitt)
Lizenz CC-Namensnennung 4.0 International:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/14870
IWF-Signatur C 13225
Herausgeber Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)
Erscheinungsjahr 2010
Sprache Deutsch
Produzent IWF (Göttingen)
Produktionsjahr 2008

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Video-Clip ; F, 5 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Optische Messverfahren in den physikalischen Modellen der BAW bringen qualitativ und quantitativ hochwertige Daten. Mit dem 2-D-Partikel-Trecking-Velocimetrie Verfahren wird die Oberflächengeschwindigkeit mit einer Kamera erfasst. 3 Kameras erfassen bei 3-D-Partikel-Tracking-Velocimetrie die Wasserspiegellagen und die Oberflächengeschwindigkeit im Modell dreidimensional. Drei Kameras nehmen auch photogrammetrisch durch das Wasser hindurch die Geometrie und Veränderung der Flusssohle während des Versuchs auf. Die Daten fließen in numerische Modelle ein, mit denen auch weitergehende fahrdynamische Analysen durchgeführt werden..
Optical measuring methods applied the physical models of the BAW yield high quality and high quantity data. Using 2D particle tracking velocimetry, one camera records the velocity of the water surface. Using the 3D particle tracking velocimetry, three cameras are recording in three dimensions the water level and the surface velocity in the model at the same time. Three cameras also measure photogrammetrically the geometry and the changes of the river bed through the water during the ongoing experiment. Data are used in numerical models with which further dynamic analysis is performed.
Schlagwörter Modell, fahrdynamisches
Modell, physikalisches
Buhnenfeld,
Buhne
Oberflächengeschwindigkeit
Strömungsverhalten
3-Kamera-System
1-Kamera-Messsystem
PTV
Partikel-Tracking-Velocimetrie
Wasserbau
hydraulic engineering
particle tracking velocimetry
PTV
1 camera system
3 cameras system
flow rating
water surface velocity
groyne
groyne field
physical model
numerical model
dynamic of ship movement

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