TU München


L. P.
Diese Lernkarten behandeln fortgeschrittene Themen der Sensorik und Methodik im universitären Kontext, mit Fokus auf Parameter, Interpolation und Systeme. Sie decken Eigenschaften wie Deformationsmatrizen, Affintransformationen und Messmethoden ab, einschließlich der Bestimmung von Zielachsenfehlern und der Anwendung von Splines. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende und Fachleute in der Geodäsie und Technik, die sich mit präzisen Messungen, atmosphärischen Einflüssen und der Analyse von Flächen und Kurven befassen.
Cartes-fiches
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Allemand
Catégorie
Technique
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
09.03.2016 / 09.03.2016

Cartes-fiches

Wozu wird die projektive Transformation angewendet und was sind ihre Eigenschaften?

Entzerrung von Photografien ebener Objekte

 

-weder Parallelen noch Teilstreckentreu

-Zentralprojektion

-8 Parameter nötig (-> 4 identische Punkte zur Berechnung)

Welche Arten von Achsfehlern gibt es? Erläutern Sie.

  • instrumenteller Stehachsfehler (vertikalachse des Messteils steht nicht senkrecht auf Limbus)
  • operativer Stehachsfehler (Aufstellungsfehler, Stehachse ist nicht lotrecht wegen dejustierter Libelle oder mangelnder Horizontierung)
  • Kippachsfehler (Kippachse nicht senkrecht auf Stehachse)
  • Zielachsfehler (Zielachse nicht senkrecht auf Kippachse)
  • instrumentelle Exzentrizität der Allhidade (Vertikalachse des Geräts läuft nicht durch Mittelpunkt des Horizontalkreises)
  • instrumentelle Exzentrizität des Kardans (Vertikalachse, Kippachse und Zielachse schneiden sich nicht in einem Punkt)
  • operative Exzentrizität (Zentrierfehler) (bewirkt Verdrehung/Verschiebung der Zielachse)
  • Fadenkreuzfehler (Horizontalfaden des Fadenkreuzes ist nicht parallel zur Kippachse

Nennen sie die 4 Eigenschaften einer Affintransformation!

  • linearer Zusammenhang zwischen den Koordinaten
  • Geraden werden auf Geraden abgebildet
  • Parallelen bleiben parallel
  • Abschnitte auf Geraden bleiben teilverhältnistreu

Wann kommt es zum Sonderfall einer 5-Parameter-Transformation?

zusätzlich zum Quellsystem ist auch das Zielsystem rechtwinklig:

 

x'=a0+a1x+a2y

y'=b0+b1x+b2y

->b2=a1a2/b1

 

-> einer der 4 Parameter lässt sich durch die anderen ausdrücken

 

Welche Arten von Interpolationspolynomen gibt es und welche Eigenschaften haben sie?

  • Tschebyscheff-Polynome: Minimierung der Maximalabstände zwischen Stützstellen und Polynom
  • Spline-Funktionen: Minimale Ausschwingungen an den Stützstellen
  • Orthogonalpolynom: bestehende Koeffizienten ändern sich nicht, wenn Interpolationspolynom um 1 Grad erhöht wird
  • trigonometrische Interpolation: anzuwenden bei periodischen Funktionen, z.B. Fourrier-Riehen (hier versagen Polynomansätze)

Welche Forderungen müssen erfüllt sein, um Refratkionseinflüsse zu mindern?

  • relativ gleichartiges Geländeprofil
  • gleichzeitige Zenitwinkelmessung
  • keine gleichzeitige Messung möglich? -> Messreihenfolge symmetrisch zb z1-z2-z2-z1
  • Stativ so hoch wie möglich aufbauen

Wofür werden Schlauchwaagen verwendet?

  • Seeübergangsmessungen
  • versch. Überwachungsaufgaben (zB Staumauern, Kraftwerk,...)                                    -> vertikale Bewegungen einzelner Bauwerksteile

Welche Einflüsse beeinträchtigen die messung beim hydrostatischen Nivellement?

  • Temperatur(Dichte!) Forderungen: Raumausdehnungskoeffizient gering(zb Wasser), zwei Flüssigkeiten, kleines h, gute Temperaturerfassung bzw schnelle Ablesung & Wechsel
  • Druck genaue Messung erforderllich
  • Schwerkraft um-Bereich max, falls erforderlich Messung dG mit Gravimeter
  • Schwingungen der Flüssigkeitssäule
  • Kapillarität Flüssigkeit steigt am Rand des Gefäßes hoch (dagegen: Röhre benetzen, großer Durchmesser)
  • Luftblasen im Verbindungsschlauch (grobe Fehler! -> vorsichtig füllen, Hähne für Transport schließen)
  • Instrumentenkonstanten (unterschieldiche Radien, Nullpunktsfehler -> Zweilagenmessung)

Wie wird bei der 3D-Koordinatentransformation nach Schnädelbach vorgegangen?

  • Rotation (Drehung des Ausgangssystems so, dass Achsen parallel zu System S')
  • Maßstabsänderung (zB unterschiedliche Dimensionen, nicht ganz identische metrische Systeme, in der Geodäsie meist nahe 1)
  • Translation(des Ursprungs 0 parallel zu Achsen, sodass er mit 0' des Zielsystems zusammen fällt)

 

Wie ist die Kennstelle 1 bei der Klothoide gekennzeichnet?

Was ist A?

R = A = l

R=Radius

A= Klothoidenparameter

l = Bogenlänge

A2= r*l

(Kennstelle: runde Werte für r/A bzw A/l)

Welche Genauigkeit erreicht ein modernes EDM-Gerät zB in der Industrievermessung?

~0,5mm

Kern Mikrometer bis 0,2mm

(-> reines EDM-Gerät)
 

Warum ist es sinnlos, ein Bautachymeter mit einem hochpräzisen EDM auszustatten?

Es entsteht eine verzerrte Fehlerellipse

-> nicht wünschenswert

-> Winkel-/Streckenmessung muss gleichen Fehlerbereich haben

DIe Auflösung nach 8 Parameter bei der 2D-Affintransformation ist nicht ohne weiteres möglich. wie kann das Problem gelöst werden? 

  • Reduktion auf 6 Parameter
  • Zielsystem als rechtwinklig annehmen
  • Zielsystem hat gleichen Maßstab auf beiden Achsen

-> mxx'=myx'=mx

    myx'=myy'=my

-> Karthesisches Zielsystem gefordert, wie in Geodäsie üblich

Welche Arten von Klothoiden werden verwendet?

Übergangsbogen

Eilinie

Wendelinie

Korbklothoide

Scheitelklothoide

Wann geht man bei einer 3D-Ähnlichkeitstransformation von 7 auf 12 Parameter über?

Wenn nur unzureichende Näherungskoordinaten bekannt sind -> Gleihungssystem kann divergieren

-> übergang auf 12 Parameter

! dann sind 12 Koordinaten zur Bestimmung nötig

Welche Eigenschaften haben NURBS-Flächen?

  • Fläche verläuft durch Eckpunkte des Kontrollnetzes
  • Projektive Invarianz -> transformierte Fläche ist identisch zur Fläche aus transformierten Kontrollpunkten
  • strenge konvexe Hülle
  • lokaler Einfluss -> wird Punkt verschoben, so ändern sich nur Punkte in der Umgebung
  • stetig differenzierbar

Wo liegt der Vorteil von Schwerpunktskoordinaten?

 

  • numerisch stabiler
  • Designmatrix wird Diagonalmatrix -> vereinfachte Ausgleichung

Wie ist die Vorgehensweise bei der maschenweisen Affintransfomation?

 

  • bekannte Punkte in geeignetem Maßstab koordinieren, evtl. gleich Zuschläge anschreiben, zu transformierende Punkte Pi koordinieren
  • Bekannte Punkte als Dreieck vermaschen (möglichst als gleichseitige Dreiecke, sonst Verzerrungen)
  • Zwischenwerte entlang der Dreiecksseiten interpolieren, Punkte gleichen Zuschlags werden durch Linien (gleicher Verbesserung) verbunden
  • Verfahren getrennt für dx und dy anwenden
  • Zuschläge für Pi direkt ablesbar/interpolierbar

Mit welchen Verfahren kann eine Schlauchwaage abgelesen werden? 

  • Direktes Ablesen (An Skala am Steigrohr)
  • Überlaufsystem (1 Zylinder wird nachgefüllt bis anderer überläuft)
  • Einstellen mit Tastspitze (Berührung mit Oberfläche -> Oberflächenspannung gelöst -> Flüssigkeit springt an Spitze hoch)
  • Schwimmkörper(Messung zB mit Ultraschall)
  • Messung des Wasserdrucks ( System hermetisch abgeschlossen -> Druckdifferenz als Maß)
  • Berührungsloses Anmessen der Oberfläche (zb Interferometer/ kapazitiv)

Wann ist Ähnlichkeitstransformation zu verwenden und wann Affintransformation?

Ähnlichkeitstransformation:

  • Restklaffungen zufällig verteilt
  • relativ gut bestimmtes Objekt soll in übergeordnetes System intergriert werden (zB rechte Winkel nicht verzerrt)
  • entspricht Starrkörperbewegung (zB Rutschen)

Affintransformation:

  • Restklaffungen weisen Systematik auf
  • größere Inhomogenitäten/Systematiken zwischen Quell- und Zielsystem
  • beschreibt innere Verformung (Stress&Strain) zB einseitiges Absacken

Welche Eigenschaften haben Bezier-Splines?

 

  • lokale Unterstützung: Nip(t) = 0 wenn t kein Element von [ti,ti+p+1] -> nur diese Knoten haben Einflus auf i-tes Kurvenstück
  • Differenzierbarkeit: Alle Ableitungen von Nip(t) existieren in der zugehörigen Knotenspanne [ti,ti+1[
  • Maximum: ausser bei p=0 hat Nip(t) immer genau 1 Maximum

Welche EIgenschaften haben Bezierkurven?

  • Verhalten in Endpunkten: 1. und letztes Segment des Kontrollpolynoms ist jeweils Tangente im Anfangs- und Endpunkt
  • Konvexe-Hülle Eigenschaft: Kurve liegt in konvexer Hülle der Bezierpunkte, also auch in konvexer Hülle des Bezierpolynoms
  • Einfluss der Kontrollpunkte: Pi hat größten Einfluss an der Stelle t=i/n
  • Variationsmindernde Eigenschaft: keine Gerade/Ebene schneidet Bezierkurve öfter als das entsprechende Kontrollpolynom
  • Symmetrie: egal von welcher Richtung durchlaufen - Kurve stimmt überein
  • Affine Invarianz: kann durch wiederholte Interpolation erzeugt werden (CASTELJAU)
  • Linearität: Bezierkurve ist eine Gerade, wenn alle Punkte auf einer Gerade liegen

Welche Eigenschaften haben Tensorprodukt-Bezierkurven?

  • konvexe-Hülle-Eigenschaften
  • Verhalten in Eckpunkten
  • Planarität (genau dann, wenn Kontrollnetz eben)
  • Verhalten in Randkurven (Randpunkte des Kontrollnetzes sind Kontrollpunkte der Randkurve)
  • Affine Invarianz (durch wiederholte bilineare Interpolation erzeugbar)
  • Variationsminernde Eigenschaft (gilt nicht für Flächen)

Welche Fehlereinflüsse gibt es beim Präzisionsnivellement?

  • Kompensator
  • Umgebungstemperatur (Gerät & Latte)
  • Refraktion (mitteln)
  • Beleuchtung
  • Messung an den Lattenenden
  • Verdecktes Lattenbild
  • Ungünstige Code-Interpolation(ungünstige Messabstände)
  • Lattenmaßstab (Kalibirierung)
  • Nullpunktsfehler(Latte)
  • Lattenneigung während Messung
  • Justierung der Lattenlibellen
  • Erdkrümmung
  • gewähltes Messverfahren

Welche Fehler können bei analogen Libellennivelieren auftreten?

  • Kompensationsrestfehler (durch schräge Lage des Messhorizonts)  -> Eliminierung durch Rote-Hose-Verfahren
  • Kompensatoreinspielfehler (durch zufällige Reibungen/Spannungen)  -> Eliminierung mittels statistischer Methoden
  • Hysterese  (Restreibungen wirken systematisch) -> einspielen der Libelle von oben/unten)

Wie können Nivelliere im Feld überprüft werden und welche Genauigkeiten werden gewöhnlich beim Präzisionsnivellement gefordert?

  • Förstner-Methode
  • Näbauer-Methode
  • Kukkamäki-Methode

analog: 0,4mm

digital: 0,2mm Höhendifferenz

 

Strecke: 3-50 mm

Welche bedeutung haben die Cn-Stetigkeiten einer Verlaufsfunktion der Gleisüberhöhung?

1. Ableitung: Winkelgeschwindigkeit (um Längsachse)

C1-stetig: keine Knicke im Überhöhungsverlauf

2. Ableitung: Rollwinkelbeschleunigung (um Längsachse)

C2-Stetig: Rollwinkelbeschleunigung ohne Sprünge

3. Ableitung: Änderung der Rollwinkelbeschleunigung ( -> Ruck im Schwerpunkt)

C3-Stetig: Stetiger Verlauf der Winkelrucks ohne Sprünge 

4. Ableitung: Bettungskraftverteilung der Schiene ist stetig (Bernouille-Biegeltheorie)

Was sind die drei Grundsätze bei der Trassierung mit Wiener Bögen?

  • Schwerpunktstrassierung in Form eines Fiktiven Gleisstreifens
  • Strenge direkte Proportionalität von Überhöhungen mit Krümmungsverlauf
  • Verlaufsfunktion der Überhöhung und Krümmung erfüllt mindestens C3-Stetigkeitund vierfache Differenzierbarkeit

Wie geht man bei der Drehstreckung nach Rinner vor?

Wo liegen Vor- und Nachteile?

  • Translation (P0 nach P0L)
  • Maßstab (aus Verhältnis der Differenzvektoren der beiden VPP)
  • Rotation (2 Drehungen: P1'' nach P1L, um Achse parallel zu x1Lx0L)

+ :keine Näherungswerte nötig -> lineare Rechnung

- :aufwendig, wenig anschaulich

Nennen sie zwei Beispiele für 1D-Interpolation von zwei unabhängigen Variablen.

  • Digitale Höhenmodell
  • Nomogramm: Instrumentendaten in Abhängigkeit von zwei Einflussarametern (zB Multiplikationskonstante in Abhängigkeit von Temperatur und Druck

Warum Werden Gordon-Coons-Flächen verwendet?

Randkurve ist fest gegeben, nicht nur Eckpunkte

-> nützlich zB in Autoindustrie wenn Karosserie schließen muss

Wann wird Präzisionsnivellement verwendet?

  • Anlage/Fortführung des nationalen HFP-Feldes höchster Genauigkeit (Höhennetz 1. Ordnung)
  • Höhenübertragung in Projekten des Ingenieursbaus (Brücken, Tunnel, Staudamm) und deren Grundlagennetze
  • Deformationsmessungen zur Überwachung von Bauwerks- und Bodenbewegungen
  • Messungen zum Nachweis relevanter Krustenbewegungen (zB Skandinavien) oder regionaler Meeresspiegeländerungen (zusammen mit Pegelmessungen)

Wie kann der Zielachsfehler bestimmt werden?

 

  • Punkt in ~100m anzielen
  • Tachymeter um 200gon drehen
  • durchschlagen
  • man sieht nun um den doppelten Zielachsfehler am Punkt vorbei

Woraus bestehen analoge Libellennivelliere?

  • lichtstarke Objektive
  • panfokale Optik (Vergrößerung in Abhängigkeit von Zielweite)
  • Röhrenlibellen
  • Kippschraube (zum präziseren Einspielen der Libelle)
  • Panplatte/Drehkeil mit gekoppeltem Mikrometer  -> Ausmessung Abstand Horizontalfaden - letztes Teilungsintervall der Latte (Ablesung auf 0,1mm, Schätzung auf 0,01mm)

Wie geht man beim trigonometrischen Nivellement vor und welche Eigenschaften ergeben sich?

  • Messen von kurzen Strecken (200-300m) um Refraktionseinflüsse zu minimieren
  • Alternative zum zeitaufwändigengeometrischen Nivellement
  • auch Sprungstandmethode wird verwendet (Stand- und Zielpunkt abwechselnd) ->aber: Refraktion wird hier spürbar!
  • ohne Sprungstandmethode: pro ∆h zwei quasi-gleichzeitig gemessene Zenitdistanzen -> Einfluss der Refraktion eliminiert

Wie setzt sich die automatische Zielerkennung zusammen?

  • Grobsuche: spiralförmige Abtastung
  • Feinsuche: Infrarotstrahl ins Prisma -> über CCD-Kamera erfasst und Schwerpunkt berechnet -> Prismenmitte

Welche Zielmarkierungen können unterschieden werden? 

  • kooperative und nichtkooperative
  • neue Syteme: Zielmarkierung nicht mehr nötig    ->Objekt direkt anzielen        ->genügend Textur: Zielpunkt muss nicht vorhanden sein (zB Bohrloch)
  • Durch Bildanalysealgorithmen können bekannte Zielungen automatisch ohne Lernphase erfasst werde
  • Erweiterung der reinen Punktinfo in Linie- oder Flächeninfo

Wie kann der Kippachsfehler bestimmt werden?

möglichst hoch gelegener Punkt wird in 2 Lagen Angezielt, Ablesung am Horizontalkreis

-> Differenz der Ablesungen-200gon=2*Kippachsfehler

Wie entsteht der ATR-Fehler?

optische Zielachse ist nicht identisch mit ATR-Zielachse

-> bei manueller Zielung auf Prismenmitte Streckenmessung auf anderen Punkt

-> bei automatischer Zielung wird nicht Prismenmitte verwendet

 

=> Fehler in Absolutwerten der jeweiligen Winkelmessung

Nenne 5 lokale Verfahren zur Kreisbogenabsteckung, die früher verwendet wurden.

  • rechtwinklige Absteckung von Tangente aus
  • rechtwinklige Absteckung von Sekante aus 
  • Polare Absteckung von Bogenanfangspunkt aus
  • Absteckung mittels Sekanten-/Tangentenpolynom
  • fortgesetzte Absteckung von der Sekante aus

Étudier