Interdisziplinäres Konzept zur photogrammetrischen Erfassung, Georeferenzierung und Visualisierung untertägiger Hohlräume und Infrastrukturen

Gurgel, Malte Jan Michael; Fischer-Appelt, Klaus; Winkelmann, Adolf; Preuße, Axel

doi:HT030779673

Interdisziplinäres Konzept zur photogrammetrischen Erfassung, Georeferenzierung und Visualisierung untertägiger Hohlräume und Infrastrukturen = Interdisciplinary concept for photogrammetric acquisition, georeferencing and visualization of underground cavities and infrastructures

Gurgel, Malte Jan Michael^RWTH*

2024

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Malte Jan Michael Gurgel, M.Sc. RWTH

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Preuße, Axel (Thesis advisor)^RWTH* ; Fischer-Appelt, Klaus (Thesis advisor)^RWTH* ; Winkelmann, Adolf (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-06-19

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-06133
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/988269/files/988269.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Georeferenzierung (frei) ; Hohlraumerfassung (frei) ; Hohlraumplanung (frei) ; Markscheidewesen (frei) ; Photogrammetrie (frei) ; georeferencing (frei) ; mine surveying (frei) ; photogrammetry (frei) ; structure from motion (frei) ; subsurface spatial planning (frei) ; underground registration (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Nutzung des untertägigen Raums spielt eine zentrale Rolle für zukünftige Transformationsprozesse in der Rohstoff- und Energiewirtschaft. Dabei muss die Nachsorge früherer Aktivitäten aus dem Altbergbau mit laufenden Gewinnungstätigkeiten und der vorausschauenden Planung kommender Nutzungen in Einklang gebracht werden. Die genaue Kenntnis der untertägigen Hohlraumsituation ist eine Grundvoraussetzung für die erfolgreiche und zielgerichtete Planung zukünftiger Nutzungsformen. Dazu zählen u. a. die Auffahrung und der Betrieb von untertägigen Pumpspeicherkraftwerken sowie die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle an einem noch zu findenden Standort. Für die Bewältigung dieser komplexen Aufgaben spielt der Einsatz flächenhafter Erfassungsverfahren eine zentrale Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit soll hierfür der Einsatz photogrammetrischer Methoden unter den herausfordernden, praxisnahen Einsatzbedingungen untersucht werden. Anders als bei konventionellen Verfahren der markscheiderisch-geotechnischen Vermessung, erfolgt bei dieser bildgestützten Vermessung eine ganzheitliche Hohlraumaufnahme durch hochauflösende Messbilder. Im Zentrum steht die Entwicklung eines Konzeptes zur interdisziplinären Hohlraumerfassung mithilfe des Verfahrens Structure from Motion (SFM). SFM basiert auf der automatisierten Detektion und Verknüpfung gleicher Merkmale in einem unstrukturierten Bildverband. Es ermöglicht damit die Nutzung handelsüblicher Kameras und sogar den Einsatz mobiler Aufnahmesysteme wie Smartphones. Die Untersuchung wesentlicher Einflussgrößen auf die photogrammetrische Auswertung und auf die zu erzeugenden Produkte wie Punktwolken und 3D-Modelle bildet die Grundlage für die Entwicklung von Optimierungsansätzen als Teil einer ganzheitlichen Erfassungsmethodik. Diese wird im Zuge dreier Case Studies in einem simulierten Bergwerk im Bergbaugebäude der RWTH Aachen, in dem ehemaligen Bleierzbergwerk Grube Wohlfahrt und im Endlagerbergwerk Schacht Konrad quantitativ und qualitativ evaluiert. Gemeinsam mit den vielversprechenden Ergebnissen der vermessungstechnischen Auswertung liefert diese Arbeit ein Konzept für eine optimierte, integrierte Hohlraumerfassung in Form eines Ablaufdiagramms. Abschließend wird die Anwendung angesichts künftiger, interdisziplinärer Fragestellungen diskutiert.

The utilization of underground space will be a key factor in future transformation processes within the raw materials and energy industry. The post-mining remediation of former activities must be reconciled with ongoing mining operations and the forward-looking planning of future uses. A precise understanding of the status of underground cavities is a fundamental prerequisite for the successful and targeted planning of future forms of use. These include the preparation and operation of underground pumped storage power plants and the final disposal of highly radioactive waste at a site yet to be found. The use of three-dimensional acquisition methods is a central aspect of addressing these complex tasks. The objective of this study is to investigate the use of photogrammetric methods under challenging, practical conditions. In contrast to conventional geotechnical surveying methods, this image-based surveying method employs high-resolution measurement images to record the entire cavity. This study aims to develop an interdisciplinary approach to cavity registration using the structure from motion (SFM) technique. The SFM method is based on the automated extraction and matching of identical features in an unstructured image set. It therefore enables the use of commercially available cameras and even the use of mobile capture systems such as smartphones. The investigation of key parameters influencing the photogrammetric evaluation and the products to be generated, such as point clouds and 3D models, forms the basis for the development of optimization approaches as part of a holistic acquisition methodology. This will be evaluated quantitatively and qualitatively in the course of three case studies in a simulated mine in the mining building of RWTH Aachen University, in the former lead ore mine Grube Wohlfahrt and in the Konrad repository mine site. Together with the promising results of the surveying evaluation, this thesis concludes with a proposal for an optimized, integrated cavity registration in the form of a flow chart. Finally, its application in view of future interdisciplinary challenges is discussed.

OpenAccess:
PDF
(additional files)