logo NCGeo

The Elements of Deformation Analysis

NCGGeel92

Blending Geodetic Observations and Deformation Hypotheses

Hiddo Velsink

Publications on Geodesy 92
2018, 232 pagina's.

Samenvatting

Het onderwerp van deze studie is deformatieanalyse van het aardoppervlak (of een deel ervan) en van ruimtelijke objecten erop, erboven of eronder. Dergelijke analyses zijn nodig in veel domeinen van de samenleving. Geodetische deformatieanalyse gebruikt verschillende soorten geodetische metingen om uitspraken over veranderingen in geometrische posities te onderbouwen.

De professionele praktijk, bijvoorbeeld in Nederland, past regelmatig methoden toe voor geodetische deformatieanalyse die tekortkomingen hebben, bijvoorbeeld omdat de methoden inferieure analysemodellen of gebrekkige testmethoden toepassen. Deze tekortkomingen bemoeilijken de communicatie over de resultaten van deformatieanalyses met de verschillende betrokken partijen. Om de communicatie te verbeteren, moeten solide analysemodellen en een gemeenschappelijke taal worden gebruikt, waarvoor standaardisatie vereist is.

De operationele eisen voor geodetische deformatieanalyse zijn de reden om in dit onderzoek zeven karakteristieke elementen te formuleren die een solide analysemodel moet bezitten. Zo’n model kan overweg met tijdreeksen van verschillende epochen. Het analyseert alleen grootte en vorm, niet de positie en oriëntatie van het referentiesysteem; en basispunten mogen aan deformatie onderhevig zijn. De geodetische en fysische modellen worden gecombineerd in één vereffeningsmodel. Er wordt gebruik gemaakt van de volledige beschikbare stochastische informatie. Statistische testen en de berekening van
minimaal detecteerbare deformaties zijn onderdeel van het model. Oplossingsmethoden kunnen overweg met rangdefecte matrices (zowel modelmatrix als cofactorenmatrix). Ten slotte is een zoekmethode voor de beste hypothese (het beste model) geïmplementeerd. Omdat een geodetisch deformatieanalysemodel met alle zeven elementen niet bestaat, ontwikkelt deze studie een dergelijk model.

Voor effectieve standaardisatie hebben geodetische deformatieanalysemodellen nodig: praktische key performance indicators; een duidelijke procedure voor het gebruik van het model; en de mogelijkheid om de geschatte deformaties grafisch te visualiseren.

Deze studie laat zien dat key performance indicators kunnen worden afgeleid uit de methode voor hypotheseformulering en het testen daarvan, en van de criteria voor verwerping. Ze kunnen ook voortkomen uit de beschrijving van de testkwaliteit door middel van minimaal detecteerbare deformaties. Een duidelijke procedure is mogelijk als een eenduidige manier wordt geboden om de waarnemingsruis, het deformatiesignaal met een gemiddelde van nul en de deformatietrend van elkaar te onderscheiden. De grafische visualisatie, ten slotte, vraagt om duidelijk gedefinieerde grootheden die alleen gevoelig zijn voor de deformaties van het object in kwestie en niet voor veranderingen in bijvoorbeeld het referentiesysteem.

In deze studie stel ik een geodetisch deformatieanalysemodel voor, dat is opgebouwd rond een kleinste-kwadratenvereffeningsmodel. Twee vereffeningsmodellen worden ontwikkeld in deze studie: het ene model gebruikt geodetische metingen in de waarnemingsvector. In het andere model bevat deze vector eerder berekende coördinaten, die volgen uit afzonderlijke vereffeningen per epoche. De parametervector bevat, voor beide modellen, de uiteindelijke coördinaten. Beide modellen leveren dezelfde vereffeningsresultaten op. Welke keuze men moet maken, hangt af van de professionele context waarin het model wordt gebruikt.

Het ontwikkelde geodetische deformatieanalysemodel blijkt effectief te zijn in verschillende gebruikssituaties. Deze gebruikssituaties zijn geodetische netwerken in 1D, 2D en 3D die in verschillende epochen zijn gemeten en die worden geanalyseerd met een van de twee hierboven genoemde vereffeningsmodellen.

Bovendien bezit het voorgestelde analysemodel niet alleen de zeven noodzakelijke elementen die eerder zijn genoemd, maar heeft het ook enkele aanvullende voordelige eigenschappen. Ten eerste is het mogelijk om de S-basis van het geodetische netwerk, dat wordt gebruikt voor deformatieanalyse, te definiëren met punten die aan deformatie onderhevig zijn. Ten tweede is er geen noodzaak voor een afzonderlijke analyse van referentie- en objectpunten; ze worden tegelijk geanalyseerd. Ten derde zijn deformatieschattingen van bewegende punten relatief ten opzichte van alle andere punten van hetzelfde netwerk (al dan niet bewegend), niet ten opzichte van een S-basis. Deze schattingen zijn invariant voor een verandering van S-basis, dat wil zeggen voor een S-transformatie. Ten slotte kunnen fouten in geodetische metingen en deformatiehypothesen gelijktijdig worden getest.

De beschikbaarheid van key performance indicators, gebaseerd op het analysemodel en de karakteristieke elementen zoals beschreven in deze studie, en de definitie van een statistisch significante deformatie, die in deze studie is beschreven, maken een gestandaardiseerde procedure voor geodetische deformatieanalyse mogelijk. Er is aldus een hulpmiddel beschikbaar voor het verbeteren van communicatie over geodetische deformatieanalyse.

Ga naar boven
JSN Boot template designed by JoomlaShine.com