Kurzfassung
Im Rahmen eines neuen Bauverfahrens einer Wildbrücke für die Koralmbahn des ÖBB – Bauabschnitts Aich - Mittlern ist der Forschungsbereich Ingenieurgeodäsie an der TU Wien mit der baubegleitenden geometrischen Erfassung und Auswertung des Objekts betraut worden. Dabei lautet die gestellte Hauptanforderung: Entwicklung eines redundanten und autarken Monitoringsystems, das flächenhafte Veränderungen der Geometrie während der einzelnen Bauphasen detektiert und ein geometrisches Ist-Modell auf Basis einer Freiformflächen für strukturmechanische Berechnungen zur Verfügung stellt.

Abstract
During the construction process of a deer pass at the ÖBB Koralmbahn – construction stage Aich - Mittlern, over a new two-lane railway track, the research group engineering geodesy of the TU Wien provides the geometric monitoring. The main task was to develop a redundant and independent monitoring system to detect surface-based deviations between the different construction processes and to produce a geometric model based on freeform surfaces for the structural analysis.

Kurzfassung
Die Deformationsanalyse ist eines der klassischen Aufgabenfelder der Ingenieurgeodäsie. Mit der Entwicklung des Laserscanners haben sich neben der Datenerfassung auch die entsprechenden Auswertestrategien verändert: Anstelle von punktbasierten Ansätzen rücken flächenhafte Methoden immer mehr in den Fokus. Das Ziel des in diesem Paper vorgestellten Projektes ist die Entwicklung einer raumzeitlichen Kollokation, deren deterministischer Trend mit Hilfe von B-Spline-Flächen modelliert wird. Die Schätzung solcher Freiformflächen erfordert eine Parametrisierung der Beobachtungen. Aus diesem Grund wird mit dem sogenten Coons Patch eine Basisfläche definiert, auf die die erfasste Punktwolke projiziert wird. Für Punktwolken mit unregelmäßigen Punktdichten wird das Ausgleichungsergebnis durch das Einführen von Randbedingungen stabilisiert.

Abstract
Deformation analysis is one of the classical tasks in engineering geodesy. The development of the laser scanner has changed the respective data acquisition as well as the data analysis: Instead of point based approaches, areal ones move into focus. In this paper a project is presented which aims to develop a spatiotemporal continuous collocation. In order to model the deterministic trend, B-spline surfaces are used. The parameterization required for the estimation of such freeform surfaces is realized by projecting the acquired point cloud onto a based surface called Coons patch. In order to handle irregular point densities, boundary constraints are introduced.

Kurzfassung
Freiformkurven können zur Approximation von Punktwolken von terrestrischen Laserscannern genutzt werden. Im Speziellen werden in dieser Untersuchung B-Spline Kurven eingesetzt, die je nach Parameterwahl lokale Gegebenheiten in einer globalen Approximation darstellen können. Typischerweise werden bei einer Approximation von B-Splines die Kontrollpunkte in einem linearen Modell geschätzt. Die Knoten sind ein weiterer Parametersatz mithilfe derer die Basisfunktionen erstellt werden. Die gemeinsame Schätzung der Knoten mit den Kontrollpunkten ergibt ein hochgradig nichtlineares Gleichungssystem. Die volle Flexibilität zur lokalen Anpassung wird erst durch die Schätzung beider Parametergruppen erreicht. Zur Stützung des nichtlinearen Gleichungssystems werden Bedingungsgleichungen und verbesserte Näherungswerte eingeführt. Diese Näherungswerte für die Knoten werden mit einer neuen Methode ermittelt. Diese basiert auf den Residuen der linearen Schätzung der Kontrollpunkte, die in Teilbereichen, sogenter Spans, analysiert werden. Begonnen wird die Approximation mit der Minimalkonfiguration, den Bézier-Kurven, innerhalb derer die Knoten festgelegt sind. Die im neuen Ansatz erzielte Verbesserung wird durch den Vergleich der Ergebnisse aus der Schätzung der Knoten und der Kontrollpunkte demonstriert.

Abstract
Freeform curves with their possibility to approximate shapes from terrestrial laser scanner point clouds are investigated in this study. We focus on B-spline curves which are able to capture the local behavior of the measured profile. Typically, the only parameter set, treated as unknowns are the control points of the B-Spline. Their location is determined by least squares adjustment. The second parameter set are the knots, usually placed at stable locations and they are part of the basis functions. The approach with fixed number of knots placed at stable locations leads to a linear system. However, it intuitively restricts the B-Spline curve in its flexibility. Hence the residuals of the approximation may still contain systematic effects. Estimating the control points and the locations of the knots at the same time succeeds in full flexibility of B-Splines and optimizes the approximation. The system of equations accrued in this second case is highly non-linear. Adequate initial values are necessary to solve this system. Furthermore, introducing constraints can enhance the convergent behavior. This paper introduces a new method that allows the estimation of the number of knots as well as their location. The method uses a bottom up approach starting with the minimum number of knots, denoted as Bézier curves, and adding one knot in each iteration step at a particular curve sections (span) until the convergent criterion is reached. The decision to insert a knot and at a specific location, is based on the analysis of the cumulated sums of squared residuals in each existing span. The location, where the additional knot was inserted, is optimized using a Gauß-Markov model with constraints. The improvements are shown by comparing the results obtained in the linear approach with fixed knots and the non-linear case where control points and the knots are treated as unknowns.

Kurzfassung
Obwohl der Einfluss des Auftreffwinkels (AW) zu den bekannten Fehlereinflüssen von terrestrischen Laserscannern (TLS) gehört, wird er bei der Beurteilung von TLS-Daten äußerst selten berücksichtigt. In diesem Paper wird eine grundsätzliche Frage behandelt, ob er stochastischer oder systematischer Natur ist oder eine Kombination von beiden darstellt. Dazu wurde eine neue Methodik entwickelt. Ihre Besonderheit besteht darin, dass die direkt gemessenen TLS-Distanzen mit Referenzdistanzen verglichen werden. Sie ist optional für den Nahbereich und für längere Entfernungen umsetzbar und wird hier mit einem impulslaufzeitbasierten TLS realisiert. Im Nahbereich von 3,5 bis 5,2 m wirken sich andere Fehlereinflüsse mit Beträgen bis 4,4 mm stärker auf die Distanzmessung aus als der AW. In der Entfernung von 30 m wurde ein systematischer Effekt des AW festgestellt. Die Distanzänderung in Abhängigkeit vom AW beträgt ca. 2,0 mm. Die stochastischen Eigenschaften des Einflusses des AW konnten nicht quantifiziert werden. Eine zukünftige Verbesserung der Methodik ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen soll eine vollständige Beschreibung dieses Fehlereinflusses gewährleisten.

Abstract
Although the influence of incidence angle (IA) is one of the known error influences of terrestrial laser scanners (TLS), it is not taken into account in the evaluation of TLS-data. In this paper the fundamental question is discussed, how the IA influences the TLS-distances, if the uncertainty is of stochastic or of systematic nature or of a combination of both. For this purpose, a new methodology has been developed. Its special feature is that the directly measured TLS-distances are compared with reference distances. It can be applied for close range and for longer distances. The methodology was realised with a time of flight laser scanner. At close range of 3.5 to 5.2 m other error effects up to 4.4 mm are more pronounced than the influence of IA. At the distance of about 30 m, a systematic effect of IA was found. The total variation of the distance difference with IA is of ca. 2.0 mm. The stochastic properties of the influence of IA could not be quantified. In future works the methodology will be improved with respect to the obtained knowledge in order to quantify the error influence completely.

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