Das aride Tarim-Becken im Nordwesten Chinas unterliegt Umweltveränderungen, die durch rapide Ausbreitung bewässerter Landwirtschaft sowie Klimawandel angetrieben sind. Während im Oberlauf in den letzten 50 Jahren ein Abflussanstieg beobachtet wurde, haben landwirtschaftliche Aktivitäten im Mittel- und Unterlauf zur Wasserknappheit und der drastischen Verkürzung des endorheischen Flusses geführt. Der Abfluss des Tarim, dessen Hauptzufluss der in Kirgistan entspringende Aksu-Fluss darstellt, wird zu einem großen Teil aus Schnee- und Gletscherschmelze in den oberen Gebirgseinzugsgebieten des Tien Shan gespeist. Da die Unterlieger von dem Wasser des Tarim zur Bewässerung in der Landwirtschaft abhängig sind, sind das Wissen über den Beitrag der Gletscherschmelze zum Abfluss sowie das Wissen über mögliche zukünftige Änderungen der Gletschermasse von großer Relevanz. Zahlreiche Studien beschränken sich oftmals nur auf die Betrachtung der Gletscherfläche, deren Änderung jedoch keine direkten Rückschlüsse auf etwaige Massenänderungen zulässt und zudem nur ein indirektes Signal für Klimaänderungen darstellt. Weiterführende Studien, welche zusätzlich Gletschermassenänderungen im Aksu-Einzugsgebiet untersuchen, haben häufig nur lokalen Charakter. Regionale Studien zu Massenänderungen, welche ganze Einzugsgebiete und Gebirgsketten umfassen, finden sich mehrheitlich für die letzte Dekade durch die Verfügbarkeit laseraltimetrischer Höhendaten und gravimetrischer Messungen, wobei letztere durch hohe Unsicherheiten gekennzeichnet sind. Um jedoch Aussagen hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung der Gletscher treffen zu können, widmet sich die Arbeit insbesondere der Untersuchung von Gletschermassenveränderungen seit den 1970er Jahren unter Verwendung deklassifizierter amerikanischer Satellitenbilddaten, SRTM-Daten sowie SPOT-5-Stereodaten. Zur Ableitung geodätischer Gletschermassenbilanzen wurden Daten der Mapping Camera (MC) des Hexagon-Satelliten aus den Jahren 1973–1976 stereoskopisch ausgewertet und mit Daten der SRTM-Mission aus dem Jahr 2000 und SPOT-5-Stereodaten aus dem Jahr 2009 verglichen. Die Ableitung geodätischer Massenbilanzen aus multi-temporalen Geländemodellen erforderte deren Co-Registrierung auf das als SRTM gewählte Master-Modell. In einem zweistufigen Verfahren wurden Verkippungen über eine globale Trendfläche und horizontale Lagefehler über eine analytische Beziehung zwischen Oberflächenneigung, Orientierung und der entsprechenden Höhendifferenz unter Einbeziehung nicht-glazialer Pixel minimiert. Die Eindringtiefe des SRTM-C-Bands wurde mittels ICESat-Daten mit 2,2 m abgeschätzt und bei der Differenzbildung berücksichtigt. Zur Bereinigung der Differenzbilder zwischen den Geländemodellen wurde ein höhenbasierter Ansatz entwickelt, welcher eine abnehmende Varianz der Höhendifferenzwerte vom Ablations- zum Akkumulationsgebiet annimmt. Dieser Ansatz stellt eine deutlich realistischere Annahme im Vergleich zur oftmals verwendeten Nullannahme dar, welche von keinen Veränderungen in den Akkumulationsgebieten ausgeht. Die Gletscher im Aksu-Einzugsgebiet zeigten im Ergebnis einen Massenverlust von 0,35±0,34 m w.e./a im Zeitraum 1975–1999, was dem globalen Durchschnitt für diese Periode entspricht. In den Jahren 1999 bis 2009 wurde indes eine Abnahme des Massenverlusts (0,23±0,19 m w.e./a) festgestellt, was möglicherweise auf eine Zunahme des Niederschlags in der letzten Dekade zurückzuführen ist. Zudem zeigte sich, dass schuttbedeckte Gletscher, deren Schuttauflage ab einer Dicke von etwa 2 cm einen hemmenden Einfluss auf die Abschmelzrate hat, signifikant an Masse verloren haben bei gleichzeitig nur relativ geringer Flächenabnahme. Insgesamt wies die räumliche Verteilung der Massenänderungen eine starke Heterogenität auf, mit zunehmender Tendenz von Osten nach Westen und von den Innen- zu den Außenbereichen des Zentralen Tien Shan. Zusätzlich konnten zahlreiche, zuvor in der Literatur nicht benannte, surgende Gletscher identifiziert werden. Der durch Eismassenverlust induzierte Anteil am Gesamtabfluss des Aksu wurde im Ergebnis mit circa 20% ermittelt. Neben der Oberflächenneigung sind, in einfachen Modellen zur Eisdickenabschätzung, die basale Scherspannung und der Anteil basalen Gleitens an der Oberflächengeschwindigkeit Haupteinflussfaktoren. Anhand gemessener Eisdicken, fernerkundlich abgeleiteter Gletscherfließgeschwindigkeiten und der Oberflächenneigung, als Näherung der Neigung des Gletscherbetts, konnte ein empirischer Zusammenhang zur Abschätzung des Anteils basalen Gleitens abgeleitet werden. Die Eisdickenabschätzung für die vier größten Gletscher des Zentralen Tien Shan erfolgte im weiteren Verlauf durch Anwendung von Glen’s Fließgesetz, unter Annahme laminaren Fließens. Die Ergebnisse weisen für die betrachteten Gletscher mittlere Dicken von 70 m bis 140 m für deren schuttbedeckte Gletscherzungen auf. Diese Werte liegen teilweise deutlich unter denen bisheriger Studien, welche von einer globalen Scherspannung für den gesamten Gletscher oder einem konstanten Anteil basalen Gleitens ausgehen. Im Vergleich zu vorhandenen Eisdickenmessungen konnte durch die lokale Abschätzung der basalen Geschwindigkeit die mittlere Abweichung von zuvor mehr als 200 m auf etwa 50 m reduziert werden. Durch Einbeziehung der in der Arbeit ermittelten geodätischen Gletschermassenbilanzen wurde der relative Volumenverlust seit den 1970er Jahren mit 6% bis 28% quantifiziert, welcher deutlich unter dem schuttfreier Gletscher innerhalb Hochasiens liegt.

The concept of outlier detection by statistical hypothesis testing in geodesy is briefly reviewed. The performance of such tests can only be measured or optimized with respect to a proper alternative hypothesis. Firstly, we discuss the important question whether gross errors should be treated as non-random quantities or as random variables. In the first case, the alternative hypothesis must be based on the common mean shift model, while in the second case, the variance inflation model is appropriate. Secondly, we review possible formulations of alternative hypotheses (inherent, deterministic, slippage, mixture) and discuss their implications. As measures of optimality of an outlier detection, we propose the premium and protection, which are briefly reviewed. Finally, we work out a practical example: the fit of a straight line. It demonstrates the impact of the choice of an alternative hypothesis for outlier detection. / Das Konzept der Ausreißererkennung durch statistische Hypothesentests in der Geodäsie wird kurz überblickt. Die Leistungsfähigkeit solch eines Tests kann nur gemessen oder optimiert werden in Bezug auf eine geeignete Alternativhypothese. Als erstes diskutieren wir die wichtige Frage, ob grobe Fehler als nicht-zufällige oder zufällige Größen behandelt werden sollten. Im ersten Fall muss die Alternativhypothese auf das Mean-Shift-Modell gegründet werden, im zweiten Fall ist das Variance-Inflation-Modell passend. Als zweites stellen wir mögliche Formulierungen von Alternativhypothesen zusammen und diskutieren ihre Implikationen. Als Optimalitätsmaß schlagen wir das Premium-Protection-Maß vor, welches kurz überblickt wird. Schließlich arbeiten wir ein praktisches Beispiel aus: Die Anpassung einer ausgleichenden Gerade. Es zeigt die Auswirkung der Wahl einer Alternativhypothese für die Ausreißererkennung.

This diploma thesis is focused on the analysis of results accuracy of astronomical positioning. It describes observation methods and the latest surveying systems used in geodetic astronomy. Further in the thesis there is the description of surveying system MAAS-1. Subject of the elaboration is the data obtained by measuring with this system. Testing is focused on digital camera. There is also an analysis of the results of geographical coordinates, depending on the accuracy of determining the angled pixel size and also on the accuracy of the input coordinates.

My master´s thesis deals with use of astronomical levelling for creation of quasigeoid models. The basic input dates are componets of astronomical-geodetic deflections of the vertical in points, which are determined on AGNES and VEVEŘÍ nets. The dates are adjust for determination of relative quasigeoid. In literature [4], there is simplified solution for adjustment of this dates. The thesis looks for the most comprehensive solutions of adjustment without simplification. The solutions are compared.

This thesis analyses ice-rich mountain permafrost with regard to its genesis, distribution, deformation and interaction with other environmental factors. The processes influencing ground ice formation in ice-rich and ice-poor mountain permafrost are highlighted. Factors influencing the presence of ice-rich permafrost are identified and their individual or combined effect on frozen ground is determined. Based on these findings, a new permafrost distribution map of Switzerland was created, which specifies permafrost temperature and ice contents and considers rock glacier creep paths. The deformation of rock glaciers is investigated with newly developed monitoring systems and concepts. This enables a better understanding of the processes leading to rock glacier acceleration at different time scales.

Many industries are today facing the possibilities and challenges arising with an increasingly digitalised world. One such is the scantily studied industry of earth-moving contractors that today stands in front of an increasing amount of digital technologies, which may have the possibility to assist firms in their earthwork operations. However, there are indications that many firms tend to experience difficulties to beneficially adopt or see the potential of utilising these digital technologies. Hence, many firms tend to undertake an adoption approach that is associated with high client dependency and a less beneficial unsustainable subordinated position within the industry’s value chain. The purpose of this study has thus been to explore how the technological, organisational and external elements affect earth-moving contractors’ opportunity to adopt and utilise digital technologies in their operations. Moreover, the study has aimed to contribute with the understanding and knowledge of how the adoption of digital technology can be used to strengthen Swedish contractors’ position in the earth-moving industry’s value chain and in the end, aid the country’s sociotechnical development. The findings of the study are based on an explorative multiple case study approach and extensive review of literature. The results suggest that the extent to which adoption and utilisation of digital technologies differs among different earth-moving firms. Three of the five studied companies are considered as digital forerunners which have been able to leverage digital technologies to increase efficiency in their operations. In the case of two of these firms, the adoption of digital technology has enabled them to transform their whole businesses and partake in an increased and more beneficial role within the value chain. Further, the analysis of the findings indicates that the difference in adoption is affected by several factors related to a continuous interaction between (1) the internal aspects of the organisations, (2) the external context of the firms and (3) if the technical features of the digital technologies are perceived as compatible and beneficial for, the current business process and strategy. The thesis contributes to academia with explorative findings within a scarcely studied industry in general and, regarding digital technology adoption in particular. Additionally, the study provides examples of the previously unrecognised industry-dynamic phenomena of value chain integration by earth-moving contractors. These findings could have implications for the whole construction sector in Sweden. Lastly, the study exemplifies opportunities and barriers crucial for the adoption and implementation of digital technologies within smaller project-based organisations. / Många branscher och industrier idag står inför utmaningarna och möjligheterna som uppstår i en allt mer digitaliserad värld. Ett tydligt exempel är maskinentreprenadsbranschen som idag ställs inför valet att införa nya och alltmer avancerade digitala verktyg som har möjlighet att främja deras operativa verksamheter. Dock finns indikationer att många företag har svårigheter att tillämpa och anamma dessa verktyg på ett gynnsamt sätt och är beroende av deras kunders agerande för aktivering av dessa. Studiens syfte har således varit att undersöka hur relationen mellan teknologiska, organisatoriska och externa faktorer påverkar maskinentreprenörernas möjligheter att aktivera och nyttja digitala teknologier i deras operativa verksamheter. Vidare har studien varit ämnad åt att bidra till en ökad förståelse och kunskap för hur digitala teknologier kan användas för att stärka maskinentreprenörernas position i värdekedjan för att slutändan främja Sveriges sociotekniska samhällsutveckling. Rapportens resultat bygger på en explorativ flerfallsstudie samt en gedigen litteratursökning. Resultaten visar på skillnader i hur digitala tekniker har tillämpats och används bland olika maskinentreprenörer. Tre av studiens fem fallföretag är digitalt framstående och har strategiskt tillämpat digital teknik som gett upphov till kraftig effektivitetsökning. Två av dessa företag har dessutom lyckats med en gynnsam ompositionering i värdekedjan som dessa befinner sig i, som ett resultat av anammandet av ny digital teknik. Vidare påvisar studiens analys av resultaten att möjligheten för aktivering av digitala teknologiska innovationer påverkas av ett kontinuerligt förändrande samspel mellan (1) maskinentreprenörernas organisatoriska egenskaper, (2) externa omständigheter samt (3) huruvida den digitala teknologins tekniska attribut uppfattas som kompatibla och fördelaktiga med nuvarande affärsverksamhet och strategi. Rapporten bidrar akademiskt med värdefull och explorativ empiri till en industri med en bristande mängd av forskning generellt, och i synnerhet gällande utnyttjandet samt tillämpandet av nya digitala teknologier. Dessutom bidrar studien med exempel och insikter om ett industridynamiskt fenomen, som tidigare ej uppmärksammats, i form av maskinentreprenörers förmåga att förflytta sig i värdekedjan. Dessa strukturella förändringar kan få konsekvenser för den svenska byggindustrin. Slutligen exemplifierar studien avgörande möjligheter och barriärer för införandet av digitala teknologier i mindre projektbaserade organisationer.

Sich verändernde Rahmenbedingungen des Klimawandels haben einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung der Erdoberfläche. Der Sachverhalt ist anhand unterschiedlicher geomorphologischer Veränderungsprozesse zu beobachten, sei es bei gravitativen Naturgefahren (Felsstürze, Hangrutschungen oder Murereignissen), der Gletscherschmelze in Hochgebirgsregionen oder der Änderungen der Küstendynamik an Sandstränden. Derartige Ereignisse werden durch immer stärker ausgeprägte, extreme Wetterbedingungen verursacht. In diesem Zusammenhang sind präventive Maßnahmen und der Schutz der Bevölkerung im Zuge eines Risikomanagements essentiell. Um mit diesen Gefahren sicher umgehen zu können, sind qualitativ hochwertige drei- und vierdimensionale (3D und 4D) Datensätze der Erdoberfläche erforderlich. Der technische Fortschritt in der Messtechnik und damit verbunden ein Paradigmenwechsel haben die Möglichkeiten in der Erfassung von räumlich als auch zeitlich verdichteten Daten erheblich verbessert. Die Weiterentwicklung von terrestrischen Laserscannern hin zu kommunikationsfähigen, programmierbaren Multisensorsystemen, eine kompakte und robuste Bauweise, hohe Messreichweiten sowie wirtschaftlich attraktive Systeme lassen einen Übergang zu permanentem terrestrischen Laserscanning (PLS) zu. Im Sinne eines adaptiven Monitorings ist PLS für die Integration in echtzeitnahe Assistenz- oder Frühwarnsysteme prädestiniert. Um die Akzeptanz eines solchen Systems zu erreichen sind jedoch transparente, nachvollziehbare Methoden und Prozesse zur Informationsgewinnung und -aufbereitung zu definieren. Ziel dieser Arbeit ist es, PLS als Methode systematisch aufzuarbeiten. Vier wesentliche Schritte entlang der Prozesskette werden identifiziert: (i) Die Datenerfassung einer einzelnen Epoche, (ii) die Bereitstellung eines redundanten Datenmanagements sowie einer sicheren Datenkommunikation zu zentralen Servern, (iii) die multitemporale Datenanalyse und (iv) die Aufbereitung, das Reporting und die Präsentation der Ergebnisse für Stakeholder. Basierend auf dieser Prozesskette ergeben sich zwei Untersuchungsschwerpunkte. Zunächst wird die qualitative Beurteilung der erfassten Punktwolken behandelt. Der Fokus liegt dabei einerseits auf dem Einfluss unterschiedlicher Registrierungsmethoden auf die multitemporalen Punktwolken und andererseits auf dem Einfluss der Atmosphäre auf die Messergebnisse. Es wird nachgewiesen, dass eine Nichtberücksichtigung dieser Einflüsse zu signifikanten Abweichungen führt, welche zu Fehlinterpretationen der abgeleiteten Informationen führen kann. Weiterhin wird gezeigt, dass es an datenbasierten Verfahren zur Berücksichtigung dieser Einflüsse fehlt. Als Grundlage für die Untersuchungen dienen umfangreiche Datensätze aus Noordwijk / Niederlande und Vals / Österreich. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Datenanalyse. Die Herausforderung besteht darin, tausende Punktwolken einzelner Messepochen analysieren zu müssen. Bitemporale Methoden sind hier nur eingeschränkt anwendbar. Die vorliegende Arbeit stellt eine zweistufige Methode vor, mit der automatisiert Informationen aus dem umfangreichen Datensatz abgeleitet werden können. Aus der vollumfänglichen 3D-Zeitserie der Szene werden zunächst relevante Merkmale auf Basis von 2D-Rasterbildern durch Clustering extrahiert. Semiautomatisch lassen sich die extrahierten Segmente klassifizieren und so maßgeblichen geomorphologischen Prozessen zuweisen. Dieser Erkenntnisgewinn über den vorliegenden Datensatz wird in einem zweiten Schritt genutzt, um die Szene räumlich zu limitieren und in den Interessensbereichen tiefergehende Analysen durchzuführen. Auf Basis der Methoden «M3C2-EP mit adaptierter Kalman-Filterung» und «4D-Änderungsobjekten» werden zwei Analysetools vorgestellt und auf den Datensatz in Vals angewendet. Die Überwachung topographischer Oberflächenveränderungen mit PLS wird zunehmen und eine große Menge an Daten erzeugen. Diese Datensätze müssen verarbeitet, analysiert und gespeichert werden. Diese Dissertation trägt zum besseren Verständnis der Methodik bei. Anwender bekommen durch die Systematisierung der Methode ein besseres Verständnis über die beeinflussenden Faktoren entlang der Prozesskette von der Datenerfassung bis hin zur Darstellung relevanter Informationen. Mit dieser Dissertation wird eine Toolbox vorgestellt, die es ermöglicht, multitemporale Punktwolken mit Hilfe von unüberwachtem maschinellem Lernen automatisiert auszuwerten und Informationen dem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Dieser Ansatz ist einfach und hat ein hohes Potential für die automatische Analyse in zukünftigen Anwendungen.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203 / Climate change has an important impact on the scale and frequency with which the Earths surface is changing. This can be seen in various geomorphological change processes, such as gravitational natural hazards (rockfalls, landslides or debris flows), glacier melt in high mountain regions or the quantification of coastal dynamics on sandy beaches. Such events are triggered by increasingly prominent and extreme meteorological conditions. In this context, it is essential to implement preventive measures to protect the population as part of a risk management system. To safely manage these hazards, high quality three- and four-dimensional (3D and 4D) data sets of the Earth’s surface are required. Technological advances in metrology and the associated paradigm shift have significantly improved the ability to collect spatially and temporally distributed data. Progress from terrestrial laser scanners to communication-enabled, programmable multisensor systems, compact and robust design, long range and economically competitive systems allow a transition to a permanent laser scanning (PLS). PLS enables the acquisition of data from a fixed position to a target area kilometers away at high frequency and over a long period of time. In terms of adaptive monitoring, PLS is suitable for integration into near realtime assistance or early warning systems. However, in order to achieve acceptance of these systems, transparent, reproducible methods and processes for extracting information must be defined. The aim of this thesis is to present a methodological framework for PLS. Four crucial steps along the processing chain are identifiable: (i) collecting single epoch data, (ii) providing redundant data management and secure data communication to central servers, (iii) multi-temporal data analysis and (iv) reporting and presenting results to stakeholders. Two main research topics emerge from this processing chain. First, the qualitative assessment of the acquired point clouds, which focuses on the influence of different registration methods on the multitemporal point clouds and the influence of the atmosphere on the measured data. It is shown that ignoring these influences leads to significant deviations, which in turn can result in a misinterpretation of the derived information. It is also shown that there is still a lack of data-based procedures to account for these influences. The investigations are based on extensive data sets from Noordwijk/Netherlands and Vals/Austria. The second research topic addreses data analysis. The challenge is to analyse thousands of point clouds per measurement epoch. In this case, bitemporal methods are limited in their applicability. The thesis presents a two-step method to automatically extract information from the large data set. In the first step relevant features are extracted from the full 3D time series of the scene based on 2D raster images by clustering. The extracted segments can then be semi-automatically classified and assigned to relevant geomorphological processes. Based on this knowledge, the scene is, in the second step, spatially delimited. Deeper analyses can then be performed in areas of interest. Using the «M3C2-EP method with adapted Kalman filtering» and «4D objects-by-change», two analysis tools are presented and applied to the dataset in Vals. The monitoring of topographic surface changes with PLS will increase and generate large amounts of data. These data sets need to be processed, analysed and stored. This thesis contributes to a better understanding of the methodology. Users will gain a deeper understanding of the influencing factors along the processing chain from data acquisition to reporting of relevant information by applying the method in a systematic way. The dissertation presents a toolbox that enables automated evaluation of multitemporal point clouds using unsupervised machine learning and provides relevant information to the user. The approach is straightforward and simple and has a high potential for automated analysis in future applications.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203