Für die automatisierte Überwachung technischer Einbauten in untertägigen Bergwerksanlagen auf Basis dreidimensionaler Punktwolken wurde ein Geomonitoringverfahren, bestehend aus Datenaufnahme und -analyse, entwickelt. Es werden zwei Ansätze zur semantischen Klassifizierung von dreidimensionalen Punktwolken betrachtet, die Multi-Skalen-Feature-Extraktion und die Anwendung eines dreidimensionalen Faltenden Neuronalen Netzes. Die Methode der Multi-Skalen-Feature-Extraktion bestimmt durch festgelegte Berechnungsvorschriften Features allein aus den Koordinaten eines Punktes und seiner Nachbarn auf mehreren Längenskalen. Diese werden zu Feature-Vektoren zusammengefasst und dienen als Input für einen Random Forest-Klassifizierer. Die Anwendung eines dreidimensionalen Faltenden Neuronalen Netzes erfordert nur die Vorverarbeitung der Punktwolke zu einem Voxel-Grid und liefert dann direkt Klassifizierungsergebnisse. In einer exemplarischen Anwendung beider Ansätze zur Detektion von Stempeln, Schienen und Stößen in einer untertägigen Szene werden Klassifizierungsgenauigkeiten von über 90 % erreicht.

Der Beitrag informiert über Themen und Aktivitäten am Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg im Zeitraum 2017/2018. / This contribution highlights activities and research topics, which form the focus of research, teaching and outreach of the Department of Mine Surveying and Geodesy of the TU Bergakademie Freiberg during the period 2017/2018.

Am 16. und 17. Mai 2019 fand der 20. Geokinematische Tag der TU Bergakademie Freiberg statt. Schwerpunkte der Tagung waren: messtechnische Erfassung und Überwachung, Analyse geokinematischer Prozesse, Ingenieurvermessung im Bergbau, Geomonitoring, Photogrammetrie und Fernerkundung, Integration geodätischer und geotechnischer Daten, Bergschäden und Bergschadenmindernde Abbauplanung, Modellierung von Lagerstätten und geostatistische Analyse sowie Robotik und virtuelle Realität im Bergbau.

Das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie veranstaltete vom 05. bis 07. Mai 2021, in Freiberg, die gemeinsame Tagung Umwelt, Energie Rohstoffe & 21. Geokinematischer Tag 2021, um die neuesten Entwicklungen im Markscheidewesen und den angrenzenden Fachgebieten vorzustellen und zu diskutieren.

Der Anwendungsbereich plantarer Druckverteilungsmessungen ist vielfältig und reicht von der wissenschaftlichen Beschreibung des Abrollvorgangs über die Klassifizierung von Pathologien bis hin zur Empfehlung von Laufschuhen. Oftmals geht mit der Anwendung dieser Messungen ein an der Kinematik der vermessenen Person orientiertes Interpretationsschema der Druckverteilungsdaten einher. Dies schlägt sich in einer Vielzahl von Messgrößen nieder, welche mit dem Ziel entwickelt wurden, eine funktionale Interpretation von Druckmessdaten zu ermöglichen. Dabei besteht die generelle Annahme, dass sich ein Laufstil mit betonter Hüftadduktion und Pronation ("medialer Kollaps" in der Frontalebene) in Form einer medialisierten Lastverteilung im plantaren Druckbild niederschlägt. Ein wissenschaftlicher Beleg dieses Interpretationsansatzes wurde in der bisherigen Forschung jedoch nicht erbracht. Ziel dieser Arbeit ist daher, ein an der Kinematik orientiertes Interpretationsparadigma plantarer Druckverteilungsdaten kritisch zu überprüfen. Hierzu werden zunächst gängige und bereits publizierte Messgrößen der plantaren Druckverteilung auf Reproduzierbarkeit geprüft. Es zeigt sich ein in Abhängigkeit der Berechnungsweise begründbares Variabilitätsgefälle unterschiedlicher Messgrößen. Insbesondere die Messgrößen des Center of Pressure (CoP) erweisen sich als schlecht reproduzierbar und daher zur systematischen Differenzierung von Abrollmustern ungeeignet. Demgegenüber zeigt sich eine intrasubjektive Stabilität klassischer Druckmessgrößen. In einem weiteren Schritt wird ein möglicher Zusammenhang dieser Messgrößen zu kinematischen Variablen des Barfußlaufs untersucht. Für einen Großteil der bisher publizierten Druckmessgrößen – insbesondere jene des CoP - muss ein fehlender Zusammenhang zu kinematischen Variablen attestiert und eine dementsprechende Interpretationslogik verworfen werden. In einem dritten Schritt wird dann ein multivariater Zugang zur Auswertung und Interpretation der plantaren Druckdaten entwickelt. Auf Basis einer Clusteranalyse werden 5 Abrollmuster identifiziert, welche auf ihre Zusammenhänge zu kinematischen Charakteristika der Laufbewegung hin untersucht werden. Hier zeigen sich sehr deutliche Zusammenhänge zu kinematischen Variablen, welche jedoch nicht den o. g. klassischen Annahmen entsprechen. Eine detaillierte Analyse der entwickelten Clusterlösung zeigt, dass jene Druckverteilungsmuster, welche die größten Differenzen hinsichtlich der Kinematik der Frontalebene aufweisen, sich vornehmlich in der zeitlichen Abfolge biomechanischer Hauptmerkmale des Abrollvorgangs (Zeitpunkt des Fersenhubs, Zeitpunkt der maximalen Krafteinwirkung) unterscheiden, nicht jedoch hinsichtlich der medio-lateralen Lastverteilungscharakteristik. Aufgrund der durchgeführten Analysen der plantaren Druckverteilung sind eingangs erwähnte Interpretationslogiken nicht zu belegen. Im Gegenzug kann jedoch durch einen multivariaten Zugang zu plantaren Druckverteilungsdaten eine sehr robuste Interpretationsbasis geschaffen werden, welche auch für zukünftige Anwendungen plantarer Druckmessungen erfolgversprechende Resultate liefert.

Auf den Innenkippen nehmen mit dem Anstieg des Grundwassers die Zahl der Verflüssigungsereignisse und auch die Größe der verflüssigten Bereiche zu. Besonders davon betroffen ist der sogenannte Nordraum der Lausitz südlich von Lübbenau. Dort wurden deshalb Böschungskonturen vor und nach den Verflüssigungsereignissen über Jahre systematisch erfasst. Die erfassten Konturen wurden geokinematisch analysiert, um charakteristische Bewegungsmuster erkennen und beschreiben zu können. Das Ergebnis ermöglicht eine neue Klassifizierung der auf Innenkippen auftretenden Verformungsvorgänge. Darauf aufbauend, entstand eine neue Methodik zur Berechnung der Standsicherheit verflüssigungsgefährdeter Innenkippenflächen deren Basis die Theorien des Erddrucks und Hydromechanik sind. Für den Nachweis des horizontalen Gleichgewichts einer Böschung wird ein Kräfte-, für das der vertikalen, ein Momentenvergleich hergeleitet. Mit einem hydromechanischen Ansatz ist es auch möglich, zusätzlich die Endgeometrie der sich nach der Verflüssigung einstellenden Böschung zu berechnen. Die Ergebnisse der Standsicherheitsberechnungen und der geometrischen Endkonturen zeigen überraschende Übereinstimmungen mit den erfassten gegangenen Böschungsbewegungen.

Zur Überwachung geotechnischer Schwerpunktbereiche kommen in den Tagebauen der Lausitz Energie Bergbau AG unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Eine hohe Flexibilität und erweitere Einsatzmöglichkeiten ergaben sich durch die Verbindung einfacher GNSS-Empfänger und geotechnischer Sensoren zu einem Gesamtsystem (A07Geo). Darüber hinaus werden A07-Empfänger zur Bewältigung vielfältiger Fragestellungen herangezogen. Zwei im Bestand der Markscheiderei befindliche UAV’s eröffnen die Möglichkeit, bei geotechnischen Ereignissen schnellstmöglich auch georeferenziertes Bild- und Videomaterial sowie daraus resultierend Volumenbestimmungen und weiterführende Messungen zur Verfügung zu stellen. Daneben werden aktuell geotechnische Einsatzszenarien für eine Wärmebildkamera näher untersucht.