Am 17. und 18. Mai 2018 fand der 19. Geokinematische Tag der TU Bergakademie Freiberg statt. Im Mittelpunkt der Fachtagung standen Anwendungen von Robotik und virtuelle Realität im Bergbau sowie Geomonitoring und geostatistische Analysen von Lagerstätten und Bergschäden. Auch wurden effiziente Methoden zur flächigen 2D- oder 3D-Datenerfassung, wie Terrestrisches oder Airborne-Laserscanning und auch die Fernerkundung vorgestellt. Ein Höhepunkt war der Vortrag des Projektes UNEXMIN, das neuartig entwickelte Unterwasserroboter vorstellte, die autonom den Zustand von gefluteten Gruben erfassen sollen. Die Vielfalt der Vortragsthemen aus Praxis und Wissenschaft verdeutlichte, dass das Markscheidewesen in allen Stadien der Rohstoffgewinnung wichtige Beiträge leistet: von der Neuaufschließung von Lagerstätten, über die Planung und operative Betriebsführung, bis hin zur Rekultivierung, zur Nachbergbauphase und der Endlagerung

Die technologischen Fortschritte in dem Bereich der virtuellen Realität (VR) werden zukünftig erhebliche Auswirkungen auf unser Alltagsleben haben. Denn durch VR ist es heute schon möglich, eine computererzeugte Welt als virtuelle Wirklichkeit praktisch zu erforschen. So kann man z.B. in die Vergangenheit oder in ein virtuelles Museum eintauchen, ohne die gegenwärtige Position im realen Leben zu verlassen. Für so eine ultimative VR-Erfahrung sieht der Anwender nur die virtuelle Welt, in dem er ein Head-Mounted-Display (HMD) aufsetzt, um sich so von der physikalischen Welt abzutrennen. Baudenkmäler sind ideal geeignet für eine mehrdimensionale geometrische Dokumentation und für realistische interaktive Visualisierungen in immersiven VR-Anwendungen. Unterstützend bietet die Spieleindustrie mit den entsprechenden Game Engines Werkzeuge für interaktive Visualisierungen von Objekten an, um so die Nutzer zu motivieren, Objekte und deren Umgebung virtuell zu besichtigen. In diesem Beitrag wird die Generierung von verschiedenen virtuellen 3D-Modellen wie z.B. die Selimiye-Moschee von Edirne (Türkei) oder das Holzmodell des Salomonischen Tempels und andere bis hin zur Datenintegration in die Game Engines Unreal oder Unity aufgezeigt. Der Arbeitsablauf von der Datenerfassung bis zur immersiven VR-Visualisierung mit dem VR-System HTC Vive wird einschließlich der notwendigen Programmierung für die Navigation in VR beschrieben. Außerdem wird der mögliche Einsatz (einschließlich der simultanen Teilnahme multipler Anwender) von solchen VR-Visualisierungen für z.B. Baudenkmäler in diesem Beitrag diskutiert. / Recent advances in contemporary Virtual Reality (VR) technologies are going to have a significant impact on everyday life. Through VR it is possible to virtually explore a computer-generated environment as a different reality, and to immerse oneself into the past or in a virtual museum without leaving the current real-life situation. For such an ultimate VR experience, the user should only see the virtual world. Currently, the user must wear a VR headset which fits around the head and over the eyes to visually separate himself from the physical world. Via the headset images are fed to the eyes through two small lenses. Cultural heritage (CH) monuments are ideally suited both for thorough multi-dimensional geometric documentation and for realistic interactive visualisation in immersive VR applications. Furthermore, VR is increasingly in use for virtual museums to enhance a museum visitor’s experience by providing access to additional materials for review and knowledge deepening either before or after the real visit. Using today’s available 3D technologies a virtual museum is no longer just a presentation of collections on the Internet or a virtual tour of an exhibition using panoramic photography. Additionally, the game industry offers tools for interactive visualisation of objects to motivate users to virtually visit objects and places. In this paper the generation of virtual 3D models for different cultural heritage monuments (e.g. the Selimiye mosque in Edirne, Turkey and the wooden model of Solomon´s Temple and others) and its processing for data integration into the two game engines Unity and Unreal are presented. The workflow from data acquisition to VR visualisation using the VR system HTC Vive, including the necessary programming for navigation and interactions, is described. Furthermore, the use (including simultaneous use of multiple end-users) of such a VR visualisation for CH monuments is discussed in this presentation.

Die visuelle Präsentation von Information bringt verschiedene Vorteile im Hinblick auf eine Analyse der gegebenen Daten mit sich. Eine übersichtliche Aufbereitung und Darstellung der vorhandenen Daten ist unabdingbar für die umfassende Auswertung und kann zudem das Erkennen von Zusammenhängen von Informationen aus heterogenen Datenbestän-den erleichtern. Mit steigender Anzahl sowie Komplexität des Informationsgehaltes der zu analysierenden Daten wird eine intuitive Exploration allerdings immer schwieriger. Dies gilt insbesondere für den Fall von dreidimensionalen Daten, welche heutzutage in fast allen Bereichen wie der Medizintechnik, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und insbesondere auch der Rohstoffindustrie eine wichtige Rolle spielen. Dies ist sowohl auf die Standard-Eingabegeräte (Tastatur und Maus) als auch auf die Ausgabegeräte (Monitor) zurückzuführen, da diese im Normalfall zweidimensional orientiert sind. Das Auge kann zwar die dreidimensionalen Strukturen in den generierten Bildern erkennen, aber ein präziser Eindruck der Räumlichkeit, der für eine gute Datenanalyse erforderlich wäre, wird dabei nicht vermittelt. Außerdem erweist sich die Navigation im dreidimensionalen Raum mit weniger dimensionalen Eingabegeräten als schwierig und vor allem wenig intuitiv. Die „Virtual Reality“ (VR) stellt nun dem Benutzer eine Umgebung zur Verfügung, in der mit Hilfe von speziellen Ein- und Ausgabegeräten die Exploration im dreidimensionalen Raum erheblich einfacher ist. Dabei ist VR definiert als eine vom Computer generierte Umgebung, die ein Betrachter mit seinen natürlichen Sinnen als real erlebt und mit der er interagieren kann. Durch die stereoskopische Visualisierung wird eine immersive Darstellung erreicht. Dazu ist zwar spezielle Hardware notwendig, allerdings bietet sich auch eine besonders intuitive Möglichkeit zur Exploration dreidimensionaler Daten. Ein besonderer Vorteil liegt gerade darin, dass die Daten-Präsentation nun multimodal, also unter Einbeziehung mehrerer Sinne des Anwenders, möglich ist. Dazu kann neben dem visuellen Eindruck auch der akustische oder sogar der haptische einbezogen werden. VR ist dabei nicht wirklich neu. Bereits vor mehr als 50 Jahren gab es Ansätze für erste Head-Mounted-Displays, allerdings waren dies entsprechend unhandliche Geräte, welche hauptsächlich zu Forschungszwecken eingesetzt wurden. Vor allem in den letzten Jahren hat die technologische Entwicklung derartige Hardware jedoch massentauglich gemacht und verschiedene Lösungen unterschiedlicher Anbieter sind zu einem akzeptablen Preis für den Endanwender verfügbar. Durch die vielseitigen Funktionalitäten moderner Smart-phones/Tablets wie Sensorik, Kameras, Prozessorgeschwindigkeit, Speicherplatz etc. spielt heute auch die sog. „Augmented Reality“ (AR) eine wichtige Rolle. Unter AR versteht man die computergestützte Erweiterung der menschlichen Wahrnehmung. Mobile Geräte mit entsprechenden Applikationen versehen dabei Aufnahmen der Realität in Echtzeit mit kontextabhängigen Zusatzinformationen. VR und AR haben generell zwar unterschiedlichen Anwendungsgebiete, allerdings gibt es auch gewisse Überschneidungen. Um dieser Tatsache begrifflich gerecht zu werden, wurde auch der Ausdruck „Mixed Reality“ (MR) geprägt. Aktuelle Untersuchungen anerkannter Marktforschungsinstitute prognostizieren für derartige Technologien in den nächsten Jahren ein enormes Potential, nicht nur im Bereich der Unterhaltungsindustrie. Bereits heute gibt es viele Branchen, in denen VR/AR eine wichtige Rolle im alltäglichen Prozess darstellt. Beispiele sind etwa Architektur, Automobilindustrie oder auch Touristik. Aufgrund der komplexen Gegebenheiten und sich ständig verändernden 3D-Modellen ist aber gerade in der Rohstoffgewinnung die Anwendung von VR/AR sinnvoll. Dies ist dabei in vielen Bereichen denkbar und erstreckt sich nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette: • Exploration des Ressourcenmodells • Bergwerksplanung • 3D-Darstellung des Grubengebäudes • Überwachung von Produktionsbereichen • Remote-Steuerung von Maschinen Durch die Möglichkeit einer immersiven Exploration von beispielsweise dreidimensionalen geologischen Daten und einer Überlagerung mit den Ergebnissen aus Planungsprozessen können etwa verschiedene Szenarien intuitiv präsentiert und analysiert werden. Dies hilft nicht nur der Planungsingenieur bei der täglichen Arbeit, sondern vereinfacht auch die Kommunikation beispielsweise mit möglichen Investoren oder Managern, da diese sich aufgrund der Art der Darstellung im wahrsten Sinne des Wortes ein besseres Bild machen können. Die XGraphic GmbH entwickelt seit nunmehr 25 Jahren Individualsoftware und technische Systeme mit interaktiven grafischen Komponenten für vielfältige Einsatzgebiete. Schwerpunkte bilden dabei Software-Applikationen für das Infrastruktur- und Informationsmanagement, Planungstools, Prozessüberwachung sowie Applikationen für mobile Endgeräte. In der Regel basiert die Präsentation der Daten immer auf Basis eines geeigneten 3D-Modells. Aktuell wird daher insbesondere auch im Rahmen von Forschungsprojekten daran gearbeitet, VR/AR in bestehende Softwarelösungen zu integrieren und für die Anwendung in der Rohstoffgewinnung nutzbar zu machen.

Als Grundlage für die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung im Bergbau, kommt der Herstellung von optisch realistischen und hochgenauen 3D Modellen, sowie deren automatischer Interpretation und Weiterverarbeitung, eine besondere Bedeutung zu. Insbesondere für Vermessungs- und Inspektionsanwendungen sind mit Kameras ausgerüstete unbemannte Flugsysteme mittlerweile weit verbreitet und zählen zum aktuellen Stand der Technik. Der größte zukünftige Forschungsbedarf besteht mit Sicherheit in der Datenverarbeitung, wobei einerseits die erreichbare Modellqualität, und andererseits die automatisierte Dateninterpretation für spezielle bergtechnische Fragestellungen wie zum Beispiel die Haufwerkscharakterisierung oder geologische Charakterisierung im Zentrum der Arbeiten steht. Insbesondere aufgrund der möglichen Reproduzierbarkeit, aber auch aufgrund der oft einfacheren Durchführbarkeit nehmen - neben klassischen realmaßstäblichen Untersuchun-gen im Feld - auch Modellversuche derzeit einen gewichtigen Stellenwert in der photogrammetrischen Forschung an der Montanuniversität ein. Im vorliegenden Beitrag werden Beispiele aus der angewandten und grundlagenorientierten Forschung gegeben, wobei der Mehrwert von Laborversuchen, bei gleichzeitiger kritischer Gegenüberstellung mit der Realität, hervorgehoben wird. / As basis for the ongoing digitization and automation in mining, the creation of visually appealing and highly accurate 3D models, as well as their automatic interpretation and processing, is of particular importance. Especially for surveying and inspection applications unmanned aerial systems equipped with cameras are now widely used and are state of the art. However the greatest future need for research certainly lies in data processing, where on the one hand the achievable model quality, and on the other hand the automated data interpretation for special mining related issues such as the characterization of muck-piles or geological characterization is at the center of the work. In particular, due to the possibility of reproducibility, but also due to higher operability, model experiments are currently playing an important role in photogrammetric research at the Montanuniversität in addition to classical real-scale investigations in the field. In the present paper, examples from applied and fundamental research are given, highlighting the added value of laboratory experiments while critically contrasting them with reality.

Im Bergbau ist die Interaktion mit dem Wasserhaushalt von besonderer Bedeutung. Über die Veränderung des Wasserhaushaltes kann beispielsweise auf Auswirkungen des Bergbaus auf die Umgebung, gewollt oder ungewollt, geschlossen werden. Diese Auswirkungen zu detektieren und daraus auf Landschaftsauswirkungen zu schließen, ist eine relevante Fragestellung. Da die zu beobachtenden Gebiete häufig eine große Ausdehnung haben und eine zyklische gebietsabdeckende manuelle Kontrolle häufig sehr kostenintensiv ist, eignet sich die Fernerkundung, die direkte Prozesse auf der Erdoberfläche beobachtet, dazu, ein Monitoring derartiger Gebiete hinsichtlich dieser Prozesse durchzuführen. Dabei können mehrere Faktoren beobachtet werden: Über Radarfernerkundung können Veränderungen der Bodenfeuchte, über spektrale Analysen Veränderungen der Vegetationsvitalitäten ermittelt werden. Über die Interpretationen multispektraler Daten können neue oder vergrößerte Wasserflächen detektiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit, wassermanagementinduzierte Bodenbewegungen (beispielsweise Hebungen durch Grubenwasseranstieg) mit interferometrischen Radardaten zu detektieren und zu messen. Ein Monitoring mit diesen Verfahren ist für größere Flächen möglich. Als Fernerkundungssensoren eignen sich die Copernicus-Satelliten Sentinel-1 und 2, die zusätzlich den großen Vorteil haben, dass die Daten in kurzen Perioden kostenfrei und operationell verfügbar sind. Im vorliegenden Paper sind mehrere mögliche Monitoringkomponenten beschrieben, die im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben entstanden sind. / Hydrological monitoring is important for mining activities. For example, a change of hydrological conditions might indicate an impact of mining activities in the neighborhood. The detection of such impacts is a relevant task. The observed areas are usually large, and a cyclic manual inspection is often very expensive. Therefore, remote sensing is suitable to do a monitoring of such areas in order to detect different processes. Changes in soil moisture can be detected by looking into backscattering characteristics of radar images, spec-trum analysis of optical images is able to assess vegetation vitality. The interpretation of multispectral data is able to show new and enlarged water bodies. Furthermore, ground deformation caused by hydrological changes (for example uplifts as a consequence of increasing pit water) can be detected and measured via radar interferometry. A monitoring with such methods is possible for large areas. As remote sensing sensors the Copernicus-satellites Sentinel-1 and 2 are suitable with the big advantage of providing data in short cycles operationally and free of charge. In this paper various monitoring components are described.

In diesem Beitrag sollen Konzept und Realisierung der automatischen tachymetrischen Verformungsbeobachtung bei der Schachterweiterung und Füllortauffahrung im Einlagerungsschacht des zukünftigen Endlagers Konrad vorgestellt werden. Bei den Teufarbeiten zur Schachterweiterung herrschen durch den geometrisch abgeschlossenen und räumlich sehr eingeschränkten Bereich besondere Bedingungen. Die zur Begleitung der angewandten Ausbautechnologie notwendige Überwachung des Gebirgsverhaltens kann daher praktikabel nur tachymetrisch und nur von oben erfolgen. Diese Konstellation erfordert die ungewöhnliche Überkopf-Montage mehrerer Monitoring-Tachymeter, was wiederum angepasste Auswertealgorithmen im Netzausgleichungsschritt erfordert. Insbesondere muss wegen der äußeren Bedingungen ein weitgehend automatisierter Ablauf von der regelmäßigen Messwerterfassung über die Netzausgleichung bis zur Deformationsanalyse zur zuverlässigen Detektion von Punktbewegungen implementiert werden. / At the former iron ore mine Konrad (Salzgitter), which recently is being converted into a repository for nuclear waste with negligible heat generation, the repositioning shaft is expanded and a large filling site is developed currently. In this context an automated tachy-metric deformation monitoring system is applied. The concept and realization of this sys-tem are presented here. The shaft expansion poses some special challenges, since working space is geometrically closed and spatially very restricted. Tachymetric monitoring can therefore only take place from above. Thus, an innovative overhead mounting of monitoring tachymeters is required. This overhead application results in the necessity of an adapted evaluation and geodetic net adjustment. In addition, the instrument setup makes direct access for installation and maintenance more difficult. Therefore, redundancies were created, and are taken into account in the evaluation process consequently in order to obtain consistent results.

Das Überwachen von Objekten zählt nach DIN 18710 neben der Aufnahme und Absteckung zu den Kernaufgaben der Ingenieurgeodäsie. Das Prüfen auf geometrische, räumliche aber auch zeitliche Objektvariationen im Rahmen der Kongruenzanalyse erlaubt im Hinblick auf bergbauliche Aktivitäten eine Beurteilung der geomechanischen Situation bzw. Modellierung und ermöglicht die Optimierung von Auffahrungs- und Ausbauarbeiten. Für das automatisierte untertägige Monitoring im Rahmen eines umfangreichen geotechnischen Überwachungsprogramms beim Bau des Endlagers Konrad (Salzgitter) wird u.a. auf überkopfhängende Tachymeter zurückgegriffen. Bedingt durch die nicht-spezifizierte Lagerung der Instrumente sind in der epochalen Netzausgleichung zusätzliche Integrationsparameter zu parametrisieren, die die verbleibenden Stehachsrestneigungen berücksichtigen. Während üblicherweise der Epochenvergleich auf den ausgeglichenen Koordinaten der Einzelepochen beruht, findet hier ein Analysekonzept Anwendung, welches auf den originären Beobachtungen basiert. Die Integration des allgemeinen Data-Snoopings ermöglicht in diesem Konzept sowohl das Auffinden von Beobachtungsfehlern als auch das Detektieren und Identifizieren von Punktverschiebungen. / The core competencies in the field of applied engineering geodesy w.r.t. DIN 18710 are surveying and staking out of objects, as well as deformation analysis. The congruence analysis, as the main part of the deformation analysis, allows for identifying spatial, geometrical and temporal changes of objects. In mining industry, the results of a convergence monitoring are used to evaluate the geo-mechanical properties of the underground as well as to validate geo-dynamic models. Moreover, results of the congruence analysis can be used to optimize workflows, too. At the former iron ore mine Konrad (Salzgitter). which is being converted into the German repository for nuclear waste with negligible heat generation currently, a complex automated and continual monitoring system is established, which includes overhead mounted total stations. Due to the non-specific mount, the onboard tilt compensator cannot be used to level up the instruments. Thus, the inclination angles of the instruments w.r.t. the global reference frame must be parameterized within the network adjustment process. This concept is known as integrated network adjustment. To evaluate the stability of the reference points of the global frame and to derive convergences, a con-gruence analysis is used. Whereas usually deformations are derived from the results of independent single adjustments, we present a congruence model that combines the different original observation sets in one unified model. By applying the statistical toolbox of Baarda’s Data-Snooping method, outliers as well as point deformations can be identified.

Neben den herkömmlichen Messverfahren etablieren sich das Airborne sowie das Terrestrische Laserscanning in der Vermessung mit steigender Tendenz. Diese Verfahren werden überall dort angewendet, wo komplexe Objekte berührungslos und vollflächig erfasst werden sollen. In diesem Beitrag soll die Ableitung eines Bergmännischen Risswerks mittels korrelierter Daten des terrestrischen Laserscannings sowie des Airborne Laserscannings am Beispiel der Kalihalde Neuhof-Ellers dargestellt werden. Das Unternehmen K+S KALI GmbH ist für die markscheiderische Führung eines Bergmännischen Risswerks nach dem Bundesberggesetz und der Markscheider-Bergverordnung verantwortlich. Die Halde wurde dreidimensional aufgenommen. Die ALS-Daten werden mit den TLS-Daten verknüpft. Eine Kombination von Laseraufnahmen und Fotos ermöglicht es, die Ist-Situation realistisch darzustellen. Das Produkt ist ein 3D-CAD-Modell (DHM).

Beim Wiederanstieg des Grundwassers in den Innenkippen ist davon auszugehen, dass sich die Kippe ständig verändert, im Übergangsbereich zum erdfeuchten wird der dort vorhandene Pseudoporenanteil n sofort verringert und die Kippe verformt sich ständig durch die veränderten Spannungszustände. Auf den Innenkippen nehmen mit dem Anstieg des Grundwassers die Zahl der Verflüssigungsereignisse und auch die Größe der verflüssigten Bereiche zu. Die erfassten Bereiche wurden geokinematisch analysiert, um charakteristische Bewegungsmuster erkennen und beschreiben zu können. Im Ergebnis lassen sich die auf Innenkippen auftretenden Verformungsvorgänge auf drei Formen zurückführen, die eine Klassifizierung aus standsicherheitlicher Sicht ermöglichen. Diese drei Formen sind: 1. lokal begrenzte Einbrüche auftretend schon bei großem Grundwasserflurabstand bei nahezu ebener Kippenoberfläche, 2. vertikale Geländeveränderungen auf Kippen mit geneigtem Geländeoberfläche, die zu einer Einebnung oder einem Geländeausgleich führen, 3. Horizontale Böschungsbewegungen an Böschungen in der Form von relativ schnell ablaufenden Rutschungen mit erheblichen Massenbewegungen. Das Auftreten der jeweiligen Form ist ganz offensichtlich von der Höhe des Wasserspiegels in der Kippe und der Art der Einspannung der verflüssigten Kippe abhängig. Auf diese Klassifizierung baut eine Methodik zur Berechnung der Standsicherheit verflüssigungsge-fährdeter Innenkippenflächen auf, die bodenmechanische und hydromechanische Randbedingungen berücksichtigt. An einer Böschung wird für die Bewegungsform 3 ein horizontales Kräftegleichgewicht und für die Bewegungsform 2 ein Momentengleichgewicht verwendet. Bei der Bewegungsform 1 sind immer beide Gleichgewichtsbedingungen er-füllt. Diese Bruchform ist Ausdruck der ständigen Anpassung der Kippe durch bereichs-weise Verflüssigungen im tieferen Kippenuntergrund. Mit dem hydromechanischen Ansatz ist es möglich, die Geometrie der sich nach der Verflüssigung einstellenden Endböschung zu berechnen. Die im Vortrag vorgestellten Rückrechnungen und errechneten Endgeometrien an gegangenen verflüssigungsbedingten Konturveränderungen auf Innenkippen zeider zu erwartenden Endgeometrie. Für die Analysen mussten die vom Bergamt Halle zur Verfügung gestellten Daten zu den Rutschungsereignissen am Concordia See in Nachterstedt gesichtet und aufbereitet werden. Die Vielfalt und Heterogenität machten eine Homogenisierung der Eingangsdaten vor der Übernahme in die GIS-Softwarelösungen der Firma ESRI (ArcGIS for Desktop) erforderlich.

Persistent Scatterer Interferometrie (PSI), als eine Methodik zur Erfassung von Bodenbewegungen, liefert punktbezogene Zeitreihen der langzeitstabilen Rückstreuer auf der Erdoberfläche. Für die Bewegungsverläufe kann mittels eines Polynommodells eine optimal angepasste Trendfunktion geschätzt werden, wodurch das PSI-Ergebnis in einen funktionalen und einen Rauschanteil aufgeteilt wird. Mit Hilfe der Parameter dieser Trendfunktion lassen sich weitere Informationen aus den PSI-Zeitreihendaten ableiten. Diese erlauben eine anwendungsorientierte Charakterisierung des Bodenbewegungsgeschehens in Raum und Zeit sowie die interpretative Ableitung von Bodenbewegungsursachen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. In diesem Beitrag werden die charakteristischen Merkmale von Polynomen bis zum Grad 3 sowie ihre automatisierte Nutzung für GIS-technische Analysen beschrieben. Anhand zweier praktischer Beispiele werden die durch PSI-Auswertungen ermittelten Bodenbewegungen (umgerechnet in Höhenänderungen) mittels bestangepasster Trendpolynomfunktionen untersucht, um charakteristische Merkmale der zeitlichen Verläufe von PSI-Zeitreihen zu bestimmen. Da innerhalb eines Untersuchungsgebietes in der Regel eine Reihe von Ursachen und damit auch ihre entsprechenden Bodenbewegungscharakteristika bekannt sind, können durch einen interpretativen Vergleich Aussagen über die räumliche Ausdehnung wie auch das zeitliche Verhalten für eine Ursachenprognose abgeleitet werden.