Photogrammetrische Bestimmung von Wasserspiegelprofilen

Titel des Projekts

Verfahren der optischen Triangulation zur Bestimmung von zeitaufgelösten Wasserspiegelprofilen in hydraulischen Modellen

Beschreibung

Die Bestimmung der Wasseroberfläche ist eine Hauptaufgabe im Bereich der experimentellen Hydromechanik. Häufig erfolgt die Messung mittels Pegel, wodurch sich eine punktuelle Messung und ein hoher Messaufwand ergeben. Daher besteht anwenderseitig der Wunsch nach einem automatischen sowie flächenhaften Messverfahren. In Kooperation des Instituts für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF) der TU Dresden mit der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) wurde ein Projekt zur Entwicklung und Verifikation eines flächenhaft, automatisch sowie berührungslos messenden Systems zur Wasserspiegelhöhenbestimmung initiiert.

Als Messprinzip wurde eine Weiterentwicklung auf Basis der optischen Triangulation mit Hilfe einer Laserlichtschicht unter Ausnutzung der Reflektionseigenschaften von Flüssigkeitsoberflächen angewandt. Dabei wird eine Laserlichtschicht auf eine Flüssigkeitsoberfläche gerichtet und nach der Reflektion an der Oberfläche auf zwei hinter einander angeordnete sowie senkrecht zur Oberfläche orientierte Ebenen projiziert. Das resultierenden Laser-Muster wird durch eine Kamera beobachtet und anschließend detektiert, gemessen und in Verbindung mit einem am Institut entwickelten mathematischen Modells in Wasserhöhen und Oberflächenneigungen überführt.

Die Modellparameter können dabei einfach über eine Kalibrierung basierend auf der Messung bekannter Wasserspiegel bestimmt werden.

Die Messung der reflektierten Laserlichtschicht statt der Laserschnittlinie am Objekt bedingt eine quasi Verdoppelung der Genauigkeit gegenüber Standard-Lichtschnittverfahren. In Experimenten konnte ein genauigkeitspotential von 0.03 mm nachgewiesen werden. Die erfassbare Dynamik der Wasseroberfläche ist dabei durch die Aufnahmerate der Kamera begrenzt.

Ein komplettes Messsystem zusammen mit einer grafischen Benutzeroberfläche wurde für die BAW realisiert und derzeit im Laborumfeld getestet.