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Doctor's Theses (authored and supervised):

K. Chmelina:
"Wissensbasierte Analyse geodätischer Verschiebungsmessungen";
Supervisor, Reviewer: H. Kahmen, T. Eiter; Institut für Geodäsie und Geophysik, 2002.



English abstract:
The geodetic monitoring of 3d-displacements during tunnel excavation has become a standard procedure in nowadays tunnel-projects and especially in NATM-projects (New Austrian Tunnelling Method). The daily geotechnical interpretation of the observed displacements is a responsible task requiring the specific knowledge of qualified and experienced geotechnical experts on site.
Currently interpretation work is mainly based on the analysis of numerous and different types of displacement diagrams together with diverse further data listings and graphics - a time consuming process. For a time-near analysis of bigger data volumes as well as for the monitoring data of the nowadays available automatic measuring systems this way-of-doing is already unpracticable.
In the thesis there is presented the prototype of a knowledge based system supposed to support this work by an automatic detection of remarkable displacements. The therefore necessary knowledge is investigated and structured. It is described as insecure, empirical, often intuitive and subjective. For the monitoring data, but also for further data involved in the interpretation process, inaccuracies and errors have to be considered as well as their general heterogeneity.
Due to these preconditions a purely heuristic, data-driven and rule-based system-concept is developed. In the system the relevant data gets empirically rated according to user-defineable schemes (empirical rating models) and is then internally represented and stored as facts. The rating models allow to express (numerically and by associated linguistic variables) the degree of particularity, exceptionallity or danger potential of the data related to specific interpretational aspects.
The relevant geotechnical knowledge is represented as heuristic rules. A forward-chaining inference process controls the activation of the rules causing them to fire on specific fact constellations (rating patterns). In the prototype three distinct interpretational aspects got implemented. The aspects are the detection of increasing displacement velocities and their relation to the excavation progress, the detection of remarkable displacements with respect to prognoses or expectations and the detection of a systematic error in the displacement data by use of a quantitative probabilistic reasoning method.
The performance of the prototype is tested with real and simulated data.

German abstract:
Im Zuge der Herstellung untertägiger Hohlraumbauten (Tunnel, Stollen, Kavernen) werden heute bereits standardmäßig geodätische Mess- und Auswertetechniken zur Ermittlung von Verschiebungen des Gebirges und/oder von Bauwerksteilen eingesetzt. Insbesonders bei Anwendung der NÖT (Neue Österreichische Tunnelbaumethode) haben diese Techniken einen große Bedeutung in Zusammenhang mit der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Bauvorhaben erlangt. Die projekt-begleitende geotechnische Interpretation der auftretenden Verschiebungen stellt eine verantwortungsvolle Aufgabe dar und ist daher qualifizierten Experten vorbehalten. Für die Vornahme dieser Tätigkeit ist umfangreiches Wissen verschiedener Art nötig. Die aktuelle Vorgangsweise, wonach auf Basis von Diagrammdarstellungen und sonstiger Grafiken und Listen Verschiebungen beurteilt werden, ist arbeitsintensiv und stößt zufolge der fortschreitenden technischen Entwicklung im Bereich der Messtechnik an organisatorische Grenzen; insbesonders, wenn es gilt, die Daten automatischer Messsysteme zeitnah zu interpretieren.
In dieser Dissertation wird ein Prototyp eines wissensbasierten Systems zur automatischen Analyse von Verschiebungsdaten entwickelt. Er stellt ein Unterstützungswerkzeug dar, welches eine Teilaufgabe der geotechnischen Interpretation, konkret das Erkennen von Auffälligkeiten in den Verschiebungsdaten, leistet. Das für diesen Zweck nötige Wissen wird in der Arbeit untersucht und strukturiert. Es wird als unsicheres, empirisches, vielfach auch intuitives und subjektives Wissen charakterisiert. Kennzeichnend für die zugrundeliegenden Verschiebungsdaten und auch weiterer in den Interpretationsprozess einzubeziehender Sekundärdaten ist deren Ungenauigkeit, Fehlerhaftigkeit und Unvollständigkeit, generell deren Heterogenität.
Aufgrund dieser Voraussetzungen wird ein heuristischer, datengetriebener und regelbasierter Ansatz zur Problemlösung verfolgt, bei dem die Verschiebungsdaten sowie weitere relevante Zusatzdaten zunächst als Fakten repräsentiert werden. Hernach wird der Grad ihrer Auffälligkeit, Besonderheit oder Gefährlichkeit in Bezug auf spezifische geotechnische Fragestellungen vom System anhand konfigurierbarer empirischer Bewertungsmodelle ermittelt und in der Wissensbasis in Form numerischer und linguistischer Variablen abgelegt. Mittels heuristischer Regeln wird das Problemlösungswissen formuliert. Ein vorwärts-verkettender Inferenzprozess steuert die Aktivierung der Regeln und bewirkt ihr Feuern, falls in der Wissensbasis auffällige Faktenkonstellationen (Bewertungsmuster) vorliegen. Im Prototyp wurden drei ausgewählte Analyseaspekte implementiert. Diese bilden das Erkennen einer auffälligen Geschwindigkeits-zunahme von Verschiebungen unter Berücksichtigung des Baufortschritts, das Erkennen auffälliger Verschiebungen auf Basis von Prognose- bzw. Erwartungswissen und das Erkennen eines systematischen Fehlers in den Ausgangsdaten unter Anwendung einer quantitativen Methode Unsicheren Schließens.
Experimente mit tatsächlichen und simulierten Daten erproben abschließend die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methoden.

Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.