AT528271A1 - Verfahren zur Erstellung einer Datenmenge zur Untersuchung eines Gleisbettes mittels elektromagnetischer Strahlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erstellung einer Datenmenge zur Untersuchung eines Gleisbettes eines Gleises mittels elektromagnetischer Strahlen.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Erstellung einer Datenmenge zur Untersuchung

eines Gleisbettes mittels elektromagnetischer Strahlen

Die hier offenbarte Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem

Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Datenmenge zur Untersuchung eines Gleisbettes mittels

elektromagnetischer Strahlen.

Das Gleisbett umfasst einerseits Schwellen, welche Schwellen in einem Schwellenabstand zueinander verlegt sind. Der Schwellenabstand in der Mitte des Gleises ist beispielsweise in Europa mit einem Abstand von 60,0cm genormt und in Gleisrichtung im Wesentlichen konstant. Es findet sich beispielsweise in dem Eintrag zu „Streckenklasse“ auf wikipedia.org eine Auflistung von Schwellenabständen. Die Offenbarung dieser Erfindung baut auf diese Norm auf. Etwaige Schwankungen des Schwellenabstandes in einer Gleisachse haben

keinen Einfluss auf das hier diskutierte Verfahren.

Andererseits kann ein Gleisbett auch gleisfremde Objekte wie eine Verunreinigung des Schotters, ein Wasser im Unterbau

oder auch Steine oder Bomben im Unterbau umfassen.

Nach der gängigen Lehre können derartige gleisfremde Objekte im Unterbau unter Anwendung elektromagnetischer Strahlen erkannt werden. Hierzu wird an einer Messposition mittels eines Senders ein Signal umfassend elektromagnetische Strahlen mit einer Ausgabe-Frequenz und einer AusgabeAmplitude zu einem Ausgabezeitpunkt in das Gleisbett, im Besonderen in den Unterbau ausgegeben. Das Signal wird im Unterbau in Anhängigkeit der elektrischen Eigenschaften (elektrische Reflektionseigenschaft, dielektrische

Permittivität, magnetische Permeabilität, elektrische

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Leitfähigkeit) an einem Ort transmittiert, absorbiert und reflektiert. Das reflektierte Signal umfassend reflektierte elektromagnetische Strahlen mit einer Empfang-Frequenz und einer Empfang-Amplitude wird mittels eines an der Messposition angeordneten Empfängers zu einem

Empfangszeitpunkt empfangen.

Vorzugsweise wird an einer Vielzahl oder Reihe von Messpositionen ein Ausgabesignal ausgegeben und ein Empfangssignal gemessen,

welche Messpositionen in Gleisrichtung um einen

Messpunktabstand beabstandet sind.

Es wird ein Messmuster beschreibend die Änderung der Amplitude des reflektierten Signals zu dem ausgegebenen Signal oder die Amplitude des reflektierten Signals und jedenfalls den Ort (x,y,z) der Reflektion des Signals unter Anwendung der gängigen Lehre erstellt. Das Messmuster umfasst eine den Ort beschreibende, vektorielle Darstellung der Amplitude und kann als eine Datenmenge oder als ein Bild erstellt werden. Die Amplitude beschreibt die Änderung der elektrischen Eigenschaften zwischen den im Untergrund angeordneten Materialien am Ort der Reflektion des Signals. Nach der gängigen Lehre sind Verfahren bekannt, wie ein

solches Messmuster erstellt wird.

Bei den Verfahren nach dem Stand der Technik wird der Messpunktabstand der Messpositionen ausschließlich so gewählt, dass eine Messposition im Wesentlichen in der Mitte zwischen zwei zueinander benachbarten Schwellen gewählt wird. Durch diese Anordnung des Senders und des Empfängers sowie der ausschließlichen Durchführung einer Messung in der Mitte zwischen zwei zueinander benachbarten Schwellen wird erreicht, dass eine Schwelle keinen Einfluss auf das ermittelte Messmuster hat. Selbst der Laie erkennt, dass die

ausschließliche Wahl von Messpositionen im Messpunktabstand

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des Schwellenabstands keine zufriedenstellende Messung

darstellt.

WO2023169870 beschreibt einen Stand der Technik zur Untersuchung eines Gleisbettes mit elektromagnetischen Strahlen. WO02023169870 beschreibt im Vergleich zu diesem Stand der Technik ein neues Verfahren zur Untersuchung von elektromagnetischen Strahlen, bei welchem Verfahren der Sender und der Empfänger zur Ausgabe beziehungsweise zum Empfangen von elektromagnetischen Strahlen zu einander

beabstandet und somit zueinander benachbart angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich die Aufgabe, die Abstände der Messpositionen in Gleisrichtung zu verringern und den Einfluss der Schwellen als in einem regelmäßigen Abstand angeordnete gleiseigene Objekte auf das Messbild über

den Unterbau zu reduzieren.

Weiters soll eine Messposition unabhängig von ihrem Abstand zu einer Schwelle gewählt werden können, wobei der Einfluss der Schwellen als regelmäßig angeordnete gleiseigene Objekte

auf das Messbild über den Unterbau reduziert wird.

Die genannten Aufgabenstellungen haben den technischen Effekt, ein Messbild beziehungsweise eine Datenmenge mit einer höheren Auflösung zu erhalten, in welchem Messbild beziehungsweise in welcher Datenmenge kleine Gegenstände mit

einem Durchmesser von circa 5,0cm erkannt werden können. Erfindungsgemäß wird dies durch den Anspruch 1 erreicht.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass

zumindest eine das Messmuster für eine Vielzahl von Orten des Gleisbettes beschreibende Funktion f erstellt wird,

welche Funktion £ durch n intrinsischen Funktionen fintrN (23) mit jeweils einer Wellenanzahl wl in der Höhe des n-

fachen inversen Schwellenabstandes s mit n=1,2,3.. und einer

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Restfunktion frest beschrieben wird,

für welche Restfunktion

ffrest= [1] Fineen

gilt, wobei die Datenmenge als die Summe der mit einem Faktor versehenen n intrinsischen Funktionen und der mit einem Rest-

Faktor versehenen Restfunktion erstellt wird.

Es wird die Lehre des VMD-Algorithmus (VMD Variational mode decomposition) zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems angewandt. Es wird die Lehre des VMD-Algorithmus an das hier

vorliegende technische Problem angepasst.

Für die Wellenanzahl wl gilt allgemein

1

7 N*S

w1 =

wobei s der Schwellenabstand ist und für n=1,2,3.. gilt.

Die Vielzahl von Orten kann durch eine Kurve oder eine Linie definiert sein. Bei einer bildlichen Darstellung der Vielzahl von Orten sind die Orte auf dieser Kurve oder Linie angeordnet. Der genormte Schwellenabstand in Gleismitte beträgt beispielsweise in Europa laut Norm 60,0cm. Es ist beispielsweise in „Railway Geotechnics“ ein Schwellenabstand von 50,0cm (19,5 Zoll) für Holzschwellen oder ein Schwellenabstand von 60,0cm (24,0 Zoll) für Betonschwellen erwähnt. Es wird die Funktion mit zumindest einer intrinsische Funktion mit einer Wellenanzahl gleich dem inversen Schwellenabstand und somit mit einer Wellenzahl von 1/60,0 cm- oder durch n intrinsischen Funktionen mit jeweils einer Wellenanzahl gleich einem inversen n-fachen Schwellenabstand und somit 1/(n*60,0) cm-7! mit n=1,2,3.. und

jedenfalls der Restfunktion beschrieben (oder mathematisch

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angenähert). Es kann mit einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) untersucht werden, welche Wellenzahl 1/60,0 cm”! und welche der Wellenzahl n*1/60,0 cm-7* geeignet sind. Bisherige, nicht veröffentlichte Versuche zeigten, dass drei intrinsische Funktionen mit einer Wellenzahl n*1/60,0 cm-1

mit n=3 hinreichend gute Ergebnisse liefern.

In einem Gleisbogen ist der Schwellenabstand im bogeninneren Bereich des Gleises geringer als im bogenäußeren Bereich. Der Anwender kann diesen Umstand berücksichtigen, indem der Benutzer insbesondere bei einer dreidimensionalen Messung des Unterbaus bei einem geometrischen Schnitt im bogeninneren Bereich den kleineren Schwellenabstand und bei einem geometrischen Schnitt im bogenäußeren Bereich den größeren Schellenabstand bei der Wahl der hier erwähnten Wellenanzahlen berücksichtigt. Der Benutzer wählt somit die hier erwähnten Wellenanzahlen in Abhängigkeit der radialen Position des geometrischen Schnittes und somit des tatsächlichen Schwellenabstandes, was auch eine Frage der Genauigkeit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. In allen Fällen gilt, dass eine Wellenanzahl gleich dem

n-fachen inversen Schwellenabstand gewählt wird.

Durch das Erstellen einer Datenmenge als die Summe der mit einem Faktor versehenen intrinsische Funktion beziehungsweise mit n Faktoren versehenen intrinsischen Funktionen und der mit einem Rest-Faktor versehenen Restfunktion ist der Einfluss der Schwellen auf die Datenmenge über die Wahl der

erwähnten Faktoren steuerbar.

Die Faktoren für die intrinsischen Funktionen können durch einen Benutzer für jede intrinsische Funktion gewählt und

somit unterschiedlich sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

die Funktion £ durch k weitere intrinsischen Funktionen

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fintrK mit jeweils einer weiteren Wellenanzahl w2 ungleich dem k-fachen inversen Schwellenabstand s mit k=1,2,3.. beschrieben wird,

wobei die Datenmenge als eine Summe

der mit jeweils einem Faktor versehenen n intrinsischen Funktionen fintrN,

der mit jeweils einem weiteren Faktor versehenen k weiteren intrinsischen Funktionen fintrK und

der weiteren mit einem weiteren Rest-Faktor versehenen Restfunktion erstellt wird,

wobei für die weitere Restfunktion

[rest = [r- [ ern 5) [ pinerı

gilt.

In Ergänzung zu den n intrinsischen Funktionen mit Jeweils einer Wellenanzahl 1/(n*60,0) cm-7 wird die Funktion durch eine weitere intrinsische Funktion oder k weitere intrinsischen Funktionen beschrieben (oder angenähert), welche intrinsische Funktion beziehungsweise k intrinsischen Funktionen zu den Wellenanzahlen 1/(n*60,0) mit n=1,2,3.. unterschiedliche weitere Wellenanzahlen w2 aufweisen. Der Benutzer kann die weiteren Wellenzahlen nach seinen Erfahrungen wählen. Bisherige, nicht veröffentlichte Versuche zeigten, dass weitere Wellenzahlen in einem Bereich größer Null und kleiner 2*1/60,0 cm” gute Ergebnisse liefern. Der Anwender wählt eine niedrige Wellenzahl, vorzugsweise nahe

Null, um gleisfremde Objekte wie Fliegerbomben zu erkennen.

Der Benutzer kann eine weitere Wellenzahl und einen weiteren Wellenzahlenbereich sowie die Anzahl der weiteren intrinsischen Funktionen mit den weiteren Wellenzahlen in dem angegebenen weiteren Wellenzahlenbereich festlegen. Der

Benutzer kann den weiteren Wellenzahlenbereich nach seiner

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Erfahrung und/oder in Abhängigkeit der Eigenschaft eines zu detektierenden gleisfremden Objektes wählen. Der Benutzer wählt in Abhängigkeit des weiteren Wellenzahlenbereiches die Anzahl der weiteren intrinsischen Funktionen. Der Benutzer kann bei einem großen weiteren Wellenzahlenbereich eine hohe Anzahl von weiteren intrinsischen Funktionen wählen. Der Benutzer kann bei einem kleinen weiteren Wellenzahlenbereich eine kleine Anzahl von weiteren intrinsischen Funktionen wählen. Es kann beispielsweise eine Anzahl von 5 bis 10 weiteren intrinsischen Funktionen bei einem

Wellenzahlenbereich von 100cm-”* an sinnvoll angesehen werden.

Für die weiteren Wellenanzahl w2 gilt allgemein 1 1 wW2+*+*#— und 0wobei s der Schwellenabstand ist und für k=1,2,3.. gilt. In der obigen Beschreibung ist erwähnt, dass die erwähnten intrinsischen Funktionen mit einem Faktor und die weiteren intrinsischen Funktionen mit einem weiteren Faktor versehen sind. Die erwähnten weiteren intrinsischen Funktionen und weiteren intrinsischen Funktionen können durch den weiteren Faktor beziehungsweise weiteren Faktor abgemindert oder erhöht werden, wodurch der Anteil der erwähnten intrinsischen Funktionen beziehungsweise weiteren intrinsischen Funktionen in der Datenmenge als Summe der Funktionen gesteuert werden kann. Dies hat den weiteren technischen Effekt, dass der Einfluss der Schwellen in der Datenmenge reduziert wird. Die Anzahl n der intrinsischen Funktionen kann in einem ersten iterativen Berechnungsverfahren ermittelt werden. Es wird in diesem ersten iterativen Berechnungsverfahren die Anzahl n gesteigert, bis die Änderung des Flächenintegrals der Restfunktion bei einer Steigerung der Anzahl n zu n+1 einen von einem Benutzer vorgegebenen ersten Grenzwert unterschreitet. Seite 7

In der obigen Beschreibung ist erwähnt, dass die erwähnten intrinsischen Funktionen mit einem Faktor und die weiteren intrinsischen Funktionen mit einem weiteren Faktor versehen sind. Die erwähnten weiteren intrinsischen Funktionen und weiteren intrinsischen Funktionen können durch den weiteren Faktor beziehungsweise weiteren Faktor abgemindert oder erhöht werden, wodurch der Anteil der erwähnten intrinsischen Funktionen beziehungsweise weiteren intrinsischen Funktionen in der Datenmenge als Summe der Funktionen gesteuert werden kann. Dies hat den weiteren technischen Effekt, dass der

Einfluss der Schwellen in der Datenmenge reduziert wird.

Die Anzahl n der intrinsischen Funktionen kann in einem ersten iterativen Berechnungsverfahren ermittelt werden. Es wird in diesem ersten iterativen Berechnungsverfahren die Anzahl n gesteigert, bis die Änderung des Flächenintegrals der Restfunktion bei einer Steigerung der Anzahl n zu n+1 einen von einem Benutzer vorgegebenen ersten Grenzwert

unterschreitet.

Seite 7

Die Anzahl k der weiteren intrinsischen Funktionen kann in einem zweiten iterativen Berechnungsverfahren ermittelt werden, wobei die Anzahl n der intrinsischen Funktionen aus dem ersten iterativen Berechnungsverfahren ermittelt werden. Es wird nun die Anzahl k gesteigert, bis die Änderung des Flächenintegrals der weiteren Restfunktion bei einer Steigerung von k zu k+1 einen von einem Benutzer vorgegebenen

zweiten Grenzwert unterschreitet.

Bei den oben erwähnten iterativen Berechnungsverfahren wird die Frage der erforderlichen Anzahl n der intrinsischen Funktionen und die erforderliche Anzahl k der weiteren intrinsischen Funktionen so gelöst, dass durch ein Steigern der Anzahl n oder k das Flächenintegral der Restfunktion beziehungsweise der weiteren Restfunktion einem mathematischen Grenzwert angenähert wird. Ein kontinuierliches Steigern der Anzahl n oder k bringt eine kleiner werdende Annäherung an diesen mathematischen Grenzwert. Zur Wahrung der Effizienz, insbesondere bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als computerimplementierten Verfahrens werden der erste Grenzwert

und gegebenenfalls der zweite Grenzwert eingeführt.

Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren oder Teile des erfindungsgemäßen Verfahrens als

computerimplementiertes Verfahren ausgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

zumindest eine das Messmuster für eine Vielzahl von Orten einer einzigen Höhenlage des Gleisbettes beschreibende

Funktion £f erstellt wird.

Die Orte einer einzigen Höhenlage ist über die Koordinaten des Ortes definierbar, wobei für die z-Koordinate ein Bereich

vorgegeben wird.

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Das Messmuster kann zur Anzeige auf einem Bildschirm vorliegen und somit zeilenweise oder in Höhenschichtlinien aufgebaut sein. In einer vorteilhaften Weise kann die bereichsweise Beschreibung des Messmusters mit der Funktion an diesen Aufbau angepasst sein. Die Funktion kann die

Amplituden einer Zeile des Messmusters beschrieben.

Die folgende Beschreibung der Definition der erwähnten Faktoren basiert auf dem Grundgedanken, den Einfluss der Schwellen auf die durch die Summe der Funktionen gebildete

Datenmenge zu reduzieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

die n Faktoren für die n intrinsischen Funktionen entweder gleich Null oder größer Null und kleiner Eins sind,

die k weiteren Faktoren für die k weiteren intrinsischen Funktionen gleich Eins sind und

der Rest-Faktor für die Restfunktion gleich Eins ist.

Diese Definition der erwähnten Faktoren schafft eine Datenmenge mit einem verminderten Einfluss der Schwellen durch eine Abminderung des Anteils der intrinsischen Funktion über den Faktor an der Datenmenge. Allgemein gilt hierbei, dass die n Faktoren für die intrinsischen Funktionen kleiner sind als die k weiteren Faktoren für die weiteren Funktion

und den Rest-Faktor für die Restfunktion.

Durch Setzen eines abmindernden Faktors für die intrinsischen Funktionen gleich Null wird eine Datenmenge erstellt, welche Datenmenge die n intrinsischen Funktionen mit n=1,2,3.. nicht umfasst. Durch Setzen der weiteren Faktoren und des RestFaktors ungleich Null, vorzugsweise gleich Eins oder größer als Eins, wird eine Datenmenge geschaffen, welche Datenmenge durch die weiteren intrinsischen Funktionen und die

Restfunktionen gebildet wird.

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ES kann für jede intrinsische Funktion ein abmindernder

Faktor definiert werden.

Es kann der abmindernde Faktor durch den Benutzer definiert werden. Der Benutzer kann den abmindernden Faktor unter

Rücksichtnahme auf seine Erfahrung wählen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

die n Faktoren für die n intrinsischen Funktionen gleich Eins sind,

die k weiteren Faktoren für die k weiteren intrinsischen Funktionen größer Eins sind und

der Rest-Faktor für die Restfunktion größer Eins ist.

Diese Definition der erwähnten Faktoren schafft eine Datenmenge mit einem verminderten Einfluss der Schwellen durch eine Erhöhung des Anteils der weiteren intrinsischen Funktionen über die weiteren Faktoren und des Anteils der

Restfunktion über den Rest-Faktor an der Datenmenge.

Es können die weiteren Faktoren und der Rest-Faktor gleich

sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass der Messpunktabstand zwischen den Messpositionen kleiner

als die Hälfte des Schwellenabstandes ist.

Es kann beispielsweise ein Messpunktabstand von 12, 0cm, vorzugsweise 4,0cm gewählt werden. Der Messpunktabstand kann über ein Wegmesssystem nach dem Stand der Technik ermittelt

werden.

Es kann der Sender und der Empfänger auf einem Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug angeordnet sein, welches Schienenfahrzeug im Gleis in eine Fahrtrichtung bewegt ist. Es kann der Sender über eine Steuervorrichtung gesteuert

sein, sodass der Sender ausschließlich nach einer Bewegung

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des Fahrzeuges im Gleis in Fahrtrichtung um einen Messabstand ein Signal ausgibt. Es kann der Empfänger mit der Steuervorrichtung so gesteuert sein, dass der Empfänger ausschließlich nach einer Fortbewegung des Fahrzeuges um einen Messabstand ein Signal empfängt. Es können der Sender und der Empfänger so gesteuert sein, dass der Sender und der Empfänger nur an den um den Messabstand beanstandeten

Messpositionen ein Signal ausgibt beziehungsweise empfängt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass der durch das Messmuster beschriebene Ort eine dreidimensionale Ortsangabe umfasst und eine dreidimensionale Datenmenge erstellt wird oder

der durch das Messmuster beschriebene Ort eine zweidimensionale Ortsangabe umfasst und eine zweidimensionale

Datenmenge eine geometrische Schnittmenge erstellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

die Datenmenge auf einem Bildschirm angezeigt wird.

Es können weiters die erwähnten Faktoren angezeigt werden. Der Benutzer kann die erwähnten Faktoren vorzugsweise unabhängig voneinander verändern, wobei eine Veränderung zumindest eines erwähnten Faktors über die Anzeige der

Datenmenge am Bildschirm angezeigt wird.

Der Benutzer kann so die Abminderung beziehungsweise die Erhöhung der erwähnten intrinsischen Funktionen über die erwähnten Faktoren kontrollieren. Wie oben erläutert kann die Datenmenge auch durch zumindest eine weitere intrinsische Funktion gebildet werden, wobei der Benutzer die weiteren Wellenanzahlen der weiteren intrinsischen Funktionen definieren kann. Der Benutzer kann über die Anzeige der Datenmenge, welche Datenmenge auch durch die weiteren intrinsischen Funktionen gebildet wird, die Definition der

weiteren Wellenanzahlen kontrollieren.

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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dadurch auszeichnen, dass

das Messmuster auf dem Bildschirm angezeigt wird.

Die obige Beschreibung der Erfindung erwähnt die Kontrollbarkeit der erstellten Datenmenge durch den Benutzer. Diese Kontrollbarkeit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Messmuster und die Datenmenge angezeigt werden. Der Benutzer kann so insbesondere die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontrollieren. Der Benutzer kann im Besonderen den zumindest einen abmindernden Faktor oder

die zumindest eine weitere Wellenanzahl verändern.

Die hier offenbarte Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Die hier offenbarte Erfindung betrifft auch ein Speichermedium, auf welchem Speichermedium das Computerprogrammprodukt zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.

Die hier offenbarte Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Es sind das vom Sender ausgegebene Signal und das vom Empfänger empfangene Signal Eingangswerte für das mit dem Computerprogrammprodukt umgesetzten Verfahrens. Es können weiters die weiteren Wellenanzahlen

Eingangswerte des Computerprogramms sein.

Es ist die aus den Eingabewerten erstellte Datenmenge der

Ausgabewert des Computerprogrammproduktes.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellte Datenmenge kann die Grundlage einer Analyse des Gleisbettes, im Besonderen des Unterbaus sein. Es kann beispielsweise das Gleisbett, insbesondere der Unterbau auf der Grundlage der

mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellten Datenmenge

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unter Anwendung von künstlicher Intelligenz analysiert

werden.

Es kann hierbei ein Muster der Datenmenge mit einem Referenzmuster verglichen werden. Es können durch einen Vergleich von Bereichen der Datenmenge Diskontinuitäten in

der Datenmenge ermittelt werden.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellte Datenmenge kann die Grundlage einer Steuerung einer automatischen oder halbautomatischen Steuerung einer das Gleisbett bearbeitenden Maschine sein. Unter einer halbautomatischen Steuerung einer Maschine wird eine Steuerungsverfahren verstanden, in welches

Steuerungsverfahren eine Person eingreifen kann.

Die Erfindung wird anhand der folgenden, in den Figuren

dargestellten Ausführungsformen ergänzend erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Gleisfahrzeug mit den erforderlichen Vorrichtungen zu einer vorteilhaften Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 zeigt ein Messmuster eines Gleises,

Fig. 3 zeigt die Verwendeten mathematischen Funktionen zur

Erstellung der in Fig. 4 dargestellten Datenmenge,

Fig. 4 zeigt eine aus einem Messmuster eines Gleises

erstellte Datenmenge.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausführungsformen, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf diese speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander und eine Kombination einer Ausführungsform mit der oben angeführten allgemeinen Beschreibung möglich sind. Diese weiteren möglichen

Kombinationen müssen nicht explizit erwähnt sein, da diese

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weiteren möglichen Kombinationen aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können

des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegen.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende

Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

In den Figuren sind die folgenden Elemente durch die

vorangestellten Bezugszeichen gekennzeichnet:

1 Unterbau

2-5 Schwellen

6 Schiene

7 Radarvorrichtung

8 Fahrtrichtung

9 ausgegebenes Signal

10 reflektiertes Signal

11-13 Messposition

14-16 weitere Messposition

17 horizontale Achse

18 vertikale Achse

19 oberer Bereich des Messbildes

20 Zeile

21 Funktion

22 Diagramm zu Funktion

23 (erste) intrinsische Funktion

24 Diagramm zu (erste) intrinsische Funktion 25 weitere erste intrinsische Funktion

26 Diagramm zu weiterer erster intrinsische Funktion 27 weitere zweite intrinsische Funktion

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28 Diagramm zu weiterer zweite intrinsische Funktion 29 Restfunktion

30 Diagramm zu Restfunktion

31 oberer Bereich der Datenmenge

32 (frei)

33 zweite intrinsische Funktion

34 Diagramm zu zweite intrinsische Funktion

35 dritte weitere intrinsische Funktion

36 Diagramm zu dritte weitere intrinsische Funktion 37 vierte weitere intrinsische Funktion

38 Diagramm zu vierte weitere intrinsische Funktion

Die Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch ein Gleisbett. Das Gleisbett umfasst einen zu untersuchenden Unterbau 1, Schwellen 2-5 und eine (sichtbare) Schiene 6. Es wird eine Radarvorrichtung 7 umfassend einen Sender zur Ausgabe eines Signals umfassend elektromagnetische Strahlen in den Unterbau 1l relativ zu dem Unterbau 1 in eine Fahrtrichtung 8 bewegt. Das ausgegebene Signal 9 durchdringt einen Teilbereich des Unterbaues 1 und wird an Teilbereichen des Unterbaues 1 reflektiert. Die Radarvorrichtung 7 umfasst einen Empfänger, welcher Empfänger einen Anteil des reflektierten Signals 10 empfängt. Unter Anwendung der gängigen Lehre ist es möglich aus den Signalen 9, 10 ein Messmuster über den Unterbau 1 zu erstellen. Ein solches Messmuster ist beispielsweise in der

Figur 5 dargestellt.

Nach dem Stand der Technik wird wie in der Figur 5 dargestellt und abweichend von der Figur 2 und von der Figur 6 mit der Radarvorrichtung 7 an den an Messpositionen 11, 12, 13 ein Signal 9 ausgegeben und ein Signal 10 empfangen. Die Messpositionen 11, 12, 13 befinden sich bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik ausschließlich in der Mitte zwischen den Schwellen 2-5; die Messposition 11 ist

beispielsweise in der Mitte zwischen den Schwellen 2, 3. Bei

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einem Verfahren nach dem Stand der Technik sind die Messpositionen 11, 12, 13 so gewählt, dass die Schwellen 2-5 keinen Einfluss auf das ausgegebene Signal 9 oder das reflektierte Signal 10 haben. Selbst der Laie erkennt Jedoch, dass ausschließlich eine Messung an den Messpositionen 11, 12, 13 keine zufriedenstellende Messung über der Unterbau 1

liefern kann.

Die Figur 2 zeigt ein Messmuster über den Unterbau 1, welches Messmuster unter Anordnen der Radarvorrichtungen an den in Figur 1 eingetragenen Messpositionen 11, 12, 13 und an weiteren Messposition 14-16 erstellt wird. Es sind in der Figur 1 die weiteren Messpositionen 14-16 beispielhaft eingetragen, um zu veranschaulichen, dass die Messpositionen 11-16 für das in Figur 2 gezeigte Messmuster einen geringeren Abstand als Schwellenabstand aufweisen. Die weiteren Messpositionen 14-16 werden unabhängig von einem Abstand der

weiteren Messpositionen 14-16 zu den Schwellen 3-5 gewählt.

Die Figur 2 zeigt ein Messmuster, welches Messmuster unter Positionierung der Radarvorrichtung 7 an mehreren Messpositionen als die beispielhaft eingetragenen Messpositionen 11-16 erstellt wird. Es kann die Radarvorrichtung 7 an einer Reihe von Messpositionen mit

einem Abstand von 4,0cm bis 12,0cm positioniert werden.

Es sind in der Figur 2 an der horizontalen Achse 17 des Messbildes die Messpositionen 11-16 aufgetragen. Es ist auf der horizontaler Achse 17 des Messbildes der Weg in Fahrtrichtung 8 aufgetragen. Das in der Figur 2 gezeigte Messbild zeigt die Amplituden der reflektierten Strahlen bei

einem zurückgelegten Weg von circa 120,0 Meter.

Es ist auf der vertikalen Achse 18 die Zeitspanne des reflektierten Signals von dem Ausgabezeitpunkt bis zum

Reflektionszeitpunkt aufgetragen. Die auf der vertikalen

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Achse 18 aufgetragene Zeitspanne ist äquivalent zu der Tiefe

im Untergrund (z<0) anzusehen.

Die Erstellung eines Messbildes wie in der Figur 2 dargestellt ist grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt. Wie oben erläutert wird ein Messbild nach dem Stand der Technik unter einem ausschließlichen Positionieren der Radarvorrichtung 7 an Messpositionen zwischen den Schwellen erstellt. Bei dem in Figur 2 erstellten Messbild wurde die Radarvorrichtung 7 an Messpositionen mit einem geringeren Abstand als 60,0cm wie beispielsweise einem Abstand von 4,0 bis 12,0 cm positioniert. Es ist der Einfluss der Schwellen auf das Messbild anhand des in etwa regelmäßigen Musters der Amplituden im oberen Bereich 19 des Messbildes erkennbar. Dieser Einfluss ist auch in den zum oberen Bereich 19 anderen Bereichen vorhanden, Jedoch nicht mit dem freien Auge derart

mühelos erkennbar.

Das in der Figur 2 gezeigte Messbild zeigt die Amplitude des reflektierten Signals in Abhängigkeit des Ortes (x,z). Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird hier nur ein

zweidimensionales Messbild diskutiert.

ES wird zumindest eine das Messmuster für eine Vielzahl von Orten des Gleisbettes beschreibende Funktion £f erstellt. Das in der Figur 2 gezeigte Messbild zeigt den Sonderfall eines zeilenweisen Aufbaus. Es liegt nahe, dass die Beschreibung des Messmusters an diesen zeilenweisen Aufbau angepasst wird und so eine das Messmuster, im Besonderen die Amplitude oder die Veränderung der Amplitude in einer Zeile beschreibende mathematische Funktion erstellt wird. Eine Zeile des

Messmusters umfasst eine Vielzahl von Orten.

Vorzugsweise wird eine Reihe von Funktionen erstellt, wobei eine Funktion eine Zeile des Messmusters wie beispielsweise die Zeile 20 beschreibt. Es wird jedoch in der folgenden

Figurenbeschreibung nur die Erstellung einer Funktion und die

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Verarbeitung dieser Funktion diskutiert, um die Beschreibung

knapp zu fassen.

Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Funktion 21, welche Funktion das Messbild, im Besonderen die (Veränderung der) Amplitude in der Zeile 20 (siehe Figur 2) beschreibt. Es ist ohne besondere Bedeutung für die Offenbarung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Zeile 20 Teil des oben erwähnten oberen Bereiches 19 ist, da das erfindungsgemäße Verfahren die Erstellung von Funktionen über alle Zeilen umfasst. Es sind lediglich die Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dieser Zeile 20 gut erkennbar, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Zeile 20

diskutiert wird.

Es ist in dem Diagramm 22 auf der horizontalen Achse der Weg und auf der vertikalen Achse die Amplitude des reflektierten Signals dargestellt. Die Funktion 21 ist eine mathematische

Funktion mit einer Vielzahl von Wellenlängen. Die Funktion 21

weist in Teilbereichen unterschiedliche Wellenlängen auf.

Es wird unter Anwendung der Lehre des VMD-Algorithmus (VMD Variational mode decomposition) die Funktion durch eine intrinsische Funktion 23 mit einer Wellenanzahl 1/60,0 beschrieben. Es wird die Lehre des VMD-Algorithmus an das hier vorliegende Problem der Reduktion des Einflusses der Schwellen auf das Messbild angepasst, indem eine intrinsische Funktion mit einer Wellenanzahl 1/60,0 gewählt wird. Es wird die Eigenheit des Gleisbettes berücksichtigt, dass die Schwellen einen normierten Schwellenabstand von

beispielsweise 60,0cm aufweisen.

Wie oben erläutert kann die Wellenanzahl wird den Schwellenabstand angepasst, welcher Schwellenabstand laut Norm 60,0cm beträgt. Es ist auch die Wahl einer zu 1/60,0

unterschiedlichen Wellenanzahl möglich, wenn der

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Schwellenabstand zu dem beispielhaft erwähnten normierten

Abstand unterschiedlich ist.

Es sind die unter Anwendung der Lehre des VMD-Algorithmus erstellte erste intrinsische Funktion 23 mit einer

Wellenanzahl 1/60,0 in dem Diagramm 24 dargestellt.

Unter Verweis auf die obige Beschreibung ist es möglich, die Funktion 21 weiters durch n intrinsische Funktionen mit Jeweils einer Wellenlänge von 1/(n*60,0) zu beschreiben. Die Erstellung dieser n intrinsischen Funktionen ist optional und wird aus diesem Grund nicht weiter im Rahmen der

Figurenbeschreibung erörtert.

Die Figur 3 zeigt den Sonderfall, dass weitere intrinsische Funktionen 25, 27 mit weiteren Wellenanzahlen ungleich der Wellenanzahl erstellt werden. Die Erstellung der weiteren intrinsischen Funktionen ist optional, jedoch vorteilhaft, weshalb die weiteren intrinsischen Funktionen in der Figur 2 dargestellt sind und die Erstellung der weiteren intrinsischen Funktionen in dieser Figurenbeschreibung

diskutiert werden.

Es wird die Funktion 21 unter Anwendung des VMD-Algorithmus durch eine erste weitere intrinsische Funktion 25 mit einer ersten weiteren Wellenanzahl ungleich 1/(n*60,0cm) mit

n=1,2,3.. beschrieben. Es ist die erste weitere intrinsische

Funktion 25 in dem Diagramm 26 dargestellt.

Es wird die Funktion 21 unter Anwendung des VMD-Algorithmus durch eine zweite weitere intrinsische Funktion 27 mit einer zweiten weiteren Wellenanzahl ungleich 1/(n*60,0cm) mit n=1,2,3.. beschrieben. Es ist die erste weitere intrinsische

Funktion 27 in dem Diagramm 28 dargestellt.

Die erste weitere Wellenanzahl und die zweite weitere Wellenanzahl werden durch den Benutzer eingegebenen, wobei

die oben angegebenen Bedingungen einzuhalten sind. Es findet

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sich im obigen Beschreibungsteil eine Beschreibung, wie die weiteren intrinsischen Funktionen zu erstellen sind. Es ist

diese Beschreibung sinngemäß anzuwenden.

ES wird eine Restfunktion 29 erstellt, für welche Restfunktion die in den Ansprüchen definierte Bedingung gilt. Die Erstellung der Restfunktion ist nach der Lehre des VMDAlgorithmus bekannt.

Es wird für die Zeile 20 eine Datenmenge als die Summe der mit einem Faktor versehenen intrinsischen Funktion 23, der mit weiteren Faktoren versehenen weiteren intrinsischen

Funktionen 25, 27 und der mit einem Rest-Faktor versehenen

Restfunktion 29 erstellt.

Wie oben erwähnt kann eine Funktion für jede Zeile als Bereich des Messbildes erstellt werden. Es kann für jede Zeile eine Datenmenge nach der obigen Beschreibung erstellt

werden.

Die Figur 4 zeigt eine Datenmenge, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren unter Anwendung der Lehre des VMDAlgorithmus erstellt wird. Es ist mit dem freien Auge erkennbar, dass insbesondere im oberen Bereich 31 der

Datenmenge der Einfluss der Schwellen 2-5 minimiert ist.

Die Datenmenge wird unter einer Abminderung der intrinsischen Funktion mit einem Faktor gleich Null erstellt. Es ist auch denkbar, dass ein von Null unterschiedlicher Faktor angewandt wird, wie dies im allgemeinen Beschreibungsteil erwähnt ist. Der weitere Faktor und der Rest-Faktor werden gleich Eins

gesetzt.

Die Figur 2, die Figur 3 und die Figur 4 betreffen eine Darstellung von Signalen über das Gleisbett in einem Längsschnitt des Gleisbettes. Die Figur 2, die Figur 3 und die Figur 4 veranschaulichen einen zweidimensionalen

Anwendungsfall. Es kann das erfindungsgemäße Verfahren auf

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eine dreidimensionale Analyse und Darstellung der Signale anwendbar. Anstelle der bei dem vorgetragenen Beispiel verwendeten zweidimensionalen Funktion (intrinsische Funktion, weiteren intrinsische Funktion und Restfunktion)

sind dreidimensionale mathematische Funktionen anzuwenden.

Die Figur 5 zeigt ein Messbild (oder Radargramm), welches Messbild unter Anwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik erstellt wird. Die Messpositionen zur Erstellung dieses Messbildes sind voneinander circa 60cm (entsprechend

dem Schwellenabstand) beanstandet.

Die Figur 6 zeigt ein Messbild, welches mit Messwerten aus voneinander um 6,0cm beabstandete Messpositionen erstellt wird. Es ist der Einfluss der Schwellen auf das Messergebnis insbesondere im oberen Bereich des Messbildes deutlich

erkennbar.

Die Figur 7 zeigt eine Datenmenge, welche Datenmenge aus dem in Figur 6 gezeigten Messbild unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erstellt wird. Es ist kein

Einfluss der Schwellen auf die Datenmenge zu erkennen.

Es wird das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Bereiche definierenden Zeilen des Messbildes der Figur 6 angewandt; die Figur 8 veranschaulicht nur die Anwendung des Verfahrens

auf die Zeile 20.

Es ist die die Amplituden beschreibende Funktion 21 (Eingangssignal) in dem Diagramm 22 dargestellt. Es wird diese Funktion 21 (Eingangssignal) mit

—- einer ersten intrinsischen Funktion 23 (IMF3) mit einer ersten Wellenlänge 1/(1*60,0) (n=1, in Bezug auf die obige Beschreibung),

—- einer zweiten intrinsischen Funktion 33 (IMF1l) mit einer zweiten Wellenlänge 1/(2*60,0) (n=2, in Bezug auf die obige

Beschreibung) beschreiben.

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Die Funktion 21 (Eingangssignal) wird weiters mit

—- einer weiteren ersten intrinsischen Funktion 25 (IMF2) mit einer weiteren ersten Wellenlänge 2,520m-* und

—- einer weiteren zweiten intrinsischen Funktion 27 (IMF4) mit einer weiteren zweiten Wellenlänge 1,077 m-7*,

—- einer weiteren dritten intrinsischen Funktion 35 (IMF5) mit einer weiteren dritten Wellenlänge 0,585 m},

—- einer weiteren vierten intrinsischen Funktion 37 (IMF6) mit einer weiteren vierten Wellenlänge 0,155 m},

- einer Restfunktion 29 (Restsignal) beschrieben. Dien Faktoren für die intrinsischen Funktionen 23, 33 werden zur Erstellung der Datenmenge gleich Null gesetzt. Die k weiteren Faktoren für die weiteren intrinsischen Funktionen werden zur

Erstellung der Datenmenge gleich Eins gesetzt.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erstellung einer Datenmenge zur Untersuchung eines Gleisbettes eines Gleises mittels elektromagnetischer Strahlen, welches Gleisbett mit einem Schwellenabstand s verlegte Schwellen (2, 3, 4, 5) und einen Unterbau (1) mit einer Schicht oder mehreren Schichten aus Schotter umfasst, welcher Unterbau (1) gegebenenfalls gleisbettfremde Objekte wie eine Verschmutzung oder Felsblöcke oder sonstige Fremdkörper umfasst, wobei an einer Messposition (11-16) mittels eines Senders ein Signal (9) umfassend elektromagnetische Strahlen mit einer Ausgabe-Frequenz und einer Ausgabe-Amplitude zu einem Ausgabezeitpunkt in das Gleisbett ausgegeben wird, welches Signal an einem Ort im Gleisbett reflektiert, absorbiert und transmittiert wird, wobei ein reflektiertes Signal (10) umfassend reflektierte elektromagnetische Strahlen mit einer Empfang-Frequenz und einer Empfang-Amplitude mittels eines an oder benachbart zu der Messposition (11-16) angeordneten Empfängers zu einem Empfangszeitpunkt empfangen wird, wobei an einer Reihe von Messpositionen (11-16) ein Ausgabesignal ausgegeben und ein Empfangssignal gemessen wird, welche Messpositionen (11-16) in Gleisrichtung um einen Messpunktabstand beabstandet sind, wobei ein Messmuster beschreibend die Änderung der Amplitude des reflektierten Signals (10) zu dem ausgegebenen Signal (9) über einen Ort (x,y,z) oder die Amplitude des reflektierten Signals (9) über einen Ort (x, y,z) in dem Gleisbett erstellt wird, wobei die y-Achse quer zu einer Gleisrichtung des

Gleises,

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die z-Achse Höhenlagen des Gleisbettes beschreibt und

die x-Achse in Richtung der Gleisachse orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest eine das Messmuster für eine Vielzahl von Orten des Gleisbettes beschreibende Funktion f (21) erstellt wird,

welche Funktion £ (21) durch n intrinsischen Funktionen fintrN (23) mit Jeweils einer Wellenanzahl wl in der Höhe des n-fachen inversen Schwellenabstandes s mit n=1,2,3.. und einer Restfunktion frest (29) beschrieben wird,

für welche Restfunktion (29) n [rest = [= | fimeen 1

wobei die Datenmenge als die Summe der mit einem Faktor

gilt,

versehenen n intrinsischen Funktionen (23) und der mit einem Rest-Faktor versehenen Restfunktion (29) erstellt

wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion £ durch k weitere intrinsischen Funktionen fintrK (25, 27) mit Jeweils einer weiteren Wellenanzahl w2 ungleich dem k-fachen inversen Schwellenabstand s mit k=1,2,3.. beschrieben wird, wobei die Datenmenge als eine Summe der mit jeweils einem Faktor versehenen n intrinsischen Funktionen fintrN (23), der mit jeweils einem weiteren Faktor versehenen k weiteren intrinsischen Funktionen fintrK (25, 27) und der weiteren mit einem weiteren Rest-Faktor versehenen Restfunktion (29) erstellt wird,

wobei für die weitere Restfunktion

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[rest = [r- [ ern 5) [ pinerk

gilt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine das Messmuster für eine Vielzahl von Orten einer einzigen Höhenlage des Gleisbettes beschreibende

Funktion £ (21) erstellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faktoren für die intrinsischen Funktionen (23) entweder gleich Null oder größer Null und kleiner Eins sind, die weiteren Faktoren für die weiteren intrinsischen Funktionen (25, 27) gleich Eins sind und der Rest-Faktor für die Restfunktion (29) beziehungsweise der weitere Rest-Faktor für die weitere Restfunktionen

(29) gleich Eins ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die n Faktoren für die n intrinsischen Funktionen (23) gleich Eins sind, der k weiteren Faktoren für die k weiteren intrinsischen Funktionen (25, 27) größer Eins sind und der Rest-Faktor für die Restfunktion (29) beziehungsweise der weitere Rest-Faktor für die weitere Restfunktion (29)

größer Eins ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messpunktabstand zwischen den Messpositionen (11-16)

kleiner als die Hälfte des Schwellenabstandes s ist.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass

der durch das Messmuster beschriebene Ort eine dreidimensionale Ortsangabe umfasst und eine dreidimensionale Datenmenge erstellt wird oder

der durch das Messmuster beschriebene Ort eine zweidimensionale Ortsangabe umfasst und eine zweidimensionale Datenmenge eine geometrische

Schnittmenge erstellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

die Datenmenge auf einem Bildschirm angezeigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

das Messmuster auf dem Bildschirm angezeigt wird.

10. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens

nach den Ansprüchen 1 bis 9.

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