DE102005030451A1

DE102005030451A1 - Jahreszeitunabhängige Bewertung von Vegetation auf und/oder an Verkehrswegen oder anderen zugänglichen Flächen

Info

Publication number: DE102005030451A1
Application number: DE102005030451A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schüssler; Bernhard Dr. Hulin
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: Deutsche Bahn AG
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur umgebungslicht- und jahreszeitunabhängigen Bewertung der Gefährlichkeit oder Nützlichkeit von Vegetation auf und/oder an Verkehrswegen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein aktives elektromagnetisches System verwendet, das elektromagnetische Strahlung aussendet. Diese wird an Objekten und auch an der Vegetation reflektiert. Von dieser reflektierten Strahlung erfasst das System die Intensität und die Laufzeit. Anschließend wird eine Segmentation und/oder Klassifikation der Vegetation durchgeführt, indem DOLLAR A - mit Hilfe einer spektralen Auswertung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder DOLLAR A - durch eine Texturanalyse der Vegetationstyp erkannt wird, wobei hierfür die Verwendung nur einer Wellenlänge ausreichend ist, und/oder DOLLAR A - mit Hilfe einer Auswertung nach Polarisationsrichtung der ausgesendeten und/oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder DOLLAR A - eine Phasenverschiebung der durch die Vegetation reflektierten elektromagnetischen Strahlung bzw. durch unterschiedliche ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur umgebungslicht- und jahreszeitunabhängigen Bewertung der Gefährlichkeit oder Nützlichkeit von Vegetation auf und/oder an Verkehrswegen.
Zum gefahrlosen Betrieb von Verkehrswegen müssen diese im Allgemeinen regelmäßig von Vegetationsaufwuchs befreit werden, welcher in ein je nach Erfordernis der sich auf dem Verkehrsweg bewegenden Fahrzeuge freizuhaltendes Umgrenzungsprofil hineinragt. Hierzu erfolgen üblicherweise Rückschnittmaßnahmen in festen zeitlichen Abständen. Im Zuge des allgemeinen Trends zur Aufwandsreduzierung bei der Unterhaltung von Verkehrs-Infrastruktur werden meist Anstrengungen unternommen, die zeitintervallorientierte Durcharbeitung mittels einer zustandsorientierten Durcharbeitung zu ersetzen. Hierzu sind nach bisherigem Stand der Technik regelmäßige Inspektionen durch Unterhalts-Personal erforderlich. Die Bewertung und Quantifizierung der zurückzuschneidenden Vegetation erfordert jedoch eine fachmännische Beurteilung, die üblicherweise nicht „im Vorbeigehen" erledigt werden kann. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Pflegemaßnahme in Form von Rückschnitt, Herbizidausbringung oder Düngung zu intensiv oder zu mäßig ausfällt. Ein zu intensiver Rückschnitt ist aus Umweltschutz- und Kostengründen ebenso wie ein zu mäßiges Rückschneiden, was zu frühe Nachfolge-Maßnahmen erforderlich machen würde, zu vermeiden. Damit kein spezielles Personal zur Beschau der den Verkehrsweg säumenden Vegetation vorgehalten werden muss, besteht ein grundsätzliches Interesse an einer automatisierten Vegetationserkennung, welche beispielsweise im Rahmen anderweitig notwendiger turnusmäßiger Inspektionsfahrten (z.B. bei der Überprüfung des Oberbaus von Schienenverkehrswegen mittels Messwagen) parallel erledigt werden könnte.
Nachteilhaft durch eine Beurteilung durch Menschen ist hierbei besonders, dass die Beurteilung langsam, subjektiv und nur qualitativ, d.h. gut-schlecht, durchgeführt werden kann.

Aus DE 10353212 ist ein Verfahren zur Erkennung und Vermessung von Vegetation im räumlichen Umfeld von Verkehrswegen unter Verwendung von Kameras bekannt. Hierbei wird das von der Sonne ausgestrahlte und an den Pflanzen reflektierte Licht von mehreren Kameras aufgenommen, die im sichtbaren und nahen infraroten Wellenlängenbereich jeweils einen Empfangskanal aufweisen. Hierbei wird mittels pixelweiser Differenzbildung zwischen den jeweiligen Grauwert-Intensitäten eines von der Sensoreinheit erfassten Bildes des sichtbaren oder ultravioletten Farbkanals und eines von der Sensoreinheit erfassten Bildes des infraroten Farbkanals ein ein- oder zweidimensionales Differenzbild des von der Sensoreinheit erfassten räumlichen Bereiches erzeugt. Mittels einer Schwellwert-Analyse der Pixelpunkte dieses Differenzbildes wird eine die Vegetationsregion charakterisierende Menge ein- oder zweidimensionaler Pixel extrahiert. Eine Untermenge von Pixelpunkten des von der Sensoreinheit aufgenommenen Bildes, die mindestens einen der Vegetationsregion zugeordneten Pixelpunkt enthält, wird in einem von einer zweiten Kamera aufgenommenen Bild desselben Raumbereiches ausgewählt. Hierbei werden korrelations- und/oder merkmalsbasierte Mustervergleichsverfahren verwendet. Der zu dieser Untermenge am stärksten korrelierende Pixelbereich wird bestimmt. Mittels stereogrammetrischer Verfahren wird die Entfernung dieses mindestens einen der Vegetationsregion zuzuordnenden Pixelpunktes von der aus Sensoreinheit und zweiter Kamera aufgespannten Ebene ermittelt.

Nachteilig ist hierbei jedoch, dass

– die Methode nur im Sommer verwendbar ist, d.h. wenn die Pflanzen Blätter tragen, da die Methode nur auf der stärkeren Reflektivität von Chlorophyll im Infrarotbereich basiert,
– die Methode nur tags verwendbar ist, d.h. bei ausreichender Beleuchtung,
– die Methode schattenabhängig ist, da abgeschattete Bereiche durch am Blattwerk reflektierte infrarote Wellenlängen stärker beleuchtet werden, als die am Blattwerk reflektierten sichtbaren Wellenlängen,
– die Verwendung einer Korrelation zur Bestimmung der Koordinaten eine hohe Rechenleistung und somit einen hohen Zeitbedarf erfordert und insbesondere bei Verdeckungen oder vielen Strukturen mit unterschiedlicher Entfernung zur Kamera fehlerhafte Ergebnisse liefert,

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Gefährlichkeit von Vegetation unabhängig von Umgebungseinflüssen an Verkehrswegen bewertet und damit ein Abstand der Vegetation zum Lichtraumprofil der Fahrzeuge und der Infrastruktur gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale sowie für die Vorrichtung durch die in Anspruch 23 angegebenen Merkmale gelöst. Ansprüche 2 bis 22 und 24 bis 35 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1 bzw. 23.

Erfindungsgemäß wird ein aktives elektromagnetisches System verwendet, das elektromagnetische Strahlung aussendet. Diese wird an Objekten und auch an der Vegetation reflektiert. Von dieser reflektierten Strahlung erfasst das System die Intensität und die Laufzeit. Anschließend wird eine Segmentation und/oder Klassifikation der Vegetation durchgeführt, indem

– mit Hilfe einer spektralen Auswertung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder
– durch eine Texturanalyse der Vegetationstyp erkannt wird, wobei hierfür die Verwendung nur einer Wellenlänge ausreichend ist und/oder
– mit Hilfe einer Auswertung nach Polarisationsrichtung der ausgesendeten und/oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder
– eine Phasenverschiebung der durch die Vegetation reflektierten elektromagnetischen Strahlung bzw. durch unterschiedliche Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird.

Die vermessene Vegetation wird mit einem vom jeweiligen Vegetationstyp abhängigem Profil verglichen und die sich in den Profilen befindende Vegetation in ein Kataster eingetragen.

Die Vermessung der Vegetation kann hierbei von einem Fahrzeug aus erfolgen wobei die Bewegung des Fahrzeuges zu einer Bewegung des elektromagnetischen Systems führt. Alternativ kann die Vermessung auch mittels eines stehenden elektromagnetischen Systems erfolgen, das insbesondere um mindestens eine Achse drehbar gelagert ist.

Eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation wird mit Hilfe einer spektralen Auswertung mit mindestens zwei Wellenlängen getroffen, wo bei insbesondere mindestens eine Wellenlänge im nahen Infrarot, d.h. aus dem Wellenlängenbereich 700–1000 nm, und mindestens eine Wellenlänge im ultravioletten Wellenlängenbereich, d.h. mit einer Wellenlänge von 200 nm bis 400 nm, eingesetzt wird. Mit Hilfe der Textur-Auswertung werden eine Klassifikation der Vegetation anhand des Vegetationstyps und eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation durchgeführt. Zusätzlich wird die Koordinatenermittlung bezüglich eines festgelegten Koordinatensystems durchgeführt.

Besonders vorteilhaft wird der erforderliche Abstand zu einem frei definierten Profil, z.B. den Abstand der Vegetation zum Gleis, die Höhe der Vegetation über Schienenoberkante, Abstand der Vegetation zu Nutzpflanzen oder genetisch veränderten Pflanzen gewährleistet. Bei Schienenverkehrswegen ist hierbei insbesondere der Abstand der Vegetation zu Starkstrom führenden Bauteilen, insbesondere der Oberleitung, zu beachten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Erfindungsgemäß werden insbesondere die folgenden Parameter der Vegetation berücksichtigt:

– Umsturzwahrscheinlichkeit,
– Wassergehalt, insbesondere wegen Entflammbarkeit/Böschungsbrände, Fäulnis,
– Wachstumsgeschwindigkeit, insbesondere wegen des nächsten Rückschnitts,
– Schadensrisiko bei Kontakt von Vegetation mit einem Fahrzeug oder einer Infrastruktureinrichtung,
– Schadensrisiko bei Kontakt von Vegetation mit genetisch veränderten Pflanzen,
– Wurzel- und Triebkraft bzw. Anpassungsfähigkeit/Verdrängungsfähigkeit, insbesondere wegen Anhebung des Fahrwegs durch Wurzeln, Frostsprengung, Zerstörung von Mauerwerken, insbesondere Schallschutzwände, Brücken und Bahnsteige, oder Zäunen durch Vegetation,
– Verschmutzungseigenschaft, insbesondere wegen Schmierfilmbildung, Pollenstaub,
– Erkrankungen, z.B. durch Befall von Pilzen und Insekten,
– (Ertrags)-wert, insbesondere zur Ermittlung des Wertes des gerodeten Holzes.

Besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass mit dem so erstellten Vegetationskataster gezielt und somit planbar die üblichen Aktionen wie Zurückschneiden, Mähen, Rupften, Pflücken, Sprengen/Wässern, Düngen, Brandroden oder Vergiften durchgeführt werden können.

Desweiteren wird vorteilhaft eine Unterscheidung der Vegetation in Bäume, Büsche und Gras durchgeführt. Hierdurch kann insbesondere in Hanglagen unterschieden werden, ob es sich um den Hang stabilisierendes Gras oder Buschwerk handelt oder um umsturzgefährdete und gegebenenfalls den Hang herabrutschende und somit den Hang schädigende Bäume. Buschwerk kann hierbei umgestürzte und den Hang herabrutschende Bäume auffangen.

Weiterer Vorteil ist, dass eine nahezu unbegrenzte Skalierbarkeit bezüglich Abtastdichte und Entfernung ab Schienenmitte möglich ist. Die Abtastdichte kann erhöht werden, indem der Zug langsamer fährt und/oder die Ablenkgeschwindigkeit verringert wird. Die Ablenkung kann dabei insbesondere akusto-optisch, mechanisch per Spiegel oder piezoelektrisch erfolgen. Die Entfernung ab Schienenmitte korrespondiert mit der eingestellten maximal zulässigen Dauer der Strahlerfassung. Der für die Deutsche Bahn AG geforderte Abstand beträgt 20 m ab Gleismitte. Bei Verwendung von Kameras gemäß Stand der Technik hingegen sind diese Änderungen der Parameter nur mit Veränderungen an den Geräten selbst möglich, insbesondere Objektiv, Chipabmessungen und Pixeldichte.

Die einzelnen vermessenen Vegetationstypen werden mit dem jeweilig vorgegebenen Profil verglichen. So sollen z.B. Pappeln weiter entfernt von Verkehrswegen stehen als Eichen, da die Pappeln eine höhere Umfallwahrscheinlichkeit aufweisen. Für den Bahnbetrieb ist hierbei mindestens eine Unterscheidung zwischen Gras, Büschen und Bäumen erforderlich. Desweiteren soll morsche, kranke oder mit Schädlingen befallene Vegetation weiter entfernt sein als gesunde, da sie ebenfalls eine hohe Umfallwahrscheinlichkeit besitzt.

Bei der Profilfindung für die einzelnen Baumtypen ist auch darauf zu achten, dass verschiene Baumtypen schneller wachsen als andere, und somit ihr Profil großzügiger ausgelegt sein sollte. Ebenso ist bei der Erstellung des Profils darauf zu achten, dass verschiedene Vegetationstypen, verschiedene Gefahren bedeuten. So stören in aller Regel lange Gräser, die ein Fahrzeug berühren, dieses an einer Vorbeifahrt nicht, insbesondere aufgrund ihrer niedrigeren Kratzeigenschaft. Derartige Vegetation ist jedoch insbesondere im Hinblick auf eventuelle Böschungsbrände relevant.

Desweiteren gibt der Vegetationstyp Aufschluss über die Wurzellänge und -stärke und Triebstärke. Hiermit wird die Wahrscheinlichkeit eines Aufbruchs oder einer Anhebung von Verkehrswegen durch Wurzeln definiert. Ebenso speichern Wurzeln Wasser im Boden und fördern somit einen Frostaufbruch.

Bei der Profilgenerierung wird ebenfalls die Verschmutzungseigenschaft berücksichtigt, die abhängig von Vegetationstyp ist. Insbesondere verlieren verschiedene Vegetationstypen Laub, Pollen, Früchte und Blütenblätter andere hingegen nicht. Liegt derartiger Vegetationsabfall auf Schienen, kann sich insbesondere ein gefährlicher Schmierfilm bilden, der die Zug- und Bremskräfte eines Fahrzeuges erheblich reduziert.

Gemäß Anspruch 6 wird eine absolute Höhe der Vegetation aus einem Vergleich zwischen relativer Höhe der Vegetation und Höhe des Erdbodens oder mit Hilfe eines Vergleiches mit geodätischen Daten ermittelt. Hierbei wird die Höhe des Erdbodens insbesondere mittels Mikrowellenstrahlung gemessen, deren Strahlen die Vegetation durchdringen aber vom Boden reflektiert werden.

Gemäß Anspruch 7 wird das Verhältnis von Baumstammdurchmesser zu Biomasse oberhalb der Höhe, in der der Durchmesser gemessen wurde, ermittelt. Aus dem Verhältnis von Durchmesser zu Biomasse ergibt sich ein Maß für die Umsturzwahrscheinlichkeit. Je geringer das Verhältnis, umso größer ist die Umsturzwahrscheinlichkeit. Nach Anspruch 8 werden die Durchmesser vorteilhaft in mehreren Höhen gemessen.

Gemäß Anspruch 13 befindet sich die Wellenlänge des zweiten Strahls im Ultraviolettbereich oder bei einer Wellenlänge von 1450 nm, d.h. dem Bereich des Vegetations-Spektral-Minimums, oder einer anderen von dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbaren Wellenlänge. Wichtig ist hierbei jedoch, dass die mindestens 2 Strahlen zu einem Strahl gebündelt werden, bevor sie aus einer Optik austreten oder zumindest sehr nahe beieinander liegen, damit Effekte durch Parallaxe aufgrund Wankbewegungen des Fahrzeuges und Fahrten durch Kurven das Ergebnis nicht verfälschen. Eine Darstellung findet sich in den Ausführungsbeispielen.

Zusätzlich oder alternativ kann auch eine sehr kurze Pulsdauer mit hoher Pause zwischen den Pulsen im sichtbaren Bereich gewählt werden, so dass der Strahl von einem menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen wird. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass keine Personen, insbesondere entgegenkommende Fahrzeugführer, durch die Strahlen geblendet oder irritiert werden können.

Nach Anspruch 18 wird die Koordinatenermittlung an einem festgelegten Koordinatensystem, insbesondere dem Verkehrweg ausgerichtet. Bei Schienenverkehrswegen sind dies nach Anspruch 20 insbesondere die Höhe über Schienenoberkante sowie der Abstand zur Gleismitte.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 23 nutzt als Entfernungsmessgerät insbesondere aktive Messverfahren, damit vorteilhaft auch im Schatten und bei Nacht, d.h. beleuchtungsunabhängig, eine Messung durchgeführt werden kann. Insbesondere wird hierbei ein sog. Time-Of-Flight-Entfernungsmessgerät verwendet, das die Entfernung mittels Puls- oder Amplitudenmodulation ermittelt. Ein Time-Of-Flight-Entfernungsmessgerät ist hierbei insbesondere ein Laser-Radar und/oder ein Maser-Radar. Die Ablenkung des elektromagnetischen Strahls erfolgt insbesondere akusto-optisch, elektro-optisch (phased-array) oder mechanisch.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Einsatz an beliebigen Fahrzeugen, insbesondere Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen und gehenden Robotern. Das Entfernungsmessgerät wird dabei vorzugsweise an der Spitze des Fahrzeuges montiert und tastet jeden einzelnen Punkt in einem Querschnitt senkrecht zur Fahrtrichtung ab. Vorteilhaft ist die Scanrichtung des Strahls senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, bei Schienenfahrzeugen zur Gleisachse, gerichtet. Die dritte Dimension bildet die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs.

Gemäß Anspruch 29 ist Vegetation alles dasjenige, was im ersten Kanal heller als im zweiten Kanal erscheint und/oder eine charakteristische Textur in Form von Helligkeit oder Tiefe aufweist.

Basis für Beurteilung der Vegetation ist das Vegetationsvolumen eines gewissen Vegetationstyps, das innerhalb des dazugehörigen Profils liegt. Das Vegetationsvolumen kann näherungsweise über die äußere Hülle der Vegetation bestimmt werden. Dabei genügt es, nicht das Volumen in m³ zu ermitteln, sondern nur die für jeden Querschnitt von Vegetation bedeckte Fläche in m² oder gar in Pixel.

Um aus den vielen Volumen der einzelnen Vegetationstypen eine Gefährdungs-Maßzahl zu generieren, können Fuzzy-Logik-Verknüpfungen oder mathematische Normen verwendet werden. Von den Normen scheint insbesondere das geometrische Mittel geeignet. Hierbei wird für n Vegetationstypen ein n-dimensionaler Vektorraum aufgespannt und das geometrische Mittel aus den n Volumina errechnet.

Die Erfindung ist nicht nur auf eine Anwendung auf Verkehrswegen beschränkt, sondern ist auch anwendbar insbesondere bei öffentlichen Flächen, landwirtschaftlichen Flächen oder sonstige für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zugängliche Flächen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung mit drei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen in
1 schematisch einen Frequenzverdoppler,
2 schematisch eine Strahlzusammenführung und hierbei in
2a schematisch die Aussendung eines multiwavelength Strahls,
2b schematisch die Detektion des multiwavelength Strahls,
3a und 3b schematisch einen Strahlerzeuger mit zwei räumlich auseinanderliegenden Strahlen.
Das erste Ausführungsbeispiel betrifft eine Erkennung von Vegetation mittels Multiwavelength-Laser. Hierbei wird gemäß 2a aus dem Strahlenerzeuger (9) ein multiwavelength Laserstrahl (14) ausgesendet, der unmodifiziert durch einen richtungsabhängigen Spiegel (4) hindurch tritt und anschließend an einer Ablenkeinrichtung (12) abgelenkt wird. Der abgelenkte Strahl (15) wird von einem Objekt, hier Vegetation (19), reflektiert. Danach wird gemäß 2b der reflektierte Strahl (16) von der Ablenkeinrichtung (9) geeignet abgelenkt und trifft auf den richtungsabhängigen Spiegel (4). Von dort wird der Strahl reflektiert und von einem wellenlängenselektiven Strahlenteiler (13) in einen IR-Strahl (17) und einen UV-Strahl (18) zerlegt. Abschließend wird er von den Detektoren (10) und (11) bzgl. Intensität und Laufzeit erfasst.
Alternativ wird vor Detektor (10) ein Trimmfilter (10.1), das nur für IR-Strahlung durchlässig ist, und vor Detektor (11) ein Trimmfilter (11.1), das nur für UV-Strahlung durchlässig ist, gesetzt. Hierdurch kann vorteilhaft der wellenlängenselektive Strahlenteiler (13) durch einen halbdurchlässigen Spiegel ersetzt werden, der einen Teil des Strahls auf den Detektor (10) ablenkt und einen Teil des Strahls auf den Detektor (11) durchlässt. Desweiteren wird hierdurch vorteilhaft eine Verstärkung der Empfindlichkeit der Detektoren erreicht.
Der Strahlerzeuger (9) kann dabei als ein Laser oder eine Laserdiode ausgeführt sein, die einen Laserstrahl mit mindestens zwei Wellenlängen erzeugt, oder als eine Vorrichtung gemäß 1 oder 2. Während die Vorrichtung gemäß 1 einen Laser (1) und Frequenzverdoppler (6) einsetzt, werden in der Vorrichtung gemäß 2 zwei Laser (7) und (8) eingesetzt, deren Strahlen mit Hilfe eines richtungsabhängigen Spiegels (4) zu einem einzigen Strahl zusammengefügt werden.
Im nächsten Ausführungsbeispiel wird erläutert, warum ein Strahlerzeuger mit zwei räumlich auseinanderliegenden Strahlen nicht zu einem gewünschten Ergebnis führen kann. Gemäß 3a trifft ein UV-Strahl (22), der am Bug eines Fahrzeuges (21) ausgesendet wird, auf ein Objekt (20) auf. Nachdem sich das Fahrzeug (21) in einer Kurve (25) weiterbewegt hat, trifft gemäß 3b der IR-Strahl (23), der am Heck des Fahrzeuges (21) ausgesendet wird, auf ein Objekt (24) auf, das das Objekt (20) verdeckt. Da der Winkel beider Strahlen (22) und (23) zumindest in Kurven unterschiedlich ist, kann es durch sich verdeckende Vegetation und Nutzobjekte zu fehlerhaften Aussagen kommen, ob ein Objekt Vegetation ist oder nicht.
Mit zwei räumlich versetzten single-wavelength Systemen ist somit eine Spektralanalyse nur bedingt möglich, nämlich nur dann, wenn keine Verdeckung vorherrscht. Sobald sich jedoch Objekte verdecken, treffen die Strahlen der beiden single-wavelength Systeme auf jeweils andere Objekte. Eine Spektralanalyse ist somit nicht möglich, d.h. eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation ist nicht möglich.
Die Verdeckung von Objekten ist umso wahrscheinlicher, je feiner ihre Strukturen relativ zum Strahldurchmesser sind. Das bedeutet, dass für dünne Äste von ca. 5 mm Durchmesser bereits bei geringen lateralen Bewegungen des Wagenkastens, z.B. aufgrund des Sinuslaufs der Räder des Zuges oder der Drehgestelle, die beiden single-wavelength Strahlen auf unterschiedliche Äste oder Objekte treffen und somit eine Spektralanalyse nicht mehr möglich ist. Der laterale Versatz eines typischen Messwagens von 20 m Länge kann auf gerader Strecke bis zu 20 cm aufgrund der o.g. Phänomene betragen.

1: Laser
2: Strahl
3: 50/50-Strahlteiler
4: richtungsabhängiger Spiegel
5: Spiegel
6: Frequenzverdoppler
7: IR-Laser
8: UV-Laser
9: Strahlerzeuger
10: IR-Detektor
10.1: Trimmfilter IR
11: UV-Detektor
11.1: Trimmfilter UV
12: Ablenkeinrichtung
13: wellenlängenabhängiger Strahlteiler
14: Multiwavelength-Strahl
15: abgelenkter Multiwavelength-Strahl
16: reflektierter Multiwavelength-Strahl
17: IR-Strahl
18: UV-Strahl
19: Vegetation
20: Objekt
21: Fahrzeug
22: UV-Laser
23: IR-Laser
24: Objekt
25: Kurve

Claims

Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation auf und/oder an Verkehrswegen oder anderen zugänglichen Flächen, die durch ein elektromagnetisches System abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein aktives elektromagnetisches System verwendet wird, das elektromagnetische Strahlung aussendet, – eine Segmentation und/oder Klassifikation der Vegetation durchgeführt wird indem • mit Hilfe einer spektralen Auswertung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder • durch eine Texturanalyse der Vegetationstyp erkannt wird und/oder • mit Hilfe einer Auswertung nach Polarisationsrichtung der ausgesendeten und/oder reflektierten elektromagnetischen Strahlung eine Unterscheidung zwischen Vegetation und Nicht-Vegetation getroffen wird und die unterschiedliche Reflektivität der Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt wird und/oder • eine Phasenverschiebung der durch die Vegetation reflektierten elektromagnetischen Strahlung bzw. durch unterschiedliche Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird, – ein Vergleich der vermessenen Vegetation mit einem vom jeweiligen Vegetationstyp abhängigem Profil durchgeführt wird, – die sich in den Profilen befindenden Vegetation in ein Kataster eingetragen wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische System auf einem Fahrzeug angebracht wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Vegetation und des Ortes der Vegetation Maßnahmen zur Pflege und/oder Reduzierung der Vegetation durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Vegetation und des Ortes der Vegetation eine Priorisierung der Maßnahmen zur Pflege und/oder Reduzierung der Vegetation und/oder eine Priorisierung der untersuchten Verkehrswege oder Streckenabschnitte durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koordinatentransformation der vom elektromagnetischen System gelieferten Ortsinformation durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine absolute Höhe der Vegetation aus einem Vergleich zwischen relativer Höhe der Vegetation und Höhe des Erdbodens oder mit Hilfe eines Vergleiches mit geodätischen Daten ermittelt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils vermessenen Vegetationstypen mit dem entsprechend vorgegebenen typabhängigen Profil verglichen werden, das unter Berücksichtigung – des unterschiedlichen Wassergehaltes und/oder – der genetischen Veränderung und/oder – der unterschiedlichen Wachstumsgeschwindigkeit und/oder – des unterschiedlichen Gefahrenpotentials und/oder – der unterschiedlichen Wurzellänge und -stärke sowie Triebstärke und/oder – der Photosyntheseaktivität und/oder – der unterschiedlichen Verschmutzungseigenschaft und/oder – der unterschiedlichen Anfälligkeit gegenüber Schädlingen und Krankheiten und/oder – des Verhältnisses von Baumstammdurchmesser zu Biomasse oberhalb der Höhe, in der der Durchmesser gemessen wurde für unterschiedliche Vegetationstypen vorgegeben wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Baumstammdurchmesser in mehreren Höhen gemessen werden.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Vegetationstyp in Form von Vegetation oder Nicht-Vegetation erkannt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstumsgeschwindigkeit aus dem Vergleich früherer mit aktuellen Messergebnissen bestimmt werden.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Wachstumsgeschwindigkeit auf den Vegetationtstyp und/oder den Wassergehalt der Vegetation geschlossen wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen verwendet wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Strahl im Ultraviolett oder im Bereich des Vegetations-Spektral-Minimums bei 1450 nm und/oder einer anderen unsichtbaren Wellenlänge gewählt wird, wobei die Strahlen aus einer Optik stammen und/oder sehr nahe beieinander liegen und/oder – eine sehr kurze Pulsdauer mit hoher Pause zwischen den Pulsen im sichtbaren Bereich gewählt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Vegetation auf einem Land- und/oder Luft- und/oder Wasserfahrzeug und/oder einem gehenden Roboter durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Vegetation am Fahrzeug insbesondere im vorderen und/oder hinteren Bereich des Fahrzeuges durchgeführt wird und die Scanrichtung nahezu senkrecht zur Fahrzeuglänge ausgerichtet wird und die dritte Dimension durch Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erreicht wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass für eine Texturanalyse eine Integration mehrerer Querschnitte zu einem Bild durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Texturanalyse anhand einer Tiefentextur und/oder einer Helligkeitsanalyse des Bildes durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenermittlung an einem festgelegten Koordinatensystem ausgerichtet wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten mittels einer Laufzeitmessung bestimmt werden.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenermittlung bei Schienenverkehrswegen an einer Höhe über Schienenoberkante und einem Abstand zur Gleismitte ausgerichtet wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kataster – das Volumen der Hülle und/oder der Biomasse der in das Profil ragenden Vegetation und/oder – den maximalen oder mittleren Abstand der Hülle der Vegetation zum Profil und oder zum Verkehrsweg eingetragen wird.
Verfahren zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung der Vegetation polarisiert aufgenommen wird.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation auf und/oder an Verkehrswegen, die durch ein optisches System an einem Fahrzeug abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entfernungsmessgerät mit mindestens zwei Wellenlängen, wobei ein Strahl im nahen Infrarot und in mindestens einer verschieden Wellenlänge die Vegetation abtastet, den Abstand der Vegetation zu einem Referenzprofil ermittelt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessgerät am Fahrzeug insbesondere an den Enden des Fahrzeuges montiert ist und die Umgebung in einem Querschnitt senkrecht zur Fahrtrichtung abtastet.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung der Vegetation polarisiert aufgenommen ist.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessgerät die Entfernung der Vegetation über die Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung ermittelt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessgerät ein Laser-Radar und/oder Maser-Radar ist.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessgerät den Messbereich mittels akusto-optischer und/oder elektromagnetischer und/oder elektrischer und/oder mechanischer und/oder magnetischer Ablenkung abscannt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vegetation im ersten Wellenlängenbereich eine größere Helligkeit als in den weiteren Wellenlängenbereichen und/oder eine charakteristische Textur in Form von Helligkeit oder Tiefe aufweist.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher die Messergebnisse abspeichert und eine Auswerteeinheit die Vegetation erkennt und das Gefahrenpotential ermittelt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lokalisierungseinheit eine Erstellung eines Katasters durchführt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass semidurchlässige Elemente des Entfernungsmessgerätes den Strahl mit den mindestens zwei Wellenlängen erzeugen.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiwavelength-Laser und/oder -Maser den Strahl erzeugt.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wellenlängen in einem für das menschliche und/oder tierische Auge unsichtbaren Wellenlängenbereich liegen.
Vorrichtung zur Bewertung und/oder Vermessung von Vegetation nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inertialsensor eine Korrektur eines Winkelfehlers bei Kurvenfahrt, Sinuslauf oder Schwankungen des Fahrzeugs ausgleicht.