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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen eines Navigationsgeräts oder
eines zu einem mit einer Empfangsantenne versehenen Empfangsort
verlaufenden Übertragungskanals
mittels eines Aufzeichnungsgeräts,
das zum einen die momentane geographische Position des zu vermessenden
Navigationsgeräts
bzw. den momentanen geographischen Empfangsort des zu vermessenden Übertragungskanals
und zum anderen in dieser momentanen Position erzielte Messergebnisse
des Navigationsgeräts
bzw. Übertragungskanals
aufzeichnet.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Vermessungsverfahren unter Verwendung
der Vorrichtung.
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Zum
Bestimmen von Mehrwegefehlern wird bisher ein Navigationsempfänger beispielsweise
für GPS
(Global Positioning System) an einen Messort verbracht, um dort
mittels dieses Empfängers
eine Position zu bestimmen. Hierbei muss zur Bewertung von Empfangsalgorithmen
die wahre Position des Messortes bekannt sein. Diese Position wird
im Allgemeinen durch die Vermessung einiger Punkte ermittelt, an
welche der Empfänger
zum Testen bzw. Bestimmen der Mehrwegefilter verbracht wird.
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Nachteilig
bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass der Empfänger nur
im Stillstand vermessen werden kann. Eine Aussage über Fehler,
wie sie beispielsweise bei einer Messung, bei welcher der Empfänger bewegt
wird, d. h. einer so genannten Bewegtmessung auftreten können, kann
in diesem Fall nicht gemacht werden. Gerade bei einer derartigen Bewegtmessung
sind vor allem Störungen
durch Multipfad-Effekte nicht nur nicht auszuschließen, sondern
im Allgemeinen zu erwarten.
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Aus
AT 413 091 B ist
eine in einem Kreislauf in einem geneigten Gelände auf einer Gleisstrecke umlaufende
Bahn mit mehreren sich in gegenseitigen Abständen zueinander bewegenden,
jeweils für
sich motorisch angetriebenen Standfahrzeug-Wagen bekannt. Die Wagen
sind jeweils mit einem Antriebszahnrad versehen, das in einen entlang
der Gleisstrecke verlaufenden Zahnstangentriebstock eingreift. Zur Überwachung
und Steuerung der Abstände
zwischen den einzelnen Wagen sind an den Wagen Sensoren vorgesehen,
die die Drehung der Zahnräder
erfassen, wodurch eine relative Positionsmessung der Wagen ermöglicht wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen
von Navigationsgeräten
oder eines Übertragungskanals
anzugeben, mit der eine sehr genaue, vorzugsweise zeitabhängige und
zentimetergenau positionsabhängige Vermessung
von Navigationsgeräten
und Übertragungskanälen durchgeführt werden
kann, wenn ein Navigationsempfänger
oder Kanalmess-Empfänger bewegt
wird. Die zu schaffende Vorrichtung und das zu schaffende Verfahren
sollen zur Entwicklung von Navigationsgeräten benutzt werden können. Messfehler
infolge von Messungen an nicht exakt "wahren" Positionen sollen vermieden werden,
und es soll durch die Erfindung auch ermöglicht werden, Empfangsalgorithmen
von Navigationsempfängern
zu testen und zu bewerten.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass das Aufzeichnungsgerät und gegebenenfalls
die Empfangsantenne auf einem Triebfahrzeug oder auf einem oder mehreren
Wagen eines zur Bewegung auf einer verlegten Gleisstrecke vorgesehenen
Zuges angeordnet sind, dass die an jedem ihrer Streckenpunkte ihres Längsverlaufs
jeweils einer genauen geographischen Position zuordenbare Gleisstrecke
zwischen ihren Schienen eine Zahnstange aufweist, in die ein Zahnrad
eines am Triebfahrzeug angebrachten Zahnradantriebs eingreift, dass
am Zug eine Detektionseinrichtung mit Wegsensor vorgesehen ist,
die die Umdrehungen und/oder Drehwinkel des Zahnrads oder die Umdrehungen
eines mit dem Zahnrad in Verbindung stehenden Antriebsmotors erfasst
und die, ausgehend von einem hinsichtlich seiner geographischen
Position genau festgelegten Startpunkt der Gleisstrecke, die über die
Zeit erfassten Umdrehungen bzw. Drehwinkel misst und aus der Anzahl
der ab dem Startpunkt ausgeführten
Umdrehungen bzw. aus dem ab dem Startpunkt zurückgelegten Drehwinkel die jeweilige
momentane Position des Triebfahrzeugs entlang des Längsverlaufs
der Gleisstrecke und demzufolge die momentane geographische Position
des zu vermessenden Navigationsgeräts bzw. des Empfangsortes des
zu vermessenden Übertragungskanals
zur Aufzeichnung im Aufzeichnungsgerät ermittelt, und dass im Aufzeichnungsgerät eine eindeutige
Zuordnung der aufgezeichneten, mittels der Detektionseinrichtung
ermittelten Positionen des Zuges auf der Gleisstrecke und der in
diesen Positionen ermittelten Messergebnisse vorgesehen ist.
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Ein
Vermessungsverfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem eigentlichen Beginn des Vermessungsverfahrens
die Gleisstrecke so ausgemessen wird, dass jedem der Streckenpunkte
entlang ihrem Längsverlauf
eine exakte geographische Position zugeordnet wird, dass nach dieser
Zuordnung ein Zug derart gestartet wird, dass er mit seinem Triebfahrzeug
unmittelbar nach dem Start den festgelegten Startpunkt überfährt, dass
ab dem Durchfahren des Startpunkts das Aufzeichnungsgerät ausgelöst wird
und im zu vermessenden Navigationsgerät ermittelte oder über den
zu vermessenden Übertragungskanal
mittels der Empfangsantenne empfangene Messsignale aufgezeichnet
werden, dass während
dieser Vermessung nach Überfahren des
Startzeitpunktes im Aufzeichnungsgerät die mittels des Wegsensors
der Detektionseinrichtung erfassten und ermittelten Umdrehungen
des mit der Zahnstange in Eingriff stehenden Zahnrads bzw. dessen
Drehwinkel oder die Umdrehungen eines mit dem Zahnrad in Verbindung
stehenden Antriebsmotors bis zum Überfahren eines Zielpunktes
aufgezeichnet werden und dass am Ende der entlang der Gleisstrecke
erfolgenden Vermessung die im Aufzeichnungsgerät aufgezeichneten und den exakten geographischen
Positionen zugeordneten Messsignale analysiert werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
sind Gegenstand von auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen
Ansprüchen.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Gleisabschnitt auf einer länglichen
plattenförmigen
Unterlage mit zwei parallel verlegten geraden Gleisen;
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1a eine
gegenüber 1 vergrößerte Einzelheit
am linken oberen Ende der plattenförmigen Unterlage in 1;
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1b eine
weitere Einzelheit am linken Ende der beiden parallel verlegten
geraden Gleise;
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2 einen
weiteren Gleisabschnitt auf einer einer Wendeschleife angepassten
plattenförmigen
Unterlage;
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3 einen
Gleisabschnitt auf einer beispielsweise quadratischen plattenförmigen Unterlage mit
zwei parallel verlegten gebogenen Gleisen in Form beispielsweise
eines Viertelkreises;
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4a eine
Seitenansicht eines Verschlussspanners, und in
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4b eine
Draufsicht auf den Verschlussspanner.
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Erfindungsgemäß ist eine
Gleisstrecke vorgesehen, die gemäß der Erfindung
vorzugsweise aus einer Anzahl Gleisabschnitten 1 und 2 gebildet
ist, die jeweils auf plattenförmigen
Unterlagen 1a und 2a, vorzugsweise aus witterungsbeständigem Material montiert
sind. Als Gleisabschnitte 1 bis 3 eignen sich beispielsweise
Gleise 1b bis 3b der Firma LGB (Lehmann Groß-Bahn).
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In 1 ist
ein vermaßter
Gleisabschnitt 1 mit zwei parallel zueinander angeordneten
Gleisen 1b wiedergegeben, die auf einer länglichen
plattenförmigen
Unterlage 1a aus vorzugsweise witterungsbeständigem Material
montiert sind. An den Längskanten
des Gleisabschnitts 1 sind Metall-Profile oder -winkel 1c vorzugsweise
aus Aluminium angebracht. Solche Metall-Profile oder -winkel leiten zum einen sehr
gut Strom und schützen
gleichzeitig die jeweilige Kante der plattenförmigen Unterlage.
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In 1a ist
ein in 1 mit A gekennzeichneter Überstand stark vergrößert wiedergegeben. Nur über derartige Überstände stehen
die einzelnen Gleisabschnitte miteinander in Verbindung.
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Im
Bereich dieser Überstände können, was im
Einzelnen nicht dargestellt ist, Passbolzen vorgesehen sein, die
in entsprechend ausgerichtete, ebenfalls nicht dargestellte Passbohrungen
einführbar sind.
Vorzugsweise sind die Passbolzen aus Edelstahl hergestellt. Durch
die in entsprechende Passbohrungen einführbaren Passbolzen, die beispielsweise
in x-Richtung parallel zu Gleisen 1b verlaufen, sind die
plattenförmigen
Unterlagen vor dem Spannen mittels nachstehend angeführter Verbindungselemente
(4a und 4b) in
der y-z-Ebene fixiert. Die einzelnen plattenförmigen Unterlagen der Gleisabschnitte
werden aneinander gesteckt und dann mit entsprechenden Verbindungselementen
gesichert bzw. fest gegeneinander verspannt.
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In 2 ist
ein Gleisabschnitt 2 wiedergegeben, auf welchem ein in
Form einer Wendeschleife geführtes
Gleis 2b auf einer der Form der Wendeschleife angepassten
und vermaßten
Unterlage 2a montiert ist. Mit den Buchstaben A, B, C sind
Bohrungen gekennzeichnet, in welchem zur tachymetrischen Vermessung
der verlegten Gleisabschnitte benötigte Elemente, beispielsweise
Laserreflektoren anzuordnen sind.
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Mit
einer größeren Anzahl
miteinander verbundener Gleisabschnitte 1, auf denen zwei
parallel verlaufende Gleise 1b angeordnet sind, ist durch
Anschließen
jeweils eines Gleisabschnitts 2 mit einer Gleis-Wendeschleife
an den jeweiligen Enden eine geschlossene Gleisführung geschaffen. Eine derartige
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass kleine und leich te, auf einem Wagen montierte
Geräte
immer „im
Kreis" fahren können.
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Wenn
schwerere Einheiten transportiert werden sollen, können auf
den parallelen Gleisen nebeneinander angeordnete und fest miteinander
verbundene Wagen als Transportmittel eingesetzt werden. In diesem
Fall ist natürlich
auf den beiden parallel zueinander verlaufenden Gleisen nur ein
Hin- und Hertransportieren der miteinander verbundenen Wagen und
somit der auf diesen befestigten Empfangseinrichtung möglich.
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In 3a ist
ein Gleisabschnitt 3 in Form beispielsweise einer vorzugsweise
quadratischen plattenförmigen
Unterlage 3a dargestellt, auf welcher zwei parallel verlaufende
gebogene Gleise 3b beispielsweise in Form eines Viertelkreises
angeordnet sind. Auch der in 3 wiedergegebene
Gleisabschnitt 3 ist entsprechend vermaßt. Die durch einen gestrichelten
Kreis gekennzeichnete Einzelheit C gibt entsprechende Bohrungen
zum Einbringen von für die
Einmessung der Gleisstrecke erforderliche Elemente wieder.
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Allerdings
lässt sich
mit solchen Gleisabschnitten nur das Positionsproblem quer zur Schiene,
nicht aber die Position auf der Schiene lösen. Gemäß der Erfindung ist daher zwischen
den Schienen der Gleise 1b bis 3b der Gleisstrecke
eine im Einzelnen nicht dargestellte Zahnstange montiert. Ferner ist
ein Triebfahrzeug, vorzugsweise ein elektrisches Triebfahrzeug mit
Zahnradantrieb vorgesehen. Zum Bestimmen eines Streckenpunkts der
Gleisstrecke genügt
es nunmehr, die Umdrehungen des Zahnrads mit tels eines Wegsensors
zu zählen
oder den Drehwinkel des An triebsfahrzeugs zu messen, um die Position
auf der Gleisstrecke zu bestimmen.
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Die
Detektion des Weges entlang der Gleisstrecke kann in vorteilhafter
Weise auch dadurch realisiert werden, dass die Umdrehungen des Motors mittels
eines an diesem vorgesehenen Drehwinkelgebers aufgenommen werden.
Durch den Formschluss am Antriebszahnrad ist die Umdrehung des Motors – bis auf
das Getriebespiel – proportional
zur Wegstrecke.
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Gemäß der Erfindung
sind ferner zum Markieren eines genauen Startpunktes und/oder eines genauen
Zielpunkts jeweils Schaltkontakte am Anfang und am Ende der zu detektierenden
Gleisstrecke vorgesehen. Die entsprechenden Schaltkontakte sind
vorzugsweise durch jeweils ein zwischen den Schienen eingelassenes
Auslöseelement,
beispielsweise in Form eines Magneten und eine am Triebfahrzeug
vorgesehene Schaltschwelle, beispielsweise in Form eines Reed-Kontakts
ausgebildet.
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Mittels
des am Triebfahrzeug angebrachten Reed-Kontakts kann der zwischen
den Schienen montierte Magnet detektiert werden und somit zwischen
dem Start- und dem Zielpunkt ein Messprotokoll aufgezeichnet werden,
so dass zwischen Start- und Zielpunkt auch jede dazwischen liegende
Position bestimmt werden kann.
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Ferner
muss die Gleistrecke lang genug sein, vorzugsweise mehrere hundert
Meter, um dadurch beispielsweise auch die Bewegung eines Fußgängers simulieren
zu können.
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Um
bei Einsatz eines elektrischen Triebfahrzeugs guten elektrischen
Kontakt zwischen den Schienen der einzelnen Gleisabschnitte herzustellen, werden üblicherweise
Schienenverbinder verwendet. Hierbei ergeben sich jedoch insbesondere
nach einem wiederholten Auf- und Abbauen der Gleisstrecke Kontaktprobleme.
Um die Kontaktprobleme auszuschließen, wird häufig der zum Betreiben des
elektrischen Triebfahrzeugs benötigte
Strom in jeden Gleisabschnitt gesondert eingespeist; dies wiederum hat
eine aufwendige Verkabelung zur Folge.
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Wie
bereits anhand von 1a beschrieben, sind gemäß der Erfindung
beispielsweise an den beiden Längskanten
eines geraden Gleisabschnitts 1 Metall-Profile oder -winkel,
vorzugsweise aus Aluminium vorgesehen. Solche Aluminium-Profile
oder -winkel sind auch in entsprechender Weise entlang der Kanten
oder eines Teils der Kanten der plattenförmigen Unterlagen 2a und 3a gemäß 2 und 3 vorgesehen.
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Die
elektrische Verbindung der einzelnen auf den plattenförmigen Unterlagen 1a bis 3a montierten Gleisabschnitte 1 bis 3 kann
in bevorzugter Weise gemäß der Erfindung
durch elektrisch leitende Verbindungselemente hergestellt werden.
Als solche elektrisch leitenden Verbindungselemente bieten sich
Verschlussspanner aus Metall an, wie sie beispielsweise in einer
Seitenansicht und einer Draufsicht in 4a bzw. 4b wiedergegeben
sind.
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Durch
derartige Verschlussspanner, die aus einem Schnellspanner aus Metall
und einem Gegenhalter aus Metall bestehen, werden die plattenförmigen Unterlagen
gespannt miteinander verbunden, so dass neben einer guten mechanischen
Verbindung auch ein einwandfreier elektrischer Kontakt hergestellt
ist, wie vorstehend bereits ausgeführt ist. Von den an den Kanten
vorgesehenen Metall-Profilen oder -winkeln erfolgt dann eine elektrische
Verbindung in Form einer Stromeinspeisung zu den jeweiligen Schienen
der Gleise 1b bis 3b der einzelnen Gleisabschnitte 1 bis 3.
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Gemäß der Erfindung
ist an das Triebfahrzeug mit Zahnradantrieb im Allgemeinen mindestens ein
Wagen zum Transportieren eines Aufzeichnungsgeräts mit Empfangsantenne angehängt. Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Empfangsantenne
auch auf dem Triebfahrzeug befestigt sein. Auf diese Weise spielt
das unvermeidliche Spiel zwischen der Kupplung des Triebfahrzeugs
und des mindestens einen Wagens keine Rolle, so dass die Messgenauigkeit
durch das Spiel in den Kupplungen nicht beeinflusst wird. Zusätzlich kann
zur Dokumentation des Messvorgangs auf demselben Wagen oder auf
einem zweiten Wagen eine Videokamera montiert sein.
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Vor
Beginn eines Messvorgangs wird die aus der Anzahl Gleisabschnitte
gebildete Gleisstrecke mittels eines geeigneten, vorzugsweise optischen Verfahrens
eingemessen und so die wahre (Referenz-)Position bestimmt wird.
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Ein
aus vorzugsweise einem elektrischen Triebfahrzeug und vorzugsweise
mindestens einem Wagen bestehender Zug wird gestartet und überfährt unmittelbar
nach dem Start den Startpunkt. Mittels einer mitgeführten Aufzeichnungseinrichtung
werden beispielsweise von GPS-Satelliten gesendete Signale aufgezeichnet.
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Während der
Messung werden in dem Aufzeichnungsgerät mittels eines Wegsensors
die Umdrehungen des Antriebzahnrads bzw. dessen Drehwinkel oder
mittels eines Drehwinkelsensors die Umdrehungen des Motors nach Überfahren
des Startpunktes bis zum Überfahren
des Zielpunktes aufgezeichnet bzw. gespeichert.
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Am
Ende einer derartigen Messung werden entweder im Labor, d. h. offline,
die aufgezeichneten Signale mittels eines Software-Navigationsempfängers analysiert
oder bei Einsatz eines Navigationsempfängers kann dieser in Echtzeit
mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vermessen werden.
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Da
neben Start- und Zielpunkt auch die Position entlang der gesamten
Gleisstrecke bekannt ist, kann zeitabhängig jederzeit hochgenau die
exakte Position der Antenne bestimmt werden. Da die „wahre" Position bekannt
ist, können
Messfehler des Software-Navigationsempfängers durch Differenzbildung bestimmt
werden.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
es somit möglich,
die Empfangsalgorithmen zu testen und zu bewerten, um auf diese
Weise Mehrwegefehler zu reduzieren.