DE19936448A1 - Bildaufnahme- und Auswertesystem - Google Patents
Bildaufnahme- und AuswertesystemInfo
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Abstract
Das beschriebene Bildaufnahme- und Auswertesystem dient zur Inspektion von Einrichtungen elektrischer Bahnen wie Fahrleitungen mit Längskettenwerk und Fahrdraht sowie Quertrageinrichtungen. Die Bilddaten werden gespeichert und für eine anschließende automatische Bildauswertung zur Verfügung gestellt. Die wesentlichen Vorteile gegenüber konventionellen Videokameras bestehen in einer hohen Ortsauflösung von ca. 1 mm bei einem mehrere Meter großen Gesichtsfeld, wobei die Belichtungszeiten elektronisch gesteuert werden und extrem kurz sind, beispielsweise kleiner als 90 _s.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahme- und Auswertesystem
zur Inspektion von Einrichtungen elektrischer Bahnen wie
Fahrleitungen die von Quertrageinrichtungen gehalten werden.
Dabei werden im wesentlichen die als Fahrleitungen bezeichne
ten Längskettenwerke, die den Fahrdraht beinhalten, behan
delt, sowie die das Längskettenwerk tragenden Quertragein
richtungen, die jeweils entsprechend ihrer Bezeichnung in
Fahrtrichtung der elektrischen Bahnen bzw. quer dazu orien
tiert sind.
Die Fahrleitungen elektrischer Bahnen unterliegen Witterungs
einflüssen und dem Verschleiß im täglichen Betrieb. So verur
sacht der Schleifer des Stromabnehmers einen Abrieb am strom
führenden Fahrleitungsdraht. Schwingungen des Fahrdrahtes
können unter Umständen Schraubverbindungen lockern. Ferner
können zum Beispiel nicht festgezurrte Abdeckplanen von Gü
terzügen vom Fahrtwind hochgehoben und gegen Fahrleitungen
oder Quertrageinrichtungen schlagen, was zu erheblichen me
chanischen Schäden führt. Um die Verfügbarkeit zu gewährlei
sten und Betriebsstörungen zu vermeiden, müssen die Strecken
in regelmäßigen Zeitabständen inspiziert werden, um gegebe
nenfalls rechtzeitig Reparaturen durchzuführen. Diese Inspek
tionen sind derzeit so personalaufwendig, daß sie nicht im
erforderlichen Umfang durchgeführt werden können.
Während für die Inspektion des Oberbaues, insbesondere der
Gleisanlagen, bereits Diagnosefahrzeuge mit ausgereiften au
tomatischen Meßsystemen eingesetzt werden, sind Inspektions
verfahren für die Fahrleitungen und Quertrageinrichtungen
fast nicht automatisiert. Es haben sich bisher im Betrieb op
tische Verfahren zur Lageerkennung des Fahrdrahtes bewährt;
siehe Literaturstelle /1/. Zur Bestimmung der Resthöhe des
Fahrdrahtprofiles kann die Literaturstelle /2/ angeführt wer
den. Die Bestimmung der Resthöhe durch Sensoren an einem spe
ziellen Stromabnehmer erfolgt im Stand der Technik nicht be
rührungslos, das heißt, der Fahrdraht wird angehoben, was ei
ne gleichzeitige genaue Lagemessung stört. Zur fortwährenden
Korrektur der Wegstreckenzähler der Diagnosefahrzeuge werden
die Anwesenheit und Lage von Quertrageinrichtungen auch bei
sehr hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit Hilfe eines Laserra
dars automatisch erkannt; Literaturstelle /1/. Üblicher Vi
deokameras und Recorder werden eingesetzt, um im Fahrtrich
tung Bilder mit relativer geringer Auflösung aufzunehmen. Ein
Erkennen von Defekten mit der Größe von Schrauben ist auf den
mit diesen Geräten aufgenommenen Bildern nicht möglich. Zur
Inspektion der Quertrageinrichtungen und des Längskettenwer
kes werden im allgemeinen Personen eingesetzt, die zu Fuß die
Strecke ablaufen. Diese Tätigkeit ist nicht nur zeitaufwendig
und anstrengend, sondern auch nicht ungefährlich, falls sie
während der normalen Betriebszeit stattfindet.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
Bildaufnahmesystems zur Inspektion von Fahrleitungen mit ent
sprechenden Quertrageinrichtungen von elektrischen Bahnen,
wobei die Bilddaten einem Auswertesystem zur Ermittlung von
Fehlern zugeführt werden. Die Behandlung der Bilddaten von
der Bildaufnahme bis zu deren Zuführung zum Bildauswertesy
stem soll eine hohe Ortsauflösung kombinieren mit einer rela
tiv hohen Geschwindigkeit des Inspektionsfahrzeuges.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi
nation des Anspruches 1 oder 2.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine optima
le Kombination von Beleuchtungseinheit, Kamera, Hard- und
Software ein Gesamtsystem ergibt, welches den derzeitigen
Aufwand wesentlich reduziert. Dabei inspiziert das Bildauf
nahme- und Auswertesystem das zu inspizierende Objekt, das
heißt Quertrageinrichtungen und Längskettenwerke, die die
stromführenden Fahrdrähte beinhalten. Die Bilddaten werden
erfaßt und gespeichert und für eine anschließende automati
sche Bildauswertesoftware zur Verfügung gestellt. Der wesent
liche Vorteil gegenüber konventionellen Videokameras mit an
geschlossenem Recorder (Aufzeichnungseinheit) liegt in der
hohen Ortsauflösung von etwa 1 mm bei einem mehrere Meter
großen Gesichtsfeld. Zusätzlich können kurze Belichtungszei
ten von weniger als 100 µs realisiert werden, was trotz der
hohen Auflösung Geschwindigkeiten von 80 km/h des Inspektion
fahrzeuges erlaubt. Die Beleuchtung ist derart ausgelegt, daß
nicht nur bei Nacht, sondern auch bei bedeckten Himmel für
eine automatische Bildauswertung ausreichend konstante Kon
trastverhältnisse erreicht werden. In Verbindung mit einer
Bildauswertung zur automatischen Defekterkennung kann das
bisherige personelle Verfahren rationalisiert werden, was die
Verfügbarkeit und Betriebssicherheit der elektrifizierten
Bahnstrecken erhöht. Zudem wird mit den Bildern eine zum Bei
spiel für Gewährleistungsansprüche geeignete Dokumentation
geschaffen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen ent
nommen werden.
Das Ziel der Erfindung, nämlich eine höhere Geschwindigkeit
eines Inspektionsfahrzeuges bei gleichbleibender Prüfqualität
zu ermöglichen, wird dadurch erreicht, daß die enorme Menge
von anfallenden Daten derart reduziert und komprimiert, daß
sich eine mit derzeitigen Mitteln vernünftig bearbeitbare Da
tenmenge ergibt, so daß eine längere Wegstrecke an einem
Stück inspizierbar ist.
Die Beleuchtung mit Hilfe einer Laserdiode hat konventionel
len Scheinwerfern gegenüber den Vorteil, daß der Platzbedarf
auf dem Dach des Diagnosefahrzeuges vergleichsweise gering
ist. Somit wird der Luftwiderstand eines Fahrzeuges bei hohen
Geschwindigkeiten in tragbaren Grenzen gehalten. Ferner ist
es möglich, das Laserband so zu fokussieren, daß über den
Schärfentiefebereich von einigen Metern, beispielsweise 2 m,
die Dicke des Lichtbandes einige Millimeter, beispielsweise 4
mm, beträgt und somit nur der zu detektierende Bereich be
leuchtet wird.
Die Platzvorteile beim Einsatz einer Laserdiode werden mit
Nachteilen hinsichtlich der Detektionsgenauigkeit erkauft, da
der Einsatz von Scheinwerfern nicht das Problem der Granula
tion bzw. des Speckle-Rauschens mit sich bringt.
Der Einsatz einer Rasterlinse ist wesentlich hinsichtlich der
Laserschutzbestimmungen. Somit kann die Leistung einer Laser
diode erhöht werden, ohne gegen Laserschutzbestimmungen zu
verstoßen, da der Laserstrahl in mehrere beispielsweise min
destens drei Laserstrahlen aufgeteilt wird. Die Darstellung
einer ausgedehnten Lichtquelle kann beispielsweise in Form
einer Lichtleiste ausgebildet sein.
Da Längskettenwerk und Quertrageinrichtungen größer als ein
Meter sind, müssen an die Auflösung der Kameras besondere An
forderungen gestellt werden. Bei einer Diodenzeilenkamera
sind vorteilhafterweise mindestens 2000 Pixel notwendig. Bei
einer Flächenkamera sind dies je nach Anzahl der Kameras 1000
× 1000 Pixel. Es ist weiterhin vorteilhaft, eine Diodenzei
lenkamera mit 4000 Pixeln einzusetzen und Flächenkameras mit
4000 × 4000 Pixeln. Beim Einsatz von Scheinwerfern in Verbin
dung mit Flächenkameras kann die Bildaufnahme im Objektraum
bezogen auf die Quertrageinrichtungen mit einer oder mehreren
Kameras geschehen. Im weiteren Verlauf wird ein Ausführungs
beispiel mit dem Einsatz von 9 Kameras beschrieben.
Die Datenreduktion ist für das Bildaufnahme- und Auswertesy
stem obligatorisch. Da die Größe der verwendeten Speicherme
dien schnell an eine obere Grenze stößt und unhandlich wird,
ist vorteilhafterweise vorgesehen die nach der Datenreduktion
vorhandenen Datenmenge zu komprimieren. Die vorliegenden kom
primierten Daten können somit vorteilhafterweise auf einem
einzigen Datenspeichermedium gespeichert werden, wobei die
Dekomprimierung sich direkt anschließt oder zeitverzögert
durchgeführt wird. Die dekomprimierten Daten können der Aus
werteeinheit zugeführt werden. Die Datenreduktion beinhaltet
im Gegensatz zur Komprimierung die Eliminierung von Datenmen
gen, die im relativ großzügig ausgelegten Objektraum angefal
len sind, aber nicht das Längskettenwerk und die Quertragein
richtungen betreffen.
Der Einsatz von Infrarotbeleuchtung schließt vorteilhafter
weise die Blendwirkung der Beleuchtung aus.
Die Auflösung der eingesetzten Kameras wird vorteilhafterwei
se derart ausgelegt, daß ein Pixel in einer Kamera von den
lateralen Abmessungen hat am Objekt eine Größe oder Ausdeh
nung von 2 mm aufweist.
Mit einer Belichtungsdauer von 90 µs kann bei einer wie oben
vorgegebenen Auslosung eine entsprechende Fahrzeuggeschwin
digkeit des Inspektionsfahrzeuges berechnet werden.
Der Einsatz von Laserlicht hat wesentliche Auswirkungen auf
die Leistung der Beleuchtungseinheit. Mit Laserlicht läßt
sich die Beleuchtung mit einem Zehntel der Leistung wie bei
Scheinwerfern durchführen. Die Vorteile von Scheinwerfern
liegen im optischen Bereich.
In vorteilhafter Weise wird parallel zur erfindungsgemäßen
Datenaufnahme eine Videokamera normaler Bauart, das heißt mit
einer Auflösung von mehr als 2 mm parallel bzw. synchron ein
gesetzt. Da bei dieser Videokamera keinerlei Speicherprobleme
bestehen, ist deren Einsatz unkritisch. Die damit parallel
aufgenommenen Fahrleitungseinrichtungen können bei der Bild
auswertung herangezogen werden, um die jeweilige Auswertung
der Bilder mit hoher Auflösung zu unterstützen.
Der Einsatz eines Wegstreckenzählers ist ebenso vorteilhaft,
da auch hiermit die Bildauswertung unterstützt werden kann.
Im folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung
nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrie
ben:
Fig. 1 zeigt die Bildaufnahme bezüglich eines Längsketten
werkes mit Tragseil und Fahrdraht mit Zeilenkameras
von zwei Seiten,
Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf ein Meßfahrzeug mit Aufnahme
systemen für die ebenfalls angedeuteten Fahrleitungen
elektrischer Bahnen,
Fig. 3 zeigt ein Längskettenwerk in der Seitenansicht, wobei
die Abschätzung einer Datenreduktion beigefügt ist,
Fig. 4 zeigt die Bildaufnahme von Quertrageinrichtungen mit
tels 9 Flächenkameras.
Um die Defekte an Fahrleitungen elektrischer Bahnen mit ent
sprechendem Längskettenwerk und Quertrageinrichtungen in der
Größenordnung von Muttern und Schrauben oder auch einzelne
dünne Drähte an schadhaften, aufgespleißten Seilen zu erken
nen, ist eine Auflösung von etwa 1 mm erforderlich. Da Längs
kettenwerke und Quertrageinrichtungen größer als 1 m sind,
ergeben sich doch besondere Schwierigkeiten. Kameras, die von
der Anzahl der Pixel her (4000 × 4000 Pixel) eine genügende
Auflösung erbringen würden, besitzen jedoch keinen genügend
schnellen elektronischen Verschluß, sondern nur einen mecha
nischen, der zu langsam ist, da wegen der gewünschten Ge
schwindigkeit eines Diagnosefahrzeuges die Belichtungszeit in
engen Grenzen liegen muß. Wird gewünscht, daß das Diagnose
fahrzeug 80 km/h schnell ist, so dürfen die Belichtungszeiten
nicht größer als 1/22000 s sein, was einer Belichtungszeit
von 45 µs entspricht. Durch diese Ma?nahmen werden Bewegungs
unschärfen ausreichend gering gehalten. Zur Aufnahme des
Längskettenwerkes werden daher zwei Hochgeschwindigkeits-
Diodenzeilenkameras mit zum Beispiel je 4096 Pixeln einge
setzt, wie es in Fig. 1 dargestellt wird. Hierdurch wird ei
ne Bildpunktrate von bis zu 100 MPixel/s je Kamera erreicht.
Durch die Bewegung des Diagnosefahrzeuges und durch das
gleichzeitige Auslesen der Zeilenkamera entsteht ein unend
lich langes Bild. Die minimale Belichtungsdauer je Bildspalte
dieser Kameras beträgt 40 µs, wodurch die Bewegungsunschärfe
vernachlbssigbar wird. Zur Beleuchtung wird ein strei
fenförmig aufgeweiteter Laserstrahl eingesetzt. Störendes
Licht anderer Wellenlängen wird durch schmalbandige Filter
reduziert, wodurch die Aufnahmen weitgehend unabhängig vom
Umgebungslicht werden und dadurch für die spätere Bildauswer
tung ausreichend konstante Kontrastverhältnisse aufweisen.
Somit können außer in der Nacht auch bei bedecktem Himmel au
tomatisch auswertbare Aufnahmen erstellt werden. Auf einer
horizontalen Strecke von nur 10 m entstehen wie in Fig. 3
dargestellt ist, 40 MByte an Bilddaten. Dies gilt für den
Fall, daß das Längskettenwerk über einen senkrechten Bereich
von 4 m mit 1 mm Auflösung abgescannt wird. Bei Verwendung
von 17 GByte Speicherplatten wäre nach einer Strecke von nur
4,37 km bereits eine Platte mit Bilddaten gefüllt. Bei einer
Fahrzeuggeschwindigkeit von beispielsweise 80 km/h entspricht
dies einer Datenrate von 90 MBytes. Es ist beim derzeitigen
Stand der Technik nicht möglich, derartige Datenraten
schritthaltend, das heißt bei der entsprechenden Geschwindig
keit des Diagnosefahrzeuges ohne Datenstau, zu speichern. Ei
ne Reduktion der Bilddaten auf weniger als 3% ist mit fol
genden Mitteln möglich, die es erlauben, bis zu 175 km ohne
Unterbrechung zu fahren:
- - Das Längskettenwerk kann seinen Aufenthaltsbereich relativ zu den Kameras verändern, was bedeutet, daß in Fig. 1 die Lage des Längskettenwerkes nach links oder nach rechts rutscht, weshalb der Objektraum deutlich größer ist als das Längskettenwerk. Zur Datenreduktion werden die Bilddaten eli miniert, die ober- und unterhalb des Längskettenwerkes lie gen. Die Lage des Längskettenwerkes wird hierbei fortlaufend von einem speziellen vorhandenen Radarsystem zur Positionser fassung des Fahrdrahtes bestimmt.
- - In einer Schwellwertoperation wird der im allgemeinen dunk le Hintergrund auf einen niedrigen konstanten Wert gesetzt.
- - Anschließend wird mit einem konventionellen Kompressions verfahren für Bilddaten, beispielsweise in JPEG, die Daten menge komprimiert.
- - Abschließend werden nach Zwischenspeicherung auf der Fest platte eines Rechners die komprimierten Daten auf ein Magnet band übertragen.
Zur Bildaufnahme beider Seiten der Quertrageinrichtung werden
folgende Ausführungen entsprechend Fig. 4 beschrieben:
Wie in Fig. 4 skizziert werden etwa 9 hochauflösende Flächen
- Video - Kameras eingesetzt, deren Belichtungszeit von einem
elektronischen Shutter begrenzt wird. Als Beleuchtung dienen
entweder Laserdioden oder Scheinwerfer, wobei die Scheinwer
fer eine Leistung von jeweils etwa 5 kW aufweisen und entge
gen der Fahrtrichtung bzw. im Fahrtrichtung angeordnet und
ausgerichtet sind. Da die Datenmenge kleiner ist als beim
Längskettenwerk kann auf eine Reduktion verzichtet werden.
Das Triggersignal zur Bildaufnahme an den Quertrageinrichtun
gen wird von einem normal ausgeführten Lageerkennungssystem
unter Einsatz eines Laserradars erzeugt.
Sehr störend wirken sich der Platzbedarf, der Luftwiderstand
und der Reinigungsbedarf der großen Scheinwerfer sowie die
Blendwirkung auf Unbeteiligte in der Nähe der Bahnstrecke
aus. Andererseits bieten Scheinwerfer gegenüber Laserdioden
den Vorteil, daß keine Granulation auftritt (kein Speckle-
Rauschen).
Alternativ wird vorgeschlagen, anstelle von Flächenkameras
zur Aufnahme von Quertrageinrichtungen auch hier wie beim
Längskettenwerk Zeilenkameras in Verbindung mit der beschrie
benen Laserbeleuchtung einzusetzen. Da sich das Fahrzeug
senkrecht zur Quertrageinrichtung bewegt, fehlt hier aller
dings die horizontale Bewegung zur Erzeugung eines zweidimen
sionalen Bildes, da die Laserbeleuchtung lediglich einen bei
spielsweise senkrecht stehenden Streifen ausleuchtet. Um die
Gesamtbeleuchtung und Gesamtbildaufnahme eines Quertragwertes
in diesem Fall sicherzustellen, wird in dem gemeinsamen
Strahlengang von Laserlichtband und Empfangsoptik ein
Schwingspiegel positioniert, der es ermöglicht, innerhalb von
ca. 0,2 Sekunden beispielsweise eine horizontale Strecke von
5 m auf der Quertrageinrichtung abzutasten. Ein weiterer Vor
teil beim Einsatz einer Laserbeleuchtung auch für Quertrage
inrichtungen besteht in der Ähnlichkeit der Bauform mit der
des Sensors für das Längskettenwerk, was sich günstig auf die
Herstellkosten auswirkt. Zur Unterstützung eines Wegstrecken
zählers oder zur allgemeinen Verbesserung der Position eines
bestimmten aufgenommenen Bildstreifens beim Längskettenwerk
sowie bei der Quertrageinrichtung werden zusätzliche Auf
zeichnungen mit einer zweidimensionalen Videokamera angefer
tigt. Insbesondere in Bezug auf die Bildaufnahme bei den
Quertrageinrichtungen ergibt dies besondere Vorteile, da bei
einer Geschwindigkeit des Meßfahrzeuges von 80 km/h innerhalb
von 0,2 Sekunden sich das Fahrzeug und somit auch das Bild
aufnahme und Auswertesystem der Quertrageinrichtung um 4,4 m
nähert bzw. entfernt.
In Fig. 1 wird insbesondere eine Vorder- oder Rückansicht
eines Teiles eines Diagnosefahrzeuges dargestellt. Auf dem
Dach des Diagnosefahrzeuges mit einer Breite von 2,8 m sind
zwei Hochgeschwindigkeits-Zeilenkameras mit jeweils 4096 Pi
xeln, 22000 Zeilen/s und 90 MPixeln/s. Ebenfalls im Quer
schnitt ist das Längskettenwerk dargestellt. Bezeichnet sind
das oben positionierte Tragseil und der mittelbar am Tragseil
hängende Fahrdraht. Zwischen Tragseil und Fahrdraht sind re
gelmäßig senkrechte Tragseile vorgesehen. Die dargestellte
Laserlichtebene bezieht sich auf die in Fig. 1 auf dem Dach
des Diagnosefahrzeuges rechts positionierte Bildaufnahmeein
heit bzw. Kamera. Die Beleuchtung bildet für das Längsketten
werk wie bereits beschrieben lediglich eine schichtweise Be
leuchtung, wobei jeweils ein Bildstreifen beleuchtet wird.
Gleichzeitig wird der entsprechende Bildstreifen aufgenommen.
Die ständige Wiederholung ergibt ein quasi unendliches Bild
des Längskettenwerks. Der Gegenstands- bzw. Objektraum ist in
Fig. 1 durch strichpunktierte Linien dargestellt. Aufgrund
der Tatsache, daß der Fahrdraht relativ zum Stromabnehmer ei
nes Schienenfahrzeuges auswandert, so daß er nicht ständig an
derselben Stelle schleift, muß der Gegenstandsraum entspre
chend groß ausgelegt sein. Seine Breite beträgt wie in Fig.
1 dargestellt, 0,8 m. Die Höhe des Gegenstandsraumes wird zu
nächst entsprechend hoch ausgeführt, da diesbezüglich sämtli
che konstruktiven Varianten abgedeckt werden müssen. In der
nach der Bildaufnahme folgenden Datenreduktion werden ober
halb und unterhalb des Längskettenwerkes liegende Daten ent
fernt. Die Beleuchtung und Bildaufnahme von zwei Seiten des
Längskettenwerkes, wie in Fig. 1 dargestellt, ist mit einer
erhöhten Erkennungssicherheit verbunden.
Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf ein Dach eines Diagnosefahr
zeuges, wobei der Verlauf des Fahrdrahtes und die Position
einer Quertrageinrichtung berücksichtigt sind. Der nicht pa
rallele Verlauf des Fahrdrahtes relativ zur Fahrtrichtung des
Diagnosefahrzeuges berücksichtigt das seitliche Auswandern
des Fahrdrahtes relativ zu einem Stromabnehmer eines Schie
nenfahrzeuges. Fig. 2 stellt die ungefähre Positionierung
von Zeilenkameras dar, die von der Längsseite des Diagnose
fahrzeuges und das Längskettenwerk von zwei gegenüberliegen
den Seiten aufnehmen. Die für die Bildaufnahme in Bezug auf
die Quertrageinrichtung dargestellten Flächenkameras sind
derart positioniert, daß sie in oder gegen die Fahrtrichtung
detektieren. Für den in Fig. 2 dargestellten Fall wird die
Quertrageinrichtung mit Scheinwerfern beleuchtet und mit Flä
chenkameras aufgenommen. Beim Einsatz von Zeilenkameras wird
wie beschrieben mit Laserdioden beleuchtet. Es besteht die
Möglichkeit, sämtliche zu detektierenden Gegenstände mit La
serdioden zu beleuchten und mit Zeilenkameras aufzunehmen. In
diesem Fall müßte zur Beleuchtung und Detektion der Quer
trageinrichtung ein Schwingspiegel im optischen Strahlengang
vorhanden sein, um die Erstreckung der Quertrageinrichtung
quer zur Fahrtrichtung des Diagnosefahrzeuges bezüglich der
Beleuchtung und der Bildaufnahme abzudecken. Für die Längser
streckung des Längskettenwerkes ist dies nicht notwendig, da
sich das Schienenfahrzeug entlang des Längskettenwerkes be
wegt.
Fig. 3 zeigt die Seitenansicht eines Ausschnittes aus einem
Längskettenwerk. Dargestellt sind das Tragseil und der daran
über senkrechte Tragseile hängende Fahrdraht. Der dargestell
te Bereich mit einer Breite von 10 m ist beispielsweise der
momentan beleuchtete und detektierte Bildbereich. Bei einer
100%igen Datenspeicherung von beispielsweise 40 MByte wird
es sich bei heutiger Speicherkapazität von Speicherplatten
von beispielsweise 17 GByte lediglich eine Fahrtstrecke von
4,37 km ergeben. Nach einer Datenreduktion auf weniger als 3
%, das heißt einer Datenmenge von etwa 1 MByte ergibt sich
eine zusammenhängende Fahrtstrecke eines Inspektionsfahrzeu
ges von 175 km.
Fig. 4 zeigt die Seitenansicht einer Quertrageinrichtung in
oder gegen die Fahrtrichtung eines Schienenfahrzeuges. Für
den in Fig. 4 dargestellten Fall werden 9 Flächenkameras
entsprechend der dort vermerkten 9 Rechtecke eingesetzt. Die
Beleuchtung geschieht mittels Scheinwerfern. Der Speicherbe
darf beträgt beispielsweise 20,8 MByte pro Quertrageinrich
tung. Bei einer Speicherkapazität von 54 GByte auf einer
Speicherplatte können 2570 Quertrageinrichtungen an einem
Stück aufgenommen werden. Dies entspricht bei einem Maßab
stand von 70 m mit jeweils einer Quertrageinrichtung einer
Strecke von 180 km.
Es ist nochmals darauf hinzuweisen, daß anstelle der Beleuch
tung mit Scheinwerfern die Beleuchtung mit Laserdioden be
stimmte Vorteile hat. Somit wird der Platzbedarf auf dem Dach
eines Diagnosefahrzeuges relativ gering und der Luftwider
stand bei hohen Geschwindigkeiten hält sich in tragbaren
Grenzen. Ferner ist es möglich, das Laserband so zu focussie
ren, daß über den Schärfentiefebereich von einigen Metern die
Dicke des Lichtbandes einige Millimeter beträgt und somit nur
der zu detektierende Bereich beleuchtet wird.
- 1. /1/ R. Müller, H. Höfler "Fahrwegüberwachung mit opti scher Meßtechnik" in Eisenbahn-Ingenieur Kalender '97, pp. 315-332, Tetzlaff, Darmstadt 1996, ISBN 3- 87814-506-3
- 2. /2/ "Lasertechnik checkt Oberleitung unter Spannung und bei Tempo 60" in Bahnzeit, April 1998, bzw. Deutsche Patentschrift DE 196 13 737 C, veröffentlicht am 24.09.1998
Claims (18)
1. Bildaufnahme- und Auswertesystem zur Inspektion von Fahr
leitungen elektrischer Bahnen mit entsprechendem Längsketten
werk und Quertrageinrichtungen, wobei das Längskettenwerk im
wesentlichen parallel und die Quertrageinrichtungen im we
sentlichen quer zur Fahrtrichtung verlaufen, bestehend aus:
- - jeweils mindestens einer Beleuchtungseinheit mit minde stens einer Laserdiode und vorgesetzter Rasterlinsenop tik zur im wesentlichen seitlichen Beleuchtung der Fahr leitungen bzw. der Quertrageinrichtungen,
- - mindestens einer Diodenzeilenkamera als Bildaufnahmeein heit zur jeweiligen Bildpunkterfassung an dem Längsket tenwerk bzw. an den Quertrageinrichtungen,
- - mindestens einer Rechnereinheit zur Datenreduktion der aufgenommenen Bilddaten,
- - mindestens einer Rechnereinheit zur Auswertung hinsicht lich von Defekten an dem Längskettenwerk oder den Quer trageinrichtungen, sowie
- - einem Schwingspiegel zur Sicherstellung der Beleuchtung und Erfassung der gesamten Seitenfläche einer aufzuneh menden Quertrageinrichtung.
2. Bildaufnahmesystem zur Inspektion von Fahrleitungen elek
trischer Bahnen mit entsprechendem Längskettenwerk und Quer
trageinrichtungen, wobei das Längskettenwerk im wesentlichen
parallel und die Quertrageinrichtungen im wesentlichen quer
zur Fahrtrichtung verlaufen, bestehend aus:
- - mindestens einer Beleuchtungseinheit mit mindestens ei ner Laserdiode und vorgesetzter Rasterlinsenoptik zur im wesentlichen seitlichen Beleuchtung des Längskettenwer kes,
- - mindestens einer Beleuchtungseinheit mit mindestens ei nem Metalldampfscheinwerfer zur im wesentlichen seitli chen Beleuchtung der Quertrageinrichtungen,
- - mindestens einer Diodenzeilenkamera als Bildaufnahmeein heit zur Bildpunkterfassung am Längskettenwerk,
- - mindestens einer Flächenkamera mit elektronischem Ver schluß als Bildaufnahmeeinheit zur jeweiligen Bildpunk terfassung an den Quertrageinrichtungen,
- - mindestens einer Rechnereinheit zur Datenreduktion der aufgenommenen Bilddaten,
- - mindestens einer Rechnereinheit zur Auswertung hinsicht lich von Defekten an dem Längskettenwerk oder den Quer trageinrichtungen.
3. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Rasterlinse aus einer Mindestanzahl von opti
schen Linsen besteht, so daß die Rasterlinse in Verbindung
mit der Laserdiode eine ausgedehnte Lichtquelle darstellt.
4. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Diodenzeilenkamera mindestens 2000 Pixel und
eine Flächenkamera mindestens 1000 × 1000 Pixel aufweisen.
5. Bildaufnahmesystem nach Anspruch 4, wobei die Diodenzeilen
kamera ca. 4000 Pixel und die Flächenkamera 4000 × 4000 Pixel
aufweisen.
6. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei ein streifenförmig aufgeweiteter Laserstrahl ein
gesetzt wird.
7. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei Fahrleitungen oder Quertrageinrichtungen von zwei
gegenüberliegenden Seiten beleuchtet und aufgenommen werden.
8. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die aufgenommenen Bilddaten nach der Datenredukti
on einer Komprimierungseinheit und vor der Auswertung einer
Dekomprimierungseinheit zugeführt werden.
9. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die Wellenlänge des eingesetzten Laserlichtes im
Infrarotbereich liegt.
10. Bildaufnahmesystem nach Anspruch 9, wobei die Lichtwel
lenlänge ca. 800 nm beträgt.
11. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die Auflösung einer Kamera derart gewählt ist, daß
ein Pixel am Objekt maximal 2 mm groß ist.
12. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei die Belichtungsdauer maximal 90 µs beträgt.
13. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Laserdiode weniger als 100 Watt elektrische
Eingangsleistung bei einem Wirkungsgrad von ca. 0,3 aufweist.
14. Bildaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 2-13, wobei
ein Metalldampfscheinwerfer mindestens 1 kW elektrische Ein
gangsleistung aufweist.
15. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei mittels eines zusätzlichen Laserradars die Anwe
senheit und Lage von Quertrageinrichtungen ermittelbar und
ein Triggersignal zur Bildaufnahme lieferbar ist.
16. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei eine Videokamera mit schlechterer Auflösung als 2
mm zur synchronen Aufnahme von Quertrageinrichtungen vorhan
den ist, um die Bildauswertung zu vereinfachen.
17. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei wobei ein Wegstreckenzähler vorhanden ist, dessen
Daten gleichzeitig mit den Bilddaten gespeichert werden und
die Bildauswertung unterstützen.
18. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, wobei der festgelegte Objektraum größer ist als das ak
tuell zu detektierende Volumen der Fahrleitungen.
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