DE3103572A1 - Echtzeitmonitor fuer ein seegebundenes seismographisches messsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein seegebundenes seismographisches Meßsystem und insbesondere ein System mit einem Monitor, der eine Echtzeitanzeige der auf einem Magnetband gespeicherten Daten liefert.

Bei seismographischen Messungen oder Untersuchungen wird eine akustische Welle erzeugt, die sich durch den Erdboden fortpflanzt und an Grenzflächen zwischen geologischen Schichten reflektiert wird. Die Zeit, die eine reflektierte Welle benötigt, um zu ihrer Quelle oder einem nahe der Quelle angeordneten Geophon zurückzukehren, ist ein Maß für die Tiefe, bis zu der die Welle vor ihrer Reflexion vorgedrungen ist, und kann daher dazu verwendet werden, eine Aussage über die geologische Struktur abzuleiten. Wenn eine Vielzahl paralleler Messungen vorgenommen werden, kann daher die geologische Struktur aufgezeichnet werden. Gleiche Techniken können an Land oder auf See verwendet werden, je nachdem, wo die Untersuchungen oder Messungen stattfinden sollen.

Seegebundene seismographische Untersuchungen erfordern häufig die Verwendung eines speziell konstruierten Meßschiffes, das akustische Impulse aus Quellen erzeugt, die beispielsweise von Druckluftkanonen gebildet sind, die von dem Schiff nachgeschleppt werden. Die von diesen Quellen erzeugten akustischen Wellen durchlaufen das Wasser und den Meeresgrund und werden an den Grenzflächen zwischen Schichten unterschiedlicher Dichte teilweise reflektiert. Ein großer Teil der Welle wird an dem Meeresgrund reflektiert. Weitere Anteile werden an der ersten Grenzfläche zwischen einer ersten Schicht des Meeresgrundes und einer zweiten Schicht des Meeresgrundes reflektiert, usw. bis sich die Welle verlaufen hat. Hinter dem Schiff wird ein langes Kabel mit einer großen Anzahl von akustischen Detektoren wie beispielsweise piezoelektrischen Hydrophonen nachgeschleppt. Diese Detek-

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toren sind ihrerseits mit einer Schaltung zur umwandlung der von ihnen erzeugten analogen Wellenformen (im weiteren als Spuren bezeichnet) in digitale Daten verbunden, die zur Verarbeitung durch Datenverarbeitungseinrichtungen geeignet sind, um ein Bild des Meeresgrundes zu erstellen.

Die Interpretation der Daten wird dadurch erleichtert, daß man die Anzahl der verfügbaren Daten erhöht. Zu diesem Zweck wurden Verfahren vorgeschlagen, die eine erhöhte Anzahl von Detektoren und Aufzeichnungsvorrichtungen verwenden. Diese Verfahren jedoch führen zu neuen Problemen, da eine noch größere Menge von Daten verarbeitet werden muß und diese Datenmengen gewaltig sind. Es wurden bereits verschiedene Verfahren angegeben, um die Daten an Bord des Schiffes zu verarbeiten und um sie in eine geeignete Form zu bringen, in der sie an Land weiter verarbeitet werden können. Beispiele für solche Verfahren findet man in den US-PSen 4 016 531 und 4 084 151. Ein verbessertes Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung (US-Patentanmeldung 118 299) dargestellt, deren Inhalt in die vorliegende Offenbarung mit einbezogen V7ird.

Bei dem in der vorstehend genannten deutschen Patentanmeldung beschriebenen Verfahren wird die durch jede Spur dargestellte akutische Welle alle vier Millisekunden abgetastet, wobei die Tastwerte dazu verwendet werden, eine digitale Darstellung der momentanen We11enamplitude zu liefern. Die so erzeugten digitalen Worte werden daher in einer der Abtastzeit entsprechenden Ordnung erzeugt. Das heißt, daß sie sich in einem meßzeitseriellen Format befinden. Für eine eventuelle Verarbeitung dieser Daten ist es jedoch nützlich, daß sich die Daten in einem spurenseriellen Format befinden. Das bedeutet, daß man zunächst alle Daten von einer gegebenen Spur auf einem Magnetband speichern möchte, danach

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alle Daten von einer zweiten Spur usw. Daher sind an Bord des Schiffes Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen, welche diese Daten in ein zweites oder Verarbeitungsformat umforir.atieren, in dem die Daten einer an Land befindlichen Datenverarbeitungsanlage zugeführt werden.

Es ist wünschenswert, daß die Arbeitsweise dieser Umfoririatierungsvorrichtungen sowie der Schnittstellen und anderer Datenverarbeitungseinheiten in Echtzeit überwacht werden, d.h. während der Umformatierungsvorgang abläuft.

Aufgrund der bei dem Verfahren auftretenden großen Datenmengen ist es wünschenswert, die visuelle Interpretation der Daten bei ihrer Überwachung zu erleichtern. So erscheinen beispielsweise die Spuren der analogen Wellenformen, die an den Geophonen erzeugt werden, als sinusoidale Wellen, auch wenn sie selbstverständlich keine perfekte Sinusform aufweisen. Wenn eine große Anzahl solcher Wellen auf einem einzigen Blatt Papier von einem Monitorschreiber aufgezeichnet werden, sind sie ziemlich klein und schwer voneinander zu unterscheiden, da so viele Daten komprimiert und auf einem einzigen Blatt Papier aufgezeichnet werden. Es wurde nun gefunden, daß durch eine teilweise gegenseitige Überlappung aufeinanderfolgender Spuren und durch Auffüllen der positiven Abschnitte der aufgezeichneten Wellen die Daten sehr viel klarer lesbar werden und Fehler oder Störungen leichter feststellbar sind. Die gleiche Situation würde sich ergeben, wenn Daten auf einer Kathodenstrahlröhre wie beispielsweise einem Fernsehschirm oder einem Oszillographenschirm dargestellt würden anstatt auf einem Stück Papier. Auch hier ist diese Erkenntnis ebenso nützlich.

Es wurde erfindungsgemäß nun ein Echtzeitmonitor zur Verwendung bei der Speicherung seismographischer Daten vorge-

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schlagen, der die Identifizierung von Fehlern bei der Speicherung von Daten ermöglicht.

Der Monitor hat eine Wiedergabeeinrichtung, welche die Wiedergabe verstärkt, um das effektive Verständnis der Wiedergabe durch die Bedienungsperson zu erleichtern und das Auftreten von Fehlern in den Daten zu verstärken. Die Datenverarbeitungseinrichtung, die für die Vorbereitung der Wiedergabe ausgewählt wurde, kann kompatibel mit den Datenverarbeitungseinrichtungen ausgebildet sein, die für die Monitorfunktionen verwendet werden, so daß die erstgenannte Datenverarbeitungseinrichtung als Ersatzeinrichtung verwendet werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt der Monitor Analogdarstellungen der digitalen seismographischen Daten so dar, daß einander benachbarte seismographische Spuren einander teilweise überlappen, wodurch das Auftreten eines Fehlers betont wird. Die Monitorwiedergabe wird durch eine Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert, die von gleicher Art wie die Datenverarbeitungseinrichtungen sein kann, die in dem Speichersystem zur Speicherung seismographischer Daten für andere Zwecke verwendet werden, so daß die erstgenannte Datenverarbeitungseinrichtung als Ersatzeinrichtung verwendet werden kann. Dieses System wird in der Weise verwirklicht, daß man in die Magnetbandspeichereinrichtung eine Kontrollleseschaltung einbaut, so daß die auf das Band aufgezeichneten Daten von dem Band unmittelbar nach ihrer Aufzeichnung abgelesen und dazu verwendet werden können, den Monitor zu steuern. Auf diese Weise arbeitet der Monitor tatsächlich als Echtzeitmonitor und verarbeitet die Daten, die sich auf dem Band befinden. So enthalten die auf dem Echtzeitmonitor dargestellten Fehler auch Fehler in der tatsächlichen Aufzeichnung der Daten auf dem Magnetband.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines seismographischen Meßsystems, umfassend ein Schiff und eine Schleppleine mit Geophonen,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des gesamten erfindungsgemäßen Systems zur Messung und Aufzeichnung seismographischer Daten,

Fig. 3 ein Multiplexformat, in dem die Daten anfangs erzeugt werden,

Fig. 4 ein kanalorientiertes Format, in das die Daten mit Hilfe von Datenverarbeitungseinrichtungen an Bord des Schiffes umgeformt werden, um später in diesem Format wirtschaftlicher verarbeit werden zu können,

Fig. 5a, 5b und 5c Verfahren zur Anordnung eines Rasterspeichers, um die Daten auf einem Echtzeitmonitor auszudrucken,

Fig. 6a und 6b weitere Verfahren zur Organisation eines

solchen RasterSpeichers, um die seismographischen Eingangsdaten entsprechenden digitalen Daten auszudrucken,

Fig. 7 eine tatsächliche Darstellung, die von einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt wurde und

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Fig. 8 ein Flußdiagramm für die Monitorzentraleinheit.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersichtsskizze eines Systems zur Ermittlung und Aufzeichnung seismographischer Daten gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses System umfaßt ein Meßschiff 10, das mit einer Anzahl (in einer bevorzugten Ausführungsform beträgt diese Anzahl 40) von Druckluftkanonen 12 versehen ist, die mit Druckluftunter einem hohen Druck geladen werden und sich in das Wasser hinein entspannen und auf diese Weise eine akustische Welle erzeugen. Die reflektierten Wellen werden von einer Vielzahl von Hydrophonen 16 aufgenommen, die mittels eines Kabels 14 an dem Heck des Kabels angebunden sind.

Die von den Detektoren 16 erzeugten analogen Spannungssignale werden über das Kabel 14 einer Verarbeitungs- und Speicheranordnung 18 in dem Schiff 10 zugeführt. Gleichzeitig werden Navigationsinformationen von an der Küste befindlichen Radiostationen und von Satelliten mittels einer Antenne 20 empfangen und ebenfalls in der Datenverarbeitungs- und Aufzeichnungsanordnung 18 gespeichert. Zusammen mit anderen Informationen, die zur Identifizierung der Parameter dienen, unter denen die seismographischen Daten aufgenommen wurden, dient diese Information dazu, eine Kopfinformation oder eine Vorlaufinformation zu bilden, welche den Anfang jeder Aufzeichnung seismographischer Daten auf einem Band bildet. Die Kopfinformation kann beispielsweise auf dem Monitor ausgedruckt werden, um bei der Ermittlung von Fehlerquellen oder bei der Klärung der Umstände zu helfen, unter denen die Daten aufgenommen wurden. Das Verfahren zur Erzeugung dieser Kopfinformationen ist genauer in der deutschen Patentanmeldung (US-Patentanmeldung Nr. 118 299) beschrieben.

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Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des Datenverarbeitungsund Speichersystems. Seismographische Signale von den in der Fig. 1 dargestellten Hydrophonen oder Geophonen 16 werden in die Analogschaltung 22 eingespeist. Diese Schaltung kann verschiedene für sich bekannte Hilfsmittel zur Verarbeitung von Analogsignalen aufweisen. So wird beispielsweise im allgemeinen eine Impedanzanpassung der von verschiedenen Stellen längs des Schleppseiles 14 kommenden Signale durchgeführt ebenso wie eine Filterung und Verstärkung der Signale. Die Signale werden dann in einem Analog-Digital-Umsetzer 23 in digitale Signale umgewandelt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedes der ankommenden seismographischen Signale in regelmäßigen Zeitintervallen abgetastet, in denen die momentane Signalamplitude durch eine digitale Darstellung beschrieben wird. So werden Reihen von digitalen Abtastwerten erzeugt, deren jeder der momentanen Amplitude eines anderen Signales entspricht. Die so erzeugten digitalen Abtastwerte sind gebündelte Signale oder Multiplexsignale in dem Sinne, daß sie von einer Vielzahl von Quellen stammen und seriell bezüglich der Meßzeit sind. Wie bereits oben erwähnt, wurde, ist es wünschenswert aus Gründen der wirtschaftlicheren Verarbeitung, daß die den landständigen Datenverarbeitungsanlagen übermittelten digitalen Signale in einer spurenseriellen Form vorliegen. Das bedeutet, daß die digitalen Darstellungen der Abtastwerte der momentanen Signalspannungen eines gegebenen Hydrophons alle zusammengefaßt werden. Daher werden die Daten entbündelt und "aus der meßzeitseriellen Form in eine spurenserielle Form gebracht. Um dies zu erreichen, werden jeweils wechselnde digitale Signale von einer oder zwei oder mehr Zentraleinheiten 26 ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungs-'form fungiert eine der Zentraleinheiten 26 als Haupteinheit und der Rest als Hilfseinheit. Das bedeutet, daß die Zentraleinheiten 26 im wesentlichen von ähnlichen Einheiten

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gebildet sind, die alle durch dieselbe Programminformation gesteuert werden, die in den Speicherbänken jeder Datenverarbeitungseinheit enthalten ist. Auf diese Weise kann das System ohne Mühe ausgeweitet werden, um wachsende Datenmengen verarbeiten zu können. Diese Anordnung hat zusätzliche Vorteile, die weiter unten genauer erläutert werden. Von den Zentraleinheiten 26 werden dann die Daten Magnetbandspeicheranordnungen 28 zugeführt, wo die Daten auf Magnetbandspulen festgespeichert werden, die dann bereit sind für eine Verarbeitung und Analyse der Daten, die auf einer an der Küste befindlichen Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden.

Von der Bandspeichereinheit 28 werden Signale dann mittels einer Kontrolleseschaltung einer Monitorzentraleinheit 30 zugeführt, in der die Monitorwiedergabe erzeugt wird. Die Wiedergabesteuersignale werden dann einer Wiedergabeeinheit 32 zugeführt, die beispielsweise von einem herkömmlichen elektrostatischen Blattschreiber gebildet ist, der Symbole auf einem Papierbogen 34 mittels eines Stiftes 36 in Übereinstimmung mit den digitalen Daten erzeugt, die auf den Bandspulen 28 gespeichert sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der MonitorZentraleinheit 30 (in der die auf den Bandspulen 28 gespeicherten digitalen Daten in eine zur Darstellung mittels der Monitorwiedergabeeinheit 32 geeignete Form gebracht werden) um denselben Typ wie bei den- zwei oder mehr Zentraleinheiten 26, die zur Umformatierung der Daten in das Format dienen, in dem sie auf dem Band gespeichert werden. Wenn daher eine der Zentraleinheiten ausfällt, kann die MonitorZentraleinheit 30 von .ihrer zunächst vorgesehenen Aufgabe entbunden und anstelle einer der Zentraleinheiten in Dienst genommen werden. Indem für alle drei Zentraleinheiten im wesentlichen dieselben Anordnungen vorgesehen werden,

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"sprechen sie auch dieselbe Sprache", so daß weniger Schaltungsaufwand an den Schnittstellen erforderlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Haupteinheit, alle Hilfseinheiten und die Monitorzentraleinheit jeweils eine Datenverarbeitungseinheit des Typs 980B der Firma Texas Instruments verwendet.

Der in der Fig. 2 als Blattschreiber dargestellte Monitor 32 kann aus einer großen Vielfalt von Druckern oder anderen Ausgabevorrichtungen ausgewählt werden, einschließlich Kathodenstrahlröhren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein elektrostatischer Drucker verwendet, der von der Versatec Company unter der Bezeichnung D2030/A .vertrieben wird. Diese Einheit erzeugt eine Markierung auf einem Blatt Papier durch Aufpressen einer elektrischen Ladung auf das Papier an der Stelle, wo eine Markierung erwünscht ist. Danach durchläuft das Papier einen leitfähigen Farbstoff, der Kohlepartikel in einem Lösungsmittel enthält. Der Farbstoff wird in den aufgeladenen Bereichen angezogen und das Lösungsmittel verdampft, wobei es die Kohlepartikel auf dem Papier zurückläßt. Der Vorzug dieser Art von Drucker liegt darin, daß die die Spannung an das Papier anlegenden Elektroden sehr dicht aneinander angeordnet werden können und dadurch eine sehr genaue Definition ermöglichen. Der spezielle vorstehend beschriebene Drucker ist in der Lage, 100 Punkte pro 2,54 cm in zwei zueinander senkrechten Richtungen zu drucken, und ermöglicht so einen sehr feinen Druck. Dies ist in der vorliegenden Ausführungsform von Nutzen, da entsprechend den obigen Ausführungen eine große Menge von Daten auf dem Monitor dargestellt werden sollten. Bei einem typischen seismographischen "Schuß" werden 208 Spuren 250 mal pro Sekunde für ungefähr 6 Sekunden abgetastet, wobei 1500 digitale Datenworte pro Spur oder etwa 312.000 Datenworte pro Schuß

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erzeugt werden. Jedes dieser Datenworte kann auf dem oben beschriebenen Diagramm als einzelner Punkt dargestellt werden und ermöglicht so eine komplette graphische Darstellungaller digitalen Daten, die während eines seismographischen Schusses gesammelt wurden. Während das Aufzeichnungspapier 34 unter dem Stift 3 6 hindurchläuft, werden Punkte aufgebracht in einer Anzahl von Reihen, die der gesamten Anzahl von Abtastungen jeder einzelnen Spur entspricht. So wird beispielsweise während eines Meßvorganges von 6 Sekunden jede Spur 1.500 mal abgetastet. In diesem Falle werden 1.500 Punkt auf jeder Linie erzeugt, die von dem Stift 36 auf dem Papier 34 aufgezeichnet wird. Die Vorschubrichtung des Papiers, die in der Fig. 2 durch einen Pfeil angegeben ist, entspricht der Spurposition längs der Schleppleine 14, so daß das Ergebnis der am weitesten von dem Schiff 10 entfernt gelegenen Spur zuerst gedruckt wird, dann das nächstnähere usw.

Weitere in dem System der Fig. 2 nicht dargestellte Einrichtungen sind in der oben genannten deutschen Patentanmeldung genauer beschrieben, deren Offenbarung hiermit in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Das System umfaßt ferner eine Magnetplattenanordnung zur zeitweiligen Speicherung von Daten zur Echtzeitverarbeitung. Das heißt, daß eine Mehrzahl von Magnetplatteneinheiten mittels eines Magnetplattenübertragungsschalters mit den Zentraleinheiten 26 und 30 des Systems verbunden ist. Solche Magnetplatten werden zur zeitweiligen Speicherung von Daten von allen Zentraleinheiten verwendet. Langzeitspeicherung von Daten erfolgt auf Magnetbänder, die auf Magnetbandantriebseinheiten 28 angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt eine digitale Aufzeichnung in dem Format, in dem sie der Datenaustauscheinheit 24 zugeführt wird. Der

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mit "erster seismographischer Schuß" bezeichnete Bereich ist in einer Anzahl von Abtastwerten unterteilt, die von 1 bis M laufen. In dem Fall, in dem jede Spur 250 mal pro Sekunde während 6 Sekunden abgetastet wird, erhält man für M 1.500. Die Kanäle laufen von 1 bis N. In der bevorzugten Ausführungsform, bei der 208 Spuren die Schleppe bilden, beträgt N = 208. Die vertikalen Reihen von Xen in der Figur stellen jeweils ein digitales Wort oder eine digitale Darstellung einer momentanen einzelnen Messung der Amplitude eines an einer Spur vorhandenen Signales dar. Diese digitalen Worte sind in einem meßzeitseriellen Format angeordnet. Jedoch können die an Land stationierten Datenverarbeitungsanlagen, welche die endgültige Analyse der seismographischen Daten durchführen, wirtschaftlicher arbeiten, wenn die Daten ihnen in der Form dargeboten werden, daß alle von gegebenen Hydrophonen, d.h. einer jeweiligen Spur, ihnen auf einmal dargeboten werden. Daher sind Zentraleinheiten 26 vorgesehen, um die in einem Multiplexformat vorhandenen Daten umzuordnen, von dem in der Fig. 3 dargestellten meßzeitseriellen Format in ein kanalorientiertes oder spurenserielles Format, das in Fig. 4 dargestellt ist.

In den Fig. 3 und 4 geht den Daten jeweils ein Kopf voraus, der durch eine Kombination von Navigationsinformation, Zeitinformation und Rauminformation bezüglich des durchgeführten Schusses in einem vorbestimmten Format erzeugt wird, so daß jede Aufzeichnung durch ihr Magnetband identifizierbar ist. Diese Kopfinformation oder Vorlaufinformation wird in einer Datenaustauscheinheit 24 zusammengesetzt, die genauer in der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung zusammen mit den Details über die oben genannte Formatänderung beschrieben ist. Die Kopfinformation wird Teil der Aufzeichnung auf dem Magnetband und kann auf dem Monitor 32 ausgedruckt werden.

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Die digitalen Aufzeichnungen werden ggf. auf einem auf dem Bandtransport 28 sitzenden Magnetband in dem kanalorientierten Format gemäß Fig. 4 aufgezeichnet. Wenn ein Echtzeitmonitor diese Daten verarbeiten soll, um eine analoge Darstellung der auf dem Band gespeicherten digitalen Daten zu liefern, wäre es einfacher, die Daten in der Form zu verwenden, in der sie vorhanden sind, d.h. in ihrem spurenseriellen Format, anstatt sie in ein Multiplexformat gemäß Fig. 3 umzuformen. Jedoch ist die Erfindung auf beide Datenformate anwendbar, wie weiter unten noch genauer erläutert wird.

Man hat gefunden, daß die Klarheit der Darstellung graphischer Daten verbessert werden kann, und zwar erstens dadurch, daß man aufeinanderfolgende Spuren sich so überlappen läßt, daß sie auf einem Aufzeichnungsmedium physisch näher zusammenrücken, und zweitens dadurch, daß die positiven oder negativen Abschnitte der im allgemeinen sinusförmigen Wellenformen ausgefüllt werden, um so diese Hälfte der Welle zu betonen. Anhand der Fig. 5A bis 5C sollen diese Unterscheidungen klargemacht werden. In der Fig. 5A sind zwei im wesentlichen gleiche Wellenformen dargestellt, die sich weder überlappen noch ausgefüllt sind. Es ist nicht leicht, diese beiden Wellenformen miteinander zu vergleichen, um auf einen ersten Blick festzustellen, worin sie sich unterscheiden. Es ist sogar noch schwieriger, die Unterschiede zu bestimmen, wo die Wellen eine sehr viel kleinere Gesamthöhe haben, wie dies der Fall in dem erfindungsgemäßen Monitorsystem ist, in dem sie sich auch über eine sehr viel weitere Wiedergabevorrichtung erstrecken und in dem die die Wellenform bestimmenden Punkte sehr viel dichter zusammenliegen. Fig. 5B zeigt zwei sich überlappende Wellenformen. Durch dieses Hilfsmittel können die Wellen sehr viel leichter miteinander verglichen werden und man kann feststellen, daß

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sie tatsächlich beinahe identisch in dieser Figur dargestellt sind. Schließlich zeigt die Fig. 5C sich überlappende Wellen, auch wenn dieser sich nicht in dem Ausmaß überlappen, wie in der Fig. 5B. Ferner sind ihre positiven Halbwellen mit zusätzlichen Punkten ausgefüllt. Diese Wellen können weitaus leichter miteinander verglichen werden als jene in der Fig. 5A und es ist auch eine gewisse Verbesserung zu bemerken gegenüber den in der Fig. 5B dargestellten Wellen.

Es gibt eine Anzahl verschiedener Wege zur Erzeugung graphischer Darstellungen auf der Basis digitaler Daten, die in einem Speicher einer Datenverarbeitungsanlage enthalten sind. Das vielleicht am meisten verwendete dieser Verfahren besteht darin, daß eine Matrix aufgestellt wird, die entweder in ihrer Länge oder in ihrer Breite oder in beiden der gewünschten Wiedergabe entspricht. Diese Matrix wird dann Zelle für Zelle mit Druckinstruktionen ausgefüllt, die den graphisch darzustellenden Daten entsprechen. Diese Matrix wird dann Zeile für Zeile einem Drucker oder einem Kathodenstrahlsozillographen oder anderen Wiedergabevorrichtungen zugeführt. Selbstverständlich müssen bestimmte Schritte vor dem Füllen der Matrix mit Wiedergabeinstruktionen ausgeführt werden, wie beispielsweise das Skalieren der Daten, so daß die Amplituden der in der Matrix gespeicherten Punkte nicht die maximale Matrixamplitude überschreiten. Ferner versteht es sich, daß die Matrix nur eine einzige Reihe von Speicherplätzen enthalten kann oder aus einer N mal M Matrix bestehen kann, die in ihrer Größe der Gesamtheit der Wiedergabeeinrichtung entspricht. Im ersten Fall würde natürlich die Verarbeitung Zeile für Zeile durchgeführt und die Wiedergabeinstruktionen würden in die Matrix entsprechend eingesetzt werden. In dem zweiten Fall wäre es üblicherweise einfacher, die gesamte Matrix

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mit allen Wiedergabeinstruktionen zu füllen, bevor irgend ein Matrixplatz auf der Wiedergabeeinrichtung ausgedruckt wird.

Der vorliegende Monitor verwendet in einer bevorzugten Ausführung sform ein Hybridsystem, in dem nur ein Teil der Daten verarbeitet wird, um die Wiedergabeinstruktionen für eine bestimmte Zeit zu erzeugen· Diese Wiedergabeinstruktionen werden dann verwendet und die gesamte Wiedergabe teilweise erzeugt, bevor der nächste Datensatz verarbeitet wird. Insbesondere ist die Matrix in einer Dimension offen. Das bedeutet, daß eine erste Spur oder eine Mehrzahl von Spuren graphisch dargestellt wird, worauf eine neue Datenaufzeichnung oder neue Datenaufzeichnungen die einer oder mehreren Spuren entsprechen, in den Prozessor eingeführt werden und zur Bildung weiterer Dateninstruktionen verwendet werden, die dann ausgedruckt werden, usw. Die Breite der Matrix ist in einer bevorzugten Ausführungsform gleich der Gesamtzahl von Abtastungen, die für jede Spur vorgenommen werden, und liegt typischerweise zwischen 1.500 und 2.000 Abtastungen pro Schuß. Die Matrix ist ferner tief genug, um eine überlappende graphische Darstellung bis zu drei Spuren zu ermöglichen, die erfordern kann, daß die Matrix für die Speicherung von Wiedergabeinstruktionen bis zu ungefähr 200 Zellen tief ist. Auf diese Weise können, abhängig von der maximalen Amplitude der Spuren, Wiedergabeinstruktionen, die fünf Spuren entsprechen, gleichzeitig in der Matrix verarbeitet werden, so daß eine Überlappung der Spuren und ein gleichzeitiges Ausdrucken mehrererSpuren möglich ist. Auf diese Weise können die Spuren mit gegenseitiger Überlappung ausgedruckt werden.

Die geeignete Skalierung, der die Daten zu unterwerfen sind, hängt von der gewählten maximalen Amplitude für die aufgezeichneten Daten ab. In den Fig. 5A bis 5C sind verschiedene

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Skalenfaktoren dargestellt. So beträgt beispielsweise in der Fig. 5A die maximale Amplitude in der Plus- und in der Minusrichtung der Spur 5, so daß eine Gesamtzahl von 11 Zellen in vertikaler Richtung erforderlich ist, um die Druckinstruktionen aufzunehmen: 5 positiv, 5 negativ und eine Null. In Fig. 5B sind neun Zellen pro Spur erforderlich, nämlich vier positive, vier negative und eine Null. In Fig. 5D schließlich werden 15 Zellen benötigt, 7 positive, 7 negative und eine Null. Die Anzahl von Zellen könnte geradzahlig sein, wenn man die Nullposition wegläßt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Bedienungsperson des erfindungsgemäßen Monitorsystems die Wahl einer maximalen Amplitude zwischen 5 und 31. Daher kann jede Spur zwischen 11 und 63 Zellen in vertikaler Richtung umfassen. Die Skalierung der Daten ist entsprechend so ausgeführt, daß die von einer Spur erzeugte maximale analoge Spannung der ausgewählten maximalen Wiedergabeamplitude entspricht.

Aus dem vorstehend gesagten wird klar, wie eine Kurve entsprechend der Fig. 5A erzeugt werden kann. Jeder einzelne Datenpunkt wird mit einem Skalenfaktor multipliziert und in eine ganze Zahl umgewandelt, so daß man eine ganzzahlige Darstellung der Amplitude der Daten an einem gewissen Punkt erhält. Die diesem Punkt entsprechende Wiedergabeinstruktion wird dann in einer geeigneten Zelle der Matrix plaziert, worauf der folgende Datenpunkt bearbeitet wird. Wenn der Drucker so ausgebildet ist, daß das Papier sich relativ zum Drucker in vertikaler Richtung bezüglich der Fig. 5A bewegt, wird zunächst die gesamte Spur in Dateninstruktionen umgeformt.und in der Matrix gespeichert, bevor der Druckvorgang erfolgt. Das Ausdrucken kann dann so erfolgen, daß jeweils eine ganze Zeile zum gleichen Zeitpunkt gedruckt wird, wobei jedoch so viele Zeilen ausgedruckt werden, wie für die Darstellung aller Punkte der Matrix erforderlich

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sind. Danach wird die nächste Spur in der gleichen Weise bearbeitet.

Die durch die Erfindung erreichte Verbesserung umfaßt die Tatsache, daß nicht der Skalenfaktor berechnet und auf eine gesamte Spur angewendet wird, die Matrix mit entsprechenden Wiedergabeinstruktionen gefüllt und die Wiedergabeeinheit entsprechend gesteuert wird, sondern daß die aufeinanderfolgenden Spuren berechnet und die Wiedergabeinstruktionen entsprechend den berechneten Spuren erzeugt werden, bevor die erste vollständig ausgedruckt wird. Auf diese Weise wird die in der Fig. 5B dargestellte Überlappung zwischen der ersten und der zweiten Spur erreicht. Um das zu bewerkstelligen, muß natürlich der Drucker in Abhängigkeit von Wiedergabeinstruktionen gesteuert werden, die unter der gleichzeitigen Verwendung der Daten mehrerer Spuren erzeugt wurden. Der gewünschte Grad der Überlappung ist vorzugsweise durch die Bedienungsperson wählbar. In Fig. 5B ist eine Halbwellen-Überlappung gezeigt. Das heißt, daß die Skalierung und der Überlappungswert so gewählt sind, daß die maximale Amplitude der zweiten Spur auf dem Niveau aufgezeichnet ist, das dem Nullpunkt der ersten Spur entspricht. Der Grad der Überlappung kann beispielsweise durch eine ganze Zahl P ausgedrückt werden. Bei einer Halbwellenüberlappung würde P beispielsweise den Wert 2 haben. Wenn die Überlappung gleich einem Drittel ist, würde P den Wert 3 haben. Die Gesamtzahl von Zeilen der Matrix, die für eine solche Überlappung erforderlich sind, ist gleich der Gesamtzeilenzahl N-1 (1 entspricht dem Nullpunkt) geteilt durch P und gerundet auf die nächste ganze Zahl. Wenn also beispielsweise bei N = 29 eine Drittelwellenüberlappung gewünscht ist, erhält man' aus N-1, geteilt durch P und abgerundet auf die nächste ganze Zahl 9 Zeilen.

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Damit wird die Arbeitsweise des Echtzeitmonitors klar. Um die Wiedergabe eines bestimmten Schusses einzuleiten, wird die Anzahl der Spuren eingegeben, die möglicherweise durch die gewünschten Parameter erforderlich sind. Wenn also die Skalierung und die Überlappung so gewählt werden, daß sich fünf Spuren überlappen (d.h. P = 1/5), würden fünf Spuren gleichzeitig bearbeitet werden, um die Wiedergabe zu beginnen. Eine solch weitgehende Überlappung kann auftreten, wenn ein beträchtliches Rauschen in dem Signal vorhanden ist, jedoch ist im allgemeinen die Amplitude der eigentlichen Echosignale höher als die des Rauschens. In diesem Falle kann es wünschenswert sein, daß die Spuren mit hohen Amplituden sich mit vier oder fünf vorausgehenden und nachfolgenden Spuren überlappen, um so die Unterscheidung zwischen'Rauschen und Signal klarer sichtbar zu machen. Da die Anzahl der reflektierten Wellen begrenzt ist, macht eine solche weitgehende Überlappung die Wiedergabe nicht unlesbar. Folglich würde in diesem Falle eine entsprechende Anzahl von Spuren in die Monitordatenverarbeitungseinheit (Fig. 2) eingespeist und entsprechend skaliert. Die Matrix würde mit den skalierten Spuren gefüllt und wenn eine der maximal möglichen Skalenamplitude entsprechende Anzahl von Reihen der Matrix aufgefüllt worden ist, würde das Ausdrucken und damit die Wiedergabe beginnen. Normalerweise würde eine der Anzahl von Reihen zwischen aufeinanderfolgenden Spuren entsprechende Anzahl von Reihen gedruckt. Zu diesem Zeitpunkt würde dann die nächste Spur in die Monitordatenverarbeitungseinheit 30 eingespeist und entsprechend bearbeitet. So könnte man die Matrix als Durchlaufmatrix betrachten, bei der eine dem Nullinienabstand aufeinander folgender Spuren entsprechende Anzahl von Reihen zunächst ausgedruckt wird. Dann werden die nachfolgenden Spuren eine gleiche Anzahl von Reihen aufwärts bewegt, um die Matrix zu füllen, wobei gleichzeitig eine gleiche Anzahl

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von Reihen am unteren Ende der Matrix frei wird für das Einführen von Daten, die einer neuen Spur entsprechen. Dieser Vorgang würde sich wiederholen, bis die letzten Spuren erreicht sind. Dann würde man den Matrixinhalt Schritt für Schritt nach oben bewegen, ohne daß weitere Daten von unten her nachgeschoben werden.

Das Vorstehende ist im wesentlichen eine Beschreibung einer Rastermatrix, die zur Steuerung einer Kathodenstrahlröhre, eines Fernsehschirmes oder dgl. zusätzlich zu einem Blattdrucker verwendet werden könnte. Insbesondere können die Wiedergabeinstruktionen geeignet sein, um elektronische Mittel zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes auf einem Schirm zu steuern oder dazu geeignet sein, eine Elektrode zu speisen, welche auf einem elektrostatischen Papier eine Markierung erzeugt. Andere Wiedergabeeinrichtungen sind natürlich ebenfalls verwendbar.

In Verbindung mit Fig. 5C soll eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert werden, bei welcher die positiven Halbwellen aufeinanderfolgender Spuren mit Punkten ausgefüllt sind. Es wurde festgestellt, daß diese Darstellung leichter auszuwerten ist. Wenn Spuren aus einer Reihe von Punkten auf einem Papier aufgezeichnet werden, neigt das Auge offensichtlich nicht dazu, sie als Spuren sondern eher als einzelne Punkte zu sehen. Dagegen hat sich gezeigt, daß durch Ausfüllen der positiven (oder auch der negativen) Halbwelle der Daten Trends in den Daten, die Fehler in der Aufzeichnungsvorrichtung anzeigen, leichter wahrgenommen werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Spuren zwischen der ersten Zeile oberhalb der Nullwertzeile, d.h. zwischen der Zeile (N+1)/2 und dem in jeder Spalte von den Daten erreichten Maximalwert aufgefüllt. In Fig. 5C mit N=15 hat die Nullwertzeile

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die Zahl (N+1)/2 oder 8, so daß also das Auffüllen zwischen der Zeile 9 und dem in jeder Spalte erreichten Maximalwert erfolgt, wenn dieser Wert positiv ist.

Das mit dem Monitor arbeitende Speichersystem zur Speicherung seismographischer Daten nimmt zunächst die Daten auf und speichert sie zeitweilig in einem Multiplex-Format, und zwar in dem in der Fig. 3 dargestellten meßzeitseriellen Format. Später transformiert sie die Daten in das endgültige Format, das besser zur Speicherung auf Magnetbändern und zur späteren Verarbeitung in einer an Land befindlichen Datenverarbeitungsanlage geeignet ist. Dieses endgültige Format ist ein kanalorientiertes Format oder spurenserielles Format, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Es ist natürlich wünschenswert, daß der Echtzeitmonitor soweit wie möglich in das auf dem Schiff befindliche System integriert wird, da auf diese Weise ein maximaler Anteil der Einrichtungen auf dem Schiff überwacht werden kann. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch wünschenswert sein, die Verarbeitung der Daten zu einem früheren Zeitpunkt zu überwachen, bevor sie in das kanalorientierte Format gemäß Fig. 4 umformatiert werden. Hierzu benötigt man eine Wiedergabe der Daten in ihrem Multiplex-Format. Auch in diesem Falle wäre es nützlich, die Spuren mit gegenseitiger Überlappung oder ausgefüllte Spuren entsprechend den Figuren 5B bzw. 5C darzustellen.

Wie oben beschrieben wurde, erfordert die Erzeugung einer visuellen Wiedergabe digitaler Daten im allgemeinen das Füllen einer Matrix mit Wiedergabeinstruktionen. Die Matrix kann eine feste Größe besitzen oder aber offen sein. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Matrix, bei der ein Durchlauf oder eine Umwälzung stattfindet. Wiedergabeinstruktionen werden in der Matrix gespeichert und in Blöcken verarbeitet, die dem Abstand zwischen aufeinander-

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folgenden einander überlappenden Spuren entsprechen. Wenn die Matrix N Zeilen hoch und M Spalten breit ist, entspricht M der Gesamtzahl von Abtastwerten, die von jeder Spur erhalten werden, während N der Gesamtzahl von abgetasteten Spuren mal einer vorgewählten maximal möglichen Amplitude entspricht, entsprechend welcher die Daten skaliert werden, so daß sie alle in den geeigneten Abstand für die Wiedergabe hineinpassen.

In Fig. 6A ist ein Datenwiedergabeschema darstellt, das in Verbindung mit Daten nützlich sein kann, die entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten meßzeitseriellen Format geordnet sind. Hier werden die momentanen Werte aller Spuren gleichzeitig ausgedruckt, wie dies auf einfache Weise mit den Daten möglich ist, die in dem in Fig. 3 gezeigten Format gespeichert sind. Da keine Überlappung von links nach rechts erforderlich ist, braucht nur ein einziger Abtastwert zu einem geeigneten Zeitpunkt bearbeitet zu werden. Daher brauchen nur die einzelnen Datenpunkte entsprechend den vorbestimmten Skalenfaktoren skaliert zu werden, die von der Bedienungsperson bei der Auswahl des Spurenzwischenraumes gewählt werden. Danach sind die Wiedergabeinstruktionen in eine Matrix einzuführen, die nur eine Spalte breit zu sein braucht. Die Höhe der Spalte der Matrix müßte gleich N mal dem gewünschten Spurenzwischenraum sein plus zweimal der ausgewählten Maximalamplitude. Der gewählte Überlappungsgrad ist eine Funktion des Spurenzwischenraums und der bei dem gewählten Skalenfaktor möglichen Maximalamplitude. Wenn daher gewünscht wird, eine Überlappung zwischen bis zu vier Spuren zuzulassen und die Spuren einen Abstand von fünf Zeilen aufweisen, wäre die maximal zulässige Amplitude vier mal f.ünf oder 20 Zeilen und der Skalenfaktor wäre entsprechend zu wählen.

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Fig. 6B zeigt die entsprechende Darstellung der Matrixgröße, wenn die Aufzeichnung der Daten in dem kanalorientierten Format gemäß Fig. 4 überwacht werden soll, was weiter oben in Verbindung mit den Fig. 5A bis 5C diskutiert wurde. Dort ist die Breite der Matrix M gleich der Gesamtzahl von Äbtastwerten während eines gegebenen Schusses gesetzt, während N gleich einer genügend hohen Zahl sein muß, um die maximale Amplitude jeder Spur zu einem bestimmten Zeitpunkt aufzeichnen zu können. Das heißt, daß bei einer maximal zulässigen Amplitude einer wiedergegebenen Spur von 20 Einheiten und bei einem Zwischenspurintervall von fünf Einheiten vier Spuren gleichzeitig bearbeitet werden könnten, so daß bei der Wiedergabe jeweils zu einem gegebenen Zeitpunkt eine ganze Zeile wiedergegeben werden kann, Die Tatsache, daß N, das in dem Beispiel gemäß Fig. 6A gleich der Gesamtzahl der dargestellten Spuren ist, während M nur den Wert 1 hat, nicht M entspricht, das in Fig. 6B gleich der Gesamtzahl von Abtastwerten ist, während N größer 1 ist, beruht darauf, daß eine Überlappung nur in vertikaler oder in N-Richtung stattfindet. Das heißt, die Überlappung findet nur in Fig. 6B statt, während in Fig. 6A, soweit der Drucker betroffen ist, keine Überlappung stattfindet. Das bedeutet, daß alle Spuren gleichzeitig mit einer Abtastung pro Zeitpunkt verarbeitet werden, unabhängig davon, ob sie sich überlappen oder nicht.

Eine tatsächliche Aufzeichnung entsprechend der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Die in dieser Figur wiedergegebenen Datenspuren wurden mit Überlappung und ausgefüllt entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Die Verbesserung der Lesbarkeit ist aus der Fig. 7 klar ersichtlich.

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Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm für das Verfahren und kann dazu verwendet werden, eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung in der Weise zu programmieren, daß sie Druckinstruktionen zur Erzeugung eines Bildes gemäß Fig. 7 liefert.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   ."· Seismographisches Meßsystem mit einem Detektorsubsystem zur Aufnahme seismographischer Daten und zur Erzeugung seismographischer Spuren, einem Aufzeichnungssubsystem zur Aufzeichnung der seismographischen Spuren und einem Echtzeitmonitor zur überwachung der Arbeitsweise des Detektorsubsystems und des Aufzeichnungssubsystems, dadurch gekennzeichnet , daß der Echtzeitmonitor (30 bis 36) eine Wiedergabevorrichtung (32 bis 36) zur Wiedergabe seismographischer Spuren in einer Darstellung umfaßt, bei welcher sich die Spuren überlappen .
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, welche der Wiedergabevorrichtung (32 bis 36) eine Mehrzahl von seismographischen Spuren zuführt und eine Rastermatrix für die Speicherung von Wiedergabebefehlen umfaßt, und zwar vorzugsweise eine Rastermatrix, die entsprechend skalierten digitalen Datenworten gefüllt ist.
3. 3. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seismographischen Spuren durch digitale Daten dargestellt werden, wobei jedes Datenwort jeder Spur einem Amplitudenwert der Spur zu einem bestimmten Zeitpunkt entspricht.
4. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren der Rastermatrix mit gleichmäßigen Abständen voneinander zugeführt werden, vorzugsweise in der Weise, daß aufgrund des Spurenabstandes und ihrer maximalen Amplitude aufeinanderfolgende Spuren sich teilweise überlappen.

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   -Λ -
5. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Analog-Digital.-Umsetzer zum Umsetzen der in analoger Gestalt aufgenommenen seismographischen Signale in digital dargestellte seismographische Spuren, die zu einer Darstellung mit sich überlappenden Spuren kombiniert werden.
6. 6. Verfahren zur überwachung der Arbeitsweise eines seismographischen Meß- und Aufzeichnungssystems, in dem seismographische Spuren in analoger Form für die weitere Verarbeitung aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet , daß das System in der Weise überwacht wird, daß einander benachbarte Spuren mit gegenseitiger Überlappung dargestellt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß analoge Spuren in eine digitale Gestalt umgeformt und entweder in einem meßzeitseriellen Multiplex-Format oder einem entbündelten spurenseriellen Format gespeichert werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Spuren in der Form einer Punktematrix mit M Spalten und N Zeilen dargestellt werden, wobei die Spuren, die einander um den Faktor von (N-1)/P Zeilen überlappend dargestellt werden, aus digitalen Datenworten bestehen, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

   a) Vorsehen einer Matrix mit N Zeilen und M Spalten, wobei M mindestens gleich der Anzahl digitaler Datenworte ist, aus denen jede Spur besteht;

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   b) Skalieren der Datenworte jeder Spur in der Weise, daß der skalierte Maximalwert gleich (N-1)/2 ist;

   c) Anordnen der Wiedergabeinstruktionen in der Matrix in Übereinstimmung mit den skalierten Werten derart, daß die nullwertigen Datenworte als Wiedergabeinstruktion in Zeile (N+1)/2 geschrieben werden, die Datenworte mit den skalierten Maximalwerten in Zeile N geschrieben werden und die Datenworte mit den skalierten Minimalwerten in Zeile 1 geschrieben werden;

   d) Betätigen einer Wiedergabevorrichtung in Übereinstimmung mit dem Inhalt der Zeilen N bis (P-1) (N-1)/P;

   e) Verschieben des verbleibenden Restes der Matrix aufwärts um eine Zeilenanzahl, die gleich (N-1)/P ist; und

   f) Wiederholung der Schritte b) bis f) für die Datenworte der nächstfolgenden Spur;

   wodurch sich die dargestellten Spuren um eine Anzahl von Zeilen überlappen, die gleich (N-1)/P ist, so daß Trends in den genannten Daten visuell leichter zu analysieren sind.

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