DE4238034C1 - Verfahren und Vorrichtung zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Meßkriterien - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter MeßkriterienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der un
mittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Meßkriterien, beispielswei
se optisches Bild, 3-dimensionale Profilierung, Thermographie etc., bei dem während einer
kontinuierlichen Meßfahrt eines Meßfahrzeuges längs der Gleisstrecke senkrecht hierzu ein
radial umlaufender Meßstrahl ausgesendet wird und die reflektierten Signale dieses Meß
strahls im Bereich des Senders und/oder von der Umgebung emittierte Signale empfangen,
verarbeitet und gespeichert werden. - Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens mit einem Meßfahrzeug, das einen Scanner zum
berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung der Gleisstrecke mittels eines
senkrecht hierzu radial verlaufenden Meßstrahls aufweist, wobei der Sender sowie der
zugeordnete Empfänger eine bauliche Sender/Empfänger-Einheit definieren.
In zunehmendem Maße wird es immer wichtiger, Gleisstrecken regelmäßig zu inspizieren.
Darunter fällt beispielsweise, ein herkömmliches optisches Bild von der unmittelbaren Um
gebung der Gleisstrecke zu gewinnen, wobei unter der "unmittelbaren Umgebung" beispiels
weise der Gleiskörper oder - wenn die Gleisstrecke innerhalb eines Tunnels verläuft - die
Tunnelleibung gemeint ist. Außerdem ist es wichtig, 3-dimensionale Profildaten von den
Bauwerksoberflächen, d. h. der Tunnelleibung, den Stützmauern, den Bahnsteigkonturen
etc. zu gewinnen, wobei diese Profildaten im gleisbezogenen Koordinatensystem darzustel
len sind. Die Gleisachse bildet dabei die Streckenkoordinate dieses gleisbezogenen Koordi
natensystems. Die Gleisachse liegt dabei auf der Verbindungslinie zwischen den beiden
Schienenoberkanten in der Gleismitte, die durch den Abstand zwischen den Schieneninnen
kanten definiert ist. Weiterhin ist im Rahmen der Inspektion die Thermographie von Interes
se, aus der beispielsweise Rückschlüsse über den Zustand eines Tunnels gezogen werden
können. Weitere Inspektionsmöglichkeiten sind denkbar, beispielsweise auch die Inspektion
des Eisenbahnoberbaus und des Fahrdrahtverlaufs.
Die entsprechenden Meßdaten, beispielsweise Profildaten und dabei insbesondere Tunnel
profildaten, werden heutzutage bereits berührungslos gewonnen, wobei zur Gewinnung der
Profildaten eine Entfernungsmessung mittels Laser durchgeführt wird. Genaue Messungen
sind jedoch nur bei Fahrzeugstillstand möglich. Es besteht zwar grundsätzlich die Möglich
keit, mit einem fahrenden Meßfahrzeug die entsprechenden Messungen durchzuführen, je
doch sind diese in nachteiliger Weise entweder zu ungenau oder nicht flächendeckend. Da
rüber hinaus ist die Messung nur mit einem großen Meßfeldraster möglich, so daß die Auflö
sung entsprechend gering ist. Gewonnen werden die Meßdaten dadurch, daß längs der
Gleisstrecke ein Meßfahrzeug fährt. Senkrecht zur Fortbewegungsrichtung wird in radialer
Richtung mittels eines 360°-Scanners ein umlaufender Meßstrahl ausgesendet. Die reflek
tierten Signale dieses Meßstrahls werden von der gleichen Einheit wieder empfangen und
die Meßsignale gespeichert, wobei der Sender und der Empfänger eine bauliche sowie
meßtechnische Einheit bilden. Ein derartiges Meßfahrzeug zum kontinuierlichen Vermessen
des Profilverlaufs von Eisenbahntunnelröhren ist beispielsweise aus der DE-PS 28 18 531
bekannt. Allerdings ist es mittels dieses Meßfahrzeugs nicht möglich, Gleisdaten hinsichtlich
Ort und Lage zu messen. Ganz im Gegenteil, durch die Verwendung eines Pendels, wel
ches sich bezüglich der Erdvertikalen ausrichtet, sollen Querneigungen des Gleises ausge
glichen werden.
Bei der Thermographiemessung wird kein Meßstrahl ausgesendet, sondern es werden die
von der Umgebung emittierten Signale empfangen.
Neben den zuvor beschriebenen Meßdaten sind auch die Gleisdaten von besonderem Inter
esse. Darunter werden der Kurvenradius, die Überhöhung, die Verwindung, die Steigung so
wie die Raumkurve der Gleisachse verstanden, wobei diese Gleisdaten ebenfalls in einem
gleisbezogenen Koordinatensystem darzustellen sind. Die Gleisdaten werden dabei durch
mechanischen Kontakt mit den Schienen unter Einbeziehung der Vermessung von Bezugs
punkten gewonnen. Die Aufnahme der Gleisdaten wird mit Meßfahrzeugen durchgeführt,
wobei die Meßmethoden Probleme bei der Befahrung von Weichen haben und geringe re
sultierende Genauigkeiten aufweisen. Eine hohe Genauigkeit ist nur mit großem Personal
aufwand möglich. Nachteilig ist weiterhin, daß die Datengewinnung durch mechanische Be
rührung mit der Schiene erfolgt und daß das dazu gehörige Meßgerät relativ schwer ist.
Insgesamt ist bei den bekannten Inspektionsverfahren nachteilig, daß eine Kombination der
gleichzeitigen, d. h. simultanen und genauen Gewinnung von Umgebungsmeßdaten, bei
spielsweise Profildaten, und Gleisdaten nicht erfolgreich ist.
In der DE-Zeitschrift "Das Markscheidewesen" 90 (1983) Nr. 3, S. 252 bis 258 ist ein Verfah
ren sowie eine Vorrichtung für die Schachtvermessung im Bergbau zur laufenden Kontrolle
der Schachtführungseinrichtungen offenbart. Dabei findet die Inertialtechnologie für diese
Schachtvermessung Anwendung, wobei mit einem Trägheitsnavigationsgerät auf dem För
derkorb während der Seilfahrt die Lotabweichungen der Spurlatten und deren Orientierung
ermittelt werden. Die Spurlatten können dann als Referenzspur und -orientierung für die Ein
messung der Schachtscheiben herangezogen werden. Mit Hilfe der Trägheitsnavigation las
sen sich Position und Lage eines bewegten Fahrzeuges in bezug auf einen vorgegebenen
Startpunkt und eine bekannte Ausgangslage bestimmen.
In der GB-OS 2 101 742 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen der Posi
tionen der Einzelelemente eines Tunnelrohres bei einem Tunnelrohrvortrieb offenbart. Diese
Tunneleinzelelemente sind dabei mit fest angeordneten Meßpunkten versehen. Ihre Positio
nen werden durch längsverfahrbare Kameras erkannt und bestimmt. Dabei findet ein Krei
selkompaß Verwendung.
In der US-PS 4 920 655 ist ein Hochgeschwindigkeitsnavigationssystem offenbart, welches
die Position bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems bestimmt.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der ein
gangs angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß zusätzlich zu den Umgebungsmeß
daten, insbesondere Profildaten, auch noch die Gleisdaten ermittelt werden können, wobei
darüber hinaus die Genauigkeit beispielsweise der Profilmessung verbessert werden soll;
ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.
Als technische Lösung wird mit der Erfindung verfahrensmäßig vorgeschlagen, daß zu
sätzlich noch mittels eines auf dem Meßfahrzeug angeordneten Navigationssystems der Ort
und die Lage der Sender/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems
oder Bezugspunktes synchron gemessen wird und daraus die Gleisdaten ermittelt werden.
Dadurch ist ein universelles 360°-Inspektionssystem für die kontinuierliche
und simultane Gewinnung von Umgebungsmeßdaten, insbesondere Profildaten,
und Gleisdaten geschaffen. Die Grundidee besteht dabei darin, bei der Sen
der/Empfänger-Einheit die exakten Ortskoordinaten für die Ortsbestimmung
der Sender/Empfänger-Einheit sowie darüber hinaus die räumliche Orientie
rung, d. h. Ausrichtung der Sender/Empfänger-Einheit im Sinne einer Lage
bestimmung zu messen. Die räumliche Ausrichtung der Sender/Empfänger-
Einheit an dem jeweiligen Ort läßt dabei Rückschlüsse auf die dort herr
schenden Gleisdaten zu. Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Sen
der/Empfänger-Einheit derart am Meßfahrzeug angeordnet ist, daß das Meß
fahrzeug jede Gleislageänderung unmittelbar und ohne Verzögerung "mit
macht". So ändert sich beispielsweise die Orientierung der Sender/Empfän
ger-Einheit, wenn das Gleis eine Kurve oder eine Steigung durchläuft, oder
aber wenn die eine Schiene des Gleises bezüglich der anderen Schiene
überhöht ist und somit das Meßfahrzeug und damit auch die Sender/Empfän
ger-Einheit seitlich aus der Vertikalen herauskippt. Der besondere Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit in der simultanen Datengewin
nung sowohl für die Profil- als auch für die Gleisdaten. Diese Datengewin
nung ist mit dem fahrenden Meßfahrzeug möglich, wobei dieses mit hoher
Geschwindigkeit, d. h. zwischen 3 und 120 km/h fahren kann. Dabei erfolgt
die Messung mit hoher Genauigkeit, wobei der Fehler kleiner als 0,5 cm
liegt. Hinsichtlich beispielsweise der Profilmessung erfolgt die Datengewin
nung im unteren Geschwindigkeitsbereich flächendeckend und im oberen Ge
schwindigkeitsbereich im 10 cm bis 20 cm breiten Raster, während die Da
tengewinnung bei der Gleismessung in vorteilhafter Weise kontinuierlich ist.
Das Ganze erfordert nur einen minimalen Personaleinsatz, wobei das erfin
dungsgemäße Inspektionsverfahren zusätzlich noch auf eine berührungslose
Fahrdrahtlage- und Stromschienenmessung ausgedehnt werden kann. Weiter
hin ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Raumkurve
der Gleisachse zu berechnen. Schließlich erfolgt die Datengewinnung in vor
teilhafter Weise berührungslos (abgesehen von einer eventuellen Spurwei
tenmessung).
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschla
gen, daß ausgehend von einem erdfesten Ausgangspunkt die während der
Meßfahrt auf die Sender/Empfänger-Einheit wirkenden Beschleunigungen ge
messen und synchron mit den Signalen der Sender/Empfänger-Einheit ver
arbeitet werden. Ein derartiges Verfahren läßt sich beispielsweise unter
Verwendung eines Kreiselsystems bzw. eines Kurs-Lage-Referenzsystems
technisch einfach realisieren. Durch zweifache Integration der gemessenen
Beschleunigungswerte läßt sich dann der jeweils erreichte Ort und/oder La
ge der Sender/Empfänger-Einheit berechnen.
Ausgehend von dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei längs der Gleis
strecke in bestimmten Abständen diese mit Positionselementen (Vermessungs
punkte) versehen ist, die hinsichtlich ihrer Örter bezüglich des erdfesten
Koordinatensystems exakt vermessen sowie gespeichert sind, wird in einer
weiteren Weiterbildung vorgeschlagen, daß die Sender/Empfänger-Einheit die
Positionselemente identifiziert, ihren Ort relativ zur Sender/Empfänger-Ein
heit mißt und dabei ein Vergleich der exakten Ortsdaten des jeweiligen Posi
tionselements mit den gemessenen Ortsdaten durchgeführt wird, wobei bei
einer Abweichung die gemessenen Ortsdaten auch im jeweiligen Bereich zwi
schen zwei Positionselementen korrigiert werden. Diese Verbindung des
gleisbezogenen Koordinatensystems mit dem übergeordneten Koordinatensy
stem durch Aufnahme der bereits vermessenen Bahnmeßpunkte erhöht die
Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ort- und Lagebestim
mung weiter, wobei während der Meßfahrt die Ortskoordinaten der durch
das Meßsystem aufgenommenen und identifizierten, neben dem Gleis liegen
den Vermessungspunkte mit den gespeicherten Ortskoordinaten dieser Meß
punkte verglichen werden. Bei der Bestimmung der Lage- und Ortsdaten
werden somit auf diesem Wege die Ungenauigkeiten periodisch korrigiert,
wobei die Korrektur zwischen den Positionselementen mittels eines entspre
chenden Interpolationsverfahrens durchgeführt werden kann. Die Korrektur
kann dabei gleich während der Meßfahrt, aber auch nach der Meßfahrt
durchgeführt werden, wenn erst zu einem späteren Zeitpunkt die Referenz
werte vorliegen.
Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt vor,
daß zusätzlich noch die Lageveränderungen der Sender/Empfänger-Einheit
sowie der Einheit zum Bestimmen des Orts und der Lage der Sender/Emp
fänger-Einheit bezüglich der beiden Schienen des Gleises kontinuierlich ge
messen werden. Diese Weiterbildung trägt der Tatsache Rechnung, daß das
Meßfahrzeug in sich nicht absolut starr ausgebildet ist, sondern daß eine
gewisse Fahrzeugfederung immer vorhanden ist, insbesondere zwischen dem
Fahrgestell und den Rädern. Durch diese Federungen unterliegt aber das
System gewissen Schwankungen mit der Konsequenz, daß sich die Sen
der/Empfänger-Einheit bezüglich des Gleises an einem falschen Ort befindet,
was insgesamt zu Meßungenauigkeiten führt. Da aber die entsprechenden
Lageunterschiede zwischen der Sender/Empfänger-Einheit und dem Gleis ge
messen werden, können diese Positionsabweichungen der Sender/Empfänger-
Einheit ermittelt und entsprechend rechnerisch kompensiert werden.
In einer Weiterbildung hiervon wird vorgeschlagen, daß ausgehend von vor
gegebenen sowie bezüglich der beiden Einheiten festen Meßstellen am Meß
fahrzeug die senkrechten Abstände zu den beiden Schienen des Gleises ge
messen werden. Diese Abstandsmessung kann berührungslos beispielsweise
unter Verwendung eines Lasers durchgeführt werden. Dadurch ist eine
technisch einfache Entfernungsbestimmung möglich.
Eine weitere Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß die Abstände in unmit
telbarer Nähe zu den Rädern des Fahrgestells des Meßfahrzeugs gemessen
werden. Dadurch wird die Meßgenauigkeit, insbesondere Profilmeßgenauigkeit
weiter erhöht, da die Effekte der Meßfahrzeugschwankungen auf ein Mini
mum reduziert werden, weil die meßbare Schienenoberkante immer im Visier
des Entfernungsmessers bleibt.
Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Inspektionsverfahrens
schlägt vor, daß zusätzlich noch die Spurweite des Gleises kontinuierlich
gemessen wird. Die Spurweitenmessung erfolgt dabei durch Abtastung des
Abstandes zwischen den beiden Schieneninnenkanten, wobei dieser Abstand
zwischen den Schieneninnenkanten die Gleismitte definiert. Die Messung der
Spurweite erfolgt dabei vorzugsweise durch eine mechanische Abtastung, al
so nicht berührungslos.
Schließlich wird in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgeschlagen, daß ausgehend von einem fest vorgegebenen Ausgangspunkt
zusätzlich noch die vom Meßfahrzeug abgeleitete, zurückgelegte Wegstrecke
gemessen wird.
Das erfindungsgemäße Inspektionsverfahren umfaßt einerseits die Gewinnung
von bestimmten Umgebungsdaten, insbesondere Profildaten, sowie an derer
seits die Bestimmung von Gleisdaten. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
im Sinne der Erfindung nur die Gleisdaten zu messen ohne die zusätzliche
Gewinnung der Umgebungsdaten, insbesondere Profildaten.
Das zuvor beschriebene Verfahren bezog sich bei einer Gleisstrecke auf die
Ermittlung der Gleisdaten. Die Grundidee der Erfindung ist jedoch auf die
ses Anwendungsgebiet nicht beschränkt. Das erfinderische Konzept ist glei
chermaßen auf die Bestimmung des Orts und der Lage eines Meßfahrzeugs
zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung
einer Straßenstrecke anwendbar. Die Grundidee bei dieser erfinderischen
Ausführungsform besteht dabei darin, daß ein Meßfahrzeug, welches als nor
males Straßenfahrzeug ausgebildet und mit den entsprechenden Meßinstru
menten bestückt ist, längs der Straße fährt und dabei die Umgebung der
Straßenstrecke hinsichtlich der zuvor bestimmten Meßkriterien berührungs
los abtastet. Das Meßfahrzeug fährt dabei nicht auf dem Idealweg, beispiels
weise aufgrund von Fahrungenauigkeit oder aufgrund von Straßenuneben
heiten. Dieser Idealweg wäre aber notwendig, damit während der Meßfahrt
die Umgebung bezüglich eines idealen Straßenkoordinatensystems, welches
durch ein Streckenverlauf vorgegeben ist, abgebildet wird. An diesem
Punkt setzt die Erfindungsidee an. Da erfindungsgemäß zusätzlich noch der
Ort und die Lage des Meßfahrzeugs während der Fahrt längs der Straßen
strecke bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems oder Bezugspunktes
synchron bestimmt und gemessen wird, lassen sich die hinsichtlich der be
stimmten Meßkriterien gewonnenen Umgebungsbilder auf den Idealverlauf
("wie auf Schienen") des Meßfahrzeugs korrigieren, um so ein unver
fälschtes Umgebungsabbild zu erhalten.
Ausgehend von der Vorrichtung der eingangs angegebenen Art wird zur
Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, daß der Sender/Empfänger-
Einheit eine Referenzsystem-Einheit zur Messung des Ortes und/oder Lage
der Sender/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten Koordinatensystems
oder Bezugspunktes örtlich fest zugeordnet ist.
Dies stellt eine technisch einfache Vorrichtung für die kontinuierliche und
simultane Gewinnung von Umgebungsdaten, insbesondere Profildaten, und
Gleisdaten dar. Dabei nimmt das Meßfahrzeug die Meßgeräte auf, beispiels
weise den 360°-Scanner zur Bild-, Profil- sowie Thermographiemessung. Un
ter der örtlich festen Zuordnung zwischen der Sender/Empfänger-Einheit
einerseits und der Referenzsystem-Einheit andererseits ist zu verstehen,
daß diese beiden Einheiten relativ zueinander unbeweglich sind, so daß die
mit der Referenzsystem-Einheit gemessenen Orts- und Lagekoordinaten
gleichzeitig auch die Orts- und Lagekoordinaten der Sender/Empfänger-Ein
heit relativ zu einer vorgegebenen Ausgangsposition sind.
Eine Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß die Referenzsystem-Einheit ein
Kurs-Lage-Referenzsystem, beispielsweise ein Kreiselsystem ist. Durch dieses
System werden somit die sich ändernden Beschleunigungen gemessen, wobei
durch eine doppelte Intergration aus den gemessenen Beschleunigungswer
ten die jeweilige Orts- und Lagekoordinate berechnet werden kann.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß die Sen
der/Empfänger-Einheit sowie die Referenzsystem-Einheit fest an einem ge
meinsamen Fahrgestell des Meßfahrzeugs angeordnet sind. Die beiden Einhei
ten sind somit fest auf einer entsprechenden Meßplattform des Fahrgestells
derart montiert, daß sie relativ zueinander unbeweglich sind. Dies stellt eine
technisch einfache Möglichkeit dar, die Meßgeräte im Meßfahrzeug so zu in
tegrieren, daß die Meßungenauigkeiten auf ein Minimum begrenzt sind. Bei
dem Fahrgestell des Meßfahrzeuges kann es sich beispielsweise um ein Dreh
gestell handeln, wie es aus dem Eisenbahnbau her bekannt ist.
Eine Weiterbildung hiervon schlägt vor, daß das Fahrgestell ausschließlich
auf den Rädern des Meßfahrzeugs gelagert ist. Dies bringt den Vorteil mit
sich, daß das Fahrgestell zur Aufnahme der Meßgeräte so wenig wie möglich
Schwankungen unterworfen ist, die jedoch notwendig sind, damit das Meß
fahrzeug sicher auf den Schienen fahren kann, ohne beispielsweise Hüpfer
zu machen. Da aber die Meßgeräte am Fahrgestell angeordnet sind, sind die
se Schwankungen auf ein Minimum begrenzt, da sie unabhängig beispielswei
se von den Schwankungen des Meßfahrzeugoberbaus sind.
Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor,
daß senkrecht oberhalb der beiden Schienen des Gleises jeweils eine Ab
standsmeßeinrichtung zum vorzugsweise berührungslosen Messen des jeweiligen
Abstandes von der Oberseite der Schienen angeordnet ist, wobei diese
Abstandsmeßeinrichtungen bezüglich der Sender/Empfänger-Einheit sowie
der Referenzsystem-Einheit diesen örtlich fest zugeordnet ist. Diese Ab
standsmeßeinrichtungen tragen der zuvor erwähnten Tatsache Rechnung, daß
das Meßfahrzeug mit den daran angeordneten Einheiten gewissen Schwan
kungen unterworfen sind, auch wenn die entsprechenden Meßgeräte fest auf
der Meßplattform des Fahrgestells montiert sind. Die Abstandsmeßeinrich
tungen sind dabei ebenfalls am Fahrgestell fest angeordnet. Durch die Ab
standsmessungen kann auf die Schwankungen der Meßgeräte rückgeschlos
sen und damit eine gleisbezogene Profilmessung erreicht werden. Als Ab
standsmeßeinrichtungen können zwei Laser-Distanzmeßgeräte dienen, mittels
denen die Entfernungen zwischen den Schienenoberkanten und der Meß
plattform gemessen werden. Die Ermittlung der richtigen Orts- und Lageko
ordinaten des Fahrgestells wird durch die auf dem Fahrgestell montierte
Gleis/Fahrgestell-Lagedifferenzmessung besorgt.
Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor,
daß das Meßfahrzeug eine Spurweitenmeßeinrichtung aufweist. Diese Spur
weitenmessung erfolgt durch mechanische Abtastung des Abstandes zwischen
den beiden Schieneninnenkanten. Die Meßeinrichtung ist dabei im Fahrgestell
installiert und ist von dieser durch die Radfederung entkoppelt.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß das Meßfahrzeug einen Weggeber
zur Messung der mit dem Meßfahrzeug zurückgelegten Strecke ausgehend
von einem Ausgangspunkt aufweist. Auch der Weggeber hat Kontakt zur
Schiene und ist von der Meßplattform durch die Radfederung entkoppelt.
Eine weitere Weiterbildung schlägt in einer ersten Alternative vor, daß das
Meßfahrzeug selbstfahrend ist. Somit ist das Meßfahrgestell das Fahrgestell
des Meßfahrzeugs.
Alternativ ist es auch denkbar, daß das Meßfahrzeug antriebslos von einem
Triebfahrzeug gezogen oder geschoben wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In
diesen zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Eisenbahntunnels mit
einem darin befindlichen Meßfahrzeug;
Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Meßfahrzeuges;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrgestells des Meßfahrzeugs in
Fig. 2;
Fig. 4 eine Unteransicht des Fahrgestells in Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines antriebslosen Meß
fahrzeugs, welches von einem entsprechenden Triebfahr
zeug gezogen oder geschoben werden muß;
Fig. 6 ein Funktionsschema des erfindungsgemäßen Inspektions
verfahrens.
In Fig. 1 ist das Innere eines Eisenbahntunnels 1 mit einem Gleis 2 zu er
kennen, wobei das Gleis 2 die beiden Schienen 3 aufweist. Auf dem Gleis 2
fährt ein Meßfahrzeug 4 und hat dabei den Zweck, den Eisenbahntunnel 1
zu inspizieren, beispielsweise Profildaten zu gewinnen oder aber auch ein
herkömmliches optisches Bild oder ein thermographisches Bild zu ermitteln.
Zu diesem Zweck ist am vorderen Ende des Meßfahrzeugs 4 ein sogenannter
Scanner 5 angeordnet, dessen Funktionsprinzip in Fig. 6 dargestellt ist. Das
Grundprinzip besteht dabei darin, einen Meßstrahl 6 in Form eines Laser
strahls senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßfahrzeugs 4 in radialer
Richtung umlaufen zu lassen. Dadurch wird die Innenkontur des Eisenbahn
tunnels 1 wendelförmig überstrichen, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Der
Laserstrahl wird von der Innenwand des Eisenbahntunnels 1 reflektiert, und
die reflektierten Signale werden im Bereich des Senders empfangen und
einer Auswertung zugeführt, wie dies in Fig. 6 schematisch angedeutet ist.
In vereinfachter Form wird in Fig. 6 die Bildaufnahme und Profilmessung
durch einen Laser dargestellt. Der Sender und der Empfänger bilden dabei
eine bauliche Sender/Empfänger-Einheit 7. Die Vorrichtung, wie sie in Fig. 1
dargestellt ist, stellt den Stand der Technik dar, d. h. die Sender/Empfän
ger-Einheit 7 tastet mittels des Meßstrahls 6 die Innenkontur des Eisen
bahntunnels 1 ab, so daß damit beispielsweise kontinuierlich Profildaten ge
wonnen werden können.
Die Weiterentwicklung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Scanner 5 mit der Sen
der/Empfänger-Einheit 7 ist auf einer entsprechenden Meßplattform des
Fahrgestells 8 des Meßfahrzeugs 4 fest montiert. Dieses Fahrgestell 8 ruht
unter Zwischenanordnung von Dämpfungselementen auf Rädern 9, während
auf dem Fahrgestell 8 das eigentliche Gehäuse 10 des Meßfahrzeugs 4 ruht,
welches auch eine Bedienungskonsole 11 aufnimmt. In den Fig. 3 und 4 ist
das Fahrgestell 8 mit den Rädern 9 nochmals alleine ohne das Gehäuse 10
dargestellt.
Am Fahrgestell 8 ist weiterhin eine Referenzsystem-Einheit 12 fest montiert.
Es handelt sich dabei um ein Kreiselsystem, welches Beschleunigungen mißt.
Die gemessenen Werte werden ebenso wie die Werte aus der Sender/Empfän
ger-Einheit 7 in der Bedienungskonsole 11 verarbeitet und gespeichert.
Weiterhin ist am Fahrgestell 8 beidseitig oberhalb der beiden Schienen 3 je
weils eine Abstandsmeßeinrichtung 13 angeordnet, bei denen es sich um zwei
Laser-Distanzmeßgeräte handelt, mittels denen die jeweiligen Entfernung
zwischen der Oberkante der Schiene 3 und der Meßplattform des Fahrge
stells 8 berührungslos gemessen wird. Das Fahrgestell 8 enthält weiterhin
eine Gleis/Fahrgestell- Lagedifferenzmeßeinrichtung.
Schließlich ist dem Fahrgestell 8 noch eine Spurweitenmeßeinrichtung 14 un
ter Abtastung des Abstandes zwischen den beiden Schieneninnenkanten so
wie ein Weggeber 15 zugeordnet, mittels dem die vom Meßfahrzeug 4 zurück
gelegte Strecke gemessen wird.
Während in Fig. 2 ein selbstfahrendes Meßfahrzeug 4 dargestellt ist, ist in
Fig. 5 ein Meßfahrzeug 4 unter Verwendung nur eines einzigen Fahrgestells
8 dargestellt, welches mittels eines entsprechenden Triebfahrzeuges entwe
der gezogen oder geschoben wird.
Das Meßfahrzeug 4 funktioniert wie folgt:
Während des Meßvorganges fährt das Meßfahrzeug 4 längs des Gleises 2 mit
einer Geschwindigkeit zwischen 3 und 120 km/h. Der 360°-Scanner 5 mißt
das Profil mit den entsprechenden Profildaten relativ zur Meßplattform des
Fahrgestells 8 und nimmt mit einem Aufnahmewinkel von 360° die entspre
chenden Bilddaten auf. Synchron hierzu dient die Referenzsystem-Einheit 12
mit dem Kreiselsystem der Messung des Orts und der Lage der Meßplattform
des Fahrgestells 8 relativ zu den Orts- und Lagekoordinaten einer definier
ten Ausgangsposition. Mit den beiden Abstandsmeßeinrichtungen 13 werden
ebenfalls synchron die Entfernungen zwischen den Oberkanten der Schienen
3 und der Meßplattform des Fahrgestells 8 gemessen. Mit der ebenfalls im
Fahrgestell 8 eingebauten Gleis/Fahrgestell-Lagedifferenzmeßeinrichtung wird
die Lagemessung der Referenzsystemeinheit 12 korrigiert. Mittels der Spur
weitenmeßeinrichtung 14 wird die Spurweite, d. h. der Abstand zwischen den
beiden Schieneninnenkanten gemessen. Schließlich erfolgt mittels des Wegge
bers 15 eine zusätzliche Wegmessung des vom Meßfahrzeug 4 zurückgelegten
Weges.
Aus den so gewonnenen Meßdaten können die metrierten Profil- und Gleisda
ten errechnet werden. Grundsätzlich werden dabei während der Meßfahrt die
vom 360°-Scanner 5 produzierten Bild- und Profildaten kontinuierlich aufge
nommen und auf Magnetband aufgezeichnet. Synchron hierzu werden konti
nuierlich die von der Referenzsystem-Einheit 12 aufgenommenen und korri
gierten Orts- und Lagedaten der Meßplattform des Fahrgestells 8 weiterver
arbeitet bzw. auf Magnetband aufgezeichnet. Mittels der Sender/Empfänger-
Einheit 7 werden Vermessungsbolzen identifiziert, die neben dem Gleis 2 lie
gen und exakt vermessene Positionspunkte definieren, die darüber hinaus
als Referenzwerte vorliegen können und auf einem Datenträger abgespei
chert sind. Sobald der 360°-Scanner 5 mit seinen Bild- und Profildaten
einen Vermessungsbolzen identifiziert, wird unter Einbeziehung der Daten
der Abstandsmeßeinrichtungen 13 sowie der Daten des Weggebers 15 eine
Korrektur der durch die Referenzsystem-Einheit 12 erzeugten Orts- und La
gedaten durch einen Vergleich und eine Interpolation mit den exakt vorge
gebenen Koordinaten des Vermessungsbolzens vorgenommen. Diese Korrektur
erfolgt jeweils im Bereich zweier aufeinanderfolgender Vermessungsbolzen
während der Meßfahrt. Liegen für eine Meßfahrt keine Referenzwerte der
Vermessungsbolzen vor, so können die exakten Meßfahrtdaten erst nach der
Meßfahrt nach Vorliegen der Referenzwerte berechnet werden.
Aus den so korrigierten Orts- und Lagedaten der Meßplattform des Fahrge
stells 8 können dann die metrierten Profil- sowie Gleisdaten gewonnen wer
den.
Die metrierten Profildaten lassen sich dabei aus den korrigierten Orts- und
Lagedaten der Meßplattform des Fahrgestells 8, aus den Daten der Ab
standsmessungen durch die beiden Abstandsmeßeinrichtungen 13 zwischen
der Meßplattform des Fahrgestells 8 und den Schienenoberkanten, aus der
Spurweitenmessung sowie aus den mit dem 360°-Scanner 5 aufgenommenen
Profildaten ermitteln. Dabei trägt die Messung des Abstandes zwischen der
Meßplattform und den Schienenoberkanten mittels der Abstandsmeßeinrich
tungen 13 der Tatsache Rechnung, daß das Fahrgestell 8 mit seiner Meß
plattform mit den Rädern 9 nicht starr verbunden ist, sondern daß auf
grund der zwischengelagerten Dämpfungselemente das Fahrgestell 8 mit der
Sender/Empfänger-Einheit 7 sowie der Referenzsystem-Einheit 12 seitlich
kippen kann und somit im Vergleich zu der theoretisch gewünschten starren
Verbindung zwischen Fahrgestell 8 und Räder 9 eine falsche Position vor
gibt. Durch die Daten der Gleis/Fahrgestell-Lagedifferenzmessung kann der
Neigungsgrad des Fahrgestells 8 berechnet werden.
Die metrierten Gleisdaten können aus den korrigierten Orts- und Lagedaten
der Meßplattform des Fahrgestells 8 sowie aus der Spurweitenmessung ge
wonnen werden.
Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Meßverfahrens liegt darin,
daß auf technisch einfache Weise simultan die notwendigen Gleis- und Profil
daten bei hoher Genauigkeit mit einem fahrenden Meßfahrzeug 4 gewonnen
werden können. Zusätzlich kann das Verfahren noch auf eine berührungslo
se Fahrdrahtlage- und Stromschienenmessung ausgedehnt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand der inspektierenden, berüh
rungslosen Abtastung der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hin
sichtlich bestimmter Meßkriterien unter zusätzlicher Bestimmung des Orts
und der Lage der Sender/Empfänger-Einheit 7 beschrieben, um damit zu
sätzlich noch die Gleisdaten bestimmen zu können. Das erfinderische Konzept
ist jedoch auf diesen Anwendungsfall nicht beschränkt. Vielmehr ist es
auch denkbar, die Erfindungsidee für die Inspektion der Umgebung von
Straßenstrecken einzusetzen, beispielsweise zur genauen Bild- oder Thermo
graphieaufnahme der längs der Straßenstrecke verlaufenden Häuser. Zu die
sem Zweck handelt es sich bei dem Meßfahrzeug nicht um ein Schienenfahr
zeug, sondern um ein ganz normales Straßenfahrzeug, welches mit den ent
sprechenden Meßeinrichtungen ausgestattet ist. Durch die Referenzsystem-
Einheit 12 ist es dabei möglich, den exakten Ort sowie die Lage des Fahr
zeugs zu bestimmen und aus den daraus gewonnenen Daten den Idealweg
des Fahrzeugs rückzurechnen, also ohne eventuelle Straßenunebenheiten
oder seitliche Fahrschwankungen im Sinne einer Schlangenlinie. Mittels der
Referenzsystem-Einheit 12 kann somit der zurückgelegte Weg des Fahrzeugs
"wie auf Schienen" idealisiert werden, so daß man ein exaktes Abbild der
Umgebung hinsichtlich der gewünschten Meßkriterien
erhält.
Claims (19)
1. Verfahren zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umge
bung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Meßkriterien, beispielsweise optisches
Bild, 3-dimensionale Profilierung, Thermographie etc.,
bei dem während einer kontinuierlichen Meßfahrt eines Meßfahrzeugs längs der Gleis
strecke senkrecht hierzu ein radial umlaufender Meßstrahl ausgesendet wird und die re
flektierten Signale dieses Meßstrahls im Bereich des Senders und/oder von der Umge
bung emittierte Signale empfangen, verarbeitet und gespeichert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich noch mittels eines auf dem Meßfahrzeug angeordneten Navigationssy
stems der Ort und die Lage der Sender/Empfänger-Einheit bezüglich eines erdfesten
Koordinatensystems oder Bezugspunktes synchron gemessen wird und daraus die
Gleisdaten ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem erdfe
sten Ausgangspunkt die während der Meßfahrt auf die Sender/Empfänger-Einheit wir
kenden Beschleunigungen gemessen und synchron mit den Signalen der Sender/Emp
fänger-Einheit verarbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei längs der Gleisstrecke in bestimmten Abstän
den diese mit Positionselementen versehen ist, die hinsichtlich ihrer Örter bezüglich des
erdfesten Koordinatensystems exakt vermessen sowie gespeichert sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sender/Empfänger-Einheit die Positionselemente identifiziert, ih
ren Ort relativ zur Sender/Empfänger-Einheit mißt und dabei ein Vergleich der exakten
Ortsdaten des jeweiligen Positionselements mit den gemessenen Ortsdaten durchge
führt wird, wobei bei einer Abweichung die gemessenen Ortsdaten auch im jeweiligen
Bereich zwischen zwei Positionselementen korrigiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
noch die Lageveränderungen der Sender/Empfänger-Einheit sowie der Einheit zum Be
stimmen des Ortes und der Lage der Sender/Empfänger-Einheit bezüglich der beiden
Schienen des Gleises kontinuierlich gemessen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend
von vorgegebenen sowie bezüglich der beiden Einheiten festen Meßstellen am Meß
fahrzeug die senkrechten Abstände zu den beiden Schienen des Gleises gemessen
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstän
de in unmittelbarer Nähe zu den Rädern des Fahrgestells des Meßfahrzeugs gemessen
werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich
noch die Spurweite des Gleises kontinuierlich gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend
von einem fest vorgegebenen Ausgangspunkt zusätzlich noch die vom Meßfahrzeug
abgeleitete, zurückgelegte Wegstrecke gemessen wird.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 nur zum Bestimmen
der Gleisdaten, der Oberbaudaten, der Tunneldaten und/oder der der Gleisstrecke be
nachbarten Bauwerke.
10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Bestimmung des
Orts und der Lage eines Meßfahrzeugs zum inspektierenden, berührungslosen Abta
sten der unmittelbaren Umgebung einer Straßenstrecke.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie
der Verwendungen des Verfahrens nach Anspruch 9 oder 10,
mit einem Meßfahrzeug (4), das einen Scanner (5) zum berührungslosen Abtasten der
unmittelbaren Umgebung der Gleisstrecke mittels eines senkrecht hierzu radial verlau
fenden Meßstrahls (6) aufweist, wobei der Sender sowie der zugeordnete Empfänger
eine bauliche Sender/Empfänger-Einheit (7) definieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender/Empfänger-Einheit (7) eine Referenzsystem-Einheit (12) zur Messung
des Ortes und/oder Lage der Sender/Empfänger-Einheit (7) bezüglich eines erdfesten
Koordinatensystems oder Bezugspunktes örtlich fest zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzsystem-Ein
heit (12) ein Kurs-Lage-Referenzsystem, beispielsweise ein Kreiselsystem ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender/Emp
fänger-Einheit (7) sowie die Referenzsystem-Einheit (12) fest an einem gemeinsamen
Fahrgestell (8) des Meßfahrzeugs (4) angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrgestell (8) aus
schließlich auf den Rädern (9) des Meßfahrzeugs (4) gelagert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß senk
recht oberhalb der beiden Schienen (3) des Gleises (2) jeweils eine
Abstandsmeßeinrichtung (13) zum vorzugsweise berührungslosen Messen des
jeweiligen Abstandes von der Oberseite der Schienen (3) angeordnet ist, wobei die
Abstandsmeßeinrichtungen (13) bezüglich der Sender/Empfänger-Einheit (7) sowie der
Referenzsystem-Einheit (12) diesen örtlich fest zugeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßfahrzeug (4) eine Spurweitenmeßeinrichtung (14) aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßfahrzeug (4) einen Weggeber (15) zur Messung der vom Meßfahrzeug (4) zurück
gelegten Strecke ausgehend von einem Ausgangspunkt aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßfahrzeug (4) selbstfahrend ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßfahrzeug (4) antriebslos von einem Triebfahrzeug gezogen oder geschoben wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |