DE4238034C1 - Verfahren und Vorrichtung zum inspektierenden, berührungslosen Abtasten der unmittelbaren Umgebung einer Gleisstrecke hinsichtlich bestimmter Meßkriterien - Google Patents

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.