DE4417262A1 - System zur Ortung von Objekten und/oder zur Bergung und/oder Bearbeitung dieser georteten Objekte - Google Patents
System zur Ortung von Objekten und/oder zur Bergung und/oder Bearbeitung dieser georteten ObjekteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Ortung von Objekten
und/oder zur Bergung und/oder Bearbeitung dieser georteten
Objekte gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Systeme dieser Art werden in vielfältiger Weise einge
setzt. Beispielsweise können Verfahren dieser Art im Be
reich der Archäologie verwendet werden, um im Erdboden
verborgene und in der Regel nicht direkt sichtbare Reste
altertümlicher Bauwerke orten bzw. freilegen zu können.
Ferner können diese Verfahren auf dem Gebiet des Umwelt
schutzes verwendet werden, um beispielsweise Altlasten
(stillgelegte Deponien) genau erfassen zu können oder um
beschädigte Kernkraftwerke (z. B. in Tschernobyl) reparie
ren bzw. abreißen zu können oder um in einem radioaktiv
verseuchten Gebiet strahlende Teile orten und bergen zu
können oder um notwendige infrastruktur-Reparaturmaßnahmen
in solchen Gebieten durchführen zu können.
Denkbar ist auch der Einsatz in giftverseuchten oder ande
ren Notstandsgebieten, in denen ein Aufenthalt für Men
schen lebensgefährlich wäre.
Ein weiteres Beispiel dieser Art ist die Minenräumung, die
gerade in heutiger Zeit hochaktuell ist, weil es inzwi
schen in vielen Ländern zahlreiche große Gebiete gibt, die
im Zuge von kriegerischen Auseinandersetzungen oder im
Rahmen des früheren Ost-West-Konfliktes vermint worden wa
ren und in denen jetzt (nach Beendigung der Konflikte)
diese Minen, deren Lage häufig wegen fehlender Lagepläne
nicht oder nicht mehr bekannt ist, geortet und unschädlich
gemacht bzw. entfernt werden müssen. Ähnlich verhält es
sich mit ehemaligen Manövergebieten, die mit alter, aber
scharfer Munition "verseucht" sind und die dementsprechend
davon befreit werden müssen. Aber auch die Suche und Ent
schärfung einzelner Munitionsstücke (z. B. alte Fliegerbom
ben aus dem zweiten Weltkrieg) kann mit solchen Verfahren
durchgeführt werden.
Die bislang bekannt gewordenen Verfahren gehen davon aus,
daß diese Aufgaben von Menschen direkt bewältigt werden
müssen, indem beispielsweise der Feuerwerker selbst in di
rektem Kontakt die Bombe entschärft oder der Feuerwehrmann
ein verseuchtes Gebiet entgiftet. Durch die Weltpresse
ging seinerzeit der Einsatz hunderter von Männern, die
nach dem Kernreaktorunglück in Tschernobyl unter Lebensge
fahr den Reaktor mit Beton versiegelten. Allen Verfahren
gemeinsam ist, daß Menschen - mit entsprechender Schutz
kleidung versehen - in die gefährdeten Gebiete geschickt
werden, um die notwendigen Arbeiten durchzuführen. Dies
trifft auch auf das Gebiet der Minensuche zu. Dort ist es
üblich, daß Soldaten - mit entsprechender Schutzkleidung
versehen - versuchen, mit Handgeräten einzelne Minen aus
findig zu machen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zur
Ortung von Objekten und/oder zur Bergung und/oder Bearbei
tung dieser georteten Objekte anzugeben, das vollautoma
tisch arbeitet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die
kennzeichnenden Teile des Patentanspruchs 1 wiedergegeben.
Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Wei
terbildungen der Erfindung (Ansprüche 2 bis 9) sowie be
vorzugte Anwendungen der Erfindung (Anspruch 10).
Das erfindungsgemäße System arbeitet wie folgt:
- - eine Zentrale steuert über Funk- und/oder Drahtverbin dungen die Bewegung von einem oder mehreren fernge steuerten Fahrzeugen;
- - mindestens ein erstes dieser Fahrzeuge dient als Or tungsfahrzeug und verfügt über mindestens einen auf die zu ortenden Objekte ansprechenden Sensor und bewegt sich innerhalb eines vorgegebenen Gebietes auf einem von der Zentrale vorgegebenen ersten Weg; dabei werden die in der Nähe des ersten Weges oder auf diesem Weg befindlichen Objekte von dem mindestens einen Sensor erfaßt und sowie ihre Position festgestellt und die Po sitionsdaten an die Zentrale übermittelt;
- - in der Zentrale werden die erfaßten Objekte identifi ziert und nach festgelegten Kriterien zur Bergung und/ oder Bearbeitung ausgewählt;
- - das mindestens eine Ortungsfahrzeug verfügt zusätzlich
über Einrichtungen zur Bergung und/oder Bearbeitung der
Objekte und birgt und/oder bearbeitet, von der Zentrale
gesteuert, die ausgewählten Objekte unmittelbar nach
ihrer Identifizierung und Auswahl
oder
mindestens ein zweites dieser Fahrzeuge dient als Ber gungs-/Bearbeitungsfahrzeug und verfügt über Einrich tungen zur Bergung und/oder Bearbeitung der Objekte und bewegt sich, von der Zentrale gesteuert, innerhalb des vorgegebenen Gebietes auf dem ersten Weg oder einem vorgegebenen zweiten Weg in die Nähe der ausgewählten Objekte und birgt und/oder bearbeitet diese anschlie ßend.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
die Operationen vollautomatisch ablaufen und daß Menschen
hierdurch nicht unmittelbar gefährdet sind.
Je nach Art der Sensoren bzw. der gesuchten Objekte ist
darüber hinaus eine sehr präzise Lokalisierung der Objekte
möglich.
Ferner ist das System unabhängig von der Beschaffenheit
des untersuchten Bodens und kann in einer besonderen Aus
gestaltung sogar im Küsten- bzw. Uferbereich von Gewässern
sowie am, im und unter Wasser eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß gefährliche Objek
te mit einer so hohen Wahrscheinlichkeit entdeckt und be
seitigt werden können, daß entsprechend untersuchte Gebie
te nach der Untersuchung in der Regel als "nicht mehr ge
fährlich" eingestuft werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten
Anwendungsfalles, nämlich anhand einer Minenräumung, näher
erläutert. Hierzu sei auf die Figur verwiesen, die ein
denkbares Szenario (beispielhaft) zeigt.
Dargestellt sind verschiedene Landschaftsformen, die,
stellvertretend für weitere Landschaftsformen, hier in
einem einzigen Gebiet zusammengefaßt sind und die mit Mi
nen 4 "verseucht" sind. Die Minen 4 liegen teilweise auf
dem Erdboden, teilweise im Erdboden, teilweise im oder am
Wasser. Als Landschaftsformen sind ein Reisfeld 7a, ein
Sandfeld 7b, ein Moor 7c, eine Wiese 7d sowie Küstenstrei
fen 7e und 7f dargestellt.
Die Figur ist in der Mitte zweigeteilt, um die beiden Ar
beitsphasen des Systems besser darstellen zu können.
Das System besteht aus einer Zentrale 1, die (beispiel
haft) in einem Kraftfahrzeug untergebracht ist und die
u. a. einen Computer 12 mit einer Bildschirmanzeige ent
hält. Die Zentrale ist mit einer Antenne 10 ausgerüstet
und steht in Funkkontakt mit einem ferngesteuerten Minen-
Ortungsfahrzeug 2 und einem ebenfalls ferngesteuerten Mi
nen-Bergungs-/-Bearbeitungsfahrzeug 3. Ferner besteht
Funkkontakt zu einem Flugzeug 5 mit einer an sich bekann
ten SAR(Synthetic-Aperture-Radar)-Einrichtung sowie mit
einem Satelliten 6.
Die Zentrale 1 ist ferner mit dem Zentralteil 11 einer an
sich bekannten Laser-Positionierungseinrichtung verbunden.
Die beiden Fahrzeuge 2 und 3 sind mit den entsprechenden
fahrzeugseitigen Gegenstücken dieser Einrichtung ausgerü
stet. Der Zentralteil 11 dieser Einrichtung steht über La
serstrahlen in Kontakt mit den fahrzeugseitigen Teilen
dieser Einrichtung und erlaubt daher ein millimetergenaues
Positionieren der beiden Fahrzeuge 2 und 3 bzw. eine mil
limetergenaue Bestimmung der georteten Minen.
Das Minen-Ortungsfahrzeug 2 ist ein Multisensorfahrzeug
und besteht aus einem zylinderförmigen Rumpf mit acht mit
ihren Drehachsen individuell einstellbaren Rädern 20, in
die die verschiedenen Sensoren integriert sind. Die Dreh
achsen der Räder bilden (beispielhaft) einen Winkel α von
etwa 80°-90° mit der Bewegungsebene des Fahrzeugs 2 (im
wesentlichen also mit dem Erdboden). Das Fahrzeug ist mit
einer Antenne 21 für die Funkverbindung zur Zentrale 1
bzw. zum Satelliten 6 oder Flugzeug 5 versehen. In die Rä
der sind unterschiedliche auf Minen ansprechende Sensoren
integriert. Ein Fahrzeug mit einem ähnlichen mechanischen
Aufbau und verstellbaren Rädern ist in der DE 41 34 122 C1
beschrieben.
Als Sensoren für die Minensuche kommen z. B. in Betracht
- - Radarsensoren für verschiedene Frequenzbereiche
- - Ultraschallsensoren
- - Infrarotsensoren
- - Röntgenstrahlungssensoren
- - Drucksensoren
- - optische Sensoren bzw. Videokameras
- - magnetische Sensoren, z. B. aktive oder passive Magne tometer (erstere arbeiten mit elektrischen Wirbelströ men, letztere sind z. B. SQUIDs).
Das Bergungs-/Bearbeitungsfahrzeug 3 ist ähnlich aufgebaut
wie das Ortungsfahrzeug 2. Die Räder 30 enthalten jedoch
keine Sensoren. Statt dessen verfügt das Fahrzeug über
einen Greifarm 33 sowie über (nicht gezeigte) Einrichtun
gen zur Zerstörung von Minen (dargestellt ist die Zerstö
rung einer Mine 4 durch Aufheizung, indem Mikrowellen
bzw. Laserstrahlung 32 auf die Mine gerichtet wird). Auch
dieses Fahrzeug 3 ist mit einer Antenne 31 für die Funk
verbindung zur Zentrale 1 bzw. zum Satelliten 6 oder Flug
zeug 5 versehen.
In der Figur ist ferner eine Gruppe von Soldaten 8 darge
stellt, die vom Wasser her über eine Landungsbrücke eines
im übrigen nicht dargestellten Landungsboots an Land wa
ten.
Das System funktioniert wie folgt:
Über den Satelliten 6 oder das SAR des Flugzeugs 5 erfolgt eine Grobortung der Minen in dem dargestellten Gebiet. Die Positionsdaten der Minen werden der Zentrale 1 mitgeteilt. Die Zentrale 1 steuert anschließend das Ortungsfahrzeug 2 auf einem von der Zentrale 1 vorgegebenen ersten Weg (hier beispielhaft auf einem mäanderförmig angelegten Weg) über das minenverseuchte Gelände. Die in den Rädern 20 des Fahrzeugs 2 untergebrachten Sensoren registrieren die in der Nähe oder auf dem Weg befindlichen Minen 4 und über mitteln diese Informationen an die Zentrale 1. Dort werden anschließend mit Hilfe an sich bekannter Mustererkennungs verfahren (z. B. mittels neuronaler Netzwerke) oder mit computertomographieverfahren, die die untersuchten Minen zwei- oder dreidimensional erfassen und darstellen können, die georteten Minen identifiziert (bzw. andere Gegenstände als solche erkannt und als "ungefährlich" eingestuft). Mit Hilfe der Laser-Positioniereinrichtung 11 wird anschlie ßend die Position des Fahrzeugs 2 bzw. der georteten Mine 4 bestimmt und die Positionsdaten der Zentrale 1 übermit telt. Der Steuer- und Datentransfer des Fahrzeugs 2 mit der Zentrale 1 geschieht dabei per Funk über die Antennen 21 und 10.
Über den Satelliten 6 oder das SAR des Flugzeugs 5 erfolgt eine Grobortung der Minen in dem dargestellten Gebiet. Die Positionsdaten der Minen werden der Zentrale 1 mitgeteilt. Die Zentrale 1 steuert anschließend das Ortungsfahrzeug 2 auf einem von der Zentrale 1 vorgegebenen ersten Weg (hier beispielhaft auf einem mäanderförmig angelegten Weg) über das minenverseuchte Gelände. Die in den Rädern 20 des Fahrzeugs 2 untergebrachten Sensoren registrieren die in der Nähe oder auf dem Weg befindlichen Minen 4 und über mitteln diese Informationen an die Zentrale 1. Dort werden anschließend mit Hilfe an sich bekannter Mustererkennungs verfahren (z. B. mittels neuronaler Netzwerke) oder mit computertomographieverfahren, die die untersuchten Minen zwei- oder dreidimensional erfassen und darstellen können, die georteten Minen identifiziert (bzw. andere Gegenstände als solche erkannt und als "ungefährlich" eingestuft). Mit Hilfe der Laser-Positioniereinrichtung 11 wird anschlie ßend die Position des Fahrzeugs 2 bzw. der georteten Mine 4 bestimmt und die Positionsdaten der Zentrale 1 übermit telt. Der Steuer- und Datentransfer des Fahrzeugs 2 mit der Zentrale 1 geschieht dabei per Funk über die Antennen 21 und 10.
Die georteten, identifizierten und in ihrer Position genau
bestimmten Minen werden anschließend mit dem
Bergungs-/Räumungsfahrzeug 3 geborgen oder zerstört. Hierzu steuert
die Zentrale 1 das Fahrzeug 3 per Funk über die Antennen
10 und 31 millimetergenau zu dem Ort der georteten Mine 4.
Dort angekommen wird die Mine 4 entweder mit Hilfe des
Greifers 33 des Fahrzeugs 3 geborgen oder mit Hilfe der an
Bord befindlichen Mikrowellen- bzw. Laserstrahleinrichtung
32 zerstört.
Auf diese Art und Weise können zunächst sämtliche in dem
Gebiet befindlichen Minen 4 vom Ortungsfahrzeug 2 genau
geortet und anschließend vom Bergungs-/Räumungsfahrzeug 3
geborgen oder zerstört werden, so daß nach der Entfernung
sämtlicher Minen Menschen, z. B. die oben rechts in der Fi
gur dargestellte Soldatengruppe 8, das Gebiet ohne Lebens
gefahr wieder betreten können.
Die dargestellten Fahrzeuge 2 und 3 sind so ausgelegt, daß
sie als Amphibienfahrzeuge in Küsten- bzw. Uferbereichen
7e bzw. 7f von Gewässern auch tauchen, schwimmen und an
Land fahren können, so daß auch dieser militärisch sehr
sensible Bereich zuverlässig von Minen geräumt werden
kann.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf dieses Bei
spiel beschränkt ist, sondern vielmehr auch auf andere
übertragbar ist.
So ist es z. B. denkbar, daß bei einem größeren Gebiet das
Gebiet parzelliert wird und in den einzelnen Parzellen
mehrere dieser Ortungs- bzw. Bergungs-/Räumungsfahrzeuge
parallel, d. h. zeitgleich zur Anwendung kommen und von
einer gemeinsamen Zentrale gesteuert werden.
Denkbar ist auch, daß die beiden Fahrzeugtypen Ortungs
fahrzeug und Bergungs-/Räumungsfahrzeug in einem einzigen
Fahrzeugtyp kombiniert werden, der orten, bergen und zer
stören (bearbeiten) kann.
Anstelle der dargestellten Fahrzeuge mit Rädern, deren
Drehachsen verstellbar sind, sind auch Kettenfahrzeuge
oder Fahrzeuge mit Ballonreifen einsetzbar.
Claims (10)
1. System zur Ortung von Objekten und/oder zur Bergung
und/oder Bearbeitung dieser georteten Objekte, ge
kennzeichnet durch folgende Merkmale:
- - eine Zentrale (1) steuert über Funk- und/oder Drahtver bindungen die Bewegung von einem oder mehreren fernge steuerten Fahrzeugen (2; 3);
- - mindestens ein erstes (2) dieser Fahrzeuge (2; 3) dient als Ortungsfahrzeug und verfügt über mindestens einen auf die zu ortenden Objekte (4) ansprechenden Sensor und bewegt sich innerhalb eines vorgegebenen Gebietes auf einem von der Zentrale (1) vorgegebenen ersten Weg; dabei werden die in der Nähe des ersten Weges oder auf diesem Weg befindlichen Objekte (4) von dem mindestens einen Sensor erfaßt und sowie ihre Position festge stellt und die Positionsdaten an die Zentrale (1) über mittelt;
- - in der Zentrale (1) werden die erfaßten Objekte (4) identifiziert und nach festgelegten Kriterien zur Ber gung und/oder Bearbeitung ausgewählt;
- - das mindestens eine Ortungsfahrzeug (2) verfügt zusätz
lich über Einrichtungen zur Bergung und/oder Bearbei
tung der Objekte (4) und birgt und/oder bearbeitet, von
der Zentrale (1) gesteuert, die ausgewählten Objekte
Objekte (4) unmittelbar nach ihrer Identifizierung und
Auswahl
oder
mindestens ein zweites (3) dieser Fahrzeuge (2; 3) dient als Bergungs-/Bearbeitungsfahrzeug und verfügt über Einrichtungen zur Bergung und/oder Bearbeitung der Objekte (4) und bewegt sich, von der Zentrale (1) ge steuert, innerhalb des vorgegebenen Gebietes auf dem ersten Weg oder einem vorgegebenen zweiten Weg in die Nähe der ausgewählten Objekte (4) und birgt und/oder bearbeitet diese anschließend.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Einsatz des mindestens einen Ortungsfahrzeugs (2)
die Position der zu suchenden Objekte grob über ein Satel
litenortungssystem (6) oder über ein in einem Fluggerät,
insbesondere Flugzeug (5) oder Helikopter, befindliches
Ortungssystem geortet wird und die groben Positionsdaten
an die Zentrale (1) übermittelt werden.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die genaue Positionierung des
Ortungs- und/oder Bergungs-/Bearbeitungsfahrzeugs (2; 3)
und/oder die genaue Feststellung der Positionsfeststellung
der erfaßten Objekte über eine Laser-Positionierungsein
richtung erfolgt, die (jeweils) einen fahrzeugseitigen
Einrichtungsteil und einen mit der Zentrale (1) verbunde
nen (gemeinsamen) ortsfesten Zentralteil (11) aufweist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Sensoren Radarsensoren für
verschiedene Frequenzbereiche und/oder Ultraschallsensoren
und/oder Infrarotsensoren und/oder Röntgenstrahlungssenso
ren und/oder Drucksensoren und/oder optische Sensoren und/
oder Videokameras und/oder magnetische Sensoren, insbeson
dere aktive oder passive Magnetometer, eingesetzt werden.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das (oder die) Fahrzeug(e) mit
zwei oder mehr Sensoren ausgerüstet ist (sind).
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch
gekennzeichnet, daß zur Identifizierung der Objekte (4)
Mustererkennungsverfahren insbesondere auf der Basis von
neuronalen Netzwerken und/oder Verfahren zur zwei- oder
dreidimensionalen Abbildung und Darstellung der erfaßten
Objekte, insbesondere auf der Basis von Computertomogra
phieverfahren, eingesetzt werden.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehr als zwei
Ortungs- und/oder Bergungs-/Bearbeitungsfahrzeugen (2; 3)
das vorgegebene abzusuchende Gebiet in Parzellen unter
teilt wird und jedem Ortungs- und/oder Bergungs-/Bearbei
tungsfahrzeug eine oder mehrere Parzellen zugeteilt wird
und der in den Parzellen vorgegebene Weg der Ortungsfahr
zeuge (2) mäanderförmig verläuft und dabei die untersuchte
Parzelle vollständig erfaßt.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als Ortungs- und/oder
Bergungs-/Bearbeitungsfahrzeuge (2; 3) Fahrzeuge mit mindestens
zwei, vorzugsweise vier oder sechs oder acht Rädern (20;
30) verwendet werden, daß die Fahrzeuge (2; 3) vorzugswei
se als Amphibienfahrzeuge ausgebildet sind und schwimmen,
tauchen und auf dem Land fahren können, daß die Drehachsen
dieser Räder (20; 30) in ihrem Winkel (α) zur Bewegungs
oberfläche individuell in einem Winkelbereich zwischen 0°
(parallel zur Bewegungsoberfläche) und +90° (Drehachse
senkrecht zur Bewegungsoberfläche mit nach außen geklapp
ten Rädern (20; 30)) oder -90° (Drehachse senkrecht zur
Bewegungsoberfläche und nach innen geklappten Rädern) ein
stellbar sind und daß der Winkel (α) in flachem Gelände
oder auf dem Wasser oder auf flachem Grund im Wasser grö
ßer als 0° und kleiner als +90° ist und vorzugsweise im
Bereich 80° α 90° liegt.
9. System nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß zu
mindest ein Teil der Sensoren in den Rädern (20; 30) inte
griert ist.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge
kennzeichnet durch die Verwendung als Munitions- und/oder
Minensuch- und/oder Räumungssystem vorzugsweise für Land
minen und im Küsten- und Uferbereich von Gewässern ange
brachte Minen.
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