DE4417262A1 - System zur Ortung von Objekten und/oder zur Bergung und/oder Bearbeitung dieser georteten Objekte - Google Patents

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.

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.