-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Erkennen und zur Identifizierung
von optisch unsichtbaren Objekten, die mit einer Kodierung versehen
sind.
-
Dieses
System wird insbesondere aber nicht ausschließlich bei der Identifizierung
und dem Verfolgen von eingegrabenen Kanalisationen oder anderen im
Boden verborgenen oder in Werken des Bauwesens versenkten Netzen
angewendet.
-
Die
Schwierigkeit beim Erhalten von Informationen über das Vorhandensein, die
Trasse und die Eigenschaften von Kanalisationen oder eingegrabenen
Leitungen liegt darin, dass meistens nichts nach außen sichtbar
ist und dass die existierenden Pläne sich häufig als unpräzise, unvollständig, manchmal
sogar fehlerhaft erweisen.
-
Es
ist daher für
einen Gewinn an Zeit und an Kosten erforderlich, das Vorhandensein
von solchen Kanalisationen und Leitungen erkennen bzw. erfassen
zu können
und sie präzise
lokalisieren zu können,
ohne dass der Boden aufgegraben werden muss noch Bauwerke zerstört werden
müssen
bei späteren
Arbeiten. In allgemeiner Art und Weise müssen die verwendeten Verfahren
einfach sein, um sie durch Baustellenpersonal mit mäßiger Qualifikation
durchführen
zu lassen. Ferner muss eine Vorrichtung zur Durchführung dieser
Erkennungs- bzw. Erfassungsverfahren robust und zuverlässig sein
und seine Kosten müssen
geringer sein als die Investition, welche erforderlich wäre für die Aktualisierung durch
Ausgraben der Kanalisationen oder für ihre Alarmverdrahtung, um
ihr Vorhandensein abzusichern.
-
Um
die Erkennung bzw. Erfassung von eingegrabenen Kanalisationen zu realisieren,
können mehrere
Verfahren angewendet werden. Ein erstes Verfahren besteht darin,
eine metallische oder nicht metallische Kanalisation mittels eines
Untergrundradars zu "visualisieren". Allerdings führen die
Kosten und die Komplexität
der verwendeten Systeme dazu, dass diese Vorrichtungen nicht an
die in der Praxis gestellten Probleme angepasst sind.
-
Die
Erfassung durch einen elektromagnetischen Kanal ist das am meisten
verwendete Verfahren. Diese elektromagnetische Erfassung kann durchgeführt werden
durch klassische Metalldetektoren, elektromagnetische Detektoren,
welche auf der Erfassung eines Signals beruhen, und durch Detektoren,
welche Markierungen zugeordnet sind.
-
Klassische
Metalldetektoren erfassen auf indifferenzierte Art und Weise alle
metallischen Stücke, welche
im Boden verborgen sind, ohne dass sie eine Unterscheidung zwischen
zu erfassenden Stücken und
Störstücken machen.
-
Wenn
die Kanalisation mit einer Kodierungsvorrichtung beschichtet ist,
welche elektrische Leiterelemente umfasst, wie beispielsweise Platten
oder Drähte,
die mit vorbestimmten Abständen
angeordnet sind und auf einem isolierenden Träger angebracht sind, kann ein
Detektor solche Elemente erfassen, aber das Lesen des Codes kann
durch die im Boden verborgenen Störelemente gestört werden oder
auch durch das nahe Vorhandensein von mehreren Objekten, welche
Kodierungselemente umfassen.
-
Eine
weitere Lösung
besteht darin, elektromagnetische Detektoren zu verwenden, welche
auf der Erfassung eines Signals beruhen. Diese Lösung erfordert das Einführen eines
elektrischen Signals in eine Kanalisation oder in ein verborgenes
Kabel oder in ein metallisches Element, das der Kanalisationstrasse
zugeordnet ist und dieser folgt. Eine solche Lösung weist den Nachteil auf,
dass man teilweise einen Zugang zur Kanalisation oder zum zugehörigen Metallelement
haben muss, um das elektrische Signal einzuspeisen mittels Gehäusen, welche
in regelmäßigen Abständen auf
der Leitung angeordnet sind, um als Zugangspunkte zu dienen.
-
In
gewissen Fällen
ist es möglich,
einen Passivsignaldetektor zu verwenden, welcher auf der Erfassung
eines existierenden Signals beruht. Dies ist der Fall bei unter
Spannung stehenden Kabeln von Leitungen des Elektrizitätsverteilernetzes
oder des Telefonnetzes, bei denen ein Strom oder Signal normalerweise
vorhanden ist. Die Erde ist auch der Sitz von zahlreichen Rückströmen, die
dazu tendieren, sich in den metallischen Kanalisationen zu treffen.
Allerdings ist die Erfassung eines nicht geladenen Kabels unter
Spannung nicht möglich,
da nur die Zirkulation eines Stroms ein magnetisches Feld induziert.
-
Diese
Erfassung ist allerdings zufallsbedingt aufgrund der Möglichkeit
von variablen Ladungen oder keinen Ladungen im Falle eines Elektrizitätsverteilernetzes
aufgrund der sehr verbreiteten Verwendung von gedrehten Kabelpaaren,
derart, dass die Felder "hin" und "zurück" dazu tendieren,
sich zu kompensieren.
-
Es
gibt Detektoren, die semiaktiven oder resonanten Markierungen zugeordnet
sind, wie dies beispielsweise im Dokument
US-A-5 045 368 offenbart
ist. Die Markierungen umfassen eine passive Spule, die in einer
Schutzschale aus isolierendem Material eingehüllt ist und auf eine bestimmte
Frequenz eingestimmt bzw. eingestellt ist. Der Detektor umfasst
einen elektromagnetischen Generator, der ein Frequenzband pulsiert
und die Spulen anregt. Der Nachteil eines solchen Systems liegt
in der Tatsache, dass es beim Verfolgen einer Kanalisation erforderlich
ist, die Markierungen an regelmäßigen Abständen zu
verbergen bzw. einzugraben und zwar in ausreichend nahen Abständen, um
die Kanalisation nicht zu verlieren, was zu erhöhten Installationskosten führt. Ferner
gibt es keine Anzeige der Richtung. Wenn es möglich ist, eine Kanalisation
zu erfassen, ist deren Identifizierung noch viel komplexer.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein System zur Erkennung und zur Identifizierung
von optisch unsichtbaren Objekten bereitzustellen, die mit einer
Kodierung versehen sind, wobei das System autonom sein soll, d.
h. keine Zugangspunkte zum zu erfassenden Objekt benötigen, und
wobei das System eine bestimmte Identifizierung des Objekts mit
einer sehr feinen Unterscheidung ermöglicht und wobei das System
unempfindlich gegenüber
der äußeren Umgebung
ist, d. h. dass es ermöglicht,
sich von Störelementen
frei zu machen, die aus dem Vorhandensein von metallischen Objekten
resultieren oder auch aufgrund der leitenden Eigenschaften von gewissen
Böden.
-
Zu
diesem Zweck wird ein die Erfindung betreffendes System zum Erkennen
und zur Identifizierung von optisch unsichtbaren Objekten, die mit
einer Kodierung versehen sind, vorgeschlagen, wobei jedes Objekt
mit Kodierungselementen versehen ist, die in Form einer Reihe von
dünnen
elektrisch leitenden Elementen vorliegen, die elektromagnetisch
erkennbar sind, jeweils eine Oberfläche mit vorher bestimmten Abmessungen
bilden und in oder auf einer elektrisch isolierenden Trägerschutzvorrichtung
angeordnet sind, wobei diese Elemente durch Abstände mit ebenfalls einem vorher
bestimmten Wert voneinander getrennt sind, wobei das System einen elektromagnetischen
Detektor umfasst, der mindestens eine Sendespule umfasst und wenigstens
zwei Empfangsspulen, die voneinander entfernt sind, wobei die Sende-
und Empfangsspulen angeordnet sind, um dem Detektor mindestens zwei
verschiedene Signale zu liefern, die den Code, den ein Objekt trägt, sowie
seine Umgebung darstellen, wobei Mittel vorgesehen sind, um diese
Signale zu verarbeiten, um die Signatur des einzelnen Codes zu rekonstruieren
und somit das kodierte Objekt aufzufinden und zu identifizieren.
-
Die
Kodierung eines Gegenstands wird somit mehrfach aufgefunden dank
der unterschiedlichen Signale, welche den Gegenstand repräsentieren.
Ausgehend von unterschiedlichen Signalen wird die Signatur des Codes
rekonstruiert durch eine mathematische Verarbeitung, wobei eine
Befreiung von Signalkomponenten erfolgt, welche aus dem Vorhandensein
von metallischen Objekten oder der mehr oder weniger leitenden Eigenschaften
des Bodens resultieren.
-
Gemäß einem
Merkmal der Erfindung umfasst der Detektor einen Rechner, der die
verschiedenen Signale empfängt
und den genauen Code des Objekts durch mathematische Methoden rekonstruiert,
die beispielsweise auf der Analyse unabhängiger Komponenten oder Ableitungen
davon, wie die Methoden der Quellentrennung, basieren.
-
Ferner
umfasst der Detektor einen Sensor, der es ermöglicht, seine Relativbewegungen
zu messen, und die Schritte der Verarbeitung der Signale veranlasst
bezogen auf vorbestimmte Verschiebungsabstände. Diese Verschiebungsmessverfahren
können
unterschiedlicher Natur sein (inkrementeller Kodierer, optische
Messung, Funkverbindung, GPS usw.). Eine spezielle Realisierung
liegt darin, ein mit dem Detektor verbundenes Rad mit einem Inkrementalkodierer
zu verbinden, der dessen Bewegung bzw. Verschiebung genau misst.
-
Dieses
Merkmal ermöglicht
es, sich von der Verschiebungsgeschwindigkeit des Detektors bezogen
auf das zu erfassende und zu identifizierende Objekt frei zu machen,
da vom Realisieren von zwei aufeinander folgenden Verarbeitungen
nur der Wert der Verschiebung des Detektors berücksichtigt wird.
-
Entsprechend
einer Möglichkeit
liegt der regulierbare Bewegungsschritt des Detektors zwischen zwei
Verarbeitungsschritten bzw. -vorgängen in der Größenordnung
von 4 mm.
-
Es
ist zu präzisieren,
dass das zu erfassende und zu identifizierende Objekt ein Objekt
mit länglicher
Form sein kann, wie beispielsweise eine Leitung, auf welcher die
Kodierungselemente in linearer Art und Weise angeordnet sind, wobei
sie aufeinander folgen, oder ein Objekt mit eher punktförmiger Ausgestaltung
ist, auf dem die Kodierungselemente in konzentrischer Art und Weise
angeordnet sind.
-
Die
Kodierungselemente können
auf den zu erfassenden und zu identifizierenden Objekten durch verschiedene
Verfahren integriert werden wie beispielsweise:
Verleimung,
Umreifung, Doppel- oder Dreifachextrusion, Lackierung, Zerstäubung, Einspritzung,
Verschmelzung... Wenn es sich um Rohre handelt, können die
Kodierungselemente an den Rohren integriert werden während deren
Herstellung, aber sie können
ebenfalls danach hinzugefügt
werden, d. h. nach der Herstellung durch Hinzufügen einer Umhüllung oder
einer Dekodierungen integrierenden Haut.
-
Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung sind möglich;
sie kann eine Sendespule aufweisen, die eine einzige Frequenz aussendet,
wobei die Anzahl von verarbeiteten Signalen gleich der Anzahl von
Spulen ist, da jede Spule ein Signal empfängt unter Berücksichtigung
seiner Position im Raum. Es ist auch möglich, einen Detektor herzustellen,
der mehrere Sendespulen umfasst, welche abwechselnd senden und deren
Signale durch mehrere voneinander im Abstand angeordneten Empfangsspulen
empfangen werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
Detektors umfasst der Detektor eine Sendespule, die ein elektromagnetisches
Signal mit einer vorbestimmten Frequenz aussendet, und drei Empfangsspulen,
die entlang einem Kreis und im Abstand von 90° zueinander angeordnet sind.
-
Unabhängig von
der Anzahl von Sendespulen können
diese gleichzeitig ein Signal mit fester Frequenz aussenden, gleichzeitig
Signale mit unterschiedlichen Frequenzen aussenden oder nacheinander
mit schwachen Abweichungen Signale mit unterschiedlichen Frequenzen.
Es können
alle möglichen
Kombinationen in Betracht gezogen werden.
-
Die
Sende- und Empfangsspulen können
unterschiedliche Formen aufweisen:
rund, eiförmig, quadratisch,
rechteckig, und können durch
unterschiedliche Mittel hergestellt werden: Gravur oder anderes,
und können
unterschiedliche Strukturen aufweisen: Platten oder Wicklung, ohne dass
das Prinzip der Erfindung modifiziert wird.
-
Gemäß einer
speziellen Ausführungsform sind
die Spulen Spulen mit zwei flachen und geprägten Seiten, die Epoxydträger umfassen.
-
Die
Sendefrequenzen können
in einem sehr breiten Frequenzband entsprechend den Eigenschaften
der verwendeten leitenden Materialien enthalten sein und entsprechend
des gewünschten
Unterschieds zwischen den Signalen, die durch die Empfangsspule
(N) wahrgenommen wird/werden.
-
Sofern
die Kodierungselemente auf der Basis von Aluminium sind, ist die
durch die Sendespule (N) ausgesendete Frequenz des elektromagnetischen
Signals im Bereich von 10 KHz. Die Sende- und Empfangsspulen können eine
runde Form haben oder jede andere Form, wie beispielsweise eiförmig, quadratisch,
rechteckig, orthogonal, ohne dass das Verhalten des Sensors modifiziert
wird.
-
Soweit
der Detektor eine Sendespule und mehrere Empfangsspulen umfasst,
ist es interessant, eine Sendespule mittig bzw. zentral anzuordnen
und die Empfangsspule in symmetrischer Art und Weise anzuordnen,
was es ermöglicht,
von einer Auskunft über
den Abstand zwischen der Verschiebung der Bedienperson zu profitieren,
d. h. des Sensors mit einer durch die Kanalisation definierten Achse,
d. h. durch die Kodierung.
-
Die
Erfindung wird jedenfalls unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die anliegenden, schematischen Zeichnungen
verständlich,
wobei die Zeichnungen beispielhaft und nicht einschränkend mehrere
Ausführungsformen
dieses Systems zeigen:
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kanalisationsrohres, das zum
erfindungsgemäßen System
gehört;
-
2 ist
eine Ansicht des Kanalisationsrohres in eingegrabener Stellung im
Verlauf seiner Erfassungsphase;
-
3 ist
eine Ansicht einer Kurve, welche die durch drei Empfangsspulen empfangenen
Signale repräsentiert
im Falle einer Erfassung entsprechend der 2;
-
4 ist
eine zur 3 ähnliche Ansicht nach Verarbeitung
der Signale hinsichtlich des Trennens der Kodierung von Störfaktoren;
-
5 bis 7 sind
drei schematische Ansichten von drei Detektoren.
-
Die 1 zeigt
eine Kanalisation 2, beispielsweise eine Kanalisation aus
synthetischem Material, welche an ihrer Außenfläche mit Kodierungselementen 3, 4, 5 umhüllt ist,
die durch Bänder
von Leitermaterial gebildet sind, beispielsweise aus Aluminium,
wobei jede bestimmte Dimensionen aufweist, und sie sind voneinander
durch vorbestimmte Abstände
getrennt. Diese Kanalisation ist dafür vorgesehen, in die Erde 6 eingegraben
zu werden, wie dies in 2 gezeigt ist, beispielsweise
in einer Tiefe zwischen 20 cm und 1,20 m.
-
Das
erfindungsgemäße System
zielt darauf ab, es zu ermöglichen,
die Position und die Identifizierung dieser Leitung zu bestimmen,
auch wenn äußere Störelemente
vorhanden sind, wie beispielsweise eine Metallschachtel 7.
Zu diesem Zweck wird ein Detektor 8 verwendet, der beispielsweise
auf einem oder mehreren Rädern 9 angebracht
ist und durch eine Bedienperson verschoben bzw. bewegt werden kann.
-
Im
beschriebenen Fall ist der Detektor der in 5 dargestellte
und umfasst eine zentrale Sendespule 10, in deren Zentrum
bzw. Mitte eine elektronische Karte 12 angeordnet ist und
um welche herum drei Empfangsspulen 13 angeordnet sind,
welche untereinander im Abstand von 90° hegen. Es handelt sich im vorliegenden
Falle um Spulen mit zwei flachen und geprägten Seiten, die Epoxydträger umfassen.
Die elektronische Karte 12 ist mit einem Rechner 14 verbunden.
An diesem Rechner ist auch ein Inkrementalkodierer verbunden, welcher
die Momente anzeigt, zu denen die Verarbeitung der empfangenen Signale
durchgeführt
werden muss. Die Sendefrequenz der Spule ist in der Größenordnung
von 10 KHz. Im Einsatz bewegt die Bedienperson den Detektor auf
dem Boden oberhalb der Kanalisation 2. Dabei sendet die
Spule ein elektromagnetisches Signal aus, wobei es sich um drei
unterschiedliche Signale handelt, die von den drei Spulen 13 empfangen werden,
wobei diese Signale in der 3 dargestellt sind,
welche eine grafische Darstellung in der Abszisse der Verschiebung
des Detektors und in der Ordinate der Intensität des durch jeden Detektor
empfangenen Signals darstellt. Es ist ersichtlich, dass das metallische
Objekt 7, das in der Nähe
der Kanalisation liegt, deutlich aus der 3 herauskommt,
wo es durch den mittleren Pic identifiziert ist. Die mathematische
Verarbeitung der drei Signale, beispielsweise durch ein Verfahren
der Analyse von unabhängigen Komponenten,
ermöglicht
es, die Kurve 17 zu rekonstruieren, welche der Kurve 16 entspricht,
und die Kurve 17 als diejenige zu identifizieren, die dem
metallischen Objekt entspricht, dessen Vorhandensein die Messung
gestört
hat.
-
Wenn
die Störung
beispielsweise ein Code hinsichtlich des Vorhandenseins einer anderen
Kanalisation gewesen wäre,
ermöglicht
das System auch, die Signatur dieses anderen Codes zu rekonstruieren.
Nach der Rekonstruktion der Signaturen der Codes wird eine Verarbeitung
verwendet, welche es ermöglicht,
die unterschiedlichen Kodierungen präzise zu identifizieren, und
die dann eine zuverlässige Antwort
liefert hinsichtlich der Eigenschaft der Kanalisationen und ihrer
Eingrabtiefe.
-
Die 6 zeigt
ein Beispiel außerhalb
des Rahmens der Erfindung des Detektors, bei dem die gleichen Elemente
durch die gleichen Bezugszeichen wie vorher bezeichnet sind. In
diesem Falle umfasst der Detektor eine einzelne Sendespule 10 und eine
einzelne Empfangsspule 13. Um von zwei Empfangssignalen
zu profitieren, sendet die Sendespule aufeinanderfolgend elektromagnetische
Signale aus, die unterschiedlichen Frequenzen folgen.
-
Die 7 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Detektors, der zwei Sendespulen 10 und fünf Empfangsspulen 13 umfasst.
-
Wie
aus dem Voranstehenden hervorgeht, bringt die Erfindung eine starke
Verbesserung bei der bestehenden Technik, indem ein System zur Erfassung
bzw. Erkennung und Identifizierung von optisch unsichtbaren Objekten
bereitgestellt wird, welche mit einer Kodierung versehen sind, die
autonom ist, d. h. dass keine Zugangspunkte zum Objekt erforderlich sind,
was die Erfassung und Identifizierung des Objekts durch eine feine
Unterscheidung bezogen auf die Umgebung des Objekts ermöglicht und
das für eine
Bedienperson sehr einfach anzuwenden ist.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf einzelne Ausführungsformen dieses Systems
beschränkt
ist, wie sie oben beispielhaft beschrieben worden sind. Es ist anzumerken,
dass die Spulen nicht rund sein können, sondern quadratisch oder
eiförmig,
dass die Empfangsspulen nicht im Abstand von 90° voneinander angeordnet sein
können im
Falle eines Detektors mit drei Spulen, oder auch, dass die Empfangsspulen
nicht parallell, sondern orthogonal zu den Sendespulen sein könnten, ohne dass
hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.