DE69532308T2

DE69532308T2 - Ortungsanlage

Info

Publication number: DE69532308T2
Application number: DE69532308T
Authority: DE
Inventors: Alan Oakland Haddy
Original assignee: Radiodetection Ltd
Current assignee: Radiodetection Ltd
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: EP0683401A3; EP1321779B1; DE69536055D1; EP1321779A3; DE69532308D1; EP0683401A2; HK1057612A1; EP1321779A2; US5576973A; EP0683401B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ortungsgerät und insbesondere ein Ortungsgerät zum Orten eines unterirdischen Objektes, wie zum Beispiel ein Kabel oder ein Rohr.
Es sind verschiedene Ausführungen von Ortungsgeräten, z. B. für Erdkabel, bekannt. Ein solches Gerät, welches von den Anmeldern hergestellt wird, weist ein magnetisches Feld, welches von einem elektrischen Strom in einem Erdkabel erzeugt wird, mittels einem Paar Nachweisspulen nach. Das Gerät meldet, wenn sich der Anwender direkt über einem Abschnitt des vergrabenen Erdkabels befindet. Üblicherweise kennzeichnet dann der Anwender die Lage des Kabels auf der Erdoberfläche und bewegt sich dann weiter entlang des Kabels und erfasst weitere Abschnitte davon. Auf diese Weise kann die Lage der Kabellänge bestimmt werden.
Sobald die Lage des Kabels bestimmt worden ist, ist es nützlich, dies für einen zukünftigen Bezug aufzuzeichnen. Herkömmlicherweise würde dies durch ein einfaches Aufzeichnen geschehen, zum Beispiel, dass das Kabel in einer gewissen Entfernung vom Rand einer Straße liegt, oder wahlweise durch Kennzeichnen des Kabels auf einer Karte unter Anwendung herkömmlicher Kartenvermessungstechniken.
Derartige Aufzeichnungsverfahren haben das Problem zur Folge, dass, wenn der Anwender zu einem späteren Zeitpunkt zurückkommt, um das Kabel wieder zu orten, er wieder komplizierte Vermessungstechniken anwenden muss, um die Daten auf der Karte mit der tatsächlichen Position zu verbinden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das physikalische Merkmal (wie beispielsweise im oberen Beispiel die Straße), welches auf die Lage des Kabels hinweist, entfernt worden ist. Diese Probleme machen die Wiederholbarkeit des Ortens des Kabels schwieriger und beinhalten ferner die Anwendung von Fachtechniken.
US-Patent US 4727329 offenbart eine Vorrichtung zum Messen von Bewegung in unterirdischen Rohrleitungen für Flüssigkeiten. Eine Reihe von Magnetometersensoren wird verwendet, um die Rohrleitung zu orten, und dann wird die Lage der Rohrleitung entweder mittels einer Satellitenbasisstation oder mittels Dreiecksvermessungstechniken gemessen. US-Patent US 4390836 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen von Schäden an einer Isolierschicht einer Erdrohrleitung. Ein elektrischer Strom wird entlang der Rohrleitung geführt, und dann werden Änderungen in dem erzeugten magnetischen Feld mittels einer Vorrichtung einschließlich eines Paares von Spulenbauelementen überwacht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Komplexität des Aufzeichnens der Lage eines unterirdischen Objektes, wie zum Beispiel ein Kabel, zu verringern und die Leichtigkeit, mit welcher das Objekt wieder geortet werden kann, zu erhöhen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Ortungsgerät gemäß Anspruch 1 bereit.
Auf diese Art und Weise werden die geografischen Lagedaten bezüglich der Lage des Erdkabels gespeichert und können später zur erneuten Ortung des Kabels abgefragt werden.
Statt oder zusätzlich zur Speicherung von Daten bezüglich der Lage des Ortungsgerätes, wenn ein unterirdisches Objekt geortet wird, kann das Datenspeichermittel Daten bezüglich der Lage des unterirdischen Objektes selbst speichern.
Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung kann die Aufzeichnung der geografischen Lagedaten des Erdkabels dauerhaft sein und ist nicht von physischen Landmarken, z. B. Straßen usw., noch von der Genauigkeit eines bestimmten verwendeten Kartensystems abhängig. Des weiteren gibt es keine Notwendigkeit, die Stelle des Erdkabels auf der Erdoberfläche physisch zu kennzeichnen, um sie für die Kartierung zu vermessen, was auch bei Verwendung von digitalen Kartierungssystemen notwendig ist.
Es gibt geografische Datenquellen, welche als Geosatelliten ("Geo-Positional Satellites", GPS) bekannt sind, von welchen üblicherweise Navigationsdaten abgefragt werden, z. B. von Seeleuten oder Bergsteigern. Ein System, welches derartige Satellitendaten verwendet, wird manchmal als ein Global Positioning System bezeichnet, und es wird die selbe Abkürzung GPS verwendet.
Gegenwärtig sind 24 Satelliten 11.000 Meilen über der Erde in der Umlaufbahn (21 Satelliten sind im Betrieb, 3 sind Reserve). Jeder Satellit umfasst vier Atomuhren und überträgt Zeitdaten und andere Daten, wobei er sich selbst erfasst und seinen Pfad beschreibt. Ein GPS-Empfänger vergleicht die Signale mit seiner eigenen Uhr/seinen eigenen Uhren und bestimmt dann seine Lage bezüglich Breiten- und Längengrad, indem er die Entfernung zwischen ihm und den Satelliten berechnet. Normalerweise werden Daten von 3 oder 4 der Satelliten empfangen und trigonometrische Berechnungen durchgeführt, um die Lage des Empfängers zu bestimmen.
Die typische Genauigkeit, die erhältlich ist, wenn man einen kommerziell erhältlichen Empfänger verwendet, liegt zwischen 20 und 100 Metern für dieses einfache System. Die Genauigkeit des Systems kann verbessert werden, indem man Daten von einem zweiten stationären Empfänger hinzufügt, und die Messwerte können dann auf innerhalb weniger Zentimeter verfeinert werden.
Daher wird erfindungsgemäß ein Ortungsgerät gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 bereitgestellt.
Das Lagedatenempfangsmittel beinhaltet Mittel zum Empfang von GPS-Daten. Das Lagedatenempfangsmittel muss sich nicht physisch innerhalb des Körpers des Ortungsgerätes befinden; der GPS-Empfänger könnte beispielsweise mit einem Datenaufzeichnungsgerät verbunden sein, welches wiederum beispielsweise über eine Schnittstelle (wie zum Beispiel eine RS 232-Schnittstelle) an das Ortungsgerät angeschlossen ist. Wahlweise könnte das Ortungsgerät angepasst werden, um einen CPS-Empfänger vom PC-Speicherkartentyp zu akzeptieren.
Ferner empfängt das Lagedatenempfangsmittel Daten sowohl von einem oberirdischen Satelliten bzw. von Satelliten als auch von einem zweiten stationären (Differential-)Empfänger, wodurch die Genauigkeit der Messung der geografischen Lage verbessert wird. Die Daten von dem Differentialempfänger können über einen Glasfaserkabelmantel zum Ortungsgerät übertragen werden oder können durch Funkübertragung wie zum Beispiel eine FM-Verbindung empfangen werden. Wird eine FM-Verbindung verwendet, können die Differentialdaten von dem Benutzer über ein Gerät vom "Piepser"-Typ empfangen werden, wobei der Piepser mit dem CPS-Empfänger fest verdrahtet ist. Das Gerät vom "Piepser"-Typ kann ein Rundfunkempfänger sein, welcher dann die Differentialdaten an den GPS-Empfänger weitergibt.
Die Differentialdaten können von einer Vielzahl von landgestützten Empfängern bereitgestellt werden – zum Beispiel stellt in den USA ein Netzwerk von ca. 300 FM-Stationen das Differentialsignal bereit. Eine Landstation kann beispielsweise bis zu 200 Meilen entfernt sein und immer noch empfangbare Differentialdaten übertragen.
Vorzugsweise ist das Ortungsgerät von dem Typ, welcher ein magnetisches Feld nachweist, welches durch einen durch ein Erdkabel fließenden Strom erzeugt wird. Das Ortungsmittel für unterirdische Objekte kann deshalb Magnetfeldnachweismittel umfassen, wie zum Beispiel ein Paar Nachweisspulen.
Für den oben beschriebenen Ortungsgerätetyp, bei welchem das Gerät das magnetische Feld nachweist, welches durch einen durch ein Erdkabel fließenden Strom erzeugt wird, können die Differentialdaten auf das Signal abgestimmt werden, welches durch das Kabel fließt. Das Ortungsgerät kann dann die Daten von dem Signal im Kabel empfangen, beispielsweise mittels der beiden Nachweisspulen, wodurch die Notwendigkeit für einen FM-Empfang der Differentialdaten beseitigt wird. Da die Aktualisierungsgeschwindigkeit der GPS-Daten relativ langsam ist, kann die typische Modulation der Daten auf dem Kabel niedrig sein, zum Beispiel 10–20 Hz.
Wo das Erdkabel, welches geortet wird, geeignet ist, Ferndateninformationen zu befördern, z. B. ein Telefonkabel, können die Differentialdaten entlang des Kabels übertragen werden. Wo das Kabel Verstärkerstellen umfasst, können die Differentialdaten in einer Verstärkerstelle auf das Kabel eingegeben werden.
Vorzugsweise sind weitere Funktionen des Kabelsystems aufzeichenbar. Zum Beispiel kann die Lage von Kabelverbindungsstellen mittels dieses Systems zusammen mit einem Datenaufzeichnungsgerät aufgezeichnet werden.
Die Lagedaten und/oder irgendwelche sonstigen Daten können in einem vergrabenen HF-Identitätsmarkierer aufgezeichnet werden. Ein solcher Markierer, welcher ausgelegt ist, um von einem geeigneten Sender/Empfänger abgefragt zu werden, würde mit den Längen- und Breitengraddaten programmiert werden und dann über oder nahe dem Zielleitungskabel vergraben werden; diese Daten könnten auch auf einer Karte des Zielgebietes aufgezeichnet werden (solche Karten, welche von A.T.&T und anderen gemeinhin "asbuilts" bezeichnet werden). Die Karte könnte dann dazu verwendet werden, den Benutzer auf das Gebiet zu verweisen, in welchem das Markierungszeichen das nächste Mal, wenn eine Ortung erforderlich ist, gefunden werden sollte.
Sobald die Daten bezüglich der Lage des Kabels aufgezeichnet worden sind, können sie dann gespeichert und in irgendeiner erforderlichen Art und Weise manipuliert werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Ortungsgerät, welches Lagedatenempfangsmittel zum Empfang von Daten bezüglich der geografischen Lage des Ortungsgerätes, ein Datenspeichermittel, welches Daten bezüglich der Ortung eines unterirdischen Objektes enthält, Mittel zum Vergleichen der im Datenspeichermittel gespeicherten Daten mit den Daten, welche durch das Lagedatenempfangsmittel empfangen werden, und Mittel zum Erzeugen eines Warnsignals, wenn die Mittel zum Vergleich anzeigen, dass sich das unterirdische Objekt innerhalb einer vorbestimmten Entfernung des Ortungsgerätes befindet, umfasst.
In anderen Worten, die Daten bezüglich der Lage des Erdkabels können vorzugsweise in einem Gerät vom "Piepser"-Typ gespeichert werden, dessen Vorrichtung ebenso in der Lage ist, GPS-Daten zu empfangen und die empfangenen GPS-Daten mit den gespeicherten Kabelortungsdaten zu vergleichen und eine geeignete Ausgabe zu erzeugen, wenn die beiden genügend übereinstimmen.
Ein solches Gerät könnte beispielsweise von Arbeitern getragen werden, um versehentliche Störungen mit einem gegebenen Erdkabel zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufzeichnen der Lage eines unterirdischen Objektes, einschließlich der Schritte des:

(a) Ortens des Objektes mit einem Ortungsgerät;
(b) Empfangens von Lagedaten bezüglich der geografischen Lage des Ortungsgerätes; und
(c) Speicherns von Daten bezüglich der Lage des unterirdischen Objektes, wie durch die geografische Lage des Ortungsgerätes bestimmt.

Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, und
2 eine schematische Darstellung ist, welche die Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 1 werden die GPS-Daten 2 von einem oder mehr GPS-Satelliten 4 erzeugt. Die Lagedaten 2 werden an einen GPS-Empfänger 6 und einen Differentialempfänger 8 übertragen. Der Differentialempfänger 8 wiederum überträgt Differentialdaten 10 an den GPS-Empfänger 6. Die Differentialdaten 10 können beispielsweise über eine FM-Verbindung entlang eines Glasfaserkabelmantels übertragen werden oder durch Modulation eines elektrischen Signals entlang des Kabels, um geortet/aufgezeichnet zu werden.
Der GPS-Empfänger 6 überträgt Daten an ein Datenaufzeichnungsgerät 12. Das Datenaufzeichnungsgerät 12 empfängt auch Daten von einem Ortungsgerät 14, welches verwendet wird, um beispielsweise ein Erdkabel zu orten. Der GPS-Empfänger 6 und/oder das Datenaufzeichnungsgerät 12 können in den Lokalisierer 14 eingebaut werden, oder wahlweise kann einer/eines oder beide extern zum Lokalisierer 14 sein.
Somit zeichnet das Datenaufzeichnungsgerät 12 Daten bezüglich der Erfassung (oder anderweitig) des Erdkabels und der geografischen Lage des Ortungsgerätes auf. Die Lage des Erdkabels kann dann aufgezeichnet werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ortungsgerätes (nicht maßstabtreu) 14, welches verwendet wird, um ein Erdkabel 16 zu orten. Das Erdkabel 16, beispielsweise ein Telefonkabel, umfasst Verstärkerstellen 18, 20, um das Datensignal zu verstärken, während es entlang des Kabels 16 fließt. Das Kabel wird durch Einführen eines Signals auf das Kabel, beispielsweise in einer Verstärkerstelle, und durch Nachweis des magnetischen Feldes 22, welches durch das Signal auf dem Kabel erzeugt wird, geortet. Das Signal, welches zu diesem Zwecke auf das Kabel gelegt wird, kann beispielsweise zwischen 5 Hz und 100 kHz liegen und liegt normalerweise bei ca. 500 Hz. Zwei Nachweisspulen 24, 26 im Ortungsgerät 14 werden verwendet, um das magnetische Feld 22 nachzuweisen.
Zusätzlich umfasst der Lokalisierer 14 einen GPS-Empfänger 6 zum Empfang von GPS-Lagedaten. Differentialdaten 10 werden auf das Kabel mittels eines Differentialempfängers 8 bei der Verstärkerstelle 18 gegeben. Die Differentialdaten 10 können auf das Kabelsignal abgestimmt werden, zum Beispiel bei einer Modulationsfrequenz von 10–20 Hz. Diese Differentialdaten werden von dem Lokalisierer 14 mittels der Empfangsmittel wie den Nachweisspulen 24, 26 empfangen.
Verschiedene Abwandlungen der Erfindung sind vorstellbar. Zum Beispiel könnten die Differentialdaten von dem GPS-Empfänger durch andere Mittel als eine FM-Verbindung oder Signalmodulation empfangen werden. Des weiteren könnte der GPS-Empfänger von dem Lokalisierer und/oder Datenaufzeichnungsgerät entfernt aufgestellt sein, und die Lagedaten könnten zum Datenaufzeichnungsgerät über andere herkömmliche Übertragungsverfahren übertragen werden.

Claims

Ortungsgerät (14), welches umfasst: Erdkabelortungsmittel (24, 26) zur Ortung eines Erdkabels, ein Lagedatenempfangsmittel (16) zum Empfangen von Daten bezüglich der geografischen Lage des Ortungsgerätes und ein Datenspeichermittel (12) zum Speichern von Daten bezüglich der Lage des Ortungsgerätes, wenn ein Erdkabel geortet wird, worin das Lagedatenempfangsmittel Mittel zum Empfang von Daten von einem Global Positioning System (GPS) umfasst und das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, dass das Lagedatenempfangsmittel ferner Mittel zum Empfang von Differentialdaten von einem zweiten stationären Empfänger zur Verbesserung der Genauigkeit der Daten bezüglich der geografischen Lage des Ortungsgerätes umfasst, und dass das Ortungsgerät ferner Mittel zum Empfang von Daten von dem stationären Empfänger umfasst, welche auf ein Signal abgestimmt worden sind, welches entlang eines von dem Ortungsgerät zu erfassenden Kabels übertragen wird.
Ortungsgerät gemäß Anspruch 1, worin die Daten von dem stationären Empfänger auch durch Funkübertragung empfangen werden können.
Ortungsgerät gemäß Anspruch 1, worin das Mittel zum Empfang der Daten von dem stationären Empfänger zwei Nachweisspulen zum Nachweisen des magnetischen Feldes umfasst, welches durch einen Strom erzeugt wird, welcher durch das Erdkabel fließt.
Erdkabelortungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Erdkabelortungsmittel (24, 26) zwei Nachweisspulen zum Nachweisen eines magnetischen Feldes umfasst, welches durch einen durch das Kabel fließenden Strom erzeugt wird.
Verfahren zum Aufzeichnen der Lage eines Erdkabels, welches die Schritte umfasst: (a) Orten des Kabels mit einem Ortungsgerät (14), (b) Empfangen von Lagedaten bezüglich der geografischen Position des Ortungsgerätes, einschließlich des Empfangs von Daten von einem Global Positioning System (GPS), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte umfasst: (c) Empfangen von Differentialdaten von einem zweiten stationären Empfänger zur Verbesserung der Genauigkeit der Daten bezüglich der geografischen Lage des Ortungsgerätes, worin die Daten von dem stationären Empfänger auf ein Signal abgestimmt worden sind, welches entlang eines von dem Ortungsgerät zu erfassenden Kabels übertragen wird, und (d) Speichern von Daten bezüglich der Lage des Erdkabels, wie durch die geografische Lage des Ortungsgerätes bestimmt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, worin im Schritt des Ortens des Kabels mit einem Ortungsgerät (14) das Kabel durch Nachweisen eines magnetischen Feldes (22) geortet wird, welches durch einen durch das Kabel fließenden Strom erzeugt wird.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, worin im Schritt des Ortens eines Kabels mit einem Ortungsgerät (14) das Gerät Erdkabelortungsmittel (24, 26) umfasst und die Mittel zwei Nachweisspulen zum Nachweisen eines magnetischen Feldes (22) umfassen, welches durch einen durch das Kabel fließenden Strom erzeugt wird.