EP1643275A1

EP1643275A1 - Land vehicle and method for the survey of the road construction

Info

Publication number: EP1643275A1
Application number: EP05021589A
Authority: EP
Inventors: Jürgen NIESSEN
Original assignee: GBM Wiebe Gleisbaumaschinen GmbH
Current assignee: GBM Wiebe Gleisbaumaschinen GmbH
Priority date: 2004-10-02
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2006-04-05
Also published as: DE102004048168A1

Abstract

A geo-radar measuring head (24) with a motion component attaches to a land vehicle (26,29) so as to move vertically to the land vehicle's direction of movement. The land vehicle has a drive device (22) for moving the geo-radar measuring head to and fro with the motion component. An independent claim is also included for a method for surveying the road structure for a traffic route by using a land vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Landfahrzeug zum Vermessen des Oberbaus von Verkehrswegen, das für eine Bewegung entlang des Verkehrswegs ausgebildet ist, mit mindestens einem Georadarmesskopf zum Aufnehmen von Georadarmessdaten. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Vermessen des Oberbaus von Verkehrswegen.The invention relates to a land vehicle for measuring the superstructure of traffic routes, which is designed for movement along the traffic route, with at least one georadar measuring head for recording georadar measurement data. The invention further relates to a method for measuring the superstructure of traffic routes.

Derartige Landfahrzeuge werden beispielsweise zur Inspektion von Straßen oder Schienenwegen eingesetzt. Zu diesem Zweck ist an einem solchen Landfahrzeug ein Georadarmesskopf starr angebracht der während der Fahrt entlang des Verkehrswegs in regelmäßigen Abständen Georadamnesspunkte aufnimmt. Aus diesen so aufgenommenen Messpunkten wird anschließend ein Längstiefenprofil des Oberbaus ermittelt. Ein derartiges Längstiefenprofil gibt Auskunft über die im Oberbau des Verkehrswegs vorhandenen Schichtgrenzen in Längsrichtung an denen Radarwellen reflektiert werden und stellt folglich einen Schnitt durch den Oberbau des Verkehrswegs dar.Such land vehicles are used for example for the inspection of roads or railways. For this purpose, a Georadarmesskopf is rigidly mounted on such a land vehicle which receives while driving along the traffic route at regular intervals Georadamnesspunkte. From these recorded measuring points a longitudinal depth profile of the superstructure is determined. Such a longitudinal depth profile provides information about the existing in the superstructure of the traffic route layer boundaries in the longitudinal direction radar waves are reflected and thus represents a section through the superstructure of the traffic route.

Aus einem Längstiefenprofil können Schädigungen des Oberbaus erkannt. Dazu werden Längstiefenprofile in der Regel von Spezialisten betrachtet und ausgewertet.Damage to the superstructure can be detected from a longitudinal depth profile. Longitudinal depth profiles are usually examined and evaluated by specialists.

Als nachteilig hat sich herausgestellt, dass auf diese Art und Weise oftmals nur großflächige Schäden im Oberbau detektiert werden können.A disadvantage has been found that often only large-scale damage in the superstructure can be detected in this way.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Landfahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Vermessen des Oberbaus von Verkehrswegen anzugeben.The invention is therefore based on the technical problem of providing an improved land vehicle and an improved method for measuring the superstructure of traffic routes.

Die Erfindung löst das Problem für ein Landfahrzeug der oben genannten Art dadurch, dass der Georadarmesskopf mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs bewegbar an diesem angebracht ist und das Landfahrzeug Antriebsmittel zum Hin- und Herbewegen des Georadarmesskopfs mit dieser Bewegungskomponente umfasst.The invention solves the problem for a land vehicle of the above type in that the georadar head with a moving component perpendicular to the direction of travel of the land vehicle is movably mounted thereon and the land vehicle comprises drive means for reciprocating the georadar head with this moving component.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Vermessen des Oberbaus von Verkehrswegen unter Verwendung eines derastigen Landfahrzeugs umfassend die Schritte:

Bewegen des Landfahrzeugs entlang des Verkehrswegs,
Bewegen, insbesondere Schwenken, eines am Landfahrzeug beweglich angeordneten Georadarmesskopfs mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs und
Aufnehmen von Georadarmessdaten.

The invention also solves the problem by a method for surveying the pavement of traffic routes using a derastigen land vehicle comprising the steps:

Moving the land vehicle along the traffic route,
Moving, in particular pivoting, a Georadarmesskopfs movably arranged on the land vehicle with a movement component perpendicular to the direction of movement of the land vehicle and
Recording geo-radar data.

Unter einem Landfahrzeug wird dabei ein Fahrzeug verstanden, das sich aus eigener Kraft auf einem Verkehrsweg fortbewegen kann. Unter dem Vermessen des Oberbaus von Verkehrswegen ist das Vermessen mittels Georadar zu verstehen.Under a land vehicle while a vehicle is understood that can move on its own power on a traffic route. By measuring the superstructure of traffic routes is to be understood by Georadar surveying.

Unter dem Oberbau eines Verkehrswegs werden die Bestandteile verstanden, die aus Material bestehen, das nicht zum anstehenden Erdkörper gehört. Im Straßenbau umfasst der Oberbau die Trag-, die Binder- und die Deckschicht. Im Schienenwegsbau umfasst der Oberbau die Planumsschutzschicht, gegebenenfalls eine Geotextilschicht und das Schotterbett bzw. die feste Fahrbahn, sowie das Gleis. Das Gleis umfasst die Schwellen, die Schienen und die Befestigung.Under the superstructure of a traffic route, the components are understood that consist of material that does not belong to the upcoming earth body. In road construction, the superstructure includes the carrier layer, the binder course and the top layer. In railroad construction, the superstructure comprises the protective course layer, if necessary a geotextile layer and the ballast bed or the fixed carriageway, as well as the track. The track includes the sleepers, rails and attachment.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass mit lediglich einem Georadarmesskopf sowohl ein Linientiefenprofil, als auch ein dreidimensionaler Graph erhalten werden können, der ein vollständiges, dreidimensionales Tiefenprofil darstellt. Hierzu wird der Georadarmesskopf durch die Antriebsmittel mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs hin und her bewegt.An advantage of the invention is that with only one Georadarmesskopf both a line depth profile, as well as a three-dimensional graph can be obtained, which represents a complete, three-dimensional depth profile. For this purpose, the Georadarmesskopf is moved by the drive means with a movement component perpendicular to the direction of movement of the land vehicle back and forth.

Ein dreidimensionaler Graph ist von Vorteil. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Schädigungen im Oberbau von Verkehrswegen häufig nicht so groß sind, als dass sie durch Aufnehmen lediglich eines Linientiefenprofils erkannt werden könnten. Gerade kleinräumige Schädigungen des Oberbaus von Verkehrswegen sind jedoch häufig Ausgangspunkt für großflächige Schädigungen. Während kleinräumige Schädigungen, die bisher nicht oder nur schwer detektierbar sind, leicht und kostengünstig zu beheben sind, steigen die Kosten für die Behebung von großflächigen Schädigungen, wie sie mit Messverfahren nach dem Stand der Technik detektiert werden können, stark an. Je früher also eine Schädigung erkannt wird, desto geringer sind die Reparaturkosten für den Verkehrsweg.A three-dimensional graph is an advantage. It has been shown that damage in the superstructure of traffic routes are often not so great that they could be detected by recording only a line depth profile. However, small-scale damage to the superstructure of traffic routes are often the starting point for large-scale damage. While small-scale damage, which is difficult or impossible to detect, can be remedied easily and cost-effectively, the costs for repairing large-scale damage, as can be detected with prior-art measurement methods, are rising sharply. The sooner a damage is detected, the lower the repair costs for the traffic route.

Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Erhöhung der Ortsauflösung mit technisch sehr einfachen Mitteln erreichbar ist.Another advantage is that this increase in spatial resolution can be achieved with technically very simple means.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Landfahrzeug Mittel zum Ermitteln der Position des mindestens einen Georadarmesskopfs, insbesondere dessen Position relativ zum Landfahrzeug auf. Ein derartiges Mittel zum Ermitteln der Position ist beispielsweise ein direkt beim Georadarmesskopf angeordneter GPS-Empfänger (GPS, global positioning system). Dieser ermittelt die absolute Position des Georadarmesskopfs. Wird der Georadarmesskopf auf einer definierten Bahn relativ zum Landfahrzeug bewegt, so werden alternativ Mittel vorgesehen, welche die Position des Georadarmesskopfs auf dieser Bahn bestimmen. Aus Kenntnis der Lage der Bahn des Georadarmesskopfs relativ zum Landfahrzeug und der Position des Georadarmesskopf auf dieser Bahn, sowie der absoluten Position des Landfahrzeugs ergibt sich auf einfach Art und Weise die absolute Position des Georadarmesskopfs. Die so ermittelte Position wird mit dem Messpunkt assoziiert der an der jeweiligen Position aufgenommen wird. Beide Daten werden gemeinsam abgespeichert.In a preferred embodiment, the land vehicle has means for determining the position of the at least one georadar measuring head, in particular its position relative to the land vehicle. Such a means for determining the position is, for example, a direct Georadarmesskopf arranged GPS receiver (GPS, global positioning system). This determines the absolute position of the Georadarmesskopfs. If the georadar measuring head is moved on a defined path relative to the land vehicle, means are alternatively provided which determine the position of the georadar measuring head on this path. Knowing the location of the georadar head's orbit relative to the land vehicle and the position of the georadar gauge on that orbit, as well as the absolute position of the land vehicle, will easily determine the absolute position of the georadar gauge. The position determined in this way is associated with the measuring point which is recorded at the respective position. Both data are stored together.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Georadarmesskopf an der Stirnseite des Landfahrzeugs angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders schmale Bauform des Landfahrzeugs.In a preferred embodiment, a georadar measuring head is arranged on the front side of the land vehicle. This results in a particularly narrow design of the land vehicle.

Bevorzugt ist der Georadarmesskopf schwenkbar am Landfahrzeug angeordnet. Eine derartige Anordnung ist mit technisch einfachen Mitteln zu realisieren. Zudem ist die Positionsbestimmung des Georadarmesskopfs relativ zum Landfahrzeug technisch einfach durch Vorsehen eines Winkelmessers zu bewerkstelligen, der den Schwenkwinkel misst.Preferably, the Georadarmesskopf is pivotally mounted on the land vehicle. Such an arrangement can be realized with technically simple means. In addition, the positioning of the Georadarmesskopfs relative to the land vehicle technically easy to accomplish by providing a protractor, which measures the tilt angle.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der Georadarmesskopf gradlinig bewegbar angeordnet. Das wird beispielsweise durch einen Gewindespindel-Mutter-Antrieb realisiert. In einer alternativen Bauform wird der Georadarmesskopf in einer gradlinigen Schiene geführt; an den Enden der gradlinigen Schiene befindet sich jeweils eine Vorrichtung zum Aufbringen eines elastischen Stoßes auf den Georadarmesskopf, aufgrund dessen sich die Bewegungsrichtung des Georadarmesskopfs umkehrt, vergleichbar der Bewegung eines Schiffchens in einer Webmaschine. In einer weiteren Alternative wird ein Linearmotor eingesetzt. Dieser bietet den Vorteil einer hohen Beschleunigung bei gleichzeitiger genauer Positionskontrolle.In an alternative preferred embodiment, the Georadarmesskopf is arranged in a straight line movable. This is realized for example by a threaded spindle nut drive. In an alternative design, the Georadarmesskopf is guided in a straight line rail; at each end of the straight rail, there is a device for applying an elastic shock to the georadical measuring head, which causes the direction of movement of the georadical measuring head to be reversed, comparable to the movement of a shuttle in a weaving machine. In a further alternative, a linear motor is used. This offers the advantage of a high acceleration while maintaining accurate position control.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Georadarmesskopf relativ zum Landfahrzeug auf einer Kreisbahn, auf einer Kreisabschnittsbahn oder einer Bahn bewegbar, die einer mit ihren Schlaufen senkrecht zur Fahrtrichtung liegenden Acht entspricht. Vorteilhaft an einer Kreisbahn ist, dass der Georadarmesskopf mit einer zeitlich konstanten Beschleunigung beaufschlagt ist.In a further alternative embodiment, the georadar measuring head is movable relative to the land vehicle on a circular path, on a circular section path or a path which corresponds to an eight with their loops perpendicular to the direction of travel. An advantage of a circular path is that the Georadarmesskopf is subjected to a temporally constant acceleration.

Vorzugsweise ist der Georadarmesskopf so angeordnet, dass beim Bewegen des Georadarmesskopfs die Lage der Polarisationsebene des elektrischen Felds der Georadarwellen relativ zur Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs und/oder relativ zum Horizont konstant bleibt. Metallische Gegenstände reflektieren die Radarwellen annähernd vollständig und führen zu einem besonders starken Messsignal. Dieses Messsignal kann unter Umständen das eigentlich zu messende Signal verfälschen. Die Stärke dieses Messsignals hängt davon ab, unter welchem Winkel der Feldvektor des elektrischen Felds auf eine Oberfläche des sprechenden metallischen Gegenstands fällt. Beim Bau von Verkehrswegen, insbesondere im Gleisbau, weisen die verwendeten metallischen Komponenten in der Regel Kanten auf, die entweder senkrecht oder aber parallel zum Verlauf des Verkehrswegs bzw. der Schienen verlaufen. Wird nun die Polarisationsebene des elektrischen Feldes der Georadarwellen relativ zur Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs konstant gehalten, so ergeben sich für gleiche metallische Bauteile stets die gleichen Reflexionsmuster. Hierdurch wird die Auswertung der Messdaten erleichtert.Preferably, the georadar measuring head is arranged so that when moving the Georadarmesskopfs the position of the plane of polarization of the electric field of georadar waves relative to the direction of movement of the land vehicle and / or relative to the horizon remains constant. Metallic objects reflect the radar waves almost completely and lead to a particularly strong measurement signal. Under certain circumstances, this measuring signal can falsify the actual signal to be measured. The strength of this measurement signal depends on the angle at which the field vector of the electric field falls on a surface of the speaking metallic object. In the construction of traffic routes, especially in track construction, the metallic components used usually have edges that run either perpendicular or parallel to the course of the traffic route or the rails. If now the polarization plane of the electric field of the georadar waves is kept constant relative to the direction of movement of the land vehicle, the same reflection patterns always result for identical metallic components. This facilitates the evaluation of the measured data.

Sofem es sich beim Verkehrsweg um einen Schienenweg handelt,ist es günstig, die Lage des Feldvektors des elektrischen Felds so zu wählen, dass dieser unter einem Winkel auf die Schienen bzw. die Schwellen auftrifft, der um mehr als 5° von der Senkrechten auf die Schienen bzw. Schwellen abweicht.If the traffic route is a railway, it is favorable to choose the position of the field vector of the electric field so that it impinges on the rails or sleepers at an angle which is more than 5 ° from the vertical to the ground Rails or sleepers deviates.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Landfahrzeug ein Schienenfahrzeug zum Vermessen des Oberbaus von Schienenwegen, das für eine Bewegung entlang eines Schienenwegs ausgebildet ist. Aufgrund der hohen Flächenpressungen, die vom Oberbau von Schienenwegen aufgenommen werden müssen, werden Schienenwege besonders überwacht. Entsprechend ist die Vermessung von Schienenwegen mittels Georadar besonders wichtig.In a preferred embodiment, the land vehicle is a rail vehicle for surveying the superstructure of railways designed to move along a railroad track. Due to the high surface pressures that must be absorbed by the track of railways, railways are specially monitored. Accordingly, the measurement of railways by means of georadar is particularly important.

Bevorzugterweise weist ein derartiges Schienenfahrzeug mindestens ein Aufnahmeelement für die Georadarmessköpfe bzw. den Georadarmesskopf, mindestens einen Sensor zum Erkennen von Körpern in der Umgebung der Aufnahme und Mittel zum Nachführen der mindestens einen Aufnahmeelement auf, so dass weder Aufnahmeelement noch Georadarmesskopf das Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs verlassen. Das Lichtraumprofil ist die größte zulässige Ausdehnung eines Schienenfahrzeugs in Höhe und Breite, mit der es sich sicher innerhalb des Regellichtraums bewegen kann. Durch die Mittel zum Nachführen der mindestens einen Halterung wird sichergestellt, das weder Halterung, noch Georadarmesskopf mit Körpern außerhalb des Regellichtraumprofils kollidieren.Preferably, such a rail vehicle has at least one receiving element for the Georadarmessköpfe or the Georadarmesskopf, at least one sensor for detecting bodies in the vicinity of the receptacle and means for tracking the at least one receiving element, so that neither receiving element nor Georadarmesskopf leave the gauge of the rail vehicle. The clearance gauge is the maximum permissible extent of a rail vehicle in height and width, with which it can safely move within the control clearance. The means for tracking the at least one holder ensures that neither holder, nor Georadarmesskopf collide with bodies outside the control clearance profile.

Bevorzugterweise ist das Landfahrzeug eine Planumsverbesserungsmaschine zum Sanieren und/oder Erneuern von Schotterschicht und/oder Planumsschutzschicht. Eine derartige Planumsverbesserungsmaschine ist ein Bauzug zum Austauschen bzw. Sanieren des Oberbaus eines Schienenwegs in einem kontinuierlichen Verfahren. Ein in Fahrtrichtung vom befindliches Ende der Planumsverbesserungsmaschine läuft dabei auf Schienen, die noch im alten Oberbau gebettet sind, wohingegen das in Fahrtrichtung hinten liegende, zweite Ende bereits auf Schienen läuft, die im neuen, sanierten Oberbau gebettet sind.Preferably, the land vehicle is a tarmac improvement machine for renovating and / or renewing the ballast layer and / or the protective course layer. Such a leveling machine is a train for replacing the track of a rail track in a continuous process. A in the direction of travel from the befindliches end of the tarmac improvement machine runs on rails that are still embedded in the old superstructure, whereas the rear lying in the direction of travel, second end already running on rails, which are embedded in the new, renovated superstructure.

Zwischen beiden Enden der Planumsverbesserungsmaschine befinden sich Vorrichtungen zum Sanieren des Oberbaus, Zunächst ist eine Schotteraushubkettenanlage vorgesehen, mit deren Hilfe der Schotter einer Schotterschicht unter den Schwellen abgezogen wird. Damit die Schienen aufgrund der nunmehr fehlenden Unterstützung nicht durchhängen, werden sie durch eine spezielle Haltevorrichtung gehalten. In Fahrtrichtung der Planumsverbesserungsmaschine hinter der Schotteraushubkettenanlage befindet sich eine Planumsaushubanlage die mittels einer Planumsaushubkette die Pianumsschutzschicht abzieht. Die abgezogene Planumsschutzschicht wird, wie auch der Schotter, entweder recycelt oder entsorgt. In Fahrtrichtung hinter den beiden oben genannten Aggregaten befindet sich ein Erdplanumsverdichter, der den anstehenden Erdkörper verdichtet. In Fahrtrichtung hinter dem Erdplanumsverdichter befindet sich eine Planumsschutzschicht-Einbringvorrichtung, mit deren Hilfe eine neue Planumsschutzschicht eingebracht wird.There are devices for rehabilitating the superstructure between both ends of the tarmac improvement machine. First, a gravel excavator chain system is provided, with the aid of which the gravel of a ballast layer under the sleepers is withdrawn. So that the rails do not sag due to the now lack of support, they are held by a special holding device. In the direction of travel of the tarmac improvement machine behind the ballast excavation chain plant there is a tarmac excavation plant which uses a tarpaulin excavation chain to remove the protective layer of the tarpaulin. The stripped protection layer is, like the gravel, either recycled or disposed of. In the direction of travel behind the two above-mentioned units is a Erdplanumsverdichter that compacts the upcoming earth body. In the direction of travel behind the Erdplanumsverdichter there is a runway protective layer-introduction device, with the help of a new course protective layer is introduced.

In einer bevorzugen Ausführungsform weist das Schienenfahrzeug Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts der Schotterschicht aus den Georadarmessdaten auf. Der Verschmutzungshorizont des Schotterbetts eines Schienenwegs ist die Grenze zwischen verschmutztem und nicht verschmutztem Schotter. Der Schotter wird dabei durch Feinkornmaterial verschmutzt, das aus der unter der Schotterschicht liegenden Schicht, beispielsweise der Planumsschutzschicht, in die Schotterschicht aufsteigt. Liegt der Verschmutzungshorizont zu hoch, ist eine sichere Ableitung der Kräfte die auf die Schienen wirken, nicht mehr gewährleistet. Aus diesem Grund stellt der Verschmutzungshorizont einen wichtigen Parameter bei der Vermessung von Schienenwegen dar. Der Verschmutzungshorizont wird von den Mitteln zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts aus den Georadarmessdaten durch Mustererkennung ermittelt. Eine derartige Mustererkennung beruht beispielsweise auf einer Schwellenwertenalyse oder wird mittels neuronaler Netze durchgeführt.In a preferred embodiment, the rail vehicle has means for determining the fouling horizon of the ballast layer from the georadar measurement data. The contamination horizon of the ballast bed of a railway track is the boundary between polluted and non-polluted ballast. The ballast is thereby contaminated by fine-grained material, which rises from the lying below the ballast layer, such as the layer protection layer in the ballast layer. If the contamination horizon is too high, a safe dissipation of the forces acting on the rails, no longer guaranteed. For this reason, the fouling horizon is an important parameter in the measurement of railroad tracks. The fouling horizon is determined by the means for determining the fouling horizon from the georadical measurement data by pattern recognition. Such pattern recognition is based, for example, on a threshold analysis or is carried out by means of neural networks.

Die Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts sind dabei so ausgebildet, dass sie beispielsweise die Amplituden der reflektierten Georadarwellen auswerten. An Grenzflächen ist die Reflexion von Georadarwellen besonders stark, es ergibt sich somit eine hohe Amplitude, d.h. eine hohe gemessene Feldstärke der reflektierten Georadarwelle. Dazu ist im Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts ein in Vorversuchen ermittelter Wert für eine Amplitude abgelegt, ab der vom Vorliegen einer Grenzflächen ausgegangen wird. Überschreitet die Amplitude der reflektierten Georadarwellen diesen Schwellenwert, so wird davon ausgegangen, dass eine Reflexion an einer Grenzfläche stattgefunden hat. Aufgrund der Laufzeit der reflektierten Georadarwelle berechnet das Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts, in welcher Tiefe sich die Grenzfläche befindet. Durch Georadarmessungen an mehreren Stellen wird eine Abbildung, beispielsweise in Form einer flächigen Darstellung dieser Grenzfläche im Oberbau erhalten und gegebenenfalls ausgegeben. Als Verschmutzungshorizont wird dabei beispielsweise die höchstliegende Grenzfläche innerhalb des Schotterbetts gewählt. Unterhalb dieses Verschmutzungshorizonts liegt die Konzentration an Verunreinigungen oberhalb eines vorgewählten Werts. Optional ist das das Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts so ausgebildet, dass ein elektrisches Signal abgegeben wird, sobald der Verschmutzungshorizont eine voreingestellte Tiefe überschreitetThe means for determining the contamination horizon are designed so that they evaluate, for example, the amplitudes of the reflected georadar waves. At interfaces, the reflection of georadar waves is particularly strong, thus resulting in a high amplitude, ie a high measured field strength of the reflected georadar wave. For this purpose, in the mean for determining the contamination horizon, a value determined in preliminary experiments is stored for an amplitude from which the presence of an interface is assumed. If the amplitude of the reflected georadar waves exceeds this threshold, it is assumed that reflection has occurred at an interface. Due to the duration of the reflected georadar wave, the means for determining the fouling horizon calculates the depth at which the interface is located. By Georadarmessungen in several places is an illustration, for example in the form of a surface representation of this interface in the superstructure received and possibly issued. As a pollution horizon, for example, the highest lying interface within the ballast bed is selected. Below this fouling horizon, the concentration of impurities is above a preselected value. Optionally, the means for determining the fouling horizon is designed so that an electrical signal is emitted as soon as the fouling horizon exceeds a preset depth

Alternativ wird im Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts ein neuronales Netz eingesetzt. Dem neuronalen Netz werden die Amplituden der reflektierten Georadarmesswerte einer Vielzahl von Georadarmessungen eingespeist. Das neuronale Netz ist trainiert. Ein trainiertes neuronales Netz wird hergestellt, indem eine in der Analyse von durch Georadarmessung erfahrene Person aus Georadarmessdaten den Verschmutzungshorizont ermittelt und dieses Ergebnis mit den Berechnungsergebnissen des neuronalen Netzes abgleicht. Dieses Training des neuronalen Netzes erfolgt beispielsweise nach dem Backpropagation-Algorithmus.Alternatively, a neural network is used in the means for determining the contamination horizon. The neural network is fed the amplitudes of the reflected georadar readings of a variety of georadar measurements. The neural network is trained. A trained neural network is created by a Georadar gauged person analyzing the pollution horizon and comparing this result with the neural network calculation results. This training of the neural network is done, for example, according to the backpropagation algorithm.

Der Einsatz der Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts ist nicht auf Schienenfahrzeuge beschränkt. Wenn es sich beim Landfahrzeug beispielsweise um ein Fahrzeug zur Inspektion von Straßen handelt, so weist ein derartiges Landfahrzeug bevorzugt ebenfalls Mittel auf, die wie die oben beschriebenen Mittel zum Ermitteln des Verschmutzungshorizonts ausgebildet sind und Schichtgrenzen im Oberbau der Straße detektieren.The use of the means for determining the pollution horizon is not limited to rail vehicles. For example, when the land vehicle is a road inspection vehicle, such a land vehicle preferably also includes means, such as the above-described pollution horizon determining means, which detect layer boundaries in the roadway superstructure.

Bevorzugt ist ein Landfahrzeug, bei dem der Georadarmesskopf ausgebildet ist zum:

Senden von aufeinander folgenden Georadarwellenimpulsen,
Empfangen von reflektierten Georadarwellenimpulsen und
Messen der Feldstärke der reftektierten Georadarwellenimpulsen zu unter-schiedlichen, vorzugsweise zeitlich äquidistant zueinander liegenden, Zeitpunkten nach Senden des jeweiligen Georadarwellenimpulses

A land vehicle in which the georadar measuring head is designed to:

Sending successive georadar wave pulses,
Receiving reflected georadar wave pulses and
Measuring the field strength of the reflected Georadarwellenimpulsen at different, preferably temporally equidistant from each other, times after sending the respective Georadarwellenimpulses

Zum Senden von aufeinander folgenden Georadarwellenimpulsen wird beispielsweise ein Radarsender verwendet, der von einer Steuereinheit angesteuert wird. Die Steuereinheit umfasst beispielsweise einen one-shot-Generator. Zum Empfangen von reflektierten Georadarwellenimpulsen wird eine Antenne eingesetzt, die vorzugsweise Bestandteil des Georadarmesskopfs ist, und die mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Zum Messen der Feldstärke der reflektierten Georadarwellenimpulsen zu unterschiedlichen, vorzugsweise zeitlich äquidistant zueinander liegenden Zeitpunkten nach Senden des jeweiligen Georadarwellenimpulses ist diese Auswerteeinheit mit der Steuereinheit zum Ansteuern des Radarsenders verbunden. Die Auswerteeinheit umfasst dabei eine Verzögerungsschaltung, die nach Eintreffen eines Signals von der Steuereinheit zum Ansteuern des Radarsenders, dass ein Georadarwellenimpuls abgegeben wurde, eine vorgegebene Zeit wartet und anschließend die Feldstärke der reflektierten Georadarwellenimpulse misst.For transmitting successive georadar wave pulses, for example, a radar transmitter is used, which is controlled by a control unit. The control unit comprises, for example, a one-shot generator. For receiving reflected Georadarwellenimpulsen an antenna is used, which is preferably part of the Georadarmesskopfs, and which is connected to an evaluation unit. For measuring the field strength of the reflected Georadarwellenimpulsen at different, preferably temporally equidistant to each other points in time after sending the respective Georadarwellenimpulses this evaluation is connected to the control unit for driving the radar transmitter. The evaluation unit in this case comprises a delay circuit, which waits a predetermined time after the arrival of a signal from the control unit for driving the radar transmitter that a Georadarwellenimpuls was delivered, and then measures the field strength of the reflected Georadarwellenimpulse.

Besonders bevorzugt ist ein Landfahrzeug, bei dem der Georadarmesskopf ausgebildet ist, um Georadarwellenimpulse zu senden, die eine Pulsdauer von unter 20 ns, insbesondere unter 3 ns haben. Hierzu wird beispielsweise eine one-shot-Schaltung eingesetzt, siehe dazu unten.Particularly preferred is a land vehicle in which the georadar measuring head is adapted to transmit georadar wave pulses having a pulse duration of less than 20 ns, in particular less than 3 ns. For this example, a one-shot circuit is used, see below.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den zusätzlichen Schritten:

Ermitteln von Positionsdaten des Georadarmesskopfs und
Aufzeichnen der Georadarmessdaten zusammen mit den assoziierten Positionsdaten der Georadarmessung.

Preferred is a process according to the invention with the additional steps:

Determine position data of the georadar head and
Recording the georadar measurement data along with the associated georadar measurement location data.

Vorzugsweise wird der Georadarmesskopf so bewegt, dass die erhaltenen Georadarmessdaten eine Ortsauflösung von unter 100 cm, insbesondere unter 50 cm, insbesondere unter 30 cm aufweisen. Die genannten Ortsauflösungen stellen einen Kompromiss zwischen einer möglicht hohen Ortsauflösung und einer möglichst geringen Datenrate dar. Wird das Verfahren zur Vermessung von Straßen eingesetzt, so wird bevorzugt eine Auflösung von 20 cm in Querrichtung der zu untersuchenden Straße gewählt. Bei einer Breiten der Straße von 2,20 m ergeben sich so 11 bis 12 Längstiefenprofile der Straße. Für eine besonders hochauflösende Vermessung einer Straße werden die Messpunkte in Längsrichtung mit einem Abstand von deutlich unter 1 Meter gewählt.Preferably, the Georadarmesskopf is moved so that the Georadarmessdaten obtained have a spatial resolution of less than 100 cm, in particular less than 50 cm, in particular less than 30 cm. The above-mentioned spatial resolutions represent a compromise between an extremely high spatial resolution and a data rate that is as low as possible. If the method is used for surveying roads, a resolution of 20 cm in the transverse direction of the road to be examined is preferably selected. With a road width of 2.20 m, this results in 11 to 12 long-distance profiles of the road. For a special high-resolution surveying of a road, the measuring points are selected in the longitudinal direction with a distance of well below 1 meter.

Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Aufnehmen von Georadarmessdaten die folgenden Schritte umfasst:

Senden von aufeinander folgenden Georadarwellenimpulsen,
Empfangen von reflektierten Georadarwellenimpulsen und
Messen der Feldstärke der reflektierten Georadarwellenimpulse zu unterschiedlichen, vorzugsweise zeitlich äquidistant zueinander liegenden, Zeitpunkten nach Senden des jeweiligen Georadarwellenimpulses.

Preferred is a method in which the acquisition of geo-radar data comprises the following steps:

Sending successive georadar wave pulses,
Receiving reflected georadar wave pulses and
Measuring the field strength of the reflected Georadarwellenimpulse at different, preferably temporally equidistant to each other, times after sending the respective Georadarwellenimpulses.

Die aufeinander folgenden Georadarwellenimpulse werden dabei vorzugsweise in einem festen zeitlichen Abstand voneinander abgestrahlt. Die Frequenz, mit der die Georadarwellenimpulse abgestrahlt werden ist die Impulsfolgefrequenz. Kurze Georadarwellenimpulse werden erzeugt, indem kurze elektrische Impulse, die beispielsweise durch eine one-shot-Schaltung erzeugt werden, auf einen Radarsender gegeben werden. Je kürzer die Georadarwellenimpulse sind, desto höher ist die Ortsauflösung in der Tiefe.The successive Georadarwellenimpulse are preferably radiated from each other at a fixed time interval. The frequency at which the georadar wave pulses are emitted is the pulse repetition frequency. Short georadar wave pulses are generated by placing short electrical pulses generated, for example, by a one-shot circuit on a radar transmitter. The shorter the georadar wave pulses, the higher the spatial resolution in depth.

Die reflektierten Georadarwellenimpulsen werden durch eine Antenne empfangen, die vorzugsweise Teil des Georadarmesskopfs ist. An diese Antenne ist eine elektronische Auswerteschaltung angeschlossen. Diese Auswerteschaltung-ermittelt die Feldstärke der reflektierten Georadarwellenimpulse zu unterschiedlichen, vorzugsweise zeitlich äquidistant zueinander liegenden, Zeitpunkten nach Senden des jeweiligen Georadarwellenimpulses. Hierzu wird von der Auswerteschaltung der zeitliche Abstand von dem vorangegangenen kurzen elektrischen Impuls ermittelt. Dazu empfängt die Auswerteschaltung vorzugsweise ein elektrisches Signal der one-shot-Steuerung. Nach Ablauf einer festgelegten Zeit wird dann die Feldstärke des reflektierten Georadarwellenimpulses gemessen. Zeitlich äquidistant zueinander liegende Zeitpunkte werden dadurch erhalten, dass die Auswerteschaltung zu Zeitpunkten nach Erzeugung der kurzen elektrischen Impulse die Feldstärke misst, deren zeitlicher Abstand voneinander konstant ist. Wenn die reflektierten Georadarwellenimpulse alle gleich sind, beispielsweise, weil sich Georadarmesskopf zwischen zwei dem Senden von zwei aufeinander folgenden Georadarwellenimpulsen nicht bewegt hat, so wird durch das beschriebene Vorgehen ein wenig aufwendiges Abtasten (Sampling) der reflektierten Georadarwellenimpulse erreicht.The reflected georadar wave pulses are received by an antenna, which is preferably part of the georadar probe. An electronic evaluation circuit is connected to this antenna. This evaluation circuit-determines the field strength of the reflected Georadarwellenimpulse at different, preferably temporally equidistant to each other, times after transmission of the respective Georadarwellenimpulses. For this purpose, the time interval of the preceding short electrical pulse is determined by the evaluation circuit. For this purpose, the evaluation circuit preferably receives an electrical signal of the one-shot control. After a predetermined time, the field strength of the reflected Georadarwellenimpulses is then measured. Times equidistant from each other are obtained by the fact that the evaluation circuit measures the field strength at times after generation of the short electrical pulses whose time interval is constant from one another. If the reflected georadar wave pulses are all the same, for example, because georadar head has not moved between two transmitting georadar wave pulses in succession, the procedure described achieves a little expensive sampling of the reflected georadar wave pulses.

Vorzugsweise haben die Georadarwellenimpulse eine Pulsdauer von unter 20 ns, insbesondere unter 3 ns. Entsprechend haben auch die kurzen elektrischen Impulse, die auf den Radarsender gegeben werden, eine Pulsdauer von unter 20 ns, insbesondere unter 3 ns.The georadar wave pulses preferably have a pulse duration of less than 20 ns, in particular less than 3 ns. Correspondingly, the short electrical impulses which are applied to the radar transmitter also have a pulse duration of less than 20 ns, in particular less than 3 ns.

Vorzugsweise wird ein gepulstes Georadar mit einer Impulsfolgefrequenz von 100 kHz bis 400 kHz eingesetzt, das heißt, dass die Georadarwellenimpulse mit einer Impulsfolgefrequenz von 100 kHz bis 400 kHz gesendet werden.Preferably, a pulsed georadar is used with a pulse repetition frequency of 100 kHz to 400 kHz, that is, that the Georadarwellenimpulse be sent with a pulse repetition frequency of 100 kHz to 400 kHz.

Bevorzugt ist ein Verfahren, das zum Vermessen eines Schienenwegs eingesetzt wird, dessen Oberbau eine Schotterschicht aufweist, bei dem aus den durch Vermessen des Gleisbetts mittels Georadar erhaltenen Daten der Gleisbettquerschnitt und aus diesen Gleisbettquerschnitt durch Integration das Volumen von Schotterschicht und gegebenenfalls der Planumsschutzschicht berechnet wird.Preference is given to a method which is used to measure a rail track whose superstructure has a ballast layer in which the track bed cross-section is calculated from the data obtained by measuring the track bed by georadar and the volume of gravel layer and, if appropriate, of the cover protection layer is calculated from this track bed cross section by integration.

Bevorzugt ist zudem ein Landfahrzeug mit Mitteln zum Durchführen eines der oben genannten Verfahren.In addition, a land vehicle with means for carrying out one of the above-mentioned methods is preferred.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Figur 1: ein Straßenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematisierten Draufsicht,
Figur 2: ein Schienenfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematisierten Draufsicht,
Figur 3: ein Landfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematisierten Draufsicht,
Figur 4: eine schematisierte Darstellung der zur Erzeugung von Georadarwellenimpulsen verwendeten elektrischen Impulse und der vom Georadarmesskopf aufgenommenen reflektierten Georadarwellenimpulse bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 5: den schematisierten Pfad, den ein Georadarmesskopf bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung relativ zum Verkehrsweg zurücklegt, mit Messpunkten.

In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. It shows

FIG. 1: a road vehicle according to an embodiment of the invention in a schematic plan view,
FIG. 2: a rail vehicle according to a further embodiment of the invention in a schematic plan view,
FIG. 3: a land vehicle according to a further embodiment of the invention in a schematic plan view,
FIG. 4: a schematic representation of the electric pulses used to generate Georadarwellenimpulsen and recorded by the Georadarmesskopf reflected Georadarwellenimpulse when performing a method according to an embodiment of the invention and
FIG. 5: the schematic path, the georadar head covers when performing a method according to an embodiment of the invention relative to the traffic route, with measuring points.

Figur 1 zeigt ein Straßenfahrzeug 10 zum Vermessen des Oberbaus einer Straße 12. Die Straße 12 weist auf der in Figur 1 rechten Seite Eine rechte Fahrbahnmarkierung 14 und auf der linken Seite ein linke Fahrbahnmarkierung 16 auf. Das Straßenfahrzeug 10 umfasst vier, hier nicht eingezeichnete Räder, die von einem ebenfalls nicht eingezeichneten Motor angetrieben werden. Zwei der Räder sind lenkbar, so dass das Landfahrzeug 11 auch auf kurvigen Straßen bewegt werden kann. In Fahrtrichtung des Straßenfahrzeugs 10 vorne weist das Straßenfahrzeug 10 eine Stimseite 18 auf. An der Stirnseite 18 ist in Verlängerung der Längsachse des Straßenfahrzeugs 10 ein Aufnahmeelement 20 angeordnet, das von einem Motor 22 in eine Schwenkbewegung versetzt werden kann. Alternativ ist das Aufnahmeelement 20 am Heck des Straßenfahrzeugs 10 angeordnet.FIG. 1 shows a road vehicle 10 for measuring the superstructure of a road 12. The road 12 has a right road mark 14 on the right side in FIG. 1 and a left road mark 16 on the left side. The road vehicle 10 includes four, not shown here wheels, which are driven by a likewise not shown motor. Two of the wheels are steerable so that the land vehicle 11 can also be moved on winding roads. In the direction of travel of the road vehicle 10 in front, the road vehicle 10 has an end page 18. On the front side 18, a receiving element 20 is arranged in extension of the longitudinal axis of the road vehicle 10, which can be offset by a motor 22 in a pivoting movement. Alternatively, the receiving element 20 is arranged at the rear of the road vehicle 10.

Ein am freien Ende des Aufnahmeelements 20 angeordneter Georadarmesskopf 24 beschreibt dabei eine Bahn, die in Figur 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Das Aufnahmeelement 20 ist dabei so an der Stirnseite 18 befestigt, dass der Georadarmeskopf 24 in der Lage ist, die volle Breite einer Fahrspur zwischen der rechten Fahrbahnmarkierung 14 und der linken Fahrbahnmarkierung 16 zu überstreichen. Der Schwenkwinkel, um den das Aufnahmeelement 20 gegenüber der Stimseite 18 verschwenkt ist, wird von einem Positionssensor 26 gemessen.A Georadarmesskopf 24 arranged at the free end of the receiving element 20 describes a web, which is shown in dashed lines in Figure 1. The receiving element 20 is attached to the front side 18 so that the Georadarmeskopf 24 is able to cover the full width of a lane between the right lane marking 14 and the left lane marking 16. The pivot angle, by which the receiving element 20 is pivoted relative to the end face 18, is measured by a position sensor 26.

Die vom Georadarmesskopf 24 aufgenommenen Georadarmessdaten werden über ein Kabel 28 an eine zentrale Steuerung 30 geleitet, die diese verarbeitet und in einem Speicher 32 ablegt. Die zentrale Steuerung 30 gibt zudem einen Triggerimpuls an den Georadarmesskopf 24 ab, wenn der Positionssensor 26 einen Wert für den Schwenkwinkel misst, der in einem voreingestellten Intervall liegt. Aufgrund dieses Triggerimpulses nimmt der Georadarmesskopf 24 einen Messpunkt auf.The georadar measuring data taken by the georadar measuring head 24 are passed via a cable 28 to a central controller 30 which processes them and stores in a memory 32. The central controller 30 also outputs a trigger pulse to the georadizer head 24 when the position sensor 26 measures a value for the swivel angle that is within a preset interval. Due to this trigger pulse, the georadar measuring head 24 picks up a measuring point.

Der Georadarmesskopf 24 umfasst eine Steuereinheit, die in regelmäßigen Zeitabständen oder nach Empfang eines Triggerimpulses von der zentralen Steuerung 30 einen Radarsender ansteuert. Hierdurch gibt der Radarsender, der ebenfalls Teil des Georadarmesskopfs 24 ist, eine Georadarwelle ab, wie unten bei der Beschreibung von Figur 4 näher erläutert ist.The georadar measuring head 24 includes a control unit which controls a radar transmitter at regular intervals or upon receipt of a trigger pulse from the central controller 30. As a result, the radar transmitter, which is also part of the georadar measuring head 24, emits a georadar wave, as explained in greater detail below in the description of FIG.

Zur Erfassung der absoluten Position des Straßenfahrzeugs 10 ist an diesem ein GPS-Empfänger 29 angeordnet. Immer dann, wenn der Georadarmesskopf 24 einen Messpunkt aufnimmt, wird die absolute Position des Landfahrzeugs 10 durch den GPS-Empfänger bestimmt. Die so erhaltene Position wird an die zentrale Steuerung 30 übermittelt. Alternativ zu einer Positionsbestimmung mittels GPS-Empfängers werden die Messdaten des fahrzeugeigenen Tachometers zur Positionsbestimmung eingesetzt.To detect the absolute position of the road vehicle 10, a GPS receiver 29 is arranged on this. Whenever the georadar measuring head 24 picks up a measuring point, the absolute position of the land vehicle 10 is determined by the GPS receiver. The position thus obtained is transmitted to the central controller 30. As an alternative to determining the position using a GPS receiver, the measurement data from the vehicle's own tachometer are used to determine the position.

Die zentrale Steuerung 30 erfasst die gemessenen Georadarmessdaten und die vom GPS-Empfänger aufgenommenen Positionsdaten, sowie den vom Positionssensor 26 gemessenen Schwenkwinkel und errechnet aus den beiden Letzteren zunächst die absolute Position des Georadarmesskopfs. Aus den Georadarmessdaten und den mit diesen assoziierten, absoluten Positionsdaten erstellt die zentrale Steuerung 30 einen dreidimensionalen Graphen des Oberbaus des Verkehrswegs.The central controller 30 detects the measured georadar measurement data and the position data taken by the GPS receiver, as well as the swivel angle measured by the position sensor 26 and first calculates the absolute position of the georadar measuring head from the latter two. From the georadar measurement data and the absolute position data associated therewith, the central controller 30 prepares a three-dimensional graph of the pavement of the traffic route.

Dieser dreidimensionale Graph wird durch ein Mustererkennungsverfahren auf mögliche Schädigungen des Oberbaus hinuntersucht. Derartige Mustererkennungsverfahren sind beispielsweise eine Schweilwertanalyse oder die Analyse mittels neuronale Netze. Wird eine Schädigung des Oberbaus von der zentralen Steuerung 30 erkannt, so gibt diese über einen Lautsprecher 34 eine akustische Meldung aus. Alternativ zur Ausgabe eines Tonsignals wird ein Lichtsignal abgeben. Ebenfalls alternativ ist vorgesehen, dass die zentrale Steuerung 30 eine elektrische Meldung an ein weiteres Aggregat abgibt oder einen Drucker zum Ausdruck einer entsprechenden Meldung ansteuert.This three-dimensional graph is examined by a pattern recognition method for possible damage to the superstructure. Such pattern recognition methods are, for example, a fidelity analysis or the analysis by means of neural networks. If damage to the superstructure is detected by the central control 30, it emits an acoustic signal via a loudspeaker 34 Message off. Alternatively to the output of a sound signal will emit a light signal. Also alternatively, it is provided that the central controller 30 emits an electrical message to another unit or controls a printer to print a corresponding message.

Nach Ende einer Messfahrt mit dem Landfahrzeug werden die im Speicher 32 gespeicherten Daten über eine nicht eingezeichnete Schnittstelle auf einen externen Rechner zu weiteren Bearbeitung übertragen.After the end of a test drive with the land vehicle, the data stored in the memory 32 is transmitted via a non-drawn interface to an external computer for further processing.

Figur 2 zeigt ein Schienenfahrzeug 36, das auf zwei Schienen 38, 40 läuft, die durch Schwellen 42 verbunden sind. Das Schienenfahrzeug 36 weist entsprechende Bauteile wie das Straßenfahrzeug 10 auf. Um eine Wiederholung zu vermeiden wird daher hierauf nicht weiter eingegangen.FIG. 2 shows a rail vehicle 36 running on two rails 38, 40 connected by sleepers 42. The rail vehicle 36 has corresponding components such as the road vehicle 10. In order to avoid a repetition is therefore not discussed further.

Auf der Bahnseite des Schienenfahrzeugs 36, in Figur 2 also auf der linken Seite, ist ein Fächerlasersensor 43 angebracht. Dieser Fächerlasersensor scannt den Arbeitsbereich des Georadarmesskopfs 24 nach Hindernissen ab. Sobald ein Hindernis erkannt wird, wird ein Signal an die zentrale Steuerung 30 gesendet, woraufhin diese das Aufnahmeelement 20 so verschwenkt, dass es zu keiner Kollision des Georadarmesskopfs 24 mit dem erkannten Hindernis kommt. Alternativ wird die Schenkbewegung des Aufnahmeelements 20 durch die zentrale Steuerung 30 gestoppt.On the web side of the rail vehicle 36, in Figure 2 so on the left side, a fan laser sensor 43 is mounted. This fan laser sensor scans the working area of the georadar measuring head 24 for obstacles. Once an obstacle is detected, a signal is sent to the central controller 30, whereupon it pivots the receiving element 20 so that there is no collision of the Georadarmesskopfs 24 with the detected obstacle. Alternatively, the pushing movement of the receiving element 20 is stopped by the central controller 30.

Aus den Georadarmessdaten wird in der zentralen Steuerung 30 des Schienenfahrzeugs ein dreidimensionaler Graph des Oberbaus errechnet. Aus diesem Graphen wird durch die oben beschriebenen Musterkennungsverfahren auch der Verschmutzungshorizont bestimmt. Der Verschmutzungshorizont ist das Tiefenniveau, unterhalb dessen das Schotterbett des Oberbaus beispielsweise durch Feinkornmaterial so verschmutzt ist, dass der Anteil an verschmutzendem Material einen voreingestellten Wert übersteigt, und oberhalb dessen der Feinkornanteil so verschmutzt ist, dass Anteil an verschmutzendem Material den voreingestellten Wert unterschreitet. Der Verschmutzungshorizont ist ein wichtiger Parameter bel der Beurteilung des Oberbaus von Schienenwegen.From the geo-radar data, a three-dimensional graph of the superstructure is calculated in the central control 30 of the rail vehicle. From this graph, the pollution horizon is also determined by the pattern recognition method described above. The soiling horizon is the depth level below which the ballast bed of the superstructure is so polluted by, for example, fine grain material that the proportion of polluting material exceeds a preset value, and above which the fine grain portion is so polluted that content of polluting material falls below the preset value. The contamination horizon is an important parameter in the assessment of the track superstructure.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Anbringung eines Georadarmesskopfs 24 an einem Landfahrzeug. An der Stirnseite 18 ist über zwei Lager 44, 46 eine Gewindestange 48 durch einen Motor 50 antreibar gelagert. Die Gewindestange 48 durchsetzt eine Mutter 52, an welcher der Georadarmesskopf 24 befestigt ist. Durch Drehen der Gewindestange 48 im bzw. gegen den Uhrzeigersinn wird der Georadarmesskopf 24 nach links bzw. rechts bewegt.FIG. 3 shows an alternative embodiment of attaching a georadar gauge head 24 to a land vehicle. On the front side 18 is a threaded rod 48 via two bearings 44, 46 mounted by a motor 50 drivable. The threaded rod 48 passes through a nut 52, to which the Georadarmesskopf 24 is attached. By rotating the threaded rod 48 clockwise or counterclockwise, the Georadarmesskopf 24 is moved to the left or right.

Die vom Georadarmesskopf 24 aufgenommenen Messdaten vierden über das Kabel 28 an die zentrale Steuerung 30 weitergeleitet, die diese Daten wiederum in den Speicher 32 schreibt. Die zentrale Steuerung 30 steuert den Motor 50 so an, dass der Georadarmesskopf 24 sich entlang der Gewindestange 48 hin und her bewegt. Die Position des Georadarmesskopfs 24 auf der Gewindestange 48 wird dabei von einem nicht eingezeichneten Positionssensor 26 registriert, der diese Position an die zentrale Steuerung 30 weiterleitet.The measurement data recorded by the georadar measuring head 24 are forwarded via the cable 28 to the central controller 30, which in turn writes this data into the memory 32. The central controller 30 controls the motor 50 so that the georadar gauge head 24 reciprocates along the threaded rod 48. The position of the Georadarmesskopfs 24 on the threaded rod 48 is registered by a not shown position sensor 26, which forwards this position to the central controller 30.

In einer alternativen Ausführungsform ist anstelle des Gewindespindel-Mutter-Antriebs ein Lineardirektantrieb vorgesehen. Derartige Lineardirektantriebe zeichnen sich durch eine hohe Beschleunigung bei gleichzeitiger präziser Positionskontrolle aus, so dass diese Bauform besonders geeignet ist, wenn für eine hohe Ortsauflösung der Georadarmesskopf 24 schnell bzw. mit einer hohen Beschleunigung bewegt werden muss.In an alternative embodiment, a linear direct drive is provided instead of the threaded spindle nut drive. Such linear direct drives are characterized by a high acceleration while precise position control, so that this design is particularly suitable when for a high spatial resolution of the Georadarmesskopf 24 must be moved quickly or with a high acceleration.

Durch die lineare Bewegung des Georadarmesskopfs wird gewährleistet, dass die Polarisationsebene des elektrischen Felds der Georadarwellen bei Georadarmessfahrten des Landfahrzeugs relativ zu dessen Bewegungsrichtung nicht ändert. Bei einem Landfahrzeug wie in Figur 1 ist dazu optional eine mechanische Komponente vorgesehen, welche die sich ändernde Neigung des Aufnahmeelements 20 gegen die Stirnseite 18 kompensiert.The georadar head's linear motion ensures that the polarization plane of the georadical wave's electric field does not change in georadar surveys of the land vehicle relative to its direction of travel. In a land vehicle as in FIG. 1, a mechanical component is optionally provided which compensates for the changing inclination of the receiving element 20 against the end face 18.

Figur 4 zeigt im oberen Diagramm schematisch über der Zeit t aufgetragene, kurze elektrische Impulse 41a, 41b, 41c,..., die von der Steuereinheit des Georadarmesskopfs (24) erzeugt und an den Radarsender des Georadarmesskopfs (24) abgegeben werden. Die zeitliche Länge t1 dieser kurzen elektrischen Impulse 41a, 41b, 41c mit einer vorgegebenen Spannung U beträgt ca. 2 ns. Diese Impulse werden durch eine one-shot-Schaltung innerhalb der Steuereinheit erzeugt. Eine derartige one-shot-Schaltung umfasst beispielsweise eine Schottky-Diode.Figure 4 shows in the upper diagram schematically over the time t applied, short electrical pulses 41a, 41b, 41c, ..., generated by the control unit of Georadarmesskopfs (24) and to the radar transmitter of Georadarmesskopfs (24). The time length t1 of these short electrical pulses 41a, 41b, 41c with a predetermined voltage U is approximately 2 ns. These pulses are generated by a one-shot circuit within the control unit. Such a one-shot circuit includes, for example, a Schottky diode.

Die Steuereinheit gibt in regelmäßigen Zeitabständen oder nach Empfang eines Triggerimpulses von der zentralen Steuerung 30 in einem gleichbleibenden zeitlichen Abstand von t2 derartige kurze elektrische Impulse 41 a, 41b, 41 c ab. Der Radarsender erzeugt aufgrund dieser kurzen elektrischen Impulse entsprechende Georadarwellenimpulse und strahlt diese ab. Der zeitliche Abstand t2 liegt bei etwa 2,5 µs bis 10 µs.The control unit emits such short electrical pulses 41 a, 41 b, 41 c at regular time intervals or after receiving a trigger pulse from the central controller 30 at a constant time interval of t 2. The radar transmitter generates corresponding Georadarwellenimpulse and emits these due to these short electrical pulses. The time interval t2 is about 2.5 μs to 10 μs.

So abgestrahlte Georadarwellenimpulse dringen in den Oberbau des Verkehrswegs ein und werden an Grenzflächen reflektiert. Wenn es sich beim Verkehrsweg um einen Schienenweg handelt, findet die Reflexion beispielsweise an der Grenzfläche von Schotterschicht zu Planumsschutzschicht statt. Ein Teil der reflektierten Georadarwellenimpulse gelangt an eine Antenne, die Teil des Georadarmesskopfes (24) ist, und wird dort registriert. In Figur 4 sind schematisch von der Antenne aufgenommene, reflektierte Georadarwellenimpulse 37a, 37b, 37c gezeigt.Radiated Georadarwellenimpulse penetrate into the superstructure of the traffic route and are reflected at interfaces. If the traffic route is a railway, the reflection takes place, for example, at the interface between the ballast layer and the protective layer. A portion of the reflected georadar wave pulses arrive at an antenna that is part of the georadar gauge (24) and are registered there. FIG. 4 schematically shows reflected georadar wave pulses 37a, 37b, 37c picked up by the antenna.

Um eine Digitalisierung der von der Antenne aufgenommenen Messwerte zu erleichtern, werden Stützstellen für die Digitalisierung an aufeinander folgenden reflektierten Georadarwellenimpulsen aufgenommen: So wird der erste Sampling-Punkt t_s1 am Radarwellenzug 37a aufgenommen, der nachfolgende, zweite Sampling-Punkt t_s1 am zweiten Radarwellenzug 37b, und so fort. Insgesamt werden so vorzugsweise 1024 Sampling-Punkte aufgenommen. Die Samplingzeit t_s, also die Zeit, die vergehen würde, wenn an nur einem Radarwellenzug alle Sampiing-Punkte aufgenommen werden würden, liegt je nach Anwendung zwischen 5 ns und 200 ns.In order to facilitate digitization of the measurements taken by the antenna, support points for digitization are recorded on successive reflected georadar wave pulses: Thus, the first sampling point t _{s1 is recorded} at the radar wave train 37a, the subsequent second sampling point t _s1 at the second radar wave train 37b, and so on. All in all, 1024 sampling points are recorded. The sampling time t _s , ie the time that would pass if all sampiing points were recorded on just one radar wave train, lies between 5 ns and 200 ns depending on the application.

Diese Art des Samplings (d.h. der Abtastung der registrierten reflektierten Georadarwellenimpulse) führt zu keinem gravierenden Fehler gegenüber einem Sampling nur eines einzigen reflektierten Radarwellenzugs, da der Weg, den der Georadarmesskopf in der Zeit, in der im Beispiel 1024 Sampling-Punke aufgenommen werden, so klein ist, dass sich die Reflexionseigenschaften des Bodens in guter Näherung nicht geändert haben. Durch die oben beschriebene Art des Samplings wird jedoch erreicht, dass für das Sampling kostengünstigere Bauteile verwendbar sind. Die so durch das Sampling erhaltenen Georadarmessdaten, die einen Georadarmesspunkt darstellen, werden an die zentrale Steuerung 30 übermittelt und dort weiter verarbeitet und/oder im Speicher 32 abgelegt.This type of sampling (ie the sampling of the registered reflected georadar wave pulses) does not result in any serious error compared to sampling only a single reflected radar wave train, since the path taken by the georadical probe in the time taken in the sample pit in Example 1024 is so it is small that the reflection properties of the soil have not changed in a good approximation. The type of sampling described above, however, ensures that less expensive components can be used for the sampling. The Georadarmessdaten thus obtained by sampling, which represent a Georadarmesspunkt be transmitted to the central controller 30 and further processed there and / or stored in memory 32.

Figur 5 zeigt den Pfad, den der Georadarmesskopf 24 bei Einsatz eines Landfahrzeugs nach Figur 3 relativ zum Erdboden zurücklegt. Durch die Überlagerung einer im Wesentlichen gleichförmigen Geradeausbewegung des Landfahrzeugs und einer sinusförmigen Hin- und Herbewegungen des Georadarmesskopfs 24 an der Gewindestange 48 ergibt sich ein sinusförmiger Verlauf einer Georadarmessbahn 54. Ein ähnlicher Verlauf ergibt sich bei den Landfahrzeugen nach den Figuren 1 oder 2 durch eine Schwenkbewegung an einem relativ langem Arm, das heißt um einen kleinen Schwenkwinkel.FIG. 5 shows the path that the georadar measuring head 24 covers when using a land vehicle according to FIG. 3 relative to the ground. The superimposition of a substantially uniform straight-ahead motion of the land vehicle and a sinusoidal back and forth movements of the georadar measuring head 24 on the threaded rod 48 results in a sinusoidal course of a georadum ram 54. A similar course is obtained in the land vehicles of Figures 1 or 2 by a pivoting movement on a relatively long arm, that is, around a small swing angle.

Aus der Überlagerung dieser Schwenkbewegung mit einer Geradeausbewegung des Landfahrzeugs folgt ein quasi sinusförmiger Verlauf der Georadarmesskopf-bahn 54. Durch Anbringen des Aufnahmeelements 20 an einer Stelle der Stirnseite 18, die weit von der Längsachse des Landfahrzeugs entfernt ist oder dadurch, dass die Gewindestange 48 nicht parallel zur Stirnseite verläuft, sondern um einen Winkel in Fahrtrichtung gegen diese geneigt ist, wird erreicht, dass die Georadarmesskopfbahn abschnittsweise senkrecht zu der rechten bzw. linken Fahrbahnmarkierung 14 bzw. 16 oder entsprechend senkrecht zu den Schienen 38, 40 verläuft. Aus so aufgenommenen Georadarmessdaten wird besonders einfach ein Querpröfil des Oberbaus des Verkehrswegs errechnet.From the superposition of this pivotal movement with a straight-ahead movement of the land vehicle follows a quasi-sinusoidal course of the Georadarmesskopf railway 54. By attaching the receiving element 20 at a location of the end face 18, which is far away from the longitudinal axis of the land vehicle or in that the threaded rod 48 is not runs parallel to the front side, but is inclined at an angle in the direction of travel against this, it is achieved that the Georadarmesskopfbahn sections perpendicular to the right or left lane marking 14 and 16 or perpendicular to the rails 38, 40 extends. From Georadarmessdaten so recorded a Querpröfil the superstructure of the traffic route is calculated very easily.

Die Geschwindigkeit des Landfahrzeugs bzw. die Schwenkgeschwindigkeit des Aufnahmeelements 20 wird so gewählt, dass der Abstand X zweier entsprechender Messpunkte in Bewegungsrichtung des Landfahrzeugs für hochgenauer Untersuchungen bei ca 5 cm liegt. Für großflächige Untersuchungen, beispielsweise an Straßen, wird ein deutlich größerer Abstand X gewählt. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das Landfahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, da eine zur Erreichung einer hohen Ortsauflösung entsprechend gesteigerte Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Georadarmesskopfs zu sehr hohen Beschleunigungen führen würde.The speed of the land vehicle or the pivoting speed of the receiving element 20 is selected so that the distance X of two corresponding Measuring points in the direction of movement of the land vehicle for high-precision examinations is about 5 cm. For large-scale investigations, for example on roads, a significantly greater distance X is chosen. This is particularly advantageous when the land vehicle is moving at a high speed, since a correspondingly increased speed of the reciprocating movement of the georadar measuring head to achieve a high spatial resolution would lead to very high accelerations.

Claims

Land vehicle for surveying the superstructure of traffic routes designed for movement along the traffic route, comprising at least one georadar measuring head (24) for receiving georadar gauging data,
characterized in that the georadar gauge head (24) is movably mounted thereon with a component of motion perpendicular to the direction of travel of the land vehicle (26; 29) and the land vehicle comprises drive means (22) for reciprocating the georadar gauge head (24) with said movement component.

Land vehicle according to claim 1,
with means (26; 29) for determining the position of the at least one georadar measuring head (24), in particular its position relative to the land vehicle (10; 36).

Land vehicle according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one Georadarmesskopf (24) on an end face (18) of the land vehicle (10; 36) is arranged.

Land vehicle according to one of the preceding claims,
characterized in that the Georadarmesskopf (24) is pivotally mounted on the land vehicle.

Land vehicle according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the Georadarmesskopf is arranged to be movable in a straight line on the land vehicle.

Land vehicle according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the georadum measuring head (24) relative to the land vehicle (10; 36) on a circular path, on a Kreisabschnittsbahn or a web is movable, which corresponds to a lying with their loops perpendicular to the direction of travel, lying eight.

Land vehicle according to one of the preceding claims,
characterized in that the georadar measuring head (24) is arranged so that when moving the georadar measuring head (24) the position of the polarization plane of the electric field of the georadar waves remains constant relative to the direction of travel of the land vehicle (10; 36) and / or relative to the horizon.

Land vehicle according to one of the preceding claims,
characterized in that it is a rail vehicle (36) for measuring the superstructure of railways designed to move along a railroad track (38; 40).

Land vehicle according to claim 8, with At least one receiving element (20) for at least one georadar measuring head (24),

At least one sensor (43) for detecting obstacles in a region to be swept by the georadum measuring head (24),

• means for tracking the at least one receiving element (20) so that neither the receiving element (20) nor the Georadarmesskopf (24) leave the clearance gauge of the land vehicle (36).

Land vehicle according to one of claims 8 or 9,
characterized in that it is a tarmac improvement machine for refurbishment and / or renewal of ballast layer and / or layer protection layer.

Land vehicle according to one of claims 8 to 10,
characterized by means (30) for determining the fouling horizon of the ballast layer from the georadar measurement data.

Land vehicle according to one of the preceding claims,
characterized in that the georadar measuring head (24) is designed to: Sending of successive georadar wave pulses,

• receiving reflected georadar wave pulses and

• Measuring the field strength of the reflected Georadarwellenimpulsen at different, preferably temporally equidistant from each other, times after sending the respective Georadarwellenimpulses

Land vehicle according to claim 12,
characterized in that the ground penetrating radar measuring (24) formed around Georadarwellenimpulse to send, the less than 20 ns, in particular less than 3 have a pulse duration of ns.

Method for measuring the superstructure of traffic routes using a land vehicle (10; 36), in particular according to one of claims 1 to 13, comprising the steps: Moving the land vehicle (10, 36) along the traffic route,

Moving, in particular pivoting, a georadar measuring head (24) movably mounted on the land vehicle and having a movement component perpendicular to the direction of movement of the land vehicle (10, 36) and

• Recording geo-radar data.

The method of claim 14, further comprising the steps of: • Determining position data of the georadar measuring head (24) and

• Recording the georadar measurement data along with the associated georadar measurement position data.

Method according to one of claims 14 to 15,
characterized in that the georadar measuring head (24) is moved so
that the georadar data obtained have a spatial resolution of less than 100 cm, in particular less than 50 cm, in particular less than 30 cm.

Method according to claim 16,
characterized in that the Georadarmesskopf (24) is moved so that the Georadardaten obtained a spatial resolution of less than 30cm in the direction of movement of the land vehicle (10; 36) and at 10cm transverse to the direction of movement of the land vehicle (10;

Method according to one of claims 14 to 17,
characterized in that the acquisition of geo-radar data comprises the steps of: • Sending consecutive georadar wave pulses.

• receiving reflected georadar wave pulses and

• Measuring the field strength of the reflected Georadarwellenimpulsen at different, preferably temporally equidistant to each other, times after transmission of the respective Georadarwellenimpulses

Method according to claim 18,
characterized in that the Georadarwellenimpulse have a pulse duration of less than 20 ns, in particular less than 10 ns.

Method according to one of claims 14 to 19,
characterized in that the georadar wave pulses are transmitted at a pulse repetition frequency of 100 kHz to 400 kHz.

Method according to one of claims 14 to 20, which is used for measuring a rail track, whose superstructure has a ballast layer, in addition to the step: Calculating a three-dimensional graph and / or calculating a dirt horizon of the ballast layer from the georadata data and the position data associated with the georadar measurement data.

Method according to one of claims 14 to 21, which is used for measuring a railway track, whose superstructure comprises a ballast layer, in which from the obtained by measuring the track bed by georadar data of the track bed cross section and from this track bed cross section by integration the volume of ballast layer and possibly the Protective layer is calculated.