EP3991081A1 - Analyseverfahren für die gebäudebewirtschaftung - Google Patents

Analyseverfahren für die gebäudebewirtschaftung

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Publication number
EP3991081A1
EP3991081A1 EP20735340.0A EP20735340A EP3991081A1 EP 3991081 A1 EP3991081 A1 EP 3991081A1 EP 20735340 A EP20735340 A EP 20735340A EP 3991081 A1 EP3991081 A1 EP 3991081A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
interface
analysis method
determined
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20735340.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg BLANKENBACH
Sigrid Brell-Cokcan
Zhang HAOWEI
Jan Martens
Elisa LUBLASSER
Christoph Schmülling
Davide PICCHI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh
Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh
Original Assignee
Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh
Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh, Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh filed Critical Aachener Grundvermoegen Kapitalverwaltungsgesellschaft Mbh
Publication of EP3991081A1 publication Critical patent/EP3991081A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/881—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for robotics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • G01S13/888—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons through wall detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/0209—Systems with very large relative bandwidth, i.e. larger than 10 %, e.g. baseband, pulse, carrier-free, ultrawideband

Definitions

  • the present invention relates to an analysis method for building management or administration (facility management) and aims to create the possibility of providing the planning bases necessary for the inventory and building diagnosis in as much detail as possible.
  • the present invention specifies an analysis method having the features of claim 1.
  • data on the structure of components e.g. walls, ceilings, supports, etc.
  • the display takes place at least on a screen.
  • the method according to the invention is carried out with a processor which has at least one interface for inputting the interface data and the data for construction.
  • the boundary surface data are those data that are assigned to boundary surfaces delimiting the space, that is to say define them with regard to their spatial extent.
  • the space can also be limited by a component, the internal structure of which is analyzed with the method.
  • boundary surfaces delimiting the space
  • this data indicates the visually perceived floor plan.
  • the data on the structure specify details inside one or more of these interfaces, for example the thickness of the successive layers, any structural elements or components present in wall surfaces or floors such as supporting structure, insulation, cladding and / or pipes, i.e. details on the internal structure behind the interfaces.
  • both data sets namely the data set for the internal structure behind an interface and the data set that specifies the optically perceptible interface of the room or a component, are assigned to one another, so that a spatial distribution of the data for the structure based on the dimensions of the interface is possible.
  • the method according to the invention is implemented as early as the assignment of data for the structure to a single wall or floor surface or component surface.
  • all of the interfaces are specified by the method according to the invention in the manner defined above, the specification being stored in a memory and usually processed for display.
  • the present invention accordingly offers the possibility of an automated, digital inventory and construction diagnosis, which not only takes into account the visible interfaces, ie the surfaces of the component surface, but also the underlying structure and thus the structure, quality and strength or Load-bearing strength of the wall and thus of the building surrounding the room.
  • the internal structure of the wall is recorded by analyzing the physical properties of the respective material within the wall.
  • the electromagnetic properties, permittivity, electricity and electrical conductivity are analyzed.
  • the method according to the invention is usually a computer-aided performed method.
  • the ceiling and the floor of a room are also to be regarded as a wall for the purposes of the invention.
  • the present invention particularly aims to facilitate the detailed recording in the inventory.
  • the interface data are usually recorded with an image and / or laser-based method (eg RGB camera, laser scanner) and stored in the memory and assigned to the data for the structure of these interface data.
  • the device used to carry out the method preferably comprises a radar device and a computer, which references and stores the data on the internal structure with location information on the respective room.
  • the spatial division of the data is preferably carried out using the proprioceptive sensors of a robot.
  • a robot in this sense is to be regarded as any manipulator that can move a detection device that detects the internal structure of the wall relative to the wall.
  • This manipulator can be movable on its own and / or, due to its range, enable the detection device to move along each surface section of the wall delimiting the space.
  • the present invention particularly wants to provide data and also allow digital processing in a 3D model, in particular in a BIM (Building Information Modeling) data structure.
  • the internal structure data generated by the method are preferably output in a BIM format and displayed in BIM software or further processed for display.
  • This process management can be guided by the consideration that ideally the interface data are preferably determined together with the data for the structure in a uniform analysis process, which simplifies the spatial (and temporal) referencing of the two data sets and, accordingly, a consistent and automated assignment of the data for the structure of the interface data.
  • reference points can be projected onto the wall, ceiling or floor surface forming the boundary, which are also recorded when the data for the structure is recorded and used as a reference point in order to reference both measurements in a uniform coordinate system.
  • the reference point can also be concretely with the known position of the manipulator the control data of the manipulator.
  • the data reproducing the internal structure at this point only needs to be stored for local resolution of this data or prepared for storage in a BIM data record.
  • the measurement of the visible surfaces and / or the acquisition of the reference points is preferably carried out by laser and / or image measurement technology.
  • the data obtained in this way are assigned to the structure and can be output in a uniform, spatially resolving representation of the wall and its structure.
  • the wall surfaces delimiting the room are wall surfaces in front of, for example, furniture or a coffin or the result of a room redesign.
  • the interfaces delimiting the space therefore do not necessarily have to be those interfaces which delimit the space due to the design.
  • these areas are usually important when planning is being carried out in the existing building, for example in order to develop a new design concept for a room in an existing property or to determine the true net floor area.
  • the present invention makes use of "non-destructive material testing".
  • the data reproducing the structure are obtained by a non-destructive process based on electromagnetic waves in a frequency spectrum between 100 MHz and 15 GHz, the reflection signal of which is used to infer the internal structure of the component.
  • the present invention is therefore to be regarded as an ultra broadband radar (UWB) with a low signal strength that does not affect the local radio.
  • UWB ultra broadband radar
  • the present invention is particularly concerned with specifying the structure in as much detail as possible and more precisely with regard to its properties and / or material properties, namely at least partially automated, with little manual intervention.
  • the hardware for the data acquisition of the interfaces and the structure can be operated by manual guidance, while the data evaluation of the interfaces and the structure are analyzed and interpreted at least partially automatically by means of algorithms. This means that the seamless analysis of the structure of a component requires considerable data acquisition.
  • the data for the structure be generated by radar measurements at discrete locations on the component surface. These discrete places usually have one considerable transverse distance. It goes without saying that this transverse spacing can be provided in the horizontal and / or in the vertical direction. Usually, a grid is placed or projected onto the interface to be measured, at whose grid points an analysis of the area is carried out with regard to its internal structure.
  • a reference point with a detection direction (horizontal or vertical) is placed or projected onto the boundary surface to be measured, at whose reference point an analysis of the cross-sectional area is carried out with regard to its internal structure.
  • This linear acquisition, starting at the reference point can have any length. A longer distance provides more information for evaluation, but the length should not be less than 50 cm, otherwise the data evaluation may be incorrect.
  • This linear recording path is preferably stored with a reference point specifically assigned to the boundary surface, so that the position of the measuring point relative to the boundary surface and taking into account or knowing the reference point can be determined using the position information of the individual recording paths when determining the data for the structure at these specific reference points is determined.
  • the position information on the individual measuring point for example referenced to the path, can be entered manually. It is also possible to automatically record the measuring point by determining the position of the measuring device to determine the data on the structure and to store it for the respective measuring point.
  • the present invention can be guided by the consideration that a measuring device that emits the electromagnetic waves is brought relatively close to the surface of the surface in order to analyze its structure.
  • the measuring device is usually placed manually on the respective reference points in order to generate data for the structure there.
  • the movements of the manipulator could be programmed both on the basis of the boundary surfaces detected by laser measurement and / or imaging as well as a priori existing plan data. This can be partially automated and, in a further embodiment, automated.
  • the device for detecting the interfaces can also be guided through the manipulator.
  • the interface information can be automatically transmitted to processors in the manipulator for processing and path planning for component structure measurement.
  • the measuring device can be moved relatively quickly, parallel to the surface, until a discontinuity in the structure is recognized.
  • a high data density e.g. can be generated by slowing down the speed.
  • the measuring device can also be moved against the original movement in order to geometrically resolve and store the exact point of the discontinuity.
  • layers are preferably determined on the basis of a reflection pattern of the reflected wave that lie behind the surface.
  • a reflection pattern of the reflected wave that lie behind the surface.
  • dry masonry has a relative permittivity of 3 to 5 at a frequency of 1 GHz
  • wet masonry has a relative permittivity of 5 to 26.
  • the relative permittivity of dry concrete is 6 to 8
  • wet concrete has a relative permittivity of 8 to 16.
  • the relative permittivity er of moist masonry is between 5 and 26, that of dry masonry between 3 and 5.
  • the specific permittivities of the materials to be measured also change with external parameters such as humidity or temperature.
  • the frequency of the detection device should also be taken into account for the assignment of the signals determined for the internal structure to specific materials of the internal structure via the determination of the permittivity, which is dependent on the frequency used for the analysis. So it can for a calibration may be necessary to actually carry out a previous method to determine the component condition such as humidity or temperature.
  • the data obtained for the structure are usually processed by measuring the transit time, the waves in the structure and / or FFT of the measurement signal applied to the interface.
  • the transit time, the frequency and the amplitude response are recorded as independent variables.
  • the frequency can be used to determine the electromagnetic properties of the wall or a component within the wall.
  • specific substances are then assigned to the determined reflection pattern. Due to the material-specific permettivity, there is a frequency change in the reflection pattern.
  • the corresponding behavior is preferably stored in a memory in order to compare this data with data from a so-called material library and, on the basis of this comparison, to infer the material nature of the respective layer.
  • the so-called material library is stored in a memory and provides reflection data on the reflection behavior of certain building materials. If this behavior is recognized within the measured data, the material composition is assigned to the respective layer. The corresponding layer can then be displayed together with the material information, with specific colors being assigned, for example, to individual materials in the sectional view of the wall.
  • the building material that cannot be assigned to a layer can optionally be assigned to a property class that contains at least general information on the quality of the layer based on the reflection pattern reproduces.
  • property classes can indicate, for example, whether it is a material of high or low density and thus a load-bearing or load-bearing or non-load-bearing material.
  • the memory containing the material library can be overwritten, so that knowledge found later on specific building materials and their reflection patterns or permittivity can be written into the memory.
  • a calibration of the reflection pattern is preferably carried out with the interface data obtained.
  • the interface data also typically indicates the thickness of walls or elements within the building.
  • the reflection pattern reproduces the actual geometric relationships within the wall with greater accuracy and, in particular, allows an exact determination of the distance between the individual interfaces of the inner structure and the externally visible surface.
  • the analysis method also opens up the possibility of storing an input value for the respective reflection pattern for a building material that cannot be assigned to a specific substance.
  • This input value can also be the specific designation of the building material.
  • characteristics can be stored for the above-mentioned property class.
  • the corresponding window usually opens automatically in the display when processing and filing the measurement data for the respective location information in relation to the areas delimiting the space when the material of the corresponding layer could not be automatically identified based on the reflection pattern.
  • the name and / o the characterization of the material determined by sampling can also be entered via this window.
  • an input window can be opened in a display device in a computer software that carries out the method, which allows the input of a property value that can be determined from the outside of the interface.
  • a processor can make a preselection available for carrying out the analysis method according to the invention, which displays various property values, at least one of which is to be selected.
  • Property values that can be determined from outside are, for example, moisture and / or the cracking of a surface.
  • the interface data are analyzed in order to define planar interface sections that delimit the space and to assign individual associated interface data to these interface sections.
  • edges are preferably defined within a point cloud depicting the boundary surface, between which the idealized, perfectly flat surface section extends.
  • the data recorded by, for example, a radar device on the internal structure should be carried out in an automated manner using the data from such a laser scanner.
  • the method according to the invention is preferably carried out in data processing software and is essentially automated.
  • a data processing software / a data processing program for building management is proposed, which stores the interface data, in particular determined by a laser and / or image-based method, to a space delimiting areas together with data for the structure in a memory and for displaying at least one of the areas with the structure behind it.
  • the resulting data (e.g. interfaces, structure, analysis results, vectorization) are converted and formatted in the data processing software in accordance with data standards so that they can be imported into other data processing programs in building management, construction planning and architecture.
  • the data is preferably output in a BIM format.
  • FIG. 1 an example of a basic structure for carrying out the method
  • FIG. 2 a diagram to illustrate the essential process steps of the process
  • Figure 3 a flow chart to illustrate the system of the method:
  • FIG. 4 shows four successive steps of an exemplary embodiment of a method for determining the distance between the surface of a wall and an interface (target) inside or on the rear side of the wall, with a indicating the signal sent and b indicating the received signal;
  • FIG. 5 shows two successive steps of an alternative exemplary embodiment to FIG. 4 with a data correlation;
  • Figures 4 and 5 in which the dimensions of a known object are present in the form of a dashed frame on the back of a wall to determine the distance and therefore the thickness of the wall are used, Figure 6.1 showing the sensor guided past the wall Figure 6.2 reproduce the C-scan radar gram obtained, and
  • FIG. 7 shows a further alternative exemplary embodiment for determining the thickness, in which a sensor is moved in a circle around a marker on the back of the wall.
  • FIG. 1 schematically shows a structure for the automated implementation of the method.
  • a wall 2 is defined between lateral vertical edges 4 and upper and lower horizontal edges 6, respectively.
  • the internal structure of the wall 2 is to be analyzed using the analysis method.
  • a radar device 8 is moved via a manipulator 10 in the horizontal direction and at a distance from the wall 2.
  • the radar device 8 emits an outgoing signal S1, which is reflected in the interior of the wall 2 depending on the material properties of the structure forming the wall and is recorded as an incoming signal S2.
  • the signal received via the recording path P is shown in diagram D by way of example.
  • a receiving area which can comprise several areas or just a partial section of an individual area.
  • this receiving area is formed by the surface of the wall 2.
  • a recording path P is defined within this recording area.
  • the device for determining the data on the structure ie the radar scanner
  • the recording path in order to determine information on the structure at predetermined positions depending on the position information of the path.
  • the data on the structure recorded during the recording are processed using software algorithms in order to determine the position of individual layers behind the surface and / or their properties and / or their material properties. This analysis is carried out on the one hand on the basis of the reflection pattern, possibly with varying emitted wavelengths and, if necessary, when comparing the processed data with data on the material composition from the material library.
  • information that results from the surface detection e.g.
  • the distances and intersection angles of the interfaces of a component is used to enable reliable detection of the interfaces in the radar data and to perform a geometric calibration of the radar data and thus overall the full or to enable partially automated pre-evaluation of the radar data.
  • a user can make a visual interpretation and the analysis can be supplemented by manual input in order to assign individual or multiple layers to a property class at individual or multiple measurement points on the recording path or to assign one to the corresponding layer Input value that can also be entered in the material library for subsequent data analyzes as a reference value for a specific material or a specific material property.
  • the data obtained in this way can be stored digitally and, if required, transferred via a software interface for further processing or for archiving purposes.
  • FIG. 3 provides a flow chart to illustrate the implementation of the method.
  • a surface scan is generated.
  • this captures all surface areas of the space shown there by way of example and stores its surfaces in terms of data as data points.
  • Step 2 These data points are processed in order to define surfaces and edges of the wall surfaces and, if necessary, surfaces of an object within the room; Step 2. To simplify the data representation of individual surfaces or surface sections, these can also be defined in step 2 in the form of vectors between data points.
  • step 3 there is a classification in the sense of naming the objects or areas of the room. Individual surfaces are named as ceilings, floors, side walls or objects such as columns or plinths. Information on the thickness or material composition of individual elements suspected to be in the wall can also be stored, or the thickness of the wall itself to be measured from the outside.
  • the content (step 4) obtained is a geometric model obtained through steps 1 and 2, which is supplemented by semantic information through the treatment and supplementation under step 3.
  • the model is a BIM model and can be stored in a corresponding format that can be processed with BIM software (e.g. Autodesk REVIT or ARCHICAD).
  • the assignment is preferably automated, for example by linking the geometric data with data from an acceleration and gyroscope sensor that records the spatial location (orientation and position) of a scanner that is effective in step 1 when the scanner is in operation.
  • an acceleration and gyroscope sensor that records the spatial location (orientation and position) of a scanner that is effective in step 1 when the scanner is in operation.
  • Recognized structures are referenced from this BIM model in step 6, so that a reference to the corresponding structures can be made in the software. Referencing takes place using the terminology of the BIM software.
  • step 5 the user selects an area as a scan area in which the structure behind the interface and then the structural build-up behind the interface are to be clarified.
  • step 7 this results in information on the scanning process which can be used to position the manipulator 10 in order to guide the radar device 8 parallel to the wall and at a distance from it.
  • step 9 the raw signals obtained in this way are processed.
  • the spatial resolution in depth can be improved or calibrated when an element is recognized behind the interface and its thickness has been assigned in step 3.
  • an algorithm can be used to calibrate, for example, the thickness of the structural structure measured in step 1, on whose boundary surfaces the outgoing signals from the radar device impinge.
  • step 10 an algorithm is run through in which, on the basis of an FFT (Fast Fourier Transformation) method, the reflected signal or the reflected signal at a transmission frequency and a marker which is positioned behind the wall (cf. FIG. 6) is valued.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the structure of the wall in particular phase boundaries between individual layers or elements within the wall, is defined.
  • the material nature With the material-specific changes in the frequency of these signals S2, the material nature also changes the determined structure recognized behind the interface.
  • the result in step 11 is information on the construction of the wall, its load-bearing elements and elements built into the wall such as pipes, electrical cables and the like.
  • the distance between a phase boundary or the thickness of a wall is usually determined using trigonometric principles.
  • the sending device and the receiving device are usually arranged one behind the other in the direction of movement. Run times to different measurement points can be correlated with one another (see FIG. 4). If the position of the transmitter tx and that of the received signal at rx are correlated, the result is the same as with a so-called CMP standard method. However, in the present case, transmitter tx and receiver rx are not moved away from each other with a constant step (conventional CMP method). Instead, there is a data correlation between the position of the transmitter and the received signal (FIG. 5).
  • the transmitter tx and the receiver rx are moved together, with the location coordinates being stored when a signal is transmitted to the corresponding signal.
  • the variables a2, b3 determined in FIG. 5 with step 1 can accordingly be determined in the context of the recalculation by comparing step 2 and step 3 according to FIG. The same applies in relation to step 2 to FIG. 5 for the comparison of the signals a1 and b4 from step 1 and step 4 according to FIG. 4.
  • This modification of the CMP standard method enables the use of a conventional radar in which the transmitter tx and the receiver rx cannot be spaced apart from one another, since they are received in a common radar head and are provided there in a predetermined spatial arrangement.
  • the interface data with the measuring head are accordingly obtained by analyzing reflection data on spatially separated positions of the measuring head together with location information on the spatially separated positions of the measuring head.
  • the wave emitted at time T1 can be assigned to the position of a receiver at time T2 by recalculating.
  • This review assumes a linear movement of the measuring head, which absorbs both the transmitter and the receiver.
  • a corresponding measuring head can just as well be guided in a circle around a marker, which is positioned behind the wall, and the wall thickness can thereby be determined using trigonometric observations (FIG. 7).
  • the distance between the radar head and the object is determined based on the known dimensions of a reference object, in the present case in the form of a frame with known leg lengths of the individual frame legs on the basis of the received radargram according to FIG. 6 and with trigonometric ratios.
  • a BIM model is obtained as a 3D model, which not only specifies the position of the externally visible boundary surfaces, but also contains and visualizes information about the underlying structure and the construction of the wall or ceiling or floor.
  • the respective areas are identified based on the ID assigned in step 6.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein eine Bestandsaufnahme eines Gebäudes vereinfachendes Analyseverfahren für die Gebäudebewirtschaftung, bei dem Grenzflächendaten zu einen Raum begrenzenden Grenzflächen zusammen mit Daten zum Aufbau, die aus einem Signal einer aus dem Aufbau reflektierten Welle ermittelt werden, in einem Speicher abgelegt und für die Anzeige/ Visualisierung aufbereitet werden.

Description

Analyseverfahren für die Gebäudebewirtschaftung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analyseverfahren für die Gebäudebewirtschaftung bzw. -Verwaltung (Facility Management) und will eine Möglichkeit schaffen, möglichst detailliert die für die Bestandsaufnahme und Baudiagnose notwendigen Planungsgrundlagen zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Analyseverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Bei diesem Analyseverfahren werden Daten zum Aufbau von Bauteilen (z.B. Wänden, Decken, Stützen etc.) zusammen mit Grenzflächendaten der Bauteile erfasst, analysiert und für die Anzeige aufbereitet. Die Anzeige erfolgt dabei zu mindest über einen Bildschirm. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einem Prozessor durchgeführt, der zumindest eine Schnittstelle für die Eingabe der Grenzflächendaten und der Daten zum Aufbau aufweist. Die Grenzflächendaten sind dabei diejenigen Daten, die den Raum begrenzenden Grenzflächen zugeordnet sind, also diese hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung definieren. Der Raum kann auch durch ein Bauteil begrenzt sein, dessen innerer Aufbau mit dem Verfahren analysiert wird. Soweit in der nachfolgenden Beschreibung auf den Raum begrenzenden Grenzflächen abgestellt wird, bedeutet dies damit auch, dass die Grenz flächen eines spezifischen Bauteils innerhalb des Wandaufbaus oder ein in dem Raum frei stehendes Bauteil gemeint sein kann. Bei einem Querschnitt auf Bodenniveau geben diese Daten den visuell wahrgenommenen Grundriss an. Die Daten zum Aufbau geben Details im Innern einer oder mehrerer dieser Grenzflächen an, beispielsweise die Dicke der aufeinander folgenden Schichten, etwaige in Wandflächen oder Böden vorhandener konstruktiver Ele mente oder Komponenten wie Tragwerk, Dämmung, Verkleidung und/oder Leitungen, also Details zum inneren Aufbau hinter den Grenzflächen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beide Datensätze, nämlich der Datensatz zum inneren Aufbau hinter einer Grenzfläche und der Datensatz, der die optisch wahrnehmbare Grenzfläche des Raumes bzw. eines Bauteils spezifiziert, einander zugeordnet, sodass eine räumliche Aufteilung der Daten zum Aufbau über die Abmessung der Grenzfläche möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht sich bereits bei der Zuordnung von Daten zum Aufbau zu einer einzigen Wand- oder Bodenfläche bzw. Bauteiloberfläche. Vorzugsweise wer den sämtliche Grenzflächen durch das erfindungsgemäße Verfahren in der zuvor definierten Weise spezifiziert, wobei die Spezifikation in einem Speicher abgelegt und üblicherweise für die Anzeige aufbereitet wird. Die vorliegende Erfindung bietet dementsprechend die Möglichkeit einer automatisierten, digi talen Bestandsaufnahme und Baudiagnose, die nicht nur die sichtbaren Grenzflächen, d. h. die Oberflächen der bzw. Bauteiloberfläche in Betracht zieht, sondern auch den dahinterlie genden Aufbau und damit die Struktur, Qualität und Festigkeit bzw. Tragfestigkeit der Wand und damit des den Raum umgebenden Gebäudes. Im Rahmen der Analyse wird der innere Aufbau der Wand durch Analyse der physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Materials innerhalb der Wand erfasst. In der Regel werden die elektromagnetischen Eigenschaften, Per- mittivität, die Elektrizität und elektrische Leitfähigkeit analysiert. Das erfindungsgemäße Ver fahren ist ein in der Regel computergestütztes durchgeführtes Verfahren. Die Decke und der Boden eines Raumes sind auch als Wand im Sinne der Erfindung anzusehen.
Dabei will die vorliegende Erfindung insbesondere die detaillierte Erfassung im Bestand er leichtern. Hierzu werden die Grenzflächendaten üblicherweise mit einem bild- und/oder laser gestützten Verfahren (z.B. RGB-Kamera, Laserscanner) erfasst und in dem Speicher abgelegt und den Daten zum Aufbau diesen Grenzflächendaten zugeordnet. Vorzugsweise umfasst die zur Durchführung des Verfahrens benutzte Vorrichtung ein Radargerät und einen Computer, der die Daten zum inneren Aufbau mit Ortsinformationen zu dem jeweiligen Raum referenziert und speichert. Die räumliche Aufteilung der Daten erfolgt bevorzugt über die propriozeptive Sensorik eines Roboters. Als Roboter in diesem Sinne ist jeder Manipulator anzusehen, der eine den inneren Aufbau der Wand erfassende Detektiereinrichtung relativ zu der Wand be wegen kann. Dieser Manipulator kann für sich beweglich sein und/oder aufgrund seiner Reich weite eine Beweglichkeit der Detektiereinrichtung entlang jedes Flächenabschnitts der den Raum begrenzenden Wand ermöglichen. Dabei will die vorliegende Erfindung insbesondere Daten bereitstellen, auch eine digitale Bearbeitung in einem 3D Modell, insbesondere in einer BIM (Building Information Modeling) Datenstruktur erlauben. Die durch das Verfahren erzeug ten Daten zum inneren Aufbau werden bevorzugt in einem BIM-Format ausgegeben und in einer BIM-Software angezeigt bzw. zur Anzeige weiterverarbeitet. Diese Verfahrensführung lässt sich von der Überlegung leiten, dass idealerweise in einem einheitlichen Analyseverfah ren bevorzugt die Grenzflächendaten zusammen mit den Daten zum Aufbau ermittelt werden, was die räumliche (und zeitliche) Referenzierung der beiden Datensätze vereinfacht und dem entsprechend eine konsistente und automatisierte Zuordnung der Daten zum Aufbau zu den Grenzflächendaten ermöglicht. Dazu können beispielsweise im Rahmen der Datenerfassung Referenzpunkte auf die Grenzfläche ausbildende Wand-, Decken- oder Bodenfläche projiziert werden, die auch beim Erfassen der Daten zum Aufbau erfasst und als Referenzpunkt heran gezogen werden, um beide Messungen in einem einheitlichen Koordinatensystem zu referen- zieren. Der Referenzpunkt kann auch mit der bekannten Position des Manipulators, konkret der Steuerungsdaten des Manipulators, bestimmt werden. In diesem Fall muss lediglich zu der durch die Steuerung des Manipulators bekannten Lage der Detektiereinrichtung die den inne ren Aufbau an dieser Stelle wiedergebenden Daten für eine lokale Auflösung dieser Daten gespeichert bzw. für die Speicherung in einem BIM-Datensatz aufbereitet werden. Das Ver messen der sichtbaren Flächen und/oder das Erfassen der Referenzpunkte erfolgt bevorzugt durch Laser - und/oder Bildmesstechnik. Die hierbei gewonnenen Daten werden dem Aufbau zugeordnet und können in einer einheitlichen, räumlich auflösenden Darstellung der Wand und deren Aufbau ausgegeben werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Art Schnittansicht der jeweiligen Wand zu erstellen, die zumindest eine visuelle Analyse des Bestandes auch hinter der sicht baren Oberfläche ermöglicht. Nicht selten sind beispielsweise die den Raum begrenzenden Wandflächen Vorgesetzte Wandflächen beispielsweise eines Mobiliars oder einer Verkoffe- rung bzw. Ergebnis einer Umgestaltung des Raumes. Die den Raum begrenzenden Grenzflä chen müssen daher nicht notwendigerweise diejenigen Grenzflächen sein, die konstruktiv be dingt den Raum begrenzen. Auf diese Flächen kommt es aber in der Regel an, wenn im Be stand geplant wird, um beispielsweise ein neues gestalterisches Konzept für einen Raum in einer Bestandsimmobilie zu erarbeiten oder die wahre Nettogeschoss-Fläche zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung bedient sich dabei der„zerstörungsfreien Werkstoffprüfung“. Die den Aufbau wiedergebenden Daten werden durch ein zerstörungsfreies Verfahren gewonnen, basierend auf elektromagnetische Wellen in einem Frequenzspektrum zwischen 100 MHz und 15 GHz, deren Reflexionssignal dazu verwendet wird, auf den inneren Aufbau des Bauteils zu schließen. Die vorliegende Erfindung ist daher als Ultrabreitbandradar (UWB) mit einer niedri gen Signalstärke zu betrachten, die den lokalen Funk nicht beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung geht es insbesondere darum, den Aufbau möglichst detailliert und hinsichtlich seiner Eigenschaften und/oder stofflichen Beschaffenheit genauer zu spezifizie ren, und zwar zumindest teilautomatisiert, mit geringem manuellen Eingriff. Die Bedienung der Hardware für die Datenerfassung der Grenzflächen und der Aufbau kann dabei durch manu elle Führung erfolgen, während die Datenauswertung der Grenzflächen und der Aufbau mittels Algorithmen zumindest teilautomatisiert analysiert und interpretiert werden. Dies bringt es mit sich, dass die lückenlose Analyse des Aufbaus eines Bauteils eine erhebliche Datenerfassung erfordert. Mit Blick darauf wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Er findung vorgeschlagen, dass die Daten zum Aufbau durch Radarmessungen an diskreten Stel len der Bauteiloberfläche erzeugt werden. Diese diskreten Stellen haben üblicherweise einen erheblichen Querabstand. Es versteht sich, dass dieser Querabstand in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung vorgesehen sein kann. Üblicherweise wird auf die zu vermessende Grenzfläche ein Raster gelegt oder projiziert, an dessen Rasterpunkten jeweils eine Analyse der Fläche im Hinblick auf ihren inneren Aufbau durchgeführt wird.
Üblicherweise wird auf die zu vermessende Grenzfläche ein Referenzpunkt mit einer Erfas sungsrichtung (Horizontal oder Vertikal) gelegt oder projiziert, an dessen Referenzpunkt eine Analyse der Querschnittsfläche im Hinblick auf ihren inneren Aufbau durchgeführt wird. Diese lineare Erfassung, mit den Start am Referenzpunkt, kann beliebige Länge aufweisen. Dabei stellt eine längere Distanz mehr Informationen zur Auswertung zur Verfügung, jedoch sollte die Länge nicht weniger als 50 cm betragen, da es sonst zu einer fehlerhaften Datenauswer tung kommen kann.
Dieser lineare Aufnahmepfad wird bevorzugt mit einem der Grenzfläche konkret zugeordneten Referenzpunkt abgespeichert, so dass mit den Lageinformationen der einzelnen Aufnahme pfade beim Ermitteln der Daten zum Aufbau an diesen spezifischen Referenzpunkten die Lage des Messpunktes relativ zu der Grenzfläche und unter Berücksichtigung bzw. in Kenntnis des Referenzpunktes bestimmt ist. Dabei können die Lageinformationen zu dem einzelnen Mess punkt, beispielsweise referenziert auf den Pfad, händisch eingegeben werden. Ebenso ist es möglich, den Messpunkt durch Bestimmen der Position des Messgerätes zum Ermitteln der Daten zum Aufbau automatisiert zu erfassen und zu dem jeweiligen Messpunkt abzuspei chern. Dabei lässt sich die vorliegende Erfindung von der Überlegung leiten, dass ein die elekt romagnetischen Wellen aussendendes Messgerät verhältnismäßig nahe an die Oberfläche der Fläche verbracht wird, um deren Aufbau zu analysieren. Bei der zuvor beschriebenen Va riante wird das Messgerät üblicherweise händisch auf die jeweiligen Referenzpunkte aufge setzt, um dort jeweils Daten zum Aufbau zu generieren. Ebenso gut ist es indes möglich, das Messgerät zum Aussenden der Radarstrahlen durch einen Manipulator üblicherweise parallel zur Grenzfläche des zu vermessenden Bauteils zu verfahren und die Bewegungsdaten des Manipulators zu nutzen, um die Lage des Messgerätes relativ zu der Bauteiloberfläche zu bestimmen. So können auch die Lageinformationen zu dem jeweiligen Messpunkt für die Er fassung der Daten zum Aufbau automatisiert generiert und abgespeichert werden.
Ein Führen des Messgerätes ohne Berührung der Grenzfläche ist ebenso möglich. Die Bewe gungen des Manipulators könnten dabei sowohl anhand der durch Lasermessung- und/oder Bildgebung erfassten Grenzflächen als auch a priori existierenden Plandaten programmiert werden. Dies kann teilautomatisiert und in weiterer Ausgestaltung automatisiert erfolgen. Je nach Aufbau des Manipulators kann auch die Vorrichtung für die Erfassung der Grenzflächen durch den Manipulator geführt werden. Es kann eine automatisierte Übertragung der Grenz flächeninformationen an Prozessoren des Manipulators zur Verarbeitung und Bahnplanung für die Bauteilaufbaumessung erfolgen.
Aber nicht nur die durch das Bildgebungsverfahren gewonnenen Daten zu den Grenzflächen werden bevorzugt zur Steuerung der Bewegungen des Messgerätes über einen Manipulator oder Roboter genutzt. Auch die Daten zum Aufbau können Eingang in die Bewegungssteue rung des Manipulators oder Roboters finden. So kann beispielsweise das Messgerät relativ zügig parallel relativ zu der Oberfläche bewegt werden, bis eine Unstetigkeit im Aufbau erkannt wird. Zur genaueren Analyse dieser Unstetigkeit kann in dem Bereich eine hohe Datendichte z.B. durch Verlangsamen der Geschwindigkeit erzeugt werden. Auch kann das Messgerät ent gegen der ursprünglichen Bewegung bewegt werden, um den exakten Punkt der Unstetigkeit geometrisch aufzulösen und zu hinterlegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt auf Basis eines Reflexionsmusters der reflektierten Welle Schichten ermittelt, die hinter der Fläche liegen. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung geht es vor allem darum, die Dicke der einzelnen Schichten zu ermitteln und deren orthogonalen Abstand relativ zu der Grenzfläche zu erfassen. Diese Messung erfolgt dabei durch das Reflexionsmuster. Insbesondere durch die Permittivität der Materialien kön nen diese Schichten durch das Reflexionsmuster voneinander unterschieden werden. Durch das Reflexionsmuster kann nicht nur die Lage und demnach die Dicke der einzelnen Schichten ermittelt werden. Vielmehr ist es auch möglich, Rückschlüsse auf die stoffliche Beschaffenheit zu ziehen.
Trockenes Mauerwerk hat beispielsweise eine relative Permittivität bei einer Frequenz von 1 GHz von 3 bis 5, wohingegen feuchtes Mauerwerk eine relative Permittivität er 5 bis 26 hat. Die relative Permittivität von trockenem Beton liegt bei 6 bis 8, wohingegen feuchter Beton eine relative Permittivität von 8 bis 16 hat. Die relative Permittivität er von feuchtem Mauerwerk liegt zwischen 5 und 26, die von trockenem Mauerwerk zwischen 3 und 5.
Die spezifischen Permittivitäten der zu vermessenen Materialien ändern sich auch mit äußeren Zustandsgrößen wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Temperatur. Für die Zuordnung der er mittelten Signale zum inneren Aufbau zu spezifischen Materialien des inneren Aufbaus über die Ermittlung der Permittivität, die abhängig von der für die Analyse genutzten Frequenz ist, sollte auch die Frequenz der Detektiereinrichtung in Betracht gezogen werden. So kann es für eine Kalibrierung notwendig sein, tatsächlich ein vorangehendes Verfahren zur Ermittlung des Bauteilzustands wie Feuchtigkeit oder Temperatur durchzuführen.
Die Verarbeitung der gewonnenen Daten zum Aufbau erfolgt üblicherweise durch Laufzeit messung, der auf die Grenzfläche aufgebrachten Wellen in dem Aufbau und/oder FFT des Messsignals. Die Laufzeit, die Frequenz und der Amplitudengang werden dabei als unabhän gige Größen erfasst. Mit der Laufzeit wird eine Abschätzung der Tiefe einer Lage innerhalb der Wand, d.h. der Abstand einer Wandschicht von der äußeren Oberfläche erhalten. Mit der Frequenz lässt sich die elektromagnetische Eigenschaft der Wand respektive eines Bauteils innerhalb der Wand ermitteln. Ausgehend von dieser Frequenzmessung erfolgt danach die Zuordnung spezifischer Stoffe zu dem ermittelten Reflexionsmuster. Durch die materialspezi fische Permettivität gibt es eine Frequenzänderung der Reflexionsmuster. Durch die kombi nierte Verarbeitung der Laufzeit (Messung der Schichten hinsichtlich der Dicke) und der Fre quenzänderung, lassen sich unterschiedliche Frequenzunterschiede im Aufbau feststellen. Das entsprechende Verhalten wird vorzugsweise in einem Speicher hinterlegt, um diese Daten mit Daten einer sogenannten Materialbibliothek zu vergleichen und aufgrund dieses Vergleichs auf die stoffliche Beschaffenheit der jeweiligen Schicht zu schließen. Die sogenannte Materi albibliothek ist dabei auf einem Speicher hinterlegt und gibt Reflexionsdaten zu dem Reflexi onsverhalten bestimmter Baumaterialien wieder. Wird dieses Verhalten innerhalb der gemes senen Daten erkannt, wird der jeweiligen Schicht die stoffliche Beschaffenheit zugeordnet. Die Darstellung der entsprechenden Schicht kann dann zusammen mit der Materialinformation erfolgen, wobei zum Beispiel einzelnen Materialien in der Schnittdarstellung der Wand spezi fische Farben zugeordnet sind.
Sofern dieser Vergleich zu keiner Übereinstimmung führt und sich dementsprechend aufgrund des Reflexionsmuster keine stoffliche Beschaffenheit einer spezifischen Schicht bestimmen lässt, kann wahlweise das nicht zuordenbare Baumaterial einer Schicht in eine Eigenschafts klasse zugeordnet werden, die zumindest in allgemeiner Form Informationen zur Qualität der Schicht aufgrund des Reflexionsmusters wiedergibt. Solche Eigenschaftsklassen können bei spielsweise angeben, ob es sich um ein Material hoher oder geringer Dichte und damit um ein tragendes bzw. tragfähiges oder nicht tragfähiges Material handelt. Der die Materialbibliothek enthaltende Speicher ist dabei überschreibbar, so dass später aufgefundene Erkenntnisse zu spezifischen Baumaterialien und deren Reflexionsmuster bzw. Permittivität in den Speicher eingeschrieben werden können. Bevorzugt wird mit den gewonnenen Grenzflächendaten eine Kalibrierung des Reflexionsmus ters durchgeführt. Die Grenzflächendaten geben üblicherweise auch die Stärke von Wänden oder Elementen innerhalb des Gebäudes an. Diese bekannten Abmessungen werden bei der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zur Kalibrierung des Reflexionsmusters genutzt. Demzufolge gibt das Reflexionsmuster nach der Kalibrierung mit höherer Genauigkeit die tat sächlichen geometrischen Verhältnisse innerhalb der Wand wieder und lässt insbesondere eine exakte Bestimmung des Abstandes der einzelnen Grenzflächen des inneren Aufbaus von der außen sichtbaren Oberfläche zu.
Das Analyseverfahren eröffnet alternativ oder ergänzend auch die Möglichkeit, bei einem nicht einem spezifischen Stoff zuzuordnenden Baumaterial zu dem jeweiligen Reflexionsmuster ei nen Eingabewert zu hinterlegen. Dieser Eingabewert kann auch die spezifische Benennung des Baumaterials sein. Alternativ können Merkmale zu der oben genannten Eigenschafts klasse hinterlegt werden. Das entsprechende Fenster öffnet sich üblicherweise automatisiert in der Anzeige beim Aufbereiten und Ablegen der Messdaten zu den jeweiligen Ortsinformati onen in Bezug auf die den Raum begrenzenden Flächen ab, wenn das Material der entspre chenden Schicht nicht automatisch aufgrund des Reflexionsmusters identifiziert werden konnte. Über dieses Fenster kann auch die durch Probennahme ermittelte Benennung und/o der Charakterisierung des Materials eingegeben werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung lässt sich in einem das Ver fahren durchführenden Computersoftware in einer Anzeigeeinrichtung ein Eingabefenster öff nen, welches die Eingabe eines von der Außenseite der Grenzfläche bestimmbaren Eigen schaftswertes erlaubt. Dabei kann ein Prozessor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens eine Vorauswahl zur Verfügung stellen, die verschiedene Eigenschafts werte anzeigt, von denen zumindest eines auszuwählen ist. Von außen bestimmbare Eigen schaftswerte sind beispielsweise die Feuchtigkeit und/oder die Rissigkeit einer Oberfläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Grenzflächendaten analysiert, um ebene Grenzflächenabschnitte, der den Raum begrenzen den Flächen zu definieren und einzelne zugehörige Grenzflächendaten diesen Grenzflächen abschnitten zuzuordnen. Dabei werden bevorzugt innerhalb einer die Grenzfläche abbilden den Punktewolke Kanten definiert, zwischen denen sich der idealisiert vollkommen ebene Flä chenabschnitt erstreckt. Die Weiterbildung lässt sich von der Überlegung leiten, dass Wände in Räumen üblicherweise eben oder zumindest näherungsweise eben sind. Sie will aus punk tuellen Informationen in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Raster zur Lage und Form der Grenzfläche vektorisierte Informationen machen, die eine Vielzahl von Grenzflächendaten in sich aufnehmen, wodurch die Verarbeitung der Lage- und Forminformationen zu den ein zelnen Flächen vereinfacht wird. Die Analyse und/oder Referenzierung der Oberfläche erfolgt dabei üblicherweise durch einen Laserscanner, der ortsfest angeordnet oder von dem Mani pulator mitbewegt werden kann.
Es versteht sich, dass die von beispielsweise einem Radargerät erfassten Daten zum inneren Aufbau mit den Daten eines solchen Laserscanners automatisiert erfolgen sollten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einer Datenverarbeitungssoftware und im Wesentlichen automatisiert durchgeführt. Hierzu wird eine Datenverarbeitungssoftware/ein Datenverarbeitungsprogramm für die Bauwerksbewirtschaftung vorgeschlagen, die/das insbe sondere durch ein laser- und/oder bildbasiertes Verfahren ermittelte Grenzflächendaten zu einen Raum begrenzenden Flächen zusammen mit Daten zum Aufbau in einem Speicher ab gelegt und zur Anzeige zumindest einer der Flächen mit dem dahinterliegenden Aufbau auf bereitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die ent standen Daten (z.B. Grenzflächen, Aufbau, Analyseergebnisse, Vektorisierung) in der Daten verarbeitungssoftware gemäß Datenstandards so gewandelt und formatiert, dass eine Impor tierung in anderen Datenverarbeitungsprogrammen der Gebäudewirtschaft, Bauplanung und Architektur ermöglicht wird. Die Daten werden bevorzugt in einem BIM-Format ausgegeben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
Figur 1 : ein Beispiel eines grundsätzlichen Aufbaus zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 2: ein Schaubild zur Verdeutlichung der wesentlichen Verfahrensschritte des Ver fahrens,
Figur 3: ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Systematik des Verfahrens:
Figur 4 vier aufeinanderfolgende Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Bestimmung des Abstandes zwischen der Oberfläche einer Wand und einer Grenzfläche (Target) innerhalb oder auf der Rückseite der Wand, wobei a je weils das abgesandte und b jeweils das empfangene Signal anzeigen; Figur 5 zwei aufeinanderfolgende Schritte eines alternativen Ausführungsbeispiels zu Figur 4 mit einer Datenkorrelation;
Figur 6a, b die Details eines alternativen Ausführungsbeispiels zu dem Vorgehen nach den
Figuren 4 und 5, bei denen die Abmessungen eines bekannten Objekts vorlie gend in Form eines gestrichelt dargestellten Rahmens an der Rückseite einer Wand, zur Bestimmung des Abstandes und daher der Dicke der Wand verwen det werden, wobei Figur 6.1 den an der Wand vorbei geführten Sensor Figur 6.2 das erhaltene C-scan Radargram wiedergeben, und
Figur 7 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel zur Dickenbestimmung, bei wel chem ein Sensor kreisförmig um einen Marker an der Rückseite der Wand be wegt wird.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Aufbau zur automatisierten Durchführung des Verfahrens. Eine Wand 2 ist zwischen seitlichen vertikalen Kanten 4 und oberen bzw. unteren horizontalen Kanten 6 definiert. Der innere Aufbau der Wand 2 soll mit dem Analyseverfahren analysiert werden. Dazu wird ein Radargerät 8 über einen Manipulator 10 in horizontaler Richtung und mit Abstand der Wand 2 bewegt. An diskreten Messpunkten wird mit Abstand zu der Wand 2 von dem Radargerät 8 ein ausgehendes Signal S1 abgesetzt, welches im Inneren der Wand 2 abhängig von den stofflichen Eigenschaften des die Wand bildenden Aufbaus reflektiert und als eingehendes Signal S2 erfasst wird. Das über den Aufnahmepfad P empfangene Signal ist in dem Diagramm D beispielhaft gezeigt.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird nachstehend ein denkbarer Ablauf eines erfindungsge mäßen Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlicht.
Zur Vorbereitung der Verfahrensdurchführung wird ein Aufnahmebereich definiert, der meh rere Flächen oder lediglich einen Teilabschnitt einer einzelnen Fläche umfassen kann. Bei dem Beispiel der Figur 1 ist dieser Aufnahmebereich durch die Fläche der Wand 2 gebildet.
Innerhalb dieses Aufnahmebereichs wird ein Aufnahmepfad P definiert.
Im Rahmen der Verfahrensdurchführung wird das Gerät zur Ermittlung der Daten zum Aufbau, d. h. der Radar Scanner über den Aufnahmepfad geführt, um abhängig von den Lageinforma tionen des Pfades Informationen zum Aufbau an vorbestimmten Positionen zu ermitteln. Die bei der Aufnahme erfassten Daten zum Aufbau werden über Softwarealgorithmen aufbe reitet, um die Lage von einzelnen hinter der Fläche liegenden Schichten und/oder deren Ei genschaften und/oder deren stoffliche Beschaffenheit zu ermitteln. Diese Analyse erfolgt ei nerseits aufgrund des Reflexionsmusters gegebenenfalls bei variierend abgestrahlten Wellen längen und gegebenenfalls bei Abgleich der aufbereiteten Daten mit Daten zur stofflichen Be schaffenheit aus der Materialbibliothek. Andererseits werden Informationen, die sich aus der Oberflächenerfassung ergeben, z.B. die Abstände und Schnittwinkel der Grenzflächen eines Bauteils, genutzt, um eine sichere Detektion der Grenzflächen in den Radardaten zu ermögli chen sowie eine geometrische Kalibrierung der Radardaten vorzunehmen und damit insge samt die voll- oder teilautomatisierte Vorauswertung der Radardaten zu ermöglichen. Ergän zend kann nach Anzeige der aufbereiteten Daten an einem Bildschirm noch durch einen Be nutzer eine visuelle Interpretation vorgenommen und durch händische Eingabe die Analyse ergänzt werden, um an einzelnen oder mehreren Messpunkten des Aufnahmepfades einzelne oder mehrere Schichten einer Eigenschaftsklasse zuzuordnen oder zu der entsprechenden Schicht einen Eingabewert zu hinterlegen, der auch für nachfolgende Datenanalysen als Re ferenzwert für ein bestimmtes Material bzw. eine bestimmte Materialeigenschaft in die Materi albibliothek eingetragen werden kann.
Die so gewonnenen Daten können digital gespeichert und nach Bedarf über eine Software schnittstelle zur weiteren Verarbeitung oder zu Archivierungszwecken abgegeben werden.
Die Figur 3 vermittelt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Verfahrensdurchführung. Zu nächst wird im Schritt 1 ein Oberflächenscan erzeugt. Dieser erfasst bei dem Ausführungsbei spiel nach Figur 1 sämtliche Oberflächenbereiche des dort beispielhaft gezeigten Raumes und hinterlegt dessen Oberflächen datenmäßig als Datenpunkte.
Diese Datenpunkte werden bearbeitet, um Flächen und Kanten der Wandflächen und gege benenfalls Flächen eines Objektes innerhalb des Raumes zu definieren; Schritt 2. Zur Verein fachung der datenmäßigen Darstellung einzelner Flächen oder Flächenabschnitte können diese auch in Schritt 2 in Form von Vektoren zwischen Datenpunkten definiert werden.
Im Schritt 3 erfolgt eine Klassifizierung im Sinne einer Benennung der Objekte bzw. Flächen des Raumes. So werden einzelne Flächen als Decken, Boden, Seitenwände oder Objekte wie Säule oder Sockel benannt. Auch können zu einzelnen, in der Wand vermuteten Elementen Informationen zu deren Dicke bzw. zur stofflichen Beschaffenheit hinterlegt werden oder die von außen zu messende Dicke der Wand selbst. Durch diese Ableitung unter Schritt 3 erhält man als Inhalt (Schritt 4) ein durch die Schritte 1 und 2 erhaltenes geometrisches Modell, welches durch die Behandlung und Ergänzung unter Schritt 3 um semantische Information ergänzt ist. Das Modell ist ein BIM-Modell und kann in einem entsprechenden, mit einer BIM-Software (z.B. Autodesk REVIT oder ARCHICAD) ver arbeitbaren Format abgelegt werden. Die Zuordnung erfolgt dabei bevorzugt automatisiert bei spielsweise durch Verknüpfen der geometrischen Daten mit Daten eines Beschleunigungs und Gyroskopensensoren, der die Lage im Raum (Orientierung und Position) eines Scanners, der in Schritt 1 wirksam ist, im Betrieb des Scanners erfasst. Mit diesen Daten zur Orientierung und der allgemeinen Anschauung zum Vorhandensein von Wand- bzw. Decken- und Boden flächen werden diese automatisch identifiziert und entsprechend benannt bzw. die von Ihnen vorspringenden oder sich zwischen diesen erstreckenden Elemente benannt.
Aus diesem BIM-Modell werden in Schritt 6 erkannte Strukturen referenziert, sodass im Wei teren eine Bezugnahme in der Software auf die entsprechenden Strukturen erfolgen kann. Die Referenzierung erfolgt mit der Terminologie der BIM-Software.
Im Schritt 5 wird durch den Benutzer ein Bereich als Scanbereich ausgewählt, in dem die hinter der Grenzfläche liegende Struktur und danach der strukturelle Aufbau hinter der Grenzfläche aufgeklärt werden soll. Daraus ergeben sich im Schritt 7 Informationen zum Scanablauf, die zur Stellung des Manipulators 10 genutzt werden kann, um das Radargerät 8 parallel zu der Wand und mit Abstand dazu zu führen.
An den dadurch vorgegebenen Referenzpunkten oder Aufnahmepfaden wird das Signal S1 des Radargerätes 8 ausgestrahlt und das Signal S2 empfangen; Schritt 8. im Schritt 9 werden die so erhaltenen Rohsignale bearbeitet. So kann mit den in Schritt 3 eingegebenen Informa tionen zu den Elementen die räumliche Auflösung in der Tiefe verbessert bzw. kalibriert wer den, wenn ein Element hinter der Grenzfläche erkannt und mit seiner Dicke im Schritt 3 hin terlegt worden ist. Bei Fehlen solcher Erkenntnisse kann mittels eines Algorithmus die Kalib rierung beispielsweise über die in Schritt 1 gemessene Dicke der baulichen Struktur erfolgen, auf dessen Grenzflächen die ausgehenden Signale des Radargeräts auftreffen.
Im Schritt 10 wird ein Algorithmus durchlaufen, bei dem auf Basis eines FFT-(Fast Fourier Transformation) Verfahrens des reflektierten Signals oder des reflektierten Signals bei einer Sendefrequenz und einem Marker, welcher hinter der Wand positioniert ist (vgl. Fig. 6), aus gewertet wird. Es wird insbesondere der Aufbau der Wand, insbesondere Phasengrenzen zwi schen einzelnen Schichten oder Elementen innerhalb der Wand definiert. Mit der materialspe zifischen Änderungen der Frequenz dieser Signale S2 wird auch die stoffliche Beschaffenheit der ermittelten Struktur hinter der Grenzfläche erkannt. Als Ergebnis ergeben sich in Schritt 11 Informationen zur Konstruktion der Wand, deren tragende Elemente sowie in der Wand ver baute Elemente wie Rohre, elektrische Leitungen und dergleichen.
Der Abstand einer Phasengrenze oder auch die Dicke einer Wand wird üblicherweise unter Anwendung trigonometrischer Grundsätze ermittelt. Dazu wird üblicherweise die Sendeein richtung und die Empfangseinrichtung in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet. Lauf zeiten zu unterschiedlichen Messpunkten können dabei miteinander korreliert werden (vgl. Fig. 4). Werden die Position des Senders tx und die des empfangenen Signals bei rx miteinander korreliert, dann ergibt sich das gleiche Ergebnis, wie bei einer sogenannten CMP-Standard- methode. Allerdings werden vorliegend Sender tx und Empfänger rx nicht voneinander mit einem konstanten Schritt wegbewegt (herkömmliches CMP-Verfahren).Es erfolgt vielmehr eine Datenkorrelation zwischen Position des Senders und empfangenem Signal (Fig. 5). Dadurch ist die Verwendung eines herkömmlichen Radargeräts, welche keine physikalische Trennung zwischen Sender tx und Empfänger rx zulässt, möglich. Diese Standardmethode kann auch vorliegend angewandt werden. Sie ist in Figur 5 verdeutlicht. Der Sender tx und der Empfänger rx werden jeweils auseinandergefahren, um Abstandsinformationen zu dem Target zu ermitteln.
Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden der Sender tx und der Empfänger rx gemeinsam bewegt, wobei die Ortskoordinaten beim jeweiligen Abstrahlen eines Signals zu dem entsprechenden Signal abgespeichert werden. Die in Figur 5 mit Schritt 1 ermittelten Größen a2, b3 lassen sich dementsprechend im Rahmen der Nachberechnung durch Ver gleich von Schritt 2 und Schritt 3 gemäß Figur 4 ermitteln. Entsprechendes gilt in Bezug auf Schritt 2 zu Figur 5 für den Vergleich der Signale a1 bzw. b4 aus Schritt 1 bzw. Schritt 4 gemäß Figur 4. Durch diese Modifizierung der CMP-Standardmethode ist die Verwendung eines her kömmlichen Radars möglich, bei dem der Sender tx und der Empfänger rx nicht voneinander beabstandet werden können, da diese in einem gemeinsamen Radarkopf aufgenommen und dort in vorgegebener räumlicher Anordnung vorgesehen sind.
Bei dieser Variante werden demnach die Grenzflächendaten mit dem Messkopf, dadurch ge wonnen werden, dass Reflexionsdaten zu räumlich getrennten Positionen des Messkopfes zusammen mit Ortsinformationen zu den räumlich getrennten Positionen des Messkopfes ana lysiert werden. So kann die zum Zeitpunkt T1 abgegebene Welle durch Nachberechnung der Lage eines Empfängers zum Zeitpunkt T2 zugeordnet werden. Bei dieser Nachbetrachtung wird von einer linearen Bewegung des Messkopfes ausgegangen, der sowohl den Sender als auch den Emp fänger in sich aufnimmt. Ebenso gut kann ein entsprechender Messkopf kreisförmig um einen Marker, welcher hinter der Wand positioniert wird, geführt und hierdurch mit trigonometrischen Betrachtungen die Wanddicke ermittelt werden (Fig. 7).
In Figur 6.1 wird aufgrund der bekannten Abmessung eines Bezugsobjektes, vorliegend in Form eines Rahmens mit bekannten Schenkellängen der einzelnen Rahmenschenkel auf grund des erhaltenen Radargramms gemäß Figur 6 und mit trigonometrischen Verhältnissen der Abstand zwischen dem Radarkopf und dem Objekt ermittelt.
Die auf diese Weise ermittelten Informationen werden in Schritt 12 auf das BIM-Modell zurück geführt. Es wird dementsprechend ein BIM-Modell als 3D-Modell erhalten, welches nicht nur die Lage der von außen sichtbaren Grenzflächen vorgibt, sondern auch Informationen über die dahinterliegende Struktur und den Aufbau der Wand bzw. Decke, bzw. des Bodens enthält und visualisiert. Die Identifizierung der jeweiligen Flächen erfolgt aufgrund der in Schritt 6 zu gewiesenen ID.

Claims

Ansprüche
1. Analyseverfahren für die Gebäudebewirtschaftung bzw. -Verwaltung, bei dem Grenz flächendaten zu einen Raum begrenzenden Grenzflächen zusammen mit Daten zum inneren Aufbau, die aus einem Signal einer aus dem Aufbau reflektierten Welle ermittelt werden, in einem Speicher abgelegt und für die Anzeige aufbereitet werden.
2. Analyseverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen daten durch ein Bildgebungs- und/oder Lasermessverfahren gewonnen werden.
3. Analyseverfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zum Aufbau durch Aufbringen von elektromagnetischen Wellen auf die Grenzfläche und Empfangen der reflektierten Wellen ermittelt werden.
4. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an diskreten Stellen der Grenzfläche durch Aufbringen von Radarwellen auf die Grenzflächen und Empfangen der reflektierten Wellen die Daten zum Aufbau ermittelt und zugeordnet zu Lagedaten der diskreten Stellen der Grenzfläche abgespeichert werden.
5. Analyseverfahren nach einem Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen eines die elektromagnetischen Wellen auf die Grenzfläche aufbringen den Messgerätes auf Basis der Grenzflächendaten und/oder auf Basis der Daten zum Aufbau gesteuert werden.
6. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis eines Reflexionsmusters der reflektierten Wellen die Lage und Abmes sung von hinter der Grenzfläche liegenden Schichten ermittelt wird.
7. Analyseverfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine geometrische Kalib rierung des Reflexionsmusters auf Basis von Grenzflächendaten.
8. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse der hinter der Grenzfläche liegenden Materialien die Frequenz der auf die Grenzfläche abgestrahlten Wellen variiert wird.
9. Analyseverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ma terialabhängigen Permittivität auf die stoffliche Beschaffenheit von Schichten hinter der Grenzfläche geschlossen wird.
10. Analyseverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zu dem Reflexionsmuster mit gespeicherten Reflexionsdaten zu dem Reflexionsverhalten be stimmter Baumaterialien verglichen werden, um auf die stoffliche Beschaffenheit einer der Schichten hinter der Grenzfläche zu schließen, und dass der Schicht ein spezifi sches Baumaterial zugeordnet wird.
11. Analyseverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sofern der Ver gleich zu keiner Übereinstimmung führt, wahlweise das nicht zuordenbare Baumaterial einer Schicht in eine Eigenschaftsklasse einklassifiziert und/oder zu der stofflich nicht bestimmbaren Schicht in einer Anzeigeeinrichtung einer das Verfahren durchführen den Datenverarbeitungseinrichtung ein Eingabefenster geöffnet wird, welches die Ein gabe eines Eingabewertes zu der entsprechenden Schicht erlaubt.
12. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anzeigeeinrichtung einer das Verfahren durchführenden Datenverarbei tungseinrichtung ein Eingabefenster geöffnet wird, welches die Eingabe eines von der Außenseite der Grenzfläche bestimmbaren Eigenschaftswertes erlaubt.
13. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächendaten analysiert werden, um ebene Flächenabschnitte der den Raum begrenzenden Grenzflächen zu identifizieren und zugehörigen Grenzflächenda ten den zugehörigen ebenen Flächenabschnitt zuzuordnen.
14. Analyseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Grenzflächendaten mit einem Messkopf, der eine Sende- und eine Empfangsein richtung in vorgegebener räumlicher Anordnung relativ zueinander hält, dadurch ge wonnen werden, dass Reflexionsdaten zu räumlich getrennten Positionen des Mess kopfes zusammen mit Ortsinformationen zu den räumlich getrennten Positionen des Messkopfes analysiert werden.
15. Datenverarbeitungssoftware für die Gebäudebewirtschaftung, das Grenzflächendaten zu einen Raum begrenzenden Grenzflächen zusammen mit Daten zum Aufbau, die aus einem Signal einer aus dem Aufbau reflektierten Welle ermittelt werden, in einem Speicher abgelegt und dort zur weiteren Bearbeitung bereitgestellt werden.
16. Datenträger enthaltend eine Datenverarbeitungssoftware nach Anspruch 15.
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