EP4561887A1 - Verfahren und system zum vermessen der position eines referenzobjekts, insbesondere eines festpunkts zum vermessen eines gleisstrukturelements, und messanordnung - Google Patents

Verfahren und system zum vermessen der position eines referenzobjekts, insbesondere eines festpunkts zum vermessen eines gleisstrukturelements, und messanordnung

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Publication number
EP4561887A1
EP4561887A1 EP23744405.4A EP23744405A EP4561887A1 EP 4561887 A1 EP4561887 A1 EP 4561887A1 EP 23744405 A EP23744405 A EP 23744405A EP 4561887 A1 EP4561887 A1 EP 4561887A1
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EP
European Patent Office
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reference object
measuring
earth
signal
determined
Prior art date
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Pending
Application number
EP23744405.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Pröll
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH filed Critical Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Publication of EP4561887A1 publication Critical patent/EP4561887A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/40—Handling position reports or trackside vehicle data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G01C7/02—Tracing profiles of land surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]
    • 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
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9023—SAR image post-processing techniques combined with interferometric techniques

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for measuring the position of a reference object, in particular a fixed point for measuring a track structure element.
  • the invention further relates to a measuring arrangement.
  • a method for measuring an infrastructure element, in particular a track structure element is known.
  • the position of the infrastructure element in a global coordinate system is determined using survey points with predetermined positions.
  • precise information about the positions of the survey points is required.
  • the position of at least one reference object in particular a fixed point for measuring a track structure element, can be determined particularly economically and precisely if the position of the at least one reference object is determined based on measurement data, which is obtained by detecting the earth's surface using of a satellite system.
  • the measurement data is preferably generated exclusively on the basis of measurement signals that are received from the satellite system, in particular from at least one satellite.
  • the method can be carried out completely automatically. Because the measurement data is generated by detecting the earth's surface using the satellite system, complex measurement work on the ground, in particular precautions to enable the detection of the earth's surface, in particular on the at least one reference object, can be dispensed with.
  • measuring work on the ground can be completely dispensed with.
  • several reference objects can be measured, in particular in a short period of time, in particular at the same time.
  • Satellite systems for measuring the earth's surface have a high level of measurement accuracy. Due to the ability to be automated and cost-effective, regular measurement of the position of the at least one reference object is promoted, whereby a high degree of up-to-date information about the position of the at least one reference object can be achieved in an economical manner.
  • the satellite system preferably comprises at least one, in particular at least two, in particular at least five, satellites.
  • the at least one satellite is preferably an earth observation satellite.
  • the at least one satellite is preferably in an earth orbit, in particular in a low earth orbit.
  • the at least one satellite can be in an orbit with an average height above the earth's surface in a range from 100 km to 2000 km, in particular from 150 km to 1000 km, in particular from 200 km to 500 km.
  • the measurement data is preferably recorded using the at least one satellite.
  • the at least one satellite can have a signal receiver for this purpose for detecting a measurement signal from the earth's surface, in particular a measurement signal emitted from the earth's surface.
  • the at least one satellite can have a signal transmitter for emitting a measurement signal, in particular a measurement signal that can be reflected from the earth's surface.
  • the signal receiver can be designed to detect the measurement signal reflected from the earth's surface. Preferably no active transmitter is required on the earth's surface.
  • the measurement signal can only be generated by the at least one satellite.
  • the at least one satellite can be designed without a signal transmitter, in particular as a passive measuring unit.
  • the measurement signal can be provided by means of at least one further satellite and/or a signal transmitter on the ground and/or by natural radiation, in particular optical radiation.
  • Such a satellite system is particularly energy-efficient in operation.
  • the measurement signal is preferably electromagnetic radiation, in particular radiation that can be reflected from the earth's surface, in particular optical radiation.
  • the measurement signal is preferably designed in such a way that location-dependent differences in the nature of the earth's surface can be identified based on the measurement data generated.
  • the measurement data preferably varies with the nature of the earth's surface at the respective position at which the earth's surface is recorded.
  • the nature of the earth's surface varies in particular with regard to the topography and/or the structure and/or the material of the earth's surface. Area-forming terrain and/or objects, in particular natural objects, bodies of water, vegetation and/or buildings.
  • the measurement signal is preferably designed in such a way that corresponding differences in the condition of the earth's surface can be detected.
  • the signal receiver is preferably designed to detect phase shifts and/or power differences of the measurement signal.
  • the position and/or orientation, in particular the arrangement, of the reference object are determined by means of the at least one satellite.
  • the arrangement of an object refers to its position and orientation.
  • the measurement accuracy in particular the measurement resolution with which the earth's surface is detected and/or with which the position of the reference object is determined, is preferably in the range of 0.1 mm to 100 mm, in particular from 0.5 mm to 50 mm, in particular from 1 mm up to 20 mm, in particular from 2 mm to 5 mm.
  • the position of at least one, in particular several, in particular at least two, in particular at least five, in particular at least ten, in particular at least 50, in particular at least 100, different reference objects is determined.
  • the at least one reference object can be an infrastructure element, in particular a track structure element.
  • the reference object is preferably a geometric measurement point, in particular a fixed point.
  • a Fixed point is a permanently marketed reference point, especially for land surveying.
  • the reference object can alternatively be formed by the infrastructure element.
  • the position of a survey point is usually determined during marking or stabilization, especially in a geographical coordinate system.
  • the method is preferably carried out to measure the position of the fixed point at a time after an initial position determination, in particular for the purpose of a repeat measurement. This allows a change in the position of the fixed point to be determined.
  • a movement of the fixed point, in particular of the earth's surface can be detected, in particular due to earth movements, in particular ground deformations and/or landslides.
  • a method according to claim 2 ensures that the position of the reference object is determined in a particularly economical manner.
  • the imaging method is preferably carried out automatically, in particular using an electronic computing unit.
  • an image that correlates with the nature of the earth's surface is created based on the measurement data.
  • the image can have an intensity distribution and/or a distribution of a phase shift of the measurement signal over the earth's surface.
  • the image preferably corresponds to the reflection signature of the earth's surface for the measurement signal.
  • pattern recognition is carried out on the measurement data, in particular on the image.
  • the position of the at least one reference object in particular within the measuring area and/or in the geographical coordinate system, can be determined based on the identified patterns.
  • the position of the measuring surface within half of the global coordinate system can be determined, in particular using the satellite system. This allows conclusions to be drawn about the position of the at least one reference object in the global coordinate system.
  • a method according to claim 3 can be carried out particularly reliably and ensures particularly precise measurement results.
  • the signal transmitter can be designed to generate radar radiation.
  • the signal receiver is preferably designed to detect radar radiation, in particular the radar radiation generated by the signal transmitter.
  • the signal receiver can alternatively be designed as a passive radar.
  • the electromagnetic radiation in particular the radar radiation, is preferably electromagnetic radiation of the L-band, in particular with a frequency in a range from 0.5 GHz to 5 GHz, in particular from 1 GHz to 2 GHz. This advantageously ensures that the influence of the weather conditions and/or solar radiation on the detection of the earth's surface is negligible.
  • a method according to claim 4 ensures that the position of the at least one reference object is measured in a particularly precise manner.
  • the signal reflector can be arranged directly on the reference object or in a fixed relative position, in particular at a fixed distance, from the reference object; in particular, several signal reflectors can be arranged on the at least one reference object.
  • the signal reflector can form the reference object.
  • the signal reflector is pre- preferably designed to reflect radar radiation.
  • the signal reflector is preferably a triple mirror. The position of the reference object can thereby be determined particularly reliably and precisely based on the measurement data.
  • a method according to claim 5 ensures that the position of the reference object is measured in a particularly efficient and economical manner.
  • at least one monitoring zone is defined, within which the at least one reference object is located.
  • the at least one monitoring zone preferably corresponds to a partial area of the earth's surface detected by the satellite system, in particular the measuring area.
  • the monitoring zone can be smaller than the measuring area.
  • the at least one monitoring zone preferably overlaps the at least one reference object, in particular the infrastructure element, in particular the track structural element, and/or at least one track section.
  • a monitoring zone extending along a section of track is also referred to as a monitoring corridor.
  • the measurement of the position is preferably limited to those reference objects which are located within the at least one monitoring zone.
  • the positions of all reference objects, in particular all fixed points, are preferably determined within the monitoring zone.
  • the measurement data is reduced to the subset of the measurement data located in the at least one monitoring zone.
  • a method according to claim 6 enables the position of the reference object to be provided with a particularly high level of accuracy.
  • the position of the at least one reference object is determined at at least two, in particular at least four, in particular at least ten, in particular at least 20, different times.
  • the multiple measurement of the position ensures that the position of the at least one reference object is highly up-to-date.
  • the mean value and/or the standard deviation for the multiple measurements of the position can be determined.
  • measurement deviations in particular measurement errors, can be identified.
  • the standard deviation can be compared to a threshold value for a permissible position determination.
  • a method according to claim 7 ensures that the position of the at least one reference object is determined in a particularly precise manner and with a high level of timeliness.
  • the time interval for determining the position of the at least one reference object is preferably in a range from 4 h to 1 m, in particular from 12 h to 14 d, in particular from 24 h to 7 d, in particular from 2 d to 6 d.
  • a method according to claim 8 ensures that the position of the at least one reference object is determined in a particularly precise manner and with a high level of timeliness.
  • the determination of the position of the at least one reference object is preferably carried out regularly, in particular endlessly.
  • a total period over which the position of the at least one reference object is determined at regular time intervals is preferably in a range from 14 d to 20 a, in particular from 1 m to 10 a, in particular from 3 m to 5 a, in particular from 6 m until 1 a.
  • a method according to claim 9 enables monitoring of the position of the at least one reference object over time.
  • the change in position is preferably determined based on a comparison of the current, in particular the most recently detected, position of the at least one reference object with a previously determined position, in particular the starting position or the position determined immediately before, of the reference object.
  • the change in position is determined in particular based on a comparison result of the measurement data determined at two different times.
  • a correction value for the position of the at least one reference object can be determined.
  • the position of the reference object, in particular of the fixed point for measuring the track structure element is preferably updated, in particular for future measurement methods and / or maintenance procedures, in particular for a correction of the track arrangement, in particular the rail arrangement.
  • the change in position per time in other words the speed of the at least one reference object and/or the time course of the at least one reference object, is determined. Based on the change in position, in particular the speed and/or the time course of the position, it is possible to infer a movement of the reference object and/or ground movements. An incorrect determination of the position of an infrastructure element caused by this, especially in the global coordinate system, can be avoided. A threat to the operation of the infrastructure element, in particular the track structure element, in particular the rail transport system, can be identified at an early stage and thus prevented become. A corresponding procedure increases the operational safety of the rail transport system.
  • a method according to claim 10 ensures, in particular continuous, monitoring of the position of the at least one reference object, in particular the safe operation of the infrastructure element, in particular the rail transport system.
  • the monitoring result can be determined by comparing the change in position and/or a time course of the position, in particular the speed and/or the acceleration, of the reference object with a corresponding threshold value, in particular a predetermined threshold value.
  • the monitoring result is preferably determined for each individual reference object.
  • a uniform threshold value or individual threshold values can be provided for several reference objects.
  • a threshold value for the position change is preferably in a range from 5 mm to 500 mm, in particular from 10 mm to 300 mm, in particular from 50 mm to 100 mm.
  • the threshold value for the speed is preferably in a range from 1 mm/a to 150 mm/a, in particular from 2 mm/a to 100 mm/a, in particular from 5 mm/a to 75 mm/a, in particular from 10 mm/a a to 50 mm/a.
  • the monitoring result is preferably determined with regard to the position of a reference object, in particular a fixed point, for measuring a track structure element, in particular a track section, in particular track rails.
  • the monitoring result ensures that ground movements can be detected at an early stage. The track can therefore be operated particularly safely.
  • a method according to claim 11 ensures a high level of reliability of the measurement results, in particular a high level of operational reliability of the infrastructure elements monitored using the measurement results.
  • the warning signal is preferably generated and/or output when the value correlating with the change in position of the reference object reaches, in particular exceeds, the threshold value.
  • the warning message is preferably issued to the operator of the method for measuring the position of a reference object and/or to the operator of a database for positions of fixed points for land surveying and/or to the operator of an infrastructure element monitored based on the position, in particular to the operator of the respective railway line , especially a rail transport system.
  • the alarm signal is preferably issued to appropriately trained personnel.
  • the warning signal is preferably issued when a threshold value is reached, in particular exceeded, in particular with regard to the at least one reference object within the at least one monitoring zone. This allows an early warning system to be established that detects ground movements at an early stage.
  • the operation of the infrastructure element, in particular the track structure element is guaranteed in a particularly safe manner.
  • the invention relates to a rail transport system, in particular a rail network, with such an early warning system.
  • a rail transport system forms in particular an independent aspect of the invention, preferably combined with at least one feature described in connection with the method.
  • Such a rail transport system is particularly safe to operate.
  • a method according to claim 12 can be used particularly flexibly and is economical to operate.
  • the evaluation data correlates with the position of the at least one reference object.
  • the evaluation data can include the position and/or the change in position and/or the time course, in particular the speed, and/or the comparison result for the at least one reference object.
  • the evaluation data can also include the alarm signal.
  • the evaluation unit is preferably designed to determine the evaluation data.
  • the evaluation unit can have a computer, in particular an electronic computing unit, for determining the evaluation data, in particular based on the measurement data.
  • the receiving unit is preferably arranged at a distance from the evaluation unit.
  • the receiving unit can have a computer, in particular an electronic computing unit.
  • the evaluation unit and the receiving unit are preferably in a signal-transmitting connection.
  • the signal-transmitting connection can be wireless or wired, in particular via a data network.
  • the receiving unit can be arranged at an operator of a database for the position of fixed points for land surveying and/or at an operator of a system for monitoring an infrastructure element, in particular at an operator of a rail usage system and/or a rail maintenance system.
  • correction values, in particular the position change, for the position of the at least one reference object are transferred from the evaluation unit to the receiving unit.
  • the position of an infrastructure element measured using the position of the reference object, in particular the at least one fixed point can be determined particularly precisely.
  • a method according to claim 13 ensures that the position of the infrastructure element, in particular the track structural element, is determined in a particularly economical and precise manner, in particular with a high level of timeliness.
  • the relative position can be determined in particular using a stereo camera and/or a laser distance measuring device.
  • the relative position is preferably determined using the method described in published patent application AT 524402 A1. The disclosure content of this publication is incorporated by reference into the present patent application.
  • a method according to claim 14 ensures the precise and economical determination of the position of the infrastructure element in a global coordinate system.
  • the position of the infrastructure element in particular the track structure element, is determined based on the relative position and a value that correlates with the position of the at least one reference object, in particular the change in position, in particular a correction value for the position of the reference object.
  • the position of the infrastructure element is monitored regularly, in particular at regular time intervals. An alarm signal can be issued when the change in position of the infrastructure element reaches, in particular exceeds, a predetermined threshold value.
  • a method according to claim 15 ensures that the infrastructure element is arranged in a particularly precise manner.
  • the infrastructure element is arranged based on the position of the at least one reference object and/or based on the relative position.
  • the measurement data is generated by the satellite system, in particular the at least one satellite. Determining the position of the reference object based on the measurement data is preferably carried out using an evaluation unit.
  • the evaluation unit can be a component of the satellite system, in particular of at least one satellite.
  • the evaluation unit is preferably located on the floor.
  • the measurement data can be transmitted from the satellite system to the evaluation unit located on the ground.
  • the satellite system, in particular the at least one satellite is preferably in a signal-transmitting connection with the evaluation unit.
  • the satellite system may include a ground station for receiving data from the at least one satellite.
  • the ground station can have a signal connection with a receiving unit.
  • the receiving unit can be in signal connection with the evaluation unit.
  • the evaluation unit preferably has a computer, in particular with an electronic computing unit, in particular a processor, and/or a data memory.
  • the invention relates to a computer program product for carrying out the method described above.
  • the invention also relates to a data memory, in particular the evaluation unit, with such a computer program product.
  • a further object of the invention is to create a system for measuring the position of a reference object, in particular a fixed point for measuring a track structure element, which in particular can be used very economically and provides precise measurement results.
  • This task is solved by a system with the features of claim 16.
  • the advantages of the system correspond to the advantages of the method described above.
  • the system can be developed with at least one of the features described above in connection with the method.
  • the receiving unit is preferably in signal connection with the satellite system, in particular a ground station of the satellite system, and/or the evaluation unit.
  • the data memory of the evaluation unit can be designed to record the measurement data.
  • the computer program product for carrying out the method described above can be stored on the data memory.
  • a further object of the invention is to create a measuring arrangement which ensures the measurement of the position of at least one reference object economically and precisely.
  • measuring arrangement with the features of claim 17.
  • the advantages of the measuring arrangement correspond to the advantages of the method and/or the system described above.
  • the measuring arrangement can be developed with at least one of the features described above in connection with the method and/or the system.
  • the signal reflector can be arranged directly on the reference object or at a fixed distance, in particular in a fixed relative position, to the reference object.
  • the signal reflector is preferably used for reflecting inflection of the measurement signal, in particular the electromagnetic radiation, in particular the radar radiation.
  • the signal reflector can be designed as a radar reflector, in particular as a triple mirror.
  • the signal reflector is preferably arranged at a marking of the fixed point.
  • the signal reflector can be arranged on the infrastructure element, in particular on a building element and/or on a bridge girder and/or on a track support plate and/or on a track sleeper and/or on a track mast, in particular in a fixed relative position thereto.
  • the signal reflector can be attached to the marking of the fixed point and/or to the infrastructure element.
  • the signal reflector is preferably attached to the marking and/or to the infrastructure element by means of a non-destructively detachable connection, in particular a screw connection.
  • the position of the signal reflector can be detected particularly reliably and precisely using the satellite system.
  • the signal reflector ensures an increase in the precision and reliability of the method described above.
  • a system for measuring the position of the at least one reference object with such a measuring arrangement ensures that the position of the at least one reference object is determined in a particularly precise and reliable manner.
  • the advantages of the system correspond to the advantages of the measuring arrangement described above.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a system for measuring the position of at least one reference point, in particular a fixed point for measuring a track structure element, with a receiving unit for receiving measurement data of the earth's surface from a satellite system and an evaluation unit for determining the position of the at least one reference object based on the measurement data ,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an image of the earth's surface generated based on the measurement data with several reference objects along the course of a track, in particular within a predetermined monitoring zone
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the change in position of the at least one reference object in FIG. 1 over time
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the time derivation of the position of the at least one reference object in FIG. 1 over time
  • Fig. 5 is a schematic representation of the system in Fig.
  • FIG. 6 is a schematic representation of the system in Fig.
  • Fig. 7 is a schematic representation of the system in Fig.
  • the infrastructure element 3a is a track structural element, in particular a track 3a, in particular a track rail 5.
  • the position p is preferably determined in a coordinate system for land surveying, in particular a global earth coordinate system, in particular in the form of geographical coordinates.
  • the position p can have a longitude and/or a latitude and/or an altitude.
  • the position can be specified in a Cartesian coordinate system with the coordinates x, y and z.
  • the system 4 has a receiving unit 6 for receiving measurement data of the earth's surface 7 from a satellite system 8.
  • the satellite system 8 is designed separately from the system 4. Alternatively, the satellite system 8 can be a component of the system 4.
  • the Sat satellite system 8 includes at least one, in particular several, satellites 9, in particular earth observation satellites.
  • the at least one satellite 9 is in an orbit around the earth, preferably in an orbit with a height above the earth's surface in a range from 100 km to 500, in particular from 150 km to 300 km, in particular from 230 km and / or in the so-called Low Earth Orbit.
  • the at least one satellite 9 is designed to detect radar radiation, in particular radar radiation reflected from the earth's surface 7.
  • the at least one satellite 9 has at least one signal receiver 10 for detecting the radar radiation.
  • the at least one satellite 9 can have a signal transmitter for emitting radar radiation onto the earth's surface 7.
  • the at least one satellite 9, in particular the signal receiver 10 can be designed to detect radar radiation that is generated by a signal transmitter of another satellite and/or by a signal transmitter on the earth's surface.
  • the signal receiver 10 can alternatively be designed as a passive radar.
  • the receiving unit 6 is in signal communication with the satellite system 8, in particular with the at least one satellite 9 and/or a ground station 11 of the satellite system 8.
  • the system 4 includes an evaluation unit 12 for determining the position p of the at least one reference object 1 based on the measurement data.
  • the evaluation unit 12 includes a computer 13a.
  • the computer 13a included an electronic computing unit, in particular a processor 14a, and a data memory 15a.
  • a computer program product for executing the method for measuring the position p of the reference object 1 is stored on the data memory 15a, in particular for determining the position p of the reference object 1 based on the measurement data.
  • the evaluation unit 12 is in signal connection with a receiving device 16.
  • the signal connection is understood to mean a connection for transmitting signals, in particular data, which can in particular be designed to be wired or wireless.
  • the evaluation unit 12 is designed to transmit evaluation data, which correlate with the position p of the reference object 1, to the receiving device 16.
  • the evaluation data can include the position p of the reference object 1 and/or the course of the position p over time t, in particular the first derivative after time t and/or the second derivative after time t.
  • the evaluation data can also include a comparison result and/or an alarm signal.
  • the receiving device 16 is preferably a component of a rail usage system 17, in particular of a rail network operator, and / or a rail maintenance system 18, in particular of a rail network maintainer.
  • a local measuring device 19 is designed to measure the relative position r of the at least one infrastructure element 3a, in particular the track 3a, in particular the track rails 5, relative to the at least one reference object 1, in particular to the at least one fixed point 1.
  • the local measuring device 19 preferably has a camera unit 20, in particular a stereo camera unit
  • the local measuring device 19 includes a measuring carriage 21 with markings 22, in particular optical markers.
  • the local measuring device 19 is designed to determine the course of the track 3a, in particular the track rails 5, by detecting the course of movement of the markings 22 moved by the measuring carriage 21 along the track 3a using the camera unit 20.
  • the local measuring device 19 is further designed to determine its arrangement, in particular the relative position r and/or the relative orientation, relative to the at least one reference object 1, in particular to at least two, in particular at least three of the reference objects 1.
  • the local measuring device 19 can have a laser distance measuring device 23, which is preferably connected to the camera unit 20.
  • the local measuring device 19 preferably has a computer 13c with a processor 14c and a data memory 15c.
  • the computer 13c in particular a computer program product stored therein, is preferably designed to determine the relative position r of the infrastructure element 3a relative to the at least one reference object 1 based on the arrangement of the infrastructure element 3a relative to the camera unit 20 and the arrangement of the camera unit 20 relative to the at least one Determine reference object 1.
  • AT 524402 A1 the disclosure content of which is incorporated herein by reference.
  • the track 3a includes an overhead line 24.
  • the overhead line 24 has a contact wire 25 and track masts 26.
  • the at least one fixed point 1 is attached to the at least one track mast 26.
  • the track mast 26, in particular with the fixed point 1 arranged thereon, has a signal reflector 27.
  • the signal reflector 27 is designed as a passive signal reflector.
  • the signal reflector 27 is a radar reflector, in particular a triple mirror.
  • the respective signal reflector 27 has a defined arrangement, in particular a defined relative position, relative to the associated fixed point 1, in particular of the respective track mast 26.
  • the position p of the fixed point 1 can therefore be deduced from the position of the signal reflector 27.
  • the reference object 1, in particular the fixed point 1, and the signal reflector 27 form a measuring arrangement 28.
  • the earth's surface 7 is recorded by means of the satellite system 8, in particular continuously.
  • the at least one satellite 9 emits a measurement signal in the form of electromagnetic radiation, in particular radar radiation, in particular with an L-band frequency, in particular in one Frequency range from 1 GHz to 2 GHz, towards the earth's surface 7.
  • the measurement signal reflected from the earth's surface 7 is detected by the signal receiver 10 of the at least one satellite 9.
  • the detected electromagnetic radiation varies over the earth's surface 7, in particular due to differences in topography, development, soil composition and/or vegetation.
  • the measurement data generated correlate with the position-dependent nature of the earth's surface 7.
  • the earth's surface 7 recorded by the satellite system 8 is shown schematically in FIG.
  • individual patterns can be identified based on the measurement data, which can be assigned to a specific position on the earth's surface 7.
  • the position of an object, in particular the reference object 1 can be precisely determined based on its own reflection pattern and/or based on the reflection pattern of the earth's surface 7 surrounding the object, in particular based on the respective reflection pattern of neighboring objects.
  • the measurement resolution and/or the measurement accuracy of the position determination are preferably in a range from 0.1 mm to 50 mm, in particular from 0.5 mm to 10 mm, in particular from 1 mm to 5 mm.
  • At least one monitoring zone 29 is determined, within which the at least one reference object 1 is arranged.
  • the at least one monitoring zone 29 preferably overlaps the infrastructure Structural element 3a and/or the fixed points 1 provided for measuring the position p of the infrastructure element 3a, in particular the track structure element 3a.
  • the position p of the at least one reference object 1 can be determined based on the naturally present radar signature of the earth's surface 7.
  • the naturally present radar signature is understood to be that radar signature which the earth's surface has without additional precautions, in particular changes to the radar signature made specifically for the method.
  • the natural radar signature is determined in particular by the topography, the development and the vegetation of the earth's surface 7. Determining the position p of the reference object 1 based on the measurement data can be done by pattern recognition of the obtained image of the earth's surface 7.
  • the position p of the reference object 1 can be detected particularly precisely and reliably if a signal reflector 27 is arranged on the reference object 1.
  • the electromagnetic radiation reflected from its position to the satellite 9 can be increased.
  • the position of the signal reflector 27 can therefore be determined particularly precisely and reliably.
  • the position p of the respective reference object 1 is determined at at least two different times t, in particular regularly repeating, in particular at regular time intervals At.
  • the time t of the position determination is preferably understood to mean the time t at which the earth's surface 7 is recorded to generate the measurement data.
  • the time interval At is preferably in a range from 1 h to 1 m, in particular from 4 h to 14 d, in particular from 12 h to 7 d, especially from 24 h to 2 d.
  • the regularly repeating determination of the position p of the reference object 1 preferably takes place over a period T of at least 7 d, in particular at least 1 m, in particular at least 1 a, in particular at least 5 a, in particular at least 10 a, and/or a maximum of 15 a, in particular a maximum of 5 a, in particular a maximum of 1 a.
  • the 3 shows the change in position Ap of the reference object 1 over time t.
  • the change in position Ap is determined as a change in the position p at a time t compared to a starting position po at a starting time to.
  • the starting position po can correspond to the position p when the reference object 1 is measured for the first time, in particular by means of the satellite system 8, and/or the position p of the reference object 1 when positioning the infrastructure element 3a.
  • the position p of the reference object 1 is determined at different times t, in particular at regular time intervals At, in particular several times per year.
  • the course of the position p of the reference object 1 over time t is illustrated by a trend line 30.
  • the position p of the reference object 1 initially changes approximately linearly over time t, in particular until the end of the sixth year.
  • the change in position p per time t then increases sharply.
  • the amount of position change Ap is particularly high for a short time. There is then again an approximately linear time course of the position change Ap.
  • the speed v of the reference object 1 is shown over time t.
  • the course of the speed v of the reference object project 1 over time t is illustrated by a trend line 31.
  • the speed v is initially essentially constant. In the seventh year, the speed of position change is particularly high for a short time. Then there is an approximately constant speed v again.
  • the change in position Ap of the reference object 1, in particular compared to the starting position po, and/or the speed v are compared with a value Aps for the change in position Ap and/or a threshold value vs for the speed v to determine a monitoring result.
  • a threshold value Aps, vs can be set uniformly or individually for the respective reference object 1.
  • the threshold value Aps for the position change Ap is preferably in a range from 5 mm to 500 mm, in particular from 10 mm to 250 mm, in particular from 20 mm to 100 mm.
  • the change in position Ap of the reference object 1 can be determined by comparing the positions p of the reference object 1 at at least two different times t, in particular at a current time t and the initial time t and/or other, earlier time t, in particular the time t immediately previous position determination.
  • the threshold value vs for the speed v of the reference object 1 is preferably in a range from 5 mm/a to 100 mm/a, in particular from 10 mm/a to 50 mm/a, in particular from 20 mm/a to 40 mm/a.
  • Evaluation data that correlate with the position p of the reference object 1, in particular the position p, the position change Ap, the speed v and / or the monitoring result are preferably from the evaluation unit 12 is transmitted to a receiving device 16.
  • the receiving device 16 is preferably a component of the rail usage system 17 and/or the rail maintenance system 18.
  • a section of track 3a can be closed to rail traffic when a threshold value Aps, vs is reached.
  • the change in position Ap and/or the speed v provide an important indication of whether damage to the infrastructure element 3a or its arrangement has occurred, in particular due to ground movements.
  • Monitoring the position p of the infrastructure element 3a using the method described above ensures that the infrastructure element 3a, in particular the track 3a, is operated in a particularly safe and reliable manner.
  • An alarm signal is preferably output depending on the monitoring result.
  • the alarm signal can, for example, be output by the evaluation unit 12 and transmitted to the receiving device 16.
  • Determining the monitoring result for the position p of the at least one reference object 1, in particular all reference objects 1 in the predetermined monitoring zone 29, enables the formation of an early warning system. If an impermissible deviation in the position p of the reference object 1 is detected, a warning signal can be generated and sent to the receiving device 16, in particular a rail usage system 17. in particular a railway operator and/or a rail maintenance system 18. A rail transport system with such an early warning system is particularly safe to operate.
  • the method described above enables the position p of the reference object 1 to be determined in a particularly precise manner and with a high level of timeliness. This can prevent the arrangement of an infrastructure element 3a from being determined and/or corrected based on inaccurate, in particular temporarily changed, positions p of reference objects 1.
  • the position p and/or the change in position Ap of the at least one reference object 1 is transmitted to the receiving device 16, in particular the rail usage system 17 and/or the rail maintenance system 18.
  • the arrangement of the infrastructure element 3a, in particular the track 3a can be precisely determined and/or corrected.
  • the position p of the infrastructure element 3a is determined in particular based on the relative position r of the infrastructure element 3a relative to the reference object 1 and based on the position p of the reference object 1.
  • the infrastructure element 3a can be arranged based on the relative position and/or the position of the reference object 1, in particular can be arranged for the first time and/or its arrangement can be changed, in particular corrected.
  • the method described above ensures that the position p of the at least one reference object 1 is determined in a precise and reliable manner, in particular regardless of solar radiation and/or weather conditions.
  • the position p of the reference object 1 can be determined with high accuracy and timeliness.
  • the arrangement of infrastructure elements 3a can be carried out particularly precisely using correspondingly specific positions p. Determining the monitoring result enables the implementation of an early warning system for particularly safe operation of the infrastructure element 3a, in particular the rail transport system, in particular a rail network.
  • the infrastructure element in FIG. 5 is a track support plate 3b, in FIG. 6 a building element 3c and in FIG. 7 a bridge girder 3d.
  • the reference object 1 can be a fixed point 1, in particular independent and/or spaced from the infrastructure element 3a to 3d, and/or a fixed point 1 rigidly connected to the infrastructure element 3a to 3d.
  • the reference object 1 can alternatively be formed by the infrastructure element 3a to 3d itself.
  • the infrastructure element 3a to 3d can serve in particular as a reference object 1 for measuring the position of a further infrastructure element 3a to 3d.
  • the position p of such a reference object 1 can be used to determine the monitoring result.
  • monitoring an infrastructure element 3d designed as a bridge girder 3d using the method described above leads to increased operational reliability.
  • this can be designed with the signal reflector 27.

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Abstract

Ein Verfahren zum Vermessen der Position (p) mindestens eines Referenzobjekts (1), insbesondere eines Festpunkts (1) zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a), umfasst die Schritte: Erzeugen von Messdaten durch Erfassen der Erdoberfläche (7) mittels eines Satellitensystems (8) und Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) anhand der Messdaten. Ein System (4) zum Vermessen der Position (p) mindestens eines Referenzobjekts (1), insbesondere eines Festpunkts (1), zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a), umfasst eine Empfangseinheit (6), welche ausgebildet ist zum Empfangen von Messdaten der Erdoberfläche (7) von einem Satellitensystem (8), und eine Auswerteeinheit (12), welche ausgebildet ist zum Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts (1) anhand der Messdaten. Eine Messanordnung (28) umfasst ein Referenzobjekt (1), insbesondere einen Festpunkt (1) zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a), und einen an dem Referenzobjekt (1) angeordneten Signalreflektor (27) zum Reflektieren eines Messsignals.

Description

Verfahren und System zum Vermessen der Position eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements, und Messanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Vermessen der Position eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements. Ferner betrifft die Erfindung eine Messanordnung.
Aus der AT 524402 Al ist ein Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturelements, insbesondere eines Gleisstrukturelements, bekannt. Anhand von Vermessungspunkten mit vorbestimmten Positionen wird die Position des Infrastrukturelements in einem globalen Koordinatensystem bestimmt. Für das präzise Bestimmen der Position des Infrastrukturelements in dem globalen Koordinatensystem sind genaue Informationen über die Positionen der Vermessungspunkte erforderlich.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Vermessen der Position eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements zu schaffen, das wirtschaftlich ausführbar und hinsichtlich der Messergebnisse präzise ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde erkannt, dass die Position mindestens eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements, besonders wirtschaftlich und präzise bestimmt werden kann, wenn die Position des mindestens einen Referenzobjekts anhand von Messdaten bestimmt wird, welche durch Erfassen der Erdoberfläche mittels eines Satellitensystems erzeugt werden. Vorzugsweise erfolgt das Erzeugen der Messdaten ausschließlich anhand von Messsignalen, die von dem Satellitensystem, insbesondere von mindestens einem Satelliten, empfangen werden. Das Verfahren ist insbesondere vollständig automatisiert ausführbar. Dadurch, dass die Messdaten durch Erfassen der Erdoberfläche mittels des Satellitensystems erzeugt werden, kann auf aufwendige Messarbeiten am Boden, insbesondere auf Vorkehrungen zum Ermöglichen des Erfassens der Erdoberfläche, insbesondere an dem mindestens einen Referenzobjekt, verzichtet werden. Auf Messarbeiten am Boden kann insbesondere vollständig verzichtet werden. Mittels des Satellitensystems können mehrere Referenzobjekte, insbesondere in einem kurzen Zeitraum, insbesondere zeitgleich, vermessen werden. Satellitensysteme zum Vermessen der Erdoberfläche weisen eine hohe Messgenauigkeit auf. Aufgrund der Automatisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit wird eine regelmäßige Vermessung der Position des mindestens einen Referenzobjekts gefördert, wodurch eine hohe Aktualität der Information über die Position des mindestens einen Referenzobjekts in wirtschaftlicher Weise realisierbar ist.
Das Satellitensystem umfasst vorzugsweise mindestens einen, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf, Satelliten. Der mindestens eine Satellit ist vorzugsweise ein Erdbeobachtungssatellit. Der mindestens eine Satellit befindet sich vorzugsweise in einer Erdumlaufbahn, insbesondere in einem Low Earth Orbit. Der mindestens eine Satellit kann sich in einer Umlaufbahn mit einer durchschnittlichen Höhe über der Erdoberfläche in einem Bereich von 100 km bis 2000 km, insbesondere von 150 km bis 1000 km, insbesondere von 200 km bis 500 km, befinden.
Die Messdaten werden vorzugsweise mittels des mindestens einen Satelliten erfasst. Der mindestens eine Satellit kann hierzu einen Signalempfänger zum Erfassen eines Messsignals von der Erdoberfläche, insbesondere eines von der Erdoberfläche abgestrahlten Messsignals, aufweisen.
Der mindestens eine Satellit kann einen Signalsender zum Aussenden eines Messsignals, insbesondere eines von der Erdoberfläche reflektierbaren Messsignals, aufweisen. Der Signalempfänger kann dazu ausgebildet sein, das von der Erdoberfläche reflektierte Messsignal zu Erfassen. Vorzugsweise ist auf der Erdoberfläche kein aktiver Sender erforderlich. Das Messsignal kann ausschließlich von dem mindestens einen Satelliten erzeugt werden.
Alternativ kann der mindestens eine Satellit ohne einen Signalsender, insbesondere als passive Messeinheit, ausgebildet sein. Das Messsignal kann mittels mindestens einen weiteren Satelliten und/oder eines Signalsenders am Boden und/oder durch natürliche Strahlung, insbesondere optische Strahlung, bereitgestellt werden. Ein derartiges Satellitensystem ist besonders energieeffizient im Betrieb.
Das Messsignal ist vorzugsweise eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine von der Erdoberfläche reflektierbare Strahlung, insbesondere optische Strahlung. Das Messsignal ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ortsabhängige Unterschiede der Beschaffenheit der Erdoberfläche anhand der erzeugten Messdaten identifizierbar sind. Mit anderen Worten variieren die Messdaten vorzugsweise mit der Beschaffenheit der Erdoberfläche an der jeweiligen Position, an welcher die Erdoberfläche erfasst wird.
Die Beschaffenheit der Erdoberfläche variiert insbesondere bezüglich der Topographie und/oder der Struktur und/oder des Materials der die Erdober- fläche bildenden Gelände und/oder Objekte, insbesondere natürlicher Objekte, Gewässer, der Vegetation und/oder von Gebäuden. Das Messsignal ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass entsprechende Unterschiede in der Beschaffenheit der Erdoberfläche detektierbar sind.
Der Signalempfänger ist vorzugsweise dazu ausgebildet, Phasenverschiebungen und/oder Leistungsunterschiede des Messsignals zu erfassen.
Mittels des mindestens einen Satelliten werden die Position und/oder die Orientierung, insbesondere die Anordnung, des Referenzobjekts bestimmt. Unter der Anordnung eines Objekts werden dessen Position und Orientierung verstanden.
Die Messgenauigkeit, insbesondere die Messauflösung mit welcher die Erdoberfläche erfasst wird und/oder mit welcher die Position des Referenzobjekts bestimmt wird, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm 100 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 50 mm, insbesondere von 1 mm bis 20 mm, insbesondere von 2 mm bis 5 mm.
Eine Messfläche, über welche die Erdoberfläche zum Erzeugen der Messdaten erfasst wird, überlappt vorzugsweise das mindestens eine Referenzobjekt. Vorzugsweise wird die Position mindestens eines, insbesondere mehrerer, insbesondere von mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, unterschiedlichen Referenzobjekten bestimmt.
Das mindestens eine Referenzobjekt kann ein Infrastrukturelement, insbesondere ein Gleisstrukturelement, sein. Vorzugsweise ist das Referenzobjekt ein geometrischer Vermessungspunkt, insbesondere ein Festpunkt. Ein Festpunkt ist ein dauerhaft vermarktet Bezugspunkt, insbesondere zur Landvermessung. Das Referenzobjekt kann alternativ durch das Infrastrukturelement ausgebildet sein. Die Position eines Vermessungspunkts wird üblicherweise bei der Vermarkung oder Stabilisierung, insbesondere in einem geographischen Koordinatensystem, bestimmt. Das Verfahren wird vorzugsweise zum Vermessen der Position des Festpunkts zu einem Zeitpunkt nach einer erstmaligen Positionsbestimmung, insbesondere zum Zwecke einer Wiederholungsmessung, durchgeführt. Hierdurch kann eine Änderung der Position des Festpunkts festgestellt werden. Insbesondere kann eine Bewegung des Festpunkts, insbesondere der Erdoberfläche, insbesondere aufgrund von Erdbewegungen, insbesondere von Bodendeformationen und/oder Hangrutschungen, festgestellt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet das Bestimmen der Position des Referenzobjekts in besonders wirtschaftlicher Weise. Das bildgebende Verfahren wird vorzugsweise automatisiert, insbesondere mittels einer elektronischen Recheneinheit, ausgeführt. Vorzugsweise wird anhand der Messdaten ein mit der Beschaffenheit der Erdoberfläche korrelierendes Abbild erzeugt. Das Abbild kann eine Intensitätsverteilung und/oder eine Verteilung einer Phasenverschiebung des Messsignals über der Erdoberfläche aufweisen. Das Abbild entspricht vorzugsweise der Reflektions Signatur der Erdoberfläche für das Messsignal.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird an den Messdaten, insbesondere an dem Abbild, eine Mustererkennung durchgeführt. Anhand der identifizierten Muster kann die Position des mindestens einen Referenzobjekts, insbesondere innerhalb der Messfläche und/oder in dem geographischen Koordinatensystem, bestimmt werden. Die Position der Messfläche inner- halb des globalen Koordinatensystems kann, insbesondere mittels des Satellitensystems, bestimmt werden. Hierdurch kann auf die Position des mindestens einen Referenzobjekts in dem globalen Koordinatensystem geschlossen werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 3 ist besonders zuverlässig ausführbar und gewährleistet besonders präzise Messergebnisse. Der Signalsender kann zum Erzeugen von Radarstrahlung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Signalempfänger zum Detektieren von Radarstrahlung, insbesondere der mittels des Signalsenders erzeugten Radarstrahlung, ausgebildet. Der Signalempfänger kann alternativ als Passivradar ausgebildet sein.
Die elektromagnetische Strahlung, insbesondere die Radarstrahlung, ist vorzugsweise eine elektromagnetische Strahlung des L-Bands, insbesondere mit einer Frequenz in einem Bereich von 0,5 GHz bis 5 GHz, insbesondere von 1 GHz bis 2 GHz. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass der Einfluss der Wetterlage und/oder der Sonneneinstrahlung auf das Erfassen der Erdoberfläche vemachlässigbar ist. Das Erfassen der Erdoberfläche erfolgt vorzugsweise mittels Radarinterferometrie (InSAR = Interferometrie Synthetic Aperture Radar).
Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet das Vermessen der Position des mindestens einen Referenzobjekts in besonders präziser Weise. Der Signalreflektor kann unmittelbar an dem Referenzobjekt oder in einer festen Relativposition, insbesondere in einem festen Abstand, zu dem Referenzobjekt angeordnet sein, insbesondere können mehrere Signalreflek- toren an dem mindestens einen Referenzobjekt angeordnet sein. Der Sig- nalreflektor kann das Referenzobjekt bilden. Der Signalreflektor ist vor- zugsweise zum Reflektieren von Radarstrahlung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Signalreflektor ein Tripelspiegel. Die Position des Referenzobjekts ist hierdurch besonders zuverlässig und präzise anhand der Messdaten bestimmbar.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 gewährleistet das Vermessen der Position des Referenzobjekts in besonders effizienter und wirtschaftlicher Weise. Vorzugsweise wird mindestens eine Überwachungszone festgelegt, innerhalb derer sich das mindestens eine Referenzobjekt befindet. Die mindestens eine Überwachungszone entspricht vorzugsweise einer Teilfläche der von dem Satellitensystem erfassten Erdoberfläche, insbesondere der Messfläche. Die Überwachungszone kann kleiner sein als die Messfläche. Die mindestens eine Überwachungszone überlappt vorzugsweise das mindestens eine Referenzobjekt, insbesondere das Infrastrukturelement, insbesondere das Gleis Strukturelement, und/oder mindestens einen Gleisstreckenabschnitt. Eine sich entlang eines Gleisstreckenabschnitts erstreckende Überwachungszone wird auch als Überwachungskorridor bezeichnet. Vorzugsweise wird das Vermessen der Position auf jene Referenzobjekte beschränkt, welche sich innerhalb der mindestens einen Überwachungszone befinden. Vorzugsweise werden die Positionen sämtlicher Referenzobjekte, insbesondere sämtlicher Festpunkte, innerhalb der Überwachungszone bestimmt. Vorzugsweise werden die Messdaten reduziert auf die in der mindestens einen Überwachungszone liegende Teilmenge der Messdaten. Hierdurch kann die weitere Verarbeitung der Messdaten, insbesondere das Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts, besonders ressourcensparend, effizient und wirtschaftlich ausgeführt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 6 ermöglicht eine Bereitstellung der Position des Referenzobjekts mit einer besonders hohen Genauigkeit. Vorzugsweise wird die Position des mindestens einen Referenzobjekts zu mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens 20, unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt. Die mehrfache Messung der Position gewährleistet eine hohe Aktualität der Position des mindestens einen Referenzobjekts. Durch die mehrfache Bestimmung der Position des mindestens einen Referenzobjekts können der Mittelwert und/oder die Standardabweichung für die mehreren Messungen der Position bestimmt werden. Insbesondere können Messabweichungen, insbesondere Messfehler, identifiziert werden. Die Standardabweichung kann mit einem Schwellenwert für eine zulässige Positionsbestimmung verglichen werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 7 gewährleistet das Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts in besonders präziser Weise und mit hoher Aktualität. Der zeitliche Abstand zum Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4 h bis 1 M, insbesondere von 12 h bis 14 d, insbesondere von 24 h bis 7 d, insbesondere von 2 d bis 6 d.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet das Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts in besonders präzisier Weise und mit hoher Aktualität. Das Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts erfolgt vorzugsweise regelmäßig wiederholend, insbesondere endlos wiederholend. Ein Gesamtzeitraum, über welchen die Position des mindestens einen Referenzobjekts in regelmäßigen zeitlichen Abständen bestimmt wird, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 14 d bis 20 a, insbesondere von 1 M bis 10 a, insbesondere von 3 M bis 5 a, insbesondere von 6 M bis 1 a. Ein Verfahren nach Anspruch 9 ermöglicht eine Überwachung der Position des mindestens einen Referenzobjekts über der Zeit. Die Positionsänderung wird vorzugsweise anhand eines Vergleichs der aktuellen, insbesondere der zuletzt erfassten, Position des mindestens einen Referenzobjekts mit einer zuvor bestimmten Position, insbesondere der Ausgangsposition oder der unmittelbar vorausgehend bestimmten Position, des Referenzobjekts bestimmt. Die Positionsänderung wird insbesondere anhand eines Vergleichsergebnisses der zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmten Messdaten bestimmt. Anhand der Positionsänderung und/oder des Vergleichsergebnisses kann ein Korrekturwert für die Position des mindestens einen Referenzobjekts bestimmt werden. Anhand des Korrekturwerts wird vorzugsweise die Position des Referenzobjekts, insbesondere des Festpunkts zum Vermessen des Gleisstrukturelements, aktualisiert, insbesondere für zukünftige Messverfahren und/oder Instandhaltung s verfahren, insbesondere für eine Korrektur der Gleisanordnung, insbesondere der Schienenanordnung, zugrunde gelegt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Positionsänderung pro Zeit, mit anderen Worten die Geschwindigkeit des mindestens einen Referenzobjekts und/oder der zeitliche Verlauf des mindestens einen Referenzobjekts bestimmt. Anhand der Positionsänderung, insbesondere der Geschwindigkeit und/oder des zeitlichen Verlaufs der Position, kann auf eine Bewegung des Referenzobjekts und/oder auf Bodenbewegungen geschlossen werden. Eine hierdurch verursachte fehlerhafte Bestimmung der Position eines Infrastrukturelements, insbesondere in dem globalen Koordinatensystem, kann vermieden werden. Eine Gefährdung des Betriebs des Infrastrukturelements, insbesondere des Gleisstrukturelements, insbesondere des Schienenverkehrssystems, kann frühzeitig erkannt und somit verhindert werden. Ein entsprechendes Verfahren erhöht die Betriebssicherheit des S chienenverkehr s systems .
Ein Verfahren nach Anspruch 10 gewährleistet eine, insbesondere kontinuierliche, Überwachung der Position des mindestens einen Referenzobjekts, insbesondere den sicheren Betrieb des Infrastrukturelements, insbesondere des Schienenverkehrssystems. Das Überwachungsergebnis kann durch Vergleich der Positionsänderung und/oder eines zeitlichen Verlaufs der Position, insbesondere der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung, des Referenzobjekts mit einem entsprechenden Schwellenwert, insbesondere einem vorbestimmten Schwellenwert bestimmt werden. Das Überwachungsergebnis wird vorzugsweise für jedes einzelne Referenzobjekt bestimmt. Für mehrere Referenzobjekte kann ein einheitlicher Schwellen wert oder können individuelle Schwellenwerte vorgesehen sein. Ein Schwellenwert für die Positionsänderung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 mm bis 500 mm, insbesondere von 10 mm bis 300 mm, insbesondere von 50 mm bis 100 mm. Der Schwellenwert für die Geschwindigkeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm/a bis 150 mm/a, insbesondere von 2 mm/a bis 100 mm/a, insbesondere von 5 mm/a bis 75 mm/a, insbesondere von 10 mm/a bis 50 mm/a.
Das Überwachungsergebnis wird vorzugsweise bestimmt hinsichtlich der Position eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts, zum Vermessen eines Gleisstrukturelements, insbesondere einer Gleisstrecke, insbesondere von Gleisschienen. Das Überwachungsergebnis gewährleistet, dass Bodenbewegungen frühzeitig erkennbar sind. Die Gleisstrecke kann somit besonders sicher betrieben werden. Ein Verfahren nach Anspruch 11 gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit der Messergebnisse, insbesondere eine hohe Betriebssicherheit der mittels der Messergebnisse überwachten Infrastrukturelemente. Das Warnsignal wird vorzugsweise erzeugt und/oder ausgegeben, wenn der mit der Positionsänderung des Referenzobjekts korrelierende Wert den Schwellenwert erreicht, insbesondere überschreitet. Der Wamhinweis wird vorzugsweise ausgegeben an den Betreiber des Verfahrens zum Vermessen der Position eines Referenzobjekts und/oder an den Betreiber einer Datenbank für Positionen von Festpunkten zur Landvermessung und/oder an den Betreiber eines anhand der Position überwachten Infrastrukturelements, insbesondere an den Betreiber der jeweiligen Bahnstrecke, insbesondere eines Schienenverkehrs systems. Vorzugsweise wird das Alarmsignal an ein entsprechend instruiertes Personal ausgegeben. Das Warnsignal wird vorzugsweise ausgegeben, wenn ein Schwellenwert erreicht, insbesondere überschritten ist, insbesondere bezüglich des mindestens einen Referenzobjekts innerhalb der mindestens einen Überwachungszone. Hierdurch kann ein Frühwarnsystem etabliert werden, welches Bodenbewegungen frühzeitig erkennbar macht. Der Betrieb des Infrastrukturelements, insbesondere des Gleisstrukturelements, wird in besonders sicherer Weise gewährleistet.
Die Erfindung betrifft ein Schienenverkehrs system, insbesondere ein Schienennetz, mit einem derartigen Frühwarnsystem. Ein derartiges Schienenverkehrs system bildet insbesondere einen eigenständigen, vorzugsweise mit mindestens einem in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmal kombinierten, Aspekt der Erfindung. Ein derartiges Schienenverkehrssystem ist besonders sicher im Betrieb.
Ein Verfahren nach Anspruch 12 ist besonders flexibel einsetzbar und wirtschaftlich im Betrieb. Die Auswertedaten korrelieren mit der Position des mindestens einen Referenzobjekts. Die Auswertedaten können die Position und/oder die Positionsänderung und/oder den zeitlichen Verlauf, insbesondere die Geschwindigkeit, und/oder das Vergleichsergebnis für das mindestens eine Referenzobjekt umfassen. Die Auswertedaten können auch das Alarmsignal umfassen. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise zum Bestimmen der Auswertedaten ausgebildet. Die Auswerteeinheit kann einen Computer, insbesondere eine elektronische Recheneinheit, zum Bestimmen der Auswertedaten, insbesondere anhand der Messdaten, aufweisen.
Die Empfangseinheit ist vorzugsweise entfernt von der Auswerteeinheit angeordnet. Die Empfangseinheit kann einen Computer, insbesondere eine elektronische Recheneinheit, aufweisen. Die Auswerteeinheit und die Empfangseinheit stehen vorzugsweise in signalübertragender Verbindung. Die signalübertragende Verbindung kann kabellos oder kabelgebunden, insbesondere durch ein Datennetzwerk, ausgebildet sein. Die Empfangseinheit kann bei einem Betreiber einer Datenbank für die Position von Festpunkten zur Landvermessung und/oder bei einem Betreiber eines Systems zum Überwachen eines Infrastrukturelements, insbesondere bei einem Betreiber eines Schienennutzungs-Systems und/oder eines Schieneninstandhaltungs- Systems, angeordnet sein. Vorzugsweise werden von der Aus werte einheit an die Empfangseinheit Korrekturwerte, insbesondere die Positionsänderung, für die Position des mindestens einen Referenzobjekts übergeben. Mittels entsprechender Korrekturwerte kann die Position eines mittels der Position des Referenzobjekts, insbesondere des mindestens einen Festpunkts, vermessenen Infrastrukturelement besonders präzise bestimmt werden. Ein Verfahren nach Anspruch 13 gewährleistet das Bestimmen der Position des Infrastrukturelements, insbesondere des Gleis Strukturelements, in besonders wirtschaftlicher und präziser Weise, insbesondere mit hoher Aktualität. Die Relativposition kann insbesondere mittels einer Stereokamera und/oder eines Laserdistanzmessgeräts bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Relativposition anhand des in der Offenlegungsschrift AT 524402 Al beschrieben Verfahrens bestimmt. Der Offenbarungsgehalt dieser Offenlegungsschrift wird durch Bezugnahme in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen.
Ein Verfahren nach Anspruch 14 gewährleistet das präzise und wirtschaftliche Bestimmen der Position des Infrastrukturelements in einem globalen Koordinatensystem. Vorzugsweise wird die Position des Infrastrukturelements, insbesondere des Gleisstrukturelements, anhand der Relativposition und einem mit der Position des mindestens einen Referenzobjekts korrelierenden Wert, insbesondere der Positionsänderung, insbesondere einem Korrekturwert für die Position des Referenzobjekts, bestimmt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Position des Infrastrukturelements regelmäßig wiederholenden, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Abständen, überwacht. Ein Alarmsignal kann ausgegeben werden, wenn die Positionsänderung des Infrastrukturelements einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, insbesondere überschreitet.
Ein Verfahren nach Anspruch 15 gewährleistet das Anordnen des Infrastrukturelements in besonders präziser Weise. Vorzugsweise wird das Infrastrukturelements anhand der Position des mindestens einen Referenzobjekts und/oder anhand der Relativposition angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Messdaten von dem Satellitensystem, insbesondere dem mindestens einen Satelliten, erzeugt. Das Bestimmen der Position des Referenzobjekts anhand der Messdaten erfolgt vorzugsweise mittels einer Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit kann ein Bestandteil des Satellitensystems, insbesondere des mindestens einen Satelliten sein. Vorzugsweise befindet sich die Auswerteeinheit am Boden. Die Messdaten können von dem Satellitensystem an die am Boden angeordnete Auswerteeinheit übermittelt werden. Vorzugsweise steht das Satellitensystem, insbesondere der mindestens eine Satellit, in einer signalübertragenden Verbindung mit der Auswerteeinheit. Das Satellitensystem kann eine Bodenstation zum Empfangen von Daten von dem mindestens einen Satelliten aufweisen. Die Bodenstation kann eine Signalverbindung mit einer Empfangseinheit aufweisen. Die Empfangseinheit kann in Signal Verbindung mit der Auswerteeinheit stehen.
Zum Verarbeiten der Messdaten weist die Auswerteeinheit vorzugsweise einen Computer, insbesondere mit einer elektronischen Recheneinheit, insbesondere einem Prozessor, und/oder einem Datenspeicher auf.
Die Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch einen Datenspeicher, insbesondere der Aus werte einheit, mit einem derartigen Computerprogrammprodukt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Vermessen der Position eines Referenzobjekts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements, zu schaffen, welches insbesondere sehr wirtschaftlich einsetzbar ist und präzise Messergebnisse bereitstellt. Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die Vorteile des Systems entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Insbesondere kann das System mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet sein, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind.
Die Empfangseinheit steht vorzugsweise mit dem Satellitensystem, insbesondere einer Bodenstation des Satellitensystems, und/oder der Auswerteeinheit in Signal Verbindung. Der Datenspeicher der Aus werte einheit kann zum Aufnehmen der Messdaten ausgebildet sein. Auf dem Datenspeicher kann das Computerprogrammprodukt zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens hinterlegt sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messanordnung zu schaffen, welche das Vermessen der Position mindestens eines Referenzobjekts wirtschaftlich und präzise gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Die Vorteile der Messanordnung entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens und/oder des Systems. Insbesondere kann die Messanordnung mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet sein, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder dem System beschrieben sind.
Der Signalreflektor kann unmittelbar an dem Referenzobjekt oder in einem festen Abstand, insbesondere in einer festen Relativposition, zu dem Referenzobjekt angeordnet sein. Der Signalreflektor ist vorzugsweise zum Re- flektieren des Messsignals, insbesondere der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Radarstrahlung, ausgebildet. Der Signalreflektor kann als Radarreflektor, insbesondere als Tripelspiegel ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der Signalreflektor an einer Vermarkung des Festpunkts angeordnet. Der Signalreflektor kann an dem Infrastrukturelement, insbesondere an einem Gebäudeelement und/oder an einem Brückenträger und/oder an einer Gleistragplatte und/oder an einer Gleisschwelle und/oder an einem Gleismast, insbesondere in einer festen Relativposition dazu, angeordnet sein. Der Signalreflektor kann an der Vermarkung des Festpunkts und/oder an dem Infrastrukturelement angebracht sein. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung des Signalreflektors an der Vermarkung und/oder an dem Infrastrukturelement mittels einer zerstörungsfrei lösbaren Verbindung, insbesondere einer Schraubverbindung.
Die Position des Signalreflektors ist mittels des Satellitensystems besonders zuverlässig und präzise erfassbar. Der Signalreflektor gewährleistet eine Steigerung der Präzision und Zuverlässigkeit des vorstehend beschriebenen Verfahrens.
Ein System zum Vermessen der Position des mindestens einen Referenzobjekts mit einer derartigen Messanordnung gewährleistet das Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts in besonders präziser und zuverlässiger Weise. Die Vorteile des Systems entsprechen den Vorteilen der vorstehend beschriebenen Messanordnung.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Vermessen der Position mindestens eines Referenzpunkts, insbesondere eines Festpunkts zum Vermessen eines Gleisstrukturelements, mit einer Empfangseinheit zum Empfangen von Messdaten der Erdoberfläche von einem Satellitensystem und einer Auswerteeinheit zum Bestimmen der Position des mindestens einen Referenzobjekts anhand der Messdaten,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anhand der Messdaten erzeugten Abbilds der Erdoberfläche mit mehreren Referenzobjekten entlang des Verlaufs einer Gleisstrecke, insbesondere innerhalb einer vorgegebenen Überwachungszone,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Positionsänderung des mindestens einen Referenzobjekts in der Fig. 1 über der Zeit,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der zeitlichen Ableitung der Position des mindestens einen Referenzobjekts in der Fig. 1 über der Zeit,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Systems in der Fig.
1, wobei das System zum Vermessen der Position einer Gleistragplatte eingesetzt ist, Fig. 6 eine schematische Darstellung des Systems in der Fig.
1, wobei das System zum Vermessen der Position eines Gebäudeelements eingesetzt ist, bzw.
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Systems in der Fig.
1, wobei das System zum Vermessen eines Brückenstrukturelements, insbesondere eines Brückenträgers, eingesetzt ist.
Anhand der Fig. 1 bis Fig. 4 ist erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Vermessen der Position p eines Referenzobjekts 1, insbesondere eines Festpunkts 1 zum Vermessen eines Infrastrukturelements 3a, beschrieben, insbesondere mittels eines Systems 4. Das Infrastrukturelement 3 a ist ein Gleis Strukturelement, insbesondere ein Gleis 3 a, insbesondere eine Gleisschiene 5.
Die Position p wird vorzugsweise in einem Koordinatensystem zur Landvermessung, insbesondere einem globalen Erd-Koordinatensystem, insbesondere in Form geographischer Koordinaten, bestimmt. Die Position p kann einen Längengrad und/oder einen Breitengrad und/oder eine Höhe aufweisen. Alternativ kann die Position in einem kartesischen Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y und z angegeben sein.
Das System 4 weist eine Empfangseinheit 6 zum Empfangen von Messdaten der Erdoberfläche 7 von einem Satellitensystem 8 auf.
Das Satellitensystem 8 ist separat von dem System 4 ausgebildet. Alternativ kann das Satellitensystem 8 ein Bestandteil des Systems 4 sein. Das Sa- tellitensystem 8 umfasst mindestens einen, insbesondere mehrere, Satelliten 9, insbesondere Erdbeobachtungssatelliten. Der mindestens eine Satellit 9 befindet sich in einer Umlaufbahn um die Erde, vorzugsweise in einer Umlaufbahn mit einer Höhe über der Erdoberfläche in einem Bereich von 100 km bis 500, insbesondere von 150 km bis 300 km, insbesondere von 230 km und/oder im sogenannten Low Earth Orbit.
Der mindestens eine Satellit 9 ist zum Detektieren von Radarstrahlung, insbesondere von der Erdoberfläche 7 reflektierter Radarstrahlung, ausgebildet. Der mindestens eine Satellit 9 weist mindestens einen Signalempfänger 10 zum Detektieren der Radarstrahlung auf. Der mindestens eine Satellit 9 kann einen Signalsender zum Ausstrahlen von Radarstrahlung auf die Erdoberfläche 7 aufweisen. Alternativ kann der mindestens eine Satellit 9, insbesondere der Signalempfänger 10, zum Detektieren von Radarstrah- lung ausgebildet sein, die von einem Signalsender eines weiteren Satelliten und/oder von einem Signalsender auf der Erdoberfläche erzeugt wird. Der Signalempfänger 10 kann alternativ als Passivradar ausgebildet sein.
Die Empfangseinheit 6 steht mit dem Satellitensystem 8, insbesondere mit dem mindestens einen Satelliten 9 und/oder einer Bodenstation 11 des Satellitensystems 8, in Signal Verbindung.
Das System 4 umfasst eine Auswerteeinheit 12 zum Bestimmen der Position p des mindestens einen Referenzobjekts 1 anhand der Messdaten. Die Aus werte einheit 12 umfasst einen Computer 13a. Der Computer 13a umfasste eine elektronische Recheneinheit, insbesondere einen Prozessor 14a, und einen Datenspeicher 15 a. Auf dem Datenspeicher 15a ist ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens zum Vermessen der Position p des Referenzobjekts 1 hinterlegt, insbesondere zum Bestimmen der Position p des Referenzobjekts 1 anhand der Messdaten.
Die Auswerteeinheit 12 steht in Signal Verbindung mit einer Empfangseinrichtung 16. Unter der Signal Verbindung wird eine Verbindung zum Übertragen von Signalen, insbesondere von Daten verstanden, welche insbesondere kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein kann. Die Auswerteeinheit 12 ist zum Übertragen von Auswertedaten, die mit der Position p des Referenzobjekts 1 korrelieren, an die Empfangseinrichtung 16 ausgebildet. Die Auswertedaten können die Position p des Referenzobjekts 1 und/oder den Verlauf der Position p über der Zeit t, insbesondere die erste Ableitung nach der Zeit t und/oder die zweite Ableitung nach der Zeit t, umfassen. Die Auswertedaten können auch ein Vergleichsergebnis und/oder ein Alarmsignal umfassen.
Die Empfangseinrichtung 16 ist vorzugsweise ein Bestandteil eines Schienennutzungs-Systems 17, insbesondere eines Schienennetzbetreibers, und/oder eines Schieneninstandhaltungs-Systems 18, insbesondere eines S chienennetzinstandhalter s .
Die Empfangseinrichtung 16 weist einen Computer 13b mit einem Prozessor 14b und einem Datenspeicher 15b zum Verarbeiten der Auswertedaten auf.
Eine lokale Messeinrichtung 19 ist dazu ausgebildet, die Relativposition r des mindestens einen Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Gleises 3a, insbesondere der Gleisschienen 5, relativ zu dem mindestens einen Referenzobjekt 1, insbesondere zu dem mindestens einen Festpunkt 1, zu Erfassen. Vorzugsweise weist die lokale Messeinrichtung 19 eine Kameraeinheit 20, insbesondere eine Stereo-Kameraeinheit, auf
Die lokale Messeinrichtung 19 umfasst einen Messwagen 21 mit Markierungen 22, insbesondere optischen Markern. Die lokale Messeinrichtung 19 ist dazu ausgebildet, den Verlauf des Gleises 3a, insbesondere der Gleisschienen 5, durch Erfassen des Bewegungsverlaufs der von dem Messwagens 21 entlang des Gleises 3a bewegten Markierungen 22 mittels der Kameraeinheit 20 zu bestimmen.
Die lokale Messeinrichtung 19 ist ferner dazu ausgebildet, ihre Anordnung, insbesondere die Relativposition r und/oder die Relativorientierung, relativ zu dem mindestens einen Referenzobjekt 1, insbesondere zu mindestens zwei, insbesondere mindestens drei der Referenzobjekte 1, zu bestimmen. Hierzu kann die lokale Messeinrichtung 19 ein Laserdistanzmessgerät 23 aufweisen, welches vorzugsweise mit der Kameraeinheit 20 verbunden ist.
Die lokale Messeinrichtung 19 weist vorzugsweise einen Computer 13c mit einem Prozessor 14c und einem Datenspeicher 15c auf. Der Computer 13c, insbesondere ein darin hinterlegtes Computerprogrammprodukt, ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Relativposition r des Infrastrukturelements 3a relativ zu dem mindestens einen Referenzobjekt 1 anhand der Anordnung des Infrastrukturelements 3a relativ zu der Kameraeinheit 20 und der Anordnung der Kameraeinheit 20 relativ zu dem mindestens einen Referenzobjekt 1 zu bestimmen. Hinsichtlich weiterer Detailaspekte zur Funktionsweise der lokalen Messeinrichtung 19 wird auf die Offenlegungsschrift AT 524402 Al verwiesen, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Das Gleis 3a umfasst eine Oberleitung 24. Die Oberleitung 24 weist einen Fahrdraht 25 und Gleismasten 26 auf. Der mindestens eine Festpunkt 1 ist an dem mindestens einen Gleismast 26 angebracht.
Der Gleismast 26, insbesondere mit dem daran angeordneten Festpunkt 1, weist einen Signalreflektor 27 auf.
Der Signalreflektor 27 ist als passiver Signalreflektor ausgebildet. Der Sig- nalreflektor 27 ist ein Radarreflektor, insbesondere ein Tripelspiegel.
Der jeweilige Signalreflektor 27 weist eine definierte Anordnung, insbesondere eine definierte Relativposition, relativ zu dem zugehörigen Festpunkt 1, insbesondere des jeweiligen Gleismasten 26, auf. Über die Position des Signalreflektors 27 kann somit auf die Position p des Festpunkts 1 geschlossen werden.
Das Referenzobjekt 1, insbesondere der Festpunkt 1, und der Signalreflek- tor 27 bilden eine Messanordnung 28.
Die Funktionsweise des Systems 4 ist wie folgt:
Mittels des Satellitensystems 8 wird die Erdoberfläche 7 erfasst, insbesondere kontinuierlich. Der mindestens eine Satellit 9 strahlt hierzu ein Messsignal in Form von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Radarstrahlung, insbesondere mit einer L-Band-Frequenz, insbesondere in einem Frequenzbereich von 1 GHz bis 2 GHz, in Richtung der Erdoberfläche 7 ab. Das von der Erdoberfläche 7 reflektierte Messsignal wird mittels des Signalempfängers 10 des mindestens einen Satelliten 9 erfasst.
Abhängig von der Beschaffenheit der Erdoberfläche 7, insbesondere der Geometrie und/oder des Materials eines die Erdoberfläche 7 bildenden Objekts, resultieren Unterschiede hinsichtlich der Laufzeit und/oder der Intensität der reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Die erfasste elektromagnetische Strahlung variiert über der Erdoberfläche 7, insbesondere aufgrund Unterschiede der Topographie, der Bebauung, der Bodenzusammensetzung und/oder der Vegetation. Die erzeugten Messdaten korrelieren mit der positionsabhängigen Beschaffenheit der Erdoberfläche 7.
In der Fig. 2 ist schematisch die von dem Satellitensystem 8 erfasste Erdoberfläche 7 dargestellt. Mittels eines bildgebenden Verfahrens können anhand der Messdaten individuelle Muster identifiziert werden, welche einer bestimmten Position der Erdoberfläche 7 zuordenbar sind. Insbesondere kann die Position eines Objekts, insbesondere des Referenzobjekts 1, anhand seines eigenen Reflektionsmusters und/oder anhand des Reflektions- musters der das Objekt umgebenden Erdoberfläche 7, insbesondere anhand des jeweiligen Reflektionsmusters benachbarter Objekte, präzise bestimmt werden. Die Messauflösung und/oder die Messgenauigkeit der Positionsbestimmung liegen vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 10 mm, insbesondere von 1 mm bis 5 mm.
Vorzugsweise wird mindestens eine Überwachungszone 29 bestimmt, innerhalb derer das mindestens eine Referenzobjekt 1 angeordnet ist. Die mindestens eine Überwachungszone 29 überlappt vorzugsweise das Infra- Strukturelement 3a und/oder die zum Vermessen der Position p des Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Gleisstrukturelements 3a, vorgesehenen Festpunkte 1.
Das Bestimmen der Position p des mindestens einen Referenzobjekts 1 kann anhand der natürlich vorliegenden Radarsignatur der Erdoberfläche 7 erfolgen. Unter der natürlich vorliegenden Radarsignatur wird diejenige Radarsignatur verstanden, welche die Erdoberfläche ohne zusätzliche Vorkehrungen, insbesondere speziell für das Verfahren vorgenommene Änderungen der Radarsignatur, aufweist. Die natürliche Radarsignatur ist insbesondere bestimmt durch die Topographie, die Bebauung und die Vegetation der Erdoberfläche 7. Das Bestimmen der Position p des Referenzobjekts 1 anhand der Messdaten kann durch eine Mustererkennung des erhaltenen Abbilds der Erdoberfläche 7 erfolgen.
Das Erfassen der Position p des Referenzobjekts 1 kann besonders präzise und zuverlässig erfolgen, wenn an dem Referenzobjekt 1 ein Signalreflek- tor 27 angeordnet ist. Mittels des Signalreflektors 27 kann die von dessen Position zu dem Satelliten 9 reflektierte elektromagnetische Strahlung erhöht werden. Die Position des Signalreflektors 27 ist somit besonders präzise und zuverlässig bestimmbar.
Die Position p des jeweiligen Referenzobjekts 1 wird zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten t, insbesondere regelmäßig wiederholend, insbesondere in regelmäßigen zeitlichen Abständen At, bestimmt. Unter dem Zeitpunkt t der Positionsbestimmung wird vorzugsweise derjenige Zeitpunkt t verstanden, zu dem die Erdoberfläche 7 zum Erzeugen der Messdaten erfasst wird. Der zeitliche Abstand At liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 h bis 1 M, insbesondere von 4 h bis 14 d, insbesondere von 12 h bis 7 d, insbesondere von 24 h bis 2 d. Das sich regelmäßig wiederholende Bestimmen der Position p des Referenzobjekts 1 erfolgt vorzugsweise über einen Zeitraum T von mindestens 7 d, insbesondere mindestens 1 M, insbesondere mindestens 1 a, insbesondere mindestens 5 a, insbesondere mindestens 10 a, und/oder maximal 15 a, insbesondere maximal 5 a, insbesondere maximal 1 a.
Anhand der Fig. 3 ist die Positionsänderung Ap des Referenzobjekts 1 über der Zeit t dargestellt. Die Positionsänderung Ap ist als Änderung der Position p zu einem Zeitpunkt t gegenüber einer Ausgangsposition po zu einem Ausgangszeitpunkt to bestimmt. Die Ausgangsposition po kann der Position p beim erstmaligen Vermessen des Referenzobjekts 1, insbesondere mittels des Satellitensystems 8, entsprechen und/oder der Position p des Referenzobjekts 1 beim Positionieren des Infrastrukturelements 3a. Die Position p des Referenzobjekts 1 wird zu unterschiedlichen Zeitpunkten t, insbesondere mit regelmäßigem zeitlichen Abstand At, insbesondere mehrmals pro Jahr, bestimmt. Der Verlauf der Position p des Referenzobjekts 1 über der Zeit t ist durch eine Trendlinie 30 verdeutlicht.
Die Position p des Referenzobjekts 1 ändert sich mit der Zeit t zunächst, insbesondere bis zum Ende des sechsten Jahres, annähernd linear. Die Änderung der Position p pro Zeit t nimmt anschließend stark zu. Im siebten Jahr der Vermessung ist der Betrag der Positionsänderung Ap kurzzeitig besonders hoch. Anschließend liegt wieder ein annähernd linearer zeitlicher Verlauf der Positionsänderung Ap vor.
Anhand der Fig. 4 ist die Geschwindigkeit v des Referenzobjekts 1 über der Zeit t dargestellt. Der Verlauf der Geschwindigkeit v des Referenzob- jekts 1 über der Zeit t ist durch eine Trendlinie 31 verdeutlicht. Die Geschwindigkeit v ist zunächst im Wesentlichen konstant. Im siebten Jahr ist die Geschwindigkeit der Positionsänderung kurzzeitig besonders hoch. Anschließend liegt wieder eine annähernd konstante Geschwindigkeit v vor.
Die Positionsänderung Ap des Referenzobjekts 1, insbesondere gegenüber der Ausgangsposition po, und/oder die Geschwindigkeit v werden zum Bestimmen eines Überwachungsergebnisses des mit einem Stellenwert Aps für die Positionsänderung Ap und/oder einem Schwellenwert vs für die Geschwindigkeit v verglichen. Insbesondere wird festgestellt, ob der jeweilige Schwellenwert Aps, vs erreicht, insbesondere überschritten, ist. Ein entsprechender Schwellenwert Aps, vs kann einheitlich oder für das jeweilige Referenzobjekt 1 individuell festgelegt sein. Der Schwellenwert Aps für die Positionsänderung Ap liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 mm bis 500 mm, insbesondere von 10 mm bis 250 mm, insbesondere von 20 mm bis 100 mm. Die Positionsänderung Ap des Referenzobjekts 1 kann hierzu durch Vergleichen der Positionen p des Referenzobjekts 1 zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten t bestimmt werden, insbesondere zu einem aktuellen Zeitpunkt t und dem Ausgangszeitpunkt to und/oder anderen, früheren Zeitpunkt t, insbesondere dem Zeitpunkt t der unmittelbar vorausgehenden Positionsbestimmung.
Der Schwellenwert vs für die Geschwindigkeit v des Referenzobjekts 1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 mm/a bis 100 mm/a, insbesondere von 10 mm/a bis 50 mm/a, insbesondere von 20 mm/a bis 40 mm/a.
Auswertedaten, welche mit der Position p des Referenzobjekts 1 korrelieren, insbesondere die Position p, die Positionsänderung Ap, die Geschwindigkeit v und/oder das Überwachungsergebnis werden vorzugsweise von der Auswerteeinheit 12 an eine Empfangseinrichtung 16 übermittelt. Die Empfangseinrichtung 16 ist vorzugsweise ein Bestandteil des Schienennutzungs-Systems 17 und/oder des Schieneninstandhaltungs-Systems 18. In Abhängigkeit der Auswertedaten, insbesondere des Überwachungsergeb- nisses kann eine Instandhaltungsmaßnahme und/oder eine Sperrung des Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Gleis Strukturelements 3a, insbesondere des Gleises 3a, veranlasst werden. Insbesondere kann ein Streckenabschnitt des Gleises 3a für den Schienenverkehr gesperrt werden, wenn ein Schwellenwert Aps, vs erreicht ist.
Die Positionsänderung Ap und/oder die Geschwindigkeit v geben einen wichtigen Anhaltspunkt dafür, ob es, insbesondere aufgrund von Bodenbewegungen, zu einer Beschädigung des Infrastrukturelements 3a oder dessen Anordnung gekommen ist. Eine Überwachung der Position p des Infrastrukturelements 3a anhand des vorstehend beschriebenen Verfahrens gewährleistet das Betreiben des Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Gleises 3a, in besonders sicherer und zuverlässiger Weise.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem Überwachungsergebnis ein Alarmsignal ausgegeben. Das Alarmsignal kann beispielsweise von der Auswerteeinheit 12 ausgegeben und an die Empfang seinrichtung 16 übermittelt werden.
Das Bestimmen des Überwachungsergebnisses für die Position p des mindestens einen Referenzobjekts 1, insbesondere sämtlicher Referenzobjekte 1 in der vorgegebenen Überwachungszone 29, ermöglicht die Ausbildung eines Frühwarnsystems. Wird eine unzulässige Abweichung der Position p des Referenzobjekts 1 erfasst, so kann ein Warnsignal erzeugt und an die Empfangseinrichtung 16, insbesondere ein Schienennutzung s system 17, insbesondere einen Bahnbetreiber, und/oder ein Schieneninstandhaltungs- Systems 18, zugestellt werden. Ein Schienenverkehrs system mit einem derartigen Frühwarnsystem ist besonders sicher im Betrieb.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht das Bestimmen der Position p des Referenzobjekts 1 in besonders präziser Weise und mit hoher Aktualität. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Anordnung eines Infrastrukturelements 3a anhand ungenauer, insbesondere zwischenzeitlich veränderter, Positionen p von Referenzobjekten 1 bestimmt und/oder korrigiert wird.
Vorzugsweise wird die Position p und/oder die Positionsänderung Ap des mindestens einen Referenzobjekts 1 an die Empfangseinrichtung 16, insbesondere des Schienennutzungs-Systems 17 und/oder des Schieneninstandhaltungs-Systems 18, übermittelt. Anhand einer entsprechenden korrigierten Position p des jeweiligen Referenzobjekts 1 kann die Anordnung des Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Gleises 3a, präzise bestimmt und/oder korrigiert werden. Die Position p des Infrastrukturelements 3a wird insbesondere anhand der Relativposition r des Infrastrukturelements 3a relativ zu dem Referenzobjekt 1 und anhand der Position p des Referenzobjekts 1 bestimmt.
Das Infrastrukturelement 3a kann anhand der Relativposition und/oder der Position des Referenzobjekts 1 angeordnet werden, insbesondere erstmalig angeordnet werden und/oder in seiner Anordnung geändert, insbesondere korrigiert, werden. Das vorstehend beschriebene Verfahren gewährleistet das Bestimmen der Position p des mindestens einen Referenzobjekts 1 in präziser und zuverlässiger Weise, insbesondere unabhängig von Sonneneinstrahlung und/oder Wetterbedingungen. Die Position p des Referenzobjekts 1 kann mit hoher Genauigkeit und Aktualität bestimmt werden. Das Anordnen von Infrastrukturelementen 3a kann anhand entsprechend bestimmter Positionen p besonders präzise erfolgen. Das Bestimmen des Überwachungsergebnisses ermöglicht die Implementierung eines Frühwarnsystems für einen besonders sicheren Betrieb des Infrastrukturelements 3a, insbesondere des Schienenverkehrssystems, insbesondere eines Schieneimetzes.
Anhand der Fig. 5 bis Fig. 7 sind drei weitere Beispiele zur Verwendung des vorstehend beschriebenen Systems 4 bzw. Anwendungsbeispiele für das vorstehend beschriebene Verfahren erläutert. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Infrastrukturelement in der Fig. 5 eine Gleistragplatte 3b, in der Fig. 6 ein Gebäudeelement 3c und in der Fig. 7 ein Brückenträger 3d. Das Referenzobjekt 1 kann ein, insbesondere von dem Infrastrukturelement 3a bis 3d unabhängiger und/oder beabstandeter Festpunkt 1 und/oder ein mit dem Infrastrukturelement 3a bis 3d starr verbundener Festpunkt 1 sein.
Das Referenzobjekt 1 kann alternativ durch das Infrastrukturelement 3a bis 3d selbst gebildet sein. Das Infrastrukturelement 3a bis 3d kann insbesondere als Referenzobjekt 1 zum Vermessen der Position eines weiteren Infrastrukturelements 3a bis 3d dienen. Insbesondere kann die Position p eines derartigen Referenzobjekts 1 zum Bestimmen des Überwachungsergebnisses herangezogen werden. Insbesondere das Überwachen eines als Brückenträger 3d ausgebildeten Infrastrukturelements 3d mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens führt zu einer erhöhten Betriebssicherheit. Zum besonders präzisen und zuverlässigen Bestimmen der Position p eines als Infrastiukturelement 3a bis 3d ausgebildeten Referenzobjekts 1, kann dieses mit dem Signalreflektor 27 ausgebildet sein.
Das vorstehend beschriebene Verfahren gewährleistet das Bestimmen der Position p eines Referenzobjekts 1 in besonders präziser und zuverlässiger Weise. Die Störanfälligkeit des Verfahrens ist gering. Die regelmäßige Bestimmung der Position p des Referenzobjekts 1 wird in besonders wirt- schaftlicher Weise ermöglicht. Die Position p des Referenzobjekts 1 kann mit hoher Aktualität bereitgestellt werden. Das Bestimmen eines Überwa- chungsergebnisses ermöglicht die Ausbildung eines Frühwarnsystems. Die Bestimmung der Position p von Festpunkten 1, insbesondere anhand von Korrekturdaten, gewährleistet das besonders präzise Anordnen von Infra- Strukturelementen 3a bis 3d. Die Messanordnung 28 mit dem Signalreflektor 27 gewährleistet das Bestimmen der Position p des Referenzobjekts 1 in präziser und zuverlässiger Weise. Die Vorteile des Systems 4 entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vermessen der Position (p) mindestens eines Referenzobjekts (1), insbesondere eines Festpunkts (1) zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), umfassend die Schritte:
1.1 Erzeugen von Messdaten durch Erfassen der Erdoberfläche (7) mittels eines Satellitensystems (8), und
1.2 Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) anhand der Messdaten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) ein Auswerten der Messdaten mittels eines bildgebenden Verfahrens umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Erdoberfläche (7) ein Detektieren von Radarstrahlung umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Erdoberfläche (7) ein Detektieren des von einem an dem mindestens einen Referenzobjekt (1) angeordneten Signalreflektor (27) reflektierten Messsignals umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Aus wählen des mindestens einen Referenzobjekts (1) anhand mindestens einer Überwachungszone (29).
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (t, to) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) in einem zeitlichen Ab stand (At) von maximal einem Monat erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) in regelmäßigen zeitlichen Abständen (At) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch Bestimmen einer Positionsänderung (Ap) des mindestens einen Referenzobjekts (1) durch Vergleichen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (t, to).
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Bestimmen eines Überwachungsergebnisses durch Vergleichen eines mit der Positionsänderung (Ap) des mindestens einen Referenzobjekts (1) korrelierenden Werts (Ap, v) mit einem Schwellenwert (Aps, vs).
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Ausgeben eines Alarmsignals in Abhängigkeit von dem Überwachungsergebnis.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Übermitteln von Auswertedaten, die mit der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) korrelieren, von einer Auswer- teeinheit (12) an eine Empfang seinrichtung (16). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erfassen der Relativposition (r) eines Infrastrukturelements (3), insbesondere eines Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), relativ zu dem mindestens einen Referenzobjekt (1). Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Bestimmen der Position (p) des Infrastrukturelements (3), insbesondere des Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), anhand der Relativposition (r) und der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anordnen des Infrastrukturelements (3), insbesondere des Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), anhand der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1). System (4) zum Vermessen der Position (p) mindestens eines Referenzobjekts (1), insbesondere eines Festpunkts (1) zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), aufweisend
16.1 eine Empfangseinheit (6), welche ausgebildet ist zum Empfangen von Messdaten der Erdoberfläche (7) von einem Satellitensystem (8), und
16.2 eine Auswerteeinheit (12), welche ausgebildet ist zum Bestimmen der Position (p) des mindestens einen Referenzobjekts (1) anhand der Messdaten. essanordnung (28), insbesondere für ein System (4) nach Anspruch 16, aufweisend
17.1 ein Referenzobjekt (1), insbesondere einen Festpunkt (1) zum Vermessen eines Gleisstrukturelements (3a, 3b, 3d), und 17.2 einen an dem Referenzobjekt (1) angeordneten Signalreflektor
(27) zum Reflektieren eines Messsignals eines Satellitensystems (8).
EP23744405.4A 2022-07-26 2023-07-17 Verfahren und system zum vermessen der position eines referenzobjekts, insbesondere eines festpunkts zum vermessen eines gleisstrukturelements, und messanordnung Pending EP4561887A1 (de)

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