JP2019522203A - 軌道を測定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、軌道（３）を測定するためのシステムに関する。このシステムは、軌道（３）の長手方向（８）において、２つの外側測定装置（９，１０）と、これらの外側測定装置の間に配置されている中央測定装置（１３）とを備えており、幾何学形状的な軌道パラメータを検出するために、各測定装置（９，１０，１３）は軌道（３）に対して、特定の位置を有している。一方の外側測定装置（９）は、撮影領域（１９）を有するカメラ（１２）を備えており、この撮影領域（１９）内に、他方の外側測定装置（１０）の測定対象物（１１）と、中央測定装置（１３）の測定対象物（１４）とが配置されており、カメラ（１２）は、パターン識別のための評価装置（１８）と接続されている。このようにして、唯一のカメラ（１２）によって、軌道（３）の正確な整正およびむら直しに必要な、軌道（３）の全ての位置パラメータが検出される。

Description

本発明は、軌道を測定するためのシステムに関し、このシステムは、軌道の長手方向において、２つの外側測定装置と、これらの外側測定装置の間に配置されている中央測定装置とを備えている。幾何学形状的な軌道パラメータを検出するために、各測定装置は軌道に対して、特定の位置を有している。さらに本発明は、このシステムの動作方法に関する。

軌道測定は、軌道位置誤りを検出するため、および修正措置を所期のように実行するために用いられる。このために設けられたシステムは、幾何学形状的な軌道パラメータを求める。これは例えば、水平方向および鉛直方向における軌道の位置ならびに軌道の２つのレールの相対的な高さ（カント、座屈）である。

道床を伴う軌道の場合には、整正およびむら直し（Nivellieren）が、所望の軌道位置を実現するための重要な修正措置である。整正システムによって、軌道は自身の水平位置において修正される。軌道またはレールの上下方向の位置誤りは、むら直しシステムによって取り除かれる。

このために設けられている軌道構築装置は、作業ユニットを備えており、これによって、軌道が所要の位置に運ばれ、まくらぎ下にバラストがつき入れられる（unterstopfen）。これに続いて、動的な軌道安定化が、このために設けられた振動ユニットを用いて行われ、これによって、道床における軌道の持続的な位置が保証される。

軌道を整正するために、いわゆる偏差（Pfeilhoehe）が用いられる。ここでは参照ベースとして、通常、冒頭に記載したシステムの２つの外側測定装置の間の軌道中央に張られた測定弦（Messsehne）が用いられる。中央測定装置の触覚器官が、このように形成された弦を触診し、ここからこの箇所の偏差が得られる。

２本のレールの容易な高さ測定は、各測定装置の傾斜測定を介して、例えば振り子を配置することによって行われる。しかし、このような解決策は、正確な軌道むら直しには、正確さが足りていない。

通常、各レール上にさらなる測定弦が配置されており、このような測定弦の終端部は、ロッドを介して外側測定装置と結合されている。これによって、２つの外側測定装置の高さが、各測定弦に移される。中央測定装置には、各測定弦に対して触覚器官が設けられている。ここでは、軌道中央の測定弦の場合のように、測定弦の、作業ユニットとの衝突を回避するのは困難である。

従来技術から、測定弦を用いない軌道測定のためのシステムも公知である。例えば、オーストリア国特許発明第５１５２０８号明細書に開示されている測定装置は、軌道構築装置の装置フレームを、参照ベースとして利用している。さらに、以前から、軌道測定のための光学システムが、例えば米国特許第３１０７１６８号明細書から公知である。

本発明の課題は、冒頭に記載した様式のシステムおよび方法に対して、従来技術に対する改善を提供することである。

本発明では、上述の課題は、請求項１に記載されているシステムおよび請求項１０に記載されている方法によって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。

一方の外側測定装置は、撮影領域を有するカメラを備えており、この撮影領域内に、他方の外側測定装置の測定対象物と、中央測定装置の測定対象物とが配置されており、このカメラは、パターン識別のための評価装置と接続されている。

パターン識別によって、測定対象物が識別され、測定対象物相互の位置およびカメラの画像部分に関する測定対象物の位置が特定される。このようにして、唯一のカメラによって、正確な整正およびむら直しに必要な、軌道の全ての位置パラメータが検出される。全体的に、軌道位置測定を実行するのに必要なシステム部品は僅かである。さらに、各レールの偏差（Pfeilhoehe）、高低（Laengshoehe）、座屈およびレール間隔等の軌道パラメータが冗長的に検出される。

本発明の簡易的な特徴では、他方の外側測定装置の測定対象物は光源として構成されており、中央測定装置の測定対象物はシャドーイング（影付け）対象物として構成されており、このシャドーイング対象物は、光源の一部に、カメラに対して影を付ける。このような測定対象物は簡易的かつロバストな部品であり、これらは、震動および粉塵の発生に対して耐性がある。シャドーイング対象物は、中央測定装置の簡易的な構成部分であってよく、これは、光源に対して特徴的なシルエットとして浮き出る。

別の特徴では、有利には、２つの測定対象物がシャドーイング対象物として構成されており、これらはそれぞれ、光源の一部に、カメラに対して影を付ける。ここで各測定対象物は、パターン識別によって確実に検出可能な特徴的な形状を有している。光源は面状の背景照明として用いられる。

本発明の発展形態では、カメラの撮影領域内にさらなる測定対象物が配置されている。これによって、いわゆる四点測量が実現され、これを用いて、軌道の凹みを容易に確認することができる。多数の測定対象物によって、軌道のさらなる位置データを求めることができる。測定対象物のうちの１つは、光源として構成されていてよく、この光源には、他方の測定対象物によって、カメラに対して部分的に影が付けられる。

合理的な補足として、少なくとも１つの測定対象物は、自発光要素を有している。このような措置は、困難な周辺条件のもとで、パターン識別によるより容易かつ迅速な評価を可能にする。例えば、測定対象物の直接的に前後する２つの画像が撮影され、このとき照明は、１つの撮影画像に対してのみ起動される。ここでは測定対象物は、この撮影画像において、迅速に識別可能である。

さらに、少なくとも１つの測定対象物またはカメラが、割り当てられた測定装置の保持部にシフト可能に、かつ／または旋回可能に形成されていると有利である。これによって、一方では、軌道経過の半径が狭い場合でも、２つの測定対象物がカメラの撮影領域内に留まることが保証される。他方では、これによって、カメラまたは測定対象物の追従が可能になり、これによって、カーブ走行時に、カメラおよび測定対象物が共通の軸上に留まる。

システムのシンプルな構造のために、測定対象物およびカメラがそれぞれ軌道を走行することが可能な測定車両に配置されていると合理的である。各測定車両はこのとき、レールに対して押圧されており、これによって、軌道に対する測定車両の一義的な位置が得られる。これによって、測定車両の各位置で、軌道の位置が、その位置によって特定される。

有利な特徴では、このシステムは軌道構築装置を備えており、この軌道構築装置に測定装置が配置されている。ここでは、カメラと測定対象物との間に、視認関係が生じていることだけが留意されればよい。このような視認関係が短時間、作業ユニットによって中断される場合でも、システムの機能性は保たれる。これとは異なり、従来技術では、これは、測定弦との接触時の事態であろう。

有利には、軌道構築装置は、道床つき固め装置として構成されており、測定対象物が、つき固めユニットの領域内の軌道修正を検出するために配置されている。カメラは、１つの外側測定装置に配置されており、したがって、道床つき固め装置の作業ユニット（つき固めユニット、持ち上げ−整正−ユニット）から離れて配置されている。作業ユニットの領域内の中央測定対象物は、シンプルなシャドーイング対象物として構成可能であり、これによって、震動および粉塵に対して敏感でなくなる。したがって、中央測定対象物は、直接的に、つき固めユニットに配置されていてもよい。ここでは、まくらぎ下にバラストがつき入れられることによって固定された軌道位置が測定されるべきである。

このようなシステムの特徴の発展形態では、少なくとも１つの測定装置に、位置測定システムが割り当てられており、この位置測定システムによって、軌道に対する位置を特定可能である。これによって、測定装置は、軌道に対して無接触に構成可能である。カメラ撮影画像の評価は、測定装置相互の位置を生じさせ、位置測定システムの評価は、レールに関する、これが装備されている測定装置の位置を生じさせる。座標変換によって、ここから、求められるべき軌道パラメータが算出される。

本発明の、上述したシステムの動作方法では、システムは軌道に沿って動かされ、この際、測定対象物の位置変化が、測定対象物の、カメラによって撮影された撮影画像の評価によって特定される。

撮影された測定対象物の評価は、パターン識別によって行われ、各撮影画像内で、識別された測定対象物の位置が定められる。測定装置間の既知の幾何学形状的な関係を介して、これを用いて、軌道の種々の位置パラメータが算出される。

このシステムに対して、特徴的な振動数が設定され、カメラに対して、特徴的な振動数の少なくとも２倍の高さの画像レートが設定される場合に、この発明の有利な発展形態が得られる。軌道構築装置の動作時には、このような特徴的な振動数が生じ、ここから結果として、システム振動が生じる。相応する高い画像レートを有する画像シーケンスでは、このようなノイズは、容易に計算によって除去される。具体的には、システム振動が共に検出され、計算して除去される。

有利には、少なくとも１つの測定対象物またはカメラが、カーブ走行時にシフトされるかつ／または旋回される。この種の追従に対しては、相応する測定装置の駆動部が、軌道の、生じている曲線半径に関連して駆動制御される。例えば、２つの測定対象物とカメラが相互に、共通の軸に沿って配向され、これによって、このために必要な側方のシフトに基づいて、測定箇所で軌道位置が特定される。

これに対して代替的または付加的に、カメラによって、測定対象物に取り付けられたパターンが撮影されるのは合理的であり得る。このパターンの結像は、パターンの位置変化の際に特徴的に変化する。カーブでは、側方の追従はもはや必要ない。なぜなら、各測定対象物のシフトが、パターンの変化する撮影画像に基づいて確認されるからである。

この方法の有利な発展形態では、軌道構築装置の作業ユニットが、測定対象物の検出された位置に関連して駆動制御される。したがって例えば、道床つき固め装置の場合には、軌道位置が、つき固めユニットのすぐ近くのシャドーイング対象物によって求められる。これに関連して、および所望の目標軌道位置との実行中の比較において、道床つき固め装置の持ち上げ−整正−ユニットの駆動制御が行われる。

これに加えて、少なくとも、軌道に対する、測定対象物またはカメラの位置が、位置測定システムによって無接触で検出されると有利である。これによって、摩耗しやすい機械的な部品、例えば測定車両の走行輪が省かれる。ラインレーザースキャナーのような簡易的な光学的な位置測定システムは既に、レールに対する各測定装置の位置を、十分な精度で特定するのに適している。

本発明を以降で、添付の図面を参照して例示的に説明する。

軌道構築装置の側面図 カーブ走行時の測定装置の平面図 カーブ走行時の測定車両を伴う配置 測定対象物の撮影画像 測定対象物の位置変化を伴う撮影画像 中央測定装置 位置に関連するパターンを伴う測定対象物の撮影画像 位置に関連するパターンを伴う測定対象物の位置変化を伴う撮影画像 位置に関連するパターンのパターン識別 検出された位置変化を伴う、位置に関連するパターン 光源の前の２つのシャドーイング対象物の撮影画像 シャドーイング対象物の位置変化を伴う撮影画像

図１では、軌道構築装置１は、道床つき固め装置として構成されており、軌道３のレール２上を走行可能である。軌道構築装置１の装置フレーム４は、走行ユニット５上に支持されており、作業ユニットとしてのつき固めユニット６と持ち上げ−整正−ユニット７を担っている。清掃装置またはダイナミックトラックスタビライザー等の別の軌道構築装置も、本発明のシステムに適している。

軌道３の長手方向８では、軌道構築装置１に２つの外側測定装置９および１０が配置されている。作業方向で見て前方の測定装置１０は、測定対象物１１として、面状の光源を有している。この光源の照明面は、カメラ１２の方に向けられている。カメラは、後方の測定装置９に取り付けられている。

２つの外側測定装置９、１０の間には、中央測定装置１３が配置されている。ここには、さらなる測定対象物１４が、つき固めユニット６のすぐ近くに固定されている。これは、幾何学形状的に特徴的な突起であり、シャドーイング対象物として、カメラ１２に対して光源の一部を覆う。これは、例えば棒または打ち抜き加工された金属薄板である。このさらなる測定対象物１４によって、この箇所での軌道３の位置が求められ、その結果、ここで、つき固めユニット６と固定された軌道位置を、所定の目標軌道位置に適合させることができる。

第１の実施例では、軌道３に対して無接触に形成された測定装置９、１０、１３が示されている（図１、図２）。ここで、各測定装置９、１０、１３は、位置測定システム１５を有しており、これによって、測定装置９、１０、１３に対するレール２の位置を測定することができる。各位置測定システム１５は、例えば各レール２に対して、ラインレーザースキャナーまたは別の公知のオプトエレクトロニクスセンサを有している。

これを用いて、測定装置９、１０、１３の座標系に対して、軌道構築装置１の前進走行中に、各レール２の前後して位置する断面プロファイルが検出される。ここから、各レール２の位置モデルが得られ、この位置モデルによって、所定の測定点１６の座標が求められる。各測定装置９、１０、１３に対して、（レール上方縁部より１４ｍｍ下方の内側輪郭での）各レール２の理論上のゲージ線と、レール２に対して垂直に配向されている基準面１７との交点としての測定点１６が得られる。

測定点座標を算出するために、このシステムは、評価装置１８として、コンピューターを備えている。このコンピューターは、例えば、軌道構築装置１の制御空間内に配置されており、バスシステムを介して、測定装置９、１０、１３と接続されている。ここで、同期時点が設定されており、これは、測定結果の時間的な比較を可能にする。

測定点座標の計算のために、測定結果の他に、軌道構築装置１の幾何学形状的な関係が用いられる。測定装置９、１０、１３が常に、レールに対して垂直に配向されている場合には、評価が容易になる。これは、各走行ユニット５の台車フレームに外側測定装置９、１０を配置することによって容易に行われる。

カメラ１２は撮影領域１９を有しており、この撮影領域は、対物レンズ焦点距離および画像センササイズ等のカメラパラメータによって設定されている。さらに、選択された対物レンズ絞りは、撮影領域１９内の被写界深度を特定する。カメラ１２は、２つの測定対象物１１、１４の方向に配向されている。したがって、これらの測定対象物は、カメラ１２の撮影領域１９内に配置されている。

図２には、カーブ走行時の３つの測定装置９、１０、１３が示されている。この実施例では、後方測定装置９および中央測定装置１３は、装置フレーム４に対する自身の位置を保持している。前方測定装置１０は、保持部２０に対して横方向にシフト可能に構成されており、これによって、２つの測定対象物１１、１４が、カメラ１２に対して、共通の軸２１上に配向されたままになる。このために例えば、閉ループ制御によって、カーブ走行中、外側測定対象物１１を追従させるスピンドルドライブが設けられている。これに対して代替的に、測定装置１０が、装置フレーム４に対してシフト可能であってもよい。シフト運動は、測定点１６の座標計算に用いられる。

各測定装置９、１０、１３が測定車両として構成されており、車輪２２によって軌道３で案内されている場合（図３）、位置測定システム１５を省くことができる。この際、車輪２２は、側方でレール２に対して押圧されていなければならず、これによって、各測定装置９、１０、１３は、レール２に対する一義的な位置を有する。このような場合には、座標の計算をより容易に実行することが可能である。なぜなら、位置測定システム１５の評価が省かれるからである。しかし、構成部分が動くので、メンテナンスコストは上昇する。

狭いカーブで使用される場合には、カメラ１２および外側測定対象物１１は、横方向にシフト可能に配置されている。このような閉ループ制御された追従によって、２つの測定対象物１１、１４およびカメラ１２は、共通の軸２１上に配向されたままになる。このために、カメラ１２および外側測定対象物１１はそれぞれ、保持部２０に案内され、アクチュエータを用いてシフト可能にされている。軌道構築装置１と、測定装置９、１０、１３とは、この実施例では、各可動のサスペンションを介して接続されている。

測定対象物１１、１４を中央視軸３７内に保持するために、カメラ１２を所期のように旋回させることも合理的であり得る。測定点１６の座標の計算時には、相応する水平な、かつ／または鉛直な旋回角度も考慮される。そうでない場合には、カメラ１２または測定対象物１１、１４の検出されたシフト運動を計算に加えることで足りる。

例えば、カメラ１２によって撮影された、測定対象物１１、１４の撮影画像２３が図４、図５、図７、図８、図１１および図１２に示されている。ここで、図４および図５の撮影画像２３は、図２に示したシステム装置から生じたものである。撮影画像２３は、パターン識別によって評価される。これに対しては、以前から、適したカメラシステムおよびソフトウェアソリューションが既知である。

識別された測定対象物１１、１４の位置は、所定の基準系を用いて特定される。通常、カメラ１２に対して、画像センサ面内で、ｘ座標軸ｘ_０、ｙ座標軸ｙ_０および座標原点Ｕ_０を有する第１の基準系が設定される。全ての識別された要素は、この第１の基準系に関連付けされる。

軌道３に対する測定対象物１１、１４の位置を特定するための位置測定システム１５に対しては、固有の基準系が設定されている。具体的には、ｘ座標軸ｘ_１、ｙ座標軸ｙ_１および座標原点Ｕ_１を有する第２の基準系が、シャドーイング対象物として構成されている中央測定対象物１４に割り当てられている。ｘ座標軸ｘ_２、ｙ座標軸ｙ_２および座標原点Ｕ_２を有する第３の基準系が、光源として構成されている外側測定対象物１４に割り当てられている。

レール２上の測定点１６が、まずは、各位置測定システム１５を用いて、割り当てられている基準系において検出され、次に、第１の基準系に変換される。ここで、既知の幾何学形状的な関係を介して、測定点１６のｚ座標も得られる。測定結果の同期のために、位置測定システム１５によって形成されたレールモデルが使用される。測定装置９、１０、１３が、常に、レール２に対して垂直に配向されており、全ての測定点１６が同時に検出可能である場合、これは必要ない。

いずれにせよ、軌道３の地理的座標に測定点１６が相対的または絶対的に割り当てられるのは合理的である。ここで、第１の基準系において検出された測定点座標は、軌道構築装置１または軌道３の上位の座標系に変換される。このような上位の座標系は、公知の方法で、慣性測定システム、ＧＮＳＳシステムおよび／または軌道３の隣に取り付けられた固定点を用いて定められる。

図４の撮影画像２３は、測定装置９、１０、１３が、まっすぐな平らな軌道３上に、座屈なく配置されている場合に得られる。この場合には、シャドーイングによって生じる、中央測定対象物１４のシルエット２４は、前方測定対象物１１によって形成された照明面２５の中心に位置する。これは、例示的な、初期位置に対する調整である。シルエット２４および照明面２５は、画像内の幾何学形状的な像として、パターン識別によって評価可能である。このために通常、コーナー点または定められた評価ラインと像の縁の交点が識別され、相互に関連付けされる。

測定対象物１１、１４の識別は、これらが冗長的な要素を有している場合に容易になる。これは、自身の１２個の幾何学形状的に配置されたコーナー点を伴う、十字形のシャドーイング対象物によって生成されたシルエット２４の場合に明らかである。しかし、コーナーが例えば、粉塵または障害物２６によって覆われている場合（図５）、正方形の照明面２５も識別可能なままである。このような障害物２６は、例えば、カーブにおいて、部分的にカメラ１２と測定対象物１１との間で移動する走行ユニット５であってもよい。

カーブ走行によって、図５に示す撮影画像２３が生じる。ここで通常は、測定装置９、１０、１３相互の座屈およびシフトが生じる。軌道３におけるカントまたは勾配によって座屈が生じ、これは、このシステムによって検出される。側方のシフトを特定するために、外側測定対象物１０の照明面２５が、横方向に追従し、これによって、照明面２５の中央点とシルエット２４の中央点は常に、共通の鉛直軸２６上に位置する。この軸２６と第１の基準系のｙ軸ｙ_０との間の間隔は、中央測定対象物１４の横方向のシフトを示す。前方測定対象物１１の横方向のシフトは、保持部２０に対するこの測定対象物１１のシフト運動からさらに生じる。

座屈を特定するために、照明面２５またはシルエット２４の傾きが評価される。まずは、撮影画像２３においてシルエット２４が傾いている第１の傾斜角度α_１が検出される。第２の傾斜角度α_２は、照明面２５が撮影画像２３においてどの程度傾いているのかを示している。さらに、位置測定システム１５の測定結果が評価される。評価装置１８を用いて、ここから軌道３の座屈値が計算される。

軌道３および２つのレール２の高さは、同様に、撮影画像２３ならびに位置測定システム１５における照明面２５およびシルエット２４の位置の評価によって検出される。具体的には、測定対象物１１、１４の、ｙ方向におけるシフトおよび測定点１６の変換された座標が、レール２に対する高さの値を示す。各測定装置９、１０、１３が、レール上を案内される測定車両である場合、高さの値は、測定対象物１１、１４のシフト値および傾斜値から求められる。

図６には、中央測定装置１３が前面図で示されている。この測定装置１３は有利には、持ち上げ−整正−ユニット７またはつき固めユニットフレームと接続されている。このようにして、測定装置１３は、カーブ走行の間、または持ち上げ−整正−ユニット７による軌道移動の間、横方向の運動に従う。

測定装置１３は、レール２に対して無接触に構成されており、したがって、位置測定システム１５を備えている。ここで例えば、各レールに対して、ラインレーザースキャナーが配向されており、これによって、測定装置１３の基準系における測定点１６の位置座標が検出される。有利には、このような基準系の原点は、測定装置１３の横はり２８に取り付けられている測定対象物１４の中心点である。

位置測定システム１５の測定結果およびカメラ１２に対する測定対象物１４の上述した位置特定を評価することによって、内側のレール２に対する外側のレール２のカント２９が求められる。

測定対象物１１に特徴的なパターン３０が取り付けられている場合には、横方向のシフトを特定するための外側測定対象物１１の追従は行われない。相応する撮影画像２３が、図７および図８に示されている。ここで例えば、第１の基準系のｙ軸ｙ_０が評価ライン３１を形成し、これに基づいて、撮影されたパターン３０の横方向の位置が特定される。

検出される画像部分はここで、常に、パターン３０の一部だけが検出および評価されるように選択されている。したがって、測定対象物１１として、側方で、画像部分から突出する幅の広い光源が配置される。有利には、パターン３０は、中央測定対象物１４によって影が付けられていない光源の領域内に配置されている。ここで、撮影領域１９を整合させるために、複数のカメラ１２を配置させることも合理的であり得る。これは、本発明の別の実施形態に対しても当てはまる。

中央測定対象物１４も、位置変化の検出のために、特徴的なパターン３０を有していてよい。例えば、金属薄板部分として形成されている測定対象物１４内に、幾何学形状的な像が打ち抜かれ、前方測定対象物１１の光源が、これを通って照明する。これはいわゆるフィデューシャルマークであってよく、これはパターン識別および画像評価によって識別可能である。

２つの測定対象物１１、１４が特徴的なパターン３０を有している場合、カメラ１２の不所望な旋回運動を迅速に識別可能である。すなわち、この場合には、測定対象物１１、１４は、距離関係を考慮して、同じ方向に動く。この種の評価はこの場合には、測定対象物１１、１４の運動として解釈されるのではなく、カメラ１２の旋回運動として解釈される。

振動等の別の不所望なノイズは、相応に高い画像レートによってフィルタリングされる。この画像レートは、画像内で検出された対象物の、振動によって生じる運動が再現可能である程度に高くなければならない。さらに、カメラシステムに、画像安定化を組み込むのは合理的であり得る。

別の実施形態では、中央測定対象物１４に、自発光要素が設けられている。ここでは、例えば特徴的には、カメラ１２によって良好に検出可能な発光ダイオードが配置されている。これによって、困難な周辺条件の下での画像識別が改善され、例えば、夜間または粉塵発生が著しい場合の画像識別が改善される。

特徴的なパターン３０が三角形３２を有している場合（図９、図１０）、容易な評価が実現される。三角形３２の側面は、システムの中立的な位置において水平に配向されている。三角形３２の上方および下方にはさらに、水平な線３３が配置されており、これによって、パターン３０の傾きが検出される。

パターン３０の検出は、図９および図１０に基づいて説明される。ここでは、カメラ１２によって検出された撮影画像２３の縁部が破線で示されている。撮影画像２３の中央に、中央評価ライン３１が配置されている。中央評価ラインの左側および右側に、別の評価ライン３４が設けられている。評価ライン３１、３４は、パターン識別のために使用される。これは、相応する画像評価ソフトウェアによって、このような評価ライン３１、３４と、三角形３２の縁および線３３との交点が探されることによって行われる。識別された点３５は、図９および図１０において、小さい正方形によって示されている。

このような表示は、さらなる画像評価だけにではなく、操作員によるシステムの調整にも用いられる。このために、コンピューターは、操作ユニットおよびモニターと接続されている。さらにコンピューター内には、パターン識別ソフトウェアおよび画像評価ソフトウェアの他に、別のプログラムも実装されている。例えば、測定点１６の求められた位置座標は、装置制御のために処理され、データメモリ内に、記録およびドキュメント化のために格納される。

識別された点３５に基づいて、三角形３２の高さ３６が求められ、パターン３０の存在する横方向の位置に対する特徴的な量として格納される。相応する評価スキームは、パターン識別ソフトウェアおよび画像評価ソフトウェア内で実行される。ひし形または不等辺四辺形等の他の形状も、この評価方法に対して適している。

パターン３０の位置変化を確認するために、更新された撮影画像２３（図１０）において、新たにパターン識別および画像評価が行われる。パターン３０の傾きは、平行な線３０に沿って識別された点３５に基づいて示される。これによって、三角形３２の検出された高さ３６も、傾いていない三角形３２に相当する値に再計算される。このような値は、パターン３０の更新された横方向の位置を表す。

説明した実施形態は、本発明によってカバーされる変化形態のうちの幾つかだけを表している。例えば、別の発明の形態では、さらなる位置データを検出するために、２つよりも多くの測定対象物１１、１４が配置されている。３つの測定対象物によって、いわゆる四点測量が実行可能であり、ここでは測定対象物およびカメラ１２の座標が評価される。例えば、２つのシャドーイング対象物と位置検出された光源または３つのシャドーイング対象物が配置されている。これによって特に、軌道３の凹みが検出可能である。

図１１および図１２は、シャドーイング対象物として構成されている２つの測定対象物１１、１４の撮影画像２３を示しており、これらの測定対象物は、パターン３８、３９として、背景照明４０に対して浮き出る。このために、カメラ１２から見て、２つのシャドーイング対象物の後方に、光源が配置されている。このような光源は、パターン識別のために特徴的な特徴を有している必要はない。

シャドーイング対象物だけが特徴的な形状を有しており、１つのシャドーイング対象物は、直接的に、光源の照明面に取り付けられていてよい。２つのシャドーイング対象物が光源から距離を開けて配置されていてもよく、ここでシャドーイング対象物とカメラ１２との間の距離は、位置特定のために利用される。

図１１には、シャドーイング対象物の中立的な位置が示されている。各シャドーイング対象物は、十字形のパターン３８、３９を生成する。座標原点Ｕ_１、Ｕ_２の位置および十字形の配向が、パターン識別によって識別される。位置変化の場合には、座標原点Ｕ_１、Ｕ_２の変化した位置および十字形の変化した配向が識別され、測定対象物１１、１４の新たな座標の計算が行われる。

Claims (15)

1. 軌道（３）を測定するためのシステムあって、
   当該システムは、前記軌道（３）の長手方向（８）において、２つの外側測定装置（９，１０）と、前記外側測定装置の間に配置されている中央測定装置（１３）とを備えており、
   幾何学形状的な軌道パラメータを検出するために、各測定装置（９，１０，１３）が前記軌道（３）に対して特定の位置を有している、システムにおいて、
   一方の前記外側測定装置（９）は、撮影領域（１９）を有するカメラ（１２）を備えており、
   前記撮影領域（１９）内に、他方の前記外側測定装置（１０）の測定対象物（１１）と、前記中央測定装置（１３）の測定対象物（１４）とが配置されており、
   前記カメラ（１２）は、パターン識別のための評価装置（１８）と接続されている
   ことを特徴とする、軌道（３）を測定するためのシステム。
2. 他方の前記外側測定装置（１０）の前記測定対象物（１１）は光源として構成されており、
   前記中央測定装置（１３）の前記測定対象物（１４）はシャドーイング対象物として構成されており、該シャドーイング対象物は、前記光源の一部に、前記カメラ（１２）に対して影を付ける、請求項１記載のシステム。
3. ２つの測定対象物（１１，１４）がシャドーイング対象物として構成されており、前記シャドーイング対象物はそれぞれ、光源の一部に、前記カメラ（１２）に対して影を付ける、請求項１記載のシステム。
4. 前記カメラ（１２）の前記撮影領域（１９）内にさらなる測定対象物が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
5. 少なくとも１つの測定対象物（１１，１４）は、自発光要素を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. 少なくとも１つの測定対象物（１１，１４）または前記カメラ（１２）は、割り当てられた前記測定装置（９，１０，１３）の保持部（２０）にシフト可能に、かつ／または旋回可能に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
7. 前記測定対象物（１１，１４）および前記カメラ（１２）は、それぞれ軌道を走行することが可能な測定車両に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。
8. 当該システムは軌道構築装置（１）を備えており、該軌道構築装置に前記測定装置（９，１０，１３）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。
9. 少なくとも１つの測定装置（９，１０，１３）に、位置測定システムが割り当てられており、該位置測定システムによって、前記軌道（３）に対する位置が特定可能である、請求項８記載のシステム。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載のシステムの動作方法であって、
    前記システムが前記軌道（３）に沿って動かされ、
    前記測定対象物（１１，１４）の位置変化が、該測定対象物（１１，１４）の、カメラ（１２）によって撮影された撮影画像の評価によって特定される
    ことを特徴とする、システムの動作方法。
11. 前記システムに対して特徴的な振動数が設定され、前記カメラ（１２）に対して、前記特徴的な振動数の少なくとも２倍の高さの画像レートが設定される、請求項１０記載の方法。
12. 少なくとも１つの測定対象物（１１，１４）または前記カメラ（１２）が、カーブ走行時にシフトされるかつ／または旋回される、請求項１０または１１記載の方法。
13. 前記カメラ（１２）によって、測定対象物（１１，１４）に取り付けられたパターン（３０）が撮影され、前記パターンの結像は、該パターン（３０）の位置変化の際に特徴的に変化する、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 軌道構築装置（１）の作業ユニット（６，７）が、測定対象物（１１，１４）の検出された前記位置に関連して駆動制御される、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 少なくとも、前記軌道（３）に対する、測定対象物（１１，１４）または前記カメラ（１２）の前記位置が、位置測定システム（１５）によって無接触で検出される、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の方法。

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