WO2022238367A1 - System und verfahren zur oberflächenerfassung einer gleisstrecke - Google Patents

System und verfahren zur oberflächenerfassung einer gleisstrecke Download PDF

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WO2022238367A1
WO2022238367A1 PCT/EP2022/062568 EP2022062568W WO2022238367A1 WO 2022238367 A1 WO2022238367 A1 WO 2022238367A1 EP 2022062568 W EP2022062568 W EP 2022062568W WO 2022238367 A1 WO2022238367 A1 WO 2022238367A1
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surface scanner
evaluation device
scanner
housing
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PCT/EP2022/062568
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Harald LIEDL
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Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H.
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    • E01B2203/16—Guiding or measuring means, e.g. for alignment, canting, stepwise propagation

Definitions

  • the invention relates to a system for detecting the surface of a track, comprising a rail vehicle, a surface scanner and an evaluation device.
  • the invention relates to an arrangement for use in the system and a method for operating the system.
  • a number of systems and methods for detecting surface structures of a stretch of track are known from the prior art, with a surface scanner being used.
  • AT 519739 A4 discloses a method with a surface scanner arranged on a track construction machine. The surface data recorded in this way is used to detect objects on the track and to derive specifications for automated control of the track maintenance machine.
  • AT 520291 A4 discloses a system and a method in which adjacent devices on a track are detected by means of a surface scanner. Devices with a known geometry, for example a platform edge or an overhead line system, are subsequently used as reference objects for determining a track position.
  • AT 520526 A4 describes a rail vehicle and a method with a surface scanner for detecting surface points of a track.
  • An inertial measurement system for detecting a trajectory of a track course is arranged on a first measurement platform.
  • the surface scanner is arranged on a second measuring platform, on which a second inertial measuring system is located to record a further trajectory. With the recorded trajectories, the surface coordinates recorded by means of the surface scanner are referenced to the course of the track. 2
  • the invention is based on the object of improving a system of the type mentioned above compared to the prior art in such a way that more versatile and more efficient use is made possible. In this case, a correspondingly improved arrangement is to be used. It is also an object of the invention to specify a correspondingly improved method for operating the system.
  • a receiving device for temporarily fastening and connecting the surface scanner is arranged on the rail vehicle, with a connection device coupled to the receiving device for the evaluation device being arranged in an operating cabin of the rail vehicle, and the evaluation device in a portable housing with power and data connections for temporary Connection is arranged with the connecting device.
  • the permanent system equipment of the rail vehicle is limited to the recording device for the surface scanner, the connection device for the evaluation device and the cabling or other coupling of the two devices.
  • the rail vehicle is thus prepared for immediate use of the system, with the surface scanner and the evaluation device not having to be carried along permanently.
  • the surface scanner is only mounted in the cradle when in use.
  • the housing with the evaluation device is also only carried along during a corresponding measurement run. When the rail vehicle is operated in other ways, these system components can be used for other purposes. Replacing these system components with newer versions is also considerably simplified with the system according to the invention. The same applies to the replacement of defective system components.
  • the surface scanner is designed as a rotary laser scanner, with the surface scanner in particular forming a unit with a connection plate that temporarily 3 can be fastened and connected to the receiving device.
  • the rotary laser scanner provides a high-resolution point cloud of the surface of the track and its surroundings while the rail vehicle is moving forward.
  • the connection plate With the connection plate, the surface scanner is locked in the exact position on the recording device.
  • the coordinates of the surface points are thus recorded in a predetermined coordinate system that moves with the rail vehicle.
  • the connections of the surface scanner are integrated into the connection plate. With the attachment to the receiving device, the data and supply lines are also connected.
  • a further improvement provides that an inertial measuring unit is connected to the surface scanner.
  • This inertial measurement unit records the movements of the surface scanner in three-dimensional space. The coordinates of the surface points recorded by means of the surface scanner can thus be transformed to a stationary coordinate system.
  • the portable housing is advantageously developed in that it comprises a central processing unit as an element of the evaluation device, with an algorithm for evaluating data recorded with the surface scanner being set up in the processing unit.
  • the central processing unit is also used to process further input and output data.
  • the portable housing includes a network router, with network connections being arranged on the housing.
  • the evaluation device can be connected to external devices, for example to a laptop or a printer.
  • the connection to the surface scanner is also advantageously carried out via a network connection.
  • the rail vehicle comprises a distance measuring sensor for detecting a route, the distance measuring sensor being coupled to the connection device.
  • the evaluation device receives a displacement signal 4 of this path measuring sensor to determine the direction of travel and to assign the surface points recorded with the surface scanner to a route along the track section traveled on.
  • a displacement sensor that is already installed on the rail vehicle for other applications is used.
  • a current collector located on the rail vehicle offers a further advantage, with a control device for controlling the current collector being coupled to the connection device.
  • the connected evaluation device is informed whether the pantograph is lowered or pressed against an overhead line.
  • This information is used when recording the course of the overhead line using the surface scanner.
  • the characteristic of a contact wire for example the height or the zigzag course, is detected by means of a detection algorithm set up in the evaluation device.
  • a contact force between pantograph and contact wire can also be derived.
  • the rails are also detected in the course of the point cloud analysis, the position of the contact wire can be directly related to the standardized measuring points of the upper edge of the rail.
  • the detection takes place at high driving speeds. With the acquisition of a high-resolution point cloud, special cases such as double contact wires can also be detected.
  • An advantageous extension of the system includes a second rail vehicle with a receiving device for temporarily attaching and connecting the surface scanner and with a connection device for the evaluation device.
  • the surface scanner and the housing with the evaluation device can be used alternately on both rail vehicles.
  • the housing which includes the evaluation device, has at least one handle.
  • the housing is thus similar to a suitcase that is set up as a portable unit for use in one of the systems described.
  • the suitcase-like housing includes an additional storage compartment in which the 5
  • a method according to the invention for operating the system comprising at least two rail vehicles provides that the surface scanner and the evaluation device are operated with the first rail vehicle, that the surface scanner and the housing with the evaluation device are then removed from the first rail vehicle and attached to the receiving device and the connection device of the second rail vehicle is connected and that subsequently the surface scanner and the evaluation device are operated with the second rail vehicle.
  • several rail vehicles that regularly run on different track sections can be used to record these track sections with just one surface scanner and one evaluation device.
  • the rail vehicle 1 shown in FIG. 1 is, for example, a railcar or a track construction machine with a front end 2 that is free at the front.
  • Such vehicles are generally used for purposes other than detecting a track surface. Their use within the scope of the present invention is particularly advantageous because a track measurement can be carried out during regular operation of these vehicles.
  • a measuring vehicle itself can also be useful as a carrier vehicle in order to supplement existing measuring systems with surface detection.
  • the rail vehicle 1 advantageously includes its own drive.
  • a vehicle frame or vehicle body 3 is connected to rail carriages 4 6 a track 5 movable.
  • An operator's cabin 6 is constructed on the end face 2 .
  • a pantograph 7 is arranged on the roof of the rail vehicle 1 .
  • the rail vehicle 1 is supplied with electrical energy via this pantograph 7 when the overhead line 8 is present.
  • a hybrid system is provided which ensures the operation of the rail vehicle 1 even if the overhead line 8 is missing or switched off.
  • the rail vehicle 1 also includes an internal combustion engine or an electrical energy store.
  • the rail vehicle 1 is equipped with system components for detecting surface structures of a track section that is being traveled on.
  • a surface scanner 9 and an evaluation device 10 are designed as mobile system components. These are not permanently installed, but can be temporarily connected to the rail vehicle 1 by means of easily detachable connections.
  • the surface scanner 9 can be fastened temporarily to a receiving device 11 on the end face.
  • the evaluation device 10 is arranged in a portable housing 12 and can be placed on a connection device 13 in the operating cabin 6 .
  • the housing 12 includes a handle 14 in order to be able to transport the evaluation device 10 easily and safely.
  • a contact unit 15 with power connections 16 and data connections 17 which are brought into contact with corresponding connections of the connection device 13 is located on an outside of the housing 12 .
  • power sockets are also arranged on the housing 12 in order to connect peripheral devices if necessary.
  • the receiving device 11 and the connecting device 13 are permanently arranged in the rail vehicle 1 and are coupled to one another, for example via a bus system.
  • rails 18, sleepers 19, rail fasteners 20, a ballast bed 21, platforms 22 and elements of the overhead line 8 are recorded in particular. These include a contact wire 23, a suspension cable 24, masts 25 and fasteners.
  • the rail vehicle 1 includes a path measuring sensor 26 for detecting a route s 7 arranged on an axis of a rail undercarriage 4, a rotary encoder (encoder) for detecting an angular velocity.
  • a rotary laser scanner is advantageously arranged as the surface scanner 9 (e.g. a laser from RIEGL Laser Measurement Systemstechnik m.b.H. with the designation VUX-1HA).
  • Such surface scanners 9 deliver a point cloud with a high resolution by means of a rotating laser beam 27 reflected from surfaces.
  • the surface scanner 9 is coupled to an inertial measurement unit 28 .
  • This inertial measuring unit 28 registers changes in the position of the surface scanner 9 with respect to a stationary coordinate system. A coordinate transformation of the recorded point cloud can thus be carried out in a simple manner.
  • a computing unit 29 (e.g. Programmable Automatic Controller, PAC) is installed in the portable housing 12 as an element of the evaluation device 10, in which an evaluation algorithm is set up.
  • the arithmetic unit 29 is coupled to an interface converter 30 (e.g. RS422 converter) and the contact unit 15 via an internal bus.
  • the housing 12 includes a DC voltage converter 31 which converts a supply voltage of the evaluation device 10 into a supply voltage of the surface scanner 9 .
  • An output line is routed via an operating element 32 arranged on the housing 12 in order to switch the power supply of the surface scanner 9 on and off.
  • External devices can be connected to the housing 12 via a network router 33 (e.g. Ethernet router) and network connections 34 and other interfaces 35 (e.g. USB). These are, for example, a printer 36 and a laptop 37 for inputting and outputting data. For example, parameter adjustments or software updates are possible. Currently recorded data can be displayed on the screen of the laptop 37 .
  • a touch panel PC 38 is optionally installed in the housing 12 in order to enter and display data.
  • a data memory 39 can also be connected. By storing the data recorded by the system, the following 8th
  • evaluations possible For example, following measurement runs that have already been carried out, evaluations can be carried out in a remote system center, with corrections being applicable for even more precise results.
  • a web-based software solution offers a user further options, for example the creation of an electronic report that takes various specifications of valid standards into account. This is particularly advantageous for using the system on track construction machines, because changes made to track 5 with working units can be detected by means of surface scanner 9 and can subsequently be documented.
  • the evaluation device 10 can be connected to a power supply 40 of the rail vehicle 1 via the connection device 13 .
  • the housing 12 advantageously includes an energy store 41 which can be charged via one of the power connections 16 .
  • the energy store 41 is an element of an uninterruptible power supply. With the energy store 41 charged, the evaluation device 10 can also be activated outside of the rail vehicle 1, for example in order to make parameter changes or carry out software updates.
  • connection device 13 is coupled to a control device 42 of the rail vehicle 1 .
  • status data of the rail vehicle 1 can be supplied to the evaluation device 10 .
  • the evaluation device 10 receives a notification signal which shows whether the pantograph 7 is raised or lowered. This information is used when detecting the position of the contact wire 23 by means of the surface scanner 9 . In particular, a change in position as a result of a contact pressure of the pantograph 7 is registered.
  • the recording device 11 advantageously comprises a console with positioning elements 43 and locking elements 44 for fastening the surface scanner 9 in a precisely defined position.
  • the surface scanner 9 includes its own housing 45 in which a laser interface 46 is set up.
  • the surface scanner 9 can be connected to power and data connections 16 , 17 of the recording device 11 via a dedicated contact unit 47 .
  • the contacts are plug-in connections in a connection plate 48 of the surface scanner 9 9 trained. In the course of temporarily attaching the surface scanner 9 to the receiving device 11, the power and data connections 16, 17 are each automatically contacted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Oberflächenerfassung einer Gleisstrecke, umfassend ein Schienenfahrzeug (1), einen Oberflächenscanner (9) und eine Auswerteeinrichtung (10), wobei am Schienenfahrzeug (1) eine Aufnahmeeinrichtung (11) zum temporären Befestigen und Anschließen des Oberflächenscanners (9) angeordnet ist, wobei in einer Bedienkabine (6) des Schienenfahrzeugs (1) eine mit der Aufnahmeeinrichtung (11) gekoppelte Anschlusseinrichtung (13) für die Auswerteeinrichtung (10) angeordnet ist und wobei die Auswerteeinrichtung (10) in einem tragbaren Gehäuse (12) mit Strom- und Datenanschlüssen (16, 17) zur temporären Verbindung mit der Anschlusseinrichtung (13) angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Schienenfahrzeug (1) für einen sofortigen Einsatz des Systems vorbereitet, wobei der Oberflächenscanner (9) und die Auswerteeinrichtung (10) nicht permanent mitgeführt werden müssen.

Description

1
Beschreibung
System und Verfahren zur Oberflächenerfassung einer Gleisstrecke
Technisches Gebiet
[01] Die Erfindung betrifft ein System zur Oberflächenerfassung einer Gleisstrecke, umfassend ein Schienenfahrzeug, einen Oberflächenscanner und eine Auswerteeinrichtung. Zudem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Verwendung in dem System und ein Verfahren zum Betreiben des Systems.
Stand der Technik
[02] Aus dem Stand der Technik kennt man mehrere Systeme und Verfahren zum Erfassen von Oberflächenstrukturen einer Gleisstrecke, wobei ein Oberflächenscanner zum Einsatz kommt. Die AT 519739 A4 offenbart ein Verfahren mit einem an einer Gleisbaumaschine angeordneten Oberflächenscanner. Die damit erfassten Oberflächendaten werden genutzt, um Objekte im Gleis zu erkennen und daraus Vorgaben für eine automatisierte Ansteuerung der Gleisbaumaschine abzuleiten.
[03] Aus der AT 520291 A4 sind ein System und ein Verfahren bekannt, bei dem mittels eines Oberflächenscanners benachbarten Einrichtungen eines Gleises erfasst werden. Einrichtungen mit einer bekannten Geometrie, beispielsweise eine Bahnsteigkante oder eine Oberleitungsanlage dienen in weiterer Folge als Referenzobjekte für die Bestimmung einer Gleislage.
[04] Die AT 520526 A4 beschreibt ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren mit einem Oberflächenscanner zur Erfassung von Oberflächenpunkten einer Gleisstrecke. Dabei ist auf einer ersten Messplattform ein Inertialmesssystem zur Erfassung einer Trajektorie eines Gleisverlaufs angeordnet. Der Oberflächenscanner ist auf einer zweiten Messplattform angeordnet, auf der sich ein zweites Inertialmesssystem zur Erfassung einer weiteren Trajektorie befindet. Mit den erfassten Trajektorien werden die mittels des Oberflächenscanners erfassten Oberflächenkoordinaten auf den Gleisverlauf referenziert. 2
Darstellung der Erfindung
[05] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art gegenüber dem Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass ein vielseitigerer und effizienterer Einsatz ermöglicht wird. Dabei soll eine entsprechend verbesserte Anordnung verwendet werden. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechend verbessertes Verfahren zum Betreiben des Systems anzugeben.
[06] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 und 10. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[07] Dabei ist am Schienenfahrzeug eine Aufnahmeeinrichtung zum temporären Befestigen und Anschließen des Oberflächenscanners angeordnet, wobei in einer Bedienkabine des Schienenfahrzeugs eine mit der Aufnahmeeinrichtung gekoppelte Anschlusseinrichtung für die Auswerteeinrichtung angeordnet ist und wobei die Auswerteeinrichtung in einem tragbaren Gehäuse mit Strom- und Datenanschlüssen zur temporären Verbindung mit der Anschlusseinrichtung angeordnet ist. Die permanente Systemausrüstung des Schienenfahrzeugs beschränkt sich auf die Aufnahmeeinrichtung für den Oberflächenscanner, die Anschlusseinrichtung für die Auswerteeinrichtung und die Verkabelung oder sonstige Kopplung der beiden Einrichtungen. Somit ist das Schienenfahrzeug für einen sofortigen Einsatz des Systems vorbereitet, wobei der Oberflächenscanner und die Auswerteeinrichtung nicht permanent mitgeführt werden müssen. Der Oberflächenscanner ist nur dann in der Aufnahmeeinrichtung befestigt, wenn er genutzt wird. Auch das Gehäuse mit der Auswerteeinrichtung wird nur während einer entsprechenden Messfahrt mitgeführt. Bei einem sonstigen Betrieb des Schienenfahrzeugs können diese Systemkomponenten anderweitig Verwendung finden. Auch der Austausch gegen neuere Versionen dieser Systemkomponenten wird mit dem erfindungsgemäßen System erheblich vereinfacht. Dasselbe gilt für den Austausch defekter Systemkomponenten.
[08] In einer Weiterbildung des Systems ist der Oberflächenscanner als Rotationslaserscanner ausgebildet, wobei insbesondere der Oberflächenscanner mit einer Anschlussplatte eine Einheit bildet, die temporär 3 an der Aufnahmeeinrichtung befestigbar und anschließbar ist. Der Rotationslaserscanner liefert während einer Vorwärtsfahrt des Schienenfahrzeugs eine hochauflösende Punktwolke der Oberflächen des Gleises und seiner Umgebung. Mit der Anschlussplatte ist der Oberflächenscanner positionsgenau auf der Aufnahmeeinrichtung arretiert. Die Erfassung von Koordinaten der Oberflächenpunkte erfolgt somit in einem vorgegebenen Koordinatensystem, das sich mit dem Schienenfahrzeug mitbewegt. In die Anschlussplatte sind die Anschlüsse des Oberflächenscanners integriert. Mit der Anbringung auf der Aufnahmeeinrichtung werden somit auch die Daten- und Versorgungsleitungen mitangeschlossen.
[09] Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass an den Oberflächenscanner eine Inertialmesseinheit angeschlossen ist. Diese Inertialmesseinheit erfasst die Bewegungen des Oberflächenscanners im dreidimensionalen Raum. Die mittels des Oberflächenscanners erfassten Koordinaten der Oberflächenpunkte sind somit auf ein ortsfestes Koordinatensystem transformierbar.
[10] Das tragbare Gehäuse wird in vorteilhafter Weise weitergebildet, indem es eine zentrale Recheneinheit als Element der Auswerteeinrichtung umfasst, wobei in der Recheneinheit ein Algorithmus zur Auswertung von mit dem Oberflächenscanner erfassten Daten eingerichtet ist. Die zentrale Recheneinheit dient dabei auch zur Verarbeitung von weiteren Eingabe- und Ausgabedaten.
[11] Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das tragbare Gehäuse einen Netzwerkrouter umfasst, wobei am Gehäuse Netzwerkanschlüsse angeordnet sind. Mit dieser Zusatzausstattung ist die Auswerteeinrichtung an externe Einrichtungen anschließbar, beispielsweise an einen Laptop oder einen Drucker. Auch der Anschluss an den Oberflächenscanner erfolgt vorteilhafterweise über einen Netzwerkanschluss.
[12] In einer verbesserten Ausführung des Systems umfasst das Schienenfahrzeug einen Wegmesssensor zur Erfassung einer Fahrstrecke, wobei der Wegmesssensor mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt ist. Bei angeschlossenem Gehäuse empfängt die Auswerteeinrichtung ein Wegsignal 4 dieses Wegmesssensors, um die Fahrtrichtung zu bestimmen und um die mit dem Oberflächenscanner erfassten Oberflächenpunkte einem Fahrweg entlang der befahrenen Gleisstrecke zuzuordnen. Dabei kommt idealerweise ein bereits auf dem Schienenfahrzeug für andere Anwendungen verbauter Wegmesssensor zum Einsatz.
[13] Einen weiteren Vorteil bietet ein auf dem Schienenfahrzeug befindlicher Stromabnehmer, wobei eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Stromabnehmers mit der Anschlusseinrichtung gekoppelt ist. Auf diese Weise wird der angeschlossenen Auswerteeinrichtung gemeldet, ob der Stromabnehmer abgesenkt oder gegen eine Oberleitung gedrückt ist. Diese Information wird bei der Erfassung des Oberleitungsverlaufs mittels des Oberflächenscanners genutzt. Mittels eines in der Auswerteeinrichtung eingerichteten Detektionsalgorithmus wird insbesondere die Charakteristik eines Fahrdrahtes erfasst, beispielsweise die Höhe oder der Zick-Zack-Verlauf. In weiterer Folge kann daraus auch eine Kontaktkraft zwischen Stromabnehmer und Fahrdraht abgeleitet werden. Da im Zuge der Punktwolkenanalyse auch die Schienen detektiert werden, ist ein direkter Bezug der Fahrdrahtlage zu den genormten Messpunkten der Schienenoberkannte herstellbar. Bei Nutzung eines Rotationslaserscanners mit hoher Abtastrate erfolgt die Erfassung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Mit der Erfassung einer hochauflösenden Punktwolke können auch Sonderfälle wie zum Beispiel doppelte Fahrdrähte detektiert werden.
[14] Eine vorteilhafte Erweiterung des Systems umfasst ein zweites Schienenfahrzeug mit einer Aufnahmeeinrichtung zum temporären Befestigen und Anschließen des Oberflächenscanners und mit einer Anschlusseinrichtung für die Auswerteeinrichtung. Der Oberflächenscanner und das Gehäuse mit der Auswerteeinrichtung sind dabei auf beiden Schienenfahrzeugen abwechselnd nutzbar.
[15] In einer erfindungsgemäßen tragbaren Anordnung weist das Gehäuse, welches die Auswerteeinrichtung umfasst, zumindest einen Griff auf. Das Gehäuse gleicht somit einem Koffer, der als tragbare Einheit zur Verwendung in einem der beschriebenen Systeme eingerichtet ist. Idealerweise umfasst das kofferartige Gehäuse ein zusätzliches Staufach, in dem der 5
Oberflächenscanner verstaubar ist. Auf diese Weise sind die austauschbaren Systemkomponenten einfach und sicher transportierbar.
[16] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des zumindest zwei Schienenfahrzeuge umfassenden Systems sieht vor, dass der Oberflächenscanner und die Auswerteeinrichtung mit dem ersten Schienenfahrzeug betrieben werden, dass danach der Oberflächenscanner und das Gehäuse mit der Auswerteeinrichtung von dem ersten Schienenfahrzeug entfernt und an die Aufnahmeeinrichtung und die Anschlusseinrichtung des zweiten Schienenfahrzeugs angeschlossen werden und dass in weiterer Folge der Oberflächenscanner und die Auswerteeinrichtung mit dem zweiten Schienenfahrzeug betrieben werden. Somit können mehrere Schienenfahrzeuge, die regelmäßig auf unterschiedlichen Gleisstrecken verkehren, genutzt werden, um diese Gleisstrecken mit nur einem Oberflächenscanner und einer Auswerteeinrichtung zu erfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[17] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Schienenfahrzeug auf einer Gleisstrecke Fig. 2Systemkomponenten
Beschreibung der Ausführungsformen
[18] Das in Fig. 1 dargestellte Schienenfahrzeug 1 ist beispielsweise ein Triebwagen oder eine Gleisbaumaschine mit einer nach vorne freien Stirnseite 2. Solche Fahrzeuge werden in der Regel für andere Zwecke als zur Erfassung einer Gleisoberfläche genutzt. Deren Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft, weil eine Gleisvermessung im Regelbetrieb dieser Fahrzeuge durchführbar ist. Jedoch auch ein Messwagen an sich kann als Trägerfahrzeug sinnvoll sein, um vorhandene Messsysteme mit einer Oberflächenerfassung zu ergänzen.
[19] Das Schienenfahrzeug 1 umfasst vorteilhafterweise einen eigenen Antrieb. Ein Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugkasten 3 ist mit Schienenfahrwerken 4 auf 6 einem Gleis 5 verfahrbar. An der Stirnseite 2 ist eine Bedienkabine 6 aufgebaut. Am Dach des Schienenfahrzeugs 1 ist ein Stromabnehmer 7 angeordnet. Über diesen Stromabnehmer 7 wird das Schienenfahrzeug 1 bei vorhandener Oberleitung 8 mit elektrischer Energie versorgt. Vorteilhafterweise ist ein Hybridsystem vorgesehen, das den Betrieb des Schienenfahrzeugs 1 auch bei fehlender oder abgeschalteter Oberleitung 8 sicherstellt. Beispielsweise umfasst das Schienenfahrzeug 1 zusätzlich einen Verbrennungsmotor oder einen elektrischen Energiespeicher.
[20] Für eine Messfahrt ist das Schienenfahrzeug 1 mit Systemkomponenten zur Erfassung von Oberflächenstrukturen einer befahrenen Gleisstrecke ausgestattet. Erfindungsgemäß sind ein Oberflächenscanner 9 und eine Auswerteeinrichtung 10 als mobile Systemkomponenten ausgebildet. Diese sind nicht fix verbaut, sondern mittels einfach lösbarer Anschlüsse vorübergehend mit dem Schienenfahrzeug 1 verbindbar. Konkret ist der Oberflächenscanner 9 temporär an einer stirnseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 befestigbar. Die Auswerteeinrichtung 10 ist in einem tragbaren Gehäuse 12 angeordnet und in der Bedienkabine 6 auf einer Anschlusseinrichtung 13 platzierbar.
[21] Dabei umfasst das Gehäuse 12 einen Griff 14, um die Auswerteeinrichtung 10 einfach und sicher transportieren zu können. An einer Außenseite des Gehäuses 12 befindet sich eine Kontakteinheit 15 mit Stromanschlüssen 16 und Datenanschüssen 17, die mit entsprechenden Anschlüssen der Anschlusseinrichtung 13 in Kontakt gebracht werden. Vorteilhafterweise sind am Gehäuse 12 zusätzlich Stromsteckdosen angeordnet, um bei Bedarf Peripheriegeräte anzuschließen. Die Aufnahmeeinrichtung 11 und die Anschlusseinrichtung 13 sind permanent im Schienenfahrzeug 1 angeordnet und miteinander gekoppelt, beispielsweise über ein Bussystem.
[22] Bei Aktivierung des Systems werden insbesondere Schienen 18, Schwellen 19, Schienenbefestigungen 20, ein Schotterbett 21, Bahnsteige 22 und Elemente der Oberleitung 8 erfasst. Dazu gehören ein Fahrdraht 23, ein Tragseil 24, Masten 25 und Befestigungselemente. Zur Erfassung eines Fahrweges s umfasst das Schienenfahrzeug 1 einen Wegmesssensor 26. Beispielsweise ist 7 an einer Achse eines Schienenfahrwerks 4 ein Drehgeber (Encoder) zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit angeordnet.
[23] Als Oberflächenscanner 9 ist vorteilhafterweise ein Rotationslaserscanner angeordnet (z.B. ein Laser der Fa. RIEGL Laser Measurement Systems Gesellschaft m.b.H. mit der Bezeichnung VUX-1HA). Solche Oberflächenscanner 9 liefern mittels eines rotierenden, von Oberflächen reflektierten Laserstrahls 27 eine Punktwolke mit einer hohen Auflösung.
Damit können auch feine Oberflächenstrukturen des Gleises 5 erfasst werden. In einer Weiterbildung ist der Oberflächenscanner 9 mit einer Inertialmesseinheit 28 gekoppelt. Diese Inertialmesseinheit 28 registriert Lageänderungen des Oberflächenscanners 9 bezüglich eines ortsfesten Koordinatensystems. Damit ist auf einfache Weise eine Koordinatentransformation der erfassten Punktwolke durchführbar.
[24] Im tragbaren Gehäuse 12 ist als Element der Auswerteeinrichtung 10 eine Recheneinheit 29 verbaut (z.B. Programmable Automatic Controller, PAC), in dem ein Auswertealgorithmus eingerichtet ist. Über einen internen Bus ist die Recheneinheit 29 mit einem Schnittstellenkonverter 30 (z.B. RS422 Converter) und der Kontakteinheit 15 gekoppelt. Zudem umfasst das Gehäuse 12 einen Gleichspannungswandler 31, der eine Versorgungsspannung der Auswerteeinrichtung 10 in eine Versorgungsspannung des Oberflächenscanners 9 wandelt. Eine Ausgangsleitung ist über ein am Gehäuse 12 angeordnetes Bedienelement 32 geführt, um die Energieversorgung des Oberflächenscanners 9 ein- und auszuschalten.
[25] Über einen Netzwerkrouter 33 (z.B. Ethernet-Router) und Netzwerkanschlüsse 34 und sonstige Schnittstellen 35 (z.B. USB) sind externe Geräte an das Gehäuse 12 anschließbar. Das sind beispielsweise ein Drucker 36 und ein Laptop 37 zur Ein- und Ausgabe von Daten. Beispielsweise sind damit Parameteranpassungen oder Softwareupdates möglich. Am Bildschirm des Laptops 37 können aktuell erfasste Daten angezeigt werden. Optional ist im Gehäuse 12 ein Touch Panel PC 38 verbaut, um Daten einzugeben und anzuzeigen.
[26] Des Weiteren ist ein Datenspeicher 39 anschließbar. Durch eine Verspeicherung der mittels des Systems erfassten Daten sind nachfolgende 8
Auswertungen möglich. Beispielsweise können im Anschluss an bereits durchgeführte Messfahrten Auswertungen in einer entfernten Systemzentrale erfolgen, wobei Korrekturen für noch präzisere Ergebnisse anwendbar sind. Eine web-basierte Softwarelösung bietet einem Benutzer weitere Möglichkeiten, zum Beispiel die Erstellung eines elektronischen Berichts, der diverse Vorgaben gültiger Normen berücksichtigt. Das ist insbesondere für die Nutzung des Systems auf Gleisbaumaschine vorteilhaft, weil mit Arbeitsaggregaten vorgenommene Änderungen am Gleis 5 mittels des Oberflächenscanners 9 erfassbar und in weiterer Folge dokumentierbar sind.
[27] Über die Anschlusseinrichtung 13 ist die Auswerteeinrichtung 10 an eine Stromversorgung 40 des Schienenfahrzeugs 1 anschließbar. Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse 12 einen Energiespeicher 41, der über einen der Stromanschlüsse 16 aufladbar ist. In einer Erweiterung ist der Energiespeicher 41 ein Element einer unterbrechungsfreien Stromversorgung. Mit geladenem Energiespeicher 41 ist die Auswerteeinrichtung 10 auch außerhalb des Schienenfahrzeugs 1 aktivierbar, beispielsweise um Parameteränderungen vorzunehmen oder Softwareupdates durchzuführen.
[28] In einer Weiterbildung ist die Anschlusseinrichtung 13 mit einer Steuerungseinrichtung 42 des Schienenfahrzeugs 1 gekoppelt. Auf diese Weise sind der Auswerteeinrichtung 10 Zustandsdaten des Schienenfahrzeugs 1 zuführbar. Beispielsweise erhält die Auswerteeinrichtung 10 ein Meldesignal, aus dem hervorgeht, ob der Stromabnehmer 7 angehoben oder abgesenkt ist. Diese Information wird bei einer Lageerfassung des Fahrdrahts 23 mittels des Oberflächenscanners 9 genutzt. Insbesondere wird eine Lageänderung infolge einer Anpresskraft des Stromabnehmers 7 registriert.
[29] Die Aufnahmeeinrichtung 11 umfasst vorteilhafterweise eine Konsole mit Positionierungselementen 43 und Arretierelementen 44 zur Befestigung des Oberflächenscanners 9 in einer präzise festgelegten Position. Der Oberflächenscanner 9 umfasst ein eigenes Gehäuse 45, in dem ein Laserinterface 46 eingerichtet ist. Über eine eigene Kontakteinheit 47 ist der Oberflächenscanner 9 mit Strom- und Datenanschlüssen 16, 17 der Aufnahmeeinrichtung 11 verbindbar. Vorteilhafterweise sind die Kontakte als Steckverbindungen in einer Anschlussplatte 48 des Oberflächenscanners 9 9 ausgebildet. Im Zuge einer temporären Anbringung des Oberflächenscanners 9 auf der Aufnahmeeinrichtung 11 werden die Strom- und Datenanschlüsse 16, 17 jeweils selbsttätig kontaktiert.

Claims

10 Patentansprüche
1. System zur Oberflächenerfassung einer Gleisstrecke, umfassend ein Schienenfahrzeug (1), einen Oberflächenscanner (9) und eine Auswerteeinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass am Schienenfahrzeug (1) eine Aufnahmeeinrichtung (11) zum temporären Befestigen und Anschließen des Oberflächenscanners (9) angeordnet ist, dass in einer Bedienkabine (6) des Schienenfahrzeugs (1) eine mit der Aufnahmeeinrichtung (11) gekoppelte Anschlusseinrichtung (13) für die Auswerteeinrichtung (10) angeordnet ist und dass die Auswerteeinrichtung (10) in einem tragbaren Gehäuse (12) mit Strom- und Datenanschlüssen (16, 17) zur temporären Verbindung mit der Anschlusseinrichtung (13) angeordnet ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenscanner (9) als Rotationslaserscanner ausgebildet ist und dass insbesondere der Oberflächenscanner (9) mit einer Anschlussplatte (48) eine Einheit bildet, die temporär an der Aufnahmeeinrichtung (11) befestigbar und anschließbar ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Oberflächenscanner (9) eine Inertialmesseinheit (28) angeschlossen ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das tragbare Gehäuse (12) eine zentrale Recheneinheit (29) umfasst, in der ein Algorithmus zur Auswertung von mit dem Oberflächenscanner (9) erfassten Daten eingerichtet ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das tragbare Gehäuse (12) einen Netzwerkrouter (33) umfasst und dass am Gehäuse (12) Netzwerkanschlüsse (34) angeordnet sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) einen Wegmesssensor (26) zur Erfassung eines Fahrweges (s) 11 umfasst und dass der Wegmesssensor (26) mit der Anschlusseinrichtung (13) gekoppelt ist.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) eine Steuerungseinrichtung (42) zur Ansteuerung eines Stromabnehmers (7) umfasst und dass die Steuerungseinrichtung (42) mit der Anschlusseinrichtung (13) gekoppelt ist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein zweites Schienenfahrzeug (1) mit einer Aufnahmeeinrichtung (11) zum temporären Befestigen und Anschließen des Oberflächenscanners (9) und mit einer Anschlusseinrichtung (13) für die Auswerteeinrichtung (10).
9. Tragbare Anordnung zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein mit zumindest einem Griff (14) ausgestattetes Gehäuse (12), das die Auswerteeinrichtung (10) umfasst.
10. Verfahren zum Betreiben eines Systems nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenscanner (9) und die Auswerteeinrichtung (10) mit dem ersten Schienenfahrzeug (1) betrieben werden, dass danach der Oberflächenscanner (9) und das Gehäuse (12) mit der Auswerteeinrichtung (10) von dem ersten Schienenfahrzeug (1) entfernt und an die Aufnahmeeinrichtung (11) und die Anschlusseinrichtung (13) des zweiten Schienenfahrzeugs (1) angeschlossen werden und dass in weiterer Folge der Oberflächenscanner (9) und die Auswerteeinrichtung (10) mit dem zweiten Schienenfahrzeug (1) betrieben werden.
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