WO2022247992A1 - Erkennung von objekten mit magnetischer oder elektromagnetischer signatur in einem messfeld - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung sich innerhalb eines Messfeldes im Boden befindender, eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisender Objekte. Gemäß dem Verfahren wird mittels mindestens eines dazu innerhalb des Messfeldes bewegten Detektors das gesamte Messfeld sondiert und im Ergebnis dessen ein Messdatensatz mit einer Mehrzahl von Messwert-Tupeln erfasst, welche jeweils mindestens eine Position in dem Messfeld bezeichnende Koordinaten und für diese Position mittels des mindestens einen Detektors, bezüglich einer magnetischen oder einer elektromagnetischen Feldgröße, erfasste Messewerte umfassen. Das Messergebnis wird dann in einen Prozessdatensatz eingelesen und in einem automatisierten Ablauf validiert, indem in einem iterativen Prozess lokale Extrema der durch die Messwerte beschriebenen Feldgröße ermittelt, diese Extrema Dipolen oder solitären Maxima zugeordnet sowie die Dipole und solitären Maxima mit unter Anwendung eines feldtheoretischen Modells erstellten Simulationsobjekten verglichen sowie durch Differenzbildung auf das ihnen am nächsten kommende dieser Simulationsobjekte abgebildet werden. Im Ergebnis der Iteration entsteht schließlich eine georeferenzierte Residualkarte als Validierungsbeleg.

Description

Erkennung von Objekten mit magnetischer oder elektromagnetischer Signatur in einem Messfeld

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches der Erkennung von sich innerhalb eines Messfeldes im Boden befindenden Objekten dient, die eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisen. Solche Signaturen der betreffenden Objekte verursachen über der Bodenoberfläche wahrnehmbare Anomalien, wel che eine Detektion dieser Objekte im Boden ermöglichen. Das vorgestellte Ver fahren dient beispielsweise der Erkennung sich im Erdboden befindender, nicht zur Detonation gelangter Munition oder ihrer Teile und hierbei insbesondere der Validierung des erhaltenen Ergebnisses.

An vielen Stellen in der Welt befinden sich derartige Munitionsreste im Boden, welche bei der Nutzung und/oder Erschließung von Bodenflächen eine latente Gefahr darstellen. So sind auch viele Jahre nach den Weltkriegen selbst in Europa vielerorts noch gefährliche Munitionsreste im Boden. Zudem geht eine ähnliche Gefahr von Munitionsresten aus, welche sich in ehemals militärisch ge nutzten Bereichen, wie insbesondere auf ehemaligen Truppenübungsplätzen, im Boden befinden.

Daher werden Bodenflächen, welche wirtschaftlich genutzt oder bebaut werden sollen, sehr häufig zunächst darauf untersucht, ob sich in ihnen entsprechende Objekte befinden, von denen eine potenzielle Gefahr ausgeht. Sinnvollerweise werden solche Untersuchungen nicht durch beispielsweise Umgraben mittels ei nes Baggers und einem damit einhergehenden Suchen derartiger Objekte durch geführt, weil bereits hierbei die Gefahr besteht, dass im Boden befindliche, nicht zur Detonation gelangte Munitionsreste bei einer derartigen Vorgehensweise doch noch explodieren und Menschen zu Schaden kommen könnten.

Vielmehr macht man es sich zunutze, dass Objekte der vorgenannten Art stets aus Metall bestehen, zumindest aber metallische Bestandteile aufweisen. Auf- grund ihres metallischen Charakters beeinflussen diese Objekte in feststellbarer Weise die in ihrem natürlichen Umfeld, hinsichtlich des Vorhandenseins magneti scher oder elektromagnetischer Felder und hinsichtlich der diese Felder be schreibenden messbaren physikalischen Größen, bestehenden Gegebenheiten. Man spricht in diesem Zusammenhang davon, dass die entsprechenden Objekte eine magnetische oder elektromagnetische Signatur besitzen. Ausdrücklich sei an dieser Stelle vorsorglich nochmals darauf hingewiesen, dass ein wichtiger Anwendungsfall des Verfahrens die Erkennung von Munitionsresten, respektive nicht zur Explosion gelangter Munition im Boden ist, das Verfahren aber hierauf nicht beschränkt ist. Es ist vielmehr generell für die Erkennung von Objekten mit magnetischer oder elektromagnetischer Signatur im Boden einsetzbar, das heißt unabhängig davon, um welche Art von Objekten es sich dabei handelt.

In Abhängigkeit der magnetischen/elektromagnetischen Eigenschaften eines Objektes oder seiner Teile kann dieses im Sinne einer Anomalie zum Beispiel lokal die für das Erdmagnetfeld messbare magnetische Flussdichte und deren örtlich aufgelösten Verlauf beeinflussen - man spricht dann von einer magneti schen Signatur des betreffenden Objekts, wie sie etwa bei ferromagnetischen und dabei selbst dauermagnetisch wirkenden Objekten auftritt. Andererseits kann ein sich nicht in dieser Weise „zu erkennen gebendes“ Objekt metallischer Art eine Reaktion auf durch einen Detektor ausgesendete elektromagnetische Im pulse zeigen, wobei diese Reaktion durch in dem Objekt als Antwort auf die Impulse verursachte Wirbelströme hervorgerufen wird und sich in Form einer Anomalie manifestiert, welche mithilfe physikalischer, elektromagnetische Feld größen und deren örtlichen sowie zeitlichen Verlauf beschreibender Messwerte nachweisbar ist. Man spricht dann von einer elektromagnetischen Signatur des betreffenden Objektes. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass letztlich auch magnetische Felder betreffende Sachverhalte und somit die magnetische Flussdichte nicht rein skalar betrachtet werden können, sondern auch für sie ihre zeitliche Veränderbarkeit zu berücksichtigen ist. Zur Detektion derartiger, eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisender Objekte im Boden werden über den Boden bewegte, mit geeigne ten Sensoren ausgestattete aktive oder passive Detektoren, wie beispielsweise Magnetometer verwendet. Es handelt sich hierbei um aktive oder passive Detek toren, mittels welcher die von metallischen Objekten und somit auch von Muniti onsresten verursachten Anomalien, wie beispielsweise Beeinflussungen des Erdmagnetfeldes, detektierbar sind.

Passive Detektoren detektieren hierbei unmittelbar die durch die betreffenden Objekte in einem entsprechenden Bereich (Messfeld) auf magnetische oder elektromagnetische Feldgrößen verursachten Einflüsse. Aktive Sensoren senden hingegen selbst ein elektromagnetisches Primärsignal aus und detektieren dann die durch Induktionsvorgänge von metallischen, sich im Boden befindenden Kör pern ausgesendeten elektromagnetischen Sekundärsignale und werten diese aus. Unabhängig vom gewählten Detektionsverfahren (aktiv oder passiv) wird zur Untersuchung des Bodens in einem Messfeld mindestens ein entsprechender Detektor auf vorgegebenen Bewegungsbahnen über das gesamte Messfeld be wegt, um dieses in Gänze abzutasten.

Nicht zuletzt auch im Hinblick auf Unebenheiten der Bodenoberfläche verlangt diese Vorgehensweise eine hohe Sorgfalt und vorzugsweise eine große Erfah rung der die Bodenuntersuchung durchführenden Personen, da der oder die De tektoren für den Erhalt zuverlässiger Detektionsergebnisse mit sehr konstanter Geschwindigkeit und mit möglichst absolut gleichbleibendem Abstand über die Bodenoberfläche bewegt werden muss/müssen. Abgesehen davon, dass von dabei detektierten Anomalien im Allgemeinen nicht unmittelbar auf die Art eines sie hervorrufenden, sich im Boden befindenden Objektes geschlossen werden kann, sind die Detektionsergebnisse im Hinblick auf die erforderliche Empfind lichkeit der Sensorik und auf vielfach nicht unbeträchtliche Störeinflüsse aus dem Umfeld des Messfeldes nicht selten stark fehlerbehaftet. Zwar können solche Fehler häufig durch geschultes und erfahrenes, entsprechende Messungen durchführendes Personal in gewisser Weise kompensiert werden. Jedoch ist der Auftraggeber solcher Bodenuntersuchungen insoweit beim Studium der ihm vor gelegten Ergebnisse sehr stark auf das Vertrauen in die die entsprechende Mes sungen vornehmenden Personen und Firmen angewiesen. Diese haben ihrer seits wiederum wenig in der Hand, um den Auftraggeber von der Richtigkeit ihrer Messungen überzeugen zu können.

Die Präsentation der Ergebnisse von Messungen der vorbeschriebenen Art er folgt typischerweise mittels Farbkarten, in denen der Verlauf der, gegebenenfalls durch sich im Boden befindende Objekte mit magnetischer oder elektromagneti scher Signatur beeinflussten Feldgrößen, wie zum Beispiel die magnetische Flussdichte, positionsaufgelöst dargestellt werden. Gegebenenfalls wird dies durch umfassende, die örtliche Verteilung/den örtlichen Verlauf der jeweiligen Feldgröße im Messfeld beschreibende Tabellen mit Messwerten ergänzt. Die vorgenannten Karten können hierbei auch, vergleichbar geographischen Karten mit Höhenlinien, als Karten mit Isolinien hinsichtlich der die jeweilige Feldgröße beschreibenden Messwerte in Schwarz/Weiß-Darstellung ausgeführt sein, in denen Positionen mit zumindest annähernd gleichen Messwerten für die Feld größe durch Linien untereinander verbunden sind. Eine andere Möglichkeit be steht in einer farblichen Darstellung, wobei Gebiete in Abhängigkeit der Richtung der Feldlinien in zwei unterschiedlichen Farben und in Abhängigkeit von den Messwerten durch eine unterschiedliche Sättigung dieser Farben dargestellt wer den. Im Zusammenhang mit einer Georeferenzierung einer derartigen Karte sind dann für ein Messfeld ortsbezogene Aussagen dazu möglich, an welcher Stelle und gegebenenfalls wie tief im Boden sich Objekte mit einer magnetischen oder elektromagnetischen Signatur befinden, bei denen es sich beispielsweise even tuell um Munitionsreste handelt.

Ein Verfahren der zuvor grob beschriebenen Art wird beispielsweise durch die EP 2653895 A2 offenbart. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfah ren wird ein aktives Magnetometer verwendet. Um die hierbei teilweise durch das elektromagnetische Primärsignal verursachten Verfälschungen des Messergeb nisses zu reduzieren, wird gemäß dem beschriebenen Verfahren der Boden in- nerhalb des Messfeldes an einer Vielzahl von Positionen jeweils mehrfach sehr kurz hintereinander im Hinblick auf die durch das ausgesendete Primärsignal hervorgerufenen elektromagnetischen Sekundärsignale abgetastet. Die durch die Mehrfachabtastung erhaltenen Messwerte werden zu einer Messwertgruppe zu sammengefasst, statistisch skaliert und in Beziehung gesetzt zu einer in gleicher Weise erhaltenen Messwertgruppe einer eng benachbarten Position im Messfeld. Durch Differenzbildung zwischen den Messwertgruppen zweier benachbarter Po sitionen wird eine Ergebnisgruppe gebildet und diese in einer Karte entsprechend einer der zuvor bereits beschriebenen Arten visualisiert.

Zwar wird, wie bereits ausgeführt, bei der zuletzt beschriebenen Lösung der verfälschende Einfluss des Primärsignals zumindest weitgehend kompensiert, jedoch ist auch dabei der Auftraggeber, also der das Messergebnis Erhaltende, darauf angewiesen, den ausführenden Personen beziehungsweise der ausfüh renden Firma hinsichtlich der Genauigkeit der Messung in Bezug auf die weitge hende Vermeidung sonstiger Messfehler zu vertrauen. Zudem ist es mittels des in der Druckschrift beschriebenen Verfahrens kaum möglich, Objekte, das heißt insbesondere potenzielle Munitionsreste, zu detektieren, welche sich eventuell unterhalb eines anderen im Boden befindlichen, ebenfalls eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisenden Objektes befinden.

In der US 5,629,626 A werden ein System und Verfahren zur Detektion von Anomalien im Erdmagnetfeld verursachender Objekte im Boden beschrieben.

Der Fokus der Lösung liegt dabei auf einer Verbesserung der Genauigkeit der Zuordnung zwischen den mittels mehrerer auf einer mobilen Plattform angeord neter Magnetometer erfassten Magnetfeldintensitätsdaten und dem Standort ihrer Erfassung. Hierzu werden Navigationsdaten an den Standorten einer festen Sta tion außerhalb des Messfeldes sowie Navigationsdaten und Magnetometerdaten der mobilen Plattform in Synchronisation mit einem von einem GPS empfange nen Synchronsignal gesammelt. Die US 5,543,714 A beschreibt ein Verfahren zur magnetischen Kartografie. Dabei erfolgt die Erstellung einer die Sondierungsergebnisse wiedergebenden Karte auf der Grundlage eine Gradientenverfahrens, bei welchem der jeweilige Gradient auf der Grundlage der Differenz zwischen den von zwei Sensoren zur gleichen Zeit gelieferten Messungen bestimmt wird.

Aus der WO 2012/025108 A2 ist ein Verfahren zur Detektion, Kartierung und Be wertung spektralmagnetisch wirksamer Untergrundvorkommen im Gebirge be kannt. Demnach werden zeitlich variierende anomale Magnetfelder innerhalb eines Untersuchungsgebietes an oder oberhalb der Erdoberfläche als Signal und/oder Feldgrößen in mindestens einer Raumrichtungs-Komponente orts- und zeitabhängig gemessen. Die für jeden Messort im Untersuchungsgebiet aufge nommenen Zeitreihen-Messdaten werden nach einem Daten-Processing kartiert.

Durch die JP 2009074953 A werden eine Vorrichtung und eine Methode zur magnetischen Sondierung und zur Verarbeitung der sensorisch erfassten Mess werte vorgestellt. Im Ergebnis der Prozessierung der Messwerte werden Karten mit Isolinien von Feldgrößen beschreibenden Messwerten erstellt. Der Fokus der Lösung liegt auf der Eliminierung von Offset-Fehlern bei der Nutzung mit kleinen Spulen ausgestatteter Sensoren.

Keine der in den vorgenannten Druckschriften beschriebenen Lösungen umfasst Maßnahmen, welche einem Auftraggeber eine Beurteilung der Qualität der karto- grafierten Messergebnisse ermöglichen würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine sehr genaue Erkennung von sich im Boden befindenden Objekten mit einer magneti schen oder elektromagnetischen Signatur und darüber hinaus eine auch für den Auftraggeber nachvollziehbare Beurteilung der dabei erhaltenen Ergebnisse er möglicht. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unter ansprüche gegeben.

Auch das zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zur Erkennung sich in einem Messfeld im Boden befindender Objekte, welche eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisen, geht davon aus, die durch derartige Ob jekt verursachten Anomalien in mindestens einem Messdurchgang mittels min destens eines aktiv und/oder passiv arbeitenden Detektors, wie beispielsweise eines Magnetometers, zu detektieren. Die von derartigen Objekten hervorgerufe nen Anomalien werden detektiert, indem mittels des vorgenannten, mindestens einen dazu innerhalb des Messfeldes bewegten Detektors das gesamte Messfeld rasterartig sondiert wird.

Im Ergebnis dieser Sondierung wird ein Messdatensatz mit einer Mehrzahl von Messwert-Tupeln erfasst, welche jeweils mindestens eine Position in dem Mess feld bezeichnende Koordinaten und die für diese Position mittels des mindestens einen Detektors, bezüglich einer magnetischen oder einer elektromagnetischen Feldgröße, erfassten Messewerte umfassen. Bei den vorgenannten Feldgrößen handelt es sich um Größen, welche die Eigenschaften eines magnetischen oder elektromagnetischen Feldes beschreiben. Beispielsweise kann es sich hierbei um die magnetische Flussdichte und deren Verlauf in einem magnetischen Feld han deln. Das Ergebnis der Sondierung wird mittels einer computerbasierten Verar beitungseinrichtung und einer von dieser verarbeiteten Programmanwendung in einem automatisierten Ablauf ausgewertet und dabei zugleich einer Validierung unterzogen. Hierzu wird zunächst der vorgenannte Messdatensatz in einen zur Validierung des Ergebnisses wie nachfolgend dargestellt im Wege einer Iteration prozessierten, das heißt verarbeiteten Prozessdatensatz eingelesen.

An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Messverfahren und die Frage, ob es sich bei diesem um ein sich auf magnetische Größen beziehendes Messverfahren oder um ein elektromagnetisches Messverfahren handelt, ebenso wenig im Fokus der hierbeschriebenen Lösung stehen wie die Frage, ob mittels mindestens eines passiven und/oder mindestens eines aktiven Detektors gemessen wird. Im Fokus der Erfindung steht vielmehr die spezielle Nachbehandlung der Messwerte, welche gewissermaßen eine Validierung des Messergebnisses im Hinblick auf die dabei vermeintlich detektierten Objekte er möglicht.

Der Begriff des Einlesens des Messdatensatzes meint hierbei, ebenso wie in den Patentansprüchen, dass die mittels des mindestens einen Detektors erfassten Messdaten entweder sofort, das heißt also unmittelbar in der Messeinrichtung selbst, in einen solchen Prozessdatensatz überführt werden, oder zunächst auf einem geeigneten Datenträger abgespeichert und dann später, gegebenenfalls durch eine andere computerbasierte Einrichtung (also nicht durch die Messein richtung und eine eventuelle von dieser umfassten Verarbeitungseinheit), von diesem Datenträger zur weiteren Verarbeitung eingelesen werden. Hierbei wird von einem weitgefassten Verständnis ausgegangen, welches auch die Möglich keit umfassen kann, dass der Messdatensatz zunächst in einer geeigneten Form, nämlich beispielsweise in einer Karte dargestellt wird und das Einlesen des Da tensatzes in den Prozessdatensatz später durch Einscannen der betreffenden Karte erfolgt - auch wenn letzteres, schon aufgrund der zu erwartenden Genau igkeitsverluste in der Praxis eher nicht angewendet werden wird.

Nach dem Einlesen des Messdatensatzes in den Prozessdatensatz vollzieht sich in Fortsetzung des automatisierten Verfahrensablaufes der vorstehend schon angesprochene Iterationslauf mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Zunächst werden aus dem Prozessdatensatz lokale Extrema der für die jeweiligen Positionen im Messfeld von dem Messwert-Tupeln wertmäßig umfassten, durch die Messwerte beschriebenen Feldgröße, wie beispiels weise die magnetischen Flussdichte ermittelt. Hierbei werden einander unmittelbar benachbarte und daher als zusammengehörig angesehene Po sitionen in dem Messfeld, an denen die Messwerte für diese Feldgröße rela- tiv zu einem Nullabgleichswert des mindestens einen Detektors um einen Differenzbetrag oberhalb eines festgelegten Differenz-Schwellwerts erhöht ist, jeweils als ein lokales Maximum identifiziert. In korrespondierender Wei se werden einander unmittelbar benachbarte, als zusammengehörig be handelte Positionen in dem Messfeld, an denen die Messwerte für die Feld größe relativ zu einem Nullabgleichswert des mindestens einen Detektors um einen Differenzbetrag oberhalb eines festgelegten Differenz-Schwell- werts verringert ist, jeweils als ein lokales Minimum identifiziert.

Der Vergleich mit dem zuvor erwähnten Nullabgleichswert des (mindestens einen) Detektors bezieht sich darauf, dass der oder die verwendete(n) De tektoren) vor der Sondierung des Messfeldes jeweils kalibriert werden, wo bei sie, vergleichbar der Herstellung eines Tara für die Gewichtsmessung eines dazu in ein Messgefäß zu füllenden Pulvers oder Granulats, in Bezug auf die natürlichen elektromagnetischen Gegebenheiten gewissermaßen „genullt“ werden. Hierdurch wird für die einzelnen, im Rahmen der Sondie rung jeweils erfassten physikalischen Größen eine Referenz (Nullab gleichswert geschaffen) mit welcher das Sondierungsergebnis verglichen wird.

Hinsichtlich der Frage dessen, wann einander benachbarte Positionen als zusammengehörig, das heißt als vermeintlich zu ein und demselben Objekt gehörig angesehen werden, lassen sich im Sinne eines Regelwerkes ent sprechende Randbedingungen für den automatisierten Verfahrensablauf festlegen. Beispielsweise können hierfür Near Neighborhood Ansätze zum Einsatz kommen. b) Die zuvor gemäß Schritt a) ermittelten lokalen Extrema werden dann mag netischen Dipolen oder solitären Maxima, das heißt Maxima ohne zugehöri ges Minimum, zugeordnet. Dies geschieht, indem jedes ermittelte lokale Mi nimum und das ihm nächstgelegene lokale Maximum einem Dipol zugeordnet werden und die nicht einem Dipol zugeordneten, das heißt demnach überzähligen Maxima, jeweils ein solitäres Maximum darstellen. Isolierte, das heißt solitäre Minima werden eher nicht anzutreffen sein, da sie wohl im Rauschen und durch externe Störeinflüsse in der Regel „unter gehen“ und daher nicht betrachtet werden müssen. Hinsichtlich der ermittel ten solitären Maxima ist davon auszugehen, dass sich ein zugehöriges, in soweit nicht wahrnehmbares beziehungsweise detektierbares Minimum unterhalb des betreffenden solitären Maximums im Boden befindet, ein ent sprechendes hinsichtlich seiner magnetischen oder elektromagnetischen Signatur eigentlich ebenfalls einen Dipol ausbildendes Objekt also gegebe nenfalls im Wesentlichen senkrecht im Boden steckt. c) Im Anschluss an die Verfahrensschritte a) und b) wird in jeder gemäß b) gefundene Dipol und jedes gemäß b) gefundene solitäre Maximum mit einer Mehrzahl von Simulationsobjekten verglichen. Bei diesen Simulationsobjek ten handelt es sich unter Anwendung eines feldtheoretischen Modells hin sichtlich unterschiedlicher Ausrichtungen im dreidimensionalen Raum ma thematisch modellierte ideale Feldquellen, das heißt Punktquellen (Quellmomente) eins elektrischen oder magnetischen Feldes. Zur Modellie rung dienen hierbei feldtheoretische Verfahren, welche wie beispielsweise solche, die auf dem Gesetz nach Biot-Savart basieren.

Bei diesem Vergleich wird für jeden Dipol und jedes solitäre Maximum das jenige Simulationsmodell ermittelt, welches ihm hinsichtlich seiner magneti schen Signatur am nächsten kommt. Auf dieses nächstkommende Simulati onsobjekt wird der jeweilige Dipol/das jeweilige solitäre Maximum abge bildet. Dies erfolgt gemäß dem nachfolgenden Verfahrensschritt in der dazu erläuterten Weise. d) Es wird eine Mehrzahl von Differenz-Tupeln gebildet, durch Bildung der Dif ferenz zwischen dem die Feldgröße beschreibenden Messwert jedes einem Dipol oder einem solitären Maximum zugeordneten Tupels des Prozessda tensatzes und dem Wert bezüglich dieser Feldgröße jeweils desjenigen Tupels des in Verfahrensschritt c) ermittelten nächstliegenden Simulations objektes, welches positionsgleich zu dem jeweiligen Tupel des vergliche nen, ein detektiertes Objekt repräsentierenden Dipols oder solitären Maxi mums ist.

Es werden also gewissermaßen auf die in dem Messfeld, respektive in dem Prozessdatensatz ermittelten Dipole und solitären Maxima die sie, auch in Bezug auf ihre Ausrichtung im dreidimensionalen Raum jeweils am besten abbildenden Simulationsobjekte virtuell aufgelegt und hierbei programm technisch von den ermittelten Dipolen oder solitären Maxima, bezogen auf die räumliche Verteilung und den Verlauf der betrachteten Feldgröße, abge zogen. Im besten Falle käme es dabei beispielsweise dazu, dass ein in dem Messfeld, respektive in dem Prozessdatensatz ermittelter Dipol durch das ihn abbildende Simulationsobjekt in Bezug auf den örtlichen Verlauf der Feldgröße gewissermaßen neutralisiert wird. In einer entsprechenden virtu ellen Karte wäre folglich der betreffende Dipol und die durch ihn verursachte Anomalie nicht mehr sichtbar. Das diesen Dipol abbildende Simulationsob jektwürde demnach mit dem Dipol vollständig „matchen“.

Tatsächlich wird es jedoch in der Regel so sein, dass ein jeweiliges Simula tionsobjekt mit dem realen Objekt, welches es (unter Berücksichtigung sei ner Lage im dreidimensionalen Raum) abbildet, nicht vollständig matcht. Die insoweit nach der Differenzbildung gewissermaßen verbleibende virtuelle Punktewolke eines Dipols oder eines solitären Maximums veranschaulicht den Fehler bei der Bestimmung des diesen Dipol oder das solitäre Maxi mum verursachenden, im Boden des Messfelds befindlichen (metallischen) Objekts. e) Aus den gemäß d.) erhaltenen Differenz-Tupeln und den nicht in die Diffe renzbildung gemäß d.) einbezogenen und folglich unverändert gebliebenen Tupeln des Prozessdatensatzes wird ein Residualdatensatz gebildet. f) Danach wird der zuvor dargestellte Iterationslaufs durch erneuten Eintritt in den Verfahrensschritt a.) abermals gestartet, mit der Maßgabe, dass der als Ergebnis eines jeweiligen Iterationslaufs erhaltene Residualdatensatz den Prozessdatensatz für den nächsten Iterationslauf bildet und dass die Iterati on abgebrochen wird, sofern sich im Verfahrensschritt a.) keine lokalen Ext rema mehr bestimmen lassen.

Nach dem letzten Iterationslauf erfolgen dann eine Zuordnung der jeweils im Ver fahrensschritt c) ermittelten Simulationsobjekte zu mit ihnen korrelierenden, in einer Objektbibliothek enthaltenen realen Objekten sowie eine Ausgabe von An gaben zur Art und Position dieser korrelierenden Objekte im Messfeld. Ferner wird eine den zuletzt gebildeten Residualdatensatzes als georeferenzierte Resi dualkarte darstellender Validierungsbeleg für das Detektionsergebnis bereitge stellt.

Feldtheoretische Modelle, wie sie im Verfahrensschritt c) des zuvor dargestellten Ablaufs angesprochen werden, gehen regelmäßig von der Betrachtung einer ide alisierten Punktquelle aus und betrachten die, derartige Punktquellen (Quellmo mente) unter unterschiedlichsten Bedingungen und in Wechselwirkung mit ande ren Punktquellen umgebenden magnetischen oder elektromagnetischen Felder. Größere Objekte können dabei als eine Ansammlung einer zusammengehörigen Gruppe derartiger Punktquellen aufgefasst werden. Betrachtet man nun unter schiedliche Ausrichtungen einer solchen Gruppe von Punktquellen im Raum und/oder deren Verhalten bei ihrer Bewegung oder Wechselwirkung mit anderen Objekten, so resultieren hieraus unterschiedliche Verteilungen und Verläufe der das von ihnen verursachte magnetische oder elektromagnetische Feld beschrei benden Größen in dem die Gruppe von Punktquellen umgebenden Raum. Diese unterschiedlichen Verteilungen werden in dem Verfahrensschritt c) mit der Signa tur eines jeweiligen, zuvor aus den Messdaten ermittelten Dipols oder eines soli tären Maximums verglichen. Eine Möglichkeit der Modellierung von Punktquellen oder Gruppen solcher Punktquellen basiert dabei auf dem bereits erwähnten Ge setz nach Biot-Savart. Was die Ermittlung des der Signatur eines Dipols oder eines solitären Maximums nächstkommenden Simulationsobjektes gemäß Verfahrensschritt c) anbelangt, so kann hierfür als mathematisches Verfahren die Methode der kleinsten Fehler quadrate zur Anwendung gelangen.

Unabhängig hiervon kann das Verfahren so ausgestaltet sein, dass zusätzlich zu der als Validierungsbeleg des Detektionsergebnis erstellten Residualkarte zu je dem jeweils im Verfahrensschritt e) erhaltenen Residualdatensatz, also auch schon vor Abschluss des letzten Iterationslaufs, eine georeferenzierte Residual karte erstellt wird. Hierdurch lässt sich der Iterationsfortschritt beim Ablauf des Verfahrens veranschaulichen und dokumentieren.

Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass zu Vergleichszwecken vor der erstmaligen Ausführung des Verfahrensschritts a) der beschriebenen Iteration ebenfalls bereits eine georeferenzierte Karte erzeugt wird, welche den mittels des mindestens einen Detektors erhaltenen Messdatensatz visualisiert. Diese veran schaulicht die Verteilung einer jeweiligen Feldgröße, wie beispielsweise der mag netischen Flussdichte, im Messfeld auf der Basis der erhaltenen Detektorsignale und vermittelt im Zusammenhang mit einer Gegenüberstellung mit der am Ende des letztmaligen Durchlaufs der Iteration erzeugten Residualkarte in besonders plastischer Weise das Ergebnis der Validierung des bei der Detektion erhaltenen Messdatensatzes.

Schließlich kann das Verfahren noch dadurch weitergebildet sein, dass gewis sermaßen über die Validierung hinaus eine Gegenprobe gemacht wird. Dazu wird der im Ergebnis des letzten Verfahrensdurchlaufs erhaltene Residualdatensatz hergenommen und nochmals auf den ursprünglichen, unmittelbar im Ergebnis der Detektion erhaltenen Messdatensatz im Sinne einer positionsbezogenen Dif ferenzbildung angewendet. Hierdurch werden die vermeintlichen Messfehler und Störgrößen, welche der zuletzt erhaltene Residualdatensatz beschreibt, unmittel bar aus dem Messergebnis eliminiert. Der verbleibende, hinsichtlich dieser Feh- ler- und Störgrößen bereinigte Datensatz kann dann als Grundlage für eine im Nachgang nochmals, mit mindestens zweimaligen Eintreten in den Verfahrens schritt a), ausgeführte Iteration verwendet werden.

Die im Zuge der automatisierten Durchführung des Verfahrens gewonnen Aussa gen zur Validität der bei der Detektion erhaltenen Ergebnisse werden durch die zur Veranschaulichung beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Hierbei soll bei spielsweise die Verteilung und der Verlauf der magnetischen Flussdichte, als ei ne die Eigenschaften magnetischer Felder beschreibende Feldgröße betrachtet werden. Es zeigen:

Fig. 1 : Ein Ausschnitt einer kartierten Darstellung der Ergebnisse der eingangs des Verfahrens durchgeführten Detektion von Objekten anhand ihrer magnetischen Signatur,

Fig. 2 Eine bei der Prozessierung der gemäß Fig.1 detektierten Signatur nach einem ersten Iterationslauf als Validierungsbeleg erhaltene Residual karte.

Fig. 3 Die im Ergebnis des letzten Iterationslaufs bei der Prozessierung der gemäß Fig.1 detektierten Signatur erhaltene Residualkarte

Die Fig. 1 zeigt einen Kartenausschnitt betreffend die im Ergebnis der Detektion ermittelte Flussdichteverteilung für einen in dem Messfeld detektierten Dipol. Der betreffende Dipol verursacht die in der Fig. 1 in einer Isoliniendarstellung detek- tierte magnetische Anomalie mit Angabe der magnetischen Flussdichte in nT.

Im Vergleich dazu zeigt die Fig. 2 eine Residualkarte, wie sie für das in der Fig. 1 veranschaulichte Objekt, respektive die magnetische Anomalie in Form eines magnetischen Dipols beispielsweise nach einem ersten Durchlauf der Iteration entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird. Bei der in der Fig. 2 gezeigten Residualkarte handelt es sich um die graphische Darstellung des im Ergebnis des ersten Durchlaufs der Iteration erhaltenen Residualdatensatzes. Dieser Residualdatensatz stellt gleichzeitig den Prozessdatensatz für den Beginn des nächsten Iterationslaufs, also für das nochmalige Eintreten in den Verfah rensschritt a), dar.

Wie aus der in der Figur dargestellten Karte erkennbar, lassen sich in dieser nach dem ersten Iterationslauf immer noch Isolinien für die magnetische Flussdichte finden, welche sich gegenüber dem Nullabgleichswert des verwendeten Detek tors in einem Maß unterscheiden, dass es sich hierbei nicht lediglich um Mess fehler, Störsignale oder Rauschen handelt. Vielmehr wird erkennbar, dass sich unter dem an dieser Stelle in der Fig. 1 erkennbaren Dipol ein weiteres Objekt im Boden befindet. Es wird deutlich, dass diese Objekt, welches sich im Wesentli chen senkrecht im Boden erstreckt und hierdurch ein lokales Maximum der mag netischen Flussdichte verursacht, ohne die Erstellung der Residualkarte entspre chend dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht gefunden worden wäre.

Nach einem weiteren Iterationslauf, bei welchem das in der Fig. 2 dargestellte, nach dem ersten Iterationslauf noch vorhandene lokale Maximum wiederum mit einer Vielzahl von Simulationsobjekten verglichen und wiederum auf das am bes ten matchende Simulationsobjekt abgebildet wird, entsteht dann im Ergebnis die in der Fig. 3 gezeigte Residualkarte. Auch diese Karte zeigt noch einige Isolinien. Es handelt sich hierbei um die Darstellung vermeintlicher Anomalien, die aller dings aus Restfehlern und Störungen, respektive Rauschen bei der Messung resultieren und sich beispielsweise in der Messung von Flussdichten < 5 nT (Na- notesla) niederschlagen. Wie hoch die vorgenannte Schwelle für die Unterschei dung Objekte betreffender Messwerte von solchen, die als Störung beziehungs weise Rauschen angesehen werden, jeweils angesetzt wird, hängt unter ande rem von einer fachkundigen Einschätzung der Gegebenheiten des örtlichen Umfeldes und/oder von Vorgaben des Auftraggebers hinsichtlich der von ihm erwarteten Genauigkeit ab.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erkennung sich innerhalb eines Messfeldes im Boden be findender, eine magnetische oder elektromagnetische Signatur aufweisender Ob jekte, gemäß welchem in mindestens einem Messdurchgang mittels mindestens eines aktiven und/oder passiven Detektors Anomalien detektiert werden, die in dem Messfeld durch sich darin befindende, eine solche Signatur aufweisende Objekte hervorgerufen werden, indem mittels des mindestens einen dazu inner halb des Messfeldes bewegten Detektors das gesamte Messfeld sondiert und im Ergebnis dessen ein Messdatensatz mit einer Mehrzahl von Messwert-Tupeln erfasst wird, welche jeweils mindestens eine Position in dem Messfeld bezeich nende Koordinaten und für diese Position mittels des mindestens einen Detektors, bezüglich einer magnetischen oder einer elektromagnetischen Feld größe, erfasste Messewerte umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mess ergebnis mittels einer computerbasierten Verarbeitungseinrichtung und einer von dieser verarbeiteten Programmanwendung in einem automatisierten Ablauf vali diert wird, durch Einlesen des Messdatensatzes in einen Prozessdatensatz für einen sich anschließenden Iterationslauf mit den Verfahrensschritten a.) Ermitteln lokaler Extrema der durch die Messwerte beschriebenen Feld größe aus dem Prozessdatensatz, wobei einander unmittelbar benachbarte Posi tionen in dem Messfeld, an denen die Messwerte für die Feldgröße relativ zu ei nem Nullabgleichswert des mindestens einen Detektors um einen Differenzbetrag oberhalb eines festgelegten Differenz-Schwellwertes erhöht sind, jeweils als ein lokales Maximum identifiziert werden und einander unmittelbar benachbarte Posi tionen in dem Messfeld, an denen die Messwerte für die Feldgröße relativ zu ei nem Nullabgleichswert des mindestens einen Detektors um einen Differenzbetrag oberhalb eines festgelegten Differenz-Schwellwertes verringert sind, jeweils als ein lokales Minimum identifiziert werden, b.) Zuordnen der gemäß a.) ermittelten lokalen Extrema zu Dipolen oder solitären Maxima, wobei jedes gemäß a.) ermittelte lokale Minimum und das ihm nächstgelegene lokale Maximum einem Dipol zugeordnet werden und überzähli ge Maxima solitäre Maxima darstellen, c.) Vergleich jedes gemäß b.) gefundenen Dipols und jedes gemäß b.) ge fundenen solitären Maximums hinsichtlich seiner Signatur mit einer Mehrzahl von Simulationsobjekten, nämlich mit unter Anwendung eines feldtheoretischen Mo dells hinsichtlich unterschiedlicher Ausrichtungen im dreidimensionalen Raum mathematisch modellierten idealen Feldquellen und Abbildung des jeweiligen Dipols oder des jeweiligen solitären Maximums auf das ihm hinsichtlich seiner Signatur am nächsten kommende dieser Simulationsobjekte, durch d.) Bildung einer Mehrzahl von Differenz-Tupeln durch Bildung der Diffe renz zwischen dem die Feldgröße beschreibenden Messwert jedes einem Dipol oder einem solitären Maximum zugeordneten Tupels des Prozessdatensatzes und dem Wert bezüglich dieser Feldgröße jeweils desjenigen Tupels, welches in dem bei dem Vergleich gemäß c) ermittelten, den jeweiligen Dipol oder das je weilige solitäre Maximum abbildenden Simulationsobjekt positionsgleich ist, e.) Bildung eines Residualdatensatzes aus den gemäß d.) erhaltenen Diffe renz-Tupeln und den nicht in die Differenzbildung gemäß d.) einbezogenen und folglich unverändert gebliebenen Tupeln des Prozessdatensatzes, f.) wiederholtes Starten des Iterationslaufs durch erneuten Eintritt in den

Verfahrensschritt a.), mit der Maßgabe, dass der als Ergebnis eines jeweiligen Iterationslaufs erhaltene Residualdatensatz den Prozessdatensatz für den nächs ten Iterationslauf bildet und dass die Iteration abgebrochen wird, sofern sich im Verfahrensschritt a.) keine lokalen Extrema mehr bestimmen lassen, wobei nach dem letzten Iterationslauf eine Zuordnung der jeweils im Verfahrens schritt c) ermittelten Simulationsobjekte zu mit ihnen korrelierenden, in einer Ob jektbibliothek enthaltenen realen Objekten sowie eine Ausgabe von Angaben zur Art und Position dieser korrelierenden Objekte im Messfeld erfolgen und ein den zuletzt gebildeten Residualdatensatzes als georeferenzierte Residualkarte dar stellender Validierungsbeleg für das Detektionsergebnis bereitgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die im Ver fahrensschritt c) mit der Signatur eines jeweiligen Dipols oder solitären Maxi- mums verglichenen Simulationsobjekte unter Anwendung des Biot-Savart- Gesetzes modelliert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das einem jeweiligen Dipol oder einem jeweiligen solitären Maximum hinsichtlich der Signatur am nächsten kommende Simulationsobjekt im Verfahrensschritt c) nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der als Validierungsbeleg für das Detektionsergebnis erstellten Residualkarte zu jedem jeweils im Verfahrensschritt e) erhaltenen Residualda tensatz eine den Iterationsfortschritt visualisierende georeferenzierte Residual karte erstellt wird.

5. Verfahren nach einem der Verfahrensschritte 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass zu Vergleichszwecken vor der erstmaligen Ausführung des Ver fahrensschrittes a) der Iteration eine georeferenzierte Karten erzeugt wird, wel che den mittels des mindestens einen Detektors erhaltenen Messdatensatz visualisiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zunächst ein Itera tionslauf gemäß den Verfahrensschritten a) bis f) ausgeführt wird, dadurch ge kennzeichnet, dass dann eine Gegenprobe erfolgt, indem der im Ergebnis dieses Iterationslaufs erhaltene Residualdatensatz hergenommen und nochmals auf den ursprünglichen, unmittelbar im Ergebnis der Detektion erhaltenen Messdatensatz für eine positionsbezogene Differenzbildung angewendet wird und der dann ver bleibende Datensatz als Start-Prozessdatensatz für mindestens ein nochmaliges Durchlaufen der Iteration nach den Verfahrensschritten a) bis f) verwendet wird.