WO2023169870A1 - Messverfahren und messsystem zum bestimmen der beschaffenheit eines gleisbodens - Google Patents

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WO2023169870A1
WO2023169870A1 PCT/EP2023/054957 EP2023054957W WO2023169870A1 WO 2023169870 A1 WO2023169870 A1 WO 2023169870A1 EP 2023054957 W EP2023054957 W EP 2023054957W WO 2023169870 A1 WO2023169870 A1 WO 2023169870A1
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track
measuring
primary radiation
detection
radiation
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PCT/EP2023/054957
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Martin BÜRGER
Krzysztof WILCZEK
David GRÖSSBACHER
Original Assignee
Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H.
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Publication date
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    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • 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
    • B61L23/048—Road bed changes, e.g. road bed erosion
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • E01B35/06—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for measuring irregularities in longitudinal direction
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    • 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
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    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/885—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing
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    • 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
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    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9328—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a measuring method for determining the condition of a track floor.
  • the invention further relates to a measuring system for determining the condition of a track floor.
  • a measuring method for determining the condition of a track floor is known through obvious prior use, in which electromagnetic primary radiation is emitted into the track floor at a measuring position. Secondary radiation reflected from the track floor is recorded at the measuring position.
  • the disadvantage is that the measurement method is time-consuming and cost-intensive, especially if a high measurement resolution is required.
  • a further disadvantage is that the track makes it more difficult for electromagnetic radiation to penetrate into the track floor and affects the measurement results.
  • a beam path is traveled by the primary radiation and the secondary radiation between the transmission position and the at least one detection position.
  • the primary radiation forms a first part of this beam path between the transmission position and a reflection position.
  • the secondary radiation forms the second part of the beam path between the reflection position and the at least one detection position. Due to the spaced arrangement of the at least one detection position from the transmission position, the first and second parts of the beam path travel different paths.
  • the first and second parts of the beam path are at least partially oriented obliquely to one another. This makes it possible for a measuring obstacle to be irradiated.
  • the condition of the track floor can be determined in a reflection position, which is arranged vertically below a measuring obstacle.
  • Such a measuring obstacle for the electromagnetic primary radiation and/or secondary radiation is, for example, the track, in particular its track components.
  • the measuring method enables the condition of the track floor to be determined in an area which lies behind a measuring obstacle, particularly in the vertical direction.
  • the track floor preferably comprises the track bed, in particular a ballast bed and/or the substructure, in particular a subgrade protection layer and/or a subgrade, and/or a subsoil, in particular the track base consists of this.
  • the track floor can in particular be understood as the foundation of the track.
  • the track may have track rails and/or track sleepers.
  • the track preferably rests on the track floor.
  • a railway body preferably includes the substructure and a superstructure.
  • the superstructure can include the track and the track bed.
  • the track floor preferably has several layers that differ in terms of their physical properties, in particular in terms of their interaction with the electromagnetic radiation and/or in terms of their material composition and/or in terms of their electrical conductivity and/or in terms of their dielectric constant.
  • Such layers are formed, for example, by the track bed, the subgrade protective layer, the subgrade and the subsoil, in particular in this vertical order, from top to bottom.
  • the primary radiation is at least partially reflected at such layer boundaries.
  • the electromagnetic primary radiation is preferably generated in a transmitting unit. At a transmitting position of the transmitting unit, the primary Radiation emitted into the track floor.
  • the primary radiation is preferably designed in such a way that it is reflected at the layer boundaries to be detected and/or penetrates a medium present between the transmission position and the respective layer boundary as energy-efficiently as possible, in particular with little loss.
  • the electromagnetic primary radiation can have at least one, in particular several, transmission frequencies.
  • the transmission frequency is preferably in a range of
  • 1 kHz to 100 GHz in particular from 100 kHz to 10 GHz, in particular from 1 MHz to 5000 MHz, in particular from 100 MHz to 2000 MHz, in particular from 200 MHz to 1000 MHz, in particular from 400 MHz to 600 MHz.
  • Such a transmission frequency ensures a high measurement resolution and/or the penetration of the primary radiation into a great depth of the track floor, in particular into the subsoil.
  • the primary radiation is preferably radar radiation, in particular radar radiation for a geo-radar.
  • the primary radiation can be designed to penetrate into, in particular to penetrate, an opaque object, in particular into the track floor, in particular into the track ballast.
  • the penetration depth, in particular measured from a surface of the opaque object is preferably at least 0.1 m, in particular at least 1 m, in particular at least
  • the primary radiation can in particular be used to determine the condition inside the track floor, in particular below the track floor surface, in particular at least 0.1 m, in particular at least 1 m, in particular at least 2 m, in particular at least 5 m, in particular at least 10 m, and/or a maximum of 100 m, in particular a maximum of 50 m, in particular a maximum of 20 m, below the track floor surface.
  • the secondary radiation can be essentially the same as the primary radiation, in particular in a comparable, in particular the same, frequency range.
  • the secondary radiation is preferably radar radiation, in particular radar radiation for a geo-radar.
  • the primary radiation is preferably conical, in particular with an elliptical base, in particular with a circular base or non-circular base, or with a polygonal base, in particular with a square base, in particular with a rectangular base, in particular with a square base or with a non-square base.
  • the base area can also be understood as a cross-sectional area of the primary radiation.
  • An aspect ratio of the base area of the beam cone of the primary radiation is preferably at least 1.2, in particular at least 1.5, in particular at least 2, in particular at least 2.5, in particular at least 3, and / or a maximum of 5, in particular a maximum of 3. This makes it possible to determine the The condition of the track floor is particularly energy efficient.
  • the secondary radiation caused by the primary radiation can be aligned particularly precisely in the direction of the at least one detection position.
  • a central beam of the primary radiation runs on the central longitudinal axis of the primary beam, in particular of the cone-shaped primary beam.
  • the central beam can be oriented vertically.
  • the central beam is oriented obliquely to the vertical direction, in particular inclined from the vertical direction by a rail longitudinal direction and / or by a rail transverse direction.
  • the rail transverse direction is preferably understood to mean the horizontal rail transverse direction.
  • the central beam is oriented inclined to the vertical axis in the direction of the at least one detection position.
  • a beam angle to the vertical direction, in particular around the rail longitudinal direction and/or the rail transverse direction is preferably in a range from 1° to 45°, in particular from 2° to 20°, in particular from 3° to 10°. This makes the measuring method particularly energy-efficient in operation.
  • a maximum measuring depth, up to which a layer boundary, in particular between the subgrade and the subsoil, can be detected is preferably in a range from 1 m to 50 m, in particular from 2 m to 20 m, in particular from 5 m to 10 m the measuring method can be used particularly flexibly.
  • Determining the condition of the track floor may include determining the integrity of a layer and/or a layer boundary. For example, it can be determined whether a layer, in particular the subgrade protection layer, and/or a layer boundary is present essentially as intended, in particular essentially flat, or whether it is present improperly, in particular due to settling processes and/or leaching and/or due to construction defects. Any risk to the operational safety of the railway system can therefore be reliably avoided.
  • Determining the condition of the track floor can in particular include determining layer thicknesses and/or a moisture content and/or contamination and/or geometric deviations of the track floor, in particular of individual layers, in particular compared to a target value.
  • the nature of the track bed, in particular the ballast bed can be determined, in particular which compaction state is present, in particular whether the ballast bed has the required density and/or whether it has cavities, in particular under the track sleepers. Such cavities can be detected particularly reliably due to the spaced arrangement of the at least one detection position from the transmission position.
  • the at least one detection position is preferably spaced from the transmission position in a horizontal direction.
  • the at least one detection device can be arranged in a vertical direction at a distance from the transmission position.
  • the horizontal spacing of the at least one detection position from the transmission position ensures that the condition of the track floor can be determined in an area below a measuring obstacle, in particular the track. Deviations from an intended condition, in particular from a target value of the condition, in particular inhomogeneities, differences in density, in particular cavities, can thereby be reliably detected in an area vertically below the track, in particular a track component.
  • Secondary radiation refers to the electromagnetic radiation reflected from the track floor and caused by the primary radiation.
  • the secondary radiation is detected at the at least one detection position, in particular by means of at least one receiving unit.
  • the at least one detection position can be spaced from the transmission position in such a way that the beam path traveled by the primary radiation and the secondary radiation between the transmission position and the detection position includes a track component, in particular at least one track rail and/or at least one track sleeper, in particular together with a straight line between the transmission position and the detection position, at least in sections, in particular completely.
  • a measurement signal that correlates with the primary radiation is generated, in particular by means of at least one receiving unit.
  • the condition of the track floor can be determined based on the measurement signal, in particular by means of a control unit.
  • the measuring position at which the measuring method is carried out, in particular at which the condition of the track floor is determined is determined, in particular by means of a driving control and/or a position detection unit, in particular a satellite navigation module, in particular a GPS module.
  • a position signal that correlates with the measurement position is determined.
  • the position signal can be stored together with the measurement signal, in particular by means of the control unit, in particular on a memory unit.
  • the at least one transmission position and the at least one detection position are relative to the track, in particular along the Rail longitudinal direction shifted.
  • the displacement preferably takes place continuously during the extraction of the primary radiation and/or during the detection of the secondary radiation.
  • the shifting can take place step by step, with the shifting being stopped while the primary radiation is being emitted and/or while the secondary radiation is being detected.
  • the transmission position can be determined by a transmission unit and/or the detection position can be determined by a reception unit.
  • the at least one transmitting unit and the at least one receiving unit can be components of a measuring device.
  • the displacement of the at least one transmission position and/or the at least one detection position, in particular the measuring device, along the longitudinal direction of the rail can be carried out by means of a carriage, to which the measuring device is preferably attached.
  • a measuring method enables the condition of a track floor to be determined in a particularly comprehensive manner and can be used particularly flexibly.
  • the area spanned by the beam path between the transmission position and the detection position is preferably the smallest convex envelope of this beam path.
  • the surface is preferably flat and/or oriented essentially vertically.
  • the essentially vertical orientation is preferably understood to mean that an angle to the vertical direction is a maximum of 10°, in particular a maximum of 5°, in particular a maximum of 2°.
  • the track component is preferably completely cut from the surface. In particular, the track component can penetrate the surface.
  • the track component can be completely enclosed by the area. Advantageous This ensures that the track component forming the measuring obstacle can be radiated.
  • the condition of the track floor can be determined in an area which is arranged behind the track component forming a measuring barrier with respect to the transmission position and the detection position.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly precise manner.
  • a track component designed as a track sleeper and/or as a track rail usually forms a particularly strong measuring obstacle.
  • the nature of the area behind these track components, in particular vertically below these track components, in particular the track sleepers, is of particular importance for the operational safety of the railway body.
  • the arrangement of the at least one detection position at such a distance from the transmission position that the surface spanned by the beam path intersects the track component, in particular completely intersects, enables the condition of this area of the track floor in particular to be determined. Determining the condition of the area vertically below the at least one track component expands the area of application of the measuring method and ensures that the condition of the track floor is tested in a particularly comprehensive and reliable manner.
  • a measuring method according to requirement 4 can be used particularly flexibly and ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly comprehensive manner.
  • the at least one detection position and the transmission position in the orthogonal projection onto the horizontal plane are arranged opposite one another to the track component.
  • the transmission position and the detection position overlap Track component in the orthogonal projection onto the horizontal plane preferably not, in particular these are arranged at a distance from the track component.
  • a ratio of the distance between the detection position and the transmission position and the extension of the track component along the connecting line between the detection position and the transmission position is preferably in a range from 1 to 10, in particular from 1.2 to 5, in particular from 1.5 to 2. This allows the condition of the track floor to be determined particularly reliably in an area vertically below the track component.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly time-, cost-efficient and comprehensive manner.
  • the secondary radiation caused by the primary radiation in particular emitted at a single transmission position, is transmitted, in particular simultaneously, to at least two, in particular at least three, in particular at least four, in particular at least five, in particular at least ten, in particular at least 12, in particular at least 15, in particular at least 20, and/or a maximum of 50, in particular a maximum of 30, in particular a maximum of 20, detection positions recorded.
  • secondary radiation caused by the same primary radiation is detected at the at least two detection positions.
  • a receiving unit can be provided in each case to form the multiple detection positions. All receiving units are preferably designed separately from one another.
  • Each receiving unit can have its own housing and/or its own antenna for detecting the secondary radiation.
  • the at least two detection positions, in particular the receiving units, can be located in the same horizontal plane. be arranged or arranged vertically spaced apart from one another.
  • a control unit is designed to simultaneously read out a measurement signal provided by the at least two receiving units.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly time- and cost-efficient and precise manner.
  • the grid shape preferably extends along a first spatial direction and along a second spatial direction, which is oriented orthogonally to the first spatial direction.
  • the first spatial direction can be oriented parallel to the longitudinal direction of the rail.
  • the second spatial direction can be oriented parallel to the transverse direction of the rail.
  • the secondary radiation is preferably detected on at least two, in particular at least three, in particular at least four, in particular at least five, in particular at least ten, and/or a maximum of 30, in particular a maximum of 20, in particular maximum 15, detection positions.
  • a transmission position is preferably provided for each detection position.
  • a transmission position can be provided at each detection position.
  • the grid-shaped arrangement of the detection positions advantageously ensures that a measurement resolution for determining the condition of the track floor is particularly high.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly reliable manner.
  • the at least two detection positions, in particular adjacent detection positions at a measuring distance along the longitudinal direction of the rail, which is from a neighboring track sleeper distance If the track sleepers are different, the condition of the track floor can be determined particularly comprehensively. In particular, this can prevent the beam path between the at least one detection position and the transmission position from being regularly interrupted when the measuring device is moved along the longitudinal direction of the rail due to the measuring obstacles formed by the track sleepers. Measurement gaps can therefore be avoided.
  • the measuring distance between adjacent detection positions, in particular along the longitudinal direction of the rail and/or along the transverse direction of the rail can be adjusted, in particular manually and/or automatically, in particular motor-driven.
  • the measuring distance along the longitudinal direction of the rail and/or along the transverse direction of the rail can be adjusted in such a way that the condition of the track floor along the longitudinal direction of the rail, in particular in a plan view in the area of the track sleepers, is at least 70%, in particular at least 80%, in particular at least 90%, in particular at least 95%, can be determined.
  • the same measuring distance can exist between adjacent transmission positions and/or detection positions. At least two measuring distances between adjacent transmission positions and/or detection positions can be different.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly comprehensive manner.
  • a ratio between the horizontal measuring distance and the horizontal extension of the track component in the vertical plane through the transmission position and the detection position is preferably in a range from 1 to 10, in particular in a range from 2 to 5.
  • a measuring method according to claim 9 ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly reliable and comprehensive manner.
  • the horizontal measurement distance between the at least one detection position and the at least one transmission position is preferably in a range of 0.1 m to 5 m, in particular in a range of 0.2 m to 4 m, in particular in a range of 0.3 m to 3 m, in particular in a range from 0.4 m to 2 m, in particular in a range from 0.5 m to 1 m.
  • the measuring distance is preferably at least 100%, in particular at least 150%, in particular at least 200%, in particular at least 300% , a track rail width and/or a track sleeper width and/or a track sleeper length and/or a track width of the track.
  • a measuring method ensures a particularly high measurement resolution.
  • the at least two transmission positions are preferably arranged at a distance from one another, in particular in the horizontal direction and/or in the vertical direction, in particular exclusively in the horizontal direction.
  • the primary radiation is preferably emitted at at least two, in particular at least three, in particular at least four, in particular at least five, in particular at least ten, and/or a maximum of 30, in particular a maximum of 20, in particular a maximum of 15, transmission positions.
  • the primary radiation can be emitted at the at least two transmission positions simultaneously.
  • the at least two transmission positions, in particular at least four of the transmission positions are arranged in a grid shape.
  • the grid-shaped arrangement can be designed in accordance with the grid-shaped arrangement of the detection positions described above.
  • a transmission position and a detection position are combined in a measurement module.
  • the measuring module can have its own housing.
  • Individual measuring modules are preferably designed independently of one another, in particular can be mounted independently of one another on a support device, and/or arranged at a distance from one another.
  • the at least one transmission position and/or the at least one detection position are arranged rigidly to one another or can be displaced relative to one another, in particular manually or motor-driven.
  • the multiple transmission positions among each other and/or the multiple detection positions among one another can also be arranged rigidly relative to one another or shifted relative to one another. This advantageously ensures that the arrangement of the at least one transmission position and/or the at least one detection position can be flexibly adapted to the respective condition of the track and/or the track floor.
  • a measuring method ensures that the condition of the track floor is determined with a particularly high measurement resolution.
  • the primary radiation is emitted sequentially, the primary radiation is emitted at the at least two transmission positions one after the other, in particular without overlapping in time.
  • the transmission position of the primary radiation on which a detected secondary radiation is based is always precisely known.
  • the condition of the track floor can be determined particularly precisely.
  • the primary radiation is emitted one after the other across all of the transmission positions in individual measuring steps. Within one measurement cycle is preferred
  • the primary radiation is emitted in one measuring step at each transmission position.
  • the secondary radiation caused by the primary radiation is preferably detected, in particular in each measuring step, at at least one, in particular at least two, in particular at least five, in particular at all, of the detection positions.
  • a further object of the invention is to create an improved measuring system for determining the condition of the track floor, which is particularly robust, time- and cost-efficient in operation and provides particularly precise measurement results.
  • the advantages of the measuring system correspond to the advantages of the measuring method described above.
  • the measuring system is preferably developed with at least one of the features described above in connection with the measuring method.
  • the measuring device can be moved along the track in a particularly time- and cost-efficient manner.
  • the measuring system ensures that the condition of the track floor is determined efficiently and reliably. This increases, in particular, the operational safety of a section of route tested in this way.
  • the at least one transmitting unit and the at least one receiving unit are preferably as separate units, in particular each with a in its own housing.
  • a transmitting unit and a receiving unit can be integrated into a measuring module, in particular arranged in the same housing.
  • the at least one transmitting unit in particular all transmitting units, is designed to emit an electromagnetic primary radiation according to the above description, in particular to emit a radar radiation, in particular a radar radiation from a georadar.
  • the at least one receiving unit in particular all receiving units, can be designed to detect a secondary radiation according to the above description, in particular a radar radiation, in particular a georadar, and / or according to the primary radiation.
  • the measuring device preferably forms a radar scanner, in particular a geo-radar scanner, with at least one transmitting and/or receiving unit.
  • the measuring device is designed in particular to measure the condition inside the track floor, in particular below the track floor surface, in particular at least 0.1 m, in particular at least 1 m, in particular at least 2 m, in particular at least 5 m, in particular at least 10 m, and/or maximum 100 m, in particular a maximum of 50 m, in particular a maximum of 20 m, below the track floor surface.
  • the at least one transmitting unit and the at least one receiving unit can be attached to the carriage by means of a carrying device.
  • the carrying device can be designed for vertical and/or horizontal displacement of the measuring device relative to the carriage, in particular in the longitudinal direction of the rail and/or in the transverse direction of the rail.
  • the at least one transmitting unit and/or the at least one receiving unit can be connected rigidly and/or displaceably relative to one another by means of the carrying device.
  • the carrying device can be designed for manual and/or motor-driven displacement of the measuring device relative to the carriage and/or the at least one transmitting unit and/or the at least one receiving unit relative to one another.
  • a transmitting unit is combined with a receiving unit in such a way that the primary radiation is emitted and the secondary radiation is detected via the same antenna.
  • Each of the transmitting units and/or each of the receiving units can have their own antenna.
  • the carriage can have a traction motor for moving the measuring system along the track.
  • the carriage can be designed without a motor, in particular as a trailer.
  • the carriage can be designed as a multi-way vehicle, in particular for driving on rails and roads.
  • a track processing device in particular a track cleaning device and/or a lifting unit and/or a straightening unit and/or a tamping unit and/or a welding unit and/or a screwing unit, is attached to the carriage. Determining the condition of the track floor can therefore be done in combination with track processing.
  • the measuring system can be operated in a particularly time- and cost-efficient manner.
  • the measuring device can have a single transmitting unit and/or a single measuring unit. This makes the measuring system particularly cost-effective to manufacture and operate.
  • the measuring device preferably has a control unit for carrying out the measuring method described above.
  • the control unit can be designed to record a measurement signal from the at least one transmission position.
  • the control unit can be designed to activate and/or deactivate the emission of the primary radiation by means of the at least one transmitting unit.
  • the control unit is preferably designed to record a position signal.
  • the measuring device can have a position detection unit, in particular a satellite navigation module, in particular a GPS module.
  • the position detection unit is preferably designed to provide the position signal to the control unit.
  • the at least one transmitting unit and the at least one receiving unit are arranged in the same horizontal plane.
  • the spacing of the at least one transmitting unit from the at least one receiving unit is preferably in the vertical and/or horizontal direction, in particular exclusively in the horizontal direction.
  • the at least one transmitting unit is arranged in an orthogonal projection onto a horizontal plane between at least two receiving units.
  • a measuring system according to claim 13 ensures that the condition of the track floor is determined in a particularly reliable and comprehensive manner.
  • the measuring distance between the at least one transmitting position and the at least one receiving position is preferably along the longitudinal direction of the rail and/or along the transverse direction of the rail.
  • the measuring distance can be fixed, in particular cannot be changed non-destructively, or can be adjustable.
  • a measuring system ensures a particularly high measurement resolution.
  • the at least two transmitting units and/or the at least two receiving units the same applies as described above in connection with the at least two transmitting positions and/or the at least two receiving positions, in particular with regard to the measuring method.
  • a measuring system according to claim 15 ensures an even higher measurement resolution.
  • Fig. 1 A schematic representation of a measuring system
  • Fig. 2 is a schematic representation of the measuring device
  • Fig. 3 is a schematic representation of the measuring device
  • the measuring device has a plurality of transmitting units and a plurality of receiving units along a horizontal orthogonal direction to the longitudinal direction of the rail,
  • Fig. 4 is a schematic representation of the measuring device in
  • Fig. 5 is a schematic representation of the measuring device in
  • Fig. 6 is a schematic representation of the measuring device in
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a measuring device according to a further embodiment with several receiving units spaced apart along the longitudinal direction of the rail, and
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a measuring device according to a further embodiment with several transmitting and receiving units spaced apart along a horizontal rail transverse direction.
  • the measuring system 1 has a carriage 3 for driving on a track 4.
  • the track 4 includes track rails 5 and track sleepers 6, in particular it consists of them.
  • a track body 7 includes, in particular in the vertical direction one after the other from top to bottom, a superstructure 8 and a substructure 9, in particular the track body 7 consists of this.
  • the subsoil 10 extends below the track body 7.
  • the superstructure 8 has the track 4 and a track bed 11.
  • the track bed 11 can be designed as a ballast bed.
  • the substructure 9 includes a subgrade protection layer 12 and a subgrade 13.
  • the carriage 3 has a traction motor 14 for moving the measuring system 1 along the track rails 5.
  • a current collector 15 is used to supply the measuring system 1, in particular the traction motor 14 electrical energy from an overhead line 16.
  • a driving control 17 controls the movement of the carriage 3 relative to the track 4, in particular the supply of electrical energy to the traction motor 14.
  • the measuring system 1 has a measuring device 18.
  • the measuring device 18 is attached to the carriage 3.
  • the measuring device 18 comprises at least one transmitting unit 19, in particular fourteen transmitting units 19, and at least one receiving unit 20, in particular fourteen receiving units 20.
  • the at least one transmitting unit 19 is designed to emit an electromagnetic primary radiation 21 into the track floor 2.
  • the receiving unit 20 is designed to detect secondary radiation 22 caused by the primary radiation 21 and reflected back from the track floor 2.
  • the primary radiation 21 is emitted by means of the at least one transmitting unit 19 at a transmitting position 23.
  • the secondary radiation 22 is detected by means of the receiving unit 20 at a detection position 24.
  • the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20 are attached to a carrying device 25.
  • the carrying device 25 has a guide unit 26 for displacing the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20 relative to the carriage 3, in particular along the vertical direction 31.
  • a drive 27 of the carrying device 25 is designed to displace the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20, in particular along the vertical direction 31.
  • the drive 27 includes a hydraulic cylinder.
  • all of the Transmitting units 19 and/or the receiving units 20 are rigidly connected to one another, in particular by means of a connecting part 28.
  • the measuring device 18 has a control unit 29.
  • the control unit 29 is connected to the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20, in particular also to the drive 27, in signal connection.
  • the primary radiation 21 has a central beam 30.
  • the central beam 30 preferably coincides with a central longitudinal axis of the primary radiation 21.
  • the central beam 30 can have a beam angle öi, 82 relative to a vertical direction 31.
  • the central beam 30 is oriented inclined to the vertical direction 31 with respect to a rail transverse direction 32 by the beam angle 81.
  • the central beam 30 is preferably oriented at a beam angle 82 inclined to the vertical direction 31.
  • the primary radiation 21 is preferably conical, in particular with an elliptical, in particular circular, or polygonal, in particular square, in particular rectangular, base area and/or cross-sectional area.
  • a track sleeper distance b between two adjacent track sleepers 6, in particular in the longitudinal direction of the rail 33 is preferably in a range of 0.4 m to 1.5 m, in particular in a range of 0.5 m to 1 m, in particular in a range of 0, 6m to 0.9m
  • a rail distance c, in particular the track width is preferably in a range from 0.5 m to 2 m, in particular in a range from 1 m to 1.75 m, in particular in a range from 1.25 m to 1.5 m .
  • a measurement depth t, up to which the secondary radiation 22 can be received is preferably at least 1 m, in particular at least 5 m, in particular at least 10 m, and/or a maximum of 50 m, in particular a maximum of 20 m, in particular a maximum of 15 m.
  • the at least one transmitting unit 19 is preferably for generating primary radiation 21 with a transmission frequency f in a range from 1 MHz to 5000 MHz, in particular from 100 MHz to 2000 MHz, in particular from 200 MHz to 1000 MHz, in particular from 300 MHz to 600 MHz, educated.
  • One transmitting unit 19 and one receiving unit 20 are combined to form a measuring module 34.
  • the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 of a measuring module 34 are arranged in a module housing 35.
  • the individual measuring modules 34 are designed separately from one another, in particular they have separate module housings 35.
  • the measuring modules 34 are designed as monostatic measuring modules 34.
  • the primary radiation 21 is emitted and the secondary radiation 22 is detected in the monostatic measurement module 34 via the same antenna.
  • the respective measurement module 34 can be designed as a bistatic measurement module 34.
  • the transmitting unit 19 and the receiving unit 20 each have their own antennas.
  • the horizontal measuring distance xi in the rail transverse direction 32 is preferably in a range from 0.1 m to 3 m, in particular from 0.2 m to 2 m, in particular from 0.3 m to 1 m, in particular from 0.4 m to 0. 8 m.
  • the horizontal measuring distance xi in the rail transverse direction 32 is preferably in a range from 0.1 m to 3 m, in particular from 0.2 m to 2 m, in particular from 0.3 m to 1 m, in particular from 0.4 m to 0. 8
  • the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20 are arranged essentially in the same vertical position.
  • the at least one transmitting unit 19 and the at least one receiving unit 20 and/or the plurality of measuring modules 34 can be arranged vertically spaced apart from one another, in particular on the carriage 3.
  • the measuring device 18 can be moved between a measuring arrangement and a transport arrangement.
  • the transmission position 23 and/or the detection position 24 are preferably arranged at a vertical measuring height h relative to a driving plane 36.
  • the driving plane 36 is determined by the rolling surfaces of the track rails 5.
  • a positive measuring height h extends upwards in the vertical direction starting from the driving plane 36.
  • the measuring height h is preferably in a range from -0.1 m to 0.5 m, in particular from 0 m to 0.2 m.
  • the at least one transmission position 23 and/or the at least one detection position 24 are preferably around 0 .1 m to 1.5 m, in particular 0.2 m to 1 m, in particular 0.3 m to 0.5 m, higher than in the measuring arrangement.
  • the functioning of the measuring system 1 for determining the condition of the track floor 2 is as follows:
  • the carriage 3 is arranged on track 4.
  • the measuring device 18 is located in the transport arrangement.
  • the transmitting units 19 and the receiving units 20 are deactivated.
  • the carriage 3 is moved into a section of the track 4 to be measured by means of the traction motor 14 controlled by the driving control 17.
  • the measuring device 18 is moved into the measuring arrangement.
  • the transmitting units 19 and the receiving units 20 are displaced vertically downwards, in the direction of the track floor 2.
  • the vertical movement takes place over a height in a range from 0.1 m to 1 m, in particular from 0.2 m to 0.5 m.
  • the measuring height h is 0.05 m.
  • the transmitting units 19 and the receiving units 20, in particular the measuring modules 34 each have the same measuring height h relative to the driving plane 36.
  • the measuring modules 34 are arranged in a grid shape.
  • the measuring modules in particular their transmitting positions 23 and their receiving positions 24, are arranged in the same horizontal plane.
  • the grid shape is rectangular.
  • a grid distance zi between a transmitting unit 19 and an adjacent receiving unit 20 spaced apart in the transverse direction 32 of the rail, in particular between the transmitting position 23 and the detection position 24, is 0.5 m.
  • a grid spacing Z2 between a transmitting position 23 and a spaced apart in the longitudinal direction 33 of the rail, adjacent receiving unit 20, in particular between the transmitting position 23 and the detection position 24, is 0.6 m.
  • the grid spacings zi along the rail transverse direction 32 between all transmitting units 19 and receiving units 20 are the same.
  • the grid spacing zi along the rail transverse direction 32 can be different between different transmitting units 19 and receiving units 20.
  • the grid spacing Z2 is preferably adjustable along the longitudinal direction of the rail 33, in particular adjustable depending on the track sleeper distance b. Setting the grid spacing Z2 in the longitudinal direction of the rail 33 can be done manually or automatically.
  • the carrying device 25 can have a longitudinal guide unit that can be driven manually and/or by a motor.
  • the transmitting unit 19 of the first measuring module 34 is activated in a first measuring step to emit the electromagnetic primary radiation 21.
  • the first measuring module 34 is shown in the activated state in FIGS. 1 to 4.
  • the primary radiation 21 is emitted in a cone shape into the track floor 2.
  • An opening s angle yi of a beam cone of the primary radiation 21 around the rail transverse direction 32 is 30°.
  • An opening s angle 72 of the beam cone of the primary radiation 21 around the rail longitudinal direction 33 is 50°.
  • the transmission frequency f of the primary radiation 21 is 500 MHz.
  • the primary radiation 21 penetrates particularly far into the track floor 2.
  • the primary radiation 21 penetrates the track bed 11, the substructure 9 and penetrates into the subsoil 10.
  • the reflected radiation caused by the primary radiation 21 is referred to as secondary radiation 22.
  • the secondary radiation 22 is at least partially emitted upwards from the track floor 2.
  • the secondary radiation 22 is received at the at least one detection position 24, in particular by means of the at least one receiving unit 20, in particular at all detection positions 24 of the receiving units 20 of all measuring modules 34.
  • a Measurement signal recorded, which correlates with the secondary radiation 22 received by the receiving units 20.
  • the control unit 29 records a position signal which correlates with the position of the measuring system 1, in particular the measuring device 18, in particular along the track 4.
  • the control unit 29 receives the position signal from the driving control 17 and/or from a position detection unit 37.
  • the position detection unit 37 can have a satellite navigation module, in particular a GPS module.
  • the measuring distances xi, the transmission position 23 and the detection position 24 encloses. This advantageously ensures that the condition of an area of the track floor 2 can be determined vertically below the respective track component 5, 6.
  • a beam path traveled by the primary radiation 21 and the secondary radiation 22 between the transmission position 23 and the detection position 24 spans an area A.
  • This area A is determined by the smallest convex envelope of the beam path.
  • the area A can be determined as the smallest convex envelope of an, in particular arbitrary, linear extrapolated extension of the beam path across the transmission position 23 and the detection position 24.
  • the surface A preferably intersects at least one of the track components 5, 6.
  • the secondary radiation 22 is detected at the detection positions 24 of each measuring module 34, in particular each receiving unit 20. In other words, in a single measuring step, the primary radiation 21 is emitted at a single transmission position 23 and the secondary radiation is emitted at all, in particular the fourteen, detection positions 24 Radiation 22 detected. This allows a plurality of measurement signals that correlate with the condition of the track floor 2 to be recorded in a single measurement step.
  • the primary radiation 21 is emitted sequentially at the multiple transmission positions 23. In a subsequent measuring step, the primary radiation 21 is emitted at a different transmission position 23, in particular the one adjacent in the transverse direction 32 of the rail.
  • the secondary radiation 22 is again detected at all detection positions 24.
  • the control unit 29 records the corresponding measurement signals and the associated position signal.
  • the primary radiation 21 is emitted one after the other via all of the transmission positions 23, with the secondary radiation 22 being detected at all of the detection positions 24.
  • a measurement cycle is completed after the primary radiation 21 has been emitted one after the other at all transmission positions 23.
  • a measuring cycle comprises 14 measuring steps.
  • At least one track component 5, 6 often lies completely within the area A spanned by the respective beam path.
  • the condition of the track floor 2 is vertical in an area below the corresponding track component 5, 6 can be determined by the distanced arrangement of the respective receiving unit 20 from the transmitting unit 19. Detecting the secondary radiation 22 at several detection positions 24, in particular within a single measuring step, in particular when emitting the primary radiation 21 at a single transmission position 23, enables a particularly precise, in particular high-resolution, determination of the condition of the track floor 2.
  • the measuring device 18 has three rows of measuring modules 34 spaced apart from one another along the longitudinal direction of the rail 33.
  • the measuring modules 34 are arranged in a grid shape, in particular a rectangular grid shape, in accordance with the embodiment described above.
  • each row of measuring modules has seven of the measuring modules 34.
  • the measuring modules 34 of the middle row of measuring modules along the longitudinal direction 33 of the rail exclusively comprise transmitting units 19.
  • the measuring modules 34 of the two adjacent, outer rows of measuring modules exclusively comprise receiving units 20.
  • the measuring distances X2, i, X2, 2 between the transmission position 23 and the detection positions 24 adjacent along the rail longitudinal direction 33 are different. This advantageously ensures that the beam paths between the transmission position 23 and the respective detection position 24 are different, in particular different reflection angles. have kel a. Track components 5, 6 can thus be illuminated even more reliably.
  • the condition of the track floor 2 can be determined with a particularly high measurement resolution.
  • the individual measuring steps are determined by the emission of the primary radiation 21 at one of the transmission positions 23 of the middle row of measuring modules 34 along the longitudinal direction of the rail 33. This The primary radiation 21 is again emitted sequentially. A measurement cycle is ended after the primary radiation 21 has been emitted over all of the seven transmission positions 23.
  • the measuring system 1 in particular the measuring device 18, and its functionality correspond to the previously described embodiment.
  • the measuring system 1, in particular the measuring device 18, and its functionality correspond to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the measuring method described above and the measuring system 1 designed to carry it out enable the condition of the track floor 2 to be determined with a particularly high measuring resolution and in a particularly reliable, time- and cost-efficient manner.
  • the at least one detection position 24 is arranged at a distance from the at least one transmission position 23, the condition of the track floor 2 can also be determined in an area vertically below a track component 5, 6.
  • Detecting the secondary radiation 22 at several of the detection positions 24 ensures a high measurement resolution in each individual measurement step.
  • Emitting the primary radiation 21 at different transmission positions 23, in particular in different measurement steps further improves the measurement accuracy, in particular the measurement resolution.

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Abstract

Ein Messverfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens (2) umfasst die Schritte: Ausstrahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung (21) in den Gleisboden (2) an mindestens einer Sendeposition (23), und Erfassen einer von der Primärstrahlung (21) bewirkten und aus dem Gleisboden (2) zurückgestrahlten Sekundärstrahlung (22) an mindestens einer Erfassungsposition (24), welche von der Sendeposition (23) beabstandet ist. Ein Messsystem zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens.

Description

Messverfahren und Messsystem zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens. Ferner betrifft die Erfindung ein Messsystem zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens.
Durch offenkundige Vorbenutzung bekannt ist ein Messverfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens, bei welchem eine elektromagnetische Primärstrahlung an einer Messposition in den Gleisboden ausgestrahlt wird. Eine aus dem Gleisboden zurückgestrahlte Sekundär Strahlung wird an der Messposition erfasst. Nachteilig ist, dass das Messverfahren zeit- und kostenintensiv ist, insbesondere wenn eine hohe Messauflösung erforderlich ist. Ferner ist nachteilig, dass das Gleis ein Vordringen der elektromagnetischen Strahlung in den Gleisboden erschwert und die Messergebnisse beeinträchtigt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Messverfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens zu schaffen, welches insbesondere besonders robust, zeit- sowie kosteneffizient ausführbar ist und besonders präzise Messergebnisse bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde erkannt, dass das Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens besonders robust, zeit- und kosteneffizient im Betrieb ist, sowie besonders präzise Messergebnisse bereitstellt, wenn das Erfassen einer von der Primärstrahlung bewirkten und aus dem Gleisboden zurückgestrahlten Sekundär Strahlung an mindestens einer Erfassungsposi- tion erfolgt, welche von der Sendeposition beabstandet ist. Die beabstan- dete Anordnung liegt insbesondere vor zwischen der Erfassungsposition und derjenigen Sendeposition, an welcher die Primärstrahlung ausgestrahlt wird, welche die an der Erfassungsposition erfasste Sekundär Strahlung bewirkt. Die Erfassungsposition und die Sendeposition sind insbesondere nicht identisch. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung und das Erfassen der Sekundär Strahlung erfolgt insbesondere über unterschiedliche, insbesondere voneinander beabstandete, Antenne.
Zwischen der Sendeposition und der mindestens einen Erfassungsposition wird von der Primärstrahlung und der Sekundär Strahlung ein Strahlengang zurückgelegt. Die Primärstrahlung bildet einen ersten Teil dieses Strahlengangs zwischen der Sendeposition und einer Reflexionsposition. Die Sekundärstrahlung bildet den zweiten Teil des Strahlengangs zwischen der Reflexionsposition und der mindestens einen Erfassungsposition. Durch die beabstandete Anordnung der mindestens einen Erfassungsposition von der Sendeposition liegen der erste und zweite Teil des Strahlengangs unterschiedliche Wege zurück. Insbesondere sind der erste und der zweite Teil des Strahlengangs zumindest abschnittsweise schräg zueinander orientiert. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein Messhindemis umstrahlt werden kann. Insbesondere kann die Beschaffenheit des Gleisbodens in einer Reflexionsposition bestimmt werden, welche vertikal unterhalb eines Messhindemis- ses angeordnet ist. Ein derartiges Messhindemis für die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder Sekundär Strahlung stellt beispielsweise das Gleis, insbesondere dessen Gleisbestandteile, dar. Das Messverfahren ermöglicht das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in einem Bereich, der insbesondere in vertikaler Richtung, hinter einem Messhindernis liegt. Der Gleisboden umfasst vorzugsweise das Gleisbett, insbesondere ein Schotterbett und/oder den Unterbau, insbesondere eine Planumschutzschicht und/oder ein Planum, und/oder einen Untergrund, insbesondere besteht der Gleisboden daraus. Unter dem Gleisboden kann insbesondere das Fundament des Gleises verstanden werden.
Das Gleis kann Gleisschienen und/oder Gleisschwellen aufweisen. Das Gleis liegt vorzugsweise auf dem Gleisboden auf.
Ein Bahnkörper umfasst vorzugsweise den Unterbau und einen Oberbau. Der Oberbau kann das Gleis und das Gleisbett umfassen.
Der Gleisboden weist vorzugsweise mehrere Schichten auf, die sich hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften unterscheiden, insbesondere bezüglich ihrer Interaktion mit der elektromagnetischen Strahlung und/oder bezüglich ihrer stofflichen Zusammensetzung und/oder bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit und/oder bezüglich ihrer Dielektrizitätskonstante. Derartige Schichten sind beispielsweise ausgebildet durch das Gleisbett, die Planumschutzschicht, das Planum und den Untergrund, insbesondere in dieser vertikalen Reihenfolge, von oben nach unten. Zwischen den Schichten bestehen vorzugsweise Schichtgrenzen, über die hinweg vorzugsweise eine sprunghafte Änderung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstante, vorliegen kann. An derartigen Schichtgrenzen wird die Primärstrahlung zumindest anteilig reflektiert.
Die elektromagnetische Primärstrahlung wird vorzugsweise in einer Sendeeinheit erzeugt. An einer Sendeposition der Sendeeinheit wird die Primär- Strahlung in den Gleisboden ausgestrahlt. Die Primärstrahlung ist vorzugsweise derart beschaffen, dass diese an den zu detektierenden Schichtgrenzen reflektiert wird und/oder ein zwischen der Sendeposition und der jeweiligen Schichtgrenze vorliegendes Medium möglichst energieeffizient, insbesondere verlustarm, durchdringt. Hierzu kann die elektromagnetische Primärstrahlung mindestens eine, insbesondere mehrere, Sendefrequenzen aufweisen. Die Sendefrequenz liegt vorzugsweise in einem Bereich von
1 kHz bis 100 GHz, insbesondere von 100 kHz bis 10 GHz, insbesondere von 1 MHz bis 5000 MHz, insbesondere von 100 MHz bis 2000 MHz, insbesondere von 200 MHz bis 1000 MHz, insbesondere von 400 MHz bis 600 MHz. Eine derartige Sendefrequenz gewährleistet eine hohe Messauflösung und/oder das Eindringen der Primärstrahlung in eine groß Tiefe des Gleisbodens, insbesondere bis in den Untergrund.
Vorzugsweise ist die Primärstrahlung eine Radarstrahlung, insbesondere eine Radarstrahlung für ein Georadar. Die Primärstrahlung kann dazu ausgebildet sein, in ein lichtundurchlässiges Objekt, insbesondere in den Gleisboden, insbesondere in den Gleisschotter, einzudringen, insbesondere dieses zu durchdringen. Die Eindringtiefe, insbesondere bemessen von einer Oberfläche des lichtundurchlässigen Objekts, beträgt vorzugsweise mindestens 0, 1 m, insbesondere mindestens 1 m, insbesondere mindestens
2 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, und/oder maximal 100 m, insbesondere maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m.
Die Primärstrahlung kann insbesondere zum Bestimmen der Beschaffenheit im Inneren des Gleisbodens, insbesondere unterhalb der Gleisboden- oberfläche, insbesondere mindestens 0, 1 m, insbesondere mindestens 1 m, insbesondere mindestens 2 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, und/oder maximal 100 m, insbesondere maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m, unterhalb der Gleisbodenoberfläche, ausgebildet sein.
Die Sekundär Strahlung kann im Wesentlichen wie die Primärstrahlung beschaffen sein, insbesondere in einem vergleichbaren, insbesondere demselben, Frequenzbereich liegen. Vorzugsweise ist die Sekundär Strahlung eine Radarstrahlung, insbesondere eine Radarstrahlung für ein Georadar.
Die Primärstrahlung ist vorzugsweise kegelförmig, insbesondere mit elliptischer Grundfläche, insbesondere mit kreisförmiger Grundfläche oder nicht-kreisförmiger Grundfläche, oder mit polygoner Grundfläche, insbesondere mit viereckiger Grundfläche, insbesondere mit rechteckförmiger Grundfläche, insbesondere mit quadratischer Grundfläche oder mit nichtquadratischer Grundfläche. Unter der Grundfläche kann auch eine Quer- schnittsfläche der Primärstrahlung verstanden werden. Ein Seitenverhältnis der Grundfläche des Strahlkegels der Primärstrahlung beträgt vorzugsweise mindestens 1,2, insbesondere mindestens 1,5, insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 2,5, insbesondere mindestens 3, und/oder maximal 5, insbesondere maximal 3. Hierdurch kann das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens besonders energieeffizient erfolgen. Insbesondere kann die mittels der Primärstrahlung bewirkte Sekundär Strahlung besonders präzise in Richtung der mindestens einen Erfassungsposition ausgerichtet werden.
Ein Zentralstrahl der Primärstrahlung verläuft auf der Mittellängsachse des Primärstrahls, insbesondere des kegelförmigen Primärstrahls. Der Zentralstrahl kann vertikal orientiert sein. Vorzugsweise ist der Zentralstrahl schräg zur Vertikalrichtung orientiert, insbesondere aus der Vertikalrichtung um eine Schienenlängsrichtung und/oder um eine Schienenquerrichtung geneigt. Unter der Schienenquerrichtung wird im Allgemeinen vorzugsweise die horizontale Schienenquerrichtung verstanden. Vorzugsweise ist der Zentralstrahl in Richtung der mindestens einen Erfassungsposition geneigt zu der Vertikalachse orientiert. Ein Ab strahl winkel zur Vertikalrichtung, insbesondere um die Schienenlängsrichtung und/oder die Schienenquerrichtung, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1° bis 45°, insbesondere von 2° bis 20°, insbesondere von 3° bis 10°. Das Messverfahren ist hierdurch besonders energieeffizient im Betrieb.
Eine maximale Messtiefe, bis zu der eine Schichtgrenze, insbesondere zwischen dem Planum und dem Untergrund, detektierbar ist, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 m bis 50 m, insbesondere von 2 m bis 20 m, insbesondere von 5 m bis 10 m. Hierdurch ist das Messverfahren besonders flexibel einsetzbar.
Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens kann das Bestimmen der Integrität einer Schicht und/oder einer Schichtgrenze umfassen. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob eine Schicht, insbesondere die Planumschutzschicht, und/oder eine Schichtgrenze im Wesentlichen bestimmungsgemäß, insbesondere im Wesentlichen eben, vorliegt oder, ob sie unsachgemäß vorliegt, insbesondere aufgrund von Setzvorgängen und/oder Auswaschung und/oder aufgrund von Baumängeln. Eine Gefährdung der Betriebssicherheit der Bahnanlage kann somit zuverlässig vermieden werden.
Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens kann insbesondere umfassen das Bestimmen von Schichtdicken und/oder eines Feuchtegehalts und/oder einer Verschmutzung und/oder von Geometrieabweichungen, des Gleisbodens, insbesondere von Einzelschichten, insbesondere gegenüber einem Sollwert. Insbesondere kann die Beschaffenheit des Gleisbetts, insbesondere des Schotterbetts, bestimmt werden, insbesondere welcher Verdichtung szustand vorliegt, insbesondere ob das Schotterbett die erforderliche Dichte aufweist und/oder ob es Hohlräume, insbesondere unter den Gleisschwellen, aufweist. Derartige Hohlräume sind durch die beabstan- dete Anordnung der mindestens einen Erfassungsposition von der Sendeposition besonders zuverlässig detektierbar.
Die mindestens eine Erfassungsposition ist von der Sendeposition vorzugsweise in einer Horizontalrichtung beabstandet. Die mindestens eine Erfassungseinrichtung kann in einer Vertikalrichtung beabstandet von der Sendeposition angeordnet sein. Die horizontale Beabstandung der mindestens einen Erfassungsposition von der Sendeposition gewährleistet, dass die Beschaffenheit des Gleisbodens in einem Bereich unterhalb eines Messhin- demisses, insbesondere des Gleises, bestimmbar ist. Abweichungen von einer bestimmungsgemäßen Beschaffenheit, insbesondere von einem Sollwert der Beschaffenheit, insbesondere Inhomogenitäten, Dichteunterschiede, insbesondere Hohlräume, können hierdurch in einem Bereich vertikal unterhalb des Gleises, insbesondere eines Gleisbestandteils, zuverlässig erfasst werden.
Unter der Sekundär Strahlung wird die aus dem Gleisboden zurückgestrahlte und von der Primärstrahlung bewirkte elektromagnetische Strahlung verstanden. Die Sekundär Strahlung wird an der mindestens einen Erfassungsposition, insbesondere mittels mindestens einer Empfangseinheit erfasst. Erfasst werden kann die Amplitude und/oder die Frequenz und/o- der der zeitliche Verlauf der Sekundär Strahlung und/oder die Laufzeit zwischen dem Ausstrahlen der Primärstrahlung und dem Erfassen der Sekundärstrahlung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die mindestens eine Erfassungsposition derart von der Sendeposition beabstandet sein, dass der von der Primärstrahlung und der Sekundär Strahlung zwischen der Sendeposition und der Erfassungsposition zurückgelegte Strahlengang einen Gleisbestandteil, insbesondere mindestens eine Gleisschiene und/oder mindestens eine Gleisschwelle, insbesondere zusammen mit einer Geraden zwischen der Sendeposition und der Erfassungsposition, zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umschließt.
Vorzugsweise wird, insbesondere mittels mindestens einer Empfangseinheit, ein mit der Primärstrahlung korrelierendes Messsignal erzeugt. Anhand des Messsignals kann, insbesondere mittels einer Steuereinheit die Beschaffenheit des Gleisbodens bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird, insbesondere mittels einer Fahrsteuerung und/oder einer Positionserfassungseinheit, insbesondere einem Satellitennavigationsmodul, insbesondere einem GPS-Modul, die Messposition bestimmt, an welcher das Messverfahren ausgeführt wird, insbesondere an der die Beschaffenheit des Gleisbodens bestimmt wird.
Vorzugsweise wird ein mit der Messposition korrelierendes Positionssignal bestimmt. Das Positionssignal kann zusammen mit dem Messsignal, insbesondere mittels der Steuereinheit, insbesondere auf einer Speichereinheit, abgespeichert werden.
Vorzugsweise werden die mindestens eine Sendeposition und die mindestens eine Erfassungsposition relativ zu dem Gleis, insbesondere entlang der Schienenläng srichtung verlagert. Das Verlagern erfolgt vorzugsweise kontinuierlich während des Ausstiahlens der Primärstiahlung und/oder während des Erfassens der Sekundär Strahlung. Alternativ kann das Verlagern schrittweise erfolgen, wobei während des Ausstrahlens der Primärstrahlung und/oder während des Erfassens der Sekundär Strahlung das Verlagern gestoppt ist.
Die Sendeposition kann durch eine Sendeeinheit bestimmt sein und/oder die Erfassungsposition kann durch eine Empfangseinheit bestimmt sein. Die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit können Bestandteile einer Messvorrichtung sein. Das Verlagern der mindestens einen Sendeposition und/oder der mindestens einen Erfassungsposition, insbesondere der Messvorrichtung, entlang der Schienenlängsrichtung kann mittels eines Fahrwagens erfolgen, an dem die Messvorrichtung vorzugsweise angebracht ist.
Ein Messverfahren nach Anspruch 2 ermöglicht das Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens in besonders umfassender Weise und ist besonders flexibel einsetzbar. Die von dem Strahlengang zwischen der Sendeposition und der Erfassungsposition aufgespannte Fläche ist vorzugsweise die kleinste konvexe Einhüllende dieses Strahlengangs. Die Fläche ist vorzugsweise eben ausgebildet und/oder im Wesentlichen vertikal orientiert. Unter der im Wesentlichen vertikalen Orientierung wird vorzugsweise verstanden, dass ein Winkel zur Vertikalrichtung maximal 10°, insbesondere maximal 5°, insbesondere maximal 2°, beträgt. Der Gleisbestandteil wird von der Fläche vorzugsweise vollständig geschnitten. Insbesondere kann der Gleisbestandteil die Fläche durchdringen. Der Gleisbestandteil kann von der Fläche vollständig umschlossen sein. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass der das Messhindemis bildende Gleisbestandteil umstrahlt werden kann. Insbesondere kann die Beschaffenheit des Gleisbodens in einem Bereich bestimmt werden, welcher bezüglich der Sendeposition und der Erfassungsposition hinter dem ein Messhindemis bildenden Gleisbestandteil angeordnet ist.
Ein Messverfahren nach Anspruch 3 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders präziser Weise. Ein als Gleisschwelle und/oder als Gleisschiene ausgebildeter Gleisbestandteil bildet üblicherweise ein besonders starkes Messhindemis. Die Beschaffenheit des Bereichs hinter diesen Gleisbestandteilen, insbesondere vertikal unterhalb dieser Gleisbestandteile, insbesondere der Gleisschwellen, hat für die Betriebssicherheit des Bahnkörpers eine besondere Bedeutung. Die Anordnung der mindestens einen Erfassungsposition derart beabstandet von der Sendeposition, dass die von dem Strahlengang aufgespannte Fläche den Gleisbestandteil schneidet, insbesondere vollständig schneidet, ermöglicht das Bestimmen der Beschaffenheit insbesondere dieses Bereichs des Gleisbodens. Das Bestimmen der Beschaffenheit des Bereichs vertikal unterhalb des mindestens einen Gleisbestandteils erweitert den Einsatzbereich des Messverfahrens und gewährleistet das Prüfen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders umfangreicher und zuverlässiger Weise.
Ein Messverfahren nach Anspmch 4 ist besonders flexibel einsetzbar und gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders umfassender Weise. Vorzugsweise sind die mindestens eine Erfassungsposition und die Sendeposition in der Orthogonalprojektion auf die Horizontalebene einander gegenüberliegend zu dem Gleisbestandteil angeordnet. Die Sendeposition und die Erfassungsposition überlappen den Gleisbestandteil in der Orthogonalprojektion auf die Horizontalebene vorzugsweise nicht, insbesondere sind diese beabstandet zu dem Gleisbestandteil angeordnet. In der Orthogonalprojektion auf die Horizontalebene liegt ein Verhältnis des Abstands zwischen der Erfassungsposition und der Sendeposition und der Erstreckung des Gleisbestandteils entlang der Verbindungslinie zwischen der Erfassungsposition und der Sendeposition vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10, insbesondere von 1,2 bis 5, insbesondere von 1,5 bis 2. Hierdurch kann die Beschaffenheit des Gleisbodens in einem Bereich vertikal unterhalb des Gleisbestandteils besonders zuverlässig bestimmt werden.
Ein Messverfahren nach Anspruch 5 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders zeit-, kosteneffizienter und umfassender Weise. Vorzugsweise wird die von der, insbesondere an einer einzigen Sendeposition ausgestrahlten, Primärstrahlung bewirkte Sekundärstrahlung, insbesondere zeitgleich, an mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens 12, insbesondere mindestens 15, insbesondere mindestens 20, und/oder maximal 50, insbesondere maximal 30, insbesondere maximal 20, Erfassungspositionen erfasst. Insbesondere wird an den mindestens zwei Erfassungspositionen eine von derselben Primärstrahlung bewirkte Sekundär Strahlung erfasst. Zum Ausbilden der mehreren Erfassungspositionen kann jeweils eine Empfangseinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise sind sämtliche Empfangseinheiten separat voneinander ausgebildet. Jede Empfangseinheit kann ein eigenes Gehäuse und/oder eine eigene Antenne zum Erfassen der Sekundärstrahlung aufweisen. Die mindestens zwei Erfassungspositionen, insbesondere die Empfangseinheiten, können in derselben Horizontalebene ange- ordnet sein oder vertikal voneinander beabstandet angeordnet sein. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit zum zeitgleichen Auslesen eines von den mindestens zwei Empfangseinheiten bereitgestellten Messsignals ausgebildet.
Ein Messverfahren nach Anspruch 6 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders zeit- und kosteneffizienter und präziser Weise. Die Rasterform erstreckt sich vorzugsweise entlang einer ersten Raumrichtung und entlang einer zweiten Raumrichtung, die zu der ersten Raumrichtung orthogonal orientiert ist. Die erste Raumrichtung kann parallel zu der Schienenlängsrichtung orientiert sein. Die zweite Raumrichtung kann parallel zu der Schienenquerrichtung orientiert sein. Entlang der ersten Raumrichtung und/oder in entlang der zweiten Raumrichtung erfolgt das Erfassen der Sekundär Strahlung vorzugsweise an mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, und/oder maximal 30, insbesondere maximal 20, insbesondere maximal 15, Erfassungspositionen. Vorzugsweise ist für jede Erfassungsposition eine Sendeposition vorgesehen. An jeder Erfassungsposition kann eine Sendeposition vorgesehen sein. Vorteilhaft wird durch die rasterförmige Anordnung der Erfassungspositionen gewährleistet, dass eine Messauflösung zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens besonders groß ist.
Ein Messverfahren nach Anspruch 7 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders zuverlässiger Weise. Durch die Anordnung der mindestens zwei Erfassungspositionen, insbesondere benachbarter Erfassungspositionen, in einem Messabstand entlang der Schienenlängsrichtung, welcher von einem Gleisschwellenabstand benachbarter Gleisschwellen unterschiedlich ist, kann die Beschaffenheit des Gleisbodens besonders umfassend ermittelt werden. Insbesondere kann hierdurch vermieden werden, dass der Strahlengang zwischen der mindestens einen Erfassungsposition und der Sendeposition beim Verlagern der Messvorrichtung entlang der Schienenlängsrichtung aufgrund der durch die Gleisschwellen gebildeten Messhindemisse regelmäßig unterbrochen wird. Messlücken sind somit vermeidbar. Vorzugsweise ist der Messabstand zwischen benachbarten Erfassungspositionen, insbesondere entlang der Schienenlängsrichtung und/oder entlang der Schienenquerrichtung, einstellbar, insbesondere manuell und/oder automatisiert, insbesondere motorisch angetrieben, einstellbar. Vorzugsweise ist der Messabstand entlang der Schienenlängsrichtung und/oder entlang der Schienenquerrichtung derart einstellbar, dass die Beschaffenheit des Gleisbodens entlang der Schienenlängsrichtung, insbesondere in einer Draufsicht im Bereich der Gleisschwellen, zu mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95 %, bestimmbar ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann zwischen benachbarten Sendepositionen und/oder Erfassungspositionen jeweils der gleiche Messabstand vorliegen. Zumindest zwei Messabstände zwischen benachbarten Sendepositionen und/oder Erfassungspositionen können unterschiedliche sein.
Ein Messverfahren nach Anspruch 8 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders umfassender Weise. Ein Verhältnis zwischen dem horizontalen Messabstand und der Horizontalerstreckung des Gleisbestandteils in der Vertikalebene durch die Sendeposition und die Erfassungsposition liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10, insbesondere in einem Bereich von 2 bis 5. Ein Messverfahren nach Anspruch 9 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders zuverlässiger und umfassender Weise. Der horizontale Messabstand zwischen der mindestens einen Erfassungsposition und der mindestens einen Sendeposition liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0, 1 m bis 5 m, insbesondere in einem Bereich 0,2 m bis 4 m, insbesondere in einem Bereich von 0,3 m bis 3 m, insbesondere in einem Bereich von 0,4 m bis 2 m, insbesondere in einem Bereich von 0,5 m bis 1 m. Der Messabstand beträgt vorzugsweise mindestens 100 %, insbesondere mindestens 150 %, insbesondere mindestens 200 %, insbesondere mindestens 300 %, einer Gleisschienenbreite und/oder einer Gleisschwellenbreite und/oder einer Gleisschwellenlänge und/oder einer Spurbreite des Gleises.
Ein Messverfahren nach Anspruch 10 gewährleistet eine besonders hohe Messauflösung. Die mindestens zwei Sendepositionen sind vorzugsweise, insbesondere in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung, insbesondere ausschließlich in horizontaler Richtung, beabstandet zueinander angeordnet. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung erfolgt vorzugsweise an mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, und/oder maximal 30, insbesondere maximal 20, insbesondere maximal 15, Sendepositionen. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung an den mindestens zwei Sendepositionen kann gleichzeitig erfolgen. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Sendepositionen, insbesondere mindestens vier der Sendepositionen, rasterförmig angeordnet. Die rasterförmige Anordnung kann entsprechend der vorstehend beschriebenen rasterförmigen Anordnung der Erfassungspositionen ausgebildet sein. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind jeweils eine Sendeposition und eine Erfassungsposition, insbesondere jeweils eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit, in einem Messmodul kombiniert. Das Messmodul kann ein eigenes Gehäuse aufweisen. Einzelne Messmodule sind vorzugsweise unabhängig voneinander ausgebildet, insbesondere unabhängig voneinander an einer Trageinrichtung montierbar, und/oder beabstandet voneinander angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die mindestens eine Sendeposition und/oder die mindestens eine Erfassungsposition starr zueinander angeordnet oder relativ zueinander, insbesondere händisch oder motorisch angetrieben, verlagerbar. Auch die mehreren Sendepositionen untereinander und/oder die mehreren Erfassungspositionen untereinander können entsprechend starr zueinander oder zueinander verlagert angeordnet sein. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Anordnung der mindestens einen Sendeposition und/oder der mindestens einen Erfassungsposition flexibel an die jeweilige Beschaffenheit des Gleises und/oder des Gleisbodens angepasst werden kann.
Ein Messverfahren nach Anspruch 11 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens mit einer besonders hohen Messauflösung. Beim sequentiellen Ausstrahlen der Primärstrahlung erfolgt das Ausstrahlen der Primärstrahlung an den mindestens zwei Sendepositionen nacheinander, insbesondere zeitlich überlappungsfrei. Hierdurch ist die Sendeposition der einer erfassten Sekundär Strahlung zugrundeliegenden Primärstrahlung stets genau bekannt. Die Beschaffenheit des Gleisbodens kann besonders präzise bestimmt werden. Vorzugsweise wird über sämtliche der Sendepositionen in jeweils einzelnen Messschritten nacheinander die Primärstrahlung ausgestrahlt. Innerhalb eines Messzyklus wird vorzugsweise an jeder Sendeposition in jeweils einem Messschritt die Primärstrahlung ausgestrahlt. Die von der Primärstrahlung bewirkte Sekundär Strahlung wird vorzugsweise, insbesondere in jedem Messschritt, an der mindestens einen, insbesondere an mindestens zwei, insbesondere an mindestens fünf, insbesondere an sämtlichen, der Erfassungspositionen erfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Messsystem zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens zu schaffen, welches insbesondere besonders robust, zeit- und kosteneffizient im Betrieb ist sowie besonders präzise Messergebnisse bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Vorteile des Messsystems entsprechen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Messverfahrens. Vorzugsweise ist das Messsystem mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Messverfahren beschrieben sind. Durch die Anordnung der Messvorrichtung an dem Fahrwagen ist die Position der mindestens einen Sendeeinheit und der mindestens einen Empfangseinheit an dem Gleisboden besonders präzise festlegbar und/oder bestimmbar und/oder veränderbar. Die Messvorrichtung ist insbesondere besonders zeit- und kosteneffizient entlang des Gleises verlagerbar. Das Messsystem gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in effizienter und zuverlässiger Weise. Hierdurch wird insbesondere die Betriebssicherheit eines damit geprüften Streckenabschnitts erhöht.
Die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit sind vorzugsweise als separate Einheiten, insbesondere mit jeweils ei- nem eigenen Gehäuse, ausgebildet. Je eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit zu einem Messmodul integriert sein, insbesondere in demselben Gehäuse angeordnet sein.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Sendeeinheit, insbesondere sind sämtliche Sendeeinheiten, zum Aus strahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet, insbesondere zum Ausstrahlen einer Radarstrahlung, insbesondere einer Radarstrahlung eines Georadars. Die mindestens eine Empfangseinheit, insbesondere sämtliche Empfangseinheiten, können zum Erfassen einer Sekundär Strahlung gemäß der vorstehenden Beschreibung, insbesondere einer Radarstrahlung, insbesondere eines Georadars, und/oder gemäß der Primärstrahlung, ausgebildet sein. Vorzugsweise bildet die Messvorrichtung einen Radarscanner, insbesondere einen Geo-Radarscanner, mit mindestens einer Sende- und/oder Empfangseinheit.
Die Messvorrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, die Beschaffenheit im Inneren des Gleisbodens, insbesondere unterhalb der Gleisbodenoberfläche, insbesondere mindestens 0, 1 m, insbesondere mindestens 1 m, insbesondere mindestens 2 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, und/oder maximal 100 m, insbesondere maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m, unterhalb der Gleisbodenoberfläche, zu bestimmen.
Die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit können mittels einer Trageinrichtung an dem Fahrwagen angebracht sein. Die Trageinrichtung kann zum vertikalen und/oder horizontalen verlagern der Messvorrichtung relativ zu dem Fahrwagen, insbesondere in Schienenlängsrichtung und/oder in Schienenquerrichtung, ausgebildet sein. Die mindestens eine Sendeeinheit und/oder die mindestens eine Empfangseinheit können mittels der Trageinrichtung relativ zueinander starr und/oder relativ zueinander verlagerbar verbunden sein. Die Trageinrichtung kann zum händischen und/oder motorisch angetriebenen Verlagern der Messvorrichtung relativ zu dem Fahrwagen und/oder der mindestens einen Sendeeinheit und/oder der mindestens einen Empfangseinheit relativ zueinander ausgebildet sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist jeweils eine Sendeeinheit mit einer Empfangseinheit derart kombiniert, dass das Ausstrahlen der Primärstrahlung und das Erfassen der Sekundär Strahlung über dieselbe Antenne erfolgt. Jede der Sendeeinheiten und/oder jede der Empfangseinheiten können eine eigene Antenne aufweisen.
Der Fahrwagen kann einen Fahrmotor zum Verlagern des Messsystems entlang des Gleises aufweisen. Alternativ kann der Fahrwagen motorlos, insbesondere als Anhänger, ausgebildet sein. Der Fahrwagen kann als Mehrwegefahrzeug, insbesondere zum Befahren von Schienen und Straßen, ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist an dem Fahrwagen eine Gleisbearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Gleisreinigungsvorrichtung und/oder ein Hebeaggregat und/oder ein Richtaggregat und/oder ein Stopfaggregat und/oder ein Schweißaggregat und/oder ein Schraubaggregat, angebracht. Das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens kann somit in Kombination mit der Gleisbearbeitung erfolgen. Hierdurch ist das Messsystem besonders zeit- und kosteneffizient betreibbar. Die Messvorrichtung kann eine einzige Sendeeinheit und/oder eine einzige Messeinheit aufweisen. Das Messsystem ist hierdurch besonders kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb.
Die Messvorrichtung weist vorzugsweise eine Steuereinheit zum Ausfuhren des vorstehend beschriebenen Messverfahrens auf. Die Steuereinheit kann zum Aufzeichnen eines Messsignals von der mindestens einen Sendeposition ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann zum Aktivieren und/oder Deaktivieren des Ausstrahlens der Primärstrahlung mittels der mindestens einen Sendeeinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Steuereinheit zum Aufzeichnen eines Positionssignals ausgebildet.
Die Messvorrichtung kann eine Positionserfassungseinheit, insbesondere ein Satellitennavigationsmodul, insbesondere ein GPS-Modul, aufweisen. Die Positionserfassungseinheit ist vorzugsweise zum Bereitstellen des Positionssignals an der Steuereinheit ausgebildet.
Vorzugsweise sind die mindestens eine Sendeeinheit und die mindestens eine Empfangseinheit, insbesondere sämtliche Sendeeinheiten und/oder sämtliche Empfangseinheiten, in derselben Horizontalebene angeordnet. Die Beabstandung der mindestens einen Sendeeinheit von der mindestens einen Empfangseinheit liegt vorzugsweise in vertikaler und/oder horizontaler Richtung, insbesondere ausschließlich in horizontaler Richtung, vor.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die mindestens eine Sendeeinheit in einer Orthogonalprojektion auf eine Horizontalebene zwischen mindestens zwei Empfangseinheiten angeordnet. Ein Messsystem nach Anspruch 13 gewährleistet das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens in besonders zuverlässiger und umfassender Weise. Der Messabstand zwischen der mindestens einen Sendeposition und der mindestens einen Empfangsposition liegt vorzugsweise entlang der Schienenlängsrichtung und/oder entlang der Schienenquerrichtung vor. Der Messabstand kann fest vorgegeben, insbesondere nicht zerstörungsfrei veränderbar, oder einstellbar sein.
Ein Messsystem nach Anspruch 14 gewährleistet eine besonders hohe Messauflösung. Hinsichtlich der mindestens zwei Sendeeinheiten und/oder der mindestens zwei Empfangseinheit gilt vorzugsweise dasselbe, wie vorstehend in Zusammenhang mit den mindestens zwei Sendepositionen und/oder der mindestens zwei Empfangspositionen, insbesondere bezüglich des Messverfahrens, beschrieben.
Ein Messsystem nach Anspruch 15 gewährleistet eine nochmals höhere Messauflösung. Hinsichtlich der rasterförmigen Anordnung der mindestens einen Sendeeinheit und/oder der mindestens einen Empfangseinheit gilt das gleiche wie vorstehend in Zusammenhang mit der mindestens einen Sendeposition und/oder der mindestens einen Empfangsposition, insbesondere bezüglich des Messverfahrens, beschrieben.
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 Messsystems zum
Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens mit einem Fahrwagen zum Befahren von Gleisschienen und einer daran angebrachten Messvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in
Fig. 1, weiter in Detail, mit einer Sendeeinheit zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung in den Gleisboden und einer Empfangseinheit zum Erfassen einer von der Primärstrahlung bewirkten und aus dem Gleisboden zurückgestrahlten Sekundärstrahlung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in
Fig. 1, wobei die Messvorrichtung entlang einer horizontalen Ortogonalrichtung zu der Schienenlängsrichtung mehrere Sendeeinheiten und mehrere Empfangseinheiten aufweist,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in
Fig. 1 mit den zwischen einer aktiven Sendeeinheit und mehreren Empfangseinheiten zurückgelegten Strahlengängen gemäß einem ersten Messschritt,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in
Fig. 1 mit den zwischen einer aktiven Sendeeinheit und mehreren Empfangseinheiten zurückgelegten Strahlengängen gemäß einem zweiten Messschritt,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in
Fig. 1 mit den zwischen einer aktiven Sendeeinheit und mehreren Empfangseinheiten zurückgelegten Strahlengängen gemäß einem dritten Messschritt,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit mehreren, entlang der Schienenlängsrichtung beabstandeten Empfangseinheiten, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit mehreren, entlang einer horizontalen Schienenquerrichtung beabstandeten Sende- und Empfangseinheiten.
Anhand der Fig. 1 bis Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Messverfahrens und eines Messsystems 1 zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens 2 beschrieben. Das Messsystem 1 weist einen Fahrwagen 3 zum Befahren eines Gleises 4 auf. Das Gleis 4 umfasst Gleisschienen 5 und Gleisschwellen 6, insbesondere besteht es daraus. Ein Bahnkörper 7 umfasst, insbesondere in vertikaler Richtung nacheinander folgend von oben nach unten, einen Oberbau 8 und einen Unterbau 9, insbesondere besteht der Bahnkörper 7 daraus. Unterhalb des Bahnkörpers 7 erstreckt sich der Untergrund 10. Der Oberbau 8 weist das Gleis 4 und ein Gleisbett 11 auf. Das Gleisbett 11 kann als Schotterbett ausgebildet sein. Der Unterbau 9 umfasst eine Planumschutzschicht 12 und ein Planum 13.
Der Fahrwagen 3 weist einen Fahrmotor 14 zum Verlagern des Messsystems 1 entlang der Gleisschienen 5 auf. Ein Stromabnehmer 15 dient der Versorgung des Messsystems 1, insbesondere des Fahrmotors 14, mit elektrischer Energie von einer Oberleitung 16. Eine Fahrsteuerung 17 steuert die Bewegung des Fahrwagens 3 relativ zu dem Gleis 4, insbesondere die Zufuhr der elektrischen Energie zu dem Fahrmotor 14.
Das Messsystem 1 weist eine Messvorrichtung 18 auf. Die Messvorrichtung 18 ist an dem Fahrwagen 3 angebracht.
Die Messvorrichtung 18 umfasst mindestens eine Sendeeinheit 19, insbesondere vierzehn Sendeeinheiten 19, und mindestens eine Empfangseinheit 20, insbesondere vierzehn Empfangseinheiten 20. Die mindestens eine Sendeeinheit 19 ist zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung 21 in den Gleisboden 2 ausgebildet. Die Empfangseinheit 20 ist zum Erfassen einer von der Primärstrahlung 21 bewirkten und aus dem Gleisboden 2 zurückgestrahlten Sekundär Strahlung 22 ausgebildet. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 mittels der mindestens einen Sendeeinheit 19 erfolgt an einer Sendeposition 23. Die Sekundär Strahlung 22 wird mittels der Empfangseinheit 20 an einer Erfassungsposition 24 erfasst.
Die mindestens eine Sendeeinheit 19 und die mindestens eine Empfangseinheit 20 sind an einer Trageinrichtung 25 angebracht. Die Trageinrichtung 25 weist eine Führungseinheit 26 zum Verlagern der mindestens einen Sendeeinheit 19 und der mindestens einen Empfangseinheit 20 relativ zu dem Fahrwagen 3, insbesondere entlang der Vertikalrichtung 31, auf.
Ein Antrieb 27 der Trageinrichtung 25 ist zum Verlagern der mindestens einen Sendeeinheit 19 und der mindestens einen Empfangseinheit 20, insbesondere entlang der Vertikalrichtung 31, ausgebildet. Der Antrieb 27 umfasst hierzu einen Hydraulikzylinder. Vorzugsweise sind sämtliche der Sendeeinheiten 19 und/oder der Empfangseinheiten 20 starr, insbesondere mittels eines Verbindungsteils 28, miteinander verbunden.
Zum Steuern der mindestens einen Sendeeinheit 19 und der mindestens einen Empfangseinheit 20, insbesondere ferner des Antriebs 27, weist die Messvorrichtung 18 eine Steuereinheit 29 auf Die Steuereinheit 29 steht mit der mindestens einen Sendeeinheit 19 und der mindestens einen Empfangseinheit 20, insbesondere ferner mit dem Antrieb 27, in Signalverbindung.
Die Primärstrahlung 21 weist einen Zentralstrahl 30 auf. Der Zentralstrahl 30 fällt vorzugsweise mit einer Mittellängsachse der Primärstrahlung 21 zusammen. Der Zentralstrahl 30 kann zu einer Vertikalrichtung 31 einen Ab strahl winkel öi, 82 aufweisen. Insbesondere ist der Zentralstrahl 30 bezüglich einer Schienenquerrichtung 32 um den Ab strahl winkel 81 geneigt zu der Vertikalrichtung 31 orientiert. Bezüglich einer Schienenlängsrichtung 33 ist der Zentralstrahl 30 vorzugsweise um einen Ab strahl winkel 82 geneigt zu der Vertikalrichtung 31 orientiert. Vorzugsweise ist die Primärstrahlung 21 kegelförmig, insbesondere mit einer elliptischen, insbesondere kreisförmigen, oder polygonen, insbesondere viereckförmigen, insbesondere rechteckförmigen, Grundfläche und/oder Querschnittsfläche.
Ein Gleisschwellenabstand b zwischen zwei benachbarten Gleisschwellen 6, insbesondere in Schienenlängsrichtung 33, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,4 m bis 1,5 m, insbesondere in einem Bereich von 0,5 m bis 1 m, insbesondere in einem Bereich von 0,6 m bis 0,9 m. Ein Schienenab stand c, insbesondere die Spurweite, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 m bis 2 m, insbesondere in einem Bereich von 1 m bis 1,75 m, insbesondere in einem Bereich von 1,25 m bis 1,5 m.
Eine Messtiefe t, bis zu welcher die Sekundär Strahlung 22 empfangbar ist, beträgt vorzugsweise mindestens 1 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, und/oder maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m, insbesondere maximal 15 m.
Die mindestens eine Sendeeinheit 19 ist vorzugsweise zum Erzeugen von Primärstrahlung 21 mit einer Sendefrequenz f in einem Bereich von 1 MHz bis 5000 MHz, insbesondere von 100 MHz bis 2000 MHz, insbesondere von 200 MHz bis 1000 MHz, insbesondere von 300 MHz bis 600 MHz, ausgebildet.
Jeweils eine Sendeeinheit 19 und eine Empfangseinheit 20 sind zu einem Messmodul 34 kombiniert. Die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20 eines Messmoduls 34 sind in einen Modulgehäuse 35 angeordnet. Die einzelnen Messmodule 34 sind separat voneinander ausgebildet, insbesondere weisen diese separate Modulgehäuse 35 auf.
Die Messmodule 34 sind als monostatische Messmodule 34 ausgebildet. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 und das Erfassen der Sekundärstrahlung 22 erfolgt bei dem monostatischen Messmodul 34 über dieselbe Antenne. Alternativ kann das jeweilige Messmodul 34 als bistatisches Messmodul 34 ausgebildet sein. Bei einem bistatischen Messmodul 34 weisen die Sendeeinheit 19 und die Empfangseinheit 20 jeweils eigene Antennen auf. Zwischen der Sendeposition 23 und der Empfangsposition 24 benachbarter Messmodule 34 liegt ein, insbesondere horizontaler, Messabstand xi, X2 vor. Der horizontale Messabstand xi in Schienenquerrichtung 32 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0, 1 m bis 3 m, insbesondere von 0,2 m bis 2 m, insbesondere von 0,3 m bis 1 m, insbesondere von 0,4 m bis 0,8 m. Der horizontale Messabstand X2 in Schienenlängsrichtung 33 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0, 1 m bis 2 m, insbesondere von 0,2 m bis 1 m, insbesondere von 0,5 m bis 0,8 m.
Die mindestens eine Sendeeinheit 19 und die mindestens eine Empfangseinheit 20 sind im Wesentlichen in derselben Vertikalposition angeordnet. Alternativ kann die mindestens eine Sendeeinheit 19 und die mindestens eine Empfangseinheit 20 und/oder die mehreren Messmodule 34 vertikal beabstandet voneinander, insbesondere an dem Fahrwagen 3, angeordnet sein.
Mittels der Trageinrichtung 25 ist die Messvorrichtung 18 zwischen einer Messanordnung und einer Transportanordnung verlagerbar. In der Messanordnung sind die Sendeposition 23 und/oder die Erfassungsposition 24 vorzugsweise in einer vertikalen Messhöhe h zu einer Fahrebene 36 angeordnet. Die Fahrebene 36 ist bestimmt durch die Rollflächen der Gleisschienen 5. Eine positive Messhöhe h erstreckt sich ausgehend von der Fahrebene 36 in vertikaler Richtung nach oben. Die Messhöhe h liegt vorzugsweise in einem Bereich von -0, 1 m bis 0,5 m, insbesondere von 0 m bis 0,2 m. In der Transportanordnung sind die mindestens eine Sendeposition 23 und/oder die mindestens eine Erfassungsposition 24 vorzugsweise um 0,1 m bis 1,5 m, insbesondere um 0,2 m bis 1 m, insbesondere um 0,3 m bis 0,5 m, höher angeordnet als in der Messanordnung. Die Funktionsweise des Messsystems 1 zum Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens 2 ist wie folgt:
Der Fahrwagen 3 ist auf dem Gleis 4 angeordnet. Die Messvorrichtung 18 befindet sich in der Transportanordnung. Die Sendeeinheiten 19 und die Empfangseinheiten 20 sind deaktiviert.
Der Fahrwagen 3 wird mittels des von der Fahrsteuerung 17 angesteuerten Fahrmotors 14 in einen zu vermessenden Streckenabschnitt des Gleises 4 verlagert.
Die Messvorrichtung 18 wird in die Messanordnung verlagert. Mittels des Antriebs 27 werden die Sendeeinheiten 19 und die Empfangseinheiten 20 hierzu vertikal nach unten, in Richtung des Gleisbodens 2, verlagert. Die Vertikalbewegung erfolgt über eine Höhe in einem Bereich von 0, 1 m bis 1 m, insbesondere von 0,2 m bis 0,5 m. In der Messanordnung beträgt die Messhöhe h 0,05 m. In der Messanordnung weisen die Sendeeinheiten 19 und die Empfangseinheiten 20, insbesondere die Messmodule 34, jeweils dieselbe Messhöhe h zu der Fahrebene 36 auf.
Die Messmodule 34 sind rasterförmig angeordnet. Die Messvorrichtung 18 weist 2 x 7 = 14 der Messmodule 34 auf. Die Messmodule, insbesondere deren Sendepositionen 23 und deren Empfangspositionen 24, sind in derselben Horizontalebene angeordnet. Die geraden Rasterlinien, entlang derer die Messmodule 34, insbesondere die Sendepositionen 23 und die Erfassungspositionen 24, angeordnet sind, verlaufen gerade und parallel zu der Schienenquerrichtung 32 oder zu der Schienenlängsrichtung 33. Die Rasterform ist rechteckförmig. Entlang der parallel zur Schienenquerrichtung 32 verlaufenden Rasterlinie sind jeweils sieben Messmodule 34 in einer Reihe angeordnet. Entlang der parallel zur Schienenlängsrichtung 33 verlaufenden Rasterlinie sind jeweils zwei der Messmodule 34 in einer Reihe angeordnet.
Ein Rasterabstand zi zwischen einer Sendeeinheit 19 und einer in Schienenquerrichtung 32 dazu beabstandeten, benachbarten Empfangseinheit 20, insbesondere zwischen der Sendeposition 23 und der Erfassungsposition 24, beträgt 0,5 m. Ein Rasterabstand Z2 zwischen einer Sendeposition 23 und einer in Schienenlängsrichtung 33 dazu beabstandeten, benachbarten Empfangseinheit 20, insbesondere zwischen der Sendeposition 23 und der Erfassungsposition 24, beträgt 0,6 m. Insbesondere sind die Rasterab stände zi entlang der Schienenquerrichtung 32 zwischen allen Sendeeinheiten 19 und Empfangseinheiten 20 gleich. Alternativ kann der Rasterabstand zi entlang der Schienenquerrichtung 32 zwischen unterschiedlichen Sendeeinheiten 19 und Empfangseinheiten 20 unterschiedlich sein.
Vorzugsweise ist der Rasterbstand Z2 entlang der Schienenlängsrichtung 33 einstellbar, insbesondere abhängig von dem Gleisschwellenabstand b einstellbar. Das Einstellen des Rasterab stands Z2 in Schienenlängsrichtung 33 kann manuell oder automatisiert erfolgen. Hierzu kann die Trageinrichtung 25 eine händisch und/oder motorisch antreibbare Längs-Führungseinheit aufweisen.
Mittels der Steuereinheit 29 wird die Sendeeinheit 19 des ersten Messmoduls 34 in einem ersten Messschritt zum Ausstrahlen der elektromagnetischen Primärstrahlung 21 aktiviert. Das erste Messmodul 34 ist in dem aktivierten Zustand in den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Die Primärstrahlung 21 wird kegelförmig in den Gleisboden 2 ausgestrahlt. Ein Öffnung s winkel yi eines Strahlkegels der Primärstrahlung 21 um die Schienenquerrichtung 32 beträgt 30°. Ein Öffnung s winkel 72 des Strahlkegels der Primärstrahlung 21 um die Schienenlängsrichtung 33 beträgt 50°.
Die Sendefrequenz f der Primärstrahlung 21 beträgt 500 MHz. Hierdurch dringt die Primärstrahlung 21 besonders weit in den Gleisboden 2 ein. Insbesondere durchdringt die Primärstrahlung 21 das Gleisbett 11, den Unterbau 9 und dringt bis in den Untergrund 10 ein.
Zwischen dem Gleisbett 11 und der Planumschutzschicht 12 liegt eine Schichtgrenze 11a vor. Zwischen der Planumschutzschicht 12 und dem Planum 13 liegt eine Schichtgrenze 12a vor. Zwischen dem Planum 13 und dem Untergrund 10 liegt eine Schichtgrenze 13a vor. An derartigen Schichtgrenzen 1 la, 12a, 13a wird zumindest ein Teil der Primärstrahlung reflektiert. Die Reflexion an derartigen Schichtgrenzen 11a, 12a, 13a ist insbesondere bedingt durch die sprunghafte Änderung der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Dielektrizitätskonstante über die jeweilige Schichtgrenze 11a, 12a, 13a hinweg.
Die von der Primärstrahlung 21 bewirkte, reflektierte Strahlung wird als Sekundär Strahlung 22 bezeichnet. Die Sekundär Strahlung 22 wird zumindest teilweise nach oben aus dem Gleisboden 2 ausgestrahlt.
Die Sekundär Strahlung 22 wird an der mindestens einen Erfassungsposition 24, insbesondere mittels der mindestens einen Empfangseinheit 20, insbesondere an sämtlichen Erfassungspositionen 24 der Empfangseinheiten 20 aller Messmodule 34, empfangen. Mittels der Steuereinheit 29 wird ein Messsignal aufgezeichnet, das mit der von den Empfangseinheiten 20 empfangenen Sekundär Strahlung 22 korreliert.
Die Steuereinheit 29 zeichnet ein Positionssignal auf, welches mit der Position des Messsystems 1, insbesondere der Messvorrichtung 18, insbesondere entlang des Gleises 4, korreliert. Das Positionssignal erhält die Steuereinheit 29 von der Fahrsteuerung 17 und/oder von einer Positionserfassungseinheit 37. Die Positionserfassungseinheit 37 kann ein Satellitennavigationsmodul, insbesondere ein GPS-Modul, aufweisen.
Die Messabstände xi, X2 sind derart bestimmt, dass ein von der Primärstrahlung 21 und der Sekundär Strahlung 22 zwischen der Sendeposition 23 und der jeweiligen Erfassungsposition 24 zurückgelegte Strahlengang einen Gleisbestandteil, insbesondere eine Gleisschiene 5 und/oder eine Gleisschwelle 6, zusammen mit einer Geraden zwischen der Sendeposition 23 und der Erfassungsposition 24 umschließt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Beschaffenheit eines Bereichs des Gleisbodens 2 vertikal unterhalb des jeweiligen Gleisbestandteils 5, 6 bestimmbar ist.
Ein von der Primärstrahlung 21 und der Sekundär Strahlung 22 zwischen der Sendeposition 23 und der Erfassungsposition 24 zurückgelegter Strahlengang spannt eine Fläche A auf. Diese Fläche A ist bestimmt durch die kleinste konvexe Einhüllende des Strahlengangs. Alternativ kann die Fläche A bestimmt sein als die kleinste konvexe Einhüllende einer, insbesondere beliebig, linearen extrapolierten Verlängerung des Strahlengangs über die Sendeposition 23 und die Erfassungsposition 24 hinweg. Die Fläche A schneidet vorzugsweise mindestens einen der Gleisbestandteile 5, 6. Das Erfassen der Sekundär Strahlung 22 erfolgt an den Erfassungspositionen 24 jedes Messmoduls 34, insbesondere jeder Empfangseinheit 20. Mit anderen Worten wird in einem einzelnen Messschritt an einer einzigen Sendeposition 23 die Primärstrahlung 21 ausgestrahlt und an allen, insbesondere den vierzehn, Erfassungspositionen 24 wird die Sekundär Strahlung 22 erfasst. Hierdurch kann eine Mehrzahl von Messsignalen, die mit der Beschaffenheit des Gleisbodens 2 korrelieren, in einem einzelnen Messschritt erfasst werden.
Das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 erfolgt an den mehreren Sendepositionen 23 sequentiell. In einem nachfolgenden Messschritt erfolgt das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 hierzu an einer anderen, insbesondere der in Schienenquerrichtung 32 benachbarten, Sendeposition 23. Wiederum wird die Sekundärstrahlung 22 an sämtlichen Erfassungspositionen 24 erfasst. Die Steuereinheit 29 zeichnet die entsprechenden Messsignale und das zugehörige Positionssignal auf.
In den weiteren Messschritten wird über sämtliche der Sendepositionen 23 nacheinander die Primärstrahlung 21 ausgestrahlt, wobei jeweils an sämtlichen Erfassungspositionen 24 die Sekundär Strahlung 22 erfasst wird. Ein Messzyklus ist abgeschlossen, nachdem die Primärstrahlung 21 nacheinander an sämtlichen Sendepositionen 23 ausgestrahlt wurde. Ein Messzyklus umfasst vorliegend also 14 Messschritte.
In den Fig. 4 bis Fig. 6 sind die Strahlengänge zwischen einer Sendeposition 23 und den Erfassungspositionen 24 für drei der 14 Messschritte eines Messzyklus dargestellt. Mindestens ein Gleisbestandteil 5, 6 liegt vielfach vollständig innerhalb der von dem jeweiligen Strahlengang aufgespannten Fläche A. Die Beschaffenheit des Gleisbodens 2 in einem Bereich vertikal unterhalb des entsprechenden Gleisbestandteil 5, 6 ist durch die beabstan- dete Anordnung der jeweiligen Empfangseinheit 20 zu der Sendeeinheit 19 bestimmbar. Das Erfassen der Sekundär Strahlung 22 an mehreren Erfassungspositionen 24, insbesondere innerhalb eines einzigen Messschritts, insbesondere beim Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 an einer einzelnen Sendeposition 23, ermöglicht eine besonders präzise, insbesondere hoch aufgelöste, Bestimmung der Beschaffenheit des Gleisbodens 2.
Anhand der Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des Messsystems 1, insbesondere der Messvorrichtung 18, beschrieben. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist die Messvorrichtung 18 entlang der Schienenlängsrichtung 33 drei voneinander beabstandete Messmodul-Reihen von Messmodulen 34 auf. Die Messmodule 34 sind entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform rasterförmig, insbesondere rechteck-rasterförmig, angeordnet. Entlang der Schienenquerrichtung 32 weist jede Messmodul-Reihe sieben der Messmodule 34 auf.
Die Messmodule 34 der entlang der Schienenlängsrichtung 33 mittleren Messmodul-Reihe umfasst ausschließlich Sendeeinheiten 19. Die Messmodule 34 der beiden benachbarten, äußeren Messmodul-Reihen umfassen ausschließlich Empfangseinheiten 20.
Die Messabstände X2, i, X2, 2 zwischen der Sendeposition 23 und den entlang der Schienenlängsrichtung 33 benachbarten Erfassungspositionen 24 sind unterschiedlich. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Strahlengänge zwischen der Sendeposition 23 und der jeweiligen Erfassungsposition 24 unterschiedlich sind, insbesondere unterschiedliche Reflexionswin- kel a aufweisen. Gleisbestandteile 5, 6 können somit nochmals zuverlässiger umstrahlt werden. Die Beschaffenheit des Gleisbodens 2 kann mit einer besonders hohen Messauflösung bestimmt werden.
Im Unterschied zu der Funktionsweise des Messsystems 1, insbesondere der Messvorrichtung 18, gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die einzelnen Messschritte bestimmt durch das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 an jeweils einer der Sendepositionen 23 der entlang der Schienenlängsrichtung 33 mittleren Messmodul-Reihe der Messmodule 34. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 erfolgt wiederum sequentiell. Ein Messzyklus ist beendet, nachdem über sämtliche der sieben Sendepositionen 23 die Primärstrahlung 21 ausgebracht wurde.
Im Übrigen entsprechen das Messsystem 1, insbesondere die Messvorrichtung 18, und dessen Funktionsweise der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Anhand der Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform des Messsystems 1, insbesondere der Messvorrichtung 18, beschrieben. Im Unterschied zu der anhand der Fig. 1 bis Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform weist die Messvorrichtung 18 entlang der Schienenquerrichtung 32 fünf Messmodule 34 je Messmodul-Reihe auf. Entlang der Schienenlängsrichtung 33 umfasst die Messvorrichtung 18 zwei der Messmodul-Reihen. Es liegt eine rasterförmige, insbesondere rechteck-rasterförmige, Anordnung mit 2 x 5 = 10 Messmodulen 34 vor.
Im Übrigen entsprechen das Messsystem 1, insbesondere die Messvorrichtung 18, und dessen Funktionsweise der anhand der Fig. 1 bis Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform. Das vorstehend beschriebene Messverfahren und das zu dessen Ausführung ausgebildete Messsystem 1 ermöglichen das Bestimmen der Beschaffenheit des Gleisbodens 2 mit einer besonders hohen Messauflösung und in besonders zuverlässiger, sowie zeit- und kosteneffizienter Weise. Dadurch, dass die mindestens eine Erfassungsposition 24 beabstandet zu der mindestens einen Sendeposition 23 angeordnet ist, kann die Beschaffenheit des Gleisbodens 2 auch in einem Bereich vertikal unterhalb eines Gleisbestandteils 5, 6 bestimmt werden. Das Erfassen der Sekundär Strahlung 22 an mehreren der Erfassungspositionen 24 gewährleistet eine hohe Messauflösung in jedem einzelnen Messschritt. Das Ausstrahlen der Primärstrahlung 21 an unterschiedlichen Sendepositionen 23, insbesondere in unterschiedlichen Messschritten, verbessert nochmals die Messgenauigkeit, insbesondere die Messauflösung.

Claims

Patentansprüche
1. Messverfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens (2), aufweisend die Schritte:
1.1 Ausstrahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung (21) in den Gleisboden (2) an mindestens einer Sendeposition (23), und
1.2 Erfassen einer von der Primärstrahlung (21) bewirkten und aus dem Gleisboden (2) zurückgestrahlten Sekundär Strahlung (22) an mindestens einer Erfassungsposition (24), welche von der Sendeposition (23) der Primärstrahlung (21) beabstandet ist.
2. Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstrahlen und das Erfassen derart erfolgen, dass eine Fläche (A), welche von einem von der Primär Strahlung (21) und der Sekundärstrahlung (22) zwischen der Sendeposition (23) und der Erfassungsposition (24) zurückgelegten Strahlengang aufgespaimt ist, einen Gleisbestandteil (5, 6) schneidet.
3. Messverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstrahlen und das Erfassen derart erfolgen, dass die von dem Strahlengang aufgespaimte Fläche (A) einen als Gleisschiene (5) und/oder als Gleisschwelle (6) ausgebildeten Gleisbestandteil (5, 6) schneidet.
4. Messverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Positionieren der mindestens einen Sendeposition (23) und der mindestens einen Erfassungsposition (24) derart, dass in einer Orthogonalprojektion auf eine Horizontalebene der Gleisbestandteil (5, 6) zwischen der mindestens einen Sendeposition (23) und der mindestens einen Erfassungsposition (24) angeordnet ist.
5. Messverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der von der Primärstrahlung (21) bewirkten Sekundär Strahlung (22) an mindestens zwei Erfassungspositionen (24) erfolgt.
6. Messverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der von der Primärstrahlung (21) bewirkten Sekundär Strahlung (22) an mehreren, rasterförmig angeordneten Erfassungspositionen (24) erfolgt.
7. Messverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Erfassungspositionen (24) einen von einem Gleisschwellenabstand (b) unterschiedlichen Messabstand (X2) in Schienenlängsrichtung (33) zueinander aufweisen.
8. Messverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erfassungsposition (24) von der mindestens einen Sendeposition (23) in einem horizontalen Messabstand (xi, X2) angeordnet ist, welcher mindestens so groß ist wie die maximale Horizontalerstreckung des Gleisbestandteils (5, 6) in einer Vertikalebene durch die Erfassungsposition (24) und durch die Sendeposition (23).
9. Messverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erfassungsposition (24) von der mindestens einen Sendeposition (23) in einem horizontalen Messabstand (xi, X2) in einem Bereich von 0,1 m bis 5 m angeordnet ist.,
10. Messverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstrahlen der Primärstrahlung (21) an mindestens zwei Sendepositionen (23) erfolgt.
11. Messverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstrahlen der Primärstrahlung (21) an den mindestens zwei Sendepositionen (23) sequentiell erfolgt.
12. Messsystem (1) zum Bestimmen der Beschaffenheit eines Gleisbodens (2), aufweisend
12.1 einen Fahrwagen (3) zum Befahren von Gleisschienen (5), und
12.2 eine an dem Fahrwagen (3) angebrachte Messvorrichtung (18), mit
12.1.1 mindestens einer Sendeeinheit (19) zum Ausstrahlen einer elektromagnetischen Primärstrahlung (21) in den Gleisboden (2) an einer Sendeposition (23), und
12.1.2 mindestens einer Empfangseinheit (20) zum Erfassen einer von der Primärstrahlung (21) bewirkten und aus dem Gleisboden (2) zurückgestrahlten Sekundär Strahlung (22) an einer Erfassungsposition (24), dadurch gekennzeichnet, dass
12.3 die mindestens eine Erfassungsposition (24) von der mindestens einen Sendeposition (23) der Primärstrahlung (21) beabstandet ist.
13. Messsystem (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen horizontalen Messabstand (xi, X2) zwischen der mindestens einen Sendeposition (23) und der mindestens eine Empfangsposition (24) in einem Bereich von 0, 1 m bis 5 m. Messsystem (1) nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch mindestens zwei der Sendeeinheiten (19) und/oder der Empfangseinheiten (20). Messsystem (1) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine rasterförmige Anordnung der mindestens zwei Sendeeinheiten (19) und/oder der Empfangseinheiten (20).
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