[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Zustands
von Linienbauwerken, mit den Schritten: Abtasten des Linienbauwerks mittels einer
an einem Messfahrzeug befestigten Abtastvorrichtung, Übertragen und Speichern der
von der Abtastvorrichtung erfassten Daten zu bzw. in einer zentralen Datenspeichervorrichtung,
und Ermitteln der geographischen Position der Abtastvorrichtung entlang des Linienbauwerks
[0002] Unter einem Linienbauwerk wird in diesem Zusammenhang ein sich im Wesentlichen in
einer Länge, insbesondere einer Fahrtrichtung erstreckendes Bauwerk, wie beispielsweise
ein Gleisweg, eine Strasse, eine Brücke, ein Tunnel, ein Deich oder dergleichen verstanden.
[0003] Die Inspektion von Linienbauwerken wie beispielsweise Gleiswegen ist zur Sicherstellung
der Betriebssicherheit in der laufenden Nutzung und zur Qualitätsüberwachung nach
erfolgten Umbau- oder Reparaturmaßnahmen eine wichtige Messaufgabe. Unter Gleiswegen
sollen in diesem Zusammenhang die direkten Gleisanlagen, d.h. Schwellen, Schienen
und Schienenbefestigungselemente, der Gleisunterbau, in der Regel bestehend aus Schotterbett
und Planumssehutzschicht, sowie das darunter und seitlich liegende Bodenumfeld bzw.
Erdreich und bauliche oder natürliche Strukturen, die in das Profil des Gleisfahrwegs
hineinragen oder dazu benachbart sind, verstanden werden. Neben den üblichen, in zeitlich
regelmäßigen Abständen durchgeführten Inspektionsvorgängen, welche Verschleißerscheinungen
oder durch den Betrieb hervorgerufene Schädigungen aufdecken sollen, hat die Qualitätssicherung
nach Neubau oder Umbau eine erhebliche Bedeutung gewonnen.
[0004] Im Zuge der zunehmenden Beanspruchung von Gleiswegen durch hohe Fahrgeschwindigkeiten
der Züge und stark frequente Nutzung der Gleiswege wird es in naher Zukunft erforderlich
werden, die Zeitintervalle, in denen eine regelmäßige Inspektion durchgeführt wird,
erheblich zu verkürzen, um die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.
Aufgrund der durch höhere Achslasten und Fahrgeschwindigkeiten erheblich gestiegenen
Beanspruchungen der Gleiswege ist es erforderlich, bei der Inspektion von Gleiswegen
weitergehende Analysen durchzuführen, um sich abzeichnende Schädigungen im Gleis-
oder Schwellenbereich oder im Bereich des Gleisbettes oder Unterbaus erkennen und
beheben zu können, bevor diese eine starke Beschädigung des Gleiswegs verursachen
und folglich kostenintensive Reparaturen nach sich ziehen. Es ist aus wirtschaftlichen
Gründen wünschenswert, die Anzahl der Inspektionen zu verringern und die Inspektion
in einem kurzen Zeitraum durchzuführen, um den durch die Inspektion verursachten Nutzungsausfall
des Gleiswegs möglichst kurz zu halten.
[0005] Schließlich ist es für heutige und zukünftige Inspektionsaufgaben erforderlich, die
bei der Inspektion gewonnenen Ergebnisse möglichst schnell in einer solchen Weise
aufzubereiten, dass Schäden rasch erkannt und behoben werden können. Diese rasche
Erkennung und Zuordnung muss in einem weit verzweigten Streckennetz mit hoher Präzision
erfolgen können.
[0006] Aus
EP 1 420 113 A2 ist ein Messwagen bekannt, der über ein Gleis bewegt werden kann und an dem ein Laserscanner
montiert ist, mit dem das Bettungsprofil einer Schotterbettung eines Gleises abgetastet
werden kann, um überschüssigen oder fehlenden Schotter zu orten. Hierzu wird in diskreten
Abständen ein Querschnittprofil des Schotterbetts abgetastet und mit einem Soll-Querschnittsprofil
verglichen, um auf diese Weise Abweichungen des Ist-Werts vom Soll-Wert zu ermitteln.
Das Verfahren weist den Nachteil auf, dass nur eine oberflächliche Inspektion eines
einzelnen, die Qualität des Gleisweges beeinflussenden Faktors vorgenommen wird und
zudem die Auswertung der Daten im Zusammenhang mit dem integrierten Wegsensor aufwendig
ist und die nachträgliche Zuordnung von Schotterbettfehlem eine aufwendige nachträgliche
Datenverarbeitung erfordert.
[0007] Aus
JP 200 506 20 34 A ist ein Messverfahren zur Überprüfung der Höhe und des Verlaufs von Gleisen bekannt,
bei dem Prismen an den Gleisen befestigt werden und durch einen Laser abgetastet werden.
Das Verfahren weist den Nachteil auf, dass es zwar einzelne Streckenabschnitte, in
denen es installiert ist, zuverlässig inspizieren kann, jedoch eine schnelle Inspektion
über weite Streckenbereiche entweder zeitlich zu aufwendig oder zu kostenintensiv
ist aufgrund der erforderlichen aufwendigen Montage des Systems an den Schienen.
[0008] Aus
EP 1 120 493 A3 ist ein Verfahren zur Untersuchung des Zustands des Oberbaus von Schienenwegen bekannt,
bei dem durch Eindrücken eines Probenrohres in den Oberbau und eine Gammastrahlungsuntersuchung
die Dichte des Oberbaus schichtweise bestimmt wird. Das Verfahren weist den Nachteil
auf, dass es eine schnelle Untersuchung des Gleiswegs nicht ermöglicht und zudem nur
isolierte Parameter über den Zustand des Gleiswegs ermittelt.
[0009] Aus
WO 01/90738 A2 ist es bekannt, eine Wirbelstrom-Prüfsonde entlang einer Schiene zu führen und das
Signal der Sonde ortsabhängig aufzuzeichnen. Zur Ortsbestimmung wird eine GPS-Einheit
verwendet. Das Verfahren weist den Nachteil auf, dass es lediglich einen einzelnen
Parameter zur Bestimmung des Zustands einer Schiene erfasst und zudem nur Schäden
im oberflächennahen Bereich von verlegten Schienen und Weichenbauteilen detektiert
werden können.
[0010] Aus
DE 43 40 254 C2 ist schließlich ein Verfahren zur Erfassung des Zustandes des Oberbaus, Unterbaus
und Untergrundes von Eisenbahngleisen bekannt, bei dem mittels einer Sende- und Empfangsantenne
eines Georadarsystems der Untergrund unterhalb der Gleise erfasst wird. Das Verfahren
ermöglicht eine verhältnismäßig schnelle Analyse des Bodenbereichs unterhalb von Gleisen,
ist jedoch noch weiter verbesserungsfähig.
[0011] So besteht ein Bedarf für ein Verfahren, bei dem eine Analyse von Linienbauwerken
wie Gleiswegen, insbesondere des Gleisbetts und Bodenbereichs unterhalb und seitlich
des Gleises, möglich ist, ohne dass punktuelle Aufschlüsse erforderlich sind.
[0012] Weiterhin besteht ein Bedarf dahingehend, das Verfahren so weiterzubilden, dass eine
schnellere und präzisere Erfassung des Zustands des Linienbauwerks, insbesondere des
Unterbaus von Gleiswegen möglich ist.
[0013] Es besteht weiterhin ein Bedarf für ein Analyseverfahren für Linienbauwerke, bei
dem eine Zuordnung der Messdaten zu Ortungsdaten in präziserer Form erfolgen kann.
[0014] Weiterhin besteht ein Bedarf für ein Analyseverfahren für Linienbauwerke, bei dem
die gemessenen Daten solcherart aufbereitet werden, dass die geologischen Schichten
und etwaige, kritische geologische Strukturen sowie Fehlstellen im Gleisunterbau schneller
erfasst und zugeordnet werden können.
[0015] Weiterhin besteht ein Bedarf für ein Verfahren, welches in der Lage ist, die Betriebssicherheit
eines Linienbauwerks umfassend innerhalb eines kurzen Untersuchungszeitraums zu prüfen
und zu dokumentieren.
[0016] Diese Aufgaben werden gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung mit einem Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Abtastvorrichtung zumindest eine Sensorvorrichtung
umfasst, die mittels einer Antennenvorrichtung mit einen elektrischen Dipol eine elektromagnetische
Schwingung erzeugt, und die mittels eines Hohlleiters, dessen Querschnittsfläche sich
quer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Schwingung vom Dipol zu einer
Austrittsöffnung hin vergrößert, die elektromagnetische Schwingung an die Umgebungsluft
koppelt.
[0017] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zwar mit üblichen Radarantennen eine
Abbildung von Bereichen eines Linienbauwerks wie des Unterbaus von Gleiswegen möglich
ist, die Radarantenne hierzu jedoch möglichst nahe an die Oberfläche des Linienbauwerks,
wie des Gleisbetts herangeführt werden muss und selbst dann die Abbildungsqualität
für eine hochauflösende Analyse nicht ausreichend ist. Der geringe Abstand zwischen
Linienbauwerk, insbesondere Gleisbettoberfläche und Antenne verursacht jedoch erhebliche
Sicherheitsrisiken bei Kollision mit etwaigen Gegenständen im Bereich des Linienbauwerks.
Zudem ist es beispielsweise erforderlich, die Radarantenne im Bereich bestimmter Gleisanlagen,
beispielsweise Weichen oder Bahnübergängen, hoch zu setzen. Dies erfolgt nach dem
Stand der Technik durch manuelle Betätigung einer Hebevorrichtung, wodurch die Fahrtgeschwindigkeit
des Messzuges erheblich vermindert wird.
[0018] Indem man eine Antennenvorrichtung mit einem solchen Hohlleiter verwendet, kann der
Abstand zwischen Linienbauwerk, insbesondere Gleisbett und Antenne erhöht werden und
hierdurch einerseits eine Luftankopplung erreicht werden, wodurch größere Abstände
zwischen Antenne und Boden möglich werden und hierbei die Sicherheit der Vorrichtung
auch bei schnellen Fahrgeschwindigkeiten des Messwagens sichergestellt werden. Die
spezielle Antennenanordnung stellt einerseits eine ausgeprägte Richtcharakteristik
bereit, sodass die elektromagnetische Schwingung in einer Richtung mit einem geringen
Öffnungswinkel ausgesendet wird. Die erfindungsgemäße Antennenvorflchtung kann eine
oder mehrere solcher Antennenvorrichtungen mit Hohlleiter aufweisen: Die Antennenvorrichtungen
können senkrecht in Richtung des Bodens abstrahlen oder gegenüber der Senkrechten
geneigt sind, um in einer schrägen Richtung in den Boden hinein zu messen, beispielsweise
um von seitlich unterhalb eines Gleises zu messen oder die Bodenbereiche seitlich
vom Gleis zu messen. Es hat sich für die Vermessung von Gleiswegen gezeigt, dass insbesondere
eine mittig zwischen den beiden Gleissträngen angeordnete Antennenvorrichtung mit
senkrechter Abstrahlrichtung eine besonders günstige Erfassung des Unterbaus von Gleiswegen
ermöglicht. Die Antennenvorrichtung mit Hohlleiter kann in einem sicheren Höhenabstand
oberhalb des Gleises angeordnet werden, so dass Kollisionen mit sonstigen Gleisanlagen,
Bauteilen oder Fremdkörpern ausgeschlossen werden können.
[0019] Bei einer ersten vorteilhaften Fortbildung ist es bevorzugt, dass die Abtastvorrichtung
mit einer weiteren Sensorvorrichtungen das Linienbauwerk abtastet, wobei die weitere
Sensorvorrichtung vorzugsweise nach einem unterschiedlichen Messverfahren als die
Antennevorrichtung arbeitet. Hierdurch wird eine Multisensorvorrichtung im erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzt, welche zumindest zwei, vorzugsweise mehr als zwei Sensorvorrichtungen
umfasst, insbesondere Sensorvorrichtungen, die mit unterschiedlichen Messverfahren
arbeiten. Hierdurch wird es bei hochpräziser örtlicher Zuordnung der unterschiedlichen
Messergebnisse möglich, eine differenzierte Darstellung des untersuchten Linienbauwerks
zu erhalten.
[0020] Insbesondere ist es bevorzugt, wenn mit der Antennenvorrichtung ein Gleisunterbau
und Boden im Bereich zwischen Schienen und vorzugsweise auch unter diesen Schienen
abgetastet wird. Die Abtastung dieses Bereichs mittels der Antenne ermöglicht bei
Vermessung von Gleiswegen eine sichere Beurteilung des besonders wichtigen Bereichs
zwischen und unter den Schienen.
[0021] Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Antennenvorrichtung im Radarfrequenzbereich
arbeitet. Der Radarfrequenzbereich beinhaltet Frequenzen, die sowohl eine differenzierte
Darstellung geologischer Schichten ermöglichen als auch eine ausreichende Eindringtiefe
in den untersuchten Bodenbereich aufweisen.
[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter fortgebildet werden, indem die geographische
Position durch ein satellitengestützes Ortungssystem ermittelt wird. Hierdurch wird
die Kombination einer Radarvermessung des Untergrundes von Gleiswegen mit einer satellitengestützten
Ortung, beispielsweise mittels GPS, bereitgestellt und somit einerseits eine genaue
Standortbestimmung und andererseits eine schnelle Datenauswertung erzielt.
[0023] Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Daten des satellitengestützen Ortungssystems
mit den Daten einer Streckendatenbank zur Ortsbestimmung und/oder mit einem Dopplerradar
zur Geschwindigkeitsbestimmung abgeglichen werden. Die Genauigkeit derzeit verfügbarer
Satelliten-Navigationssysteme ist für viele Anwendungsfälle bei der Erfassung von
Gleiswegzuständen nicht ausreichend, um eine rasche Lokalisierung aufgefundener Fehlstellen
zu ermöglichen. Ein Streckennetz wie beispielsweise für Gleiswege, Straßenführungen
oder dergleichen verfügbar, mit seinen exakten Daten bezüglich Richtungen, Radien,
Verzweigungen und Längen einzelner Streckenabschnitte ist in den Streckennetzen vieler
Länder in einer Streckendatenbank abgelegt. Bei Abgleich der durch Satellitennavigation
erhaltenen Daten mit den Daten einer solchen Streckendatenbank kann die Genauigkeit
der Positionsbestimmung erheblich gesteigert werden. Dies kann beispielsweise erfolgen,
indem aus den durch Satellitennavigation erhaltenen Daten typische charakteristische
Daten der Streckendatenbank berechnet werden und durch Vergleich der berechneten Daten
mit den in der Streckendatenbank gespeicherten Daten eines zuvor eingeschränkten Streckenbereichs
eine exakte Standortbestimmung erfolgen. Als Abgleich wird hierbei verstanden, dass
mit dem Satelliten-Orfungssystem bestimmte Positionen und Positionsverschiebungen
mit den Gleiswegen des Streckendatennetzes verglichen werden und anhand aufgefundener
Kongruenzen bzw. Ähnlichkeiten eine exakte Positionsbestimmung erfolgt.
[0024] Mittels eines zusätzlichen oder alternativen Abgleichs der durch Satellitennavigation
erhaltenen Positionsdaten mit den relativen Daten eines Dopplerradars oder den absoluten
Daten einer Streckendatenbank kann die Genauigkeit der Navigation erheblich verbessert
werden und somit eine Genauigkeit von bis zu einem Meter erzielt werden. Unter Abgleich
soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass einerseits die mit dem Dopplerradar
ermittelte Geschwindigkeit bzw. daraus errechnete Distanz mit derjenigen des Satellitennavigationssystems
verglichen wird und ein Abweichungsfaktor bestimmt wird und dieser Abweichungsfaktor
als Korrekturwert der mit dem Satellitennavigationssystem erhaltenen Daten verwendet
wird. Des weiteren kann mittels der Dopplerradar-Daten ein Streckenabschnitt oder
Zeitraum überbrückt werden, in dem kein Satellitenempfang möglich ist, beispielsweise
in Tunnels. In diesem Fall wird eine Extrapolation der bisherigen, gefahrenen Richtung
anhand der Dopplerradardaten vorgenommen und der aktuelle Standort berechnet.
[0025] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des eingangs beschriebenen Verfahrens
oder der zuvor beschriebenen Verfahrensfortbildungen werden die mit der Antennenvorrichtung
ermittelten Daten mit Referenzdaten vorbekannter geologischer Schichtzusammensetzungen,
die in einer Referenzdatenbank abgelegt sind, mittels einer digitalen Datenverarbeitung
verglichen und bestimmten geologischen Schichtzusammensetzungen zugeordnet.
[0026] Bei einer ausreichenden Auflösung der mit der Radarvorrichtung ermittelten Daten
geben typische geologische Schichtzusammensetzungen ein charakteristisches Radarsignal
ab, welches auf die konkrete Schichtzusammensetzung der gemessenen Schicht schließen
lässt. Hierbei kann eine erhebliche Differenzierung erfolgen und beispielsweise ein
Schotterbett aus neuem Schotter mit scharfen Kanten von einem Schotterbett aus altem
Schotter mit abgerundeten Kanten und verschmutztem Schottergestein unterschieden werden.
Dieser Aspekt der Erfindung geht das Problem an, dass eine Auswertung der Daten über
lange Streckenabschnitte nur durch aufwendige Analyse durch einen Fachmann für jeden
einzelnen Quer- bzw. Längsschnitt erfolgen kann und somit sehr zeitaufwendig ist.
Verschiebungen von geologischen Schichten oder Veränderungen geologischer Schichten,
wie beispielsweise Nohlraumbildungen oder Flüssigkeitseindringungen können auf diese
Weise erst nach langer Auswertungszeit erkannt werden. Dieser Nachteil kann erheblich
verringert werden, wenn anhand von Referenzdaten ein Vergleich und eine Zuordnung
der gemessenen Daten mit vorbekannten geologischen Schichtzusammensetzungen erfolgt.
Auf diese Weise kann die Auswertung sich darauf beschränken, Unregelmäßigkeiten in
erkannten geologischen Schichten aufzusuchen und unerkannte geologische Schichten
zu untersuchen bzw. den Verlauf der bekannten geologischen Schichten zu verfolgen.
Diese Untersuchungsmaßnahmen verursachen erheblich weniger Zeitaufwand als die Einzelanalyse
mit Zuordnung und Prüfung jeder einzelnen mit der Radarvorrichtung ermittelten Daten.
[0027] Der Vergleich und die Zuordnung mittels digitaler Datenverarbeitung kann durch Vergleich
der Radardaten in bestimmten Flächenabschnitten oder Volumenabschnitten mit den in
der Referenzdatenbank abgelegten Daten unter Berücksichtigung eines bestimmten Toleranzbereichs
erfolgen, um auf diese Weise eine Zuordnung der Schichtzusammensetzung vorzunehmen.
Die automatische Identifikation der geologischen Schichtstruktur ermöglicht eine wesentlich
schnellere Auswertung der erhaltenen Messdaten und somit eine schnellere Auffindung
möglicher kritischer Schichtstrukturen, Schichtstrukturveränderungen oder Fehlstellen
in den Schichtstrukturen.
[0028] Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Zuordnung durch eine Visualisierung der
Schichtstrukturen aus den gemessenen Radardaten und einen Vergleich dieser Schichtstrukturen
mit den zuvor aus Radardaten visualisierten Schichtstrukturen geologischer Schichten
mit vorbekannter Schichtzusammensetzung erfolgt. Diese Visualisierung ermöglicht einem
Benutzer der Vorrichtung, der nicht zwangsläufig ein Radarfachmann sein muss, Unregelmäßigkeiten
in bekannten Schichten oder ungünstige Schichtzusammensetzungen auf einfache Weise
zu erkennen sowie sich ändernde Verläufe von Schichtstrukturen sofort zu erkennen.
[0029] Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schichten in zweidimensionalen Schnittansichten,
insbesondere Quer- und Längsschnitten durch bzw. entlang des Gleiswegs, auf einer
Bildausgabevorrichtung angezeigt werden und die Schichtzusammensetzungen durch vorzugsweise
genormte Symbole oder Flächenausfüllungen visualisiert werden. Auf diese Weise wird
dem Benutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Darstellung der Messdaten zur Verfügung
gestellt, die eine schnelle, nachvollziehbare Auswertung ermöglicht.
[0030] Es ist weiterhin bevorzugt, dass während des Datenerfassungsvorgangs mit der Antennenvorrichtung
das Oberflächenprofil oder Abschnitte des Oberflächenprofils des Gleiswegs mittels
einer Laserabtastvorrichtung abgetastet wird, vorzugsweise mittels senkrecht zur Fahrbewegung
des Messwagens oszillierendem Abtasten durch den Laserstrahl. Dies ermöglicht es,
beispielsweise bei der Vermessung von geschotterten Gleiswegen, dass fehlender oder
überschüssiger Schotter detektiert wird und dient so einer 4ualitätsüberwachung der
Gleiseinbettung. Insbesondere kann so eine dreidimensionale Ansicht des Oberflächenprofils
ermittelt werden, die eine umfassende Bewertung des Schotterbettungsprofils erlaubt.
[0031] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn während des Datenerfassungsvorgangs mit der Antennenvorrichtung
die Umgebung und/oder die Oberfläche des Linienbauwerks mittels einer digitalen Bilderfassungsvorrichtung
erfasst wird. Durch diese Fortbildung wird einem Benutzer einerseits die Zuordnung
bestimmter Daten des ermittelten Datensatzes zu bestimmten Örtlichkeiten erleichtert
und auf diese Weise die Auswertungsmöglichkeit verbessert. Weiterhin können mit dieser
Fortbildung ergänzende Daten bereitgestellt werden, die für die Erfassung des Zustands
des Linienbauwerks maßgeblich sind.
[0032] Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass mit der digitalen Bilderfassungsvorrichtung
die Fahrdrahteinrichtungen oder Teile der Fahrdrahteinrichtungen des Gleiswegs, die
Oberfläche und der Fahrkantenbereich beider Schienenstränge des Gleiswegs, und/oder
die Oberfläche der Schwellen und/oder einer festen Fahrbahntrasse aufgezeichnet werden.
[0033] Diese Fortbildung der Erfindung verbessert den Nachteil bekannter Verfahren dahingehend,
dass ein Inspektionsverfahren für Gleiswege bereitgestellt wird, bei dem zugleich
auch eine umfassende Bilderfassung mehrerer relevanter Untersuchungsbereiche erfolgt.
Es können so Beschädigungen des Fahrdrahtes des Gleiswegs anhand einer Auswertung
der digitalen Bilddaten erkannt werden. Zudem können Ausbrüche, Risse oder Verschleißbereiche
in der Oberfläche oder im Fahrkantenbereich der Schienenstränge erfasst und dargestellt
werden. Dies wird vorzugsweise durch senkrechte oder leicht schräge Aufnahmerichtung
auf die Oberfläche der Schienenstränge mittels zweier einzelner digitaler Bilderfassungseinrichtungen
vorgenommen, die vorzugsweise jeweils von innen schräg auf die Schienenstränge gerichtet
sind. Auf diese Weise kann insbesondere der Verschleißzustand der Fahrkanten ermittelt
werden und gegebenenfalls erforderlichen Maßnahmen zur Verlängerung der Standzeit
der Schiene oder zur Behebung starker Verschleißerscheinungen vorgenommen werden.
Weiterhin ermöglicht diese Fortbildung einerseits die leichtere Zuordnung von Fehlstellen,
die mittels einer Radar- oder Laseruntersuchung detektiert worden sind, zu einer bestimmten
Stelle entlang des Gleiswegs, da diese anhand der zugleich erfassten Bilddaten besser
aufgefunden werden kann. Dies kann einerseits ein besseres Zurechtfinden eines Benutzers
innerhalb der untersuchten Umgebung anhand der zusätzlichen Bilddaten oder eine direkte
Zuordnung der Bilddaten zu den Radardaten oder Laserabtastdaten erlauben.
[0034] Andererseits ermöglicht diese Fortbildung des Verfahrens auch, dass neben der Radar-
oder Laseruntersuchung eine differenzierte zusätzliche Untersuchung sicherheitsrelevanter
Merkmale aus der Umgebung und/oder der Oberfläche des Gleiswegs erfolgt. Auf diese
Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zeitgleiche Erfassung relevanter
Radar- oder Laserdaten und relevanter Bilddaten erfolgen, die eine umfassende Beurteilung
des Zustands des Gleiswegs erlaubt. Die digitale Bilderfassungsvorrichtung kann dabei
beispielsweise mit einer zeilenabtastenden Videokamera erfolgen. Weiterhin kann die
digitale Bilderfassung durch in diskreten Abständen aufgenommene digitale Einzelbilder
erfolgen, deren Abstand vorzugsweise so gewählt ist, dass sich anhand der aufgenommenen
Bildausschnitte eine lückenlose Abbildung des Gleiswegs ergibt. Vorzugsweise werden
mehrere digitale Bilderfassungsvorrichtungen verwendet, insbesondere digitale Video-
oder Fotokameras, die versetzt zueinander und/oder in unterschiedlichen Ausrichtungen
relevante Ausschnitte der Umgebung und/oder des Gleiswegs erfassen.
[0035] Schließlich eignet sich diese Fortbildung auch für die Analyse fester Fahrbahntrassen.
Diese sind typischerweise aus Beton gefertigt und werden zunehmend für Hochgeschwindigkeitsfahrtrassen
verwendet. Für solche Trassen werden Schwellen aus Beton verwendet. Bei diesem Material
ist es erforderlich, in regelmäßigen Abständen eine Überprüfung auf Risse durchzuführen,
was in komfortabler Weise durch eine digitale Bilderfassung der Oberfläche der Bauteile
erfolgen kann. Dabei kann vorzugsweise eine digitale Bildauswertung erfolgen, die
die Risse automatisch detektiert und markiert.
[0036] Die digitale Bilderfassung kann weiter fortgebildet werden, indem mit der digitalen
Bilderfassungsvorrichtung die Befestigungselemente der Schienen an den Schwellen aufgezeichnet
werden und vorzugsweise durch eine digitale Bildauswertung automatisch auf Vorhandensein
und richtige Lage geprüft werden. Befestigungselemente zwischen Schiene und Schwelle
können sich lockern oder durch Vandalismus gelockert oder sogar entfernt werden. Eine
Überprüfung dieser Befestigungselemente in regelmäßigen Abständen ist erforderlich
und kann vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen. Hierbei ist es,
wie zuvor beschrieben, bevorzugt, mittels digitaler Bildauswertung eine automatische
Detektion einer eventuellen Lockerung oder eines Fehlens dieser Befestigungselemente
zu detektieren und anzuzeigen.
[0037] Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird das eingangs genannte Verfahren oder
die zuvor beschriebenen Verfahrensfortbildungen weiter fortgebildet, indem mit der
Antennenvorrichtung, der digitalen Bilderfassungsvorrichtung und/oder der Laserabtastvorrichtung
die Wandung eines Tunnels untersucht wird. Die Führung von Gleiswegen durch Tunnels
hat im Zuge der Trassenmodemisierung zunehmend Bedeutung gewonnen. In diesem Zusammenhang
ist es erforderlich, auch die Wandung von Tunnels, d.h. Tunneloberbau, Ulmen in regelmäßigen
Abständen zu prüfen, um lockeres Gestein oder Feuchtigkeit zu detektieren. Weiterhin
ist es nach dem Bau eines Tunnels zur Bauabnahme oftmals vorteilhaft, diese Parameter
zu überprüfen und die Felsdicke zu ermitteln. Dies kann mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren in vorteilhafter Weise ausgeführt werden, indem mit der Antennenvorrichtung
die Wandung des Tunnels untersucht wird. Hierzu muss die Antennenvorrichtung zumindest
eine Antenne aufweisen, die entsprechend zur Tunnelwand ausgerichtet ist. Vorzugsweise
umfasst die Antennenvorrichtung mehrere Antennen, insbesondere Radarantennen die vorzugsweise
in senkrechter Richtung zur Tunnelwandung messen.
[0038] Es hat sich dabei überraschend herausgestellt, dass mit der erfindungsgemäßen Antennenvorrichtung
mit Hohlleiter auch eine beabstandet durchgeführte Abtastung der Tunnelwandung durchgeführt
werden kann und hierbei die Tunnelwandoberfläche dargestellt und ein Reliefnachweis
geführt werden kann. Auf diese Weise können Ausbrüche, vorstehende Bauelemente oder
Versatze in der Tunnelwandung erfasst werden, was mit bisher bekannten Methoden nicht
in einer vertretbaren Zeitspanne möglich war.
[0039] Das erfindungsgemäße Verfahren kann hinsichtlich aller erfindungsgemäßer Verfahrensaspekte
und -fortbildungen weiter fortgebildet werden, indem die mit der Antennenvorrichtung
und/oder der digitalen Bilderfassungsvorrichtung und/oder der Laserabtastvorrichtung
gemessenen Daten durch eine digitale Datenauswertung analysiert werden und hierbei
Schichtgrenzen und/oder Fehlstellen durch Vergleich mit Referenzdaten und/oder durch
Vergleichen der lokalen gemessenen Daten mit einem über einen bestimmten Umgebungsbereich
gemittelten Daten und/oder durch Vergleichen benachbarter Daten oder Datenbereiche
identifiziert und markiert werden.
[0040] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können so insbesondere gleichzeitig während einer
einzigen Messfahrt eine Reihe unterschiedlicher Messdaten ermittelt werden, beispielsweise
Radarmessdaten zur Inspektion des Unterbaus des Gleiswegs, Bildmessdaten zur Inspektion
der Oberfläche des Oberbaus des Gleiswegs, des Fahrdrahtes sowie der Umgebung und
laserermittelte Messdaten zur Überprüfung der Lage von Gleis und Schwellen oder des
Schotterbetts. Die Auswertung dieser Daten muss oftmals in kurzer Zeit erfolgen und
die Auswertungszeit kann maßgeblich reduziert werden, wenn von der bekannten manuellen
Begutachtung der Daten abgegangen wird und eine automatische Analyse durch Vergleich
mit Referenzdaten vorgenommen wird. Hierbei kann entweder ein Vergleich lokaler Daten
mit gemittelten Daten erfolgen, um Abweichungen vom gemittelten Normalzustand zu detektieren.
[0041] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich aller Aspekte und Fortbildungen
fortgebildet werden, indem jede automatisch oder manuell erkannte Fehlstelle in eine
von mindestens zwei Gruppen einsortiert wird und diese Gruppen die zu ergreifenden
Maßnahmen zur Behebung der Fehlstelle charakterisieren. Dies ermöglicht eine schnelle
Übersicht über den gesamten Zustand eines Linienbauwerks und verbessert die Koordinierung
von ReparaturmaHnahmen erheblich. Insbesondere ist diese Fortbildung vorteilhaft,
wenn das erfindungsgemäße Inspektionsverfahren im Zusammenhang mit unmittelbar folgenden
Reparaturmaßnahmen, gegebenenfalls sogar unmittelbar angekoppelt an den Messwagen,
eingesetzt wird, um eine schnelle Entscheidung über die Art und Weise der Reparatur
einer Fehlstelle zu treffen. Die Einsortierung in die Gruppen erfolgt dabei anhand
des Ausmaßes bzw. der Art und Weise der erkannten Fehlstelle und den aus zuvor durchgeführten
Reparaturen bekannten Maßnahmen, die zur Behebung einer solchen Fehlstelle erforderlich
sind. Unter Maßnahme kann hierbei auch eine präventive Bearbeitung verstanden werden,
die die Standzeit des Gleiswegs oder Teilen davon erhöhen soll.
[0042] Bei einer besonders vorteilhaften Verfahrensfortbildung werden die Messdaten der
Radarvorrichtung, der Laserabtastvorrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung
einander für einen Messbereich zugeordnet und in eine Datenbank zusammengeführt und
es wird eine Messdatenaussage gebildet, die aus zumindest zwei dieser Datensätze zusammengesetzt
ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche gleichzeitige Erfassung von
Messdatensätzen mittels unterschiedlicher Messverfahren ermöglicht nicht nur eine
Verkürzung der für die Inspektion erforderlichen Zeit, sondern erlaubt es auch, die
Messdaten einer gemeinsamen Betrachtung zu unterziehen und hierdurch weitergehende
Erkenntnisse aus den solcherart kombinierten Messdatensätzen zu gewinnen. So können
oftmals Analysen aus einem Messdatensatz mit Hilfe eines anderen Messdatensatzes verifiziert
werden. Des Weiteren erlaubt die Kombination mehrerer Messdatensätze die vollumfängliche
Bewertung von Fehlstellen, beispielsweise, indem die oberflächlichen Abmessungen eines
Risses aus den Bilderfassungsdaten und die Tiefe des Risses aus den Laserabtastdaten
oder den Radarmessdaten gewonnen wird.
[0043] Schließlich besteht eine weitere wichtige Verfahrensfortbildung darin, dass zumindest
zwei Messungen an einem Ort oder in einem Bereich zeitlich versetzt zueinander durchgeführt,
die Messdaten aus den zwei zeitlich versetzt zueinander durchgeführten Messungen mittels
einer digitalen Datenverarbeitung geographisch übereinstimmenden Positionen zugeordnet
werden, miteinander verglichen werden, wobei vorzugsweise Unterschiede zwischen den
Messdaten aus den zwei zeitlich versetzt zueinander durchgeführten Messungen automatisch
markiert werden. So können durch wiederholte Inspektion eines Gleiswegs die bei einer
aktuellen Messung aufgenommenen Daten durch die exakte Positionsbestimmung mit den
entsprechenden Daten einer vorherigen Messung verglichen werden und auf diese Weise
Veränderungen, die zwischen den beiden Messungen erfolgt sind, erfasst werden. Die
so detektierten Fehlstellen bzw. Veränderungen können in Bilddarstellungen visualisiert
und hervorgehoben werden. Auf diese Weise wird einerseits ein Monitoring, also eine
zeitversetzte Mehrfachkontrolle des Gleiswegs, ermöglicht, was die Beobachtung eines
Schadensfortschritts erlaubt, um den richtigen Zeitpunkt für Reparaturmaßnahmen zu
bestimmen. Weiterhin können die Ergebnisse einer einfachen manuellen Nachkontrolle
am Bildschirm oder in einem Ausdruck unterzogen werden, um zu entscheiden, ob Maßnahmen
zur Behebung der FehlsteIleIVeränderung getroffen werden müssen bzw. um eine Beschreibung
der erfassten FehlstellelVeränderung vorzunehmen. Des Weiteren können die mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommenen Daten mit zu anderen Zeitpunkten aufgenommenen
Fremddaten abgeglichen werden, sofern diese ebenfalls über eine ausreichend genaue
Positionsinformation verfügen.
[0044] Dabei können insbesondere die zeitlich versetzten Messungen an einem Ort jeweils
Messdaten aus zumindest zwei unterschiedlichen Messverfahren umfassen. So wird ein
Monitoring mit differenzierten Messdaten für verschiedene Eigenschaften des Linienbauwerks
ermöglicht.
[0045] Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen des Zustands
von Deichbauten wobei das Messfahrzeug auf der Deichkrone fährt und mittels zumindest
einer an einem Auslegerarm montierten Antennenvorrichtung der Zustand des Deichs vor
und/oder hinter der Deichkrone erfasst wird.
[0046] Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen des Zustands
von Linienbauwerken, insbesondere Gleiswegen, umfassend: eine an einem Messfahrzeug
befestigte Abtastvorrichtung zum Vermessen des Gleiswegs, eine zentrale Datenspeichervorrichtung
zum Speichern der von der Abtastvorrichtung erfassten Messdaten, und eine Navigationsvorrichtung
zum Ermitteln der geographischen Position der Abtastvorrichtung entlang des Gleiswegs
bei der die Abtastvorrichtung eine Antennenvorrichtung mit einem elektrischen Dipol
zur Erzeugung einer elektromagnetischen Schwingung und einen Hohlleiter zur Kopplung
der Schwingung an die Umgebungsluft umfasst, dessen Querschnittsfläche sich quer zur
Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Schwingung vom Dipol zu einer Austrittsöffnung
hin vergrößert.
[0047] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann fortgebildet werden nach den Ansprüchen 22
bis 38. Diese fortgebildeten Vorrichtungen weisen Merkmale auf, die sie insbesondere
dafür geeignet machen, zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner
Fortbildungen verwendet zu werden. Zu den Ausführungsformen, spezifischen Merkmalen,
Varianten und Vorteilen der Merkmale dieser Vorrichtungen und Vorrichtungsfortbildungen
wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Verfahrensmerkmalen
verwiesen.
[0048] Schließlich ist ein weiterer Aspekt der Erfindung die Verwendung einer zuvor beschriebenen
Vorrichtung, um damit den Zustand von Deichbauten oder den Zustand von Fahrwegen,
insbesondere Straßen, zu erfassen. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die
erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere gut dafür geeignet sind, um sich anbahnende
Schäden im Bereich von Deichbauten und Fahrwegen im Vorfeld zu erfassen, beispielsweise
indem beginnende Unterspülungen detektiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann dabei zum Erfassen des Zustands von Deichbauten fortgebildet werden, indem es
mittels eines Auslegearms mit daran montierten Radarantennen den Zustand des Deichs
vor und hinter der Deichkrone erfasst und auf diese Weise sowohl die Deichsubstanz
unmittelbar unter der Deichkrone mit Hilfe der direkt in Messfahrzeugnähe installierten
Radarantennen erfasst werden als auch die Deichsubstanz im Bereich des Fußes des Deichs,
indem entsprechend Radarantennen am Auslegearm in diesem Bereich angeordnet werden.
[0049] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der
Figuren beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: Eine schematische Seitenansicht eines Messfahrzeugs mit einer daran montierten
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 2: Einen schematischen Datenflussplan für den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0050] Bezug nehmend auf Figur 1 ist an einem Messfahrzeug 10 ein sich in Fahrtrichtung
erstreckender Auslegarm 21 mit daran befestigtem Querausleger 22 montiert.
[0051] Am äußeren Ende des Längsauslegers 21 ist eine Antennenvorrichtung mit Hohlleiter
30 befestigt, die in senkrechter Richtung nach unten abstrahlt und zwischen zwei Schienensträngen
11,12, auf denen der Messwagen 10 rollt, hindurchmisst. Am Querausleger 22 sind zwei
Radarantennen 31,32 angeordnet. Die in Fahrtrichtung links liegende Radarantenne 31
misst am linken Schienenstrang 11 seitlich vorbei, die in Fahrtrichtung rechts liegende
Radarantenne 32 misst am rechten Schienenstrang 21 seitlich vorbei.
[0052] Die Antennenvorrichtung mit Hohlleiter 30 misst bis zu 4m in Erdreich und Unterbau
unterhalb der Gleisstränge 11,12 hinein und erlaubt somit eine Auswertung dieses Erdreichs,
des Unterbaus und des Oberbaus, d.h. der Schwellen und des Schotterbetts des Gleiswegs.
Die Radarantennen 31,32 messen im typischen Frequenzbereich bis zu 4m in den Unterbau
und das Erdreich hinein, bei besonders abgestimmten Frequenzbereichen auch noch tiefer,
und erlauben eine Auswertung von Ober-, Unterbau und Erdreich in diesem seitlichen
Bereich. Die Radarmessung kann bei Geschwindigkeiten bis zu 200km/h mit einer horizontalen
Auflösung erfolgen, die Fehlstellen ab einer Größe von einigen Metern erkennbar macht.
[0053] Im Bereich hinter den beiden vorderen Laufrädern 13,14 des Messwagens 10 ist eine
Laserabtastvorrichtung 40 angeordnet, welche das Schotterprofil abtastet und mit einem
Sollprofil vergleicht, um auf diese Weise überschüssigen oder fehlenden Schotter zu
detektieren. Die Abtastung kann ebenfalls bei Geschwindigkeiten bis zu 200km/h erfolgen.
[0054] Des weiteren sind zwischen den beiden Laufradsätzen 13,14 bzw. 15,16 des Messwagens
10 mehrere digitale Zeilenkameras 50,51,52 angeordnet, welche die Oberfläche des Gleiswegs
aufnehmen. Hierunter sind zwei digitale Zeilenkameras 50,52, welche auf den Schienenkopf
im Bereich der Fahrkante gerichtet sind und diesen mit einer Auflösung von 0,1 x 0,5mm
aufnehmen. Diese Aufnahmen ermöglichen einen sogenannten "Head Check" und die Detektion
von Kantenausbrüchen im Bereich der Fahrkante. Weiterhin werden Schweißstellen und
Isolierstöße erfasst.
[0055] Eine weiterer Satz digitaler Zeilenkameras 51 ist auf die Gleiswegoberfläche im mittleren
Bereich gerichtet und erlaubt es, eine feste Fahrbahn 17 sowie die Schwellen 18 auf
Risse zu untersuchen. Hierzu wird ein Kamerasatz 51 eingesetzt, der aus vier digitalen
Zeilenkameras besteht, die Risse mit einer Breite von 0,1mm oder mehr erfassen können.
Von dem Kamerasatz 51 sind jeweils zwei Zeilenkameras pro Schiene angeordnet, die
in Fahrtrichtung links und rechts von dieser Schiene die Fahrbahn- und Schwellenoberfläche
erfassen.
[0056] Schließlich befinden sich an der Frontseite des Messwagens noch weitere digitale
Zeilenkameras 60,61, die auf Schwenk- und Neigeköpfen montiert sind und dazu dienen,
dass Gleisumfeld, das Oberleitungssystem und den Zustand der seitlichen Entwässerung
zu erfassen. Diese Zeilenkameras können manuell oder automatisch bedient werden oder
mit einer festen Achsausrichtung eingesetzt werden.
[0057] Auf dem Dach des Messwagens 10 ist eine GPS-Antenne 70 angeordnet, die mit einem
GPS-Verarbeitungsgerät 71 gekoppelt ist. Die Daten des GPS-Verarbeitungsgeräts werden
mit den Daten eines Radinkrementalgeber 72 abgeglichen, um hierdurch eine Genauigkeit
von 1m bei der Bestimmung der Position des Messwagens zu erzielen.
[0058] Die Messdaten der Radarantennen 30-32, des Laserabtastsystems 40, der digitalen Zeilenkameras
50-52 und 60-61 und der Positionsdaten aus der GPS-Einheit 70,71 und dem Radinkrementalgeber
72 werden einem zentralen Speicherungs- und Auswertungsrechner 90 zugeführt.
[0059] Die Verarbeitung der Daten wird anhand von Figur 2 beschrieben.
[0060] In Figur 2 sind symbolisch eine Radarvorrichtung 130 mit mehreren Radarantennen,
eine Laserabtastvorrichtung 140, eine digitale Bilderfassungsvorrichtung 150 zur Beobachtung
der Oberfläche einer festen Fahrbahntrasse und der Schwellen, eine digitale Bilderfassungsvorrichtung
zur Erfassung des Fahrleitungsdrahtes des Gleiswegs, eine digitale Bilderfassungsvorrichtung
zur Erfassung der Umgebung 161 und ein inkrementaler Weggeber 172 zur Erfassung der
Umdrehungsanzahl und Drehstellung eines Rades des Messwagens schematisch abgebildet.
Diese Messdatenerfassungselemente 130,140,150,160,161 und 172 geben ihre Messdaten
über eine Eingangsschnittstelle zu einer ersten Datenverarbeitungsstation 200 innerhalb
einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 190.
[0061] Die erste Datenverarbeitungsstation 200 empfängt weiterhin Daten von einer GPS-Antenne
170 über die Laufzeitsignale zu bestimmten Satelliten. Innerhalb der ersten Datenverarbeitungsstation
200 werden die von der GPS-Antenne empfangenen Signale mit den Daten des Inkrementalgebers
172 und den in einer Speichereinheit 210 abgespeicherten Streckennetzdaten abgeglichen,
um auf diese Weise den Standort des Messwagens auf 1m genau zu bestimmen.
[0062] Hiernach werden die Daten zu einer zweiten Datenverarbeitungsstation 220 weitergeleitet.
In der zweiten Datenverarbeitungsstation 220 werden die Messdaten der einzelnen Messerfassungseinrichtungen
mit den in einer zweiten Speichervorrichtung 230 abgespeicherten Referenzdaten verglichen.
Die in der zweiten Speichervorrichtung abgespeicherten Referenzdaten stellen typische
Messwerte, wie beispielsweise Grauwerte oder Grauwertverläufe für bekannte Zuordnungswerte
dar, wobei unter Zuordnungswerten beispielsweise die Verschleißbreite im Bereich der
Laufkante einer Schiene oder bestimmte Bodenarten oder Gleisunterbauarten, beispielsweise
verschmutzter oder neuer Schotter oder dergleichen zu verstehen sind.
[0063] Die Verarbeitung der Messdaten in der zweiten Datenverarbeitungsstation 220 ermöglicht
daher die Zuordnung bestimmter Schichteigenschaften oder Oberflächeneigenschaften
zu den gewonnenen Messdaten. Die so zugeordneten Eigenschaften werden durch einen
Visualisierungsparameter den Messdaten im identifizierten Bereich zugeordnet und können
auf diese Weise durch manuelle Datenauswertung oder bei einer Visualisierung der Messdaten
auf einem Bildschirm oder in einem Ausdruck entsprechend hervorgehoben oder abgebildet
werden.
[0064] In der zweiten Datenverarbeitungsstation 220 erfolgt weiterhin eine Auswertung der
Messdaten im Hinblick auf etwaige Fehlstellen. Dies kann auf verschiedene, bekannte
Weisen erfolgen. So kann beispielsweise ein Einzeimesswert mit einem Mittelwert der
Messwerte in seiner Umgebung verglichen werden und bei Abweichung des Einzelmesswerts
von diesem Mittelwert um einen bestimmten Betrag eine Fehlstelle an der Stelle des
Einzelmesswerts erkannt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Risse in den
Messdaten einer Oberfläche der festen Fahrbahntrasse erkannt werden oder Unterspülungen
im Unterbau des Gleisbetts aus den Radarmessdaten erkannt werden.
[0065] Aus der zweiten Datenverarbeitungsstation 220 werden die so parametrierten Messdaten
an eine dritte Datenverarbeitungsstation 240 geleitet. In der dritten Datenverarbeitungsstation
240 wird anhand der Parameter der Messdaten aus einem dritten Datenspeicher 250, der
einen Maßnahmenkatalog beinhaltet, jeder aufgefundenen Fehlstelle eine Maßnahme zugeordnet,
die zum Erhalt der Streckensicherheit bzw. zur Verlängerung der Standzeit der Strecke
getroffen werden muss bzw. soll.
[0066] In der dritten Datenverarbeitungsstation 240 können weiterhin Messdaten aus unterschiedlichen
Messwertaufnehmern miteinander verglichen werden, um auf diese Weise beispielsweise
anhand der durch Laserabtastung gewonnen Oberflächenprofildaten und der durch digitale
Bilderfassung gewonnen Bilddaten einer Untersuchungsstelle einen Rückschluss auf die
Tiefe eines Risses oder die Ausrichtung einer Verschleißfläche zu gewinnen. Grundsätzlich
können in der dritten Datenverarbeitungsstation 240 die Daten aller Messwertaufnehmer
für einen beliebigen Untersuchungsort einander zugeordnet werden, um auf diese Weise
eine umfassende Beurteilung eines Untersuchungsortes zu ermöglichen. Weiterhin können
in der dritten Datenverarbeitungsstation die Messdaten aus einer früheren Messung
gespeichert werden und mit den Messdaten der aktuellen Messung verglichen werden.
Auf diese Weise kann ein Monitoring des Gleiswegs erfolgen, um den Fortschritt von
Fehlstellen zu erfassen und den rechtzeitigen Zeitpunkt für eine Wartungs- oder Reparaturmaßnahme
zu bestimmen.
[0067] Die Messdaten werden in parametrierter und aufbereiteter Weise an einen Bildschirm
weitergeleitet, um auf diesem Bildschirm eine Visualisierung für einen Benutzer vorzunehmen.
Der Benutzer kann hierzu auf dem Bildschirm Längs- oder Querprofile des untersuchten
Gleiswegs einblenden und zugleich ein Oberflächenbild und ein Oberflächenprofil dieses
Gleiswegs an der entsprechenden Stelle abrufen und darstellen. Weiterhin können die
geografischen Positionsdaten für die untersuchte Stelle abgerufen werden und zum besseren
Zurechtfinden Bilder der Umgebung dieses Orts eingeblendet werden.
[0068] Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
somit durch einmaliges Abfahren eines Gleiswegs eine umfassende Beurteilung des Gesamtzustands
des Oberbaus, der Unterbaus und des Gleisstrangs sowie der Fahrbahntrasse und der
Schwellen selbst möglich. Die Messwertaufnehmer sind ausgebildet, um bei Geschwindigkeiten
oberhalb von 50km/h zu messen, eine Reihe von Messwertaufnehmern kann bei Geschwindigkeiten
bis 200km/h messen. Die Datenaufbereitung erlaubt eine Differenzierung und Identifizierung
von Fehlstellen durch digitale Bildauswertung und Zuordnung von Messdaten aus verschiedenen
Messsystemen für eine Untersuchungsstelle und ermöglicht einem Benutzer daher, eine
schnelle Erkennung von Fehlstellen oder Veränderungen im Bereich eines Gleiswegs.
[0069] Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
weiterhin nach mehrmaligem Abfahren eines Gleiswegs eine umfassende Beurteilung von
Veränderungen des Gesamtzustands des Oberbaus, der Unterbaus und des Gleisstrangs
sowie der Fahrbahntrasse und der Schwellen selbst möglich, um auf diese Weise ein
Monitoring mit einer automatisierten Unterscheidung zwischen sich rasch ändernden
Fehlstellen und stabilen Fehlstellen oder Beschädigungen zu treffen.
1. Verfahren zum Erfassen des Zustands von Linienbauwerken, mit den Schritten:
- Abtasten des Linienbauwerks mittels einer an einem Messfahrzeug (10) befestigten
Abtastvorrichtung,
- Übertragen und Speichern der von der Abtastvorrichtung erfassten Daten zu bzw. in
einer zentralen Datenspeichervorrichtung (90), und
- Ermitteln der geographischen Position der Abtastvorrichtung entlang des Linienbauwerks,
dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Abtastvorrichtung ermittelten Daten mit Referenzdaten (230) vorbekannter
geologischer Schichtzusammensetzungen, die in einer Referenzdatenbank (230) abgelegt
sind, mittels einer digitalen Datenverarbeitung verglichen und bestimmten geologischen
Schichtzusammensetzungen zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung durch eine Visualisierung der Schichtstrukturen aus gemessenen Radardaten
und einen Vergleich dieser Schichtstrukturen mit den zuvor aus Radardaten visualisierten
Schichtstrukturen geologischer Schichten mit vorbekannter Schichtzusammensetzung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten in zweidimensionalen Schnittansichten, insbesondere Quer- und Längsschnitten
durch bzw. entlang des Gleiswegs, auf einer Bildausgabevorrichtung angezeigt werden
und die Schichtzusammensetzungen durch vorzugsweise genormte Symbole oder Flächenausfüllungen
visualisiert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die geographische Position durch ein satellitengestützes Ortungssystem (70, 71) ermittelt
wird.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des satellitengestützen Ortungssystems mit den Daten einer Streckendatenbank
(210) zur Ortsbestimmung und/oder mit einem Dopplerradar zur Geschwindigkeitsbestimmung
abgeglichen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder dem Oberbegriff von Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung zumindest eine Sensorvorrichtung umfasst, die mittels einer
Antennenvorrichtung mit einen elektrischen Dipol eine elektromagnetische Schwingung
erzeugt.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung mittels eines Hohlleiters, dessen Querschnittsfläche sich
quer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Schwingung vom Dipol zu einer
Austrittsöffnung hin vergrößert, die elektromagnetische Schwingung an die Umgebungsluft
koppelt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6-7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung mit einer weiteren Sensorvorrichtung das Linienbauwerk abtastet,
wobei die weitere Sensorvorrichtung vorzugsweise nach einem unterschiedlichen Messverfahren
als die Antennenvorrichtung arbeitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6-8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung im Radarfrequenzbereich arbeitet.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abtastvorrichtung, insbesondere der Antennenvorrichtung, ein Gleisunterbau
und Boden im Bereich zwischen Schienen und vorzugsweise auch unter diesen Schienen
abgetastet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass während des Datenerfassungsvorgangs mit der Abtastvorrichtung, insbesondere der Antennenvorrichtung,
das Oberflächenprofil oder Abschnitte des Oben`lächenprofils des Linienbauwerks mittels
einer Laserabtastvorrichtung (40) abgetastet wird, vorzugsweise mittels senkrecht
zur Fahrbewegung des Messwagens oszillierendem Abtasten durch den Laserstrahl.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass während des Datenerfassungsvorgangs mit der Abtastvorrichtung, insbesondere der Antennenvorrichtung,
die Umgebung und/oder die Oberfläche des Linienbauwerks mittels einer digitalen Bilderfassungsvorrichtung
(50 - 52, 60, 61) erfasst wird.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass mit der digitalen Bilderfassungsvorrichtung
- die Fahrdrahteinrichtungen oder Teile der Fahrdrahteinrichtungen eines Gleiswegs,
- die Oberfläche und der Fahrkantenbereich beider Schienenstränge dieses Gleiswegs,
und/oder
- die Oberfläche der Schwellen (51) dieses Gleiswegs und/oder einer festen Fahrbahntrasse
aufgezeichnet werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass mit der digitalen Bilderfassungsvorrichtung (51) Befestigungselemente von Schienen
an Schwellen eines Gleiswegs aufgezeichnet werden und vorzugsweise durch eine digitale
Datenauswertung automatisch auf Vorhandensein und richtige Lage geprüft werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9, 11 und/oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass mit der Radarvorrichtung, der digitalen Bilderfassungsvorrichtung und/oder der Laserabtastvorrichtung
die Wandung eines Tunnels untersucht wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 und/oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Radarvorrichtung und/oder der digitalen Bilderfassungsvorrichtung gemessenen
Daten durch eine digitale Datenauswertung analysiert werden und hierbei Schichtgrenzen
und/oder Fehlstellen durch Vergleich mit Referenzdaten und/oder durch Vergleichen
der lokalen gemessenen Daten mit einem über einen bestimmten Umgebungsbereich gemittelten
Daten und/oder durch Vergleichen benachbarter Daten oder Datenbereiche identifiziert
und markiert werden.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass jede automatisch oder manuell erkannte Fehlstelle in eine von mindestens zwei Gruppen
(250) einsortiert wird und diese Gruppen die zu ergreifenden Maßnahmen zur Behebung
der Fehlstelle charakterisieren.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9, 11 und/oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten der Radarvorrichtung, der Laserabtastvorrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung
einander für einen Messbereich zugeordnet und in eine Datenbank zusammengeführt werden
und eine Messdatenaussage gebildet wird, die aus zumindest zwei dieser Datensätze
zusammengesetzt ist.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Messungen an einem Ort zeitlich versetzt zueinander durchgeführt,
die Messdaten aus den zwei zeitlich versetzt zueinander durchgeführten Messungen mittels
einer digitalen Datenverarbeitung geographisch übereinstimmenden Positionen zugeordnet
werden, miteinander verglichen werden, wobei vorzugsweise Unterschiede zwischen den
Messdaten aus den zwei zeitlich versetzt zueinander durchgeführten Messungen automatisch
markiert werden.
20. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich versetzten Messungen an einem Ort jeweils Messdaten aus zumindest zwei
unterschiedlichen Messverfahren umfassen.
21. Verfahren zum Erfassen des Zustands von Deichbauten, mit den Merkmalen nach einem
der vorhergehenden Ansprüche 1-20, wobei das Messfahrzeug auf der Deichkrone fährt
und mittels zumindest einer an einem Auslegerarm montierten Antennenvorrichtung der
Zustand des Deichs vor und/oder hinter der Deichkrone erfasst wird.
22. Vorrichtung zum Erfassen des Zustands von Linienbauwerken, insbesondere Gleiswegen,
umfassend:
- eine an einem Messfahrzeug (10) befestigte Abtastvorrichtung zum Vermessen des Gleiswegs,
- eine zentrale Datenspeichervorrichtung (90) zum Speichern der von der Abtastvorrichtung
erfassten Messdaten, und
- eine Navigationsvorrichtung zum Ermitteln der geographischen Position der Abtastvorrichtung
entlang des Gleiswegs,
gekennzeichnet durch eine Referenzdatenbank (230), in der Referenzdaten (230) vorbekannter geologischer
Schichtzusammensetzungen abgelegt sind, und eine digitale Datenverarbeitungsvorrichtung
zum Vergleichen der mit der Abtastvorrichtung ermittelten Daten mit den Referenzdaten
und zum Zuordnen einer bestimmten geologischen Schichtzusammensetzung.
23. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung geologischen Schichtzusammensetzungen
aus den gemessenen Radardaten.
24. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 22 oder 23 oder dem Oberbegriff von Anspruch
22,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung eine Antennenvorrichtung mit einem elektrischen Dipol zur Erzeugung
einer elektromagnetischen Schwingung und einen Hohlleiter zur Kopplung der Schwingung
an die Umgebungsluft umfasst, dessen Querschnittsfläche sich quer zur Ausbreitungsrichtung
der elektromagnetischen Schwingung vom Dipol zu einer Austrittsöffnung hin vergrößert.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung zumindest eine weitere Messvorrichtung umfasst, deren Messverfahren
vorzugsweise unterschiedlich zu der Antennenvorrichtung ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-25 und Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Gleisunterbau
und Boden im Bereich zwischen den Schienen und vorzugsweise auch unter den Schienen
abgetastet wird.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-26 und Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung eine elektromagnetische Schwingung im Radarfrequenzbereich
erzeugt.
28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-27,
gekennzeichnet durch ein satellitengestütztes Ortungssystem (70, 71) zum Ermitteln der geographischen
Position.
29. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch eine Speichervorrichtung zum Speichern einer Streckendatenbank (210) und/oder eine
Dopplerradarvorrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung, zum Abgleich der Daten des
satellitengestützen Ortungssystems.
30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-29,
gekennzeichnet durch eine Laserabtastvorrichtung (40) zum Abtasten des Oberflächenprofils oder von Abschnitten
des Oberflächenprofils des Gleiswegs, wobei die Laserabtastvorrichtung vorzugsweise
ausgebildet ist, um mittels senkrecht zur Fahrbewegung des Messwagens oszillierendem
Laserstrahl abzutasten
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-30,
gekennzeichnet durch eine digitale Bilderfassungsvorrichtung (50 - 52, 60, 61) zum Erfassen der Umgebung
und/oder der Oberfläche des Gleiswegs.
32. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Bilderfassungsvorrichtung (60, 61; 50-52) ausgebildet ist, um
- die Fahrdrahteinrichtungen oder Teile der Fahrdrahteinrichtungen des Gleiswegs,
- die Oberfläche und der Fahrkantenbereich beider Schienenstränge des Gleiswegs und/oder
- die Oberfläche der Schwellen (51) und/oder einer festen Fahrbahntrasse aufzuzeichnen.
33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-32,
gekennzeichnet durch eine digitale Bilderfassungsvorrichtung (51), die ausgebildet ist, um die Befestigungselemente
der Schienen an den Schwellen aufzuzeichnen und durch eine digitale Datenauswertungsvorrichtung zum Prüfen der Befestigungselemente auf
Vorhandensein und richtige Lage.
34. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24, 30 und/oder 31,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenvorrichtung, die digitale Bilderfassungsvorrichtung und/oder die Laserabtastvorrichtung
zum Untersuchen der Wandung eines Tunnels ausgebildet ist.
35. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24 oder 31,
gekennzeichnet durch eine digitale Datenauswertungsvorrichtung zum Analysieren der mit der Antennenvorrichtung
und/oder der digitalen Bilderfassungsvorrichtung gemessenen Daten und zum Identifizieren
und Markieren von Schichtgrenzen und/oder Fehlstellen durch Vergleichen mit Referenzdaten und/oder durch Vergleichen der lokalen gemessenen Daten mit einem über einen bestimmten Umgebungsbereich
gemittelten Daten und/oder durch Vergleichen benachbarter Daten oder Datenbereiche.
36. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24, 30 und/oder 31,
gekennzeichnet durch
- eine Speichervorrichtung zum Speichern eines mit der Antennenvorrichtung und/oder
der digitalen Bilderfassungsvorrichtung und/oder der Laserabtastvorrichtung zu einem
ersten Zeitpunkt gemessenen ersten Datensatzes und
- eine digitale Detenauswertungsvorrichtung zum Zuordnen der daten des ersten und
eines mit der Antennenvorrichtung und/oder der digitalen Bilderfassungsvorrichtung
und/oder der Laserabtastvorrichtung zu einem zweiten Zeitpunkt erfassten zweiten Datensatzes
zu übereinstimmenden geographischen Positionen und zum Vergleichen des ersten und
zweiten Datensatzes.
37. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Datenauswertungsvorrichtung zum Identifizieren und Markieren von Unterschieden
im ersten und zweiten Datensatz ausgebildet ist.
38. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-37,
gekennzeichnet durch eine digitale Datenverarbeitungsvorrichtung zum Einsortieren jeder automatisch oder
manuell erkannten Fehlstelle in eine von mindestens zwei Gruppen (250), welche die
zu ergreifenden Maßnahmen zur Behebung der Fehlstelle charakterisieren.
39. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-38,
gekennzeichnet durch eine zentrale Datenspeichervorrichtung, in der die Messdaten der Radarvorrichtung,
der Laserabtastvorrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung für einen Messbereich
zusammengeführt werden und digitale Datenverarbeitungsvorrichtung zum Bilden einer
Messdatenaussage, die aus zumindest zweien dieser Datensätze zusammengesetzt ist.
40. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22-39 zum Erfassen
des Zustands von Deichbauten.
41. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22-39 zum Erfassen des Zustands
von Fahrwegen, insbesondere Strassen.