AT524402A1 - Verfahren und mobiles Messsystem zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils, insbesondere eines Gleisstrukturbauteils - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils (1), insbesondere eines Gleisstrukturbauteils, umfasst die Schritte: Bereitstellen eines mobilen Messsystems (2) mit einer Stereokamera (11), Anordnen des Messsystems (2) an dem Infrastrukturbauteil (1), Erfassen mindestens eines Bildpaares von dem Infrastrukturbauteil (1) mittels der Stereokamera (11), Bestimmen einer Relativposition mindestens eines an das Infrastrukturbauteil (1) gekoppelten Messpunkts (37, 38, 39, 40, 41) anhand des mindestens einen Bildpaares, und Bestimmen einer Verformung des Infrastrukturbauteils (1) anhand der mindestens einen Relativposition und/oder Erfassen einer Messposition des Messsystems (2) in einem globalen Koordinatensystem (30).

Description

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Verfahren und mobiles Messsystem zum Vermessen eines Infrastruk-

turbauteils, insbesondere eines Gleisstrukturbauteils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils, insbesondere eines Gleisstrukturbauteils. Ferner betrifft die Erfindung ein mobiles Messsystem zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils,

insbesondere eines Gleisstrukturbauteils.

Ein Verfahren und ein Messsystem zum optischen Erfassen von Festpunkten neben einem Gleis sind aus AT 518579 A1 bekannt. Das Messsystem ist an einem auf einem Gleis verfahrbaren Messwagen angeordnet und umfasst ein Stereokamerasystem zum Erfassen von Bildpaaren der seitlichen Umgebung des Gleises. Mittels der Bildpaare wird die Position von Festpunkten in der Umgebung bestimmt, woraus auf die Position des Messwagens zurückgeschlossen wird. Anhand der ermittelten Position des Messwagens erfolgt eine Driftkorrektur von Positionsdaten, die mit einer Träg-

heitsmesseinrichtung bestimmt werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils, insbesondere eines Gleisstrukturbauteils, zu schaffen, das insbesondere sehr wirtschaftlich ausführbar, flexibel

einsetzbar und hinsichtlich der Messergebnisse präzise ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde erkannt, dass ein Infrastrukturbauteil mittels eines mobilen Messsystems mit einer Stereokamera in besonders präziser, wirtschaftlicher und flexibler Weise vermessen werden kann. Das Bestimmen der Verformung des Infrastrukturbauteils anhand der mindestens einen

Relativposition ermöglicht es, Rückschlüsse auf die Beanspruchung des

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Infrastrukturbauteils, insbesondere beim Transport und/oder im verbauten Zustand, zu ziehen. Das Erfassen der Messposition des Messsystems in dem globalen Koordinatensystem gewährleistet eine besonders präzise Bestimmung der Anordnung des Infrastrukturbauteils in dem globalen Koordinatensystem. Das Erfassen des Bildpaars kann berührungslos, insbesondere bei einer zu dem Infrastrukturbauteil beabstandeten Anordnung des Messsystems erfolgen. Auf die Anbringung von Messequipment an dem Infrastrukturbauteil kann weitgehend, insbesondere vollständig, verzichtet werden. Die Zugänglichkeit des Infrastrukturbauteils kann während des Messverfahrens daher unbeeinträchtigt bleiben. Die Vermessung des Infrastrukturbauteils aus der Ferne ermöglicht zudem eine flexiblere Wahl der Anordnung des mobilen Messsystems, sodass dieses zuverlässig auf einem festen Untergrund anordenbar ist. Das Vermessen des Infrastrukturbauteils mittels der Bilderfassung erlaubt die präzise Vermessung sowohl kleiner Infrastrukturbauteile, beispielsweise mit einer Hauptabmessung von maximal 2 m, als auch sehr großer Infrastrukturbauteile, beispielsweise mit einer Hauptabmessung von mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, insbesondere mindestens 100 m. Insbesondere kann die Relativposition mehrerer Messpunkte anhand eines einzelnen Bildpaars bestimmt werden. Das Verfahren kann vollständig automatisiert ausgeführt werden. Bei einer zumindest teilweise manuell ausgeführten Vermessung bietet das Verfahren durch die beabstandete Anordnung zum Infrastrukturbauteil ein hohes Maß an Sicherheit für das Messpersonal. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Einsatz in sicherheitskritischen Bereichen wie Baustellen, an stark befahrenen Verkehrswegen und/oder an kontaminierten Infrastruktur-

bauteilen.

Anhand des Bildpaares kann die Relativposition des mindestens einen

Messpunkts im dreidimensionalen Raum, insbesondere in einem Kamera-

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Koordinatensystem, bestimmt werden. Anhand des Bildpaars lässt sich, über die zweidimensionalen Informationen des jeweiligen Einzelbilds hinaus, die Tiefenlage des mindestens einen Messpunkts bestimmen. Diese Tiefenlage kann anhand des Winkels und des Abstands zwischen den Kameras der Stereokamera bestimmt werden. Die Einzelbilder des Bildpaars werden vorzugsweise zeitgleich erfasst. Die Methoden zum Bestimmen der Position eines Messpunkts im dreidimensionalen Raum anhand eines Bild-

paares sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Unter dem Infrastrukturbauteil wird ein Strukturbauteil aus dem Bauwesen, insbesondere aus dem Verkehrswesen, verstanden. Das Infrastrukturbauteil kann ein Bauteil aus dem Hochbau, insbesondere dem Gebäudebau, beispielsweise eine Gebäudewand, und/oder aus dem Tiefbau, insbesondere dem Brückenbau, beispielsweise ein Brückenträger oder ein Brückenpfeiler, dem Tunnelbau, dem Leitungsbau, dem Bergbau, dem Straßenbau und/oder dem Gleisbau, beispielsweise ein Gleisstrukturbauteil, sein. Vorzugsweise umfasst das Infrastrukturbauteil ein Fertigbetonbauteil, insbesondere eine Fertigbetonplatte, beispielsweise eine Fertigbetonplatte zum Bau eines schwellenlosen Gleises, oder einen Fertigbetonträger. Insbesondere kann das Infrastrukturbauteil ein Straßenelement und/oder ein Gleiselement, insbesondere aus Fertigbeton, sein. Eine Hauptabmessung des Infrastrukturbauteils, insbesondere eines erfassbaren Bereichs, insbesondere eines mittels der Stereokamera erfassbaren Bereichs, des Infrastrukturbauteils, beträgt vorzugsweise mindestens 1 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, insbesondere mindestens 20 m, insbesondere mindestens 50 m und/oder maximal 100 m, insbesondere maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m, insbesondere maximal 10 m, insbesondere maximal 1 m. Unter der Hauptabmessung wird die maximale Abmessung

des Infrastrukturbauteils verstanden. Die Masse des Infrastrukturbauteils

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liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50 kg bis 500 t, insbesondere von

0,5 t bis 150 t, insbesondere von 1 t bis 100 t, insbesondere von 5 t bis 50 t.

Unter dem Vermessen des Infrastrukturbauteils wird insbesondere das Bestimmen der Anordnung und/oder der Verformung des Infrastrukturbauteils verstanden. Die Verformung kann eine Dehnung und/oder eine Verwindung und/oder eine Verzerrung des Infrastrukturbauteils umfassen. Die Anordnung eines Objekts umfasst deren Position und Orientierung. Unter einem mobilen Objekt wird verstanden, dass diese beweglich, also transportabel, insbesondere tragbar, ausgebildet ist. Zur Tragbarkeit des Objekts, insbesondere des Messsystems, beträgt dessen Masse vorzugsweise maxi-

mal 50 kg, insbesondere maximal 20 kg.

Unter einer Stereokamera wird eine Bilderfassungseinheit verstanden, welche Bildaufnahmen aus zwei unterschiedlichen Positionen, insbesondere zeitgleich ermöglicht. Die Stereokamera kann hierzu zwei beabstandet zueinander angeordnete Kameras und/oder eine einzelne Kamera mit einer Spiegeleinrichtung zum Erfassen von Bildhälften aus zueinander beabstandeten Positionen aufweisen. Grundsätzlich kann das Bildpaar auch mittels einer einzigen Kamera erfasst werden, die zum Erfassen der Einzelbilder nacheinander in zwei zueinander beabstandete Positionen verlagert wird. Der Abstand zwischen diesen beanstandeten Positionen muss zum Bestimmen der Tiefenlage des mindestens einen Messpunkts erfassbar sein. Ist dies gegeben, kann auch hierunter eine Stereokamera verstanden werden. Vorzugsweise ist die mindestens eine Kamera als Digitalkamera, insbesondere als Full-HD-Kamera, ausgebildet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Kamera zum Aufzeichnen von Bildern mit einer Auflösung in einem Bereich von 1 MP (Megapixel) bis 64 MP, insbesondere von 4 MP bis 32 MP, insbesondere von 8 MP bis 16 MP, ausgebildet.

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Der mindestens eine Messpunkt kann ein Punkt auf der Oberfläche des Infrastrukturbauteils und/oder das Zentrum einer Teilfläche des Infrastrukturbauteils und/oder ein Punkt, insbesondere das Zentrum, eines an das Strukturbauteil gekoppelten Objekts, insbesondere einer Markierung, sein. Die Markierung ist vorzugsweise starr an dem Infrastrukturbauteil angebracht. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Markierung beweglich, insbesondere linear verschiebbar, an dem Infrastrukturbauteil angebracht. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass das Infrastrukturbauteil anhand mehrerer Bildpaare bei unterschiedlichen Anordnungen der mindestens einen Markierung relativ zu dem Infrastrukturbauteil detailliert vermessen wer-

den kann.

Mittels des Messsystems können einzelne an das Infrastrukturbauteil gekoppelte Messpunkte erfasst werden und/oder zumindest abschnittsweise eine Oberfläche des Infrastrukturbauteils oder eines daran gekoppelten Objekts. Anhand der erfassten Oberfläche kann auf die Relativposition des mindestens einen Messpunkts geschlossen werden. Vorzugweise erfolgt die Bestimmung der Relativposition durch Auswerten von Teilflächen, so-

genannter Facetten, der erfassten Oberfläche.

Das globale Koordinatensystem ist vorzugsweise ein geografisches Koordinatensystem. Das globale Koordinatensystem kann durch das Koordinatensystem bestimmt sein, in dem die Position von Vermessungspunkten zur Landvermessung angegeben sind. In dem globalen Koordinatensystem angegebene Punkte sind vorzugsweise hinsichtlich ihrer globalen Position

eindeutig bestimmt.

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Unter der Relativposition wird die Position des jeweiligen Messpunkts in einem lokalen Koordinatensystem, insbesondere in einem Kamera-Koordinatensystem, verstanden. Der Ursprung des Kamera-Koordinatensystems liegt vorzugsweise mittig zwischen den beiden Einzelkameras. Die xAchse des Kamera-Koordinatensystems ist vorzugsweise horizontal orientiert und weist in Blickrichtung der Stereokameras. Die z-Achse des Kamera-Koordinatensystems weist vorzugsweise in vertikaler Richtung nach oben. Die y-Achse des Kamera-Koordinatensystems ergibt sich aus der Ausbildung des Kamera-Koordinatensystems als rechtshändiges kartesi-

sches Koordinatensystem.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Relativposition und oder die Messposition und/oder die Bauteilposition mittels des Messsystems mit einer Messabweichung von maximal 100 mm, insbesondere maximal 10 mm, insbesondere maximal 1 mm, insbesondere maximal 0,1 mm, insbesondere maximal 0,01 mm, insbesondere maximal 0,001 mm, bestimmt

werden.

Ein Abstand zwischen dem Messsystem, insbesondere der Stereokamera, und dem Infrastrukturbauteil kann beim Erfassen des mindestens einen Bildpaars mindestens 1 m, insbesondere mindestens 5 m, insbesondere mindestens 10 m, insbesondere mindestens 20 m, insbesondere mindestens 50 m, insbesondere mindestens 100 m, insbesondere mindestens 250 m, und/oder maximal 100 m, insbesondere maximal 50 m, insbesondere maximal 20 m, insbesondere maximal 10 m, insbesondere maximal 2 m, betragen. Das Messsystem ist somit besonders flexibel positionierbar und das von der Stereokamera erfassbare Messfeld ist besonders groß. Das Messfeld der Stereokamera ist durch den Überlappungsbereich von Sichtfeldern

der beiden Digitalkameras bestimmt.

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Vorzugsweise umfasst das Messsystem eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Infrastrukturbauteils. Die Beleuchtungseinheit kann zum Ausstahlen von Infrarotlicht und/oder UV-Licht und/oder schmalbandigem Blaulicht und/oder Weißlicht ausgebildet sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann auch zum Projizieren eines Musters, insbesondere eines Gitters, auf das Infrastrukturbauteil ausgebildet sein. Die Beleuchtungseinheit weist vorzugsweise mindestens eine LED und/oder einen Projektor als Leuchtmittel auf. Eine derartige Beleuchtungseinheit gewährleistet vorteilhaft, dass die Erfassung des mindestens einen Bildpaares gegenüber Umge-

bungseinflüssen besonders robust ist.

Vorzugsweise wird die Messanordnung, insbesondere die Messposition und/oder die Messorientierung, des Messsystems in dem globalen Koordinatensystem bestimmt. Die Messanordnung wird vorzugsweise durch die Anordnung eines Mess-Koordinatensystems beschrieben. Die Messposition entspricht dem Ursprung des Mess-Koordinatensystems und die Messorientierung entspricht der Ausrichtung des Mess-Koordinatensystems. Vorzugsweise ist die Anordnung des Messsystems mittels einer Fixiereinheit reversibel festlegbar. Die Fixiereinheit weist vorzugsweise ein Stativ, insbesondere ein Dreibein auf. Die Fixiereinheit ermöglicht eine stabile Festlegung der Messanordnung in dem globalen Koordinatensystem. Vorzugsweise wird eine Hochachse des Mess-Koordinatensystems mittels der Fixiereinheit derart ausgerichtet, dass diese in vertikaler Richtung nach oben

weist.

Das Vermessen des Infrastrukturbauteils erfolgt vorzugsweise bei einer fi-

xierten Anordnung, insbesondere bei einer fixierten Messposition und/oder

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Messorientierung des Messsystems, insbesondere in dem globalen Koordinatensystem. Vorzugsweise wird die Anordnung des Messsystems für den Zeitraum beibehalten, in dem das Infrastrukturbauteil, insbesondere in die Soll-Bauteilanordnung, verlagert wird und/oder in den mindestens zwei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn der Bildpaare von dem Infrastrukturbauteil mittels der Stereokamera erfasst werden. Das Vermessen des Infrastrukturbauteils kann somit besonders robust und prä-

zise erfolgen.

Die Messposition und/oder die Messorientierung können von der KameraPosition und/oder der Kameraorientierung abweichen oder damit zusammenfallen. Vorzugsweise ist die Stereokamera um die Vertikalachse und/oder eine Horizontalachse schwenkbar an der Fixiereinheit, insbesondere gegenüber dem Mess-Koordinatensystem, gelagert. Hierdurch ist die Kameraorientierung relativ zu der Messorientierung veränderbar. Mittels mindestens eines Winkelsensors, insbesondere eines Drehgebers, wird vorzugsweise die Orientierung des Kamerakoordinatensystems relativ zu dem Mess-Koordinatensystem erfasst. Die Position des Ursprungs des KameraKoordinatensystems relativ zu dem Ursprung des Mess-Koordinatensystems kann durch eine Verbindungsstruktur unverändert vorgegeben sein 0der veränderbar und mittels mindestens eines Sensors messbar sein. Hierdurch ist ein Mess-Kamera- Vektor zwischen dem Ursprung des Mess-Koordinatensystems und dem Ursprung des Kamera-Koordinatensystems bestimmbar. Durch das Erfassen des Mess-Kamera-Vektors und/oder der Orientierung der Stereokamera relativen relativ zu dem Mess-Koordinatensystem wird vorteilhaft erreicht, dass die mittels der Stereokamera erfasste Relativposition des jeweiligen Messpunkts, insbesondere unabhängig von der Anordnung der Stereokamera in dem Mess-Koordinatensystem, bestimm-

bar ist.

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Ein Verfahren nach Anspruch 2 ermöglicht die Beschreibung der Bauteilanordnung in einem einheitlichen, ortsfesten und/oder standardisierten Referenz-Koordinatensystem. Die Bauteilanordnung umfasst die Bauteilposition und/oder die Bauteilorientierung. Die Bauteilposition wird vorzugsweise durch den Ursprung eines Bauteil-Koordinatensystems beschrieben. Die Bauteilorientierung kann durch die Orientierung des Bauteil-Koordinatensystems beschrieben werden. Die Bauteilanordnung kann anhand der mindestens einen Relativposition, insbesondere anhand von mindestens zweıi, insbesondere mindestens drei, Relativpositionen, anhand gängiger geometrischer Funktionen, insbesondere in dem Kamera-Koordinatensystem, bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Bauteilanordnung in dem globalen Koordinatensystem auf Grundlage der Bauteilanordnung in dem Kamera-Koordinatensystem anhand gängiger Berechnungsmethoden zur

Koordinaten-Transformation errechnet.

Anhand des Verfahrens nach Anspruch 3 kann die Abweichung der Bauteilanordnung von einer Soll-Bauteilanordnung bestimmt werden. Insbesondere kann die Abweichung der Bauteilposition und/oder der Bauteilorientierung von einer Soll-Bauteilposition und/oder Soll-Bauteilorientierung bestimmt werden. Das Vergleichsergebnis kann anhand der Differenz zwischen der Bauteilanordnung und der Soll-Bauteilanordnung errechnet werden. Das Vergleichsergebnis ist ein Maß dafür, in welchem Umfang die

momentane Bauteilanordnung von der Soll-Bauteilanordnung abweicht. Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet eine besonders präzise An-

ordnung, insbesondere Positionierung und Orientierung, des Infrastruktur-

bauteils. Das Verlagern des Infrastrukturbauteils kann anhand des Ver-

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gleichsergebnisses manuell, insbesondere von Hand, oder automatisiert erfolgen. Das Verlagern des Infrastrukturbauteils kann mittels einer Transporteinrichtung, insbesondere mittels eines Schienenfahrzeugs und/oder eines Straßenfahrzeugs und/oder einer Gleisverlegeeinrichtung und/oder ei-

nes Baukrans erfolgen.

Vorzugsweise wird das Infrastrukturbauteil während des Verlagerns, insbesondere aus einer Bevorratungs-Anordnung, in die Soll-Anordnung, insbesondere wiederholt, vermessen. Hierdurch kann ein Verlauf, insbesondere eine Änderung, der Abweichung der Bauteilanordnung von einer Soll-Bauteilanordnung bestimmt werden. Anhand dieses Verlaufs kann das Verlagern des Infrastrukturbauteils, insbesondere in die Soll-Bauteilanordnung,

gesteuert, insbesondere geregelt werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 5 ist besonders robust im Betrieb und weist ein erweitertes Anwendungsfeld auf. Die Bildpaare können zu periodisch oder aperiodisch aufeinander folgenden Zeitpunkten erfasst werden. Vorzugsweise wird über mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, und/oder maximal zehn, der anhand der Bildpaare zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Relativpositionen ein Mittelwert gebildet. Durch diese Redundanz ist das Messverfahren besonders präzise. Das Erfassen der Bildpaare kann beispielsweise in einem zeitlichen Abstand von mindestens einem Monat, insbesondere mindestens einem Jahr und/oder maximal 20 Jahren, insbesondere maximal 10 Jahren, insbesondere maximal 5 Jahren, und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Wartungsperiode erfolgen. Vorzugsweise wird ein Vergleichsergebnis

durch Vergleichen der Bauteilanordnung zu den unterschiedlichen Zeit-

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punkten bestimmt. Anhand dieses Vergleichsergebnisses kann auf die Veränderung der Bauteilanordnung geschlossen werden. Auf dieser Grundlage

kann die Notwendigkeit von Instandhaltungsmaßnahmen bestimmt werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet das Vermessen und/oder Anordnen des Infrastrukturbauteils in besonders effizienter Weise. Der Bewegungspfad des mindestens einen Messpunkts ist vorzugsweise eine Trajektorie im dreidimensionalen Raum. Der Bewegungspfad kann die zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmten Messpunkt umfassen, insbesondere daraus bestehen, und/oder durch Interpolation zwischen den Messpunkten zu einer unterbrechungsfreien Linie ergänzt werden. Der Bewegungspfad kann beim Verlagern des Infrastrukturbauteils relativ zu dem globalen Koordinatensystem und/oder beim Verlagern des mindestens einen Messpunkts, insbesondere der mindestens einen Markierung, relativ zu dem Infrastrukturbauteil bestimmt werden. Beispielsweise kann die Bauteilanordnung anhand des Bewegungspfads, insbesondere auf Grundlage einer Regelung mit einem integralen und/oder differenzialen Regelglied, besonders effizient in die Soll-Bauteilanordnung verlagert werden. Bei einem relativ zu dem Infrastrukturbauteil verlagerten Messpunkt können die Bauteilanordnung und/oder die Bauteilgeometrie anhand des Bewegungspfads be-

sonders effizient und präzise bestimmt werden.

Beispielsweise kann der mindestens eine Messpunkt, insbesondere eine Markierung, an einem Messwagen zum Verlagern auf einem Gleis angeordnet sein. Die Position des mindestens einen Messpunkts relativ zu den Schienen kann fixiert sein oder erfasst werden. Durch Bestimmen der Relativposition des über den Messwagen an die Schienen gekoppelten mindestens einen Messpunkts können die Geometrie und die Anordnung der als

Schienen ausgebildeten Infrastrukturbauteile bestimmt werden.

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Ein Verfahren nach Anspruch 7 ist besonders flexibel einsetzbar und wirtschaftlich im Betrieb. Vorzugsweise werden die Bildpaare mit einer Messfrequenz in einem Bereich von 0,01 Hz bis 500 Hz, insbesondere von 0,1 Hz bis 250 Hz, insbesondere von 1 Hz bis 150 Hz, insbesondere von 10 Hz bis 100 Hz, erfasst. Vorzugsweise wird der Mittelwert über die anhand der mit einer entsprechenden Frequenz erfassten Bildpaare erfassten Relativpo-

sitionen gebildet.

Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet das Bestimmen der Messposition in besonders einfacher und präziser Weise. Bei dem Vermessungspunkt wird ein am Boden oder an einem Gebäude fest markierter Fixpunkt verstanden, der insbesondere als Ausgangspunkt oder als Zielpunkt bei der Landvermessung dient. Das Bestimmen der Messposition erfolgt vorzugsweise nach dem Festlegen der Anordnung des Messsystems mittels der Fixiereinheit. Vorzugsweise wird die Messanordnung, insbesondere die Messposition und/oder die Messorientierung, des Messsystems in dem globalen Koordinatensystem bestimmt. Hierzu kann das Messsystem eine Positionsbestimmungseinheit, insbesondere ein Satellitennavigationsmodul, insbesondere ein GPS-Modul, ein Galileo-Modul und/oder ein GlonassModul, und/oder ein Tachymeter zur Geodäsie, insbesondere ein Laserdistanzmessgerät, aufweisen. Das Bestimmen der Messanordnung kann durch Laserdistanzmessung und Triangulation der Vermessungspunkte erfolgen und/oder anhand des Satellitennavigationssignals des GPS-Moduls, des Galileo-Moduls und/oder des Glonass-Moduls.

Ein Verfahren nach Anspruch 9 ist besonders flexibel einsetzbar und effi-

zient ausführbar. Vorzugsweise ist die Kameraanordnung, insbesondere die

Kameraposition und/oder die Kameraorientierung, zu der Messanordnung,

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insbesondere der Messposition und/oder der Messorientierung, starr oder veränderlich. Die Kameraanordnung relativ zu der Messanordnung kann, insbesondere bei einer starren Verbindung, in einem Kalibriervorgang bestimmt werden. Die Kameraanordnung wird vorzugsweise zwischen zwei aufeinanderfolgend erfasste Bildpaare relativ zu der Fixiereinheit verändert, insbesondere geschwenkt. Mit Hilfe des Winkelsensors und/oder des Wegsensors kann die relative Anordnung der Stereokamera gegenüber der Fixiereinheit automatisiert erfasst werden. Alternativ kann diese relative Anordnung manuell erfasst werden. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass die Anordnung der Fixiereinheit beibehalten werden kann, wenn eine Neuanordnung, insbesondere eine Neuorientierung der Stereokamera zum Vermessen des Infrastrukturbauteils erforderlich ist. Die Bauteilanordnung des Infrastrukturbauteils kann auch nach der Neuanordnung der Stereokamera in dem globalen Koordinatensystem bestimmt werden, ohne dass eine Neuanordnung des Messsystems erforderlich ist. Somit kann beispielsweise ein über das Messfeld der Stereokamera hinaus bewegter Messpunkt

durch Schwenken der Stereokamera verfolgt werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 10 ermöglicht eine Analyse der Beanspruchung des Infrastrukturbauteils. Vorzugsweise werden mindestens zwei, insbesondere mindestens drei der Relativpositionen mit jeweils einem Referenzwert verglichen. Bei dem mindestens einen Referenzwert kann es sich um eine für die jeweilige Relativposition vorgegebene Referenzposition handeln. Die Referenzposition kann beispielsweise im Zuge einer Referenzmessung, insbesondere des unbelasteten Infrastrukturbauteils, erfolgen. Vorzugsweise wird überprüft, ob die Abweichung der mindestens einen Relativposition von dem jeweiligen Referenzwert einen vorgegebenen

Verformungs-Schwellenwert überschreitet. Der Verformungs-Schwellen-

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wert korreliert vorzugsweise mit einer zulässigen Verformung des Infrastrukturbauteils. Das Vergleichen der mindestens einen Relativposition mit dem jeweiligen Grenzwert erfolgt vorzugsweise während des Verlagerns des Infrastrukturbauteils, insbesondere in die Soll-Bauteilanordnung, und/oder vor oder nach dem Fixieren des Infrastrukturbauteils in der SollBauteilanordnung und/oder nach Ablauf einer Wartungsperiode. Hierdurch wird eine Überwachung der Beanspruchung des Infrastrukturbauteils ermöglicht, welche die Betriebssicherheit des Infrastrukturbauteils erhöht und eine besonders effiziente und wirtschaftliche Durchführung von War-

tungs- und Instandhaltungsarbeit an dem Infrastrukturbauteil ermöglicht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt zum Bestimmen der Verformung des Infrastrukturbauteils ein Vergleich von mindestens drei, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens 100, insbesondere mindestens 500, insbesondere linear unabhängigen und/oder rasterförmig über eine Oberfläche des Infrastrukturbauteils verteilten, Relativpositionen mit mindestens einem, insbesondere jeweils einem, Referenzwert. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass auch lokale Verformungen des Infrastruktur-

bauteils erfasst werden können.

Ein Verfahren nach Anspruch 11 gewährleistet die besonders präzise Bestimmung der Verformung des Infrastrukturbauteils. Das Geometriemodell kann ein CAD-Modell sein. Das Strukturmodell kann ein FEM-Modell sein. Das mindestens eine Referenz-Bildpaar kann von dem Infrastrukturbauteil in einem unbelasteten Zustand und/oder dem Fixieren des Infrastrukturbauteils in der Soll-Bauteilanordnung und/oder jeweils nach Ablauf einer Wartungsperiode erfasst worden sein. Der Referenzwert und/oder der Verformungs-Schwellenwert können anhand eines Strukturmodells, insbe-

sondere eines FEM-Modells, insbesondere unter virtueller Beaufschlagung

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des Infrastrukturbauteils mit Lasten, insbesondere mit den im Einsatz des Infrastrukturbauteils zu erwartenden Lasten, errechnet werden. Beispielsweise kann der Verformungs-Schwellenwert für die jeweilige Abweichung der Relativposition von dem Referenzwert anhand des Strukturmodells als maximal zulässige Beanspruchung des Infrastrukturbauteils bestimmt werden. Somit kann anhand des Vergleichsergebnises zwischen dem jeweiligen Referenzwert und der Relativposition die Beanspruchung des Infrastrukturbauteils im Verhältnis zu einer zulässigen Beanspruchung bestimmt

werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 12 macht Beanspruchungen, insbesondere Überbeanspruchungen, des Infrastrukturbauteils beim Transport erkennbar. Vorzugsweise erfolgt das Überwachen der Verformung des Infrastrukturbauteils beim Verlagern periodisch, insbesondere mit der vorstehend beschriebenen Messfrequenz. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass kurzzeitige Spitzenverformungen, insbesondere Lastspitzen, unerkannt

bleiben.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die bestimmten Verformungen dokumentiert, insbesondere in dem Speicherelement einer Auswerteeinheit abgespeichert. Vorzugsweise werden die Verformungsinformationen in ei-

ner Datenbank zur Lebenszyklusüberwachung des jeweiligen Infrastrukturbauteils gespeichert.

Anhand der mindestens einen Relativposition, insbesondere anhand des

Vergleichs der mindestens einen Relativposition mit dem mindestens einen

Referenzwert, können Beanspruchungen des Infrastrukturbauteils auf

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Grundlage eines Strukturmodells, insbesondere eines FEM-Modells, berechnet werden. Beispielsweise können anhand der mindestens einen Rela-

tivposition Spannungen in dem Infrastrukturbauteil bestimmt werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 13 ermöglicht die Reduktion der auf das Infrastrukturbauteil beim Verlagern wirkenden Beanspruchungen. Beispielsweise kann anhand des Vergleichsergebnisses derart auf die Verlagerung Einfluss genommen werden, dass ein Schwellenwert der Verformung nicht überschritten wird. Vorzugsweise erfolgt anhand der Verformung ein geregeltes Verlagern des Infrastrukturbauteils derart, dass die Verformungen

minimiert werden.

Das Infrastrukturbauteil kann insbesondere in Echtzeit vermessen werden. Hierunter wird verstanden, dass die Zeitdauer zwischen der Bilderfassung und der Bestimmung der mindestens einen Relativposition maximal 1 s, insbesondere maximal 0,1, insbesondere maximal 0,01 s, beträgt. Hierdurch kann die Anordnung des Infrastrukturbauteils besonders effizient ge-

steuert, insbesondere geregelt, werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 14 ermöglicht eine besonders detaillierte Vermessung des Infrastrukturbauteils. Vorzugsweise werden Relativpositionen von mindestens zwei Messpunkten, insbesondere zum Überwachen einer Linearerstreckung, der Bauteilposition und/oder der Bauteilorientierung, insbesondere von mindestens drei Messpunkten, insbesondere zum Überwachen einer Krümmung des Infrastrukturbauteils, insbesondere von mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, insbeson-

dere mindestens 1000, Messpunkten, bestimmt.

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Ein Verfahren nach Anspruch 15 ist besonders robust und zuverlässig ausführbar. Die mindestens eine Markierung kann an das Infrastrukturbauteil starr oder beweglich, insbesondere linear verschiebbar, gekoppelt sein. Die Markierung kann einen Reflektor zur Reflexion von Licht aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Markierung ein Verbindungsmittel zum positionsgenauen Anordnen an dem Infrastrukturbauteil. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Markierung an einer vorgegebenen Position des Infrastrukturbauteils angebracht. Die Markierung kann ein Muster zur einfacheren und/oder automatisierten Erkennbarkeit der Markierung aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Markierung, insbesondere das Muster, eine eindeutige Identifikationsinformation. Die eindeutige Identifikationsinformation ist vorzugsweise einem individuellen Messpunkt zugewiesen. Hierdurch kann eine, insbesondere automatisierte, Zuordnung der erfassten Relativposition zu dem jeweiligen Messpunkt erfolgen. Das Verfahren ist somit besonders zuverlässig und robust gegenüber Bedienfehlern ausführbar. Durch das Koppeln der mindestens einen, insbesondere visuellen, Markierung, kann das Infrastrukturbauteil besonders präzise vermessen werden.

Derartige Markierungen werden auch als Messmarken bezeichnet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mobiles Messsystem zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils, insbesondere eines Gleisstrukturbauteils, zu schaffen, das insbesondere sehr wirtschaftlich und flexibel

einsetzbar ist und besonders präzise Messergebnisse bereitstellt. Diese Aufgabe wird durch ein mobiles Messsystem mit den Merkmalen

des Anspruchs 16 gelöst. Die Vorteile des mobilen Messsystems entspre-

chen den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Insbesondere

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kann das mobile Messsystem mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet sein, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Verfahren be-

schrieben sind.

Die Auswerteeinheit umfasst vorzugsweise einen Prozessor zur Verarbeitung digitaler Daten, insbesondere in Echtzeit, und/oder ein Speicherelement zum Speichern der Daten und/oder eine Benutzerschnittstelle zum Austausch von Informationen mit dem Benutzer. Zwischen der Auswerteeinheit und der Stereokamera besteht vorzugsweise eine, insbesondere kabelgebundene, Signalverbindung. Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit einen Desktop-PC, ein Notebook und/oder einen Tablet-PC

und/oder ein Smartphone.

Das mobile Messsystem ist vorzugsweise zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet. Auf dem Speicherelement der Auswerteeinheit kann ein Computerprogramm zum Ausführen des vorstehend

beschriebenen Verfahrens hinterlegt sein.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm zum Ausführen des

vorstehend beschriebenen Verfahrens.

Vorzugsweise umfasst das mobile Messsystem eine Fixiereinheit zum Festlegen der Anordnung des Messsystems, insbesondere zum Fixieren des Messsystems am Boden. Die Fixiereinheit kann ein Stativ und/oder einen Fahrwagen, insbesondere einen auf Schienen verfahrbaren Messwagen, umfassen. Die Fixiereinheit ist vorzugsweise zur vollständigen Festlegung der Messposition und/oder der Messorientierung des Messsystems ausge-

bildet. Hierdurch kann das Bestimmen der Relativposition, insbesondere

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das Bestimmen der Anordnung des Infrastrukturbauteils in dem globalen

Koordinatensystem, besonders präzise und robust erfolgen.

Ein mobiles Messsystem nach Anspruch 17 ist besonders flexibel und wirtschaftlich im Betrieb. Das Messmittel kann zum Erfassen der Kameraposition und/oder der Kameraorientierung relativ zu der Messposition und/oder der Messorientierung ausgebildet sein. Das Messmittel kann zum analogen oder digitalen Erfassen der Kameraanordnung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit zum automatisierten Erfassen der Kameraanordnung relativ zu der Messanordnung mittels des Messmittels ausgebildet. Das Messmittel kann mindestens einen Winkelsensor zum Erfassen der Kameraorientierung relativ zu der Messorientierung und/oder einen Wegsensor zum Erfassen der Kameraposition relativ zu der Messposition aufweisen. Vorzugsweise ist der Winkelsensor als Drehgeber an einem Schwenkgelenk zwischen der Stereokamera und der Fixiereinheit und/oder der Positionsbestimmungseinheit ausgebildet. Der Wegsensor kann als Linearführung zwischen der Stereokamera und der Fixiereinheit ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die Kameraanordnung relativ zu der Messanordnung beim Erfassen des Bildpaares des Infrastrukturbauteils zu erfassen. Somit kann die Stereokamera zur Verfolgung eines über das Messfeld der Stereokamera verlagerten Messpunkts bewegt, insbesondere geschwenkt, werden. Die Position des Messpunkts kann somit auch bei einer Verlagerung der Stereokamera stets in dem Messkoordinatensystem und/oder in dem globalen Koordinatensystem berechnet werden. Das Messfeld des Messsystems ist somit gegenüber dem

Messfeld der Stereokamera deutlich vergrößert.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an-

hand der Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mobilen Messsystems mit einer Stereokamera, einer Auswerteeinheit und einer Positionsbestimmungseinheit, wobei das Messsystem zum Vermessen eines Gleisstrukturbauteils, insbesondere einer Fertigbetonplatte zum Bau eines schwellenlosen Gleises, eingesetzt

ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Messsystem in Fig. 1, wobei von der Stereokamera erfasste, an das Infrastrukturbauteil gekoppelte Messpunkte und von der Positionsbestimmungseinheit erfasste Vermessungspunkte zusammen mit einem globalen Koordinatensystem, einem Mess-Koordinatensystem und ei-

nem Kamera-Koordinatensystem dargestellt sind,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Messsystem und des Infrastrukturbauteils in Fig. 1 weiter im Detail, wobei an dem Infrastrukturbauteil mehrere Markierungen zur Kennzeich-

nung der Messpunkte angebracht sind, Fig. 4 eine schematische Darstellung des mobilen Messsystems in

Fig. 1, wobei das Messsystem zum Vermessen eines Gebäu-

deelements eingesetzt ist,

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„21 -

Fig. 5 eine schematische Darstellung des mobilen Messsystems in Fig. 1, wobei das Messsystem zum Vermessen eines Brückenstrukturelements, insbesondere eines Brückenträgers,

eingesetzt ist, bzw.

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Messsystems in Fig. 1, wobei das Messsystem zum Vermessen von Schienen durch Erfassen des Bewegungspfads von relativ zu dem Gleis be-

wegten Messpunkten eingesetzt ist.

Anhand der Fig. 1 bis Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils 1 mittels eines mobilen Messsystems 2 beschrieben. Das Infrastrukturbauteil 1 ist ein Gleisstrukturbauteil, insbesondere eine Fertigbetonplatte zum Bau eines schwellenlosen Gleises 3. Zum Befestigen von Schienen 4 weist das Infrastrukturbauteil 1 Auflageelemente 5 auf. An den Auflageelementen 5 sind Bohrungen

6 zum Befestigen von Spannklemmen 7 angeordnet.

In der Umgebung des Messsystems 2 bzw. des Infrastrukturbauteils 1 befinden sich Vermessungspunkte 8. Vermessungspunkte 8 sind am Boden oder an Gebäuden fixierte Punkte, die als Ausgangs- oder Zielpunkte bei der Landvermessung oder im Bauwesen dienen. Zum Erfassen der Position der Vermessungspunkte 8 werden in die Vermessungspunkte 8 eingestellte Reflektorstäbe 9 verwendet. Die Reflektorstäbe 9 sind besonders einfach und zuverlässig sensorisch erfassbar. Üblicherweise umfasst ein Reflektorstab 9 ein optisch erfassbares Zielfenster 10, das zum Erfassen des Vermessungspunkts 8 in einem bestimmten Abstand vertikal oberhalb von diesem

angeordnet wird.

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Das Messsystem 2 weist eine Stereokamera 11 und eine Positionsbestimmungseinheit 12 auf. Zum stabilen Aufstellen des Messsystems 2 auf dem Boden umfasst das Messsystem 2 ein Stativ 13, insbesondere ein Dreibein. Ferner umfasst das Messsystem 2 eine Auswerteeinheit 14 zum Verarbeiten der von der Stereokamera 11 und der Positionsbestimmungseinheit 12

erfassten Daten.

Die Positionsbestimmungseinheit 12 ist an dem Stativ 13 angebracht. Eine Hochachse 15 der Positionsbestimmungseinheit 12 ist mittels des Stativs 13 vertikal ausrichtbar. Ein Laserdistanzmessgerät 16 der Positionsbestimmungseinheit 12 ist über ein Horizontalgelenk 17 um eine Horizontalachse 18 und über ein Vertikalgelenk 19 um eine Vertikalachse 20 schwenkbar an dem Stativ 13 angebracht. Die beiden Gelenke 17, 19 sind jeweils mit einem nicht dargestellten Drehgeber 20a, 20b zum Erfassen der Orientierung des Laserdistanzmessgeräts 16 ausgebildet. Mittels dieser Drehgeber 20a, 20b und aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Hochachse 15 ist die

Orientierung des Laserdistanzmessgeräts 16 vollständig bestimmbar.

Das Laserdistanzmessgerät 16 ist dazu ausgebildet, einen Reflektorabstand bı, b2, bs zu den Vermessungspunkten 8, insbesondere zu den Zielfenstern 10 der Reflektorstäbe 9, zu erfassen. Zum Ausrichten des Laserdistanzmessgeräts 16 in Richtung des jeweiligen Zielfensters 10 ist dieses um die Gelenke 17, 19 schwenkbar. Die erfassten Reflektorabstände bı, b2, b3 sind zusammen mit den von den Drehgebern 20a, 20b erfassten Drehwinkeln ßı, ß2, Ba. yı, v2, y3 über eine Signalverbindung 21 an die Auswerteeinheit 14 übertragbar.

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Die Stereokamera 11 weist zwei Digitalkameras 22 auf. Die Digitalkameras 22 sind in einem Kameraabstand D voneinander angeordnet. Insbesondere sind die beiden Digitalkameras 22 in vertikaler Richtung auf derselben Höhe angeordnet. Die Stereokamera 11 ist derart mit der Positionsbestimmungseinheit 12 verbunden, dass diese mittels des Vertikalgelenks 19 um die Vertikalachse 20 schwenkbar gelagert ist, nicht jedoch um die Horizontalachse 18. Die Orientierung der Stereokamera 11 relativ zu dem Stativ 13 ist ausschließlich um die Vertikalachse 20 einstellbar. Bei den Digitalkameras 22 handelt es sich um Full-HD-Kameras mit einer Auflösung von

1920x1080 Pixeln.

Das Messsystem 2 weist eine Beleuchtungseinheit 23 auf. Die Beleuchtungseinheit ist mittig zwischen den Digitalkameras 22 angeordnet. Zur Reduktion von Fremdlichteinflüssen ist die Beleuchtungseinheit 23 zum

Abstrahlen von Infrarotlicht ausgebildet.

An das Infrastrukturbauteil 1 sind Markierungen 24, in Form von Reflektoren, gekoppelt. Die jeweilige Markierung 24 ist mittels einer Markierbefestigung 25 an dem Infrastrukturbauteil 1, insbesondere an den Bohrungen 6, angebracht.

Die Markierungen 24 sind um Markervektoren Cı, C2, C3, Ca, Cs versetzt zu der Stereokamera 11, insbesondere zu einem Ursprung 26 eines KameraKoordinatensystems 27, angeordnet. Die Reflektorabstände bı, b2, bz sind gegenüber dem Ursprung 28 eines Mess-Koordinatensystems 29 des Messsystems 2 bestimmt. Ein globales Koordinatensystem 30 hat den Ursprung

31.

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Die Auswerteeinheit 14 umfasst einen Prozessor 32 zum Verarbeiten von Daten, eine Benutzerschnittstelle 33 zum Austausch von Informationen mit dem Benutzer und ein Speicherelement 34 zum Speichern digitaler Daten. Der Prozessor 32 steht über die Signalverbindung 21 mit dem Messsystem 2, mit der Benutzerschnittstelle 33 und dem Speicherelement 34 in Signalverbindung. Die Benutzerschnittstelle 33 weist einen berührungsempfindlichen Bildschirm auf. Die Auswerteeinheit 14 kann beispielsweise ein

Desktop-PC, ein Laptop, ein Tablet-PC oder ein Smartphone sein.

Die Funktionsweise des Messsystems 2 ist wie folgt:

Zum Bau des Gleises 3 werden die Infrastrukturbauteile 1 in Form der Betonfertigplatten fortlaufend aneinander angelegt. Insbesondere werden die Infrastrukturbauteile 1 hierzu nacheinander aus einer Transportposition in eine individuelle Soll-Bauteilposition verlagert. In der Soll-Bauteilposition wird das jeweilige Infrastrukturbauteil 1 vorzugsweise in einer Soll-Bauteilorientierung angeordnet. Das Verlagern des Infrastrukturbauteils 1 kann beispielsweise mittels eines Krans 35 erfolgen. Zur präzisen, plangemäßen Positionierung und Orientierung des Infrastrukturbauteils 1 kommt das

Messsystem 2 zum Einsatz.

Das Messsystem 2 wird derart an dem Infrastrukturbauteil 1 angeordnet, dass das Messfeld 36 der Stereokamera 11, insbesondere ein Überlappungsbereich von Sichtfeldern der beiden Digitalkameras 22, das Infrastrukturbauteil 1 und die daran gekoppelten Markierungen 24 zumindest in der Soll-Bauteilposition überlappt. Hierdurch wird gewährleistet, dass beide Digitalkameras 22 das Infrastrukturbauteil 1 und die daran angebrachten Markierungen 24 beim Anordnen des Infrastrukturbauteils 1 er-

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fassen können. Die Hochachse 15 des Messsystems 2 wird mittels des Stativs 13, insbesondere mittels einer analogen oder digitalen Wasserwaage, vertikal ausgerichtet. Das Stativ 13 wird am Boden fixiert und im Verlauf

des sich anschließenden Messverfahrens auch nicht mehr bewegt.

Das Mess-Koodinatensystem 29 ist starr mit der Fixiereinheit 13 verbunden bzw. durch die Fixiereinheit 13 festgelegt und damit in Bezug auf das globale Koordinatensystem 30 fixiert. Die Messposition des Messsystems 2, insbesondere der Ursprung 28 und die Ausrichtung des Mess-Koordinatensystems 29, in dem globalen Koordinatensystem 30 werden bestimmt. Hierzu werden die Reflektorstäbe 9 auf den in der Umgebung des Messsystems 2 befindlichen Vermessungspunkten 8 angeordnet. Das Laserdistanzmessgerät 16 wird nacheinander auf die jeweiligen Zielfenster 10 der Reflektorstäbe 9 ausgerichtet. Für jeden Vermessungspunkt 8 werden der jeweilige Reflektorabstand bı, b2, bs, der jeweilige Drehwinkel ßı, ß2, B3 um die Horizontalachse 20 und der jeweilige Drehwinkel yı, yo, y3 um die Vertikalachse 19, insbesondere zusammen mit der Höhe des jeweiligen Zielfensters 10 über dem Vermessungspunkt 8, bestimmt. Diese Informationen

werden über die Signalverbindung 21 an den Prozessor 32 übermittelt.

In dem Speicher 34 sind zu jedem der Vermessungspunkte 8 Koordinaten hinterlegt, die der Position des jeweiligen Vermessungspunkts 8 in dem globalen Koordinatensystem 30 entsprechen. Aus den Koordinaten der Vermessungspunkte 8 und den erfassten Messpositionswerte werden mittels des Prozessors 32 die Messposition, insbesondere der Ursprung 28 und die Orientierung des Mess-Koordinatensystems 29, in dem globalen Koordinatensystem 30 über gängige Vektorrechnung bestimmt und in dem Spei-

cherelement 34 hinterlegt.

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Der Ursprung 26 des Kamera-Koordinatensystems 27 ist um einen MessKamera-Vektor £ versetzt zu dem Ursprung 28 des Mess-Koordinatensystems 29 angeordnet. Der Mess-Kamera-Vektor £ ist hinsichtlich seiner Länge und seines Vertikalanteils aufgrund der gewählten Befestigung der Stereokamera 11 unveränderlich. Der Horizontalanteil des Mess-KameraVektors £ ist abhängig von der Orientierung der Stereokamera 11 um die Vertikalachse 20. Der Mess-Kamera-Vektor £ wird anhand seiner bekannten Länge, dem ebenfalls bekannten Vertikalanteil und dem mittels des Drehgebers 20b des Vertikalgelenks 19 ermittelten Horizontalanteils bestimmt. Anhand des Mess-Kamera-Vektors £ und der Messposition, insbesondere des Ursprungs 28 und der Orientierung des Mess-Koordinatensystems 29, werden der Ursprung 26 und die Orientierung des Kamera-Koordinatensystems 27 in dem globalen Koordinatensystem 30 bestimmt. Somit können von der Stereokamera 11 erfasste Relativpositionen der Messpunkte 37, 38, 39, 40, 41 über gängige, in der Auswerteeinheit 14, insbesondere von dem Prozessor 32, ausgeführte Koordinatentransformationen,

in dem globalen Koordinatensystem 30 bestimmt werden.

Während des Erfassens des Bildpaares mittels der Stereokamera 11 ist diese vorzugsweise relativ zu dem Mess-Koordinatensystem 29, insbesondere zu dem Stativ 13, fixiert. Hierdurch kann das Bildpaar besonders prä-

zıse und robust erfasst werden.

Alternativ kann die Stereokamera 11 während des Erfassens des Infrastrukturbauteils 1, insbesondere kontinuierlich und/oder entsprechend der Verlagerungsbewegung des Infrastrukturbauteils 1 relativ zu dem Mess-Koordinatensystem 29 beweget, insbesondere geschwenkt, insbesondere um die

Vertikalachse 20 geschwenkt, werden.

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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Stereokamera 11 starr mit dem Mess-Koordinatensystem 29, insbesondere mit dem Stativ 13, verbunden. Ein Vertikalgelenk 19 ist dabei nicht vorgesehen. Die Stereokamera 11 kann relativ zu dem Mess-Koordinatensystem 29 nicht ge-

schwenkt werden.

Die Anordnung des Infrastrukturbauteils 1 ist durch dessen Position und Orientierung bestimmt. Die Bauteilposition ist durch den Ursprung 42 eines Bauteil-Koordinatensystems 43 bestimmt. Die Bauteilorientierung ist

durch die Orientierung des Bauteil-Koordinatensystems 43 bestimmt.

Die Position der Messpunkte 37, 38, 39, 40, 41 an dem Infrastrukturbauteil 1 ist bekannt, insbesondere ist diese in einem entsprechenden Datensatz in dem Speicherelement 34 hinterlegt. Hieraus wird die Anordnung des Bauteil-Koordinatensystems 43 mit dem Ursprung 42 relativ zu den Messpunkten 37, 38, 39, 40, 41, insbesondere mittels des Prozessors 32, berechnet. Über gängige Koordinatentransformationsverfahren ist die Bauteilanordnung, insbesondere sind die Bauteilposition und die Bauteilorientierung in dem globalen Koordinatensystem 30 bestimmbar. In dem globalen Koordinatensystem 30 ist die Bauteilposition anhand des von dem Ursprung 31 auf den Ursprung 42 weisenden Bauteilpositionsvektors p bestimmt. Die Bauteilorientierung kann in dem globalen Koordinatensystem 30 beispielsweise anhand eines entsprechenden Bauteilorientierungsvektors für das

Bauteil-Koordinatensystem 43 angegeben werden. Mittels des Krans 35 wird das Infrastrukturbauteil 1 aus einer Bevorra-

tungs-Bauteilanordnung in eine Soll-Bauteilanordnung verlagert. Die Bau-

teilanordnung wird während des Verlagerns des Infrastrukturbauteils 1

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fortwährend mittels des Messsystems 2 bestimmt. Insbesondere erfolgt das Bestimmen der Bauteilanordnung mit einer Frequenz in einem Bereich von

10 Hz bis 100 Hz, insbesondere mit einer Frequenz von 55 Hz.

Die Soll-Bauteilanordnung ist für jedes der Infrastrukturbauteile 1 in dem Speicherelement 34 hinterlegt. Die Soll-Bauteilanordnung des jeweiligen Infrastrukturbauteils 1 ist vorzugsweise zusammen mit einer individuellen Identifikationsinformation oder einer fortlaufenden Nummer in dem Speicherelement 34 hinterlegt. Anhand der individuellen Identifikationsinformation oder der fortlaufenden Nummer kann der Benutzer über die Benutzerschnittstelle 33 die für das momentan anzuordnende Infrastrukturbauteil

1 zutreffende Soll-Bauteilanordnung auswählen.

Die Soll-Bauteilanordnung umfasst beispielsweise einen Soll-Bauteilpositionsvektor und einen Soll-Bauteilorientierungsvektor. Mittels des Prozessors 32 wird die erfasste Bauteilanordnung fortwährend, insbesondere mit der Frequenz in dem Bereich von 10 Hz bis 100 Hz, insbesondere mit der Frequenz von 55 Hz, mit der Soll-Bauteilanordnung verglichen. Das Vergleichsergebnis ist durch die Differenz zwischen der Soll-Bauteilanordnung und der Bauteilanordnung bestimmt. Das Vergleichsergebnis wird dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 33 in Form eines Differenz-

Positionsvektors und eines Differenz-Orientierungvektors angezeigt.

Das Verlagern des Infrastrukturbauteils 1 erfolgt anhand des Vergleichsergebnisses. Insbesondere kann das Infrastrukturbauteil 1 mittels des Krans 35 automatisiert, insbesondere geregelt, in die Soll-Bauteilanordnung verlagert werden. Unterschreitet das Vergleichsergebnis, insbesondere der

Differenz-Positionsvektor und der Differenz-Orientierungsvektor, einen

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vorgegebene Anordnungs-Schwellenwert, so ist eine zulässige Bauteilanordnung erreicht. Das Infrastrukturbauteil 1 wird in dieser Anordnung fixiert. Das Verfahren zum Anordnen des Infrastrukturbauteils 1 ist beendet. Ein weiteres Infrastrukturbauteil 1 kann entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren aus der Bevorratungs-Bauteilanordnung in die Soll-

Bauteilanordnung überführt und dort fixiert werden.

Mittels des Messsystems 2 kann, zusätzlich oder alternativ zum Bestimmen der Anordnung des Infrastrukturbauteils 1, eine Verformung des Infrastrukturbauteils 1 bestimmt werden. Die Markervektoren c werden hierzu entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren durch Erfassen von Bildpaaren mittels der Stereokamera bestimmt. Eine Transformation der Markerpositionen in das globale Koordinatensystem 30 ist zum Bestimmen

der Verformung des Infrastrukturbauteils 1 nicht erforderlich.

Die Position der Markierungen 24 werden mittels des Prozessors 32 anhand der Markervektoren € in dem Bauteil-Koordinatensystem 43 bestimmt. In dem Speicherelement 34 sind Soll-Markerpositionen der Markierelemente 24, insbesondere für jedes individuelle Infrastrukturbauteil 1, hinterlegt. Die entsprechenden Soll-Markierpositionen sind von dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 33 anhand einer für das Infrastrukturbauteil 1 einzigartigen Identifikationsinformation auswählbar. Mittels des Prozessors 32 werden die Markerpositionen mit den Soll-Markerpositionen verglichen. Das Vergleichsergebnis wird als Differenz zwischen der SollMarkerposition und der Markerposition bestimmt. Das Vergleichsergebnis

korreliert mit einer Verformung des Infrastrukturbauteils 1.

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Das Bestimmen des Vergleichsergebnisses erfolgt beispielsweise während des Verlagerns des Infrastrukturbauteils 1, insbesondere zwischen der Bevorratungs-Bauteilanordnung und der Soll-Bauteilanordnung, und/oder in der Soll-Bauteilanordnung, insbesondere vor dem Fixieren oder im An-

schluss an das Fixieren des Infrastrukturbauteils 1, und/oder zu Wartungs-

zwecken nach Ablauf einer bestimmten Wartungsperiode.

Vorzugsweise erfolgt das Verlagern des Infrastrukturbauteils 1 derart, dass ein Verformungs-Schwellenwert nicht überschritten wird. Eine Reduktion der Verformung kann beispielsweise durch gleichmäßigeres Verlagern oder

zusätzliche Aufhängungspunkte erreicht werden.

Das Vergleichsergebnis der Verformung wird fortwährend in dem Speicherelement 34 abgespeichert. Die Dokumentation der Verformung ermöglicht eine verbesserte Qualitätssicherung. Das nach der Wartungsperiode bestimmte Vergleichsergebnis kann eine Grundlage für die Entscheidung über Instandhaltungsmaßnahmen sein. Hierzu kann insbesondere ein Vergleich zwischen der Soll-Markerposition und der Markerposition, die im Anschluss an das Fixieren des Infrastrukturbauteils 1 und/oder Ablauf einer Wartungsperiode bestimmt wurden, erfolgen. Auch die nach Ablauf einer Wartungsperiode bestimmte Bauteilanordnung kann zum Bestimmen des Vergleichsergebnisses mit der Soll-Bauteilanordnung und/oder der Bauteilanordnung im Anschluss an das Fixieren des Infrastrukturbauteils 1 vergli-

chen werden. Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht eine besonders präzise

und wiederholgenaue Positionierung von Infrastrukturbauteilen 1, insbe-

sondere in einem globalen Koordinatensystem 30. Das Verfahren macht

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Beanspruchungen, insbesondere Überbeanspruchungen, von Infrastrukturbauteilen 1 beim Transport und/oder beim Fixieren erkennbar. Die Wartung von Infrastrukturbauteilen 1 kann in besonders effizienter und zuverlässiger Weise erfolgen. Infrastrukturbauteile 1 sind mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens beim Einbau und während ihrer Nutzungsdauer hinsichtlich ihrer Anordnung und Beanspruchung besonders flexibel, zu-

verlässig, effizient und wirtschaftlich überwachbar.

Anhand der Fig. 4 und Fig. 5 sind zwei weitere Beispiele zur Verwendung des vorstehend beschriebenen Messsystems 2 bzw. Anwendungsbeispiele des vorstehend beschriebenen Verfahrens erläutert. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das in der Fig. 4 dargestellte Infrastrukturbauteil 1 ein Gebäudeelement, insbesondere eine Fertigbetonwand. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Infrastrukturbauteil 1 mittels des Messsystems 2 präzise in die Soll-Bauteilanordnung verlagert. Das Verlagern des Infrastrukturbauteils 1 erfolgt manu-

ell anhand des von dem Messsystem 2 bestimmten Vergleichsergebnisses.

Das in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass die von dem Messsystem 2 erfassten Infrastrukturbauteile 1 ein Brückenträger und ein Brückenpfeiler sind. Das als Brückenträger ausgebildete Infrastrukturbauteil 1 wird entsprechend des vorstehend beschriebenen Verfahrens mittels eines Krans 35 in die Soll-Bauteilanordnung verlagert, wobei das Verlagern automatisiert anhand eines gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmten Vergleichsergebnisses zwischen der Bauteilanordnung und der Soll-Bauteilanordnung erfolgt. Beim Verlagern und/oder

in der Soll-Bauteilanordnung wird die Verformung des Infrastrukturbau-

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teils 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt und überwacht. Ferner werden die Markerpositionen der als Brückenträger und Brückenpfeiler ausgebildeten Infrastrukturbauteile 1, insbesondere im Anschluss an die Fertigstellung der Brücke und/oder nach vorgegebenen Wartungsperioden, zum Bestimmen neuer Verformungen erfasst. Anhand des Verformungsbilds können beispielsweise Risse in dem Infrastrukturbauteil 1 identifiziert werden. Anhand der bestimmten Verformungen, insbesondere anhand eines daraus bestimmten Verformungs- und/oder Rissfortschritts, kann über möglicherweise notwendige Instandhaltungsmaßnah-

men entschieden werden.

Anhand der Fig. 6 ist ein weiteres Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils 1 bzw. ein weiteres Anwendungsbeispiel zur Verwendung des Messsystems 2 beschrieben. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Markierungen 24 an einem Messwagen 44, der als Schienenfahrzeug ausgebildet ist, angebracht. Über den Messwagen 44 sind die Markierungen 24 und die damit gekennzeichneten Messpunkte 37, 38 an die Schienen 4, welche die zu vermessenden

Infrastrukturbauteile 1 darstellen, gekoppelt.

Zum Vermessen der Infrastrukturbauteile 1, insbesondere der Schienen 4, werden die Markierungen 24 mittels des Messwagens 44 im Messfeld 36 des Messsystems 2 über die Schienen 4 verlagert. Das Messsystem 2 erfasst dabei fortwährend, insbesondere mit einer Messfrequenz von 10 Hz, die Relativpositionen der an die Infrastrukturbauteile 1 gekoppelten Messpunkte 37, 38. Die Fahrgeschwindigkeit des Messwagens 44 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2 m/s bis 20 m/s. Anhand des zeitlichen Verlaufs der Relativpositionen werden Bewegungstrajektorien 44a der Mess-

punkte 37, 38 bestimmt.

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Die Anordnung der Markierungen 24 relativ zu den Schienen 4, insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der Fahrrichtung 45, ist bekannt, insbesondere durch den Messwagen 44 fest vorgegeben oder veränderlich und wird an dem Messwagen 44 erfasst. Anhand des zeitlichen Verlaufs der Relativpositionen wird mittels der Auswerteeinheit 14, insbesondere mittels des Prozessors 32, die Position der Schienen 4 in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und damit an unterschiedlichen Punkten entlang der Fahrrichtung 45, in dem globalen Koordinatensystem 30 bestimmt. Die Bauteilanordnung der Infrastrukturbauteile 1, insbesondere der Verlauf der Schienen

4, ist hierdurch in dem globalen Koordinatensystem 30 bestimmbar.

Das Verfahren entspricht im Übrigen dem Verfahren entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das Verfahren ermöglicht eine besonders präzise und effiziente Bestimmung der Bauteilanordnung in dem globalen Koordinatensystem 30, insbesondere beim Gleisbau, nach dem Verlegen der Schienen 4 und/oder zu Wartungszwecken nach dem

Ablauf einer bestimmten Wartungsperiode.

Claims (1)

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Vermessen eines Infrastrukturbauteils (1), insbesondere eines Gleisstrukturbauteils, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines mobilen Messsystems (2) mit einer Stereokamera (11),

- Anordnen des Messsystems (2) an dem Infrastrukturbauteil (1),

- Erfassen mindestens eines Bildpaares von dem Infrastrukturbauteil (1) mittels der Stereokamera (11),

- Bestimmen einer Relativposition mindestens eines an das Infrastrukturbauteil (1) gekoppelten Messpunkts (37, 38, 39, 40, 41) anhand des mindestens einen Bildpaares, und

- Bestimmen einer Verformung des Infrastrukturbauteils (1) anhand der mindestens einen Relativposition und/oder Erfassen einer Messposition des Messsystems (2) in einem globalen Koordinaten-

system (30).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bestimmen einer Bauteilanordnung des Infrastrukturbauteils (1) in dem globalen Koordinatensystem (30) anhand der mindestens einen Relativposition und

der Messposition. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vergleichen der Bauteilanordnung mit einer Soll-Bauteilanordnung zum Bestimmen ei-

nes Vergleichsergebnisses.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verlagern des Infrastrukturbauteils (1) anhand des Vergleichsergebnisses.

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10.

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Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Bildpaare zu mehreren aufeinanderfol-

genden Zeitpunkten erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Bestimmen eines Bewegungspfads des mindestens einen Messpunkts (37, 38, 39, 40, 41) anhand der mehreren Bildpaare.

Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Bildpaare mit einer Frequenz von mindestens 0,1 Hz

erfolgt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Messposition des Messsystems (2) in dem globalen Koordinatensystem (30) das Erfassen von Vermes-

sungspunkten (8) und/oder eines Satellitennavigationssignals umfasst.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen einer Kameraanordnung der Stereokamera (11) relativ zu der Messposition des Messsystems (2) beim Erfassen des min-

destens einen Bildpaares.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Verformung des Infrastrukturbauteils (1) durch Vergleichen der mindestens einen Relativposition mit

mindestens einem Referenzwert erfolgt.

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11.

12.

13.

14.

15.

16.

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Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert anhand eines Geometriemodells und/oder eines Strukturmodells des Infrastrukturbauteils (1) und/oder anhand mindestens eines Referenz-Bildpaares des Infrastrukturbauteils (1) bestimmt wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Überwachen der Verformung des Infrastrukturbauteils (1) beim

Verlagern des Infrastrukturbauteils (1).

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet

durch Verlagern des Infrastrukturbauteils (1) anhand der Verformung.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erfassen der Relativposition von mindestens drei Messpunkten (37, 38, 39, 40, 41) des Infrastrukturbauteils (1) anhand des mindestens

einen Bildpaares.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erfassen des mindestens einen Messpunkts (37, 38, 39, 40, 41) durch Erfassen einer an das Infrastrukturbauteil (1) gekoppelten Markierung (24).

Mobiles Messsystem (2) zum Erfassen eines Infrastrukturbauteils (1),

insbesondere eines Gleisstrukturbauteils, aufweisend

- eine Stereokamera (11) zum Erfassen mindestens eines Bildpaares des Infrastrukturbauteils (1),

- eine Auswerteeinheit (14) zum Bestimmen der Relativposition

mindestens eines mit dem Infrastrukturbauteil (1) gekoppelten

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Messpunkts (37, 38, 39, 40, 41) anhand des mindestens einen Bildpaares, und

- eine Positionsbestimmungseinheit (12) zum Bestimmen einer Messposition des Messsystems (2) in einem globalen Koordinaten-

system (30). 17. Mobiles Messsystem (2) nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch

ein Messmittel (20a, 20b) zum Erfassen einer Kameraanordnung der

Stereokamera (11) relativ zu der Messposition des Messsystems (2).