AT527463A1 - Method for determining a reference position of a reference object in a track environment, measuring device and system - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Referenzposition (2.1, 2.2, 2.3) eines Referenzobjekts (3.1, 3.2, 3.3) in einer Gleisumgebung (4) umfasst die Schritte: Erzeugen von Messdaten durch Erfassen der Gleisumgebung (4), Auswerten der Messdaten durch Erkennen des Referenzobjekts (3.1, 3.2, 3.3) in der Gleisumgebung (4) und Bestimmen der Referenzposition (2.1, 2.2, 2.3) des Referenzobjekts (3.1, 3.2, 3.3) anhand der Messdaten, wobei das Erfassen der Gleisumgebung (4) durch Erfassen von Radarstrahlung (5) erfolgt. Eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer Referenzposition (2.1, 2.2, 2.3) eines Referenzobjekts (3.1, 3.2, 3.3) in einer Gleisumgebung (4) und ein System (1) mit einer derartigen Messvorrichtung (6).A method for determining a reference position (2.1, 2.2, 2.3) of a reference object (3.1, 3.2, 3.3) in a track environment (4) comprises the steps of: generating measurement data by detecting the track environment (4), evaluating the measurement data by detecting the reference object (3.1, 3.2, 3.3) in the track environment (4) and determining the reference position (2.1, 2.2, 2.3) of the reference object (3.1, 3.2, 3.3) based on the measurement data, wherein the detection of the track environment (4) takes place by detecting radar radiation (5). A measuring device for determining a reference position (2.1, 2.2, 2.3) of a reference object (3.1, 3.2, 3.3) in a track environment (4) and a system (1) with such a measuring device (6).
Description
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Verfahren zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzob-Method for determining a reference position of a reference object
jekts in einer Gleisumgebung, Messvorrichtung und System project in a track environment, measuring device and system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzobjekts in einer Gleisumgebung. Ferner betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzobjekts in einer Gleisumgebung. Die Erfindung betrifft auch The invention relates to a method for determining a reference position of a reference object in a track environment. The invention also relates to a measuring device for determining a reference position of a reference object in a track environment. The invention also relates to
ein System mit einer derartigen Messvorrichtung. a system with such a measuring device.
Aus der WO 2017/178093 A1 sind ein Verfahren und ein Messsystem zum Erfassen eines Festpunktes neben einem Gleis bekannt. Der durch ein optisches Erkennungsmuster markierte Festpunkt wird mittels eines Stereokamerasystems erfasst. Die Bilderfassung ist empfindlich gegenüber wechselnden Lichtverhältnissen, Wettereinflüssen, wie Nebel oder Regen, sowie gegenüber Verschmutzungen, insbesondere in einer staubbelasteten Umge-WO 2017/178093 A1 discloses a method and a measuring system for detecting a fixed point next to a track. The fixed point, marked by an optical recognition pattern, is detected using a stereo camera system. The image capture is sensitive to changing light conditions, weather influences such as fog or rain, and to dirt, especially in a dusty environment.
bung. exercise.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzobjekts in einer Gleisumgebung zu schaffen, welches insbesondere besonders flexibel einsetzbar und robust It is an object of the invention to provide an improved method for determining a reference position of a reference object in a track environment, which is particularly flexible and robust
im Betrieb ist, sowie besonders präzise Messergebnisse gewährleistet. in operation and ensures particularly precise measurement results.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wurde erkannt, dass das Bestimmen der Referenzposition eines Referenzobjekts in der Gleisumgebung besonders robust, flexibel und präzise anhand von Messdaten erfolgen kann, die durch Erfassen von Radarstrahlung erzeugt werden. Radarstrahlung durchdringt Nebel und Re-This object is achieved by a method having the features of claim 1. It was recognized that the determination of the reference position of a reference object in the track environment can be carried out particularly robustly, flexibly and precisely using measurement data generated by detecting radar radiation. Radar radiation penetrates fog and re-
gen im Wesentlichen unbeeinträchtigt. Schwankungen natürlicher Radar-Fluctuations in natural radar
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strahlung auf die so erzeugten Messdaten sind im Wesentlichen vernachlässigbar. Das Verfahren gewährleistet zuverlässig besonders präzise Messergebnisse. Zudem sind Radarsensoren zum Erfassen der Radarstrahlung unempfindlich gegenüber Verschmutzungen, insbesondere Staub. Das Verfahren ist damit besonders zum Einsatz in einer schmutzbelasteten, insbesondere einer staubreichen, Umgebung, wie beispielsweise in einer GleisBaustelle, insbesondere bei der Gleisbettverdichtung, geeignet. Ferner ist das Verfahren gleichermaßen bei Tag und bei Nacht sowie auf offenem Gelände und/oder in einem zumindest abschnittsweise geschlossenen Bereich, insbesondere unterirdisch, beispielsweise in einem Tunnel, anwendbar. Das Verfahren ist hierdurch besonders flexibel im Einsatz und wirt-radiation on the measurement data generated in this way are essentially negligible. The method reliably guarantees particularly precise measurement results. In addition, radar sensors for detecting radar radiation are insensitive to dirt, especially dust. The method is therefore particularly suitable for use in a dirty, especially dusty, environment, such as a track construction site, especially during track bed compaction. Furthermore, the method can be used equally during the day and at night, in open areas and/or in an area that is at least partially closed, especially underground, for example in a tunnel. This makes the method particularly flexible in use and economical.
schaftlich ausführbar. economically feasible.
Unter der Referenzposition wird eine Position des Referenzobjekts verstanden, insbesondere in einem globalen oder lokalen Koordinatensystem. Das lokale Koordinatensystem kann ein Mess-Koordinatensystem einer Messvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens sein und/oder ein bezüglich eines Gleisfahrwagens festes, insbesondere entlang des Gleises bewegliches, Koordinatensystem und/oder ein bezüglich eines Streckenabschnitts des Gleises festgelegtes Koordinatensystem. Das globale Koordinatensystem kann ein geografisches Koordinatensystem, insbesondere ein Koordinaten-The reference position is understood to be a position of the reference object, in particular in a global or local coordinate system. The local coordinate system can be a measuring coordinate system of a measuring device for carrying out the method and/or a coordinate system that is fixed with respect to a track carriage, in particular movable along the track, and/or a coordinate system that is fixed with respect to a section of the track. The global coordinate system can be a geographical coordinate system, in particular a coordinate system.
system zur Landvermessung, sein. system for land surveying.
Unter der Gleisumgebung wird der Bereich verstanden, der, insbesondere lateral, an die Gleisschienen, insbesondere den Gleisrost, insbesondere das Lichtraumprofil der Gleisfahrbahn angrenzt und/oder der sich oberhalb der Erdoberfläche, insbesondere des Gleisbodens, erstreckt. Das Erzeugen der Messdaten erfolgt vorzugsweise durch Erfassen der lateralen Gleisumge-The track environment is understood to mean the area which, in particular laterally, borders on the track rails, in particular the track grid, in particular the clearance profile of the track carriageway and/or which extends above the surface of the earth, in particular the track floor. The measurement data are preferably generated by recording the lateral track environment.
bung. Unter der lateralen Gleisumgebung wird die seitliche Umgebung des The lateral track environment is the lateral environment of the
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Gleises, insbesondere in Bezug auf die Längserstreckung des Gleises, verstanden. Bevorzugt wird unter der lateralen Gleisumgebung der Bereich verstanden, der sich seitlich der Gleisschienen, insbesondere des Gleisrosts, insbesondere des Lichtraumprofils der Gleisfahrbahn, erstreckt und/oder der sich in einem seitlichen Abstand von mindestens 0,5 m zu mindestens Track, in particular with respect to the longitudinal extension of the track. Preferably, the lateral track environment is understood to mean the area that extends to the side of the track rails, in particular the track grid, in particular the clearance profile of the track carriageway, and/or that is at a lateral distance of at least 0.5 m to at least
einem der vorstehenden Objekte bzw. Bereiche erstreckt. one of the above objects or areas.
Vorzugsweise wird die Radarstrahlung aus einer Gleisquerrichtung erfasst bzw. aus einer Richtung mit mindestens einer parallel zu der Gleisquerrichtung orientierten Richtungskomponente. Die Gleisquerrichtung ist horizontalen und senkrecht zur Gleislängsrichtung orientiert. Zu einer vertikal nach unten weisenden Richtung schließt die erfasste Radarstrahlung vorzugsweise einen Winkel von mindestens 45°, insbesondere mindestens 60°, insbesondere mindestens 75°, insbesondere mindestens 85°, ein. Vorzugsweise wird die Radarstrahlung zumindest anteilig, insbesondere im Wesentlichen, insbesondere vollständig, aus einer Horizontalrichtung erfasst. Das Erzeugen der Messdaten kann das Erfassen der seitlichen, oberen, unteren, vorderen und/oder hinteren Gleisumgebung umfassen. Das Referenzobjekt ist zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in der Gleisumgebung angeordnet. Das Erfassen der Gleisumgebung kann einsei-The radar radiation is preferably detected from a transverse track direction or from a direction with at least one directional component oriented parallel to the transverse track direction. The transverse track direction is oriented horizontally and perpendicular to the longitudinal track direction. The detected radar radiation preferably forms an angle of at least 45°, in particular at least 60°, in particular at least 75°, in particular at least 85°, with a vertically downward direction. The radar radiation is preferably detected at least partially, in particular essentially, in particular completely, from a horizontal direction. The generation of the measurement data can include the detection of the lateral, upper, lower, front and/or rear track environment. The reference object is arranged at least in sections, in particular completely, in the track environment. The detection of the track environment can be one-sided.
tig oder beidseitig des Gleises erfolgen. on one side or both sides of the track.
Die Messdaten können mit einer spezifischen Radarsignatur des Referenzobjekts korrelieren. Zum Erkennen des Referenzobjekts anhand der Messdaten kann die spezifischen Radarsignatur des Referenzobjekts erkannt werden, insbesondere durch Vergleichen mit Radarsignaturen bekannter The measurement data can be correlated with a specific radar signature of the reference object. To identify the reference object based on the measurement data, the specific radar signature of the reference object can be identified, in particular by comparing it with radar signatures of known
Referenzobjekte. reference objects.
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Die Referenzposition des Referenzobjekts kann bestimmt werden anhand The reference position of the reference object can be determined using
der Laufzeit der Radarstrahlung und/oder durch Triangulation. the travel time of the radar radiation and/or by triangulation.
Die Messdaten können ein Abbild der Gleisumgebung sein, die das Referenzobjekt aufweist. Die erfasste Radarstrahlung kann eine zumindest teil-The measurement data can be an image of the track environment that the reference object has. The detected radar radiation can be an at least partial
weise von dem Referenzobjekt reflektierte Radarstrahlung sein. radar radiation reflected from the reference object.
Das Erfassen der Radarstrahlung kann bei örtlicher Fixierung einer Sensoreinrichtung zum Erfassen der Radarstrahlung erfolgen. Alternativ kann die Sensoreinrichtung beim Erfassen der Radarstrahlung, insbesondere kontinuierlich und/oder schrittweise, bewegt werden. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung an einem sich entlang des Gleises, insbesondere auf The detection of the radar radiation can be carried out by locally fixing a sensor device for detecting the radar radiation. Alternatively, the sensor device can be moved when detecting the radar radiation, in particular continuously and/or step by step. For example, the sensor device can be attached to a track located along the track, in particular on
den Gleisschienen, bewegenden Fahrwagen befestigt sein. the track rails, moving carriages.
Das Verfahren wird vorzugsweise, insbesondere vollständig, bodengebunden, insbesondere an dem Gleis ausgeführt. Insbesondere erfolgt das Erfassen und/oder ein Abstrahlen der Radarstrahlung bodengebunden, insbesondere an bzw. auf dem Gleis. Die Sensoreinrichtung und/oder eine Sendeeinrichtung insbesondere die Messvorrichtung, ist vorzugsweise bodenge-The method is preferably, in particular completely, carried out on the ground, in particular on the track. In particular, the detection and/or emission of the radar radiation takes place on the ground, in particular on or at the track. The sensor device and/or a transmitting device, in particular the measuring device, is preferably ground-based.
bunden, insbesondere an bzw. auf dem Gleis angeordnet. connected, especially located on or near the track.
Die Referenzposition wird vorzugsweise, insbesondere zunächst, in dem lokalen Koordinatensystem, insbesondere dem Mess-Koordinatensystem, bestimmt. Diese Referenzposition kann als Relativposition des Referenzobjekts zu einer Messposition der Messvorrichtung bestimmt werden. Ist die Messposition bekannt, so kann anhand der Referenzposition die globale Position des Referenzobjekts, insbesondere in einem globalen Koordina-The reference position is preferably determined, in particular initially, in the local coordinate system, in particular the measuring coordinate system. This reference position can be determined as the relative position of the reference object to a measuring position of the measuring device. If the measuring position is known, the global position of the reference object can be determined based on the reference position, in particular in a global coordinate system.
tensystem, bestimmt werden. Die globale Position des Messsystems kann The global position of the measuring system can be
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beispielsweise mittels bekannter Navigationsverfahren, insbesondere mit-for example by means of known navigation methods, in particular with
tels eines GPS und/oder eines GNSS-Verfahrens, erfasst werden. using a GPS and/or a GNSS method.
Anhand der Referenzposition kann, insbesondere alternativ, die Messposition der Messvorrichtung und/oder die Position eines mit der Messvorrichtung ausgestatteten Gleisfahrwagens und/oder des Gleises, an dem die Messvorrichtung angeordnet ist, insbesondere in dem globalen Koordinatensystem, bestimmt werden. Vorzugsweise ist die globale Position des Referenzobjekts bekannt, insbesondere in einer Speichereinheit der Messvorrichtung hinterlegt. Anhand der globalen Position des Referenzobjekts und der ermittelten Referenzposition, insbesondere der Relativposition, kann die entsprechende Position, beispielsweise der Messvorrichtung, in dem Based on the reference position, in particular alternatively, the measuring position of the measuring device and/or the position of a track carriage equipped with the measuring device and/or the track on which the measuring device is arranged can be determined, in particular in the global coordinate system. Preferably, the global position of the reference object is known, in particular stored in a storage unit of the measuring device. Based on the global position of the reference object and the determined reference position, in particular the relative position, the corresponding position, for example of the measuring device, can be determined in the
globalen Koordinatensystem bestimmt werden. global coordinate system.
Die erfasste Radarstrahlung weist vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von 0,5 GHz bis 500 GHz, insbesondere von 1 GHz bis 100 GHz, insbesondere von 5 GHz bis 80 GHz, auf. The detected radar radiation preferably has a frequency in the range from 0.5 GHz to 500 GHz, in particular from 1 GHz to 100 GHz, in particular from 5 GHz to 80 GHz.
Die Positionsbestimmung ist insbesondere unabhängig von Witterungsverhältnissen, der Tageszeit und/oder der Verfügbarkeit eines Satellitennavigationssignals möglich. Beispielsweise kann die Positionsbestimmung auch unterirdisch, bei Nacht, bei Nebel, bei Starkregen und/oder in einer staub-In particular, position determination is possible regardless of weather conditions, the time of day and/or the availability of a satellite navigation signal. For example, position determination can also be carried out underground, at night, in fog, in heavy rain and/or in a dusty
reichen Gleisbaustelle präzise erfolgen. rich track construction site must be carried out precisely.
Vorzugsweise werden zusätzliche Messdaten in Form von optischer Strahlung, insbesondere Kamerabilder, erfasst. Hierdurch kann die Genauigkeit des Verfahrens, insbesondere bei ausreichenden Sichtbedingungen, noch-Preferably, additional measurement data are recorded in the form of optical radiation, in particular camera images. This can further improve the accuracy of the method, especially under sufficient visibility conditions.
mals gesteigert werden. be increased again.
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Ein Verfahren nach Anspruch 2 ist besonders flexibel einsetzbar und robust. Mittels der Radarstrahlung können natürliche Objekte der Vegetation und/oder der Erdoberfläche, wie beispielsweise Bäume oder Felsen, als Referenzobjekt genutzt werden. Spezielle bauliche Vorkehrungen, insbesondere Markierungen, können entfallen. Hierdurch kann eine hohe örtliche Dichte von Vermessungsstützpunkten in Form der Referenzobjekte in wirtschaftlicher Weise erzielt werden. Künstliche Referenzobjekte können Infrastrukturobjekte, wie spezielle Landvermessungspunkte, insbesondere Vermarkungen, insbesondere aufweisend einen Messbolzen, mit oder ohne eine Messmarkierung, sein. Künstliche Referenzobjekte können auch Infrastrukturobjekte, insbesondere Gleis-Infrastrukturobjekte, wie beispielsweise Brückenelemente und/oder Bahnsteigelemente, insbesondere Bahnsteigkanten und/oder Tunneleinfahrten und/oder Gleismasten und/oder A method according to claim 2 is particularly flexible and robust. By means of radar radiation, natural objects of the vegetation and/or the earth's surface, such as trees or rocks, can be used as reference objects. Special structural precautions, in particular markings, can be omitted. This makes it possible to achieve a high local density of surveying bases in the form of reference objects in an economical manner. Artificial reference objects can be infrastructure objects, such as special land surveying points, in particular markings, in particular having a measuring bolt, with or without a measuring marking. Artificial reference objects can also be infrastructure objects, in particular track infrastructure objects, such as bridge elements and/or platform elements, in particular platform edges and/or tunnel entrances and/or track masts and/or
Gleissignale und/oder Lärmschutzelemente und/oder Bahnübergänge, sein. track signals and/or noise protection elements and/or level crossings.
Ein Verfahren nach Anspruch 3 führt zu besonders präzisen Messergebnissen. Ein Signalreflektor, insbesondere ein Radarreflektor, ist beim Auswerten der Messdaten besonders zuverlässig als Referenzobjekt erfassbar, insbesondere ist dessen Radarsignatur zuverlässig erkennbar. Der Radarreflektor ist vorzugsweise ein Trippelspiegel. Der Radarreflektor kann pyramidenförmig oder als Pyramidenstumpf ausgebildet sein. Vorzugsweise hat der Trippelspiegel im Kreuzungspunkt seiner Spiegel eine Öffnung. Er kann also im Wesentlichen pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein. Hier-A method according to claim 3 leads to particularly precise measurement results. A signal reflector, in particular a radar reflector, can be detected particularly reliably as a reference object when evaluating the measurement data, in particular its radar signature can be reliably recognized. The radar reflector is preferably a triple mirror. The radar reflector can be pyramid-shaped or designed as a truncated pyramid. The triple mirror preferably has an opening at the intersection point of its mirrors. It can therefore essentially be designed as a truncated pyramid. Here-
durch ist die Positionsbestimmung robust gegenüber Fertigungstoleranzen. Ein Verfahren nach Anspruch 4 ist besonders robust und führt zu präzisen The position determination is robust against manufacturing tolerances. A method according to claim 4 is particularly robust and leads to precise
Messergebnissen. Die erfasste Radarstrahlung wird vorzugsweise durch die Measurement results. The detected radar radiation is preferably transmitted through the
an der mindestens einen Sendeposition abgestrahlten Radarstrahlung be-radar radiation emitted at at least one transmitting position
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wirkt. Insbesondere ist die erfasste Radarstrahlung eine Reflexion der abgestrahlten Radarstrahlung. Hierdurch ist das Messverfahren weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen und die Messdaten sind besonders kontrastreich und zuverlässig auswertbar. Das Abstrahlen der Radarstrahlung an der mindestens einen Sendeposition kann gerichtet, mit einer bestimmten Hauptabstrahlrichtung oder ungerichtet erfolgen. Vorzugsweise werden bei der gerichteten Abstrahlung der Radarstrahlung mindestens 60 %, insbesondere mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 %, der Strahlungsleistung in einen kreiskegelförmigen Bereich mit einem Öffnungswinkel von maximal 45°, insbesondere maximal 30°, insbesondere maximal In particular, the radar radiation detected is a reflection of the emitted radar radiation. This makes the measuring method largely independent of external influences and the measurement data can be evaluated with particularly high contrast and reliably. The radiation of the radar radiation at the at least one transmitting position can be directed, with a specific main radiation direction or undirected. Preferably, in the case of directed radiation of the radar radiation, at least 60%, in particular at least 80%, in particular at least 90%, of the radiation power is directed into a circular cone-shaped area with an opening angle of maximum 45°, in particular maximum 30°, in particular maximum
10°, abgestrahlt. 10°, radiated.
Alternativ kann zum Erzeugen der Messdaten ausschließlich natürliche Radarstrahlung erfasst werden. Eine hierfür geeignete Sensoreinrichtung wird Alternatively, only natural radar radiation can be recorded to generate the measurement data. A suitable sensor device is
auch als Passivradar bezeichnet. also called passive radar.
Ein Abstand zwischen dem Referenzobjekt und der Messvorrichtung kann, insbesondere beim Abstrahlen der Radarstrahlung an einer einzigen Sendeposition, durch Laufzeitmessung erfasst werden und/oder durch, insbesondere zeitgleiches oder zeitversetztes, Erfassen der Radarstrahlung an unter-A distance between the reference object and the measuring device can be detected by measuring the time of flight, in particular when the radar radiation is emitted at a single transmitting position, and/or by detecting the radar radiation at different locations, in particular simultaneously or with a time delay.
schiedlichen Erfassungs- und/oder Sendepositionen. different detection and/or transmission positions.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 ist zeiteffizient ausführbar und führt zu besonders präzisen Messergebnissen. Dadurch, dass die Radarstrahlung an mehreren, insbesondere zueinander beabstandet positionierten, Radarsendern abgestrahlt wird können zusätzliche Informationen über die Gleisumgebung erfasst werden, insbesondere ein dreidimensionales Abbild der Gleisumgebung. Vorzugsweise sind die Radarsender entlang einer, insbe-A method according to claim 5 can be carried out in a time-efficient manner and leads to particularly precise measurement results. As the radar radiation is emitted by several radar transmitters, in particular those positioned at a distance from one another, additional information about the track environment can be recorded, in particular a three-dimensional image of the track environment. The radar transmitters are preferably arranged along a, in particular
sondere geraden Linie und/oder rasterförmig und/oder jeweils äquidistant special straight line and/or grid-shaped and/or equidistant
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beabstandet angeordnet. Die rasterförmige Anordnung umfasst vorzugsweise mindestens 2x2, insbesondere mindestens 3x3, insbesondere mindes-The grid-shaped arrangement preferably comprises at least 2x2, in particular at least 3x3, in particular at least
tens 4x4, insbesondere mindestens 10x10 Radarsender. at least 4x4, in particular at least 10x10 radar transmitters.
Die Radarstrahlung kann mit einem einzigen oder mehreren Radarsensoren erfasst werden. Vorzugsweise sind die Antennen des mindestens einen Radarsensors und des mindestens einen Radarsenders identisch. Die Anzahl The radar radiation can be detected with a single or multiple radar sensors. Preferably, the antennas of the at least one radar sensor and the at least one radar transmitter are identical. The number
der Radarsender und der Radarsensoren kann identisch sein. the radar transmitter and the radar sensors can be identical.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ist besonders wirtschaftlich im Betrieb und führt zu präzisen Messergebnissen. Die Phased-ArrayAntenne wird auch als phasengesteuerte Gruppenantenne bezeichnet. Bei einer derartigen Sendeeinrichtung können mehrere Radarsender in einer linearen Anordnung oder in einer Matrixanordnung kombiniert sein. Mittels der Phased-Array-Antenne ist eine effektive Hauptabstrahlrichtung der Radarstrahlung elektronisch einstellbar. Die Hauptabstrahlrichtung kann zum Scannen der Gleisumgebung, insbesondere schrittweise, geändert werden. Eine entsprechende Änderung der Hauptabstrahlrichtung mittels einer Phased-Array-Antenne wird auch als elektronische Strahlschwenkung bezeichnet. Grundsätzlich ist auch eine mechanische Strahlschwenkung, durch Bewegen des mindestens einen Radarsensors, möglich. Die elektronische Strahlschwenkung hat den Vorteil, dass diese sehr robust im Betrieb, insbe-A method according to one of claims 6 or 7 is particularly economical in operation and leads to precise measurement results. The phased array antenna is also referred to as a phased-controlled group antenna. In such a transmission device, several radar transmitters can be combined in a linear arrangement or in a matrix arrangement. An effective main radiation direction of the radar radiation can be electronically set using the phased array antenna. The main radiation direction can be changed, in particular step by step, for scanning the track environment. A corresponding change in the main radiation direction using a phased array antenna is also referred to as electronic beam steering. In principle, mechanical beam steering is also possible by moving the at least one radar sensor. Electronic beam steering has the advantage that it is very robust in operation, in particular
sondere wartungsarm, ist. particularly low-maintenance.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 ist besonders wirtschaftlich ausführbar. Die natürliche Radarstrahlung kann ausschließlich oder zusätzlich zu der aktiv erzeugten Radarstrahlung erfasst werden. Beim Erfassen ausschließlich natürlicher Radarstrahlung können Radarsender und die zu deren Be-A method according to claim 8 can be carried out particularly economically. The natural radar radiation can be detected exclusively or in addition to the actively generated radar radiation. When only natural radar radiation is detected, radar transmitters and the devices used to control them can be
trieb eingesetzten Energie vollständig eingespart werden. The energy used in operation can be completely saved.
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Ein Verfahren nach Anspruch 9 ist zeiteffizient ausführbar und gewährleistet eine hohe Messauflösung. Die mehreren Radarsensoren sind entsprechend den mehreren Radarsendern anordenbar, insbesondere entlang einer, insbesondere geraden, Linie und/oder in einer Rasteranordnung, insbesondere mit mindestens 2x2, insbesondere mindestens 3x3, insbesondere mindestens 4x4, insbesondere mindestens 10x10, Radarsensoren. Die mehreren Radarsensoren gewährleisten eine Erfassung des Abstands des Referenzob-A method according to claim 9 can be carried out in a time-efficient manner and ensures a high measurement resolution. The plurality of radar sensors can be arranged in accordance with the plurality of radar transmitters, in particular along a line, in particular a straight line, and/or in a grid arrangement, in particular with at least 2x2, in particular at least 3x3, in particular at least 4x4, in particular at least 10x10 radar sensors. The plurality of radar sensors ensure detection of the distance of the reference object.
jekts von der Messvorrichtung durch Triangulation. object from the measuring device by triangulation.
Ein Verfahren nach Anspruch 10 gewährleistet das Erkennen des Referenzobjekts in zuverlässiger Weise. Dadurch, dass die Messdaten ein Abbild der dreidimensionalen Geometrie der Gleisumgebung bilden, kann das mindestens eine Referenzobjekt, insbesondere dessen spezifische Radarsignatur, besonders zuverlässig anhand der Messdaten erkannt werden. Die dreidimensionale Geometrie der Gleisumgebung wird vorzugsweise durch Strahlschwenkung und/oder Verlagern des mindestens einen Radarsensors erfasst. Insbesondere kann die dreidimensionale Geometrie der Gleisumgebung durch schrittweises Abtasten der Gleisumgebung mit der Radarstrahlung erzeugt werden. Die Messdaten können in der Art einer dreidimensio-A method according to claim 10 ensures the recognition of the reference object in a reliable manner. Because the measurement data form an image of the three-dimensional geometry of the track environment, the at least one reference object, in particular its specific radar signature, can be recognized particularly reliably using the measurement data. The three-dimensional geometry of the track environment is preferably detected by beam swiveling and/or moving the at least one radar sensor. In particular, the three-dimensional geometry of the track environment can be generated by step-by-step scanning of the track environment with the radar radiation. The measurement data can be in the form of a three-dimensional
nalen Punktewolke darstellbar sein. nal point cloud can be represented.
Ein Verfahren nach Anspruch 11 gewährleistet eine zuverlässige Erkennung des Referenzobjekts und eine präzise Bestimmung der Referenzposition. Die Radarstrahlung durchdringt Festkörper, insbesondere, wenn deren Frequenz in einem Bereich von 1 GHz bis 100 GHz liegt, zumindest teilweise. Der Reflexionsgrad ist von der stofflichen Zusammensetzung des Gleisobjekts abhängig. Somit kann von den Messdaten auf die stoffliche A method according to claim 11 ensures reliable detection of the reference object and precise determination of the reference position. The radar radiation penetrates solid bodies, particularly when their frequency is in a range of 1 GHz to 100 GHz, at least partially. The degree of reflection depends on the material composition of the track object. The material composition can thus be determined from the measurement data.
Zusammensetzung der Gleisumgebung, insbesondere des Referenzobjekts Composition of the track environment, especially the reference object
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geschlossen werden. Hierdurch ist die spezifische Radarsignatur eines bestimmten Referenzobjekts besonders zuverlässig erkennbar. Beispielsweise kann anhand der Messdaten identifiziert werden, ob das Referenzobjekt eines der Materialien Beton und/oder Holz und/oder Stahl aufweist, insbe-This makes it possible to identify the specific radar signature of a particular reference object particularly reliably. For example, the measurement data can be used to identify whether the reference object contains one of the materials concrete and/or wood and/or steel, in particular
sondere daraus besteht. especially consists of it.
Ein Verfahren nach Anspruch 12 ist besonders flexibel ausführbar. Beispielsweise kann als Referenzposition die Position des Referenzobjekts in einem globalen Koordinatensystem von einem Benutzer bestimmt werden, insbesondere mittels einer tragbaren Positionserfassungseinrichtung. Bei einer späteren Erfassung des Referenzobjekts kann mittels dieser Information und der als Relativposition zwischen der Messvorrichtung und dem Referenzobjekt erfassten Referenzposition auf die globale Position der Messvorrichtung und/oder des Gleises geschlossen werden. Die manuell bestimmte Referenzposition kann beispielsweise in einer Speichereinheit der Messvorrichtung und/oder einer zentralen Speichereinheit eines zentra-A method according to claim 12 can be carried out in a particularly flexible manner. For example, the position of the reference object in a global coordinate system can be determined by a user as a reference position, in particular by means of a portable position detection device. When the reference object is later detected, the global position of the measuring device and/or the track can be determined using this information and the reference position detected as the relative position between the measuring device and the reference object. The manually determined reference position can be stored, for example, in a storage unit of the measuring device and/or a central storage unit of a central
len Rechensystems hinterlegt werden. stored in a specific computer system.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Messvorrichtung zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzobjekts in einer Gleisumgebung zu schaffen, welche insbesondere besonders robust A further object of the invention is to provide an improved measuring device for determining a reference position of a reference object in a track environment, which is particularly robust
im Betrieb ist und besonders präzise Messergebnisse bereitstellt. in operation and provides particularly precise measurement results.
Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Vorteile der Messvorrichtung entsprechen vorzugsweise den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Messvorrichtung ist vorzugsweise mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Verfahren be-This object is achieved by a measuring device with the features of claim 13. The advantages of the measuring device preferably correspond to the advantages of the method described above. The measuring device is preferably further developed with at least one of the features described above in connection with the method.
schrieben sind. are written.
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Die Sensoreinrichtung kann mindestens einen Radarsensor, insbesondere einen einzigen oder mehr Radarsensoren aufweisen. Die Radarsensoren sind vorzugsweise zum Erfassen von Radarstrahlung des vorstehend beschriebenen Frequenzbereichs ausgebildet und/oder gemäß der vorstehen-The sensor device can have at least one radar sensor, in particular a single or multiple radar sensors. The radar sensors are preferably designed to detect radar radiation of the frequency range described above and/or according to the above
den Beschreibung angeordnet. arranged according to the description.
Die Messvorrichtung kann eine Sendeeinrichtung zum Ausstrahlen der Radarstrahlung aufweisen, insbesondere mit mindestens einem, insbesondere einem einzigen oder mehreren, Radarsender. Die Sendeeinrichtung ist vorzugsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung, insbesondere als Pha-The measuring device can have a transmitting device for emitting the radar radiation, in particular with at least one, in particular a single or several, radar transmitters. The transmitting device is preferably designed according to the above description, in particular as a phase-
sed-Array-Antenne, ausgebildet. sed array antenna.
Die Auswerteeinrichtung kann eine elektronische Recheneinheit zur Verarbeitung digitaler Daten, insbesondere der Messdaten, insbesondere einen Prozessor, aufweisen. Die Auswerteeinrichtung steht vorzugsweise in Sig-The evaluation device can have an electronic processing unit for processing digital data, in particular the measurement data, in particular a processor. The evaluation device is preferably located in signal
nalverbindung mit der Sensoreinrichtung und/oder der Sendeeinrichtung. connection with the sensor device and/or the transmitting device.
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinrichtung eine Speichereinheit mit darauf hinterlegten Informationen bezüglich eines oder mehrerer Referenzobjekte, insbesondere mit Daten, die mit der spezifischen Radarsignatur des mindestens einen Referenzobjekts korrelieren und/oder mit Positionsdaten, insbesondere zur globalen Position des mindestens einen Referen-Preferably, the evaluation device comprises a storage unit with information stored thereon relating to one or more reference objects, in particular with data which correlate with the specific radar signature of the at least one reference object and/or with position data, in particular with the global position of the at least one reference object.
zobjekts. Auf der Speichereinheit der Auswerteeinrichtung kann ein Computerpro-The storage unit of the evaluation device can store a computer program
grammprodukt zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens gram product for carrying out the process described above
hinterlegt sein. be deposited.
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Eine Messvorrichtung nach Anspruch 14 ist besonders flexibel und wirtschaftlich einsetzbar. Der Gleisfahrwagen kann einen Fahrmotor aufweisen A measuring device according to claim 14 is particularly flexible and economical to use. The track carriage can have a traction motor
und/oder als Mehrwegefahrzeug ausgebildet sein. and/or be designed as a multi-purpose vehicle.
Vorzugsweise ist an dem Gleisfahrwagen mindestens eine Gleisbearbeitungseinrichtung, insbesondere ein Gleisstopfaggregat und/oder ein Hebeund Richtaggregat, angebracht. Die Messvorrichtung ist vorzugsweise ein Bestandteil einer Vorrichtung zu Gleisbearbeitung, insbesondere einer Gleisbaumaschine. Dadurch, dass die Messvorrichtung besonders robust im Betrieb ist, ist diese besonders geeignet zum Einsatz in der verschmut-Preferably, at least one track processing device, in particular a track tamping unit and/or a lifting and straightening unit, is attached to the track carriage. The measuring device is preferably a component of a device for track processing, in particular a track construction machine. Because the measuring device is particularly robust in operation, it is particularly suitable for use in dirty
zungsbelasteten Umgebung einer Gleisbaustelle. stressed environment of a track construction site.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes System bereitzustellen, welches insbesondere besonders robust im Betrieb ist und A further object of the invention is to provide an improved system which is particularly robust in operation and
besonders präzise Messergebnisse bereitstellt. provides particularly precise measurement results.
Diese Aufgabe wir durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Vorteile des Systems entsprechen vorzugsweise den Vorteilen des vorstehend beschriebenen Verfahrens bzw. der Messvorrichtung. Das System kann mit mindestens einem der Merkmale weitergebildet sein, die vorstehend in Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder der Messvor-This object is achieved by a system having the features of claim 15. The advantages of the system preferably correspond to the advantages of the method or measuring device described above. The system can be further developed with at least one of the features described above in connection with the method and/or the measuring device.
richtung beschrieben sind. direction are described.
Der mindestens eine Radarreflektor ist vorzugsweise ein Trippelspiegel. Der Trippelspiegel kann an dem Referenzobjekt angebracht sein. Unter der Anordnung der Referenzposition wird verstanden, dass der Radarreflektor in der Nähe der Referenzposition, insbesondere in einem bekannten Ab-The at least one radar reflector is preferably a triple mirror. The triple mirror can be attached to the reference object. The arrangement of the reference position is understood to mean that the radar reflector is located near the reference position, in particular in a known distance.
stand dazu, angeordnet ist. stood by it, is arranged.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an-Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments of
hand der Figuren. Es zeigen: hand of the figures. Showing:
5 Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Messvorrichtung zum Bestimmen einer Referenzposition eines Referenzobjekts in einer Gleisumgebung mit-5 Fig. 1 A schematic representation of a system with a measuring device for determining a reference position of a reference object in a track environment with
tels Radarstrahlung in einer Seitenansicht, by radar radiation in a side view,
10 Fig.2 eine schematische Darstellung des Systems in der Fig. 1 in einer Vorderansicht, wobei die Messvorrichtung einen Gleisfahrwagen mit einer daran angeordneten Sendeeinrichtung zum Abstrahlen der Radarstrahlung in die Gleisumgebung aufweist, 10 Fig.2 is a schematic representation of the system in Fig. 1 in a front view, wherein the measuring device comprises a track carriage with a transmitter device arranged thereon for emitting the radar radiation into the track environment,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung des Systems in der Fig. 1 in einer Draufsicht, wobei die Messvorrichtung in unterschiedlichen Messpositionen entlang des Gleises dargestellt ist, Fig. 3 is a schematic representation of the system in Fig. 1 in a plan view, with the measuring device shown in different measuring positions along the track,
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Fig. 4A eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung des Systems in der Fig. 1, wobei mehrere Radarsender ras-Fig. 4A is a schematic representation of the transmitting device of the system in Fig. 1, where several radar transmitters are
terförmig und in derselben Sendeebene angeordnet sind, ter-shaped and arranged in the same transmission plane,
25 Fig. 4B eine Sendeeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei sämtliche der mehreren Radarsender rasterförmig und auf einer gekrümmten Fläche angeord-25 Fig. 4B shows a transmitting device according to a further embodiment, wherein all of the plurality of radar transmitters are arranged in a grid-like manner and on a curved surface.
net sind, net are,
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Fig. 4C eine Sendeeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei sämtliche der mehreren Radarsender Fig. 4C shows a transmitting device according to a further embodiment, wherein all of the plurality of radar transmitters
auf einer geraden Linie angeordnet sind, bzw. are arranged in a straight line, or
Fig. 4D eine Sendeeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei sämtliche der mehreren Radarsender Fig. 4D shows a transmitting device according to a further embodiment, wherein all of the plurality of radar transmitters
auf einer gekrümmten Linie angeordnet sind. arranged on a curved line.
Anhand der Fig. 1 bis Fig. 4A ist eine erste Ausführungsform eines Systems 1 und eines Verfahrens zum Bestimmen einer Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 eines Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3 in einer Gleisumgebung 4 mittels Radarstrahlung 5 beschrieben. A first embodiment of a system 1 and a method for determining a reference position 2.1, 2.2, 2.3 of a reference object 3.1, 3.2, 3.3 in a track environment 4 by means of radar radiation 5 is described with reference to FIGS. 1 to 4A.
Das System 1 umfasst eine Messvorrichtung 6 und mindestens einen Signalreflektor 7. Der Signalreflektor 7 ist vorzugsweise als Radarreflektor, insbesondere als Trippelspiegel ausgebildet. Der Trippelspiegel kann für eine besonders präzise Erfassung der Referenzposition 3.1 spitzenfrei ausgebildet sein, insbesondere ein Loch 7.1 in dem Bereich eines Kreuzungspunkts seiner Spiegel 7.2 aufweisen. Das System kann mindestens eine Vermarkung 8, insbesondere in der Form eines dauerhaft angelegten Vermessungspunkts aufweisen. Die Vermarkung 8 kann als Betonsockel ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Vermarkung 8 einen Maßbolzen The system 1 comprises a measuring device 6 and at least one signal reflector 7. The signal reflector 7 is preferably designed as a radar reflector, in particular as a triple mirror. The triple mirror can be designed to be tip-free for particularly precise detection of the reference position 3.1, in particular it can have a hole 7.1 in the area of an intersection point of its mirrors 7.2. The system can have at least one marking 8, in particular in the form of a permanently installed measuring point. The marking 8 can be designed as a concrete base. The marking 8 preferably comprises a measuring bolt
8.1. 8.1.
Die Gleisumgebung 4 weist künstliche Referenzobjekte 3.1, 3.2, insbesondere den Signalreflektor 7 und die Vermarkung 8, und natürliche Referenzobjekte 3.3, insbesondere Objekte der natürlichen Vegetation, beispielsweise einen Baum 9, auf. Als weitere Referenzobjekte können beispiels-The track environment 4 has artificial reference objects 3.1, 3.2, in particular the signal reflector 7 and the marking 8, and natural reference objects 3.3, in particular objects of natural vegetation, for example a tree 9. Other reference objects can be, for example,
weise künstliche Referenzobjekte, insbesondere Infrastrukturobjekte, wie wise artificial reference objects, especially infrastructure objects, such as
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ein Gleismast 10, eine Oberleitung 11, eine Brücke, ein Lärmschutz, ein Bahnsteig, insbesondere eine Bahnsteigkante, und/oder natürliche Referenzobjekte, wie beispielsweise die Topologie der Erdoberfläche, insbeson-a track mast 10, an overhead line 11, a bridge, a noise barrier, a platform, in particular a platform edge, and/or natural reference objects, such as the topology of the earth's surface, in particular
dere ein Hügel und/oder ein Fels, und/oder ein Fluss, genutzt werden. a hill and/or a rock, and/or a river, can be used.
Die Messvorrichtung 6 umfasst einen Fahrwagen 12, insbesondere einen Gleisfahrwagen. Die Messvorrichtung 1 weist vorzugsweise ferner eine Gleisbearbeitungseinrichtung 13 zum Durchführen von Gleisarbeiten, insbesondere zum Verdichten eines Gleisbetts 14 und/oder zum Ausrichten eines Gleises 15 auf. Das Gleisbett 14 besteht vorzugsweise aus Gleisschotter. Das Gleis 15 umfasst Gleisschienen 16 und Gleisschwellen 17. Die Gleisbearbeitungseinrichtung 13 kann ein Gleisstopfaggregat 18 und/oder The measuring device 6 comprises a carriage 12, in particular a track carriage. The measuring device 1 preferably also has a track processing device 13 for carrying out track work, in particular for compacting a track bed 14 and/or for aligning a track 15. The track bed 14 preferably consists of track ballast. The track 15 comprises track rails 16 and track sleepers 17. The track processing device 13 can comprise a track tamping unit 18 and/or
ein nicht dargestelltes Hebe- und Richtaggregat aufweisen. have a lifting and straightening unit not shown.
Die Messvorrichtung 6 umfasst eine Sensoreinrichtung 19 zum Erzeugen von Messdaten durch Erfassen der lateralen Gleisumgebung 4. Die Sensoreinrichtung 19 ist zum Erfassen der Radarstrahlung 5 ausgebildet. The measuring device 6 comprises a sensor device 19 for generating measurement data by detecting the lateral track environment 4. The sensor device 19 is designed to detect the radar radiation 5.
Hierzu umfasst die Sensoreinrichtung 19 mehrere Radarsensoren 20. For this purpose, the sensor device 19 comprises several radar sensors 20.
Die Messvorrichtung 6 weist eine Sendeeinrichtung 21.1 zum Abstrahlen der Radarstrahlung 5 in die Gleisumgebung 4 an mindestens einer Sendeposition auf. Zum Abstrahlen der Radarstrahlung 5 umfasst die Sendeeinrichtung mehrere Radarsender 22, die rasterförmig und in einer einzigen Sendeebene 23 angeordnet sind. Die Radarsender 22 sind vorzugsweise in einem 4x4-Array angeordnet. Insbesondere kann die Sendeeinrichtung 21.1 als Phased-Array-Antenne ausgebildet sein. Eine Phased-Array-Antenne ermöglicht eine elektronische Strahlschwenkung. Eine Hauptabstrahlrich-The measuring device 6 has a transmitting device 21.1 for emitting the radar radiation 5 into the track environment 4 at at least one transmitting position. To emit the radar radiation 5, the transmitting device comprises several radar transmitters 22, which are arranged in a grid and in a single transmitting plane 23. The radar transmitters 22 are preferably arranged in a 4x4 array. In particular, the transmitting device 21.1 can be designed as a phased array antenna. A phased array antenna enables electronic beam steering. A main radiation direction
tung 24 der Radarstrahlung 5 ist in einer Neutralstellung vorzugsweise ho-The direction 24 of the radar radiation 5 is preferably high in a neutral position.
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rizontal und in Gleisquerrichtung bzw. senkrecht zu der Sendeebene 23 orientiert. Die Hauptabstrahlrichtung 24 ist vorzugsweise elektronisch um eine erste Achse 25 und eine darauf senkrecht stehende zweite Achse 26 horizontally and in the cross-track direction or perpendicular to the transmission plane 23. The main radiation direction 24 is preferably electronically oriented around a first axis 25 and a second axis 26 perpendicular thereto.
schwenkbar. swiveling.
Hauptabstrahlrichtungen 241.1, 241,2, 241,3, die relativ zueinander um unterschiedliche Winkel a um die horizontale, erste Achse 25 geschwenkt sind, sind in der Fig. 2 dargestellt. Hauptabstrahlrichtungen 241,1, 242.1, 243.1, die um die vertikale, zweite Achse 26 relativ zueinander um unterschiedliche Winkel ß geschwenkt sind, sind anhand der Fig. 3 dargestellt. Die Sendeeinrichtung 21.1 ist somit zum rasterartigen Abscannen der lateralen Main emission directions 241.1, 241.2, 241.3, which are pivoted relative to one another by different angles a about the horizontal, first axis 25, are shown in Fig. 2. Main emission directions 241.1, 242.1, 243.1, which are pivoted relative to one another by different angles ß about the vertical, second axis 26, are shown in Fig. 3. The transmitting device 21.1 is thus designed for raster-like scanning of the lateral
Gleisumgebung 4 in horizontaler und vertikaler Richtung ausgebildet. Track environment 4 in horizontal and vertical directions.
Die von der Gleisumgebung 4, insbesondere den Referenzobjekten 3.1, 3.2, 3.3 reflektierte Radarstrahlung 5, wird von der Sensoreinrichtung 19 erfasst. Vorzugsweise sind die Sensoreinrichtung 19 und die Sendeeinrichtung 21.1 als bauliche Einheit ausgebildet, insbesondere in demselben Ge-The radar radiation 5 reflected from the track environment 4, in particular the reference objects 3.1, 3.2, 3.3, is detected by the sensor device 19. Preferably, the sensor device 19 and the transmitting device 21.1 are designed as a structural unit, in particular in the same building.
häuse angeordnet. housing arranged.
Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung 19 mehrere der Radarsensoren 20 auf. Die Anzahl der Radarsensoren 20 kann der Anzahl der Radarsender 22 entsprechen. Insbesondere können diese jeweils dieselbe Radarantenne Preferably, the sensor device 19 has several radar sensors 20. The number of radar sensors 20 can correspond to the number of radar transmitters 22. In particular, these can each have the same radar antenna
zum Abstrahlen und Empfangen der Radarstrahlung 5 verwenden. to transmit and receive radar radiation 5.
Die Messvorrichtung 6 weist eine Auswerteeinrichtung 27 zum Auswerten der durch Erfassen der Gleisumgebung 4 erzeugten Messdaten auf. Die The measuring device 6 has an evaluation device 27 for evaluating the measurement data generated by detecting the track environment 4. The
Auswerteeinrichtung 27 ist dazu ausgebildet, das mindestens eine Referenzobjekt 3.1, 3.2, 3.3 anhand der Messdaten zu erkennen und die zugehörige Evaluation device 27 is designed to recognize the at least one reference object 3.1, 3.2, 3.3 based on the measurement data and the associated
Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 anhand der Messdaten zu bestimmen. Hierzu Reference position 2.1, 2.2, 2.3 based on the measurement data.
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steht die Auswerteeinrichtung 27 in Signalverbindung mit der Sensorein-the evaluation device 27 is in signal connection with the sensor input
richtung 19. direction 19
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung 6 eine Speichereinheit 28 zum Speichern der Messdaten und/oder der jeweils bestimmten Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 auf. Die Speichereinheit 28 kann an dem Fahrwagen 12 angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 27 mit einer nicht dargestellten zentralen Speichereinheit in Signalverbindung stehen. Die Signalverbindung ist vorzugsweise eine Funk-Verbindung, insbesondere eine Mobilfunk-Verbindung, insbesondere eine LTEVerbindung. Die Messvorrichtung kann hierzu ein entsprechendes Funk-The measuring device 6 preferably has a storage unit 28 for storing the measurement data and/or the respective determined reference position 2.1, 2.2, 2.3. The storage unit 28 can be attached to the carriage 12. Alternatively or additionally, the evaluation device 27 can be in signal connection with a central storage unit (not shown). The signal connection is preferably a radio connection, in particular a mobile radio connection, in particular an LTE connection. The measuring device can have a corresponding radio
modul 29 aufweisen. module 29.
Die Messvorrichtung 6 kann eine Satellitennavigationseinrichtung 30 aufweisen, die vorzugsweise ein GPS-Modul und/oder ein GNSS-Modul um-The measuring device 6 can have a satellite navigation device 30, which preferably comprises a GPS module and/or a GNSS module.
fasst. summarizes.
Die Messvorrichtung 6 kann einen optischen Sensor 31, insbesondere eine Kamera, insbesondere eine Stereokamera, zum optischen Erfassen der, ins-The measuring device 6 can have an optical sensor 31, in particular a camera, in particular a stereo camera, for optically detecting the, in particular
besondere lateralen, Gleisumgebung 4 aufweisen. special lateral, track environment 4.
Die Messvorrichtung 6 kann auch einen Laserscanner 32 zum Erfassen der, The measuring device 6 can also have a laser scanner 32 for detecting the,
insbesondere lateralen, Gleisumgebung 4 aufweisen. particularly lateral, track environment 4.
Vorzugsweise sind die Messvorrichtung 6, insbesondere die Sensoreinrichtung 19 und/oder die Sendeeinrichtung 21.1 und/oder die Auswerteeinrichtung 27 und/oder die Speichereinheit 28 und/oder das Funkmodul 29 Preferably, the measuring device 6, in particular the sensor device 19 and/or the transmitting device 21.1 and/or the evaluation device 27 and/or the storage unit 28 and/or the radio module 29
und/oder die Satellitennavigationseinrichtung 30 und/oder der optische and/or the satellite navigation device 30 and/or the optical
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Sensor 31 und/oder der Laserscanner 32, und/oder die Gleisbearbeitungseinrichtung 13, insbesondere das mindestens eine Gleisstopfaggregat 18, an dem Fahrwagen 12 angebracht. Der Fahrwagen 12 weist vorzugsweise einen Fahrmotor 33 zum Verlagern des Fahrwagens 12 entlang des Gleises 15 auf. Der Fahrwagen 12 kann als reiner Gleisfahrwagen oder als Zweiwegefahrzeug zum Befahren von Gleisschienen 16 und Straßen ausgebildet Sensor 31 and/or the laser scanner 32, and/or the track processing device 13, in particular the at least one track tamping unit 18, are attached to the carriage 12. The carriage 12 preferably has a traction motor 33 for moving the carriage 12 along the track 15. The carriage 12 can be designed as a pure track carriage or as a two-way vehicle for driving on track rails 16 and roads.
sein. be.
Die Messvorrichtung 6 kann eine nicht dargestellte Benutzerschnittstelle zur manuellen Eingabe mindestens einer Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 auf-The measuring device 6 can have a user interface (not shown) for manual input of at least one reference position 2.1, 2.2, 2.3.
weisen. point out.
Die Funktionsweise des Verfahrens, des Systems 1 bzw. der Messvorrich-The functioning of the method, the system 1 or the measuring device
tung 6 ist wie folgt: tion 6 is as follows:
Die Messvorrichtung 6 ist auf dem Gleis 15 angeordnet, insbesondere ist der Fahrwagen 12 auf den Gleisschienen angeordnet. Mittels des Fahrmotors 33 wird die Messvorrichtung 6 in einen gewünschten Streckenabschnitt des Gleises 15 verlagert, an dem das Verfahren ausgeführt werden The measuring device 6 is arranged on the track 15, in particular the carriage 12 is arranged on the track rails. By means of the traction motor 33, the measuring device 6 is moved to a desired section of the track 15 on which the method is to be carried out.
soll. Die Messvorrichtung 1 befindet sich in einer ersten Messposition 34.1. The measuring device 1 is in a first measuring position 34.1.
Die Sensoreinrichtung 19 und die Sendeeinrichtung 21.1 werden aktiviert. Die Sendeeinrichtung 21.1 strahlt die Radarstrahlung 5 über die mehreren Radarsender 22 in die laterale Gleisumgebung 4 ab, insbesondere in die erste Hauptabstrahlrichtung 241,1. Zum Erzeugen der Messdaten wird die von der Gleisumgebung 4 reflektierte Radarstrahlung 5 mittels der Sen-The sensor device 19 and the transmitting device 21.1 are activated. The transmitting device 21.1 emits the radar radiation 5 via the multiple radar transmitters 22 into the lateral track environment 4, in particular in the first main radiation direction 241,1. To generate the measurement data, the radar radiation 5 reflected from the track environment 4 is transmitted by means of the transmitters.
soreinrichtung 19 erfasst. sensor device 19.
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Die Hauptabstrahlrichtung 24 wird mittels der Sendeeinrichtung 21.1 elektronisch geändert, insbesondere um die vertikale zweite Achse 26 geschwenkt. Die Radarstrahlung 5 wird in die nächste Hauptabstrahlrichtung 24,1 abgestrahlt. Wiederum wird die reflektierte Radarstrahlung 5 von der Sensoreinrichtung 19 erfasst. Das Schwenken der Hauptabstrahlrichtung 24 erfolgt im Folgenden in vorgegebenen Winkelschritten ß um die vertikale, zweite Achse 26. Der jeweilige Winkelschritt ß kann 0,1° betragen. Insgesamt kann die Hauptabstrahlrichtung 24 um die zweite Achse 26 um maximal 120°, insbesondere maximal 90°, insbesondere 60°, geschwenkt wer-The main radiation direction 24 is changed electronically by means of the transmitting device 21.1, in particular pivoted about the vertical second axis 26. The radar radiation 5 is emitted in the next main radiation direction 24.1. The reflected radar radiation 5 is again detected by the sensor device 19. The pivoting of the main radiation direction 24 is subsequently carried out in predetermined angular steps ß about the vertical second axis 26. The respective angular step ß can be 0.1°. Overall, the main radiation direction 24 can be pivoted about the second axis 26 by a maximum of 120°, in particular a maximum of 90°, in particular 60°.
den. the.
Gleichermaßen wird die Hauptabstrahlrichtung 24 um die horizontale, erste Achse 25 geschwenkt, insbesondere sukzessive um einen Winkelschritt a, von beispielsweise 0,1°. Vorzugsweise erfolgt die Schwenkbewegung um jeweils einen einzigen Winkelschritt a um die erste Achse 25 nach jedem vollständigen Durchlauf der Schwenkbewegung um die zweite Achse 26. Insgesamt kann die Hauptabstrahlrichtung 24 um die erste Achse 25 um maximal 120°, insbesondere maximal 90°, insbesondere 60°, geschwenkt Likewise, the main radiation direction 24 is pivoted about the horizontal, first axis 25, in particular successively by an angular step a of, for example, 0.1°. Preferably, the pivoting movement is carried out by a single angular step a about the first axis 25 after each complete run of the pivoting movement about the second axis 26. Overall, the main radiation direction 24 can be pivoted about the first axis 25 by a maximum of 120°, in particular a maximum of 90°, in particular 60°.
werden. Hierdurch kann die Gleisumgebung 4 rasterartig erfasst werden. This allows the track environment 4 to be recorded in a grid-like manner.
Das Referenzobjekt 3.1, insbesondere der Signalreflektor 7, reflektiert die ausgestrahlte Radarstrahlung 5. Die reflektierte Radarstrahlung 5 wird von der Sensoreinrichtung 19 erfasst. Die erfassten Messdaten umfassen Informationen über die dreidimensionale Geometrie der Gleisumgebung 4. Vorzugsweise sind die Messdaten als dreidimensionale Punktewolke darstellbar. Aufgrund der Abhängigkeit des Reflexionsgrads der Radarstrahlung 5 von der stofflichen Zusammensetzung des jeweiligen Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3, können die Messdaten zudem Informationen über die stoffliche The reference object 3.1, in particular the signal reflector 7, reflects the emitted radar radiation 5. The reflected radar radiation 5 is detected by the sensor device 19. The recorded measurement data include information about the three-dimensional geometry of the track environment 4. The measurement data can preferably be represented as a three-dimensional point cloud. Due to the dependence of the degree of reflection of the radar radiation 5 on the material composition of the respective reference object 3.1, 3.2, 3.3, the measurement data can also contain information about the material
Zusammensetzung der Gleisumgebung 4 aufweisen. Composition of the track environment 4.
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Mittels der Auswerteeinrichtung 27 werden die Messdaten ausgewertet. Das Auswerten zum Erkennen des Referenzobjekts 3.1 in der Gleisumgebung 4 kann mittels bekannter Verfahren der Mustererkennung, insbeson-The measurement data are evaluated by means of the evaluation device 27. The evaluation for the recognition of the reference object 3.1 in the track environment 4 can be carried out using known methods of pattern recognition, in particular
dere der Bilderkennung, erfolgen. especially image recognition.
Mittels der Auswerteeinrichtung 27 wird bestimmt, in welcher Richtung sich das Referenzobjekt 3.1 bezüglich der Messvorrichtung 6 befindet. Die Entfernung des Referenzobjekts 3.1 kann anhand der Laufzeit der Radar-The evaluation device 27 is used to determine the direction in which the reference object 3.1 is located with respect to the measuring device 6. The distance of the reference object 3.1 can be determined based on the travel time of the radar
strahlung und/oder durch Triangulation bestimmt werden. radiation and/or by triangulation.
Signalreflektoren 7 sind, aufgrund ihrer herausragenden Reflexionseigenschaften, anhand der Messdaten besonders zuverlässig identifizierbar und Signal reflectors 7 are, due to their outstanding reflection properties, particularly reliably identifiable based on the measurement data and
verortbar. locatable.
Die erste Referenzposition 2.1 des Referenzobjekts 3.1 kann als lokale Referenzposition, insbesondere als Relativposition zu der Messposition 34.1, The first reference position 2.1 of the reference object 3.1 can be used as a local reference position, in particular as a relative position to the measuring position 34.1.
bestimmt werden. be determined.
Vorzugsweise ist die globale Position des Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3 bekannt, beispielsweise, weil es sich bei dem Referenzobjekt um eine Vermarkung oder einen daran angeordneten Signalreflektor 7 handelt. Die globale Position anderer Referenzobjekte 3.3, insbesondere natürlicher Referenzobjekte 3.3, ist zunächst unbekannt. Mittels der Satellitennavigationseinrichtung 30 wird die erste Messposition 34.1 in einem globalen Koordinatensystem bestimmt. Anhand der ersten Messposition 34.1 und der als Relativposition bestimmten ersten Referenzposition 2.1 kann auf die glo-Preferably, the global position of the reference object 3.1, 3.2, 3.3 is known, for example because the reference object is a marking or a signal reflector 7 arranged on it. The global position of other reference objects 3.3, in particular natural reference objects 3.3, is initially unknown. The first measurement position 34.1 is determined in a global coordinate system by means of the satellite navigation device 30. Based on the first measurement position 34.1 and the first reference position 2.1 determined as a relative position, the global
bale Position des Referenzobjekts 3.3 geschlossen werden. Somit sind die bale position of the reference object 3.3. Thus, the
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globalen Positionen zunächst unbekannter Referenzobjekte 3.3 bestimmbar. Die globalen Positionen 3.1, 3.2, 3.3 sind bzw. werden vorzugsweise in der Speichereinheit 28 und/oder in der zentralen Speichereinheit hinter-global positions of initially unknown reference objects 3.3 can be determined. The global positions 3.1, 3.2, 3.3 are or will preferably be stored in the storage unit 28 and/or in the central storage unit.
legt. lays.
Das Erfassen der Gleisumgebung 4 erfolgt vorzugsweise an weiteren Messpositionen 34.2, 34.3 entlang des Gleises 15, insbesondere während einer kontinuierlichen Bewegung der Messvorrichtung 6, insbesondere des Fahrwagens 12, entlang des Gleises 15 und/oder bei Stillstand der Messvorrichtung 6. Das Erfassen der Gleisumgebung 4 an den mehreren Messpositionen 34.1, 34.2, 34.3 gewährleistet, dass dasselbe Referenzobjekt 3.1 aus mehreren Richtungen erfassbar ist und/oder eine Vielzahl der Referenzobjekte 3.1, 3.2, 3.3 entlang des Gleises 15 erfassbar ist, womit die Präzision The detection of the track environment 4 preferably takes place at further measuring positions 34.2, 34.3 along the track 15, in particular during a continuous movement of the measuring device 6, in particular of the carriage 12, along the track 15 and/or when the measuring device 6 is at a standstill. The detection of the track environment 4 at the multiple measuring positions 34.1, 34.2, 34.3 ensures that the same reference object 3.1 can be detected from multiple directions and/or a large number of the reference objects 3.1, 3.2, 3.3 can be detected along the track 15, thus increasing the precision
des Verfahrens gesteigert werden kann. of the procedure can be increased.
Die jeweilige Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 liefert als Relativposition des Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3 zu der jeweiligen Messposition 34.1, 34.2, 34.3 präzise Auskunft über die Anordnung, insbesondere die Position und/oder Orientierung der Messvorrichtung 6, insbesondere des zugrundeliegenden Gleises 15, bezüglich des Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3. Hierdurch können Abweichungen der Anordnung des Gleises 15 erkannt und/oder eine Neuanordnung des Gleises 15 entsprechend einer Soll-Anordnung vorgenommen werden. Ist die Position des Referenzobjekts 3.1, 3.2, 3.3 in dem globalen Koordinatensystem bekannt, insbesondere in der Speichereinheit 28 hinterlegt, so kann über die als Relativposition bestimmte Referenzposition 2.1, 2.2, 2.3 auf die Anordnung der Messvorrichtung 6, insbesondere des zugrundeliegenden Gleises 15, in dem globalen Koordinaten-The respective reference position 2.1, 2.2, 2.3 provides, as the relative position of the reference object 3.1, 3.2, 3.3 to the respective measuring position 34.1, 34.2, 34.3, precise information about the arrangement, in particular the position and/or orientation of the measuring device 6, in particular of the underlying track 15, with respect to the reference object 3.1, 3.2, 3.3. This makes it possible to detect deviations in the arrangement of the track 15 and/or to rearrange the track 15 in accordance with a desired arrangement. If the position of the reference object 3.1, 3.2, 3.3 is known in the global coordinate system, in particular stored in the storage unit 28, the arrangement of the measuring device 6, in particular of the underlying track 15, in the global coordinate system can be determined via the reference position 2.1, 2.2, 2.3 determined as the relative position.
system geschlossen werden. Das Bestimmen der Referenzpositionen 2.1, system can be closed. Determining the reference positions 2.1,
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2.2, 2.3 der Referenzobjekte 3.1, 3.2, 3.3 ermöglicht somit auch eine präzise Positionsbestimmung in einem Bezugskoordinatensystem, insbeson-2.2, 2.3 of the reference objects 3.1, 3.2, 3.3 thus also enables a precise position determination in a reference coordinate system, in particular
dere in dem globalen Koordinatensystem. especially in the global coordinate system.
Mittels der Gleisbearbeitungseinrichtung 13, insbesondere mittels des Gleisstopfaggregats 18 und/oder des nicht dargestellten Hebe- und Richtaggregats, kann eine Gleisbaumaßnahme, insbesondere die Verdichtung des Gleisbetts 14 und/oder die Neuanordnung des Gleisrosts, präzise an der gewünschten Position durchgeführt werden. Insbesondere kann die Abweichung der Ist-Anordnung des Gleisrosts von seiner Soll-Anordnung anhand By means of the track processing device 13, in particular by means of the track tamping unit 18 and/or the lifting and straightening unit (not shown), a track construction measure, in particular the compaction of the track bed 14 and/or the rearrangement of the track grid, can be carried out precisely at the desired position. In particular, the deviation of the actual arrangement of the track grid from its target arrangement can be determined using
der ermittelten Referenzpositionen 2.1, 2.2, 2.3 bestimmt werden. the determined reference positions 2.1, 2.2, 2.3.
Das Verfahren, das System 1 bzw. die Messvorrichtung 6 gewährleisten eine präzise Orientierung im Bereich eines Gleises 15, insbesondere bezüglich der lateralen Gleisumgebung 4. Dadurch, dass die Gleisumgebung 4 mittels der Radarstrahlung 5 erfasst wird, kann das mindestens eine Referenzobjekt 3.1, 3.2, 3.3 besonders zuverlässig erfasst und anhand der erzeugten Messdaten erkannt werden. Das Verfahren ist besonders robust gegenüber meteorologischen Einflüssen und kann auch bei starkem Nebel, Regen bzw. wechselnder Sonneneinstrahlung zuverlässig ausgeführt werden. Die Instandhaltung der Radarsender 22 bzw. der Radarsensoren 23 ist besonders aufwandsarm, da diese unempfindlich gegenüber Verschmutzungen, insbesondere Staub, sind. Folglich sind das Verfahren, das System 1 bzw. die Messvorrichtung 6 besonders geeignet für Anwendungen in einer staubbelasteten Umgebung, beispielsweise im Bereich von Gleisbauarbei-The method, the system 1 and the measuring device 6 ensure precise orientation in the area of a track 15, in particular with regard to the lateral track environment 4. Because the track environment 4 is detected by means of the radar radiation 5, the at least one reference object 3.1, 3.2, 3.3 can be detected particularly reliably and recognized using the measurement data generated. The method is particularly robust against meteorological influences and can be carried out reliably even in heavy fog, rain or changing sunlight. The maintenance of the radar transmitters 22 and the radar sensors 23 is particularly low-effort, since they are insensitive to contamination, in particular dust. Consequently, the method, the system 1 and the measuring device 6 are particularly suitable for applications in a dusty environment, for example in the area of track construction work.
ten, insbesondere im Bereich der Gleisbettverdichtung. particularly in the area of track bed compaction.
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Anhand der Fig. 4B, 4C und 4D sind weitere Ausführungsformen von Sendeeinrichtungen 21.2, 21.3, 21.4 beschrieben. Die Sendeeinrichtungen 21.2, 21.3, 21.4 sind mit der Messvorrichtung 6 kompatibel. Further embodiments of transmitting devices 21.2, 21.3, 21.4 are described with reference to Figs. 4B, 4C and 4D. The transmitting devices 21.2, 21.3, 21.4 are compatible with the measuring device 6.
Die in der Fig. 4B dargestellte Sendeeinrichtung 21.2 weist mehrere Radarsender 22 auf, wobei sämtliche der Radarsender 22 rasterförmig und auf einer gekrümmten Fläche 35, insbesondere einer Zylindermantelfläche, angeordnet sind. Hierdurch kann auf die Abstrahlrichtung der Radarstrahlung 5 Einfluss genommen werden, insbesondere auf den Messbereich und/oder die Messauflösung. Im Übrigen entspricht die Sendeeinrichtung 21.2 der The transmitting device 21.2 shown in Fig. 4B has several radar transmitters 22, whereby all of the radar transmitters 22 are arranged in a grid pattern and on a curved surface 35, in particular a cylinder surface. This makes it possible to influence the direction of radiation of the radar radiation 5, in particular the measuring range and/or the measuring resolution. In addition, the transmitting device 21.2 corresponds to the
vorstehend beschriebenen Sendeeinrichtung 21.1. transmitting device 21.1 described above.
Anhand der Fig. 4C ist eine Sendeeinrichtung 21.3 beschrieben, bei der mehrere Radarsender 22 zueinander äquidistant entlang einer geraden Linie 36 angeordnet sind. Eine entsprechende Sendeeinrichtung 21.3 ist besonders wirtschaftlich herstellbar. Bei einer Ausrichtung der Linie 36 schräg zur Längserstreckung des Gleises 15 kann durch Verlagern der Messvorrichtung 6 entlang des Gleises 15 eine dreidimensionale Geometrie der Gleisumgebung 4, insbesondere gemäß der Funktionsweise eines Linien-A transmitting device 21.3 is described with reference to Fig. 4C, in which several radar transmitters 22 are arranged equidistant from one another along a straight line 36. A corresponding transmitting device 21.3 can be produced particularly economically. If the line 36 is aligned obliquely to the longitudinal extension of the track 15, a three-dimensional geometry of the track environment 4 can be determined by moving the measuring device 6 along the track 15, in particular according to the functionality of a line
scanners, erfasst werden. scanners, are recorded.
Anhand der Fig. 4D ist eine Sendeeinrichtung 21.4 beschrieben, bei welcher mehrere Radarsender 22 entlang einer gekrümmten Linie 37, insbesondere zueinander äquidistant, angeordnet sind. Durch die Anordnung der Radarsender 22 entlang der gekrümmten Linie 37 kann auf den Messbereich und/oder die Messauflösung Einfluss genommen werden. Im Übrigen entspricht die Sendeeinrichtung 21.4 der vorstehend beschriebenen Sendeeinrichtung 21.3. With reference to Fig. 4D, a transmitting device 21.4 is described in which several radar transmitters 22 are arranged along a curved line 37, in particular equidistant from one another. The arrangement of the radar transmitters 22 along the curved line 37 can influence the measuring range and/or the measuring resolution. In other respects, the transmitting device 21.4 corresponds to the transmitting device 21.3 described above.
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