Reporter 52 Das Magazin der Leica Geosystems

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MetroNet bringt der U-Bahn die Technologie des 21. Jahrhunderts ABA Surveying erfasst vor dem Bau neuer Waggons für die Londoner U-Bahn die Ist-Bauwerkdaten mit HDS-Laserscanning- Technologie. 8 Nach der Entscheidung über die Einführung neuer Rollmaterial-Zugskompositionen im Jahre 2009 beschloss Metro- Net, die für die Entwicklung der Waggons benötigten Vermessungsdaten mittels Laserscanning-Technologie zu erfassen. Um eine Zugskomposition maximal möglicher Grösse konstruieren zu können, muss man die Abmessungen der Strukturen kennen, die sie befahren und durchqueren muss. Auch die Begrenzungen durch Bahnsteige, Brücken, Bauten und Tunnels müssen bekannt sein. Sämtliche für die Konstruktion und Wartung der Züge tätigen Teams arbeiten bereits mit Messdaten, weshalb historische Informationen schubladenweise vorhanden sind. Das Problem ist jedoch, dass diese Daten unter Umständen bereits zur Zeit ihrer Veröffentlichung nicht mehr aktuell waren. Wartungsarbeiten, Auffüllungen, das Absetzen des Untergrunds und die Nutzungsbelastung bewirken, dass die Gleise ständig in Bewegung sind. Bei der Londoner U-Bahn hinterliessen Wartung, Erneuerung, Erweiterung und Umbauten im Verlaufe eines Jahrhunderts eine verwirrende Ansammlung von Kabeln, Lampen, Signalen, Schaltkästen und allen möglichen anderen Einbauten, die potenziell zu einer Reduktion der vorhandenen Lichtweiten führen können. Verschärft wird dieses Problem durch die Tatsache, dass das Profil beim Einsatz traditioneller Vermessungsmethoden entlang des Gleises punktuell in Abständen gemessen wird. Dieser Abstand beträgt in der Regel zehn Meter, auf engen oder kurvigen Strecken vielleicht auch nur fünf Meter. Leider kommt es häufig vor, dass alles, was zwischen diesen regulären Messintervallen liegt, im Rahmen der traditionellen Profilvermessung übersehen wird. MetroNet entschied sich daher für eine andere Vorgehensweise. Züge nach Mass Die kinematische Begrenzungslinie eines Zuges auf seinem Weg über die Gleise wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Die von einem Vermessungsgerät zu erfassenden räumlichen Daten sind in erster Linie Gleisposition, Schienenüberhöhung und Radius sowie Mindestabstände der Lichtweite zur gleisnahen Infrastruktur, die sich auf die Festlegung der Begrenzungslinien auswirken könnte. Diese Daten werden in Verbindung mit den Zugkonstruktionsparametern – wie Waggonlänge, Bauraum, Position und Radstand der Räder, Eigenschaften der Radaufhängung sowie bauartbedingte Geschwindigkeit – mit dem Software-Paket Clear- Route evaluiert. Die ClearRoute-Software berechnet die lichten Weiten zwischen den Fahrzeugen und der Infrastruktur sowie zwischen aneinander vorbeifahrenden Zügen. Darüber hinaus werden auch die Schrittentfernungen zu den Bahnsteigen ermittelt. Programmiert mit den entsprechenden Lichtweitenstandards kann die Software so eingesetzt werden, dass sie entweder Ja-/Nein- Aussagen zur Machbarkeit oder umfassende Lichtweitenberichte liefert. Die Lichtweiten können in unterschiedlichen Positionen und gemäss vorgegebenen Ausfallmodusbedingungen definiert werden. Anschliessend erfolgt die Datenerfassung für die ClearRoute-Datenbank. Die anfängliche Streckenpriorität umfasste über achtzig Schienenkilometer, wofür von MetroNet vier Vermessungsteams zur Bestimmung der Gleisposition mit Leica GRP3000-Spurwagen im Einsatz waren. Die Profildaten dieser Messungen mussten zur Vervollständigung der Eingaben in ClearRoute mit den Gleisdaten kombiniert werden. Präzision dank neuer Technologie Glücklicherweise erfolgte die Anfrage zur Erfassung solcher Daten zum gleichen Zeitpunkt wie die Einführung einer neuen kinematischen Scanning-Technologie durch ABA Surveying, Woking (UK). Nach Feldversuchen und Evaluationen wurde ABA schliesslich mit der Ausführung der Arbeiten beauftragt. Grundlage der von ABA eingesetzten Technologie ist das auf einem GRP100- Spurwagen montierte Scannermodell Leica 4500, zusammen als System GRP5000 bezeichnet. Bei dieser Konfiguration wird der Scanner so auf dem Spurwagen befestigt, dass die Abtastrichtung senkrecht zum Gleis fixiert ist. Der Laserstrahl rotiert mit 33 Abtastungen pro Sekunde und kann pro Abtastung 18’000 Punkte aufzeichnen, obgleich in dieser Anwendung nur 10’000 Punkte erforderlich sind. Jeder Abtastpunkt wird vom Scanner mit einer Genauigkeit von drei Millimetern erfasst. Nach Initialisierung der Startmessung wird der Spurwagen
mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 km/h geschoben. Bei dieser Geschwindigkeit beträgt die Vorwärtsbewegung 280 mm in der Sekunde. Der Scanner misst mit einer Rate von 33 Abtastungen pro Sekunde, womit jede Abtastung für einen Gleisabschnitt von 8 mm steht. Um den Profilbogen herum werden in Abhängigkeit vom Abstand zum Scanner alle 2 - 5 mm Punkte erfasst. Dabei wird jedes auch noch so kleine Detail vom Scanner dokumentiert. Das Ergebnis ist eine Punktwolke, die so dicht ist, dass sie wie eine Schwarzweissfotografie aussieht, auf der selbst so winzige Einzelheiten wie die Nietbolzen im Träger erkennbar sind. Das darf man bei einer Datenerfassungsrate von 1,5 Megabyte in der Sekunde auch erwarten! Der richtige Massstab Ein Teil der Aufgabenstellung bestand daher darin, die Datenmenge auf ein typisches Mindestprofil zu reduzieren, das jeweils fünf Metern der Messung entsprach. So wurde der Umfang von über 600 Profilen effektiv auf lediglich eines reduziert, obwohl alle Daten genutzt wurden. Darüber hinaus schrieb ABA auch Programme zur intelligenten Ausdünnung des Mindestprofils ohne Formverlust. Nach zahlreichen Versuchen ergab eine Bestimmung von etwa 1200-1400 Punkten pro Profil die optimale Lösung – eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den ursprünglich 10’000 Punkten. Zusammengefasste Resultate Zu guter Letzt musste ABA die von MetroNet übermittelten Gleisdaten mit den Profildaten verbinden, die Daten der zwischen den Gleisen bestehenden Hindernisse hinzufügen und daraus perfekt formatierte ClearRoute-Dateien erstellen. Jedes Profil wurde einer Sichtprüfung auf Qualität und Abweichungen unterzogen. lichen Informationen aller sichtbaren Gegenstände. Ihre Daten können bei Bedarf zum Zwecke der exakten Messung, Positionierung oder Identifikation jederzeit abgerufen werden. Trifft ClearRoute auf eine enge Stelle, so kann anhand der Datenbank die Art des Hindernisses festgestellt werden. Alan Barrow Auf der offenen Gleisstrecke misst und protokolliert der Leica-Scanner GRP5000 alle sichtbaren Details einschliesslich der seitlich und über den Schienen befindlichen Infrastruktur. Was auch immer im Abtastbereich liegt, wird millimetergenau gemessen. Das Bild rechts zeigt die Punktwolke einer Undergroundstation und das Messbild darunter die feinauflösende Punktwolke einer Station mit Schienen und einem Zug. Alle Informationen auf einen Blick Sämtliche Vermessungsdaten wurden in lediglich fünf Wochen erfasst. Das Resultat ist eine Datenbank mit räum- 9
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