Signatur:
S 99.0139(395)
In:
Wissenschaftliche Arbeiten der Fachrichtung Geodäsie und Geoinformatik der Leibniz Universität Hannover, Nr. 395
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
Die hochgenaue, geometrische Erfassung von Objekten und deren Umfeld mit geodätischen Messsystemen wie Lasertrackern und 3D Laserscannern wird bereits seit einigen Jahren durchgeführt.
Bei langgezogenen Profilen, z. B. Führungs-, Fahr-, und Leitschienen, mit Längen von bis zu
mehreren hundert Metern, wie sie bei Kranbahnen oder Hochregallagern vorkommen, ist bisher eine
punktuelle, linienhafte Erfassung üblich. Aus den Messdaten werden Zustandsgrößen abgeleitet,
die in Richtlinien, wie z. B. der VDI 3576 beschrieben sind. Zur Reduzierung der Absturzgefahr
beim Signalisieren hochliegender Schienenprofile und zur Beschleunigung des Messprozesses, können
motorisierte Plattformen für den Transport von Reflektoren eingesetzt werden.
Es wird ein Bewegungs- und Auswertemodell für ein mit hoher Abtastrate messendes kinematisches
System erarbeitet, so dass die tatsächliche Lage von Führungs-, Fahr-, und Leitschienen mit
einer Unsicherheit im Submillimeterbereich bestimmt werden kann. Damit die Messung für die
Praxis relevant wird, können die Ergebnisse unmittelbar ausgewertet werden. Aus den Messdaten
lassen sich für eine objektive Beurteilung des Zustands von Profilen und Befestigungen folgende
Zustandsparameter ableiten: Lage, Z-Werte, Neigung und Zustand der Schiene und deren Befestigung.
Die Qualität der Messungen und Zustandsparameter lässt sich qualitätsgesichert durch Auflösung
und Standardabweichung nachweisen.
Beschreibung / Inhaltsverzeichnis:
The high-precision, geometric capture of objects and their surroundings with geodetic measurement
systems such as laser trackers and 3D laser scanners has already been carried out for several years.
In the case of elongated profiles, e.g. guide rails, carriage rails and guard rails, with lengths of
up to several hundred meters, such as those found in crane runways or high-bay warehouses, a
point-by-point, line-by-line recording has been common practice up to now. Condition variables are
derived from the measurement data, which are described in guidelines such as VDI 3576. To reduce
the risk of falling when signaling high-lying profiles and to speed up the measurement process,
motorized platforms can be used to transport reflectors.
A motion and evaluation model for a kinematic system measuring at a high sampling rate will be
developed, so that the actual position of guide rails can be determined with an uncertainty in the
submillimeter range. To make the measurement relevant for practical applications, the results can
be evaluated immediately.
Materialart:
Schriftenreihen ausleihbar
Seiten:
158 Seiten
,
Illustrationen, Tabellen, Diagramme
,
30 cm
ISSN:
01741454
Serie:
Wissenschaftliche Arbeiten der Fachrichtung Geodäsie und Geoinformatik der Leibniz Universität Hannover Nr. 395
Sprache:
Deutsch
Anmerkung:
Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2024
,
Abkürzungsverzeichnis ix
1 Einleitung 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Stand der Technik im Bereich der Vermessung von Schienenanlagen der Intralogistik 5
2.1 Elemente von Schienenanlagen der Intralogistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.1 Schienen und Profilstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.2 Schienenlagerungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.3 Schienenstöße, Festpunkte, Endbegrenzer, An- und Einbauten . . . . . . . . . 11
2.1.4 Schienengebundene Krane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Rechtlicher Rahmen, Richtlinien und klassische Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . 16
2.2.1 Rechtlicher Rahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2 Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.3 Klassische Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.4 Kritische Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Vermessung von Schienenanlagen der Intralogistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.1 Koordinatensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2 Vermessung mit Theodolit, Bandmaß und Nivellier . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.3 Alignierverfahren mit Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.4 Vermessung mit Tachymeter oder Lasertracker . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.5 Automatisierte Systeme mit georeferenzierendem Sensor . . . . . . . . . . . . 25
3 Grundlagen zur Bestimmung der geometrischen Zustandsgrößen von Profilen 31
3.1 Rekursive Filterung im Zustandsraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.1 Wahrscheinlichkeiten, Satz von Bayes, Verteilungen . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2 Bayes Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.3 Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.4 Extended Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.5 Unscented Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.6 Unscented Rauch Tung Striebel Smoother . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1.7 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 Geometrische Modellierung von Kurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1 Polynome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.2 Splines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 B-Splines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4 Profilvermessungssystem 49
4.1 Neue Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2 Sensorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2.1 Georeferenzierender Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.2.2 Profillaserscanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.3 Kameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
xii Inhaltsverzeichnis
4.2.4 Inklinometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.5 Inertiale Messeinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.6 Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.7 Ultraschallsensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2.8 Sensorintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Profilvermessungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.1 Plattform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.2 Antriebseinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.3 Seitenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.4 Schwingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.5 Halterung Sensorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3.6 Drehvorrichtung für Reflektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Erreichbare Messunsicherheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 Datensynchronisierung und Datenhaltungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5.1 Anforderung an die Synchronisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5.2 Synchronisierung über die Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.5.3 Synchronisierung im Objektraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.5.4 Datenhaltungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6 Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.6.1 Komponentenkalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.6.2 Systemkalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5 Zustandsgrößen einer überarbeiteten VDI 3576 83
5.1 Messdatenerfassung und -aufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.1 Messdatenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.2 Orientierungsparameter aus Positionsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1.3 Aufbereitung der Lasertracker- oder Tachymeterdaten . . . . . . . . . . . . . 86
5.1.4 Korrektur der Beschleunigungswerte von der Erdschwere . . . . . . . . . . . . 88
5.1.5 Korrektur der Inklinometermesswerte von Beschleunigungseinflüssen . . . . . 89
5.1.6 Korrektur der Längs- und Querablage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2 Sensorfusion für die Georeferenzierung des Profilmesswagens . . . . . . . . . . . . . . 89
5.2.1 Quaternionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.2.2 Adaptive Filterung der Inertial Measurment Unit (IMU)-Messwerte . . . . . 92
5.2.3 Funktionales Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.2.4 Stochastisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.5 Steigerung der Zuverlässigkeit der Filterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6 Testmessung und Validierung des kinematischen Multisensorsystems 101
6.1 Durchführung einer kinematischen Schienenmessung mit dem Profilvermessungssystem101
6.2 Qualitätssicherung des Messprozesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.3 Messkampagne I: Messung unter Laborbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.3.1 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.3.2 Einfacher Ansatz zum Finden weiterer Zustandsgrößen . . . . . . . . . . . . . 111
6.3.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.4 Messkampagne II: Messung unter realen Bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4.1 Messumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4.2 Messkonzept und Netzplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4.3 Ergebnisse und Bewertung der Netzmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.5 Qualitätsaussagen zu dem Profilvermessungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.5.1 Bewertung der Kalibrierparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.5.
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