Home | english  | Impressum | Sitemap | KIT

Einsatzmöglichkeiten eines iGPS-Systems als mitfahrendes Steuerleitsystem für Tunnelbauprojekte mit Tübbingauskleidung.

Einsatzmöglichkeiten eines iGPS-Systems als mitfahrendes Steuerleitsystem für Tunnelbauprojekte mit Tübbingauskleidung.
Typ:Diplomarbeit
Datum:2007
Betreuer:

Aufgabensteller:
VMT GmbH,
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Maria Hennes (TU Karlsruhe)
Dipl.-Ing. Torsten Weiser (VMT GmbH)
Dipl.-Ing. Henning Roch (VMT GmbH)

Bearbeiter:Winter, D.
Zusatzfeld:

IBNr: 901

mehr ...

Die VMT GmbH -Gesellschaft für Vermessungstechnik- befasst sich vorwiegend mit der Entwicklung und dem Vertrieb von Steuerleitsystemen für maschinelle Tunnelvortriebe mit Tübbingauskleidung (SLS-T) und Rohrvorpressungen.

 

Bei Tunnelbauprojekten mit Tübbingauskleidung werden zur Navigation der Tunnelbohrmaschine (TBM) Robottachymeter verwendet. Sie werden fest an der Tunnelwand angebracht, um permanent die Position der Maschine im Tunnelsystem zu bestimmen. Neuere Entwicklungen zielen auf ein so genanntes mitfahrendes Steuerleitsystem (MSLS), wobei die Komponente Tachymeter auf der TBM installiert wird, wodurch das periodische Umsetzen des Tachymeters entfallen wird. Weil iGPS eine etwa vierfach höhere Datenrate ermöglicht, soll dieses System als Alternative untersucht werden.In dieser Diplomarbeit soll untersucht werden, ob und mit welcher Genauigkeit dieses Thema realisiert werden kann.

 

Das iGPS bestimmt 3D-Koordinaten mit einer Datenrate bis zu 55 Hz in einem durch mehrere Sender (Transmitter) festgelegtem System. Ein Transmitter sendet rotierende Lichtfächer im Infrarotbereich aus, die dem Empfänger die Bestimmung der Horizontal- und Vertikalwinkel ermöglichen (Abbildung1). Die Koordinaten eines Punktes werden durch einen „räumlichen Vorwärtsschnitt“ berechnet.

 

Ein Aufgabenteil dieser Diplomarbeit war es, ein Messkonzept zu erstellen, welches die meisten Fehler seitens des iGPS (schleifender Schnitt, Offsets…) minimiert bzw. eliminiert und einen Vergleich mit dem herkömmlichen SLS-T ermöglicht. Hierzu wurden einige Testmessungen durchgeführt. Nach Festlegung eines optimalen Konzeptes wurde dieses auf einer TBM unter Vortriebsbedingungen getestet. Um einen zeitlich korrekten Vergleich der Daten des iGPS und des SLS-T zu erhalten, waren einige hard- und softwaretechnische Modifikationen notwendig. Für einen Vergleich der beiden Systeme wurden die horizontalen und vertikalen Ablagen (Differenzen der durch die beiden Systeme gerechneten Position der TBM zu deren Sollposition) verglichen. Da aus jahrelanger Erfahrung eine Unsicherheit von einigen Millimetern für das SLS-T garantiert werden konnte, diente dieses als Sollwert für den Vergleich.

Um mit dem iGPS-Koordinaten für einen Vergleich zwischen beiden Systemen zu erhalten, mussten die Koordinaten über zwei in Echtzeit laufende Transformationen berechnet werden. Über sechs Sensoren an der Tunnelwand werden die Koordinaten zweier Sensoren im vordersten Teil der TBM bestimmt und somit die Position der TBM. Um der fahrenden Maschine nachzukommen, werden immer die sich am weitesten entfernten Sensoren in Vortriebsrichtung umgebaut und deren Koordinaten mit dem iGPS neu bestimmt (Abbildung 2).

Dementsprechend pflanzten sich die Unsicherheit sowie die systematischen Abweichungen des iGPS immer weiter fort, was zu einer größer werdenden Differenz der Ablagen zwischen iGPS und SLS-T führen musste. Hauptursache dafür sind die schleifenden Schnitte bei der Bestimmung der Koordinaten der Sensoren aufgrund der kleinen Basis der beiden verwendeten Transmitter (Abbildung 1).

Als Ergebnis sollte festgestellt werden, für welche maximale Vortriebsstrecke eine bestimmte Abweichung der Ablagen des iGPS gegenüber dem SLS-T garantiert werden konnte ohne eine neue Nullmessung der festen Sensoren des iGPS durchzuführen. Unten dargestellt sind die Beträge der Differenzen der horizontalen (Abbildung 3) und vertikalen (Abbildung 4) Ablagen zwischen SLS-T und iGPS bei einer Vortriebsstrecke von etwa 60m.

Daraus lässt sich vor allem horizontal die erwähnte Fortpflanzung der Fehler des iGPS erkennen, da hier der Einfluss des schleifenden Schnittes größer ist als bei der Vertikalwinkelmessung. Unter Zuhilfenahme einer zweiten durchgeführten Messung konnte die Aussage getroffen werden, dass unter den bei der Messung gegebenen Bedingungen ein Vortrieb (60m) mit einer Abweichung von max. 3cm in horizontaler und 2cm in vertikaler Richtung zum herkömmlichen SLS-T erreicht wird.

 

Somit erreichte das verwendete Messkonzept nicht die erforderlichen Spezifikationen, die für einen Einsatz als des iGPS als MSLS nötig wären. Auch der Kostenfaktor spricht im Moment klar gegen einen Einsatz des iGPS als MSLS.