Hochauflösende Prosilica GT Kameras ermöglichen geologische Analyse
Tunnelbohrmaschinen (TBM) werden zunehmend bei Großprojekten, wie beispielweise dem Brenner Basistunnel (BBT) in den Österreichischen Alpen, eingesetzt.T rotz des häufigen Einsatzes von TBM ist die baugeologische Dokumentation der Ortsbrust, vor allem bedingt durch Sichtbehinderungen, im Vergleich zu konventionellen Tunnel-vortrieben weniger aussagekräftig. In Zusammenarbeit mit der Geodata GmbH hat das Institut für Subsurface Engineering der Montanuniversität in Leoben, Österreich, ein Kamerasystem für Bohrmaschinen entwickelt, das bei Tunnelbauprojekten eingesetzt werden und zur Lösung dieses Problems beitragen kann. In das Scheibengehäuse montierte Prosilica GT-Kameras liefern hochauflösende Bilder und farbcodierte Reliefdarstellungen der gesamten Ortsbrust.
Die Herausforderung
Eingeschränkte Sicht
Beim konventionellen Tunnelbau erfolgt die geologische Kartierung im Allgemeinen durch den Geologen und wird nicht durch eine behinderte Sicht auf die Ortsbrust beeinträchtigt. Beim mechanisierten Tunnelbau wird die Sicht auf die Ortsbrust jedoch durch den Bohrkopf versperrt. Es gibt nur wenige Öffnungen im Bohrkopf wie den Räumer sowie Mannlöcher, was die Aussagekraft der geologischen Aufnahme der Ortsbrust einschränkt.
Die Lösung
Kamerabasiertes robustes System
Das Institut für Subsurface Engineering der Montanuniversität in Leoben, Österreich, hat ein Kamerasystem entwickelt, das hochauflösende Bilder und farbcodierte Reliefdarstellungen der gesamten Ortsbrust liefert. Die flächenmäßigen Anteile unterschiedlicher in der Ortsbrust vorkommender Lithologien, die räumliche Lage von Trennflächen, der Zerlegungsgrad sowie die Tiefe von Ausbrüchen können so bestimmt werden.All diese wichtigen Informationen ermöglichen eine geotechnische Bewertung der Ortsbrust, die Überprüfung der Richtigkeit des angenommenen geologischen Modells und einen durch weniger Komplikationen behinderten Vortrieb.
Um den erfassten Ortsbrustbereich zu vergrößern, wurde ein kamerabasiertes System entworfen, das leicht ist und flexibel in verschiedene Diskenkästen montiert werden kann. So können TBM ohne zusätzliche Kamera-Öffnungen mit dem Kamerasystem ausgerüstet werden. Die Anzahl der Kameramontagen lässt sich individuell auf den jeweiligen Abstand einstellen, um den der Bohrkopf von der Ortsbrust zurückgezogen wird. Das Kamerasystem kann sowohl mit einer als auch mit mehreren Kameras angewendet werden.
Die Steuereinheit ist im Diskenkasten der Doppeldisken nahe dem Rotationszentrum des Bohrkopfes montiert. Die Kamera-Steuerung, die über den PC läuft, basiert auf dem Software Development Kit namens Vimba von Allied Vision. Dieses löst die Kamera mit einer festen Bildrate von 2 Bildern pro Sekunde aus, so dass eine ausreichende Bildüberlappung und ein Überschuss an Bildern gewährleistet sind.
Der Nutzen
Fotogrammetrische Auswertung
Die Kameras liefern hochauflösende Bilder für die fotogrammetrische Auswertung. Die Fotogrammetrie verwendet verschiedene Mess- und Auswertungsmethoden, um digitale Bilder zu analysieren und daraus ein 3D-Modell zu erstellen. Am Ende des hochautomatisierten fotogrammetrischen Workflows wird nicht nur eine präzise 3D-Rekonstruktion der gesamten Ortsbrust berechnet. Ein hochauflösendes Orthofoto (verzerrungsfreie, maßstabsgetreue Darstellung der Oberfläche) mit gleichmäßiger Ausleuchtung, das sowohl die Ausbrüche als auch die standfesten Bereiche der Ortsbrust abbildet, zeigt nicht sichtbare Details, die hinter dem Bohrkopf liegen. Auf Grundlage dieses Bilds wird außerdem eine farbcodierte Reliefdarstellung der Ortsbrust erzeugt.
"Die digitale Bildgebung der Ortsbrust führt zu einer objektiveren geologischen Aufnahme, die eine unumstößliche Grundlage für die geologische Bewertung darstellt", sagt Robert Wenighofer, Projektassistent am Institut für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben.
Die Kamera: Prosilica GT2000
Power over Ethernet und präzise Blende
Die Prosilica GT wurde für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen und schwankenden Lichtverhältnissen entwickelt, zusammen mit einem 5-mm-Objektiv mit Festbrennweite. Die Kamera mit einem 2,2-Megapixel-CMOS-Sensor bietet eine P-Iris-Objektivsteuerung (Präzisionssteuerung), die die Blendenöffnung, die Schärfentiefe, die Belichtungszeit sowie die elektronische Lichtverstärkung (Gain) für eine optimale Bildqualität präzise regelt, ohne dass zusätzliche Bedienelemente benötigt werden. Ausgerüstet mit der Power-over-Ethernet-Funktion (PoE) kann die Kamera mit einem einzigen Kabel sowohl für die Stromversorgung als auch für den Datentransfer betrieben werden, was die Integration des Kamerasystems in den Bohrkopf sehr einfach gestaltet.
Highlights auf einen Blick
- Das System ermöglicht eine Beurteilung der Statik und gewährleistet einen kontinuierlichen, störungsfreien Tunnelvortrieb.
- Das leichte und kompakte System kann einfach in verschiedene Scheibengehäuse montiert werden.
- Die automatisierte geologische Kartierung beschleunigt den Bohrprozess und bietet den Arbeitern einen erhöhten Schutz.
- Die Kamera ist für den Betrieb in extremen Umgebungen und bei schwankenden Lichtverhältnissen entwickelt worden.