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Einmessung von Echolotsystemen auf Vermessungsschiffen

Einmessung von Fächerecholoten

Fächerlotsysteme

Peilschiff Hildegard von Bingen
Peilschiff Hildegard von Bingen

Die Erfassung der Topographie unterhalb der Wasseroberfläche des Meeres oder von Binnengewässern erfolgt durch Peilschiffe, die mit Multisensorsystemen ausgerüstet sind. Die drei wesentlichen Komponenten sind der Echolotsensor zum Scannen des Gewässerbodens, Neigungssensoren zur Ableitung der relativen Schiffslage und GNSS-Sensoren zur Bestimmung der absoluten Schiffsposition. Die Messelemente der einzelnen Systeme werden bei der Auswertung zu einer georeferenzierten Gewässertiefe kombiniert und für weitere Analysen bereitgestellt. Die fehlerfreie Kombination der Messsysteme gelingt jedoch nur durch die geometrische Verknüpfung ihrer Bezugssysteme, die meist über Markierungen am Sensorgehäuse definiert sind. Position und Orientierung dieser Referenzrahmen werden bereits beim Einbau der Fächerlotsysteme in einem gemeinsamen Koordinatensystem ermittelt und in ein schiffsfestes Objektkoordinatensystem transformiert.

Aufgabenspektrum und Herausforderungen

Die geforderte Genauigkeit der Orientierungswinkel beträgt je nach System bis zu 0.1°. Da die Winkel aus gemessenen Einzelpunkten oder Flächen zweiter Ordnung (Quadrik) abgeleitet werden, ist neben der Länge der Basis die Punktlageunsicherheit der genauigkeitslimitierende Faktor. Durch die Abmaße der Sensoren sind Punktlageunsicherheiten von 0.1 mm oder besser erforderlich.

Je nach Fächerlotsystem ist neben der Einmessung auch der Einbau des Echolotsystems messtechnisch zu überwachen. Hierbei sind die einzelnen Sensorplatten der Sende- und der Empfangseinheit unter dem Schiffskiel zu montieren. Diese Auflagepunkte dürfen nach Herstellerangabe nur mit einer maximalen Abweichung von 0.3 mm aus der mittleren Ebene aller Auflagepunkte abweichen. Für den messtechnischen Nachweis folgt daraus mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 0.1% eine zu erreichende Standardunsicherheit von 0.1 mm in Punktlage rechtwinklig zur Ebene.

Messtechnik im Einsatz

AT401 bei Schwingereinmessung
Einmessung der Mercator mittels Lasertracker AT401

Um diese hohen Anforderungen erfüllen zu können, kommt der mobile Lasertracker Leica AT401 zum Einsatz. Bei Berücksichtigung der Umgebungsparameter und durch geeignete Wahl von Verknüpfungspunkten zur Stationierung im Schiffskoordinatensystem lassen sich sowohl die Einmessung als auch die Justierung in relativ kurzer Zeit und mit sehr hoher Genauigkeit realisieren. Die Justierparameter werden prozessbegleitend visualisiert und in der abschließenden Qualitätskontrolle mittels statistischer Verfahren verifiziert. Die Ableitung der Einbauwinkel erfolgt nach den Auflagen der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes.

Publikationen

Eschelbach, C. Overath, T.: Einsatz eines mobilen Lasertrackers zur hochpräzisen Justierung von Fächerlotsystemen bei Hochseevermessungsschiffen. In: Wieser, A. (Hrsg): Ingenieurvermessung 14: Beiträge zum 17. Internationalen Ingenieurvermessungskurs Zürich, 14.-17. Januar 2014, Wichmann, S. 347-360, 2014.

Eschelbach, C., Lösler, M.: Alternative Ways for Appropriate Data Analysis in Industrial Metrology. In: Neitzel, F., Reulke, R. (Hrsg.): Proceedings of the 2th Workshop Low Cost 3D - Sensors, Algorithms, Applications, 4./5. Dezember, Berlin, Deutschland, 2012.