Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Positionierung im Wald über Schallwellen


von Michael (Gast)


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Hallo,
Ich bin Vermessungsingenieur im Schwarzwald und vermesse größtenteils 
mit GPS.  Da wir aber auch viel im Wald messen müssen kommt dort eine 
GPS-Messung (wegen der Abschattung durch die Bäume) nicht in Frage.
Meine "Messanordnung" sehe so aus, dass außerhalb des Waldes 3- oder 4 
Punkte X- und Y-Koordinaten mäßig erfaßt werden und diese dann mittels 
der Strecken (min 3 oder 4) der "Standpunkt" des Empfängers in Echtzeit 
berechnen.
Die Lösung der Synchronisierung der einzelnen "Stationen" sowie die 
Reflexionen spielen eine große Rolle und die 3 oder 4 Fixpunkte sollen 
nicht mit Kabeln o.ä. verbunden sein. Meine Genauigkeit muss auch bei 
min 1cm sein.
Seht ihr hier überhaupt einen technischen Ansatz.
Vielen Dank

Michael

von 0815 (Gast)


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Michael schrieb:
> Meine Genauigkeit muss auch bei
> min 1cm sein.

Im Schwarzwald? Das ist ja wie Hausbau mit 50nm Abweichung...;-)


Mit Schall ist es grundsätzlich ungenau.

von hp-freund (Gast)


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Michael schrieb:
> Meine Genauigkeit muss auch bei min 1cm sein.

:-)

Keine Chance.

Das kriegst Du gerade mal mit einem offenen Polygonzug und der neuesten 
elektronischen Messtechnik hin.
Besser noch geschlossenes Polygon legen und ausgleichen, wie gehabt.
Man will ja (nicht) VERmessen ;-)

Schall ist auch noch von Reflektionen, Wind usw. abhängig.

von Oliver P. (mace_de)


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Hi Michael,

genau dieses Thema hab ich als Geocache umgesetzt.
Allerdings ist der Aubau umgekehrt.
An 3 bekannten Punkten stehen dabei Mikrofone welche den Schall 
aufzeichnen und mit einem genauen Timecode (DFC77/GPS) aufzeichnen.
Am zu vermessenden Punkt wird dann ein Schallereigniss erzeugt (z.b. ein 
Knall) aus den Zeitdifferenzen lässt sich die Position berechnen. Ein 
Excel Tool dazu kann ich dir bei Interesse gern zukommen lassen.
Reflexionen sind eher kein Problem da das erste Signal was beim mikrofon 
ankommt das direkte Signal ist. Reflexionen legen längere Wege zurück 
und kommen entsprechend später an.
Das Problem ist allerdings die Genauigkeit. Schon geringe Winde 
verfälschen das Ergebniss. (Das kann auch im besagten Excel Tool 
nachvollzogen werden)
Auch verschiedene Luftdrücke wirken sich auf das Ergebniss aus.
1cm ist da wohl unrealistisch.
Bei Interesse kannst du es hier
http://www.geocaching.com/geocache/GC2XBKG_die-explosion?guid=c94ee966-14ba-4878-95ad-e3d4fe895fbc
ja mal in der Theorie durchspielen.

von Gerd E. (robberknight)


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Michael schrieb:
> Die Lösung der Synchronisierung der einzelnen "Stationen"

Wozu groß Synchronisieren? Jeder der 3-4 Fixpunkte außen sendet 
nacheinander einen Impuls. Der Messpunkt im Wald wartet, bis er den 
Impuls von Fixpunkt 1 empfängt und sendet nach einer fixen Wartezeit 
seinen Impuls.
Die Strecke kannst Du jetzt aus 2 mal Wegstrecke plus fixer Wartezeit 
errechnen. Danach das selbe mit Fixpunkt 2 usw.

> sowie die
> Reflexionen spielen eine große Rolle

Das dürfte das größte Problem an der ganzen Sache werden.

Warum nicht ganz klassisch mit Theodoliten von außen in den Wald 
reinmessen, wenn zu viele Bäume dazwischen sind halt über 
Zwischenschritte?

Auch noch ne ganz andere Idee: Du nimmst so ne aktive GPS-Antenne und 
montierst die auf nem kräftigen Teleskopständer und kurbelst die damit 
über die Baumwipfel. Dann noch nen Schnurlot drunterhängen und Du hast 
Deine Position.

von hp-freund (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Warum nicht ganz klassisch mit Theodoliten von außen in den Wald
> reinmessen, wenn zu viele Bäume dazwischen sind halt über
> Zwischenschritte?

Das ist der Polygonzug.

Gerd E. schrieb:
> Du nimmst so ne aktive GPS-Antenne und
> montierst die auf nem kräftigen Teleskopständer und kurbelst die damit
> über die Baumwipfel.

Wer soll das tragen :)

Gerd E. schrieb:
> Dann noch nen Schnurlot drunterhängen und Du hast
> Deine Position.

Ab einer bestimmten Höhe ist es selbst dabei schon schwierig unter 1cm 
zu bleiben wenn man dort nicht übernachten will.

Davon mal abgesehen ist auch der 1cm bei GPS schon Illusion.
Als ich Vermesser bei der Bahn war haben wir parallel Polygoniert und 
GPS Messungen durchgeführt. Bis zu 2cm Abweichung der PP waren nicht 
selten.
Das Ganze wurde auf Grund der Ungenauigkeiten mehrfach ausgeführt.
Da die erlaubte Abweichung bei max 7mm auf 1000m lag war das GPS eine 
nette Annäherung aber nutzlos und musste nachträglich durch die gute 
alte Methode ausgeglichen werden

von Georg (Gast)


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Oliver P. schrieb:
> Reflexionen legen längere Wege zurück
> und kommen entsprechend später an.

Das ist ein Denkfehler - es muss ja garkeinen direkten Weg geben, 
besonders nicht im Wald. Sonst könnte man ja gleich mit Laserstrahlen 
arbeiten, aber eine direkte Sicht ist eben nicht garantiert.

Georg

von foo (Gast)


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> Sonst könnte man ja gleich mit Laserstrahlen
> arbeiten, aber eine direkte Sicht ist eben nicht garantiert.
Das hat man in den 1970er Jahren im Südamerikanischen Urwald sogar 
gemacht.
Allerdings hat man den Laser nicht in einen Entfernungsmesser o.ä. 
eingebaut, sondern man hat damit senkrecht in die Höhe geschossen.
Offenbar ist genug Staub, Feuchtigkeit und Getier in der Luft, dass man 
diese Messlatte auch von anderen Standorten aus anpeilen kann.

Eine Genauigkeit von 1cm unter solch schwierigen Bedingungen halte aber 
auch ich für illusorisch.
Im Urwald und vermutlich auch im Schwarzwald wird das wohl auch nicht 
nötig sein.
Etwa auch um diese Zeit, als RCA mit den Laserloten experimentierte, ist 
ein mir bekannter Geodät in ein afrikanisches Land gefahren um den 
Urwald dort mittels Abschreiten(!) zu kartographieren.

von hp-freund (Gast)


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foo schrieb:
> mittels Abschreiten(!) zu kartographieren

Das waren die Zeiten in denen dem Geodäten noch reichlich Essen, Trinken 
und Jungfrauen geboten wurden ;-)

von Raymund H. (raymund_h)


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Funkwellen statt Schallwellen?

von Gerd E. (robberknight)


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hp-freund schrieb:
>> Du nimmst so ne aktive GPS-Antenne und
>> montierst die auf nem kräftigen Teleskopständer und kurbelst die damit
>> über die Baumwipfel.
>
> Wer soll das tragen :)

Du könntest das Teil fest an nen Jeep montieren und damit auf dem 
nächsten Waldwirtschaftsweg fahren. Ich schätze es gibt nur wenige 
Stellen an denen der nächste Wirtschaftsweg weiter als 200m weg ist. Von 
dort aus geht es dann falls nötig mit Polygonzügen weiter.

> Gerd E. schrieb:
>> Dann noch nen Schnurlot drunterhängen und Du hast
>> Deine Position.
>
> Ab einer bestimmten Höhe ist es selbst dabei schon schwierig unter 1cm
> zu bleiben wenn man dort nicht übernachten will.

Da gibt es doch sicher auch modernere Lösungen mit Laser etc. für.

von Die Welt geht vor die Hunde (Gast)


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ähnliche Experimente gabs damals im Bereich Wehrmacht-Militärforschung 
und auch noch nach dem Krieg, Bezeichnung des Projekts habe ich 
vergessen.
Die Messung wurde da klassisch mit Funkwellen vorgenommen, das war recht 
genau für damalige Verhältnisse (bis 2,5 GHz). Mit 10 Ghz käme man auf 
ca. 3 cm, wenn ich nicht täusche.

von foo (Gast)


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> Mit 10 Ghz käme man auf
>ca. 3 cm, wenn ich nicht täusche.

Routinemäßig macht man eine Phasenmessung und damit ist die Auflösung 
noch etwa 10x besser.
Nur ist Auflösung nicht das Gleiche wie Genauigkeit und das Verfahren 
wird mit den  gleichen Problemen zu kämpfen haben, wie die optischen 
Verfahren, d.h. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und sogar die 
Bodenbeschaffenheit der Meßstrecke haben einen Einfluß auf den Meßwert.

Um die atmosphärischen Einflüsse berücksichtigen zu können, wird beim 
GPS vom Militär zusätzlich eine zweite Frequenz (L2) benutzt.
Da dieses Signal aber verschlüsselt ist, kann es von zivilen Geräten 
nicht genutzt werden und diese müssen ihre Position allein aus dem kaum 
verschlüsselten L1 Signal ermitteln.

von Mike (Gast)


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foo schrieb:
> Um die atmosphärischen Einflüsse berücksichtigen zu können, wird beim
> GPS vom Militär zusätzlich eine zweite Frequenz (L2) benutzt.
> Da dieses Signal aber verschlüsselt ist, kann es von zivilen Geräten
> nicht genutzt werden und diese müssen ihre Position allein aus dem kaum
> verschlüsselten L1 Signal ermitteln.

Da schmeißt du PPS und RTK durcheinander.

Um beim GPS für Vermessungszwecke auf die Sub-Zentimeter Genauigkeit zu 
kommen, muss man für die RTK sowieso einen Referenzempfänger in der Nähe 
(einige Kilometer) stehen haben. Die Ionosphärenkorrektur, für die man 
bei militärischen Empfängern die zweite Frequenz benutzt, ist dann nicht 
erforderlich, weil die GPS-Signale zum Mess- und Referenzempfänger 
ausreichend genau die selben Wege in der Ionospäre haben.
Die höhere Genauigkeit der militärischen Empfänger, beruht auf einem 
ganz anderen Verfahren als RTK.

von chris_ (Gast)


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>Funkwellen statt Schallwellen?

Das kann man sich gut selber basteln, wenn 5m Genauigkeit ausreichen 
würden:
http://www.instructables.com/id/Distance-measurement-with-radio-waves/

von chris_ (Gast)


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von Mike (Gast)


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0815 schrieb:
> Mit Schall ist es grundsätzlich ungenau.

Das gilt für GPS wegen der Elektronendichte in der Ionosphäre genauso. 
Und trotzdem geht mit GPS einiges ;-)

Grundsätzlich sollte man diese Aussage also nicht so hinnehmen. Da kann 
man einiges von GPS und insbesondere SBAS lernen. Eine akkustische 
Lösung würde im praktischen Einsatz allerdings sehr vereinfacht, wenn im 
Messgebiet Temperatur und Luftfeuchte als Haupteinflussparameter auf die 
Schallgeschwindigkeit, homogen wären. Dann baut man sich mit mehreren 
eingemessenen Referenzpunkten ein eigenes akkustisches Stationsnetz, so 
dass man bei der Auswertung auch die Schallgeschwindigkeit heraus 
bekommt, ähnlich wie es für GPS bei der Navigationslösung mit der Zeit 
passiert. Schließlich besitzt auch nicht jeder GPS Handempfänger eine 
Atomuhr ;-)
Und man muss bei der mobilen Station den Schall hin- und zurück laufen 
lassen, damit die mittlere Windgeschwindigkeit auf der Strecke 
herausgerechnet werden kannt.

von Michael (Gast)


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Vielen Dank Euch allen für Euer "Brainstorming".
Der Grund warum ich eine andere "Messmethode" suche als den "klassischen 
Polygonzug" ist der, dass durch "hoheitliche Vermessungstätigkeit" diese 
bestimmten Vorschriften unterliegt, d.h. wenn ich einen klassischen 
Polygonzug (um die Fixpunkte zu bestimmen)durch den "Wald legen" muss 
gehen hier min. 3-4 Wochen an Arbeitszeit drauf, ganz abgesehn davon 
,dass dann noch die "Detail-Vermessung" ansteht. Deshalb suchen wir 
"Vermesser" wohl nach dem "heiligen Gral".

Danke...

von asd (Gast)


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> Da die erlaubte Abweichung bei max 7mm auf 1000m lag

Wozu muss das so super genau sein? OK, der Zug soll nicht in 
Wellenlinien fahren, aber dazu braucht man doch nur relative aber keine 
absolute Genauigkeit in dieser Größenordnung?

von Gerd E. (robberknight)


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asd schrieb:
>> Da die erlaubte Abweichung bei max 7mm auf 1000m lag
>
> Wozu muss das so super genau sein? OK, der Zug soll nicht in
> Wellenlinien fahren, aber dazu braucht man doch nur relative aber keine
> absolute Genauigkeit in dieser Größenordnung?

Ich spekuliere mal:

Die Strecke wird in verschiedenen Abschnitten von verschiedenen Teams 
gebaut. An der Grenze zwischen den Abschnitten muss das sitzen, Du 
kannst da keine Welle ich die Schienen klopfen. Genauso die Anschlüsse 
an vorhandene Trassen.

von Karl H. (kbuchegg)


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Gerd E. schrieb:
> asd schrieb:
>>> Da die erlaubte Abweichung bei max 7mm auf 1000m lag
>>
>> Wozu muss das so super genau sein? OK, der Zug soll nicht in
>> Wellenlinien fahren, aber dazu braucht man doch nur relative aber keine
>> absolute Genauigkeit in dieser Größenordnung?
>
> Ich spekuliere mal:
>
> Die Strecke wird in verschiedenen Abschnitten von verschiedenen Teams
> gebaut.

Ist das heute wirklich noch so?
Heutzutage kommt doch der Gleisbauzug. D.h. um die Strecke zu verlängern 
muss es schon mal eine Strecke geben, damit der Zug weiterrollen kann, 
der sich quasi seinen eigenen Unterbau schafft, auf dem er weiter fährt.

von Generation CopyPaste (Gast)


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Michael schrieb:
> Deshalb suchen wir
> "Vermesser" wohl nach dem "heiligen Gral".

Du flunkerst hier gewaltig.
Wer glaubt hier, daß ein Vermessungsing in Deutschland sich eine tolle 
Messmethode ausdenkt und damit dann einfach offizielle Grenzmarken 
vermessen darf.
Die zugelassnene Verfahren sind definitiv vorgegeben und die Vermessung 
darf nur mit entsprechend zertifizierten und geeichten oder sonstwie 
geprüften Geräten durchgeführt werden. Und das Gnaze muss netsprechend 
protokolliert werden.
Sorry aber du bist ein Troll

von P. M. (o-o)


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Die Schallgeschwindigkeit ist frequenzabhängig. Durch Messung bei 
unterschiedlichen Frequenzen könnte man die anderen Parameter wie Wind, 
Temperatur und Druck bestimmen und dann herausrechnen. Da die 
Frequenzabhängigkeit in der Luft aber nur sehr gering ist und zudem 
gerade Wind sich kurzfristig extrem ändern kann, dürfte dieser Ansatz 
kaum funktionieren.

von hp-freund (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Die Strecke wird in verschiedenen Abschnitten von verschiedenen Teams
> gebaut. An der Grenze zwischen den Abschnitten muss das sitzen,

Genau. Sonst:

http://www.redet-tacheles.de/index.php?page=Attachment&attachmentID=1972&h=b7d358b4eece18dc499e553a0a45566c8a39582b&s=493c8be5c7242e52e815e6cceb724e64199d3aa6

Karl Heinz schrieb:
> Ist das heute wirklich noch so?
> Heutzutage kommt doch der Gleisbauzug.

Richtig.
Wir haben damals die Grundlagen dafür gelegt und uns damit selbst 
überflüssig gemacht,
Verfluchte moderne Technik!

von Gerd E. (robberknight)


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Karl Heinz schrieb:
> Heutzutage kommt doch der Gleisbauzug. D.h. um die Strecke zu verlängern
> muss es schon mal eine Strecke geben, damit der Zug weiterrollen kann,
> der sich quasi seinen eigenen Unterbau schafft, auf dem er weiter fährt.

ok, der Gleisbauzug kommt und fängt an der einen Seite der Trasse an die 
Schienen zu verlegen. Doch wenn der jetzt keine absolut genaue Vorgabe 
für den Verlauf der Schienen bekommt, sondern nur eine relative, dann 
sitzt das andere Ende der Trasse nicht und passt dort nicht an die 
vorgesehene Weiche der bestehenden Strecke.

BTW, ich habe richtig Respekt vor den Mess-Ings. die es z.B. schaffen, 
beim Gotthard-Basistunnel mit insg. 57km länge zwischen der Schweiz und 
Italien den Durchbruch in der Mitte mit nur 3mm Abweichung 
hinzubekommen.

von hp-freund (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> BTW, ich habe richtig Respekt vor den Mess-Ings. die es z.B. schaffen,
> beim Gotthard-Basistunnel mit insg. 57km länge zwischen der Schweiz und
> Italien den Durchbruch in der Mitte mit nur 3mm Abweichung
> hinzubekommen.

Ich auch!

von Werner M. (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Doch wenn der jetzt keine absolut genaue Vorgabe
> für den Verlauf der Schienen bekommt, sondern nur eine relative, dann
> sitzt das andere Ende der Trasse nicht und passt dort nicht an die
> vorgesehene Weiche der bestehenden Strecke.

So entstehen Doppelröhrentunnel ...

von Georg (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> An der Grenze zwischen den Abschnitten muss das sitzen

Direkt neben unserer Firma wurde eine Brücke über einen Bach gebaut. 
Leider war das Niveau der Brücke fast 1 m höher als die beiden Strassen 
dahin. Man teilte uns dann mit, dass man die Strasse höherlegen und uns 
kostenlos eine Rampe zu unserer Firma hinunter bauen würde, aber dagegen 
haben wir protestiert, weil unsere Halle bei jedem stärkeren Regen 
abgesoffen wäre. Jetzt führen auf beiden Seiten steile Rampen auf die 
Brücke, mit einem Auto mit geringer Bodenfreiheit sollte man da nicht 
drüberfahren.

Trotz allem glaube ich nicht, dass das an der Vermessungstechnik lag.

Georg

von foo (Gast)


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Michael schrieb:
> Da wir aber auch viel im Wald messen müssen kommt dort eine
> GPS-Messung (wegen der Abschattung durch die Bäume) nicht in Frage.

Dann häng den GPS-Empfänger mit aktivierter Logging-Funktion doch 
einfach an einen Ballon, der mit drei Seilen am Boden fixiert ist, damit 
er nicht umhertreibt, und miss ihn vom Boden aus an.
Anstelle Logging evtl. auch mit einem Sender die GPS-Koordinaten an die 
Bodenstation übertragen.

Mit Schall wird das jedenfalls nichts, mit Hochfrequenz kommst du nicht 
durch das Dickicht, und die Positionsbestimmung unter Verwendung der 
starken Rundfunk und Fernsehsender oder der Handynetze (auch da stecken 
Atomuhren drin) scheidet wahrscheinlich ebenfalls aus, da das Gemüse die 
Ausbreitungsgeschwindigkeit zu stark und unkontrolliert verändert.

Zum Glück findet das Eichhörnchen sein Nest auch ohne GPS.

von Gerd E. (robberknight)


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foo schrieb:
> Zum Glück findet das Eichhörnchen sein Nest auch ohne GPS.

Das Nest schon, aber für die Nüsse reicht es nicht immer ganz ;)

von Paul Baumann (Gast)


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Wie man in den Wald hineinruft, so blökt es heraus! Ich muß auch mal
wieder Pilze fangen gehen...
;-)

MfG Paul

von Michael (Gast)


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Generation CopyPaste schrieb:
> Wer glaubt hier, daß ein Vermessungsing in Deutschland sich eine tolle
> Messmethode ausdenkt und damit dann einfach offizielle Grenzmarken
> vermessen darf.
> Die zugelassnene Verfahren sind definitiv vorgegeben und die Vermessung
> darf nur mit entsprechend zertifizierten und geeichten oder sonstwie
> geprüften Geräten durchgeführt werden. Und das Gnaze muss netsprechend
> protokolliert werden.
> Sorry aber du bist ein Troll

Als Troll müsste ich mein Geld nicht mit Vermessung verdienen. Spaß 
beiseite;
Du hast in sofern recht, dass die Meßmethode anerkannt und zugelassen 
sein muss, wenn ich aber für einen "Waldbauern" nur mal einen alten 
Grenzstein vorweisen soll kann ich mir die Art des "Suchens" selber 
aussuchen und muss dies dann nicht öffentlich protokollieren(sofern der 
Stein da ist!)...

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