GPS im Tunnelbau [Archiv] - ProgForum.com - Das Elektronik Diskussionsforum

Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : GPS im Tunnelbau

Import-Script

21.09.2003, 14:03

Hallo! Ich habe im Fernsehen einen Bericht über den neuen Gothardtunnel in der Schweiz gesehen. Dort wird die Bohrung mittels GPS gelenkt. Wie geht das? Mein GPS geht nicht einmal in der Garage, wie kann man dann Signale kilometerweit im Berg empfangen? Meiner Meinung nach kann das gar nicht gehen. Da hat wohl Kabel 1 einfach GPS gesagt, weil das einfach fast jeder kennt. Was sagt ihr dazu?

Import-Script

21.09.2003, 15:08

Das geht schon, Die GPS Trägerfrequenz von 1254 MHz kann man doch transponieren, meinetwegen ins Langwellenband (damit´s durch den Berg durch geht). Oben auf den Berg halt wieder einen Umsetzer drauf. Den Empfänger vor Ort (also im Berg) interessiert nur die Signallaufzeit zu drei Satelliten, nicht die Trägerfrequenz des HF-Signals, die kann man austauschen. Kurz zur Funktion von GPS. Da schwirren 24 "zivile" Satelliten um die Erde und die wissen auf die 100 NANOSEKUNDE!!! genau wie spät es ist und wo sie sind. Kann man nun mindestens drei empfangen (und dabei spielt es keine Rolle ob auf 1254,3 1254,5 bzw. 1254,8 MHz oder im Langwellenband das ganze in KHz - ist eh digital usw; das mit den drei verschiedenen Frequenzen nur zum einfachen Verständnis) sagen die einem je unterschiedlich, also gemäss wo sie gerade fliegen wie spät es ist. Aus dieser Zeitinformation kann man dann seine eigene Position berechnen. Dadurch dass die Zeitinformation 100ns genau ist gibt das wegen Funkwelle = Lichtgeschwindigkeit eine Laufzeitdifferenz und damit eine Auflösung von 300000km/s / 100ns = 30m. Daher die Grundgenauigkeit der zivilen Satelliten +/- Umkreis 30m. Wenn man paar mehr Satelliten empfängt (im Auto-Navi hat man im Schnitt 6 in Empfangsreichweite) kann man da noch ein bisschen interpolieren; also 10m sind realistisch. Die 30m gelten nur für den worst-case. Wie gesagt; dabei spielt die HF-Trägerfrequenz keine Rolle, bzw. nur eine untergeordnete.<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0>

Import-Script

22.09.2003, 08:35

Hallo Adreas, aber wenn man das Runtermischt, dann hat man doch auch wieder Lauzeit, in der Signalverarbeitung, dann noch in der Leitung. Außerdem kann man im Langwellenband nicht beliebig Bandbreite belegen, nach unten ist ja nicht mehr viel Platz Also was soll das, und außerdem, wenn die GPS-Sats irgendwo an einer stationären Antenne auf dem Berg an der Position X ampfangen werden, ist das doch egal, ob ich das in den Berg reinleite, nach auswertung erhalte ich immer noch die Position X der Empfangsantenne. Ich denke man nimmt, das GPS-signal um eine genaue Referenz zu haben, an die man sich richten kann. Unter Tage wird mann dann wohl andere Verfahren benutzen, vielleicht Laser, um gerade zu bohren... Beste Grüße, Marek

Import-Script

22.09.2003, 09:31

Der Trick mit dem Antenne weiterleiten funktioniert nicht, weil eben die Laufzeitinformation gebraucht wird, und zwar an der Stelle wo der GPS Empfänger steht, also der Bagger/Bohrer. Natürlich hast Du ´Recht, dass man das Signal nicht beliebig heruntermischen kann, und mit der Langwelle... - na ja vielleicht geht´s ja auch mit Mittel- oder Kurzwelle. Auch hast Du Recht, dass man bei der Heruntermischaktion massig Bandbreite braucht, nämlich um den Faktor des Heruntermischens mehr. Wie die das letztenendes machen weiss ich nicht, ich wollte nur aufzeigen wie es prinzipiell geht, und dass es möglich ist. Wichtig ist halt, den ganzen Berg mit HF (Lang- Mittel - Kurzwelle???) zu durchfluten, auch wird man wohl mehrere Umsetzer rund um den Berg verteilt brauchen; einfach wird´s nicht sein, billig auch nicht, aber danebenbohren dürfte teurer sein. Nochmal kurz zur Funktion und weshalb der GPS Empfänger "vor Ort" sein muss. Der GPS sagt ich bin irgendwo??? und es ist 9:30:00Uhr und 200ns. also 9:30:00:000:000:200 -- klar? Milisekunde:Mikrosekunde:Nanosekunde!!! Dann fragt er die Satelliten: Der Erste sagt: Ich bin überm Kölner DOM, es ist 9:30:00:500:300:500 Uhr Der Zweite sagt: Ich bin über London und es ist 9:28:05:450:800:300 Uhr usw. Der 3. 4. 5. Dann wird gerechnet, wobei Kölner Dom usw. natürlich Koordinatenangaben in Längengrad, Breitengrad auf die Bogensekunde genau sind. Wichtig auch, dass der GPS-Empfänger selbst weiss wie spät es ist - der hat eine Quarzuhr drin, deren Gangfehler natürlich korrigiert wird - also einen Gangfehler höchstens auch im Nanosekundenbereich maximal. Die genaue Bestimmung der Zeit, das ist der Trick seit je her, seit den Anfängen der Schiffahrt (Kolumbus und Konsorten). Der Rest ist brachiale Mathematik - dafür gibt´s Computer...<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0> Ach so, zu dem Laser: Natürlich benutzen die sowas auch; logisch. Ich denke auch mal, dass eine Wasserwaage und ein Bleilot auch zu deren Ausrüstung gehören.

Import-Script

22.09.2003, 09:45

Kleiner Nachtrag, wie so ein GPS-Receiver von innen aussieht... - aus dem roten Stecker kommen übrigens direkt V24 Daten raus - braucht man nur noch einen Pegelwandler, und halt Software; gibt´s for free und Demos; also wen es interessiert: Googeln! Die Firma heisst "Trimble", also "Trimble GPS" und da gibt´s Infos en Masse. <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/messages/4980/8861.jpg" alt="GPS Receiver Oberseite"> <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/messages/4980/8862.jpg" alt="GPS-Receiver Unterseite"> muss man ja mal gesehen haben..<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0>

Import-Script

22.09.2003, 09:56

Hab ein bisschen herumgesurft und habe folgendes PDF gefunden. <a href="http://www.neat.ch/pages/img/projekt/der_bau.pdf" target=_top>http://www.neat.ch/pages/img/projekt/der_bau.pdf</a> Ab Seite 6 wirds interessant.

Import-Script

22.09.2003, 12:17

Hi, der GPS-Empfänger braucht nicht die Zeit zu wissen. Die bekommt er ja von den Satelliten gesagt. Wüsste er die Zeit, bräuchte man nur zwei Satelliten um den Standort anzugeben. Die innere Uhr muss nur für die Zeitdauer der Positionsbestimmung ein genaues Zeitmass aufrechterhalten. 30m Messungenauigkeit ist für viele Anwendungen viel zu viel. Außerdem können die Amerikaner im Kriegsfall die Genauigkeit des Systems manipulieren. Der Feind könnte sich ja im Anglershop so ein Gerät gekauft haben und will damit seine Granaten ausrichten... Wie dem auch seih, wenn das Flugzeug selbstständig nach GPS-Koordinaten landen soll, sind 30m viel zu viel. Auf einigen Deutschen Flughäfen hat man sich dazu folgendes einfallen lassen: Auf dem Dach des Towers steht ein GPS-Empfänger. Der bekommt vom GPS gesagt, wo er denn sein soll. Da die Station aber genau weiss, wo sie ist, lässt sich aus den GPS-Koordinaten und dem tatsächlichen Standort Korrekturwerte ermitteln, die dann an das Flugzeug gesendet werden. In einem gewissen Umkreis um den Tower kann man auf diese Weise die Genauigkeit des GPS-Systems auf wenige cm erhöhen. Gruß Elmar

Import-Script

22.09.2003, 12:44

@Elmar: fast gut; fast... 5mm unterhalb des roten Steckers, 3mm links sitzt ein 32,768kHz Quartz; die innere Uhr. Diese wird natürlich nach jedem gültigen Empfang auf Weltzeit abgeglichen; d.h. zwischen zwei Satelliten"tags" = Zugriff = Empfang bestimmt dieser Quartz die Zeit; also z.B. wenn das Auto über Nacht in der Garage steht auch. Das Teil bekommt Dauerplus im Auto!, läuft also weiter. Das was Du jetzt obendrauf setzt ist die Differenz / Referenzmethode und die wird real auch gemacht, auch aus dem Grund eben, die Genauigkeit zu erhöhen; man positioniert praktisch noch weitere "künstliche" Satelliten an den Rändern des Flugplatzes ==> korrekt!!! Mir ging es nur mal generell um´s Prinzip - und +/- 10..20m neben der Landebahn und +/- 10..20m vom Landekreuz entfernt ist allemal gut; auch ohne Terristrische Unterstützung. Wenn das ein Pilot nicht packt, dann hat er seinen Beruf verfehlt. Überleg(t) mal: +/- 20m das ist bei einem Jumbo wie "Bugrad links oder rechts des Mittelstreifens"... <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0>

Import-Script

22.09.2003, 15:06

Hi, 32kHz ist aber zu ungenau. Ist halt nur, damit man das Ding auch als Uhr benutzen kann. Zur Messung wird das nicht reichen. Das mit der GPS genauigkeit ist nur bei Landung mit Autopilot bei Notfällen gedacht. Außerdem wollte ich nur aufzeigen, wie die das dann mit dem Tunnelbau machen. So muß nur eine einzige Stelle exakt bekannt sein (Tunelanfang) und der Rest kann dann durch GPS-Messungen gemacht werden. Gruß Elmar

Import-Script

22.09.2003, 17:48

Elmar: Hast es nicht verstanden??? Die 32 kHz reichen von "Tag" zu "Tag" (=Satellitenempfangstreffer), die müssen also idR. nur ca. 2..3 Sekunden überbrücken, dann wird die Uhr wieder auf "Weltzeit" auf Nanosekunde genau abgeglichen. Ausser Du fährst morgens mit dem Auto aus der Garage: Dann kann es schon sein, dass das NAVI Dir anzeigt, es stünde paar Meter weiter. Das hat sich aber dann binnen einer Minute in etwa erledigt. Glaub´s mir einfach, ich hab im letzten Jahr bei VDO die NAVI-Produktion betreut, das braucht keine Minute, selbst wenn das Teil vorher stromlos war. Ein Sat-"Tag" reicht und es weiss wieder wie spät es ist, dann dauert es ggf. noch 10..20 Sekunden und es weiss wieder wo es ist. Und das mit dem Tunnelanfang ist Schmarrn; es ist egal wo auf der Welt der Tunnel ist. Mit dem GPS System brauchst Du nicht wissen wo das ist, Du weisst nur, dass Du gerade "HIER" bist, egal ob im Gotthard oder in der Wüste. Das ist doch der Trick dabei. Nimm mal einen Globus: Da kannst Du auch nicht den Nullten Breitengrad auf Anfang des Gotthard Tunnels setzen. Das steht fest: Greenwich(x) und Äquator(y) [0 stab 0] da beisst die Maus keinen Faden ab. <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0> Ach so, Meeres-Null wird auch mit übertragen, also Höhe über NN können die Teile auch.

Import-Script

22.09.2003, 18:19

Jepp, zur Bestimmung der Höhe braucht es aber einen vierten Satelliten. Übrigens wusstet ihr, dass die GPS-Empfänger nach keinem festen Algorithmus arbeiten, sondern nach Try and Error ihren Standort per Ausprobieren ermitteln? Auch ist die theoretische Genauigkeit bis zu wenigen mm möglich (bedingt durch die Rubidium-Frequenznormale der Satelliten) aber so ne Antenne hat ja mindesten ne Abmessung von 25*25 mm, also sagen wir, 1 m ist schon super. Uns hat mal ein Navi in Hamburg auf 10 m genau in ne Parklücke (!) gelotst. Ach so, noch was, bei Gewittern versagt natürlich der GPS empfang, darum haben Flugzeuge und Marine noch andere Navigationsgeräte und Systeme wie Loran C und natürlich Kreiselkompas (haben auch Auto-Navis, nich wahr Andreas?) und Sextant. Beste Grüße, Marek Beste Grüße, Marek

Import-Script

22.09.2003, 18:30

Hi, @Andereas: Ich sag doch, dass die Uhr ungenau ist und erst mal vom Satelliten eingestellt werden muss, damit das ganze genau wird. Mit 32kHz kann man eben keine µs vernünftig abbilden. Und das "hier +/- 10m" beim Tunnelbau kann ziemlich teuer werden, wenn der gegentunnel falsch gebohrt wird... Gruß Elmar

Import-Script

23.09.2003, 11:07

@Bruder m: Kreiselkompass nicht gerade, aber einen "Kurvenbeschleunigungsgeber" (GYRO). Das ist ein Gewicht auf einem Piezokristall bzw. DMS-Streifen mit passender Auswerteelektronik. Das hilft dann bei Strassengabelungen (besonders fies leichte Y-Gabelungen) bzw. in Innenstädten, wo alle 5m eine Strasse links oder rechts weggeht. Weiterhin auch gut für Innenstädte: Ein Raddrehgeber (meist wird der vorhandene ABS-Anschluss aufgelegt; gibt es aber auch zum Nachrüsten für Tachowelle oder per Magnetstreifen aufs Rad ´geklebt und Sensor daneben). Rückfahrscheinwerfer kann man auch noch anschliessen; wird auch mit einberechnet. Nur die Mühe lohnt nicht; die Dinger sind so gut, also man kommt durchaus "nur" mit Antenne bestückt aus. Sextant braucht man nicht mehr; Polarstern wird dto. nicht benötigt; höchstens wenn alle Elektronik versagt sollte ein Seemann sowas greifbar haben, bzw. ein Autofahrer eine Strassenkarte im Auto.<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0>

Import-Script

23.09.2003, 11:23

Herren, Herren! Folgendes zum Thema GPS im Tunnelbau: Die Tunneleingänge und andere Fixpunkte werden mittels GPS auf den mm ausgemessen. Dazu wird das Differential GPS benutzt, welches sehr genau ist. Im Tunnel selber wird ein "refraktionskorrigiertes Richtungsübertragungssystem" benutzt, welches speziell für den Tunnelbau am Gotthard von der ETH Zürich entwickelt wurde. Dieses System legt im Prinzip über das gesamte Tunnelsystem ein genau ausgemessenes "Spinnennetz an Koordinaten. Dieses Spinnennetz wird dann zur genauen geodätischen Vermassung benutzt. @ Andreas: Die Geschichte mit dem GPS-Converter auf KW/LW ist nicht möglich. Auf Grund der Signallaufzeiten und der erforderlichen Wellenlänge im Felsen (man spricht von km-Wellen) ist eine genaue Vermassung mit GPS nicht möglich! Nur die Antenne des Empfängers wäre im Falle eines Halbwellendipols bereits ca. 500m lang.

Import-Script

23.09.2003, 18:52

Stop: Das mit Langwelle hatte ich bereits revidiert; und Kurzwelle kommt locker mit ein paar Metern Antenne aus; und übrigens... wer sagt denn, dass die Empfangsantenne Lamda-Länge haben muss??? Guck mal in ein Taschenradio rein... Ich habe hier vom Empfänger gesprochen und auch nur gesagt, dass es möglich ist. Die berechtigte zu klärende Frage wäre also: (würde mich echt mal aus der Praxis interessieren - jetzt kein Scheiss<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/uhoh.gif" border=0>) Welche HF-Wellen durchdringen Fels überhaupt? - zumindest so ausreichend, dass wenn man einen "Paarhundert Watt Sender" (das ist Standard in den Wellenbereichen) oben auf den Berg stellt, im Tunnel drunter noch genügend ankommt.<img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/smile.gif" border=0>

Import-Script

23.09.2003, 19:05

Hallo Andreas, in England gibt es eine Gruppe von Amateuren, die Bauen Maulwurftelefone, also Funkgeräte für Höhlengeologen, die arbeiten auf 87 kHz mit Seitenbandtechnik und überbrücken einige zig Meter Fels. Im U-Bot-Funk werden Frequenzen von teilweise deutlich unter 30 kHz verwenden, damit lassen sich einige bis einige Dutzend Meter in Salzwasser und ca maximal 100 m in Süßwasser überbrücken. Senden kann man von unter Wasser nicht! Übriges, es gibt in England auch Leute die machen Fernsehn mit der Nipkow-Scheibe, offensichtlich können die alles machen, nur kein richtiges Essen <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/clipart/biggrin.gif" border=0> Beste Grüße, Marek P.S. Kurzwellen, etwa 27 MHz Modellbaufernsteuerung, ca 50 - 100 cm in Süßwasser. Nein ich baue keine Modell-Ubotte *g* P.P.S Stichwörter zum Googelen: Heyphone, Molephone

Import-Script

23.09.2003, 19:14

Hi, es gibt Bauanleitungen für eine Längstwellenantenne für die Soundkarte. Im Prinzip eine dicke Kabelrolle mit Klinkenstecker. Damit kann man deutlich russiche Zeitzeichengeber und den Uboot-Länstwellenfunk auffangen. Da die Uboot-Befehle stark verschlüsselt sind, bzw, das Format der Zeitzeichensender unbekannt ist, kann man damit nichts anfangen. Interessant ist es trotzdem. Der Uboot-VLF-Funk beschrängt sich meist eh nur auf "Auftauchen und Befehle per Satellit empfangen". Gruß Elmar