DD264659A1

DD264659A1 - Verfahren zur positionierung von lasten mittels hubschrauber unter einsatz von fernsehtechnik

Info

Publication number: DD264659A1
Application number: DD30843987A
Authority: DD
Inventors: Lutz-Ekkehardt Grambow; Achim Gutsche; Dieter Klein; Delf Lindner
Original assignee: Deutsche Post Rundfunk
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Montagehubschraubern, die Lasten an einem vorher bestimmbaren Punkt absetzen bzw. aufnehmen und ist anwendbar bei der Hubschraubermontage und -demontage an hohen Bauwerken und ueberall dort, wo zwischen dem Hubschrauberfuehrer und dem Lastabsetz- bzw. Lastaufnahmepunkt kein Sichtkontakt moeglich ist. Die Aufgabe, einen Hubschrauber an einem bestimmbaren Ort im Raum zum Absetzen oder Aufnehmen einer Last mit Hilfe eines visuell orientierten Bildes genau zu positionieren, wird dadurch geloest, dass zwei vorzugsweise verstellbare Fernsehkameras in einem genau definierten Basisabstand so zueinander angeordnet werden, dass ihre optischen Achsen sich in einem vorher bestimm- und aus dem Basisabstand, der Lastabsetz- bzw. Lastaufnahmehoehe oder der Lastlaenge berechenbaren, als Orientierung im Raum dienenden Punkt schneiden, dass ein von den jeweiligen Fernsehkameras aufgenommener und in getrennten Kanaelen uebertragener Markierungspunkt auf einem gemeinsamen Bildschirm mit einer Zielmarke zum Ausgleich von Parallaxenfehlern sichtbar gemacht wird und dass der durch beide Fernsehkameras getrennt uebertragene und zunaechst an unterschiedlichen Positionen auf dem gemeinsamen Bildschirm gleichzeitig sichtbare Markierungspunkt durch entsprechende Flugmanoever nach der Zielmarke des Bildschirms zur Deckung gebracht wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Montagehubschraubern, die Lasten an einem vorher bestimmten Punkt absetzen bzw. aufnehmen und ist anwendbar bei der Hubschraubermontage und -demontage an hohen Bauwerken und überall dort, wo zwischen dem Hubschrauberführer und dem Lastabsetz- bzw. Lastaufnahmepunkt kein Sichtkontakt möglich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine bekannte Technologie der Hubschraubermontage- bzw. -demontage besteht darin, daß zur Positionierung des Hubschraubers zum Absetzen bzw. Aufnehmen der Lasten und damit zum Erreichen und Halten einer bestimmten Fluglage Markierungspunkte gosetzt werden, die der Hubschrauberführer durch Blickkontakt a rasieren kann. Diese einfacheTechno'agie ist anwendbar und problemlos bei Montagen bzw. Demontagen in Bodennähe. Werden derartige Arbeiten jedoch in größeren Höhen, wie beispielsweise hohen Gebäuden, Industrieanlagen, Schornsteinen, Funkmasten u. dgl. durchgeführt, so müssen teilweise solche künstlichen Markierungspunkte erst mit hohem Aufwand gesetzt werden bzw. lassen sich nicht realisieren.

Aus einer Reihe von Literaturstellen, z.B. BRD-OS 3501954, PS 3434758, OS 3421441 oder OS 2714315 sind Landehilfen, Kollisionsschutz- und Warngoräte für Hubschrauber bekannt, bei denen mittels Radar und Radiometrie Meßdaten erzeugt werden, die unter Beachtung von Flughöhe, Anstellwinkel, Sinkgeschwindigkeit und anderer Daten entsprechende Informationen an den Hubschrauberführer liefern Es ist auch bekannt, Ortsdaten zu speichern und diese mit der momentanen Position des Hubschraubers zu vergleichen. Diese bekannten Lösungen sind jedoch nicht geeignet, mit großer Präzision Lasten abzusetzen und aufzunehmen, den Hubschrauber einer gewünschten Position anzunähern und diese Position dann zu halten. Aus der BRD-AS 1456159 und OS 1506070 ist eine Fernseheinrichtung zur nächtlichen Navigation beim Landen von Hubschraubern bekannt, die aus einer Fernsehkamera mit Einrichtung zum Festhalten und Ausrichten der Visierlinie und einer Entfemungsmtißeinrichtung mittels liifrarotscheinwerfer besteht rnd bei der von dem Hubschrauberführer Informationen an einem Meßstah auf dem Schirm eines Bildgebers abgelesen werden können, dessen Teilung eine Funktion der Entfernung der Scheinwerfer und der Brennweiten des Kameraobjektives ist. Bei dieser Lösung handelt es sich um eine Landehilfe für im Anflug auf einen Landeplatz befindlichen Hubschrauber, die ebenfalls nicht für eine genaue Positionierung eines Hubschraubers mit Last im Raum geeignet ist.

Bei einer anderen bekannten Lösung gemäß BRD-OS 2341513 wird mit Hilfe einer Fernsehkamera das unter dem Hubschrauber befindliche Sicht'eld mit dem Montageziel als Projektion auf die Konstruktionshauptachsen des Flugkörpers auf einem Bildschirm wiedergegeben. Zusätzlich sind auf dem Bildschirm über zwei eingeblendete Leitlinien die momentane Schrägstollung der Hauptachsen und eine digitale Höhenanzeige sichtbar. Ein auswertbares Bild liegt nur an, wenn die Hauptachsen in einer bezogenen Horizontalebene liegen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die dom Stand der Technik anhaftenden Mangel zu beseitigen und ein gerätetechniich einfaches Verfahren zur Positionierung von Lasten mittels Hubschraubers zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Eine Analyse der Ursachen der technischen Mängel hat ergeben, daß eine Orientierung des Hubschrauberführers bei Absetzen oder Aufnehmen von Lasten im Raum nach der Anzeige von analogen oder digitalen Informationen ohne visuelle Sicht zu hohen psychischen Belastungen führt und ein einfach übertragenes Fernsehbild zwar eine allgemeine Orientierung in der horizontalen Ebene im Raum erlaubt, jedoch keine Positionierung in der senkrechten Lage im Raum ausreichend gewährleistet und deshalb auch kein genaues Absetzen bzw. Aufnehmen von Lasten ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Ausnutzung der Fernsehtechnik ein Verfahren zu entwickeln, welches es gestattet, mit Hilfe eines visuell orientierten Bildes den Hubschrauber an einem bestimmbaren Ort im Raum zum Absetzen oder Aufnehmen einer Last genau zu positionieren, ohne daß Sichtkontakt zwischen dem Hubschrauberführor und dem Lastabsatz- bzw. -aufnahmepunkt besteht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Positionierung von Lasten mittels Hubschrauber unter Einsatz von Fernsehtechnik dadurch gelöst, daß zwei vorzugsweise verstellbare) Fernsehkameras in einem genau definierten Basisabstand so zueinander angeordnet werden, daß ihre optischen Achsen sich in einem vorher bestimm- und aus dem Basisabstand, der Lastabsetz- bzw. Lastaufnahmehöhe oder der Lastlänge berechenbaren, als Orientierung im Raum dienenden Punkt schneiden, daß ein von den jeweiligen Fernsehkameras aufgenommener und in getrennten Kanälen übertragener Markierungspunkt auf einem gemeinsamen Bildschirm mit einer Zielmarke zum Ausgleich von Parallaxenfehlern sichtbar gemacht wird und daß der durch beide Fernsehkameras getrennt übertragene und zunächst an unterschiedlichen Positionen auf dem gemeinsamen Bildschirm gleichzeitig sichtbare Markierungsp'jnkt durch entsprechende Flugmanöver nach der Zielmarke des Bildschirms zur Dockung gebracht wird.

Um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erzielen, wird als iVlarkierungspunkt vorteilhaft ein Zielkreuz dienen. Die Fernsehkameras können sowohl am Boden und der Markierungspunkt am Hubschrauber als auch bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens im Hubschrauber und der Realisierungspunkt t>n der Lastabsetz- bzw. -aufnahmestello angeordnet sein. Um geringste Höhenunterschiede gut sichtbar zu machen, wird als Bildschirm ein Fnrbbildschreiber eingesetzt und die Signalo der Fernsehkameras unterschiedlichen Farbkanälen des Farbbildschreibers zugeführt. Um auf dem Bildschirm ein möglichst eindeutiges Bild zu ei halten, wird eine der beiden Fernsehkameras nur einen kleineren zentrisch angeordneten Bi'dausschnitt wiedergeben, der als Einblendung auf dem Bildschirm erscheint. Will man ein parallaxefreies Bild mit Lastabsetzbzw, -aufnahmepunkt erhalten, so ist es vorteilhaft, daß jeweils eine der beiden Fernsehkameras so angeordnet ist, daß ihre optische Achse senkrecht unter dem Markierungspunkt liegt bzw. bei der anderen Ausgestaltung der Erfindung im Hubschrauber so angeordnet ist, daß ihre optische Achse senkrecht nach unten gerichtet ist und die zweite Fernsehkamera mit ihrer optischen Achse im vorhnr bestimm- und berechenbaren genau definierten Winkel dazu angeordnet ist. Die optischen Achsen der Fernsehkameras lassen sich mit großer Genauigkeit mit Hilfe von optischen Drehteilen gleicher Glasart und Winkel sowie entsprechender Skalierung neigen und einstellen.

Der technische Effekt der Erfindung liegt darin, daß mit verhältnismäßig geringem Geräteaufwand mit Hilfe der Fernsehtechnik in Verbindung mit der optischen Meßtechnik und unter Ausnutzung der Koinzidenzeinstellung von Markierungspunkten und Zielmarken auf dem Bildschirm ein Hubschrauber im Raum mit ausreichender Genauigkeit positioniert worden kann.

Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsboispiel soll die Erfindung näher erläutert weiden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Hubschraubermontage mit bodenständigen Fernsehkameras, Fig. 2 das Prinzip mit im Hubschrauber angeordneten Kameras,

Fig.3 die Hubschraubermontage mit bodenständigen Kameras, wobei beide optische Achsen einen von der Senkrechten

abweichenden Winkel aufweisen und Fig.4 das Neigen der optischen Achse mittels Drehteil.

Anhand der Fig. 1 soll das Absetzen einer Last mit einer Lastlänge 1, die von der Ebene eines Markierungspunktes 4 am Hubschrauber 8 bis zur Unterkente der Last 6 bestir ,mt wird, auf einem hohen Bauwerk 7 mit der Höhe h dargestellt werden. Entsprechend Fig. 1 ist an dem Hubschrauber 0 an der Lastaufhängung 9 oder in deren unmittelbarer Nähe ein Markierungspunkt 4, hier ein Zielkreuz, angebracht. Dos weiteren sind zwei Fernsehkameras 1, V im Basisabstand a am Boden angeordnet, wobei die eine Fernsehkamera V davon eine nach oben senkrecht gerichtete und durch den Lastabsetzpunkt 5 laufende optische Achse 2 besitzt und die zwaite Fernsehkamera 1 mit ihrer optischen Achse 2 in einem bestimmten Winkel α dazu steht, so daß sich die optischen Achsen 2 in einem vorher bestimm- und berechenbaren Schnittpunkt 3 treffen. Der Schnittpunkt 3 und der Winkel α lassen Sich aus dem Basisabstand a der beiden Fernsehkameras 1, Γ sowie aus der Lastlänge I und der Höhe h des Bauwerkes 7 ermitteln. Können auf Grund des Geländeprofils beide Fernsehkameras 1, V nicht in einer Ebene liegen, so läßt sich die Höhendifferenz in die Berechnung miteinbeziohen. Das von beiden Fernsehkameras 1,1' aufgenommene Bild wird über einen nicht dargestellten Sender über zwei getrennte Kanäle an den Hubschrauber 8 übertragen und dort zwei getrennten Eingängen eines Bildschreibers, vorzugsweise eines Farbbildschreibers zugeführt und auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Um die entstehenden Doppelbilder weitgehendst zu vermeiden und dem Hubschrauberführor ein eindeutiges gut wahrnehmbares Bild anzubieten, wird eine der beiden Fernsehkameras, hier vorzugsweise die Fernsehkamera 1, durch Vorsetzen einer Blende mit zentrisch angeordnetem beispielsweise kreisförmigem Loch nur einen geringen Bildausschnitt wiedergeben, der als Bildausschnitt auf dem Bildschirm eingeblendet erscheint. Der Neigungswinkel α der Fernsehkamera 1 wurde so berechnet, daß, wenn der Schnittpunkt 3 der beiden optischen Achsen 2 der Fernsehkameras 1,1' und der Markiorungspunkt 3 am Hubschrauber 8 zusammenfallen, die am Hubschrauber 8 hängende Last 6 sich in der Höhe als nuch in der Ebene an dem gewünschten Lastabsetzpunkt 5 befindet.

Der Hubschrauber 8 mit der Last 6 und dom angebrachten Markierungspunkt, ein Zielkreuz 4, fliegt nun in die Nähe des Lastabsetzpunktes 5 und wird sowohl durch die Fernsehkamera 1' als auch durch die Fernsehkamera 1 erfaßt. Während von der Fernsehkamera T ein Vollbild auf dem Bildschirm übertragen wird, erscheint durch die Fernsehkamera 1 ein Teilbild an entsprechender Stelle auf dem Bildschirm eingeblendet, dessen Lage von der Position des Hubschraubers im Raum abhängig ist. Die gowünschte Position der Last 6 im Raum ist erreicht, wenn der durch beide Fernsehkameras 1, V aufgenommene und auf dem Bildschirm zunächst an unterschiedlichen Stellen wiedorgegebene Markierungspu'ikt 4 durch entsprechende Flugmanöver auf einer Zielmarkierung auf dem Bildschirm zur Deckung gebracht wird.

Durch den Einsatz eines Farbbildschreibers und die Zuführung der Fernsehsignale unterschiedlichen Farbkanälen, z. B. dem Grün- und Rot-Kanal, entsteht bei Deckung des Zielkreuzes 4 und damit der richtigen Position des Hubschraubers 8 bzw. der Last 6 ein gelbes Kreuz. Bei Abweichung von der gewünschten Position entstehen an dem Zielkreuz 4 auf dem Bildschirm rote bzw. grüne Farbsäume.

Die Fig.2 zeigt eine Anordnung der Fernsehkameras 1,1'Im bzw. am Hubschrauber 8, wobei der Markiorungspunkt 4 dann auf dem Lastabsetz- bzw. -aufnahmepunkt 5 angebracht werden muß. Das Zielkreuz 4 entsprechender Größe kann in der einfachsten Ausführungsform aus zwei sich kreuzenden weißen Streifen bestehen. Bei anderen Ausführungsformen muß es dann gegebenenfalls vor dem Absetzen der Last 6 entfernt werden. Der Neigungswinkel α der Fernsehkamera 1 ist aus dem Basisabstand a und der Lastlänge I so zu berechnen, daß der Schnittpunkt 3 der optischen Achsen 2 der beiden Fernsehkameras 1, V an der Unterkante der Last 6 liegt. Der durch beide Fernsehkameras 1, V auf dem Bildschirm sichtbare Markierungspunkt 4 ist entsprechend dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel auf einer Zielmarke auf dem Bildschirm zur Deckung zu bringen.

Die Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Fernsehkameras 1,1' am Boden und der Markierungspunkt 4 am Hubschrauber 8 angeordnet nind. Da die Anordnung einer Fernsehkamera senkrecht unter dem Lastabsetz- bzw. -aufnahmepunkt 5 nicht möglich ist, sind beide Fernsehkameras 1,1' mit einem Neigungswinkel α, α' seitlich des Bauwerkes 7 in einer Ebene positioniert, wobei die optischen Achsen 2 beider Fernsehkameras 1,1' noch zusätzlich den Neigungswinkel β aufweisen. Die Neigungswinkel α, α' sowie β lassen sich leicht aus den bekannten Größen Basisabstand α, Lastabsetz- bzw. -aufnahmehöhe h und Lastlänge I sowie dem Abstand b der Kameraanordnung vom Bauwerk errechnen. Die Positionierung des Hubschraubers 8 bzw. der Last 6 erfolgt nach der bereits beschriebenen Verfahrensweise. Durch die Anordnung beider Fernsehkameras 1,1' mit einem Neigungswinkel α tritt jedoch ein Parallaxenfehler auf, der durch den Hubschrauber 8 eine zusätzliche Richtungskorrektur erfordert.

In der Fig.4 ist dargestellt, wie mit Hilfe von optischen Drehkeilen 10 auf bekannte Art und Weise die optischen Achsen 2 der Fernsehkameras 1,1' leicht und genau verstellbar sind, so daß nicht in jedem Fall die Fernsehkameras 1,1'selbst insgesamt verstellt werden müssen.

Claims

1. Verfahren zur Positionierung von Lasten mittels Hubschrauber unter Einsatz von Fersehtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß zwei vorzugsweise verstellbare Fernsehkameras in einem genau definierten Basisabstand so zueinander angeordnet werden, daß ihre optischen Achsen sich in einem vorher bestimm- und aus dem Basisabstand, der Lastabsetz- bzw. Lastaufnahmehöhe oder der Lastlänge berechenbaren, als Orientierung im Raum dienenenden Punkt schneiden, daß ein von den jeweiligen Fernsehkameras aufgenommener und in getrennten Kanälen übertragener Markierungspunkt auf einem gemeinsamen Bildschirm mit einer Zielmarke zum Ausgleich von Parallaxenfehlern sichtbar gemacht wird und daß der durch beide Fernsehka leras getrennt übertragene und zunächst an unterschiedlichen Positionen auf dem gemeint ηβη Bildschirm gleichzeitig sichtbare Markierungspunkt durch entsprechende Flugmanöver ch der Zielmarke des Bildschirms zu:' Deckung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Markierungspunkt ein Zielkreuz dient.

3. Verfahren nach Ansp ruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkameras am Boden und der Markierungspunkt am Hubschrauber angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkameras im Hubschrauber und der Markierungspunkt an der Lastabsetz- bzw. -aufnahmestelle angeordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bildschirm ein Farbbildschreiber eingesetzt wird und die Signale der Fernsehkameras unterschiedlichen Farbkanälen des Farbbildschreibers zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Fernsehkameras nur einen kleineren, zentrisch angeordneten Bildausschnitt wiedergibt.

7. Verfahren nach Anspruch 1,3,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fernsehkamera so angeordnet ist, daß ihre optische Achse senkrecht unter dem Markierungspunkt liegt und die zweite Fernsehkamera mit ihrer optischen Achse im vorher bestimm- und berechenbaren, gsnau definierten Winkel dazu angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fernsehkamera im Hubschrauber so angeordnet wird, daß ihre optische Achse senkrecht nach unten gerichtet ist und die zweite Fernsehkamera mit ihrer optischen Achse im vorher bestimm- und -berechenbaren genau definierten Winkel dazu angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der optischen Achse mindestens einer Fernsehkamera mit optischen Drehkeilen gleicher Glasart und Winkel sowie entsprechender Skalierung eingestellt wird.