Title:
Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten oder Bauwerken wie z. B. Brunnen, Grundwassermessstellen o. dgl.
Kind Code:
A1


Abstract:

Bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl., wird eine Sonde mit einer autark arbeitenden Kamera und mit einer Belichtungsvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sonde einen Energiespeicher zur Versorgung der Kamera und der Belichtungsvorrichtung mit elektrischer Energie und einen Bilddatenspeicher zur Aufzeichnung von von der Kamera aufgenommenen Bildern aufweist. Ferner ist eine autarke Sensoreinheit vorgesehen, die mit der Sonde mitgeführt werden kann und dabei optische Signale in den Sichtbereich der Kamera aussendet. Schließlich gehören zum Verfahren bzw. zur Vorrichtung auch eine Spule, auf die ein Ablasselement in Form z.B. eines Seils, eines Bandes, einer Kette, eines Maßbandes o.dgl. aufgewickelt ist, wobei die Sonde an dem Ablasselement hängend infolge der Erdbeschleunigung in einem Schacht ablassbar ist. Schließlich ist auch ein Computer einer stationären oder mobilen Bildlese-, -anzeige- und/oder -verarbeitungseinheit zum Auslesen und/oder Verarbeiten von Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher der Sonde sowie zur Steuerung der Sonde vorgesehen. embedded image




Inventors:
gleich Anmelder
Application Number:
DE102017131189A
Publication Date:
07/05/2018
Filing Date:
12/22/2017
Assignee:
Schhöttler, Markus, Dr., 76530 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
dompatent von Kreisler Selting Werner - Partnerschaft von Patentanwälten und Rechtsanwälten mbB, 50667, Köln, DE
Claims:
Verfahren zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl., wobei bei dem Verfahren
- eine Sonde (1) mit einer autark arbeitenden Kamera (1.10) und mit einer Belichtungsvorrichtung (1.2) bereitgestellt wird, wobei die Sonde (1) einen Energiespeicher zur Versorgung der Kamera (1.10) und der Belichtungsvorrichtung (1.2) mit elektrischer Energie und einen Bilddatenspeicher zur Aufzeichnung von von der Kamera (1.10) aufgenommenen Bildern aufweist,
- die Sonde (1) an einem auf eine Spule (4) aufgewickelten Ablasselement in Form z.B. eines Seils (2), eines Bandes, einer Kette, eines Maßbandes o.dgl. hängend infolge der Erdbeschleunigung in einem Schacht (3) abgelassen wird,
- die Kamera (1.10) während des Herablassens der Sonde (1) Bilder vom Schacht (3) aufnimmt und diese im Bilddatenspeicher der Sonde (1) gespeichert werden,
- das Abwickeln des Ablasselements von der Spule (4) und damit die Nachführung des Ablasselements beendet wird, wenn erkannt wird, dass die Sonde (1) den Grund des Schachts (3) erreicht hat,
- die Sonde (1) aus dem Schacht (3) entnommen wird und
- mittels eines Computers einer stationären oder mobilen Bildlese-, -anzeige- und/oder -verarbeitungseinheit Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher der Sonde (1) ausgelesen werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Sonde (1) eine Sensoreinheit zur Erfassung und/oder Analyse der Zusammensetzung von im Schacht befindlicher Flüssigkeit, insbesondere von Grundwasser mitgeführt wird, wobei die Sensoreinheit optische Signale in den Sichtbereich der Kamera sendet.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit Teil der Sonde (1) ist oder getrennt zur Sonde (1) ausgeführt ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonde (1) insbesondere außerhalb des Schachts (3) drahtlose Befehlssignale übermittelt werden.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder bei dem Entfernen der Sonde (1) aus dem Schacht (3) die Kamera (1.10) und/oder die Belichtungsvorrichtung (1.2) deaktiviert oder in einen den Energiebedarf verringernden Betriebsmodus überführt wird/werden und/oderdass die Sonde (1) zur Entfernung aus dem Schacht (3) durch Aufwickeln des Ablasselements auf die Spule (4) in dem Schacht (3) hochgezogen wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sensor zur Erkennung, dass die Sonde (1) beim Herablassen den Grund des Schachts (3) erreicht hat, wobei insbesondere vorgesehen ist dass als Sensor ein Drehratensensor für die Spule (4) und/oder eine Umlenkrolle des Ablasselements und/oder ein Sensor gewählt wird, der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde (1) keine Nachführbewegung des Ablasselements mehr gegeben oder nur noch eine Seilnachführbewegung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestbewegung, oder der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde (1) eine Ablasselementspannung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestspannung.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (1) mit konstanter bzw. mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit in dem Schacht (3) abgelassen wird, wobei auf das Ablasselement und/oder die Spule (4) eine Bremskraft, insbesondere mittels einer Schleifbremse einwirkt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ablassen der Sonde (1) in den Schacht (3) in diesen ein Tiefenlot, insbesondere in Form eines Maßbandes mit Abstandsmarkierungen und vorzugsweise eines Lichtlotmaßbandes eingebracht wird, welches sich innerhalb des Bilderfassungsbereichs der Kamera (1.10) befindet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Tiefenlot an seinem zum Aufsetzen auf den Grund des Schachts (3) vorgesehenen Endes einen Sensor zur Erkennung, dass die Sonde (1) den Grund des Schachts (3) erreicht hat, aufweist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera(1.10) den Bilddaten- und/oder den Energiespeicher als integrale Baueinheit aufweist und/oder dass die Kamera(1.10) WLAN- oder Bluetooth-fähig ist und mit einem mobilen Endgerät wie beispielsweise einem Mobiltelefon oder einem Tablet-Computer kommuniziert.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (4) motorisch oder per Hand betrieben wird und somit die Sonde (1) motorisch oder manuell in dem Schacht (3) abgelassen und/oder hochgezogen wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Sonde (1) mit der Wandung des Schachts (3) zusammenwirkenden Führungselementen (6) in Form insbesondere von Führungsrollen zum Halten der Sonde (1) auf Abstand zur Wandung des Schachts (3) und insbesondere zur Zentrierung der Sonde (1) in dem Schacht (3) versehen ist.

Description:
Einleitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten, vertikalen Schächten wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten oder Bauwerke wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl, vorzugsweise bei gleichzeitiger Erfassung von Informationen aus sensorischen Medien, Sensoren oder Sensorsystemen über z. B. die Grundwasserzusammensetzung, wobei diese Informationen optisch darstellbar und von einer der Inspektion des vertikalen Schachts dienenden Kamera miterfasst und aufgenommen werden.

Hintergrund

Grundwassermessstellen, Brunnen und grundwassererfüllte Schächte sind wichtige Zugangspunkt zum Grundwasserkörper und werden für die Durchführung von grundwasserhydraulischen Untersuchungen und für die Probenahme für Wasseranalysen genutzt. Um eine zuverlässige Datenerhebung zu gewährleisten, müssen diese Bauwerke in einem zweckmäßigen Zustand sein. Die zweckmäßige Funktion kann beispielsweise durch Ablagerungen und Belagbildung, unbekanntem oder unsachgemäßem Ausbau oder Beschädigungen eingeschränkt sein. Untersuchungen wie Pumpversuche oder auch Wasseranalyen können folglich unklare oder falsche Ergebnisse liefern.

Eine Voruntersuchung in Form einer Kamerainspektion zur Begutachtung des Bauwerks ist daher hilfreich, um den Nachweis einer zweckmäßigen Funktionstüchtigkeit zu führen. Des Weiteren dient eine Kamerabefahrung zur Kontrolle von Brunnen nach Instandsetzungen und dem Nachweis über den Erfolg von Reinigung, Sanierung oder Regeneration.

Üblicherweise beruhen Kamerainspektionen für Brunnen und Grundwassermessstellen auf kabelverbundenen Inspektionssystemen, d.h. die Kamerasonde ist für die Dauer der Inspektionsfahrt im Brunnen über ein Kabel online mit einem korrespondierenden Übertage-Kommunikationssystem verbunden, welches einerseits die Inspektionskamera mit Strom versorgt und andererseits Bilddaten von der Kamera empfängt und diese zeitgleich aufzeichnet und auf einem Monitor darstellt. Beispiele für bei der Kamerainspektion von Brunnen eingesetzte Hardware sind in

  1. (1) http://geovista.co.uk/product-listing/borehole-camera-tool-suite/,
  2. (2) http://www.gullyver.de und
  3. (3) http://www.tv-haas.de
beschrieben.

Die Inspektionsfahrt wird dabei üblicherweise durch Bedienpersonal überwacht und gesteuert. Die Überwachung durch Bedienpersonal dient einerseits zur direkten Überprüfung und Dokumentation von Zustand und Ausbau und andererseits auch, um Gefahrenstellen, die zur Beschädigung oder Verlust der Sonde führen könnten, frühzeitig zu erkennen und um die Sonde bedarfsweise zu bergen.

Die Führung der Kamerasonde in dem Bauwerk erfolgt über ein Seil, welches separat zum Kabel geführt wird, oder eine Kombination aus Tragorgan und Kabel. Für eine Brunneninspektion ist daher eine Einsatzgarnitur bestehend aus Kamerakopf, Kabel, Steckverbindungen, Tragorgan, Haspel sowie ein Übertage-Kommunikationssystem erforderlich. Daher sind optische Brunnenuntersuchungen aufwändig.

Aus der vorgenannten Art und Weise der Kamerainspektion ergeben sich folgende Nachteile:

  1. 1. Es ist ein hoher Rüst- und Einsatzzeitaufwand für Einrichten, Befahrung und Überwachung des Systems gegeben und eine fachkundige Einsatzdurchführung erforderlich.
  2. 2. Da optische Brunneninspektionssysteme aus mehreren separaten Einheiten wie Kamerasonde, einer Kabelgarnitur und einem Kommunikationssystem zur Überwachung und Steuerung bestehen, sind diese nicht ohne weiteres handtragbar im Feld mitzuführen. Beispielsweise kommen zur Inspektion von tiefen Bohrungen/Schächten/Brunnen fahrzeuggebundene Systeme und Kabelhaspeln zum Einsatz. Diese erfordert eine fahrzeuggeeignete Zuwegung zur Einsatzstelle.
  3. 3. Da im wassererfüllten Untergrund die Übertragung von Bilddaten per Funkkontakt nicht möglich ist, müssen zur Datenübertragung Leitungskabel eingesetzt werden. Aufgrund der Signaldämpfung in konventionellen Kabelleitungen kann mit zunehmender Kabellänge die Übertragung von Bilddaten nur mit reduzierter Datenrate erfolgen. Daher kommen für diese Aufgabe meist Kameras mit vergleichsweise geringer Bildauflösung und Abtastrate zum Einsatz. Um die erforderliche Datenrate über größere Stecken bzw. Tiefen zu realisieren, kommen dann spezielle Kommunikationsverbindungen wie Glasfaserhybridkabel zum Einsatz. Dies erhöht den erforderlichen Material- und Kostenaufwand.

Aufgabe

In Hinblick auf eine zuverlässige Datenerhebung im Rahmen von Ressourcenschutz und -überwachung von Grundwasserkörpern werden zunehmend optische Brunnenuntersuchungen als Qualitätssicherungsmaßnahme begleitend zur Durchführung von hydraulischen und analytischen Untersuchungen gefordert (siehe z.B. DVWG Technische Regel - Arbeitsblatt DVWG W 129 / Mai 2012: Eignungsprüfung von Grundwassermessstellen).

Aufgrund des dargestellten Aufwands und der Kosten wird in vielen Fällen auf eine optische Voruntersuchung von Brunnen verzichtet. Aus dieser Situation heraus stellt sich der Bedarf nach einem kompakten Inspektionssystem, für dessen Einsatz keine Peripherie aus Kabel, Kabelhaspel und Überwachungssystem erforderlich ist und das mit nur geringem Aufwand und Know-how eingesetzt werden kann. Ziel ist es, ein handtragbares, einfach zu bedienendes Inspektionssystem zu realisieren, um eine optische Voruntersuchung mit reduziertem Aufwand durchführen zu können. Eine geforderte Brunneninspektion zur Qualitätssicherung kann somit kostengünstiger erfolgen und durch den reduzierten Bedienungsumfangs von einem breiten Anwenderkreis durchgeführt werden. Zweck ist es, damit zu einer besseren Absicherung von Datenerhebungen aus Grundwasserkörpern beizutragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine autarke, kabelungebundene und automatisch ablaufende optische Inspektion bereitzustellen, nämlich als eine Arbeitshilfe zur Vereinfachung von optischen Inspektionen von Brunnen und dgl.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten oder Bauwerken wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl. vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren

  • - eine Sonde mit einer autark arbeitenden Kamera und mit einer Belichtungsvorrichtung bereitgestellt wird, wobei die Sonde einen Energiespeicher zur Versorgung der Kamera und der Belichtungsvorrichtung mit elektrischer Energie und einen Bilddatenspeicher zur Aufzeichnung von von der Kamera aufgenommenen Bildern aufweist,
  • - die Sonde an einem auf eine Spule aufgewickelten Ablasselement in Form z. B. eines Seils, eines Bandes, einer Kette, eines Maßbandes o.dgl. hängend infolge der Erdbeschleunigung in einem Schacht abgelassen wird,
  • - die Kamera während des Herablassens der Sonde Bilder vom Schacht aufnimmt und diese im Bilddatenspeicher der Sonde gespeichert werden,
  • - das Abwickeln des Ablasselements von der Spule und damit die Nachführung des Ablasselements beendet wird, wenn erkannt wird, dass die Sonde den Grund des Schachts erreicht hat,
  • - die Sonde aus dem Schacht entnommen wird und
  • - mittels eines Computers einer stationären oder mobilen Bildlese-, -anzeige- und/oder -verarbeitungseinheit Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher der Sonde ausgelesen werden.

Ferner wird mit der Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe eine Vorrichtung zur Durchführung einer Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl., insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit

  • - einer Sonde mit einer autark arbeitenden Kamera und mit einer Belichtungsvorrichtung, wobei die Sonde einen Energiespeicher zur Versorgung der Kamera und der Belichtungsvorrichtung mit elektrischer Energie und einen Bilddatenspeicher zur Aufzeichnung von von der Kamera aufgenommenen Bildern aufweist,
  • - einer Spule, auf die ein Ablasselement in Form z.B. eines Seils, eines Bandes, einer Kette, eines Maßbandes o.dgl. aufgewickelt ist, wobei die Sonde an dem Ablasselement hängend infolge der Erdbeschleunigung in einem Schacht ablassbar ist,
  • - einem Computer einer stationären oder mobilen Bildlese-, -anzeige- und/oder -verarbeitungseinheit zum Auslesen und/oder Verarbeiten von Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher der Sonde und
  • - ggf. einer autarken sensorischen Einheit, die an der Sonde mitgeführt wird und die optische Signale im Sichtbereich der Kamera aussendet.

Gleichzeitig können mit der Kamerafahrt vorteilhafterweise optische Signale von sensorische Medien (z.B. reaktive Substanzen mit optischer Nachweisreaktion), Sensoren oder Sensorsystemen erfasst und auf den Bilddaten mit gespeichert werden.

Des Weiteren können zweckmäßigerweise sensorische Medien, Sensoren oder Sensorsysteme im Sichtfeld der Kamera mitgeführt werden, wobei diese optischen Informationen über das Vorhandensein, die Menge oder die Konzentration einer Substanz oder über physikalische Parameter in Form einer Farbänderungen oder einer optisch lesbaren Datenausgabe übermitteln und diese optischen Informationen auf den Bilddaten der Kamera abgelegt werden. Mit den Bilddaten können somit auch analytische und physikalische Informationen gespeichert und in Bezug zum Brunnenzustand gesetzt werden.

Vorteilhafterweise werden der Sonde insbesondere außerhalb des Schachts drahtlos Befehlssignale übermittelt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor oder bei dem Entfernen der Sonde aus dem Schacht die Kamera und/oder die Belichtungsvorrichtung deaktiviert oder in einen den Energiebedarf verringernden Betriebsmodus überführt wird/werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sonde zur Entfernung aus dem Schacht durch Aufwickeln des Ablasselements auf die Spule in dem Schacht hochgezogen wird.

Im Besonderen ist ein Sensor zur Erkennung, dass die Sonde beim Herablassen den Grund des Schachts erreicht hat, vorgesehen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Sensor ein Drehratensensor für die Spule und/oder eine Umlenkrolle des Ablasselements und/oder ein Sensor gewählt wird, der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde keine Nachführbewegung des Ablasselements mehr gegeben oder nur noch eine Seilnachführbewegung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestbewegung, oder der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde eine Ablasselementspannung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestspannung.

Ferner kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Sonde mit konstanter bzw. mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit in dem Schacht abgelassen wird, wobei auf das Ablasselement und/oder die Spule eine Bremskraft, insbesondere mittels einer Schleifbremse einwirkt.

Schließlich kann auch noch mit Vorteil vorgesehen sein, dass vor dem Ablassen der Sonde in den Schacht in diesen ein Tiefenlot, insbesondere in Form eines Maßbandes mit Abstandsmarkierungen und vorzugsweise eines Lichtlotmaßbandes eingebracht wird, welches sich innerhalb des Bilderfassungsbereichs der Kamera befindet, so dass die jeweilige Tiefe der Inspektionsfahrt mittels der optischen Tiefenmarkierungen auf den Bilddaten dokumentiert und abgelesen werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Tiefenlot an seinem zum Aufsetzen auf den Grund des Schachts vorgesehenen Endes einen Sensor zur Erkennung, dass die Sonde den Grund des Schachts erreicht hat, aufweisen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kamera den Bilddaten- und/oder den Energiespeicher als integrale Baueinheit aufweist und/oder dass die Kamera WLAN- oder Bluetooth-fähig ist und mit einem mobilen Endgerät wie beispielsweise einem Mobiltelefon oder einem Tablet-Computer kommuniziert.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Spule motorisch oder per Hand betrieben wird und somit die Sonde motorisch oder manuell in dem Schacht abgelassen und/oder herangezogen wird.

Schließlich kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Sonde mit mit der Wandung des Schachts zusammenwirkenden Führungselementen in Form insbesondere von Führungsrollen zum Halten der Sonde auf Abstand zur Wandung des Schachts und insbesondere zur Zentrierung der Sonde in dem Schacht versehen ist.

Mit der Erfindung wird also eine Vorrichtung vorgeschlagen, die mit einem mit Fenstern und einer Seilbefestigung ausgestatteten, druckwasserdichten Inspektionssondengehäuse, welches mit einer autark arbeitenden und Bilder aufzeichnenden Kamera, einer Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung des Kamerasichtfelds und einem Stromspeicher ausgestattet ist. Nach der Erfindung wird die Kamera und Beleuchtungsvorrichtung genutzt, um Bilder oder Videosequenzen der Wandung und Ausformung des Bauwerks und ggf. andererseits optische Signale von sensorischen Medien, Sensoren oder Sensorsysteme zu erfassen und zu speichern, wobei die gespeicherten Daten erst im Anschluss an die Inspektionsfahrt verfügbar sind. Diese werden nach der Bergung der Sonde ausgelesen und zur Begutachtung per Rechner auf einem Monitor bereitgestellt.

Aufgrund der autarken Arbeitsweise ist zur Führung der Inspektionssonde nur ein Seil oder Tragorgan erforderlich, welches über die erforderliche Zugfestigkeit zum Ablassen und Bergen der Sonde verfügt. Die Sonde kann somit kabelungebunden operieren. Somit ist der Aufwand für Transport, Handhabung und Steuerung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren reduziert.

Das Blickfeld der Kamera ist fix und so ausgelegt, das die zu begutachtende Umgebung erfasst wird, ohne dass die Blickrichtung der Kamera verändert werden muss.

Vor der Durchführung können Hilfsmittel, die z.B. zur Tiefenorientierung der Inspektionssonde dienen, in den Brunnen eingelassen werden. Als Hilfsmittel zur Tiefenorientierung kann z.B. ein Maßband mit optisch erfassbaren Markierungen eingesetzt werden. So können ohne höheren technischen Aufwand Informationen zur Tiefenposition der Inspektionssonde im Brunnen auf den Kamerabildern abgelegt werden. Des Weiteren kann an der Sonde autark operierende Sensorelemente fixiert und bei der Inspektionsfahrt mitgeführt werden. Sofern die mitgeführten Sensorelemente über eine optische Anzeigefunktion verfügen, sollten diese im Blickfeld der Kamera liegen, so dass die angezeigten Messwerte mit den Kamerabildern dokumentiert und über die Markierungen des Maßbands in Bezug zur Tiefenposition und zum Brunnenzustand gesetzt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Sonde zylinderförmig ausgeführt, wobei auf der einen Stirnseite des Zylinders ein Fenster für die Kamera sowie Beleuchtungselemente angeordnet sind und an der anderen Stirnseite eine druckdicht verschließbare Öffnung zum Einschub der Kamera und Beleuchtungselektronik vorgesehen ist, wobei der abdichtende Deckel mit magnetischen Steuerelementen ausgeführt ist, über die der Sonde im verschlossenen Zustand Steuerungsbefehle übermittelt werden können.

Vorteile der Erfindung:

Anders als bei herkömmlichen Kamerainspektionssystemen sind eine Bildübertragung nach Übertage und eine kontinuierliche Livebild-Überwachung durch Bedienpersonal nicht vorgesehen. Ein aufwändiges Kabel-, Winden- und Überwachungssystem ist somit nicht erforderlich.

Technische Aufwendungen, um das Kamerabild und Kommunikationssignale verlustfrei über längere Kabelstrecken zu übertragen, entfallen. Durch die Speicherung von Bilddaten und Videosequenzen in der Inspektionssonde können diese in hoher Auflösung und Abtastrate unabhängig von der Tiefe des zu untersuchende Objektes bzw. der Strecke der Inspektionsfahrt aufgezeichnet und gespeichert werden.

Da das gesamte System nur die Inspektionssonde, das Führungsseil und die Seilhaspel (bzw. -spule) aufweist, ist nur eine geringe Seilstärke zur Führung der Inspektionssonde erforderlich. Dies ist wiederum vorteilhaft für die Handhabung der Seilhaspel, da diese vergleichsweise klein und handtragbar dimensioniert sein kann. Das System kann somit ohne großen Aufwand auch an schwer zugänglichen Einsatzstellen wie beispielsweise in Bergwerken eingesetzt und von dort in vertikale Bauwerke wie Brunnen und Schächte bis in große Tiefen ein- und ausgefahren werden.

Die Befahrung kann dabei automatisch und mit einer voreingestellten Fahrgeschwindigkeit erfolgen. Eine aktive Überwachung der Inspektionsfahrt durch Bedienpersonal ist nicht vorgesehen. Der Bediener wird per Signal über das Ende der Inspektionsfahrt informiert und kann während der automatisch ablaufenden Inspektionsfahrt andere Aufgaben übernehmen.

Erfahrungsgemäß ist die Gefahr einer Beschädigung oder eines Verlust der Sonde oder der Beschädigung des zu untersuchenden Bauwerks durch die Inspektion gering. Denn aufgrund des einfachen Vorgangs, nämlich der Fahrt in einem senkrecht verlaufenden Rohr oder Schacht, treten nur selten Fälle auf, die eine sofortige Reaktion bzw. einen Eingriff in die Inspektionsfahrt erfordern. Daher ist eine kontinuierliche Überwachung nicht zwingend erfordern.

Die Dauer der Befahrung ist kosten- und zeitunkritisch, da kein Personalaufwand zur Überwachung erforderlich ist. Die Fahrtgeschwindigkeit bei der Befahrung kann daher so gewählt werden, dass einerseits eine Aufzeichnung mit hoher Detailschärfe erfolgt und andererseits eine Eintrübung des Wassers bzw. eine Reduzierung der Sichtverhältnisse infolge der Wasserdurchmischung bei der Befahrung vermieden werden kann.

Abbildungen

Dieses erfindungsgemäße Verfahren lässt sich gemäß nachfolgender Variante realisieren. In den - wird diese Variante der Erfindung besch rieben.

Abbildung 1: Funktionseinheiten

Das System besteht aus einer Inspektionssonde 1, welche mit einem Kamerafenster 1.1 und einer Belichtungsvorrichtung 1.2 in Form mehrerer Beleuchtungselemente 1.2 zum Ausleuchten des Sichtfelds 1.3 der Kamera 1.10 ausgestattet ist, wobei die Inspektionssonde 1 über ein Trageelement 1.4 an einem Führungsseil 2 hängend in ein Bohrloch, Brunnen oder Schacht 3 eingefahren wird, wobei das Führungsseil 2 auf einer Seilhaspel in Form einer Spule 4 aufgerollt ist, welche auf der Bohrlochöffnung 5 abgesetzt werden kann und zweckmäßigerweise mit einem Drehratensensor und einem einstellbaren Abrollwiderstand an der Haspel ausgestattet ist. Die Inspektionssonde 1 weist ferner eine Aufsatzhülse 1.5 auf, die ein Drehelement 1.6 aufnimmt, welches zur kontaktlosen Schaltung der Betriebsmodi dient. Das Sichtfeld 1.3 der Kamera ist so ausgelegt, dass die Kamera während der Befahrung des Bohrlochs 3 die unmittelbar umliegenden Bohrlochwandung 5.1 optisch erfasst. Zur axialen Führung der Inspektionssonde im Bohrloch sind zweckmäßigerweise Zentrierelemente in Form von Führungselementen 6 an der Inspektionssonde oder dem Tragelement 1.4 angebracht. Als Hilfsmittel zur Tiefendokumentation dient ein Maßband oder Kabellot 7 mit aufgedruckter Längenmarkierung, das in den Brunnen eingebracht ist.

Abbildung 2: Bestandteile der Inspektionssonde

Die Inspektionssonde weist ein Gehäuse 1.7 mit druckwasserdichtem Verschlussdeckel 1.8 auf. In dem Gehäuse 1.7 ist ein Baugruppenträger 1.9 eingesetzt, der zur Aufnahme einer Kamera mit Datenträger 1.10, der Stromversorgung 1.11 und der Regelelektronik 1.12 dient und der einen steckbaren Stromanschluss 1.13 zur Stromversorgung der eine Belichtungsvorrichtung 1.2 in Form mehrerer Beleuchtungselemente aufweist. Der Verschlussdeckel 1.8 kann zweckmäßigerweise mit dem Baugruppenträger 1.9 fest verbunden sein, so dass diese gemeinsam aus dem Sondengehäuse 1.7 entnommen werden können. Der Verschlussdeckel 1.8 ist mit einem außenliegenden Drehelement 1.6 zur Aufnahme von Steuerungsmagneten 1.14 ausgestattet, welches axial drehbar auf dem Verschlussdeckel 1.8 befestigt ist. Über die Position der Steuerungsmagneten 1.14 werden in der Regelelektronik 1.12 integrierten Magnetsensoren 1.15 angesprochen, die in Abhängigkeit von der Position der Steuerungsmagneten 1.14 die Regelelektronik in unterschiedliche Betriebsmodi der Stromversorgung setzen. Über einen Kommunikationsport 1.16 kann eine Verbindung mit dem Datenspeicher der Kamera zum Auslesen der abgelegten Bilddaten als auch zum Laden der Stromversorgung hergestellt werden. Sondengehäuse 1.7 und Aufsatzhülse 1.5 weisen einen Schraubverbindungsanschluss 1.17 auf, über den die Aufsatzhülse 1.5 mit dem Sondengehäuse 1.7 verbunden wird. Die Aufsatzhülse 1.5 weist eine Aussparung und Öffnung 1.18 zur Aufnahme des Drehelements 1.6 sowie eine Andruckfläche 1.19 für den Verschlussdeckel 1.8 auf. So wird beim Zusammenfügen von Aufsatzhülse 1.5 und Sondengehäuse 1.7 der Verschlussdeckel 1.8 abdichtend in das Sondengehäuse 1.7 eingesetzt. Im Anschluss an die kraftschlüssige Verbindung zwischen Aufsatzhülse 1.5 und Sondengehäuse 1.7 ist das Drehelement 1.6 von außen über die Aussparung bedienbar. Die Aufsatzhülse 1.5 weist des Weiteren eine Öffnung zur Aufnahme und Fixieren des Tragelements 1.4 und zur Anbindung an das Führungsseil 2 auf. Das Tragelement 1.4 dient einerseits zur Aufnahme von Seilenden oder -köpfen wie die eines Tiefenlots oder Kabellots. Andererseits dient es zur Befestigung von Führungselementen 6für die axiale Führung der Sonde im Brunnenrohr.

Abbildung 3: zusätzliche Ausstattungsmerkmale

In vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass

  1. 1. an der Sonde autarke Sensorik 8 fixiert und bei der Inspektionsfahrt mitgeführt werden kann, wobei die mitgeführte Sensorik (z.B. zur Erfassung von physikalischen oder chemischen Zuständen von Brunnen- bzw. Grundwasser) über eine visuelle Anzeige 9 verfügt, die vorteilhafterweise im Sichtfeld 1.3 der Kamera 1.10 liegt und Daten optisch in lesbarer oder in QR-Code kodierter Zeichenform ausgibt. Dazu wird die autarke Sensorik in einem Gestell 10 fixiert, welches mit der Sonde verbunden ist und die Sensorik im Bereich des Sichtfelds 1.3 der Kamera 1.10 fixiert. Die angezeigten Daten werden somit auf den Kamerabildern in Form von lesbaren Ziffern oder kodiert als QR-Code dokumentiert und können in Bezug zur Tiefenposition und Umgebung gesetzt werden. So können während einer Inspektionsfahrt weitere Informationen mit Hilfe der Bildaufzeichnung erfasst werden.
    Beispiel 1: Als autarkes Sensorelement kann beispielsweise ein optisch ablesbarer Kompass angeführt werden, mit dem auf den Bildern die Orientierung der Sonde bezüglich magnetisch Nord dokumentiert werden kann.
    Beispiel 2: Wenn sowohl die Kamerabefahrung als auch die Aufnahme eines hydrochemischen Tiefenprofil an einer Grundwassermessstelle gefordert sind, so kann die Kamerabefahrung und die sensorische Aufnahme kombiniert erfolgen, indem, wie dargestellt, ein an der Sonde angeordnetes Gestell im Sichtbereich der Kamera positioniert wird, in dem autark operierende Sensorelemente fixiert werden. Eine Befahrung mit vorgesehener geringer Fahrgeschwindigkeit ist dann insofern vorteilhaft, als dass bei der Einfahrt der Sonde die Wasserdurchmischung nur gering ist und die an der Spitze des Tools erfolgende Aufnahme eines hydrochemischen Tiefenprofils nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Eine aufwändigere, zeitlich getrennte Durchführung von Kamerabefahrung und sensorischer Aufnahme kann so vermieden werden.
  2. 2. Das Tragelement 1.4 dient zur Aufnahme eines Kabels oder Kabelkopfes einer externen sensorischen Vorrichtung, wie z.B. einem Kabellichtlot, so dass die Inspektionssonde hilfsweise über andere, in einen Brunnen einfahrbare Vorrichtungen geführt werden kann.
  3. 3. Der Maßbandkopf (unteres Ende des Maßbandes wie z.B. des Kabellichtlots) des vor der Inspektionsfahrt in das Bauwerk eingelassenen Maßbands kann mit einer Auffangvorrichtung ausgeführt sein, so dass die Inspektionssonde am Maßbandkopf abgefangen wird und die Zieltiefe so durch die Tiefenposition des Maßbandkopfs definiert ist.

Abbildungen 4a bis 4i: Einsatzablauf bzw. Verfahrensweise zur Durchführung der Kamerabefahrung in einem BrunnenAbbildung 4a.

Vor dem Einsatz der Inspektionssonde wird ein Maßband mit optischen Abstandsmarkierungen in den Brunnen oder das Bauwerk bis zur Zieltiefe abgelassen und für die anschließende Dauer der Inspektionsfahrt an der Brunnenöffnung fixiert. Das Maßband weist in definierten Abständen Markierungen auf, die während der Inspektionsfahrt als Bezugspunkte zur Inspektionstiefe dienen und auf den Bildern bzw. Videos dokumentiert werden. So können Tiefenposition der Inspektionsfahrt bei der anschließenden Begutachtung abgelesen und in Bezug zur Umgebung gesetzt werden.

Abbildung 4b.

Die Inspektionssonde wird an einem Führungsseil befestigt. Per kabelloser Kommunikation mit einem Rechner oder mittels magnetisch ausgeführten Schaltern werden der Betriebsmodus zur automatischen Bildaufzeichnung und die batteriebetriebene Beleuchtungsvorrichtung eingeschaltet.

Abbildung 4c.

Anschließend wird die Sonde am Führungsseil eingehängt und in den Brunnen abgelassen. Das Führungsseil oder -band ist auf einer Seilhaspel abgelegt die wiederum in einem Gestell montiert ist, welches während des Betriebs auf dem Brunnen- oder Schachtkopf abgestellt werden kann. Das Führungsseil bzw. die Inspektionssonde kann somit direkt von der Haspel in die Messstelle/den Schacht abgelassen werden. Eine Umlenkrolle ist nicht erforderlich, kann aber vorhanden sein, wenn die Haspel neben dem Brunnenkopf angeordnet wird. An der Haspel wird ein Sensor zur Erfassung der Seilgeschwindigkeit eingeschaltet und eine Abrollbremse eingestellt. Die Erfassung von Änderungen der Einfahrgeschwindigkeit kann dabei über einen Drehratensensor erfolgen, der in der Haspel eingebaut ist. Als Seilhaspelsystem zur Führung der Sonde können alternativ auch feldpraxisübliche Arbeitsmittel wie ein Tiefenlot oder ein Kabellot eingesetzt werden. Für den Einsatz mit diesen Arbeitsmitteln kann die Sonde mit individuellen Haltevorrichtungen ausgestattet werden, um das entsprechende Lotende zugbelastbar zu befestigen.

Abbildung 4d.

Anschließend wird die Haspel freigegeben und die mit dem Führungsseil verbundene Inspektionssonde ohne Kommunikationsverbindung nach übertage in den Brunnen/Schacht oder dgl. eingefahren, wobei der Antrieb dazu gravitativ über das Eigengewicht der Sonde erfolgt. Die Einfahrgeschwindigkeit wird dabei über das Eigengewicht der Sonde in Kombination mit einer einstellbaren Seilbremsvorrichtung an der Haspel konstant gehalten. Während des Einfahrens in den Brunnen nimmt die Kamera automatisch Videosequenzen oder Bilder des Brunnenprofils auf, die in dem Datenspeicher der Sonde abgelegt werden. Die Fahrgeschwindigkeit kann idealerweise so eingestellt werden, dass einerseits eine Trübung verursachende Wasserdurchmischung durch die Befahrung vermieden wird und andererseits eine Bildaufzeichnung mit hoher Detailschärfe erfolgen kann. So ist gewährleistet, dass die Qualität der aufgezeichnete Bilder bzw. Videosequenzen anschließend eine zuverlässige Begutachtung des Brunnens ermöglicht.

Abbildung 4e.

Das Erreichen der Zieltiefe -z.B. des Brunnenbodens- wird durch Aufsetzten der Inspektionssonde definiert. Infolge des Absetzens der Sonde in der Zieltiefe entfällt der gravitative Seilantrieb und die Inspektionssonde kommt zum Stillstand. Die resultierende Zugentlastung infolge des so reduzieren Eigengewichts des eingefahrenen Sonden-/Seilsystems wird übertage an der Seilführung z.B. über den Drehratensensor registriert und ein Signal ausgegeben. Der Drehratensensor registriert, wenn sich die Drehrate der Haspel verringert bzw. wenn die Haspel infolge der Zugentlastung des Seils zum Stillstand kommt und quittiert dies z.B. mit einem akustischen Signal. Das Signal weist darauf hin, dass die Zieltiefe erreicht und die Inspektionsfahrt beendet ist. Die Sonde kann dann anschließend durch Hochziehen geborgen werden.

Abbildung 4f.

Die Bergung der Inspektionssonde kann manuell per Hand oder automatisch über die Zuschaltung eines Windenmotors erfolgen. Die Sonde befindet sich während der Bergung noch im eingeschalteten Betriebszustand.

Abbildung 4g.

Nach Bergung der Inspektionssonde wird der Kamerabetrieb und Beleuchtung analog zum Einschaltvorgang der Sonde per kabelloser Kommunikation beenden bzw. ausgeschaltet. Zum Transport wird die Sonde vom Führungsseil getrennt.

Abbildung 4h.

Das an der Brunnenöffnung fixierte Maßband wird geborgen.

Abbildung 4i.

Die aufgenommenen Bild- bzw. Videodaten werden anschließend per Funkkontakt oder über ein Verbindungskabel zum Datenspeicher der Inspektionssonde auf einen Rechner übertragen. Um eine Kabelverbindung herzustellen, wird die Sonde geöffnet. Im Anschluss an die Datenübertragung werden die Bild- bzw. Videosequenzen am Rechner zur Begutachtung angezeigt.

Um die Bilddaten über eine Kabelverbindung auszulesen, wird die Sonde geöffnet und die Bilddaten an einen Rechner übertagen. Alternativ können die Bilddaten auch per Funkkontakt abgerufen werden. Der Stromspeicher der Sonde kann per Kabel geladen oder ausgetauscht werden.

Einzelne Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend aufgeführt. Die Erfindung lässt sich alternativ durch eine der nachfolgend genannten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig miteinander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmalsgruppe mit ein oder mehreren Merkmalen einer oder mehrerer anderer Merkmalsgruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind.

  1. 1. Vorrichtung zur Durchführung einer Inspektion von ins Erdreich eingebrachten vertikalen Schächten wie z.B. Brunnen, Grundwassermessstellen o.dgl. mit
    • - einer Sonde 1 mit einer autark arbeitenden Kamera 1.10 und mit einer Belichtungsvorrichtung 1.2, wobei die Sonde 1 einen Energiespeicher zur Versorgung der Kamera 1.10 und der Belichtungsvorrichtung 1.2 mit elektrischer Energie und einen Bilddatenspeicher zur Aufzeichnung von von der Kamera 1.10 aufgenommenen Bildern aufweist,
    • - einer Spule 4, auf die ein Ablasselement in Form z.B. eines Seils 2, eines Bandes, einer Kette, eines Maßbandes o.dgl. aufgewickelt ist, wobei die Sonde 1 an dem Ablasselement hängend infolge der Erdbeschleunigung in einem Schacht 3 ablassbar ist, und
    • - einem Computer einer stationären oder mobilen Bildlese-, -anzeige- und/oder -verarbeitungseinheit zum Auslesen und/oder Verarbeiten von Bilddaten aus dem Bilddatenspeicher der Sonde 1, und zur Steuerung der Sonde.
  2. 2. Vorrichtung nach Ziffer 1, ferner aufweisend einen Sensor zur Erkennung, dass die Sonde 1 beim Herablassen den Grund des Schachts 3 erreicht hat.
  3. 3. Vorrichtung nach Ziffer 2, wobei der Sensor ein Drehratensensor für die Spule 4 und/oder eine Umlenkrolle des Ablasselements und/oder ein Sensor ist, der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde 1 keine Nachführbewegung des Ablasselements mehr gegeben oder nur noch eine Seilnachführbewegung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestbewegung, oder der ein Signal ausgibt, wenn beim Herablassen der Sonde 1 eine Ablasselementspannung gegeben ist, welche geringer ist als eine vorgegebene Mindestspannung.
  4. 4. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die Sonde 1 mit der Wandung des Schachts 3 zusammenwirkenden Führungselementen 6 in Form insbesondere von Führungsrollen zum Halten der Sonde 1 auf Abstand zur Wandung des Schachts 3 und insbesondere zur Zentrierung der Sonde 1 in dem Schacht 3 versehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ziffern, ferner aufweisend ein Tiefenlot, insbesondere in Form eines Maßbandes mit Abstandsmarkierungen und vorzugsweise in Form eines Lichtlotmaßbandes.
  6. 6. Vorrichtung nach Ziffer 5, wobei das Tiefenlot an seinem zum Aufsetzen auf den Grund des Schachts 3 vorgesehenen Endes einen Sensor zur Erkennung, dass die Sonde 1 den Grund des Schachts 3 erreicht hat, aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach einer der vorgehenden Ziffern, ferner aufweisend eine Sensoreinheit, die von der Sonde oder gleichzeitig mit der Sonde mitführbar ist und optisch anzeigbare Mess- bzw. Analysedaten liefert, die von der Kamera 1.10 miterfasst werden.

Bezugszeichenliste

1
Inspektionssonde
1.1
Kamerafenster
1.2
Beleuchtungselemente
1.3
Sichtfeld
1.4
Tragelement
2
Führungsseil
3
Bohrloch, Brunnen oder Schacht
4
Seilhaspel
5
Bohrlochöffnung
1.5
Aufsatzhülse
1.6
Drehelement
5.1
Bohrlochwandung
6
Führungselemente
7
Maßband oder Kabellot
1.7
Sondengehäuse
1.8
Verschlussdeckel
1.9
Baugruppenträger
1.10
Kamera mit Datenträger
1.11
Stromversorgung
1.12
Regelelektronik
1.13
steckbarer Stromanschluss
1.14
Steuerungsmagnete
1.15
Magnetsensoren
1.16
Kommunikationsport
1.17
Schraubverbindungsanschluss
1.18
Aussparung und Öffnung
1.19
Andruckfläche
8
Sensorik
9
visuelle Anzeige
10
Gestell