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Die Ausgangssituation (Januar 2005) Die bisher durch ARCHAEOFLUG erfolgten Geoelektrischen Messungen (Abb.1) mit einem Nachbau der Messvorrichtung der Uni Frankfurt (Wenner a Konfiguration) ermöglichen eine Messgeschwindigkeit von 180 min / 20 x 20 Meter-Grid bei1600 Messpunkten bzw. 0.5 x 0.5 Meter-Raster. |
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Abb.1 Messgerät und Messergebnis, Wenners a Konfiguration, Modellnachbau Uni Frankfurt, Messgeschwindigkeit: 180 Minuten/Grid (Burgusvormauer Eisenberg Grid 2)
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Für den von ARCHAEOFLUG vorgesehenen Einsatz (Prospektion möglichst vieler v Für den von ARCHAEOFLUG vorgesehenen Einsatz (Prospektion möglichst vieler villenverdächtiger Fundplätze im Südwesten von Rheinland-Pfalz) ist diese Messgeschwindigkeit nicht ausreichend. Mit Messgeschwindigkeit ist hier die Geschwindigkeit für das schlangenförmige Ablaufen des Grids gemeint, also ohne Vorbereitung des 20x20 Meter-Quadrates und der nötigen Bahnen.
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Überlegungen zur Erhöhung Messgeschwindigkeit Veränderbar sind: · Art der Messkonfiguration · Ausführung der Konstruktion · Geschwindigkeit der Messelektronik
Art der Messkonfiguration Im allgemeinen wird in der Literatur von erfahrenen Messtechnikern die Pol-Pol (Twin) Konfiguration bevorzugt, da die Ausführung der Konstruktion nur halb so groß wie bei der Wenner-Konfiguration und entsprechend leicht und wendig ist. Außerdem ist (vermutlich durch den höheren Messstrom) eine geringere Eindringtiefe der Messspieße nötig, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Messgeschwindigkeit führt. => Folglich wird entschieden diese Konfiguration anzuwenden. Ausführung der Konstruktion Die Entscheidung für eine Pol-Pol Konfiguration bringt bereits durch die beschriebene Veränderung der Konstruktion (zwei statt bisher vier bewegte Elektroden) eine Beschleunigung der Messgeschwindigkeit mit sich. Der Bewegungsablauf beim Messen ist jedoch nicht kontinuierlich. Während des Elektrodenumsetzvorganges findet eine ständige Unterbrechung des Messfortschrittes statt. Zudem ist diese Art zu messen auf Dauer ermüdend und dadurch eher fehlerbehaftet. Eine kontinuierliche Messung eliminiert den Zeitaufwand des Umsetzvorganges. Der zeitliche Messabstand zwischen zwei Messungen wird also theoretisch unendlich klein. => Folglich wird entschieden einen kontinuierlichen und weniger ermüdenden Bewegungsablauf anzustreben Geschwindigkeit der Messelektronik Jedoch haben alle Konstruktionen ihre Beschränkungen, wenn die Messelektronik an ihre Grenzen stößt. => Folglich wird entschieden die Geschwindigkeit der Messelektronik zu erhöhen. Zu Beginn der Entwicklungsphase wird mit dem Messgerätehersteller E. Lippmann vereinbart die bestehende Messgeschwindigkeit von ca.25 Messungen/Minute auf eine Messfrequenz von ca.10 Messungen/Sekunde anzuheben. Leider stellt sich heraus, dass das bestehende Gerät ohne größere Investitionen „nur“ auf eine Geschwindigkeit von ca. 1 Messung/Sekunde angehoben werden kann. Eine Messgeschwindigkeit von 10 Messungen/Sekunde ist (laut Hersteller, dem an dieser Stelle nochmals für sein kostenfreies Engagement zu danken ist) nur mit einer Neuentwicklung möglich. Hierzu fehlt uns leider das nötige Geld. Parallel zu den Bemühungen des Messgeräteherstellers wird eine zweirädrige Messkonstruktion gebaut, die ein kontinuierliches und ermüdungsfreies Messen ermöglichen soll. Unklar ist zu diesem Zeitpunkt jedoch ob bei sich bewegendem Messspießen eine zuverlässige Messung möglich ist. Nach Fertigstellung des Messwagens und Erhalt des verbesserten Messgerätes beginnen die Versuche.
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Erster Versuch zur Messbeschleunigung Ziel: Ermittlung der schnellstmöglichen Vermessungsgeschwindigkeit für einen konventionellen Konstruktionsaufbau mit Pol-Pol Konfiguration und beschleunigter Messelektronik. Vermessen wird ein Grid von 20x20 Metern bei einem Messpunkteabstand von 0,5/0,5 Metern mit der in der Literatur allgemein üblichen Pol-Pol Konfiguration. (Abb.2) Diese Messung soll als Vergleichs-Grundlage dafür dienen, welches Verbesserungspotential die angestrebte Neuentwicklung des Konstruktionsaufbaues besitzt. Konfiguration: Pol-Pol Konstruktion: Leichter Zweispieß aus Kunststoffrohr Eine zweiadrige Leitung ins Unendliche Messvorgang: konventionell handgeführt Messgeschwindigkeit: ca. 80min/Grid Ergebnis: - Sehr gute Übereinstimmung mit vorher durchgeführten Messungen in der Wenner-Konfiguration. - eindeutige Verbesserung zu früher: Beschleunigung der Messung um ca. 100min (also etwas mehr als Halbierung der Messzeit) - Die Messgeschwindigkeit entspricht in etwa der in der Literatur von Messprofis beschriebenen. (10.000 Messungen/Arbeitstag)
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Abb.2 Messgerät und Messergebnis, Pol-Pol Konfiguration, allgemein übliche Methode, Messgeschwindigkeit: 80 Minuten/Grid (Burgusvormauer Eisenberg Grid 2)
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Zweiter Versuch zur Messbeschleunigung Ziel: Ermittlung der schnellstmöglichen Vermessungsgeschwindigkeit für einen Grid von 20x20 Metern bei einem Messpunkteabstand von 0,5/0,5 Metern mit der in der Literatur allgemein üblichen Pol-Pol Konfiguration mit der Roll-Messwagenkonstruktion im bewegten Zustand (Abb.3)
Konfiguration: Pol-Pol Konstruktion: Zweirad-Messwagen mit 18 Spike-Spießen/Rad Eine zweiadrige Leitung ins Unendliche Messvorgang: Messauslösung in der konstanten Bewegung so dass Messauslösung über Messpunkt erfolgt. Messgeschwindigkeit: ca.35min / Grid Ergebnis: - Ein starkes Rauschen (gemessene Widerstandsschwankungen) führt zu Informationsverlusten bei feinen Strukturen. - Die Messgeschwindigkeit konnte nochmals mehr als halbiert werden
Als Ursache für das Rauschen kommen in Frage: - die sich während der Messung kontinuierlich bewegenden Elektrodenräder (messablaufbedingt nicht behebbar) - ein gewichtsbedingt schlechter Bodenkontakt (zu geringe Elektroden-Eindringtiefe) - beides
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Abb.3 Messgerät und Messergebnis, Pol-Pol Konfiguration, kontinuierliche Rollwagenmessung, Messgeschwindigkeit: 35 Minuten/Grid (Burgusvormauer Eisenberg Grid 2)
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Dritter Versuch zur Messbeschleunigung Ziel: Verminderung des Rauschverhaltens bei Messungen mit der Roll-Messwagenkonstruktion im bewegten Zustand durch Anbringen von Gewichten. Aufschluss über den Einfluss der Elektroden-Eindringtiefe (Abb.4)
Konfiguration: Pol-Pol Konstruktion: Zweirad-Messwagen mit 18 Spike-Spießen/Rad Eine zweiadrige Leitung ins Unendliche Messvorgang: Messauslösung in der konstanten Bewegung so dass Messauslösung über Messpunkt erfolgt. Zusatzgewicht: 10 kg, Messfläche: ½ Grid Messgeschwindigkeit: ca.35min / Grid Ergebnis: Eine Erhöhung der Elektroden-Eindringtiefe durch Anbringen von Zusatzgewichten führt nicht zu einer Verbesserung des Rauschverhaltens. Dieses legt den Schluss nahe, dass ausschließlich die Bewegung der Elektroden während des Messvorganges für das starke Rauschen verantwortlich ist. (Vermutlich taucht während des eigentlichen Messvorganges mindestens ein Messspieß in den Boden ein und ein anderer Messspieß aus dem Boden aus.) Zur Bestätigung dieser Überlegung bietet sich ein letzter, vierter Versuch zur Messbeschleunigung an:
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Abb.4 Messgerät und Messergebnis, kontinuierliche Rollwagenmessung mit Zusatzgewichten Messgeschwindigkeit: 35 Minuten/Grid (Burgusvormauer Eisenberg Grid 2 linke Hälfte)
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Vierter Versuch zur Messbeschleunigung Ziel: Eine Messung mit der Roll-Messwagenkonstruktion bei der während der Messung der Wagen angehalten wird, müsste dem Versuch Nr. 1 vergleichbare, rauschfreie Ergebnisse liefern.
Konfiguration: Pol-Pol Konstruktion: Zweirad-Messwagen mit 18 Spike-Spießen/Rad Eine zweiadrige Leitung ins Unendliche Messvorgang: Messauslösung bei Stillstand so dass Messauslösung über Messpunkt erfolgt. Zusatzgewicht: 10 kg Messgeschwindigkeit: ca. 50min / Grid Ergebnis: Bei stillstehenden Elektroden entsteht ein ruhiges rauschfreies Bild, vergleichbar mit Versuch Nr. 1. Die Messgeschwindigkeit ist immer noch ca. 35% schneller als bei der konventionellen Zweispieß-Konstruktion.
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Abb.5 Vergleichsmessung, links kontinuierliche und rechts diskontinuierliche Rollwagenmessung mit Zusatzgewichten. Messgeschwindigkeit: links 35 Minuten/Grid, rechts 50 Minuten/Grid (Burgusvormauer Eisenberg Grid 2)
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ZusammenfassungDie kontinuierliche Geoelektrische Messung mit einer zweirädrigen Spikerad-Konstruktion ist möglich, jedoch problembehaftet, da die in Bewegung befindlichen Elektroden bei angestrebter Detailgenauigkeit zu störendem Rauschen führen. Die neue Messkonstruktion ermöglicht das Eliminieren der Elektroden-Umsetzzeit und ist zur Zeit doppelt so schnell wie eine konventionelle Zweispieß-Konstruktion. Die bisher schnellste Messgeschwindigkeit in der Literatur angegeben mit ca. 10.000 Messpunkten/Arbeitstag wurde auf über 20.000 erhöht. Zur Zeit wird die Messgeschwindigkeit durch die Elektronik des Messgerätes begrenzt. Eine weitere Erhöhung ist möglich. Die Messgeschwindigkeit der Geoelektrischen Prospektion in der Archäologie konnte durch das Projekt erhöht werden und scheint jetzt in einem für unser Vorhaben akzeptablen Bereich zu liegen. Die Auflösungsqualität/Bildqualität lässt jedoch bei der Prospektion feiner Strukturen noch zu wünschen übrig. Beim Einsatz ist je nach gewünschter Auflösungsqualität zwischen kontinuierlicher und diskontinuierlicher Anwendung zu wählen. Hier besteht noch Entwicklungsbedarf mit dem Ziel die bestehende Messgerätegeschwindigkeit rauschfrei umzusetzen. Über die Notwendigkeit dieser Weiterentwicklung wird erst nach ausführlichen Arbeitseinsätzen entschieden.
Auf Grund des vorwiegend „römischen“ Einsatzbereiches unseres Gerätes und in Anlehnung an die Pionierleistung der Herren M. Dabas, A. Hesse und A. Jolivet die 1987 mit einer, „RATEAU“ (Résistivimètre Auto-Tracté à Enregistrement AUtomatique) genannten, traktorgezogenen, quadratisch angeordneten Messkonstruktion der Geoelektrik die bisher schnellste Messgeschwindigkeit bescherten, haben wir unserem Beitrag zur Messgeschwindigkeitserhöhung der Geoelektrischen Prospektion in der Archäologie den Namen „ROMANA“ (ROllend MANuellgeführtes Aufzeichnungsgerät) gegeben. Der Nachbau durch interessierte Personen ist ausdrücklich erwünscht und wird, soweit es möglich ist, beratend unterstützt. Ulrich Kiesow Michael Voselek im Mai 2005 |
