AT509649B1

AT509649B1 - OPTO ELECTRONIC MEASUREMENT SYSTEM

Info

Publication number: AT509649B1
Application number: ATA480/2010A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dr Ullrich; Peter Dipl Ing Rieger; Rainer Ing Reichert; Martin Dipl Ing Dr Pfennigbauer
Original assignee: Riegl Laser Measurement Systems Gmbh
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-05-15
Also published as: AT509649A1

Abstract

Opto-elektronisches Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, weiters mit jeweils einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermittelt und aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Ablenkwinkeln der Scan-Einrichtung Punktwolken des Zielgebietes berechnet, wobei die Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen Konsole befestigt sind und im Inneren der Konsole (24) ein Trägheitsmesssystem (IMU) (41), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) (42), Rechner (43, 44) zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten, sowie eine programmierbare elektronische Steuerung samt allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten vorgesehen sind, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers, so dass das Vermessungssystem weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist.Opto-electronic surveying system with at least two laser scanners, each comprising an opto-electronic rangefinder according to a signal transit time method, further each having a scanning device for deflecting the optical axes of the transmitting and receiving device, further comprising an evaluation device consisting of the transit time the echo signals determines object distances and calculates point clouds of the target area from the measured distance values and the associated deflection angles of the scanning device, wherein the laser scanners are mounted on different areas of a common console and inside the console (24) an inertial measurement system (IMU) (41), Transmitter for satellite navigation devices (GNSS) (42), computers (43, 44) for evaluating and linking the data supplied by the various systems, as well as a programmable electronic control system including all components required for the operation, if necessary lls with the exception of an externally arranged power supply unit and a data storage, so that the surveying system is largely self-sufficient and fully automated.

Description

österreichisches Patentamt AT509 649 B1 2012-05-15Austrian Patent Office AT509 649 B1 2012-05-15

Beschreibung OPTOELEKTRONISCHES VERMESSUNGSSYSTEM.Description OPTOELECTRONIC MEASUREMENT SYSTEM.

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Vermessungssystem insbes. für das sogen, mobile Laser-Scanning oder mobile Mapping. Bei diesen Systemen werden Trägerfahrzeuge eingesetzt, auf welchen Laserscanner sowie eventuell digitale Foto- oder Videokameras montiert sind. Die Fahrzeuge verfügen darüber hinaus über eine Satellitennavigationseinrichtung GNSS zur Bestimmung der jeweiligen Position des Fahrzeuges sowie im Allgemeinen auch über ein Trägheitsmesssystem IMU, mit dessen Hilfe die exakte Ausrichtung des Trägerfahrzeuges im Raum ermittelt wird.The invention relates to an opto-electronic surveying system esp. For the so-called, mobile laser scanning or mobile mapping. In these systems carrier vehicles are used on which laser scanner and possibly digital photo or video cameras are mounted. The vehicles also have a satellite navigation device GNSS for determining the respective position of the vehicle and in general also an inertial measuring system IMU, with the aid of the exact alignment of the carrier vehicle is determined in space.

[0002] Ziel des mobile Mapping bzw. Laser-Scanning ist es 3D Darstellungen insbesondere von Städten zu erhalten, die in Fahrzeug-Navigationsgeräten eingesetzt werden bzw. am PC eine Fahrt oder einen Spaziergang durch eine virtuelle Stadt ermöglichen. Die mit diesen Geräten gewonnenen Daten können natürlich auch zur Abklärung städtebaulicher Fragen eingesetzt werden, insbesondere zur Beurteilung der Wirkungen von Neubauten in einem bestehenden Ensemble.The aim of the mobile mapping or laser scanning is to obtain 3D representations, in particular of cities that are used in vehicle navigation devices or on the PC allow a ride or a walk through a virtual city. The data obtained with these devices can of course also be used to clarify urban planning issues, in particular to assess the effects of new buildings in an existing ensemble.

[0003] Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen. Solche Entfernungsmesser verfügen über eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird. Ferner umfassen diese Entfernungsmesser Auswerteeinrichtungen, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermitteln.In particular, the invention relates to a surveying system comprising at least two laser scanners, each comprising an opto-electronic rangefinder according to a signal transit time method. Such rangefinders have a transmitting device for emitting laser pulses and a receiving device for receiving laser radiation, which is reflected by objects located in the target area. Furthermore, these rangefinders include evaluation devices that determine object distances from the propagation time of the echo signals.

[0004] Das Vermessungssystem verfügt des Weiteren über eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsstrahlenbündel im Wesentlichen koaxial verlaufen und die Scan-Einrichtung einen um eine Achse rotierenden Spiegel umfasst. Aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Winkeln des rotierenden Ablenkspiegels sowie den Daten der Positions-(GNSS) und Lage-Sensoren (IMU) können Punktwolken des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem ermittelt werden. Es ist schon vorgeschlagen worden, die Positions- und Lage-Sensoren voll in das System zu integrieren. Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden verschiedene Komponenten solcher Anlagen auf einer Plattform montiert, die ihrerseits am Trägerfahrzeug befestigt ist.The surveying system further has a scanning device for deflecting the optical axes of transmitting and receiving device, wherein the transmitting and receiving beams are substantially coaxial and the scanning device comprises a mirror rotating about an axis. From the measured distance values and the associated angles of the rotating deflection mirror as well as the data of the position (GNSS) and position sensors (IMU), point clouds of the target area can be determined in a world coordinate system. It has already been proposed to fully integrate the position and attitude sensors into the system. According to the known state of the art, various components of such systems are mounted on a platform, which in turn is fastened to the carrier vehicle.

[0005] Aus Sicherheitsgründen werden bei Betriebsunterbrechungen im Allgemeinen zumindest die außen am Trägerfahrzeug montierten Komponenten demontiert. Dieser Abbau und die neuerliche Montage sind jedoch relativ zeitraubend und, da die Anlage üblicherweise am Fahrzeugdach befestigt ist, schwierig durchzuführen.For safety reasons, at least the components mounted outside on the carrier vehicle are generally dismantled during service interruptions. However, this degradation and re-assembly are relatively time consuming and, since the system is usually attached to the vehicle roof, difficult to perform.

[0006] Bei der neuerlichen Installation des Systems ist es erforderlich die Komponenten wie Laserscanner, IMU, GNSS und ggf. Foto- bzw. Videokameras exakt auszurichten. Anschließend muss die Anlage vor jeder neuerlichen Inbetriebnahme in einem speziellen Fahrzyklus kalibriert werden. Für alle diese Arbeiten muss entsprechend qualifiziertes und damit relativ teures Personal eingesetzt werden.When re-installing the system, it is necessary to align the components such as laser scanner, IMU, GNSS and possibly photo or video cameras exactly. Afterwards, the system must be calibrated before every new commissioning in a special drive cycle. For all this work appropriately qualified and thus relatively expensive personnel must be used.

[0007] Ein weiteres Problem der bekannten Anlagen ist, dass die verschiedenen Komponenten wie Scanner und Kameras ein relativ hohes Gewicht aufweisen und insbesondere bei Anregung durch im Fährbetrieb unvermeidlichen Erschütterungen zu Schwingungen neigen. Diese Schwingungen verlaufen im Allgemeinen nicht nur translatorisch, sondern umfassen auch Drehbewegungen. Durch diese Bewegungen der einzelnen Komponenten kann es zu beträchtlichen Messfehlern kommen, die vor allem dann störend in Erscheinung treten, wenn verschiedene Komponenten zumindest Teile des Zielgebietes gleichzeitig erfassen.Another problem of the known systems is that the various components such as scanners and cameras have a relatively high weight and in particular tend to vibrate when excited by in-flight inevitable vibrations. These vibrations are generally not only translational, but also include rotational movements. These movements of the individual components can lead to considerable measurement errors, which are particularly troublesome when different components at least capture parts of the target area at the same time.

[0008] Es sind schon opto-elektronische Vermessungssysteme vorgeschlagen worden, bei 1 /12 österreichisches Patentamt AT509 649 B1 2012-05-15 welchen zwei Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen Konsole befestigt sind. An einer weiteren Fläche der Konsole sind Anschlussstücke zur Befestigung an einem Trägerfahrzeug vorgesehen. Schließlich können auf der Konsole Zusatzeinrichtungen wie Digital- und / oder Videokameras, Antennen etc. angebracht sein. Ein Trägheitsmesssystem (IMU) ist in das Gerät integriert. Die Konsole mit den verschiedenen Komponenten steht über ein Kabel mit der im Inneren des Trägerfahrzeuge angeordneten Steuereinheit und einem Bordrechner in Verbindung, die durch einen Operator bedient werden. Im Trägerfahrzeug ist ferner eine Satellitennavigationsanlage angeordnet, deren Daten gleichzeitig mit den Messdaten des Systems aufgezeichnet werden.Opto-electronic surveying systems have already been proposed, with which two laser scanners are mounted on different surfaces of a common console. On a further surface of the console fittings are provided for attachment to a carrier vehicle. Finally, additional equipment such as digital and / or video cameras, antennas etc. may be mounted on the console. An inertial measurement system (IMU) is integrated in the device. The console with the various components is connected via a cable with the arranged inside the carrier vehicle control unit and an on-board computer, which are operated by an operator. In the carrier vehicle, a satellite navigation system is also arranged, whose data are recorded simultaneously with the measured data of the system.

[0009] Dieses System hat gegenüber den eingangs beschriebenen Messsystemen durch seine kompakte Bauweise eine Reihe von Vorteilen.This system has a number of advantages over the measuring systems described above by its compact design.

[0010] Durch die vorliegende Erfindung kann dieses System weiter verbessert werden, was einerseits zu reduzierten Betriebskosten, andererseits durch seine universelle Einsatzmöglichkeit zu einer Verringerung der Investitionskosten führt.By the present invention, this system can be further improved, which on the one hand leads to reduced operating costs, on the other hand, by its universal application possibility to reduce investment costs.

[0011] Die Erfindung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass das System im, durch Deckel zugänglichen, Inneren der Konsole Anschlussstücke zur Befestigung und Ausrichtung von Navigationseinrichtungen, wie ein Trägheitsmesssystem (IMU), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) und Rechner zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten aufweist und dass im Inneren der Konsole ferner eine programmierbare elektronischen Steuerung samt allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten vorgesehen ist, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers, so dass das Vermessungssystem weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist.The invention is characterized essentially by the fact that the system in, accessible by the lid, interior of the console fittings for mounting and alignment of navigation devices, such as an inertial measurement system (IMU), evaluation for satellite navigation devices (GNSS) and computer for Evaluation and linking of the data supplied by the various systems and that in the interior of the console also a programmable electronic control is provided including all components required for operation, possibly with the exception of an externally arranged power supply unit and a data storage, so that the surveying system is largely self-sufficient and fully automated.

[0012] Durch die Möglichkeit, das System autark und vollautomatisch zu betreiben, ist die Bedienung durch einen hochqualifizierten Operator nicht erforderlich, der Führer des Trägerfahrzeuges kann, nach einer kurzen Einschulung, die Vermessungen selbständig durchführen, wodurch es zu einer deutlichen Reduktion der Betriebskosten, vor allem der Personalkosten kommt.The ability to operate the system autonomously and fully automatically, the operation by a highly qualified operator is not required, the leader of the host vehicle, after a short training, perform the surveys independently, resulting in a significant reduction in operating costs, especially the personnel costs.

[0013] Von Vorteil ist ferner, dass das Messsystem an jedem beliebigen Trägerfahrzeug einsetzbar ist, es erübrigt sich auch jede Adaption der entsprechenden Fahrzeuge. Neben der bekannten Verwendung von PKWs oder Pick-Ups als Trägerfahrzeug kann das System auf Booten bzw. Schiffen, an Hubschraubern oder Flächenflugzeugen, auf Kettenfahrzeugen z. B. Pistengeräten, an Schienenfahrzeugen etc. eingesetzt werden. Im Extremfall ist es auch möglich, das System an handgeführten Wagen einzusetzen, wenn es etwa darum geht Parkanlagen, archäologische Ausgrabungsfelder oder Baustellen zu vermessen. Es ist nicht erforderlich, für verschiedene Messaufgaben unterschiedliche Systeme einsetzen, es ist vielmehr möglich, mit einem einzigen System gemäß der Erfindung alle oben angeführten Einsatzmöglichkeiten abzudecken, wodurch sich auch entsprechend reduzierte Investitionskosten ergeben.A further advantage is that the measuring system can be used on any carrier vehicle, it is also unnecessary any adaptation of the corresponding vehicles. In addition to the known use of cars or pick-ups as a carrier vehicle, the system can be used on boats or ships, on helicopters or surface aircraft, on tracked vehicles z. As piste equipment, rail vehicles, etc. are used. In extreme cases, it is also possible to use the system on hand-guided vehicles when it comes to measuring parks, archaeological excavation fields or construction sites. It is not necessary to use different systems for different measuring tasks, it is rather possible to cover with a single system according to the invention all the above-mentioned applications, resulting in correspondingly reduced investment costs.

[0014] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn an den Laserscannern und vorzugsweise auch an den Zusatz-Aggregaten Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Datenleitungen vorgesehen sind, die bei montierten Scannern bzw. eventuellen Zusatzaggregaten direkt in die entsprechenden Gegenstecker an den Montageflächen der Konsole einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.Further advantages are obtained when multiple plugs for the power supply, the control and the data lines are provided on the laser scanners and preferably also on the additional aggregates, which are directly mounted in the corresponding mating connector on the mounting surfaces of the mounted scanners or any additional aggregates Engage the console and establish the electrical connections.

[0015] Vorteilhaft sind an der Konsole auch Vielfachstecker für die Stromversorgung und für Datenleitungen vorgesehen, die bei auf einem Trägerfahrzeug od. dgl. montierter Konsole direkt in die entsprechenden Gegenstecker an der Montagefläche des Trägerfahrzeuges einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.Advantageously, multiple connectors for the power supply and data lines are provided on the console, which od when mounted on a carrier vehicle. Like. Mounted console directly into the corresponding mating connector on the mounting surface of the carrier vehicle and produce the electrical connections.

[0016] Weitere Vorteile können sich ergeben, wenn die Antriebe der rotierenden Ablenkspiegel synchronisiert sind, wobei die Ablenkspiegel gegebenenfalls auch in einer definierten Phasenbeziehung umlaufen.Further advantages may result if the drives of the rotating deflection mirror are synchronized, wherein the deflection mirror may also circulate in a defined phase relationship.

[0017] Die Konsole kann als Schweiß- oder als Schraubkonstruktion hergestellt werden. Be- 2/12 österreichisches Patentamt AT 509 649 B1 2012-05-15 sondere Vorteile ergeben sich jedoch wenn sie aus Leichtmetallguss, insbes. aus Aluminium oder Magnesium bzw. aus Legierungen derselben besteht.The console can be manufactured as a welded or screwed construction. However, special advantages arise when they are made of light metal casting, esp. Of aluminum or magnesium or alloys thereof.

[0018] Bei der Verarbeitung der von den Laserscannern gelieferten Daten in einem Rechner kann eine Punktwolke des Zielgebietes in einem Konsolen-bezogenen Koordinatensystem berechnet werden. Parallel hierzu wird aus den Daten des Trägheitsmesssystems IMU und der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem beschreibt, wobei aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird und die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, Konsolenbezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt.When processing the data supplied by the laser scanners in a computer, a point cloud of the target area can be calculated in a console-related coordinate system. Parallel to this, a trajectory or trajectory is determined from the data of the inertial measurement system IMU and the satellite navigation device GNSS, which describes the position and position in a world coordinate system assumed by the console at any time during a measurement run of the surveying system, wherein the output signals of the laser scanner and the trajectory a resulting point cloud of the target area is calculated in a world coordinate system and the calculation of the trajectory and the linkage of the same with the console-related data supplied by the console preferably takes place offline.

[0019] Wesentliche Vereinfachungen in der Auswertung ergeben sich, wenn aus den von den Laserscannern und dem Trägheitsmesssystem IMU gelieferten Daten in einem Rechner eine Punktwolke des Zielgebietes in einem IMU-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und aus den Daten der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem beschreibt. Aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie wird anschließend eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet, wobei die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, IMU-bezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt.Significant simplifications in the evaluation are obtained when calculated from the data supplied by the laser scanners and the inertial IMU data in a computer, a point cloud of the target area in an IMU-related coordinate system and from the data of the satellite navigation device GNSS a trajectory or trajectory determining which position and position in a world coordinate system are taken by the console at any time during a measurement run of the surveying system. From the output signals of the laser scanner and the trajectory, a resulting point cloud of the target area is then calculated in a world coordinate system, wherein the calculation of the trajectory and the linking of the same with the supplied from the console, IMU-related data is preferably done offline.

[0020] Um zu vermeiden, dass bei geringen Geschwindigkeiten des Trägerfahrzeuges bzw. bei Stillstand desselben große, nicht benötigte Datenmengen aufgezeichnet werden, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels des Satellitennavigationssystem GNSS und bzw. oder des Trägheitsmesssystem IMU die Fahrgeschwindigkeit des Trägerfahrzeuges bestimmt und in Abhängigkeit von dieser die mittlere Pulsrate des Laser-Entfernungsmesser und bzw. oder die Rotationsgeschwindigkeit des Ablenkspiegels verändert.In order to avoid that recorded at low speeds of the host vehicle or at standstill same large, unnecessary data volumes, the driving speed of the host vehicle is determined in an advantageous embodiment of the invention by means of the satellite navigation system GNSS and or or the inertial IMU as a function of this, the average pulse rate of the laser rangefinder and / or the rotational speed of the deflection mirror changed.

[0021] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further features of the invention will become apparent from the description of some embodiments and with reference to the drawings.

[0022] Die Fig. 1 zeigt zum Stand der Technik als Beispiel einen bekannten 360°Fig. 1 shows the prior art as an example a known 360 °

Profil-Laserscanner (2D-Laserscanner) im Längsschnitt wie er in der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt werden kann.Profile laser scanner (2D laser scanner) in longitudinal section as it can be used in the inventive arrangement.

[0023] Die Figuren 2 und 3 zeigen in zwei verschiedenen Ansichten die neue Messeinrich tung.Figures 2 and 3 show in two different views, the new Messeinrich device.

[0024] In der Figur 4 ist eine Ansicht der Basisfläche eines Laserscanners dargestellt, mit welcher dieser an der Konsole anliegt.4 shows a view of the base surface of a laser scanner is shown, with which this rests on the console.

[0025] An Hand der Blockschaltbilder gemäß den Figuren 5 und 6 werden alternative Auswerteverfahren des Messsystems erläutert.With reference to the block diagrams of Figures 5 and 6 alternative evaluation of the measuring system will be explained.

[0026] Der in Fig. 1 dargestellte Laserscanner 1 umfasst einen Laser-Entfernungsmesser, der nach entsprechender Ansteuerung durch den Transmitter 3 über eine Laserdiode 2 einen kurzzeitigen Laserimpuls bzw. eine Impulsfolge aussendet. Der scharf gebündelte Strahl wird in einem Rohr 4 geführt und tritt durch den zentralen Teil einer Korrekturlinse 5 aus dem Entfernungsmesser aus. Die von den Objekten im Zielraum reflektierte Laserstrahlung tritt durch den peripheren Teil der Korrekturlinse 5 wieder in den Entfernungsmesser ein und wird in dem Rohr 6 zu einer Sammellinse 7 geführt, welche die Strahlung auf eine Fotodiode 8 fokussiert. Die Echosignale werden in der Empfangs- und Auswerteeinheit 9 verstärkt und digitalisiert. Aus der zeitlichen Differenz zwischen der Aussendung eines Impulses und dem Eintreffen des entsprechenden Echoimpulses wird die Impulslaufzeit und schließlich die Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser und dem jeweiligen Ziel berechnet. 3/12 österreichisches Patentamt AT509 649B1 2012-05-15 [0027] Der Laserscanner 1 verfügt ferner über eine Ablenkeinheit, die einen Spiegel 10 umfasst, der mit hoher Geschwindigkeit um die Achse 11 rotiert. Durch den Spiegel 10 wird das aus Sende- und Empfangsstrahlen gebildete koaxiale Strahlenbündel um 90“abgelenkt und tritt durch ein ortsfestes zylindrisches Glasfenster 12 aus dem Gerät 1 aus. Die vom Spiegel 10 abgelenkte optische Achse 13 der koaxialen Sende-und Empfangsstrahlen beschreibt bei Rotation des Spiegels 10 eine Ebene. Zwischen der Sende- und Empfangsdiode 2 bzw. 8 und dem rotierenden Spiegel 10 ist die optische Achse der koaxialen Strahlenbündel identisch mit der Rotationsachse 11 des Spiegels 10.The laser scanner 1 shown in FIG. 1 comprises a laser rangefinder, which emits a short-term laser pulse or a pulse train after appropriate activation by the transmitter 3 via a laser diode 2. The sharply focused beam is guided in a tube 4 and exits through the central part of a correction lens 5 from the rangefinder. The laser radiation reflected by the objects in the target space re-enters the rangefinder through the peripheral part of the correction lens 5 and is guided in the tube 6 to a converging lens 7, which focuses the radiation onto a photodiode 8. The echo signals are amplified and digitized in the receiving and evaluating unit 9. From the time difference between the emission of a pulse and the arrival of the corresponding echo pulse, the pulse duration and finally the distance between the rangefinder and the respective target is calculated. The laser scanner 1 also has a deflection unit, which comprises a mirror 10, which rotates at high speed about the axis 11. Through the mirror 10, the coaxial radiation beam formed by transmitting and receiving beams is deflected by 90 "and exits through a stationary cylindrical glass window 12 from the device 1. The deflected by the mirror 10 optical axis 13 of the coaxial transmit and receive beams describes upon rotation of the mirror 10 is a plane. Between the transmitting and receiving diode 2 or 8 and the rotating mirror 10, the optical axis of the coaxial beam is identical to the axis of rotation 11 of the mirror 10th

[0028] Der Spiegel 10 ist im Rohr 6 befestigt, das mit Wälzlager 15, 16 im Gerät 1 gelagert ist. Mit 17 ist ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, mit 18 ein Winkeldecoder, der die jeweilige Winkel Stellung des Scanmechanismus misst. Die Signale dieses Winkeldecoders 18 werden ebenfalls der Empfangs- und Auswerteeinheit zugeführt, so dass zu jedem Entfernungsmesswert der zugehörige Ablenkwinkel registriert werden kann. Das System arbeitet damit als ein 360°2D Laserscanner.The mirror 10 is fixed in the tube 6, which is mounted with roller bearings 15, 16 in the device 1. Denoted at 17 is an electric drive motor, at 18 an angle decoder which measures the respective angular position of the scanning mechanism. The signals of this angle decoder 18 are also fed to the receiving and evaluating unit, so that the associated deflection angle can be registered for each distance measured value. The system works as a 360 ° 2D laser scanner.

[0029] In den Figuren 2 und 3 ist eine mobile Laserscanning-Anlage in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt, die mit zwei Laserscannern 1 und 20 gemäß der Fig. 1 ausgerüstet ist. Die Scanner 1 und 20 sind an den Seitenflächen 22 und 23 einer Konsole 24 so befestigt, dass sich die Rotationsachsen 11 und 21 unter einem Winkel ß schneiden. Die Konsole 24 ist an einem nicht dargestellten Trägerfahrzeug so montiert, dass die, durch die beiden Rotationsachsen 11 und 21 aufgespannte, Ebene mit der Horizontalen 25 einen Winkel α einschließt. Die vertikale Ebene, welche die Winkelsymmetrale 26 der beiden Rotationsachsen 11 und 21 enthält, schneidet die Horizontale 25 in einer Geraden 27, die parallel zur Längsachse des Trägerfahrzeuges bzw. dessen Bewegungsvektor 28 verläuft.In Figures 2 and 3, a mobile laser scanning system is shown in two different views, which is equipped with two laser scanners 1 and 20 as shown in FIG. The scanners 1 and 20 are fixed to the side surfaces 22 and 23 of a bracket 24 so that the rotation axes 11 and 21 intersect at an angle ß. The bracket 24 is mounted on a carrier vehicle, not shown, so that the, spanned by the two axes of rotation 11 and 21, plane with the horizontal 25 forms an angle α. The vertical plane, which contains the angular symmetry 26 of the two axes of rotation 11 and 21, intersects the horizontal 25 in a straight line 27 which runs parallel to the longitudinal axis of the carrier vehicle or its motion vector 28.

[0030] An der Deckfläche 29 der Konsole 24 ist die Antenne 30 einer Satellitennavigationseinrichtung GNSS sowie ein Tragegriff 31 montiert. Bevorzugt werden an dieser Fläche allfällige weitere Zusatzeinrichtungen wie z.B. Digital-Foto-und / oder Videokameras montiert. Die Konsole 24 ist mit einer Schwalbenschwanzführung 32 an einer am Trägerfahrzeug montierten Halterung (nicht dargestellt) befestigt und entsprechend ausgerichtet. Die Fixierung in der Schwalbenschwanzführung 32 erfolgt mit den beiden Schrauben 33.On the top surface 29 of the console 24, the antenna 30 of a satellite navigation device GNSS and a carrying handle 31 is mounted. Preference is given to this surface any further ancillary equipment such. Digital photo and / or video cameras mounted. The bracket 24 is attached to a support (not shown) mounted on the carrier vehicle with a dovetail guide 32 and aligned accordingly. The fixation in the dovetail guide 32 takes place with the two screws 33.

[0031] In der dargestellten Version ist die Konsole 24 als eine kombinierte Schweiß- und Schraubkonstruktion ausgeführt: ein aus Winkelprofilen verschweißter räumlicher Rahmen wird mit Blechplatten verkleidet, die unter Beilage von Dichtungen mit dem Rahmen verschraubt werden. Die sehr gut zugängliche Platte 34 kann nach Lösen der Schrauben abgenommen werden und ermöglicht den freien Zugang zum Konsoleninneren. In diesem ist mit entsprechend starren Halterungen ein Trägheitsmesssystem IMU sowie die Satellitennavigationseinrichtung GNSS montiert. Im Konsoleninneren ist ferner ein Bordrechner vorgesehen, der die von den beiden Scannern 1 und 20 gelieferten Signale zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verarbeitet. Alternativ kann sich der Bordrechner auch in einer Steuerungseinheit im Fahrgastraum oder Kofferraum oder auf der Ladefläche des Trägerfahrzeugs befinden.In the illustrated version, the console 24 is designed as a combined welding and screw: a welded from angle profiles spatial frame is covered with metal plates, which are bolted to the frame with the addition of seals. The easily accessible plate 34 can be removed after loosening the screws and allows free access to the console interior. In this, an inertial measuring system IMU and the satellite navigation system GNSS are mounted with correspondingly rigid holders. In addition, an on-board computer is provided in the console interior, which processes the signals supplied by the two scanners 1 and 20 into a data set or a point cloud. Alternatively, the on-board computer can also be located in a control unit in the passenger compartment or boot or on the back of the host vehicle.

[0032] Wie insbesondere in der Fig. 3 gezeigt ist, sind an den Seitenflächen der Konsole 24 eine Reihe von Steckern angeordnet. Diese Stecker dienen einerseits zur Verbindung der beiden Scanner mit den Elektronikeinheiten in der Konsole sowie zur Energieversorgung der Scanner, andererseits zur Verbindung der Konsole mit dem Trägerfahrzeug, insbes. zur Steuerung des Messvorganges, zum Auslesen der in den Speichern des Bordrechners abgelegten Daten sowie zur Energieversorgung der Konsole.As shown particularly in Fig. 3, a number of plugs 24 are arranged on the side surfaces of the console. These connectors are used on the one hand to connect the two scanners with the electronic units in the console and to power the scanner, on the other hand to connect the console with the carrier vehicle, esp. For controlling the measurement process, for reading the data stored in the memory of the on-board computer and the power supply the console.

[0033] Der Bordrechner kann ferner Software enthalten, die einen automatisierten Betrieb des mobilen Messsystems ermöglicht. Bei entsprechender Ausrüstung der Konsole kann diese auch weitgehend autark betrieben werden. Im Allgemeinen werden zum Betrieb nur eine externe Energieversorgung und gegebenenfalls ein externer Datenspeicher erforderlich sein.The on-board computer may further include software that enables automated operation of the mobile measuring system. With appropriate equipment console this can also be operated largely independently. In general, only an external power supply and possibly an external data storage will be required for operation.

[0034] In der Fig. 4 ist ein Laserscanner 1 gezeigt und zwar von der Basisseite aus gesehen. Mit 35 ist der Flansch bezeichnet, mit welchem der Sockel 38 (Fig. 2) des Scanners 1 an der 4/12 österreichisches Patentamt AT509 649B1 2012-05-15 entsprechenden Montagefläche 22 bzw. 23 der Konsole 24 verschraubt ist. Zwischen dem Flansch und der Montagefläche ist eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen. Mit 36 und 37 sind Passbohrungen im Flansch 35 bezeichnet, die mit entsprechenden Passstiften an den Montageflächen korrespondieren und nach Anziehen der Befestigungsschrauben gewährleisten, dass der Scanner an der Konsole 24 stets eine exakt definierte Position einnimmt. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Version sind die Anschlussstecker des Scanners im Innenraum des Sockels 38 angeordnet. Die Kabelverbindungen werden vor der Montage des Scanners hergestellt, die Stecker und Kabel sind dann während des Betriebes gegen Umwelteinflüsse und mechanische Beschädigungen geschützt.4, a laser scanner 1 is shown, viewed from the base side. 35 designates the flange with which the base 38 (FIG. 2) of the scanner 1 is screwed to the mounting surface 22 or 23 of the bracket 24 corresponding to the corresponding mounting surface 22 and 23 of the Austrian patent office AT509 649B1 2012-05-15. Between the flange and the mounting surface a seal, not shown, is provided. With 36 and 37 fitting holes are indicated in the flange 35, which correspond with corresponding dowel pins on the mounting surfaces and ensure after tightening the mounting screws that the scanner on the console 24 always occupies a well-defined position. In contrast to the version described above, the connector plugs of the scanner are arranged in the interior of the base 38. The cable connections are made before mounting the scanner, the plugs and cables are then protected during operation against environmental influences and mechanical damage.

[0035] Alternativ zu dieser Lösung kann im Innenraum des Scanners ein Vielfachstecker angeordnet sein, der mit einem Gegenstecker in der Montagefläche der Konsole 24 korrespondiert und bei der Montage des Scanners in diesen einrastet.As an alternative to this solution may be arranged in the interior of the scanner a multiple plug, which corresponds to a mating connector in the mounting surface of the console 24 and engages in the assembly of the scanner in this.

[0036] Wird die Konsole 24 an der am Trägerfahrzeug angeordneten Halterung nicht mit einer Schwalbenschwanzführung ausgerichtet und befestigt, sondern in analoger Weise mit Passstiften od. dgl. so können auch in diesem Bereich ähnlich wie oben beschrieben die Stecker und Verbindungskabel geschützt angeordnet oder durch Vielfachstecker ersetzt werden.If the console 24 is not aligned and fixed to the support vehicle arranged on the holder with a dovetail guide, but od in an analogous manner with dowel pins. Like. So in this area similar to the above described the plug and connection cable arranged protected or by multiple plug be replaced.

[0037] An Hand der Figuren 5 und 6 werden im Folgenden zwei verschiedene Strategien zur Verknüpfung der Daten der verschiedenen Komponenten des Vermessungssystems erläutert. Die von den Scannern abgeleiteten Daten werden im Bordrechner 44 zu Datensätzen verknüpft und sind den einzelnen Punkten der Bahnkurve (Trajektorie) des Trägerfahrzeuges bzw. der Konsole 24 zugeordnet.With reference to FIGS. 5 and 6, two different strategies for linking the data of the various components of the surveying system will be explained below. The data derived from the scanners data are linked in the on-board computer 44 to records and are the individual points of the trajectory (trajectory) of the host vehicle or the console 24 assigned.

[0038] Gemäß der Fig. 5 werden die Signale der beiden Scanner 1 und 20 im Bordrechner 44 zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verknüpft, die sich auf ein auf die Konsole bezogenes Koordinatensystem beziehen. Auf der anderen Seite wird aus den Signalen der Satellitennavigationseinheit GNSS und der Trägheitsmesseinrichtung IMU mit dem Rechner 43 eine Trajektorie berechnet, die zu jedem Punkt derselben die Ausrichtung der Konsole bzw. des Trägerfahrzeugs in einem Weltkoordinatensystem angibt. Die vom Rechner 43 ermittelte Trajektorie wird mit den vom Bordrechner 44 berechneten Datensätzen in einem zusätzlichen Rechner 45 zu einer Gesamtpunktwolke verknüpft. Der Rechner 45 kann extern angeordnet sein, die entsprechenden Berechnungen können auch offline durchgeführt werden. Alternativ können der Bordrechner 44 und der zusätzliche Rechner 45 auch zusammenfallen und die entsprechenden Aufgaben von diesem gemeinsamen Rechner parallel oder sequenziell abgearbeitet werden.5, the signals of the two scanners 1 and 20 are linked in the on-board computer 44 to a data set or a point cloud, which relate to a reference to the console coordinate system. On the other hand, from the signals of the satellite navigation unit GNSS and the inertia measuring device IMU with the computer 43, a trajectory is calculated, which at each point of the same indicates the orientation of the console or the host vehicle in a world coordinate system. The trajectory determined by the computer 43 is linked to the data sets calculated by the on-board computer 44 in an additional computer 45 to form an overall point cloud. The computer 45 can be arranged externally, the corresponding calculations can also be carried out offline. Alternatively, the on-board computer 44 and the additional computer 45 can also coincide and the corresponding tasks are processed by this common computer in parallel or sequentially.

[0039] Gemäß Fig. 6 kann die weitere Datenverarbeitung vereinfacht werden, wenn die Datensätze vom Bordrechner 44 in einem Koordinatensystem dargestellt werden, dessen Achsen von der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 vorgegeben werden und die parallel zu den Achsen des Weltkoordinatensystems verlaufen. Im Allgemeinen werden diese Datensätze in einem Speicher des Rechners 44 bzw. einem entsprechenden externen Speicher abgelegt.6, the further data processing can be simplified if the data sets are represented by the on-board computer 44 in a coordinate system whose axes are specified by the inertial measuring device IMU 41 and which run parallel to the axes of the world coordinate system. In general, these data sets are stored in a memory of the computer 44 or a corresponding external memory.

[0040] Zu jedem Datensatz werden in einem Speicher des Rechners 43 die zugehörigen, von der GNSS-Einrichtung 42, gelieferten Positionsdaten gespeichert. Diese beschreiben in ihrer Gesamtheit eine Bahnkurve (Trajektorie) des Messsystems bzw. des Trägerfahrzeuges im Weltkoordinatensystem. Durch Verknüpfung der Messdatensätze mit den zugehörigen Punkten der Trajektorie wird eine Gesamtpunktwolke im Weltkoordinatensystem berechnet. Eine solche Gesamtpunktwolke kann sich z.B. auf einen ganzen Stadtteil beziehen. Grundsätzlich kann auch diese Berechnung durch den Bordrechner 44 der Konsole 24 online erfolgen. Im Hinblick auf die großen Datenmengen und dem erheblichen Rechenaufwand werden diese Berechnungen bevorzugt in einem externen Rechner 45 offline durchgeführt.For each data record, the associated position data supplied by the GNSS device 42 are stored in a memory of the computer 43. These describe in their entirety a trajectory of the measuring system or of the carrier vehicle in the world coordinate system. By linking the measurement data sets with the corresponding points of the trajectory, an overall point cloud is calculated in the world coordinate system. Such a total point cloud may be e.g. refer to a whole district. Basically, this calculation can be done online by the on-board computer 44 of the console 24. In view of the large amounts of data and the considerable computational effort, these calculations are preferably carried out offline in an external computer 45.

[0041] Das Messsystem gemäß der Fig. 6 verfügt über einen weiteren Rechner 46, der aus den von dem Navigationssystem GNSS 42 und / oder der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 gelieferten Signalen die Momentangeschwindigkeit der Konsole 24 bzw. des Trägerfahrzeugs ermittelt. Um auch in Tunnels oder engen Straßenschluchten, in welchem keine Satellitensignale verfügbar sind, die Fahrgeschwindigkeit mit entsprechender Genauigkeit ermitteln zu können, 5/12The measuring system according to FIG. 6 has a further computer 46 which determines from the signals supplied by the navigation system GNSS 42 and / or the inertia measuring device IMU 41 the instantaneous speed of the console 24 or of the carrier vehicle. In order to be able to determine the driving speed with corresponding accuracy in tunnels or narrow canyons in which satellite signals are not available, 5/12

Claims

It may be advantageous to additionally derive speed signals from a wheel sensor 48 of the carrier vehicle and to feed them to the computer 46. Alternatively, this data of the wheel sensor 48 can also be supplied to the computer 43. The mobile survey is carried out in the normal traffic flow. The sampling rate is adapted to the maximum speed of, for example, 50 km / h. If the driving speed has to be reduced due to traffic conditions or speed restrictions, or if the carrier vehicle has to stop at a traffic light or at a railway station barrier, large amounts of data will continue to be generated which burden the system but do not provide any additional information. To avoid this, the scanners 1 and 20 are supplied with a reduced speed or standstill of the host vehicle from the computer 46, a command for reducing the sampling rate or to interrupt the measurement. A limitation of the sampling rate may also be expedient in certain angular ranges of the scanning by the 360 ° scanner. Thus, in the areas in which the ground or the sky is scanned, the sampling rate can be significantly reduced without loss of information. The invention is not limited to the examples described above. Thus, any other 360 ° 2D scanner can be used instead of the scanner shown in the drawing. The console may have a different geometric configuration and be manufactured in different technologies. Also, the scanners need not be arranged so that their axes of rotation intersect. Instead, they can be arranged on the console in such a way that the rotation axes of the scanners are skewed. In this case, the angles α and β are defined by parallel to the axes of rotation. 1. Opto-electronic surveying system esp. For the so-called, mobile laser scanning with at least two laser scanners, each comprising an opto-electronic rangefinder according to a signal transit time method, with a transmitting device for emitting laser pulses and a receiving device for receiving of laser radiation which is reflected by objects located in the target area, further each with a scanning device for deflecting the optical axes of the transmitting and receiving device, further comprising an evaluation device which determines object distances from the propagation time of the echo signals and from the measured distance values and associated scanning angles of the scanning device calculates point clouds of the target area, wherein the laser scanners are mounted on different surfaces of a common console, which is designed as a prismatic or pyramid or truncated pyramidal hollow body and at least one surface d he bracket connecting pieces are provided for attachment to a carrier vehicle or on a holder mounted thereon, wherein position and position sensors of a navigation device are fully integrated in the surveying system and preferably on a further surface of the console connecting pieces for attachment of ancillary equipment such as digital and / or video cameras, antennas, etc. are attached, characterized in that in, by cover (34) accessible, interior of the console (24) connecting pieces for mounting and alignment of the navigation devices, such as the inertial measurement system (IMU) (41), evaluation electronics for Satellite navigation devices (GNSS) (42) and computers (43, 44) are provided for the evaluation and linking of the data supplied by the various systems and that inside the console is also provided a programmable electronic control including all components required for operation, if necessary m it exception of an externally arranged power supply unit and a data storage, so that the surveying system is largely self-sufficient and fully automated use. 6/12 Austrian Patent Office AT509 649 B1 2012-05-15

2. Opto-electronic surveying system according to claim 1, characterized in that on the laser scanners (1,20) and preferably also on the additional aggregates multiple plugs for the power supply, the control and the data lines are provided with the mounted scanners (1, 20) or any additional aggregates (30) directly into the corresponding mating connector on the mounting surfaces (22,23 and 29) of the console (24) engage and produce the electrical connections.

3. Opto-electronic surveying system according to claim 1 or 2, characterized in that on the console (24) multiple plugs for the power supply and data lines are provided, the od in a carrier vehicle. Like. Mounted console (24) directly into the corresponding Engage mating connector on the mounting surface of the carrier vehicle and produce the electrical connections.

4. Opto-electronic surveying system according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the scanning devices comprise rotating deflecting mirrors (10), wherein the drives are synchronized and the deflecting mirrors (10) optionally also rotate in a defined phase relationship.

5. A method for the so-called.mobile laser scanning with an optoelectronic measuring system with at least two laser scanners, each comprising an optoelectronic rangefinder according to a signal transit time method, with a transmitting device that emits laser pulses and a receiving device that in the target area Laser radiation receives reflected objects, the optical axes of the transmitting and receiving device are deflected by a respective scanning device and determined from the duration of the echo signals in an evaluation object distances and from the measured distance values and the associated deflection angles of the scanning device and from the data of fully integrated position and position sensors (INS), point clouds of the target area are calculated, the laser scanners are mounted on a common console, characterized in that from the laser scanners (1,20) supplied data in a, im In A console of the console (44) a point cloud of the target area is calculated in a console-related coordinate system and that from the data of the inertial measurement system IMU (41) and the satellite navigation device GNSS (42) in a conventional manner, a trajectory or trajectory is determined, which describes the positions and positions assumed in a world coordinate system during a measuring movement of the surveying system by the console (24), wherein a point cloud from the console-related data set and from the trajectory a resulting point cloud of the target area in a world coordinate system is calculated, this combination of the two Records preferably done offline.

6. A method for so-called, mobile laser scanning with an opto-electronic surveying system with at least two laser scanners, each comprising an optoelectronic rangefinder according to a signal transit time method, with a transmitting device that emits laser pulses and a receiving device of the target area Reflected laser radiation received, the optical axes of the transmitting and receiving device are deflected by a respective scanning device and determined from the duration of the echo signals in an evaluation object distances and from the measured distance values and the associated deflection angles of the scanning device, and the data of fully integrated position and position sensors (INS) are calculated point clouds of the target area, wherein the laser scanners are mounted on a common console, characterized in that from the laser scanners (1,20) and the inertial measurement system IMU (41 ) is calculated in a computer (44) a point cloud of the target area in an IMU-related coordinate system and that from the data of the satellite navigation device GNSS (42) a trajectory or trajectory is determined, which in a test drive of the surveying system of the console (24) each position taken in a world coordinate system describes, calculated from the IMU-related data set of the point cloud and from the trajectory a resulting point cloud of the target area in a world coordinate system and this linkage of the two data sets preferably takes place offline.

7. A method for so-called mobile laser scanning according to one of the claims 5 and 6, characterized in that by means of the satellite navigation system GNSS (42) and / or the inertial measurement system IMU (41) determines the driving speed of the carrier vehicle in a conventional manner and as a function of this, the average pulse rate of the laser rangefinder and / or the deflection speed of the scanning device (10) is changed so that the surveying system can be used autonomously and fully automatically. 4 sheets of drawings 8/12