CN105606077A - 大地测量系统 - Google Patents

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Abstract

大地测量系统。一种测量系统具有用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元(1)，并且具有用于在该坐标系统中限定测量点(5)和/或在该坐标系统中确定测量点(5)的位置的移动测量单元(2)，该测量系统包括控制单元(10-12)，该控制单元(10-12)用于使得用户(3)能够控制该测量系统在测量环境(9)中的测量任务，以便获取包括至少一个测量点的空间坐标的测量任务数据，该测量系统适合于捕获和/或接收所述测量环境的环境数据(70、80)，所述控制单元包括处理器单元、数据存储单元以及用于向用户显示所述测量任务数据的可视化的电子图形显示器(15)。

Description

大地测量系统
技术领域
本发明涉及测量系统，该测量系统具有用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元，特别是经纬仪或全站仪，并且具有配备有测量杆(pole)的、用于在限定的坐标系统中限定测量点和/或在限定的坐标系统中确定测量点的位置的移动测量单元。该测量系统具有适合于动态地显示测量环境的3D模型的控制单元。
背景技术
自古以来已经知道用于测量一个或更多个测量点的各种大地测量装置。在这种情况下，作为标准，记录空间数据、距离和方向、或者从测量装置到要测量的测量点之间的角度。具体地，与可能存在的参照点一起来获取测量装置的绝对位置。
这种大地测量装置的广泛已知的示例包括经纬仪、视距仪或全站仪，它们也被称为电子视距仪或计算机视距仪。例如在公布文献EP1686350中描述了现有技术的大地测量仪器。这些装置具有电传感器角度和距离测量功能，其使得能够确定到选择的目标的方向和距离。在这种情况下，在装置的内部参照系统中确定角度和距离量，并且对于绝对位置确定，还可能需要与外部参照系统关联。
在许多大地测量应用中，通过在多个点处设置特别配置的目标物体来测量所述多个点。这些点通常包括具有可对准标记的杆或者用于限定测量距离或测量点的反射器。使用中心大地测量装置，因此能够测量甚至相对大量的目标物体，尽管这需要识别这些目标物体。在这些测量任务中，为了控制测量处理并且建立或注册测量参数，需要在目标物体(尤其是目标物体处的手持数据获取装置)与中心测量装置之间发送各种数据、指令、字和其它信息。这些数据的示例为目标物体的识别、杆的倾度、反射器在地面之上的高度、反射器常数或者诸如温度或空气压力这样的测量值。
现代全站仪具有用于数字化后处理并且存储获取的测量数据的微处理器。该装置通常按紧凑且集成的设计来制造，通常同轴距离和角度测量元件以及计算、控制和存储单元集成在一个装置中。根据全站仪的发展水平，集成有用于使对准光学单元机动化的装置、用于无反射器距离测量的装置、用于自动目标搜索和跟踪的装置以及用于远程控制整个装置的装置。此外，从现有技术已知的全站仪还具有用于建立到外部外围组件(例如，到数据获取装置)的无线电链路的无线电数据接口，其具体地可以被形成为手持数据记录器、远程控制单元、阵列处理器、笔记本计算机、小型计算机或PDA。借助于数据接口，能够输出由全站仪获取并存储的测量数据以在外部后处理，能够将外部获取的测量数据读入全站仪以供存储和/或后处理，能够输入或输出用于远程控制全站仪的远程控制信号或者特别是在移动领域使用的另一外部组件的远程控制信号，并且能够将控制软件传送到全站仪中。
为了瞄准(sighting)或者对准(targeting)要测量的测量点，根据一般类型的大地测量装置包括例如作为瞄准装置的对准望远镜，例如光学望远镜。对准望远镜通常能够围绕垂直轴以及围绕相对于测量装置的基底的水平倾斜轴旋转，使得该望远镜能够通过旋转和倾斜而朝向要测量的点定向。除了光学观看通道以外，现代装置通常具有集成在对准望远镜中的相机，并且例如同轴地或平行地定向，以获取图像，在该情况下，所获取的图像可以具体地被表示为显示/控制单元的显示器上和/或用于远程控制例如数据记录器或远程控制单元的外围装置的显示器上的实时图像。在这种情况下，瞄准装置的光学单元可以具有手动聚焦(例如，用于改变聚焦光学单元的位置的调整螺钉)或者自动聚焦，聚焦位置例如通过伺服电机来改变。例如从DE19710722、DE19926706或者DE19949580获知用于大地测量装置的对准望远镜的自动聚焦装置。
具体地，在这种情况下，可以借助于实时图像来执行目标反射器的瞄准，该实时图像在数据记录器的显示器或者远程控制单元的显示器中显示给用户，该实时图像通过作为全站仪的瞄准装置的相机而提供(例如，与对准望远镜同轴地设置或者具有与对准望远镜平行的取向)。因此，用户能够借助于实时图像根据实时图像中可识别的期望目标来定向全站仪。
EP1734336公开了一种包括测量单元的测量系统，该测量单元具有反射器以及光接收器和发送器。在这种情况下，提出了尤其是使用测量单元的光发送器来辅助自动目标搜索处理。因此，在接收到搜索或测量辐射之后，目标物体能够借助于测量单元的发送器将其自身的标识(例如，反射器编号或反射器类型)传送回至测量站。因此，测量站能够识别发现的目标物体，并且针对目标物体而最佳地配置。
EP1573271公开了一种还具有光发送器的测量单元，其中，在接收到测量装置的测量辐射之后，测量单元发送回光信号，在该光信号上对测量单元自身的身份进行调制。对于根据现有技术的前述测量系统共同的特征是，可选择地使用相机，通过固定位置确定单元(例如，全站仪)来瞄准或观察测量单元或者设置有测量单元的测量杆。
为了控制测量系统，用户被提供控制单元，该控制单元固定地连接至测量装置或测量单元，或者被实现为手持远程控制单元。这些控制单元包括：输入装置和输出装置，特别地被实现为显示器或触摸屏；以及用于处理和存储测量数据的数据处理和存储装置。
在捕获测量点的坐标之后，用户能够使得测量数据在控制单元的显示器上以图形方式可视化。然而，将有利的是，提供一种向用户提供关于测量环境的地理空间视图中的测量数据的方法和装置。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种向用户提供目前测量任务的周围环境的三维模型的方法和测量系统，其中，测量点根据其在周围环境中的位置而可视化。
通过根据权利要求1的测量系统、根据权利要求7的方法和/或本发明的从属权利要求来实现该目的。
根据本发明的测量系统包括：用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元，特别是全站仪或GNSS模块；以及用于在所述坐标系统中限定测量点和/或在所述坐标系统中确定测量点的位置的移动测量单元。所述测量系统包括控制单元，所述控制单元用于使得用户能够控制所述测量系统在测量环境中的测量任务，以便获取与所述测量任务相关并且包括至少一个测量点的空间坐标的测量任务数据，其中，所述控制单元适合作为所述位置确定单元的一部分，作为耐用手持式现场装置或者作为所述测量单元的一部分。所述测量系统适合于捕获和/或接收所述测量环境的环境数据，所述环境数据以所述坐标系统为基准，并且特别地包括点云数据和/或图像数据。所述控制单元包括用于处理所述测量任务数据的处理器单元、用于存储所述测量任务数据和所述环境数据的数据存储单元、以及用于向所述用户显示所述测量任务数据的可视化的电子图形显示器。所述控制单元适合于在所述测量环境的三维表示中提供虚拟预排功能，在所述测量环境的三维表示中提供虚拟预排功能的过程中，所述控制单元适合于基于确定的所述移动测量单元或所述控制单元的位置或者基于用户命令来动态地限定虚拟相机的位置，并且在所述显示器上实时动态地可视化所述测量环境的所述三维表示的至少一部分。所述虚拟相机可移动通过所述三维表示，所述虚拟相机的所述移动取决于确定的所述移动测量单元或所述控制单元的移动或者取决于用户命令。所述三维表示至少包括所述测量任务数据的表示以及所述环境数据的表示。
特别地，还限定了所述虚拟相机的取向，其中，限定所述虚拟相机的位置和取向基于确定的所述移动测量单元或所述控制单元的位置或取向或者基于用户命令。
在所述测量系统的一个实施方式中，所述移动测量单元或所述控制单元包括特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来用于确定其相对于所述坐标系统的当前位置的装置，其中，所述虚拟相机在所述三维表示中的位置取决于所述移动测量单元或者所述控制单元分别相对于所述坐标系统的所述位置，或者所述可视化包括在所述三维表示中分别与所述移动测量单元或者所述控制单元分别相对于所述坐标系统的所述位置对应地可视化所述移动测量单元或者所述控制单元的所述位置的表示。
在所述测量系统的一个实施方式中，所述控制单元包括使得能够从外部数据存储装置接收所述环境数据的数据输入单元，所述数据输入单元尤其为USB端口、读卡器或者无线通信装置。
在另一实施方式中，所述控制单元是耐用手持式远程控制单元，所述耐用手持式远程控制单元包括冲击吸收保护器、防溅且防尘外壳和/或耐冲击电子组件。
在另一实施方式中，所述控制单元包括适合于捕获所述图像数据的数字相机模块。
在又一实施方式中，所述控制单元可附接到所述移动测量单元。
在所述测量系统的一个实施方式中，所述环境数据包括：点云数据，所述点云数据与所述测量环境的至少一个点云相关，特别是其中，所述测量系统包括适合于捕获所述点云数据的激光扫描仪；和/或图像数据，所述图像数据与所述测量环境的至少一个图像相关，特别是其中，所述测量系统包括适合于在测量任务期间尤其全自动地、实时动态地和/或基于用户命令来捕获所述图像数据的数字相机；和/或附加的测量任务数据，所述附加的测量任务数据与所述测量环境中的以前的测量任务相关，并且包括至少一个测量点的空间坐标。
在所述测量系统的另一实施方式中，所述位置确定单元包括：瞄准装置，特别是望远镜，其中，为了改变所述对准装置的对准(alignment)的目的，所述对准装置可相对于所述位置确定单元的基底按机动方式枢转，并且具有限定光学目标轴的至少一个物镜单元；角度测量功能，所述角度测量功能用于所述目标轴的对准的高精度获取；以及评价装置，所述评价装置用于所述对准装置的所述对准的数据存储和控制。特别地，所述位置确定单元是成像全站仪，并且所述对准装置包括适合于捕获图像数据的数字相机。
在所述测量系统的另外的实施方式中，所述移动测量单元包括：测量杆，其下端部能够与测量点接触；以及目标，其能够被安装在所述测量杆上，并且能够高精度地确定所述目标的目标位置。特别地，所述目标被形成为可以借助于全站仪来测量的测量反射器，或者被形成为GNSS天线，该GNSS天线具有到被实现为GNSS模块的所述位置确定单元的数据链路，所述GNSS天线和所述GNSS模块尤其设置在能够被安装在所述测量杆上的公共GNSS单元中。特别地，所述移动测量单元包括适合于捕获图像数据的相机模块。
本发明的另一方面涉及一种用于向测量系统的用户提供关于测量环境的数据的方法，该测量系统包括：用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元，特别是全站仪或GNSS模块；用于在所述坐标系统中限定测量点和/或在所述坐标系统中确定测量点的位置的移动测量单元；以及控制单元，所述控制单元用于使得所述用户能够控制所述测量系统在所述测量环境中的测量任务，其中，所述控制单元包括处理器单元、数据存储单元和电子图形显示器，并且适合作为所述位置确定单元的组成部件、作为耐用手持式现场装置或者作为所述移动测量单元的组成部件。该方法包括以下步骤：获取测量任务数据，所述测量任务数据与所述测量系统在所述测量环境中的测量任务相关，并且包括至少一个测量点相对于所述坐标系统的空间坐标；捕获和/或接收所述测量环境的环境数据，其中，所述环境数据以所述坐标系统为基准，并且尤其包括点云数据和/或图像数据。根据本发明，所述方法包括以下步骤：在所述测量环境的三维表示中提供虚拟预排功能。所述虚拟预排功能包括：基于确定的所述移动测量单元或所述控制单元的位置或者基于用户命令来动态地限定虚拟相机的位置；以及在所述显示器上实时动态地可视化所述测量环境的所述三维表示的至少一部分。所述虚拟相机可移动通过所述三维表示，所述虚拟相机的所述移动取决于确定的所述移动测量单元或所述控制单元的移动或者取决于用户命令，并且所述三维表示至少包括所述测量任务数据的表示以及所述环境数据的表示。
在一个实施方式中，根据本发明的方法包括以下步骤：特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来确定所述移动测量单元和/或所述控制单元相对于所述坐标系统的所述位置，其中，所述三维表示中的所述虚拟相机位置取决于所述移动测量单元和/或所述控制单元分别相对于所述坐标系统的所述位置。
在另一实施方式中，根据本发明的方法包括以下步骤：特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来确定所述移动测量单元和/或所述控制单元相对于所述坐标系统的位置，其中，在所述三维表示中分别与所述移动测量单元和/或所述控制单元分别相对于所述坐标系统的位置对应地可视化所述移动测量单元和/或所述控制单元的位置的表示。
在另外的实施方式中，所述方法包括以下步骤：限定所述三维表示中的至少一个兴趣点，连续地确定所述虚拟相机位置到所述兴趣点的距离，以及如果所述虚拟相机位置到所述兴趣点的所述距离低于预定的距离阈值，则将所述虚拟相机的所述位置切换至关于所述兴趣点的鸟瞰立体图(bird’deyeperspective)。特别地，所述兴趣点是测量点的表示和/或由用户限定。
在又一实施方式中，所述方法包括以下步骤：在所述三维表示中可视化描述性数据，所述描述性数据包括与所述测量任务数据和/或所述环境数据的至少一部分有关的信息，特别是测量点的指定符或坐标，其中，所述描述性数据被可视化靠近于与所述信息数据包括的信息有关的测量点、点云或图像的表示，和/或基于用户命令来可视化所述描述性数据。特别地，所述用户命令是选择所述三维表示中的测量点、点云或图像的表示，并且显示所选择的测量点、点云或图像的表示的描述性数据。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，所述环境数据包括：点云数据，所述点云数据与所述测量环境的至少一个点云相关，特别是其中，所述方法包括以下步骤：利用激光扫描仪来捕获所述点云数据；和/或图像数据，所述图像数据与所述测量环境的至少一个图像相关，特别是其中，所述方法包括以下步骤：在测量任务期间尤其全自动地、实时动态地和/或基于用户命令利用数字相机来捕获所述图像数据；和/或附加的测量任务数据，所述附加的测量任务数据与所述测量环境中的以前的测量任务相关，并且包括至少一个测量点的空间坐标。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，所述控制单元是耐用手持式远程控制单元，所述耐用手持式远程控制单元包括冲击吸收保护器、防溅且防尘外壳和/或耐冲击电子组件，特别是可附接到所述移动测量单元，和/或包括数字相机模块，其中，所述方法包括以下步骤：利用所述控制单元的所述数字相机模块来捕获图像数据作为环境数据。
在又一实施方式中，所述方法包括以下步骤：经由所述控制单元的数据输入单元、特别是USB端口、读卡器或者无线通信装置，从外部数据存储装置至少部分地接收所述环境数据。
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括在机器可读介质上存储的程序代码，或者通过包括程序代码段的电磁波来实现，并且所述计算机程序产品具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于尤其当在根据本发明的测量系统的控制单元上运行时，执行根据本发明的方法的虚拟预排功能。
附图说明
下面将通过参照伴随附图的示例性实施方式对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了作为根据本发明的测量系统的位置确定单元的示例性实施方式的全站仪；
图2示出了包括控制单元的测量系统的示例性实施方式；
图3示出了正由用户经由手持式远程控制单元控制的全站仪；
图4a和图4b示出了根据本发明的测量系统的测量单元的两个示例性实施方式；
图5a和图5b示出了例示根据本发明的方法的两个示例性实施方式的流程图；
图6示出了测量环境中的根据本发明的测量系统的示例性实施方式；
图7示出了根据本发明的测量系统的远程控制单元，该远程控制单元被实现为具有示出测量环境的三维表示的图形显示器的耐用手持式现场装置；以及
图8示出了根据本发明的测量系统的控制单元的图形显示器的可视输出的示例，该可视输出包括测量环境的三维表示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的测量系统的位置确定单元1，该位置确定单元1被设计为全站仪，并且用于测量相对于远程目标物体的水平角度、垂直角度以及距离。
全站仪布置在台架120上，其中，全站仪的基底110直接且固定地连接至台架(stand)。全站仪的主体(其也被指定为上部100)可相对于基底110围绕垂直轴4转动。在这种情况下，上部100具有支承件140(例如由两个柱子形成)、按可围绕柱子之间的水平倾斜轴转动的方式安装的对准装置150(例如，望远镜)、以及电子显示控制单元10。显示控制单元10可以按用于控制测量装置1并且用于处理、显示和存储测量数据的已知方式来设计。
对准装置150按可围绕水平倾斜轴转动的方式布置在支承件140上，因此能够相对于基底110水平且垂直地枢转或倾斜，以与目标物体对准。存在电机(这里未例示)，以执行对准瞄准装置所需的枢转和倾斜移动。对准装置150可以被实现为共同瞄准装置结构单元，其中，物镜、聚焦光学系统、同轴相机传感器、目镜130和图形处理器可以被集成在共同瞄准装置外壳中。借助于对准装置150，能够对准目标物体，并且可以按基于电传感器的方式获取全站仪与目标物体之间的距离。此外，设置了用于基于电传感器获取上部100相对于基底110的角对准以及对准装置150相对于支承件140的角对准的装置。按基于电传感器的方式获取的这些测量数据被馈送至显示控制单元10并且通过显示控制单元10进行处理，使得能够由显示控制单元10确定、可选地显示并存储测量点相对于全站仪的位置。
图2示出了根据本发明的包括被设计为全站仪的位置确定单元1以及测量单元2的测量系统。
测量单元2包括：测量杆，其下端部可以与测量点5接触；以及被形成为测量反射器的目标，其可以被安装在测量杆上，借助于全站仪1来测量，并且能够高精度地确定该目标的位置。另选地，该目标可以是GNSS天线，该GNSS天线具有到测量系统的位置确定单元的GNSS模块的数据链路。
全站仪1包括对准装置150，特别是望远镜，为了使得能够改变所述对准装置150的对准，该对准装置150可相对于全站仪1的基底110按机动方式枢转。对准装置具有限定光学目标轴6的物镜单元130。全站仪还包括：角度测量功能，其用于目标轴6的对准的高精度获取；以及评价装置，其用于对准装置150的对准的数据存储和控制。
根据本发明的测量系统的控制单元可以被设置为附接到全站仪1的固定控制单元10，设置为手持式远程控制单元11或者设置为包括这两种组件。在所有情况下，控制单元10、11适合于控制全站仪1以及与全站仪1的数据交换。其包括显示装置15、输入装置、以及用于存储测量数据的存储装置。具体地，显示装置15和输入装置可以被设置为触摸屏。如果控制单元被设置为两个组件，则移动组件11可以包括显示器和小存储装置(例如，闪速存储器)，而固定组件10可以包括用于存储更大量的数据的存储装置(例如，硬盘驱动器)。
图3示出了正由用户经由无线缆的手持式远程控制单元11控制的全站仪1，该手持式远程控制单元11借助于无线数据连接19(例如，移动宽带或短波长无线电链路或者无线局域网)连接至全站仪1。该远程控制单元11包括集成数字相机31，使得用户3能够拍摄测量周围环境的图片以及测量点的图片。
在图4a和图4b中，示出了根据本发明的测量系统的测量单元2的两个示例性实施方式。在两个实施方式中，测量单元2包括具有下端部的测量杆25，该下端部适合于与要测量其坐标的测量点5接触。在两个实施方式中，目标21、22被放置在测量杆25的顶部上，并且能够高精度地确定该目标的位置。
图4a示出了第一实施方式，其中，目标被形成为可以借助于全站仪测量的测量反射器21。杆25包括用于附接用于控制测量系统的手持式远程控制单元11的安装件26。如图3中所示，手持式远程控制单元11可以包括相机模块。这里，单独的相机模块32附接到杆25，并且经由线缆连接至远程控制单元11。
测量单元2的相机模块32可以被用于尤其在将杆放置在点5或者测量任务的地点上之前或之后，捕获描绘测量点5及其周围环境的图像的例如图像数据。
图4b示出了第二实施方式，其中，目标被形成为GNSS天线22，该GNSS天线22具有到测量系统的位置确定单元的GNSS模块的数据链路。测量单元2的该实施方式包括控制单元12，该控制单元12被设计为测量单元2的一部分并且附接到测量杆25。该控制单元12可以借助于线缆连接至GNSS天线22。可选地，该控制单元12可以包括相机模块。
测量单元的另一实施方式(这里未示出)还可以包括具有光学记录装置的相机模块，该光学记录装置对来自全部或一些空间方向的光敏感。该相机模块可以基于成像传感器和鱼眼透镜、或者相机和抛物面反射镜的组合、或者布置在水平环上的最少两个单一相机、或者用作广角或全景相机的任何其它光学设置。这些相机模块例如在申请PCT/EP2014/059138中进行了描述。相机模块可以与相应的测量系统的位置测量资源一起安装在杆上，或者分别集成在GNSS天线22的或反射器21的外壳中。
图5a和图5b示出了例示根据本发明的方法的示例性实施方式的流程图。
在图5a中，例示了根据本发明的方法的第一示例性实施方式。
该方法以提供用户想要执行测量任务的测量环境的可用环境数据(即，图像数据、点云数据和/或测量数据)而开始。环境数据可以通过外部资源来提供，特别是从服务器下载到测量系统的控制单元和/或通过测量系统的适当装置来捕获。环境数据以参照坐标系统为基准。
在下一步骤中，基于环境数据，控制单元生成测量环境的三维表示。然后，将该三维表示在控制单元的显示器上提供给用户。然后，用户开始测量任务，并且利用测量系统来捕获测量任务数据，所述测量任务数据以相同的参照坐标系统为基准。所捕获的数据被存储在控制单元的数据存储单元中。基于新捕获的数据，更新测量环境的三维表示，特别是将测量点的表示添加到该表示。然后，将更新后的表示实时地在显示器上提供给用户，并且用户能够继续测量任务。
在图5b中，例示了根据本发明的方法的第二示例性实施方式。在该实施方式中，三维表示包括测量单元的表示和/或用户的表示，和/或从测量单元的视点或用户的视点使测量环境的表示可视化。与第一实施方式形成对比，在测量任务期间，连续地确定测量单元的位置和/或执行测量任务的用户的位置，并且不仅在捕获新测量任务数据时，而且在已确定位置的变化时，对所述表示进行更新。
图6示出了根据本发明的测量系统在测量环境9中的示例性实施方式。其包括如图2中描绘的测量系统，具有全站仪1和测量单元2。全站仪1包括相机单元30以及具有显示器的控制单元，在该显示器上显示测量环境9的三维表示90。控制单元包括数据输入单元18，该数据输入单元18使得能够从外部装置接收测量环境的附加的环境数据(即，图像数据、点云数据或测量数据)。在该实施方式中，数据输入单元为USB端口，但是也可以是读卡器或无线通信装置。环境数据可以是同一用户的以前的测量任务的结果，或者由外部源(例如，环境中的建筑物的卫星或航空图像或者现有点云)提供。
在该示例性实施方式中，测量系统还包括用于捕获环境数据的另一些装置。这装置包括用于按已知方式通过发出激光束7来捕获测量环境9的一部分的点云数据的激光扫描仪单元4、以及用于捕获测量环境9的一部分的图像数据的无人航空载具(UAV)8的相机模块33。
可以从全站仪1的视点来显示三维表示90，特别是其中，全站仪1的相机模块30能够提供环境9的实时图像。另选地，该视点可以是测量单元2的视点和/或利用或不利用测量单元2步行穿过环境9的用户3的视点。还能够将任何任意选择的点指派为视点(例如，太阳39)。
当捕获图像数据的相机30-33被引用到坐标系统中时，图像中的物体和表面可以通过各种方式在该坐标系统中指派正确的位置。例如，相机30-33适合于捕获深度信息(例如，如立体或范围图像相机)，或者物体和表面在图像中被标识，并且与位于相机30-33的视野中的已知的点的坐标(点云的或测量点5的坐标)匹配。图像中的物体和表面因此可以向测量环境的三维表示的视点被指派更准确或不太准确的距离值。
图7示出了根据本发明的测量系统的控制单元，其被实现为具有示出图6的测量环境9的三维表示90的图形显示器15的耐用手持式现场装置11。由于装置11针对与现场中的测定和/或测量设备一起使用的户外应用而设计，因此该手持式现场装置11有利地是坚固并且耐潮湿和灰尘的。为了改进的坚固，耐用手持式现场装置11因此配备有在其边缘上的冲击吸收保护器、防溅且防尘外壳、以及在一定程度上耐冲击的电子组件。优选地，装置11可附接到测量系统的测量单元(参见图4a)。其包括用于建立与全站仪的无线数据连接(例如，移动宽带或短波长无线电链路或者无线局域网)的装置。该手持式现场装置11可选地包括集成数字相机，使得用户能够拍摄测量周围环境的图片或测量点的图片。
以图6的全站仪附近的视点在显示器15上显示三维表示90。表示90包括当前测量任务的点云数据70、图像数据、测量数据50、以及以前的测量任务的测量数据51。还可以可视化基于测量数据50、51的几何形状，例如，线52或面积。将测量任务的测量点和几何形状与描述性数据(在这种情况下为索引号55)一起可视化。所述描述性数据还可以包括测量点的坐标或者其到实际视点的距离，在有限线段的情况下，其长度(即，两个测量点50、51之间的距离)，而在面积的情况下，其大小。
优选地，全站仪的相机单元30适合于提供实时图像。
图8示出了根据本发明的测量系统的控制单元的图形显示器的可视输出的另一示例，该可视输出包括测量环境的三维表示90。该三维表示90包括在显示测量点50的表示以及测量点指定符55的情况下的测量点数据。该表示90还包括点云数据70和图像数据80。
3D模型中的点云70、单点数据50和图像数据80的组合使得能够动态地3D可视化例如基于携带测量单元的用户的步行方向和速度的数据。这些参数例如可以从GPS或TPS跟踪数据导出，或者借助于SLAM算法导出。
用户可以在“导航视图模式”与“现场观察者模式”之间选择。在导航视图模式下，视点取决于测量单元的当前位置，如例如在许多汽车导航系统中实现的。这种模式使得能够将倾斜角设置成水平和视野(缩放水平)。可选地，能够任意地选择视点和观看方向。这使得用户能够使其自身的位置在视野中和/或使虚拟相机看起来向侧面或者相对于移动方向甚至向后。现场观察者模式是静态的。该视图被动态地更新，但是不与用户一起移动。这种模式使得用户能够从遥远的视点观察其自身的动作。这种遥远的视点可以是固定点(诸如位置确定单元，或者例如太阳)以及环境中的任何任意选择的点。该视点能够通过用户输入而改变，使得对于观察环境而言，用户能够通过3D模型自由地移动。
在图8中描绘的示例中，示出了“导航视图模式”，即，虚拟相机的位置对应于由用户操作的测量单元的位置。控制单元的可视输出或多或少地对应于用户自己对真实环境的感知。如果移动测量单元，则虚拟相机的位置将相应地改变。使得用户能够通过输入命令来改变虚拟相机的位置，例如，将虚拟相机的相对位置改变为目标的位置或者切换到“现场观察者模式”。
用户可以在两个兴趣点之间添加线段52，例如，用于计算和显示真实测量环境中的这些点之间的距离。
可选地，如果虚拟相机的位置接近特定兴趣点(例如，预定的测量点)，则虚拟相机位置能够自动地切换到具有该兴趣点的鸟瞰视图的鸟瞰立体图。该鸟瞰立体图例如可以是垂直的或者几乎垂直的自顶向下的立体图，或者从极大高度的关于兴趣点的航空视图。该自顶向下的立体图可以相对于地面(其可以在兴趣点处倾斜)、相对于测量环境的表示90的基准面(例如，其中，垂直的自顶向下的视图遵循铅垂线)或者相对于由用户或者通过多个兴趣点限定的平面是垂直的。关注于兴趣点并且提供该点周围环境的概览的俯视图可以是特别有用的，例如，以确定建造现场的桩(stake)的尺寸和相对位置。用户可以限定兴趣点，然后监测这些限定的兴趣点中的每一个与虚拟相机的当前位置之间的距离。如果距离低于预定的阈值(例如，3米或1米)，则自动地提供鸟瞰视图。如果距离然后再次超出特定阈值(例如，4米或1.5米)或者基于用户命令，则视图被切换回到导航模式的相机位置。
尽管在上文部分地参考一些优选实施方式例示了本发明，然而必须要理解的是，能够对这些实施方式做出各种修改例以及将这些实施方式的不同特征进行组合。所有这些修改落入所附的权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种测量系统，该测量系统具有用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元(1)，特别是全站仪或GNSS模块，并且所述测量系统具有用于在所述坐标系统中限定测量点(5)和/或在所述坐标系统中确定测量点(5)的位置的移动测量单元(2)，其中，
●所述测量系统包括控制单元(10-12)，所述控制单元(10-12)用于使得用户(3)能够控制所述测量系统在测量环境(9)中的测量任务，以便获取与所述测量任务相关并且包括至少一个测量点(5)的空间坐标的测量任务数据，其中，所述控制单元适合作为所述位置确定单元(1)的一部分，作为耐用手持式现场装置(11)或者作为所述移动测量单元(2)的一部分，
●所述测量系统适合于捕获和/或接收所述测量环境(9)的环境数据(70、80)，所述环境数据(70、80)以所述坐标系统为基准，并且特别地包括点云数据(70)和/或图像数据(80)，并且
●所述控制单元(10-12)包括用于处理所述测量任务数据的处理器单元、用于存储所述测量任务数据和所述环境数据(70、80)的数据存储单元、以及用于向所述用户(3)显示所述测量任务数据的可视化的电子图形显示器(15)，
其特征在于，
所述控制单元(10-12)适合于在所述测量环境(9)的三维表示(90)中提供虚拟预排功能，在所述测量环境(9)的三维表示(90)中提供虚拟预排功能的过程中，所述控制单元(10-12)适合于：
●基于确定的所述移动测量单元(2)或所述控制单元(10-12)的位置或者基于用户命令来动态地限定虚拟相机的位置，以及
●在所述显示器(15)上实时动态地可视化所述测量环境(9)的所述三维表示(90)的至少一部分，
其中，
●所述虚拟相机能移动通过所述三维表示(90)，所述虚拟相机的所述移动取决于确定的所述移动测量单元(2)或所述控制单元(10-12)的移动或者取决于用户命令，并且
●所述三维表示(90)至少包括所述测量任务数据的表示以及所述环境数据(70、80)的表示。
2.根据权利要求1所述的测量系统，
其特征在于，
用于特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来定位所述移动测量单元(2)或者所述控制单元(10-12)相对于所述坐标系统的当前位置的装置，其中，
●所述虚拟相机在所述三维表示中的位置取决于所述移动测量单元(2)或者所述控制单元(10-12)分别相对于所述坐标系统的所述位置，或者
●所述可视化包括在所述三维表示(90)中分别与所述移动测量单元(2)或者所述控制单元(10-12)分别相对于所述坐标系统的所述位置对应地可视化所述移动测量单元(2)或者所述控制单元(10-12)的所述位置的表示。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的测量系统，
其特征在于，
●所述控制单元(10-12)包括使得能够从外部数据存储装置接收所述环境数据的数据输入单元(18)，所述数据输入单元(18)尤其为USB端口、读卡器或者无线通信装置，
●所述控制单元(10-12)是耐用手持式远程控制单元(11)，所述耐用手持式远程控制单元(11)包括冲击吸收保护器、防溅且防尘外壳和/或耐冲击电子组件，
●所述控制单元(10-12)包括适合于捕获所述图像数据的数字相机模块(31)，和/或
●所述控制单元(10-12)能附接到所述移动测量单元(2)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
其特征在于，
所述环境数据包括：
●点云数据，所述点云数据与所述测量环境(9)的至少一个点云(70)相关，特别是其中，所述测量系统包括适合于捕获所述点云数据的激光扫描仪(4)，和/或
●图像数据，所述图像数据与所述测量环境(9)的至少一个图像(80)相关，特别是其中，所述测量系统包括适合于在测量任务期间尤其全自动地、实时动态地和/或基于用户命令来捕获所述图像数据的数字相机(30-33)，和/或
●附加的测量任务数据，所述附加的测量任务数据与所述测量环境(9)中的以前的测量任务相关，并且包括至少一个测量点(5)的空间坐标。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
其特征在于，
所述位置确定单元(1)包括：
●对准装置(150)，特别是望远镜，其中，为了改变所述对准装置(150)的对准的目的，所述对准装置(150)能相对于所述位置确定单元(1)的基底(110)按机动方式枢转，并且具有限定光学目标轴(6)的至少一个物镜单元(130)，
●角度测量功能，所述角度测量功能用于所述目标轴(6)的对准的高精度获取，以及
●评价装置，所述评价装置用于所述对准装置(150)的所述对准的数据存储和控制，
特别是其中，所述位置确定单元(1)是成像全站仪，并且所述对准装置(150)包括适合于捕获图像数据的数字相机(30)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，
其特征在于，
所述移动测量单元(2)包括：
●测量杆(25)，所述测量杆(25)的下端部能够与测量点(5)接触，以及
●目标(21、22)，所述目标(21、22)能够被安装在所述测量杆(25)上，并且能够高精度地确定所述目标(21、22)的目标位置，特别是其中，所述目标被形成为
□测量反射器(21)，能够借助于全站仪来测量所述测量反射器(21)，或者
□GNSS天线(22)，所述GNSS天线(22)具有到被实现为GNSS模块的所述位置确定单元(1)的数据链路，所述GNSS天线和所述GNSS模块尤其设置在能够被安装在所述测量杆(25)上的公共GNSS单元中，
特别是其中，所述移动测量单元(2)包括适合于捕获图像数据的相机模块(32)。
7.一种用于向测量系统的用户(3)提供关于测量环境(9)的数据的方法，该测量系统包括：
●用于在限定的坐标系统中确定目标位置的位置确定单元(1)，特别是全站仪或GNSS模块，
●用于在所述坐标系统中限定测量点(5)和/或在所述坐标系统中确定测量点(5)的位置的移动测量单元(2)，以及
●控制单元(10-12)，所述控制单元(10-12)用于使得所述用户(3)能够控制所述测量系统在所述测量环境中的测量任务，其中，所述控制单元(10-12)包括处理器单元、数据存储单元和电子图形显示器(15)，并且适合作为所述位置确定单元(1)的组成部件(10)、作为耐用手持式现场装置(11)或者作为所述移动测量单元(2)的组成部件(12)，
该方法包括以下步骤：
●获取测量任务数据，所述测量任务数据与所述测量系统在所述测量环境(9)中的测量任务相关，并且包括至少一个测量点(5)相对于所述坐标系统的空间坐标，
●捕获和/或接收所述测量环境(9)的环境数据(70、80)，其中，所述环境数据以所述坐标系统为基准，并且尤其包括点云数据(70)和/或图像数据(80)，
其特征在于，
所述方法包括以下步骤：在所述测量环境(9)的三维表示(90)中提供虚拟预排功能，所述虚拟预排功能包括：
●基于确定的所述移动测量单元(2)或所述控制单元(10-12)的位置或者基于用户命令来动态地限定虚拟相机的位置，以及
●在所述显示器(15)上实时动态地可视化所述测量环境(9)的所述三维表示(90)的至少一部分，
其中，
●所述虚拟相机能移动通过所述三维表示(90)，所述虚拟相机的所述移动取决于确定的所述移动测量单元(2)或所述控制单元(10-12)的移动或者取决于用户命令，并且
●所述三维表示(90)至少包括所述测量任务数据的表示以及所述环境数据(70、80)的表示。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来确定所述移动测量单元(2)和/或所述控制单元(10-12)相对于所述坐标系统的位置，其中，
●所述三维表示中的所述虚拟相机位置取决于所述移动测量单元(2)和/或所述控制单元(10-12)分别相对于所述坐标系统的所述位置。
9.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
特别地借助于GPS或TPS跟踪或者同时定位和映射算法来确定所述移动测量单元(2)和/或所述控制单元(10-12)相对于所述坐标系统的位置，其中，
●在所述三维表示(90)中分别与所述移动测量单元(2)和/或所述控制单元(10-12)分别相对于所述坐标系统的位置对应地可视化所述移动测量单元(2)和/或所述控制单元(10-12)的位置的表示(29)。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，
其特征在于，
●限定所述三维表示(90)中的至少一个兴趣点，
●连续地确定所述虚拟相机位置到所述兴趣点的距离，以及
●如果所述虚拟相机位置到所述兴趣点的所述距离低于预定的距离阈值，则将所述虚拟相机的所述位置和取向切换至关于所述兴趣点的鸟瞰立体图，
特别是其中，
●所述鸟瞰立体图是所述兴趣点的垂直的自顶向下的视图，和/或
●所述兴趣点是测量点(5)的表示和/或由用户限定。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述三维表示(90)中可视化描述性数据，所述描述性数据包括与所述测量任务数据和/或所述环境数据(70、80)的至少一部分有关的信息，特别是测量点(5)的指定符(55)或坐标，其中，
●所述描述性数据被可视化靠近于与所述信息数据包括的信息有关的测量点(50、51)、点云(70)或图像(80)的表示，和/或
●基于用户命令来可视化所述描述性数据，特别是其中，
□所述用户命令是选择所述三维表示(90)中的测量点(50、51)、点云(70)或图像(80)的表示，并且
□显示所选择的测量点(50、51)、点云(70)或图像(80)的表示的描述性数据。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述环境数据包括：
●点云数据，所述点云数据与所述测量环境(9)的至少一个点云(70)相关，特别是其中，所述方法包括以下步骤：利用激光扫描仪(4)来捕获所述点云数据，和/或
●图像数据，所述图像数据与所述测量环境(9)的至少一个图像(80)相关，特别是其中，所述方法包括以下步骤：在测量任务期间尤其全自动地、实时动态地和/或基于用户命令利用数字相机(30-33)来捕获所述图像数据，和/或
●附加的测量任务数据，所述附加的测量任务数据与所述测量环境(9)中的以前的测量任务相关，并且包括至少一个测量点的空间坐标。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的方法，
其特征在于，
所述控制单元是耐用手持式远程控制单元(11)，所述耐用手持式远程控制单元(11)包括冲击吸收保护器、防溅且防尘外壳和/或耐冲击电子组件，特别是
●能附接到所述移动测量单元(2)，和/或
●包括数字相机模块(31)，其中，所述方法包括以下步骤：利用所述控制单元的所述数字相机模块(31)来捕获图像数据(80)作为环境数据。
14.根据权利要求7至13中的任一项所述的方法，
其特征在于，
经由所述控制单元(10-12)的数据输入单元(18)、特别是USB端口、读卡器或者无线通信装置，从外部数据存储装置至少部分地接收所述环境数据(70、80)。
15.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括在机器可读介质上存储的程序代码，或者通过包括程序代码段的电磁波来实现，并且所述计算机程序产品具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于尤其当在根据权利要求1至6中的任一项的测量系统的控制单元(10-12)上运行时，执行根据权利要求7至14中的任一项的所述方法的虚拟预排功能。
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