CN106959450A - 勘测杆 - Google Patents

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Abstract

勘测杆。该勘测杆(1)包括：至少两个杆区段(11、11’)，可伸缩地插入到彼此中，因而提供杆(1)的高度调整；指向尖端(13)，处于杆(1)的下端，用于将杆(1)设置在地面点(4)上；容器(20)，处于杆的上端，用于安装位置给出装置(5、6)；高度测量系统，用于指示位置给出装置(5、6)相对于地面点(4)的距离，高度测量系统包括：EDM单元和目标(19)，EDM单元和目标以EDM单元适于向目标发射光束且检测由目标反向散射的光的方式置于杆内，光束遵循杆内的路径，EDM单元和目标还安装到至少两个杆区段，因而提供EDM单元和目标的分离与杆的高度调整之间的相关性，以及评估单元，用于基于EDM单元的所检测的光来得到位置给出装置的高度。

Description

勘测杆
技术领域
本发明涉及用于借助于大地测量仪来测量地面上的点的位置的勘测杆。
背景技术
使用同类勘测杆来放样和测量地面点从现有技术已知，例如，从US 7,788,815B2,EP 1 130 355 A2或JP 2000 234933。在使用诸如TPS设备这样的大地测量装置的勘测应用中，不直接采取目标点的位置测量，而是采取勘测杆上的接收器或天线的位置测量。目标点位置的结论由于接收器或天线与杆的尖端之间的已知空间关系而可得。凭借该方法，可以避开位于测量仪器与目标点之间的直接路径中的障碍物。
为了针对这种障碍物避开提供另外的灵活性，惯例是实现高度可调整的杆。因为大地测量仪和勘测杆彼此连接，以通信，所以当已经获得视觉接触时，可以由大地测量仪向杆给出指示。随后，杆可以通过听觉信号、振动信号和/或视觉信号向它的用户给出通知。
因为包括GNSS天线的勘测杆解决方案经由卫星定位系统来获得它们的位置数据，所以不依赖于大地测量仪。然而，为了提高测量准确度，可以在场景中提供GNSS基准站。在具有GNSS杆的传统勘测中，测绘员将杆尖端置于测量点上，弄平杆，并且触发GNSS测量，测量的结果也包括高度信息。
至于以所描述的方式调整的杆的高度测量，当前解决方案是从卷尺人工读取或利用基于勘测杆的测量系统自动测量。传统勘测杆即模拟勘测杆通常具有印在杆上或在附到杆的卷尺上的视觉测量标记(诸如刻度和数字)，这使得勘测杆像普通测量卷尺一样来操作。为此，杆具有伸缩结构，其通过根据高度调整将刻度移位来提供高度可调整性和可测量性。
其他解决方案，诸如US7,373,725中提供的，提供了使用电子装置进行的自动高度测量，其中，使用指示绝对高度标记的基准指示器和水准尺基准表面来进行高度检测。电磁耦合的差异借助于增量感应路径检测来检测。从此得到相对运动和依靠该行进的相对距离的高度测量。
文献US 7,251,899 B2和US 7,788,815 B2还提供了使用在安装在杆下区段的激光传感器与置于杆顶部的尖端之间的激光距离测量来进行的、用于高度可调的杆的自动高度测量的解决方案，该激光传感器和尖端以提供激光传感器和尖端的分离与杆的高度调整之间的相关性的方式来安装。然而，在这些文献中公开的解决方案导致光路径处于杆外部，这例如具有易受外界干扰且由此需要增强校准开支的缺点。
从现有技术已知的用于勘测杆的高度测量解决方案具有多个共同缺点。因为勘测工作遭受高时间开销，所以已知勘测杆不满足所需的时间效率要求，因为必须有大部分人工步骤。此外，甚至完全或部分自动化解决方案经常易受其他干扰而出错且仍然需要相当程度的专家知识。因此，由于人工步骤和所需的专家知识，普通勘测杆允许由用户引起的太多误差来源。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的、用于测量地面上的测量点的位置的勘测杆，其中，杆具体是在准确度、可靠性以及可用性方面进行了改进。
这些改进中的至少一个由根据权利要求1和/或本发明的从属权利要求所述的勘测杆来实现。
根据本发明，一种勘测杆包括：至少两个杆区段，该至少两个杆区段可伸缩地插入到彼此中，因而提供杆的高度调整；指向尖端，该指向尖端处于杆的下端，该指向尖端用于将杆设置在地面点上；容器，该容器处于杆的上端，用于安装位置给出装置；高度测量系统，该高度测量系统用于指示位置给出装置相对于地面点的距离，其中，高度测量系统包括：电子距离测量单元，该电子距离测量单元在下文中称为EDM单元，和目标，EDM单元和目标以EDM单元适于向目标发射光束且检测由目标反向散射的光的方式置于杆内，光束遵循杆内的路径，EDM单元和目标还安装到至少两个杆区段，因而提供EDM单元和目标的分离与杆的高度调整之间的相关性；以及评估单元，该评估单元用于基于EDM单元的所检测的光来得到位置给出装置的高度。
具体地，将光路径封闭到杆内部具有产生针对EDM单元优化的、稳定受控测量环境的优点。因此，在几乎不增加杆的技术支出的情况下提供了不同实施方式的通用范围。
在一方面，EDM单元可以置于上杆区段中，向下发射光，具体地，置于上杆区段的上端或下端，其中，目标置于下杆区段中，具体地，置于下杆区段的下端或上端或指向尖端内。将EDM单元置于上杆区段中例如对于促进勘测杆的延伸或与附接到杆的容器的其他装置共享电源可以是有利的。
在另一方面，不是向下发射光，还可以如下翻转上述实施方式：EDM单元置于下杆区段中，向上发射光，具体地，置于下杆区段的下端或上端或指向尖端内，其中，目标置于上杆区段中，具体地，置于上杆区段的上端或下端。将EDM单元置于下杆区段的一个优点可以是将重量更有利地分配到杆下端。
在另外的实施方式中，EDM单元置于上杆区段中，向下发射光，光处于可见范围内，其中，目标置于指向尖端内，指向尖端现在可以连同安装在其内部的目标一起拆卸，并且位置给出装置的高度可以通过测量EDM单元与地面之间的距离来得到。该实施方式的一个优点是在不需要重定位通常较复杂且耗时的勘测站(例如，大地测量装置)的情况下，自由延长勘测杆的可测量高度范围以克服高障碍物，例如，不需要延长电连接。具体地，对于高障碍物和大高度伸出物，主要出于稳定性原因，将勘测杆附接到三脚架也可以是有利的。
特别是对于勘测杆的短到中距离伸长，通过将包括目标的延伸管附接到下杆区段以替换定位尖端还可以扩展杆的可测量高度范围，其中，然后基于所检测的在包括在延伸管中的目标处反向散射的光可以得到位置给出装置的高度。因此，保持了用于EDM单元的封闭且由此稳定受控的测量环境，同时杆仍然可以指向地面上的测量点上并由此以稳定方式来保持，具体地由手保持。
EDM单元可以嵌入一个单个壳体中，其中，针对单独的距离测量预校准由EDM单元进行的光的发射和感测。由此，这例如允许在没有许多技术支出的情况下升级传统(并且中空的)勘测杆，或者允许促进更换有缺陷EDM单元。
EDM单元可以被布局为根据相位测量原理和/或借助于脉冲飞行时间确定来操作，其中，光的发射和感测基于双轴或同轴构思。具体地对于改进的短距离测量，EDM单元还可以根据三角测量法来操作，例如，由三角测量装置来支持，该三角测量装置包括以移轴景深光学(Scheimpflug)构造布局的成像光学器件和线传感器。此外，EDM单元可以包括标准操作模式和针对短距离测量优化的附加操作模式，具体地，基于三角测量法。
电力供应装置可以附接到杆或置于杆内部，具体地其中，电力供应装置可更换和/或可充电，具体地，电力供应装置为电池单元。
在另外的实施方式中，杆包括无线通信装置，该无线通信装置用于在杆与接收装置之间发送和接收信息，该接收装置具体为大地测量仪的手持控制器，具体地，该无线通信装置为蓝牙装置。
可以附接到杆的位置给出装置可以包括：与大地测量仪协作反射，和/或GNSS天线。而且，杆还可以包括相对于指向尖端具有已定义空间位置的倾斜传感器单元，倾斜传感器单元具体包括惯性测量单元、加速计、数字倾斜计、电子水准仪或其任意组合。由此，所得到的附加信息可以包括以下信息中的至少一个：由倾斜传感器单元获取的倾斜信息，和由GNSS天线和/或由具有反射器装置的大地测量仪获取的位置信息。
杆还可以包括控制器单元，该控制器单元用于：对无线通信装置进行控制、馈送以及读取，存储高度信息和/或位置信息，具体地，与由倾斜检测单元收集的倾斜信息一起存储，并且使信息可检索，具体地，该控制器单元(8)包括用于提供所述信息的输出的显示器单元(9)。
在本发明的另一个实施方式中，杆包括用于杆区段的机动化(motorization)，该机动化的控制由EDM单元和/或控制器单元来支持，具体地，该控制器单元具有用于输入杆的期望高度的用户接口。
特别是对于快速设置，杆还可以包括用于由用户自动检测杆的高度调整且作为结果启动由EDM单元进行的新高度测量的装置，例如，通过感测杆区段的固定装置的启动来自动检测，具体地其中，新高度信息自动发送到接收装置，具体地，接收装置为大地测量仪的手持控制器。
为了防止由于杆的非故意高度变化引起的错误大地测量，例如由于大地测量期间杆的振动造成的非故意高度变化，还可以存在监测操作模式，该监测操作模式用于自动检测杆的高度变化，具体地，通过由EDM单元的定期自动高度测量来进行，并且在检测到高度变化大于给定阈值的情况下，向用户发出警告信号，和/或启动由EDM单元进行的新高度测量，具体地其中，新高度信息自动发送到接收装置，具体地，该接收装置为大地测量仪的手持控制器。
附图说明
在下文中，将通过参照由附图伴随的示例性实施方式来详细描述本发明，附图中：
图1示出本发明的勘测杆的示例性测量任务；
图2a、图2b示出包括控制器单元和位置给出装置的本发明的勘测杆的实施方式；
图3示出使用延伸管扩展杆的高度测量范围以克服高障碍物的、本发明的勘测杆的示例性测量任务；
图4示出使用三脚架来稳定杆并直接测量EDM单元与地面之间的距离的、本发明的勘测杆克服高障碍物的示例性测量任务；
图5a、图5b示出根据本发明的高度测量系统的实施方式，EDM单元置于杆的下区段中，并且向上发射光；
图6a、图6b示出根据本发明的高度测量系统的其他实施方式，EDM单元置于杆的上区段中，并且向下发射光；
图7示出根据本发明的高度测量系统的另一个实施方式，EDM单元置于杆的上区段中，并且指向尖端可拆卸；以及
图8示出根据本发明的高度测量系统的另一个实施方式，EDM单元由根据移轴景深光学(Scheimpflug)原理的三角测量装置来支撑。
具体实施方式
图1示出了用大地测量仪2和勘测杆1进行测量的典型勘测场景。在该场景中，障碍物3阻挡测量装置2与地面上的目标点4之间的直接视觉接触。高度H可以在进行勘测杆1的反射器5的测量的那一刻由勘测杆来测量。仪器2与杆1被设计为借助于无线通信(图1中未示出)交换关于测量时间、测量值、测量结果等的信息。
图2a和图2b更详细地示出了勘测杆1的树立，借此，位置给出装置用示例的方式可以为反射器5(图2a)或GNSS天线6(图2b)。勘测杆1包括与控制器单元8连接的无线通信装置7。另选地，平板电脑或智能电话还可以附接到杆，以承担控制器的功能和而且无线通信装置的功能。可选地，杆1还可以包括用于直接输出高度信息和例如直接高度差计算等功能的显示单元9，该显示单元9还可以提供用于功能的按钮。杆下端的指向尖端13是定位和指向帮助。在本发明的另外实施方式中(例如，图3和图4)，尖端可拆卸，和/或由具有(图3)或不具有(图4、图7)自己的指向尖端14’、15’的延伸管14、15来替换。
杆1的测杆系统包括至少两个杆区段11、11’，可以可选地提供因此插入的另外杆区段11x(未示出)。固定装置10可以固定伸缩杆区段，使得固定它们相对于彼此的定位。同样，可以设计滑动机构，使得摩擦力足以保持杆的高度，并且固定装置不是必要的。
柄12充当用于固定装置10、显示单元9、控制器8和/或无线通信装置7的载体。
图3示出了类似于图1的场景的另一个典型勘测场景。然而，这次障碍物3’太高，即使对于完全伸开的杆区段，障碍物也将阻挡测量装置2与勘测杆1的反射器5之间的视线。由此，通过使用具有自己的指向尖端14’的延伸管14来扩展勘测杆的可测量高度H’的范围。具体地，该实施方式维持用于EDM单元的、封闭由此稳定且受控的测量环境，同时杆1仍然可以指向地面上的测量点4上，并由此以稳定方式来保持，具体用手保持。
图4示出了类似于图1和图3中的场景的典型勘测场景，其中，甚至需要由勘测杆1完成更大的测量高度H”。杆通过由具有开放下端的延伸管15替换杆的可拆卸指向尖端13来延长，并且通过测量EDM单元(不可见)与地面之间的距离来确定高度H”。为了促进杆到地面上目标点上的指向，由EDM单元发射的光处于可见范围，由此在地面上产生可见标记点16。当然，以这种方式伸长的勘测杆仍然可以用手来保持，但在一些情况下，由如图中指示的三脚架17固定和/或稳定杆也可以是有用的。
图5a和图5b示出了根据本发明的高度测量系统的具体实施方式，其中，EDM单元18置于杆的下区段11中，并且向上发射光。在两个结构中，EDM单元的电源在控制和显示单元8、9内置于杆的外部，并且检测和感测区域21的EDM设置被针对同轴操作来布局。将EDM单元置于下杆区段11对于向杆下端更有利分配重量的目的或针对在EDM单元与附接到下杆区段的其他装置(例如，显示单元9)之间促进或共享电源和/或电子连接可以是有利的。
图5a示出了其中EDM单元18置于指向尖端12内部、处于下杆区段11的下端且目标19置于上杆区段11’的上端、尽可能接近容器20的结构，其中，位置给出装置5、6可以附接(未示出)到杆。因为大多数普通EDM单元的操作范围或准确度在测量距离一落到特定范围以下就开始受限制，例如，大多数普通EDM单元根据相位测量原理和/或借助于脉冲飞行时间确定来操作，所以具有EDM单元18与目标19之间的最大分离的所示实施方式使得能够在勘测杆的可能高度调整的全范围进行高度测量，例如，从杆区段11、11’完全收缩到杆区段11、11’完全伸开。
图5b示出了EDM单元18仍然置于指向尖端12内部、处于下杆区段11的下端的结构。然而，目标19不再置于上杆区段11’的上端，而是通常处于上杆区段11’内的特定位置处。由此，该实施方式允许将另外的装置置于目标位置上方，例如，用于所附接的位置给出装置5、6的附加电源，所附接的位置给出装置5、6由此可以置于上杆区段内，以更好分配重量，因此得到改进的杆处理，具体是在用手保持杆的时候，具体地在使用已经重且笨重的位置给出装置5、6的时候。
图6a和图6b示出了根据本发明的高度测量系统的具体实施方式，其中，EDM单元18置于杆的上区段11’，并且向下发射光。在两个结构中，EDM单元18的电源22置于杆内，并且检测和感测区域21的EDM设置被布局为双轴操作。向下发射光束促进勘测杆的可测量高度范围的快速扩展，例如，不需要电连接的延长。例如，伸长勘测杆的促进的方式在具有潜在地可能阻挡勘测站2与位置给出装置5、6之间的视线的许多高障碍物的地形中可以是非常有利的，具体因为重定位并重校准勘测站2(例如，大地测量装置)通常复杂且耗时。因此，在图6a和图6b所示的两个结构中，目标19置于指向尖端13内部，该指向尖端13可以被拆卸(参见图7)，以通过使用包括自身的目标的延伸管或通过直接测量EDM单元与地面之间的距离来扩展勘测杆的可测量高度范围。
图6a示出了EDM单元18置于上杆区段11’的下端的结构，这确保了仍然实现接近地面的适当重量分配。为了克服EDM单元可能的针对短距测量的限制，对于接近完全收缩的杆区段11、11’，EDM单元18可以包括标准操作模式和针对短距离测量优化的附加操作模式，具体地，基于三角测量法。当然，如图6b所示，短距离测量的可能问题例如还可以通过将EDM单元18在上杆区段11’中进一步向上设置来克服，因此找到EDM单元的短距离限制与勘测杆1的优化重量分配之间的折中解决方案。
图7中示出了伸长的勘测杆1，示出了其中EDM单元18置于上杆区段11’的上端、尽可能接近容器20的杆结构，例如，提供与附接到容器20的位置给出装置5、6共享电源和/或电子连接的优点。指向极端13已经连同其内部的目标19一起被拆卸，并且下杆区段11由延伸管15来延长。位置给出装置到地面点的距离现在可以通过测量EDM单元18与地面之间的距离或通过附接指向尖端15’与其内部的目标19’并由此测量EDM单元18与目标19’之间的距离之一来得到。
图8示出了EDM单元18由三角测量装置23来支持的实施方式，该三角测量装置23包括根据移轴景深光学(Scheimpflug)原理布局的成像光学器件23’和线传感器23”。该设置对于EDM单元18与目标19之间的距离可能对于相位测量或脉冲飞行时间确定变得过短的实施方式是特别有用的。
虽然上面部分参照一些优选实施方式例示了本发明，但必须理解，可以进行实施方式的不同特征的大量修改和组合。所有这些修改位于所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种勘测杆(1)，该勘测杆(1)包括：
·至少两个杆区段(11、11’)，该至少两个杆区段(11、11’)能够伸缩地插入到彼此中，因而提供所述杆(1)的高度调整，
·指向尖端(13)，该指向尖端(13)处于所述杆(1)的下端，用于将所述杆(1)设置在地面点(4)上，
·容器(20)，该容器(20)处于所述杆的上端，该容器(20)用于安装位置给出装置(5、6)；
·高度测量系统，该高度测量系统用于指示所述位置给出装置(5、6)相对于所述地面点(4)的距离，
所述勘测杆(1)的特征在于：
所述高度测量系统包括
·电子距离测量EDM单元(18)和目标(19)，所述EDM单元和所述目标以所述EDM单元适于向所述目标发射光束且检测由所述目标反向散射的光的方式置于所述杆内，所述光束遵循所述杆内的路径，
·所述EDM单元和所述目标还安装到所述至少两个杆区段，因而提供所述EDM单元和所述目标的分离与所述杆的所述高度调整之间的相关性，以及
·评估单元，该评估单元用于基于所述EDM单元的所检测的光来得到所述位置给出装置的高度。
2.根据权利要求1所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
·所述EDM单元(18)置于上杆区段(11’)中，向下发射所述光，具体地，所述光处于可见范围，具体地，所述EDM单元(18)置于所述上杆区段的上端或下端，并且
·所述目标(19)置于下杆区段(11)中，具体地，所述目标(19)置于所述下杆区段的下端或上端或在所述指向尖端(13)内，具体地其中，内部安装了所述目标的所述指向尖端(13)能够被拆卸，
所述位置给出装置(5、6)的高度基于所检测的由所述目标反向散射的光来得到，或在拆卸了所述指向尖端(13)的情况下基于所检测的在地面反向散射的光来得到。
3.根据权利要求2所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
内部安装了所述目标的所述指向尖端(13)被拆卸并由延伸管(14)来替换，该延伸管(14)包括指向尖端(14’)和内部安装的目标(19’)，所述位置给出装置(5、6)的所述高度基于所检测的由所述延伸管(14)的所述指向尖端中包括的所述目标(19’)反向散射的光来得到。
4.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
·所述EDM单元(18)置于下杆区段(11)中，向上发射所述光，具体地，所述EDM单元(18)置于所述下杆区段的下端或上端或所述指向尖端(13)内，并且
·所述目标(19)置于上杆区段(11’)中，具体地，所述目标(19)置于所述上杆区段的上端或下端。
5.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
所述EDM单元(18)嵌入一个单个壳体中，并且针对单独的距离测量预校准由所述EDM单元进行的光的发射和感测。
6.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
所述EDM单元(18)根据相位测量原理和/或借助于脉冲飞行时间确定来操作，其中，光的发射和感测基于双轴或同轴构思。
7.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
所述EDM单元(18)根据三角测量法来操作。
8.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
所述EDM单元(18)包括标准操作模式和针对短距离测量优化的附加操作模式，具体地，基于三角测量法。
9.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
电力供应装置(22)，该电力供应装置(22)附接到所述杆或置于所述杆内，具体地其中，所述电力供应装置能够更换和/或能够充电，具体地，所述电力供应装置(22)为电池单元。
10.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
无线通信装置(7)，该无线通信装置(7)用于在所述杆(1)与接收装置之间发送和接收信息，所述接收装置具体为大地测量仪(2)的手持控制器，具体地，所述无线通信装置(7)为蓝牙装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
所述位置给出装置(5、6)包括：
·反射器(5)，该反射器(5)与大地测量仪协作，和/或
·GNSS天线(6)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
控制器单元(8)，该控制器单元(8)用于：
·对所述无线通信装置(7)进行控制、馈送以及读取，
·存储所述高度信息和/或位置信息，具体地，与由倾斜检测单元收集的倾斜信息一起存储，并且
·使所述信息能够被检索，
具体地，所述控制器单元(8)包括用于提供所述信息的输出的显示器单元(9)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
针对所述杆(1)区段的机动化，所述机动化的控制由以下来支持：
·所述EDM单元，和/或
·所述控制器单元(8)，具体地，所述控制器单元(8)具有用于输入所述杆的期望高度的用户接口。
14.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
用于自动检测所述杆的高度调整且作为结果启动由所述EDM单元(18)进行的新高度测量的装置，具体地其中，新高度信息自动发送到接收装置，具体地，该接收装置为大地测量仪(2)的手持控制器。
15.根据前述权利要求中任一项所述的勘测杆(1)，
所述勘测杆(1)的特征在于
监测操作模式，该监测操作模式用于自动检测所述杆的高度变化，具体地，通过由所述EDM单元(18)的定期自动高度测量来进行，并且在检测到大于给定阈值的高度变化的情况下，向用户发出警告信号，和/或启动由所述EDM单元(18)进行的新高度测量，具体地其中，新高度信息自动发送到接收装置，具体地，该接收装置为大地测量仪(2)的手持控制器。
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