CN111678504A - 自动对中调平 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动对中调平。测绘系统包括测绘仪器、控制系统、倾斜测量系统、调平单元、摄像头系统和测距仪。控制系统配置成：进行接收和确定捕获图像的对应地面地点的图像位置中的至少一者；使调平单元基于图像位置调整仪器倾斜状态，直到获得第一倾斜状态，在该状态中测距仪对准到该地点；使测量系统确定第一倾斜状态；存储该状态；使测距仪测量到地点的距离；存储该距离；使第一角度编码器测量支撑单元的旋转位置；存储该位置；使调平单元基于对测量系统采样来调整倾斜状态，直到获得第二倾斜状态，在该状态中偏航轴与重力场对齐；基于到地面上的地点的距离、第一与第二倾斜状态间的偏差、所述旋转位置校准仪器的预先配置的中心点。

Description

自动对中调平

技术领域

本发明涉及一种包括测绘仪器和控制系统的测绘系统。通用测绘仪器例如是全站仪、激光扫描器或激光跟踪仪，并且属于大地测量学和/或计量学领域。

背景技术

测绘仪器通常是在给定的(局部或全局)坐标参考系中设置的。为了使用标准的设置和定向方法，通常过程是直接在具有已知或未知坐标的离散地面点上使用例如三脚架来设置测绘仪器。

该过程通常需要三个手动步骤。首先，将测绘仪器在地面上方精确地对中。这通常在激光垂准仪、光学垂准仪或面朝下的摄像头的帮助下进行。第二步骤是将仪器调平，即将立轴与重力场对齐。这通常在模拟和/或数字圆形气泡水平仪的帮助下并通过调整三脚架支腿和/或三脚台支脚螺钉来进行。作为第三步骤，测量从地面点到仪器的倾斜轴的高度，以便能够将地面点坐标转换成站坐标。这通常在模拟卷尺测量或EDM激光垂准仪的帮助下进行。

所有这些步骤大多是手动进行的，并且需要测绘员进行细致的操作，因为不准确的对中对所有以后的测量点都有负面影响，并且由于对中和调平步骤的记录文档不足，所以在后处理中很难进行校正。此外，所描述的步骤需要经常反复地进行，并且因此可能非常耗时。

发明目的

本发明提供了一种改进的测绘系统，该测绘系统将这些手动设置步骤减少至最少。根据本发明的测绘系统允许更符合人体工程学、更直观、更有效、更准确和更可靠地进行测绘过程。

本发明提供的技术优点是，不需要手动的、反复的仪器移位，测绘员仅需将三角架设置在大致调平的状态下。另一优点是不需要诸如类似卷尺之类的附加附件。其它优点是减少了设置时间，并且可以利用地面图像、倾斜状态、角度和所测量的距离自动记录设置过程。

发明内容

本发明涉及一种包括测绘仪器和控制系统的测绘系统。该测绘仪器包括：基座单元；支撑单元，其安装在基座单元上并被配置成能够相对于基座单元绕偏航轴旋转；瞄准单元，其包括第一测距仪，瞄准单元安装在支撑单元上并被配置成能够相对于支撑单元绕俯仰轴旋转；第一角度编码器，其被配置成测量支撑单元的旋转位置；第二角度编码器，其被配置成测量瞄准单元的旋转位置，控制系统被配置成控制测绘仪器并相对于测绘仪器的预先配置的中心点确定空间点，其中，测绘系统还包括：倾斜测量系统，其被配置成确定偏航轴相对于重力场的关于纵向方向和横向方向的倾斜状态；调平单元，其被配置成调整倾斜状态，其中，基座单元被配置成安装在调平单元上；以及摄像头系统，其被配置成捕获调平单元下方的地面的图像；第二测距仪，其被配置成测量沿指向轴到地面上的点的距离，该指向轴和偏航轴相对于彼此具有已知姿态，其中，控制系统被配置成：进行接收图像的图像位置和确定图像的图像位置中的至少一者，该图像位置对应于地面上的地点；使调平单元基于图像位置调整倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在第一倾斜状态中，第二测距仪对准到地面上的地点上；使倾斜测量系统确定第一倾斜状态；使第二测距仪测量到地面上的地点的距离；使第一角度编码器测量支撑单元的旋转位置；使调平单元基于对倾斜测量系统进行采样来调整倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在第二倾斜状态中，偏航轴与重力场对齐；基于以下各项校准预先配置的中心点：所测量的到地面上的地点的距离；所确定的第一倾斜状态与第二倾斜状态之间的偏差；以及所测量的支撑单元的旋转位置。尤其是，确定空间点是基于利用第一测距仪以及第一角度编码器和第二角度编码器进行的测量进行的。

倾斜测量系统还可以包括：第一测斜仪，其被配置成用于第一精度水平和第一工作范围；以及第二测斜仪，其被配置成用于比第一精度水平高的第二精度水平和比第一工作范围小的第二工作范围。

第一倾斜状态的确定可以包括：如果偏航轴不在第二工作范围内，则对第一测斜仪进行采样；以及如果偏航轴在第二工作范围内，则对第二测斜仪进行采样。

对倾斜测量系统进行采样可以包括：只要偏航轴不在第二工作范围内，就对第一测斜仪进行采样；以及一旦偏航轴在第二工作范围内，就对第二测斜仪进行采样。

使调平单元调整倾斜状态直到获得第一倾斜状态为止可以是基于如下进行：将图像位置变换到第一倾斜状态；或将图像位置变换到导致第一倾斜状态的倾斜状态调整。

在控制系统被配置成接收图像位置的情况下，接收可以基于用户选择来进行，其中，测绘系统可以包括显示设备，该显示设备被配置成连接到控制系统，以显示所捕获的图像并接受用户选择作为输入。

在控制系统被配置成确定图像位置的情况下，该确定可以基于图像处理来进行。

图像位置可以对应于地面上的测绘点。

指向轴和摄像头系统的视场可以相对于彼此具有已知姿态，并且其中，使调平单元调整倾斜状态直到获得第一倾斜状态为止还基于指向轴与摄像头系统的视场之间的相对姿态，并基于指向轴与偏航轴之间的相对姿态。

摄像头系统可以包括一个或更多个摄像头，摄像头系统被配置成提供图像、拼接图像或实时图像流。

摄像头系统可以被配置成能够安装在测绘仪器上、三脚架上或调平单元上，或者摄像头系统可以被实现成手持设备或由手持设备包括。尤其是，摄像头系统可以由智能手机包括，其中，在智能手机上运行的应用可以与调平单元、控制系统或测绘仪器通信，并且用户利用智能手机摄像头捕获调平单元下方的地面上的区域。

第二测距仪和摄像头系统可以在运动学上关联。

本发明还涉及一种用于校准以上所述的测绘系统包括的测绘仪器的预先配置的中心点的方法，该方法包括利用控制系统进行以下步骤：捕获调平单元下方的地面的第一图像；进行接收第一图像的图像位置和确定第一图像的图像位置中的至少一者，该第一图像的图像位置对应于地面上的地点；使调平单元基于第一图像的第一图像位置调整倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在第一倾斜状态中，第二测距仪对准到地面上的地点上；使倾斜测量系统确定第一倾斜状态；使第二测距仪测量到地面上的地点的第一距离；使第一角度编码器测量支撑单元的第一旋转位置；使调平单元基于对倾斜测量系统进行采样来调整倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在第二倾斜状态中，偏航轴与重力场对齐；基于以下各项第一次校准预先配置的中心点：所测量的到地面上的地点的第一距离；所确定的第一倾斜状态与第二倾斜状态之间的偏差；以及支撑单元的第一测量的旋转位置。

该方法还可以包括以下步骤：利用测绘系统收集测量数据；捕获调平单元下方的地面的第二图像；第二次进行接收第二图像的图像位置和确定第二图像的图像位置中的至少一者，该第二图像的图像位置对应于地面上的地点；使调平单元基于第二图像的图像位置调整倾斜状态，直到获得第三倾斜状态为止，在第三倾斜状态中，第二测距仪对准到地面上的地点上；使倾斜测量系统确定第三倾斜状态；使第二测距仪测量到地面上的地点的第二距离；使第一角度编码器测量支撑单元的第二旋转位置；使调平单元基于对倾斜测量系统进行采样来调整倾斜状态，直到获得第四倾斜状态为止，在第四倾斜状态中，偏航轴与重力场对齐；基于以下各项第二次校准在收集测量数据之前已第一次校准的预先配置的中心点：到地面上的地点的第二测量的距离；所确定的第三倾斜状态与第四倾斜状态之间的偏差；支撑单元的第二测量的旋转位置；以及在第二次校准导致预先配置的中心点的校正并且所述校正量高于阈值校正的情况下，基于第二次校准来校正测量数据。

本发明还涉及一种被设计成模块化地安装在测绘仪器下方的调平单元，其中，该测绘仪器包括：基座单元，其被配置成定位测绘仪器；支撑单元，其安装在基座单元上并被配置成能够相对于基座单元绕偏航轴旋转；瞄准单元，其包括第一测距仪，瞄准单元安装在支撑单元上并被配置成能够相对于支撑单元绕俯仰轴旋转；第一角度编码器，其被配置成测量支撑单元的旋转位置；第二角度编码器，其被配置成测量瞄准单元的旋转位置；第一控制单元，其被配置成控制测绘仪器并相对于测绘仪器的预先配置的中心点确定空间点；第二测距仪，其被配置成测量沿指向轴到地面上的点的距离，该指向轴和偏航轴相对于彼此具有已知姿态，其中，调平单元包括：凹部，其被配置成允许指向轴穿过；倾斜测量系统，其被配置成确定偏航轴相对于重力场的关于纵向方向和横向方向的倾斜状态，其中，调平单元被配置成调整倾斜状态；摄像头系统，其被配置成捕获调平单元下方的地面的图像；第二控制单元，其被配置成连接到第一控制单元，并且被配置成用于：进行接收图像的图像位置和确定图像的图像位置中的至少一者，该图像位置对应于地面上的地点；使调平单元基于图像位置调整倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在第一倾斜状态中，第二测距仪对准到地面上的地点上；使倾斜测量系统确定第一倾斜状态；使第二测距仪测量到地面上的地点的距离；使第一角度编码器测量支撑单元的旋转位置；使调平单元基于对倾斜测量系统进行采样来调整倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在第二倾斜状态中，偏航轴与重力场对齐；基于以下各项校准预先配置的中心点：所测量的到地面上的地点的距离；所确定的第一倾斜状态与第二倾斜状态之间的偏差；以及所测量的支撑单元的旋转位置。

附图说明

在下文中将仅通过示例的方式参照附图更全面地描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了正在测绘点上方设置的测绘系统；

图2示出了当测绘点被测绘系统的测距仪瞄准时的图1的测绘系统；

图3示出了当测绘系统的调平单元调平了测绘系统的测绘仪器时的图1和图2的测绘系统；

图4a至图4c示出了如何瞄准测绘点的第一方式；

图5a至图5c示出了如何瞄准测绘点的第二方式。

具体实施方式

图1示出了包括测绘仪器10和控制系统(未示出)的测绘系统1。该控制系统可以被内置到测绘仪器10中或能够附接到该测绘仪器10、外包给远程服务器或者由测绘员所使用的外部控制设备(例如，智能手机或专用的测绘控制器)来实现。另选地，控制系统的部件可以分布在测绘仪器、远程服务器和外部控制设备中的两者或更多者上，其中，这些部件被配置成彼此通信。

测绘仪器10被实现为全站仪，然而在其它实施方式中，测绘仪器10可以是激光跟踪仪或激光扫描器。

测绘仪器10包括：基座单元11，其被配置成定位测绘仪器；支撑单元12，其安装在基座单元上并被配置成能够相对于基座单元绕偏航轴Y(也称为立轴)旋转；瞄准单元13，其包括第一测距仪(未示出)，瞄准单元13安装在支撑单元12上，并被配置成能够相对于支撑单元绕俯仰轴P旋转；第一角度编码器(未示出)，其被配置成测量支撑单元的旋转位置；以及第二角度编码器(未示出)，其被配置成测量瞄准单元的旋转位置。

控制系统被配置成控制测绘仪器10并相对于测绘仪器10的预先配置的中心点确定三维点。所确定的点的坐标基于两个角度(一个是关于俯仰轴P的角度，另一个是关于偏航轴Y的角度)的测量以及由瞄准单元13中的第一测距仪执行的距离测量。尤其是，作为点云测量多个点，其中，在以预先配置的(以及随后校准的)中心点为原点的坐标系中捕获单个点的空间布置。

该测绘系统还包括倾斜测量系统14，在这里该倾斜测量系统14被示出为定位在测绘仪器的支撑单元12的内部。然而，在其它实施方式中，倾斜测量系统14可以被布置在瞄准单元13或基座单元11中。在又一实施方式中，倾斜测量系统14可以被定位在由测绘系统1所包括的调平单元15的可移动部分150中。倾斜测量系统14被配置成确定偏航轴Y相对于重力场的关于纵向方向和横向方向的倾斜状态。倾斜状态具体由偏航轴倾斜的数值表示来表达，即例如由两个角度坐标表达。因此，当表述确定了倾斜状态时，这具体意味着确定了倾斜状态的数值表示。

优选地，倾斜测量系统14包括第一测斜仪和第二测斜仪。第一测斜仪可以被配置成在有限的工作范围中精确地测量偏航轴的纵向和横向倾斜。与第一测斜仪相比，第二测斜仪可以被配置为以更低准确性的方式进行测量，然而这在更大的工作范围中进行。

调平单元15被布置在测绘仪器10下方，或换句话说，测绘量仪器10被刚性地安装在调平单元15上。调平单元15被配置成调整倾斜状态。一旦将测绘仪器10安装在调平单元15上，偏航轴Y相对于调平单元15的可移动部分150就具有固定对齐。根据可移动部分150相对于刚性部分151的已知倾斜状态和已知当前位置，可以能够得出调平单元15的刚性部分151相对于重力场倾斜的方式。为了确定可移动部分150相对于刚性部分151的当前位置，调平单元15可以包括绝对或相对的检测器/编码器。调平单元可以包括致动器，尤其是伺服马达或压电马达。

通过调平单元15，将测绘系统1安装在可选的三脚架2的上面。同样，三脚架或类似的结构可以是刚性部分151的部分，或者可以使用类似的结构代替三脚架2。

测绘系统还包括摄像头系统16，该摄像头系统16被配置成捕获调平单元下方的地面的图像。这里示出的摄像头系统16仅包括具有视场F的一个摄像头。然而，摄像头系统16可以包括两个或更多个摄像头，尤其是其中，两个或更多个摄像头的视场可以重叠，使得摄像头系统可以生成拼接图像。更一般而言，该一个或更多个摄像头面朝下，并且能够拍摄仪器下方的地面区域的图片。

摄像头系统16在此处被示出为相对于偏航轴Y偏心地定位。优选地，摄像头的光轴大致朝向偏航轴Y击中(hit)地面的位置对准。然而，至少摄像头的视场捕获在测绘系统1下方适当大的地面的区域。摄像头系统16的覆盖范围至少包括测绘系统1下方的中心区域。摄像头系统16的摄像头在此处被示出为已结合在调平单元15的刚性部分151中。当然，无论调平单元15设立在什么上(在该情况下设立在三脚架2上)，它都需要具有凹部，以允许摄像头系统16看到地面。然而，摄像头系统的一个或更多个摄像头也可以是能够安装到三脚架上或安装到与调平单元15的可移动部分150的移动无关的任何其它部分上的。

在另一实施方式中，摄像头系统或摄像头系统的至少一个摄像头被定位在测绘仪器10的基座单元11中，其中，调平单元15具有相应的凹部以允许视场穿过。在这种情况下，摄像头或摄像头系统可以关于偏航轴Y偏心地定位，或者在特定实施方式中，当中心位置已经被第二测距仪占据时，摄像头或摄像头系统可以与第二测距仪一起安装在轴上，这可以利用偏转镜实现。

该测绘系统还包括第二测距仪17，该第二测距仪17被配置成测量沿指向轴到地面上的点的距离，该指向轴和偏航轴Y相对于彼此具有已知姿态。在此处所示的优选实施方式中，第二测距仪17的指向轴与偏航轴Y对齐。然而，如果已知第二测距仪17相对于偏航轴Y的位置和取向，则两个轴不一定必须对齐。

在所示的实施方式中，摄像头系统16的摄像头的光轴与第二测距仪17的指向轴未对齐。然而，如以上所建议的，例如通过为摄像头和第二测距仪17中的至少一个提供偏转镜，它们也可以在一个公共轴上对齐。因此，摄像头系统和第二测距仪都可以设置在测绘仪器的基座单元中。但是它们也可以都设置在调平单元中。

测绘系统还可以包括用于通过发射光来缩短摄像头系统的曝光时间的光源。

第二测距仪17的安装位置在此处被示出为在基座单元11与调平单元的可移动部分150之间。然而，第二测距仪17可以被集成在这些部件中的仅一个部件中。当然，无论调平单元15设立在什么上(在该情况下为设立在三脚架2上)，它都需要有凹部，以允许第二测距仪17视觉接近地面。在其它实施方式中，第二测距仪17可以是能够安装到三脚架2上或调平单元的刚性部分151上的，然而，然后需要提供用于倾斜第二测距仪17的装置，并且第二测距仪17和偏航轴Y的相对姿态必须始终是已知的。

测绘系统的控制系统被配置成接收和/或确定由摄像头系统16捕获的图像的图像位置，其中，该图像位置对应于被捕获的地面上的地点(location)。具体地说，所述地面上的地点可以是测绘点3或任何其它参考点(将关于该参考点校准预先配置的中心点)，例如也称为地标。

选择词语“接收和/或确定”是因为，一方面，控制系统可以基于用户输入或任何上游单元来接收图像位置，另一方面，控制系统可以基于图像处理(例如特征识别)确定图像位置。然而，可以接收并且然后确定图像位置，例如，因为用户输入不够准确，所以另外运用基于图像处理的确定，以便获取图像位置的更精确说明。然而，例如在控制系统利用特征检测/识别分析图像并且然后确定图像上的候选地点的情况下，也可以首先运用确定，并且然后再接收，其中，图像位置的接收进行候选的选取。稍后将通过图4a至图4c和5a至图5c来解释关于控制系统的可能实施方式的更多细节。

该控制系统还被配置成使调平单元15基于图像位置来调整倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，其中，在第一倾斜状态下，第二测距仪17对准到地面上的对应于已经被接收和/或确定的图像位置的地点上。即，在该示例中，第二测距仪17对准到测绘点3上。在图2中达到第一倾斜状态。在此可以看出，调平单元15的可移动部分150使测绘仪器10和第二测距仪17倾斜，以使得指向轴并且随之偏航轴对准测绘点。优选地，第二测距仪17包括具有可见光的激光指示器的功能，使得可以随时观察到第二测距仪17在地面上的当前投影。

基于图像位置使测绘仪器10处于第一倾斜状态中。这是可能的，因为在图像上的位置(即图像坐标)与第二测距仪17的发射方向(指向轴，并且在这种情况下因此是偏航轴)之间存在已知的空间对应关系。基于对倾斜测量系统14的读取，调平单元15可以调整倾斜状态，使得将指向轴引导在地面上的地点上，已针对地面上的该地点接收和/或确定了图像中的位置。换句话说，将图像的图像位置转变成相对当前倾斜状态的倾斜状态调整(因为根据图1放置了测绘系统)，即转变成相对调整。

该控制系统还被配置成使倾斜测量系统14确定第一倾斜状态，并且然后将其存储。第一倾斜状态被确定成测绘仪器10相对于重力场的倾斜的数值表示。

该控制系统还被配置成使第二测距仪17测量到地面上的地点的距离(测绘仪器10仍处于第一倾斜状态)并存储所测量的距离。

该控制系统还被配置成使第一角度编码器测量支撑单元的旋转位置(测绘仪器10仍处于第一倾斜状态)并存储所测量的支撑单元12的旋转位置。所测量的旋转位置是支撑单元12相对于参考旋转位置绕偏航轴Y的旋转的数值表示。

该控制系统还被配置成基于对倾斜测量系统的采样而使调平单元调整倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，其中，在第二倾斜状态下，偏航轴与重力场对齐。在图3中示出了该第二倾斜状态。根据对倾斜测量系统14的读取，直到该倾斜测量系统14输出指示偏航轴Y与重力场对齐的数值表示为止，来使测绘仪器10处于第二倾斜状态中。

控制系统还被配置成基于到地面上的地点的距离、第一倾斜状态与第二倾斜状态之间的偏差、支撑单元的旋转位置来校准预先配置的中心点。第一倾斜状态与第二倾斜状态之间的偏差在图3中被标记为D，并且可以例如通过对各倾斜状态的数值表示进行比较或数学减法来确定。预先配置的中心点在附图中未示出，然而，其可以(在其它选项中)优选地关于测绘仪器或关于测绘点本身以一定的偏移而定位。

测绘系统还可以包括用于照亮仪器下方的地面的装置，以便即使在困难的光照条件下也能够获取良好图像。例如，这种装置是面朝下的灯或闪光灯。

在特定实施方式中，可以以不同的缩放级别来捕获/显示地面图像。这将允许更精确地点击图像中的点地点。

作为特定功能，第二测距仪17可以被配置成(或控制系统可以被配置成使第二测距仪)执行测绘点3的轮廓测量，以便找到其中心。为此，可以在调平单元的移动期间执行重复的距离测量，以便获取测绘点的轮廓。在这种情况下，控制系统将被配置成操纵第二测距仪的投影点横跨测绘点，特别是第二次以相对于第一轮廓测量转动90°的方式横跨测绘点。

一个实施方式还可以提供站有效性检查。在将仪器移至下一个测绘地点之前，控制系统可以建议进行双重检查，例如通过提示测绘员再次点击图像中的测绘点，以便将测绘点的当前地点与初始设置中的地点进行比较。新地点可以单独存储。如有必要，可以基于比较结果在后处理中相应地调整收集的测量数据(例如点云)。除了该最终检查之外，还可以以计划的时间间隔触发双重检查。

尤其是，可以初始化自动检查以验证测绘点仍在预期的位置。该自动检查可以基于图像处理和/或基于如上所述的借助于第二测距仪自动触发的对测绘点进行的轮廓测量和/或基于测绘员进行的选择。例如，如果不稳定的地面在工作期间致使仪器显著倾斜，则倾斜测量系统可以检测到这种事件并触发新的自动对中和调平或向测绘员建议对中和调平。

在另一实施方式中，调平单元和摄像头系统可以作为模块化项目提供。第二测距仪还可以可选地被包括在该模块化项目中或测绘仪器中。这意味着对中和调平功能由具有自己的电源和通信装置并被配置成附接到测绘仪器的自主三脚台(模块化项目)提供。

图4a至图4c示出了测绘员与显示设备的示例性图形用户界面(GUI)的交互，该显示设备可选地由测绘系统1包括或连接至该测绘系统1。所述显示设备尤其可以由测绘仪器10或由外部控制设备包括。图4a至图4c借助于三个屏幕截图示出了图1至图3所呈现的测绘系统的设置。

根据该设置，摄像头系统静止不动，因为其被布置在非移动部分上，即布置在调平单元15的刚性部分151上。因此，只要不移动三脚架2，视场就保持不变。

在第一个屏幕截图中，示出了摄像头的初始视野。实十字线示出了第二测距仪17在地面上的投影的当前位置，例如，该当前位置可以作为激光光斑而可见。

在第二个屏幕截图中，测绘员在显示测绘点的图像位置处点击显示设备(由手形符号指示)。同样，测绘员可以操作显示设备所包括的指向设备(例如轨迹球、鼠标或十字方向键)，以便标记第二测距仪17应被指向的图像位置。虚十字线指示然后由控制系统接收的图像位置。然后使调平单元15调整倾斜状态，使得第二测距仪17对准到地面上的地点3上。

在第三个屏幕截图(图4c)中，已经执行的第二测距仪17的地面投影的移动由虚线箭头指示，并且实十字线已经到达测绘点3。

图5a至5c借助于示例性GUI的另三个屏幕截图示出了测绘系统的另选设置。其中，摄像头系统16的视场与调平单元15的可移动部分150和第二测距仪17的指向轴一起倾斜。另选地，摄像头系统和第二测距仪与测绘仪器的基座单元一起倾斜(这实际上是相同的)。因此，在后一种情况下，摄像头系统和第二测距仪被定位在基座单元中，并且调平单元具有用于让指向轴和摄像头系统的视场穿过的凹部。

当然也可以将第二测距仪设置在基座单元中，并且将摄像头系统设置在可移动部分中，反之亦然。在该情况下，摄像头/摄像头系统的光轴与指向轴不对齐，但是它们是平行的，这就是为什么第二测距仪瞄准的地面上的地点将始终被指配给摄像头系统的特定图像坐标的原因。

图5a至图5c中的实十字线保持不变，因为它与摄像头的视野关联。选择或确定测绘点3在图像中的地点(虚十字线)会致使倾斜状态调整，从而使得图像发生移位，并且测绘点3最终被实十字线(＝第二测距仪17的指向轴击中地面的点)瞄准。

作为根据图4b和图5b的测绘点3的手动选择的另选方式，也可以由控制系统自动确定测绘点3的地点。例如，存储可能感兴趣的地面上的多个可能地点，并且特征识别算法分析图像，以便检测地面上对应地点的地点(图像处理)。如果存在歧义，则控制系统还可以被配置成提供地面上两个或更多个地点的选取，使得用户能够手动进行选取。

同样，可能特别有用的是，当测绘员利用其手指点击触摸屏以便选择或选取图像位置时，可以在所述手动选择或选取之后进行自动确定(例如基于图像处理)，以便指定图像位置，从而提供更高的精度。

再次概括工作流程后，测绘员像往常一样将仪器大致设置在地面点上方。三脚架仅需要大致调平，但仪器下方的中心区域应足够靠近该地面点，使得测绘点(地面点)在一个或更多个面朝下的摄像头的视场内。

在特定的下一步骤中，拍摄地面区域的代表性图像。该图像可以是单个图像捕获、实时流(视频)或从超过一个摄像头或仪器的不同水平对齐收集的拼接全景图像。

该图像可以被示出给测绘员(例如经由显示设备)，使得测绘员可以例如通过点击图像中的点中心来在图像中限定地面上期望的地点所在的图像位置。使用所点击的地面点的像素坐标来操纵调平单元的马达，以便使第二测距仪朝向该地面点倾斜。

对于将图像呈现给测绘员来说另选地或附加地，还可以由控制系统基于图像处理/分析(例如，包括分类器或特征提取/识别算法)来分析图像，其中，控制系统本身可以基于图像分析半自动地或自动地确定与地面上的地点对应的图像位置所在的地方。

摄像头可以是校准的或未校准的。在使用未校准的摄像头的情况下，可以通过有规律地捕获所点击的地面点与第二测距仪的激光光斑的当前位置之间的偏移来反复地操纵调平单元。摄像头还可以通过在调平单元移动激光光斑的同时关联随后从不同摄像头捕获的图像来在后台执行自校准。

一旦第二测距仪位在地面点上，将触发距离测量以确定在该当前位置中偏航轴与地面之间的斜距。另外，还存储了当前的倾斜状态和仪器的水平对齐。

然后，调平单元在其马达的帮助下开始调平处理。这次，倾斜传感器的读取操纵马达，使得首先考虑工作范围更大的第二倾斜传感器。一旦仪器的倾斜在第一倾斜传感器的工作范围内，则使用这些传感器的读取用于精细调平。

然后将仪器调平，但不完全在地面点上方。尽管如此，所测得的斜距、所监测的纵向和横向方向上的倾斜的改变以及仪器的水平对齐和内部和/或外部几何形状可以用于在相对于地面点的相对位置(dX，dY)和高度(dZ)偏移方面确定中心点校正。

这些中心点校正以后可以在数学上应用到标准设置和定向方法或其修改。另选的是，可以通过将仪器关于XY平面朝向地面点移动来将中心点校正用于物理补偿。

尽管上面部分地参照一些优选实施方式例示了本发明，但是需要理解，可以对实施方式的不同特征进行多种修改和组合。所有这些修改都落在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种包括测绘仪器和控制系统的测绘系统，

所述测绘仪器包括：

-基座单元；

-支撑单元，所述支撑单元安装在所述基座单元上并被配置成能够相对于所述基座单元绕偏航轴旋转；

-瞄准单元，所述瞄准单元包括第一测距仪，所述瞄准单元安装在所述支撑单元上并被配置成能够相对于所述支撑单元绕俯仰轴旋转；

-第一角度编码器，所述第一角度编码器被配置成测量所述支撑单元的旋转位置；

-第二角度编码器，所述第二角度编码器被配置成测量所述瞄准单元的旋转位置，

所述控制系统被配置成：

-控制所述测绘仪器：并且

-相对于所述测绘仪器的预先配置的中心点确定空间点，

其特征在于，所述测绘系统还包括：

-倾斜测量系统，所述倾斜测量系统被配置成确定所述偏航轴相对于重力场的关于纵向方向和横向方向的倾斜状态；

-调平单元，所述调平单元被配置成调整所述倾斜状态，其中，所述基座单元被配置成安装在所述调平单元上；

-摄像头系统，所述摄像头系统被配置成捕获所述调平单元下方的地面的图像；

-第二测距仪，所述第二测距仪被配置成测量沿指向轴到所述地面上的点的距离，所述指向轴和所述偏航轴相对于彼此具有已知姿态，

其中，所述控制系统被配置成：

-进行接收所述图像的图像位置和确定所述图像的图像位置中的至少一者，所述图像位置对应于所述地面上的地点；

-使所述调平单元基于所述图像位置来调整所述倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在所述第一倾斜状态中，所述第二测距仪对准到所述地面上的所述地点上；

-使所述倾斜测量系统确定所述第一倾斜状态；

-使所述第二测距仪测量到所述地面上的所述地点的距离；

-使所述第一角度编码器测量所述支撑单元的旋转位置；

-使所述调平单元基于对所述倾斜测量系统进行采样来调整所述倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在所述第二倾斜状态中，所述偏航轴与所述重力场对齐；

-基于以下各项校准所述预先配置的中心点：

○所测量的到所述地面上的所述地点的距离；

○所确定的所述第一倾斜状态与所述第二倾斜状态之间的偏差；以及

○所测量的所述支撑单元的旋转位置。

2.根据权利要求1所述的测绘系统，所述倾斜测量系统包括：

-第一测斜仪，所述第一测斜仪被配置成用于第一精度水平和第一工作范围；以及

-第二测斜仪，所述第二测斜仪被配置成用于比所述第一精度水平高的第二精度水平和比所述第一工作范围小的第二工作范围。

3.根据权利要求2所述的测绘系统，其中，所述第一倾斜状态的所述确定包括：

-如果所述偏航轴不在所述第二工作范围内，则对所述第一测斜仪进行采样；以及

-如果所述偏航轴在所述第二工作范围内，则对所述第二测斜仪进行采样。

4.根据权利要求3所述的测绘系统，其中，对所述倾斜测量系统进行采样包括：

-只要所述偏航轴不在所述第二工作范围内，就对所述第一测斜仪进行采样；以及

-一旦所述偏航轴在所述第二工作范围内，就对所述第二测斜仪进行采样。

5.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，基于如下使所述调平单元调整所述倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止：

-将所述图像位置变换到所述第一倾斜状态；或

-将所述图像位置变换到导致所述第一倾斜状态的倾斜状态调整。

6.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，在所述控制系统被配置成接收所述图像位置的情况下，所述接收基于用户选择来进行，其中，所述测绘系统包括显示设备，所述显示设备被配置成连接到所述控制系统，以显示所捕获的图像并接受所述用户选择作为输入。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，在所述控制系统被配置成确定所述图像位置的情况下，所述确定基于图像处理来进行。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，所述图像位置对应于所述地面上的测绘点。

9.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，所述指向轴和所述摄像头系统的视场相对于彼此具有已知姿态，并且其中，使所述调平单元调整所述倾斜状态直到获得第一倾斜状态为止还基于所述指向轴与所述摄像头系统的所述视场之间的相对姿态，并基于所述指向轴与所述偏航轴之间的相对姿态。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，所述摄像头系统包括一个或更多个摄像头，所述摄像头系统被配置成提供图像、拼接图像或实时图像流。

11.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，所述摄像头系统：

-被配置成能够安装在所述测绘仪器上、三脚架上或所述调平单元上；或者

-被实现成手持设备或由手持设备所包括。

12.根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统，其中，所述第二测距仪和所述摄像头系统在运动学上关联。

13.一种用于校准根据前述权利要求中任一项所述的测绘系统包括的测绘仪器的预先配置的中心点的方法，所述方法包括利用所述控制系统进行以下步骤：

-捕获所述调平单元下方的地面的第一图像；

-进行接收所述第一图像的图像位置和确定所述第一图像的图像位置中的至少一者，所述第一图像的所述图像位置对应于所述地面上的地点；

-使所述调平单元基于所述第一图像的第一图像位置来调整所述倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在所述第一倾斜状态中，所述第二测距仪对准到所述地面上的所述地点上；

-使所述倾斜测量系统确定所述第一倾斜状态；

-使所述第二测距仪测量到所述地面上的所述地点的第一距离；

-使所述第一角度编码器测量所述支撑单元的第一旋转位置；

-使所述调平单元基于对所述倾斜测量系统进行采样来调整所述倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在所述第二倾斜状态中，所述偏航轴与所述重力场对齐；

-基于以下各项第一次校准所述预先配置的中心点：

○所测量的到所述地面上的所述地点的第一距离；

○所确定的所述第一倾斜状态与所述第二倾斜状态之间的偏差；以及

○所述支撑单元的第一测量的旋转位置。

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-利用所述测绘系统收集测量数据；

-捕获所述调平单元下方的地面的第二图像；

-第二次进行接收所述第二图像的图像位置和确定所述第二图像的图像位置中的至少一者，所述第二图像的所述图像位置对应于所述地面上的所述地点；

-使所述调平单元基于所述第二图像的所述图像位置来调整所述倾斜状态，直到获得第三倾斜状态为止，在所述第三倾斜状态中，所述第二测距仪对准到所述地面上的所述地点上；

-使所述倾斜测量系统确定所述第三倾斜状态；

-使所述第二测距仪测量到所述地面上的所述地点的第二距离；

-使所述第一角度编码器测量所述支撑单元的第二旋转位置；

-使所述调平单元基于对所述倾斜测量系统进行采样来调整所述倾斜状态，直到获得第四倾斜状态为止，在所述第四倾斜状态中，所述偏航轴与所述重力场对齐；

-基于以下各项第二次校准在收集所述测量数据之前已第一次校准的所述预先配置的中心点：

○所测量的到所述地面上的所述地点的第二距离；

○所确定的第三倾斜状态与所述第四倾斜状态之间的偏差；

○所述支撑单元的第二测量的旋转位置；以及

-在所述第二次校准导致所述预先配置的中心点的校正并且所述校正的量高于阈值校正的情况下，基于所述第二次校准来校正所述测量数据。

15.一种被设计成模块化地安装在测绘仪器下方的调平单元，其中，所述测绘仪器包括：

-基座单元，所述基座单元被配置成安装在所述调平单元上；

-支撑单元，所述支撑单元安装在所述基座单元上并被配置成能够相对于所述基座单元绕偏航轴旋转；

-瞄准单元，所述瞄准单元包括第一测距仪，所述瞄准单元安装在所述支撑单元上并被配置成能够相对于所述支撑单元绕俯仰轴旋转；

-第一角度编码器，所述第一角度编码器被配置成测量所述支撑单元的旋转位置；

-第二角度编码器，所述第二角度编码器被配置成测量所述瞄准单元的旋转位置；

-第一控制单元，所述第一控制单元被配置成控制所述测绘仪器并相对于所述测绘仪器的预先配置的中心点确定空间点；

-第二测距仪，所述第二测距仪被配置成测量沿指向轴到所述地面上的点的距离，所述指向轴和所述偏航轴相对于彼此具有已知姿态，

其中，所述调平单元包括：

-凹部，所述凹部被配置成允许所述指向轴穿过；

-倾斜测量系统，所述倾斜测量系统被配置成确定所述偏航轴相对于重力场的关于纵向方向和横向方向的倾斜状态，其中，所述调平单元被配置成调整所述倾斜状态；

-摄像头系统，所述摄像头系统被配置成捕获所述调平单元下方的地面的图像；

-第二控制单元，所述第二控制单元被配置成连接到所述第一控制单元，并且用于：

○进行接收所述图像的图像位置和确定所述图像的图像位置中的至少一者，所述图像位置对应于所述地面上的地点；

○使所述调平单元基于所述图像位置调整所述倾斜状态，直到获得第一倾斜状态为止，在所述第一倾斜状态中，所述第二测距仪对准到所述地面上的所述地点上；

○使所述倾斜测量系统确定所述第一倾斜状态；

○使所述第二测距仪测量到所述地面上的所述地点的距离；

○使所述第一角度编码器测量所述支撑单元的旋转位置；

○使所述调平单元基于对所述倾斜测量系统进行采样来调整所述倾斜状态，直到获得第二倾斜状态为止，在所述第二倾斜状态中，所述偏航轴与所述重力场对齐；以及

○基于以下各项校准所述预先配置的中心点：

■所测量的到所述地面上的所述地点的距离；

■所确定的所述第一倾斜状态与所述第二倾斜状态之间的偏差；以及

■所测量的所述支撑单元的旋转位置。

Images