DD160240A3

DD160240A3 - Anordnung zur messung von punkthoehen

Info

Publication number: DD160240A3
Application number: DD81228811A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Gerhard Huether
Original assignee: Wieland Feist; Gerhard Huether
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1983-05-18
Also published as: US4490919A; CH656458A5; JPS5953484B2; JPS57171209A

Abstract

Eine fuer geodaetische und markscheiderische Zwecke bestimmte Anordnung zur Messung von Punkthoehen arbeitet mit einer horizontalen Messungslinie und einem vertikal ueber dem jeweiligen Messpunkt angeordneten Hilfsmittel. Es sollen durch ein voellig neuartiges Messprinzip die uebliche Messlatte am Messpunkt mit ihren Nachteilen und die durch das Messpersonal bedingten Fehler vermieden werden. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass als Messgeraet ein Entfernungsmesser mit horizontiertem Messstrahlengang verwendet wird, dass das Hilfsmittel ein Umlenkelement fuer den Messstrahlengang ist und dass sich auf dem Messpunkt ein Reflektor befindet, der den Messstrahlengang in sich selbst zum Entfernungsmesser reflektiert. Dem Umlenkelement koennen ein Tripelspiegel und ein Empfaenger fuer das Einrichten des Umlenkelements in der Hoehe zugeordnet sein. Der Entfernungsmesser kann mit zwei Umlenkelementen zu einer Messeinheit zusammengefasst sein, die an einem Fahrzeug pendelnd aufgehaengt ist.

Description

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Titel; Anordnung zur Messung von Punkthöhen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Höhenmessung, insbesondere für geodätische Zwecke, bei der von einem einen Meßstrahlengang aussendenden Meßgerät eine horizontale Messungslinie zu einem vertikal über jedem anzumessenden Punkt befindlichem Hilfsmittel hergestellt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen» Höhenmessungen erfolgen bekanntlich durch geometrisches, trigonometrisches oder barometrisches Nivellement· Beim geometrischen Nivellement wird mit Hilfe eines über einem Geländepunkt befindlichen, eine horizontale Ziellinie realisierenden Nivelliergerätes und einer über einem Meßpunkt aufgestellten Nivellierlatte die Höhe dieses Meßpunktes bestimmt bzw· von einem anderen Punkt auf diesen Meßpunkt übertragen. Je nach der geforderten Genauigkeit ist der erforderliche instrumenteile, methodische und personelle Aufwand entsprechend hoch und das Verfahren langwierig. Man hat durch die Montierung des gesamten Instrumentariums auf Fahrzeugen bereits eine Mechanisierung des geometrischen Nivellements erreicht, jedoch sind hierzu ein umfangreicher technischer Aufwand und für genaueste Messungen an den Meßpunkten sehr genaue Meßmittel notwendig. Außerdem sind die zur präzisen Messung notwendigen Meßmittel, das Nivelliergerät und die Meßlatte, über unterschiedlichen, in beträchtlicher Entfernung voneinander befind-

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lichen Punkten angeordnet, zwischen denen die Meßlinie realisiert wird· Aufgrund der an den Punkten und zwischen den Punkten herrschenden unterschiedlichen atmosphärischen und Stabilitätsbedingungen sowie der von Standpunkt zu Standpunkt des Nivelliergerätes wechselnden Abstände zwischen dem jeweiligen Meßpunkt und dem Nivelliergerät sind Genauigkeitsverluste unumgänglich·

Beim trigonometrischen Nivellement werden Höhen- auf Winkelmessungen zurückgeführt· Hier befinden sich zwar die Meßmittel sämtlich am Ort des Nivelliergerätes, jedoch wird dieses Meßverfahren meist über größere Entfernungen durchgeführt, über die atmosphärische Einflüsse sehr verfälschend auf die Meßergebnisse einwirken· Daher wird das trigonometrische Nivellement zur genauen Höhenmessung und -übertragung nicht verwendet·

Andere, noch weniger genaue Verfahren der Höhenmessung bzw· Höhenunterschiedsmessung sind das auf Luftdruckunterschieden beruhende barometrische Nivellement und die die Schwankungen der Schwerkraft zur Messung ausnutzende Trägheitsnavigation·

Schließlich sind Höhenmeßautomaten in Verbindung mit Fahrzeugen bekannt, die aus der Umdrehung der Fahrzeugräder die Entfernungen und mit Hilfe eines Neigungsmessers die zugehörigen Neigungen bestimmen und daraus die Höhen automatisch berechnen· Vor allen Dingen die ungenaue Entfernungsmessung bedingt eine für nivellitische Zwecke zu ungenaue Höhenbestimmung·

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung soll eine der Automatisierung zugängliche Anordnung zur Höhenmessung geschaffen werden, die die bisher übliche Aufteilung der Meßmittel zwischen dem Standpunkt des Nivelliergerätes und dem Meßpunkt, wie sie beim

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genauen geometrischen Nivellement mit Nivelliergerät und Meßlatte gegeben ist, zugunsten eines völlig neuen Meßprinzips verläßt·

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Höhen- bzw· Höhenunterschiedsmessung zu schaffen, die die für die Messung ungünstige Anbringung der Meßlatte getrennt vom Nivelliergerät und damit äußere Fehlereinflüsse vermeidet und die durch das Meßpersonal möglichen und verursachten Fehler im wesentlichen beseitigt· Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Meßgerät ein Entfernungsmesser ist, daß das Hilfsmittel ein Umlenkelement für den Meßstrahlengang ist und daß sich auf dem anzumessenden Funkt ein Reflektor befindender die Meßstrahlung in sich selbst reflektiert· Vorteilhaft ist ein Regler zur Horizontierung des Meßstrahlengangs vorgesehen* Die nivellitische Messung wird also auf die Messung von Strecken zurückgeführt, deren Meßrichtung zur Lotrichtung orientiert ist. Befindet sich das Nivelliergerät zwischen zwei Meßpunkten, so wird bei horizontal angeordnetem Entfernungsmesser und horizontaler Ziellinie zunächst die Entfernung zum Umlenkelement und zum Reflektor am zurückliegenden Meßpunkt und danach die Entfernung zum Umlenkelement und zum Reflektor am vorausliegenden Meßpunkt gemessen. Von der Entfernung zum zurückliegenden Reflektor wird die Entfernung zum zurückliegenden Umlenkelement abgezogen, und von der Entfernung zum vorausliegenden Reflektor wird die Entfernung zum vorausliegenden Umlenkelement subtrahiert und damit die jeweiligen Höhen des Umlenkelements über dem Reflektor ermittelt. Aus der Differenzbildung zwischen der Höhe im Rückblick und im Vorblick ergibt sich bekanntlich der Höhenunterschied zwischen beiden Meßpunkten· Sind die Entfernungen zwischen dem Entfernungs-

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messer und dem zurückliegenden Umlenke lernen t und dem vorausliegenden Umlenkelement gleich, so ergibt sich aus der Differenz zwischen den Entfernungen des Entfernungsmessers vom zurückliegenden Reflektor und vom vorausliegenden Reflektor unmittelbar die Höhendifferenz zwischen beiden Meßpunkten· Zur Entfernungsmessung können elektromagnetische oder Schallwellen benutzt werden·

Um die Entfernungsmessung auch in unterschiedlichen Höhen über den Meßpunkten durchführen zu können, ist das Umlenkelement an einer Führung senkrecht über dem jeweils anzumessenden Punkt verschiebbar angeordnet und mit einem zweiten Reflektor verbunden, der wie der erste Reflektor einen Teil der Meßstrahlung in sich selbst, zum Entfernungsmesser reflektiert. Daraus ermittelt der Entfernungsmesser den horizontalen Abstand zum Meßpunkt· Zum automatischen Einrichten des Umlenkelements kann mit diesem ein Empfänger für einen Teil der Meßstrahlen verbunden sein, der seinerseits einen Regelkreis für die Nachführung des Umlenkelements steuern kann·

Eine Automatisierung des mit der Erfindung durchführbaren Meßverfahrens wird dadurch erreicht, daß zwei Umlenkelemente und zwei diesen zugeordnete Meßpunkt-Reflektoren vorgesehen sind, die mit dem Entfernungsmesser in einer Ebene liegen, daß die beiden Umlenkelemente gleiche Abstände vom Entfernungsmesser haben und mit ihm starr verbunden sind. Vorteilhafterweise sind die Umlenkelemente mit dem Entfernungsmesser an einem Fahrzeug pendelnd aufgehängt·

Ausführungsbeispielet

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert· Ss zeigen:

Fig· 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem sich die Meßpunkte in grQßen Entfernungen von einem Entfernungsmesser befinden;

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Fig» 2 einen Umlenkspiegel;

Pig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Entfernungsmesser und Umlenkspiegel zu einer

Einheit zusammengefaßt sind und Fig. 4 die Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels auf einem stilisiert dargestellten Fahrzeug·

In Fig. 1 ist über einem Punkt 1 eines Geländes 2 auf einem Stativ 3 ein Entfernungsmesser 4 mit einer horizontalen Ziellinie 5 und einer vertikalen Drehachse I^-L* zentrisch angeordnet. Außerdem sind über Meßpunkten, die durch Untersätze 6;7 mit je einem Dorn 8;9 markiert sind, parallel zur Drehachse I^j-L/j gerichtete Führungen 1O;11 für Träger 12;13 vorgesehen. Mit jedem Träger 12;13 ist starr eirij Umlenkelement 14 bzw. 15 und ein Tripelspiegel 16 bzw. 17 (oder Tripelprisma) verbunden. Am Fuß jeder Führung 10 bzw.

11 ist jeweils ein weiterer Tripelspiegel 18 bzw. 19 vorgesehen. Die mit Empfängern 20;21 (Fig. 2) versehenen Umlenkelemente 14;15 lenken einen Teil des vom Entfernungsmesser 4 gesendeten Meßlichtes zu den Tripelspiegel 18;19, die es in sich selbst über die Umlenkelemente 14;15 zum Entfernungsmesser 4 zurückwerfen· Die Tripelspiegel 16;17 reflektieren unmittelbar den anderen Teil des vom Entfernungsmesser 4 gesendeten Meßlichtes zu diesem zurück. Die kleinen Empfänger 20j21 mit Anschlußleitungen 22 und einer Anzeige 23 auf den Umlenkelementen 14;15 ermöglichen eine genaue Erfassung der horizontalen Ziellinie 5 des Entfernungsmessers 4 beim vertikalen Verschieben der Träger 12; 13 entlang der Führungen 10; 11·

Die Meßstrahlung (Ziellinie 5) des Entfernungsmessers 4 wird zunächst auf die Führung 10 gerichtet und der Träger

12 vom Fuß der Führung 10 her so lange in der Höhe verschoben, bis die Meßstrahlung auf den Empfänger 20 trifft, was

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an der Anzeige 23 erkennbar ist. Damit ist der '.träger 12 mit dem Umlenkelement 14 und dem Tripelspiegel 16 in der Höhe exakt eingerichtet· Danach erfolgt die Messung der Abstände 1,,JIo zwischen dem Tripelspiegel 16 und dem Entfernungsmesser 4 sowie zwischen dem Tripelspiegel 18 und dem Entfernungsmesser 4. Der Entfernungsmesser 4 ermittelt selbst die Differenz I₂-¹I ⁰¹¹U- damit die Höhe tu des Umlenkelements 14 über dem Tripelspiegel 18. Da der Abstand des Tripelspiegels vom Meßpunkt immer konstant ist, läßt er sich als Additionskonstante bei der Berechnung der Differenz ^2"^Λ ^automatisch mit berücksichtigen. Nach Drehung des Entfernungsmessers 4 um die vertikale Drehachse l**-!** wird die Meßstrahlung (Ziellinie 5) auf die Führung 11 eingerichtet, der Träger 13 mit dem Umlenkelement 15 und dem Tripelspiegel 17 vom Fußende der Führung 11 her solange verschoben, bis der Empfänger 21 Strahlungsempfang anzeigt und danach mit Hilfe des Entfernungsmessers die Abstände lo,l^ der Tripelprismen 17|19 von der Drehachse Im-I·^ gemessen. Der Entfernungsmesser 4 bildet selbst die Höhe bu als Differenz der Abstände Ι^,-Ι^, berücksichtigt den konstanten Abstand des Tripelprismas 19 über dem Meßpunkt und ermittelt schließlich die Differenz h,. - h₂ = h, den Höhenunterschied zwischen den durch die Untersätze 6|7 markierten Meßpunkten. Auf diese Weise wird die Höhenmessung auf eine Streckenmessung mit einem Entfernungsmesser zurückgeführt, wie ihn F. Deumlich in seinem Buch "Instrumentenkunde der Vermessungstechnik" Berlin 1972, Seiten 265 bis 296, in den verschiedensten Ausführungsformen beschrieben hat und der eine hinreichende Meßgenauigkeit ermöglicht.

Fig. 3 zeigt einen Entfernungsmesser 25 mit dem starr ein zweiarmiger Tubus 26 verbunden ist, der zwei gekreuzt angeordnete Spiegel 27;28 und zwei Umlenkelemente 29$30 ent-

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hält· Der Entfernungsmesser 25 weist ein Objektiv 24 auf, vor dessen einer Hälfte der Spiegel 27 und das diesem nachgeordnete Umlenkelement 29 und vor dessen anderer Hälfte der Spiegel 28 und das ihm nachgeordnete Umlenkelement 30 angeordnet sind· Die Spiegel 27;28 teilen den durch den Achsstrahl 31 gekennzeichneten, das Entfernungsmesserobjektiv 24 verlassenden ließstrahlengang in zwei Teilstrahlengänge, die ebenfalls durch ihre Achsstrahlen 32;33 markiert sind. Der Tubus 26 weist entsprechend seinen beiden Armen zwei öffnungen 34;35 auf, unter denen sich auf ein Gelände 36 aufgesetzte Träger 37;38 für Tripelspiegel 39»40 befinden. Der senkrechte Achsstrahl 31 wird durch die Spiegel 27.28 nicht nur geteilt, sondern auch in die Horizontalrichtung gelenkt. Das Umlenkelement 29 bzw. 30 reflektiert den Teilstrahlengang 32 bzw. 33 in eine zum Achsstrahl 31 parallele Richtung, so daß es den Tubus 26 durch die öffnung 34 bzw. 35 verläßt, zum Tripelspiegel 39 bzw· 40 gelangt, von diesem in sich selbst über das Umlenkelement 29 bzw. 30 und den Spiegel 27 bzw. 28 zum Entfernungsmesser 25 reflektiert wird, der gemäß dem Entfernungsmesser 4 in Pig. 1 die Höhendifferenz zwischen zwei durch die Tripelspiegel 39 und 40 festgelegten Meßpunkten 41 und 42 des Geländes 36 ermittelt. Dabei besteht die Besonderheit, daß die Abstände zwischen dem Spiegel und Umlenkelement 29 sowie zwischen dem Spiegel 28 und Umlenkelement 30 einander gleich sind, so daß die voneinander verschiedenen Abstände nur zwischen dem Umlenkelement 29 und dem Tripelspiegel 39 sowie zwischen dem Umlenkelement 30 und dem Tripelspiegel 40 existieren, deren Differenz den Höhenunterschied zwischen den beiden Meßpunkten 41 und 42 darstellt.

In Fig. 4 ist die zu Pig. 3 beschriebene Vorrichtung mit einem sehr schematisch gezeigten Fahrzeug dargestellt· Eine Entfernungsmeßvorrichtung 43 ist auf einem Träger 44 befestigt, der mit einem Kreuzfedergelenk 45 an eine an

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einem Fahrzeug 46 befestigte Basis 47 angelenkt ist. Durch die Kxeuzfedergelenkaufhängung pendelt die Entfernungsmeßvorrichtung 43 unabhängig von der Gelände- und damit der Fahrzeugneigung immer in die Lotrichtung L^-Lp ^ein* ^ ^dar Entfernungsmeßvorrichtung 43 und am Fahrzeug 46 sind Dämpfungsmittel 48;49 vorgesehen, mit deren Hilfe die Entfernung smeßvorrichtung 43 bei auftretenden Schwingungen sehr schnell in der Gleichgewichtslage zur Ruhe kommt. Zum Fahrzeug 46 gehören vier gleiche Lager 5Oj51 für vier gleiche Räder 52;53» von denen nur die in der Zeichnung vorn befindlichen sichtbar sind und die sehr gut gelagert und geländegängig sind. Die Radlager 50 sind gemeinsam mit den Rädern 52 um eine Achse X-X am Fahrzeug 46 schwenkbar gelagert, das eine hohe Spurtreue zwischen den Vorder- und Hinterrädern 52;53 besitzt. Das Fahrzeug 46 bewegt sich im vorliegenden Fall in Richtung eines Pfeiles 5^· Auf dem Gelände 55 befinden sich senkrecht unter der Entfernungsmeßvorrichtung 43 Träger 56;57 mit Tripelprismen 58;59 zur Markierung von Meßpunkten. Am Fahrzeug 46 sind ein Vorratsbehälter 60 und eine mit diesem über einem Transportkanal 61 verbundene Aufnahmeeinheit 62 für Träger mit Tripelprismen vorgesehen· Vom Vorratsbehälter 60 werden in gewissen Abständen Tripelprismenträger 56 ausgelegt, die von der Aufnahmeeinheit 62 wieder aufgenommen und durch den Transportkanal 61 dem Vorrats- und Auslegebehälter 60 wieder zugeführt werden. Der Rhythmus des Auslegens und Aufnehmens wird in Abhängigkeit von der Umdrehung des Rades 52 von einer Steuereinheit 63 gesteuert und kann einstellbar sein. Ein Antriebssystem 64 bewegt das Fahrzeug 46 mit einer wählbaren Geschwindigkeit· Eine Steuerung 65 dient seiner Orientierung und Lenkung· Weitere Einheiten zur Stromversorgung 66 und läeßdatenregistrierung 67 sind am Fahrzeug 46 vorgesehen·

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Der Auslege-1 Meß- und Aufnehmvorgang wird vorgenommen, während sich das Fahrzeug mit mäßiger Geschwindigkeit vorwärtsbewegt· Der Meßvorgang selbst geschieht wie zu Fig. 3 beschrieben·

Anstatt der Träger 56 ;57 mit den Tripelprismen 58»59 kann ein endloses reflektierendes Band verwendet werden«

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Anordnung zur Messung von Punkthöhen, bei der ein Entfernungsmesser und umlenkende und reflektierende Mittel vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Entfernungsmesser eine horizontale Messungslinie aussendet, daß über jedem anzumessenden Punkt ein " Tripelspiegel (18; 19) über diesem an einer Führung (10; 11) ein weiterer Tripelspiegel (16; 17) mit dem die Strecke zum Entfernungsmesser ermittelt wird, und ein Umlenkelement (H; 15), über das die Strecke Tripelspiegel (18; 19) zum Entfernungsmesser ermittelt wird, angeordnet ist,
2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Entfernungsmesser ein Stabilisierungselement zur Horizontierung des Meßstrahlenganges enthält.
3. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Tripelspiegel und das Umlenkelement starr verbunden und an einer Führung senkrecht über dem anzumessenden Punkt verschiebbar angeordnet sind.
4. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Umlenkelement (14; 15) mit einem Empfänger für einen Teil der Meßstrahlung verbunden ist.
5. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Umlenkelemente und zwei diesen zugeordnete Reflektoren vorgesehen sind, die mit dem Entfernungsmesser in einer Ebene liegen, und daß die beiden Umlenkelemente gleiche Abstände vom Entfernungsmesser haben und mit ihm starr verbunden sind.
6. Anordnung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Umlenkelemente mit dem Entfernungsmesser an einem Fahrzeug pendelnd aufgehängt sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

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