DE10033873A1 - Automatic area and space profile surveying method for e.g. architectural construction, involves controlling stepwise horizontal and vertical movements of laser measuring device and transmitting measurement data to PC - Google Patents

Automatic area and space profile surveying method for e.g. architectural construction, involves controlling stepwise horizontal and vertical movements of laser measuring device and transmitting measurement data to PC

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G01C15/002—Active optical surveying means

Abstract

A laser measuring device (1) is moved vertically and rotated horizontally by a micro controller (6) using stepper motors (3,4). Angle decoders are provided for detecting vertical movement distance or rotation angle. The spatial measurement data of a target object is stored for processing in a computer (9) and transmitted to a printer (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Vermessung und Kartierung von Gelände- und Raumprofilen mittels optischem winkelgesteuertem Rotations-Entfernungsmesser und rechnergesteuerter Meßdatenverarbeitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for the automatic measurement and mapping of terrain and spatial profiles using an optical angle-controlled rotary distance meter and Computer-controlled measurement data processing according to the preamble of patent claim 1.

Stand der Technik, Probleme u. NachteileState of the art, problems u. disadvantage

In der Landschaftspflege, im Hoch- und Tiefbauwesen, im Bereich der Innenarchitektur, der Raumakustik, der Archäologie, der Höhlenforschung, des Grubenbetriebes, und des Gebäudewesens etc. existiert häufig das Problem, dass Geländeabschnitte, Geländevertiefungen, Baugruben, Gebäude oder Räume etc. im Profil bzw. im horizontalen oder vertikalen Querschnitt vermessen werden müssen und demgemäße maßstabsgerechte Zeichnungen zu erstellen sind.In landscape maintenance, building and civil engineering, in the field of interior design, the Room acoustics, archeology, caving, mining, and building etc. there is often the problem that sections of the terrain, deepening of the terrain, construction pits, buildings or rooms etc. are measured in profile or in horizontal or vertical cross-section must and corresponding scale drawings are to be created.

Hierzu werden unterschiedliche Verfahren angewandt bzw. in der Anwendung kombiniert. Neben der konventionellen Methode mit Maßband und Winkelmesser kommen hierzu auch optische Nivellierinstrumente und Laser-Entfernungsmesser zum Einsatz. Lit. 1 zeigt den Stand der Technik an modernen Laser-Instrumenten, die für Vermessungs-, Nivellier- und Markierungszwecke erhältlich sind.Different methods are used or combined in the application. In addition to the conventional methods with a tape measure and protractor also include optical ones Leveling instruments and laser rangefinders are used. Ref. 1 shows the state of the art in modern laser instruments used for measuring, leveling and marking purposes are available.

Bei der Vermessung von Gelände-, Gebäude- und Raumprofilen werden mit Hilfe solcher Geräte sowie mit Handmessungen Einzelwerte erfaßt, manuell ausgewertet und danach auf Basis der erstellten Daten, demgemäße Karten oder Pläne der Querschnitte bzw. Flächen gezeichnet. Diese Verfahrensweise ist je nach Komplexität der Meßobjekte insbesondere dann mit sehr großem Aufwand versehen, wenn eine genaue Vermessung erforderlich ist.When measuring terrain, building and spatial profiles are using such devices as well as with hand measurements, individual values recorded, manually evaluated and then based on the created data, corresponding maps or plans of the cross sections or areas. This Depending on the complexity of the measurement objects, the procedure is particularly large Provide effort if an exact measurement is required.

Räumliche Profile sind demgegenüber noch weit schwieriger zu erstellen und erfordern einen erhebliche manuellen Meßaufwand. Vor schier unüberwindlichen Problemen steht man gar bei komplexen Innenräumen, wie Kirchen oder Höhlensystemen.In contrast, spatial profiles are much more difficult to create and require one considerable manual effort. You are even faced with almost insurmountable problems complex interiors such as churches or cave systems.

Aufgabetask

Zur effizienten Erstellung von möglichst präzisen Karten und Zeichnungen von Gelände- und Gebäudequerschnitten sowie dreidimensionalen Innen- und Außenprofilen soll daher ein automatisches Verfahren zur Meßdatenerfassung und Kartenausgabe entwickelt werden.For the efficient creation of as precise as possible maps and drawings of terrain and Building cross sections and three-dimensional interior and exterior profiles should therefore be a automatic procedure for data acquisition and card output.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.

Erläuterungexplanation

Die Erfindung wird unter Verwendung von Zeichnungsfiguren, die hier lediglich eine mögliche Ausführungsart in schematischer Darstellung beschreiben, erläutert, wobei sich anhand der Zeichnungsfiguren weitere Anwendungsgebiete und Ansprüche ergeben.The invention is made using drawing figures, which are only one possible here Describe embodiment in a schematic representation, explained, with reference to the Drawing figures show further areas of application and claims.

Fig. 1 zeigt eine automatische Vermessungseinrichtung (AVE). Sie besteht aus einem Entfernungsmesser aufvorzugsweise Laser-Basis (1), damit ein möglichst punktgenaues Ziel vermessen werden kann (2). Hierzu wird beispielsweise gemäß bekanntem Verfahren die Phasenverschiebung zwischen Sende- und reflektiertem Empfangssignal eines in Pulsmodulation betriebenen Laserstrahls als Maß für die Entfernung ausgewertet. Fig. 1 shows an automatic measuring device (AVE). It consists of a range finder, preferably a laser base ( 1 ), so that a target that is as precise as possible can be measured ( 2 ). For this purpose, for example, according to the known method, the phase shift between the transmitted and reflected received signal of a laser beam operated in pulse modulation is evaluated as a measure of the distance.

Der Entfernungsmesser ist horizontal drehbar gelagert und kann mittels Schrittmotor (3) und Getriebe (4) automatisch gedreht und winkelgenau positioniert werden. Alternativ hierzu kann eine Motor/Winkeldecoder-Kombination zur exakten Positionsbestimmung verwendet werden. The rangefinder can be rotated horizontally and can be automatically rotated and positioned precisely at an angle using the stepper motor ( 3 ) and gear ( 4 ). Alternatively, a motor / angle decoder combination can be used for exact position determination.

Während einer Drehbewegung erfolgen fortlaufend Entfernungsmessungen sowie Winkelbestimmungen.Distance measurements take place continuously during a rotary movement as well Angle determinations.

Eine Mikroprozesor-Steuereinrichtung (6) steuert die Lasereinrichtung sowie die Drehbewegungen und führt die Entfernungs- und Positionsausbestimmungen durch. Die bidirektionalen Schnittstellentreiber (7) verarbeiten die Ansteuer- und Auswertesignale und stellen eine Schnittstelle (8) zu einem externen Notebook oder Personal Computer (PC) zur Verfügung (9). Dieser steuert eine Druckeinrichtung (10).A microprocessor control device ( 6 ) controls the laser device and the rotary movements and carries out the distance and position determinations. The bidirectional interface drivers ( 7 ) process the control and evaluation signals and provide an interface ( 8 ) to an external notebook or personal computer (PC) ( 9 ). This controls a printing device ( 10 ).

Eine vertikale Positionierungseinrichtung, bestehend aus einer Schrittmotorsteuerung (4), bzw einer Motor/Winkeldecoder-Einheit, und einer Getriebeeinheit (5), erlaubt die schrittweise Einstellung des Vertikalwinkels und damit eine scheibenweise Vermessung horizontaler Schnitte in unterschiedlichen Objekthöhen, beispielsweise im Bereich -30° bis +90°.A vertical positioning device, consisting of a stepper motor control ( 4 ), or a motor / angle decoder unit, and a gear unit ( 5 ), allows the vertical angle to be adjusted step by step and thus a slice-by-slice measurement of horizontal cuts in different object heights, for example in the range -30 ° up to + 90 °.

Optional kann die gesamte Meßeinrichtung zur Anfertigung vertikaler Schnitte, bzw. vertikaler Meßschichten um 90° zur Senkrechten gedreht werden.Optionally, the entire measuring device can be used to make vertical cuts or vertical cuts Measuring layers can be rotated 90 ° to the vertical.

Das Notebook enthält eine komfortable Steuer- und Anzeige-Software, die die Programmierung von automatischen Meßzyklen und kompletten Meßprogrammen sowie die grafische Anzeige der Ergebnisse ermöglicht. Weiterhin kann hier eine maßstabsgerechte und vermaßte Zeichnung auf einem angeschlossenen Drucker, Plotter etc. ausgegeben werden (10).The notebook contains a comfortable control and display software, which enables the programming of automatic measuring cycles and complete measuring programs as well as the graphic display of the results. Furthermore, a true-to-scale and dimensioned drawing can be output on a connected printer, plotter etc. ( 10 ).

Optional ist für eine rechnerunabhängige autonome Arbeitsweise eine erweiterte geräteseitige Steuereinrichtung (programmgesteuertes Mikroprozessorsystem, Anzeigevorrichtung und Tastatur) vorhanden (13, 14), die durch einen Zwischenspeicher (11) sowie wiederum optional ein Speichermedium (12) für Meßprogramme und/oder Meßdaten (Speicherkarte oder Disketenlaufwerk) ergänzt wird. Die Schnittstelle (8) dient dabei zum unmittelbaren Anschluß einer Druckereinrichtung und/oder zur Programmund Datenübertragung zu einem/von einem externen PC zwecks Vor- und Nachbearbeitung.For a computer-independent, autonomous mode of operation, there is optionally an extended device-side control device (program-controlled microprocessor system, display device and keyboard) ( 13 , 14 ), which has a buffer ( 11 ) and, in turn, an optional storage medium ( 12 ) for measurement programs and / or measurement data (memory card or Disk drive) is added. The interface ( 8 ) is used for the direct connection of a printer device and / or for program and data transfer to / from an external PC for the purpose of pre- and post-processing.

Die AVE ist dabei handlich und transportabel. Sie wird vorzugsweise auf einem Stativ befestigt.The AVE is handy and portable. It is preferably attached to a tripod.

Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Meßvorgang. Zwei Räume (A) und (B) mit Säulenhalle (C) werden jeweils einzeln automatisch vermessen und das Meßergebnis in einer Gesamtzeichnung (Bauzeichnung) später maßstabsgetreu ausgedruckt. Hierzu werden Messzyklen an den drei Positionen D, E und F durchgeführt. Fig. 2 shows an example of a measurement process. Two rooms (A) and (B) with a pillared hall (C) are each automatically measured individually and the measurement result is later printed to scale in an overall drawing (construction drawing). For this purpose, measuring cycles are carried out at the three positions D, E and F.

Die fortlaufenden Messungen während der Drehbewegung sind bei Position F exemplarisch schematisch dargestellt (G). Hierdurch wird beispielhaft die horizontale Kontur des Raumes A erfaßt. Die Darstellung erfolgt hier sehr grob - zur besseren Übersicht.The continuous measurements during the rotary movement are exemplary at position F. shown schematically (G). As a result, the horizontal contour of space A is recorded as an example. The presentation is very rough here - for a better overview.

Danach erfolgen vergleichbare Messungen in den Positionen E und D. Die Meßpositionen selbst werden als ergänzende Information zu den jeweiligen Meßdaten eines Raumes abgespeichert. Aus dem Punkt D werden die beiden Meßpunkte E und F angepeilt (jeweils mit Reflektor in E und F) und diese Einzelmessungen mit entsprechender Kennung versehen (taktile Eingabe). Danach erstellt das Auswerteprogramm auf dem Notebook unter Verwendung der entsprechenden Meßwerte und Standort-Parameter die Gesamtzeichnung.This is followed by comparable measurements in positions E and D. The measuring positions themselves are saved as additional information to the respective measurement data of a room. Out Point D is aimed at the two measuring points E and F (each with reflector in E and F) and Provide these individual measurements with the appropriate identifier (tactile input). After that creates the Evaluation program on the notebook using the corresponding measured values and Location parameters the overall drawing.

Zur bedarfsweise räumlichen Gesamtvermessung des Objektes werden automatisch scheibenweise Vermessungen der horizontaler Querschnitte in unterschiedlichen Höhen durchgeführt und diese wiederum rechnerisch weiterverarbeitet, so dass auf dieser Basis beliebige Darstellungen und Detailausdrucke möglich sind.For the overall spatial measurement of the object as required, slices are automatically created Measurements of the horizontal cross sections at different heights were carried out further processed arithmetically, so that any representations and Detailed printouts are possible.

Ist nicht das Gesamtobjekt von interesse, sondern nur ein Teil des Raumwinkels (Raumausschnitt), so kann dies im automatischen Meßprogramm zwecks schnellerer Durchführung der Messungen, bzw. zum Schutz der restlichen Bereiche vor Laserlicht, programmiert werden. Is not the whole object of interest, but only a part of the solid angle (spatial section), so this can be done in the automatic measuring program in order to carry out the measurements faster, or to protect the remaining areas from laser light.  

Zeichnungendrawings

Fig. 1: Schematische Darstellung der automatischen Vermessungseinrichtung Fig. 1: Schematic representation of the automatic measuring device

Fig. 2: Schematische Vorgehensweise zur Vermessung und Kartierung komplexer Räume Fig. 2: Schematic procedure for measuring and mapping complex rooms

Literaturliterature

Lit. 1: Moderne Meßtechnologie, Laserliner Innovation im Handwerk, Mayer & Wonisch GmbH & Co. KG, Arnsberg 020.902.01D V03Ref. 1: Modern measurement technology, laser liner innovation in the trade, Mayer & Wonisch GmbH & Co. KG, Arnsberg 020.902.01D V03

Claims (10)

1. Verfahren zur automatischen Vermessung und Kartierung von Gelände- und Raumprofilen mittels optischem winkelgesteuertem Rotations-Entfernungsmesser und rechnergesteuerter Meßdatenverarbeitung (Automatische Vermessungseinrichtung, AVE), dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Entfernungsmesser auf beispielsweise Laser-Basis in horizontaler und optional in vertikaler Richtung drehbar angeordnet ist und durch beispielsweise eingebaute Winkeldecoder oder eine Schrittmotorsteuerung winkelgenau positioniert werden kann, wodurch die Erntfernungsmeßdaten sowohl in horizontaler, als auch optional in vertikaler Drehrichtung winkelgenau ermittelt werden können und die gewonnen Meßdaten über eine interne oder wahlweise externe Schnittstele zu einer Datenverarbeitungseinrichtung (beispielsweise einer Mikroprozessoreinrichtung oder einem externer Personal Computers/­ Notebook) übertragen werden, der auf dieser Basis räumliche zwei- oder optional dreidimensionale Geometrien der Meßobjekte berechnet und die Ergebnisdaten wahlweise zur weiteren Verarbeitung abspeichert, anzeigt, oder über eine Schnittstelle an eine Druckereinrichtung oder eine nachverarbeitende Computereinrichtung überträgt.1. Method for the automatic measurement and mapping of terrain and spatial profiles by means of an optical angle-controlled rotary distance meter and computer-controlled measurement data processing (automatic measuring device, AVE), characterized in that an optical distance meter on a laser basis, for example, can be rotated in the horizontal and optionally in the vertical direction and can be positioned precisely at an angle by, for example, built-in angle decoders or a stepper motor control, whereby the distance measurement data can be determined with precise angles in both the horizontal and optionally in the vertical direction of rotation and the measured data obtained via an internal or optionally external interface to a data processing device (for example a microprocessor device or an external personal computer / notebook) are transferred, which on this basis is used to create spatial two- or optionally three-dimensional geometries of the measurement object kte calculated and the result data either saved for further processing, displays, or transmitted via an interface to a printer device or a post-processing computer device. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl bei Punktmessung, als auch bei vertikaler und/oder horizontaler Drehung der AVE automatisch und fortlaufend Entfernungsmeßwerte und Winkelmeßwerte ermittelt werden, so dass auf dieser Basis das geometrische Umfeld um den Standort der AVE kontinuierlich ermittelt werden kann.2. The method according to claim 1, characterized in that both at point measurement, as even with vertical and / or horizontal rotation of the AVE automatically and continuously Distance measurements and angle measurements are determined, so that on this basis geometric environment around the location of the AVE can be determined continuously. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die AVE optional über eine magnetische oder elektronische Einrichtung (Kompaß) verfügt und damit eine manuelle oder optional eine automatische Erkennung der Himmelsrichtung und Kalibrierung der Messungen ermöglicht.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the AVE optionally via a has magnetic or electronic equipment (compass) and thus a manual or optional automatic detection of the compass direction and calibration of the measurements allows. 4. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die AVE optional über eine Nivelliervorrichtung verfügt, wodurch eine manuelle oder optional automatische Nivellierung der Horizontalachse zum Erdmittelpunkt und damit eine Kalibrierung ermöglicht wird.4. The method according to at least one of claims 1-3, characterized in that the AVE optionally has a leveling device, making a manual or optional automatic leveling of the horizontal axis to the center of the earth and thus a calibration is made possible. 5. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass optional neben der Drehmöglichkeit um die horizontale oder vertikale Achse zwecks Erfassung räumlicher Querschnitte, die Möglichkeit realisiert ist, vertikale Drehung bei unterschiedlichen Horizontalwinkeln und/oder Horizontaldrehungen bei unterschiedlichen Vertikalwinkeln bei gleichzeit fortlaufender Entfernungsmessungen zu vollführen, so dass auf diese Weise beim Durchfahren einer entsprechenden Meßreihe durch beispielsweise ein automatisch ablaufendes Meßprogramm, komplette Geländabschnitte, Gebäude oder Innenräume räumlich vermessen werden können.5. The method according to at least one of claims 1-4, characterized in that optional in addition to the ability to rotate around the horizontal or vertical axis for the purpose of capturing spatial Cross sections, the possibility is realized, vertical rotation at different Horizontal angles and / or horizontal rotations at different vertical angles to carry out continuous distance measurements at the same time, so that in this way the Passing through a corresponding series of measurements by, for example, an automatically running one Measuring program, complete sections of land, buildings or interiors spatially measured can be. 6. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Eingabevorrichtung, beispielsweise eine Tastatur an der AVE, eine Handsteuerung, oder die Tastatur eines extern angeschalteten PCs, die Auswahl oder Eingabe von Vermessungsprogrammen möglich ist, die danach automatisch durchgeführt und ausgewertet werden, beispielsweise die Erstellung eines horizontalen Rundumquerschnittes, oder beispielsweise die räumliche Vermessung und Auswertung in einem Gebiet mit vorgegebenen Raumwinkeln.6. The method according to at least one of claims 1-5, characterized in that via a Input device, for example a keyboard on the AVE, a hand control, or the Keyboard of an externally connected PC, the selection or input of Measurement programs are possible, which are then carried out and evaluated automatically be, for example the creation of a horizontal all-round cross section, or For example, the spatial measurement and evaluation in a given area Solid angles. 7. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Verarbeitungssoftware über eine Möglichkeit verfügt, um einzelne Vermessungszyklen (Einzelkarten) zwei- oder dreidimensional zu einer Gesamtkarte zu Verbinden, beispielsweise zur Erstellung eines Gebäudequerschnittes nach Einzelmessungen in den einzelnen Räumen, oder beispielsweise zur Erstellung einer räumlichen Gesamtansicht des Innenraumes einer Kirche mit unterschiedlichen Räumen und Säulenhallen oder eines kompletten dreidimensionalen Höhlensystemes etc. Die Positionierung der Einzelbilder kann dabei beispielsweise manuell durch Angabe eines gemeinsamen Meßpunktes als jeweiliger Schnittpunkt erfolgen, der in zwei angrenzenden Bildern vorhanden ist (beispielsweise Eckpunkt einer Türzarge), oder automatisch, wenn überlappende Bereiche erkannt wurden.7. The method according to at least one of claims 1-6, characterized in that the automatic processing software has a way to individual Measurement cycles (single maps) in two or three dimensions to form an overall map Connect, for example to create a building cross section after individual measurements in the individual rooms, or for example to create a spatial overall view of the Interior of a church with different rooms and pillared halls or a complete one  three-dimensional cave system etc. The positioning of the individual images can for example manually by specifying a common measuring point as the respective one Intersection that exists in two adjacent images (e.g. corner point a door frame), or automatically if overlapping areas have been detected. 8. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass eine optionale automatische Vermessung komplexer Innenräume oder großer Außenflächen in der Art möglich ist, daß die AVE den Standort zumindest einer jeweiligen weiteren Messung explizite mit erfaßt und somit eine Referenz bei der Auswertung der Einzelmessungen der jeweiligen Standorte zueinander vorhanden ist, wobei die Erkennung des nächsten Standortes der AVE beispielsweise durch manuelles oder automatisches Anvisieren dieser Position (Meßpunkt, Meßlatte, Prisma etc. als Positionkennung) und taktiler Eingabe eines Standortindikators erfolgen kann. Der Meßdatensatz enthält somit die räumlichen Koordinaten und die Entfernung der jeweiligen Meßstandorte.8. The method according to at least one of claims 1-7, characterized in that a optional automatic measurement of complex interiors or large outdoor areas in style it is possible that the AVE explicitly states the location of at least one further measurement recorded with and thus a reference in the evaluation of the individual measurements of the respective Locations exist to each other, whereby the detection of the next location of the AVE for example by manually or automatically aiming at this position (measuring point, Measuring stick, prism etc. as position identifier) and tactile input of a location indicator can. The measurement data record thus contains the spatial coordinates and the distance of the respective measuring locations. 9. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Kalibrierung optional durch einen Global Positioning System-Empfänger erweiterbar ist, um großräumige komplexe Strukturen ohne Sichtlinie zusammenhängend zu vermessen.9. The method according to at least one of claims 1-8, characterized in that the automatic calibration optionally by a global positioning system receiver can be expanded to include large-scale complex structures without a line of sight measured. 10. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-Software optional maßstabsgerechte und wiederum optional bemaßte Gesamt-, Detail und/oder Schnittzeichnungen erstellt sowie optional die räumliche Darstellung räumlicher Objekte in unterschiedlichen zweckdienlichen Ansichten ermöglicht10. The method according to at least one of claims 1-9, characterized in that the Evaluation software optionally to scale and again optionally dimensioned overall, detail and / or sectional drawings and optionally the spatial representation of spatial Objects in different useful views
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