DE102005012107A1

DE102005012107A1 - Meßsystem und Verfahren zur geodätischen Vermessung von Objekten

Info

Publication number: DE102005012107A1
Application number: DE200510012107
Authority: DE
Inventors: Rüdiger ANGERMEIER; Michael Amrhein; Holger Fiebich
Original assignee: ANGERMEIER INGENIEURE GmbH
Current assignee: ANGERMEIER INGENIEURE GmbH
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: DE102005012107B4

Abstract

Ein Meßsystem zur geodätischen Vermessung von Objekten, insbesondere von Tunnellaibungen oder anderen linienhaften Objekten, umfaßt ein Meßfahrzeug (12) und mindestens einen auf dem Meßfahrzeug (12) angeordneten Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b'). Der Laserscanner bestimmt die Abstände zwischen dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MP). Eine von dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') unabhängige Positionsmeßeinrichtung (22, 24, 26, 28; 34, 36; 44, 46, 52, 54, 56, 58) bestimmt die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b'). Die unabhängige Positionsmeßeinrichtung erlaubt es, das Fahrzeug kontinuierlich an dem zu vermessenden Objekt entlang fahren zu lassen, so daß die Vermessung sehr schnell und preisgünstig durchgeführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem sowie ein Verfahren zur geodätischen Vermessung von Objekten, bei denen es sich insbesondere um Tunnellaibungen oder andere linienhafte Objekte handeln kann.
Vor allem im Zusammenhang mit Bauvorhaben besteht häufig die Aufgabe, ausgedehntere Objekte geodätisch präzise zu vermessen. Im Vorfeld von Bauvorhaben kann es beispielsweise erforderlich sein, die Topographie der Umgebung, z.B. Felswände oder Gebäudefassaden, zu bestimmen. Während der Bauarbeiten werden bis dahin errichtete Bauwerke oder Teile davon häufig geodätisch vermessen, um deren Maßhaltigkeit zu überprüfen. Besonders wichtig ist die geodätische Vermessung in Tunnelbauten. Zum einen muß der Tunnelquerschnitt exakt den architektonischen Vorgaben entsprechen, um z.B. zuverlässig das Lichtraumprofil von Schienenfahrzeugen aufnehmen zu können. Zum anderen kann nur eine geodätische Vermessung während des Tunnelbaus gewährleisten, daß zwei in Gegenrichtung vorgetriebene Tunnelröhren sich präzise an der gewünschten Stelle treffen.

Aus der EP 1 408 344 A1 ist ein Verfahren zur geodätischen Vermessung von Tunnellaibungen und anderen Hohlräumen bekannt, bei dem als Meßinstrument ein Laserscanner eingesetzt wird. Bei dem bekannten Verfahren wird der Laserscanner zunächst in eine erste Lage gebracht, in welcher der Laserscanner das Objekt mit einem Laserstrahl scannerartig erfaßt. Ermittelt wird dabei jeweils der Abstand zwischen dem Laserscanner und Meßpunkten, an denen der Laserstrahl auf das Objekt auftrifft. Anschließend wird der Laserscanner durch Verdrehen um einen präzise erfaßten Winkel in eine zweite Lage überführt, in der die Abstände zu mehreren weiter entfernt liegenden Fixpunkten ermittelt werden können, deren Absolutpositionen bekannt sind. Auf der Grundlage der Abstandsmessungen zu den Fixpunkten ermittelt eine Auswerteeinheit die Absolutposition des Laserscanners. Aus den Abständen des Laserscanners zu den Meßpunkten, dem Drehwinkel des Laserscanners und dessen Absolutposition berechnet die Auswerteeinheit die Absolutpositionen der Meßpunkte. Das bekannte Verfahren hat sich in der Praxis durchaus bewährt und ermöglicht eine genaue Vermessung von Tunnellaibungen und anderen Objekten.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist allerdings, daß die Vermessung ausgedehnter Objekte, z.B. längerer Tunnellaibungen, sehr zeitaufwendig ist. Dies hängt damit zusammen, daß der Laserscanner immer nur einen relativ kleinen Bereich in seiner unmittelbaren Umgebung mit dem Laserstrahl erfassen kann. Wird beispielsweise bei der Vermessung einer Tunnellaibung der Laserstrahl zu weit nach vorne oder nach hinten gerichtet, so treffen die Laserstrahlen unter großen Winkeln auf die Tunnellaibung auf. Dadurch kann es zur Abschattung von Meßpunkten und damit zu einer Verfälschung der Meßergebnisse kommen. Aus diesem Grund muß der Laserscanner in relativ kurzen Abständen immer wieder neu entlang der Tunnellaibung aufgebaut und mit Hilfe der Fixpunkte eingemessen werden. Die Vermessung eines größeren Objekts wird dadurch sehr langwierig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Vermessung schneller durchgeführt werden kann.

Ein diese Aufgabe lösendes Meßsystem umfaßt

a) ein Meßfahrzeug,
b) einen auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner, mit dem Abstände zwischen dem Laserscanner und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten bestimmbar sind, und
c) eine von dem Laserscanner unabhängige Positionsmeßeinrichtung, mit der die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners bestimmbar ist.

Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

a) Aufstellen eines Meßfahrzeugs in der Nähe des Objekts;
b) Bestimmen der Abstände zwischen einem auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten;
c) Bestimmen der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners mit einer von dem Laserscanner unabhängigen Positionsmeßeinrichtung;
d) Bestimmen der Absolutpositionen der angestrahlten Meßpunkte aus der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners und den in Schritt b) bestimmten Abständen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man mit Hilfe einer von dem Laserscanner unabhängigen Positionsmeßeinrichtung den Meßvorgang wesentlich beschleunigen kann. Da der Laserscanner nicht dazu benötigt wird, seine eigene Absolutposition zu bestimmen, kann die eigentliche Vermessung des Objekts mit Hilfe des Laserscanners unabhängig und vorzugsweise sogar gleichzeitig mit der Bestimmung der Absolutposition des Laserscanners durchgeführt werden. Dies wiederum erlaubt es, den Laserscanner auf einem Fahrzeug anzuordnen, das an dem zu vermessenden Objekt entlang fährt.

Ein Meßvorgang kann dabei beispielsweise so ablaufen, daß das Meßfahrzeug stehen bleibt, während der Laserscanner die Abstände zu den angestrahlten Meßpunkten ermittelt. Gleichzeitig bestimmt die Positionsmeßeinrichtung die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners. Nachdem der Laserscanner den unmittelbar benachbarten Bereich des Objekts vermessen hat, fährt das Meßfahrzeug eine kurze Strecke an dem Objekt entlang und bleibt erneut stehen. Dort wird der vorstehend geschilderte Meßvorgang wiederholt usw. Da der Laserscanner, anders als bei dem oben beschriebenen bekannten Verfahren, zur Bestimmung seiner Absolutposition nicht verschwenkt werden muß, läßt sich die Meßzeit annähernd halbieren.

Da die Absolutposition des Laserscanners während des Abscannens des Objekts bestimmt werden kann, besteht die Möglichkeit, das Meßfahrzeug in sehr kurzen Abständen anzuhalten, um nur den wirklich unmittelbar nächstliegenden Bereich des Objekts zu vermessen. Dies wirkt sich günstig auf die Meßgenauigkeit aus und erlaubt zudem die Verwendung preisgünstiger Laserscanner mit etwas stärker divergierendem Laserstrahl.

Eine von dem Laserscanner unabhängige Positionsmeßeinrichtung erlaubt aber nicht nur einen schrittweisen, sondern sogar einen kontinuierlichen Betrieb des Meßsystems. Bei einem solchen kontinuierlichen Betrieb wird sowohl die Abstandsmessung zu dem Objekt als auch die Bestimmung der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners während eine Bewegung des Meßfahrzeugs entlang des Objekts durchgeführt. Ein solcher kontinuierlicher Betrieb führt nicht nur zu einer nochmaligen Beschleunigung des Meßvorgangs, sondern erhöht gegenüber einem schrittweisen Betrieb auch die Meßgenauigkeit, da der Laserscanner nur solche Punkte auf dem Objekt anzustrahlen braucht, die – bei gedachtem Stillstand des Fahrzeugs – in einer vertikalen Meßebene liegen, die vorzugsweise senkrecht zur Fahrzeuglängsachse des Meßfahrzeugs verläuft. Die Fahrzeuglängsachse liegt immer tangential zur Fahrkurve und kann im Falle sehr kurzer, aber breiter Fahrzeuge auch die kürzere Fahrzeugachse sein.

Das unabhängige Positionsmeßsystem ermöglicht es zudem, das Meßfahrzeug frei, d.h. nicht spurgebunden, fahren zu lassen. Somit entfällt zum einen der Aufwand zum Verlegen von Schienen o.ä. Andererseits besteht die Möglichkeit, während der Vermessung bestimmte Bereiche des Objekts genauer zu vermessen, indem man mit dem Meßfahrzeug an den betreffenden Bereich näher und ggf. aus unterschiedlichen Richtungen heranfährt.

Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Meßsystem mit relativ geringem Aufwand möglich, eine Messung zu wiederholen, wenn eine Auswerteeinheit des Meßsystems feststellt, daß eine Messung unvollständig oder inkonsistent ist. Veranlaßt sein kann eine solche Wiederholung auch dann, wenn benachbarte Meßpunkte sehr unterschiedlich große Abstände zu dem Laserscanner haben, so daß die Gefahr be steht, daß eine Interpolation die tatsächliche Form des Objekts nicht richtig erfaßt. Auch in einem solchen Fall kann es günstig sein, eine erneute Messung bei stehendem oder sich langsamer fortbewegendem Meßfahrzeug vorzunehmen.

Vorzugsweise wird ein herkömmlicher Laserscanner eingesetzt, mit dem sich nacheinander einzelne Meßpunkte auf dem Objekt anstrahlen lassen, die entlang einer Meßspur liegen. Der von dem Laserscanner erzeugte Laserstrahl wird dabei üblicherweise schrittweise oder kontinuierlich um eine Achse gedreht, die senkrecht zu der Meßebene verläuft. Insbesondere bei einem kontinuierlichen Betrieb des Meßsystems in Hohlräumen wie Tunneln ist es günstig, wenn die Drehung des Laserstrahls ausschließlich in eine Drehrichtung verläuft. Dabei wird zwar teilweise auch ein Teil des Meßfahrzeugs und/oder der Untergrund vermessen, jedoch erlaubt eine Drehung des Laserstrahls in nur eine Drehrichtung eine helixartige und dadurch sehr gleichmäßig dichte Anordnung von Meßpunkten auf dem Objekt.

Im allgemeinen wird es am günstigsten sein, wenn der Drehwinkel, mit dem sich der Laserstrahl dreht, konstant ist. Im Einzelfall können jedoch auch unterschiedlich große Drehwinkel sinnvoll sein, etwa bei stark unterschiedlich beschaffenen Objektflächen. Kleinere Drehwinkel und damit eine genauere Abtastung kommen z.B. in Betracht, wenn die Abstände zu einem Bereich des Objekts bestimmt werden sollen, der besonders stark zerklüftet oder in anderer Weise unregelmäßig geformt ist. In einem solchen Bereich kann es auch sinnvoll sein, die Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs herabzusetzen, um den Abstand der Meßspuren in Fahrtrichtung des Meßfahrzeugs zu verringern.

Wenn in diesem Zusammenhang von einer Drehung des Laserstrahls um diskrete Winkel und einem Anstrahlen einzelner Meßpunkte die Rede ist, so soll dies auch den Fall einschließen, daß der Laserstrahl zwar kontinuierlich gedreht wird, eine Abstandsbestimmung aber nur in vorgegebenen zeitlichen Abständen stattfindet. Die Drehwinkel im oben genanten Sinne sind dann mit den zeitlichen Abständen der Messungen korreliert, so daß beispielsweise kürzere zeitliche Abstände kleineren Drehwinkeln entsprechen. Die angestrahlten Meßpunkte sind bei einer kontinuierlichen Drehung diejenigen Punkte auf der durchgängig ausgeleuchteten Meßspur, an denen eine Abstandsmessung stattfindet.

Da eine Verlangsamung der Fortbewegung des Meßfahrzeugs die Meßdauer insgesamt erhöht, weist das Maßsystem bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen weiteren auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner auf, der im Prinzip wie der erste Laserscanner ausgeführt ist. Die Meßebene des weiteren Laserscanners kann dabei entweder senkrecht oder parallel zu der Fahrzeuglängsachse des Meßfahrzeugs verlaufen.

Verlaufen die Meßebenen der Meßpunkte bei beiden Laserscannern senkrecht zur Fahrzeuglängsachse in einem Abstand d in Richtung der Fahrzeuglängsachse, so beschreiben die Meßspuren beider Laserscanner bei konstanter Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs und gleichmäßiger Drehung der Laserstrahlen eine Art Doppelhelix, wobei die beiden Meßspuren im Abstand d zueinander verlaufen. Bei gleicher Geschwindigkeit läßt sich somit im Vergleich zu der Variante mit nur einem Laserscanner eine Verdoppelung der Meßpunktdichte erzielen oder, wenn die Meßpunktdichte eines Lasers genügt, die Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs verdoppeln. Vorzugsweise sind die Meßpunkte außerdem winkelmäßig versetzt zueinander angeordnet, so daß das Objekt gleichmäßiger mit Meßpunkten überdeckt wird.

Vorzugsweise liegt die Meßebene der Meßpunkte des einen Laserscanners senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und die Meßebene der Meßpunkte des weiteren Laserscanners parallel zu der Fahrzeuglängsachse des Meßfahrzeugs, wobei der von dem weiteren Laserscanner erzeugte Laserstrahl schrittweise oder kontinuierlich um eine Achse drehbar ist, die senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse des Meßfahrzeugs verläuft. Da, wie eingangs bereits erwähnt, die Meßgenauigkeit abnimmt, wenn die Laserstrahlen die Meßpunkte zu schräg anstrahlen, sollten die ausgewerteten Meßpunkte innerhalb eines Winkelbereichs von nicht mehr als 90° liegen, der bezüglich der Vertikalen zentriert sein kann.

Damit der weitere Laserscanner das Objekt gleichmäßig mit Meßpunkten überdecken kann, kann die Meßebene des weiteren Laserscanners um eine parallel zu der Fahrzeuglängsachse liegende Kippachse verkippbar sein. Die Meßebene kann z.B. um einen vorgegebenen Winkelbetrag verkippt werden, sobald alle Meßpunkte in einer Meßebene erfaßt sind. Noch einfacher ist es, die Meßebene kontinuierlich zu verkippen. Die Meßspur des weiteren Laserstrahls verläuft dann nicht parallel zur Fahrzeuglängsachse, sondern schräg hierzu. In beiden Fällen wird die schnelle Scanbewegung des Laserstrahls von einer langsamen Schwenkbewegung der Meßebene überlagert. Erreicht werden kann dies entweder dadurch, daß der gesamte Laserscanner um eine Kippachse gedreht wird, oder es wird ein Laserscanner eingesetzt, dessen Scanoptik so ausgelegt ist, daß der Laserstrahl die vorstehend beschriebene Überlagerung zweier Scanbewegungen vollzieht.

Da das Meßfahrzeug in der Regel auf einer geneigten oder unregelmäßigen Oberfläche fahren wird, muß die räumliche Orientierung des Laserscanners ermittelt werden.

Zu diesem Zweck kann die Positionsmeßeinrichtung mindestens einen gegenüber dem Laserscanner ortsfesten Neigungssensor umfassen. Bereits mit zwei Neigungssensoren kann die Orientierung des Laserscanners bezüglich einer Referenzfläche, und zwar insbesondere der Horizontalen (Erdoberfläche), vollständig erfaßt werden. Falls der Laserscanner auf einer Meßplattform befestigt ist, die ge genüber einem Fahrgestellt des Meßfahrzeugs federnd gehalten ist, so muß der mindestens eine Neigungssensor unmittelbar auf der Meßplattform befestigt sein.

Um die Absolutposition des Laserscanners zu bestimmen, kann die Positionsmeßeinrichtung einen ortsfest auf dem Fahrzeug angeordneten Reflektor und ein außerhalb des Meßfahrzeugs angeordnetes elektronisches Tachymeter umfassen. Das elektronische Tachymeter verfolgt den mit dem Meßfahrzeug mitbewegten Reflektor automatisch und bestimmt dabei kontinuierlich die Position des Reflektors relativ zum Standort des Tachymeters. Wenn die Absolutposition des Tachymeters bekannt ist, kann in an sich bekannter Weise auf die Absolutposition des Reflektors zurückgeschlossen werden.

Das Tachymeter kann zusätzlich oder alternativ auch dazu verwendet werden, die räumliche Orientierung des Laserscanners zu bestimmen. In diesem Fall muß die Positionsmeßeinrichtung mindestens drei bezüglich des Laserscanners ortsfest angeordnete Reflektoren umfassen, die für das Tachymeter voneinander unterscheidbar sind. Wenn das Tachymeter die Positionen der drei Reflektoren relativ zu dem Tachymeter bestimmt, kann die Positionsmeßeinrichtung unter Berücksichtigung der relativen Lage der drei Reflektoren untereinander auf die räumliche Orientierung des Laserscanners zurückschließen.

Um die Reflektoren für das Tachymeter unterscheidbar zu machen, können diese beispielsweise in einer vorgegebenen Reihenfolge aktiviert werden. Die Aktivierung des Reflektors kann beispielsweise durch Aufklappen oder Freilegen des Reflektors erfolgen.

Zur Bestimmung der Absolutposition des Laserscanners kann die Positionsmeßeinrichtung alternativ oder zusätzlich zu einem elektronischen Tachymeter auch eine Gruppe von mindestens drei, vorzugsweise vier, nicht alle in einer Ebene liegenden und voneinander unterscheidbaren Fixpunkten enthalten, die an dem Objekt oder in der Umgebung des Objekts angeordnet und deren Absolutpositionen bekannt sind. Eine auf dem Meßfahrzeug angeordnete Digitalkamera erfaßt gleichzeitig und voneinander unterscheidbar die Fixpunkte und erzeugt daraus entsprechende Bilddaten. Eine Recheneinheit enthält einen Speicher, in dem die Absolutpositionen der Fixpunkte hinterlegt sind. Die Recheneinheit ist dabei so programmiert, daß sie die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners in an sich bekannter Weise auf der Grundlage der Bilddaten und der gespeicherten Absolutpositionen der Fixpunkte bestimmt.

Eine solche Positionsmeßeinrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn das Objekt oder die Umgebung die Möglichkeit bietet, Fixpunkte zu markieren, deren Absolutposition bereits bekannt sind oder ohne weiteres ermittelt werden können. Je weiter die Fixpunkte dabei aus einander liegen, desto höher ist die Genauigkeit der Positions- und Lagebestimmung. Auf ein relativ teures elektronisches Tachymeter kann dann ggf. verzichtet werden.

Damit die Fixpunkte voneinander unterschieden werden können, können diese z.B. selbstleuchtend und sukzessive in einer vorgegebenen, der Recheneinheit bekannten Reihenfolge einschaltbar sein, oder sie können in unterschiedlichen Farben leuchten.

Bei größeren Objekten wie etwa Tunnellaibungen wird es im allgemeinen erforderlich sein, mehrere Gruppen von Fixpunkten vorzusehen, die entlang des von dem Meßfahrzeug abzufahrenden Weges angeordnet sind.

Dieses Meßprinzip kann auch umgekehrt werden. Eine Gruppe von mindestens drei nicht alle in einer Ebene liegenden Fixpunkten befindet sich dann nicht auf dem Objekt oder dessen Umgebung, sondern auf dem Meßfahrzeug. Dementsprechend ist die Digitalkamera nicht auf dem Meßfahrzeug, sondern außerhalb davon angeordnet. Eine Recheneinheit enthält auch bei dieser Variante einen Speicher, in dem die relative Anordnung der Fixpunkte hinterlegt ist. Ferner ist die Recheneinheit so programmiert, daß sie die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners auf der Grundlage der Bilddaten und der gespeicherten relativen Anordnung bestimmt.

Bei dieser Variante entfällt die Markierung von Fixpunkten an dem Objekt oder dessen Umgebung. Die Meßgenauigkeit kann aber etwas geringer sein, da die Fixpunkte auf dem Meßfahrzeug keine sehr großen Abstände voneinander haben können.

Das Meßfahrzeug kann in praktisch beliebiger Weise an dem zu vermessenden Objekt entlang geführt werden. Im allgemeinen wird das Meßfahrzeug einen eigenen Antrieb, z.B. einen Rad-, Raupen- oder Kettenantrieb, haben.

Das Meßfahrzeug kann von einem mitfahrenden Fahrer, manuell mit Hilfe einer Fernsteuerung oder auch vollautomatisch an dem Objekt entlang fahren. Bei einer vollautomatischen Steuerung muß dem Meßfahrzeug ein abzufahrender Weg vorgegeben werden, der absolut oder relativ zu dem Objekt oder dessen Umgebung festgelegt sein kann.

Eine relative Festlegung zu dem Objekt kann beispielsweise darin bestehen, daß der abzufahrende Weg zu dem Objekt einen konstanten Abstand hat, oder daß der abzufahrende Weg in der Mitte zwischen zwei gegenüberliegenden Teilen des Objekts liegt. Im Fall von Tunnellaibungen kann auf diese Weise sichergestellt werden, daß das Meßfahrzeug von alleine in der Mitte des Tunnels entlangfährt. Zwar sollte, z.B. mit Hilfe einer von dem Meßfahrzeug mitgeführten Kamera, stets die Möglichkeit bestehen, den Weg des Meßfahrzeugs extern mitzuverfolgen und ggf. das Meßfahrzeug korrigierend einzugreifen zu können, jedoch steuert das Meßfahrzeug bei dieser Ausgestaltung seine Fahrtrichtung und ggf. auch seine Geschwindigkeit im wesentlichen selbst.

Damit das Meßfahrzeug bei einer solchen Ausgestaltung den Weg relativ zu dem Objekt bestimmen kann, kann auf dem Meßfahrzeug eine Einrichtung zur Bestimmung der Relativposition relativ zu dem Objekt angeordnet sein. Eine solche Einrichtung umfaßt vorzugsweise eine Anordnung zur Erzeugung von drei Lichtstrahlen, die in einer Ebene liegen. Mindestens eine ortsfest auf dem Meßfahrzeug außerhalb der Ebene angeordnete Digitalkamera erfaßt dann die Auftreffpunkte der Lichtstrahlen auf dem Objekt. Ein Rechner ermittelt mittels Triangulationsrechnungen die Abstände zwischen einem Punkt auf dem Meßfahrzeug und den Auftreffpunkten der Lichtstrahlen. Eine solche Einrichtung zur Bestimmung der Relativposition ist besonders geeignet, um ein Meßfahrzeug in einem Tunnel oder einem ähnlichen Hohlraum selbständig einen Weg finden zu lassen, der möglichst in der Mitte des Tunnels oder des Hohlraums liegt.

Zwar liefert der Laserscanner an sich bereits Daten, aus denen die Abstände des Laserscanners zu dem zu vermessenden Objekt oder dessen Umgebung ermittelbar sind. Im allgemeinen ist es jedoch günstig, diese relativ großen Datenmengen nicht unmittelbar auf dem Meßfahrzeug zu verarbeiten, sondern zunächst drahtgebunden oder drahtlos an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Eine Steuerung des Meßfahrzeugs in Echtzeit auf der Grundlage dieser Daten ist dann aber im allgemeinen nicht mehr ohne weiteres möglich.

Da die mindestens eine auf dem Meßfahrzeug angeordnete Digitalkamera auch zu anderen Zwecken genutzt werden kann, z.B. zur Dokumentation der Meßfahrt oder zur zusätzlichen Bestimmung von Meßdaten mit Hilfe an sich bekannter Bildverarbeitungsverfahren, benötigt die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Bestimmung der Relativposition lediglich noch eine einfache Anordnung zur Erzeugung von drei Lichtstrahlen, bei der es sich z.B. um drei einfache Laserpointer handeln kann.

Da eine einzelne Digitalkamera mit einem verzeichnungsarmen und preisgünstigen Objektiv im allgemeinen nicht in der Lage sein wird, die drei Auftreffpunkte gleichzeitig zu erfassen, wird man im allgemeinen zwei Digitalkameras benötigen, deren Erfassungsbereiche aneinander angrenzen oder sich leicht überschneiden. Man kann alle drei Auftreffpunkte aber auch mit nur einer Digitalkamera erfassen, wenn man mindestens eine Strahlumlenkungseinrichtung auf dem Meßfahrzeug vorsieht, welche einen Teil des von der Digitalkamera erfaßbaren Bildbereichs umlenkt. Mit Hilfe einer solchen Strahlumlenkeinrichtung, die beispielsweise eine Anordnung von Spiegeln umfassen kann, kann eine einzige Digitalkamera gewissermaßen "um die Ekke" schauen.

Vorzugsweise verläuft die durch die Lichtstrahlen definierte Ebene senkrecht zur Achse des Meßfahrzeugs. Bei Meßfahrzeugen, die ihre Position relativ zu zwei gegenüberliegenden Teilen des Objekts oder dessen Umgebung bestimmen sollen, ist es zweckmäßig, wenn ein Lichtstrahl nach oben und jeweils ein Lichtstrahl zu beiden Seiten des Meßfahrzeugs abgestrahlt wird.

Falls die Auftreffpunkte der Lichtstrahlen mit zwei Digitalkameras erfaßt werden sollen, so können diese so angeordnet werden, daß jede Digitalkamera einen durch den nach oben abgestrahlten Lichtstrahl erzeugten Auftreffpunkt und einen Auftreffpunkt erfaßt, der von einem zu einer Seite abgestrahlten Lichtstrahl erzeugt wird.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung des Meßfahrzeugs entlang eines vorgebbaren Wegs mit Hilfe eines außerhalb des Meßfahrzeugs angeordneten Steuerlasers zur Erzeugung eines im wesentlichen horizontal verlaufenden Steuerungs-Laserstrahls. Ein auf dem Meßfahrzeug angeordneter Sensor erfaßt den Steuerungs-Laserstrahl. Eine Steuerung steuert das Meßfahrzeug dann so, daß der Steuerungs-Laserstrahl stets in einem Erfassungsbereich des Sensors liegt.

Die Fahrtrichtung des Meßfahrzeugs läßt sich auf diese Weise sehr präzise durch die Lage des Steuerungs-Laserstrahls vorgeben. Der Steuerlaser ist dabei vorzugs weise um mindestens eine Achse verschwenkbar und ggf. auf einem eigenen Fahrzeug angeordnet.

Der auf dem Meßfahrzeug angeordnete Sensor kann zwei hintereinander angeordnete Strahllagedetektoren umfassen, die in der Lage sind, den Durchtrittspunkt des Steuerungs-Laserstrahls durch die Detektorfläche zu bestimmen. Fluchtet die Fahrtrichtung des Meßfahrzeugs nicht exakt mit der Ausbreitungsrichtung des Steuerungs-Laserstrahls, so wandert der Durchtrittspunkt auf der Detektorfläche nach außen, was von den Strahllagedetektoren erfaßt wird. Die Steuerung steuert das Meßfahrzeug dann so, daß der Laserstrahl die Strahllagedetektoren wieder annähernd mittig durchtritt.

Mit zwei parallelen Steuerungs-Laserstrahlen ist es möglich, über den Sensor auch die räumliche Orientierung des Sensors und damit des Laserscanners zu bestimmen. Neigungs- oder andere Orientierungssensoren sind dann ggf. entbehrlich.

Wie bereits erwähnt, kann auf dem Meßfahrzeug eine Digitalkamera angeordnet sein, mit der sich die Meßfahrt dokumentieren läßt. Vorzugsweise umfaßt das Meßsystem ferner einen Datenspeicher, in dem von der Digitalkamera erfaßte Bilder Absolutpositionen des Laserscanners zugeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, die von der Digitalkamera aufgenommen Bilder weiter auszuwerten, indem die Bildinformationen in Beziehung zur Absolutposition der Digitalkamera gesetzt werden.

Aufgrund der begrenzten Pixelauflösung der Digitalkamera wirkt sich die Fahrzeugbewegung auf den Meßvorgang günstig aus, da die Schwankungen des Fahrzeugs durch die Integration der erfaßten Position der Meßpunkte die Auflösung effektiv über die durch die Pixelanordnung vorgegebene Pixelauflösung hinaus erhöht. Erzeugt ein Bild in der Pixelebene der Digitalkamera beispielsweise lediglich bei einem einzigen Pixel ein Signal, so kann nur der Schluß gezogen werden, daß das Bild nicht größer als der Pixel ist. Wird die Digitalkamera hingegen gegenüber dem Objekt bewegt, so können aus der Anregung benachbarter Pixel weitere Schlüsse über die Größe und Form des Objekts gezogen werden.

Dieser Effekt kann auch gezielt eingesetzt werden, indem die Digitalkamera zur Erhöhung der Meßauflösung in eine ein- oder zweidimensionale Schwingung gesetzt wird, wobei eine elliptische oder kreisförmige Schwingungsbahn senkrecht auf die Betrachtungsachse vorteilhaft ist. Ferner sollte eine Synchronisierung der Schwingungsbewegung mit der Aufnahmefrequenz der Kamera oder umgekehrt durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist die Digitalkamera so ausgerichtet, daß sie die von dem Laserscanner angestrahlten Meßpunkte zumindest teilweise erfassen kann. Die einzelnen Meßpunkte sind dann auf den aufgenommenen Bildern erkennbar, so daß mit Hilfe von bildverarbeitenden Verfahren zusätzliche Absolutpositionen für Punkte ableitbar sind, die zwischen den vom Laserscanner erfaßten Meßpunkten liegen. Ferner ist auf den aufgenommenen Bildern erkennbar, ob bestimmte ungewöhnliche Umstände eine Interpretation der Meßergebnisse verlangen. Liegt ein Meßpunkt beispielsweise auf dem Grund einer Sackbohrung, so könnte bei der Interpretation der Meßwerte der Eindruck entstehen, daß es sich um eine größere Ausnehmung handelt. Ein Abgleich mit den Bilddaten kann dann helfen, eine derartige Fehlinterpretation zu vermeiden.

Damit die Digitalkamera die von dem Laserscanner angestrahlten Meßpunkte tatsächlich erfassen kann, sollte die Digitalkamera mit dem Laserscanner synchronisiert sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auf den von der Digitalkamera aufgenommenen Bildern mindestens ein Meßpunkt erkennbar ist.

Die Aufnahmezeit der Digitalkamera ist in der Regel länger als die Verweilzeit des Laserstrahls in einem Meßpunkt. Deswegen ist im Kamerabild nicht nur ein Punkt, sondern eine Linie auf der Objektoberfläche sichtbar. Die Lage der Linie im Kamerabild hängt vom Synchronisierungszeitpunkt zwischen dem Laserscanner und der Digitalkamera ab und kann gezielt erfindungsgemäß genutzt werden, um die erfaßte Linie in dem interessierenden Bereich des Ob jekts gezielt entlang der Meßspur auf der Objektoberfläche zu verschieben.

Im Prinzip ist es möglich, die Emissionsfrequenz des Laserscanners an die spektrale Empfindlichkeit der Digitalkamera anzupassen. Im allgemeinen ist es jedoch günstiger, standardisierte Laserscanner zu verwenden, deren Wellenlänge im Infrarotbereich liegt, und eine Digitalkamera einzusetzen, die für diesen Wellenlängenbereich empfindlich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine perspektivische schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Meßsystems;
2 eine perspektivische Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Meßsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Laserscanner mit parallelen Meßebenen auf dem Meßfahrzeug angeordnet sind;
3 eine perspektivische Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Meßsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Laserscanner orthogonale Meßebenen haben;
4 eine perspektivische Darstellung eines Positionsmeßsystems mit einer auf dem Meßfahrzeug angeordneten Digitalkamera;
5 eine Prinzipskizze für ein Steuerungssystem für das Meßfahrzeug, bei dem das Meßfahrzeug an einem extern erzeugten Laserstrahl entlang geführt wird;
6 eine Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung in einer perspektivischen Darstellung;
7 eine Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in einer schematischen Vorderansicht;
8 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Spiegelanordnung und nur einer Digitalkamera.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Meßsystem, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Zu dem Meßsystem 10 gehört ein Meßfahrzeug 12, das über einen eigenen Radantrieb verfügt und in nicht näher dargestellter Weise lenkbar ist. Mit seiner Fahrzeuglängsachse 14 weist das Meßfahrzeug 12 stets in Richtung der momentanen Fahrtrichtung.
Auf einer Fahrzeugplattform 16 des Meßfahrzeugs 12 ist ein an sich bekannter Laserscanner 18 befestigt. Der Laserscanner 18 enthält einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls 20 und eine beweglicher Spiegelanordnung, mit der sich der Laserstrahl in unterschiedliche Richtungen richten läßt. Die von dem Laserscanner 18 erzeugbaren Laserstrahlen 20 liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene, die im folgenden als Meßebene bezeichnet wird. Die Meßebene des Laserscanners 18 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Fahrzeuglängsachse 14 ausgerichtet.
Die Fahrzeugplattform 16 trägt einen Retroreflektor 22, der mit einem externen elektronischen Tachymeter 24 zusammenwirkt. Das Tachymeter 24 ist an einem Ort aufgebaut, dessen Absolutposition bekannt ist.
Auf der Fahrzeugplattform 16 sind ferner ein erster Neigungssensor 26 und ein zweiter Neigungssensor 28 befestigt, mit denen sich der Winkel der Fahrzeugplattform 16 relativ zur Horizontalen getrennt für die Richtung entlang der Fahrzeuglängsachse 14 und senkrecht hierzu bestimmen läßt.
Zum Meßsystem 10 gehört außerdem eine Auswerteeinheit 30, die im dargestellten Ausführungsbeispiel drahtlos mit dem Meßfahrzeug 12 und dem Tachymeter 24 kommuniziert.
Das in der 1 gezeigte Meßsystem 10 funktioniert wie folgt:
Zunächst wird ein Weg entlang des zu vermessenden Objekts festgelegt, entlang dem das Meßfahrzeug 12 während des Meßvorgangs fahren soll. Im folgenden sei angenommen, daß es sich bei dem zu vermessenden Objekt um eine Tunnellaibung handelt. Das Meßfahrzeug 12 wird dann mittig am Tunneleingang positioniert.
Das Tachymeter 24 wird so aufgebaut, daß es möglichst lange bei einer Fahrt des Meßfahrzeugs 12 durch den Tunnel den Retroreflektor 22 verfolgen kann. Die Absolutposition des Tachymeters 24 wird in an sich bekannter Weise geodätisch ermittelt.
Mit Hilfe einer in der 1 nicht gezeigten Fernsteuerung wird das Meßzeug 12 nun mit einer konstanten Geschwindigkeit, z.B. 10 cm/s oder 20 cm/s, in den Tunnel gefahren. Das Tachymeter 24 verfolgt dabei den Retroreflektor 22 und übermittelt fortwährend an die Auswerteeinheit 30 Daten, aus denen diese die Relativposition des Retroreflektors 22 zu dem Tachymeter 24 ermitteln kann. Da die Absolutposition des Tachymeters 24 bekannt ist, kann die Auswerteeinheit 30 aus den übermittelten Daten die Absolutposition des Retroreflektors 22 und damit des Meßfahrzeugs 12 kontinuierlich ermitteln.
Gleichzeitig scannt der Laserscanner 18 mit dem Laserstrahl 20 das Innere der Tunnellaibung ab. Der Laserstrahl wird dabei jeweils für kurze Zeit angeschaltet und fällt auf die Tunnellaibung. Der Laserstrahl 20 hat eine geringe Divergenz, so daß der auf der Tunnellaibung erzeugte Lichtfleck vom Abstand des Laserscanners 18 von dem angestrahlten Meßpunkt auf der Tunnellaibung abhängt. Aus dem reflektierten Signal gewonnene Daten werden drahtlos an die Auswerteeinheit 30 übermittelt, die daraus in an sich bekannter Weise den Abstand des Laserscanners 18 von dem Meßpunkt ermittelt, der an der Tunnellaibung von dem Laserstrahl 20 angestrahlt wird.
Nach erfolgter Messung wird die Spiegelanordnung in dem Laserscanner 18 so verstellt, daß sich der Laserstrahl 20 um eine Achse dreht, die parallel zur Fahrzeuglängsachse 14 verläuft. Der Drehwinkel kann dabei beispielsweise 1° oder 0,5° betragen. Die Auswerteeinheit 30 errechnet für diesen nächsten Meßpunkt wieder den Abstand zu dem Laserscanner 18. Anschließend wird der Laserstrahl 20 erneut um den gleichen Winkel weitergedreht usw.
Alternativ hierzu kann der Laserstrahl 20 auch kontinuierlich gedreht werden. In diesem Fall wird nur in vorgegebenen zeitlichen Abständen der Abstand von dem gerade angestrahlten Punkt ermittelt.
Auf diese Weise scannt der Laserscanner 18 die Tunnellaibung entlang einer Meßspur 32 ab, auf der die von dem La serstrahl 20 angestrahlten Meßpunkte liegen. In der 1 sind n Meßpunkte mit MP1, MP2 ... MPn+1 bezeichnet. Bei stehendem Meßfahrzeug 12 wird die Meßspur 32 durch die Schnittlinie zwischen der Meßebene des Laserscanners 18 und der Tunnellaibung gebildet. Fährt das Meßfahrzeug 12, so liegt jeder einzelne Laserstrahl 20 weiterhin in der Meßebene. Die Meßspur 32 liegt aber nur im Falle einer geradlinig gleichförmigen Bewegung des Meßfahrzeugs 12 und gleichmäßiger Drehung des Laserstrahls 20 in einer zu dessen Fahrzeuglängsachse 14 geneigten Ebene. Im allgemeinen Fall ist die Projektion der Meßspur 32 auf die Horizontale nicht eine Gerade, sondern eine Kurve mit wechselnden Krümmungen.
Wenn der Laserstrahl 20 die gegenüberliegende Seite erreicht (Meßpunkt MPn+1), wird er mit gleicher Drehrichtung weitergedreht. Der Laserstrahl 20 erfaßt dann den Tunnelboden und ggf. die Fahrzeugplattform 16. Die dabei gewonnen Meßwerte werden von der Auswerteeinheit 30 verworfen. Der gleichmäßig rotierende Laserstrahl 20 führt, zusammen mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs 12, zu einer helixartigen Meßspur auf der Tunnellaibung. Je schneller dabei das Meßfahrzeug 12 fährt, desto größer ist die Steigung der Helix. Über die Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs 12 läßt sich somit die Dichte der Meßpunkte in der Fahrtrichtung des Meßfahrzeugs 12 bestimmen. Die Dichte der Meßpunkte auf der Meßspur 32 ist durch den Drehwinkel zwischen zwei benachbarten Meßpunkten und der Zeit zwischen zwei Drehungen gegeben.
Damit die Auswerteeinheit 30 aus den Abständen der Meßpunkte zu dem Laserscanner 18 die Absolutposition der Meßpunkte bestimmen kann, muß zusätzlich die Absolutposition des Laserscanners sowie dessen Orientierung im Raum bekannt sein. Die Absolutposition des Laserscanners 18 wird in der oben beschriebenen Weise mit Hilfe des Tachymeters 24 und des Retroreflektors 22 bestimmt. Zur Ermittlung der Orientierung des Laserscanners im Raum werden von den Neigungssensoren 26, 28 erzeugte Daten von der Auswerteeinheit 30 verwendet.
Da der Laserscanner 18, die Neigungssensoren 26, 28 und das Tachymeter 24 nicht synchron Meßdaten erzeugen, müssen die gewonnen Daten einer gemeinsamen absoluten Zeit zugeordnet werden. Durch Interpolation der Daten über die gewonnene Zeitachse ist es dann möglich, die Absolutposition des Laserscanners 18 und dessen räumliche Orientierung genau zu dem Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Abstand zu einem bestimmten Meßpunkt MPi ermittelt wird. Falls die Neigungssensoren 26, 28 eine so große Trägheit haben, daß die von ihnen zu erfassenden Winkelinformationen verzögert an die Auswerteeinheit 30 weitergegeben werden, so kann es sinnvoll sein, einen solchen zeitlichen Versatz in der Auswerteeinheit 30 als Offset zu berücksichtigen.
Da die Meßebene senkrecht auf der Fahrzeuglängsachse 14 steht, erfaßt das Meßsystem 10 nur die jeweils nächstliegenden Teile der Tunnellaibung. Die Laserstrahlen 20 treffen dadurch im wesentlichen senkrecht auf die Tunnellaibung auf, wodurch Abschattungseffekte vermieden werden. Durch den kurzen Abstand zur Tunnellaibung kann ferner ein relativ preisgünstiger Laserscanner 18 verwendet werden, dessen Strahl relativ stark divergieren darf. Auf diese Weise wird ein preisgünstiges Meßsystem 10 bereitgestellt, das mit hoher Geschwindigkeit und Meßgenauigkeit eine Vermessung der Tunnellaibung ermöglicht.
Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele erläutert, wobei jeweils nur die Unterschiede zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf der Fahrzeugplattform 16 zwei voneinander unabhängige Laserscanner 18a, 18b hintereinander angeordnet sind. Die Meßebenen der beiden Laserscanner 18a, 18b sind parallel zueinander und verlaufen senkrecht zur Fahrzeuglängsachse 14. Die von den Laserscannern 18a, 18b erzeugten Laserstrahlen drehen sich mit der gleichen Drehrichtung um eine zu der Fahrzeuglängsachse 14 parallele Drehachse. Die an der Tunnellaibung von den Laserscannern 18a, 18b erzeugte Meßspuren 32a, 32b haben somit – bei zumindest annähernd konstanter Geschwindigkeit – die Form einer Doppelhelix.
Wie in der 2 ferner erkennbar ist, liegen die von den Laserscannern 18a, 18b erzeugten Meßpunkte MPa bzw. MPb nicht auf zur Tunnellängsachse parallelen Graden, sondern sind versetzt zueinander angeordnet. Ein derartiger Versatz kann entweder durch entsprechende Ansteuerung der Laserscanner 18a, 18b oder durch eine in Fahrzeugquerrichtung versetzte Anordnung der Laserscanner 18a, 18b auf der Fahrzeugplattform 16 erzielt werden. Aufgrund der versetzten Anordnung der Meßpunkte MPa, MPb wird eine noch gleichmäßigere Überdeckung der Tunnellaibung mit Meßpunkten erzielt. Ferner erlaubt die in der 2 gezeigte Anordnung mit zwei Laserscannern 18a, 18b bei gleicher Meßpunktdichte im Vergleich zu dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine verdoppelte Geschwindigkeit des Meßfahrzeugs 12.
Die 3 zeigt in Anlehnung an die 2 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem auf der Fahrzeugplattform 16 ebenfalls zwei Laserscanner 18a', 18b' angeordnet sind. Der erste Laserscanner 18a' entspricht dabei in Aufbau und Funktion den Laserscannern 18 und 18a, wie sie in den 1 und 2 gezeigt sind.
Die von dem zweiten Laserscanner 18b' erzeugten Laserstrahlen liegen in einer Meßebene, die parallel zur Fahrzeuglängsachse 14 verläuft. Ferner ist die Meßebene des zweiten Laserscanners 18b' um eine zu der Fahrzeuglängsrichtung 14 parallele Drehachse 34 verkippbar, wie dies in der 3 mit Pfeilen 36 angedeutet ist.
Die von dem zweiten Laserscanner 18b' erzeugten Laserstrahlen 20b' drehen sich ebenfalls kontinuierlich innerhalb der Meßebene, es werden jedoch nur Meßpunkte innerhalb eines Winkelbereichs von etwa 80° ausgewertet. Durch diesen relativ kleinen Winkelbereich ist gewährleistet, daß die Laserstrahlen 20b' nicht zu schräg auf die Tunnellaibung auftreffen, so daß die Wahrscheinlichkeit für Meßfehler in Folge von Abschattungen gering ist.
Die in einer bestimmten Drehstellung der Drehachse 34 vom zweiten Laserscanner 18b' erfaßten Meßpunkte MPb' liegen auf einer horizontalen Meßspur 32b' auf der Tunnellaibung. Nach Überstreichen des gesamten Winkelbereichs wird der zweite Laserscanner 18b' um die Drehachse 39 gedreht, und zwar vorzugsweise um einen konstanten Drehwinkel, und der Scannvorgang wiederholt. Die auf diese Weise nacheinander erzeugte Meßspuren 32b' verlaufen somit waagerecht und parallel zueinander auf der Tunnellaibung, wie dies in der 3 gut erkennbar ist. Alternativ hierzu kann der zweite Laserscanner 18b' auch kontinuierlich um die Drehachse 34 gedreht werden, wodurch die Meßspuren nicht mehr parallel zur Tunnellaibung verlaufen.
Die Überlagerung des Scanvorgangs mit der Drehung um die Drehachse 36 führt dazu, daß – bei stehendem Meßfahrzeug 12 – der zweite Laserscanner 18b' einen breiten streifenförmigen Bereich auf der Tunnellaibung erfaßt. Fährt das Meßfahrzeug 12 während der Vermessung, so beschreibt der von dem zweiten Laserscanner 18b' überstrichene Bereich ebenfalls ein helixförmiges Band, das sich vorzugsweise leicht überlappt. Der zweite Laserscanner 18b' liefert auf diese Weise einen unabhängigen Satz von Meßwerten, wodurch die Meßpunktdichte erhöht wird. Da sich die Meßpunkte ggf. überlappen, besteht die Möglichkeit, durch Mittelwertbildung die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Die 4 zeigt in einer perspektivischen und stark schematisierten Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Positionsmeßeinrichtung, die anstelle des Tachymeters 24 und des Retroreflektors 22 oder zusätzlich hierzu verwendet werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Fahrzeugplattform 16 eine Digitalkamera 34 angeordnet, deren Bilddaten an die Auswerteeinheit 30 übermittelt werden. In dem Tunnel sind in größeren Abständen polygonartige Anordnungen selbstleuchtender Fixpunkte 36 befestigt, die für die Kamera 34 unterscheidbar sind. Zu diesem Zweck können die Fixpunkte 36 beispielsweise in unterschiedlichen Farben leuchten.
Wenn die Digitalkamera 34 die Fixpunkte 36 gleichzeitig in einem Bild erfaßt, so kann die Auswerteeinheit 30 daraus sowohl die Absolutposition der Kamera 34 (und damit des dazu relativ ortsfesten Laserscanners 18) und auch die räumliche Orientierung der Fahrzeugplattform 16 ermitteln. Zu diesem Zweck benötigt die Auswerteeinheit 30 lediglich die Absolutpositionen der Fixpunkte 36. Voraus setzung ist ferner, daß mindestens drei Fixpunkte 36 gleichzeitig von der Kamera 34 erfaßt und unterschieden werden können. Eine Verbesserung der Meßgenauigkeit ergibt sich, wenn wenigstens vier Fixpunkte 36 eine Gruppe bilden, die gemeinsam von der Digitalkamera 34 erfaßt werden kann.
Die in der 4 gezeigte Anordnung kann auch in dem Sinne vertauscht werden, daß die Fixpunkte auf dem Fahrzeug sind und eine externe Kamera die Fixpunkte erfaßt.
Die 5 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Steuersystem für das Meßfahrzeug 12. Mit 38 ist eine Sensoreinheit bezeichnet, die auf der Fahrzeugplattform 16 befestigt ist. In der Sensoreinheit 38 ist der Retroreflektor 22 integriert, auf den das Tachymeter 24 einen Lichtstrahl 40 richtet.
Zwei Steuerungslaser 44, 46 erzeugen Steuerungs-Laserstrahlen 48 bzw. 50, die zueinander parallel verlaufen. In der 2 sind die Steuerungslaser 44, 46 in unmittelbarer Nähe des Tachymeters 24 gezeigt. Die beiden Steuerungslaser 44, 46 können aber auch unabhängig davon angeordnet und beispielsweise auf einem eigenen Fahrzeug befestigt sein.
In der Sensoreinheit 38 sind ein erster halbdurchlässiger Spiegel 52 und ein zweiter vollständig reflektierender Spiegel 54 angeordnet, denen jeweils ein Strahllagedetek tor 56 bzw. 58 zugeordnet ist. Für die Strahllagedetektoren 56, 68 sind die beiden Steuerungs-Laserstrahlen 48, 50 unterscheidbar. Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Pulsrasen der Steuerungslaser 44, 46 erreicht werden.
Durch Erfassung der Auftreffpunkte der beiden Steuerungs-Laserstrahlen 48, 50 auf den Strahllagedetektoren 56 bzw. 58 ist es möglich, die räumliche Orientierung der Sensoreinheit 38 (und damit des Laserscanners 18) exakt zu bestimmen. Es sind dann keine zusätzlichen Neigungssensoren erforderlich.
Ferner kann die in der 5 gezeigte Anordnung dazu verwendet werden, daß Meßfahrzeug 12 entlang der Steuerungs-Laserstrahlen 48, 50 zu führen. Eine Steuerung des Meßfahrzeugs 12 stellt dabei sicher, daß das Meßfahrzeug 12 so gelenkt wird, daß die beiden Steuerungs-Laserstrahlen 44, 46 stets beide von den Strahllagedetektoren 56, 58 erfaßt werden können. Wenn die Bestimmung der räumlichen Orientierung durch andere Einrichtungen erfolgt, so genügt zur Zwecke der Steuerung des Meßfahrzeugs 12 ein einziger Laserstrahl 48 oder 50.
Die 6 zeigt eine Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung des Meßfahrzeugs in einer perspektivischen Darstellung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf der Fahrzeugplattform 16 in der Nähe des Laserscanners 18 drei Laserpointer 601, 602, 603 in einer zur Fahrzeuglängsachse 14 senkrechten Ebene angeordnet. Die Laserpointer 601, 602, 603 bilden zwischen sich einen rechten Winkel, wobei die beiden Laserpointer 601, 603 zu entgegengesetzten Seiten hin strahlen und der in der Mitte angeordnete Laserpointer 602 nach oben strahlt. Auf der Tunnellaibung erzeugen die drei Laserpointer 601, 602, 603 Auftreffpunkte 621, 622 bzw. 623.
Auf der Fahrzeugplattform 16 sind außerhalb der durch die Laserpointer 601, 602, 603 festgelegten Ebene zwei Digitalkameras 641, 642 angeordnet, die als Kreise angedeutet sind. Der räumliche Erfassungsbereich der Digitalkamera 641 ist in der 6 durch gestrichelte Linien 661 gekennzeichnet. Die andere Digitalkamera 642 hat einen hierzu symmetrischen Erfassungsbereich. Die beiden Erfassungsbereiche der Digitalkameras 641, 642 überlappen sich in der Mitte, so daß jede Digitalkamera den oberen Auftreffpunkt 622 erfassen kann.
Durch Auswertung gleichzeitig von den beiden Digitalkameras 641, 642 aufgenommener Bilder der Auftreffpunkte 621, 622, 623 kann mittels triangulatorischer Berechnungen der Abstand des Meßfahrzeugs 12 von den Auftreffpunkten 621, 622, 623 und damit von der Tunnellaibung bestimmt werden. Eine Steuerung des Meßfahrzeugs 12 kann dann beispielsweise so ausgelegt sein, daß das Meßfahrzeug 12 selbständig einen genau in der Mitte des Tunnels liegenden Weg nimmt. Auf eine Steuerung des Meßfahrzeugs 12 durch einen mitfahrenden Fahrer oder mit Hilfe einer externen Steuerung kann dann verzichtet werden.
Da auch die Meßpunkte MP des Laserscanners 18 im Erfassungsbereich 66 der Digitalkamera 641, 642 liegen, können die von den Kameras 641, 642 gelieferten Digitalbilder auch dazu verwendet werden, zusätzliche Informationen zur Form der Tunnellaibung zu erhalten. Da die Absolutpositionen der Meßpunkte MP von der Auswerteeinheit 30 ermittelt werden, kann jedes Bild, in dem ein Meßpunkt MP liegt, präzise lokalisiert werden.
Die 7 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung des Meßfahrzeugs gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Von dem in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die in der 7 gezeigte Einrichtung lediglich dadurch, daß zwei Digitalkameras 641', 642' derart auf der Fahrzeugplattform 16 ausgerichtet sind, daß ihr Erfassungsbereich auf der jeweils anderen Fahrzeuglängsseite liegt. Auf diese Weise können Digitalkameras mit einer Kameraoptik verwendet werden, deren Weitwinkelwirkung kleiner ist, wodurch Verzerrungen bei der Abbildung verringert werden.
Die 8 zeigt in einer perspektivischen schematischen Darstellung eine Einrichtung zur relativen Positionsbestimmung des Meßfahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu den in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen ist hier nur eine einzige Digitalkamera 64 vorhanden. Da eine einzelne Kamera die weit auseinander liegenden Auftreffpunkte 621, 622, 623 nicht gleichzeitig erfassen kann, ohne daß es dabei zu beträchtlichen Bildfehlern kommt, wird der von der Digitalkamera 64 erfaßbare Bildbereich mit Hilfe einer Spiegelanordnung 66 in drei Bereiche 701, 702 und 703 aufgeteilt. Die Spiegelanordnung 66 umfaßt zu diesem Zweck zwei Prismenspiegel 681, 682, die jeweils einen seitlichen Bereich des Bildfeldes um etwa 90° umlenken. Auf diese Weise kann die Digitalkamera 64 alle Auftreffpunkte 621, 622, 623 gleichzeitig erfassen.

Claims

Meßsystem zur geodätischen Vermessung von Objekten, insbesondere von Tunnellaibungen oder anderen linienhaften Objekten, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem aufweist: a) ein Meßfahrzeug (12), b) einen auf dem Meßfahrzeug (12) angeordneten Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b'), mit dem Abstände zwischen dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MP) bestimmbar sind, und c) eine von dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') unabhängige Positionsmeßeinrichtung (22, 24, 26, 28; 34, 36; 44, 46, 52, 54, 56, 58), mit der die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') bestimmbar ist.
Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') die Abstände zwischen dem Laserscanner und den von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahl ten Meßpunkten (MP) während einer Bewegung des Meßfahrzeugs (12) bestimmbar sind.
Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Positionsmeßeinrichtung (22, 24, 26, 28; 34, 36; 44, 46, 52, 54, 56, 58) die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') während einer Bewegung des Meßfahrzeugs (12) bestimmbar sind.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') nacheinander Meßpunkte auf dem Objekt anstrahlbar sind, die bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen.
Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') erzeugter Laserstrahl (20; 20b') um eine Achse drehbar ist, die senkrecht zu der Meßebene liegt.
Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Laserstrahls (20) ausschließlich in einer Drehrichtung verläuft.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßebene senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Meßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen weiteren auf dem Meßfahrzeug (12) angeordneten Laserscanner (18b) aufweist, mit dem die Abstände zwischen dem weiteren Laserscanner (18b) und von dem weiteren Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MPb) bestimmbar sind, wobei die Meßpunkte (MPb) bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen, die senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Meßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen weiteren auf dem Meßfahrzeug (12) angeordneten Laserscanner (18b') aufweist, mit dem die Abstände zwischen dem weiteren Laserscanner (18b') und von dem weiteren Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MPb') bestimmbar sind, wobei die Meßpunkte bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen, die parallel zu der Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Meßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom dem weiteren Laserscanner (18b') erzeugter Laserstrahl (20b') um eine Achse drehbar ist, die senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Meßsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte des von dem weiteren Laserscanner (18b') erzeugten Laserstrahl innerhalb eines Winkelbereichs von weniger als 90° liegen.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßebene des weiteren Laserscanners (18b') um eine parallel zu der Fahrzeuglängsachse (14) liegende Kippachse (34) verkippbar ist.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmeßeinrichtung mindestens einen gegenüber dem Laserscanner ortsfesten Neigungssensor (26, 28) umfaßt.
Meßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmeßeinrichtung zwei Neigungssensoren (26, 28) umfaßt, welche die Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') bezüglich einer Referenzfläche erfassen.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmeßeinrichtung zur Bestimmung der Absolutposition des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') einen orts fest gegenüber dem Laserscanner angeordneten Reflektor (22) und ein externes elektronisches Tachymeter (24) umfaßt.
Meßsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmeßeinrichtung drei bezüglich des Laserscanners ortsfest angeordnete Reflektoren umfaßt, die für das Tachymeter (24) voneinander unterscheidbar sind.
Meßsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren zur Aktivierung aufklapp- oder freilegbar sind.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmeßeinrichtung umfaßt: a) eine Gruppe von mindestens drei, vorzugsweise vier, nicht alle in einer Ebene liegenden und voneinander unterscheidbaren Fixpunkten (36), die an dem Objekt oder in der Umgebung des Objekts angeordnet und deren Absolutpositionen bekannt sind, b) eine auf dem Meßfahrzeug (12) angeordnete Digitalkamera (34) zur Erzeugung von Bilddaten, mit der die Fixpunkte gleichzeitig erfaßbar und voneinander unterscheidbar sind, und c) eine Recheneinheit, die einen Speicher enthält, in dem die Absolutpositionen der Fixpunkte (36) hinterlegt sind, und die so programmiert ist, daß sie die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners auf der Grundlage der Bilddaten bestimmt.
Meßsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixpunkte (36) selbstleuchtend sind und unterschiedliche Farben haben.
Meßsystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem mehrere Gruppen von mindestens drei, vorzugsweise vier Fixpunkten (36) aufweist, die entlang eines von dem Meßfahrzeug 812) abzufahrenden Weges angeordnet sind.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die die Positionsmeßeinrichtung umfaßt: a) eine Gruppe von mindestens drei, vorzugsweise vier nicht alle in einer Ebene liegenden und voneinander unterscheidbaren Fixpunkten, die auf dem Meßfahrzeug angeordnet sind, b) eine außerhalb des Meßfahrzeugs angeordnete Digitalkamera zur Erzeugung von Bilddaten, mit der die Fixpunkte auf dem Meßfahrzeug gleichzeitig erfaßbar und voneinander unterscheidbar sind, und c) eine Recheneinheit, die einen Speicher enthält, in dem die relative Anordnung der Fixpunkte hinterlegt ist, und die so programmiert ist, daß sie die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners auf der Grundlage der Bilddaten bestimmt.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug (12) einen eigenen Antrieb hat.
Meßsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug (12) fernsteuerbar ist.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfahrzeug (12) ein abzufahrender Weg vorgebbar ist.
Meßsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der abzufahrende Weg relativ zu dem Objekt vorgegeben ist.
Meßsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der abzufahrende Weg zu dem Objekt einen konstanten Abstand hat.
Meßsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der abzufahrende Weg in der Mitte zwischen zwei gegenüberliegenden Teilen des Objekts liegt.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßfahrzeug eine Einrichtung zur Bestimmung der Relativposition relativ zu dem Objekt angeordnet ist, die umfaßt: a) eine Anordnung (601, 602, 603) zur Erzeugung von drei Lichtstahlen, die in einer Ebene liegen, b) mindestens eine ortfest auf dem Meßfahrzeug außerhalb der Ebene angeordnete Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64), durch welche Auftreffpunkte (621, 622, 623) der Lichtstrahlen auf dem Objekt erfaßbar sind, und c) einen Rechner, der mittels Triangulationsrechnungen die Abstände zwischen einem Punkt auf dem Meßfahrzeug und den Auftreffpunkten (621, 622, 623) ermittelt.
Meßsystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug (12) mindestens eine Strahlumlenkeinrichtung (66) trägt, welche einen Teil des von der Digitalkamera (64) erfaßbaren Bildbereichs umlenkt.
Meßsystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkeinrichtung (66) mindestens einen Spiegel (681, 982) umfaßt.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Lichtstrahlen senkrecht zur Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Meßsystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl nach oben und jeweils ein Lichtstrahl zu beiden Seiten des Meßfahrzeugs (12) abstrahlbar sind.
Meßsystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Digitalkameras (641, 642; 641' 642') auf dem Meßfahrzeug (12) angeordnet sind, wobei jede Digitalkamera einen durch den nach oben abgestrahlten Lichtstrahl erzeugten Auftreffpunkt (622) und einen Auftreffpunkt (621, 623) erfaßt, der von einem zu einer Seite abgestrahlten Lichtstrahl erzeugt wird.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem ferner umfaßt: a) einen außerhalb des Meßfahrzeugs (12) angeordneten Steuerungslaser (44, 46) zur Erzeu gung eines im wesentlichen horizontal verlaufenden Steuerungs-Laserstrahls (48, 50), b) einen auf dem Meßfahrzeug (12) angeordneten Sensor (52, 54, 56, 58) zur Erfassung des Steuerungs-Laserstrahls (48, 50), c) eine Steuerung, die das Meßfahrzeug (12) so steuert, daß der Steuerungs-Laserstrahl (48, 50) stets in einem Erfassungsbereich des Sensors (52, 54, 56, 58) liegt.
Meßsystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zwei hintereinander angeordnete Strahllagedetektoren (56, 58) umfaßt.
Meßsystem nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungslaser (44, 46) um mindestens eine Achse verschwenkbar angeordnet ist.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungslaser (44, 46) auf einem Fahrzeug angeordnet ist.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßfahrzeug (12) mindestens eine Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64) angeordnet ist, und daß das Meßsystem (12) einen Datenspeicher aufweist, in dem von der Digitalkamera erfaßte Bilder der Absolutposition des Laserscanners zugeordnet sind.
Meßsystem nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64) so ausgerichtet ist, daß sie die von dem Laserscanner (18) angestrahlten Meßpunkte (MP) zumindest teilweise erfassen kann.
Meßsystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64) mit dem Laserscanner (18) synchronisiert ist.
Meßsystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64) für das von dem Laserscanner (18) erzeugte Licht empfindlich ist.
Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit, die aus der Absolutposition sowie der räumlichen Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') einerseits und dem Abstand der von dem Laserscanners angestrahlten Meßpunkte (MP) von dem Laserscanner andererseits die Absolutposition der Meßpunkte ermittelt.
Meßsystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die von der Positionsmeß einrichtung gemessenen Werte und die von dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') gemessenen Abstände über die Zeitachse interpoliert und die Absolutposition eines angestrahlten Meßpunkts (MP) für einen bestimmten Zeitpunkt bestimmt.
Meßsystem nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit so programmiert ist, daß sie eine Umkehr des Meßfahrzeugs (12) veranlaßt, wenn sie einen Meßfehler erkennt.
Verfahren zur geodätischen Vermessung von Objekten, insbesondere von Tunnellaibungen oder anderen linienhaften Objekten, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Aufstellen eines Meßfahrzeugs (12) in der Nähe des Objekts; b) Bestimmen der Abstände zwischen einem auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MP); c) Bestimmen der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') mit einer von dem Laserscan ner unabhängigen Positionsmeßeinrichtung (22, 24, 26, 28; 34, 36; 44, 46, 52, 54, 56, 58); d) Bestimmen der Absolutpositionen der angestrahlten Meßpunkte (MP) aus der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners und den in Schritt b) bestimmten Abständen.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Meßfahrzeug (12) kontinuierlich bewegt, während die Abstände zwischen dem Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') und von dem Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MP) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Meßfahrzeug (12) kontinuierlich bewegt, während die Positionsmeßeinrichtung (22, 24, 26, 28; 34, 36; 44, 46, 52, 54, 56, 58) die Absolutposition und die räumliche Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') nacheinander Meßpunkte auf dem Objekt anstrahlt, die bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen.
Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (18; 18a, 18b; 18a', 18b') einen Laserstrahl (20; 20b') erzeugt, der um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu der Meßebene liegt.
Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (20) ausschließlich in einer Drehrichtung gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehungen mit dem gleichen Drehwinkel erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßebene senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 52, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte: a) Bestimmen der Abstände zwischen einem weiteren auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner (18b) und von dem weiteren Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MPb); b) Anstrahlen von Meßpunkten auf dem Objekt durch den weiteren Laserscanner (18b), wobei die Meßpunkte bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen, die senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 52, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte: a) Bestimmen der Abstände zwischen einem weiteren auf dem Meßfahrzeug angeordneten Laserscanner (18b') und von dem weiteren Laserscanner auf dem Objekt angestrahlten Meßpunkten (MPb'); b) Anstrahlen von Meßpunkten auf dem Objekt durch den weiteren Laserscanner (18b'), wobei die Meßpunkte bei stehendem Meßfahrzeug (12) in einer Meßebene liegen, die parallel einer Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom dem weiteren Laserscanner (18b') erzeugter Laserstrahl (20b') um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse (14) des Meßfahrzeugs (12) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte des von dem weiteren Laserscanner (18b') erzeugten Laserstrahl innerhalb eines Winkelbereichs von weniger als 90° liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßebene des weiteren Laserscanners (18b') um eine parallel zu der Fahrzeuglängsachse (14) liegende Kippachse (34) verkippt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der räumlichen Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') mindestens ein gegenüber dem Laserscanner ortsfester Neigungssensor (26, 28) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Neigungssensoren (26, 28) die Orientierung des Laserscanners (18; 18a, 18b; 18a', 18b') bezüglich einer Referenzfläche erfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lage des Laserscanners mit Hilfe eines Tachymeters (24) bestimmt wird, der drei ortsfest gegenüber dem Laserscanner angeordnete Reflektoren erfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 60, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Erfassen einer Gruppe von mindestens drei, vorzugsweise vier, nicht alle in einer Ebene liegenden und voneinander unterscheidbaren Fixpunkten (36), die an dem Objekt oder in der Umgebung des Objekts angeordnet und deren Absolutpositionen bekannt sind, durch eine auf dem Meßfahrzeug (12) angeordnete Digitalkamera (34), und b) Bestimmung der Absolutposition und der räumlichen Orientierung des Laserscanners auf der Grundlage von Bilddaten, die von der Digitalkamera (34) erzeugt werden, und in einem Speicher gespeicherten Absolutpositionen der Fixpunkte (36).
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug (12) auf einem vorgegebenen Weg währt.
Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg relativ zu dem Objekt vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der abzufahrende Weg zu dem Objekt einen konstanten Abstand hat.
Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug (12) in der Mitte zwischen zwei gegenüberliegenden Teilen des Objekts fährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 65, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf dem Meßfahrzeug (12) angeordnete Digitalkamera (641, 642; 641', 642'; 64) Bilder erfaßt, auf denen Meßpunkte erkennbar sind, und daß die Bilder der Absolutposition der Meßpunkte zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 66, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfahrzeug automatisch umkehrt, wenn Meßfehler erkannt werden.