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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Vermessungsinstrument und insbesondere
ein Vermessungsinstrument, das derart aufgebaut ist, daß es wenigstens
entweder eine Entfernungsmessung oder eine Winkelmessung vornehmen
kann.
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Eine
Vermessung unter Verwendung eines Vermessungsinstrument, wie beispielsweise
einer Totalstation oder eines Digitaltheodoliten, wird üblicherweise
wie folgt durchgeführt.
Zunächst
wird ein Vermessungsinstrument in der Nähe eines Vermessungspunkts
(Referenzpunkts) plaziert, so daß der Hauptkörper des
Vermessungsinstruments im wesentlichen direkt über dem Vermessungspunkt vor der
Vermessung positioniert werden kann. Danach wird unter Verwendung
einer kreisförmigen
oder seitlichen Libelle eine Nivellierung, mittels derer das Vermessungsinstrument
horizontal eingestellt wird, und dann eine Zentrierung zur Einstellung
eines Zentrierpunkts durchgeführt,
so daß die
Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments direkt über dem
Vermessungspunkt angeordnet werden kann, während der Vermessungspunkt
unter Verwendung eines optischen Lots oder einer Laserlotvorrichtung
beobachtet wird. Um diese Zentrierung durchzuführen, ist es erforderlich,
daß das
Vermessungsinstrument während
der Nivellierung recht genau horizontal eingestellt werden kann.
Nach der horizontalen Einstellung des Vermessungsinstruments wird
jedoch die Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments mit dem Vermessungspunkt
in Deckung gebracht, und daher tritt bei Bewegung der Instrumentenmitte
des Vermessungsinstruments der Fall ein, daß die Nivellierung des Vermessungsinstruments
in Reaktion auf diese Bewegung fehlerhaft wird, so daß die Nivellierung
und die Zentrierung wiederholt durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus
muß eine
Bedienperson bei jeder Zentrierung den Vermessungspunkt unter Beobachtung
halten, während
sie durch das optische Lot blickt.
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Daher
wurde ein Vermessungsinstrument vorgeschlagen, bei dem eine Zentrierung
zum In-Deckung-bringen der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments
mit einem Vermessungspunkt vereinfacht ist, und selbst wenn zwischen
dessen Instrumentenmitte und dem Vermessungspunkt eine Abweichung
vorliegt, wird ein Meßwert
entsprechend dieser Abweichung korrigiert (siehe die veröffentlichte
ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 2000-28362 (Seiten 4-6, 1 bis 3)).
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Im
einzelnen wird, wie in 10 bis 12 gezeigt, ein Instrumentenhöhenmeßziel 2100 an
einem als Vermessungspunkt verwendeten Ziel 2000 installiert,
und das Ziel 2100 wird von einer ersten CCD 1160 und
einer zweiten CCD 1170 durch ein Reflexionsprisma 1300,
eine Objektivlinse 1140, einen ersten Strahlenteiler 1130 und
einen zweiten Strahlenteiler 1150 erfaßt. Anschließend wird
eine Verschiebung (d.h. Mittenabweichungsbetrag) x in der Richtung
X von dem Referenzpunkt aus als ein durch Ermöglichen des Erfassens durch
die erste CCD 1160 gebildetes Bild auf dem auf einem Retikel 1120 gebildeten
Instrumentenhöhenmeßzielbild
und auf einem Bild des Referenzpunkts, das die Mitte des Instrumentenhöhenmeßzielbilds
anzeigt, in Überlagerung
angezeigt, und eine Verschiebung (d.h. Mittenabweichungsbetrag)
y in der Richtung Y von dem Referenzpunkt aus wird in Überlagerung
als ein Bild, das durch Ermöglichen
des Erfassens durch die zweite CCD 1170 gebildet ist, darauf
angezeigt. Dann werden die Verschiebungen x und y auf der Grundlage
der Entfernung zwischen einem vorbestimmten Nullpunkt der X- oder
Y-Achse und der Position eines Mittelpunkts nur eines Kreuzungspunkts,
dessen Abstand sich von denjenigen der Kreuzungspunkte unterscheidet,
die die X- oder Y-Achse jedes kreisförmigen Bildes unter den konzentrischen
Kreisen des Instrumentenhöhenmeßzielbildes
kreuzen, berechnet. Anschließend
werden die durch Entfernungsmessung und Winkelmessung erhaltenen
Meßwerte
um die Verschiebungen x und y einer Lotposition korrigiert, wodurch
die Durchführung
einer genauen Vermessung ermöglicht
wird, indem lediglich eine grobe Positionseinstellung als Zentrierung
durchgeführt wird.
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Das
herkömmliche
Instrument verwendet eine Konstruktion, bei der die durch Entfernungsmessung
und Winkelmessung erhaltenen Meßwerte
auf der Basis von Verschiebungen x und y einer Lotposition korrigiert
werden, und daher läßt sich
selbst bei vereinfachter Zentrierung ein genaues Vermessungsergebnis
erzielen. Das bestimmte Ziel 2100 muß jedoch auf dem Vermessungspunkt
installiert sein, um die Verschiebungen x und y der Lotposition zu
berechnen, und falls also die Zentrierung durch die Verwendung anderer
Ziele vereinfacht wird, kann möglicherweise
keine genaue Vermessung durchgeführt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der eingangs erwähnten Probleme des
herkömmlichen
Instruments gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, selbst
bei Vereinfachung der Zentrierung einen genauen Vermessungswert
zu erhalten, ohne ein bestimmtes Ziel zu verwenden.
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Zur
Lösung
der Aufgabe weist ein Vermessungsinstrument nach einem ersten Aspekt
eine Meßeinrichtung
zum Durchführen
von mindestens entweder einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessung,
eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines unter einer vertikalen
Welle eines Instrumentenkörpers
befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt,
eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung
erfaßten
Bildes auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts
in bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in
Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in
Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt als
echter Zentrierpunkt festgelegt ist, und eine Korrektureinrichtung
zum Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte basierenden Meßwertes
der Meßeinrichtung
auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen
Rechenergebnisses auf.
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Um
das Vermessungsinstrument in der Nähe eines Vermessungspunkts
zu installieren, wird eine Zentrierung unter der Bedingung beendet,
daß der Vermessungspunkt
auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung als von der Bilderfassungseinrichtung
erfaßtes
Bild angezeigt worden ist, und wenn der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung
angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgesetzt
ist, wird auf diese Spezifikation hin der Mittenabweichungsbetrag
(d.h. Verschiebung) des Vermessungspunkts in bezug auf die Instrumentenmitte
des Instrumentenkörpers
berechnet. Ein der Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt
wird beispielsweise als Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems
angenommen, in dem ein Satz von Maschinenkoordinaten (X-Y-Koordinaten)
des Vermessungsinstruments oder der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt
ist. Auf der Grundlage dieses Ursprungs werden die Koordinaten (Xs,
Ys) des Vermessungspunkts als Mittenabweichungsbetrag berechnet,
der eine Verschiebung eines Zentrierpunkts zeigt (d.h. eine durch
Vereinfachung einer Zentrierung verursachte Verschiebung). Zu diesem
Zeitpunkt wird auf der Grundlage der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments
durch Entfernungsmessung oder Winkelmessung ein Meßwert berechnet.
Durch Korrektur des sich ergebenden Meßwertes um den Mittenabweichungsbetrag,
der eine Verschiebung des Zentrierpunkts angibt, läßt sich
ein genauer Meßwert erhalten.
Mit anderen Worten, die Zentrierung endet unter der Bedingung, daß der Vermessungspunkt
auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt worden ist,
und auf der Basis einer Abweichung, die durch Vereinfachung der
Zentrierung verursacht ist, wird durch bloßes Festlegen des auf dem Bildschirm der
Anzeigeeinrichtung angezeigten Vermessungspunkts als echtem Zentrierpunkt
ein Meßwert
ohne Installieren eines bestimmten Ziels an dem Vermessungspunkt
selbst bei vereinfachter Zentrierung korrigiert. Dadurch kann ein
genauer Meßwert
er halten werden, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit
möglich
gemacht wird.
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Ein
Vermessungsinstrument nach einem zweiten Aspekt weist eine Meßeinrichtung
zum Durchführen
von mindestens entweder einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessung,
eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines unter einer vertikalen
Welle eines Instrumentenkörpers
befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt,
eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung
erfaßten
Bildes auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts
in bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in
Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in
Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgelegt ist, eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
zum Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte
einer axialen Mitte der vertikalen Welle, wobei die Mittenabweichung
durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht
ist, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines auf der
Instrumentenmitte basierenden Meßwertes der Meßeinrichtung
auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen
Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
erhaltenen Rechenergebnisses auf.
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Um
das Vermessungsinstrument in der Nähe eines Vermessungspunkts
zu installieren, werden eine Zentrierung und eine Nivellierung unter
der Bedingung beendet, daß der
Vermessungspunkt als von der Bilderfassungseinrichtung erfaßtes Bild
auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt worden ist,
und wenn der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte
Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgesetzt ist, werden
auf diese Spezifikation hin der Mittenabweichungsbetrag (d.h. Verschiebung) des
Vermessungspunkts in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers und der
Betrag der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen
Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen
Welle des Instrumentenkörpers
verursacht worden ist, berechnet. Es sei beispielsweise angenommen,
daß ein
der Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt
der Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems ist, in
dem ein Satz Maschinenkoordinaten (X-Y-Koordinaten) des Vermessungsinstruments
gezeigt ist oder in dem der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt
ist. Auf der Grundlage dieses Ursprungs werden die Koordinaten (Xs,
Ys) des Vermessungspunkts als Mittenabweichungsbetrag berechnet,
der eine Verschiebung eines Zentrierpunkts (d.h. eine durch Vereinfachung
einer Zentrierung verursachte Verschiebung) zeigt. Ferner werden
auf der Grundlage dieses Ursprungs die Koordinaten (Xk, Yk) eines
virtuellen Zentrierpunkts berechnet, die den Betrag der Mittenabweichung
von der Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle
zeigen, die durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht
ist (d.h. eine durch Vereinfachung der Nivellierung verursachte
Abweichung). Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Basis der Instrumentenmitte
des Vermessungsinstruments durch Durchführung einer Entfernungsmessung
oder einer Winkelmessung ein Meßwert
berechnet. Durch Korrektur des sich ergebenden Meßwerts auf
der Basis der Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts und der
Koordinaten (Xk, Yk) des virtuellen Zentrierpunkts kann ein genauer
Meßwert
erhalten werden. Mit anderen Worten, die Nivellierung und die Zentrierung
werden unter der Voraussetzung beendet, daß der Vermessungspunkt auf
dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt worden ist, und
ein Meßwert
wird auf der Basis einer durch Vereinfachung des Zentrierens und
Nivellierens verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich
der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, ohne an dem Vermessungspunkt
ein spezifisches Ziel zu installieren, selbst wenn die Nivellierung
und die Zentrierung vereinfacht sind. Daher kann ein genauer Meßwert gewonnen
werden, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit
möglich
gemacht wird.
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Eine
Meßwertkorrekturvorrichtung
eines Vermessungsinstruments gemäß einem
dritten Aspekt weist eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines
unter einer vertikalen Welle eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs,
der als photographisches Objekt vorliegt, eine Anzeigeeinrichtung zum
Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes
auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum
Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts
in bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in
Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in
Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgelegt ist, und eine Korrektureinrichtung
zum Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte basierenden Meßwertes
auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
erhaltenen Rechenergebnisses auf.
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Wenn
der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgesetzt ist, wird auf diese Spezifikation
hin der Mittenabweichungsbetrag des Vermessungspunkts in bezug auf
die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers berechnet. Es sei beispielsweise
angenommen, daß ein
der Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt
der Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems ist, in
dem der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt ist. Basierend
auf diesem Ursprung werden die Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts
als Mittenabweichungsbetrag berechnet, der eine Verschiebung eines
Zentrierpunkts (d.h. eine durch Vereinfachung einer Zentrierung
verursachte Verschiebung) zeigt. Danach kann ein genauer Meßwert durch
Korrektur eines durch Entfernungs- oder Winkelmessung auf der Grundlage
der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments erhaltenen Meßwerts unter
Verwendung des eine Verschiebung des Zentrierpunkts anzeigenden
Mittenabweichungsbetrags gewonnen werden. Mit anderen Worten, ein
Meßwert
wird auf der Grundlage einer durch Vereinfachung des Zentrierens
verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich der auf dem Bildschirm
der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt
festgesetzt wird, ohne ein spezifisches Ziel an dem Vermessungspunkt
zu installieren, selbst wenn der Meßwert durch Entfernungs- oder Winkelmessung
in einem Zustand, in dem die Zentrierung vereinfacht ist, gewonnen
wird. Daher kann ein genauer Meßwert
erhalten werden, wodurch ein Beitrag zu der Verbesserung der Bearbeitbarkeit
möglich
gemacht wird.
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Eine
Meßwertkorrekturvorrichtung
eines Vermessungsinstruments nach einem vierten Aspekt weist eine
Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines unter einer vertikalen
Welle eines Instrumentenkörpers
befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt,
eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung
erfaßten
Bildes auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum
Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts
in Bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in
Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in
Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgelegt ist, eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
zum Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte
einer axialen Mitte der vertikalen Welle, wobei die Mittenabweichung
durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht
ist, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines auf der
Instrumentenmitte basierenden Meßwertes auf der Basis eines
von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen
Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
erhaltenen Rechenergebnisses auf.
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Wenn
der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt
als echter Zentrierpunkt festgesetzt ist, wird der Mittenabweichungsbetrag
des Vermessungspunkts in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers auf diese
Spezifikation hin berechnet. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein der
Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt
der Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems ist, in
dem der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt ist. Auf der Grundlage
dieses Ursprungs werden die Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts
als Mittenabweichungsbetrag berechnet, der die Verschiebung eines
Zentrierpunkts (d.h. eine durch Vereinfachung der Zentrierung verursachte
Verschiebung) zeigt. Ferner werden auf der Basis dieses Ursprungs
die Koordinaten (Xk, Yk) eines virtuellen Zentrierpunkts, die den Betrag
der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte
der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle
des Instrumentenkörpers
verursacht ist (d.h. eine durch Vereinfachung der Nivellierung verursachte
Abweichung), berechnet. Danach wird auf der Basis der Instrumentemitte des
Vermessungsinstruments mittels Durchführung einer Entfernungs- oder
Winkelmessung ein Meßwert
berechnet. Durch Korrektur des sich ergebenden Meßwertes
auf der Grundlage der Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts
und der Koordinaten (Xk, Yk) des virtuellen Zentrierpunkts kann
ein genauer Meßwert
gewonnen werden. Mit anderen Worten, ein Meßwert wird auf der Basis einer
durch Vereinfachung des Nivellierens und Zentrierens verursachten
Abweichung korrigiert, indem lediglich der auf dem Bildschirm der
Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunk als echter Zentrierpunkt festgesetzt
wird, ohne ein spezifisches Ziel an dem Vermessungspunkt zu installieren,
selbst wenn der Meßwert
durch Entfernungs- oder Winkelmessung in einem Zustand erhalten
wird, in dem die Nivellierung und die Zentrierung vereinfacht sind.
Daher läßt sich ein
genauer Meßwert
erzielen, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit
möglich
gemacht wird.
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Wie
aus der obenvertikalen Beschreibung ersichtlich, kann gemäß dem Vermessungsinstrument
nach dem ersten Aspekt ein genauer Meßwert erhalten werden, und
es kann selbst bei vereinfachter Zentrierung ein Beitrag zur Verbesserung
der Bearbeitbarkeit geleistet werden, ohne daß ein spezifisches Ziel an
einem Vermessungspunkt installiert wird.
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Nach
dem zweiten Aspekt kann ein genauer Meßwert erhalten werden, und
es kann selbst bei vereinfachter Zentrierung und Nivellierung ein
Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit geleistet werden, ohne
daß ein
spezifisches Ziel an einem Vermessungspunkt installiert wird.
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Entsprechend
der Meßwertkorrekturvorrichtung
des Vermessungsinstruments nach dem dritten Aspekt kann ein genauer
Meßwert
erhalten werden, und es kann ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit
selbst dann geleistet werden, wenn ein Meßwert durch Entfernungs- oder
Winkelmessung in einem Zustand erhalten wird, in dem die Zentrierung vereinfacht
ist, ohne daß ein
spezifisches Ziel an einem Vermessungspunkt installiert wird.
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Nach
dem vierten Aspekt kann ein genauer Meßwert erzielt und ein Beitrag
zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit selbst dann geleistet werden,
wenn ein Meßwert
durch Entfernungs- oder Winkelmessung in einem Zustand der vereinfachten
Nivellierung und Zentrierung erhalten wird, ohne daß ein spezifisches
Ziel an einem Vermessungspunkt installiert wird.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im
einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellenden Vermessungsinstruments,
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2 eine
Schnittansicht des Hauptteils des Vermessungsinstruments,
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3 eine
Ansicht eines Anzeigebeispiels der Anzeige,
-
4 ein
Blockdiagramm des Vermessungsinstruments,
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5 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Funktionsweise des Vermessungsinstruments,
-
6 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Entfernungs- und Winkelmessung in einer horizontalen Ebene,
-
7 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Entfernungs- und Winkelmessung in einer vertikalen Ebene,
-
8 eine
Ansicht zur Erläuterung
eines Erkennungsverfahrens eines X-Achsen-Neigungssensors,
-
9 eine
Ansicht zur Erläuterung
eines Erkennungsverfahrens eines Y-Achsen-Neigungssensors,
-
10 eine
längsgeschnittene
Ansicht des Hauptteils eines herkömmlichen Vermessungsinstruments,
-
11 eine
schematische Ansicht eines optischen Systems des herkömmlichen
Vermessungsinstruments, und
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12 eine
Ansicht eines Bildbeispiels eines bei dem herkömmlichen Vermessungsinstruments
verwendeten Ziels.
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Im
folgenden wird der Modus der vorliegenden Erfindung entsprechend
den Ausführungsbeispielen
beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht
eines Vermessungsinstruments, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt, 2 ist eine Schnittansicht eines
Hauptteils des Ver messungsinstruments, 3 ist eine
Ansicht, die ein Anzeigebeispiel einer Anzeige zeigt, 4 ist
ein Blockdiagramm des Vermessungsinstruments und 5 ist
ein Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Funktionsweise des Vermessungsinstruments.
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In
diesen Zeichnungen ist das Vermessungsinstrument 10 beispielsweise
als Totalstation mit einer Meßwertkorrekturvorrichtung
aufgebaut und weist ein als Instrumentenkörper dienendes Gehäuse 12 auf.
Das Gehäuse 12 ist
mit zwei Stützen 14 versehen,
zwischen denen eine (nicht gezeigte) horizontale Welle drehbar gelagert
ist. An der horizontalen Welle ist ein Kollimationsteleskop 16 im
rechten Winkel in bezug auf die Axialrichtung der horizontalen Welle
befestigt. Dieses Kollimationsteleskop 16 ist im von der
horizontalen Welle gelagerten Zustand vertikal drehbar. Ein als
den Betrag der Drehung der horizontalen Welle erkennender Vertikalwinkelsensor verwendeter
optischer Drehcodierer (V-Codierer 40) ist in dem Gehäuse 12 enthalten.
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An
dem unteren Teil des Gehäuses 12 ist eine
Anzeigeeinheit 18 angeordnet. Die Anzeigeeinheit 18 besteht
aus einer Anzeige 20 und einem Satz Bedientasten 22.
Die Anzeige 20 ist eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen
von die Entfernungs- und Winkelmessung betreffenden Daten auf einem
Bildschirm bei der Durchführung
der Entfernungs- und Winkelmessung und zum Anzeigen eines von einer Bilderfassungseinrichtung
oder dergleichen, wie nachfolgend beschrieben, erfaßten Bildes
auf dem Bildschirm bei der Durchführung einer Nivellierung und
Zentrierung. Der Satz Bedientasten 22 befindet sich neben
der Anzeige 20 und ist als Eingabeeinrichtung zum Eingeben
von Informationen, wie beispielsweise einer notwendigen vorbestimmten
Bedingung oder der Instrumentenhöhe,
konstruiert.
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Das
Gehäuse 12 ist
auf einer Nivellierplatte 25 angeordnet. Die Nivellierplatte 25 kann
im auf einem (nicht gezeigten) Dreibeinstativ angeordneten Zustand
an diesem befestigt sein. An einem feststehenden Teil 24 ist
ein sich nach oben und unten erstreckendes Wellenrohr 26 angeordnet.
Das Wellen rohr 26, durch dessen inneren Teil die vertikale
Welle 28 des Gehäuses 12 verläuft, ist
mittels des festvertikalen Teils 24 drehbar gelagert, wobei
Kugellager dazwischen angeordnet sind. Demnach ist das Gehäuse 12 mit
dem festvertikalen Teil 24 kombiniert und kann in bezug
auf dieses horizontal gedreht werden. Die Nivellierplatte 25 weist
drei Horizontierstellschrauben auf, mit denen die vertikale Welle 28 des Vermessungsinstruments 10 vertikal
eingestellt wird, und der festvertikale Teil 24 ist daran
befestigt.
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An
dem oberen Ende des Wellenrohres 26 und dem oberen Ende
der vertikalen Welle 28 sind einander zugewandte Flanschteile 30 bzw. 32 ausgebildet.
An den Flanschteilen 30 und 32 sind eine ringförmige Hauptmaßskala 34 bzw.
eine ringförmige
Untermaßskala 36 befestigt.
Die Maßskalen 34 und 36 sind
mit geringem Zwischenraum einander zugewandt angeordnet, und die
Untermaßskala 36 wird
in bezug auf die Hauptmaßskala 34 auf
die Drehung der vertikalen Welle 28 hin gedreht. Das heißt, eine
der Maßskalen
ist an dem Wellenrohr 26 und die andere an der vertikalen
Welle 28 befestigt. Ein Lichtemittierelement und ein Lichtempfangselement
(beide nicht gezeigt) sind einander zugewandt angeordnet, wobei die
Skalen 34 und 36 sich dazwischen befinden. Das Lichtemittierelement,
das Lichtempfangselement, die Hauptmaßskala 34 und die
Untermaßskala 36 bilden einen
optischen Drehcodierer (H-Codierer 42), der ein zum Erkennen
des Ausmaßes
der Drehung des Gehäuses 12 verwendeter
Horizontalwinkelsensor ist.
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Die
an dem Gehäuse 12 angebrachte
vertikale Welle 28 ist als hohler Zylinder ausgebildet.
An der Seite des oberen Endes der vertikalen Welle 28 ist
eine CCD-(ladungsgekoppelte)Kamera 38 angeordnet. Die CCD-Kamera 38 ist
vertikal nach unten gerichtet an dem Gehäuse 12 befestigt,
so daß ihre optische
Achse mit der Axiallinie (Axialmitte) L der vertikalen Welle 28 zusammenfällt. Das
heißt,
ein Fadenkreuz (d.h. der Zielmarkenlinienschnittpunkt) der CCD-Kamera 38 ist
als Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines ein photographisches
Objekt darstellenden Bereichs, der sich unter der vertikalen Welle
des Gehäuses 12 befindet,
durch den hohlen Teil der verti kalen Welle 28 konstruiert.
Die CCD-Kamera 38 ist über
eine in dem Gehäuse 12 befindliche Leitung
mit einer Anzeigeeinheit 18 verbunden. Ein von der CCD-Kamera 38 erfaßtes Bild
der direkt unter dem Vermessungsinstrument 10 vorhandenen Stellen
wird auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt.
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Wie
in 3 gezeigt, werden z.B. eine X-Achsen-Zielmarkenlinie
und eine Y-Achsen-Zielmarkenlinie durch Ausbilden des Bildschirms
als zweidimensionales Koordinatensystem auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt.
Ein Instrumentenmittelpunkt 0, der der Schnittpunkt der
X-Achsen- und der Y-Achsen-Zielmarkenlinien
ist und der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 (d.h.
der Instrumentenmitte des Gehäuses 12)
entspricht, wird als Referenzpunkt auf dem Bildschirm angezeigt
und ein virtueller Zentrierpunkt K wird auf dem Bildschirm angezeigt.
Wenn das Vermessungsinstrument 10 in der Nähe des Vermessungspunkts
S installiert ist und der Vermessungspunkt S von der CCD-Kamera 38 erfaßt wird,
wird der Vermessungspunkt S auf einem Teil des Bildschirms 20 entsprechend
der Position des Vermessungspunkts S angezeigt.
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Wie
in 4 gezeigt, ist das Vermessungsinstrument 10 mit
einem V-Codierer 40 und
einem H-Codierer 42 zur Durchführung einer Winkelmessung sowie
einer elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung 44 zur
Durchführung
einer Entfernungsmessung während
des Ermittelns eines zu messenden Ziels versehen, die jeweils als
Meßeinrichtung zur
Durchführung
einer Entfernungs-/Winkelmessung dienen. Das Vermessungsinstrument 10 ist
mit einem X-Achsen-Neigungssensor 46 zum Ermitteln eines
Neigungswinkels in der X-Achsen-Richtung des Gehäuses 12 (d.h. einer
X-Achsen-Richtung
eines X-Y-Koordinatensatzes) und einem Y-Achsen-Neigungssensor 48 zum
Ermitteln eines Neigungswinkels in der Y-Achsen-Richtung des Gehäuses 12 (d.h.
in der Y-Achsen-Richtung des X-Y-Koordinatensatzes) versehen. Der
V-Codierer 40, der H-Codierer 42, die elektrooptische
Entfernungsmeßvorrichtung 44 und
die Neigungssensoren 46, 48 sind mit einem Mikrocomputer
(im folgenden als ACPU@ bezeichnet) 50 verbunden. Die CPU 50 verarbeitet arithmetisch
die von der CCD-Kamera 38, dem V-Codierer 40, dem H-Codierer 42,
der elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung 44 und
den Neigungssensoren 46, 48 gesendeten Daten,
und das durch diese rechnerische Verarbeitung erhaltene Ergebnis wird
auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt. In diesem
Fall führt
die CPU 50 verschiedene Berechnungen entsprechend einem
zweidimensionalen Koordinatensystem durch, in dem z.B. die Maschinenkoordinaten
des Vermessungsinstruments 10 (d.h. X-Y-Koordinaten, bei
denen die Richtung der X-Achse mit derjenigen der Kollimationsachse
des Teleskops 16 und die Richtung der Y-Achse mit derjenigen der horizontalen
Welle zusammenfällt)
gezeigt sind oder in dem der Bildschirm der Anzeige 20 gezeigt
ist (bei dem die XY-Koordinatenachsen
des Bildschirms mit denjenigen des Maschinenkoordinatensystems in Übereinstimmung
gebracht werden).
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Als
nächstes
werden mit Bezug auf das Flußdiagramm
von 5 Arbeitsabläufe
beschrieben, die bei der Durchführung
einer Vermessung mit dem Vermessungsinstrument 10 notwendig
sind.
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Zunächst wird
das Vermessungsinstrument 10 in der Nähe eines Vermessungspunkts
S so angeordnet, daß das
Gehäuse 12 über dem
Vermessungspunkt S plaziert werden kann, und dann werden eine Grobausrichtung
und eine Horizontaleinstellung vorgenommen (Schritt 51),
so daß der
Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 als
von der CCD-Kamera 38 erfaßtes Bild angezeigt werden
kann. Das heißt,
zur Vereinfachung einer Nivellierung und einer Zentrierung werden
eine Grobausrichtung und eine Horizontaleinstellung durchgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt werden ein Instrumentenmittelpunkt 0 und
ein virtueller Zentrierpunkt K, wie z.B. in 3 gezeigt,
sowie auch der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt.
Da die vertikale Welle 28 in diesem Falle geneigt ist,
wird der virtuelle Zentrierpunkt K an einer von dem Instrumentenmittelpunkt 0 abweichenden Position
angezeigt (wenn also K = 0, stimmt dies mit der Instrumentenmitte überein,
weil keine Schrägstellung
vorliegt), und der Vermessungspunkt S wird an einer von dem Instrumentenmittelpunkt 0 abweichenden
Position angezeigt, weil der Vermessungspunkt S nicht direkt unter
der Instrumentenmitte ist. Wenn der Vermessungspunkt S an einer
von dem Instrumentenmittelpunkt 0 und von dem virtuellen
Zentrierpunkt K abweichenden Position angezeigt wird, wird ein an
dem virtuellen Zentrierpunkt K erscheinender Cursor (Zielmarkenlinie)
zu dem Vermessungspunkt S bewegt und der Vermessungspunkt S wird
als echter Zentrierpunkt festgesetzt und erkannt (Schritt S2). Zu
diesem Zeitpunkt reagiert die CPU 50 auf den Arbeitsablauf,
der den Vermessungspunkt S als echten Zentrierpunkt festsetzt, und
berechnet Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts S als Mittenabweichungsbetrag
(d.h. eine Verschiebung) des Vermessungspunkts S in bezug auf die
Instrumentenmitte 0.
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Danach
wird eine Instrumentenhöhe
H, die den Abstand zwischen der axialen Mitte der horizontalen Welle
oder der optischen Achse des Teleskops 16 und dem Vermessungspunkt
S darstellt, gemessen (Schritt S3). Diese Instrumentenhöhe H kann durch
Messen eines Zwei-Punkt-Ziels durch Kollimation, aber auch unter
Verwendung eines Bandmaßes gewonnen
werden. Wird die Instrumentenhöhe
H mit dem Bandmaß berechnet,
werden die Instrumentenhöhe
H betreffende Daten über
den Satz Bedientasten 22 eingegeben.
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Danach
werden auf der Grundlage der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 eine
Entfernungsmessung und eine Winkelmessung vorgenommen (Schritt S4).
In diesem Fall können, wie
in 6 (in der die Entfernungs-/Winkelmessung in einer
horizontalen Ebene abgewickelt wird) und in 7 gezeigt
(in der die Entfernungs-/Winkelmessung in einer vertikalen Ebene
abgewickelt wird), eine horizontale Entfernung l=h und eine Schrägentfernung
l=s von dem Instrumentenmittelpunkt 0 zur Mitte des Ziels
T durch Kollimieren eines Ziels T mit dem Teleskop 16 und
Messen seiner Entfernung mit einer elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung gewonnen
werden. Ferner erhält
man einen Horizontalwinkel θ=h
durch Messen seines Winkels mit dem H-Codierer 42, wie
in 6 gezeigt, und einen Vertikalwinkel θ=v durch
Messen seines Winkels mit dem V-Codierer 40, wie in 7 gezeigt.
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Diese
Meßwerte
sind jedoch Werte, die sich beim Messen der Entfernung und des Winkels
auf der Grundlage der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 und
nicht auf der des Vermessungspunkts S ergeben. Um also auf dem Vermessungspunkt
S basierende Meßwerte
zu erhalten, ohne eine Zentrierung durchzuführen, bei der der virtuelle
Zentrierpunkt K oder der Vermessungspunkt S mit dem Instrumentenmittelpunkt 0 in
Deckung gebracht wird, werden die durch die auf dem Instrumentenmittelpunkt
des Vermessungsinstruments 10 basierende Entfernungs-/Winkelmessung
erhaltenen Meßwerte
auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S und
der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K korrigiert
(Schritt S5).
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In
diesem Falle erhält
man auf der Basis eines Ermittlungsausgangs θx des X-Achsen-Neigungssensors 46,
eines Ermittlungsausgangs θy
des Y-Achsen-Neigungssensors 48 und
einer Instrumentenhöhe
H die Koordinaten (Xk, Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K als Betrag
der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte
der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle 28 verursacht
wird, indem der CPU 50 die Durchführung einer Rechenoperation
ermöglicht wird.
Diese kann in den folgenden Gleichungen ausgedrückt werden.
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[Formel 1]
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Xk = –HtanθX
-
Yk = –HtanθY
-
Um
einen Horizontalwinkel θh
unter der Voraussetzung zu erhalten, daß das Ziel T auf der Basis des
Vermessungspunkts S kollimiert wird, wird danach ein Korrekturbetrag Δθh des Horizontalwinkels berechnet.
Dieser Horizontalwinkelkorrekturbetrag Δθh kann gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden. [Formel
2]
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Daher
kann der auf dem Vermessungspunkt S basierende Horizontalwinkel θh gemäß der folgenden
Gleichung ausgedrückt
werden. [Formel
3]
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Jedoch
gilt, daß β =
Ys – HtanθY α = 1'h + HtanθX +
XS
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Andererseits
kann die horizontale Entfernung lh (d.h. die Entfernung zwischen
dem Vermessungspunkt S und der Mitte des Ziels T), die unter der Voraussetzung
erhalten wird, daß das
Ziel T auf der Basis des Vermessungspunkts S kollimiert wird, gemäß der folgenden
Gleichung ausgedrückt
werden: [Formel
4]
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Die
unter der Voraussetzung, daß das
Ziel T auf der Basis des Vermessungspunkts S kollimiert wird, erhaltene
Schrägentfernung
ls (d.h. die Entfernung zwischen dem Vermessungspunkt S und der Mitte
des Ziels T) kann gemäß der folgenden
Gleichung ausgedrückt
werden: [Formel
5]
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Zwischen
der horizontalen Entfernung lh und der horizontalen Entfernung l=h
besteht eine Beziehung, die gemäß der folgenden
Gleichung ausgedrückt
wird: [Formel
6]
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Daher
läßt sich
der unter der Voraussetzung, daß das
Ziel T auf der Grundlage des Vermessungspunkts S kollimiert wird,
erhaltene Vertikalwinkel θv gemäß der folgenden
Gleichung ausdrücken. [Formel
7]
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Die
horizontale Entfernung lh, die Schrägentfernung ls, der Vertikalwinkel θv und der
Horizontalwinkel θh
lassen sich als auf dem Vermessungspunkt S basierende Meßwerte gewinnen,
indem eine Rechenoperation zur Korrektur der mittels der auf der Instrumentenmitte
des Vermessungsinstruments 10 basierenden Entfernungsmessung
und Winkelmessung erhaltenen Meßwerte
auf der Basis der Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts S und
der Koordinaten (Xk, Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K gemäß der in
Formel 1 bis Formel 7 angegebenen arithmetischen Ausdrücke durchgeführt wird.
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In
diesem Fall dient die CPU 50 als Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum
Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags des Vermessungspunkts S
in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in
Reaktion auf die Spezifikation, mit der der Vermessungspunkt S auf
dem Bildschirm der Anzeige 20 als echter Zentrierpunkt
festgesetzt wird, sowie als Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags in bezug auf die Instrumentenmitte
der axialen Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der
vertikalen Welle 28 des Instrumentenkörpers verursacht wird, sowie
als Korrektureinrichtung zum Korrigieren der auf der Instrumentenmitte
basierenden Meßwerte
auf der Basis eines Rechenergebnisses der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung
und auf der Basis eines Rechenergebnisses der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung.
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Bei
Erhalt der auf dem Vermessungspunkt S basierenden Meßwerte werden
diese Werte auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt
(Schritt S6). Danach bestimmt die CPU 50, ob alle Schritte
beendet worden sind oder nicht (Schritt S7). Falls noch andere Schritte
zur Korrektur der Meßwerte
verbleiben, geht der Ablauf zu Schritt S5 über, und falls alle Schritte
abgeschlossen sind, endet der Ablauf bei dieser Routine. Wird anschließend eine
Vermessung an demselben Punkt (Vermessungspunkt) fortgesetzt, kehrt
der Ablauf zu der Entfernungs- und Winkelmessung von Schritt 4 zurück, in dem
ein Meß-, ein
Korrektur- und ein Anzeigevorgang wiederholt durchgeführt werden.
Wenn alle Vermessungsvorgänge
abgeschlossen sind, geht der Ablauf zu Schritt 7 über, in
dem der Ablauf bei dieser Routine beendet wird.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
werden die Nivellierung und die Zentrierung unter der Voraussetzung
beendet, daß der
Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt
worden ist, und die Meßwerte
(d.h. Meßwerte
durch Entfernungs-/Winkelmessung auf der Basis der Instrumentenmitte
des Vermessungsinstruments 10) werden auf der Basis einer
Abweichung, die durch Vereinfachung des Zentrierens und Nivellierens
verursacht ist, durch bloßes
Festsetzen des auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigten
Vermessungspunkts S als echten Zentrierpunkt korrigiert, ohne daß ein bestimmtes
Ziel an dem Vermessungspunkt S installiert wird, selbst wenn das
Nivellieren und Zentrieren vereinfacht sind. Daher läßt sich
ein genauer Meßwert als
auf dem Vermessungspunkt S basierender Meßwert gewinnen, wodurch ein
Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.
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In
dem oben erwähnten
Ausführungsbeispiel wird
der Vorgang zur Korrektur der durch Entfernungs-/Winkelmessung auf
der Basis der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 erhaltenen Meßwerte auf
der Basis der Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts S und der
Koordinaten (Xk, Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K beschrieben.
Falls jedoch die durch Vereinfachung des Nivellierens verursachte
Abweichung nicht berücksichtigt
wird, läßt sich
ein genauer Meßwert
als auf dem Vermessungspunkt S basierender Meßwert erhalten, selbst wenn die
durch Entfernungs-/Winkelmessung auf der Basis der Instrumentenmitte
des Vermessungsinstruments 10 erhaltenen Meßwerte auf
der Basis der Koordinaten (Xs, Ys) des Vermessungspunkts S korrigiert
werden. In diesem Fall können
die horizontale Entfernung lh, die Schrägentfernung ls, der Vertikalwinkel θv und der
Horizontalwinkel θh
als auf dem Vermessungspunkt S basierende Meßwerte gewonnen werden, indem
sowohl der Erkennungsausgang θx
des X-Achsen-Neigungssensors 46 als
auch der Erkennungsausgang θy
des Y-Achsen-Neigungssensors 48 auf
0 (Null) gesetzt werden, um den Horizontalwinkelkorrekturbetrag Δθh außer Acht
zu lassen, und indem eine Rechenoperation gemäß den in Formel 3 bis Formel
7 gezeigten arithmetischen Ausdrücken durchgeführt wird.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die Zentrierung unter der Voraussetzung beendet, daß der Vermessungspunkt
S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt worden ist,
und die Meßwerte (d.h.
die Meßwerte
aufgrund von auf der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 basierender
Entfernungs-/Winkelmessung) werden auf der Basis einer durch Vereinfachung
der Zentrierung verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich
der auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigte Vermessungspunkt
S als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, ohne daß an dem
Vermessungspunkt S ein spezifisches Ziel installiert wird, selbst
wenn die Zentrierung vereinfacht ist. Daher läßt sich ein genauer Meßwert als
auf dem Vermessungspunkt S basierend gewinnen, wodurch ein Beitrag
zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.
