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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vermessungsinstrument, durch das es möglich ist, einen Vermessungsvorgang bezüglich des geographischen Nordens automatisch auszuführen.
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In einem Fall, in dem ein Vermessungsinstrument zum Zweck des Ausführens eines Vermessungsvorgangs installiert ist, wird der geographische Norden gemessen, um eine Zielrichtung des Vermessungsinstruments festzulegen. Als eines der Verfahren, um das Azimut an einer Installationsposition zu bestimmen, ist ein Verfahren bekannt, durch das der geographische Norden mit Hilfe der Sonne vermessen wird.
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Wenn eine Position (Breitengrad und Längengrad), an der das Instrument installiert ist, bereits bekannt ist, wird ein Anvisieren von der Installationsposition in Richtung der Sonne mittels eines Teleskops durchgeführt. Ein Richtungswinkel der Sonne wird beim Durchführen des Anvisierens erhalten und der geographische Norden kann basierend auf dem Richtungswinkel und dem Zeitpunkt, zu dem das Anvisieren durchgeführt wird, vermessen werden.
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Herkömmlicherweise richtet eine vermessende Bedienperson dann, wenn das Anvisieren an der Sonne durchgeführt wird, das Teleskop auf die Sonne. Es ist jedoch für die Bedienperson gefährlich, ein Anvisieren mit einem Teleskop direkt auszuführen, und durch Montieren eines Filters an dem Teleskop und Abschwächen des Lichts durch den Filter wird das Anvisieren der Sonne durchgeführt. Aus diesem Grund ist beim Durchführen des Anvisierens der Sonne immer ein Vorgang des Montierens eines Filters zum Abschwächen des Lichtes involviert.
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Ferner muss sich bei dem Vorgang des Ausrichtens des Teleskops auf die Sonne die Bedienperson selbst direkt der Sonne zuwenden und es besteht die Möglichkeit, dass sie direkt in die Sonne blickt. Ein direkter Blick in die Sonne selbst ist nicht erwünscht und beim Vermessen des geographischen Nordens wurde der Vorgang des Durchführens des Anvisierens der Sonne als ein Vorgang betrachtet, der mit Vorsicht ausgeführt werden muss.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vermessungsinstrument zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Vermessung des geographischen Nordens das Geographisch-Nord-Vermessen durch eine vermessende Bedienperson sicher und zuverlässig durchzuführen, ohne die Sonne anzuvisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Vermessungsinstrument, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Rahmeneinheit, die in einer horizontalen Richtung drehbar ist, eine Teleskopeinheit, die in einer vertikalen Richtung drehbar auf der Rahmeneinheit montiert ist und ferner zum Anvisieren eines zu messenden Objektes dient, eine Horizontalantriebseinheit zum Drehen und Antreiben der Rahmeneinheit in einer horizontalen Richtung, eine Vertikalantriebseinheit zum Drehen der Teleskopeinheit in einer vertikalen Richtung, eine Horizontalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Horizontalwinkels der Rahmeneinheit, eine Vertikalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Vertikalwinkels der Teleskopeinheit und eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Sonnenhöhe zu einem Zeitpunkt durch Einstellen der Koordinaten, an denen das Vermessungsinstrument installiert ist, und des Zeitpunkts zu berechnen und die Teleskopeinheit dazu zu veranlassen, die Sonnenhöhe wie berechnet durch Steuern der Vertikalantriebseinheit einzustellen, die Horizontalantriebseinheit zu steuern, ein Suchen der Sonne durch horizontales Drehen bei der eingestellten Sonnenhöhe auszuführen, die Sonne zu erfassen, die Sonne anzuvisieren, einen Horizontalwinkel in dem anvisierten Zustand basierend auf der Horizontalwinkel-Messeinheit zu detektieren und einen geographischen Norden basierend auf dem detektierten Horizontalwinkel zu vermessen. Ferner weist die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts und eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop auf, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels des Teleskops erfasst und das Teleskop dazu veranlasst, die Sonne basierend auf dem durch das Teleskop erhaltenen Bild anzuvisieren.
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Ferner umfasst die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts, eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop und eine Weitwinkelkamera mit einer optischen Achse, die in einer bekannten Beziehung zu einer optischen Achse des Teleskops steht, und mit einem weiteren Bildwinkel als das Teleskop, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels der Weitwinkelkamera erfasst und die Sonne durch das Teleskop basierend auf dem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild und der bekannten Beziehung anvisiert.
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Ferner umfasst die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts, eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop und eine Weitwinkelkamera mit einer optischen Achse, die in einer bekannten Beziehung zu einer optischen Achse des Teleskops steht, und mit einem weiteren Bildwinkel als das Teleskop, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels der Weitwinkelkamera erfasst und die Sonne durch die Weitwinkelkamera basierend auf dem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild anvisiert.
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Ferner ist in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Anvisierungsposition der Sonne auf ein Photodetektionselement der Weitwinkelkamera eingestellt, die Anvisierungsposition der Sonne und eine optische Achse des Teleskops sind in einer bekannten Beziehung und die Anvisierungsposition der Sonne ist eine bekannte Position, die von einem Blickfeld des Teleskops abweicht, wobei die Steuervorrichtung eine Mitte eines Bildes der Sonne aus einem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild detektiert, die Horizontalantriebseinheit und die Vertikalantriebseinheit so steuert, dass die Mitte des Bildes mit der Anvisierungsposition der Sonne zusammenfällt, und dazu ausgelegt ist, den geographischen Norden basierend auf einem Zeitpunkt, zu dem die Mitte des Bildes der Sonne mit der Anvisierungsposition der Sonne zusammenfällt, einem Horizontalwinkel, wie er von einer Horizontalwinkel-Messeinheit detektiert wird, einem Vertikalwinkel, wie er von einer Vertikalwinkel-Messeinheit detektiert wird, der Anvisierungsposition der Sonne mit Bezug auf die optische Achse des Teleskops und den Koordinaten, an denen das Vermessungsinstrument installiert ist, zu bestimmen.
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Weiterhin umfasst das Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ferner ein GPS, wobei Koordinaten und eine Zeit einer Messung des Vermessungsinstruments durch das GPS erhalten werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Vermessungsinstrument eine Rahmeneinheit, die in einer horizontalen Richtung drehbar ist, eine Teleskopeinheit, die in einer vertikalen Richtung drehbar auf der Rahmeneinheit montiert ist und ferner zum Anvisieren eines zu messenden Objektes dient, eine Horizontalantriebseinheit zum Drehen und Antreiben der Rahmeneinheit in einer horizontalen Richtung, eine Vertikalantriebseinheit zum Drehen der Teleskopeinheit in einer vertikalen Richtung, eine Horizontalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Horizontalwinkels der Rahmeneinheit, eine Vertikalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Vertikalwinkels der Teleskopeinheit und eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Sonnenhöhe zu einem Zeitpunkt durch Einstellen der Koordinaten, an denen das Vermessungsinstrument installiert ist, und des Zeitpunkts zu berechnen und die Teleskopeinheit dazu zu veranlassen, die Sonnenhöhe wie berechnet durch Steuern der Vertikalantriebseinheit einzustellen, die Horizontalantriebseinheit zu steuern, ein Suchen der Sonne durch horizontales Drehen bei der eingestellten Sonnenhöhe auszuführen, die Sonne zu erfassen, die Sonne anzuvisieren, einen Horizontalwinkel in dem anvisierten Zustand basierend auf der Horizontalwinkel-Messeinheit zu detektieren und einen geographischen Norden basierend auf dem detektierten Horizontalwinkel zu vermessen. Als Ergebnis kann die vermessende Bedienperson das Geographisch-Nord-Vermessen einfach durch Einstellen von Koordinaten und einem Zeitpunkt der Installation des Vermessungsinstruments durchführen, ohne ein Teleskop anzuvisieren.
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Ferner weist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts und eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop auf, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels des Teleskops erfasst und das Teleskop dazu veranlasst, die Sonne basierend auf dem durch das Teleskop erhaltenen Bild anzuvisieren. Als Ergebnis kann die Sonne in einfacher Weise von dem Teleskop anvisiert werden.
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Ferner umfasst die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts, eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop und eine Weitwinkelkamera mit einer optischen Achse, die in einer bekannten Beziehung zu einer optischen Achse des Teleskops steht, und mit eine weiteren Bildwinkel als das Teleskop, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels der Weitwinkelkamera erfasst und die Sonne durch das Teleskop basierend auf dem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild und der bekannten Beziehung anvisiert. Als Ergebnis ist Genauigkeit beim Erfassen der Sonne nicht erforderlich und ein Anvisieren der Sonne kann in einfacher Weise durchgeführt werden.
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Ferner umfasst die Teleskopeinheit in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Teleskop zum Anvisieren eines zu messenden Objekts, eine Bildaufnahmeeinheit zum Erhalten eines Bildes in einer Zielrichtung durch das Teleskop und eine Weitwinkelkamera mit einer optischen Achse, die in einer bekannten Beziehung zu einer optischen Achse des Teleskops steht, und mit einem weiteren Bildwinkel als das Teleskop, wobei die Steuervorrichtung die Sonne mittels der Weitwinkelkamera erfasst und die Sonne durch die Weitwinkelkamera basierend auf dem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild anvisiert. Als Ergebnis ist Genauigkeit beim Erfassen der Sonne nicht erforderlich und ein Anvisieren der Sonne kann in einfacher Weise durchgeführt werden.
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Ferner ist in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Anvisierungsposition der Sonne auf ein Photodetektionselement der Weitwinkelkamera eingestellt, die Anvisierungsposition der Sonne und eine optische Achse des Teleskops sind in einer bekannten Beziehung und die Anvisierungsposition der Sonne ist eine bekannte Position, die von einem Bildfeld des Teleskops abweicht, wobei die Steuervorrichtung eine Mitte eines Bildes der Sonne aus einem von der Weitwinkelkamera erhaltenen Bild detektiert, die Horizontalantriebseinheit und die Vertikalantriebseinheit so steuert, dass die Mitte des Bildes mit der Anvisierungsposition der Sonne zusammenfällt, und dazu ausgelegt ist, den geographischen Norden basierend auf einem Zeitpunkt, zu dem die Mitte des Bildes der Sonne mit der Anvisierungsposition der Sonne zusammenfällt, einem Horizontalwinkel, wie er von einer Horizontalwinkel-Messeinheit detektiert wird, einem Vertikalwinkel, wie er von einer Vertikalwinkel-Messeinheit detektiert wird, der Anvisierungsposition der Sonne mit Bezug auf die optische Achse des Teleskops und den Koordinaten, an denen das Vermessungsinstrument installiert ist, zu bestimmen. Als Ergebnis ist es nicht notwendig, die Sonne direkt durch ein Teleskop mit hoher Vergrößerung anzuvisieren und dies trägt zur Vermeidung von Verschlechterung und Beschädigung einer Bildaufnahmevorrichtung bei.
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Weiterhin umfasst das Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ferner ein GPS, wobei Koordinaten und eine Zeit einer Messung des Vermessungsinstruments durch das GPS erhalten werden. Als Ergebnis kann ein Eingeben von Koordinaten und der Messzeit des Vermessungsinstruments entfallen und das Geographisch-Nord-Vermessen kann in einfacherer Weise durchgeführt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den Figuren und der nachstehenden Figurenbeschreibung erläutert; es zeigen:
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1 eine schematische äußere Ansicht eines Vermessungsinstruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Blockdarstellung zum Zeigen einer ungefähren Anordnung des Vermessungsinstruments;
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3 eine erläuternde Zeichnung, die sich auf ein Geographisch-Nord-Vermessen bezieht;
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4 eine erläuternde Zeichnung eines Zustands, in dem ein Anvisieren an der Sonne von dem Vermessungsinstrument durchgeführt wird; und
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5 eine erläuternde Zeichnung zum Zeigen einer Beziehung zwischen einem Bildfeld eines Teleskops auf einem Photodetektionselement einer Weitwinkelkamera und einer Anvisierungsposition der Sonne in der vorliegenden Ausführungsform.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 und 2 zeigen ein Vermessungsinstrument 1, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass das Vermessungsinstrument 1, so wie es verwendet wird, beispielsweise eine Totalstation ist und eine Nachführungsfunktion aufweist. Ein gepulster Laserstahl wird in Richtung eines Messpunktes als Abstandsmesslicht ausgesendet, ein reflektiertes Licht (nachstehend als "Reflexionslicht" bezeichnet) des Abstandsmesslichtes wird aus dem Messpunkt empfangen und ein Abstand wird für jeden Lichtpuls gemessen. Durch Bilden eines Mittelwerts der Ergebnisse der Abstandsmessung kann die Messung des Abstandes mit hoher Präzision durchgeführt werden.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst das Vermessungsinstrument 1 zunächst eine Nivellierungseinheit und/oder Horizontierungseinheit 2, im folgenden Horizontierungseinheit genannt, die auf einem Dreibein (nicht gezeigt) montiert ist, eine Basiseinheit 3, die auf der Horizontierungseinheit 2 montiert ist, eine Rahmeneinheit 4, die um eine vertikale Achse als Mitte drehbar auf der Basiseinheit 3 montiert ist, und eine Teleskopeinheit 5, die um eine horizontale Achse als Mitte drehbar auf der Rahmeneinheit 4 montiert ist.
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Die Rahmeneinheit 4 umfasst eine Anzeigeeinheit 6 und eine Bedienungseingabeeinheit 7. Die Teleskopeinheit 5 weist ein Teleskop 8 zum Anvisieren eines zu messenden Objekts und eine Abstandsmesseinheit 11, die ein optisches System des Teleskops 8 mitverwendet, auf. Ferner weist die Teleskopeinheit 5 eine Bildaufnahmeeinheit 12 zum Erfassen eines Bildes in einer Zielrichtung durch das optische System des Teleskops 8 auf. Zudem umfasst die Teleskopeinheit 5 eine Weitwinkelkamera 9. Die Weitwinkelkamera 9 besitzt eine optische Achse, die parallel zu einer optischen Achse des Teleskops 8 verläuft, und kann ein Weitwinkelbild in der Zielrichtung oder in einer ungefähren Zielrichtung des Teleskops 8 erfassen.
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Ein Bildwinkel des Teleskops 8 beträgt beispielsweise 1° und ein Bildwinkel der Weitwinkelkamera 9 beträgt beispielsweise 15° bis 30°. Ferner ist, obwohl die optische Achse des Teleskops 8 von der optischen Achse der Weitwinkelkamera 9 verschieden ist, ein Abstand zwischen diesen optischen Achsen bereits bekannt und eine Abweichung der Zielrichtung zwischen der Weitwinkelkamera 9 und dem Teleskop 8 kann durch Berechnung korrigiert werden.
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Die Weitwinkelkamera 9 und die Bildaufnahmeeinheit 12 geben jeweils ein aufgenommenes Bild als ein digitales Bildsignal aus. Ein Photodetektionselement der Weitwinkelkamera 9 und der Bildaufnahmeeinheit 12 ist beispielsweise jeweils eine CCD, ein CMOS usw., das ein Zusammenschluss von Pixeln ist und so angeordnet ist, dass eine Position des zu empfangenden Pixels spezifiziert werden kann und dass ein Bildwinkel aus der Position des zu empfangenden Pixels ermittelt werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Beschreibung zu einer grundlegenden Anordnung des Vermessungsinstruments 1 gegeben.
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Wie oben beschrieben nimmt die Teleskopeinheit 5 die Abstandsmesseinheit 11 auf, die ein optisches System des Teleskops 8 mitverwendet. Die Abstandsmesseinheit 11 sendet einen gepulsten Laserstrahl als ein Abstandsmesslicht durch das optische System aus, empfängt ein Reflexionslicht des zu messenden Objekts durch das optische System und führt eine elektrooptische Abstandsmessung zu dem zu messenden Objekt basierend auf dem empfangenen Reflexionslicht aus.
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In einem Fall, in dem das zu messende Objekt ein Prisma ist, kann die Abstandsmesseinheit 11 eine Messung in einer Prismamessungsbetriebsart ausführen. In einem Fall, in dem das zu messende Objekt kein Prisma ist, kann die Abstandsmesseinheit 11 ferner eine Messung in einer Nicht-Prismamessungsbetriebsart ausführen. Und eine Messungsbetriebsart kann entsprechend dem zu messenden Objekt gewechselt werden.
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Auf der Rahmeneinheit 4 ist eine Horizontalantriebseinheit 15 zum Drehen der Rahmeneinheit 4 in eine horizontale Richtung und eine Horizontalwinkel-Messeinheit 16 zum Detektieren eines Horizontalwinkels einer Zielrichtung mit Bezug auf die Basiseinheit 3 der Rahmeneinheit 4 vorgesehen. Ferner ist auf der Rahmeneinheit 4 eine Vertikalantriebseinheit 17 vorgesehen, die sich um die Teleskopeinheit 5 mit einer horizontalen Achse als Mitte dreht, und eine Vertikalwinkel-Messeinheit 18 vorgesehen, die einen Vertikalwinkel der Teleskopeinheit 5 detektiert und einen Vertikalwinkel in der Zielrichtung misst.
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Ferner ist auf der Rahmeneinheit 4 eine Neigungsdetektionseinheit 14 vorgesehen und die Neigungsdetektionseinheit 14 detektiert eine Neigung oder eine Horizontalität der Rahmeneinheit 4.
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Eine Steuervorrichtung 21 ist in der Rahmeneinheit 4 aufgenommen. Basierend auf einem Detektionsergebnis der Neigungsdetektionseinheit 14 steuert die Steuervorrichtung 21 die Horizontierungseinheit 2 und richtet die Rahmeneinheit 4 in einer horizontalen Richtung aus.
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Ferner steuert die Steuereinheit 21 das Antreiben der Horizontalantriebseinheit 15 und dreht die Rahmeneinheit 4 in einer horizontalen Richtung und steuert ferner das Antreiben der Vertikalantriebseinheit 17 und dreht die Teleskopeinheit 5 in einer Höhenrichtung. Durch das Zusammenwirken der Bewegungen einer Drehung in der horizontalen Richtung und einer Drehung in der Höhenrichtung wird die Teleskopeinheit 5 in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet.
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Die Steuervorrichtung 21 detektiert, führt nach und führt das Geographisch-Nord-Vermessen mit Hilfe der Sonne basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild aus und steuert, um das zu messende Objekt basierend auf dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild zu verfolgen. Ferner führt die Steuervorrichtung 21 basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild und auf dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild ein Suchen zum Erfassen des zu messenden Objektes in dem Bild (in einem Bildfeld eines Teleskops) aus, bevor mit dem Nachführen begonnen wird, oder in einem Fall, in dem das zu messende Objekt während des Nachführens von dem Bild abweicht, wird das Suchen zum Erfassen in dem Bild erneut ausgeführt.
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Ferner führt die Steuervorrichtung 21 eine Abstandsmessung an einem vorbestimmten Messpunkt durch Steuern der Abstandsmesseinheit 11 in einem Ruhezustand oder beim Nachführen aus.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine weitere Beschreibung zu der Steuervorrichtung 21 gegeben.
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Die Steuervorrichtung 21 besteht aus einer Steuerrecheneinheit 22, einer Speichereinheit 23, einer ersten Bildaufzeichnungseinheit 24 zum Aufzeichnen von Bildern, die von der Weitwinkelkamera 9 erhalten werden, einer zweiten Bildaufzeichnungseinheit 25 zum Aufzeichnen von Bildern, die von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhalten werden, einer Bildverarbeitungseinheit 26 zum Durchführen einer Bildverarbeitung wie etwa einem Spezifizieren eines Messpunktes oder eines zu messenden Objektes basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild und dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild, der Anzeigeeinheit 6 zum Anzeigen von Messergebnissen und Messbedingungen und der Bedienungseingabeeinheit 7 zum Eingeben verschiedener Arten von Befehlen wie etwa einem Beginnen der Messung oder dergleichen oder zum Eingeben von Daten, die für die Messung notwendig sind.
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In der Speichereinheit 23 sind verschiedene Arten von Programmen gespeichert. Diese Programme umfassen: ein Ablaufprogramm zum Ausführen der Messung, ein Bildanzeigeprogramm zum Anzeigen auf der Bildverarbeitungseinheit 26, ein Berechnungsprogramm zum Berechnen einer Sonnenhöhe (Vertikalwinkel) basierend auf Koordinatenwerten (Breitengrad und Längengrad) und einem Zeitpunkt und zum Ausführen von Berechnungen, die für die Messung (Abstandsmessung und Winkelmessung) notwendig sind, ein Bildverarbeitungsprogramm zum Durchführen einer Bildverarbeitung an den von der Weitwinkelkamera 9 und der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bildern, ein Geographisch-Nord-Vermessungsprogramm zum Berechnen der Position der Sonne aus den verarbeiteten Bildern und zum Ausführen des Geographisch-Nord-Vermessens, ein Abstandsmessprogramm zum Messen eines Abstands zu dem Messpunkt und zum Messen des Abstands durch Verfolgen des zu messenden Objektes, ein Suchprogramm zum Erfassen des zu messenden Objektes auf den Bildern und andere Programme.
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Ferner werden die Ergebnisse der Messung aus der Abstandsmesseinheit 11, der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 und der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 in die Steuerrecheneinheit 22 eingegeben. Die Steuerrecheneinheit 22 führt die Messung des Abstands, des Vertikalwinkels und des Horizontalwinkels gemäß dem Ablaufprogramm, dem Rechenprogramm, dem Abstandsmessprogramm usw. aus und berechnet eine Sonnenhöhe gemäß dem Sonnenhöhen-Berechnungsprogramm. Ferner ist vorgesehen, dass die Steuerrecheneinheit 22 einen Suchvorgang durch Antreiben und Steuern der Horizontalantriebseinheit 15 und der Vertikalantriebseinheit 17 ausführt, die Ergebnisse der Messung in der Speichereinheit 23 speichert und auf der Anzeigeeinheit 6 gemäß dem Bildanzeigeprogramm oder dergleichen anzeigt.
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Das Bildverarbeitungsprogramm veranlasst die Bildverarbeitungseinheit 26 dazu, eine Bildverarbeitung wie etwa eine Extraktion des Messpunktes oder des zu messenden Objektes basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild und dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild auszuführen.
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Ferner kann die Steuerrecheneinheit 22 eine normale Vermessungsbetriebsart mit Bezug auf das zu messende Objekt gemäß dem Abstandsmessprogramm und eine Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart zum Durchführen des Geographisch-Nord-Vermessens gemäß dem Geographisch-Nord-Vermessungsprogramm ausführen. Durch Wählen einer Vermessungsbetriebsart von der Bedienungseingabeeinheit 7 aus kann ein Betrieb so ausgeführt werden, wie er für das Geographisch-Nord-Vermessen notwendig ist.
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Nachstehend ist eine Beschreibung zu einem Betrieb in einem Fall gegeben, in dem das Geographisch-Nord-Vermessen von dem Vermessungsinstrument 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
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Das Vermessungsinstrument 1 wird an einem bekannten Punkt, d. h. an einem Punkt, an dem ein Breitengrad und ein Längengrad bereits bekannt sind, installiert und ein Horizontieren wird von der Horizontierungseinheit 2 durchgeführt.
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Die Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart wird von der Bedienungseingabeeinheit 7 gewählt. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem die Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart gewählt wird, ein Lichtdämpfungsfilter (nicht gezeigt) jeweils an dem Teleskop 8 und der Weitwinkelkamera 9 montiert wird.
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Der Breitengrad und der Längengrad der Installationsposition und die Messzeit werden von der Bedienungseingabeeinheit 7 in die Steuervorrichtung 21 eingegeben. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in dem das Vermessungsinstrument 1 mit einem GPS versehen ist, eine Installationskoordinate des Vermessungsinstruments 1 von dem GPS erhalten wird und der Zeitpunkt der Messung von dem GPS erhalten werden kann.
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Wenn der Breitengrad, der Längengrad und die Messzeit eingegeben worden sind, berechnet die Steuervorrichtung 21 eine Sonnenhöhe. Die Beziehung zwischen dem Breitengrad, dem Längengrad, der Höhe und einem Azimut ist in 3 gezeigt. In 3 ist eine mittlere Position die Position, an der das Vermessungsinstrument 1 installiert ist.
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Wenn die Sonnenhöhe berechnet wird, dreht die Vertikalantriebseinheit 17 die Teleskopeinheit 5 in eine vertikale Richtung. Basierend auf den Detektionsergebnissen aus der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 wird veranlasst, dass ein Vertikalwinkel in einer Zielrichtung des Teleskops 8 mit der Sonnenhöhe zusammenfällt (siehe 4).
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Wenn der Vertikalwinkel aus der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 mit der Sonnenhöhe zusammenfällt, erteilt die Steuervorrichtung 21 ein Steuersignal an die Horizontalantriebseinheit 15 und die Rahmeneinheit 4 wird von der Horizontalantriebseinheit 15 in einem Zustand, in dem der Vertikalwinkel der Teleskopeinheit 5 beibehalten wird, in eine horizontale Richtung gedreht.
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Wie in 3 gezeigt kann dann, wenn die Rahmeneinheit 4 in einem Zustand, in dem die Zielrichtung mit der Sonnenhöhe zusammenfällt, horizontal um 360° gedreht wird, die Sonne in dem Bildfeld des Teleskops 8 an irgendeinem Punkt der horizontalen Drehung um 360° mit Sicherheit erfasst werden (Suchen der Sonne). Wenn die Sonne innerhalb des Bildfelds des Teleskops 8 erfasst worden ist, führt das Vermessungsinstrument 1 eine Nachführungsfunktion aus und kann die Sonne genau anvisieren. Es ist möglich, basierend auf dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bildes zu beurteilen, ob das Teleskop 8 die Sonne erfasst hat oder nicht.
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Die Sonne wird genau von dem Teleskop 8 anvisiert und ein Horizontalwinkel an der anvisierten Position wird von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen. Ferner kann der Zeitpunkt des genauen Anvisierens von dem GPS erhalten werden. Die Steuervorrichtung 21 kann den geographischen Norden durch Zurückrechnen eines Azimutwinkels (siehe 3) basierend auf dem Zeitpunkt des Anvisierens, dem Horizontalwinkel, der von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen wird, und dem Vertikalwinkel, der von der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 gemessen wird, vermessen.
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Es ist zu beachten, dass das Geographisch-Nord-Vermessen, wie es oben beschrieben ist, durch Anvisieren der Sonne mittels des Teleskops 8 durchgeführt wird, obwohl das Vermessen des geographischen Nordens basierend auf dem Bild, das von der Weitwinkelkamera 9 erhalten wird, durchgeführt werden kann.
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Die Beziehung zwischen einer optischen Achse der Weitwinkelkamera 9 und der optischen Achse des Teleskops 8 ist bereits bekannt. Zum Beispiel verlaufen die optische Achse der Weitwinkelkamera 9 und die optische Achse des Teleskops 8 parallel zueinander und ein Abstand zwischen den beiden optischen Achsen ist bereits bekannt.
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In einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens unter Verwendung der Weitwinkelkamera 9 durchgeführt wird, kann die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 erfasst werden, wenn die Richtung in etwa passend ist, da ein Bildfeld der Weitwinkelkamera 9 weit ist.
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Wenn die Sonnenhöhe von der Steuervorrichtung 21 berechnet worden ist, dreht die Vertikalantriebseinheit 17 die Teleskopeinheit 5 basierend auf dem Berechnungsergebnis in der vertikalen Richtung und der Vertikalwinkel in der Zielrichtung der Weitwinkelkamera 9 wird mit der Sonnenhöhe übereinandergelegt. In einem Zustand, in dem der Vertikalwinkel der Teleskopeinheit 5 beibehalten wird, wird die Rahmeneinheit 4 von der Horizontalantriebseinheit 15 in eine horizontale Richtung gedreht und ein Suchen der Sonne wird von der Weitwinkelkamera 9 ausgeführt.
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Wenn die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 erfasst worden ist, wird basierend auf der Position der Sonne auf dem Bild der Weitwinkelkamera 9 veranlasst, dass die optische Achse des Teleskops 8 mit der Sonne (dem Anvisieren der Sonne durch das Teleskop 8) zusammenfällt, da die Beziehung zwischen der optischen Achse der Weitwinkelkamera 9 und der optischen Achse des Teleskops 8 bereits bekannt ist.
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Das heißt, dass die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 gesucht wird und die Sonne basierend auf dem Suchergebnis der Weitwinkelkamera 9 von dem Teleskop 8 anvisiert wird. Da die Weitwinkelkamera 9 mit einem weiten Winkel ausgestattet ist, kann das Suchen der Sonne mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden und das Anvisieren der Sonne effizient und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden.
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Als nächstes kann das Geographisch-Nord-Vermessen nur von der Weitwinkelkamera 9 ausgeführt werden.
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Die Steuervorrichtung 21 berechnet eine Sonnenhöhe. Basierend auf der so berechneten Sonnenhöhe dreht die Vertikalantriebseinheit 17 die Teleskopeinheit 5 in eine vertikale Richtung und veranlasst, dass ein Vertikalwinkel in einer Zielrichtung der Weitwinkelkamera 9 mit der Sonnenhöhe zusammenfällt. In einem Zustand, in dem ein Vertikalwinkel der Teleskopeinheit 5 beibehalten wird, wird die Rahmeneinheit 4 von der Horizontalantriebseinheit 15 in eine horizontale Richtung gedreht und ein Suchen der Sonne wird von der Weitwinkelkamera 9 ausgeführt.
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Auf dem Bild der Weitwinkelkamera 9 wird eine Anvisierungsposition, in der die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 anvisiert werden soll, eingestellt. Die Anvisierungsposition ist vorzugsweise eine Position einer optischen Achse der Weitwinkelkamera 9. Ferner ist die Anvisierungsposition abweichend von der Anvisierungsposition des Teleskops 8 (der optischen Achse des Teleskops 8) festgelegt.
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Wie in 5 gezeigt ist die Beziehung zwischen einer Anvisierungsposition der Sonne der Weitwinkelkamera 9 und der Anvisierungsposition des Teleskops 8 so, dass ein Bild 32 der Sonne vollkommen von einem Bildfeld 31 des Teleskops 8 abweicht. Ferner ist ein Abweichungsbetrag der Anvisierungsposition der Sonne von der Anvisierungsposition des Teleskops 8 bereits bekannt und der Betrag ist mindestens ein Betrag, der von dem Bildfeld 31 des Teleskops 8 abweicht. Da der Abweichungsbetrag zwischen der Anvisierungsposition der Sonne und der Anvisierungsposition des Teleskops 8 bereits bekannt ist, kann die Anvisierungsposition der Sonne durch Berechnung so korrigiert werden, dass sie mit der Anvisierungsposition des Teleskops 8 zusammenfällt.
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5 zeigt einen Zustand, in dem die Sonne schließlich von der Weitwinkelkamera 9 anvisiert ist. Die Anvisierungsposition der Sonne kann in jegliche Richtung mit Bezug auf die Anvisierungsposition des Teleskops 8 abweichen, weicht aber zum Vermindern eines Kalibrationsfehlers eines Horizontalwinkels in einer vertikalen Richtung ab, da die Genauigkeit des Horizontalwinkels bei dem Geographisch-Nord-Vermessen wichtig ist.
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Ferner ist vorgesehen, dass ein Bild, das von der Weitwinkelkamera 9 aufgenommen wird, auf der Anzeigeeinheit 6 angezeigt wird, und es kann leicht durch ein Bild 30 der Anzeigeeinheit 6 bestätigt werden, ob die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 erfasst wird oder nicht.
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Die Bildverarbeitungseinheit 26 extrahiert das Bild 32 der Sonne durch Verarbeiten eines Bildes von der ersten Bildaufzeichnungseinheit 24 und detektiert die mittlere Position der Bildes 32 der Sonne. Die Bildverarbeitungseinheit 26 vergleicht die mittlere Position der Bildes 32 der Sonne mit der Anvisierungsposition der Sonne, berechnet den Abweichungsbetrag und eine Abweichungsrichtung zwischen der mittleren Position des Bildes 32 der Sonne und der Anvisierungsposition der Sonne und das Berechnungsergebnis wird in die Steuerrecheneinheit 22 eingegeben.
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Basierend auf dem Abweichungsbetrag und der Abweichungsrichtung, wie sie von der Bildverarbeitungseinheit 26 eingegeben werden, steuert die Horizontierungseinheit 2 die Horizontalantriebseinheit 15 und die Vertikalantriebseinheit 17 an und überlagert die Position des Bildes 32 der Sonne, wie es detektiert wird, mit der Anvisierungsposition der Sonne.
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Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Überlagern erreicht ist, werden ein Horizontalwinkel, der von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 detektiert wird, und ein Vertikalwinkel, der von der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 detektiert wird, erfasst.
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Bezüglich des Zeitpunktes, zu dem das Überlagern erreicht ist, und des Horizontalwinkels und des Vertikalwinkels, wie sie detektiert werden, werden der Horizontalwinkel und der Vertikalwinkel basierend auf dem Abweichungsbetrag zwischen der Anvisierungsposition der Sonne und der Anvisierungsposition des Teleskops 8 korrigiert und ferner wird der geographische Norden basierend auf dem Breitengrad und dem Längengrad der Installationsposition gemessen. Daher kann das Vermessen des geographischen Nordens in einem Zustand, in dem das Teleskop 8 nicht die Sonne anvisiert, ausgeführt werden.
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Ferner kann in einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens nur von der Weitwinkelkamera 9 ausgeführt wird, vorgesehen sein, dass die Sonne nicht in das Bildfeld des Teleskops 8 gelangt.
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Auf dem Photodetektionselement der Weitwinkelkamera 9 wird ein Bereich, der dem Bildfeld 31 des Teleskops 8 entspricht, als eine Photodetektions-Verbotszone festgelegt.
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Die Steuerrecheneinheit 22 berechnet eine Route, um die mittlere Position des Bildes 32 der Sonne von der mittleren Position der Sonne und der Anvisierungsposition der Sonne zu der Anvisierungsposition der Sonne zu verschieben.
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Ferner berechnet die Steuerrecheneinheit 22 in einem Fall, in dem die mittlere Position der Sonne auf dem Photodetektionselement mit der Anvisierungsposition der Sonne zusammenfällt, und in einem Fall, in dem die mittlere Position des Bildes 32 der Sonne das Bildfeld 31 des Teleskops 8 passiert, wenn sie auf dem kürzesten Weg verschoben wird, eine Route zum Erreichen der Anvisierungsposition der Sonne unter Vermeidung des Bildfelds 31 des Teleskops 8 und führt ein Antreiben und Steuern der Horizontalantriebseinheit 16 und der Vertikalantriebseinheit 18 basierend auf der berechneten Route durch.
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Oder ein beliebiger Verschluss wie etwa ein elektrischer Verschluss, ein mechanischer Verschluss usw. kann in einem optischen System des Teleskops 8 bereitgestellt sein und kann so ausgelegt sein, dass ein Strahlengang des Teleskops 8 in der Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart der Weitwinkelkamera 9 unterbrochen wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform sucht das Vermessungsinstrument 1 dann, wenn das Vermessen des geographischen Nordens durchgeführt wird, automatisch die Sonne durch einfaches Eingeben der Koordinatendaten und einem Zeitpunkt in das Vermessungsinstrument 1 und das Vermessen des geographischen Nordens wird automatisch ausgeführt. Ferner kann der Verarbeitungszustand des Vermessens des geographischen Nordens und das Ergebnis des Vermessens des geographischen Nordens durch die Anzeigeeinheit 6 bestätigt werden und dies trägt zu der Ausführung mit höherer Effizienz bei.
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Durch Einstellen der Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart kann ein Einfall von Sonnenlicht in das Teleskop mit hoher Vergrößerung verhindert werden. Als Ergebnis kann der Einfall eines intensiven Lichtes auf ein Photodetektionselement der Bildaufnahmeeinheit 12 unterdrückt werden und eine Verschlechterung und eine Beschädigung des Photodetektionselementes kann verhindert werden.
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Es ist klar, dass es dann, wenn eine normale Vermessungsbetriebsart von der Bedienungseingabeeinheit 7 zu Beginn der Messung gewählt wird, möglich ist, eine Abstandsmessung und eine Winkelmessung an einem zu messenden Objekt oder die Messung durch Verfolgen des zu messenden Objektes durchzuführen.
