DE19604018C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung von Gebäudestrukturen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von Gebäudestrukturen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Vermessung von Gebäudestrukturen werden in der Regel Theodoliten eingesetzt, welche zur Festlegung von Winkeln mit einem Fernrohr einschließlich Fadenkreuz versehen sind. Derartige Theodoliten werden heutzutage vielfach mit einem Laserentfernungsmeßgerät gekoppelt, was eine unmittelbare Festlegung der Raumkoordinaten eines beliebigen Raumpunktes erlaubt. Die mittels des Fernrohres ermittelten Winkeldaten und die mittels des Laserentfernungsmeßgerätes ermittelten Entfernungs­ daten können dabei unmittelbar an einen vorhandenen elektronischen Rechner weitergeleitet werden, welcher die erforderlichen Positions­ berechnungen automatisch durchführt und die ermittelten Positionsdaten speichert. Ein derartiger mit einem Laserentfernungsmeßgerät gekoppelter Theodolit mit Anschluß an einen elektronischen Rechner ist beispiels­ weise in der DE 689 04 911 T2 beschrieben.

Die erwähnte Patentschrift beschreibt dabei ein Verfahren, mit welchem relativ einfach strukturierte Innenräume ausgemessen werden können. Mit Hilfe des mit einem Laserentfernungsmeßgerät kombinierten Theodo­ liten werden dabei durch Anpeilung an jeweils drei Punkten zwei Raum­ begrenzungsflächen festgelegt, worauf durch Schnitt dieser zwei Flächen die Raumkoordinaten der Raumecken ermittelt werden können.

In der Praxis zeigt es sich jedoch, daß vielfach Räumlichkeiten ver­ messen werden müssen, welche mit einer Vielzahl von vorspringenden Kanten, Vorsprüngen und dgl. versehen sind. Bei derartigen vorspring­ enden Kanten ergibt sich jedoch die folgende Schwierigkeit: Ein auf eine vorspringende Kante projezierter Laserstrahl wird nur sehr be­ schränkt zurück zum Meßgerät reflektiert, was zwangsläufig ungenaue Meßresultate zur Folge hat. Diese Schwierigkeiten erhöhen sich noch durch den Umstand, daß vorspringende Kanten teilweise ganz bewußt, teilweise jedoch aufgrund Abnutzung eine Abrundung erhalten, so daß ein von dem Laserentfernungsmeßgerät abgegebener Laserstrahl an einer derartigen Stelle besonders stark diffus gestreut und damit nicht zum Meßgerät zurückreflektiert wird. Dabei ergeben sich durch derartige Kantenabrundungen zusätzliche Meßfehler, weil für eine Raumvermessung nicht die Kantenabrundung, sondern der mathematische Schnitt der beiden Kantenbegrenzungsflächen von Bedeutung erscheint.

Unter Berücksichtigung des zuvor genannten Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zur Vermessung von Gebäudestrukturen derart weiterzubilden, daß selbst vorspringende Kanten, Vorsprünge, Ränder von Säulen und Streben sowie Risse in vorhandenen Wänden sehr genau und mit geringem Zeitaufwand in Bezug auf ihre räumlichen Koordinaten vermessen werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 4.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich anhand der Merkmale der Unteran­ sprüche 5 und 6.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines mit einem aufge­ setzten Laserentfernungsmeßgerät versehenen Theodoliten bekannter Bauweise, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Bestimmung der Kanten einer tragenden Säule, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Be­ stimmung der Kanten einer Fassadenstruktur.

Entsprechend der Fig. 1 wird zur Durchführung des Verfahrens ein Theodolit eingesetzt, welcher drehbar auf einem Dreifuß 1 gelagert ist. Dieser Theodolit umfaßt dabei ein mit einem Fadenkreuz versehenes Fernrohr 2, mit welchem die Winkellage eines angepeilten Objektes genau feststellbar ist. Diese Winkellage wird dabei auf einem Anzeigefeld 3 optisch zur Anzeige gebracht. Oberhalb des Fernrohres 2 des Theodoliten ist ein Laserentfernungsmeßgerät 4 befestigt, welches im vorderen Bereich mit zwei Öffnungen 5 und 6 versehen ist. Hinter diesen beiden Öffnungen 5 und 6 befinden sich die Sende- und Empfangsteile des Laser­ entfernungsmeßgerätes 4. Durch die Öffnung 5 wird dabei ein nicht sichtbarer entsprechend modulierter Infrarot­ laserstrahl abgegeben, welcher an einem nicht darge­ stellten Zielpunkt diffus zur Reflexion gelangt. Der auf diese Weise reflektierte Infrarotstrahl wird durch die Öffnung 6 dem Empfangsteil des Laserentfernungsmeßge­ rätes 4 zugeführt, so daß im Rahmen einer Laufzeitbestimmung des modulierten Infrarotlaserstrahls eine genaue Abstandsbestimmung durchführbar ist. Da der von dem Laserentfernungsmeßgerät 4 abgegebene Infrarotlaserstrahl in für uns Menschen unsichtbarem Bereich liegt, ist neben diesem Lasermeßgerät 4 zusätzlich noch ein Markierungsstrahlgeber 7 vorgesehen, von welchem aus ein sichtbarer Laserstrahl parallel zu dem aus dem Laserentfernungsmeßgerät 4 abgegebenen Laser­ strahl abgegeben wird, wodurch eine optische Markierung des angepeilten Meßpunktes von dem Laserent­ fernungsmeßgerät 4 erfolgt. Der von dem Laserent­ fernungsmeßgerät 4 ermittelte Entfernungswert wird dabei ebenfalls auf dem Anzeigefeld 3 zur Anzeige gebracht. Unter Einsatz einer nicht dargestellten Tastatur können die von den beiden Meßgeräten 2 und 4 ermittelten Meßdaten einem elektronischen Rechner 8 zugeführt werden, welcher die erforderlichen Berechnungen durchführt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei bestimmten Laserentfernungsmeßgeräten 4 bekannter Bauweise der Sende- und Empfangsteil einschließlich des Markierungsstrahlgebers 7 in einer einzigen Baugruppe integriert sein können.

Bei Verwendung eines reflektorlos betriebenen Laserent­ fernungsmeßgerätes 4 erweist es sich als nachteilig, daß der durch die Öffnung 5 des Laserentfernungsmeßgerätes 4 abgegebene Meßstrahl an der Kante einer Säule nur zum Teil reflektiert wird, so daß auf diese Weise Doppel­ reflexionen auftreten, was eine Entfernungsbestimmung unmöglich macht. Aus diesem Grunde konnten die vor allem bei einer Vermessung von Gebäudestrukturen wichtig erscheinenden vorspringenden Kanten 9 und 10 einer beispielsweise in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Säule 11 bisher nur dadurch ausgemessen werden, indem jede der drei Außenflächen 12-14 dieser Säule 11 einzeln vermessen wird, was ein zweimaliges Umsetzen des Theodoliten mit seinem Laserentfernungsmeßgerät 4 erforderlich macht.

Im Rahmen des Verfahrens kann die Ver­ messung der in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Säule 11 in sehr starker Weise dadurch vereinfacht werden, indem zuvor mit Hilfe des Laserentfernungsmeßgerätes 4 an zwei von den Kanten 9 und 10 weiter nach innen liegenden Meßpunkten 15 und 16 Laserentfernungsmeßstrahlen 17 und 18 ausgesandt werden, welche der Festlegung der vorderen Außenfläche 13 der rechteckigen Säule 11 dienen. Mit Hilfe dieser beiden Laserentfernungsmeßstrahlen 17 und 18 wird in der Folge innerhalb des elektronischen Rechners 8 eine virtuelle Ebene 19 festgelegt, welche sich über die vordere Außenfläche 13 der rechteckigen Säule 11 seitlich nach außen hin erstreckt.

Mit Hilfe von zwei Fernrohrvissuren 20, 21 des mit einem Fadenkreuz versehenen Fernrohrs 2 des Theodoliten werden in der Folge jene Winkel festgelegt, unter welchen die beiden Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 zu erkennen sind. Diese Fernrohrvissuren 20 und 21 werden daraufhin innerhalb des elektronischen Rechners 8 mit der durch die vordere Außenfläche 13 verlaufenden virtuellen Ebene 19 zum Schnitt gebracht, wodurch eine sehr genaue räumliche Festlegung der beiden vorderen Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 erreicht wird. Die genaue Festlegung der beiden Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 kann dabei ohne räumliche Versetzung des mit dem Laserentfernungsmeßgerät 4 versehenen Theodoliten erreicht werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, wie mit Hilfe des Verfahrens beispielsweise eine Hausfassade sehr leicht vermessen werden kann. Diese Hausfassade umfaßt dabei eine Hauswand 22, welche mit einem Fenster 23 sowie einer Fasche 24 versehen sein mag. Unter Einsatz des vorgesehenen Laserentfernungsmeßgerätes 4 werden dabei beispielsweise drei Meßstrahlen 25-27 ausgesandt, welche an drei Meßpunkten 28-30 der Hauswand 22 zur Reflexion gebracht werden. Die Meßpunkte 28 und 29 befinden sich dabei auf der linken Seite des Fensters 23, während der Meßpunkt 30 auf der rechten Seite des Fensters 23 zu liegen gelangt. Mit Hilfe dieser drei Meßpunkte 28-30 wird dabei innerhalb des elektro­ nischen Rechners 8 eine virtuelle Ebene 31 festgelegt, welche durch diese drei entfernungsmäßig festgelegten Meßpunkte 28-30 führt.

In der Folge werden mit Hilfe des ein Fadenkreuz auf­ weisenden Fernrohres 2 des Theodoliten 3 Fernrohr­ vissuren 32-34 vorgenommen, mit welchen eine winkel­ mäßige Festlegung der beiden Fensterkanten 35 und 36 des Fensters 23 sowie der seitlich davon vorgesehenen Fasche 24 erfolgt. Diese Fernrohrvissuren 32-34 werden dabei innerhalb des elektronischen Rechners 8 mit der ebenfalls innerhalb des elektronischen Rechners 8 festgelegten virtuellen Ebene 31 zum Schnitt gebracht, wodurch die genauen räumlichen Positionen der beiden Fensterkanten 36, 37 und der Fasche 24 festgelegt werden.

Mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen kann somit auf einfache Weise eine sehr genaue Vermessung größerer Gebäudestrukturen einschließlich von Hausfassaden erreicht werden. Erleichtert wird diese Arbeit dabei noch zusätzlich durch im Bereich der Tastatur des Theodoliten vorgesehene Kodetasten, mit welchen entsprechende Kodierungssignale für "Fenstereck.", "Fasche", "Gesims" und dgl. dem elektronischen Rechner 8 zuführbar sind. Mit Hilfe dieser Kodierungssignale kann somit innerhalb des elektronischen Rechners 8 eine Abbildung der jeweiligen Gebäudestruktur bzw. der Hausfassade erreicht werden, die dann unter Einsatz eines angeschlossenen Mehrfarbenplotters maßstabsgerecht zum Ausdruck gebracht werden kann.

Im Bereich des Denkmalschutzes von historischen Gebäuden besteht immer wieder die Notwendigkeit, daß überwacht werden muß, ob innerhalb einer Gebäudestruktur vorhandene Risse sich im Laufe der Zeit erweitern. Das Verfahren kann dabei auch für derartige Überwachungsfunktionen eingesetzt werden, indem unter Einsatz des vorgesehenen Laserentfernungsmeßgerätes 4 und einer Vielzahl von Meßstrahlen eine genaue Festlegung der Oberflächenkonfiguration des betreffenden Gebäudeteiles, beispielsweise auch im Bereich eines Gewölbes, erfolgt, worauf mit Hilfe des mit Fadenkreuz versehenen Fernrohres 2 des Theodoliten die seitlichen Kanten eines vorhandenen Risses genau ausgemessen werden. Im Rahmen einer Wiederholung dieser Messung nach einem vorgegebenen Zeitraum kann dabei überprüft werden, ob der innerhalb der Gebäudestruktur vorhandene Riß sich im Laufe der Zeit erweitert hat.

Generell kann gesagt werden, daß unter Einsatz des Verfahrens bei gleichzeitiger Verwendung eines Laserentfernungsmeßgerätes in Verbindung mit einem daran angeschlossenen elektronischen Rechner sich die folgenden Möglichkeiten ergeben:

• - Festlegung einer horizontalen oder vertikalen Ebene bei Einsatz von wenigstens zwei Meßpunkten.
• - Festlegung einer schiefen Ebene bei Einsatz von wenigstens drei Meßpunkten.
• - Festlegung von gekrümmten Wänden oder Gewölben bei Einsatz einer Vielzahl von Meßpunkten mit gleichzeitiger Erstellung eines Mehrflächennetzes.

Die virtuell innerhalb des elektronischen Rechners gebildeten Flächen können dann unter Einsatz der von dem Fernrohr an den Rechner gegebenen Daten zum Schnitt gebracht werden, woraus die für die Vermessung wichtigen räumlichen Koordinaten von Eckpunkten berechenbar sind. Unter Einsatz entsprechender Kodierungssignale kann dann vollautomatisch von dem elektronischen Rechner und eines daran angeschlossenen Mehrfarbenplotters ein gewünschter Plan, beispielsweise ein Aufrißplan oder Grundrißplan erstellt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Vermessung von Gebäudestrukturen, welche mit einer Vielzahl von vorspringenden Kanten, Vorsprüngen und dgl. versehen sind, wobei ein Theodolit mit Fernrohr und Fadenkreuz sowie ein damit gekoppeltes Laserentfernungsmeßgerät zum Einsatz gelangen und die von diesen zwei Meßgeräten abgeleiteten Daten zur Signalaufbereitung und Einspeicherung einem elektronischen Rechner zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß in unmittelbarer Nähe einer auszumessenden Kante mit Hilfe des Laserentfernungsmeßgerätes wenigstens zwei Punkte entfernungs­ mäßig vermessen werden,
• 2. - daß die dabei ermittelten Daten dem elektronischen Rechner zugeleitet werden, welcher anhand derselben eine virtuelle Ebene festlegt,
• 3. - daß in der Folge mit Hilfe des Fernrohres und seinem Fadenkreuz die winkelmäßige Position der auszumessenden Kante bestimmt wird,
• 4. - und daß innerhalb des elektronischen Rechners anhand der zuvor festgelegten virtuellen Ebene und des von dem Fernrohr zu der auszu­ messenden Kante führenden Sichtstrahls eine Bestimmung der Raumkoordi­ naten der jeweiligen Kante erfolgt.

2. Verfahren zur Vermessung von Gebäudestrukturen, welche beispiels­ weise mit Fensterausschnitten versehen sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß im Bereich der Ränder des jeweiligen Fensterausschnitts mit Hilfe des Laserentfernungsmeßgerätes wenigstens zwei Punkte ent­ fernungsmäßig vermessen werden,
• 2. - daß mit Hilfe der dadurch ermittelten Daten innerhalb des elektro­ nischen Rechners eine virtuelle Ebene festgelegt wird,
• 3. - daß in der Folge mit Hilfe des Fernrohres und seinem Fadenkreuz die beiden Ränder des jeweiligen Fensterausschnitts winkelmäßig ausge­ messen werden,
• 4. - und daß anhand der zuvor festgelegten virtuellen Ebene und den zu den beiden Rändern des Fensterausschnitts führenden Sichtstrahlen innerhalb des elektronischen Rechners eine Bestimmung der Raumkoordi­ naten der beiden Begrenzungsränder des jeweiligen Fensterausschnitts erfolgt.

3. Verfahren zur Vermessung von Gebäudestrukturen, welche mit zu überwachenden Rissen versehen sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß mit Hilfe des Laserentfernungsmeßgerätes eine abstandsgemäße Fest­ legung von eventuell auch gekrümmten Oberflächen einer Gebäudestruktur vorgenommen wird,
• 2. - daß mit Hilfe dieses Satzes von Entfernungsmeßdaten innerhalb des elektronischen Rechners eine den jeweiligen Riß überspannende virtu­ elle Ebene festgelegt wird,
• 3. - daß mit Hilfe des Fernrohres mit seinem Fadenkreuz die Ränder des zu vermessenden Risses winkelmäßig erfaßt werden,
• 4. - und daß anhand der zuvor festgelegten virtuellen Ebene und der ausgemessenen Winkeldaten der Ränder des jeweiligen Risses inner­ halb des elektronischen Rechners die Raumkoordinaten des Risses bestimmt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aktivierung des Laserentfernungsmeßgerätes und/oder des Theodoliten im Hinblick gleichzeitig mit der Überspielung der gemessenen Entfernungs- und/oder Winkeldaten an den der Auswertung dienenden elektronischen Rechner entsprechende Kodetasten aktivierbar sind, mit welchen Kodierungssignale bezüglich Einzelheiten der ausgemessenen Gebäudelemente, wie "Fensterkante", "Fasche" oder "Gebäudesims" erzeugt werden, und daß innerhalb des elektronischen Rechners diese Kodierungssignale herangezogen werden, damit innerhalb des elektronischen Rechners vollautomatisch die Erstellung eines Plans erfolgt, welcher später zum Ausdruck gebracht werden kann.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe aus folgenden Elementen besteht:

• 1. - einem umsetzbaren Theodoliten, welcher mit einem Fernrohr (2) einschließlich Fadenkreuz versehen ist und der Bestimmung von Winkeln dient;
• 2. - einem auf dem Theodoliten aufsetzbaren Laserent­ fernungsmeßgerät (4), welches der Bestimmung von Ent­ fernungen dient;
• 3. - vorzugsweise einem im Bereich des Laserentfer­ nungsmeßgerätes (4) vorgesehenen Markierungsstrahlgeber (7), welcher den von dem Laserentfernungsmeßgerät (4) angepeilten Meßpunkt optisch markiert;
• 4. - einem elektronischen Rechner (8), in welchem die Auswertung und Einspeicherung der ermittelten Meßdaten erfolgt;
• 5. - einer Tastatur, mit welcher eine Übertragung der von dem Laserentfernungsmeßgerät (4) und/oder dem Theodo­ liten ermittelten Entfernungs- und Winkeldaten an den elektronischen Rechner (8) zur Auslösung gelangt, sowie
• 6. - Kodetasten, mit welchen zusätzliche Kodierungssignale in Bezug auf eine Festlegung der jeweils ausgemessenen Gebäudeelemente an den elektronischen Rechner (8) abgebbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elektronische Rechner mit einem Mehr­ farbenplotter verbindbar ist, welcher nach durchgeführter Vermessung einer Gebäudestruktur (11, 22) selbständig eine maßstabsgerechte Zeichnung der ausgemessenen Gebäudestruktur erstellt.