DE19733491A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zielsuche für geodätische Geräte - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Zielsuche für geodätische GeräteInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Zielsuche für geodätische Geräte, insbesondere Tachymeter und
Theodolite.
Es sind Trackingvorrichtungen zur Verfolgung eines als Ziel verwendeten
Reflektors für geodätische Geräte, insbesondere für Tachymeter, bekannt,
welche in der Lage sind, einen im Sehfeld des Fernrohres eines
geodätischen Gerätes befindlichen Reflektor zu verfolgen. Eine Zielsuche
außerhalb dieses Sehfeldes ist damit nur in sehr beschränktem Maße
möglich. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in EP 465 584;
JP 5-322 569 und DE 195 28 465 beschrieben.
Eine Vorrichtung zur Anzielung eines Tachymeters von einem
Reflektorstandort aus ist durch die DD 1 56 029 bekannt. Durch
Übertragung der entsprechenden Winkel vom Reflektorstandort aus über
Funk an eine Basisstation, in welcher sich das Tachymeter befindet, und
Einstellen der Komplementärwinkel am Tachymeter kann dann der
Reflektor gefunden werden. Diese Vorrichtung ist jedoch technisch sehr
aufwendig.
Andere Vorrichtungen benutzen vertikal oder horizontal aufgefächerte
Laserimpulse, die von den geodätischen Geräten, z. B. Theodoliten,
ausgesendet werden. Wird bei der Bewegung des Theodoliten um die
Steh- oder Kippachse der an der Zielstation angeordnete Reflektor
getroffen, wird durch eine im Fernrohr des Theodoliten angeordnete
Fotodiode ein Signal erzeugt, mit Hilfe dessen dann der Antrieb des
Fernrohrs gestoppt wird. Nachteilig ist dabei, daß die Drehgeschwindigkeit
durch die Impulsfolgefrequenz begrenzt ist und daß das System auf alle
sich im Sehfeld des Fernrohrs befindlichen Reflektoren reagiert, so z. B.
auch auf Reflexfolien, Rückstrahler von Fahrzeugen oder ähnlichen
Gegenständen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der "Zeitschrift für Vermessung,
Photogrammetrie und Kulturtechnik", 1991, Heft 8, Seiten 427 bis 431
bekannt.
Weiterhin ist aus der DD 2 77 965 ein Anzielverfahren für Theodolite
bekannt, bei welchem nach einer visuellen Anzielung der Zielstation mit
dem Theodoliten die eigentliche Winkelmessung dadurch erfolgt, daß ein
aktiver Zielstrahl von dem Theodoliten ausgesendet und von einem aktiven
Empfänger am Zielstation empfangen wird. Bei Erkennen der genauen
Anzielung wird die Drehung des Theodoliten gestoppt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Zielsuche für geodätische Geräte zu schaffen, welche die
Nachteile des Standes der Technik beseitigen und welche eine eindeutige
Anzielung einer Zielstation unter mehreren Zielstationen mit hoher
Genauigkeit ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach einem Verfahren gelöst,
welches die im Anspruch 1 dargelegten Merkmale umfaßt.
Vorteilhaft ist es, wenn von der Empfängeranordnung 11 nach einem
Treffer eine Meldung an das Meßgerät erfolgt, aufgrund der sich seine
Drehrichtung ändert und nach einem zweiten Treffer die Drehung um die
Stehachse beendet wird.
Es ist weiterhin vorteilhaft, nachdem das Meßgerät auf den so ermittelten
Horizontalwinkel eingefahren ist, die Suche im Vertikalwinkel in gleicher
Weise mit einem zweiten moduliertem Lichtstrahl auszuführen, der vom
Meßgerät in der Fernrohrzielachse ausgesendet wird und in horizontaler
und vertikaler Ausdehnung einen etwa gleichgroßen Suchwinkel umfaßt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben
werden. Es zeigen:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Meßanordnung im Überblick
Fig. 2 Die Lichtquelle für die Suche im Horizontalwinkel
Fig. 3 Eine Empfängeranordnung für das erfindungsgemäße Verfahren
Fig. 4 Ein Winkel-Zeitdiagramm
Die Fig. 1 zeigt ein Meßgerät 1, z. B. ausgebildet als Tachymeter 1, das um
eine Stehachse 2 drehbar ist. Das Fernrohr 3 ist um eine Kippachse 4
drehbar, wobei das Tachymeter 1 in an sich bekannter und daher nicht
dargestellter Weise mit Teilkreisen zur Ablesung der Winkel an den Achsen
2 und 4 und motorischen Antrieben zur Einstellung der Winkel an diesen
Achsen ausgerüstet ist. Das Fernrohr enthält weiterhin einen nicht näher
dargestellten Streckenmesser, dessen Wirkungsweise aber für die
erfindungsgemäße Einrichtung unerheblich ist. Auf das Tachymeter 1 ist
eine Sendeeinheit 5 aufgesetzt, deren Aufbau in Fig. 2 näher beschrieben
ist. Weiterhin ist am Tachymeter 1 oder an der Sendeeinheit 5 eine hier
durch seine Antenne dargestellte Datenfunkeinheit 6 angeordnet.
Am Zielpunkt ist in bekannter Weise ein Reflektorstab 9 mit einem
Reflektor 10 vorhanden, der von einem Meßgehilfen auf das Tachymeter
ausgerichtet wird, um eine Messung von Winkel und Strecke vom
Tachymeter 1 zum Reflektor 10 zu ermöglichen. Mit dem Reflektor 10 ist
eine Empfängeranordnung 11 verbunden, deren Aufbau in Fig. 3 näher
dargestellt ist. Weiterhin ist am Reflektorstab 9 eine Elektronikeinheit 12 mit
einer wiederum durch seine Antenne dargestellten Datenfunkeinheit 13
vorhanden.
In Fig. 2 enthält die Sendeeinheit 5 eine Laserdiode 14, der ein Objektiv 15
sowie eine Zylinderlinse 16 nachgeordnet sind. Der Laser 14 strahlt
vorzugsweise infrarotes Licht aus, das mit einer konstanten Frequenz
amplitudenmoduliert ist. Das hier der Einfachheit halber als Einzellinse
dargestellte Objektiv 15 bildet den Laser 14 genähert nach unendlich ab, es
erzeugt somit einen Strahl mit geringem Öffnungswinkel, der in der
nachfolgenden Zylinderlinse 16 in vertikaler Richtung aufgeweitet wird. Die
Begrenzung des Lichtbündels 17 in der Sendeeinheit 5 ist zur Erläuterung
mit angegeben. Das von der Zylinderlinse ausgesendete Lichtbündel 7 hat
somit am Punkt einer Empfängeranordnung 11 einen im wesentlichen
vertikalen Querschnitt 8. Der Öffnungswinkel in horizontaler Richtung 19
ist daher möglichst klein, während der Öffnungswinkel in vertikaler
Richtung 18, der in der Höhe den Suchbereich begrenzt, möglichst groß
gemacht wird. Die Sendeeinheit 5 wird so justiert, daß sie horizontal im
wesentlichen in dieselbe Richtung strahlt, in die die Zielachse des
Tachymeters 1 zeigt.
In Fig. 3 ist eine Empfängeranordnung 11 dargestellt. Einem Filter 20 ist
ein Objektiv 21 sowie ein Empfänger 22 nachgeordnet. Das Filter 20 ist nur
für einen Lichtwellenlängenbereich um die Sendewellenlänge des Lasers 14
durchlässig. Der Empfänger 22 ist in der Brennebene des Objektivs 21
angeordnet. Die Brennweite des Objektivs 21 wird nach bekannten
optischen Gesetzen so gewählt, daß der Empfänger 22 nur Licht aus einem
begrenzten Winkel 23 von mehreren Grad empfangen kann, der der
Genauigkeit entspricht, mit der üblicherweise ein Reflektor 10 auf das
Tachymeter 1 ausgerichtet werden kann. Dem Empfänger 22 ist eine nicht
näher dargestellte Elektronikeinheit 12 nachgeordnet, die einen Verstärker
enthält, dessen Bandbreite auf einen Bereich um die Modulationsfrequenz
des Laser 14 begrenzt ist. Übersteigt das Signal eine Schwelle, so wird
durch einen Hupton dem Meßgehilfen der Empfang signalisiert. Weiterhin
wird der Empfang an die Datenfunkeinheit 13 weitergeleitet.
Das Verfahren läuft nun in folgender Weise ab: Der Meßgehilfe richtet den
Reflektor 10 in horizontaler und vertikaler Richtung auf das Tachymeter 1
aus. Damit wird auch die mit dem Reflektor verbundene Empfängereinheit
11 so auf das Tachymeter 1 ausgerichtet, daß der Empfänger 22 Licht vom
Laser 14 empfangen kann, wenn es in seine Richtung ausgesendet wird.
Auf Anforderung einer Zielsuche zu einem bestimmten Reflektor 11 wird
vom Tachymeter 1 eine Datenfunkverbindung zur Datenfunkeinheit 13 an
diesem Reflektor 10 aufgebaut. Sind mehrere Reflektoren im Einsatz, so
wird bereits durch die Datenfunkaufnahme ein Reflektor, bzw. dessen
Empfängereinheit 11 ausgewählt und nur diese eingeschaltet. Weitere
Reflektoren sowie die an diesen angebrachten Empfängereinheiten können
somit nicht versehentlich angezielt werden, da weder ihre
Datenfunkverbindungen noch die Empfängereinheiten aktiv sind.
Die Empfängeranordnung 11 sendet über die Datenfunkeinheit 13 ihre
Empfangsbereitschaft an das Tachymeter 1. Daraufhin beginnt sich das
Tachymeter um die Stehachse 2 zu drehen. Gleichzeitig werden in festen
Zeitabständen während der Drehung die jeweiligen Horizontalwinkelwerte
gespeichert.
Wenn das Lichtbündel 7 der Sendereinheit 5 während der Drehung des
Tachymeters 1 um die Stehachse 2 die Empfängereinheit 11 überstreicht,
meldet sie über die Elektronikeinheit 12 und die Datenfunkeinheit 13, daß
sie vom Lichtbündel der Sendeeinheit 5 getroffen worden ist. Gleichzeitig
wird in einem nicht näher dargestellten Speicher der Elektronikeinheit 12
der Trefferzeitpunkt t1 gemerkt. Das kann in an sich bekannter Weise mit
einem Zeitgeberschaltkreis oder mit Hilfe des Rechnertakts geschehen. Das
Tachymeter bremst nach Empfang der Meldung von der Empfängereinheit
11 seine Drehbewegung ab und beginnt eine Drehung in die
entgegengesetzte Richtung.
Wenn das Lichtbündel 7 der Sendereinheit 5 zum zweiten Mal (zum
Zeitpunkt t2) den Empfänger trifft, erfolgt wiederum Rückmeldung an das
Tachymeter 1. Dazu wird die Zeit, die in der Elektronikeinheit 12 zwischen
beiden Treffern vergangen ist (t2 - t1), ebenfalls an das Tachymeter
gemeldet.
Die Fig. 4 zeigt schematisch ein Winkel- Zeitdiagramm aus den während
der Drehbewegung des Tachymeters 1 um die Stehachse 2
abgespeicherten Horizontalwinkelwerten. Der Zeitpunkt t1 ist dem
Tachymeter nicht direkt bekannt, da für die Datenfunkverbindung eine
variable und nicht genau bekannte Zeitverzögerung aufgrund des
Datenfunkprotokolls angenommen werden muß. Der Horizontalwinkel zu
dem Zeitpunkt, zu dem das Tachymeter 1 die erste Treffermeldung
empfängt, ist also nicht der Winkel, unter dem der Reflektor 10 mit der
Empfängeranordnung 11 zu finden ist. Erst die mit dem zweiten Treffer
übertragene Zeitdifferenz t2 - t1 ermöglicht eine eindeutige Zuordnung,
da es nur ein Paar von Horizontalwinkeln im Zeitabstand t2 - t1 gibt, die im
Rahmen einer von den Parametern des Meßsystems abhängigen Toleranz
gleich sind. Auf diesen Horizontalwinkel 24 wird das Tachymeter 1
eingestellt.
Für die anschließende Suche im Vertikalwinkel wird der Laser 14 der
Sendeeinheit 5 ausgeschaltet. Die Suche im Vertikalwinkel wird mit einem
zweiten moduliertem Lichtstrahl 25 durchgeführt, der vom Fernrohr 3 des
Tachymeters 1 in der Fernrohrzielachse mit einem in horizontaler und
vertikaler Ausdehnung einen etwa gleichgroßen Suchwinkel 26
ausgesendet wird. Die Erzeugung eines Lichtbündels in der
Fernrohrzielachse ist hier nicht näher dargestellt, da derartige
Einrichtungen bekannt sind. Sie werden für bekannte
Trackingvorrichtungen oder als Suchscheinwerfer im Tachymeterfernrohr
verwendet. Der Öffnungswinkel 26 muß dabei so groß sein, daß die
Empfängeranordnung 11 getroffen wird, wenn das Fernrohr 3 um die
Kippachse 4 gedreht wird. Dazu sind weniger als ein Grad Öffnungswinkel
ausreichend.
Die Suche im Vertikalwinkel erfolgt somit analog zu der im
Horizontalwinkel, nur, daß diesmal das Tachymeterfernrohr im
Vertikalwinkel verschwenkt wird, die Vertikalwinkelwerte gespeichert
werden, und nachdem die Empfängeranordnung 11 zweimal vom
Lichtbündel 25 aus dem Fernrohr 3 getroffen wurde, die Auswertung
entsprechend Fig 4 erfolgt. Die Verschwenkung des Fernrohres 3 kann
dabei auf den Bereich, der durch den Öffnungswinkel 18 der Sendereinheit
5 begrenzt ist, beschränkt werden, da nur in diesem Bereich die
Horizontalwinkelsuche erfolgreich sein kann.
Nach der Auswertung kann das Fernrohr 3 auf den errechneten
Vertikalwinkel verschwenkt werden, bis Dauersignal an der
Empfängeranordnung 11 an liegt. Im weiteren wird das Fernrohr 3
geringfügig im Vertikalwinkel nach unten verstellt, bis anstelle der
Empfängeranordnung 11 der unter ihr liegende Reflektor 10 in der
Zielachse liegt. Die weitere Feinanzielung des Reflektors 10 kann in an sich
bekannter Weise mit einem geeigneten Empfänger im Brennpunkt des
Fernrohrs, z. B. einer CCD-Kamera erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Die Sendeeinheit 5 kann auch in das Fernrohr 3 integriert sein.
Die hätte den Vorteil, daß die Suche nicht auf den durch den
Öffnungswinkel 18 beschränkten Vertikalwinkelbereich begrenzt ist.
Wenn die Datenfunkeinheiten eine genügend schnelle Übertragung
gewährleisten können, kann das Verfahren nach Fig. 4 vereinfacht werden.
Die Drehgeschwindigkeit kann nach einer Treffermeldung bei Umkehrung
der Drehrichtung so stark vermindert werden, daß das Tachymeter 3 direkt
auf Dauersignal an der Empfängeranordnung 11 eingestellt werden kann.
Weiterhin kann der Horizontal- bzw. Vertikalwinkel, unter dem das
Lichtbündel gerade ausgesendet wird, codiert auf das Lichtbündel
aufmoduliert werden. In diesem Fall ist die Empfängeranordnung 11 eine
Demodulationseinrichtung nachgeordnet, die es gestattet, den Winkel
direkt zu bestimmen und über die Datenfunkeinheit 13 an das Tachymeter
1 zu senden.
Es ist weiterhin möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Absteckung zu nutzen. Dazu wird das Tachymeter 1 so um seine Stehachse
2 gedreht, daß das Lichtbündel 7 in die abzusteckende Richtung zeigt. Die
Empfängeranordnung 11 wird über die Datenfunkeinheit 13 aktiviert. Der
Meßgehilfe bewegt sich nun mit dem Reflektorstab 9 im Gelände, wobei
die Empfängeranordnung 11 genähert auf das Tachymeter 1 ausgerichtet
wird. Wenn die Empfängeranordnung 11 die Abstecklinie und damit das
Lichtbündel 7 erreicht, wird durch die von Empfängeranordnung 11
ausgelösten Hupton dem Meßgehilfen das Erreichen der Abstecklinie
signalisiert.
Es ist auch möglich, die Absteckung durchzuführen, indem der
ausgewählte Reflektor 10 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angezielt und danach die Absteckdifferenz im Tachymeter 1 berechnet
wird. Die Absteckdifferenz kann dann über die Datenfunkeinheit 13 an die
Elektronikeinheit 12 gesendet und an einer Anzeige an der
Elektronikeinheit 12 angezeigt werden.
Claims (6)
- Verfahren zur Zielsuche bei geodätischen Vermessungen,
- - wobei mindestens ein durch ein Meßgerät erzeugtes, um die Stehachse des Meßgerätes periodisch hin- und hergeschwenktes oder umlaufendes, in senkrechter Ebene aufgefächertes, erstes Lichtbündel einer im Meßgerät angeordneten Lichtquelle mindestens einer in mindestens einer vom Meßgerät entfernt angeordneten Zielstation angeordneten Empfängeranordnung zugesandt und beim Auftreffen des Lichtbündels auf die Empfängeranordnung der mindestens einen Zielstation ein elektrisches Signal erzeugt wird, und
- - daß diese in der Zielstation erzeugten elektrischen Signale oder die daraus ermittelte Zeitdifferenz durch eine in der Zielstation vorgesehene Sendeeinrichtung an das Meßgerät übermittelt werden,
- - daß aus der Zeitdifferenz zweier, zeitlich hintereinander erzeugter, elektrischer Signale mit Hilfe von in konstanten Zeitintervallen gemessenen oder gespeicherten Winkeln der Horizontalwinkel zur jeweiligen angezielten Zielstation ermittelt wird,
- - daß zur Ermittlung des Vertikalwinkels des Meßgerätes ein zweites moduliertes Lichtbündel in senkrechter Ebene um einen Winkel geschwenkt und in Richtung auf die Zielstation ausgesandt wird
- - und daß beim Auftreffen des zweiten Lichtbündel auf die Empfängeranordnung der Zielstation ein weiteres elektrisches Signal erzeugt und an das Meßgerät gesandt und daraus im Meßgerät der Vertikalwinkel zur jeweiligen Zielstation bestimmt wird.
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