DE19750207C2

DE19750207C2 - Vermessungssystem mit einer trägheitsgestützten Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE19750207C2
Application number: DE19750207A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Huep; Ernst Michelbacher
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: CH693246A5; SE9803702D0; SE521758C2; US6266628B1; SE9803702L; DE19750207A1; JPH11211459A

Description

Die Erfindung betrifft Vermessungssysteme nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5. Derartige Vermessungssysteme sind aus der US-A-5,671,160 bekannt. Die Zielpunktträgersucheinrichtung bei diesem System basiert auf der optischen Erfassung von Lichtquellen am Zielpunkträger und an der Visiereinrichtung, was bei unterbrochener Sichtverbindung zwischen der Visiereinrichtung und dem Zielpunktträger zu Handhabungsnachteilen führt. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Systems ist, daß die Visiereinrichtung grundsätzlich stativgestützt ist und grundsätzlich einen an einem Zielpunktträger angeordneten Zielpunkt benötigt.

Ein weiteres Vermessungssystem ist z. B. aus der EP 0 481 307 A2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein Tachymeter mit einer GPS-(Global Positioning System)-Positions meßeinheit, d. h. einer satellitengestützten Positionsmeßeinheit, wobei sowohl die Visiereinrichtung, d. h. das eigentliche Tachymeter, als auch der vom Tachymeter anzuvisierende Reflektorstab mit einer satellitengestützten Positionsmeßeinheit ausgestattet ist.

Die satellitengestützte Positionsmeßeinheit erfordert allerdings freie Sichtlinien zu mindestens vier Satelliten. Damit ist der Einsatz der satellitengestützten Positionsmeßeinheit in Häuserschluchten, bei der Vermessung von Hausecken, unter Bäumen, unter Brücken, in Geländeeinschnitten und in Gebäuden eingeschränkt bzw. unmöglich.

In der nachveröffentlichten DE 198 30 150 A1 ist ein tragbares Vermessungssystem mit einer trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung beschrieben, das in einer Ausführungsform auch zusätzlich ein Zielfernrohr aufweisen kann. Auch dort ist das Gesamtsystem aus Zielfernrohr und trägheitsgestützter Positionsmeßeinrichtung auf einem Stativ abgestützt.

Aufgabe der Erfindung ist es, gattungsgemäße Vermessungssysteme bereitzustellen, welche auch in schwierigen Vermessungssituationen zuverlässige Vermessungsergebnisse ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch Vermessungssysteme mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Eine trägheitsgestützte Positionsmeßeinrichtung kann Beschleunigungsmesser und/oder Kreisel und vorzugsweise jeweils drei Beschleunigungsmesser und drei Kreisel umfassen und kann sowohl eine Information über die Orientierung im Raum als auch eine dem Koordinatenunterschied zwischen Start- und Endpunkt einer Verlagerung der trägheitsgestützten Meßeinrichtung entsprechende Information liefern.

Durch die Erfindung können die von der Visiereinrichtung erfaßten Positionswerte durch die trägheitsgestützte Meßeinrichtung abgesichert und/oder ergänzt werden, ohne auf eine freie Sichtverbindung zu mindestens vier Satelliten angewiesen zu sein.

Wenn das Vermessungssystem einen von der Visiereinrichtung anzuvisierenden, relativ zur Visiereinrichtung bewegbaren Zielpunktträger umfaßt und die trägheitsgestützte Positionsmeßeinrichtung an dem Zielpunktträger angeordnet ist, kann das Vermessungssystem auch bei einer unterbrochenen Sichtverbindung zwischen der Visiereinrichtung und dem Zielpunktträger die Position des Zielpunktträgers bestimmen. Dazu umfaßt die Visiereinrichtung bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Zielpunktträgersucheinrichtung, welche den Zielpunktträger mittels der Meßwerte automatisiert sucht, die von der am Zielpunktträger angeordneten trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung geliefert werden. Dadurch kann das Anvisieren des Zielpunktträgers in seiner Zeitdauer erheblich verringert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Zielpunktträger eine Sendeeinheit, welche von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung erfaßte Meßwerte zu einer Auswerteeinheit des Vermessungssystems sendet. Damit können die von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung erfaßten Meßwerte zeitgleich mit den von der Visiereinrichtung erfaßten Winkel- und Entfernungswerten verarbeitet werden, wobei die bekannten Driftprobleme von trägheitsgestützten Meßeinrichtungen durch Abgleich mit den Meßwerten von der Visiereinrichtung korrigierbar sind.

Es kann aber auch der Zielpunktträger einen Meßwertspeicher umfassen, welcher von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung erfaßte Meßwerte speichert. Bei dieser Variante werden die von der Visiereinrichtung erfaßten und die trägheitsgestützt erfaßten Meßwerte am Ende eines Vermessungsabschnitts abgeglichen, wobei noch nicht einmal eine Funkverbindung zwischen dem Zielpunktträger und der Visiereinrichtung möglich sein muß.

Bei einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen ist die trägheitsgestützte Meßeinrichtung an der Visiereinrichtung angeordnet. Dadurch können die z. B. bei einem Theodoliten oder Tachymeter durch Teilkreismessungen erfaßten Orientierungsdaten der Visiereinrichtung auch von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung geliefert werden. Dabei ist es gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung auch nicht notwendigerweise erforderlich, daß der Zielpunkt an einem Zielpunktträger angeordnet ist.

Bei diesen Ausführungsvarianten kann der Standpunkt der Visiereinrichtung innerhalb eines Vermessungsabschnitts in Hinblick auf eine bessere Einsehbarkeit des Zielpunkts verlagert werden, wobei die Koordinaten- und Winkeldifferenz zum vorhergehenden Standpunkt von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung geliefert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Visiereinrichtung und die trägheitsgestützte Meßeinrichtung in einer Freihandeinheit zusammengefaßt, bei der auf eine Abstützung des Vermessungssystems auf einem massigen Stativ oder Pfeiler verzichtet werden kann. Diese Ausführungsform der Erfindung liefert ein hochmobiles Vermessungssystem, welches z. B. wie ein Feldstecher handhabbar ist.

Wenn bei einem Vermessungssystem mit Zielpunktträger sowohl die Visiereinrichtung als auch der Zielpunktträger eine trägheitsgestützte Meßeinrichtung aufweisen, können die im vorhergehenden angeführten Vorteile miteinander kombiniert werden.

Es können die bewährten Vermessungssysteme noch verbessert werden, wenn die Visiereinrichtung ein Meßfernrohr eines Theodoliten oder eines Tachymeters ist und z. B. der Zielpunktträger einen Reflektor umfaßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vermessungssystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vermessungssystems; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer typischen, mit dem erfindungsgemäßen Vermessungssystem in einfacher Weise lösbaren Vermessungsproblematik.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Vermessungssystem 1 schematisch dargestellt. Das Vermessungssystem 1 umfaßt eine Visiereinrichtung 2 mit einem Fernrohr 3, mit dem ein Zielpunkt 5 anvisiert wird, um die Winkellage und die Entfernung des Zielpunkts 5 in Bezug auf die Visiereinrichtung 2 messen zu können. Der als Reflektor ausgebildete Zielpunkt 5 ist zusammen mit einer trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 an einem stabförmigen Zielpunktträger 9 angeordnet.

Das Meßfernrohr 3 ist um eine Vertikalachse drehbar und um Horizontalachsen verschwenkbar kardanisch an einem Stativ 11 angeordnet und umfaßt eine die Entfernung zum Zielpunkt 5 messende Entfernungsmeßeinrichtung 13, wodurch bei bekanntem Standpunkt des Meßfernrohrs 3 die Lage des Zielpunkts 5 bestimmt werden kann.

Über eine der trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 zugeordnete Sendeantenne 15 und eine Empfangsantenne 17 einer Auswerteeinheit 19 des Vermessungssystems 1 werden bei Verlagerung des Zielpunkts 5 von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 gelieferte Meßwerte an die Auswerteeinheit 19 übertragen. Die Auswerteeinheit 19 ist über eine Datenleitung 21 auch mit der Visiereinrichtung 2 verbunden. Über die Datenleitung 21 können von der Visiereinrichtung 2 erfaßte Winkel- und/oder Entfernungsdaten an die Auswerteeinheit 19 übermittelt werden.

Die Visiereinrichtung 2 weist auch eine Zielpunktträgersuch einrichtung 14 auf, welche die von der Auswerteeinheit 19 empfangenen Signale der trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 dazu benutzt, das Meßfernrohr 3 auf den Zielpunktträger 9 auszurichten.

Selbstverständlich könnte die Auswerteeinheit 19 auch direkt an der Visiereinrichtung 2 oder am Zielpunkt 5 angeordnet sein, wobei die letztere Alternative eine Funkverbindung zwischen der Visiereinrichtung 2 und der Auswerteeinheit erfordert.

Der trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 sind ein Meßwertspeicher 18 und eine Anzeigeeinheit 20 zugeordnet, welche am Zielpunktträger 9 angeordnet sind. In dem Meßwertspeicher 18 können die von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung 7 gelieferten Meßwerte und ggf. weitere Daten, z. B. vorbestimmte Positionen für eine Absteckung, abspeichert werden, wobei diese Daten von der Anzeigeeinheit 20 der Bedienperson des Zielpunktträgers 9 angezeigt werden.

Ferner weist die Auswerteeinheit 19 eine Anzeige- und Bedienungseinrichtung 23 auf, über welche die Vermessungsergebnisse angezeigt werden und das Vermessungssystem 1 bedient werden kann.

In Fig. 2 ist ein weiteres, als Freihand-Theodolit oder Freihand-Tachymeter ausgebildetes Vermessungssystem 25 dargestellt. Die Visiereinrichtung dieses Vermessungssystems 25 ist als Feldstecher 29 ausgebildet und umfaßt eine trägheitsgestützte Meßeinrichtung 27, welche die Orientierung des Feldstechers 29 gegenüber einer Anfangs- bzw. Nullrichtung messen kann. Die Anfangs- bzw. Nullrichtung selbst wird z. B. durch Anvisieren eines bekannten Fernpunkts festgelegt.

In seiner Ausführungsform als Freihand-Tachymeter ist das Vermessungssystem 25 ferner mit einem elektronischen Distanzmesser ausgestattet.

Das Vermessungssystem 25 kann reflektorlos betrieben werden, d. h. es kann auch ohne Zielpunktträger im Einmannbetrieb verwendet werden.

Dabei können von einem gegebenen Standpunkt des Vermessungssystems 25 aus ein oder mehrere Zielpunkte vermessen werden und anschließend kann das Vermessungssystem 25 zu einem neuen Standpunkt verlagert werden, von dem aus andere oder auch dieselben Zielpunkte vermessen werden.

Die trägheitsgestützte Meßeinrichtung 27 liefert dabei die Orts- und Winkelkoordinaten der Visiereinrichtung 29 relativ zu den Orts- und Winkelkoordinaten des Anfangsstandpunkts.

In Fig. 3 ist eine Vermessungssituation skizziert, bei der die Positionskoordinaten bestimmter Ortspunkte mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Vermessungssystems, z. B. des Vermessungssystems 1 von Fig. 1, vermessen bzw. aufgenommen werden sollen.

Dabei ist mit 31 der Standpunkt der Visiereinrichtung gekennzeichnet. 33 und 35 bezeichnen Hindernisse, z. B. Gebäude, welche die Sicht versperren. Die Vermessung des Ortspunkts 37 erfolgt mit einem bei 37 angeordneten Zielpunktträger mittels einer Winkel- und Entfernungsmessung zum Standpunkt 31 der Visiereinrichtung. Wenn der mit trägheitsgestützter Meßeinrichtung ausgestattete Zielpunktträger von dem Standpunkt 31 der Visiereinrichtung zu dem Ortspunkt 37 bewegt worden ist, kann die trägheitsgestützte Meßeinrichtung eine weitere Orts- und Winkelinformation liefern.

Anschließend wird der Zielpunktträger zu dem nächsten, zu vermessenden bzw. aufzunehmenden Ortspunkt 39 gebracht. Die Positionskoordinaten des Ortspunkts 39 können aufgrund der Sichtverbindung zwischen der Visiereinrichtung und dem Ortspunkt 39 sowohl tachymetrisch mit der Visiereinrichtung als auch inertial mit der trägheitsgestützten Meßeinrichtung bestimmt werden.

Am nächsten zu vermessenden Ortspunkt 41 ist die Sichtverbindung zur Visiereinrichtung unterbrochen. Die Ortskoordinaten dieses Ortspunkts 41 können aber immer noch mit der trägheitsgestützten Meßeinrichtung bestimmt werden, ohne die Visiereinrichtung, wie es früher erforderlich war, zu einem neuen Standpunkt mit freier Sichtverbindung zum Ortspunkt 41 bringen zu müssen.

Im nächsten Meßpunkt 43 können die Positionskoordinaten aufgrund der nun wieder bestehenden Sichtverbindung zur Visiereinrichtung sowohl tachymetrisch als auch inertial und dadurch mit erhöhter Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit bestimmt werden.

Dagegen ist bei den darauffolgenden Meßpunkten 45, 47, 49, 51 und 53 eine Positionskoordinaten-Bestimmung nur dank der trägheitsgestützten Meßeinrichtung möglich.

Erst im Meßpunkt 55 ist wieder eine freie Sichtverbindung von der Visiereinrichtung zu dem Zielpunktträger vorhanden, wodurch wieder ein Abgleich der inertialen Meßwerte mit den tachymetrischen Meßwerten möglich ist.

Der beschriebene Meßvorgang ist sowohl mit simultaner Übertragung der inertialen Meßwerte an eine am Standpunkt 31 der Visiereinrichtung angeordnete Auswerteeinheit möglich, als auch mit Abspeicherung der inertialen Meßwerte in einen am Zielpunktträger angeordneten Meßwertspeicher, dessen gespeicherte Meßwerte erst am Ende des Vermessungsvorgangs, d. h. dann, wenn der Zielpunktträger wieder am Standpunkt 31 ist, in die Auswerteeinheit eingegeben werden.

Anhand von Fig. 3 wird auch ein Vermessungsverfahren verständlich, bei dem ein Gelände abgesteckt wird, d. h. im Gelände koordinatenmäßig vorbekannte Ortspunkte gesucht und markiert werden.

Dabei wird der Zielpunktträger zu den Ortspunkten 37, 39, 43 und 45 unter Steuerung der am Standpunkt 31 angeordneten Visiereinrichtung und unter Steuerung der am Zielpunktträger angeordneten trägheitsgestützten Meßeinrichtung gebracht. Das Aufsuchen der abzusteckenden Ortspunkte 41, 45, 47, 49, 51 und 53 ohne Sichtverbindung zur Visiereinrichtung erfolgt nur mit Hilfe der trägheitsgestützten Meßeinrichtung, wobei der Zielpunktträger eine Anzeigeeinrichtung für die Bedienperson des Zielpunktträgers aufweist, welche der Bedienperson die von der trägheitsgestützten Meßeinrichtung gelieferten, aktuellen Ortskoordinaten und die abzusteckenden Positionen anzeigt.

Claims

1. Vermessungssystem (1; 25) mit einer Visiereinrichtung (2; 29) und einer trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (7; 27), wobei das Vermessungssystem (1) einen von der Visiereinrichtung (2) anzuvisierenden, relativ zur Visiereinrichtung (2) bewegbaren Zielpunktträger (9) umfaßt und die trägheitsgestützte Positionsmeßeinrichtung (7) an dem Zielpunktträger (9) angeordnet ist und wobei die Visiereinrichtung (2) eine Zielpunktträgersucheinrichtung (14) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielpunktträgersucheinrichtung (14) von der trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (7) bei einer Verlagerung des Zielpunktträgers (9) gelieferte Meßwerte zur automatischen Suche des Zielpunktträgers (9) heranzieht.

2. Vermessungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielpunktträger (9) eine Sendeeinheit (15) umfaßt, welche zu einer Auswerteeinheit (19) des Vermessungssystems (1) von der trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (7) erfaßte Meßwerte sendet.

3. Vermessungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielpunktträger (9) einen Meßwertspeicher (18) umfaßt, welcher von der trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (7) erfaßte Meßwerte speichert.

4. Vermessungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielpunktträger (9) eine Anzeigeeinheit (20) zur Anzeige der Meßwerte der trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (7) und ggf. vorbestimmter Koordinatenwerte aufweist.

5. Vermessungssystem mit einer Visiereinrichtung (29) und einer trägheitsgestützten Positionsmeßeinrichtung (27), dadurch gekennzeichnet, daß die Visiereinrichtung (29) und die trägheitsgestützte Positionsmeßeinrichtung (27) in einer ohne Abstützung auf einem Stativ bedienbaren Freihandeinheit (25) zusammengefaßt sind und die trägheitsgestützte Positionsmeßeinrichtung (27) eine Verlagerung der Visiereinrichtung (29) erfassen kann.