DE19826873C1

DE19826873C1 - Digitalnivellierlatte

Info

Publication number: DE19826873C1
Application number: DE1998126873
Authority: DE
Inventors: Wieland Feist; Thomas Marold
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP3064441U; CH694383A5; CH694383A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Digitalmeßlatte 1, welche eine geschlossene Umfangsfläche besitzt und welche in Verbindung mit Nivellieren, insbesondere mit Digitalnivellieren, angewendet wird. DOLLAR A In Längserstreckung der Nivellierlatte 1 ist auf mindestens zwei Teilflächen 3; 4 der Umfangsfläche mindestens je eine codierte Teilung 5; 6; 12; 12' angeordnet, wobei sich die auf der Teilfläche 3 angeordnete mindestens eine codierte Teilung 5 von der auf der anderen Teilfläche 4 angeordneten mindestens einen codierten Teilung 6 um einen Maßstabfaktor k NOTEQUAL 1 unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Digitalnivellierlatte nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, welche vorwiegend in Verbindung mit Nivellieren, insbesondere mit Digitalnivellieren, benutzt wird.

Es ist bekannt, für das Nivellement Digitalnivelliere einzusetzen. Das Meßprinzip entspricht bis auf die Ablesung des Meßwertes, die elektronisch erfolgt, dem optischer Nivelliere. Hierbei ergibt sich jedoch ein Problem. Die kürzeste Zielweite eines optischen Nivelliers wird üblicherweise gleich der kürzesten Meßentfernung definiert, auf die das Fernrohr des Nivelliers fokussiert werden kann. Dabei ist es gerade bei Nivellieren niederer Genauigkeit und den dazugehörigen Latten mit Zentimeterteilung (E-Latten) üblich, daß bei dieser kürzesten Zielweite eine eindeutige Meßwertgewinnung aus dem Fernrohrbild allein gar nicht möglich ist, da kein vollbeziffertes Dezimeterintervall im Fernrohrsehfeld zu erkennen ist. Der Meßgehilfe, der die Latte hält, fährt in diesem Falle gewöhnlich mit dem Finger oder einem Bleistift die Latte entlang. Wenn der Beobachter diesen im Fernrohrsehfeld sieht, liest der Meßgehilfe an der Latte den Dezimeterwert ab und zählt die Zentimeterstriche. Diese Art der Meßwertgewinnung ist natürlich mit großen Fehlerquellen behaftet, und subjektiv bedingte Fehler sind nicht auszuschließen.

Aus den US 4 378 638 und US 4 060 909 sind Meßlatten für geodätische Messungen bekannt, welche auf zwei gegenüberliegenden Flächen mit jeweils unterschiedlichen Teilungen versehen sind, welche keine codierten Teilungen darstellen. Auch bei Messungen mit diesen Latten müssen die oben genannten Nachteile in Kauf genommen werden. Automatisierte Messungen, z. B. in Verbindung mit Digitalnivellieren, können mit diesen Meßlatten nicht vorgenommen werden.

Bei Digitalnivellieren ist die obengenannte Verfahrensweise mit der Codeteilung nicht möglich. Es ist hierzu bekannt, bei Latten für Digitalnivelliere auf der Rückseite eine Zentimeter- oder Millimeterteilung aufzubringen, um die Messung bei der kürzesten Fokussierentferung des Nivelliers in bekannter Weise visuell durchzuführen. Das hat jedoch den Nachteil, daß bei Meßentfernungen unterhalb der kürzesten Zielweite des elektronischen Meßsystems nur visuell gemessen werden kann und die Meßwerte dann von Hand in das Gerät eingegeben werden müssen, was eine Ursache für Meßfehler bedeutet.

Aus der DE 37 39 664 C2 ist eine Lattenteilung für ein Digitalnivellier bekannt, die es gestattet, einen relativ großen Entfernungsbereich zu überbrücken. Die kürzeste Zielweite ist dadurch gegeben, daß immer mindestens ein vollständiges Codewort erkennbar sein muß. In der DE 43 38 038 C1 ist ein Weg gezeigt, die kürzeste Zielweite gegenüber der DE 37 39 664 C2 durch einen zusätzlichen Code mit halber Länge etwa zu halbieren. In der DE 34 24 806 C2 wird zu diesem Zweck ebenfalls ein Feincode oder eine Zoomoptik genannt. Eine Zoomoptik hat jedoch den Nachteil, daß sie das Gerät verteuert und die Einflußmöglichkeiten optischer Fehler vergrößert werden. In der DE 197 23 654 A1 wird ebenfalls ein Feincode vorgeschlagen.

Aus der Zeitschrift für "Vermessung und Raumordnung", 57. Jahrgang, Heft 2, Seite 66 ist bekannt, daß sich die größte Zielweite eines Digitalnivelliers ergibt, wenn für das kleinste Codeelement g, welches bei der größten Zielweite D_max noch aufgelöst werden muß, ein gewisses Oversampling OV erfüllt ist, das heißt, z. B. zwei Pixel auf jedes zu erkennende Bildelement kommen.

Es gilt:

g . f ≧ D_max . p . OV. (1)

Dabei sind:

f die Brennweite des Fernrohrobjektivs des Digitalnivelliers,
g die Breite des Codeelements,
D_max die maximale Zielweite,
p die Pixelgröße,
OV das Oversampling, d. h. die Anzahl der Pixel pro Codeelement.

Wiederum ergibt sich die kürzeste Zielweite, wenn noch mindestens ein Codewort sicher und vollständig gelesen werden kann:

N . g . f ≦ D_min . P . Z. (2)

Es sind:

N die Anzahl der Bits im Codewort,
D_min die kürzeste Zielweite,
Z die Pixelzahl.

Der mögliche Meßbereich eines Digitalnivelliers wird voll ausgenutzt, wenn die Ungleichzeichen aus den Gleichungen (1) und (2) entfernt werden. Die linken Seiten beider Gleichungen können dann gleichgesetzt werden, womit sich nach einigen Umformungen ergibt:

Z = N . OV . D_max/D_min. (3)

Gleichung (3) zeigt, daß mit der Pixelzahl des CCD-sensors, dem erforderlichen Oversampling bei der größten Zielweite und der Mindestbitzahl bei der kürzesten Zielweite, das Distanzverhältnis, bei dem ein Digitalnivellier arbeiten kann, festliegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Digitalmeßlatte für Digitalnivelliere zu schaffen, mit der es ermöglicht wird, Messungen mit Digitalnivellieren in einem vergrößerten Entfernungsbereich mit hoher Genauigkeit durchführen zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Digitalnivellierlatte gelöst, welche durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs dargelegten Mittel gekennzeichnet ist.

So ist es vorteilhaft, wenn auf mindestens zwei Teilflächen der Umfangsfläche der Meßlatte mindestens je eine codierte Teilung angeordnet ist, wobei sich die auf einer Teilfläche angeordnete mindestens eine codierte Teilung von der auf der anderen Teilfläche angeordneten mindestens einen codierten Teilung um einen Maßstabsfaktor k ≠ 1 unterscheiden. So ist vorteilhaft k < 1 zu wählen, wenn Messungen bei großen Zielweiten, also im Fernbereich, vorgenommen werden sollen. Die hierbei benutzte codierte Teilung ist gröber geteilt als die andere, für den Nahbereich zu benutzende Teilung, die dann auf einer anderen Teilfläche der Meßlatte angeordnet ist.

Die Erfindung ist ferner geeignet, bei Digitalmeßlatten unterschiedlicher Querschnittsform angewendet zu werden. So kann die Meßlatte einen drei- oder viereckigen, kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt besitzen. Hierbei können jedoch auch noch andere, hier nicht aufgeführte Querschnittsformen, wie beispielsweise solche mit einem mehr als vier Ecken besitzenden Querschnitt, Anwendung finden.

In den meisten Anwendungsfällen werden jedoch Digitalmeßlatten mit einer rechteckigen Querschnittsfläche verwendet, so daß es vorteilhaft ist, wenn auf sich gegenüberliegenden Teilflächen einer Meßlatte mit viereckigem Querschnitt mindestens je eine codierte Teilung angeordnet ist, wobei die mindestens eine codierte Teilung auf der einen Teilfläche gegenüber der mindestens einen codierten Teilung auf der anderen Teilfläche um einen Maßstabfaktor k vergrößert oder verkleinert ist, wobei 1 < k < 0 und k < 1, also k ungleich 1 ist.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Nullpunkte der auf den Teilflächen angeordneten, codierten Teilungen übereinstimmen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Digitalmeßlatte mit auf gegenüberliegenden Flächen angeordneter codierter Teilung,

Fig. 2 die Vorderseite einer erfindungsgemäßen Nivellierlatte,

Fig. 3 die Rückseite einer erfindungsgemäßen Nivellierlatte und

Fig. 4 die Rückseite einer erfindungsgemäßen Nivellierlatte ohne Code für kurze Entfernungen als weitere Ausführungsform.

In Fig. 1 ist als Beispiel eine erfindungsgemäße Digitalmeßlatte 1 mit einer rechteckigen Querschnittsfläche 2 dargestellt, welche auf zwei sich gegenüberliegenden Teilflächen 3 und 4 ihrer geschlossenen Umfangsfläche je eine codierte Teilung 5 und 6 aufweist. Diese beiden codierten Teilungen 5 und 6 weisen um den Faktor k unterschiedliche Maßstäbe auf, wobei dieser Faktor k ≠ 1 ist und auch Werte kleiner als 1 annehmen kann.

Die Fig. 2 zeigt den Beginn der codierten Teilung 5 auf der Teilfläche 3 der Meßlatte 1 mit Codestrichen 7; 8, deren Anordnung sich in an sich bekannter Weise aus der Lehre der DE 37 39 664 C2 ergibt. Durch die Überlagerung eines pseudostochastischen Codes mit einem Bi-Phasencode sind nur zwei verschiedene Codestrichbreiten 1 cm und 2 cm erforderlich. Zusätzliche Codestriche 9; 9' für das Arbeiten mit kurzen Zielweiten sind nach der Lehre der DE 43 38 038 C1 gestaltet. Diese Striche 9; 9' haben in der Praxis etwa 1 mm Breite.

Die Fig. 3 zeigt den Beginn der codierten Teilung 6 auf der der Teilfläche 3 gegenüberliegenden Teilfläche 4 der Digitalmeßlatte 1 mit Codestrichen 10; 10'. Die Codestriche 10; 10' sind in der gleichen Weise angeordnet, wie auf der anderen Teilfläche 3, jedoch in diesem Falle mit um den Faktor k = 4 vergrößerten Breiten.

Die in Fig. 4 gezeigte weitere Ausführungsform der Erfindung, deren eine Teilfläche 11 mit der codierten Teilung 11 dargestellt ist, enthält auf dieser Teilfläche 11 gleiche Codestriche 12; 12', die den Codestrichen 10; 10' entsprechend Fig. 3 analog sind. Bei der Digitalmeßlatte nach Fig. 4 sind die Codestriche 13; 14 (Fig. 3), die bei den Messungen für kurze Zielweiten herangezogen werden, jedoch weggelassen. Da die codierte Teilung nach den Fig. 3 oder 4 vorrangig für größere Zielweiten verwendet wird, können die Codestriche 13; 14 entfallen.

Die Arbeitsweise mit einer erfindungsgemäßen Digitalmeßlatte 1 soll im folgenden erläutert werden.

Die Digitalmeßlatte 1 hat beispielsweise eine Länge von 4 m. Auf der vorderen Teilfläche 3 der Latte ist die in Fig. 2 gezeigte codierte Teilung 5 in voller Länge der Latte bis zum Ende des vierten Lattenmeters aufgebracht. Gegenüber dem in Gleichung (1) angegebenen Stand kann nun die Brennweite des Objektivs des Digitalnivelliers beispielsweise um den Faktor zwei verkleinert werden, da die in Fig. 2 gezeigte Lattenseite nicht mehr bis zur größten Zielweite D_max benutzt werden muß, sondern man verwendet demgegenüber die in Fig. 3 bzw. Fig. 4 dargestellten, um den Maßstabsfaktor k = 4 veränderten codierten Teilungen. Damit ergibt sich nach Gleichnung (2) eine Verringerung der kürzesten Zielweite D_min um den Faktor zwei, weil der Abbildungsmaßstab gleichfalls um den Faktor zwei abnimmt.

Für große Zielweiten wird die gegenüberliegende Teilfläche 4 der Digitalmeßlatte 1 benutzt, bei der die vergrößerte codierte Teilung, wie in Fig. 3 oder Fig. 4 dargestellt, aufgebracht ist. Da diese codierte Teilung beispielsweise um den Faktor "vier" vergrößerte Codestriche 10; 10'; 12; 12'; 15; 16 hat, vergrößert sich nach Gleichung (1) die maximale Zielweite D_max ebenfalls um den Faktor "vier", wenn die Brennweite f des Objektivs des Digitalnivelliers beibehalten wird. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Brennweite jedoch gegenüber dem nach Gleichung (1) erforderlichen Wert um den Faktor "zwei" verringert wurde, um mit der Teilfläche 3 nach Fig. 2 eine Verringerung der kürzesten Zielweite D_min um den Faktor "zwei" zu erzielen, bleibt immer noch eine Vergrößerung der möglichen Zielweite mit diesem Nivellier von D_max um den Faktor "zwei" übrig. Insgesamt ergibt sich eine Vergrößerung des Meßbereichs um den Faktor "vier", da die kleinste und die größte Zielweite gegenüber dem durch die Gleichungen (1) bis (3) gegebenen Stand um den Faktor "zwei" erweitert sind.

Für die Teilung 6 bzw. 12 der Teilfläche 4 nach Fig. 3 oder Fig. 4 wird der Code benutzt, der sich bei Fortsetzung des Codes nach Fig. 3 über den vierten Lattenmeter hinaus ergeben würde. Da der Code um den Faktor vier gestreckt ist, ist ein weiterer Meter Code erforderlich (der fünfte Lattenmeter) um die vier Meter Lattenrückseite vollständig zu überdecken.

Die Auswertung erfolgt in der Weise, daß, wenn der Meßwert im Entfernungsbereich null bis vier Meter liegt, und Codeworte aus dem Bereich von null bis vier Meter gelesen wurden, der Meßwert direkt angezeigt wird. Entsteht ein Meßwert H im Entfernungsbereich von vier bis fünf Meter und werden Codeworte aus dem Bereich größer vier Meter gelesen, wird vom Meßwert 4 m abgezogen und der entstehende Rest mit vier multipliziert angezeigt. Damit kann das Gerät selber erkennen, welche der Teilflächen 3 oder 4 der Meßlatte 1 benutzt wird, und entsprechende Fehlermöglichkeiten sind ausgeschaltet. Dem Gerät muß dazu lediglich im Bedienmenü mitgeteilt werden, daß mit der erfindungsgemäßen Meßlatte 1 gemessen wird und nicht mit einer normalen 5 m Latte. Der Meßgehilfe kann im größten Teil des Zielweitenbereiches, in dem gemessen werden soll, sowohl die codierte Teilung 5 als auch die Teilung 6 benutzen, nur im Bereich der kurzen Zeilweiten muß die Teilung 5 nach Fig. 2 benutzt werden. Im Bereich großer Zielweiten, zum Beispiel bei Flußübergangsnivellements, muß die codierte Teilung 6 (Fig. 3) bzw. 12; 12' (Fig. 4) auf der gegenüberliegenden Teilfläche 4 benutzt werden, wobei der Zielweitenbereich bei Benutzung der Teilung 12; 12' nach Fig. 4 noch etwas größer ist.

Der Code der Teilungen auf den einzelnen Teilflächen der Digitalmeßlatte kann verschieden sein, um jegliche Verwechslungsmöglichkeit auszuschließen. In diesem Fall werden unterschiedliche codeerzeugende Pseudozufallsfolgen für die einzelnen Teilflächen verwendet. Es ist in diesem Fall auch möglich, daß die codierten Teilungen auf den unterschiedlichen Teilflächen denselben Nullpunkt haben.

Der Maßstabsfaktor k zwischen den einzelnen Teilungen 5; 6 der Latte 1 muß nicht ganzzahlig sein. Die Ganzzahligkeit erleichtert jedoch die Kalibrierung der Latte.

Die Digitalmeßlatte 1 kann auch mit einem anderen Querschnitt als mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein. So sind runde, ellipsenförmige, dreieckige und auch vieleckige Querschnitte denkbar. Es muß nur gewährleistet sein, daß mehrere codierte Teilungen in Längserstreckung der Meßlatte auf den einzelnen Teilflächen vorsehbar sind.

Claims

1. Digitalmeßlatte, umfassend eine geschlossene Umfangsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß in Längserstreckung auf der Umfangsfläche mindestens zwei codierte Teilungen (5; 6) angeordnet sind, welche sich um einen Maßstabsfaktor k ≠ 1 voneinander unterscheiden.

2. Digitalmeßlatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens zwei Teilflächen (3; 4) der Umfangsfläche mindestens je eine codierte Teilung (5; 6) angeordnet ist, wobei sich die auf einer Teilfläche (3) angeordnete mindestens eine codierte Teilung (5) von der auf der anderen Teilfläche (4) angeordneten mindestens einen codierten Teilung (6; 12; 12') um einen Maßstabsfaktor k ≠ 1 unterscheiden.

3. Digitalmeßlatte nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalmeßlatte (1) einen drei- oder viereckigen, kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt besitzt.

4. Digitalmeßlatte nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf sich gegenüberliegenden Teilflächen (3; 4) einer Meßlatte (1) mit viereckigem Querschnitt mindestens je eine codierte Teilung (5; 6) angeordnet ist, wobei die mindestens eine codierte Teilung (5) auf der einen Teilfläche (3) gegenüber der mindestens einen codierten Teilung (6; 12; 12') auf der anderen Teilfläche (4) um einen Maßstabfaktor k vergrößert oder verkleinert ist, wobei k ≠ 1 ist.

5. Digitalmeßlatte nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunkte der auf den Teilflächen (3; 4) angeordneten, codierten Teilungen (5; 6; 12; 12') übereinstimmen.