DE19842966C2 - Einrichtung zur satellitengestützten Vermessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur satellitengestützten Messung von Lage und Höhe vorhandener oder abzusteckender Einzelpunkte von vorzugsweise langen Trassen mit großem Punktabstand, wie z. B. Fernwärmetrassen, oberirdische Gasleitungen oder andere Leitungen zur Energieübertragung, Straßen, Feld- und Waldwege, Kommunikationsleitungen, großflächige Landschaftsgestaltungen oder Geländevermessungen.

Auf der Basis satellitengestützter Sender kann heute praktisch Lage und Höhe jedes Punktes der Erde bestimmt werden. Bevorzugt wird hierzu das NAVSTAR GPS (Navigation System with Time and Ranging Global Position System) im Rahmen des SPS (Standard Position Service) genutzt. Die für Vermessungsaufgaben entwickelten Empfangsgeräte weisen eine hohe Genauigkeit auf, allerdings auch nur auf der Basis des sogenannten Differential-GPS. Durch gleichzeitiges Messen auf einer Referenzstation und einer Roverstation werden die Fehlereinflüsse minimiert und hochgenaue WGS-84-(World Geodetic System)-Koordinaten berechnet. Diese können über bekannte Parameter sofort in das jeweilige amtliche Zielbezugssystem transformiert werden. Die Daten werden hierzu aktuell von der Referenzstation zur mehrere 100 m oder Kilometer entfernten Roverstation mittels Funk übertragen. Die Meßwerte der Roverstation können auch mit den von SAPOS (Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung) angebotenen Dienstleistungen im near-online-Betrieb bzw. Postprocessing korrigiert werden. Alternativ kann auch mit dem russischen GLONASS und dem zukünftigen europäischen Satellitensystem (GNSS) gearbeitet werden. (s. z. B. Hankemeier, P.: SAPOS - Der Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung. In Allgemeine Vermessungsnachrichten 1997, H. 7, S. 237 ff) Im weiteren wird abkürzend der Begriff GPS für die verschiedenen Systeme verwendet.

Durch den Einsatz besonders hochwertiger Geräte und die notwendige Sorgfalt werden heute bereits Genauigkeiten im cm-Bereich erzielt.

Die GPS-Technik ist vor allem bei der Vermessung einer größeren Zahl von in weiten Abständen zueinander liegenden Einzelpunkten vorteilhaft. Insbesondere gegenüber der herkömmlichen Winkel- und Streckenmessung kann der Meßauftrag in wesentlich kürzerer Zeit abgearbeitet werden.

Die für die erforderliche Genauigkeit einzusetzenden Geräte sind allerdings sehr teuer. Der hierdurch entstehende Kostendruck zwingt dazu, vor allem die Zeit zum Auf- und Abbau der Roverstation über den Einzelpunkten und für den Transport der Gerätetechnik von Einzelpunkt zu Einzelpunkt deutlich zu minimieren.

Dabei ist zu beachten, daß im Rahmen verschiedener Aufträge auch Punkte zu vermessen sind, die in schlechten Empfangsgebieten liegen. Das Empfangsgerät kann über dem Meßpunkt nicht alle notwendigen Funksignale oder diese nur in schlechter Qualität empfangen. Auch sind einige Meßpunkte mit der Roverstation nur schlecht zugänglich. Lage und Höhe dieser Punkte müßten in diesem Fall mit der herkömmlichen Winkel- und Streckenmessung bestimmt werden, wodurch die mit hohem Kostenaufwand für die hochgenaue GPS-Technik eingesparte Zeit im Rahmen des Gesamtauftrages mitunter marginal werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, mit der Aufträge zur Vermessung einer größeren Zahl von in weiten Abständen zueinander liegenden Einzelpunkten auf GPS-Basis schnell und kostengünstig erledigt werden können, und zwar auch dann, wenn einige der Meßpunkte in schlechten Funkempfangsgebieten liegen oder mit der Roverstation schwer zugänglich sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung eines Fahrzeugs zum Transport der Meßmittel von Einzelpunkt zu Einzelpunkt, darunter des über dem Meßpunkt im Lot zu errichtenden Antennenträgers, dadurch gelöst, daß das Fahrzeug eine Halterung für den Antennenträger aufweist, die während der Messung fest mit dem Antennenträger verbunden ist.

Wie im Ausführungsbeispiel noch näher gezeigt wird, verbleibt der Antennenträger während der Messung und während der Fahrt zum nächsten Meßpunkt in der Halterung und damit zusammen mit allen anderen Meßmitteln am Fahrzeug. Dadurch wird an jedem Meßpunkt die Zeit zum Auf- und Abbau der Roverstation erheblich reduziert. Der Antennenträger ist am Meßpunkt lediglich aufzusetzen und zu justieren.

In einer vorzugsweisen Ausführung ist die Halterung im Bereich der Lenksäule eines Motorrads vorgesehen. Dadurch werden nicht nur die Rüstzeiten wesentlich verkürzt, sondern es wird auch eine hohe Mobilität im Gelände erreicht. Die Messung kann von einer Person durchgeführt werden.

In einer speziellen Ausführung für Genauigkeiten im dm-Bereich ist am Motorrad eine zylindrische Aufnahme für den Antennenträger befestigt, deren Achse senkrecht und mittig über der Vorderradachse steht. Das Vorderrad des Motorrads wird direkt auf den Meßpunkt, z. B. einem Kanaldeckel, gefahren. Nach sehr kurzer Justage wird gemessen und danach mit montierter Antenne zum nächsten Meßpunkt gefahren. Dadurch wird der Meßauftrag auch für eine größere Zahl von in weiten Abständen zueinander liegenden Einzelpunkten innerhalb kürzester Zeit erledigt.

In den Ausführungsbeispielen wird eine weitere erfindungsgemäße Lösung erläutert, bei der die Halterung für den Antennenträger an einem mit dem Motorradlenker verbundenen Teil befestigt ist. Sie ist für eine präzisere Auslotung des Antennenträgers über dem Meßpunkt vorgesehen. Mit ihr werden Genauigkeiten im cm-Bereich erzielt.

Die Halterung kann auch an einem Auto befestigt werden, sofern die Einzelpunkte gut anfahrbar sind. Es kann ein höherer Komfort vorgesehen werden, der vor allem beim Schlechtwettereinsatz, bei Schnee und bei tiefen Temperaturen besonders vorteilhaft ist.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ist in definierter Zuordnung zur Position des Antennenträgers ein elektronisches Streckenmeßgerät mit Zieloptik vorgesehen. Dieses mißt vorzugsweise mittels eines Lasers, eines Kompasses und eines Neigungsmessers die Entfernung, den Winkel zu magnetisch Nord und den Neigungswinkel. Dadurch wird es möglich, einen Einzelpunkt, der in einem schlechten Funkempfangsgebiet liegt oder schwer zugänglich ist, indirekt, aber ebenfalls unmittelbar vom Fahrzeug aus, zu vermessen. Das Fahrzeug wird an einen Punkt gefahren, von dem aus alle Funksignale gut empfangen werden können und zugleich der zu messende Einzelpunkt gut sichtbar ist. Die Position des Streckenmeßgeräts wird über die GPS-Antenne bestimmt und Richtungswinkel, Strecke und Neigung von dieser Position zum Einzelpunkt mit dem Laser gemessen. In einer vorzugsweisen Ausführung wird hierzu der Antennenträger gekröpft ausgeführt und der Laser in der Kröpfung in fester Zuordnung zur Antennenträgerachse befestigt.

Die Antennenträger der Referenz- und der Roverstation sowie das Stativ und der Sendemast an der Referenzstation werden baukastenmäßig aus einem Stabsystem zusammengesetzt, das im wesentlichen aus mehreren gleichen Stäben und wenigen zugehörigen Bauteilen besteht. Dadurch ist es möglich, alle Teile auch mit dem Motorrad auf einmal zu transportieren.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführung mit Motorrad im Rahmen des GPS-Meßsystems,

Fig. 2 bis 4 eine zweite erfindungsgemäße Ausführung mit Motorrad (Fig. 2 eine Vorderansicht, Fig. 3 den Grundriß zu Fig. 2 und Fig. 4 den Schnitt A-A von Fig. 3, wobei Fig. 4 im Vergleich zu den Fig. 2 und 3 im Maßstab 2 : 1 vergrößert ist),

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Halterung für ein Auto als Transportfahrzeug,

Fig. 6 Schnitt B-B zu Fig. 5,

Fig. 7 gekröpfter Antennenträger,

Fig. 8 ein Rohr.

Anhand von Fig. 1 soll zunächst das Meßsystem auf GPS-Basis im Zusammenhang vorgestellt werden. Im rechten Teil ist die Referenzstation dargestellt. Im linken Teil wird eine Roverstation mit einem Motorrad 8 als Transportfahrzeug gezeigt. Das Motorrad 8 wird von Einzelpunkt zu Einzelpunkt gefahren und befindet sich in der Wirklichkeit mehrere 100 m oder Kilometer von der Referenzstation entfernt.

In der Referenzstation ist eine Satellitenantenne 1 eines nicht dargestellten ersten Empfangsgeräts auf einem stabförmigen Antennenträger 9 montiert. Am Antennenträger 9 ist ein Teller T2 mit Dosenlibelle und zwei im rechten Winkel angeordneten Röhrenlibellen exakt rechtwinklig zur Antennenachse befestigt. Der Antennenträger 9 ist im Kopf eines Stativs mit den Stativbeinen 10 allseits schwenkbar aufgehängt. Mit Hilfe der Libellen ist er über einem geodätisch vermessenen Punkt 2 lotrecht justiert. Mit der Antenne 1 werden Funksignale von verschiedenen (nicht dargestellten) Satelliten empfangen. Der Empfänger sendet diese GPS-Phasenrohdaten zusammen mit den für Punkt 2 bekannten Daten (wie Sollkoordinaten und Antennenhöhe) über den Antennenmast 12 laufend an die Roverstation. Der Antennenmast ist bei größerer Höhe oder starkem Wind über ein oder mehrere Befestigungselemente 13 mit jeweils drei Seilen 14 verspannt.

Am Seitenkoffer 35 des Motorrads 8 ist eine Antenne 15 zum Empfang der Funksignale vom Sendemast 12 befestigt. Im Seitenkoffer 35 sind der zugehörige Empfänger und eine Datenverarbeitungseinheit mit Datenspeicher untergebracht. Am Gestell des Motorrads 8 ist eine zylindrische Halterung 6 befestigt, deren Achse vertikal und mittig über der Vorderradachse steht. In der Halterung 6 ist ein stabförmiger Antennenträger 5 für die Satellitenantenne 3 der Roverstation befestigt. Am Lenker des Motorrads 8 ist eine Bedienungs- und Steuereinheit 16 angeordnet. Am Antennenträger 5 ist ein Teller T1 mit Dosenlibelle rechtwinklig zur Antennenachse befestigt.

Der Vermesser hat das Vorderrad des Motorrads 8 gemäß Fig. 1 direkt über einen Meßpunkt 4, z. B. einen Kanaldeckel, gefahren. Mit Hilfe der Dosenlibelle richtet er die Neigungsachsen des Motorrads durch Gewichtsverlagerung horizontal aus und führt in dieser Position über die Bedienungs- und Steuereinheit 16 die Messung aus. Die ermittelten Werte werden mit Hilfe der aktuell vom Sendemast 12 abgestrahlten Werte korrigiert. Die Lage und Höhe des Meßpunktes 4 werden als Koordinatenwerte im Speicher abgelegt. Nach Rückkehr von der Messung werden alle gespeicherten Meßwerte ausgelesen und weiter verarbeitet.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung, ebenfalls für ein Motorrad dargestellt. Mit ihr kann genauer gemessen werden als mit der gemäß Fig. 1.

An einem Lenkerteil 17 des Motorrads 8 ist ein Bügel 18 und an diesem eine Halterung 7, eine Hülse, befestigt. In der Halterung 7 ist eine Stange 20 verschieb- und drehbar angeordnet. Sie kann mit einer Schraube 21 in der Halterung 7 arretiert werden. An einem Ende der Stange 20 wird ein Antennenträger 5 in einem sphärischen Gelenk aufgenommen. Das Gelenk setzt sich zusammen aus einer Hülse 22, einem Bolzen 23, einer Klemme 24 und einer Rändelmutter 25. Der Bolzen 23 gleitet in der Hülse 22. Passend zum Durchmesser des Antennenträgers 5 befinden sich in der Hülse 22 und im Bolzen 23 je eine Querbohrung. An einer Stirnseite des Bolzens 23 ist ein Gewinde geschnitten. Mit dieser Seite steckt der Bolzen 23 in der Klemme 24, die ihrerseits auf die Stange 20 aufgesteckt ist. Mit der Rändelmutter 25 wird der Bolzen 23 angezogen oder gelockert. Beim Anziehen wird der Antennenträger 5 zwischen der hinteren Fläche der Querbohrung im Bolzen und den beiden vorderen Flächen der Querbohrung in der Hülse 22 geklemmt. Außerdem wird die Klemme 24 fest an die Stange 20 gedrückt. Der Antennenträger ist in Winkel und Position gegenüber der Stange 20 fixiert. Am Antennenträger 5 ist ein Teller T2 mit Dosenlibelle und zwei im rechten Winkel angeordneten Röhrenlibellen exakt rechtwinklig zur Antennenachse befestigt.

Zum Messen wird das Motorrad in die Nähe des Meßpunktes 4 gefahren. Dann wird die Schraube 21 gelöst und die Stange 20 so lange verschöben und verdreht sowie der Lenker gedreht, bis sich der Antennenträger 5 etwa über dem Meßpunkt 4 befindet. In dieser Position wird die Stange 20 mittels Schraube 21 arretiert. Danach wird die Rändelmutter 25 und mit ihr der Bolzen 23 und die Klemme 24 gelöst. Der Antennenträger 5 wird freigegeben und kann durch Bewegen im Gelenk und Drehen des Lenkers mit seiner Spitze auf dem Einzelpunkt 4 abgesetzt und mit Hilfe der Libellen vertikal ausgerichtet werden. Diese Stellung wird durch Anziehen der Rändelmutter 25 fixiert. Der Lenker bleibt durch die Bremse und Selbsthemmung in der eingestellten Position. Danach erfolgt die Messung wie oben bei Fig. 1 beschrieben.

Eine Ausrüstung analog zu der nach den Fig. 2 bis 4 kann nahezu unverändert auch in einem Auto, z. B. einem Transporter mit seitlicher Schiebetür, eingesetzt werden. Hierzu wird gemäß Fig. 5 und 6 eine Halterung 26, eine Konsole, an einer etwa senkrechten Wand 27 in der Nähe der Schiebetür befestigt. An die Spannelemente 19 einer Halterung 7 (s. a. Fig. 3) wird das Ende eines Kragarms 28 befestigt. Das andere Ende des Kragarms 28 wird mit einem senkrechten Bolzen 29 in der Halterung 26 schwenkbar aufgenommen. In der Halterung 7 ist analog zur zweiten Ausführung (Fig. 2 bis 4) eine Stange 20 mit Befestigungsschraube 21 und ein sphärisches Gelenk (Elemente 22 bis 25, s. Fig. 2) angeordnet. Die Messung wurde bereits beschrieben. Sollte das Gelenk zwischen Halterung 26 und Kragarm keine für die Messung ausreichende Selbsthemmung haben, so kann die Klemmung erhöht oder/und eine Lederscheibe oder ein anderes Material mit einem höheren Reibungskoeffizient zwischen Kragarm 28 und Konsole 26 gelegt werden

In Fig. 7 weist der Antennenträger 5 eine Kröpfung 30 in der Form eins Rechtecks auf. In der Kröpfung 30 ist ein elektronisches Streckenmeßgerät 31 mit Zieloptik 32 in fester Zuordnung zur Antennenachse befestigt. Es wird zur Vermessung von Einzelpunkten, die im Funkschatten liegen oder mit der Roverstation schwer zugänglich sind, genutzt. Das Fahrzeug mit der Satellitenantenne 3 wird an einen Ort gefahren, an dem die Satellitensignale gut empfangen werden können und von dem aus der zu vermessende Einzelpunkt gut sichtbar ist. Zuerst werden Lage und Höhe des Streckenmeßgerätes auf GPS-Basis vermessen. Dann werden mit dem Meßgerät die Strecke, der Winkel zu magnetisch Nord und die Neigung zu dem Einzelpunkt gemessen. Beide Ergebnisse werden rechentechnisch verarbeitet. Die Koordinaten des Einzelpunktes werden gespeichert.

Die beschriebenen Einrichtungen werden in der Art eines Baukastens aus mehreren gleichartigen Elementen zusammengesetzt. Wie bereits beschrieben kann eine für das Motorrad entwickelte Einrichtung (Fig. 2 bis 4) durch eine einfache Ergänzung mit Kragarm 28 und Bolzen 29 auf die Befestigung in einem Auto umgerüstet werden. Des weiteren werden der Antennenmast 12, die Stativbeine 10 sowie die Antennenträger 5 und 9 weitgehend aus gleichen Rohren R und Zubehör wie die Spitzen S1 und S2, die Teller T1 und T2 oder die Abspannelemente 13 und 14 aufgebaut.

In Fig. 8 ist ein Rohr R beschrieben. Es hat an einem Ende einen Gewindezapfen 33 und am anderen eine Gewindebohrung 34. Die Gewindedurchmesser sind gleich. Ein Rohr kann an das andere geschraubt werden. Mit einer Länge von etwa 75 cm können die Rohre gut in einem Köcher 36 (Fig. 1) verstaut und mit dem Motorrad 8 transportiert werden.

Liste der Bezugszeichen

1

Satellitenantenne der Referenzstation

2

geodätisch vermessener Punkt

3

Satellitenantenne der Roverstation

4

Marke

5

Antennenträger für

3

6

Halterung

7

Halterung

8

Motorrad

9

Antennenträger für

1

10

Stativbeine

11

Stativkopf

12

Antennenmast

13

Befestigungselemente

14

Seil

15

Antenne

16

Bedienungseinheit

17

Teil des Lenkers

18

Bügel

19

Spannelemente

20

Stange

21

Befestigungsschraube

22

Hülse

23

Bolzen

24

Klemme

25

Mutter

26

Halterung

27

Autowand

28

Kragarm

29

Bolzen

30

Kröpfung

31

Lasermeßgerät

32

Zieloptik

33

Gewindezapfen

34

Innengewinde

35

Seitenkoffer

36

Köcher
R Rohr
S1 Spitze
S2 Spitze mit Tritt
T1 Teller mit Dosenlibelle
T2 Teller mit Dosen- und zwei Röhrenlibellen

Claims (10)

1. Einrichtung zur Messung von Lage und Höhe vorhandener oder abzusteckender Einzelpunkte auf satellitengestützter Basis mit einem Fahrzeug zum Transport der Meßmittel von Einzelpunkt zu Einzelpunkt, darunter des über dem Meßpunkt im Lot zu errichtenden stabförmigen Antennenträgers (5), gekennzeichnet dadurch, daß das Fahrzeug eine Halterung (6, 7 oder 26) für den Antennnenträger (5) der Roverstation aufweist, die während der Messung fest mit dem Antennenträger (5) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterung (6 bzw. 7) im Bereich der Lenksäule eines Motorrads vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterung (6) eine am Motorradgestell befestigte zylindrische Aufnahme (6) aufweist, deren Achse senkrecht und mittig über der Achse des Vorderrades angeordnet ist

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß in einer hülsenartigen Halterung (7) eine Stange (20); verschieb-, verdreh- und arretierbar, angeordnet und an einem Ende der Stange (20) eine zylindrische Aufnahme für den Antennenträger (5) vorgesehen ist, wobei zwischen der Stange (20) und der zylindrischen Aufnahme ein sphärisches, blockierbares Gelenk (22, 23, 24, und 25) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein erstes auf der Stange (20) verschiebbares, um sie drehbares und ihr gegenüber arretierbares erstes Gelenkelement (24) und ein zweites Gelenkelement (22, 23) mit zylindrischer Aufnahme (22, 23) für den Antennenträger (5) vorgesehen sind, wobei das zweite Gelenkelement (22, 23) gegenüber dem ersten Gelenkelement (24) um eine Achse senkrecht zur Stange (2) schwenkbar und arretierbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das erste Gelenkelement eine um die Stange (20) gebogene Klemme (24) und das zweite Gelenkelement eine Hülse (22) und ein in ihr verschiebbarer Bolzen (23) mit gemeinsamer Querbohrung, deren Durchmesser dem Durchmesser des Antennenträgers (5) entspricht, sind, wobei der Bolzen (23) mit einem Gewindezapfen senkrecht zur Stange (20) in der Klemme (24) steckt und auf dem durch die Klemme (24) reichenden freien Ende des Gewindezapfens eine Mutter (25) aufgeschraubt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterung (26), eine an einem Auto befestigte Konsole ist, in ihr mittels Bolzen (29) ein Kragarm (28) schwenkbar angeordnet und am anderen Ende des Kragarms (28) eine Halterung (7) befestigt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Antennenträger (5) ein oder mehrere Meßgeräte (31) zur Messung der Entfernung, des Winkels zu magnetisch Nord und des Neigungswinkels räumlich fest zugeordnet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Antennenträger (5) eine Kröpfung (30) aufweist und wenigstens eines der Meßgeräte (31) in der Kröpfung (30) in fester Zuordnung zur Antennenachse befestigt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Beine (10) eines an der Referenzstelle zu errichtenden Stativs für einen Antennenträger (9), ein an der Referenzstelle zu errichtender Antennenmast (12) und die Antennenträger (5 und 9) aus Rohren (R) gleicher Abmessungen mit Gewindezapfen (33) an einem Ende und Innengewinde (34) am anderen Ende zusammengesetzt sind.