-
Kartografiai Vallalat, Budapest/Ungarn
-
Handgerät zur Distanzmessung und Koordinaten feststellung bei geodätischen
Messungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Handgerät mit einem Distanzmesser und
einem Visier zur Distanzmessung und Koordinatenfeststellung, das bei geodätischen
Messungen hauptsächlich von Abständen kürzer als 200 m verwendet und während der
Messung in der Hand gehalten werden kann.
-
Geräte für Distanzmessung und Koordinatenfeststellung sind bekannt.
Diese Geräte sind komplizierte, große und schwere Geräte großer Genauigkeit, deren
Wirkungsabstand mehrere Tausend m beträgt, wobei ihre Genauigkeit im Verhältnis
zum zu vermessenden Abstand 10-5 beträgt. Daher ist es zweckmässig, diese Geräte
vor allem zur Messung großer Abstände und zur Vermehrung der Fußpunkte zu benutzen.
Dazu sind folgende
Maßnahmen im Falle jedes unbekannten Punktes
durchzuführen: a) die Aufstellung des Ständers mit drei Füßen am Standpunkt; b)
die Aufsetzung des Theodoliten auf den Ständer; c) Aufsetzung des Distanzmessers
auf den Theodoliten, falls der Theodolit und der Distanzmesser nicht in einer Einheit
zusammengebaut sind; d) Annäherungszentrierung des Gerätes; e) Einstellung der Standachse
des Theodoliten in die Senkrechte; f) Zentrierung und Einstellung der Standachse
in die Senkrechte müssen durch mehrmalige laufende Annäherungen mitteis Libellen
und optischen Senkels durchgeführt werden; g) Feststellung der Orientierung (Richtungsmessung)
mittels Theodoliten bezüglich eines bzw. mehrerer bekannter Punkte; h) waagerechte
Messung bezüglich des unbekannten Punktes; i) Höhenmessung bezüglich des unbekannten
Punktes; j) Abstandsmessung bezüglich des unbekannten Punktes; k) im weiteren lassen
sich die Koordinaten des unbekannten Punktes errechnen.
-
Zur Ausführung der obigen. Vennessungsaufgaben sind folgende Instrumente
nötig: a) Ständer
b) Theodolit c) Distanzmesser d) provisorisches
Punktsignal zwecks Anzielung und Strahlenwender zwecks Abstandsmessung, die meistens
eine Einheit bilden.
-
Demetsprechend sind die für die obige Aufgabe geeigneten Geräte für
Distanzmessung und Koordinaten feststellung mit allen diesen Einheiten und in der
Regel noch mit zahlreichen angerem Zubehör versehen. Daher hat das zusammengestellte
Gerät im meßbereiten Zustand ein Gewicht von ca. 10-25 kg und auch seine Abmessungen
sind beträchtlich. Solche Messungen lassen sich so nur mit Kraftfahrzeugen durchführen.
Die Investitionskosten solcher Meßgeräte sind sehr hoch.
-
Es ist also zu sehen, daß die Anwendung solcher Geräte nur dann zweckmäßig
ist, wenn sehr viele unbekannte Punkte von einem Standpunkt aus festzustellen sind,
oder wenn sehr grosse Abstände (200-6000 m) mit großer Genauigkeit (einigen mm)
zu vermessen sind.
-
80 % der geodätischen Messungen werden jedoch für Abstände unter 200
m durchgeführt, z.B. für Landkartenänderungen und -ergänzungen und kommunale Vermessungen.
Diese Aufgaben bringen mit sich, daß von einem Standpunkt wenige, nur einige Vermessungen
durchzuführen sind. Es besteht die Notwendigkeit für häufige Änderung der Standpunkte.
Dies ist mit den vorher beschriebenen Distanzmessern eine nahezu unausführbare Aufgabe,
denn die Aufstellung in einem Standpunkt ist eine so komplizierte und so viel Zeit
in Anspruch nehmende Operation, daß während einer gegebenen Zeitdauer nur unzureichend
wenige Vermessungen durchgeführt werden können. Die Angebote der komplizierten und
außerordentlich genauen Instrumente können noch dazu nicht einmal genutzt werden.
-
Weil aber bisher kein Handgerät für Distanzmessung existiert hat und
die bekannten Geräte dafür wie beschrieben ungeeignet sind, wurde die Vermessung
kürzerer Abstände mesitens mittels eines Bandmessers nach der orthogonalen Methode
durchgeführt.
-
Die orthogonale Vermessung erfolgt wie folgt: a) zwischen zwei Punkten
mit bekannten Koordinaten ist ständiger Sichtkontakt und eine waagerecht mit dem
Bandmaß aufmeßbare Bahn erforderlich; b) bekannte und unbekannte Punkte sind mit
provisorischen Punkt signalen kennzuzeichnen; c) an der zwischen den zwei bekannten
Punkten liegenden Basislinie ist der Fußpunkt der sich durch den unbekannten Punkt
senkrecht zur Basislinie erstreckenden Linie mittels Prismenkreuz auszumarken; d)
an der Basis linie ist der Abstand zwischen dem bekannten Punkt und dem ausgemarkten
Fußpunkt zu vermessen; e) zwischen dem Fußpunkt und dem unbekannten Punkt ist der
Abstand zu vermessen, dazu ist die Vermessungsbahn nach Punkt a) erforderlich; f)
im weiteren lassen sich die Koordinaten des unbekannten Punktes errechnen.
-
Aus dem Obigen geht hervor, daß die grundsätzliche Voraussetzung für
Durchführung der Messung ist, eine Vermessungsbahn zu haben, bei welcher sich dle
Ausführenden der Messung frei bewegten können, sich das Bandmaß hinlegen läßt und
zwischen den beiden Punkten der Bahn ein ständiger Sichtkontakt möglich ist. Diese
Messungen fbr Abstände kürzer als 200 m werden
aber überwiegend
in bewohnten Gebieten, in Städten und in Industrieanlagen durchgeführt. All dies
bedeutet, daß der Verkehr auf dem zu vermessenden Gebiet einzustellen ist.
-
Darüber hinaus sind viele Leute zur Durchführung der Messungen, bei
den provisorischen Punktsignalen, bei den zwei Enden des Bandmaßes, bei dem Meßgerät
und für die Sicherstellung des Gebietes usw. notwendig.
-
Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, können die den größten Teil bildenden,
kurzstreckigen Vermessungsarbeiten des Geodäten nach dem bekannten Stand der Technik
nur sehr umständlich durchgeführt werden.
-
Daher ist das Ziel der Erfindung die Gestaltung eines einfachen und
schnelle Durchführung ermöglichenden Gerätes für geodätische Nahmessungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handgerät für geodätische
Distanzmessung und Koordinaten feststellung zu schaffen, das während der geodätischen
Messungen unter 200 m in der Hand gehalten werden kann, mit wenigen Bauteilen aufgebaut
ist, daher flexibel anwendbar ist und leicht bewegbar und klein ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, aus dem Distanzmesser des
Gerätes ein weniger fokussiertes, kruzentiertes Strahlenbündel ausgestralt und der
Distanzmessungszyklus kürzer als vorher werden sollen. In diesem Falle kann ein
wesentlich einfacherer und kleinerer Distanzmesser aufgebaut werden, der mit einer
Visiereinheit verbunden zur Lösung der gestellten Aufgabe genügt.
-
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Handmeßgerät für Distanzmessung
und Koordinatenfeststellung bei geodätischen Messungen, das mit einem Distanzmesser
und einem Visier versehen
ist. Die Weiterentwicklung, d.h. die
Erfindung wird darin gesehen, daß der Distanzmesser ein Strahlenbündel mit einem
Kegelwinkel größer als 20 mrad und einem Distanzmeßzyklus kürzer als 1 s hat, und
daß in einer senkrechten Ebene ein einstellbarer Ständer an das Distanzmeßgerät
angeschlossen ist. Dadurch wird das erfindungsgemäße Handgerät auch während der
Messung in der Hand haltbar. Wie zu erkennen sein wird, stellt diese technische
Maßnahme trotz ihrer relativen Einfachheit restlos die gleichzeitige Erfüllung aller
ibigen Erfordernisse sicher und bringt sogar die unerwartete technische Wirkung
mit sich, daß sich das erfindungsgemäße Handgerät - in seiner entsprechenden Gestaltung
-auch für Koordinaten feststellung nach Verfahren des Bogen-Rückwärtseinschneidens
und der Bogeneinschneidung nach dem orthogonalen oder polaren Verfahren eignet.
-
Zweckmäßig ist nach der Erfindung auch die Ausführungsform, bei welcher
an den Distanzmesser ein Prismenkreuz angeschlossen ist. Der Distanzmesser kann
aber auch an einem Theodoliten angeordnet werden.
-
Vorteilhaft ist die Gestaltung, bei der der Distanzmesser mit einem
Rechner verbunden ist, wobei der Rechner auch mit einem Speicherregister versehen
werden kann.
-
Der Distanzmesser kann nach der Erfindung vorteilhaft als ein Lichtdistanzmesser
oder ein Meßfrequenz-Distanzmesser ausgebildet werden.
-
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen mit Bezug auf
Ausführungsbeispiele eingehender dargelegt. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine
Seitenansicht in Meßlage des erfindungsgemäßen Meßgerätes;
Fig.
2 eine Draufsicht auf das Meßgerät in Fig. 1; Fig. 3 das Meßverfahren des Bogen-Rückwärtseinschneidens
in schematischer Draufsicht; Fig. 4 das orthogonale Meßverfahren in schematischer
Draufsicht; und Fig. 5 eine schematische Draufsicht des polarenMeßverfahrens.
-
Als erstes Beispiel wird die Ausführungsform beschrieben, die in einfachster
Weise die Lösung der gestellten Aufgabe ermöglicht (Fig. 1). Hier ist ein Distanzmesser
1 des Handgerätes für Distanzmessung und Koordinatenfeststellung als Lichtdistanzmesser,
die damit verbundene Visiereinheit als ein Diopter 2 ausgebildet. An dem Distanzmesser
1 ist ein Ständer 3 befestigt. Der Ständer 3 ist als ein einfacher Stab verwirklicht.
-
Das Wirkungsprinzip des Lichtdistanzmessers 1 ist an sich bekannt:
ausgestrahltes infrarotes Licht wird von einem Reflektor oder Strahlenwender 5 zurückgeworfen,
der auf einem an dem unbekannten Punkt verlegten Punktsignal 4 angeordnet ist.
-
Eine der Distanz proportionale digitale Angabe wird mittels Messung
der Laufzeit des infraroten Lichtes erzeugt. In diesem Falle besitzt der Lichtdistanzmesser
1 mehrere spezielle Besonderheiten infolge der Haltbarkeit in Hand und Voraussetzungen
der Messung mit kurzem Abstand.
-
Entgegen den früheren Geräten genügt hier eine Meßfrequenz, die bei
Messungen nur unter 200 m ausreichende Genauigkeit gewährt. Daraus ergibt sich eine
wesentliche Vereinfachung der schalttechnischen Ausführung sowie die Möglichkeit
der Verwendung von handelsüblichen elektronischen Bauteilen.
-
Aus den obigen Bedingungen ergibt sich, daß einerseits der Distanzmeßzyklus
kürzer als 1 sec betragen muß; dadurch werden die sich aus den Zittern der Hand
ergebenden Ungenauigkeiten beseitigt, andererseits kann das den Distanzmesser 1
verlassende Strahlenbündel einen Kegelwinkel größer als 20 mrad haben. Dadurch wird
ermöglicht, daß der Strahlenwender 5 ohne etwaige Befestigung auf einem konventionellen
Stativ oderGerät "getroffen" wird, denn im Falle des zu vermessenden Punktes in
einer Distanz von 200 m wird eine Oberfläche mit einer Breite von 4 m von dem aus
dem Distanzmesser 1 austretenden Strahlenbündel beleuchtet (Fig. 2; daher muß sich
der Strahlenwender 5 in dieser Oberfläche befinden. Dazu kommt noch der Vorteil,
daß die beträchtliche Brennpunkteinstellung des Strahlenbündels nicht notwendig
ist und die kostenaufwendigen und komplizierten elektrischen und optischen Geräte
unnötig sind. Es genügt die Ausstrahlung von einem Lichtsignal mit einigen 100 ru.
Die notwendige Genauigkeit des die Basislinie gebenden Quarzoszillators beträgt
nur 5 x daher wird kein Thermostat benötigt. Der Intensitätsunterschied zwischen
dem von 1 m und von 200 m reflektierten Lichtstrahlen macht 70 dB aus, der sich
elektronisch regeln läßt. Der diesen wichtigeren Charakteristiken entsprechend unter
Verwendung von LSI-Stromkreisen mit geringem Verbrauch aufgebaute Distanzmesser
1 hat ein Volumen von ca. 1 dm3 und ein Gewicht weniger als 0,6 kg. Der in einer
zu der optischen Achse des Lichtdistanzmessers 1 senkrechten Ebene angeordnete Diopter
2 trägt zur schnellen Einstellung des passiven Strahlenwenders 5 bei (Fig. 1). Zwecks
Strahlenwendung genügt nur die Anwendung einer lichtreflektierenden Folie, die an
dem provisorischen Punktsignal 4, z.B. an einem Absteckpflock, angeordnet ist.
-
Der in der Höhe verstellbare Ständer 3 hat eine doppelte Aufgabe.
Er gewährleistet ein leichtmögliches, zitterfreies Halten in der Hand sowie die
Zentrierung des Distanzmessers 1,
des Diopters 2 und des Steckenendpunktes.
Bei zweckmäßiger Ausführung ist er an den Distanzmesser lösbar angeschlossen und
zwecks Kontrolle seiner senkrechten Stellung besitzt er eine Büchsenlibelle. Mittels
des so gestalteten Handmeßgerätes für Distanzmessung und Koordinaten feststellung
erfolgt die Vermessung wie folgt.
-
Distanzzessung In Anbetracht der zu vermessenden Distanz und der gewünschten
Genauigkeit ist darüber zu entscheiden, ob der Ständer 3 notwendig ist, wenn ja,
so ist der Distanzmesser 1 mit dem Ständer 3 zu verbinden. Hierauf ist das Handgerät
bereit für die Vermessung (Fig. 1): a) man stellt sich mit dem Handgerät an einen
Endpunkt der zu vermessenden Distanz; b) mittels des Diopters 2 wird der an dem
anderen Endpunkt der zu vermessenden Distanz gestellte Strahlenwender 5 angezielt;
c) es wird auf den Knopf "START" gedrückt; zugleich erscheint die gemessene Distanz
auf dem Anzeiger des Lichtdistanzmessers 1.
-
Koordinatenfeststellung Schon bei dieser einfachsten Gestaltung des
erfindungsgemässen Handgerätes ist auch die Koordinaten feststellung möglich (Fig.
3r, dazu noch mittels des in der Geodäsie höchst selten angewendeten Meßverfahrens
des Bogenrückwärtseinschneidens. In diesem Falle wird das erfindungsgemäße Handgerät
an den Punkt "A" mit unbekannten Koordinaten gestellt und es werden der unbekannte
Abstand tl des Punktes "B" mit bekannten Koordinaten und der unbekannte Abstand
t2 des Punktes C
mit bekannten Koordinaten vermessen. Der Vermessungsvorgang
ist also wie folgt: a) in den Punkten "B" und "C" wird je ein Strahlenwender 5 angeordnet;
b) das Handgerät wird an den unbekannten Punkt "A" gestellt; c) der Abstand t1 und
d) der Abstand t2 werden wie bei der Distanzmessung beschrieben vermessen.
-
Damit lassen sich die unbekannten Koordinaten des Punktes "A" errechnen.
-
Es ist ersichtlich, daß die Koordinatenfeststellung außerordentlich
vereinfacht ist. Es bedarf weder der Richtungsmessung noch der Absteckung eines
rechten Winkels noch der Suche vom Fußpunkt. Darüber hinaus sind sämtliche Nachteile
bezüglich der Geräte des Standes der Technik beseitigt.
-
Die andere Gestaltungsform des erfindungsgemäßen Handgerätes für Distanzmessung
und Koordinatenfeststellung unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß auch
noch ein Doppelprisma vorgesehen ist. Mittels dieses Doppelprismas ist das Handgerät
- darüber hinaus, daß die Möglichkeiten der Distanzmessung und des Verfahrens des
Bogenrückwärtseinschneidens auch weiter zur Geltung kommen - auch für die Ausführung
von orthogonalen Vermessungen geeignet (Fig. 4). Die Feststellung von Koordinaten
des unbekannten Punktes "A" erfolgt anhand der orthogonalen Vermessung wie unten
angegeben: a) in den unbekannten Punkt "A" und in die bekannten Punkte "B" und "C"
wird je ein Strahlenwender 5 gelegt;
b) mittels des Doppelprismas
wird der Punkt "D" ausgesucht und das Handgerät wird dort hingestellt; c) es wird
der Abstand tl z.B. vom Punkt "B" ab der Basislinie vermessen, und d) ies wird der
Abstand t2 bis zum an der dazu senkrechten Linie befindlichen unbekannten Punkt
"A" vermessen.
-
Anhand der Angaben t1 und t2 sind die Koordinaten des Punktes "A"
errechenbar, die Änderung gegenüber den vorherigen Schritten besteht nur in der
Aussteckung der orthogonalen Richtung mit dem Doppelprisma. Dadurch wird ermöglicht,
daß die Anstellung des Handgerätes an den oft schwierig annäherbaren unbekannten
Punkt unnötig ist.
-
Bei einer weiteren Gestaltungsform ist der Lichtdistanzmesser 1 an
einem Theodoliten befestigt, wodurch auch polare Vermessungen durchgeführt werden
können (Fig. 5). (Die Vorteile des erfindungsgemäßen Handgerätes werden während
der vorher beschriebenen Vermessungsvorgänge augenfällig).
-
Die polare Vermessung wird wie folgt durchgeführt: a) in den unbekannten
Punkt "A" wird ein Strahlenwender 5 gestellt; b) in dem bekannten Punkt "C" wird
ein provisorisches Punktsignal angeordnet; c) das Handgerät wird in den bekannten
Punkt "B" zentriert aufgestellt; d) die Winkelgröße M zwischen den Strecken CB und
BA wird vermessen und
e) es wird der Abstand zum Punkt "A" vermessen.
-
Aus dem Wert von «'und t lassen sich die Koordinaten des unbekannten
Punktes ermitteln.
-
Für die weitere Vereinfachung der Vermessung können auch andere Bauteile
an eine der oben beschriebenen Ausführungsformen angeschlossen werden. Dies ist
beispielsweise ein Rechner, der im Moment der Vermessung nach seinem Programm die
notwendigen Rechenvorgänge durchführt. So erscheinen die gewünschten Koordinaten
auf dem Anzeiger nahezu gleichzeitig mit dem Drücken des Knopfes.
-
Ein großer Vorteil des Lichtdistanzmessers 1 ist, daß die Automatisierungsmöglichkeiten
durch seine Anwendung auch in der niedrigeren Geodäsie für kurze Distanzen gegeben
ist. Es können nämlich von seinem Ausgang für digitale Verarbeitung geeignete Signale
erhalten werden. Auf diese Weise vereinfachen sich die Vermessungen, mit der Durchführung
der Rechnungen hat man keine Schwierigkeiten, also sämtliche sich aus der EDV ergebenden
Vorteile lassen sich ausnützen. Daraus sei einer erwähnt: im Falle der Verbindung
mit einem Speicherregister ist oft die Protokollführung überflüssig, was eine große
Erleichterung ist, denn es handelt sich von Fall zu Fall um mehrere Hunderte von
Zahlen mit 2 x 8 Ziffern.
-
Leerseite