DE3913988A1 - Verfahren und vorrichtung zum vermessen von strassen bezueglich achsenlaenge, breite und hoehe bzw. steigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Straßen bezüglich Achsenlänge, Breite und Höhe bzw. Stei­ gung, mit der Straßenvermessungen weitgehend automatisch durch Hilfspersonal mit geringer Ausbildung durchgeführt werden können. Angegeben werden auch Verfahren, die eine Anleitung zur Durchführung der Vermessungen vermitteln.

Straßenvermessungen müssen mit immer höherer Genauigkeit durchgeführt werden, d.h. daß auch die Menge der anfal­ lenden Daten ständig steigt, andererseits werden Perso­ nalkosten immer höher, so daß die Vermessungen von Stra­ ßen so stark wie möglich automatisiert werden müssen.

Außerdem sollen die Daten möglichst bereits so anfallen, daß sie direkt in einer Datenverarbeitungsanlage verar­ beitet und abgespeichert werden können.

Altbewährte geodätische Verfahren liefern zwar sehr ge­ naue Daten, jedoch sind geodätische Meßverfahren zu lang­ sam und zu teuer, weil sie zu arbeitsintensiv sind und hochqualifiziertes Personal erfordern. Moderne Möglichkei­ ten bieten Vermessungen über Satelliten durch terrestri­ sche Satellitennavigation, die jedoch zur Zeit aufgrund des hohen Aufwandes noch zu teuer sind, wenn es nur darum geht, Straßendateien für den Zugriff in unbestimmter Zu­ kunft anzulegen.

Aus der DE-PS 26 04 711 ist ein Wegemesser bekannt, bei dem die Meßstrecke, üblicherweise eine Straßenachse, mit einem Laufrad abgefahren wird und die Lauflänge des Rades als Längenmeßwert ausgewertet und digitalisiert gespei­ chert wird. Trotz Anwendung von Korrekturen, die haupt­ sächlich den Reifendruck des Meßrades korrigieren, ist die Genauigkeit bei dieser Messung zu gering. Außerdem gehen Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche wie Nässe, Verschmutzung, Schlaglöcher usw. zu stark in das Meßergeb­ nis ein, insbesondere, wenn die einzelnen Meßdaten zum gewünschten Gesamtmeßwert (z.B. der Straßenachsenlänge zwischen zwei Netzknoten) aufsummiert werden. Außerdem kann mit einem derartigen Meß- oder Laufrad nur der eine Parameter der Länge bestimmt werden. Im Hinblick auf die zwischenzeitlich stark gewachsenen Möglichkeiten der Da­ tenspeicherung ist es jedoch erwünscht, den Straßenver­ lauf möglichst dreidimensional zu erfassen und abzuspei­ chern, d.h. es müssen also Länge, Breite und Höhe bzw. die den relativen Höhen entsprechenden Steigungen und Neigungen bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaf­ fen, mit der Straßen bezüglich Achsenlänge, Breite und Höhe bzw. Steigung weitgehend automatisch, schnell und unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn nach allen Richtungen im Raum vermessen werden können, sowie Verfahren anzugeben, mit denen diese Vermessungen durchgeführt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Ein Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ihrer Achsenlänge gemäß der Erfindung beschreibt Anspruch 8; ein Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ihrer Breite beschreibt Anspruch 9, und Verfahren zum Vermes­ sen von Straßen bezüglich ihrer Höhe bzw. Steigung und Neigung sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.

Wesentlich für die Durchführung der Erfindung in der Praxis ist das Setzen von Meßmarken entlang der Fahr­ bahnachse, oder in einem konstanten Abstand zu der Fahr­ bahnachse, durch eine Markierungseinrichtung. Diese Meß­ marken können sichtbare Farbflecken oder mit infraroter oder ultravioletter Strahlung erkennbare Flecken sein. Dementsprechend muß die verwendete Videokamera mit ihrem optischen Bereich, der gegebenenfalls durch Filter kor­ rigiert wird, auf die Meßmarke abgestimmt sein.

Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung der Automati­ sierung der Meßverfahren ergibt sich, wenn die Meßmarken Metallflecken sind, die entweder durch Verwendung von metallpulverhaltigen Suspensionen (wie z.B. Eisenbronze) auf die Fahrbahn gesetzt werden oder mittels beispiels­ weise eines HF-Schweißgerätes als "Schweißflecke" aufge­ spritzt werden. Derartige Metallflecke können in einem automatisierten Meßverfahren elektromagnetisch abgetastet werden, indem Induktionsschleifen so positioniert werden, bis die Metallflecken in ihrer Mitte liegen.

Die Meßmarken werden in etwa gleichen, vorzugsweise im Variationsbereich des Längenmaßstabes liegenden Abstän­ den angebracht. Bei der Verwendung eines Kleinbusses bietet sich ein Variationsbereich für den Längenmaßstab in der Größenordnung von 5 Metern an. Als Markierungs­ einrichtung kann beispielsweise ein Meßrad oder Laufrad mit Luftreifen, wie es aus der eingangs angegebenen DE-PS 26 04 711 bekannt ist, in Kombination mit einer impulsge­ steuerten Farbpistole verwendet werden. Die Ungenauigkei­ ten dieser bekannten Meßräder müssen bei der Markierungs­ einrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht korrigiert werden, da sie beim eigentlichen Meßvorgang der Längenmessung erfaßt und datenmäßig ver­ arbeitet werden. Wenn das Meßfahrzeug die Abstände der - mit einer gewissen Ungenauigkeit gesetzten - Meßmarken exakt vermißt, gehen nur die exakten Meßwerte in die Da­ tenverarbeitungs- und -speichereinrichtung ein. Um eine Länge, z.B. zwischen zwei Netzknoten, zu erhalten, werden nur die exakten Meßwerte aufsummiert.

Wenn andererseits Höhen- und Steigungsmessungen in Fahr­ bahnlängsrichtung oder Querrichtung vorgenommen werden sollen, dienen die Meßmarken als Station für die durch­ zuführende Messung, wobei die exakte Position dieser Station aus der exakten Längenmessung bekannt ist. Wenn es erforderlich ist, können Höhen- oder Breitenwerte einer Straße über einen Rechner durch Interpolation an beliebigen Stellen ermittelt werden.

Die Markierungseinrichtung zum Setzen der Meßmarken oder zum "Stationieren" kann am Meßfahrzeug selbst vorge­ sehen werden, sie kann aber auch an einem anderen Meß­ fahrzeug angebracht werden, das beispielsweise die Meß­ marken unabhängig von der Meßfahrt Stunden oder Tage vorher setzt.

Als Videokameras können bei der Vorrichtung der Erfin­ dung handelsübliche Videokameras verwendet werden, so­ fern sie nur optisch an die Farbe der Meßmarke angepaßt sind. Die Zwischenschaltung von Filtern kann den Kon­ trast zwischen Meßmarke und Fahrbahnoberfläche erhöhen.

Außerdem ist es zweckmäßig, in der Videokamera ein Mar­ kierungsraster, ein Fadenkreuz, einen Markierungskreis oder dergleichen vorzusehen, um beim Positionieren der Videokamera über einer Meßmarke eine exakte Positionie­ rung zu ermöglichen. Im folgenden wird der Einfachheit halber nur von einem "Fadenkreuz" als Markierung in der Videokamera gesprochen, obgleich andere Positionierhilfen den gleichen Zweck erfüllen können.

Das Bild, das die Videokamera von der Fahrbahnoberfläche aufnimmt, wird auf einen Monitor gegeben, der von der Bedienungsperson, die die Messung durchführt, gut sicht­ bar ist. Sie steuert das Meßfahrzeug so, daß im Monitor das Fadenkreuz mit der Meßmarke zur Deckung kommt.

Um ein lästiges Rangieren des Meßfahrzeuges zu vermeiden, wird die Videokamera, deren Fadenkreuz mit einer Meßmar­ ke zur Deckung gebracht werden soll, zweckmäßigerweise auf einem Kreuztisch oder xy-Tisch gehaltert, dessen Betätigung ferngesteuert von der Bedienungsperson er­ folgt, die das Bild der Videokamera auf dem Monitor ver­ folgt.

In dieser Beschreibung wird durchgehend mit x die Längs­ richtung, mit y die Querrichtung und mit z die Hoch­ richtung des Meßfahrzeugs bezeichnet.

Das Maßstabsystem zum exakten Vermessen des Abstandes zweier Meßmarken bzw. zum Messen der Breite einer Fahr­ bahn umfaßt einen Längenmaßstab, der in x-Richtung des Meßfahrzeugs mit diesem verbunden ist, und einen Brei­ tenmaßstab, der in y-Richtung mit dem Meßfahrzeug ver­ bunden ist. Die Länge des Längenmaßstabs bzw. die Brei­ te des Breitenmaßstabs ist exakt in an sich bekannter Weise meßbar. Der Längenmaßstab besteht aus einer Grund­ strecke, für die sich in der Praxis eine Länge von etwa 5 Meter als zweckmäßig erweist, und den additiv oder sub­ traktiv zuzufügenden Zusatzteilstrecken, die sich auf dem xy-Tisch bzw. den xy-Tischen nach Positionierung von einer oder zwei Videokamera(s) an Endpunkten des Längen­ maßstabs einstellen.

Der Längenmaßstab kann beispielsweise mit einer mechani­ schen Stelleinrichtung variiert werden, die eine Tele­ skopstange umfaßt, deren Auszugslänge exakt meßbar ist. So kann die Teleskopstange zweckmäßigerweise mittels eines Schrittmotors aus- und eingezogen werden, wobei die Auszugslänge digital als Schrittzahl des Motors an­ gegeben wird. Weiterhin kann zum Verstellen des Längen­ maßstabes ein mechanischer Seilzug verwendet werden, des­ sen Länge über ein Seilzugpotentiometer meßbar ist. Auch Spindeltriebe, mechanische Stelleinrichtungen mit Wendel­ potentiometern und dergleichen exakt längenmeßbar verän­ derliche Stellglieder, wie sie an sich bekannt sind, sind verwendbar.

Der Längenmaßstab befindet sich entweder unten am Chas­ sis oder oben auf dem Dach des Meßfahrzeugs oder ist eine imaginäre Länge, die z.B. mit Ultraschall oder Laser vermessen wird. In jedem Fall ist die Länge des Längen­ maßstabes mit an sich bekannten Mitteln exakt mit hoher Genauigkeit meßbar. Der gegenständliche oder gedachte ("maginäre") Längenmaßstab ist zweckmäßigerweise seit­ lich ausfahrbar, damit die Meßmarken unbehindert durch z.B. Leitplanken, Fahrbahnteiler oder dergleichen über­ fahren werden können.

Der Breitenmaßstab zum Messen der Breite einer Straße in y-Richtung besteht vorzugsweise aus einem zusammen­ schiebbaren Grundmaßstab, der teleskopartig auf eine so kleine Dimension zusammengefahren werden kann, daß er bei geschlossenen Türen vollständig im Meßfahrzeug unter­ gebracht ist. Für eine Messung wird er auf jeweils be­ kannte Längen ausgefahren, wobei eine Videokamera an einem Endpunkt, die vorzugsweise auf einem xy-Tisch ge­ haltert ist, jeweils über Meßmarken positioniert wird. Der andere Endpunkt wird so weit ausgefahren, wie es die Breitenmessung erfordert. Mittels einer Videokamera am anderen Endpunkt wird der Fahrbahnrand sichtbar. Die Breite ergibt sich aus der Breite bzw. Auszugslänge des Grundmaßstabs und den additiv oder subtraktiv gemesse­ nen Verschiebungen auf den xy-Tischen.

Im übrigen gilt auch für den Breitenmaßstab, daß er eine gedachte oder imaginäre Abmessung sein kann, die mit z.B. Ultraschall oder Laser exakt bestimmt wird.

Straßen mit mehreren Fahrbahnen werden dabei zweckmäßi­ gerweise in mehreren Arbeitsgängen bezüglich ihrer Breite vermessen, da zu lange Auszugslängen in der Praxis nicht vorteilhaft sind (schweres Justieren durch Schwingen, Sicherheitsprobleme usw.).

Der Breitenmaßstab kann weiterhin zum Bestimmen der Nei­ gung einer Fahrbahn an der Stelle einer Meßmarke verwen­ det werden. Zu diesem Zweck wird der eine Endpunkt des Breitenmaßstabes, an dem sich, gehaltert über einen xy- Tisch, eine Videokamera befindet, über einer Meßmarke positioniert, indem das Fadenkreuz einer Videokamera mit dem Meßmarkenbild zur Deckung gebracht wird. Der Breitenmaßstab wird auf eine vorgegebene Länge, z.B. 3,5 Meter, ausgezogen, woraufhin die Höhe der Fahrbahn an beiden Endpunkten des Breitenmaßstabes in einer Weise gemessen wird, wie es noch später näher beschrieben wird. Die gemessenen Höhen werden in der Datenverarbeitungs- und -speichereinrichtung gespeichert. Beim nachfolgenden Abfahren der Straße in entgegengesetzter Richtung wird die Gegenfahrbahn in gleicher Weise vermessen. Durch an sich bekannte Rechenoperationen kann dann bestimmt wer­ den, wie die Straße nach beiden Seiten an der Stelle der Meßmarke geneigt ist.

Die Stelleinrichtungen zum definierten Verändern der Län­ ge des Längenmaßstabs bzw. der Breite des Breitenmaß­ stabs, einschließlich der Stelleinrichtungen zum Verän­ dern der xy-Position einer Videokamera erfolgt auf an sich bekannte Weise, nämlich durch Feingewindetrieb, Zahnstangen, oder dergleichen, wobei vorteilhafterweise Schrittmotoren zum Antrieb verwendet werden, die mit Zählschaltungen versehen sind, mit denen Drehwinkel digital als Schrittanzahl erfolgter Drehung festgestellt werden. Diese Drehwinkel wiederum entsprechen definier­ tem Längenvorschub. Die digitalen Meßwerte werden dann als Meßsignale direkt der Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt.

Einen wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet die Messung von Höhen, Neigungen und Steigungen von Straßen.

Die wenigsten Straßen sind ohne Steigung und Neigung, so daß jedes Meßfahrzeug im allgemeinen "nicht in der Waage" steht während eines Meßvorganges. Bei der Erfindung wird nun am Meßfahrzeug ein Lotsystem verwendet, mit dem eine waagerechte Bezugslinie einstellbar ist. Wenn das Meß­ fahrzeug in Längsrichtung der Fahrbahn ausgerichtet steht, ist der Längenmaßstab im wesentlichen parallel zu der Straßenachse an der Meßstelle, wie es erforderlich ist, um eine Straßenachsenlänge zu bestimmen. An den Endpunkten des Längenmaßstabes, genauer gesagt, an den Enden der Grundstrecke, sind jeweils Lotstäbe vorgesehen, die vorzugsweise jeweils über ein Kreuzgelenk für Bewe­ gungen um die x-Achse (Rollen), um die y-Achse (Nicken) und um die z-Achse (Gieren) an einem xy-Tisch auf dem Dach des Meßfahrzeuges angelenkt sind. Lotsensoren prü­ fen und regeln den Lotzustand der Lotstäbe und führen gegebenenfalls die Positionen der Lotstäbe an dem xy- Tisch auf dem Dach nach, wenn der Fußpunkt des Lotstabes verändert wird. Am unteren Ende eines Lotstabes befin­ det sich eine Videokamera, die auf einem mit dem Meß­ fahrzeug fest verbundenen xy-Tisch gehaltert und mit dem Lotstab verbunden ist. Ihre Stellung auf dem xy-Tisch wird so in x- und y-Richtung verändert, wie es die Mes­ sung erfordert. Wenn dadurch der Lotstab nicht mehr im Lot ist, wird dies von dem Lotsensor erfaßt und die Aufhängungsposition des Lotstabes oben an dem xy-Tisch nachgeführt. Mindestens eine der Videokameras an den Enden des Längenmaßstabes wird über eine Meßmarke mit ihrem Fadenkreuz positioniert. Dabei wird der Lotfuß­ punkt mindestens dieses einen zugehörigen Lotstabes erzwungen verändert, so daß der zugehörige Lotsensor eine Nachführung an dem xy-Tisch bewirken muß.

An einem Lotstab eines Meßmaßstabes (Längen- oder Brei­ tenmaßstabes) ist eine Laserquelle vorgesehen, während an dem anderen Lotstab am anderen Ende des Meßstabes ein Laserstrahlsensor vorgesehen ist, wobei entweder die La­ serquelle oder der Strahlsensor oder beide an ihrem je­ weiligen Lotstab auf- und abbewegbar angebracht sind. Da die beiden Lotstäbe parallel sind, bildet, wenn der Laserstrahl rechtwinklig zum Lotstab abgestrahlt wird, der Laserstrahl beim Auftreffen auf den Strahlsensor eine waagerechte Bezugslinie, die zur Niveaubestimmung ausgenutzt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Lotstäben mit Lotsensoren in Verbindung mit einem Laser zur Ein­ stellung einer waagerechten Bezugslinie beschränkt. Es können andere Arten von Lotsensoren eingesetzt werden, sofern sie nur geeignet sind, auf der Basis der Gravi­ tationsanziehung der Erde eine waagerechte Bezugslinie zu schaffen. Das Verfahren der Erfindung wird hier als ein statisches Verfahren beschrieben, mit anderen Wor­ ten, für eine Messung hält das Meßfahrzeug an und führt die Messung im Stillstand aus. Dabei können sich die Lot­ stäbe jeweils senkrecht stellen. Da das Verfahren der Erfindung jedoch eine stärkere Automatisierung des Meß­ vorganges gestatten soll, ist es wünschenswert, daß die sukzessive nacheinander durchgeführten Meßvorgänge dynamisch, d.h. während der Fahrt des Meßfahrzeuges durchgeführt werden können. In diesem Fall kann die Träg­ heit des pendelartigen Lotsystems zu Fehlern führen. Ein System, das das scheinbare Lot zur Erde mit gerin­ gerer Trägheit beibehält, bietet sich in der Verwendung eines Kreiselsystems an. Neuere Modellkreisel, bei de­ nen das Drehmoment ,auch um die Hochachse, korrigiert ist, sogenannte "rate gyro"-Kreisel, gestatten ein dy­ namisches Messen mit einem fahrenden Meßfahrzeug. Gege­ benenfalls wird bei der Durchführung eines derartigen dynamischen Verfahrens von Zeit zu Zeit eine statische Kontrollmessung eingefügt.

Dicht unterhalb einer jeden Videokamera befindet sich eine Distanz- oder in diesem Falle Höhenmeßeinrichtung, mit der der Abstand zur Fahrbahnoberfläche meßbar ist. Da der Abstand zwischen dem Laser und der Höhenmeßein­ richtung durch definiertes Verstellen der Laserstrahl­ quelle bzw. des Strahlsensors meßbar ist, kann somit an beiden Endpunkten des Längenmaßstabes die Höhe der Laserstrahl-Bezugslinie über der Fahrbahnoberfläche ge­ messen werden. Die Different der beiden gemessenen Hö­ hen ergibt die Höhendifferenz zwischen den zwei Meßpunk­ ten, aus der mit dem bekannten Abstand zwischen den Lotstäben die Straßenneigung berechnet werden kann.

Die Steigung eines bestimmten Straßenabschnitts entlang der Straßenachse wird durch Addition der sukzessiv ge­ messenen Höhendifferenzen, dividiert durch die Gesamt­ länge, erhalten.

Analoge Anordnungen von Loteinrichtungen (Lotstab; Lot­ sensor) mit auf einem xy-Tisch verfahrbarer Videokamera und einer Kombination aus Laserquelle und Strahlsensor an den Lotstäben an den Endpunkten des Breitenmaßstabes gestatten, die Neigung einer Fahrbahn an der Stelle einer Meßmarke zu bestimmen. In diesem Fall wird der Breitenmaßstab auf eine vorgegebene Länge ("Fahrbahn­ breite") ausgefahren, und die Neigung der Fahrbahn kann auf die effektive Fahrbahnbreite oder deren Projektion bezogen werden.

Ein weiteres vorteilhaftes Meßsystem zum Messen der Höhe einer waagerechten Bezugslinie über der Fahrbahnober­ fläche an verschiedenen Punkten bietet die Verwendung einer Schlauchwasserwaage, deren Öffnungen sich jeweils an den Endpunkten des Längenmaßstabes bzw. Breitenmaßsta­ bes befinden. Der Verbindungsschlauch ist vorzugsweise an einer tiefgelegenen Stelle, beispielsweise unter dem Boden des Meßfahrzeuges verlegt. Ein elektromagnetisch betätigbarer Sperrhahn schließt den Durchgang während der Fahrt des Meßfahrzeuges, um beim Fahren die verlage­ rung von Wasser (oder einer anderen geeigneten Flüssig­ keit) zu dämpfen. Für die Messung wird das Sperrventil geöffnet. Für die Höhenmessung wird die Höhe des Wasser­ spiegels über der Fahrbahnoberfläche beispielsweise mit­ tels Ultraschall gemessen. Als Referenzhöhe kann die gegenüber dem Meßfahrzeug fest verlegte Mitte des Schlauchsystems verwendet werden.

Die ermittelten Höhendaten werden in an sich bekannter Weise rechnerisch verarbeitet und registriert oder abge­ speichert.

Ein Vorteil des Meßverfahrens gemäß der Erfindung liegt auch darin, daß in dem Datenspeicher eine große Datenmen­ ge für Meßwerte gespeichert werden kann, die nach Bedarf wieder abrufbar und nach verschiedenen Gesichtspunkten auswertbar ist. Es ist auch möglich, die Meßergebnisse an den einzelnen Stationen, d.h. bei den einzelnen Meß­ marken, als Monitor-Recorder-Bilder auf einem üblichen Videoband abzuspeichern. Dabei können auch mehrere von den Videokameras erfaßte Bilder in einem einzigen Moni­ torbild kombiniert werden. Zusätzlich können Zuordnungs­ daten wie Neztknotenangaben, Uhrzeiten, Fahrtgeschwin­ digkeit des Meßfahrzeuges, Nennung der Bedienungsperson usw. sowie an der Meßstation erarbeitete digitale Zah­ lenwerte in Kombination zu dem Monitorbild an einer an­ deren Stelle der Bildaufzeichnung abgespeichert werden.

Nach dem Prinzip der Erfindung können Straßen in einem einzigen Arbeitsgang mit einem komplett gemäß der Erfin­ dung ausgestatteten Meßfahrzeug erstens bezüglich ihrer Achsenlänge, zweitens bezüglich ihrer Breite, drittens bezüglich ihrer Höhe und Steigung in Straßenachsenrich­ tung und viertens bezüglich ihrer Höhe und Neigung quer zur Straßenachsenrichtung vermessen werden. von der Be­ dienungsperson wird nur ein sicheres Anfahren der Meß­ marken, damit nur geringe Korrekturen über die xy-Tische noch erforderlich ist, und ein sorgfältiges Positionie­ ren des Fadenkreuzes der Videokamera auf die Meßmarke, die üblicherweise nicht punktförmig sondern ein langge­ zogener Fleck ist, gefordert. Da die Längen- und Breiten­ werte des Maßstabsystems vorzugsweise digitalisiert werden, werden sie beim Meßvorgang, der durch einen Knopfdruck von der Bedienungsperson eingeleitet wird, direkt in die Datenverarbeitungs- und -speichereinrich­ tung eingegeben. Der Ort der Messung ergibt sich durch Zählen der angefahrenen Meßmarken. Es sind nur von Zeit zu Zeit Kontrolleingaben von Netzknotenpunkten erforderlich.

Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, eine tacho­ metrische Entfernungsmessung zur Kontrolle der Meßsta­ tionen mit in die Datenverarbeitungs- und -speicherein­ richtung einzugeben und mit zu registrieren.

In den Ansprüchen 8, 9, 10 und 11 sind Verfahren ge­ mäß der Erfindung angegeben, mit denen die einzelnen für einen Straßenverlauf wichtigen Parameter gemessen werden können. Im folgenden wird das Vermessen von Straßen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den angegebenen Verfahren an Beispielen näher erläutert. Dabei wird auch auf die beigefügten Zeichnungen bezug genommen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Meßfahrzeuges, mit dem eine Längenbestimmung von Straßenachsen durchgeführt werden kann,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestell­ te Meßfahrzeug,

Fig. 3 eine Ansicht von hinten des in Fig. 1 darge­ stellten Meßfahrzeuges,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Meßfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Höhen­ bestimmung von Straßenachsen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das in Fig. 4 dargestell­ te Meßfahrzeug,

Fig. 6 eine Ansicht von hinten des in Fig. 4 dar­ gestellten Meßfahrzeuges,

Fig. 7 eine Seitenansicht des in Fig. 4 dargestell­ ten Meßfahrzeuges beim Vermessen einer Straße mit hoher Steigung in Achsenrichtung und

Fig. 8 das in Fig. 6 dargestellte Meßfahrzeug von hinten auf einer stark geneigten Fahrbahn.

Ein Meßfahrzeug 1 weist einen Längenmaßstab LM auf, der aus einer starren Grundstrecke von etwa 5 Meter Länge und einem xy-Tisch 3 hinten und einem xy-Tisch 4 vorn zusammengesetzt ist. Eine Videokamera 5 ist hinten an dem xy-Tisch 3 in x- und y-Richtung verschiebbar zwecks Positionierung eines Fadenkreuzes über einer Meßmarke an der Stelle 7. In gleicher Weise ist eine Videokamera 6 vorn auf dem xy-Tisch 4 für eine Positionierung über einer Meßmarke 8 verschiebbar.

An dem Meßfahrzeug 1 ist an der linken vorderen Ecke und an der linken hinteren Ecke jeweils ein Arm angebracht, der über den xy-Tisch verschiebbar ist. Die Verschiebun­ gen in x- und y-Richtung können gemessen werden. Am Ende jedes Armes befindet sich ein Kreuzgelenk, das Bewegun­ gen um die x-Achse (Rollen), um die y-Achse (Nicken) und um die z-Achse (Gieren) gestattet. Jeweils an dem Kreuz­ gelenkpunkt befindet sich die Videokamera 5 (hinten) bzw. 6 (vorn), deren Achsen in z-Richtung zeigen.

Unterhalb des Kameraobjektives befindet sich eine in x-Richtung verschiebbare Meßeinrichtung zur Messung des Abstandes von der Fahrbahnoberfläche.

Eine erste Möglichkeit der Arbeitsweise ist, in einem separaten Arbeitsgang Meßmarken in Form von Farbflecken, die mit sichtbarer, infraroter oder ultravioletter Strah­ lung erkennbar sind, oder Metallflecken, die elektromag­ netisch abtastbar sind, auf die Fahrbahnoberfläche aufzu­ bringen und danach ihren Abstand mit dem Meßfahrzeug 1 exakt zu vermessen. Obgleich das Prinzip der Erfindung auch auf eine Abtastung von Meßmarken in Form von Me­ tallflecken mit einem elektromagnetischen Sensor, wie einer Induktionsschleife, anwendbar ist, erfolgt die Be­ schreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Farb­ flecken, die mit Videokameras abgetastet werden. Zur Abtastung der Meßmarken bringt ein erstes Meßfahrzeug in etwa äquidistanten Abschnitten der Länge von etwa 5 Meter Meßmarken beispielsweise mittels eines Laufrades bekannter Umlauflänge mit Längenzählwerk in Kombination mit einer pneumatisch betätigten Spritzpistole auf die Fahrbahnoberfläche auf, wobei das Zählwerk Signale für die impulsweise Öffnung der Spritzpistole abgibt. In einem zweiten Arbeitsgang fährt das Meßfahrzeug 1 dann die Meßmarken ab und mißt die Abstände der vorher ge­ setzten Meßmarken, indem die Bedienungsperson die Faden­ kreuze der Videokameras 5 und 6 über die Stellen der Meß­ marken 7 und 8 positioniert.

Die Summe der ermittelten Einzellängen zwischen jeweils zwei Meßmarken ergibt die Gesamtlänge der zu messenden Strecke.

Bei diesem Verfahren werden die ermittelten Meßdaten in dem Datenspeicher gespeichert. Alternativ dazu können aber auch die Abbildungen der von der vorderen Videokame­ ra 6 und der hinteren Videokamera 5 erfaßten Meßmarken­ bilden elektronisch in einem einzigen Monitorbild kombi­ niert werden und das kombinierte Monitorbild in einem Recorder (anstelle von Meßdaten) aufgezeichnet und später ausgewertet werden. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, daß der von der Bedienungsperson durchgeführte Meßvorgang später nochmals nachvollziehbar ist.

Es ist jedoch auch noch eine andere Arbeitsweise zur Län­ genbestimmung von Straßenachsen mit einem Meßfahrzeug 1 möglich. Bei dieser Arbeitsweise werden die Meßmarken vom Meßfahrzeug 1 beim Meßvorgang gesetzt.

Zu diesem Zweck befindet sich am vorderen Meßarm zwischen der Fahrbahn und der Videokamera ein Schlitten, der paral­ lel zur Ebene des xy-Tisches verläuft und an dem eine Markierungseinrichtung montiert ist. Der Meßvorgang be­ ginnt damit, daß auf dem Schlitten die Markierungsein­ richtung in die Achse der Videokamera gefahren wird und eine Meßmarke auf die Fahrbahn setzt.

Danach fährt das Meßfahrzeug 1 um eine Strecke, die dem Abstand der Fadenkreuze entspricht, vorwärts und sucht mit der hinteren Videokamera 5 die vorher gesetzte Meß­ marke. Nach der Positionierung wird die Markierungsein­ richtung wieder in die Achse der vorderen Videokamera gefahren und setzt die nächste Marke.

Auf diese Weise werden die Meßmarken in jeweils exakt be­ kannten Abständen gesetzt. Das Setzen der Marken und die Messung ihres Abstandes erfolgt in demselben Arbeitsgang. Die gesuchte Fahrbahnlänge ergibt sich aus der Summation der einzelnen Meßmarkenabstände.

Die Fig. 4 bis 8 veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren zur Höhenbestimmung von Straßenachsen.

Das neue Verfahren kann als eine Automatisierung der her­ kömmlichen geodätischen Höhenmessung angesehen werden. Von der zu messenden Straßenachse werden in kleinen Ab­ ständen (etwa 5 Meter) nacheinander die Höhendifferenzen mit Vorzeichen automatisch bestimmt. Die Summe aller Differenzen liefert die relative Höhe zwischen Anfangs­ punkt und Endpunkt der Gesamtmessung.

Für diese Messung ist das Meßfahrzeug 1 mit Loteinrich­ tungen und waagerechter Laserstrahl-Bezugslinie versehen. An dem Meßfahrzeug 1 ist an der linken vorderen Ecke und an der linken hinteren Ecke jeweils ein Arm 9 bzw. 10 angebracht. Jeder Arm ist über einen xy-Tisch 3 bzw. 4 in x-Richtung und in y-Richtung verschiebbar, und die Verschiebung kann jeweils gemessen werden. Am Ende jedes Armes befindet sich ein Kreuzgelenk, an dem eine Video­ kamera 5 (hinten) bzw. 6 (vorn) mit Fadenkreuz angebracht ist, deren Achse in z-Richtung zeigt.

Unterhalb des Kameraobjektivs befindet sich eine in x- Richtung verschiebbare Meßeinrichtung zur Messung des Abstandes des xy-Tisches von der Fahrbahnoberfläche. Diese Meßeinrichtung kann ein Ultraschall-Abstandssensor sein, wenn berührungslos gemessen werden soll. Alterna­ tiv kann die Abstandslänge auch direkt gemessen werden, indem beispielsweise ein Teststab über einen Schritt­ motor abgesenkt wird und die zum Absenken erforderlichen Schritte gezählt werden, oder indem eine Laufkugel ver­ wendet wird, die an einem steifen Arm schwenkbar befe­ stigt ist, so daß der beispielsweise über ein Potentiome­ ter meßbare Auslenkwinkel als Maß für die Höhe gemessen wird.

Um die Achsen der Videokameras für die Messung stets senkrecht zu halten, sind die Gelenke der Arme über einen Lotstab 11 bzw. 12 mit xy-Tischen auf dem Fahrzeugdach verbunden. Am Gelenkkopf der Arme auf dem Fahrzeugdach sind elektronische Lotsensoren 13 bzw. 14 angebracht, die einen selbständigen Regelkreis steuern, der die Achsen der Lotstäbe zum Zeitpunkt der Messung senkrecht halten. Wenn nämlich der Fußpunkt eines Lotstabes durch ein Ver­ fahren der Videokamera erzwungen verändert werden muß, be­ wirkt der Lotsensor, daß die Halterung des Lotstabes oben am xy-Tisch so nachgeführt wird, daß der Lotstab wieder senkrecht hängt.

Am hinteren Lotstab 11 ist eine Laserquelle 15 angebracht, die einen Laserstrahl rechtwinklig zu dem Lotstab in Rich­ tung auf den vorderen Lotstab 12 abstrahlt. Ein am vorde­ ren Lotstab 12 in dessen Längsrichtung beweglich angebrach­ ter Sensor 16 für den Laserstrahl regelt sich selbständig in die Strahlachse. Mit anderen Worten, er bewegt sich so lange in dessen Längsrichtung, bis er den Laserstrahl empfängt.

Durch den Laserstrahl wird eine waagerechte Bezugslinie geschaffen. Die Höhe dieser Bezugslinie über der Fahr­ bahnoberfläche ergibt sich aus dem gemessenen Abstand zwischen Fahrbahnoberfläche und xy-Tisch sowie dem aus der Stellgröße für den Strahlsensor ermittelbaren Ab­ stand zwischen xy-Tisch und Bezugslinie. Auf gleiche Weise ist die Höhe der Bezugslinie über der Fahrbahn­ oberfläche am hinteren Lotstab 11 meßbar. Der absolute Höhenunterschied zwischen dem vorderen und dem hinteren Lotstabfußpunkt ergibt sich als Differenz der Höhen.

Die Fig. 7 und 8 zeigen das Meßfahrzeug 1 auf einer Straße mit deutlicher Steigung (Fig. 7) und deutlicher Neigung (Fig. 8).

Am vorderen Meßarm 10 befindet sich zwischen der Fahr­ bahnoberfläche und der Videokamera ein Schlitten parallel zum xy-Tisch, an dem eine Markierungseinrichtung montiert ist. Der Meßvorgang beginnt damit, daß auf dem Schlitten die Markierungseinrichtung in die Achse der Videokamera gefahren wird und eine Meßmarke auf die Fahrbahnoberflä­ che setzt. Das Fahrzeug fährt um die Strecke mit der Länge des Abstands zwischen den Fadenkreuzen der Video­ kameras vorwärts und sucht mit der hinteren Videokamera die vorher gesetzte Meßmarke. Während des Suchvorganges in x-Richtung und in y-Richtung stellen die Lotsensoren 13 und 14 die zugehörigen Lotstäbe 11 und 12 in die senkrechte Lage, wodurch der Laserstrahl horizontal, d.h. rechtwinklig zum Lotstab 11, abgestrahlt wird.

Nach dem Einlaufen des Laserstrahlsensors 16 in die Strahlachse erfolgen alle Messungen in senkrechten Richtungen in ähnlicher Weise, wie es vorstehend beschrieben worden ist.

Ein Rechner ermittelt aus den Messungen die absolute Höhendifferenz zwischen dem vorderen und dem hinteren Lotfußpunkt und speichert das Meßergebnis ab.

Daraufhin fährt das Meßfahrzeug, wie oben beschrieben, um die gleiche Strecke vorwärts und sucht wiederum mit der hinteren Videokamera 5 die gesetzte Meßmarke, usw.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Vermessen von Straßen bezüglich Achsenlänge, Breite und Höhe (Steigung und Neigung), gekennzeichnet durch ein an einem Meßfahrzeug angebrachtes Maßstabsy­ stem, bei dem ein Längenabstand (in Fahrtrichtung) und/oder ein Breitenabstand (transversal zur Fahrtrichtung) verstellbar und meßbar ist, wobei an den Endpunkten des Längenmaßstabes und/oder des Breitenmaßstabes Vorrichtungen vorgesehen sein können, mit denen die Höhe über dem Fahrbahnniveau meßbar ist, nach unten auf die Fahrbahn gerichtete Videokameras (5, 6) die an Endpunkten des Längen­ maßstabes bzw. des Breitenmaßstabes gehaltert und mit den Endpunkten verstellbar sind und deren Bild auf einem Monitor an einem Bedienungspult darstell­ bar ist, Meßwertgeber, die Längen- und/oder Breiten­ abstandssignale erzeugen und einer Datenverarbei­ tungs- und -speichereinrichtung zuführen, eine Markierungseinrichtung, die entlang der Fahrbahn­ achse in etwa gleichen, vorzugsweise im Variations­ bereich des Längenmaßstabes liegenden Abständen jeweils eine Meßmarke setzt, die über eine Video­ kamera (5, 6) sichtbar ist, wobei die Markierungseinrichtung am Meßfahrzeug (1) selbst oder an einem anderen Fahrzeug ange­ bracht sein kann, und Stelleinrichtungen, mit denen der Längen- und/ oder Breitenmaßstab so veränderbar ist, daß eine Videokamera exakt über einer Meßmarke positionier­ bar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtungen zum Variieren des Län­ gen- und/oder Breitenmaßstabes jeweils eine Tele­ skopstange umfassen, deren Auszugslänge exakt meß­ bar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Videokamera (5, 6) auf einem xy-Tisch (3, 4) (x = Längsrichtung; y = Querrich­ tung des Meßfahrzeugs) gehaltert ist und daß sie ferngesteuert in x- und y-Richtung verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Höhen- und Stei­ gungsmessung von Straßenachsen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Längenmaßstabes Lotstäbe (11, 12) angelenkt sind, deren lotrechte Stellung durch Lotsensoren (13, 14) kontrolliert werden und mit denen jeweils eine Videokamera (5, 6) direkt oder über einen xy-Tisch verbunden ist, daß an einem Lotstab (11) eine Laserquelle (15) vorge­ sehen ist, die einen Laserstrahl rechtwinklig zum Lotstab und in Richtung auf den anderen Lotstab (12) abstrahlt, und an dem anderen Lotstab (12) ein in z-Richtung (z = Hochrichtung des Meßfahr­ zeugs) beweglich angebrachter Laserstrahlsensor (16) vorgesehen ist, der zur Messung in die Strahl­ achse geregelt wird, und daß Höhenmeßeinrichtungen vorgesehen sind, mit denen jeweils der Abstand zwischen Fahrbahnoberfläche und Strahlachse be­ stimmbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenmeßeinrichtung unterhalb des Video­ kameraobjektivs angeordnet ist und den Abstand zur Fahrbahnoberfläche mißt, während der Abstand der Höhenmeßeinrichtung zur Strahlachse aus einer Stellgröße für die Höhenverstellung des Laserstrahl­ sensors (16) und/oder der Laserstrahlquelle (15) bestimmt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokameras (4, 5) Markierungen in Form eines Fadenkreuzes, eines Kreisringes, eines Ra­ sters oder dergleichen als Positionierhilfen auf­ weisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Markierungseinrichtung ein Laufrad be­ kannter Umlauflänge mit Längenzählwerk in Kombi­ nation mit einer pneumatisch betätigten Spritz­ pistole verwendet wird, wobei über das Zählwerk die Spritzpistole impulsweise betätigt wird.

8. Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ihrer Achsenlänge, dadurch gekennzeichnet,
daß entlang der Fahrbahnachse in etwa gleichen Abständen Meßmarken auf die Fahrbahnoberfläche ge­ setzt werden und der exakte Abstand der Meßmarken mittels eines an einem Meßfahrzeug angebrachten Maßstabsystems mit verstell- und meßbarer Länge bestimmt wird,
indem an den Endpunkten des Längenmaßstabes ange­ brachte, nach unten auf die Fahrbahn gerichtete Videokameras durch Längenänderung des Längenmaß­ stabes exakt über die Meßmarken positioniert wer­ den und der Abstand der Endpunkte des Längenmaß­ stabes bestimmt wird,
die gemessenen Daten in eine Datenverarheitungs­ und -speicher-Einrichtung eingegeben werden und das Meßfahrzeug weiterfährt, um an der nächsten Meßmarke den Vorgang zu wiederholen,
und die exakten gemessenen Abstandswerte der Meß­ marken als Fahrbahnachsenlänge aufsummiert wer­ den.

9. Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ih­ rer Breite, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Fahrbahnachse in etwa gleichen Abständen Meßmarken auf die Fahrbahnoberfläche gesetzt werden und jeweils an der Stelle einer Meßmarke die (Teil-)Breite einer Fahrbahn mittels eines an einem Meßfahrzeug angebrachten Maßstab­ systems mit verstell- und meßbarer Breite be­ stimmt wird, indem eine von zwei an den Endpunk­ ten des Breitenmaßstabes angebrachten, im wesent­ lichen rechtwinklig nach unten auf die Fahrbahn gerichteten Videokameras über der jeweiligen Meß­ marke positioniert wird und die zweite durch Brei­ tenänderung des Breitenmaßstabes auf den äußeren Fahrbahn- oder Teilfahrbahnrand positioniert wird und der Abstand der Endpunkte des Breitenmaßstabes bestimmt wird, die gewonnenen Daten in eine Datenverarbeitungs­ und -speichereinrichtung eingegeben werden und das Meßfahrzeug weiterfährt, um an den nächsten Meß­ marken sukzessiv den Vorgang zu wiederholen, und danach in entgegengesetzter Fahrtrichtung die an­ dere Straßenseite vermessen wird, so daß durch Addi­ tion der zu einer Meßmarke gehörenden Teilbreiten die Gesamtbreite der Fahrbahn erhalten wird.

10. Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ihrer Höhe und Steigung in Straßenachsenrichtung, dadurch gekennzeichnet
daß entlang der Fahrbahnachse in etwa gleichen Ab­ ständen Meßmarken auf die Fahrbahnoberfläche ge­ setzt werden und ein an einem Meßfahrzeug ange­ brachter Längenmaßstab bekannter Länge, an dessen Endpunkten Lotstäbe mit nach unten auf die Fahr­ bahn gerichteten Videokameras angelenkt sind, mit­ tels einer der Videokameras mit mindestens einem Endpunkt über einer Meßmarke positioniert wird,
und daß an den Endpunkten des Längemaßstabes je­ weils die Höhe einer durch einen rechtwinklig zu einem Lotstab abgestrahlten Lichtstrahl (Laser­ strahl) erzeugten waagerechten Bezugslinie über der Fahrbahnoberfläche mit einer an sich bekannten Abstandsmeßeinrichtung gemessen wird und gegebe­ nenfalls die Steigung der Straße in ihrer Achsen­ richtung aus der Höhendifferenz an den Endpunkten und der bekannten Länge des Längenmaßstabes oder der bestimmbaren Länge der Bezugslinie zwischen den Lotstäben ermittelt wird.

11. Verfahren zum Vermessen von Straßen bezüglich ihrer Höhe und Neigung quer zur Straßenachsenrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß entlang der Fahrbahnachse in etwa gleichen Ab­ ständen Meßmarken auf die Fahrbahnoberfläche ge­ setzt werden und ein an einem Meßfahrzeug ange­ brachter Breitenmaßstab bekannter Länge, an dessen Endpunkten Lotstäbe mit Lotsensoren angelenkt sind, von denen einer mit einer nach unten auf die Fahr­ bahn gerichteten Videokamera ausgestattet ist, mit­ tels dieser Videokamera mit seinem einen Endpunkt über einer Meßmarke positioniert wird,
und daß an den Endpunkten des Breitenmaßstabes je­ weils die Höhe einer durch einen rechtwinklig zu einem Lotstab abgestrahlten Lichtstrahl (Laser­ strahl) erzeugten waagerechten Bezugslinie über der Fahrbahnoberfläche mit einer an sich bekannten Abstandsmeßeinrichtung gemessen wird und gegebe­ nenfalls die Neigung der Fahrbahn oder Straßenseite quer zu ihrer Achsenrichtung aus der Höhendifferenz an den Endpunkten und der bekannten Länge (Breite) des Breitenmaßstabes oder der bestimmbaren Länge der Bezugslinie zwischen den Lotstäben ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung einer Straße entlang eines Stra­ ßenachsenabschnittes durch Summation der Höhendif­ ferenzen zwischen den bei jeweils zwei Meßmarken gemessenen Höhen bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, daß die Loteinrichtungen (Lotstäbe, Lotsensoren, Regeleinrichtungen) für die beiden Endpunkte des Längenmaßstabes an zwei verschiedenen Meßfahrzeugen angebracht sind und eine Höhenmessung nur durchge­ führt wird, wenn der Licht- bzw. Laserstrahl den Strahlsensor trifft und wenn wenigstens eine Video­ kamera eines jeden Meßfahrzeuges über einer Meß­ marke positioniert ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßergebnisse an den einzelnen Stationen, d.h. bei den einzelnen Meßmarken, als Monitor-Re­ corder-Bilder auf einem üblichen Videoband abge­ speichert werden, wobei gegebenenfalls mehrere von den Videokameras erfaßte Bilder in einem einzigen Monitorbild kombiniert werden und/oder Zuordnungs­ daten und/oder digitale, verarbeitete Zahlenwerte zusätzlich gespeichert werden.