DE4021488C2

DE4021488C2 - Elektrische Vorrichtung zum Zuordnen einzelner Höhenmeßpunkte zu einem Höhensystem unter Zuhilfenahme eines Rotationslasers

Info

Publication number: DE4021488C2
Application number: DE19904021488
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Gantzel
Original assignee: INGBUERO GANTZEL GmbH
Current assignee: INGBUERO GANTZEL GmbH
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2010-07-06
Also published as: DE4021488A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung zum Zuordnen einzelner Höhenmeßpunkte zu einem Höhensystem unter Zuhilfenahme eines Rotations lasers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Durch die Zeitschrift für Vermessungswesen Heft 4, April 1987, Seite 178 ff ist für die Gewässervermessung zur Bestimmung von koordinierten Punkten auf der Gewässersohle eine Vorrichtung bekanntgeworden, bestehend aus einem Rotati onslaser, einem Analogmast mit Detektoren zum Empfang des Laserlichts und einer Steuerzentrale am Fuß des Analogmastes, der sich zusammen mit der Steuerzentrale an Bord eines Meßschiffes befindet, welches ein Echolotgerät zur Tiefenmessung des Gewässergrundes aufweist. Der Analogmast ist vorzugswei se 200 cm lang und hat im Winkel von 120 Grad in der Horizontalen drei Detek torfelder in übereinanderliegenden Ebenen auf dem Analogmast. Der Rotationsla ser steht am Land im Uferbereich und wirft seine Laserstrahlen auf den Analogmast, die eine Nullinie darstellen. Wird ein Detektorfeld des Analogmastes vom Laserstrahl getroffen, so gibt das Detektorfeld ein elektrisches Signal an die Steuerzentrale ab, welches in derselben auch digitalisiert werden kann. Der ermittelte Meßwert geht dann in die Messung des Echolotschwingers bei sich ändernden relativen Höhen des Meßschiffes gegenüber dem Gewässergrund ein.

Durch die DE-GM 86 17 666.8 ist eine elektronische Meßlatte zur geodätischen Höhenübertragung bekannt geworden, bestehend aus einem runden Hohlkern, an welchem in einer Mehrzahl von Ebenen zum Empfang von Laserlichtimpulsen außen Solarzellen angeordnet sind, die mit einem Filter abgedeckt sind.

Die bekannten Analogmasten haben den Nachteil, daß diese gegenüber Streu licht sehr empfindlich sind und insbesondere bei tiefen Sonnenständen nicht mehr einwandfrei arbeiten, weil das Laserlicht dann durch das Sonnenlicht der tiefste henden Sonne überblendet wird. Dieser Effekt kann auch durch andere einge streute Lichtstrahlung ausgelöst werden. Des weiteren ist die Starrheit der be kannten Analogmasten ein Nachteil, der nicht den unterschiedlichen Gegebenhei ten bei der Vermessung angepaßt werden kann.

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die so wohl störendes Sonnenlicht der tiefstehenden Sonne, als auch sonstige ein gestreute Lichtstrahlung, welche den Laserstrahl zu überblenden imstande sind, weitestgehend ausschaltet.

Darstellung der Erfindung und deren Vorteile

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß dieselbe praktisch un empfindlich ist gegen eine Besonnung auch bei tiefstehender Sonne oder gegen sonstiges eingestreutes oder reflektiertes Licht, weil die Detektoren in Käfigen an geordnet sind, die den Einfallswinkel, mit den Detektoren in der Winkelspitze, auf wenige Grad begrenzen, beispielsweise auf 30 Grad, vorzugsweise zwischen 5 und 20 Grad (bei einer Kreisteilung von 400 Grad). Die Hauptoberflächen der Scheiben sind geschwärzt, so daß Streu licht oder reflektiertes Licht von den Hauptoberflächen absorbiert wird und keine Reflexion oder Streuung innerhalb des Käfigs entstehen kann bzw. weitestgehend unterdrückt wird. Zusätzlich wei sen die Käfige ein Filter, vorzugsweise ein Rotfilter auf, welches die Infrarot strahlung und zum größten Teil die übrige Störstrahlung wegfiltert. Auf diese Weise erhält man auch bei schwachen Rotationslasern mit einer Leistung von nur wenigen Milliwatt, die im freien Gelände eingesetzt werden müssen, hohe Reich weiten von bis zum 3 km, beispielsweise bei der Verwendung von bekannten Ro tationslasern mit sichtbarem Strahl mit einer Laserleistung von 1,5 mW.

Des weiteren besteht der Mast in vorteilhafter Weise aus einzelnen Modulen, d. h. die Käfige sind zu einem Mast in der Höhe zusammengesetzt, so daß die Höhe des Mastes variabel den Erfordernissen angepaßt werden kann. Deshalb kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen wenigen 10 Zentimetern bis mehre ren Metern in der Länge variieren.

Für die Beschickung der Tiefenwerte ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorteile, daß die Beschickung schon während der Peilung berücksichtigt wird, wodurch eine manuelle Tätigkeit bei der Auswertung entfällt. Des weiteren kann die Messung während der Vorbeifahrt anderer Schiffe, die starke Wasserspiegelschwankungen und somit eine relative Höhenbewegung des Meßschiffes gegenüber dem Gewässergrund hervorrufen, ohne Genauigkeitsver lust fortgesetzt werden. Insbesondere besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erheblich größere Genauigkeit gegenüber dem bekannten Analogmast.

Durch den großen Arbeitsradius der erfindungsgemäßen Vorrichtung können neben den Binnenwasserstraßen zum ersten Mal auch Einsatzbereiche im Küsten- und Tiefflußbereich gepeilt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch dann prinzipiell einsetzbar, wenn die selbe ruht und der Rotationslaser höhenmäßig relativ zum Mast bewegt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Teils des Mastes, der aus einer Mehrzahl von lösbar zusammengesteckten Modulen in Form von Käfigen besteht, wobei der Mast nach unten abgebrochen ist

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Platine, die sich innerhalb eines Käfigs befindet und die die Laser-Detektoren sowie weitere elektronische Bauelemente zur direkten Signalverarbeitung trägt

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Scheibe, von denen zwei derartige Scheiben mit dazwischenliegendem Korb und eingeschlossener Platine einen Käfig bil den und

Fig. 4 eine Seitenansicht auf eine Platine zur vergrößerten Darstellung des Buchsen-Stecker-Systems zur Bildung einer durchgehenden Busverbin dung innerhalb des Mastes.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Ein Mast 1 besteht aus aufeinandergestecken, einzelnen Modulen, wobei jeder Modul einen Käfig 2, 3, 4, 5 für eine darin angeordnete Platine 8, 8′, 8′′, 8′′′ darstellt, die vorzugsweise waagrecht angeordnet ist. Jeder einzelne Käfig 2, 3, 4, 5 wird aus zwei zueinander planparallelen Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ gebildet, die vorzugsweise ebenso planparall zu den Platinen 8, 8′, 8′′, 8′′′ verlaufen und zwischen denen je weils ein Korb 7, 7′, 7′′, 7′′′ zur Abstandshalterung der Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ angeordnet ist. Jede Scheibe 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′, mit Ausnahme der Endscheiben, ist immer zwei aufeinanderfolgenden Käfigen zugeordnet; beispielsweise bildet die Scheibe 6′ den Boden für den Käfig 2 und gleichzeitig den Deckel für den Käfig 3.

Die Scheiben 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ sind im gezeigten Beispiel vorzugsweise und, sie können aber auch gleichmäßig sechs- oder achteckig oder quadratisch sein. Bei runden Scheiben, wie die Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ des gezeigten Beispiels, wird der Korb jeweils durch ein rohrförmiges Zylinderstück 7, 7′, 7′′, 7′′′ gebildet, welches vorzugsweise an der äußersten Peripherie der Scheiben dieselben haltert. Dazu können die Scheiben auf ihren beiden Hauptoberflächen im Bereich des äußeren Umfangs je eine umlaufende Rille 35 aufweisen, in die die Ränder des Korbes an beiden Enden eingreifen, was in Fig. 3 für die Scheibe 6 gezeigt ist.

Die Hauptoberflächen einer jeden Scheibe 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ sind geschwärzt, vor zugsweise mit einer selektiv absorbierenden und matten Lackschicht.

Jede Platine 8, 8′, 8′′, 8′′′ ist bestückt mit wenigstens vier, vorzugsweise mit sechs Detektoren zum Detektieren des Laserlichts. Die Detektoren sind beispielsweise selektiv empfindliche Dioden 9, 10, 11, 12, 13, 14, die auf einem Kreis mit dem Radius r_D angeordnet sind und die voneinander gleiche Abstände haben. Die Detektoren 9, 10, 11, 12, 13, 14 sind von der peripheren Umfangskante 35 der Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′, die den Durchmesser r_S haben, zurückgesetzt, wobei r_S < r_D gilt. Das Verhältnis der Radien r_S/r_D beträgt zwischen 1,5 bis 2,5 und bevor zugt 2. Vorzugsweise auf der den Dioden entgegengesetzten Hauptoberfläche der Platine sind elektronische Bauelemente 35, 35′ zur Signalverarbeitung der Si gnale der Dioden und gegebenenfalls zur Digitalisierung der Signale angeordnet.

Die zylindrischen, transparenten Körbe 7, 7′, 7,′, 7′′′ sind vorzugsweise niedrig ge halten und zwischen 1 cm bis 3 cm hoch, vorzugsweise 2 cm. Zusammen mit der Rücksetzung der Dioden 9, 10, 11, 12, 13, 14 auf den Platinen 8, 8′, 8′′, 8′′′ wird da durch zwischen den Randstrahlen der durch die Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ gebildeten Abschattung ein kleiner Einfallswinkel α für den Laserstrahl vorgege ben, wobei der Einfallswinkel α höchstens 30 Grad, vorzugsweise zwischen 7 bis 20 Grad, beträgt. Die Körbe 7, 7′, 7′′, 7′′′ können zusätzlich eine Filterwirkung auf weisen und beispielsweise aus einem Material mit Infrarotfilterwirkung bestehen. Aufgrund dieser Gestaltung werden störende Strahlungen, die nicht vom Rotati onslaser herrühren, weitestgehend ausgeblendet.

Zur Halterung der Platinen 8, 8′, 8′′, 8′′ innerhalb der Käfige 2, 3, 4, 5 weisen die Scheiben 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ auf einer der Hauptoberflächen Abstandsbeine in Form von Rundbolzen 16, 17, 18 auf, die an ihren Enden in verjüngte Zapfen 19, 20, 21 auslaufen, die durch mit den Zapfen koinzidierende Löcher 22, 23, 24 hindurch greifen. Auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche der nächstfolgenden Schei be weist dieselbe kurze, integral angeformte zylindrische Röhrchen 25, 26, 27 mit Bohrungen 28, 29, 30 auf, in die die aus der Platine hervorstehenden Zapfen eingreifen. Die Rundbolzen 16, 17, 18 sind gegenüber den Dioden 9, 10, 11, 12, 13, 14 versetzt, so daß dadurch keine Abschattung des Laserstrahls auftreten kann.

Jede Platine 8, 8′, 8′′, 8′′′ ist des weiteren an ein innerhalb des Mastes durchgehen des Bussystem angeschlossen zur Leitung der Daten in eine nicht gezeigte zentrale Rechner-und-Steuerzentrale, die vorzugsweise am Fuß des Mastes oder entfernt von demselben angeordnet ist. Bei zusammensteckbaren Modulen ist natürlich das Bussystem ebenfalls steckbar für jede einzelne Platine ausgebildet.

Zur Realisierung eines derartigen Bussystem kann beispielsweise auf jeder Plati ne 8, 8′, 8′′, 8′′ eine Buchsenleiste 15 angeordnet sein, die auf der Rückseite der Platine durch eine Steckerleiste 32 ihre Fortsetzung findet, wobei alle abgehenden und ankommenden Leitungen der Platine bzw. von auf derselben angeordnete elektronische Bauelemente 35, 35′ mit der Buchsen- oder Stecker leiste leitend verbunden sind. Innerhalb einer jeder Scheibe 6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′ ist eine Aussparung 31 angeordnet, durch die die jeweilige Steckerleiste der Platine hin durchragt und in die gegenüberliegende Buchsenleiste der nächstfolgenden Plati ne einzugreifen imstande ist.

Der Mast 1 ist desweiteren in ein transparentes Schutzrohr 33 gesteckt, welches zum mechanischen Schutz und zur Stabilisierung der zusammengesteckten Käfige 2, 3, 4, 5 dient. Der Rotationslaser ist in allen Figuren nicht dargestellt.

Claims

1. Elektrische Vorrichtung zum Zuordnen einzelner Höhenmeßpunkte zu einem Höhensystem unter Zuhilfenahme eines Rotationslasers, insbesondere zum Zu ordnen von gemessenen Wassertiefen auf der Gewässersohle bei der Gewässer vermessung, bestehend aus einem Mast (1), der in vorgegebenen Abständen in einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Ebenen Detektoren (9, 10, 11, 12, 13, 14) aufweist, die beim Auftreffen des Laserstrahls des Rotationslasers einen elektrischen Impuls abzugeben imstande sind, wobei wenigstens vier Detektoren pro Ebene innerhalb derselben unter äquidistanten Bogenabständen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mast (1) aus übereinander angeordneten käfigartigen Modulen (2, 3, 4, 5) besteht, die jeweils aus zwei horizontalen Scheiben (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) gebildet und deren Haupt oberflächen beidseitig geschwärzt sind und zwischen denen peripher je ein für das Laserlicht durchlässiger Korb (7, 7′, 7′′, 7′′′) angeordnet ist, wobei die Detekto ren (9, 10, 11, 12, 13, 14) von den Rändern (34) der Scheiben (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) zurückgesetzt sind, so
daß nur ein kleiner Einfallswinkel (α) zwischen den Randstrahlen der durch die Ränder der Scheiben gebildeten Abschattung verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (2, 3, 4, 5) in beliebiger Länge zusammen steckbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) kreisrund sind und daß die Detektoren (9, 10, 11, 12, 13, 14) jeweils auf einer Platine (8, 8′, 8′′) innerhalb des Moduls (2, 3, 4, 5) auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Durchmesser (r_D) kleiner als der Durchmes ser (r_S) der Scheiben ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (a) zwischen den Randstrahlen der durch die Scheiben (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) gebildeten Abschattung höchstens 30 Grad, vorzugsweise zwi schen 5 bis 20 Grad, beträgt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) zur Halterung der Platine (8, 8′,8′′) Abstands beine (16, 17, 18) aufweisen, die durch Löcher (22, 23, 24) in der Platine hindurch greifen und in entsprechende Halterungen (25, 26, 27) der benachbarten Scheibe eingreifen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platine (8, 8′, 8′′, 8′′′) lösbar an eine durchgehende, gemeinsame Busleitung (15, 32) angeschlossen ist, die zu einer Auswerteelektronik führt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Busleitung einer jeden Platine (8, 8′, 8′′) aus einem Buchsen-Stecker- System (15, 32) besteht mit einer Buchsenleiste (15) auf der Oberseite und einer Steckerleiste (32) auf der Unterseite der Platine, wobei jede Scheibe (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) im Bereich des Buchsen-Stecker-Systems eine Aussparung (31) aufweist und die Buchsen- und Steckerleiste einer jeden Platine mit den Stecker- und Buchsenleisten der oberhalb und unterhalb benachbarten Platinen koinzi dieren.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Platine (8, 8′, 8′′) elektronische Bauelemente zur Digitalisierung des erzeugten Meßsignals vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsbeine einer jeden Scheibe (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) aus auf einer der Hauptoberflächen angeordneten Rundbolzen (16, 17, 18), die an ihren Enden verjüngte Zapfen (19, 20, 21) aufweisen, und aus auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche fluchtend mit den Rundbolzen angeordneten Röhrchen (25, 26, 27) als Halterungen bestehen, in die die Zapfen der Rundbolzen der vor hergehenden oder nachfolgenden Scheibe eingreifen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben (6, 6′, 6′′, 6′′′, 6′′′′) eines jeden Moduls (2, 3,4, 5) als Korb zur Abstandshalterung peripher ein transparentes, rohrförmiges Zylinderstück (7, 7′, 7′′, 7′′′) angeordnet ist, welches die Eigenschaften eines Rotfilters hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körbe (7, 7′, 7′′, 7′′′) eine geringe Höhe zwischen 1 cm bis 4 cm, vorzugs weise von 2 cm, aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesteckten Module (2, 3, 4, 5) innerhalb eines transparenten Schutzrohres (33) angeordnet sind.