DE68904911T2 - Verfahren zur vermessung von gebaeuden durch abstandsmessung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Vermessung von Räumen, die von unebenen oder ebenen Flächen gebildet werden, mittels eines mit einem Theodolit gekoppelten Entfernungsmessers, der z.B. mit einem Laserbündel arbeitet.
• Die Erfindung betrifft den technischen Bereich der Vermessungsmethoden für die Aufnahme von Daten und Abmessungen jeglicher geometrischer Räume.
• Die Erfindung findet hauptsächlich Anwendung im Bereich des Architekturwesens, und zwar bei der Vermessung von Räumen, die ein Gebäude bilden.
• Es sei daran erinnert, daß nach Henri Lagrange (Encyclopédie du BTP) Vermessungen im Architekturbereich im wesentlichen dazu dienen, eine vorhandene Konstruktion samt aller ihrer Sonderheiten und Mängel darzustellen. Diese Vermessungen werden von Architekten bzw. Ingenieurbüros zur Erstellung ihrer Änderungspläne benutzt. Um alle Teile eines Gebäudes darzustellen, müssen von jedem mehrere Zeichnungen, Schnitte und Aufrisse angefertigt werden. Dazu müssen vorher alle Daten und Abmessungen sämtlicher Bestandteile des Gebäudes bestimmt werden, was Vermessung genannt und nach unterschiedlichen Techniken durchgeführt wird.
• Eine erste Technik ist die Photogrammetrie: sie empfiehlt sich insbesondere bei der Vermessung von Fassaden, d.h. bei Flächen, die sich mit nur zwei Aufnahmen bestimmen lassen. Sie ist sehr aufschlußreich, und mit ihrer Hilfe können Konstruktionseinzelheiten einfach vermessen werden. Für die Innenraumvermessung ist sie jedoch ungeeignet. Dabei würden nämlich mindestens zwei Bilder pro Raumfläche eines Zimmers benötigt, und für das Zusammensetzen aller dieser Bilder wäre eine zusätzliche Kennzeichnungsvorrichtung erforderlich, wodurch diese Technik sehr schwerfällig und die Auswertung der Bilder langwierig, mühselig und kostspielig würde. Diese Technik wird im übrigen, abgesehen von der Vermessung von Zierteilen, auf Innenräume praktisch nicht angewandt.
• Zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfolgt die Vermessung der Innenräume von Gebäuden in erster Linie von Hand.
• Diese zweite Technik beruht auf der Triangulation oder Diagonalmethode. Henri Lagrange wiederholt in der im Eyrolles-Verlag erschienenen Enzyklopädie BTP ihr Prinzip: "gemessen wird der Umfang jedes Raums, wobei alle Konstruktionseinzelheiten wie Türen, Fenster, usw. festgehalten werden, sowie die Diagonale, die zwei gegenüberliegende Ecken miteinander verbindet, um die Richtung der Wände zueinander zu bestimmen. Die Raumfläche wird so in Dreiecke zerlegt, deren drei Seiten gemessen sind. Diese in der Theorie sehr einfache Methode macht aufgrund der Abmessungen der Räume einerseits und ihrer Ungleichförmigkeit andererseits in der Praxis häufig große Probleme".
• Manche Messungen werden auf der Grundlage von Boden- oder Wandmarkierungen vorgenommen oder auch durch mit Hilfe eines Lots oder von Brettern auf den Boden projizierten Zeichnungen, wobei hierzu häufig Möbel umgestellt und Wände freigemacht werden müssen, was zeitaufwendig ist. Dabei können erhebliche Fehler auftreten, insbesondere, wenn angrenzende Räume, die keine gemeinsame Öffnung haben, neu berechnet werden sollen: in diesem Fall sind Stärkenmessungen mit mechanischen oder akustischen Mitteln notwendig, um eine gewisse Präzision zu erreichen.
• Detaillierte Vermessungen werden dann durch Gesamtvermessungen ersetzt, und auf der Zeichnung werden Auslassungen, Fehler oder Inkohärenzen der Messungen vertuscht. Bei diesem Verfahren sind also eine Folge von Arbeitsschritten, Reinschriften von Messungen, Auswertungen und Markierungen erforderlich. Die Methode ist zeitaufwendig, mühselig, teuer und fehleranfällig.
• Zwischen der Landvermessung und der Vermessung von Außenteilen eines Gebäudes und der Vermessung von Innenräumen besteht ein erheblicher Unterschied. Einerseits sind die zu messenden Entfernungen größer und das verlangte Maß an Genauigkeit geringer, andererseits und vor allem beruht diese Methodik auf einem Prinzip und Meßvorrichtungen, die speziell für unebenes Gelände geeignet sind.
• Diese Methode, die man topographische Aufnahme nennt, ist gegenwärtig die am weitesten entwickelte unter den Vermessungsmethoden und hat die Entwicklung und Herstellung von Spezialgeräten bedingt. Man verwendet einen optischen Theodolit, den man stationär an einer bereits bekannten, zum Beispiel nach sichtbaren Landmarken markierten Stelle plaziert. Jeder Punkt, der gemessen werden soll, wird dann im Raum auf einer Achse, die aufgrund ihres horizontalen und vertikalen Winkels zu einer Bezugsrichtung definiert wurde, festgelegt. Man bestimmt dann diesen Punkt auf dieser Achse entweder durch den Schnittpunkt mit einer oder zwei anderen Achsen, die von einer oder zwei anderen bekannten Stationen aus definiert wurden, oder durch eine direkte Messung von der ersten Station aus, und zwar mit einem Entfernungsmesser. Diese letztgenannte Methode ist die einfachste und bisher gebräuchlichste dank der Entwicklung der Entfernungsmesser mit Laserstrahl, dessen Strahlenbündel von einem auf einer Halterung angebrachten und auf den zu messenden Punkt gerichteten Prisma zurückgeworfen werden. Die Reichweite dieses Strahlenbündels kann mehrere tausend Meter betragen, und die Messung ist für den betrachteten Bereich und diesen Bedarf präzise genug.
• Dieses Verfahren stützt sich auf das geometrische Prinzip der Bestimmung eines Punktes durch seine Polarkoordinaten und arbeitet mit einem Abstandsmesser, der aus einem Theodolit und einem Laserentfernungsmesser besteht, der auf derselben Halterung entlang der parallelen Achsen montiert ist.
• Dieses Gerät findet in der Topographie Anwendung; der Benutzer stellt dabei einen imaginären Weg her, um die verschiedenen Stationen miteinander zu verbinden. Dieser imaginäre Weg ist eine ununterbrochene Folge grundlegender Strahlungsvorgänge, wodurch die Position der aufeinanderfolgenden Stationen schrittweise übertragen werden kann; die Zielpunkte der topographischen Aufnahme werden dann von mindestens einer dieser Stationen aus gemessen. Der imaginäre Weg ist im allgemeinen in sich geschlossen und bildet ein Polygon, um Meßabweichungen aufzunehmen und diese eventuell zu korrigieren.
• Diese letztgenannte Methodik ist für die Vermessung von Gebäuden ungeeignet, bei denen die Abstände kürzer sind und die Vermessung in einem strukturierten Gebilde vorgenommen wird, das sich aus vielen verschiedenen Elementen zusammensetzt wie Zwischenwänden, Wänden, Türen, Heizkörpern, der Decke, dem Kamin, usw. Die Aufnahme aller Elemente ermöglicht eine detaillierte Vermessung.
• Bei der Aufnahme dieser Maße müssen folgende Elemente berücksichtigt werden, die hier in drei Gruppen eingeteilt werden:
• - die umgebenden Flächen, die den Rauminhalt des Zimmers bilden (Wände, Böden, Decke);
• - die sog. Rohbau-Bauelemente, die integriert sind und das Bauwerk stützen (Balken, Pfeiler, Mauernischen, Treppen, Maueröffnungen) oder Mängel darstellen (z.B. Mauerrisse);
• - die Ausbau- bzw. Ausrüstungsteile, die fest mit den umgebenden Flächen verbunden sind (Balken, Fenster, Heizkörper, Lichtkörper).
• Zu diesen drei Gruppen kommt die Einrichtung hinzu, die beweglich und nicht fest mit dem Gebäude verbunden ist. Im allgemeinen wird sie daher nicht vermessen und ist für die Vermessungsmethode uninteressant, sie behindert jedoch die Vermessungsarbeiten und macht die Durchführung kompliziert.
• Es stellt sich also das Problem, daß von von einem Innenraum eines Gebäudes die Daten für eine genaue Vermessung aufgenommen werden sollen, ohne daß die Bestandteile des Raums von Hand vermessen werden müssen, wofür Möbel verrückt werden müßten und eine Messung und Berechnung nach der Triangulationsmethode sowie eine Übertragung eines groben Grundrisses notwendig wären.
• Ein weiteres Problem besteht darin, die aufgenommenen Maße in jeder gewünschten Form wiederzugeben, also in Form von Zeichnungen, Schnitten oder Perspektivdarstellungen, ohne die Messungen von Hand übertragen, die Positionen und Abmessungen der Elemente berechnen und einen Grundriß von Hand erstellen zu müssen.
• Eine Lösung zu diesem Problem und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Vermessung beliebiger, insbesondere ebener Flächen, die einen offenen oder geschlossenen Raum umgeben, der insbesondere ein Zimmer in einem Gebäude sein kann; dieses Verfahren arbeitet mit einem Abstandsmesser, der aus einem Entfernungsmesser (der z.B. mit Laserstrahl arbeitet) und einem Theodolit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
• - man den besagten Abstandsmesser stationär an einer Stelle plaziert, die sich an irgendeinem Ausgangspunkt des besagten Raums befindet;
• - man die Visierachse des Abstandsmessers nacheinander auf mindestens zwei beliebige Punkte ausrichtet, wenn man bereits ein geometrisches Merkmal der besagten Fläche kennt, oder sonst auf mindestens drei dann nicht fluchtrecht ausgerichtete Punkte aller Ebenen, die die besagte umgebende Fläche darstellen;
• - man sicherstellt, daß sich jeder angepeilte Punkt auf einer Fläche befindet, die einen Teil des Strahlenbündels in seine Einfallsrichtung zurückwerfen kann, wodurch unabhängig vom Neigungsgrad der besagten Fläche eine Abstandsmessung möglich wird;
• - wenn dies nicht der Fall ist, man an jedem ausgewählten Punkt einen Reflektor plaziert, der diese Reflexion ermöglicht;
• - man mit dem Abstandsmesser die Abstandsmessung für jeden der genannten Punkte vornimmt und die entsprechenden Sichtwinkel, nämlich den Peilwinkel und den Azimut mißt, und zwar in bezug auf eine für alle Visurrichtungen gleiche Bezugsachse;
• - man die Lage jeder Fläche berechnet, ausgehend von den Polarkoordinaten der sich auf der Fläche befindlichen Punkte bezüglich des Standorts der Ausgangsstation;
• - man den Schnittpunkt der paarweise genommenen Flächen berechnet und so die Ecken des betrachteten Raums bestimmt;
• - man die Maße dieses Raums, der durch die ihn umgebenden Flächen vollkommen definiert ist, aufnimmt und in Form von Zeichnungen, Schnitten, Draufsichten und/oder Perspektivansichten wiedergibt.
• Eine andere Lösung, die die vorgenannte ergänzt und das gestellte Problem ebenso löst, ist ein Vermessungsverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
• - man in den Speicher eines Rechners die Maße der Polarkoordinaten aller vom Abstandsmesser angepeilten Punkte eingibt, indem man einerseits die zu einer Fläche gehörenden Punkte und andererseits die zu allen besonderen Bauteilen jeder Fläche gehörenden Punkte und schließlich die zu ein und demselben Raum gehörenden Flächen, die von einem Ausgangsstandort der Meßstation aus ermittelt wurden, codiert und markiert;
• - man den Rechner so programmiert, daß er die Lage aller Flächen vom Ausgangspunkt der besagten Station aus und dann den Schnittpunkt aller paarweise genommenen Flächen berechnet und die Definition des so durch seine Flächen und Ecken bestimmten Raumes im Speicher festhält;
• - man den Rechner so programmiert, daß er die Abstands- und Winkelmessungen unter Berücksichtigung von Meßabweichungen und möglichen Ebenheitsfehlern berechnet und die Flächen bis zu einem Toleranzwert von etwa einem Zentimeter eben macht;
• - man in einen vorcodierten Festspeicher die genommenen Maße jedes besonderen Bauteils, das einen Teil der Flächen belegen kann, eingibt und man jedes Bauteil in bezug auf einen charakteristischen Punkt positioniert;
• - man die graphische Darstellung der gewünschten Vermessung in der gewünschten Form, als Zeichnung, Schnitt, Draufsicht und/oder Perspektivansicht, ausgehend von den gemessenen und dann berechneten Maßen des Raums und den bekannten Maßen der Bauteile, vornimmt.
• Das Ergebnis ist ein neues Verfahren zur Vermessung von ebenen Flächen, die einen Raum bilden.
• Mit diesem Verfahren kann man jeden Raum vermessen, selbst wenn er mit Gegenständen vollgestellt ist, die nicht fest im Raum stehen, ohne diese darin bewegen zu müssen.
• Dieses Verfahren findet seine hauptsächliche Anwendung im Architekturbereich bei der Vermessung von Räumen eines Gebäudes.
• Die Vorteile und die nachfolgende Beschreibung beziehen sich auf diesen Anwendungsbereich, haben jedoch keinen erschöpfenden Charakter.
• Mit diesem Verfahren können im Hochbaubereich nur die reinen Räume zügig vermessen werden, ohne daß auf die übrigen Elemente Rücksicht genommen werden müßte; deren Maße können im übrigen ebenso aufgenommen und gespeichert werden, da sie sich von Raum zu Raum häufig wiederholen und nur einmal bestimmt werden müssen.
• Koppelt man die Vermessung des durch seine unebenen oder ebenen Flächen definierten Raums, dessen metrische Fläche dann leicht berechnet werden kann, mit den Roh- und Ausbauelementen, können Handwerker wie Maler, Anstreicher oder Fliesenleger, die in den Räumen des Gebäudes arbeiten sollen, eine Vermessung dieser Teile einfach und zügig vornehmen.
• Ebene Flächen, an denen Winkel- und Abstandsmessungen vorgenommen werden sollen, müssen im allgemeinen nicht präpariert werden. Die ausgesuchten Punkte können sich an jeder beliebigen Stelle auf dieser Fläche befinden, Hauptsache, diese kann den Laserstrahl zurückwerfen, was schon bei einer matten und hellen Fläche, deren Leuchtdichte dem Lambertschen Gesetz entspricht, jederzeit gegeben ist.
• Die gleichzeitige Benutzung eines sogenannten CAD- Programms (rechnergestütztes Zeichnen) kann der Anwender auch ohne spezielle Kenntnisse auf dem Gebiet der Vermessungsmethoden und -berechnungen, Räume präzise und schnell und daher kostengünstig vermessen und die Maße des Raums in der gewünschten Form anschließend ausgedruckt und auf dem Bildschirm darstellen.
• Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Abbildungen, die ein nicht erschöpfendes Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Vermessung von Räumen in einem Gebäude darstellen, deren umgebende Flächen hier der Einfachheit halber eben sind. Abbildung 1 stellt eine Perspektivansicht der Geräte dar, mit denen die Verfahren der Erfindung umgesetzt werden können.
• Abbildung 2 ist eine Draufsicht einer Visur des Abstandsmessers auf einen Punkt einer senkrechten Wand.
• Abbildung 3 ist eine Darstellung der Polarkoordinaten eines angepeilten Punktes.
• Abbildung 4 ist eine Gesamtansicht mehrerer aneinander angrenzender Räume eines Gebäudes nach Vermessung nach dem vorliegendem Verfahren.
• Abbildung 5 ist eine nach den Verfahren der Erfindung erstellte Perspektivansicht mehrerer Räume eines Gebäudes.
• Die angeführten Vermessungsbeispiele beschränken die Anwendung des Verfahrens auf jede andere Form beliebiger Zimmer und Räume mit mehreren Wänden, Bauelementen, Ausstattungen und Einrichtungen in keinster Weise. Es kann auch zwischen übereinanderliegenden, nicht miteinander verbundenen und durch einen äußeren Zwischenraum getrennten Räumen angewandt werden.
• Abbildung 1 stellt einen Raum 5 in der Perspektive dar, dessen Volumen von umgebenden Flächen begrenzt wird, und zwar mehreren ebenen Flächen, d.h. den Wänden 6&sub1;, 6&sub2;, 6&sub3;, dem Boden 9 und der Decke 10.
• Dieser Raum wird von Rohbauelemten wie dem Pfeiler 12 getragen und weist auch Ausbauelemente auf, und zwar in diesem Beispiel ein Fenster 7, einen Kamin 8 und eine Tür 11.
• Schließlich stehen oder hängen an den Wänden im Raum 5 Einrichtungsstücke wie z.B. das Bild 13 an der Wand 6&sub1;.
• Man stellt einen auf ein Stativ 2 montierten Abstandsmesser 1 an einem von den Dielen 9 entfernten Punkt auf, am besten so nahe wie möglich zur Mitte der Fläche. Dieser Abstandmesser besteht aus einem Theodolit 1A eines beliebigen bekannten Typs, mit dem optische Visuren sowie Peilwinkel- und Azimutmessungen dieser Visuren in bezug auf eine Bezugsachse S1x vorgenommen werden können, die sich auf einer vollkommen horizontalen Ebene sS1y befindet, die man durch entsprechendes Einstellen des Theodolits und seines Stativs erhält. Dieser Theodolit ist mit einem Entfernungsmesser 1B mit Laserstrahl beliebigen Typs gekoppelt, vom Typ derer, die in der Topographie Anwendung finden.
• Die beiden Geräte werden zusammen montiert, in der Regel übereinander, und zwar so, daß ihre Visurachsen immer parallel zueinander verlaufen.
• Man verbindet den auf diese Weise montierten und eingestellten Abstandsmesser 1 so mit der Zentraleinheit eines Rechners 3, daß die vom Abstandsmesser erhaltenen Meßdaten direkt in den Speicher dieses Rechners eingegeben werden, der wiederum an einen Plotter oder Drucker 4 angeschlossen ist, der den Grundriß des Raums nach Verarbeitung der ermittelten Maße mit Hilfe eines nach dem Verfahren erstellten Programms graphisch darstellt.
• Die drei oben genannten Teile, nämlich der Abstandsmesser 1, sein Stativ 2 und der Rechner 3, an den der Plotter 4 noch montiert werden kann, können auf eine gemeinsame bewegliche und freistehende Stütze montiert werden. Ein Visursystem wird dann mechanisch mit dem Abstandsmesser gekoppelt und an ein spezielles Formerkennungsprogramm angeschlossen Diese bewegliche Stütze läßt sich dann so programmieren, daß sie die Visur des Abstandsmessers automatisch auf jede Ebene des Raums und jedes vom Visursystem erkannte besondere Bauteil richtet. Dabei kann diese bewegliche Stütze problemlos von einem Raum zum nächsten bewegt werden; diese Bewegung kann mit Hilfe einer als Option vorgesehenen Zusatzausrüstung auch automatisch erfolgen.
• Der Abstandsmesser 1 befindet sich stationär an einer Stelle, und alle in einem Raum vorgenommenen Messungen werden in bezug auf den Ursprungsdreh- und Bezugspunkt S1 vorgenommen, welcher zu diesen auf Abbildung 3 dargestellten horizontalen Bezugsachsen S1x und S1y gehört.
• Man richtet die Visierachse des Abstandsmessers 1 nach und nach auf mindestens drei beliebige Punkte P1, P2 und P3 der ersten Wand 6&sub1;, die frei von Ausstattungen und Einrichtungsgegenständen 13 sind. Diese Punkte dürfen nicht fluchtrecht ausgerichtet sein und müssen sich auf einer Fläche befinden, die einen Teil des Strahlenbündels des Entfernungsmessers 1B in seine Einfallsrichtung zurückwerfen kann, so daß die Abstandsmessung unabhängig vom Neigungsgrad der genannten Fläche vorgenommen werden kann.
• Ist dies nicht der Fall, werden so lange andere Punkte gewählt, bis eine Fläche in der Nähe des besagten Punkts gefunden wird, die dem Lambertschen Gesetz über orthotrope Lichtquellen entspricht, wie auf Abbildung 2 dargestellt. In der Regel entsprechen die meisten Innenwände schon von selbst diesen Bedingungen.
• Anschließend werden die Abstands- und Sichtwinkelmessungen für jeden der genannten Punkte vorgenommen. Die Daten dieser in Polarkoordinaten aufgezeichneten drei Punkte werden in den Rechner eingegeben, der so programmiert ist, daß er ausgehend von diesen Daten die Lage der Fläche 14&sub1;, die die Wand 6&sub1; einschließt, in bezug auf den Ausgangspunkt Sl berechnet. Mit der angrenzenden Wand 6&sub3;, von der man die Lage der Fläche 14&sub3; bestimmt, wird gleichermaßen vorgegangen.
• Die beiden ermittelten Flächen 14&sub1; und 14&sub3; ermöglichen automatisch die Berechnung ihres Schnittpunkts, der dem Winkel 15 des Raums 5 entspricht. So werden nach und nach alle Wände vermessen und alle Schnittpunkte bestimmt: Wand- Wand, Wand-Decke und Wand-Boden. Die umgebenden Raumflächen sind auf diese Weise vollkommen bekannt, und ihre Koordinaten bezüglich des Ausgangspunkts S1 sind im Speicher des Rechners 3 gespeichert.
• Um die auf dieser umgebenden Fläche vorhandenen Ausbauteile wie z.B. das Fenster 7 zu vermessen, werden zunächst die Maße dieses Fensters ermittelt, die man ebenfalls in einem Zusatzspeicher des Rechners speichert. Diese Teile, die in der Regel Standardabmessungen haben, sind in ihren Abmessungen vielfach von vornherein bekannt und wiederholen sich von Raum zu Raum. Sie werden also nach einem Numerierungssystem bekannten Typs, z.B. nach dem Barentschen oder Keopsschen System codiert und in den Festspeicher des Rechners 3 eingegeben. Man braucht dann nur noch einen oder mehrere charakteristische Punkte P4 dieses Elements (Griff, Scharnier, usw.) zu messen, ihn mit der entsprechenden Wand 6&sub3; in Verbindung zu setzen und im Speicher den dem Element zugeteilten Code samt aller vorher bekannten oder parametrierbaren Abmessungen aufzurufen. Mit den anderen Elementen wie Balken und Pfeiler 12, Tür 11, Kamin 8 und selbst Einrichtungsgegenständen wie dem Bild 13 wird, falls gewünscht, ebenso vorgegangen.
• Abbildung 2 ist eine Draufsicht der telemetrischen Visur des auf der Wand 6&sub1; gelegenen Punkts P1 vom Abstandsmesser 1 aus, der stationär am Ausgangspunkt S1 plaziert ist. Die durch den Theodolit erhaltene direkte optische Visur gibt den Peilwinkel α des Punkts P1 an, und der Laserentfernungsmesser die Abstandsmessung S1 P1, hier auf eine horizontale Ebene x y projiziert. Um diese Abstandsmessung mit Laserstrahl vornehmen zu können, muß die Fläche 16 in der Nähe des Punktes P1 den einfallenden Laserstrahl 17 ausreichend in genau diese Richtung wieder zurückwerfen können. Dazu haben Versuche bewiesen, daß es notwendig und ausreichend ist, daß sich diese Fläche 16 so weit wie möglich wie eine isotrope Lichtquelle verhält, d.h. von konstanter Helligkeit 18 in allen Richtungen ist, wodurch unabhängig vom Winkel y, den der Laserstrahl 17 mit der genannten Fläche 16 bildet, Visuren möglich sind.
• Eine solche Oberflächenbeschaffenheit ist mit einer matten und hellen Farbe erreicht, was letztlich auf die meisten Wände zutrifft. Man wählt dann auf der betrachteten Wand 6&sub1; drei Punkte, die diesem Kriterium entsprechen. Wenn kein Punkt diesem Kriterium entspricht, plaziert man auf diese Fläche 16 einen ebenen, sehr dünnen Reflektor 19, z.B. einen Klebestreifen, mit den gewünschten Eigenschaften. Der Reflektor muß dünn sein, damit er die Abstandsmessung P1 S1 nicht stört. Reflektoren des Prismatyps, wie sie in der Topographie Anwendung finden, sind deshalb nicht notwendig und würden sich störend auf die Messungen auswirken.
• Abbildung 3 ist eine räumliche Darstellung der Polarkoordinaten eines Punktes wie P1 in bezug auf den Ausgangsbezugspunkt S1, an dem sich der Abstandsmesser stationär befindet.
• Mit diesem Gerät können durch direkte Messungen der Peilwinkel α, der Azimut ß und die Polardistanz S1 P1 ermittelt werden. Die Messungen werden dann automatisch so angepaßt, daß sie direkt vom Rechenprogramm des Rechners erfaßt werden können.
• Abbildung 4 ist eine Gesamtansicht mehrerer angrenzender Räume eines Gebäudes nach Vermessung jedes einzelnen Raums nach dem auf Abbildung 1 dargestellten Verfahren. Es fällt zunächst auf, daß der Raum 20 sehr lang ist und zurückspringende Bereiche aufweist, wodurch eine Visur von einer einzigen Stelle aus ohne Fehlerrisiko unmöglich ist. Man bestimmt deshalb eine fiktive Trennwand 21, die ein beliebiges Teil mit ebenen Flächen sein kann, das während des ganzen Meßvorgangs stationär an einer bestimmten Stelle aufgestellt bleibt. Man wählt zwei Stellen S2 und S3 aus, von denen aus dieses Teil angepeilt wird, das für die Berechnung der umgebenden Flächen des Raums eine fiktive Wand darstellt, die später einfach wieder entfernt wird. Der Raum 20 wird also während des Verfahrens zu einem zweigeteilten Raum, der wie der Raum 5, in bezug zu diesem Raum 20 analysiert und positioniert wird.
• Man wählt in den beiden Räumen 5 und 20 jeweils einen Bezugspunkt, z.B. P4 für den Raum 5 und P5 für den Raum 20, und zwar so, daß jeder Bezugspunkt von den zwei Stationen S1 und S2 aus durch die gemeinsame Türöffnung 11 angepeilt werden kann. Man bringt an jedem Punkt eine sichtbare Markierung an, die während der Vermessungsdauer bestehen bleiben muß. Man mißt die Koordinaten der beiden Bezugspunkte P4 und PS bezüglich S1 und anschließend S2 und vermißt gleichzeitig die umgebenden Flächen der jeweiligen Räume, indem man für jeden Raum die gleichen Peilrichtungen der Bezugsachsen behält.
• Durch direkte umgekehrte Triangulationsberechnung kann man dann die Position der beiden Ausgangsbezugspunkte der Stationen in bezug auf die durch die Punkte P4 und P5 geschaffene gemeinsame Basis ermitteln, d.h. die beiden Stationen S1 und S2 im Verhältnis zueinander entfernungs- und richtungsmäßig genau positionieren.
• Durch ein einfaches geometrisches Rechenprogramm richten sich die beiden umgebenden Flächen der von den beiden Stationen aus vermessenen Räume zueinander genau aus, wie es auf der Abbildung dargestellt ist. Die Dicke der Wand 6&sub2; ist dadurch sicher bestimmt, selbst dann, wenn ihre beiden Flächen nicht parallel zueinander verlaufen.
• Um eventuellen Meßabweichungen, die sich häufig aufgrund einer schlechten Oberflächenbeschaffenheit ergeben, Rechnung zu tragen, werden die gemessenen Punkte auf jeder Wand durch ein Rechenprogramm eben gemacht, um eine bereinigte oder ebene Fläche und auf diese Weise eine völlig gleichmäßige oder ebene Wand zu haben. Dabei sind Abweichungen von etwa einem halben Zentimeter tolerierbar, da eine solche Abweichung für eine Wand unbedeutend ist.
• Raum 22 wird auf gleiche Weise von der Station S4 aus vermessen, die man bezüglich des Raums 20 und die Station S2 positioniert. Der Raum 22 richtet sich dann zum Raum 5 aus, obwohl die beiden Räume keine gemeinsame Öffnung haben.
• Man sieht also, daß zwei Räume auch ohne gemeinsame Öffnung zueinander positioniert werden können. Es genügt, einen gemeinsamen äußeren Bezugspunkt zu bestimmen, der wie hier der Raum 20 tatsächlich existent oder aber fiktiv sein kann.
• Abbildung 5 ist eine Perspektivansicht der Räume 5, 20 und 22 nach dem oben beschriebenen Verfahren und der Darstellung auf Abbildung 4. Diese Sicht wird vom Rechner nach jedem gewünschten Beobachtungspunkt berechnet und mit dem an den Rechner angeschlossenen Drucker aufgezeichnet. Sie ist ein Beispiel für die Wiedergabedarstellung, die mit dem Verfahren für die Abstandsmessung von Punkten, die sich auf den Flächen der Räume befinden, und für zu positionierende Elemente automatisch erhalten wird. Auf der Grundlage eben dieser Maße kann ebenfalls jede beliebige Zeichnung, jeder Schnitt und jeder Aufriß unter Berücksichtigung der versteckten oder nicht versteckten Teile angefertigt werden. Anschließend kann der Benutzer jegliche Änderung einbringen und die Koordinaten dieser umgebenden Raumflächen mit Hilfe seines CAD-Programms steuern, wie mit jedem für Architekten entwickelten Programm.
• Die vorliegende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen stellen ebene Flächen dar, die Räume umgeben, das Verfahren ist jedoch sogar auf unebene Flächen anwendbar, welche in der Regel parametrierbar sind und sich mit einer bekannten Gleichung berechnen lassen, und bei denen ausreichend viele zu messende Punkte vermessen werden müssen, um sie genau bestimmten zu können.
• Denn jede unebene, parametrierbare Fläche kann durch eine gegebene Zahl von Punkten, die dem Grad der Parametrier- Gleichungen entsprechen, einwandfrei bestimmt werden.
• Durch mathematische Berechungen kann dann diese Fläche, ausgehend von den Koordinaten dieser Punkte, gezeichnet werden.
• So bestimmt man dann, wie es in dem Beispiel dargestellt wurde, die Lage der Ebene mit drei Punkten, oder mit nur zweien, wenn ein anderes Merkmal bekannt ist, wie z.B. ein Winkel, und selbst eine Decke kann auf der Grundlage von nur einem Punkt definiert werden, wenn man festlegt, daß sie horizontal verläuft, und wenn man entweder zwei Winkel oder zwei Freiheitsgrade bestimmt. Ebenso benötigt man für einen beliebigen Zylinder demnach vier Punkte, und wenn man für ihn eine Achsrichtung oder allgemein einen Freiheitsgrad festlegt, genügen auch drei Punkte.
• Dies gilt ebenso für jede gewölbte Fläche, für die man mathematische Gleichungen schreiben und diese mit Hilfe eines Programms lösen kann, das in den Speicher des mit dem Abstandsmesser gekoppelten Rechners eingegeben wird.
• Mit diesem Verfahren kann also durch vorherige Ermittlung der Beschaffenheit der zu messenden gewölbten Flächen und der Mindestanzahl von Punkten, die für die Kenntnis der Position jeder Fläche nötig sind, die Vermessung der umgebenden Flächen mit ihren Ecken durchzuführen, indem man den Schnittpunkt aller angrenzenden gewölbten oder ebenen Flächen berechnet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Vermessung von unebenen oder ebenen Flächen, die einen offenen oder geschlossenen Raum umgeben, der insbesondere ein Zimmer (5) in einem Gebäude sein kann, Verfahren, das mit einem Abstandsmesser (1) arbeitet, der aus einem Entfernungsmesser mit z.B. einem Laserbündel und einem Theodolit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß

- man den besagten Abstandsmesser stationär (S1) an einer Stelle plaziert, die sich an irgendeinem Ausgangspunkt des besagten Raums befindet;

- man die Visierachse des Abstandsmessers nach und nach auf eine Mindestanzahl von vorher ermittelten Punkten ausrichtet, die der Kenntnis der unebenen, parametrierbaren Fläche entspricht, z.B. für eine Ebene drei beliebige Punkte, die nicht fluchtrecht ausgerichtet sind, oder nur zwei, wenn man ein anderes geometrisches Merkmal oder einen anderen Freiheitsgrad festlegt;

- man sicherstellt, daß sich jeder visierte Punkt (P) auf einer Fläche (16) befindet, die einen großen Teil des Bündels (17) in seine Einfallsrichtung zurückwerfen kann und auf diese Weise unabhängig vom Neigungsgrad der genannten Fläche die Abstandsmessung ermöglicht;

- ist dies nicht der Fall, plaziert man an jedem ausgewählten Punkt einen Reflektor (19), der diese Reflexion ermöglicht;

- man mit dem Abstandsmesser (1) die Abstandsmessung für jeden der genannten Punkte (P) vornimmt und die entsprechenden Sichtwinkel mißt, den Peilwinkel (Q) und den Azimut (ß), und zwar bezüglich einer für alle Visurrichtungen gleichen Bezugsachse;

- man die Form und Position jeder Fläche (14) berechnet, ausgehend von Polarkoordinaten der auf der Fläche befindlichen Punkte bezüglich des Standorts der Ausgangsstation und zur Lösung der bekannten, vorher erkundeten Parametrier-Gleichungen der besagten Fläche;

- man den Schnittpunkt (14) der paarweise genommenen Flächen berechnet und so die Ecken (15) des betrachteten Raums bestimmt;

- man die Maße dieses durch die ihn umgebenden Flächen vollkommen definierten Raums aufzeichnet und in Form von Zeichnungen, Schnitten, Drauf sichten und/oder Perspektiven darstellt.

2. Vermessungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Laserbündel-Abstandsmesser einsetzt und jeden Sichtpunkt (P) so auswählt, daß die in unmittelbarer Nähe des besagten Punktes gelegene Fläche (16) des Raums bei Beleuchtung durch das Laserbündel (17) eine orthotrope Lichtquelle konstanter Leuchtdichte in allen Richtungen darstellt, unabhängig vom Winkel, den diese Fläche mit der Achse des Einfallsbündels bildet.

3. Vermessungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man an jedem ausgewählten Visurpunkt (P) einen Reflektor (19) vom Typ eines dünnen Klebestreifens auf der Fläche, auf der sich der besagte Punkt befindet, vorsieht, wobei der Reflektor von heller, matter Färbung ist und eine zu seiner Unterlage parallele Fläche aufweist.

4. Vermessungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man jegliches, auf jeglicher Fläche des Raums befindliche besondere Bauteil (7) durch mindestens einen für jedes Bauteil charakteristischen Punkt (P4) markiert; daß man mit dem Abstandsmesser (1) die Messung der Koordinaten dieses besagten Punktes vornimmt; daß man diese Koordinaten mit dem Bezugspunkt der besagten entsprechenden Fläche (6&sub3;) verbindet; daß man außerdem mit einer beliebigen anderen Vorrichtung die Abmessungen dieses Bauteils bezüglich seines charakteristischen Punkts mißt und aufzeichnet und die genaue Spur dieses besagten Bauteils vom Standort dieses besagten Punkts (P4) aus bei jeder Vermessungsdarstellung der besagten Fläche des Raums wiedergibt.

5. Vermessungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Vermessung eines sehr langen Raums (20) oder eines Raums mit zurückspringenden Bereichen, die keine Visur über alle umgebenden Flächen des Raums von einem einzigen Standort des Abstandsmessers (1) aus erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß:

- man mit einer beliebigen Vorrichtung mindestens eine tatsächliche gemeinsame Fläche (21) bestimmt, die mindestens zwei angrenzende Räume begrenzt;

- daß man von einer in jedem Raum ausgewählten Station (S2 und S3) aus eine Vermessung vornimmt;

- daß man die Stationen zueinander positioniert und man die Vermessung jedes Bereichs der zu jeder Station gehörenden umgebenden Wände auf zeichnet, wobei die Bereiche, einer nach dem anderen dargestellt, den gesamten Raum ergeben.

6. Vermessungsverfahren zur Vermessung der Lage von mindestens zwei aneinandergebauten Räumen (5 und 20), die aus unebenen oder ebenen Flächen bestehen und über mindestens eine gemeinsame Öffnung (11) verfügen, so daß die Vermessung jedes einzelnen Raums mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß:

- man in einem einzigen Raum mindestens zwei Punkte oder in jedem Raum einen Bezugspunkt (P4 und P5) unter denen auf jeglicher, der genannten Öffnung (11) gegenüberliegenden Fläche auswählt, und zwar so, daß jeder Bezugspunkt vom Abstandsmesser von den beiden festgelegten Ausgangsstandorten für die Stationen (S1 und S2) zur Vermessung der besagten Räume angepeilt werden kann;

- man an jedem Punkt eine sichtbare Markierung anbringt, die mindestens während der Zeit der Vermessung von den beiden Stationen aus bestehen bleibt;

- man die Vermessung jedes Raums vornimmt, indem man insbesondere die Polarkoordinaten der beiden Bezugspunkte bewahrt und die Position und den Schnittpunkt aller Flächen berechnet;

- man die Maße eines der Räume aufzeichnet und darstellt, indem man die beiden besagten Bezugspunkte positioniert, anhand derer man die Position des Standorts der Station des zweiten Raums ermittelt;

- man die Maße dieses zweiten Raums auf der gleichen Darstellung, auf der auch der erste dargestellt ist, von seiner so ermittelten Meßstation aus aufzeichnet und darstellt.

7. Vermessungsverfahren zur Vermessung der Position von mindestens zwei angrenzenden oder nicht angrenzenden Räumen (5 und 22) ohne gemeinsame Türöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß:

- man einen dritten, fiktiven oder tatsächlichen Raum (10) definiert, der an die beiden besagten Räume angrenzt, und der mindestens eine Öffnung jedes der beiden Räume aufweist;

- man jeden besagten Raum mit diesem dritten nach dem Verfahren des Anspruchs 6 vermißt;

- man die Maße der beiden Ursprungsräume bezüglich der Bezugspunkte des dritten aufzeichnet und darstellt;

8. Vermessungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß :

- man in den Speicher eines PC (3) die Maße der Polarkoordinaten aller vom Abstandsmesser visierten Punkte eingibt, indem man einerseits die zu einer Fläche gehörenden Punkte und andererseits die zu allen besonderen Bauteilen jeder Fläche gehörenden Punkte und schließlich die zu ein und demselben Raum gehörenden Flächen, die von einem Ausgangsstandort der Meßstation aus ermittelt wurden, kodiert und markiert;

- man den PC (3) so programmiert, daß er die Lage aller Flächen vom Ausgangspunkt der besagten Station aus und dann den Schnittpunkt aller paarweise genommenen Flächen berechnet und die Definition des so durch seine Flächen und Ecken bestimmten Raumes im Speicher festhält;

- man den PC (3) so programmiert, daß er die Abstands- und Winkelmessungen unter Berücksichtigung von Meßabweichungen und möglichen Ebenheitsfehlern berechnet und die Flächen bis zu einem Toleranzwert von etwa einem Zentimeter eben macht;

- man in einen vorkodierten Festspeicher die gemessenen Abmessungen jedes besonderen Bauteils eingibt, das einen Teil der Flächen belegen kann, und man jedes Bauteil bezüglich eines charakteristischen Punkts positioniert;

- man die graphische Darstellung der gewünschten Vermessung in der gewünschten Form, als Zeichnung, Schnitt, Draufsicht und/oder Perspektive, ausgehend von den gemessenen und dann berechneten Daten des Raums und den bekannten Daten der Bauteile, vornimmt.

9. Vermessungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abstandsmesser so an den besagten PC (3) anschließt, daß die Meßdaten direkt in das Programm des PC eingespeist werden, je nach Ablauf dieses besagten Programms.

10. Vermessungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte Meß- und Recheneinheit auf eine gemeinsame, bewegliche Halterung montiert, die mit einem Visur- und Formerkennungssystem gekoppelt ist, und daß man die besagte Halterung so programmiert, daß sie die Visur des Abstandsmessers automatisch auf jede Fläche des Raums und jedes vom Visursystem erkannte besondere Bauteil richtet, wobei die besagte bewegliche Halterung von einem Raum zum anderen bewegt werden kann.