WO1999024846A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von messzeiträumen für die vermessung von von sichthindernissen zumindest teilweise umgebenen punkten mittels satelliten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von messzeiträumen für die vermessung von von sichthindernissen zumindest teilweise umgebenen punkten mittels satelliten Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the automatic determination of obstacles to view of satellites and measurement periods for location determination with GPS or GLONASS satellites or both satellite systems together on points with restricted sky freedom.
  • the invention is also suitable for ascertaining obstructions to the view of any satellite if the orbital data of which is known. This applies in particular to radio and telecommunications satellites that are located in geostationary orbits.
  • the local metrological recording of the shadowing and the planning of the measuring times is disproportionately complex in comparison to the actual GPS measurement. This effort is no longer worthwhile for quick measurements (e.g. with GPS-RTK); a measurement is often simply attempted here, u. This may also happen several times at different times of the day, or GPS use is dispensed with and conventional techniques are used.
  • the object of the invention is to automatically recognize the obstacles in the field in order to be able to immediately calculate the satellite availability (measurement periods), with as little interactive assistance as possible from the user. Solution of the task
  • the invention proposes an apparatus and a method for determining measurement periods for the measurement of points by means of satellites, the points being at least partially surrounded by obstructions which limit the constant availability of navigation or measurement satellites.
  • a digital recording device for example a digital camera, first takes a picture of the sky detecting the obstacles from the point to be measured into the sky. It is possible to use a single digital camera, which then has a so-called fisheye optics. However, it is also conceivable to take the picture by means of several digital cameras. It is crucial that the recording device itself has a relatively large opening angle of in particular at least 150 ° in order to reliably record the surroundings around the point to be measured.
  • the recording device is provided with a light-sensitive sensor (for example a CCD chip) which has a large number of individual light-sensitive pixels.
  • the captured image is read from this sensor and fed to a processing unit.
  • This processing unit is either an integral part of the device according to the invention or can be connected to it in a simple manner. Based on the output signals of the sensor, it can now be determined automatically or semi-automatically where there are obstructions to the view in the recorded image. Between the obstacles to view and the free areas lines of obstruction of the view can then be calculated. Based on this calculation, it is then possible to distinguish free areas from areas of obstruction.
  • the coordinates of the free areas are now used to calculate at least one measurement period within the processing unit or a computer unit that can be connected to this or the recording device, within which a satellite constellation sufficient for the satellite measurement of the point is given.
  • a satellite constellation sufficient for the satellite measurement of the point is given.
  • the orbital data of the satellites used for the measurement are known.
  • DOP values threshold values
  • a satellite navigation receiver is provided for the satellite-based determination of the position of the point to be measured or for locating the device.
  • an alignment sensor in particular a magnetic sensor, is present for detecting the north orientation of the recorded image.
  • Essentially, it is an optical, digital recording system with a large opening angle, which is centered on the point by hand or with a tripod and is aligned with the zenith using a fixed dragonfly, and a connected field-compatible digital computer.
  • An approximate north orientation the camera via compass can either be set manually or automatically via a magnetic sensor.
  • an automatic astronomical azimuth determination can optionally be implemented for control purposes.
  • Algorithms for the last two steps are known.
  • the automatic detection of the obstacles to daylight from the digital image is carried out using methods of digital image processing. It is about recognizing the open sky against obstacles (especially buildings, vegetation, mountains).
  • the best and all possible measurement periods (times of the day) for the specific point can be proposed immediately, taking into account the satellite positions at the different times of the day.
  • Both the digital images of the recorded points and the calculated measurement periods can optionally be saved and printed out for later rescheduling.
  • a few necessary input data for a measurement area, which the system needs, can if necessary in the data flow by a connected or integrated GPS / GLONASS navigation receiver.
  • the advantages of the invention are less manpower and less time for determining satellite visibility and measurement periods for location determinations on discrete points, high degree of automation of the system, high reliability of the result by minimizing manual activities and immediate visual control of the result - low susceptibility to operating errors, immediate availability of the Results Possibility to archive the digital images as evidence and for later recalculations.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the functional groups of an exemplary embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 2 shows an example of a fisheye image of a point to be measured with the obstacles surrounding it and Fig. 3 shows the situation after the image processing of the recording according to Fig. 2 to determine the line of sight obstacle.
  • a digital, optical recording system 11 with a fisheye lens 12 and CCD chip 14, a connected or integrated digital computer 16.
  • a simple one Navigation receiver 18 for GPS and / or GLONASS possible in the system (provision of an approximate position, satellite almanac, time).
  • a magnetic sensor 20 can be provided for the detection of the north orientation.
  • the receiver 18 and the sensor 20 are connected to the computer 16, which in turn is connected to the CCD chip 14.
  • the values calculated by the computer 16 are shown on a display 22.
  • a keyboard field 24 is used for the manual input of data.
  • the digital recording system can consist of a digital camera with a very large aperture angle (fisheye attachment) or a set of several permanently connected cameras, which overall ensure a sufficiently large image section.
  • the current standard resolution of commercially available, inexpensive digital cameras from around 800x800 pixels can already be sufficient.
  • an opening angle of at least 150 ° is required, which is not normally achieved today. Therefore, the optical sensor must be modified by an optical system (effect like a fisheye attachment) or alternatively a combination of several cameras to cover the entire area to be imaged.
  • the software of the invention directs the shadowing mask
  • Almanac is calculated taking into account the mask and a given minimum height angle.
  • a special calibration of the optical system must be carried out once in order to assign a direction (azimuth / height angle) to the pixel addresses, taking into account the north orientation. Since the accuracy requirements of the directions are low (about 1-3 gons (standard deviation at the horror zone), magnetic direction sensors are sufficient with gross correction because of a refusal.
  • the result of the determination can be displayed and stored immediately. This result is virtually independent of time for geostationary satellites.
  • the DOP To determine the measurement periods for a measurement or location determination with GPS and / or GLONASS, the DOP
  • the output of the measurement conditions (DOP values) at the different times of the day is shown on the system display and, like the digital image, is optionally saved for later printing / further processing.
  • the operating input of the system includes, for example: preparation once a week: copying a current GPS and / or GLONASS almanac (e.g. via
  • Minimal output display of the permissible and optimal measuring times for the current position in local time with achieved DOP values.
  • Pixel address z 0 and s 0 of the main image point chamber constant c of the optical system a mathematical model of distortion, z.
  • B coefficients of a polynomial approach
  • the fixed rotation angle ⁇ 0 is determined by matching the pixel orientation to the north direction sensor of the device.
  • m size of a pixel
  • a 0 angle between the north direction of the north direction sensor and the pixel orientation (direction of the columns)
  • ß x elevation angle of an object point, to be calculated from the associated pixel Pi

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Abstract

Die Vorrichtung zur Ermittlung von Meßzeiträumen für die Vermessung von von Sichthindernissen zumindest teilweise umgebenen Punkten mittels Satelliten besteht aus einer Aufnahmevorrichtung (11) zur digitalen Aufnahme eines die Sichthindernisse erfassenden Bildes, von einem zu vermessenden Punkt in den Himmel, wobei die Aufnahmevorrichtung (11) einen Sensor (14) mit einer Vielzahl von einzelnen lichtempfindlichen Bildpunkten aufweist. Die Vorrichtung besteht außerdem aus einer mit der Aufnahmevorrichtung (11) verbundenen oder verbindbaren Verarbeitungseinheit (16), die die Ausgangssignale der Bildpunkte des Sensors (14) empfängt, anhand dieser Ausgangssignale Sichthindernisse (28) gegenüber freien Bereichen (30) innerhalb der Digitalaufnahme erkennt und anhand der Größe und Lage der freien Bereiche (30) oder der Sichthindernisse (28) mindestens einen Meßzeitraum errechnet, innerhalb dessen eine für die Satellitenvermessung des Punktes ausreichende Satellitenkonstellation gegeben ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Meßzeiträumen für die Vermessung von von Sichthindernissen zumindest teilweise umgebenen Punkten mittels Satelliten
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von Sichthindernissen zu Satelliten und Meßzeiträumen zur Ortsbestimmung mit GPS- oder GLONASS-Satelliten oder beiden Satellitensystemen gemeinsam auf Punkten mit eingeschränkter Himmelsfreiheit .
Die Lösung von Ortungs- und Vermessungsaufgaben mit Hilfe differentieller satellitengeodätischer Meßverfahren gewinnt seit der Verfügbarkeit des NAVSTAR Global Positioning Systems (GPS, DGPS) immer mehr Bedeutung. Das Spektrum der Anwendungen reicht heute von statischen Basislinienmessungen in geodätischen Festpunktfeldern bis zur Schnelleinmessung von Objekten zum Aufbau Geographischer Informationssysteme (GIS) aller Art sowie das sehr wirtschaftliche Verfahren der dreidimensionalen Positionierung mit Zentimetergenauigkeiten im sogenannten Real-Time-Kinematic-Betrieb (GPS-RTK) . Dasselbe Prinzip ist auch anwendbar, wenn eine ortsfeste Referenzstation für eine beliebig große Zahl an Nutzern mit größerer Reichweite über eine Funkfrequenz erreichbar ist . Für die Zukunft wird erwartet, daß alle Industriestaaten ein gebietsdeckendes Netz an derartigen permanenten Referenz- Stationen einrichten und vorhalten werden.
Die Verbreitung der GPS-Technik nicht nur in der Navigation sondern als universelles Instrument für Ortungs- und Vermessungsaufgaben wird damit nochmals erheblich zunehmen. Das russische Satellitensystem GLONASS ist prinzipiell gleich gut geeignet, für derartige Aufgabenstellungen, alleine oder in Kombination mit GPS genutzt zu werden. Auch wenn die praktische Einführung entsprechender Empfänger für beide Systeme heute noch nicht verbreitet ist, muß GLONASS bei dem hier beschriebenem Gerät mit berücksichtigt werden;
Das einzig verbleibende gravierende Hemmnis dieser satellitengestützten Ortungs- und Vermessungstechniken ist die eingeschränkte Verfügbarkeit der Satellitensichten wegen "Abschattungen" durch das Gelände, Bewuchs oder Bebauung, da immer mindestens vier GPS-Satelliten zeitgleich sichtbar (theoretische Sichtverbindung) sein müssen. Zudem sind noch gewisse Mindestansprüche an die räumliche Verteilung dieser vier Satelliten zu stellen. Da in besiedelten Gebiete die Mehrzahl der Ortungs- und Vermessungsaufgaben anstehen, ist diese Problematik um so höher zu gewichten.
Ebenso ist die Erfindung geeignet, Sichthindernisse für jeden beliebigen Satelliten zu ermitteln, wenn deren Bahndaten bekannt sind. Dies gilt insbesondere für Rundfunk- und Telekommunikationssatelliten, die sich in geo- stationären Bahnen befinden.
Stand der Technik
Heute werden bei GPS-Messungen unter Abschattungs- bedingungen, insbesondere in besiedelten Gebieten daher mit erheblichem Aufwand Exzentren zu dem eigentlich interessierenden Punkt festgelegt und eingemessen, oder es erfolgt eine genaue Planung des Meßzeitpunktes im Innen- dienst. Hierzu müssen vorab die Sichthindernisse der zu vermessenden Punkte durch eine örtliche Aufnahme mit Kompass und Handgefällmesser oder Theodolit festgestellt worden sein.
Für andere Satelliten, insbesondere geostationäre Radio- fernsehsatelliten, wird bislang eine grundsätzliche Prüfung der Empfangsmöglichkeit, also die Satellitensichtbarkeit mit Kompass und Handgefällmesser ermittelt . Die genaue Ausrichtung über die Maximierung der Stärke des empfangenen Signals bei der Montage einer Empfangsanlage ist bei diesen Satellitentechniken eine andere Aufgabenstellung. Der hohe Aufwand ist nur im Zusammenhang mit der Montage einer Empfangsanlage gerechtfertigt.
Nachteile des Standes der Technik
Die örtliche meßtechnische Aufnahme der Abschattungen und die Planung der Meßzeitpunkte ist im Vergleich zu der eigentlichen GPS-Vermessung unverhältnismäßig aufwendig. Für Schnellvermessungen (z. B. mit GPS-RTK) lohnt sich dieser Aufwand nicht mehr; hier wird oftmals eine Messung einfach versucht, u. U. auch mehrmals zu unterschiedlichen Tageszeiten, oder es wird direkt auf den GPS-Einsatz verzichtet und auf herkömmliche Techniken zurückgegriffen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, direkt im Felde automatisch die Sichthindernisse zu erkennen, um sogleich die Satellitenverfügbarkeit (Meßzeiträume) berechnen zu können, und zwar mit möglichst wenig interaktiver Mithilfe durch den Benutzer. Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. einem Verfahren nach Anspruch 5; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen .
Mit der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Meßzeiträumen für die Vermessung von Punkten mittels Satelliten vorgeschlagen, wobei die Punkte von Sichthindernissen zumindest teilweise umgeben sind, die die ständige Verfügbarkeit von Navigations- bzw. Vermessungssatelliten einschränken. Bei der Erfindung wird zunächst mittels einer Digital - Aufnahmevorrichtung, beispielsweise einer Digitalkamera, eine Aufnahme des die Sichthindernisse erfassenden Himmels von dem zu vermessenden Punkt in den Himmel gemacht . Hierbei ist es möglich, eine einzige Digitalkamera einzusetzen, die dann über eine sog. Fisheye-Optik verfügt. Es ist aber auch denkbar, das Bild mittels mehrerer Digitalkameras aufzunehmen. Entscheidend ist, daß die Aufnahmevorrichtung selbst einen verhältnismäßig großen Öffnungswinkel von insbesondere mindestens 150° aufweist, um die Umgebung um den zu vermessenden Punkt zuverlässig zu erfassen. Die Aufnahmevorrichtung ist mit einem lichtempfindlichen Sensor (beispielsweise CCD-Chip) versehen, der eine Vielzahl von einzelnen lichtempfindlichen Bildpunkten aufweist. Das aufgenommene Bild wird aus diesem Sensor ausgelesen und einer Verarbeitungs- einheit zugeführt. Diese Verarbeitungseinheit ist entweder integraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder läßt sich mit dieser auf einfache Weise verbinden. Anhand der Ausgangssignale des Sensors kann nun automatisch bzw. halbautomatisch ermittelt werden, wo in dem aufgenommenen Bild sich Sichthindernisse befinden. Zwischen den Sichthindernissen und den freien Bereichen der Aufnahme können dann Sichthindernisbegrenzungslinien berechnet werden. Aufgrund dieser Berechnung ist es dann möglich, freie Bereiche von Sichthindernisbereichen zu unterscheiden. Die Koordinaten der freien Bereiche werden nun verwendet, um innerhalb der Verarbeitungseinheit oder einem mit dieser bzw. der AufnähmeVorrichtung verbindbaren Rechnereinheit mindestens einen Meßzeitraum zu berechnen, innerhalb dessen eine für die Satellitenvermessung des Punktes ausreichende Satellitenkonstellation gegeben ist. Dabei sind selbstverständlich die Bahndaten der für die Vermessung verwendeten Satelliten bekannt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung berechnet die Verarbeitungseinheit den zeitlich nächsten möglichen Meß- Zeitraum oder die zeitlich nächsten n besten Meßzeiträume (n = natürliche Zahl) . Ob ein Meßzeitraum für- eine Satellitenvermessung geeignet ist, hängt von der Satellitenkonstellation ab. Hier ist es möglich, sozusagen Schwellwerte (DOP-Werte) vorzugeben, die sozusagen ein Maß für die Güte der Verfügbarkeit der Satelliten darstellen.
Um die Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter zu verbessern, ist es von Vorteil, wenn ein Satelliten-Navigationsempfänger zur satellitengestützten Ermittlung der Lage des zu vermessenden Punktes bzw. zur Ortung der Vorrichtung vorgesehen ist. Schließlich ist es ferner von Vorteil, wenn zur Detektion der Nordausrichtung des aufgenommenen Bildes ein Ausrichtsensor, insbesondere ein Magnetsensor vorhanden ist .
Im wesentlichen handelt es sich um ein optisches, digitales AufnähmeSystem mit großem Öffnungswinkel, das frei Hand oder mittels eines Stativs auf dem Punkt grob zentriert und über eine fest montierte Libelle zum Zenit ausgerichtet wird, und einem angeschlossenen feldtauglichen Digitalrechner. Eine genäherte Nordorientierung der Kamera über Kompaß kann wahlweise manuell eingestellt werden oder über einen Magnetsensor automatisch erfolgen.
Bei Sonnenschein ist zu Kontrollzwecken optional eine automatische astronomische Azimutbestimmung realisierbar. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich,
Sichthindernisse in dem digitalen Bild automatisch zu erkennen, die Sichthindernisse interaktiv graphisch nachzuarbeiten, - die Richtungen zu den Satelliten im Standpunkt (Azimut, Höhenwinkel) in Intervallen für den gesamten Tag vorauszuberechnen, durch Hindernisse verdeckte Satelliten zu ermitteln, die gängigen DOP-Werte für die verbleibenden " sieht- baren" Satelliten über einem vorgegebenen minimalen
Höhenwinkel zu berechnen und damit über vorgebbare Grenzwerte sowohl zulässige als auch optimale Meßzeiträume auszugeben.
Algorithmen für die beiden letzten Schritte sind bekannt. Die automatische Erkennung der Sichthindernisse bei Tageslicht aus dem digitalen Bild erfolgt über Methoden der digitalen Bildverarbeitung. Es geht hierbei um das Erkennen freien Himmels gegen Hindernisse (insbesondere Gebäude, Bewuchs, Berge) .
Mit Hilfe der Erfindung kann also unter Berücksichtigung der Satellitenpositionen zu den verschiedenen Tageszeiten sofort der beste sowie alle möglichen Meßzeiträume (Tages- zeiten) für den konkreten Punkt vorgeschlagen werden. Sowohl die digitalen Bilder der aufgenommenen Punkte als auch die berechneten Meßzeiträume können optional für spätere Neuplanungen gespeichert und ausgedruckt werden. Einige wenige notwendige Eingabedaten für ein Meßgebiet, die das System benötigt, können bei Bedarf im Datenfluß durch einen angeschlossenen oder integrierten GPS-/ GLONASS-Navigationsempfänger gewonnen werden.
Vorteile der Erfindung
Die Vorteile der Erfindung sind geringer personeller und zeitlicher Aufwand zur Bestimmung von Satellitensichtbarkeiten und Meß- Zeiträume für Ortsbestimmungen auf diskreten Punkte hoher Automatisierungsgrad des Systems hohe Zuverlässigkeit des Ergebnisses durch eine Minimierung manueller Tätigkeiten und sofortiger visueller Kontrolle des Ergebnisses - geringe Anfälligkeit gegen Bedienungsfehler unmittelbare Verfügbarkeit der Ergebnisse Möglichkeit, die digitalen Bilder als Nachweis und für spätere Neuberechnungen zu archivieren.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungs- beispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktions- gruppen eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Beispiel für eine Fisheye-Aufnahme eines zu vermessenden Punktes mit diesen umgebenden Sicht- hindernissen und Fig.- 3 die Situation nach der Bildbearbeitung der Aufnahme gemäß Fig. 2 zur Ermittlung der Sichthindernis-Grenzlinie .
Die Vorrichtung 10 besteht gemäß Fig. 1 im wesentlichen aus einem digitalen, optischen Aufnahmesystem 11 mit Fisheye-Objektiv 12 und CCD-Chip 14, einem angeschlossenen oder integriertem Digitalrechner 16. Zur Minimierung der Eingaben durch den Bediener ist (d) die Einbindung eines einfachen Navigationsempfängers 18 für GPS und/oder GLONASS in das System möglich (Bereitstellung von genäherter Position, Satelliten-Almanach, Uhrzeit) . Ferner kann ein Magnetsensor 20 zur Detektion der Nordausrichtung vorgesehen sein. Der Empfänger 18 und der Sensor 20 sind mit dem Rechner 16 verbunden, der seinerseits mit dem CCD-Chip 14 verbunden ist. Die vom Rechner 16 berechneten Werte werden auf einer Anzeige 22 angezeigt . Ein Tastaturfeld 24 dient der manuellen Eingabe von Daten.
Das digitale Aufnahmesystem (optischer Sensor) kann aus einer digitalen Kamera mit sehr großem Öffnungswinkel (Fisheye-Vorsatz) oder einem Satz mehrerer fest miteinander verbundener Kameras, die insgesamt einen ausreichend großen Bildausschnitt gewährleisten, bestehen. Die heute gängige Auflösung handelsüblicher preiswerter digitaler Kameras ab etwa 800x800 Pixel kann sich bereits als ausreichend erweisen. Gefordert ist jedoch ein Öffnungswinkel von mind. 150°, der heute handelsüblich nicht erreicht wird. Daher muß eine Modifikation des optischen Sensors durch ein optisches System (Wirkung wie ein- Fisheye-Vorsatz) oder alternativ eine Kombination mehrerer Kameras zur Abdeckung des gesamten abzubildenden Bereichs erfolgen. Künftig kann für diese Aufgabenstellung von der Entwicklung einer Optik des digitalen Sensors ausgegangen werden, der den notwendigen Öffnungswinkel unmittelbar gewährleistet. Die Software der Erfindung leitet die Abschattungsmaske
(siehe z. B. Fig. 3) automatisch aus dem digitalen Bild
(siehe z. B. Fig. 2) ab, stellt diese graphisch dar und ermöglicht eine manuelle Nacharbeitung derselben. Mit dieser Abschattungsmaske werden die Sichtbarkeiten den
Satellitenpositionen mittels eines GPS- und GLONASS-
Almanachs unter Berücksichtigung der Maske und eines vorgegebenen minimalen Höhenwinkels berechnet .
Hierzu muß einmalig eine spezielle Kalibrierung des optischen Systems erfolgen, um den Pixeladressen eine Richtung (Azimut/Höi enwinkel) unter Berücksichtigung der Nordorientierung zuzuordnen. Da die Genauigkeitsansprüche der Richtungen gering sind (etwa 1-3 Gon (Standard- abweichung am Horrzont), sind magnetische Richtungssensoren unter grober Korrektur wegen Mißweisung hinreichend.
Für schwierige Fälle der automatischen Erkennung aller Sichthindernisse wird eine interaktive Bearbeitung des digitalen Bildes zur manuellen Unterstützung der Erkennung von Sichthindernissen in der Software vorgesehen. Die Sichthindernis-Grenzlinie 26 zwischen dem Sichthindernis- bereich 28 und dem freien Bereich 30 kann also ggf. von Hand unterstützt erstellt werden.
Wird die Erfindung nur zur Ermittlung von Sichtbarkeiten von Satelliten eingesetzt, so kann das Ergebnis der Bestimmung (Satellit xyz sichtbar/nicht sichtbar) unmittelbar angezeigt und gespeichert werden. Bei geo- stationären Satelliten ist dieses Ergebnis quasi zeit- unabhängig .
Zur Ermittlung der Meßzeiträume für eine Vermessung oder Ortsbestimmung mit GPS und/oder GLONASS werden die DOP-
Werte (vorzugsweise GDOP und/oder PDOP) für vorgegebene Epochen mit den verbleibenden sichtbaren Satelliten des konkreten Standpunktes berechnet . Diese numerischen Größen quantifizieren die Güte der Satellitenkonstellation. Über vorab einstellbare Schwellwerte (üblich ist: GDOP <= 8) werden dann zulässige und günstigste Meßzeiträume errechnet .
Die Ausgabe der Meßbedingungen (DOP-Werte) zu den verschiedenen Tageszeiten erfolgt im Display des Systems und wird, wie auch das digitale Bild, optional für einen späteren Ausdruck/Weiterverarbeitung gespeichert.
Die Bedieneingabe des Systems umfaßt beispielsweise: ca. einmal wöchentliche Vorbereitung: Kopieren eines aktuellen GPS- und/oder GLONASS-Almanach (z. B. über
Internet verfügbar; alternativ aus einem integrierten Navigationsempfänger unmittelbar abzurufen) Minimale Eingabe ca. einmal täglich: geographische Koordinaten des Meßgebietes (genähert) , Zeit- unterschied Lokalzeit zur Weltzeit (z. B. +lh für
MEZ) - bei integriertem Navigationsempfänger alle
Werte automatisch verfügbar; gewünschter Meßtag
(Voreinstellung: aktueller Tag)
Minimale Ausgabe: Anzeige der zulässigen und optimalen Meßzeitpunkte für den aktuellen Standpunkt in Lokalzeit mit erreichten DOP-Werten Optional: Archivierung der Pixelgraphik und/oder der Meßzeiten unter einer Punktkennung für eine spätere Neuberechnung, z. B. für einen erneuten Meßeinsatz
Kalibrierung des optischen Systems, Verwendung des Ergebnisses
1. Bei Fokussierung auf Unendlich werden folgende Größen des optischen Aufnahmesystems durch Kalibrierung über digitale Aufnahmen eines dreidimensionalen Paßpunkt- feldes bestimmt :
Pixeladresse z0 und s0 des Bildhauptpunktes Kammerkonstante c des optischen Systems ein mathematisches Modell der Verzeichnung, z. B Koeffizienten eines Polynomansatzes:
Δe1 = a0 + a • rx + a2 - rx 2 + ... + an • r, n
2. Durch Abgleichung der Pixelorientierung zum Nordrichtungssensor des Gerätes wird der feste Rotations- winkel α0 bestimmt.
3. Mit den Ergebnissen der Kalibrierung können für jeden beliebigen Bildpunkt folgende Berechnungen ausgeführt werden:
s, - S0
Azimut
Figure imgf000013_0001
Radius: rx = [ (Zx - Z0)2 + (S, - S0)2]"1 2 • m
Verzeichnung: Δex = a0 + ax ■ r1 + a2 • r1 2 + ... + an
c Höhenwinkel: ß = arctan — + Δe1 r,
Erklärung der verwendeten Symbole:
z1( s1 = Pixeladresse (Zeilen- und Spaltennummer) eines
Bildpunktes Pi P0 = Bildhauptpunkt
z0, s0 = Pixeladresse des Bildhauptpunktes
c = Kammerkonstante des optischen Systems
m = Größe eines Pixels
rt = Abstand Bildpunkt Pi zu Bildhauptpunkt PO
a0 = Winkel zwischen Nordrichtung des Nordrichtungssensors und der Pixelorientierung (Richtung der Spalten)
a = Azimut eines Objektpunktes, aus zugehörigem
Bildpunkt Pi zu berechnen
ßx = Höhenwinkel eines Objektpunktes, aus zugehörigem Bildpunkt Pi zu berechnen
e± = Zenitwinkel eines Objektpunktes
Δe± = Verzeichnung eines Bildpunktes (Winkelwert)
a0, a17 ... an = Koeffizienten eines allgem. Polynomansatzes

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur Ermittlung von Meßzeiträumen für die Vermessung von von Sichthindernissen zumindest teilweise umgebenen Punkten mittels Satelliten, mit einer Aufnahmevorrichtung (11) zur digitalen Aufnahme eines die Sichthindernisse erfassenden Bildes, von einem zu vermessenden Punkt in den Himmel, wobei die Aufnahmevorrichtung (11) einen Sensor (14) mit einer Vielzahl von einzelnen lichtempfindlichen Bildpunkten aufweist, einer mit der Aufnahmevorrichtung (11) verbundenen oder verbindbaren Verarbeitungs- einheit (16) , die die Ausgangssignale der Bildpunkte des Sensors (14) empfängt, anhand dieser AusgangsSignale Sichthindernisse (28) gegenüber freien Bereichen (30) innerhalb der Digital- aufnähme erkennt und anhand der Größe und Lage der freien Bereiche (30) oder der Sichthindernisse (28) mindestens einen Meßzeitraum errechnet, innerhalb dessen eine für die Satellitenvermessung des Punktes ausreichende Satellitenkonstellation gegeben ist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (16) den nächstmöglichen Meßzeitraum oder den nächstbesten Meßzeitraum oder mehrere mögliche bzw. mehrere bestmögliche Meßzeiträume berechnet .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Satelliten-Navigationsempfänger (20) zur satellitengestützten Ermittlung der Lage des zu vermessenden Punktes und zur Bereitstellung von Satellitenbahndaten .
4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Ausrichtungssensor (18) zur Ermittlung der Nordrichtung innerhalb des aufgenommenen Bildes.
5. Verfahren zur Ermittlung von Meßzeiträumen für Punkte, für die der Signalempfang von Navigations- bzw. Vermessungssatelliten, insbesondere GPS- oder GLONASS-Satelliten durch Hindernisse eingeschränkt ist, bei dem die Sichthindernisse optisch digital aufgenommen werden, die Sichthindernisse anhand der Digitalaufnahme automatisch oder nach graphischer interaktiver Überarbeitung der Digitalaufnahme erkannt werden und mittels eines Rechners unter Berücksichtigung der Sichthindernisse und der Satellitenpositionen zu den verschiedenen Tageszeiten mindestens ein Meßzeitraum berechnet wird, innerhalb dessen eine für die Satellitenvermessung des Punktes ausreichende Satellitenkonstellation gegeben ist .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Daten der Kalibrierung des optischen Sensors aus der Pixeladresse des digitalen Bildes der Höhenwinkel und die horizontale Richtung eines realen Objektes berechnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch speziell eingestellte digitale Filter aus dem bei Tageslicht aufgenommenem digitalen Bild Sichthindernisse automatisch erkannt, graphisch angezeigt werden und interaktiv überarbeitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Bilder der Punkte und die ermittelten Meßzeiträume mit einer Punktkennung versehen gespeichert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtbarkeit beliebiger Satelliten, deren Bahndaten (Almanach) bekannt sind, insbesondere geo- stationäre Satelliten berechnet, ausgegeben und gespeichert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung von manuellen Eingaben ein GPS- und/oder GLONASS-Navigationsempfänger angeschlossen oder integriert werden kann.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nordrichtung durch einen Magnetsensor (20) automatisch abgegriffen und über einen Algorithmus
(Rotation) berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anderweitig ermittelte Nordrichtung bei Sonnenschein über eine astronomische Berechnung automatisch geprüft werden kann.
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