AT509649B1 - Opto-elektronisches vermessungssystem - Google Patents

Abstract

Opto-elektronisches Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, weiters mit jeweils einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermittelt und aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Ablenkwinkeln der Scan-Einrichtung Punktwolken des Zielgebietes berechnet, wobei die Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen Konsole befestigt sind und im Inneren der Konsole (24) ein Trägheitsmesssystem (IMU) (41), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) (42), Rechner (43, 44) zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten, sowie eine programmierbare elektronische Steuerung samt allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten vorgesehen sind, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers, so dass das Vermessungssystem weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT509 649 B1 2012-05-15

Beschreibung OPTOELEKTRONISCHES VERMESSUNGSSYSTEM.

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Vermessungssystem insbes. für das sogen, mobile Laser-Scanning oder mobile Mapping. Bei diesen Systemen werden Trägerfahrzeuge eingesetzt, auf welchen Laserscanner sowie eventuell digitale Foto- oder Videokameras montiert sind. Die Fahrzeuge verfügen darüber hinaus über eine Satellitennavigationseinrichtung GNSS zur Bestimmung der jeweiligen Position des Fahrzeuges sowie im Allgemeinen auch über ein Trägheitsmesssystem IMU, mit dessen Hilfe die exakte Ausrichtung des Trägerfahrzeuges im Raum ermittelt wird.

[0002] Ziel des mobile Mapping bzw. Laser-Scanning ist es 3D Darstellungen insbesondere von Städten zu erhalten, die in Fahrzeug-Navigationsgeräten eingesetzt werden bzw. am PC eine Fahrt oder einen Spaziergang durch eine virtuelle Stadt ermöglichen. Die mit diesen Geräten gewonnenen Daten können natürlich auch zur Abklärung städtebaulicher Fragen eingesetzt werden, insbesondere zur Beurteilung der Wirkungen von Neubauten in einem bestehenden Ensemble.

[0003] Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen. Solche Entfernungsmesser verfügen über eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird. Ferner umfassen diese Entfernungsmesser Auswerteeinrichtungen, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermitteln.

[0004] Das Vermessungssystem verfügt des Weiteren über eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsstrahlenbündel im Wesentlichen koaxial verlaufen und die Scan-Einrichtung einen um eine Achse rotierenden Spiegel umfasst. Aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Winkeln des rotierenden Ablenkspiegels sowie den Daten der Positions-(GNSS) und Lage-Sensoren (IMU) können Punktwolken des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem ermittelt werden. Es ist schon vorgeschlagen worden, die Positions- und Lage-Sensoren voll in das System zu integrieren. Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden verschiedene Komponenten solcher Anlagen auf einer Plattform montiert, die ihrerseits am Trägerfahrzeug befestigt ist.

[0005] Aus Sicherheitsgründen werden bei Betriebsunterbrechungen im Allgemeinen zumindest die außen am Trägerfahrzeug montierten Komponenten demontiert. Dieser Abbau und die neuerliche Montage sind jedoch relativ zeitraubend und, da die Anlage üblicherweise am Fahrzeugdach befestigt ist, schwierig durchzuführen.

[0006] Bei der neuerlichen Installation des Systems ist es erforderlich die Komponenten wie Laserscanner, IMU, GNSS und ggf. Foto- bzw. Videokameras exakt auszurichten. Anschließend muss die Anlage vor jeder neuerlichen Inbetriebnahme in einem speziellen Fahrzyklus kalibriert werden. Für alle diese Arbeiten muss entsprechend qualifiziertes und damit relativ teures Personal eingesetzt werden.

[0007] Ein weiteres Problem der bekannten Anlagen ist, dass die verschiedenen Komponenten wie Scanner und Kameras ein relativ hohes Gewicht aufweisen und insbesondere bei Anregung durch im Fährbetrieb unvermeidlichen Erschütterungen zu Schwingungen neigen. Diese Schwingungen verlaufen im Allgemeinen nicht nur translatorisch, sondern umfassen auch Drehbewegungen. Durch diese Bewegungen der einzelnen Komponenten kann es zu beträchtlichen Messfehlern kommen, die vor allem dann störend in Erscheinung treten, wenn verschiedene Komponenten zumindest Teile des Zielgebietes gleichzeitig erfassen.

[0008] Es sind schon opto-elektronische Vermessungssysteme vorgeschlagen worden, bei 1 /12 österreichisches Patentamt AT509 649 B1 2012-05-15 welchen zwei Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen Konsole befestigt sind. An einer weiteren Fläche der Konsole sind Anschlussstücke zur Befestigung an einem Trägerfahrzeug vorgesehen. Schließlich können auf der Konsole Zusatzeinrichtungen wie Digital- und / oder Videokameras, Antennen etc. angebracht sein. Ein Trägheitsmesssystem (IMU) ist in das Gerät integriert. Die Konsole mit den verschiedenen Komponenten steht über ein Kabel mit der im Inneren des Trägerfahrzeuge angeordneten Steuereinheit und einem Bordrechner in Verbindung, die durch einen Operator bedient werden. Im Trägerfahrzeug ist ferner eine Satellitennavigationsanlage angeordnet, deren Daten gleichzeitig mit den Messdaten des Systems aufgezeichnet werden.

[0009] Dieses System hat gegenüber den eingangs beschriebenen Messsystemen durch seine kompakte Bauweise eine Reihe von Vorteilen.

[0010] Durch die vorliegende Erfindung kann dieses System weiter verbessert werden, was einerseits zu reduzierten Betriebskosten, andererseits durch seine universelle Einsatzmöglichkeit zu einer Verringerung der Investitionskosten führt.

[0011] Die Erfindung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass das System im, durch Deckel zugänglichen, Inneren der Konsole Anschlussstücke zur Befestigung und Ausrichtung von Navigationseinrichtungen, wie ein Trägheitsmesssystem (IMU), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) und Rechner zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten aufweist und dass im Inneren der Konsole ferner eine programmierbare elektronischen Steuerung samt allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten vorgesehen ist, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers, so dass das Vermessungssystem weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist.

[0012] Durch die Möglichkeit, das System autark und vollautomatisch zu betreiben, ist die Bedienung durch einen hochqualifizierten Operator nicht erforderlich, der Führer des Trägerfahrzeuges kann, nach einer kurzen Einschulung, die Vermessungen selbständig durchführen, wodurch es zu einer deutlichen Reduktion der Betriebskosten, vor allem der Personalkosten kommt.

[0013] Von Vorteil ist ferner, dass das Messsystem an jedem beliebigen Trägerfahrzeug einsetzbar ist, es erübrigt sich auch jede Adaption der entsprechenden Fahrzeuge. Neben der bekannten Verwendung von PKWs oder Pick-Ups als Trägerfahrzeug kann das System auf Booten bzw. Schiffen, an Hubschraubern oder Flächenflugzeugen, auf Kettenfahrzeugen z. B. Pistengeräten, an Schienenfahrzeugen etc. eingesetzt werden. Im Extremfall ist es auch möglich, das System an handgeführten Wagen einzusetzen, wenn es etwa darum geht Parkanlagen, archäologische Ausgrabungsfelder oder Baustellen zu vermessen. Es ist nicht erforderlich, für verschiedene Messaufgaben unterschiedliche Systeme einsetzen, es ist vielmehr möglich, mit einem einzigen System gemäß der Erfindung alle oben angeführten Einsatzmöglichkeiten abzudecken, wodurch sich auch entsprechend reduzierte Investitionskosten ergeben.

[0014] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn an den Laserscannern und vorzugsweise auch an den Zusatz-Aggregaten Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Datenleitungen vorgesehen sind, die bei montierten Scannern bzw. eventuellen Zusatzaggregaten direkt in die entsprechenden Gegenstecker an den Montageflächen der Konsole einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.

[0015] Vorteilhaft sind an der Konsole auch Vielfachstecker für die Stromversorgung und für Datenleitungen vorgesehen, die bei auf einem Trägerfahrzeug od. dgl. montierter Konsole direkt in die entsprechenden Gegenstecker an der Montagefläche des Trägerfahrzeuges einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.

[0016] Weitere Vorteile können sich ergeben, wenn die Antriebe der rotierenden Ablenkspiegel synchronisiert sind, wobei die Ablenkspiegel gegebenenfalls auch in einer definierten Phasenbeziehung umlaufen.

[0017] Die Konsole kann als Schweiß- oder als Schraubkonstruktion hergestellt werden. Be- 2/12 österreichisches Patentamt AT 509 649 B1 2012-05-15 sondere Vorteile ergeben sich jedoch wenn sie aus Leichtmetallguss, insbes. aus Aluminium oder Magnesium bzw. aus Legierungen derselben besteht.

[0018] Bei der Verarbeitung der von den Laserscannern gelieferten Daten in einem Rechner kann eine Punktwolke des Zielgebietes in einem Konsolen-bezogenen Koordinatensystem berechnet werden. Parallel hierzu wird aus den Daten des Trägheitsmesssystems IMU und der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem beschreibt, wobei aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird und die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, Konsolenbezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt.

[0019] Wesentliche Vereinfachungen in der Auswertung ergeben sich, wenn aus den von den Laserscannern und dem Trägheitsmesssystem IMU gelieferten Daten in einem Rechner eine Punktwolke des Zielgebietes in einem IMU-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und aus den Daten der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem beschreibt. Aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie wird anschließend eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet, wobei die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, IMU-bezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt.

[0020] Um zu vermeiden, dass bei geringen Geschwindigkeiten des Trägerfahrzeuges bzw. bei Stillstand desselben große, nicht benötigte Datenmengen aufgezeichnet werden, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels des Satellitennavigationssystem GNSS und bzw. oder des Trägheitsmesssystem IMU die Fahrgeschwindigkeit des Trägerfahrzeuges bestimmt und in Abhängigkeit von dieser die mittlere Pulsrate des Laser-Entfernungsmesser und bzw. oder die Rotationsgeschwindigkeit des Ablenkspiegels verändert.

[0021] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

[0022] Die Fig. 1 zeigt zum Stand der Technik als Beispiel einen bekannten 360°

Profil-Laserscanner (2D-Laserscanner) im Längsschnitt wie er in der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt werden kann.

[0023] Die Figuren 2 und 3 zeigen in zwei verschiedenen Ansichten die neue Messeinrich tung.

[0024] In der Figur 4 ist eine Ansicht der Basisfläche eines Laserscanners dargestellt, mit welcher dieser an der Konsole anliegt.

[0025] An Hand der Blockschaltbilder gemäß den Figuren 5 und 6 werden alternative Auswerteverfahren des Messsystems erläutert.

[0026] Der in Fig. 1 dargestellte Laserscanner 1 umfasst einen Laser-Entfernungsmesser, der nach entsprechender Ansteuerung durch den Transmitter 3 über eine Laserdiode 2 einen kurzzeitigen Laserimpuls bzw. eine Impulsfolge aussendet. Der scharf gebündelte Strahl wird in einem Rohr 4 geführt und tritt durch den zentralen Teil einer Korrekturlinse 5 aus dem Entfernungsmesser aus. Die von den Objekten im Zielraum reflektierte Laserstrahlung tritt durch den peripheren Teil der Korrekturlinse 5 wieder in den Entfernungsmesser ein und wird in dem Rohr 6 zu einer Sammellinse 7 geführt, welche die Strahlung auf eine Fotodiode 8 fokussiert. Die Echosignale werden in der Empfangs- und Auswerteeinheit 9 verstärkt und digitalisiert. Aus der zeitlichen Differenz zwischen der Aussendung eines Impulses und dem Eintreffen des entsprechenden Echoimpulses wird die Impulslaufzeit und schließlich die Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser und dem jeweiligen Ziel berechnet. 3/12 österreichisches Patentamt AT509 649B1 2012-05-15 [0027] Der Laserscanner 1 verfügt ferner über eine Ablenkeinheit, die einen Spiegel 10 umfasst, der mit hoher Geschwindigkeit um die Achse 11 rotiert. Durch den Spiegel 10 wird das aus Sende- und Empfangsstrahlen gebildete koaxiale Strahlenbündel um 90“abgelenkt und tritt durch ein ortsfestes zylindrisches Glasfenster 12 aus dem Gerät 1 aus. Die vom Spiegel 10 abgelenkte optische Achse 13 der koaxialen Sende-und Empfangsstrahlen beschreibt bei Rotation des Spiegels 10 eine Ebene. Zwischen der Sende- und Empfangsdiode 2 bzw. 8 und dem rotierenden Spiegel 10 ist die optische Achse der koaxialen Strahlenbündel identisch mit der Rotationsachse 11 des Spiegels 10.

[0028] Der Spiegel 10 ist im Rohr 6 befestigt, das mit Wälzlager 15, 16 im Gerät 1 gelagert ist. Mit 17 ist ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, mit 18 ein Winkeldecoder, der die jeweilige Winkel Stellung des Scanmechanismus misst. Die Signale dieses Winkeldecoders 18 werden ebenfalls der Empfangs- und Auswerteeinheit zugeführt, so dass zu jedem Entfernungsmesswert der zugehörige Ablenkwinkel registriert werden kann. Das System arbeitet damit als ein 360°2D Laserscanner.

[0029] In den Figuren 2 und 3 ist eine mobile Laserscanning-Anlage in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt, die mit zwei Laserscannern 1 und 20 gemäß der Fig. 1 ausgerüstet ist. Die Scanner 1 und 20 sind an den Seitenflächen 22 und 23 einer Konsole 24 so befestigt, dass sich die Rotationsachsen 11 und 21 unter einem Winkel ß schneiden. Die Konsole 24 ist an einem nicht dargestellten Trägerfahrzeug so montiert, dass die, durch die beiden Rotationsachsen 11 und 21 aufgespannte, Ebene mit der Horizontalen 25 einen Winkel α einschließt. Die vertikale Ebene, welche die Winkelsymmetrale 26 der beiden Rotationsachsen 11 und 21 enthält, schneidet die Horizontale 25 in einer Geraden 27, die parallel zur Längsachse des Trägerfahrzeuges bzw. dessen Bewegungsvektor 28 verläuft.

[0030] An der Deckfläche 29 der Konsole 24 ist die Antenne 30 einer Satellitennavigationseinrichtung GNSS sowie ein Tragegriff 31 montiert. Bevorzugt werden an dieser Fläche allfällige weitere Zusatzeinrichtungen wie z.B. Digital-Foto-und / oder Videokameras montiert. Die Konsole 24 ist mit einer Schwalbenschwanzführung 32 an einer am Trägerfahrzeug montierten Halterung (nicht dargestellt) befestigt und entsprechend ausgerichtet. Die Fixierung in der Schwalbenschwanzführung 32 erfolgt mit den beiden Schrauben 33.

[0031] In der dargestellten Version ist die Konsole 24 als eine kombinierte Schweiß- und Schraubkonstruktion ausgeführt: ein aus Winkelprofilen verschweißter räumlicher Rahmen wird mit Blechplatten verkleidet, die unter Beilage von Dichtungen mit dem Rahmen verschraubt werden. Die sehr gut zugängliche Platte 34 kann nach Lösen der Schrauben abgenommen werden und ermöglicht den freien Zugang zum Konsoleninneren. In diesem ist mit entsprechend starren Halterungen ein Trägheitsmesssystem IMU sowie die Satellitennavigationseinrichtung GNSS montiert. Im Konsoleninneren ist ferner ein Bordrechner vorgesehen, der die von den beiden Scannern 1 und 20 gelieferten Signale zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verarbeitet. Alternativ kann sich der Bordrechner auch in einer Steuerungseinheit im Fahrgastraum oder Kofferraum oder auf der Ladefläche des Trägerfahrzeugs befinden.

[0032] Wie insbesondere in der Fig. 3 gezeigt ist, sind an den Seitenflächen der Konsole 24 eine Reihe von Steckern angeordnet. Diese Stecker dienen einerseits zur Verbindung der beiden Scanner mit den Elektronikeinheiten in der Konsole sowie zur Energieversorgung der Scanner, andererseits zur Verbindung der Konsole mit dem Trägerfahrzeug, insbes. zur Steuerung des Messvorganges, zum Auslesen der in den Speichern des Bordrechners abgelegten Daten sowie zur Energieversorgung der Konsole.

[0033] Der Bordrechner kann ferner Software enthalten, die einen automatisierten Betrieb des mobilen Messsystems ermöglicht. Bei entsprechender Ausrüstung der Konsole kann diese auch weitgehend autark betrieben werden. Im Allgemeinen werden zum Betrieb nur eine externe Energieversorgung und gegebenenfalls ein externer Datenspeicher erforderlich sein.

[0034] In der Fig. 4 ist ein Laserscanner 1 gezeigt und zwar von der Basisseite aus gesehen. Mit 35 ist der Flansch bezeichnet, mit welchem der Sockel 38 (Fig. 2) des Scanners 1 an der 4/12 österreichisches Patentamt AT509 649B1 2012-05-15 entsprechenden Montagefläche 22 bzw. 23 der Konsole 24 verschraubt ist. Zwischen dem Flansch und der Montagefläche ist eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen. Mit 36 und 37 sind Passbohrungen im Flansch 35 bezeichnet, die mit entsprechenden Passstiften an den Montageflächen korrespondieren und nach Anziehen der Befestigungsschrauben gewährleisten, dass der Scanner an der Konsole 24 stets eine exakt definierte Position einnimmt. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Version sind die Anschlussstecker des Scanners im Innenraum des Sockels 38 angeordnet. Die Kabelverbindungen werden vor der Montage des Scanners hergestellt, die Stecker und Kabel sind dann während des Betriebes gegen Umwelteinflüsse und mechanische Beschädigungen geschützt.

[0035] Alternativ zu dieser Lösung kann im Innenraum des Scanners ein Vielfachstecker angeordnet sein, der mit einem Gegenstecker in der Montagefläche der Konsole 24 korrespondiert und bei der Montage des Scanners in diesen einrastet.

[0036] Wird die Konsole 24 an der am Trägerfahrzeug angeordneten Halterung nicht mit einer Schwalbenschwanzführung ausgerichtet und befestigt, sondern in analoger Weise mit Passstiften od. dgl. so können auch in diesem Bereich ähnlich wie oben beschrieben die Stecker und Verbindungskabel geschützt angeordnet oder durch Vielfachstecker ersetzt werden.

[0037] An Hand der Figuren 5 und 6 werden im Folgenden zwei verschiedene Strategien zur Verknüpfung der Daten der verschiedenen Komponenten des Vermessungssystems erläutert. Die von den Scannern abgeleiteten Daten werden im Bordrechner 44 zu Datensätzen verknüpft und sind den einzelnen Punkten der Bahnkurve (Trajektorie) des Trägerfahrzeuges bzw. der Konsole 24 zugeordnet.

[0038] Gemäß der Fig. 5 werden die Signale der beiden Scanner 1 und 20 im Bordrechner 44 zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verknüpft, die sich auf ein auf die Konsole bezogenes Koordinatensystem beziehen. Auf der anderen Seite wird aus den Signalen der Satellitennavigationseinheit GNSS und der Trägheitsmesseinrichtung IMU mit dem Rechner 43 eine Trajektorie berechnet, die zu jedem Punkt derselben die Ausrichtung der Konsole bzw. des Trägerfahrzeugs in einem Weltkoordinatensystem angibt. Die vom Rechner 43 ermittelte Trajektorie wird mit den vom Bordrechner 44 berechneten Datensätzen in einem zusätzlichen Rechner 45 zu einer Gesamtpunktwolke verknüpft. Der Rechner 45 kann extern angeordnet sein, die entsprechenden Berechnungen können auch offline durchgeführt werden. Alternativ können der Bordrechner 44 und der zusätzliche Rechner 45 auch zusammenfallen und die entsprechenden Aufgaben von diesem gemeinsamen Rechner parallel oder sequenziell abgearbeitet werden.

[0039] Gemäß Fig. 6 kann die weitere Datenverarbeitung vereinfacht werden, wenn die Datensätze vom Bordrechner 44 in einem Koordinatensystem dargestellt werden, dessen Achsen von der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 vorgegeben werden und die parallel zu den Achsen des Weltkoordinatensystems verlaufen. Im Allgemeinen werden diese Datensätze in einem Speicher des Rechners 44 bzw. einem entsprechenden externen Speicher abgelegt.

[0040] Zu jedem Datensatz werden in einem Speicher des Rechners 43 die zugehörigen, von der GNSS-Einrichtung 42, gelieferten Positionsdaten gespeichert. Diese beschreiben in ihrer Gesamtheit eine Bahnkurve (Trajektorie) des Messsystems bzw. des Trägerfahrzeuges im Weltkoordinatensystem. Durch Verknüpfung der Messdatensätze mit den zugehörigen Punkten der Trajektorie wird eine Gesamtpunktwolke im Weltkoordinatensystem berechnet. Eine solche Gesamtpunktwolke kann sich z.B. auf einen ganzen Stadtteil beziehen. Grundsätzlich kann auch diese Berechnung durch den Bordrechner 44 der Konsole 24 online erfolgen. Im Hinblick auf die großen Datenmengen und dem erheblichen Rechenaufwand werden diese Berechnungen bevorzugt in einem externen Rechner 45 offline durchgeführt.

[0041] Das Messsystem gemäß der Fig. 6 verfügt über einen weiteren Rechner 46, der aus den von dem Navigationssystem GNSS 42 und / oder der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 gelieferten Signalen die Momentangeschwindigkeit der Konsole 24 bzw. des Trägerfahrzeugs ermittelt. Um auch in Tunnels oder engen Straßenschluchten, in welchem keine Satellitensignale verfügbar sind, die Fahrgeschwindigkeit mit entsprechender Genauigkeit ermitteln zu können, 5/12

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT509 649B1 2012-05-15 kann es vorteilhaft sein, zusätzlich von einem Radsensor 48 des Trägerfahrzeugs Geschwindigkeitssignale abzuleiten und dem Rechner 46 zuzuführen. Alternativ können dies Daten des Radsensors 48 auch dem Rechner 43 zugeführt werden. [0042] Die mobile Vermessung erfolgt im normalen Verkehrsfluss. Die Abtastrate ist der Maximalgeschwindigkeit von beispielsweise 50 km / h angepasst. Muss verkehrsbedingt oder im Hinblick auf Geschwindigkeitsbeschränkungen die Fahrgeschwindigkeit reduziert werden oder muss das Trägerfahrzeug etwa vor einer Ampel oder einem Bahnschranken überhaupt anhal-ten, so werden weiter große Datenmengen anfallen, die das System belasten, aber keine zusätzlichen Informationen liefern. Um dies zu vermeiden wird bei reduzierter Fahrgeschwindigkeit bzw. bei Stillstand des Trägerfahrzeuges den Scannern 1 und 20 vom Rechner 46 ein Befehl zur Reduktion der Abtastrate bzw. zur Unterbrechung der Messung zugeführt. [0043] Eine Beschränkung der Abtastrate kann auch in bestimmten Winkelbereichen der Abtastung durch die 360° Scanner zweckmäßig sein. So kann in den Bereichen, in welchem der Boden oder auch der Himmel abgetastet wird, die Abtastrate ohne Informationsverlust deutlich reduziert werden. [0044] Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. So können an Stelle der in der Zeichnung gezeigten Scanner beliebige andere 360° 2D Scanner eingesetzt werden. Die Konsole kann eine andere geometrische Konfiguration aufweisen und in unterschiedlichen Technologien hergestellt werden. Die Scanner müssen auch nicht so angeordnet sein, dass sich ihre Rotationsachsen schneiden. Sie können vielmehr so auf der Konsole angeordnet sein, dass die Rotationsachsen der Scanner windschief verlaufen. In diesem Fall werden die Winkel α und ß durch Parallele zu den Rotationsachsen definiert. Patentansprüche 1. Opto-elektronisches Vermessungssystem insbes. für das sogen, mobile Laser-Scanning mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird, weiters mit jeweils einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermittelt und aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Ablenkwinkeln der Scan-Einrichtung Punktwolken des Zielgebietes berechnet, wobei die Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen Konsole befestigt sind, die als prismatischer oder pyramiden- bzw. pyramidenstumpfartiger Hohlkörper ausgebildet ist und an mindestens einer Fläche der Konsole Anschlussstücke zur Befestigung an einem Trägerfahrzeug bzw. an einer auf dieser befestigten Halterung vorgesehen sind, wobei Positions- und Lage-Sensoren einer Navigationseinrichtung voll in das Vermessungssystem integriert sind und vorzugsweise an einer weiteren Fläche der Konsole Anschlussstücke zur Befestigung von Zusatzeinrichtungen wie Digital- und / oder Videokameras, Antennen etc. angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass im, durch Deckel (34) zugänglichen, Inneren der Konsole (24) Anschlussstücke zur Befestigung und Ausrichtung der Navigationseinrichtungen, wie das Trägheitsmesssystem (IMU) (41), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) (42) und Rechner (43, 44) zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten vorgesehen sind und dass im Inneren der Konsole ferner eine programmierbare elektronische Steuerung samt allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten vorgesehen ist, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers, so dass das Vermessungssystem weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist. 6/12 österreichisches Patentamt AT509 649 B1 2012-05-15
2. 2. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Laserscannern (1,20) und vorzugsweise auch an den Zusatz-Aggregaten Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Datenleitungen vorgesehen sind, die bei montierten Scannern (1, 20) bzw. eventuellen Zusatzaggregaten (30) direkt in die entsprechenden Gegenstecker an den Montageflächen (22,23 und 29) der Konsole (24) einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.
3. 3. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Konsole (24) Vielfachstecker für die Stromversorgung und für Datenleitungen vorgesehen sind, die bei auf einem Trägerfahrzeug od. dgl. montierter Konsole (24) direkt in die entsprechenden Gegenstecker an der Montagefläche des Trägerfahrzeuges einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.
4. 4. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scan-Einrichtungen rotierende Ablenkspiegel (10) umfassen, wobei deren Antriebe synchronisiert sind und die Ablenkspiegel (10) gegebenenfalls auch in einer definierten Phasenbeziehung rotieren.
5. 5. Verfahren zum sogen.mobilen Laser-Scanning mit einem opto-elektronischen Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen optoelektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, mit einer Sendeeinrichtung, die Laser-Impulse aussendet und einer Empfangseinrichtung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektierte Laserstrahlung empfängt, wobei die optischen Achsen der Sende- und der Empfangseinrichtung von jeweils einer Scan-Einrichtung abgelenkt werden und aus der Laufzeit der Echosignale in einer Auswerteeinrichtung Objektentfernungen ermittelt und aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Ablenkwinkeln der Scan-Einrichtung sowie aus den Daten von vollintegrierten Positions- und Lage-Sensoren (INS), Punktwolken des Zielgebietes berechnet werden, wobei die Laserscanner auf einer gemeinsamen Konsole befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von den Laserscannern (1,20) gelieferten Daten in einem, im Inneren der Konsole angeordnetem Rechner (44) eine Punktwolke des Zielgebietes in einem Konsolenbezogenen Koordinatensystem berechnet wird und dass aus den Daten des Trägheitsmesssystems IMU (41) und der Satellitennavigationseinrichtung GNSS (42) in an sich bekannter Weise eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die bei einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole (24) jeweils eingenommenen Positionen und Lagen in einem Weltkoordinatensystem beschreibt, wobei aus dem Konsolebezogenen Datensatz der Punktwolke und aus dem der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird, wobei diese Verknüpfung der beiden Datensätze bevorzugt offline erfolgt.
6. 6. Verfahren zum sogen, mobilen Laser-Scanning mit einem opto-elektronischen Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannern, die jeweils einen optoelektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, mit einer Sendeeinrichtung, die Laser-Impulse aussendet und einer Empfangseinrichtung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektierte Laserstrahlung empfängt, wobei die optischen Achsen der Sende- und der Empfangseinrichtung von jeweils einer Scan-Einrichtung abgelenkt werden und aus der Laufzeit der Echosignale in einer Auswerteeinrichtung Objektentfernungen ermittelt und aus den gemessenen Entfernungswerten und den zugehörigen Ablenkwinkeln der Scan-Einrichtung, sowie den Daten von vollintegrierten Positions- und Lage-Sensoren (INS) Punktwolken des Zielgebietes berechnet werden, wobei die Laserscanner auf einer gemeinsamen Konsole befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von den Laserscannern (1,20) und dem Trägheitsmesssystem IMU (41) gelieferten Daten in einem Rechner (44) eine Punktwolke des Zielgebietes in einem IMU-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und dass aus den Daten der Satellitennavigationseinrichtung GNSS (42) eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die bei einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole (24) jeweils eingenommenen Positionen in einem Weltkoordinatensystem beschreibt, wobei aus dem IMU-bezogenen Daten- 7/12 österreichisches Patentamt AT 509 649 B1 2012-05-15 satz der Punktwolke und aus dem der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird und diese Verknüpfung der beiden Datensätze bevorzugt offline erfolgt.
7. 7. Verfahren zum sogen, mobilen Laser-Scanning nach einem der Patentansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Satellitennavigationssystems GNSS (42) und bzw. oder des Trägheitsmesssystems IMU (41) die Fahrgeschwindigkeit des Trägerfahrzeuges in an sich bekannter Weise bestimmt und in Abhängigkeit von dieser die mittlere Pulsrate des Laser-Entfernungsmessers und bzw. oder die Ablenkgeschwindigkeit der Scan-Einrichtung (10) verändert wird so dass das Vermessungssystem autark und vollautomatisiert einsetzbar ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 8/12