DE10159998C1 - Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Messpunktes - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines MesspunktesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten elektrooptischen Bestimmung der Koordinaten eines Messpunktes (M¶1¶), indem zunächst mehrere Referenzpunkte (P¶1¶, P¶2¶, P¶3¶, P¶4¶) mit einem bekannten Abstand (a¶1¶) zu dem Messpunkt (M¶1¶) bestimmt werden. Um insbesondere auch die Bestimmung der Koordinaten eines verdeckten Messpunktes (M¶1¶), bei dem die Bestimmung eines vertikal über dem Messpunkt (M¶1¶) positionierten Referenzpunktes (P¶1¶, P¶2¶, P¶3¶, P¶4¶) ausgeschlossen ist, wesentlich zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, den Messpunkt (M¶1¶) als Schnittpunkt der durch die einzelnen Referenzpunkte (P¶1¶, P¶2¶, P¶3¶, P¶4¶) und ihrem jeweiligen Abstand (a¶1¶) zu dem Messpunkt (M¶1¶) definierten fiktiven Kugelflächen zu bestimmen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten, insbesondere elektrooptischen Bestim
mung der Koordinaten eines Messpunktes, bei dem die Positionen von zumindest drei ver
schiedenen zu dem Messpunkt beabstandeten Referenzpunkten gemessen und aus dem
Abstand der Referenzpunkte die Koordinaten des Messpunktes ermittelt werden.
Ein solches Verfahren wird in der Vermessungstechnik zur Bestimmung von (unbekannten)
Messpunkten eingesetzt. Hierzu werden zunächst die Koordinaten des Instrumentenstand
punktes durch Messung von Schrägdistanz, Horizontal- und Vertikalwinkel zu mehreren (be
kannten) Festpunkten und anschließender darauf basierender Berechnung der Koordinaten
unterschiede bestimmt. Auf den zu bestimmenden Messpunkt wird die untere Spitze eines
mit einem Prisma ausgestatteten Prismenstabes vertikal aufgesetzt und die Schrägdistanz,
der Horizontal- und der Vertikalwinkel (Zenitdistanz) gemessen. Aus dieser Polaraufnahme
werden wiederum Koordinatenunterschiede berechnet, die an die vorher ermittelten Stand
punktkoordinaten des elektrooptischen Tachymeters angehängt werden. Der Abstand des an
dem Prismenstab angeordneten Prismas von dem Messpunkt wird hierzu an einer Skala
unmittelbar abgelesen und fließt rechnerisch in die Neupunktkoordinaten ein.
In der Praxis kann durch die örtlichen Gegebenheiten oftmals eine vertikale Ausrichtung des
Prismenstabes nicht realisiert werden. Beispielsweise kann der Prismenstab zur Bestim
mung eines im Inneren von Leitungen oder Kanälen angeordneten Messpunktes nur in einer
unerwünschten Schrägstellung nach außen geführt werden und so zur elektrooptischen
Messung anvisiert werden. Ebenso können Hindernisse, beispielsweise Gebäudeecken oder
Bäume, in der optischen Achse zwischen Meßgerät und Prisma eine vertikale Ausrichtung
ausschließen.
Zur Bestimmung dieser sogenannten verdeckten Messpunkte, also solcher Punkte, die eine
vertikale Ausrichtung des Messstabes nicht gestatten, wird ein mit zwei Prismen ausgestatte
ter Kanalstab eingesetzt. Durch die beiden Prismen werden daher zwei Referenzpunkte be
stimmt. Aus dem bekannten Abstand der Prismen kann dann rechnerisch auf die Orientie
rung des Prismenstabes geschlossen werden, so daß bei bekannter Prismenstablänge auch
die Koordinaten des Messpunktes durch Extrapolieren bestimmt werden können.
Als hinderlich erweist es sich bei der Anwendung eines solchen Kanalstabes jedoch, daß
dieser je nach Neigungswinkel und Länge einer unterschiedlichen Biegung unterliegt, wo
durch die rechnerisch ermittelten Koordinaten von den tatsächlichen Koordinaten des Mess
punktes erheblich abweichen. Die hierbei auftretenden Abweichungen führen in der Praxis
insbesondere bei der Vermessung von Versorgungsleitungen zu Problemen. Weiterhin darf
der Kanalstab während der Messung der beiden Referenzpunkte nicht bewegt werden, so
daß zumeist die Hilfe einer weiteren Person erforderlich wird. Die Durchführung des Mess
verfahrens wird dadurch umständlich und zeitaufwendig. Zudem muß der Kanalstab zusätz
lich mitgeführt werden. Weiterhin können selbst durch den Einsatz des Kanalstabes solche
Messpunkte nicht erreicht werden, bei denen der Kanalstab nicht in den von dem Bezugs
punkt sichtbaren Bereich hineinreicht, weil der Messpunkt beispielsweise im Bereich einer
Hinterschneidung liegt und damit der Kanalstab um mehrere Ecken geführt werden müßte.
Hierbei behilft man sich in der Praxis damit, daß ein leicht zugänglicher Hilfspunkt vermes
sen und dessen Abstand von dem Messpunkt anschließend gemessen wird. Durch diese
Messkette sind jedoch Fehlereinflüsse unvermeidlich. Zudem wird der Aufwand zur Bestim
mung des Messpunktes dadurch weiter erhöht.
Die DE 197 21 903 C1 beschreibt bereits ein Verfahren zur indirekten, insbesondere elektro
optischen Bestimmung der Koordinaten eines Meßpunktes, bei dem die Positionen von drei
verschiedenen zu dem Meßpunkt beabstandeten Referenzpunkten gemessen und daraus
die Koordinaten des Meßpunktes ermittelt werden. Dabei wird ein Meßpunkt mit einer Tast
spitze mechanisch angetastet, die mit mehreren Kameras starr verbunden ist. Die Kameras
sind von dem Meßpunkt abgewandt auf eine die Referenzpunkte aufweisende Targetfläche
gerichtet, die das invariante Referenzsystem bildet. Bereits eine einzige Kamera ermöglicht
so die Bestimmung der Position in einer Ebene aufgrund des von der Kamera fokussierten
Referenzpunktes. Um jedoch auch die dritte Koordinate zu bestimmen, ist zumindest eine
weitere Kamera vorgesehen, deren optische Achse zu der ersten Kamera geneigt ist. Diese
fokussiert einen weiteren Referenzpunkt, wobei aus dem Abstand der Referenzpunkte zu
einander auf die noch fehlende dritte Raumkoordinate des Meßpunktes geschlossen werden
kann. Die Tasterspitze dabei kann auch abgewinkelt sein. Als weitere Meßgröße muß der
Abstand ermittelt werden, um eine Koordinatenbestimmung des Meßpunktes durchführen zu
können
Die DE 199 22 341 A1 offenbart ein Verfahren zur indirekten, insbesondere elektrooptischen
Bestimmung der Koordinaten eines Meßpunktes, bei dem die Positionen von verschiedenen
zu dem Meßpunkt beabstandeten Referenzpunkten gemessen und daraus die Koordinaten
des Meßpunktes ermittelt werden. Hierzu werden die Koordinaten der Referenzpunkte mit
einer Streckenmeßeinrichtung bestimmt und die so bestimmten Referenzpunkte gemeinsam
mit dem Meßpunkt als Zielbild fixiert. Mittels einer nachfolgenden Bildbearbeitung ist es da
bei möglich, von dem bekannten Referenzpunkt den Abstand zu dem Meßpunkt in dem Ziel
bild zu ermitteln und so die Koordinaten des Meßpunktes zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Koordinaten
insbesondere verdeckter Messpunkte wesentlich einfacher zu bestimmen. Insbesondere soll
hierzu der Einsatz eines Kanalstabes entbehrlich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbil
dungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Messpunkt als Schnitt
punkt der jeweils durch den Referenzpunkt und seinen ausgewählten Abstand zu dem
Messpunkt definierten fiktiven Kugelfläche bestimmt wird. Die Erfindung geht dabei von der
Überlegung aus, daß jeder der gemessenen Referenzpunkte den Mittelpunkt einer gedach
ten Kugelschale bildet, deren Radius durch den Abstand des Referenzpunktes von dem
Messpunkt definiert ist, so daß der Messpunkt zugleich einen Punkt der Oberfläche dieser
Kugelschale bildet. Durch drei verschiedene, insbesondere nicht in einer Linie angeordnete
Referenzpunkte werden somit drei Kugelschalen definiert, die sich in lediglich zwei Punkten
schneiden. Durch eine Plausibilitätsüberlegung kann dann problemlos derjenige Punkt be
stimmt werden, welcher den gewünschten Messpunkt bildet. Hierdurch können in einfacher
Weise durch die Messung von drei beliebigen Referenzpunkten mit einem bekannten oder
zu bestimmenden Abstand von dem Messpunkt die Koordinaten des Messpunktes errechnet
werden, ohne daß hierzu der Referenzpunkt in einer bestimmten, insbesondere lotrechten
Position zu dem Messpunkt liegen muß. In einfacher Weise kann daher auch ein verdeckter
Messpunkt durch drei beliebige Referenzpunkte und eine jeweilige Abstandsmessung be
stimmt werden. Dabei kann das Verfahren insbesondere unter zuhilfenahme einer an sich
bekannten automatischen Zielverfolgung auch im Ein-Mann-Betrieb ohne hinzuziehen von
Messgehilfen durchgeführt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch
erreicht, daß zusätzlich zu den Referenzpunkten ein weiterer Referenzpunkt und sein Ab
stand von dem Messpunkt bestimmt wird. Durch die Bestimmung der Position von vier oder
mehr Referenzpunkten und dem jeweils zugehörigen Abstand von dem Messpunkt wird eine
eindeutige Bestimmung des Messpunktes aus einem einzigen verbleibenden Schnittpunkt
möglich, so daß eine Plausibilitätsprüfung entfallen kann. Zugleich können bei mehr als drei
Messpunkten mögliche Fehlereinflüsse erfaßt und entsprechende Korrekturrechnungen
durchgeführt oder auch die Positionsmessung wiederholt werden.
Eine besonders einfache Weiterbildung der Erfindung wird auch dann erreicht, wenn der
jeweilige Abstand der Referenzpunkte von dem Messpunkt übereinstimmend ausgewählt
wird. Hierdurch wird die Bestimmung des Schnittpunktes der gedachten Kugelflächen um
den jeweiligen Referenzpunkt erleichtert, so daß der Zeitaufwand für die Durchführung des
Verfahrens verringert werden kann. Dabei entfällt insbesondere die zusätzliche Bestimmung
des Abstandes, indem dieser entsprechend der jeweiligen Einsatzbedingungen für alle Refe
renzpunkte einheitlich festgelegt wird.
Hierzu ist es besonders praxisnah, wenn zur elektrooptischen Bestimmung der Positionen
der Referenzpunkte ein an einem Prismenstab fixiertes Prisma eingesetzt wird. Hierdurch
können die zur Positionsbestimmung in der Praxis bereits gebräuchlichen mit einem
Prisma ausgestatteten Prismenstäbe eingesetzt werden, die einerseits konventionell in lot
rechter Ausrichtung zur Messpunktbestimmung durch lediglich einen einzigen gemessenen
Referenzpunkt, andererseits in unterschiedlich geneigten Positionen gegenüber dem Mess
punkt zur Bestimmung von drei oder mehr Referenzpunkten geeignet sind. Der Abstand des
jeweiligen Referenzpunktes von dem Messpunkt wird dabei an dem Prismenstab eingestellt.
Eine andere besonders zweckmäßige Abwandlung wird auch dadurch erreicht, daß der
Prismenstab verformbar ist und zur Durchführung der Messpunktbestimmung in der einge
stellten Form festgelegt wird. Hierdurch können insbesondere auch mehrfach verdeckte
Messpunkte, die beispielsweise im Inneren von Kanalschächten eine mehrfache Umlenkung
des Prismenstabes erforderlich machen, problemlos gemessen werden, ohne daß hierzu
zusätzliche und dadurch zumeist zu Fehlereinflüssen führende Hilfspunkte bestimmt werden
müssen. Der Prismenstab wird hierzu in die gewünschte Form gebracht, so daß das Pris
menstabende an dem Messpunkt anliegt und das Prisma von einem Bezugspunkt ungehin
dert sichtbar ist. Die so eingestellte Form wird festgelegt und nach der Messung der Abstand
zwischen dem Prisma und dem Prismenstabende als fiktive Verbindungslinie gemessen.
Hierzu eignet sich eine weitere Abwandlung besonders gut, bei der zur Formgebung zumin
dest ein Abschnitt des Prismenstabes abgewinkelt und in der abgewinkelten Position vor
übergehend fixiert wird. Der Prismenstab ist hierzu mit zumindest einem festlegbaren Gelenk
ausgestattet. Der Prismenstab kann dadurch universell eingesetzt werden und ermöglicht
eine einfache Handhabung. In seiner gestreckten Position kann der Prismenstab zudem
auch zur konventionellen lotrechten Bestimmung des Messpunktes eingesetzt werden, so
daß kein zusätzlicher Prismenstab erforderlich ist.
Eine andere besonders erfolgversprechende Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfah
rens wird auch dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen dem Messpunkt und dem jewei
ligen Referenzpunkt durch ein elektrooptisches Messsystem bestimmt wird. Hierdurch kön
nen die Referenzpunkte beliebig und entsprechend der örtlichen Gegebenheiten ausgewählt
und die jeweilige Position bestimmt werden. Dabei kann der Abstand des Messpunktes von
dem Referenzpunkt durch das elektrooptische Messsystem unmittelbar bestimmt werden,
wodurch mögliche Fehlereinflüsse minimiert werden. Als Referenzpunkte können daher bei
spielsweise bereits bekannte Positionen genutzt werden.
Hierbei ist es besonders günstig, wenn der Abstand zwischen dem Messpunkt und dem je
weiligen Referenzpunkt mit einem reflektorlosen Entfernungsmesser bestimmt wird, so daß
auch solche Messpunkte bestimmt werden können, die nur eingeschränkt oder überhaupt
nicht zugänglich sind.
Hierzu eignet sich eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der
Referenzpunkt mittels einer satellitengestützten Positionsbestimmung ermittelt wird. Hier
durch kann die Bestimmung der Koordinaten des Messpunktes weiter vereinfacht werden,
indem zunächst die Position der Referenzpunkte durch ein GPS-System ermittelt und der
Messpunkt aus den Abständen durch die Schnittpunktberechnung bestimmt wird. Auf diese
Weise können auch Messpunkte bestimmt werden, die aufgrund möglicher Abschattungen
durch das GPS-Verfahren nicht direkt gemessen werden können.
Dabei erweist sich die Durchführung des Verfahrens als besonders einfach, wenn mittels
einer Steuereinheit eine aufeinanderfolgende Messung von zumindest drei Referenzpunkten
bei unverändertem Standpunkt erfaßt und daraus unter Einbeziehung eines jeweils bekann
ten oder zu bestimmenden Abstandes eine Schnittpunktberechnung durchgeführt wird. Hier
durch können die erforderlichen Berechnungen unmittelbar vor Ort durch die Steuereinheit
durchgeführt und dabei mögliche Meßfehler erkannt werden. Das Verfahren läßt sich daher %.
mühelos ohne spezielle Kenntnisse des Messprinzipes durchführen.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres
Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt jeweils in einer Prinzipskizze in
Fig. 1 eine Messpunktbestimmung mittels eines Prismenstabes durch vier Referenzpunkte;
Fig. 2 einen abwinkelbaren Prismenstab.
Fig. 1 zeigt einen Prismenstab 1 mit einem an seinem oberen Endabschnitt 2 angeordneten
Prisma 3. Mit seinem dem Prisma 3 abgewandten Prismenstabende 4 liegt der Prismenstab
1 auf einem zunächst unbekannten Messpunkt M1 auf dessen Koordinaten durch das erfin
dungsgemäße Verfahren zu bestimmen sind. Hierzu wird der Prismenstab 1 zusätzlich zu
der dargestellten Position nacheinander in drei weitere, abweichende, lediglich gestrichelt
dargestellte Positionen gebracht und die jeweils zugeordneten Referenzpunkte P1, P2, P3
und P4 elektrooptisch gemessen. Der Messpunkt M1 bildet dadurch zugleich einen Oberflä
chenpunkt einer jeweiligen fiktiven Kugelhülle, die durch den jeweiligen Referenzpunkt P1,
P2, P3 und P4 und dem übereinstimmenden, durch den Prismenstab 1 festgelegten Abstand
a1 eindeutig beschrieben ist. Der einzige Schnittpunkt aller durch die gemessenen Referenz
punkte P1, P2, P3 und P4 definierten fiktiven Kugelhüllen ist damit zugleich der gesuchte
Messpunkt M1, dessen Koordinaten daher problemlos rechnerisch ermittelt werden können.
Der Prismenstab 1 muß daher nicht wie bei konventionellen Messverfahren lotrecht über dem
Messpunkt M1 ausgerichtet sein, sondern kann in einer beliebigen Neigung zu dem Mess
punkt M1 positioniert sein, so daß nicht nur bei örtlichen ungünstigen Gegebenheiten, die
unter Umständen eine lotrechte Position nicht gestatten, eine einfache Durchführung des
Messverfahrens realisierbar wird, sondern zudem der Aufwand für die exakte lotrechte Posi
tionierung des Prismenstabes 1 entfällt.
Anhand der Fig. 2 wird ein solcher vorteilhafter Einsatz für ungünstige örtliche Gegeben
heiten veranschaulicht. Dabei befindet sich der zu bestimmende Messpunkt M2 im Inneren
eines Kanals 5 an dessen Oberkante, so daß der Einsatz des in Fig. 1 gezeigten, geraden
Prismenstabes 1 ebenso wie der Einsatz eines nach dem Stand der Technik bekannten mit
zwei Prismen ausgestatteten Kanalstabes ausgeschlossen ist. Um dennoch eine Mess
punktbestimmung ohne Hilfsmessungen durchführen zu können, wird ein mit einem Gelenk 6
ausgestatteter Prismenstab 7 eingesetzt, dessen abgewinkelter Abschnitt 8 mit seinem
Prismenstabende 9 gegen den Messpunkt M2 anliegt. Ein an einem oberen Endabschnitt 10
angeordnetes Prisma 11, welches aus einem Schacht 12 herausragt, kann daher problemlos
elektrooptisch vermessen werden. Die Kenntnis der Winkelstellung des abgewinkelten Ab
schnittes 8 ist dabei nicht erforderlich. Der zur Messpunktbestimmung erforderliche Abstand
a2 zwischen einem Referenzpunkt P5 und dem Messpunkt M2 wird in einfacher Weise als fik
tive Verbindungslinie gemessen. Die Durchführung des Verfahrens wird dadurch wesentlich
vereinfacht. Zudem kann das Messverfahren universell bei unterschiedlichen Einsatzbedin
gungen eingesetzt werden, ohne daß zusätzliche Hilfsmittel oder Hilfsmessungen erforder
lich sind.
Claims (10)
1. Verfahren zur indirekten, insbesondere elektrooptischen Bestimmung der Koordinaten
eines Messpunktes (M1, M2), bei dem die Positionen von zumindest drei verschiedenen zu
dem Messpunkt (M1, M2) beabstandeten Referenzpunkten (P1, P2, P3, P4, P5) gemessen und
aus dem Abstand (a1, a2) der Referenzpunkte (P1, P2, P3, P4, P5) die Koordinaten des Mess
punktes (M1, M2) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Messpunkt (M1, M2) als
Schnittpunkt der jeweils durch den Referenzpunkt (P1, P2, P3, P4, P5) und seinen ausgewähl
ten Abstand (a1, a2) zu dem Messpunkt (M1, M2) definierten fiktiven Kugelfläche bestimmt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Referenz
punkten (P1, P2, P3) ein weiterer Referenzpunkt (P4) und sein Abstand (a1) von dem Mess
punkt (M1, M2) bestimmt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige
Abstand (a1) der Referenzpunkte (P1, P2, P3, P4) von dem Messpunkt (M1) übereinstimmend
ausgewählt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß zur elektrooptischen Bestimmung der Positionen der Referenzpunkte (P1, P2, P3, P4,
P5) ein an einem Prismenstab (1, 7) fixiertes Prisma (3, 11) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prismenstab (7) verformbar
ist und zur Durchführung der Messpunktbestimmung in der eingestellten Form festgelegt
wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Formgebung
zumindest ein Abschnitt (8) des Prismenstabes (7) abgewinkelt und in der abgewinkelten
Position vorübergehend fixiert wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Abstand (a1, a2) zwischen dem Messpunkt (M1, M2) und dem jeweiligen Refe
renzpunkt (P1, P2, P3, P4, P5) durch ein elektrooptisches Messsystem bestimmt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Abstand (a1, a2) zwischen dem Messpunkt (M1, M2) und dem jeweiligen Refe
renzpunkt (P1, P2, P3, P4, P5) mit einem reflektorlosen Entfernungsmesser bestimmt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Referenzpunkt (P1, P2, P3, P4, P5) mittels einer satellitengestützten Positionsbe
stimmung (GPS) ermittelt wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels einer Steuereinheit eine aufeinanderfolgende Messung von zumindest
drei Referenzpunkten (P1, P2, P3, P4, P5) bei unverändertem Standpunkt erfaßt und daraus
unter Einbeziehung eines jeweils bekannten oder zu bestimmenden Abstandes (a1, a2) eine
Schnittpunktberechnung durchgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001159998 DE10159998C1 (de) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Messpunktes |
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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ID=7708289
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CN110017824A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-07-16 | 安徽送变电工程有限公司 | 一种便携式辅助测量隐蔽点平面坐标的装置及其测量方法 |
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-
2001
- 2001-12-06 DE DE2001159998 patent/DE10159998C1/de not_active Expired - Fee Related
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