DE102005024525B4

DE102005024525B4 - Verfahren zur Vermessung sowie Verfahren zur Korrektur eines Messwerts

Info

Publication number: DE102005024525B4
Application number: DE102005024525.0A
Authority: DE
Inventors: Masamitsu Endo
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: JP2006046920A; JP4424665B2; CN1727845A; US20060021236A1; CN1727845B; DE102005024525A1; US7200945B2

Abstract

Verfahren zur Vermessung durch ein Vermessungsinstrument (10) mit den Schritten:Durchführen von mindestens entweder einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessungdurch eine Messeinrichtung;Erfassen eines unter einer vertikalen Welle (28) eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs,der als photographisches Objekt vorliegt, durch eine Bilderfassungseinrichtung (38);Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes auf einem Bildschirmdurch eine Anzeigeeinrichtung (20);Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts (S) in Bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers (0) in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in Form des von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes angezeigte Vermessungspunkt (S) als echter Zentrierpunkt festgelegt ist durch eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung;Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte (0) einer axialen Mitte der vertikalen Welle (28), wobei die Mittenabweichung durch eine Neigung der vertikalen Welle (28) des Instrumentenkörpers verursacht ist durch eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung; undKorrigieren eines auf der Instrumentenmitte (0) basierenden Messwertes der Messeinrichtung auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses durch eine Korrektureinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung durch ein Vermessungsinstrument und Verfahren zur Korrektur eines Messwerts eines Vermessu ngsinstru ments.
Eine Vermessung unter Verwendung eines Vermessungsinstruments, wie beispielsweise einer Totalstation oder eines Digitaltheodoliten, wird üblicherweise wie folgt durchgeführt. Zunächst wird ein Vermessungsinstrument in der Nähe eines Vermessungspunkts (Referenzpunkts) platziert, so dass der Hauptkörper des Vermessungsinstruments im Wesentlichen direkt über dem Vermessungspunkt vor der Vermessung positioniert werden kann. Danach wird unter Verwendung einer kreisförmigen oder seitlichen Libelle eine Nivellierung, mittels derer das Vermessungsinstrument horizontal eingestellt wird, und dann eine Zentrierung zur Einstellung eines Zentrierpunkts durchgeführt, so dass die Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments direkt über dem Vermessungspunkt angeordnet werden kann, während der Vermessungspunkt unter Verwendung eines optischen Lots oder einer Laserlot-vorrichtung beobachtet wird. Um diese Zentrierung durchzuführen, ist es erforderlich, dass das Vermessungsinstrument während der Nivellierung recht genau horizontal eingestellt werden kann. Nach der horizontalen Einstellung des Vermessungsinstruments wird jedoch die Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments mit dem Vermessungspunkt in Deckung gebracht, und daher tritt bei Bewegung der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments der Fall ein, dass die Nivellierung des Vermessungsinstruments in Reaktion auf diese Bewegung fehlerhaft wird, so dass die Nivellierung und die Zentrierung wiederholt durchgeführt werden müssen. Darüber hinaus muss eine Bedienperson bei jeder Zentrierung den Vermessungspunkt unter Beobachtung halten, während sie durch das optische Lot blickt.
Daher wurde ein Vermessungsinstrument vorgeschlagen, bei dem eine Zentrierung zum In-Deckung-bringen der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments mit einem Vermessungspunkt vereinfacht ist, und selbst wenn zwischen dessen Instrumentenmitte und dem Vermessungspunkt eine Abweichung vorliegt, wird ein Meßwert entsprechend dieser Abweichung korrigiert (siehe die veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. 2000-28362 (Seiten 4-6, 1 bis 3)).
Im einzelnen wird, wie in 10 bis 12 gezeigt, ein Instrumentenhöhenmeßziel 2100 an einem als Vermessungspunkt verwendeten Ziel 2000 installiert, und das Ziel 2100 wird von einer ersten CCD 1160 und einer zweiten CCD 1170 durch ein Reflexionsprisma 1300, eine Objektivlinse 1140, einen ersten Strahlenteiler 1130 und einen zweiten Strahlenteiler 1150 erfaßt. Anschließend wird eine Verschiebung (d.h. Mittenabweichungsbetrag) x in der Richtung X von dem Referenzpunkt aus als ein durch Ermöglichen des Erfassens durch die erste CCD 1160 gebildetes Bild auf dem auf einem Retikel 1120 gebildeten Instrumentenhöhenmeßzielbild und auf einem Bild des Referenzpunkts, das die Mitte des Instrumentenhöhenmeßzielbilds anzeigt, in Überlagerung angezeigt, und eine Verschiebung (d.h. Mittenabweichungsbetrag) y in der Richtung Y von dem Referenzpunkt aus wird in Überlagerung als ein Bild, das durch Ermöglichen des Erfassens durch die zweite CCD 1170 gebildet ist, darauf angezeigt. Dann werden die Verschiebungen x und y auf der Grundlage der Entfernung zwischen einem vorbestimmten Nullpunkt der X- oder Y-Achse und der Position eines Mittelpunkts nur eines Kreuzungspunkts, dessen Abstand sich von denjenigen der Kreuzungspunkte unterscheidet, die die X- oder Y-Achse jedes kreisförmigen Bildes unter den konzentrischen Kreisen des Instrumentenhöhenmeßzielbildes kreuzen, berechnet. Anschließend werden die durch Entfernungsmessung und Winkelmessung erhaltenen Meßwerte um die Verschiebungen x und y einer Lotposition korrigiert, wodurch die Durchführung einer genauen Vermessung ermöglicht wird, indem lediglich eine grobe Positionseinstellung als Zentrierung durchgeführt wird.
Das herkömmliche Instrument verwendet eine Konstruktion, bei der die durch Entfernungsmessung und Winkelmessung erhaltenen Meßwerte auf der Basis von Verschiebungen x und y einer Lotposition korrigiert werden, und daher läßt sich selbst bei vereinfachter Zentrierung ein genaues Vermessungsergebnis erzielen. Das bestimmte Ziel 2100 muß jedoch auf dem Vermessungspunkt installiert sein, um die Verschiebungen x und y der Lotposition zu berechnen, und falls also die Zentrierung durch die Verwendung anderer Ziele vereinfacht wird, kann möglicherweise keine genaue Vermessung durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der eingangs erwähnten Probleme des herkömmlichen Instruments gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, selbst bei Vereinfachung der Zentrierung einen genauen Vermessungswert zu erhalten, ohne ein bestimmtes Ziel zu verwenden. EP 0 971 207 A1 beschreibt ein Vermessungsinstrument, wobei die Abweichung eines X und Y -Werts von einem Bezugswert sowie einem Instrumentenwert zur Erfassung genutzt wird.
DE 197 16 304 C1 bezieht sich auf ein geodätisches Gerät, insbesondere auf einen Theodoliten oder ein Tachymeter, welches mit einer Anordnung zur Einstellung über einen Boden- oder Fußpunkt versehen ist.
Ein Vermessungsinstrument nach einem ersten Aspekt weist eine Meßeinrichtung zum Durchführen von mindestens entweder einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessung, eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines unter einer vertikalen Welle eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt, eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts in bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgelegt ist, eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte einer axialen Mitte der vertikalen Welle, wobei die Mittenabweichung durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht ist, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte basierenden Meßwertes der Meßeinrichtung auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses auf.
Um das Vermessungsinstrument in der Nähe eines Vermessungspunkts zu installieren, werden eine Zentrierung und eine Nivellierung unter der Bedingung beendet, daß der Vermessungspunkt als von der Bilderfassungseinrichtung erfaßtes Bild auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt worden ist, und wenn der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgesetzt ist, werden auf diese Spezifikation hin der Mittenabweichungsbetrag (d.h. Verschiebung) des Vermessungspunkts in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers und der Betrag der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht worden ist, berechnet. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein der Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt der Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems ist, in dem ein Satz Maschinenkoordinaten (X-Y-Koordinaten) des Vermessungsinstruments gezeigt ist oder in dem der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt ist. Auf der Grundlage dieses Ursprungs werden die Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts als Mittenabweichungsbetrag berechnet, der eine Verschiebung eines Zentrierpunkts (d.h. eine durch Vereinfachung einer Zentrierung verursachte Verschiebung) zeigt. Ferner werden auf der Grundlage dieses Ursprungs die Koordinaten (Xk,Yk) eines virtuellen Zentrierpunkts berechnet, die den Betrag der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle zeigen, die durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht ist (d.h. eine durch Vereinfachung der Nivellierung verursachte Abweichung). Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Basis der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments durch Durchführung einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessung ein Meßwert berechnet. Durch Korrektur des sich ergebenden Meßwerts auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts und der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts kann ein genauer Meßwert erhalten werden. Mit anderen Worten, die Nivellierung und die Zentrierung werden unter der Voraussetzung beendet, daß der Vermessungspunkt auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigt worden ist, und ein Meßwert wird auf der Basis einer durch Vereinfachung des Zentrierens und Nivellierens verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, ohne an dem Vermessungspunkt ein spezifisches Ziel zu installieren, selbst wenn die Nivellierung und die Zentrierung vereinfacht sind. Daher kann ein genauer Meßwert gewonnen werden, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.
Eine Meßwertkorrekturvorrichtung eines Vermessungsinstruments nach einem zweiten Aspekt weist eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines unter einer vertikalen Welle eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt, eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes auf einem Bildschirm, eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts in bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in Form des von der Bilderfassungseinrichtung erfaßten Bildes angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgelegt ist, eine Zusatzmittenabweichungsbetrags-berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte einer axialen Mitte der vertikalen Welle, wobei die Mittenabweichung durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht ist, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte basierenden Meßwertes auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses auf.
Wenn der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunkt als echter Zentrierpunkt festgesetzt ist, wird der Mittenabweichungsbetrag des Vermessungspunkts in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers auf diese Spezifikation hin berechnet. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein der Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers entsprechender Instrumentenmittelpunkt der Ursprung eines zweidimensionalen Koordinatensystems ist, in dem der Bildschirm der Anzeigeeinrichtung gezeigt ist. Auf der Grundlage dieses Ursprungs werden die Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts als Mittenabweichungsbetrag berechnet, der die Verschiebung eines Zentrierpunkts (d.h. eine durch Vereinfachung der Zentrierung verursachte Verschiebung) zeigt. Ferner werden auf der Basis dieses Ursprungs die Koordinaten (Xk,Yk) eines virtuellen Zentrierpunkts, die den Betrag der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle des Instrumentenkörpers verursacht ist (d.h. eine durch Vereinfachung der Nivellierung verursachte Abweichung), berechnet. Danach wird auf der Basis der Instrumentemitte des Vermessungsinstruments mittels Durchführung einer Entfernungs- oder Winkelmessung ein Meßwert berechnet. Durch Korrektur des sich ergebenden Meßwertes auf der Grundlage der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts und der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts kann ein genauer Meßwert gewonnen werden. Mit anderen Worten, ein Meßwert wird auf der Basis einer durch Vereinfachung des Nivellierens und Zentrierens verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich der auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtung angezeigte Vermessungspunk als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, ohne ein spezifisches Ziel an dem Vermessungspunkt zu installieren, selbst wenn der Meßwert durch Entfernungs- oder Winkelmessung in einem Zustand erhalten wird, in dem die Nivellierung und die Zentrierung vereinfacht sind. Daher läßt sich ein genauer Meßwert erzielen, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.
Nach dem ersten Aspekt kann ein genauer Meßwert erhalten werden, und es kann selbst bei vereinfachter Zentrierung und Nivellierung ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit geleistet werden, ohne daß ein spezifisches Ziel an einem Vermessungspunkt installiert wird.
Nach dem zweiten Aspekt kann ein genauer Meßwert erzielt und ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit selbst dann geleistet werden, wenn ein Meßwert durch Entfernungs- oder Winkelmessung in einem Zustand der vereinfachten Nivellierung und Zentrierung erhalten wird, ohne daß ein spezifisches Ziel an einem Vermessungspunkt installiert wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellenden Vermessungsinstruments,
2 eine Schnittansicht des Hauptteils des Vermessungsinstruments, f
3 eine Ansicht eines Anzeigebeispiels der Anzeige,
4 ein Blockdiagramm des Vermessungsinstruments,
5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Vermessungsinstruments,
6 eine Ansicht zur Erläuterung der Entfernungs- und Winkelmessung in einer horizontalen Ebene,
7 eine Ansicht zur Erläuterung der Entfernungs- und Winkelmessung in einer vertikalen Ebene,
8 eine Ansicht zur Erläuterung eines Erkennungsverfahrens eines X-Achsen-Neigungssensors,
9 eine Ansicht zur Erläuterung eines Erkennungsverfahrens eines Y-Achsen-Neigungssensors,
10 eine längsgeschnittene Ansicht des Hauptteils eines herkömmlichen Vermessungsinstruments,
11 eine schematische Ansicht eines optischen Systems des herkömmlichen Vermessungsinstruments, und
12 eine Ansicht eines Bildbeispiels eines bei dem herkömmlichen Vermessungsinstruments verwendeten Ziels.

Im folgenden wird der Modus der vorliegenden Erfindung entsprechend den Ausführungsbeispielen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Vermessungsinstruments, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des Vermessungsinstruments, 3 ist eine Ansicht, die ein Anzeigebeispiel einer Anzeige zeigt, 4 ist ein Blockdiagramm des Vermessungsinstruments und 5 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Vermessungsinstruments.
In diesen Zeichnungen ist das Vermessungsinstrument 10 beispielsweise als Totalstation mit einer Meßwertkorrekturvorrichtung aufgebaut und weist ein als Instrumentenkörper dienendes Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 ist mit zwei Stützen 14 versehen, zwischen denen eine (nicht gezeigte) horizontale Welle drehbar gelagert ist. An der horizontalen Welle ist ein Kollimationsteleskop 16 im rechten Winkel in bezug auf die Axialrichtung der horizontalen Welle befestigt. Dieses Kollimationsteleskop 16 ist im von der horizontalen Welle gelagerten Zustand vertikal drehbar. Ein als den Betrag der Drehung der horizontalen Welle erkennender Vertikalwinkelsensor verwendeter optischer Drehcodierer (V-Codierer 40) ist in dem Gehäuse 12 enthalten.
An dem unteren Teil des Gehäuses 12 ist eine Anzeigeeinheit 18 angeordnet. Die Anzeigeeinheit 18 besteht aus einer Anzeige 20 und einem Satz Bedientasten 22. Die Anzeige 20 ist eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von die Entfernungs- und Winkelmessung betreffenden Daten auf einem Bildschirm bei der Durchführung der Entfernungs- und Winkelmessung und zum Anzeigen eines von einer Bilderfassungseinrichtung oder dergleichen, wie nachfolgend beschrieben, erfaßten Bildes auf dem Bildschirm bei der Durchführung einer Nivellierung und Zentrierung. Der Satz Bedientasten 22 befindet sich neben der Anzeige 20 und ist als Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Informationen, wie beispielsweise einer notwendigen vorbestimmten Bedingung oder der Instrumentenhöhe, konstruiert.
Das Gehäuse 12 ist auf einer Nivellierplatte 25 angeordnet. Die Nivellierplatte 25 kann im auf einem (nicht gezeigten) Dreibeinstativ angeordneten Zustand an diesem befestigt sein. An einem feststehenden Teil 24 ist ein sich nach oben und unten erstreckendes Wellenrohr 26 angeordnet. Das Wellenrohr 26, durch dessen inneren Teil die vertikale Welle 28 des Gehäuses 12 verläuft, ist mittels des festvertikalen Teils 24 drehbar gelagert, wobei Kugellager dazwischen angeordnet sind. Demnach ist das Gehäuse 12 mit dem festvertikalen Teil 24 kombiniert und kann in bezug auf dieses horizontal gedreht werden. Die Nivellierplatte 25 weist drei Horizontierstellschrauben auf, mit denen die vertikale Welle 28 des Vermessungsinstruments 10 vertikal eingestellt wird, und der festvertikale Teil 24 ist daran befestigt.
An dem oberen Ende des Wellenrohres 26 und dem oberen Ende der vertikalen Welle 28 sind einander zugewandte Flanschteile 30 bzw. 32 ausgebildet. An den Flanschteilen 30 und 32 sind eine ringförmige Hauptmaßskala 34 bzw. eine ringförmige Untermaßskala 36 befestigt. Die Maßskalen 34 und 36 sind mit geringem Zwischenraum einander zugewandt angeordnet, und die Untermaßskala 36 wird in bezug auf die Hauptmaßskala 34 auf die Drehung der vertikalen Welle 28 hin gedreht. Das heißt, eine der Maßskalen ist an dem Wellenrohr 26 und die andere an der vertikalen Welle 28 befestigt. Ein Lichtemittlerelement und ein Lichtempfangselement (beide nicht gezeigt) sind einander zugewandt angeordnet, wobei die Skalen 34 und 36 sich dazwischen befinden. Das Lichtemittierelement, das Lichtempfangselement, die Hauptmaßskala 34 und die Untermaßskala 36 bilden einen optischen Drehcodierer (H-Codierer 42), der ein zum Erkennen des Ausmaßes der Drehung des Gehäuses 12 verwendeter Horizontalwinkelsensor ist.
Die an dem Gehäuse 12 angebrachte vertikale Welle 28 ist als hohler Zylinder ausgebildet. An der Seite des oberen Endes der vertikalen Welle 28 ist eine CCD-(ladungsgekoppelte)Kamera 38 angeordnet. Die CCD-Kamera 38 ist vertikal nach unten gerichtet an dem Gehäuse 12 befestigt, so daß ihre optische Achse mit der Axiallinie (Axialmitte) L der vertikalen Welle 28 zusammenfällt. Das heißt, ein Fadenkreuz (d.h. der Zielmarkenlinienschnittpunkt) der CCD-Kamera 38 ist als Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines ein photographisches Objekt darstellenden Bereichs, der sich unter der vertikalen Welle des Gehäuses 12 befindet, durch den hohlen Teil der vertikalen Welle 28 konstruiert. Die CCD-Kamera 38 ist über eine in dem Gehäuse 12 befindliche Leitung mit einer Anzeigeeinheit 18 verbunden. Ein von der CCD-Kamera 38 erfaßtes Bild der direkt unter dem Vermessungsinstrument 10 vorhandenen Stellen wird auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt.
Wie in 3 gezeigt, werden z.B. eine X-Achsen-Zielmarkenlinie und eine Y-Achsen-Zielmarkenlinie durch Ausbilden des Bildschirms als zweidimensionales Koordinatensystem auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt. Ein Instrumentenmittelpunkt 0, der der Schnittpunkt der X-Achsen- und der Y-Achsen-Zielmarkenlinien ist und der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 (d.h. der Instrumentenmitte des Gehäuses 12) entspricht, wird als Referenzpunkt auf dem Bildschirm angezeigt und ein virtueller Zentrierpunkt K wird auf dem Bildschirm angezeigt. Wenn das Vermessungsinstrument 10 in der Nähe des Vermessungspunkts S installiert ist und der Vermessungspunkt S von der CCD-Kamera 38 erfaßt wird, wird der Vermessungspunkt S auf einem Teil des Bildschirms 20 entsprechend der Position des Vermessungspunkts S angezeigt.
Wie in 4 gezeigt, ist das Vermessungsinstrument 10 mit einem V-Codierer 40 und einem H-Codierer 42 zur Durchführung einer Winkelmessung sowie einer elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung 44 zur Durchführung einer Entfernungsmessung während des Ermittelns eines zu messenden Ziels versehen, die jeweils als Meßeinrichtung zur Durchführung einer Entfernungs-/Winkelmessung dienen. Das Vermessungsinstrument 10 ist mit einem X-Achsen-Neigungssensor 46 zum Ermitteln eines Neigungswinkels in der X-Achsen-Richtung des Gehäuses 12 (d.h. einer X-Achsen-Richtung eines X-Y-Koordinatensatzes) und einem Y-Achsen-Neigungssensor 48 zum Ermitteln eines Neigungswinkels in der Y-Achsen-Richtung des Gehäuses 12 (d.h. in der Y-Achsen-Richtung des X-Y-Koordinatensatzes) versehen. Der V-Codierer 40, der H-Codierer 42, die elektrooptische Entfernungsmeßvorrichtung 44 und die Neigungssensoren 46,48 sind mit einem Mikrocomputer (im folgenden als ACPU@ bezeichnet) 50 verbunden. Die CPU 50 verarbeitet arithmetisch die von der CCD-Kamera 38, dem V-Codierer 40, dem H-Codierer 42, der elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung 44 und den Neigungssensoren 46,48 gesendeten Daten, und das durch diese rechnerische Verarbeitung erhaltene Ergebnis wird auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt. In diesem Fall führt die CPU 50 verschiedene Berechnungen entsprechend einem zweidimensionalen Koordinatensystem durch, in dem z.B. die Maschinenkoordinaten des Vermessungsinstruments 10 (d.h. X-Y-Koordinaten, bei denen die Richtung der X-Achse mit derjenigen der Kollimationsachse des Teleskops 16 und die Richtung der Y-Achse mit derjenigen der horizontalen Welle zusammenfällt) gezeigt sind oder in dem der Bildschirm der Anzeige 20 gezeigt ist (bei dem die XY-Koordinatenachsen des Bildschirms mit denjenigen des Maschinenkoordinatensystems in Übereinstimmung gebracht werden).
Als nächstes werden mit Bezug auf das Flußdiagramm von 5 Arbeitsabläufe beschrieben, die bei der Durchführung einer Vermessung mit dem Vermessungsinstrument 10 notwendig sind.
Zunächst wird das Vermessungsinstrument 10 in der Nähe eines Vermessungspunkts S so angeordnet, daß das Gehäuse 12 über dem Vermessungspunkt S plaziert werden kann, und dann werden eine Grobausrichtung und eine Horizontaleinstellung vorgenommen (Schritt S1), so daß der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 als von der CCD-Kamera 38 erfaßtes Bild angezeigt werden kann. Das heißt, zur Vereinfachung einer Nivellierung und einer Zentrierung werden eine Grobausrichtung und eine Horizontaleinstellung durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden ein Instrumentenmittelpunkt 0 und ein virtueller Zentrierpunkt K, wie z.B. in 3 gezeigt, sowie auch der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt. Da die vertikale Welle 28 in diesem Falle geneigt ist, wird der virtuelle Zentrierpunkt K an einer von dem Instrumentenmittelpunkt 0 abweichenden Position angezeigt (wenn also K = 0, stimmt dies mit der Instrumentenmitte überein, weil keine Schrägstellung vorliegt), und der Vermessungspunkt S wird an einer von dem Instrumentenmittelpunkt 0 abweichenden Position angezeigt, weil der Vermessungspunkt S nicht direkt unter der Instrumentenmitte ist. Wenn der Vermessungspunkt S an einer von dem Instrumentenmittelpunkt 0 und von dem virtuellen Zentrierpunkt K abweichenden Position angezeigt wird, wird ein an dem virtuellen Zentrierpunkt K erscheinender Cursor (Zielmarkenlinie) zu dem Vermessungspunkt S bewegt und der Vermessungspunkt S wird als echter Zentrierpunkt festgesetzt und erkannt (Schritt S2). Zu diesem Zeitpunkt reagiert die CPU 50 auf den Arbeitsablauf, der den Vermessungspunkt S als echten Zentrierpunkt festsetzt, und berechnet Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S als Mittenabweichungsbetrag (d.h. eine Verschiebung) des Vermessungspunkts S in bezug auf die Instrumentenmitte 0.
Danach wird eine Instrumentenhöhe H, die den Abstand zwischen der axialen Mitte der horizontalen Welle oder der optischen Achse des Teleskops 16 und dem Vermessungspunkt S darstellt, gemessen (Schritt S3). Diese Instrumentenhöhe H kann durch Messen eines Zwei-Punkt-Ziels durch Kollimation, aber auch unter Verwendung eines Bandmaßes gewonnen werden. Wird die Instrumentenhöhe H mit dem Bandmaß berechnet, werden die Instrumentenhöhe H betreffende Daten über den Satz Bedientasten 22 eingegeben.
Danach werden auf der Grundlage der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 eine Entfernungsmessung und eine Winkelmessung vorgenommen (Schritt S4). In diesem Fall können, wie in 6 (in der die Entfernungs-/Winkelmessung in einer horizontalen Ebene abgewickelt wird) und in 7 gezeigt (in der die Entfernungs-/Winkelmessung in einer vertikalen Ebene abgewickelt wird), eine horizontale Entfernung l=h und eine Schrägentfernung l=s von dem Instrumentenmittelpunkt 0 zur Mitte des Ziels T durch Kollimieren eines Ziels T mit dem Teleskop 16 und Messen seiner Entfernung mit einer elektrooptischen Entfernungsmeßvorrichtung gewonnen werden. Ferner erhält man einen Horizontalwinkel θ=h durch Messen seines Winkels mit dem H-Codierer 42, wie in 6 gezeigt, und einen Vertikalwinkel θ=v durch Messen seines Winkels mit dem V-Codierer 40, wie in 7 gezeigt.
Diese Meßwerte sind jedoch Werte, die sich beim Messen der Entfernung und des Winkels auf der Grundlage der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 und nicht auf der des Vermessungspunkts S ergeben. Um also auf dem Vermessungspunkt S basierende Meßwerte zu erhalten, ohne eine Zentrierung durchzuführen, bei der der virtuelle Zentrierpunkt K oder der Vermessungspunkt S mit dem Instrumentenmittelpunkt 0 in Dekkung gebracht wird, werden die durch die auf dem Instrumentenmittelpunkt des Vermessungsinstruments 10 basierende Entfernungs-/Winkelmessung erhaltenen Meßwerte auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S und der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K korrigiert (Schritt S5).
In diesem Falle erhält man auf der Basis eines Ermittlungsausgangs θx des X-Achsen-Neigungssensors 46, eines Ermittlungsausgangs θy des Y-Achsen-Neigungssensors 48 und einer Instrumentenhöhe H die Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K als Betrag der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle 28 verursacht wird, indem der CPU 50 die Durchführung einer Rechenoperation ermöglicht wird. Diese kann in den folgenden Gleichungen ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} X_{k} = - Htan θ_{X} \\ Y_{k} = - Htan θ_{Y} \end{array}$
Um einen Horizontalwinkel θh unter der Voraussetzung zu erhalten, daß das Ziel T auf der Basis des Vermessungspunkts S kollimiert wird, wird danach ein Korrekturbetrag Δθh des Horizontalwinkels berechnet. Dieser Horizontalwinkelkorrekturbetrag Δθh kann gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Δ θ h = θ h - θ' h \\ = - {tan}^{- 1} \frac{Y_{k} + Y_{s}}{1' h - (X_{k} + X_{s})} \\ = - {tan}^{- 1} \frac{Y_{s} - H tan θ_{Y}}{1' h + H tan θ_{x} + X_{s}} \end{matrix}$
Daher kann der auf dem Vermessungspunkt S basierende Horizontalwinkel θh gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden. $\begin{matrix} θ h = θ' h + Δ θ h \\ = θ' h - {tan}^{- 1} \frac{β}{α} \end{matrix}$
Jedoch gilt, daß $β= Y_{s} - Htan θ_{Y}$
$α= 1' h + Htan θ_{X} + X_{S}$
Andererseits kann die horizontale Entfernung Ih (d.h. die Entfernung zwischen dem Vermessungspunkt S und der Mitte des Ziels T), die unter der Voraussetzung erhalten wird, daß das Ziel T auf der Basis des Vermessungspunkts S kollimiert wird, gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: $\begin{matrix} 1 H = \sqrt{{1' h - (X_{k} + X_{S})}^{2} + {(Y_{k} + Y_{s})}^{2})} \\ = \sqrt{α^{2} + β^{2}} \end{matrix}$
Die unter der Voraussetzung, daß das Ziel T auf der Basis des Vermessungspunkts S kollimiert wird, erhaltene Schrägentfernung Is (d.h. die Entfernung zwischen dem Vermessungspunkt S und der Mitte des Ziels T) kann gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt werden: $1_{S} = \frac{1 h}{sin θ_{v}}$
Zwischen der horizontalen Entfernung Ih und der horizontalen Entfernung l=h besteht eine Beziehung, die gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt wird: $\frac{1 h}{tan θ_{v}} = \frac{1' h}{tan θ'_{v}}$
Daher läßt sich der unter der Voraussetzung, daß das Ziel T auf der Grundlage des Vermessungspunkts S kollimiert wird, erhaltene Vertikalwinkel θv gemäß der folgenden Gleichung ausdrücken. $θ_{V} = {tan}^{- 1} (\frac{1 h}{1' h} tan θ'_{v})$
Die horizontale Entfernung Ih, die Schrägentfernung Is, der Vertikalwinkel θv und der Horizontalwinkel θh lassen sich als auf dem Vermessungspunkt S basierende Meßwerte gewinnen, indem eine Rechenoperation zur Korrektur der mittels der auf der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 basierenden Entfernungsmessung und Winkelmessung erhaltenen Meßwerte auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S und der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K gemäß der in Formel 1 bis Formel 7 angegebenen arithmetischen Ausdrücke durchgeführt wird.
In diesem Fall dient die CPU 50 als Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags des Vermessungspunkts S in bezug auf die Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, sowie als Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags in bezug auf die Instrumentenmitte der axialen Mitte der vertikalen Welle, die durch eine Neigung der vertikalen Welle 28 des Instrumentenkörpers verursacht wird, sowie als Korrektureinrichtung zum Korrigieren der auf der Instrumentenmitte basierenden Meßwerte auf der Basis eines Rechenergebnisses der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung und auf der Basis eines Rechenergebnisses der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung.
Bei Erhalt der auf dem Vermessungspunkt S basierenden Meßwerte werden diese Werte auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt (Schritt S6). Danach bestimmt die CPU 50, ob alle Schritte beendet worden sind oder nicht (Schritt S7). Falls noch andere Schritte zur Korrektur der Meßwerte verbleiben, geht der Ablauf zu Schritt S5 über, und falls alle Schritte abgeschlossen sind, endet der Ablauf bei dieser Routine. Wird anschließend eine Vermessung an demselben Punkt (Vermessungspunkt) fortgesetzt, kehrt der Ablauf zu der Entfernungs- und Winkelmessung von Schritt 4 zurück, in dem ein Meß-, ein Korrektur- und ein Anzeigevorgang wiederholt durchgeführt werden. Wenn alle Vermessungsvorgänge abgeschlossen sind, geht der Ablauf zu Schritt 7 über, in dem der Ablauf bei dieser Routine beendet wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Nivellierung und die Zentrierung unter der Voraussetzung beendet, daß der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt worden ist, und die Meßwerte (d.h. Meßwerte durch Entfernungs-/Winkelmessung auf der Basis der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10) werden auf der Basis einer Abweichung, die durch Vereinfachung des Zentrierens und Nivellierens verursacht ist, durch bloßes Festsetzen des auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigten Vermessungspunkts S als echten Zentrierpunkt korrigiert, ohne daß ein bestimmtes Ziel an dem Vermessungspunkt S installiert wird, selbst wenn das Nivellieren und Zentrieren vereinfacht sind. Daher läßt sich ein genauer Meßwert als auf dem Vermessungspunkt S basierender Meßwert gewinnen, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.
In dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel wird der Vorgang zur Korrektur der durch Entfernungs-/Winkelmessung auf der Basis der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 erhaltenen Meßwerte auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S und der Koordinaten (Xk,Yk) des virtuellen Zentrierpunkts K beschrieben. Falls jedoch die durch Vereinfachung des Nivellierens verursachte Abweichung nicht berücksichtigt wird, läßt sich ein genauer Meßwert als auf dem Vermessungspunkt S basierender Meßwert erhalten, selbst wenn die durch Entfernungs-/Winkelmessung auf der Basis der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 erhaltenen Meßwerte auf der Basis der Koordinaten (Xs,Ys) des Vermessungspunkts S korrigiert werden. In diesem Fall können die horizontale Entfernung Ih, die Schrägentfernung Is, der Vertikalwinkel θv und der Horizontalwinkel θh als auf dem Vermessungspunkt S basierende Meßwerte gewonnen werden, indem sowohl der Erkennungsausgang θx des X-Achsen-Neigungssensors 46 als auch der Erkennungsausgang θy des Y-Achsen-Neigungssensors 48 auf 0 (Null) gesetzt werden, um den Horizontalwinkelkorrekturbetrag Δθh außer Acht zu lassen, und indem eine Rechenoperation gemäß den in Formel 3 bis Formel 7 gezeigten arithmetischen Ausdrücken durchgeführt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Zentrierung unter der Voraussetzung beendet, daß der Vermessungspunkt S auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigt worden ist, und die Meßwerte (d.h. die Meßwerte aufgrund von auf der Instrumentenmitte des Vermessungsinstruments 10 basierender Entfernungs-/Winkelmessung) werden auf der Basis einer durch Vereinfachung der Zentrierung verursachten Abweichung korrigiert, indem lediglich der auf dem Bildschirm der Anzeige 20 angezeigte Vermessungspunkt S als echter Zentrierpunkt festgesetzt wird, ohne daß an dem Vermessungspunkt S ein spezifisches Ziel installiert wird, selbst wenn die Zentrierung vereinfacht ist. Daher läßt sich ein genauer Meßwert als auf dem Vermessungspunkt S basierend gewinnen, wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit möglich gemacht wird.

Claims

Verfahren zur Vermessung durch ein Vermessungsinstrument (10) mit den Schritten: Durchführen von mindestens entweder einer Entfernungsmessung oder einer Winkelmessung durch eine Messeinrichtung; Erfassen eines unter einer vertikalen Welle (28) eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt, durch eine Bilderfassungseinrichtung (38); Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes auf einem Bildschirm durch eine Anzeigeeinrichtung (20); Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts (S) in Bezug auf eine Instrumentenmitte des Instrumentenkörpers (0) in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in Form des von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes angezeigte Vermessungspunkt (S) als echter Zentrierpunkt festgelegt ist durch eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung; Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte (0) einer axialen Mitte der vertikalen Welle (28), wobei die Mittenabweichung durch eine Neigung der vertikalen Welle (28) des Instrumentenkörpers verursacht ist durch eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung; und Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte (0) basierenden Messwertes der Messeinrichtung auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses durch eine Korrektureinrichtung.
Verfahren zur Korrektur eines Messwerts eines Vermessungsinstruments durch eine Messwertkorrekturvorrichtung eines Vermessungsinstruments (10), mit den Schritten: Erfassen eines unter einer vertikalen Welle (28) eines Instrumentenkörpers befindlichen Bereichs, der als photographisches Objekt vorliegt, durch eine Bilderfassungseinrichtung (38); Anzeigen eines von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes auf einem Bildschirm durch eine Anzeigeeinrichtung (20); Berechnen eines Mittenabweichungsbetrags eines Vermessungspunkts (S) in Bezug auf eine Instrumentenmitte (0) des Instrumentenkörpers in Reaktion auf die Spezifikation, mit der der auf dem Bildschirm in Form des von der Bilderfassungseinrichtung (38) erfassten Bildes angezeigte Vermessungspunkt (S) als echter Zentrierpunkt festgelegt ist durch eine Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung; Berechnen eines Betrags der Mittenabweichung von der Instrumentenmitte (0) einer axialen Mitte der vertikalen Welle (28), wobei die Mittenabweichung durch eine Neigung der vertikalen Welle (28) des Instrumentenkörpers verursacht ist durch eine Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung; und Korrigieren eines auf der Instrumentenmitte (0) basierenden Messwertes auf der Basis eines von der Mittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses und eines von der Zusatzmittenabweichungsbetragsberechnungseinrichtung erhaltenen Rechenergebnisses durch eine Korrektureinrichtung.