DE19604018A1 - Verfahren und Vorrichtung zur genauen Vermessung der Oberflächen von Gebäudestrukturen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Vermessung der Oberflächen von Gebäudestrukturen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Theodoliten werden bekanntlich dazu eingesetzt, um im Gelände eine genaue Vermessung durchführen zu können. Derartige Theodoliten sind dabei mit einem Dreifuß versehen, auf welchem ein drehbar gelagertes optisches Instrument befestigt ist. Dasselbe weist ein mit Fadenkreuz versehenes Fernrohr auf, wodurch in Verbindung mit entsprechend markierten Meßlatten bzw. trigonometrischen Meßpunkten eine sehr genaue Festlegung der im Gelände auftretenden Winkel erfolgt. Mit Hilfe von trigonometrischen Verfahren kann somit ein über das ganze Gelände sich erstreckendes Netz von Dreiecken gelegt werden, wodurch eine vollkommene Vermessung von größeren Geländebereichen zu erreichen ist. Die heutzutage verwendeten Theodoliten sind dabei in der Regel mit elektronischen Rechnern verbunden, welche selbsttätig die erforderlichen Winkelberechnungen durchführen, wodurch der sich ergebende Arbeitsaufwand sehr stark vereinfacht wird.

Die zum Einsatz gelangenden Theodoliten werden heutzutage vielfach in Verbindung mit einem aufgesetzten Laserent­ fernungsgerät betrieben, welches einen entsprechend modulierten unsichtbaren Infrarotlaserstrahl aussenden, mit welchem durch Laufzeitbestimmung genaue Entfernungs­ messungen durchführbar sind. Bei größeren Entfernungen im Gelände müssen dabei Laserreflektoren eingesetzt werden, um auf diese Weise auf der Empfangsseite des Laserentfernungsmeßgerätes ein ausreichend hohes Empfangssignal zu gewährleisten. Mit Hilfe eines Theodoliten mit aufgesetzten Laserentfernungsgerät können somit im Gelände sowohl auftretende Winkel als auch Entfernungen sehr genau bestimmt werden.

Aufgrund der hohen Meßgenauigkeit von Laserentfer­ nungsmeßgeräten werden auf einen Theodoliten aufgesetzte Laserentfernungsmeßgeräte heutzutage vielfach auch bei der Vermessung von Gebäudestrukturen eingesetzt. Da dabei sehr viel geringere Entfernungen ausgemessen werden, können derartige Laserentfernungsmeßgeräte reflektorlos betrieben werden, indem der von dem Laserent­ fernungsmeßgerät abgegebene Infrarotstrahl an einer zu vermessenden Gebäudeoberfläche mehr oder weniger diffus zur Reflexion gelangt, was für den Empfangsteil des Laserentfernungsmeßgerätes ausreichend erscheint. Um das Arbeiten mit einem derartigen Laserentfernungsmeßgerät zu vereinfachen, ist in der Regel zusätzlich ein im optischen Bereich abstrahlender Laserstrahlsender vorgesehen, mit welchem an der jeweiligen Gebäudestruktur eine optische Markierung des Meßpunktes vorgenommen wird.

Bei der Vermessung von Gebäudestrukturen mit Hilfe von reflektorlos betriebenen Laserentfernungsmeßgeräten erweist es sich jedoch als nachteilig, daß eine unmittelbare Ausmessung der vor allem wichtig erscheinenden Kanten von Gebäudestrukturen nicht möglich erscheint, weil der von dem Laserentfernungsmeßgerät abgegebene Infrarotstrahl zum Teil an der vorstehenden Kante, zum Teil aber auch an einer weiter hinten liegenden Gebäudefläche reflektiert wird, was eine Entfernungsbestimmung unmöglich macht. Bei der Vermessung beispielsweise einer Säule mit rechteckigem Querschnitt unter Einsatz eines Laserentfernungsmeßgerätes wird demzufolge derart vorgegangen, daß jede der vier Außen­ flächen einer derartigen quadratischen Säule getrennt ausgemessen wird, was ein mehrfaches Umsetzen des das Laserentfernungsmeßgerät tragenden Theodoliten erforderlich macht.

Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur genauen Vermessung von Gebäudestrukturen zu schaffen, welches unter Einsatz eines reflektorlos betriebenen Laserentfernungsmeßgerätes und an eines mit einem Fernrohr und Fadenkreuz versehenen Theodoliten eine genaue räumliche Positionsbestimmung der Kanten einer Gebäudestruktur gestattet, wobei der sich ergebende Arbeitsaufwand durch das erforderliche Umsetzen des Theodoliten weitgehend vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 4.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich anhand der Merkmale der Unteran­ sprüche 5 und 6.

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines mit einem aufge­ setzten Laserentfernungsmeßgerät versehenen Theodoliten bekannter Bauweise, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Bestimmung der Kanten einer tragenden Säule, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Be­ stimmung der Kanten einer Fassadenstruktur.

Entsprechend der Fig. 1 wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Theodolit eingesetzt, welcher drehbar auf einem Dreifuß 1 gelagert ist. Dieser Theodolit umfaßt dabei ein mit einem Fadenkreuz versehenes Fernrohr 2, mit welchem die Winkellage eines angepeilten Objektes genau feststellbar ist. Diese Winkellage wird dabei auf einem Anzeigefeld 3 optisch zur Anzeige gebracht. Oberhalb des Fernrohres 2 des Theodoliten ist ein Laserentfernungsmeßgerät 4 befestigt, welches im vorderen Bereich mit zwei Öffnungen 5 und 6 versehen ist. Hinter diesen beiden Öffnungen 5 und 6 befinden sich die Sende- und Empfangsteile des Laser­ entfernungsmeßgerätes 4. Durch die Öffnung 5 wird dabei ein nicht sichtbarer entsprechend modulierter Infrarot­ laserstrahl abgegeben, welcher an einem nicht darge­ stellten Zielpunkt diffus zur Reflexion gelangt. Der auf diese Weise reflektierte Infrarotstrahl wird durch die Öffnung 6 dem Empfangsteil des Laserentfernungsmeßge­ rätes 4 zugeführt, so daß im Rahmen einer Laufzeitbestimmung des modulierten Laserinfrarotstrahls eine genaue Abstandsbestimmung durchführbar ist. Da der von dem Laserentfernungsmeßgerät 4 abgegebene Infrarotlaserstrahl in für uns Menschen unsichtbaren Bereich liegt, ist neben diesem Lasermeßgerät 4 zusätzlich noch ein Markierungsstrahlgeber 7 vorgesehen, von welchem aus ein sichtbarer Laserstrahl parallel zu dem aus dem Laserentfernungsmeßgerät 4 abgegebenen Laser­ strahl abgegeben wird, wodurch eine optische Markierung des angepeilten Meßpunktes von dem Laserent­ fernungsmeßgerät 4 erfolgt. Der von dem Laserent­ fernungsmeßgerät 4 ermittelte Entfernungswert wird dabei ebenfalls auf dem Anzeigefeld 3 zur Anzeige gebracht. Unter Einsatz einer nicht dargestellten Tastatur können die von den beiden Meßgeräten 2 und 4 ermittelten Meßdaten einem elektronischen Rechner 8 zugeführt werden, welche die erforderlichen Berechnungen durchführt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei bestimmten Laserentfernungsmeßgeräten 4 bekannter Bauweise der Sende- und Empfangsteil einschließlich des Markierungsstrahlgebers 7 in einer einzigen Baugruppe integriert sein können.

Bei Verwendung eines reflektorlos betriebenen Laserent­ fernungsmeßgerätes 4 erweist es sich als nachteilig, daß der durch die Öffnung 5 des Laserentfernungsmeßgerätes 4 abgegebene Meßstrahl an der Kante einer Säule nur zum Teil reflektiert wird, so daß auf diese Weise Doppel­ reflexionen auftreten, was eine Entfernungsbestimmung unmöglich macht. Aus diesem Grunde konnten die vor allem bei einer Vermessung von Gebäudestrukturen wichtig erscheinenden vorspringenden Kanten 9 und 10 einer beispielsweise in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Säule 11 bisher nur dadurch ausgemessen werden, indem jede der drei Außenflächen 12-14 dieser Säule 11 einzeln vermessen wird, was ein zweimaliges Umsetzen des Theodoliten mit seinem Laserentfernungsmeßgerät 4 erforderlich macht.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Ver­ messung der in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Säule 11 in sehr starker Weise dadurch vereinfacht werden, indem zuvor mit Hilfe des Laserentfernungsmeßgerätes 4 an zwei von den Kanten 9 und 10 weiter nach innen liegenden Meßpunkten 15 und 16 Laserentfernungsmeßstrahlen 17 und 18 ausgesandt werden, welche der Festlegung der vorderen Außenfläche 13 der rechteckigen Säule 11 dienen. Mit Hilfe dieser beiden Laserentfernungsmeßstrahlen 17 und 18 wird in der Folge innerhalb des elektronischen Rechners 8 eine virtuelle Ebene 19 festgelegt, welche sich über die vordere Außenfläche 13 der rechteckigen Säule 11 seitlich nach außen hin erstreckt.

Mit Hilfe von zwei Fernrohrvissuren 20, 21 des mit einem Fadenkreuz versehenen Fernrohrs 2 des Theodoliten werden in der Folge jene Winkel festgelegt, unter welchen die beiden Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 zu erkennen sind. Diese Fernrohrvissuren 20 und 21 werden daraufhin innerhalb des elektronischen Rechners 8 mit der durch die vordere Außenfläche 13 verlaufenden virtuellen Ebene 19 zum Schnitt gebracht, wodurch eine sehr genaue räumliche Festlegung der beiden vorderen Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 erreicht wird. Die genaue Festlegung der beiden Kanten 9 und 10 der rechteckigen Säule 11 kann dabei ohne räumliche Versetzung des mit dem Laserentfernungsmeßgerätes 4 versehenen Theodoliten erreicht werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, wie mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eine Hausfassade sehr leicht vermessen werden kann. Diese Hausfassade umfaßt dabei eine Hauswand 22, welche mit einem Fenster 23 sowie einer Fasche 24 versehen sein mag. Unter Einsatz des vorgesehenen Laserentfernungsmeßgerätes 4 werden dabei beispielsweise drei Meßstrahlen 25-27 ausgesandt, welche an drei Meßpunkten 28-31 der Hauswand 22 zur Reflexion gebracht werden. Die Meßpunkte 28 und 29 befinden sich dabei auf der linken Seite des Fensters 23, während der Meßpunkt 30 auf der rechten Seite des Fensters 23 zu liegen gelangt. Mit Hilfe dieser drei Meßpunkte 28-30 wird dabei innerhalb des elektro­ nischen Rechners 8 eine virtuelle Ebene 31 festgelegt, welche durch diese drei entfernungsmäßig festgelegten Meßpunkte 28-30 führt.

In der Folge werden mit Hilfe des ein Fadenkreuz auf­ weisenden Fernrohres 2 des Theodoliten 3 Fernrohr­ vissuren 32-34 vorgenommen, mit welchen eine winkel­ mäßige Festlegung der beiden Fensterkanten 35 und 36 des Fensters 23 sowie der seitlich davon vorgesehenen Fasche 24 erfolgt. Diese Fernrohrvissuren 32-34 werden dabei innerhalb des elektronischen Rechners 8 mit der ebenfalls innerhalb des elektronischen Rechners 8 festgelegten virtuellen Ebene 31 zum Schnitt gebracht, wodurch die genauen räumlichen Positionen der beiden Fensterkanten 36, 37 und der Fasche 24 festgelegt werden.

Mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen kann somit auf einfache Weise eine sehr genaue Vermessung größerer Gebäudestrukturen einschließlich von Hausfassaden erreicht werden. Erleichtert wird diese Arbeit dabei noch zusätzlich durch im Bereich der Tastatur des Theodoliten vorgesehene Kodetasten, mit welchen entsprechende Kodierungssignale für "Fenstereck", "Fasche", "Gesims" und dgl. dem elektronischen Rechner 8 zuführbar sind. Mit Hilfe dieser Kodierungssignale kann somit innerhalb des elektronischen Rechners 8 eine Abbildung der jeweiligen Gebäudestruktur bzw. der Hausfassade erreicht werden, die dann unter Einsatz eines angeschlossenes Mehrfarbenplotters maßstabsgerecht zum Ausdruck gebracht werden kann.

Im Bereich des Denkmalschutzes von historischen Gebäuden besteht immer wieder die Notwendigkeit, daß überwacht werden muß, ob innerhalb einer Gebäudestruktur vorhandene Risse sich im Laufe der Zeit erweitern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auch für derartige Überwachungsfunktionen eingesetzt werden, indem unter Einsatz des vorgesehenen Laserentfernungsmeßgerätes 4 und einer Vielzahl von Meßstrahlen eine genaue Festlegung der Oberflächenkonfiguration des betreffenden Gebäudeteiles, beispielsweise auch im Bereich eines Gewölbes, erfolgt, worauf mit Hilfe des mit Fadenkreuz versehenen Fernrohres 2 des Theodoliten die seitlichen Kanten eines vorhandenen Risses genau ausgemessen werden. Im Rahmen einer Wiederholung dieser Messung nach einem vorgegebenen Zeitraum kann dabei überprüft werden, ob der innerhalb der Gebäudestruktur vorhandene Riß sich im Laufe der Zeit erweitert hat.

Generell kann gesagt werden, daß unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei gleichzeitiger Verwendung eines Laserentfernungsmeßgerätes in Verbindung mit einem daran angeschlossenen elektronischen Rechner sich die folgenden Möglichkeiten ergeben:

• - Festlegung einer horizontalen oder vertikalen Ebene bei Einsatz von wenigstens zwei Meßpunkten.
• - Festlegung einer schiefen Ebene bei Einsatz von wenigstens drei Meßpunkten.
• - Festlegung von gekrümmten Wänden oder Gewölben bei Einsatz einer Vielzahl von Meßpunkten mit gleichzeitiger Erstellung eines Mehrflächennetzes.

Die virtuell innerhalb des elektronischen Rechners gebildeten Flächen können dann unter Einsatz der von dem Fernrohr an den Rechner gegebenen Daten zum Schnitt gebracht werden, woraus die für die Vermessung wichtigen räumlichen Koordinaten von Eckpunkten berechenbar sind. Unter Einsatz entsprechender Kodierungssignale kann dann vollautomatisch von dem elektronischen Rechner und eines daran angeschlossenen Mehrfarbenplotters ein gewünschter Plan, beispielsweise ein Aufrißplan oder Grundrißplan erstellt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur genauen Vermessung der Oberflächen von Gebäudestrukturen unter Einsatz eines mit einem Laserentfernungsmeßgerät versehenen Theodoliten, welcher mit einem Fernrohr einschließlich Fadenkreuz versehen ist, wobei die von dem Theodoliten und dem Laserentfernungsmeßgerät abgeleiteten Daten einem elektronischen Rechner zur Signalaufbereitung und Einspeicherung zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der von dem Laserentfernungsmeßgerät abgegebene Meßstrahl reflektorlos auf wenigstens zwei Meßpunkte einer Oberfläche einer Gebäudestruktur gerichtet wird, daß die dadurch ermittelten Abstandsdaten der beiden Meßpunkte dem elektronischen Rechner zugeführt werden, welcher anhand derselben eine virtuelle Ebene der jeweiligen Gebäudewand festlegt, und
• - daß unter Einsatz des mit dem Fadenkreuz versehenen Fernrohres des Theodoliten winkelmäßig die Begrenzungskanten der jeweiligen Gebäudewand ausgemessen werden,

worauf innerhalb des elektronischen Rechners anhand der festgelegten virtuellen Ebene und der winkelmäßig ausge­ messenen Begrenzungskanten eine äußerst genaue Festlegung der Kanten der jeweiligen Gebäudestruktur im dreidimen­ sionalen Raum erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dasselbe zur genauen Vermessung von Hausfassaden eingesetzt wird, indem der von dem Laserentfernungsmeßgerät abgegebene Meßstrahl auf beidseitig eines Fensterausschnittes befindliche Meßpunkte der Gebäudewand gerichtet wird, und indem eine genaue winkelmäßige Festlegung der Kanten des betreffenden Fensterausschnitts unter Einsatz des mit dem Fadenkreuz versehenen Fernrohres des Theodoliten erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dasselbe zur genauen Vermessung von be­ stehenden Rissen in Gebäudestrukturen eingesetzt wird, indem eine abstandsmäßige Festlegung von eventuell auch gekrümmten Oberflächen einer Gebäudestruktur unter Ein­ satz eines Satzes von Entfernungsdaten der Oberfläche der jeweiligen Gebäudestruktur erfolgt, während eine winkel­ mäßige Festlegung der Begrenzungsränder des jeweiligen Gebäuderisses mit Hilfe des mit einem Fadenkreuz versehenen Fernrohres des Theodoliten vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aktivierung des Laserentfernungsgerätes und/oder des Theodoliten im Hinblick gleichzeitig mit der Überspielung der gemessenen Entfernungs- und/oder Winkeldaten an den der Auswertung dienenden elektronischen Rechner entsprechende Kodetasten aktivierbar sind, mit welchen Kodierungssignale bezüglich Einzelheiten der ausgemessenen Gebäudeelemente, wie "Fensterkante", "Fasche" oder "Gebäudesims" erzeugt werden, und daß innerhalb des elektronischen Rechners diese Kodierungssignale herangezogen werden, damit innerhalb des elektronischen Rechners vollautomatisch die Erstellung eines Plans erfolgt, welcher später zum Ausdruck gebracht werden kann.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe aus folgenden Elementen besteht:

• - einem umsetzbaren Theodoliten, welcher mit einem Fernrohr (2) einschließlich Fadenkreuz versehen ist und der Bestimmung von Winkeln dient;
• - einem auf dem Theodoliten aufsetzbaren Laserent­ fernungsmeßgerät (4), welches der Bestimmung von Ent­ fernungen dient;
• - vorzugsweise einem im Bereich des Laserentfer­ nungsmeßgerätes (4) vorgesehenen Markierungsstrahlgeber (7), welcher den von dem Laserentfernungsmeßgerät (4) angepeilten Meßpunkt optisch markiert;
• - einem elektronischen Rechner (8), in welchem die Auswertung und Einspeicherung der ermittelten Meßdaten erfolgt;
• - einer Tastatur, mit welcher eine Übertragung der von dem Laserentfernungsmeßgerät (4) und/oder dem Theodo­ liten ermittelten Entfernungs- und Winkeldaten an den elektronischen Rechner (8) zur Auslösung gelangt, sowie Kodetasten, mit welchen zusätzliche Kodierungssignale in Bezug auf eine Festlegung der jeweils ausgemessenen Gebäudeelemente an den elektronischen Rechner (8) abgebbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elektronische Rechner mit einem Mehr­ farbenplotter verbindbar ist, welcher nach durchgeführter Vermessung einer Gebäudestruktur (11, 22) selbständig eine maßstabsgerechte Zeichnung der ausgemessenen Gebäudestruktur erstellt.