大地测量的制作方法

文档序号:16256472发布日期:2018-12-12 00:30阅读:376来源:国知局
大地测量的制作方法

本发明总体上涉及根据权利要求1所述的测量仪器并且涉及根据权利要求10所述的获得目标点坐标的对应方法。

背景技术

在测量方面,特别是在土地测量方面,目标是确定一个或个更多个目标点的几何特性(像坐标、距离、以及取向)。在大多数情况下,那些特性必须相对于已知参照系来确定,该参照系可以例如由一个或更多个已知基准点来定义,例如,由周边的已知和/或定义的基准标记来具体实施。例如,在许多大地测量中,测量仪器被安装在地面处的表面基准标记之上,或以其它方式具体实施的固定基准之上(通常通过使用将测量仪器支承在实际上且特别是地面上人类可操作高度处的三脚架)。

现今最常见的测量仪器就是所谓的全站仪,其可以被描述为视距仪的增强型实施方式,以通常(至少大致)水平和垂直取向的角坐标来提供光电测距的对准方向(aimingdirection)的机动移动(motorizedmovement)。这些装置因此可以提供许多自动化功能并且例如可以包括多个特征,像自动目标识别(atr)、图像或视频摄像机、瞄准单元、望远镜、gps单元、罗盘、无线远程控制、调平单元、可见导向射束、红外光发射和检测、人机界面等。例如可以在us2007/104353、us2009/024342、us2015/176991、ep1836457或其它中找到示例。可选地,本发明还可以应用于其它同源类型的测量仪器(诸如,例如,激光扫描仪、激光跟踪仪、经典视距仪或经纬仪(theodolits)等。

ep2998701提出了一种用于最初在基准点上安装测量仪器以便使测量仪器中心参照由此限定的已知坐标系统的方法。这种安置包括近仪器的似安装,然后使用精确指向测量仪器固有坐标系的垂直方向的激光测距仪。该激光测距仪必须通过倾斜测量仪器来精确瞄准至基准点。通过确定在瞄准基准点时的倾斜值和距离值,建立倾斜的测量仪器中心到基准点的参照。最后,通过机械地重新调节倾斜来调平测量仪器,于是基于所需的机械倾斜调节来推断调平后的精确调平的测量仪器中心的安置空间坐标。

上述方法在安置时进行一次,以便与现有技术相比加速安置过程,其中,仪器必须精确地被垂直安装在基准点上方,并且必须采取仪器高度的手动测量。这很麻烦,因为通常涉及多次重复调平、垂直偏移、高度测量以及重新检查。一旦建立了这种安置(经典地或者如在ep2998701中提出的),然后,该仪器设置的所有后续目标测量结果基于测量仪器中心点的那些固定安置空间坐标。

在上述文献中根本没有考虑到的技术问题是这样的事实:仅仅在理论上固定这种一次安置,但实际上它在测量期间可能会偏离。例如,在许多实际情况中,测量仪器-或者更精确地说,安置所述测量仪器的三脚架(等)的腿部趋于陷入地面或由于测量期间的其它影响(诸如,热、风等)而略微移动。因此,遍及在该安装中采取的所有测量中,从上面的经校正的测量仪器中心点也可能无效。

没有提到在测量期间根据所提出的方法重新验证该经校正的测量仪器中心点,同样这显然很麻烦,因为根据该方法,该仪器必须再次倾斜到该基准点以采取测量,然后必须被重新调平。这样很麻烦。尤其是在手动进行调平时,而且将也是易于出错的。

然而,重新考虑上述方法的甚至更大缺点是这样会导致新的仪器中心点作为随后测量的基础的事实,这与以前的仪器中心点不同。在测量中,测量仪器中心被视为固定锚点是优选和确定的实践,其在从该安装中采取的所有测量期间仍保持固定。ep2998701的方法每次都会产生新的测量仪器中心点-这从测量员角度来看是不可取的。



技术实现要素:

因此,本发明的目的是,改进测量仪器和测量方法,特别是使其不太容易出错并且改进所获得的测量结果的准确性和/或可靠性。其中,还优选保持测量准确度高并保证从该仪器安置起随时间采取的所有测量。

避免因测量仪器的无意移动而造成的误差(例如,因仪器的三脚架或另一安置支承的下沉运动)也是一个目标。

本文的具体目标可以是保持测量简单,与现有技术测量结果是可比较的并与现有技术测量结果兼容,特别是避免额外的后处理。

这些目的通过实现独立权利要求书的特征来实现。按另选或有利方式进一步开发本发明的特征在从属专利权利要求中进行了描述。

根据本发明,通过提供具有根据本发明的目标点校正的装置和/或方法来解决这些目的,其优选地应用于每个测量目标点,尤其是根据本发明在测量期间校正仪器移动。

因此,本发明涉及一种大地测量仪器。这种仪器特别是可以具体实施为全站仪,但也可以可选为选择用于精确大地测量的类似测量仪器,尤其是在具有下面提到的特征时。本文的全站仪具体指提供包括距离以及水平和垂直角度的极坐标测量的大地测量仪器,其具有自动功能,尤其用于对准目标点的轴的机动移动。

该测量仪器要被安置在地面坐标处,并且处于地面上方一安置高度。通过对仪器基部的该安置,限定了仪器中心坐标。这种安置例如可以通过像三脚架等的用于该装置的支承部来建立,通过所述支承部将测量仪器安置在现场的期望位置处。

本文的测量仪器还可以包括一种被配置为使该装置优选地相对于限定的地面基准标记在地面上居中的测锤单元(像例如测锤、激光测锤、光学测锤、相机等)。该测量仪器还可以包括高度测量器具(例如,优选为电子和/或光学测距仪等),所述高度测量器具被配置为确定仪器在地面上方的安置高度。

其中,该测量仪器包括用于对准测量目标点的瞄准单元,用于对准特别是一个或更多个测量目标点的瞄准单元。该瞄准单元例如可以包括像望远镜等的光学装置(包括目镜、物镜和瞄准镜)或者包括用于电子瞄准图像的相机的电子装置,或这两者。该测量仪器包括光电测距仪(edm)或激光测距仪(lrf),其被构建成确定从测量仪器到测量目标点的目标距离,或者在多目标能力的edm情况下可选地确定多个目标距离。该edm例如可以基于飞行时间、干涉测量和/或相移测量原理。为了对准测量目标点,该测量仪器包括用于使瞄准单元对准的两个轴,特别是通过使瞄准单元相对于仪器基部枢转和/或倾斜。每个轴都有一个测角器,所述测角器被构建成确定瞄准单元所对准的目标方向。优选地,那些轴可以被机动化以根据电气控制信号自动地枢转。

所述测量仪器可以包括倾斜传感器,所述倾斜传感器被构建成确定仪器的倾斜,特别是可以以电子地读出的、相对于重力或水平方向的倾斜值。

该测量仪器的测量控制器被配置成基于所测量的目标方向和目标距离来获得所对准的测量目标点的测量坐标。

根据本发明,该测量仪器还包括目标点校正单元。该目标点校正单元被配置成特别是在测量期间获得仪器中心坐标的空间位置位移。例如,这种空间位置位移可以因支承三脚架等(仪器通过该支承三脚架被安置)的移动(例如,因下沉的三脚架腿部、受热、风、振动、冲击等而造成的移动)而导致。

目标点校正单元(例如,包括微处理器)基于测量仪器的倾斜值和安置高度获得空间位置位移,并且被配置成将仪器中心坐标的所获得的空间位置位移应用于测量目标点的测量坐标上,以得到经校正的目标点坐标。然后,提供这些经校正的目标点坐标作为该目标点的测量结果。

在实施方式中,该目标点校正单元可以被配置成,通过三角学,特别是利用绕地面点处或靠近地面点的瞬时旋转中心的限定旋转移动,基于该测量仪器的倾斜值和测量仪器的安置高度来获得仪器中心的空间位置位移。

该目标点校正单元可以被配置成,将仪器中心的空间位置位移校正地应用于目标点坐标,该位移可能因安置的测量仪器在测量期间倾斜而造成,例如,因测量仪器所安置的三脚架的下沉腿而造成。将空间位置位移应用于目标点坐标可以在将初始仪器中心位置保持为虚拟固定基准的同时进行-尽管仪器中心实际上已经被空间地移动,这通过将位移应用于目标点坐标来校正。

该目标点校正单元还可以被配置成获得在通过仪器测量目标点时仪器中心的空间位移,特别是包括对应目标方向和目标距离。优选地,也可以同时确定倾斜值或者另选地将倾斜值内插至该测量时间。

该目标点校正单元可以被配置成,按如下方式校正在每次测量目标点时的所获得的目标点坐标:仪器中心坐标由此被设想成虚拟地固定在初始安置位置处。针对多个那些目标点测量,所获得的经校正的目标点坐标可以被参照,特别是其中,该空间位置位移可以通过包括在至少两个维度上的倾斜值和安置高度的近似三角函数来获得。

其中,该目标点校正单元可以被配置成仅按大致水平的x-y平面获得并应用目标点校正。

其中,该目标点校正单元可以被配置成仅按大致垂直z方向获得并应用目标点校正。

其中,该目标点校正单元可以被配置成按大致水平的x-y平面并且按大致垂直z方向获得并应用目标点校正。

该目标点校正单元可以被配置成按笛卡儿坐标或者按极坐标获得并应用目标点校正。

该控制单元可以被配置成通过按将经校正的目标方向参照水平面的方式根据来自倾斜传感器的倾斜值另外校正目标方向来获得经校正的目标点坐标。

本发明还涉及一种用于从大地测量仪器,特别是从全站仪获得测量数据的经校正的目标点坐标的方法。该测量数据包括至少形成测量目标点坐标的目标方向和目标距离,并且还包括测量仪器倾斜值。根据本发明,建立基于仪器倾斜值和地面上方的仪器安置高度来进行的仪器的安置空间位置位移的计算。由此进行对测量目标点坐标的校正以获得经校正的目标点坐标,所述经校正的目标点坐标参照虚拟固定安置位置。这通过将所计算的安置空间位置位移应用于测量目标点坐标,同时设想安置位置虚拟地固定至仪器安装时该仪器的初始安置位置来进行。该设想特别是在不管仪器中心实际上已经被空间地移动的事实的情况下进行。

所述方法还可以包括以下中的至少一个步骤:

■将测量仪器的基部安置在地面上方一安置高度的地点处,特别是安置在三脚架或支架上,

■通过瞄准单元对准测量目标点,

■利用以下步骤对至少一个目标点进行大地测量:

■通过瞄准单元处的光电测距仪确定从测量仪器到测量目标点的目标距离,以及

■通过用于相对于基部枢转瞄准单元的两个轴处的测角仪确定目标方向,

■通过倾斜传感器确定测量仪器的基部相对于重力方向或水平面的倾斜值,以及

■基于目标方向和目标距离,通过控制单元获得一个或更多个目标点的以目标点坐标形式的目标点坐标,

■获得因测量仪器相对于安装时的初始仪器中心的倾斜移动、特别是因测量仪器安装时的下沉而造成该仪器中心的空间位置位移,

■通过将仪器中心位置的空间位置位移应用于目标点坐标来校正所获得的目标点坐标,和/或

■由此提供经校正的目标点坐标,特别是,所述经校正的目标点坐标相对于初始仪器中心位置进行参照。

其中,获得和应用目标点校正可以按大致水平x-y平面和/或按大致垂直z方向进行,以得到经校正的笛卡尔目标点坐标。另选地,在另一实施方式中,空间位置位移不仅可以在笛卡尔坐标(x、y、z)中获得并应用于目标点,而且也可以在也通常在测量中使用的极坐标(hz、v)中应用。由此,以极坐标(hz,v)形式呈现的测量结果还可以表示根据本发明的经校正的目标点坐标,并且测量员可以利用公共极公式框架使用他的观测的由此得到的经校正的极目标点坐标,并由此得到也以极坐标的本发明的精度提高。

所述方法还可以包括以下步骤:根据三角计算获得空间位置位移,并且限定绕所述地面处的瞬时旋转中心的旋转移动。在每次测量目标点时获得仪器中心的空间位移并且校正所获得的目标点坐标也可以是本发明的实施方式。

根据本发明,获得目标点坐标也可以按如下方式通过根据倾斜值另外校正目标方向来进行:该目标方向通过数字地补偿轴的倾斜值来对水平面进行参照。这不会与本发明混淆,其校正仪器中心点的空间位置移动,该移动可以以笛卡尔坐标x、y、z或极坐标hz、v来表达,-但在技术上与现有技术的简单倾斜角度校正不同,其使仪器中心点位置未受影响。然而,在本发明的具体实施方式中,现有技术的倾斜角校正可以与本发明的仪器中心点位置移动校正相结合,以得到角读数的水平基准的校正加上仪器中心点位置的校正,后者在现有技术中未给出。

在根据本发明的另一实施方式中,目标点校正不限于相对于0cc的初始倾斜的绝对校正。本发明还可以涉及相对于未调平初始仪器中心位置的目标点校正,所述未调平初始仪器中心位置具有初始起始倾斜和对应初始起始中心点位置偏差。

该方法或者该方法至少涉及计算的那些部分还可以被具体实施为存储在机器可读介质上的一个或更多个计算机程序产品,或者被具体实施为电磁波(诸如,例如,有线或无线数据信号)。因此,本发明还涉及包括用于根据本发明的目标点校正的程序代码的这种机器可读介质和/或计算机程序产品。其中,该程序代码特别是被构建用于执行:

■通过测量仪器基于目标点距离和目标点方向获得测量目标点坐标,

■收集在测量目标点时该测量仪器的实际倾斜值,

■基于测量仪器的倾斜值并且基于测量仪器的安置高度,优选地通过三角公式,获得在测量目标点时仪器中心的空间位置位移,特别是仪器中心相对于在安装时的初始仪器中心6位置的空间位置位移,以及

■通过将所获得的空间位置位移应用于测量目标点坐标来校正目标点坐标,特别其中,使得到的经校正的目标点坐标虚拟地参照仪器安装时的初始仪器中心位置。

该计算机程序可以在根据本发明的检测装置中执行,因此该装置还涉及被构建为在具有或没有实际加载的该计算机程序的情况下运行提供根据本发明的功能的计算机程序的计算装置。

附图说明

下面,参照附图中示意性地示出的工作示例,完全通过示例的方式,对根据本发明的装置、方法以及步骤进行更详细描述或说明。具体地,

图1示出了例示利用根据本发明的测量仪器进行的目标点测量的实施方式的示例;

图2示出了安置的测量仪器的实施方式的示例;

图3示出了测量仪器变得倾斜的第一实施方式的示例;

图4示出了根据本发明的空间位置位移的图示的示例;

图5示出了例示根据本发明的实施方式的示例;

图6a示出了根据本发明的目标点校正的第一示例的图示;

图6b示出了根据本发明的目标点校正的第二示例的图示;

图7示出了例示根据本发明的目标点校正的原理的框图的示例。

具体实施方式

附图中的图不应被视为按比例绘制。在合适的情况下,相同标号被用于相同特征或者具有类似功能的特征。针对标号的不同索引被用于在示例性地示出的相同或等同特征的不同实施方式之间进行区分。术语“大致”在本文中被用于描述这样的事实:某个值、排布结构或特征不一定需要100%精确,而是可以稍微有点偏离(aberrate),但仍在范围内。换句话说,可能会有一些轻微的偏差,例如,由于不准确、无意、设计考虑、容差等引起的偏差。-但是存在朝着所提到的值或排布结构的明显趋势,特别是考虑到要利用其实现的技术效果。尤其是,这并不意味着明显相反。在任何情况下,除了“几乎精确”的含义之外,术语“大致”总是可以被解释成包括或者还表达“精确”或者特定特征本身的含义。

本文所示公式被示出为示例性的,以说明基本原理并且表明基于根据本发明的原理可以在物理上和逻辑上使本发明工作。在本发明的其它实施方式中,这些基本公式例如可以被修改,以更好地匹配实际的物理条件。坐标指示器9示出了投影平面的取向。

图1示出了根据本发明的测量仪器1的示例的实施方式。例如,这可以是视距仪或全站仪,也被称为电子视距仪或计算机视距仪,这里被示出为在三脚架33上。这种现有技术的大地测量装置的示例例如在ep1686350中进行了描述。那些仪器1具有基于电气传感器的角度和距离测量功能,其准许相对于选定目标点20来确定对准轴8的方向22和距离21。角度22和距离21变量按该仪器1的内部参照系来确立,并且在合适的情况下,还可以与外部参照系链接,以进行绝对位置确定。

现代全站仪1通常具有紧凑且集成的设计,其中,同轴距离测量部件和计算机、控制和存储单元通常存在于装置1中。根据全站仪1的配置水平,可以集成瞄准或对准装置3的机动化以及(在使用后向反射器(例如,全方位棱镜)作为目标物体20时)用于自动化目标搜索和此外跟踪的装置。作为人机界面,全站仪可以包括附接或可拆卸的电子显示/控制单元7(通常为具有电子数据存储装置的微处理器计算机单元),所述电子显示/控制单元7具有显示器和输入装置(例如,键盘)。通过电气传感器装置检测的测量数据被馈送至显示/控制单元7,使得可以由显示和/或控制单元7建立目标点20的位置、可选地显示和/或存储目标点的位置。根据现有技术已知的全站仪1还可以包括用于建立到外部外围部件(诸如,例如,便携式数据检测装置)的无线电连接的无线电数据接口,所述外部外围部件特别是可以被具体实施为数据记录仪或现场计算机。

对于瞄准或对准要测量的目标点20来说,通用大地测量装置1具有望远镜瞄准具(诸如,例如,光学望远镜或电子摄像机系统),作为瞄准装置3。一般来说,该望远镜瞄准具可以相对于测量装置1的基部2绕至少大致垂直轴5并且绕至少大致水平轴4旋转,使得该望远镜可以通过对准瞄准单元3来对准待测量的测量目标点20,这可以涉及枢转和/或倾斜。

该瞄准单元3或装置的光学系统或光学可视通道例如可以包含物镜组、图像校正系统(imageerectionsystem)、聚焦光学系统以及用于生成标线和接目镜的十字线网格,其例如按该顺序从物体侧起布置。构建聚焦以在设置在聚焦平面中的交叉线网格上产生焦点对准物体图像。然后,该物体图像可以通过接目镜观测或者例如借助于用于检测图像的同轴或平行设置相机来检测,其中,所检测的图像可以被描绘为显示/控制单元7上的和/或可以被用于远程控制全站仪1的外围装置的显示器上的实时图像。

除了这样的全站仪1的目标点对准和测量设置之外,其还可以配备有倾斜传感器30。全站仪中的这种倾斜传感器30测量全站仪1的倾斜(优选地沿视线方向并且垂直于视线),这些测量将在下文中将针对纵向被称为l并且针对横向倾斜被称为t。因此,倾斜传感器30的灵敏度轴可以与对应测量轴4、仪器坐标系或仪器1的期望调平平面对准,但另选地,可以将多个倾斜传感器30的轴不同地对准,并且可以将结果数字地转换成仪器坐标系。这样的倾斜传感器30例如可以被具体实施为微型gmems加速度计或允许与倾斜有关的值的电子读出的另一单元,优选地具有像远低于1°或优选低于弧秒(arcsecond)的分辨率的精细分辨率。

倾斜传感器30的倾斜值读数l和t在现有技术中已知被用于提供用于在安装期间调平仪器1的信息和/或校正水平和垂直角度以补偿轻微倾斜的仪器安装或安置。

这种目标点测量可以利用这里示出的示例性全站仪或多站(诸如,莱卡多站(leicamultistation)50)作为本发明可以涉及的大地测量仪器1的实施方式来建立。其中,仪器中心点6位置的偏离在初始安置后的测量期间可能发生,这在现有技术中未加以充分考虑。所示全站仪1包括限定枢转轴5的基板18、设置在基部18上并且可以绕枢转轴5相对于基部18枢转的结构2,其中,结构2限定大致正交于枢转轴5的倾斜轴4,并且包括瞄准单元3,特别是,望远镜瞄准具,其中,瞄准单元3被设置成,使得其可以绕倾斜轴4相对于结构2枢转,并且具有发射单元,该发射单元具有用于生成并沿着对准轴8发射测量辐射的射束源。此外,该测量装置1具有:用于测量到目标点20的目标距离21的测距功能,用于沿目标点方向22测量该测量辐射8的对准的角测量功能,以及用于数据处理并且用于控制测量装置1的控制和处理单元7。该测量控制器7还可以包括目标点校正单元39,其被配置成提供根据本发明的经校正的目标点坐标。在另一实施方式中,目标点校正单元39也可以是独立的或者在可访问因此所需测量数据的另一计算单元上被实现。

当执行由控制和处理单元7人工或自动控制的目标点20测量功能时,测量辐射被高度精确地对准至少一个目标点20,由此可以以大地测量准确的方式测量期望目标点20以获得其目标点坐标。通过在在外部坐标系中已知的限定地面标记10处初始安置仪器1,可以建立针对外部坐标系的位置基准。

如图2所示,全站仪1通常按局部坐标参照系来安装。为了使用标准安装和取向方法,要求全站仪1的垂直轴5和坐标参照系是平行的。这意味着全站仪1垂直地安装在地面点10之上,优选地以具有某一仪器高度11的精确已知的坐标。然后,来自该站的测量坐标通过仪器1基于地面坐标10、仪器高度11、用于使瞄准单元3对准的两个轴4、5的水平hz角度和垂直v角度获得,每个轴都具有被构建成通过光电测距仪34确定目标方向22和斜距21的测角仪35、36。

在理想世界中,仪器1被正好安装在测量界标(monument)10或地面控制点10上方,并且在整个测量过程期间不移动。但实际上,很少是这种情况。在大多数测量安装中,仪器1在测量期间会随着时间略微倾斜,通常是因为下沉的三脚架33腿,但也由于其它影响。

图3例示了发生了这里未示出的三脚架33腿的这种下沉运动的示例。该下沉导致仪器1a、1b的倾斜12,这可以被倾斜传感器30检测到,例如,采用如上所述的l和t值。在该图中,为了例示本发明,倾斜12稍微显示得过头-实际上,该倾斜例如可能远小于或低于几度的量级、狐秒甚或更低。

仪器1a被示出为处于初始安置,在那里它被调平并以地面10上方的高度11参照地面点10。仪器中心坐标6a由此根据在仪器安装期间的该初始安置来限定。仪器基部2可绕垂直轴5枢转,并且相对于该基部2,瞄准单元3可绕水平轴4倾斜-其中,那些倾斜和枢轴值被确定并给出目标方向22,被获得为这些轴的水平hz角度和垂直v角度。仪器中心6、6a、6b例如可以被限定在轴4和5的交点处。

示出了倾斜的仪器(参照1b)倾斜达倾斜值12,例如,由于在测量过程期间下沉了一个(此处未示出的)三脚架腿。由此,仪器中心坐标6b偏离初始安置安装-尽管如此,现有技术无论如何都认为仪器中心坐标6a在测量的核心期间是固定的,直到通过重新安置获得新的仪器中心坐标6为止。这些位移可能规模较小,并且因此例如不能通过gps或其它补充手段合理检测到,但它们在大约cm、mm甚或更低的量级上在大地测量精度方面仍可以变得相关。

在现有技术中通常的做法是,检测倾斜值并将其用于物理仪器调平和/或校正目标方向22的水平和垂直角读数,以补偿那些目标方向度数中的仪器1的不水平倾斜。由此,仪器1基于未倾斜全站仪1的轴4、5取向以水平和垂直角计算测量目标点坐标,以在数值上补偿所测量的调平中的任何倾斜或不准确性,并且从而相对于理想参照系(其在大多数情况下被限定为精确调平)提供角目标方向22测量。这是一种数年以来已知的并且几乎在每个现代全站仪1中都可用的方法-并且不会与涉及与角不水平校正完全不同的方面的本发明相混淆-尽管这样并不排除仪器1的不期望的倾斜12,但其可以在本发明的角目标方向22测量中被补偿。

本发明涉及另一以前未解决的问题。当仪器1在测量过程期间倾斜时会出现第二个问题。如所讨论的,在测量开始时,仪器1被精确地安装在已知基准或控制点10上,或者另选地,仪器坐标6通过后方交会或类似方法导出。然后,所有随后的目标点20观测和计算都基于这样的假设:仪器中心6位于该仪器中心点6a处,该仪器中心点6a已经在安装仪器1时被限定一次,并且不移动。但如果全站仪1随时间倾斜,那么不仅角轴测量受到影响,而且仪器中心6b远离其原始的精确空间位置或方位6a。

在图4中例示了关于可以如何实施本发明的示例,示出了仪器1的正面特写。一旦被安置,仪器中心6a至6b的移动(例如,由于仪器1所安置的结构(例如,三脚架33)的下沉)被获得,并且这些移动被变换成根据本发明的目标点坐标的移动。明显地,根据基准位置6a监视该移动,特别是根据在将全站仪1安置在地面点10上方时的仪器中心6的初始安装时的仪器中心6a的基准位置。因移动而造成的位移量不仅取决于倾斜值12,而且取决于全站仪1的仪器高度11。全站仪中心6位于地面点10上方越高,针对相同倾斜值12的空间位移就越大。例如,在本发明的一个实施方式中,该移动可以以简化方式被建模为倾斜移动12的局部瞬时旋转中心,这可以被认为是由仪器高度11所限定的。尽管可能简化并且也许不完全正确,但与现有技术相比,这可以导致测量准确度的合理改进。当全站仪中心6最初没有参照外部坐标系时,本发明也可以以相同的方式应用,但例如仅执行相对测量。

根据本发明,这种空间位置位移优选地通过在目标点测量时的所检测的倾斜12并且基于已知的全站仪1几何形状(特别是安置高度11)来获得。在简单的实施方式中,这可以借助于三角公式来实现。即使那些三角公式未精确匹配该具体倾斜移动,它们仍带来合理的准确度提高。另选地,也可以使用更复杂的公式或数字模型,特别是如果存在所考虑安置的特定和已知几何形状。

图5示出了根据本发明的测量目标点20的示例。其中,本发明优选单独且最新针对每个目标点测量,借助于将测量仪器中心6的所获得的位移应用在所测量目标点坐标上来以增加的准确度提供经校正的目标点坐标25。

市场上的几乎所有电子全站仪都配备有倾斜传感器30,该倾斜传感器确定全站仪1的倾斜值12。在该已知仪器中,然后使用那些倾斜值按测量角对应于未倾斜完全调平的全站仪1的方式来校正角读数。但是甚至没有提到仪器中心6的移动来校正那些现有技术的仪器1。除了这种角度数校正以外,最初引用的文献ep2998701提出在初始安装期间当最初的安置基准获得不完美仪器安装的所得仪器位置时,可以容许不完美的仪器安装。关于下沉,ep2998701仅提到,由此需要更多时间来初始安装测量仪器1,为此,鉴于初始或后续手动安置所需的时间,ep2998701中提出的更快安装是有利的。在这种初始安装中,提出了主动转动三角台的底脚螺钉来调节仪器调平。这在三脚架腿下沉时不会发生并且其不利于在测量期间进行。

换句话说,在现有技术中,在安装期间全站仪中心6的初始确定(其将成为所有进一步测量的基础)在此通过对基准标记10进行空间测量而得到缓解,而不是像经典地进行的那样在基准标记10上建立精确安装。

当将用于测量的全站仪中心6的空间位置位移应用于所获得的目标点坐标25(而不是应用站点6坐标上)时,本发明可以获得的一些优点,这在下文中加以示例性讨论。

全站仪测量期间最常见的倾斜12事件是三脚架腿下沉。这同样发生在测量过程期间,这意味着,实际上,在这种安置下的每个、多个或至少一个目标点20测量事实上与不同仪器中心点6b有关,特别是在水平面或三个横向尺度的空间坐标中-但是在现有技术中没有考虑到这种情况。现有技术至多考虑在测量期间对这种倾斜12的角调平校正。

在现有技术中,所测量坐标仍然被认为是基于初始固定的仪器中心点6a-尽管在本发明看来,这样的下沉致使其不再是完全正确的,这在现有技术中通常被忽略,甚至也没有意识到甚至可能存在这样的问题。

另外,尝试多次应用上述ep2998701的教导,从而获得多个新的仪器中心点6a、6b、…对于来自同一仪器安置的每个或多个测量来说并将不令人满意。应当理解,仪器中心点6被固定用于多次测量,并且在仪器1实际上没有被重新安置的情况下对于每次测量没有不同。另外,许多普通的测量原理要求仪器中心点是固定锚点的事实(或假设)。

利用根据本发明的所述功能,大多数用户将受益于更准确的测量和/或现场节省时间。

本发明的另一方面可以是,不仅可以随时监视倾斜过程并且可以校正目标坐标25。本发明还允许安装在接地点10上方倾斜的全站仪1,因为其补偿了所有可能的误差。由此,例如,仪器调平可以完全省略-或者至少可以放宽调平准确度。

此外,如上所述,在将全站仪1安装在已知地面点10(或者在使用后方交会法时的未知地面点)上时,前者假设仪器安装正确并且全站仪中心6a恰好位于标记10上方并且全站仪坐标6应当保持固定并且像锚点那样起作用。根据本发明,至少实质上,全站仪坐标6a对于所有目标点测量值保持唯一,因为(若需要的话)目标点测量值25针对可能偏差被校正,但所得目标点坐标总是与初始安装位置处的全站仪中心6a的固定锚点有关。

另一优点可以是可以使用测量时的倾斜读数来校正目标点坐标25。这具有不必在来自一个站的测量过程期间计算数百个站点坐标6a、6b、…的优点。另外,以某一频率计算新的站点坐标6b不符合始终具有正确目标点坐标的客户要求(并且特别是不必担心可能的安置问题,而是关注实际获得的目标点测量)。通过在执行目标点测量时使用离散倾斜值12,这可以根据本发明来建立。

还有一个方面是经常这样做,安装计算和测量观测需要进行后处理。还可以利用与测量数据数据库中的目标测量连接的倾斜度数12来重新计算倾斜全站仪1b的影响,其可以被视为本发明的另一方面。此外,在根据本发明的特定实施方式中,可以将利用全站仪1的倾斜读数12校正目标坐标提供给不是利用包含该特定特征的全站仪1捕获的测量数据。只要倾斜读数(特别是在时间上)被分配给这些测量,就可以在后处理软件中校正目标坐标。

一旦安置,因仪器1所安置的结构的下沉而造成的仪器中心6的移动(例如,从6a到6b)可以具体地沿x和y方向的水平分量并且沿z方向的垂直分量来进行划分。根据本发明,那些移动被变换成目标点坐标25的移动。还如图4所示,在一个实施方式中,那些移动可以借助于三角公式来计算,例如,通过确定相对于目标坐标的笛卡尔偏移量dx&dy&dz,或者另选地通过确定相对于目标观测的极偏移量dhz&dv。例如,空间位置位移可以通过下式计算:

dx=h·sin(th)·cos(th),

dy=h·sin(tn)·cos(tn),

dz=h·(sint)^2,

其中,h=安置高度,而t=倾斜值12,th=沿水平倾斜轴4的方向的倾斜值12,tn=正交于水平倾斜轴4的倾斜值12。相应地,由于基本几何模型也仅仅是近似的和/或由于通常少量的角度变化的事实,还已知近似值(例如,根据maclaurin或其他人),就像sint≈t、cost≈1-(t^2/2)等(当然,t以弧度(radiant)为单位)。优选地,可以在实际实验中评估这些公式,然后例如根据实验结果加以优化。

如图所示,安置仪器1a位置倾斜至仪器1b位置,由此仪器中心点也从6a偏离至6b。现在,仪器1b被用于测量目标点20,这里被具体实施在一个测量杆上,以通过其测量对准8b(包括方向和距离)来获得其目标坐标。但是忽略倾斜位移、参照仪器1a的初始安置以及对应中心点6a,这将导致如由8a所示的错误目标点20a。因此,根据本发明,由8b测量的目标点坐标被应用有从6a到6b的、仪器中心坐标的位置位移x、y、z,以得到参照没有倾斜的仪器中心坐标6a的经校正的目标点坐标25,如由虚校正测量8c所示的。由仪器1提供其坐标的所得到的经校正目标点20c是真实目标点20相对于该仪器的由此虚拟固定的仪器中心点6a的坐标。根据本发明,其中,仪器中心坐标的位置位移x、y、z基于倾斜值12和仪器安置高度11来获得。

如图6a的实施方式的示例中所例示的,可以如下计算和应用空间位置位移的水平分量。

仪器1以其仪器中心6被安置,优选地参照外部坐标系(例如,通过如前所述的仪器安置的地面点10)。然后,在测量期间,仪器例如由于三脚架腿下沉或另一影响而倾斜,使得仪器中心6遭受空间位置位移,移动至位置6b。从该位置6b执行真实目标点20的测量,以利用目标距离21和目标方向22得到测量目标点坐标。如果不考虑倾斜位移(诸如,在现有技术中),则该结果将是测量目标点20b,这是不正确的。根据本发明,目标点坐标通过将仪器中心因倾斜而造成的空间位置位移(并且取决于安置高度)应用至测量目标点坐标来校正,以得到经校正的目标点坐标。那些经校正的目标点坐标不是目标方向和距离的纯实测值,而是借助于所述通过倾斜而引起的并且应用至目标点坐标的空间位置位移的校正来虚拟地参照初始安置仪器中心坐标,这根据本发明来进行。这不必与仪表中心6位置本身的校正相混淆,由此实现完全不同的技术效果,作为测量的基础,将移至6b,并由此可能针对每次测量而不同,这是不可取的。在该图中还可以看出,根据本发明的目标点校正,不仅发生角校正,而且所测量目标距离21被校正,以获得经校正的目标点坐标25的经校正的目标距离21b,其虚拟参照初始仪器中心6(当然只有在实际下沉位移导致该值发生变化时)。为虚拟地例示该情况,经校正的目标点坐标在这里以极坐标21b示出-尽管当考虑笛卡尔坐标或其它坐标时也是如此。

所有角测量都基于角测量系统的基准方向。这主要是0方向,其通常以针对仪器的向北方向9的方位对应。根据倾斜12和安置高度11,计算出初始仪器中心6具有针对实际仪器中心6b的空间位置位移。这意味着必须根据全站仪1的基准方向计算并应用沿x和y的空间位置位移量。因实际下沉倾斜而造成的沿x和y的所获得的水平位移必须被应用于测量目标点坐标25,该测量目标点坐标25根据相对于仪器中心6b的目标距离21和目标方向22来确定。例如,这可以借助于在目标坐标24上的笛卡尔坐标偏移x&y来进行,或者取决于在哪种坐标系中进行测量,另选地借助于针对目标观测的极坐标偏移dhz。由此,经校正的目标坐标25结果(其表示实际目标点20的正确位置25)参照仪器中心在其初始安置位置处的虚拟固定安置6(实际上已经移动到6b)。根据本发明的一方面,在将目标点坐标24校正成经校正的目标点坐标25时,可以仅考虑空间位置位移的那些水平分量x、y,特别是随着水平分量x、y趋于通常大于因安置高度11而造成的垂直z分量。在这样的简化实施方式中,代替可选的完全x、y、z校正,可以仅沿水平x、y进行校正,例如,如果由于给定几何形状,垂直z校正将是可忽略的小尺寸,特别是对于例如大约或低于1°的小的倾斜值来说。

如图6b的实施方式的示例中所示,可以计算并应用从6到6b的空间位置位移的垂直分量,特别是独立于全站仪1的观看方向。根据本发明的原理与以上针对水平分量所描述原理的相同,但应用于垂直分量。必须将位移量z(当然,具有正确的符号)添加至目标点20的垂直观测的未校正目标坐标24,以得到经校正的目标点坐标25,这涉及初始安装仪器中心6。

在本发明的特殊实施方式中,可以建立水平和垂直位置位移的单独校正。根据操作员的要求,基于倾斜传感器数据校正目标点坐标可以仅水平地、仅垂直地或者水平地和垂直地来应用。如果使用非笛卡尔坐标系,则可以应用类似考虑。

在本发明的特殊实施方式中,可以从一个或更多个离散倾斜域值起或者另选地从一个或更多个离散位移阈值起建立目标坐标的校正。例如,根据操作员的要求,利用倾斜传感器数据12进行的目标点坐标25的校正可以从一定量的倾斜起或者按某些步骤从一定量的倾斜起开始。

在本发明的该特殊实施方式的变型中,可以建立利用倾斜传感器平面考虑的校正。例如,在某些测量环境中,倾斜传感器30可能无法针对每次测量递送离散倾斜值12,例如在地下振动时或者在高动态应用(诸如,机器控制或其它目标跟踪)期间。在这种情况下,倾斜传感器30可以冻结未受干扰的倾斜状态,并且可以利用该冻结的倾斜状态来校正多个后续测量,直到可以测量新的未受干扰的倾斜为止。

在被用于立桩监视(stakeout)应用的本发明的实施方式中,全站仪中心6沿x、y和/或z的位移可以按相反方向来应用,以便建立立桩监视的改进准确度。例如,全站仪1可以包括并提供专用立桩监视模式,其中,根据本发明的目标点坐标的校正方向在符号上被反转。

在本发明另一实施方式中,当执行全站仪1的取向检查(例如,通过旋转望远镜)时,也必须具体考虑目标点坐标的校正。检查全站仪1的取向还需要对仪器1的倾斜进行特定处理,因为沿x、y以及z的位移必须被应用于初始后视坐标上,以便获得更新的基准坐标来检查取向、针对目标的距离以及高度差。全站仪1可以在其校正例程中考虑这一点,例如,通过提供相应地应用校正的特定检查模式。

在本发明的采用机载或机器人使用情况的实施方式中,本发明总体上及其上述具体修改可以针对在全站仪1上进行计算7的两人测量是有效的,以及针对在所连接的移动计算机装置上进行计算的一人测量是有效的。

在本发明的实施方式中,其中,仪器1没有精确地安装在地面点10上方,本发明的特征可以与其它特征组合以简化安装过程。例如,不需要全站仪的垂直轴的虚拟放大正好与地面基准点10相遇。例如,垂直轴的初始偏移可以通过向下指向地面点10的相机或通过其它已知手段来确定,由此本发明也可以与最初未精确安装在地面点10上的全站仪1一起工作,

概括起来并且换句话说,本发明以可以被描述成向用户提供用于提高其全站仪仪器1的目标测量准确度的特征。在现有技术中,在测量期间因倾斜12而造成的全站仪中心6的位移未被考虑。在正常的测量条件下,在测量期间,全站仪中心6可以按毫米范围或更大范围移动是相当常见的。根据本发明,(例如,由于三脚架下沉或其它偏差的导致的)这种移动不再被忽视-这是有意义的,因为现有技术的全站仪的系统准确度通常比那些移动具有更高的准确度。

此外,本发明允许安装具有比现有工作范围更大的工作范围的倾斜传感器30。从理论上讲,上述问题会更加突出,但是可以弥补校正全站仪中心6的目标点坐标应有位移。

根据本发明,另一优点可以是用户不需要永久性地检查全站仪1的倾斜。对于现有技术的全站仪1,如果在测量期间检测到倾斜,则将需要重新调平并将仪器1重新定位在地面点10上方,这最终将需要新的安装来定向全站仪1。这是一个耗时的过程,其可以根据本发明而节省,因为简单地校正了所获得的目标点坐标。

根据本发明的目标点校正在此可以具体实施为用于通过测量仪器1经大地测量至少一个目标点20来获得大地目标点坐标的方法,该法包括如图7的基本框图的示例所示的步骤。

在框50中,进行在地面点10上方一安置高度5的地点处安置测量仪器1。例如,可以通过在地面标记上方竖立三脚架并将测量仪器1安装至所述三脚架来进行这种安置。

在框51中,进行确定测量仪器1的倾斜值12。这例如可以利用正在确定相对于重力方向或水平面的倾斜值的倾斜传感器30(像一个或更多个水平或重力传感器)来实现。

在框52中,获得在目标点测量时的测量数据通过瞄准单元3对准测量目标点20并触发测量来进行,由此由仪器1捕获在触发时刻从测量仪器1到目标点20的目标方向22和目标距离21。因此,该仪器包括一个光电测距仪,和用于使瞄准单元3枢转和倾斜的两个轴处的测角仪。这两个轴具体可以基于电气信号被机动化以移动。

在框53中,基于包括由测角仪获得的目标方向22、由光电测距仪获得的目标距离21以及由仪器倾斜传感器获得的仪器倾斜值12的测量数据,通过由此配置的控制单元7来进行一个或更多个目标点20的目标点坐标的确定。

在框54中,基于仪器倾斜值12,特别是基于在仪器1安置时的初始仪器倾斜值与目标点测量时的实际仪器倾斜值之差,连同地面上方的仪器安置高度11一起,来进行仪器1的空间安置位置移位的计算。例如,该空间安置位置位移计算可以通过简单的三角法来实现,但另选地还通过仪器1的安置几何结构的更复杂的模型来实现。

由此,获得因测量仪器1相对于安装时的初始仪器中心6的倾斜移动(例如,因测量仪器1安装时的下沉或其它事件)而造成该仪器中心6b的空间位移(x、y、z)的获得。

在框55中,通过将所计算的安置位置位移(x、y、z)应用于目标点坐标来进行针对虚拟固定安置位置6的目标点坐标校正。在通过目标点校正单元39进行的该过程中,安置位置6被设想成虚拟固定至仪器1的初始安置位置6、6a,并且校正目标点坐标(不是实际位移的安置位置,而是目标点坐标)。

通过将仪器中心位置6的空间位移/偏差(x、y、z)应用至目标点坐标来进行的所获得的目标点坐标的该校正,提供经校正的目标点坐标。

在框56中,由此精炼的大地测量被提供为经校正的目标测量坐标。这些经校正的目标测量坐标可以说虚拟地基于未偏离仪器中心6,就好像仪器1没有倾斜移动并且所述仪器1确实被恰好固定在其用于测量的最初安置处一样。

在框60中,可选地,按通过该仪器确定的水平角和垂直角满足水平的方式,基于倾斜值12来进行对那些角的附加数值校正。由此,根据本发明的一方面,按六个自由度建立倾斜校正。

技术人员获知的事实在于,在此参照不同实施方式示出和说明的细节在本发明的意义上也可以与来自其它实施方式和其它置换例的细节相组合。

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