确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法及测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及根据权利要求1的序言的用于精确地确定大地测量装置的位置和定向 偏移的方法、根据权利要求14的序言的运种大地测量装置W及根据权利要求15的运种计算 机程序产品。
【背景技术】
[0002] 出于记录测量环境中的限定点的特性(具体地为具有空间参照的数据)的目的，自 古代W来已经知道多个测量方法。运里，测量装置的位置和对准W及到测量点的方向、距离 和角度被记录为空间标准数据。经缔仪或全站仪构成运些测量装置或大地装置的公知示 例。运些装置具有用于确定到被选目标的方向和距离的角度测量功能和测距功能。在处理 中，在装置的内部参照系统中确立角度和距离变量。出于确定绝对位置的目的，运些变量仍 然需要与外部绝对参照系统链接，其目的是测量装置的精确绝对部署，因为其内部参照系 统在外部参照系统中的位置和定向通常用作基础。
[0003] 为了精确地确立测量装置的绝对的即地理参照的部署，能够根据关于绝对参照的 目标点的当前部署中的大地测量精确地计算其位置和定向作为间接地理参照。大地测量是 借助于测量装置的角度测量和测距功能的方向和距离测量，并且目标点是点状固定且校准 的点，例如为大地测量特别地安装的教堂塔尖或对象，例如存在于测量装置的测量环境中 的建筑工地上的目标标记。位置和定向是根据至少=个目标点的相对于内部参照系统所测 量到的定位及其已知的绝对定位来计算的。换句话说，两个参照系统之间的变换是根据目 标点在测量装置的内部参照系统中和在外部参照系统中的定位来确定的。运种方法的缺点 是对分布在环境中的多个目标点所需的大地测量是费时的且成本密集的。
[0004] 根据现有技术，甚至对于在同一测量环境中复现并且与经组装的测量装置的拆卸 和新设置或位移连接的测量，劳动密集且费时的方法也是确定当前部署所需的。通过示例， 如果定线和定中屯、是在无需支出许多时间用于将测量装置确切地建立在先前部署之上的 情况下着手的，则在运些情形下在先前的第一部署（即在早前定位处的位置和定向）与当前 的第二部署（即大地装置的当前位置和定向）之间存在偏移。同一测量环境中的运些复现测 量来自相似的定位，并且同时，在处理中，不同的部署例如发生在建筑物工地上W便测量自 最后测量W来新近构建的对象点，或者多个测量在测量装置的偏移的情况下发生W便能够 完全配准扩展环境对象，例如测量房子的所有四个侧面或者配准如从一个定位看时例如被 建筑物或岩架覆盖的对象位置，例如街道。
[0005] 作为用于借助于连接至当前部署的GNSS接收机来确定当前部署的另选的方法的 直接地理参照提供不太精确的结果，而且，不利的原因在于该方法束缚于例如在隧道或密 集建成区域中可能被抑制的GNSS信号的接收。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的包括提供一种用于精确地确定大地测量装置的当前的第二部 署相对于先前的第一部署的位置和定向偏移的另选且简化的方法。
[0007] 本发明的另一目的包括使得能实现能够被迅速地执行的运种位置和定向偏移的 完全自动化的精确确定。
[0008] 本发明的另一目的包括在不使用另一大地装置的情况下并且在不使用位置提供 信号的情况下使得能实现运种位置和定向偏移的确定。
[0009] 本发明的另一目的包括关于运些部署中的一个参照从测量环境中的不同部署测 量的同一测量环境的测量环境点。
[0010] 本发明的另一目的包括基于先前的第一部署在外部具体地地理参照的参照系统 中使得能实现大地测量装置的当前的第二部署的精确确定。
[0011] 本发明的另一目的包括为运种方法提供大地测量装置。
[0012] 根据本发明，运些目的是通过独立权利要求的特有特征或通过从属权利要求的特 征来实现的，或者运些解决方案是通过独立权利要求的特有特征或通过从属权利要求的特 征来发展的。
[0013] 本发明设及一种用于精确地确定大地测量装置的第二部署相对于第一部署的位 置和定向偏移的方法，其中两个部署位于同一测量环境中。在该方法的范围内，测量环境的 至少一个第二连续区域的环境的第二图像是从第二部署记录的。环境的第二图像的图像元 素与环境的第一图像的对应的图像元素相匹配，所述第一图像是从第一部署记录的并且对 测量环境的至少一个第一连续区域进行成像，其中第一连续区域和第二连续区域具有多个 公共测量环境点。关于与对应的图像元素相对应的测量环境点的方向是基于相应图像中的 相应的图像元素的定位分别从第一部署和第二部署在大地测量装置的内部参照系统中确 定的。未定标的位置和定向偏移（即仍然不对应于测量环境的真实尺寸的偏移)是根据所确 定的方向确立的。确定定标因子即成像尺度例如借助于按照精确无接触优选激光光学方式 测量到的从第二部署到其方向已被确定的至少一个测量环境点的距离或者借助于具有已 知尺寸的测量环境的对象(例如，在正被使用的环境的优选第二图像中成像的已知长度的 比例尺(scale bar)或测量路径)来实现。精确地确定位置和定向偏移是基于所确定的从第 一部署和第二部署到与对应的图像元素相对应的测量环境点的方向并且基于所确定的定 标因子来实现的。
[0014] 本发明同样地设及一种用于执行根据本发明的方法的大地测量装置。该大地测量 装置具有被具体实现来执行根据本发明的方法的控制与评价单元。该大地测量装置另外具 有被布置在底座上、可绕回转轴回转的结构。此外，该大地测量装置具有带用于发射激光束 的单元和激光测距功能的瞄准单元，基于所述激光测距功能到测量环境的点的距离可由激 光光学装置测量。而且，该大地测量装置具有用于精确地配准通过所述结构关于底座的相 对回转位置限定的至少一个回转角的角度测量功能，基于所述角度测量功能到测量环境点 的方向是可测量的。测量环境点被理解为意指该大地测量装置的环境中的对象(建筑物、地 面上的区域等）的表面的一小点状部分。此外，该大地测量装置具有用于记录环境的图像的 单元，具体地为数码相机或激光扫描模块。在优选实施方式中，该大地测量装置是全站仪或 经缔仪。
[0015] 测量方向和距离是关于所述大地测量装置的内部参照系统而实现的。部署将被理 解为意指所述大地测量装置的固定位置和固定对准，所述固定位置和固定对准能够被归于 关于外部参照系统的位置和定向。换句话说，内部参照系统的零点或原点的定位W及内部 参照系统的坐标轴的方向二者可在相应部署中在外部参照系统中确定。
[0016] 不同的第一部署和第二部署源自大地测量装置在同一测量环境内的偏移或位移， 并且因此自内部参照系统的原点的偏移或位移和/或自其对准的改变出现。运在两个部署 之间导致位置偏移和/或定向偏移并且可通过由平移和/或旋转构成的变换在数学上描述。 运个位置偏移和定向偏移或平移的参数是通过根据本发明的方法优选地关于所有六个自 由度(=个位置/平移自由度和=个定向/旋转自由度)而确定的。可选地，所确定的位置/定 向偏移或变换参数被用来相对于限定第一部署的第一位置和第一定向确定限定第二部署 的第二位置和第二定向。如果第一部署是关于外部参照系统确定的，则因此还至少隐式地 存在第二部署关于外部参照系统的确定。具体地，如果通过参照用于参照例如具有通用横 墨尔卡（UTM)投影的国际或欧洲陆地参照系统1989( ITRS89/ETR89)、世界大地系统84 (WGS84)或Gauss-K化ger系统的大地绝对参照系统来地理参照第一部署，则还至少隐式地 地理参照第二部署。确定位置/定向偏移或平移参数或第二部署能够在处理中通常仅被隐 式地实现，使得该信息被用来W此确定信息的两个其它项中的一个(例如来自位置/定向偏 移的第二部署）。如果信息的上述项中的任一个的显式知识不是具有大地测量装置的测量 对象本身所需的，则确定可选地是隐式的，使得该信息被用来确定从第二部署测量的测量 环境点关于第一部署或绝对外部参照系统的定位。换句话说，在运种情况下，在根据关于位 置偏移和定向偏移的知识确定测量环境点的位置方面存在来自第二部署的测量，如同该测 量是从第一部署执行的。
[0017] 从第二部署记录环境的第二图像W确定第二部署与第一部署之间的位置偏移和 定向偏移。环境的图像由被大地测量装置包括的用于记录环境的图像的单元(例如，具有位 置敏感检测器(例如，CMOS传感器或CCD传感器）的数码相机)或用于创建具有深度信息的环 境的图像的单元(例如，范围成像相机(RIM)、立体相机或激光扫描模块)来记录，其中激光 扫描模块可选地被具体实现来配准反射激光强度。通过示例，例如在由同一申请人于2012 年1月30日提交的EP 12153163中描述了一种具有激光扫描模块的大地测量装置。因此，环 境的图像例如是数字相片、范围图像或3D激光扫描。
[0018] 环境的第二图像W及同样地环境的第一图像各自分别对测量环境的第二连续区 域和第一连续区域进行成像。理想地，环境的大连续区域被配准，例如与至少70° (具体地在 90°与270°之间，特别地在具有限定垂直孔径角的至少大体水平对准(关于外部参照系统） 中至少130°)的记录角范围对应，所述限定垂直孔径角的值例如位于从-90°到+90°具体地 在-50°与巧0°之间的值范围中。优选地，大地测量装置的定位的整个环境被记录，即，优选 地存在环境的图像在例如60°的垂直孔径角情况下在360°的水平角范围之上的可选地多步 记录，作为其结果生成了全景图像或范围全景图像或360°3D扫描。运优选地被自动地实现， 为此大地测量装置具有用于旋转的电机，借助于该电机用于记录环境的图像的单元能够绕 水平轴旋转。环境的图像可W包括各自描绘环境的不同连续区域的多个单独的图像的组 合。通过示例，能够组合各自在90°的记录范围情况下在水平方向上偏移了90°的四个记录 W形成全景图像作为环境的第二图像。
[0019] 然而，根据本发明，与具有商业上可得到的数码相机的技术能力的单个图像记录 相对应的环境的一个连续区域也是足够的;也就是说，一般而言，