用于测绘仪器的定位方法和所述测绘仪器的制造方法
【专利说明】用于测绘仪器的定位方法和所述测绘仪器
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的大地测绘仪器的位置找寻方法、一 种根据权利要求14的前序部分的这样的大地测绘仪器以及这样的计算机程序产品。
[0002] 为了记录测量环境中的限定点的性质，特别是具有空间参照的数据，自古时起就 已知有各种各样的测量方法。在这种情况下，测绘仪器的位置和取向以及与测量点有关的 方向、距离和角度被记录作为空间标准数据。这些测绘仪器或大地测量仪的通常已知的示 例是经炜仪或全站仪。这些仪器具有允许确定与所选择的目标有关的方向和距离的角度和 距离测量功能。在这种情况下，在仪器的内部参照系内确定角度和距离变量对于绝对位置 找寻还需要与外部参照系组合，为此测绘仪器在外部参照系中的位置通常用作基准。
[0003] 在原理上，测量仪器的站坐标可作为自由部署从属于部署环境中已经绝对地参照 的点的测量来计算。这些可以是存在于地形中的固定的区别点（例如，教堂尖顶）或者专 门为大地测量安装的对象（例如，建筑工地上的目标标记）。为了正确的位置找寻，在这种 情况下测量数据均需要明确地与相关参照点关联。用于每一单个点测量的这种参照通常需 要至少部分地手动实现，这耗时而且易于发生错误。
[0004] 因此，EP 2142884. B1公开了一种位置找寻方法，其脱离了为测量需要观测的测量 数据的点标识和记录的必要组合。为此，在部署测量之后或者在部署测量期间逐步地利用 点相对于彼此的相对位置实现所测量的点与其在一个参照点集合中的对应元素的必要关 联。该过程可由带自动目标识别功能的测绘仪器以自动化方式执行。此方法的缺点在于周 围需要有多个绝对参照的点，并且这些点必须另外能够测量。另外，为了自动化，它们需要 设置有测绘仪器可瞄准的标记，例如回射棱镜。另一缺点在于位置找寻相应地需要执行多 次大地测量，这通常需要专业知识，并且增加了耗费时间。另外，EP 2142884. B1中所公开 的位置找寻方法的执行需要预先选择适当的一组参照点，即，在这方面需要地点的某些先 验知识。
[0005] 另选地，测绘仪器的位置可通过安装在测绘仪器上的GNSS接收器利用各个卫星 作为参照点来确定。然而，缺点是与通过大地测量的参照相比，分辨率较低，特别是在高度 确定方面。另外，该处理被束缚于GNSS信号的接收，而这并不是处处可用的。
[0006] 因此，本发明的目的是提供一种用于大地测绘仪器的另选的简化的位置找寻方 法。
[0007] 本发明的另一目的是允许可快速执行的完全自动化的位置找寻。
[0008] 本发明的另一目的是允许在没有针对单独的位置参照（例如，可作为目标的环境 标记或GNSS卫星）的特定测量的情况下的位置找寻。
[0009] 本发明的另一目的是允许在不使用另外的大地测量仪的情况下和/或在没有大 地测量并且不使用位置指示信号的情况下的位置找寻。
[0010] 本发明的另一目的是与大地测量相关的环境点或区段的简化的视觉提供。
[0011] 本发明的另一目的是提供一种用于这种方法的大地测绘仪器。
[0012] 本发明通过独立权利要求的特征或者通过从属权利要求的特征来实现这些目的， 开发这些方案。
[0013] 本发明寻求一种新颖方法以便确定大地测绘仪器的位置。根据本发明，对参照位 置信息的参照没有使用单独的位置参照环境点（其位置通过接收诸如GNSS信号的位置信 号或大地测量来确定），而是使用允许测绘仪器地点的明确标识的部署环境的特性来建立。 为此，在至少一个邻接区域上记录所选择的部署场地的环境的图像，在该处理中具体记录 的环境元素（旨在被理解为环境表面的点或区域）以指定的最小密度覆盖所述区域以便获 得关于地点环境的对于另外的方法步骤而言程度足够高的信息。图像或者从其提取的数据 体（volume of data)然后被与存储在例如数据库中的各种各样的环境的图像的数据体进 行校勘。寻找内容与所记录图像相同的该图像。所存储的图像或者数据体被位置参照，即， 从其获得环境的相应存储图像的相应地点的绝对位置是已知的或者可确定的。位置值也被 存储或者是可检索的。如果发现所记录图像和数据库图像之间匹配，则可假设二者基于相 同的地点。因此，所存储的图像的地点的位置数据还与所记录图像的还未参照记录地点关 联。
[0014] 根据本发明，因此，通过基于环境的图像从各种各样的地理参照地点标识对应地 理参照地点并且采用由于环境视野的一致而被标识为与当前场所相同的对应已知定位场 所的位置数据，来至少粗略地确定当前定位场所的坐标。在本发明的上下文内，从场所意义 上讲"（记录）地点"表示边界可能流畅的小比例区域，其具有可用于明确地标识它的特征。 在本发明的上下文内，"部署"（或"部署场所"和"位置"（或"定位场所"）表示具有明确限 定的位置的地点或者小比例区域内的点。换言之，"地点"包括多个或许多部署或定位，即， 同一区域内的多个点，其表示这些部署（以及从其记录的图像）具有相同的环境视野。由 于对于本领域技术人员而言分别意指的含义在上下文中是清楚的，这些和相似指定在一定 程度上按照同义词使用。根据本发明，"一致"或"相同"表示再现环境视野的图像的数据体 具有显著程度的匹配，即，特定容限内的匹配。用于确定匹配程度的基准是间隔和相似度度 量，例如Minkowski距离、Bhattacharyya距离、Kullback-Leibler距离或者通常包括各种 距离度量的距离矩阵等。
[0015] 根据本发明，因此，记录环境的图像的大地测绘仪器的当前部署场所没有必要与 位置参照数据库图像所基于的已知定位场所精确匹配。相反，在本发明的上下文内，在这方 面，如果在环境的图像中它们具有显著的匹配程度，则部署场所或定位场所是相同的，即， 它们被视为"相同"。当前地点的"标识"因此旨在从地点的"识别"意义上来理解，这不要 求大地测绘仪器的当前部署场所和地理参照定位场所精确匹配。相反，地点标识可容许当 前部署与地理参照定位场所之间的偏移，只要确保相应环境视野之间的足够程度的匹配即 可。因此，根据所确定的容限以及所使用的数据体和数据记录的精度或细度或分辨率，所关 联的位置数据或多或少粗略地匹配大地测绘仪器的当前部署的实际（但未知）的位置数 据，这意味着根据本发明确定的位置数据通常不精确，而是粗略的位置信息。换言之，根据 本发明确定的测绘仪器位置明确地确定大地测绘仪器的地点，但是还未将部署确定为精确 位置。
[0016] 因此，根据本发明的方法用于当前部署的粗略位置找寻。在这种情况下，位置找 寻以足够的粗略程度来实现，以便于根据本发明提供的测绘仪器位置能够用于使用另外 的方法凭借当前部署的位置数据或者根据本发明确定的标识地点确定实际或精确位置数 据（从当前位置的精细确定意义上讲），其能够被当作用于从数据库检索位置参照信息的 基础，所述位置参照信息用于随后的精确位置找寻，即，位置数据的精确确定或者部署的确 定。
[0017] 例如，根据现有技术，当前部署的位置数据可凭借随后执行的环境中的多个（具 体地讲，至少三个）绝对参照的目标的大地测量来精确地/精细地确定作为位置参照信息。 由于基于根据本发明的方法，标识测绘仪器的地点，可从与该地点关联的数据库检索位于 该地点的地理参照大地测量目标，这可以自动化的方式来实现。使用测绘仪器的距离和角 度测量功能针对可作为目标的（例如，由于配备有回射器）各种类型的目标的大地测量然 后通过已知的大地测量原理（例如，基于EP 2142884. B1中所公开的方法）得到更精确的 位置找寻。为此，用户的选择可涉及叠加在环境图像上的点。具体地讲，另选地，这种测量可 由测绘仪器利用自动瞄准功能按照完全自动化的方式来执行，例如EP 10168771. 3中所公 开的。换言之，根据本发明的方法标识大地测绘仪器的当前地点，这提供粗略位置信息项， 它是用于确定在所有情况下满足大地测量精度要求的精细位置的后续方法的基础或前提。
[0018] 可按照各种方式来生成环境图像。根据本发明，单独的环境元素按照非特定的方 式来记录。作为替代，从"全面地"捕获环境的意义上讲记录范围被完整映射，使得覆盖质 量达到指定的下限。根据本发明，在这种情况下从选择标准不具体依赖于环境的意义上任 意地随机选择环境元素。在这方面，在没有先验知识的情况下生成环境数据。例如，环境元 素被目标化以仅达到指定各个测量之间的角度间隔，其生成点图案，而非具体地记录区别 环境点（例如教堂尖顶或者方石的拐角）或者设置有特殊标记的环境元素。图像的最大分 辨率受到记录手段的技术能力的限制。因此，需要选择记录手段使得环境元素的可实现的 覆盖密度以及因此关于环境的信息的密度足以能够凭借本发明的与位置参照图像的校勘 足够可靠地标识匹配。具体地讲，通过数字相机的摄影记录或者三维记录（例如，通过激光 扫描生成）适合于根据本发明的方法。摄影可以是黑白记录、色深为例如24位的彩色摄影 或者仅特定光谱范围上的记录。当使用数字相机时，所记录的环境元素覆盖记录范围的最 小密度由图像传感器的像素数来指定，例如对于通常5. 76mmX4. 29mm的图像传感器区域， 其例如介于〇. 5兆像素和16兆像素之间，特别是介于2兆像素和8兆像素之间。当使用激 光扫描仪时，最小密度（例如，对于点间隔）在距地点l〇m的距离处介于500mm和0. 5mm之 间，特别是在距地点l〇m的距离处介于100mm和2mm之间，特别是在距地点10m的距离处介 于50_和5_之间。因此，需要确定其位置的根据本发明的大地测绘仪器具有至少一个数 字相机或者用于生成具有深度信息的环境图像的单元，例如激光扫描仪或RIM相机。例如， 在同一申请人