用于測量和遠程控制的移動場控制器的制造方法
【專利摘要】能夠手持的用于測量和遠程控制的移動場控制器，該場控制器與具有距離測量功能和方向測量功能的大地測量裝置一起形成用于位置的大地測量確定的單人測量系統(tǒng)，其中，場控制器具有控制和評估單元，其具有數(shù)據(jù)接口和允許確定場控制器空間方位的裝置。場控制器還具有：殼體，其支承能夠被測量裝置瞄準的大地測量目標對象，特別是回射器；以及例如用于電光或電聲距離測量的距離測量單元，通過該距離測量單元，可以測量場控制器和待測量的及可被場控制器光學標記的目標點之間的距離或場控制器和特定區(qū)域內(nèi)的多個點之間的距離，使得在不接觸正在建立的目標點接觸的情況下生成3D點云。當測量特定地形區(qū)域時，在控制和評估單元中保存允許針對確定要運送的特定距離來根據(jù)幾何方面分析測得的3D點云和/或數(shù)字相機的對應圖像的算法。從場控制器的空間方位、場控制器和目標點之間的距離和大地測量目標對象的絕對位置數(shù)據(jù)計算目標點的絕對位置，或者被發(fā)送到外部單元以計算。
【專利說明】用于測量和遠程控制的移動場控制器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以手持的移動場控制器，根據(jù)權利要求1的前序部分描述，該場控制器和一個可以遠程控制的大地測量裝置一起組成用于大地測量的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]自從古代開始，已知用于勘測一個目標點特別是多個目標點的多種大地測量裝置。這里，從絕對位置已知的測量裝置到待測量的目標點的距離和方向或角度被記錄為空間標準數(shù)據(jù)。這類大地測量裝置的眾所周知的現(xiàn)代示例是視距儀和全站儀，也被稱作電子視距儀或電腦視距儀?，F(xiàn)有技術中的大地測量裝置在例如EP1686350的文獻中進行了描述。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]通常會出現(xiàn)的情況是由于障礙物阻擋了視線導致測量裝置不能直接地瞄準目標點，例如，界標。因此，在許多大地測量應用中，依靠在目標點上放置的特別實現(xiàn)的目標對象來測量該目標點。根據(jù)現(xiàn)有技術，這些目標對象包括作為對象支承件的測竿(rod)組成，所述測竿具有可被瞄準的標記或作為瞄準對象的回射器?；跍y量的目的，這個帶有目標點的垂直測竿(plumb rod)的末端與地面接觸并且保持正交以確定方向。這樣，為了確定距離，通過將測竿圍繞其縱軸旋轉的方式使測竿水平對準，使得標記或回射器將測量裝置發(fā)出的光信號反射回所述測量裝置。另選地，使用360°反射器，這種反射器從任意水平準線將發(fā)出的光信號反射回去。這個過程需要兩個用戶:一個用戶操作測量裝置，另一個用戶放置并扶住目標對象。
[0004]為了讓用戶自己能夠進行大地測量，根據(jù)現(xiàn)有技術的全站儀采用了使目標光學單元機械化、自動目標搜尋和跟蹤并且遠程控制整個設備的手段，這樣做的結果是使得測量可以在目標點處通過適合的遠程控制單元來執(zhí)行測量?，F(xiàn)代全站儀還包括用于對已記錄的測量數(shù)據(jù)進行進一步的數(shù)字處理和存儲的微處理器以及用于與諸如數(shù)據(jù)記錄裝置的外部周邊組件建立無線連接的無線數(shù)據(jù)接口，特別地，其可以實現(xiàn)為場計算機。利用該數(shù)據(jù)接口，全站儀能夠發(fā)射記錄和存儲的數(shù)據(jù)以在外部進一步處理，將外部記錄的測量數(shù)據(jù)讀入全站儀以儲存和/或進一步處理，輸入或輸出遠程控制全站儀或其它外部組件的遠程控制信號(特別是在移動場應用中)?，F(xiàn)代的裝置可以包括與目標方向對準的照相機以記錄圖像，其中，被記錄的圖像可以在顯示/控制單元的顯示器和/或在諸如場計算機的用于遠程控制的外圍裝置的顯示器中顯示為實時圖像。
[0005]在此，特別地，目標反射器可以通過在遠程控制單元的顯示器上向用戶顯示的實時圖像來瞄準。因此，用戶能相應地將全站儀與基于實時圖像并從其中確定的期望的目標對齊。
[0006]在現(xiàn)有技術中，適用于遠程控制的合適的外圍設備具有用于與全站儀或其它外部設備無線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)接口以及具有適合的控制軟件的控制單元。接收到的數(shù)據(jù)可以通過評估單元進行評估并且通過如電子顯示器的輸出單元向用戶顯示。此外，用戶能夠通過諸如鍵盤或觸摸顯示屏等輸入單元與遠程控制單元通信并進而與測量裝置通信。因此，用戶可以從待測量的目標點進行初始化并執(zhí)行測量，并記錄測量的結果。通過全站儀、場控制器或外部存儲器中的存儲，可以在以后對數(shù)據(jù)進行訪問。這種裝置的示例是萊卡地理系統(tǒng)(Leica Geosystems)生產(chǎn)的場控制器CSlO和CS15。
[0007]單人操作的測量系統(tǒng)通過組合大地測量裝置、遠程控制單元和目標對象支架而獲得。在這種情況下，目標對象支架通常也用作遠程控制單元的支架，即，場控制器可以通過合適的固定器附接到垂直測竿。
[0008]總體而言，將這種測竿用于大地測量的缺點是運輸和攜帶通常長度超過兩米且笨重的測竿對于用戶來說是很麻煩的，并且在諸如林地的難以通過的地形中非常費力。此外，對于用戶來說，垂直地豎起測竿需要消耗一定的時間并且在測量過程中使測竿保持垂直非常費力。測竿在目標點上的不正確設置是錯誤確定位置的原因。
[0009]另一個缺點是，大地測量中的目標點可能在測竿無法在該目標點上垂直定位或根本無法接觸到的位置，例如，目標點在一個建筑物的角落，或者在全站儀和目標對象間存在如灌木和樹木等可見的障礙物，或者用戶無法進入目標點周圍區(qū)域等。上述幾種情況下需要特殊的測量方法，這樣也會額外增加時間。
[0010]US6381006B1公開了一種使測量難以接近的目標點成為可能的方法和相應的裝置。為了這個目的，垂直測竿配備了至少兩個傳感器元件，通過一個或更多個例如大地測量裝置的參考站來確定所述傳感器的絕對位置。此外，垂直測竿具有距離測量裝置，該距離測量裝置用于測量該距離測量裝置和待測量的目標點之間的距離。傳感元件和距離測量裝置的相對位置以及距離測量的方向使已知的。因此，通過測得的距離和測得的傳感器元件的絕對位置，可以來計算目標點的絕對位置。
[0011]然而，這種方法并不能避免上述使用垂直測竿的缺點。此外，需要至少兩個傳感器元件來確定絕對位置也是不利的，為了足夠的分辨率精度，這兩個傳感器元件間必須具有某個最小距離。因此，垂直測竿變得更為笨重，US6381006B1也指出了這點，即，需要根據(jù)重量分布來確保平衡地布置組件。
[0012]US5903235公開了一種可手持的大地測量裝置，使用該裝置，可以在不使用具有距離和方向測量功能的大地測量裝置且不使用垂直測竿的情況下進行測量。這里，待測量的目標點通過例如激光指示器的指點單元來瞄準。首先通過使用集成的距離測量單元來測量在限定的方向上裝置和目標點之間的距離來建立測量裝置相對于目標點的位置。在此種方式下，由于集成了確定相對于重力矢量的傾角的部件，所以不需要將裝置垂直對準目標點。測量裝置的絕對位置由GNSS接收單元來確定，結果，最終可以通過前述的測量方法來計算出目標點的絕對位置。因此，采用該方法可以不必搬運垂直測竿，并且可以測量垂直測竿不能物理接觸的目標點。
[0013]然而，即使在使用校正信號時，與基于距離和方向測量功能的使用的相應大地測量裝置相比，基于GNSS的系統(tǒng)僅能提供較不精確地確定目標點的位置。此外，確定位置一定要接收到足夠數(shù)量的GNSS信號，但這種情況并不一定都能滿足，如在隧道中或者在狹窄的街道中。
[0014]因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種可以手持的裝置，該裝置是通過將大地測量目標對象和具有距離和方向測量功能的大地測量裝置一起基于距離和方向測量來實現(xiàn)目標點大地測量的系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明進一步的目的是提供一種可以手持的裝置，通過該裝置，大地測量可以在不與目標點或者非?？拷涞牡匦吸c進行接觸的情況下，特別是不使用垂直測竿的情況下執(zhí)行大地測量。這里，地形點也被理解為表示人類建造的物體(如建筑物)上的點。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過獨立權利要求中的技術特征來實現(xiàn)。以另選或有益的方式發(fā)展本發(fā)明的特征可以從從屬權利要求中得到。
[0017]本發(fā)明的主題是可手持的移動場控制器，該移動場控制器可用于大地測量裝置特別是全站儀或視距儀的遠程控制，該移動場控制器包括距離和方向測量功能，使得在不需要和目標點或者非?？拷繕它c的地形點發(fā)生接觸的情況下由一個用戶單獨通過距離和方向測量功能來實現(xiàn)大地目標點的位置測量。目標點可以被根據(jù)本發(fā)明的場控制器光學地標記。
[0018]該場控制器還包括控制和評估單元，該控制和評估單元具有用于引導用戶的輸入輸出裝置，更具體地，電子顯示器，該電子顯示器可以是觸摸敏感的。在此情況下，輸入輸出裝置的大部分應用于殼體的正面。此外，該場控制器具有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M件，更具體地，用于遠程控制測量裝置并從測量裝置接收數(shù)據(jù)的無線數(shù)據(jù)接口。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，該場控制器具有大地測量目標對象，該大地測量目標對象可以被大地測量裝置瞄準，并且該大地測量目標對象的目標位置可以利用基于方向和基于激光光束的距離測量由測量裝置非常精確地 確定，特別地，其中，所述目標對象被設計為回射器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，該場控制器還包括可手持的殼體。該可手持的殼體是大地測量目標對象的支架。為此，該殼體具有可以確保目標對象和該殼體之間永久連接和滿足野外使用要求的特征。根據(jù)本發(fā)明的場控制器的實施方式，所述殼體和所述目標對象組成一個單元，因此不能從所述殼體移除所述目標對象，或者最多出于維護的目的而移除。另選地，該場控制器以如下方式實現(xiàn)，即，以可更換的方式將目標對象固定在殼體上，使得可以將不同的目標對象實施方式固定在殼體上。取決于根據(jù)本發(fā)明的場控制器的實施方式，目標對象被直接固定在殼體上或固定在對應的凹處，或者通過被固定到殼體的連接物而被殼體支承，所述連接物特別是長度為5cm至25cm的間隔固定器。根據(jù)場控制器的實施方式，所述間隔固定器同樣可以更換，特別地，其中所述間隔控制器具有編碼，所述控制和評估單元可以通過該編碼而自動識別所述間隔固定器的長度。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的場控制器包括距離測量單元，更具體地，通過電聲或電光方法測量距離的單元，通過所述距離測量單元，可以不接觸地測量場控制器和至少一個地形點特別是至少一個目標點之間的距離。例如，根據(jù)本發(fā)明的距離測量單元可以實現(xiàn)為激光測距儀，其中激光器優(yōu)選地發(fā)出可見光，結果，目標點也可由激光測距儀光學地標記。在特定的場控制器實施方式中，如果測量方向不是預先設定而是可以更改的，則相應的測量方向由所述距離測量單元確定。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，大地測量目標對象和距離測量單元相對于場控制器的參考點的空間位置是已知的，并且存儲在控制和評估單元中，或者所述位置可測量并且能保存在控制和評估單元中，所述場控制器的參考點即場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)。
[0023]距離測量單元和大地測量目標對象在殼體中或殼體上的布置按照確保對場控制器的符合人體工學的使用的方式構造。根據(jù)本發(fā)明，距離測量單元或者至少距離測量單元的信號發(fā)送和接收部分以及大地測量目標對象被優(yōu)選地布置于殼體的除殼體正面以外的其它面上，以使得用戶可以在目標點處舒適地握住場控制器，并且同時可以光學地標記被測量了到場控制器的距離的目標點，并且可以通過測量裝置瞄準目標點，特別是如果目標點是地面上的一個點。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，目標對象和距離測量單元不被布置在殼體的同一側。由于靶向性(targetability)的原因，優(yōu)選將目標對象布置得盡可能地遠離地面，因此目標對象被固定到被定義為“頂部”的殼體一側或者被固定到定義了 “頂部”的區(qū)域中的殼體一側，而距離測量單元則優(yōu)選地被布置在相反的“底部”殼體側或殼體側區(qū)域，這是因為通常被測量的點位于地面上。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，出于符合人體工學操作的目的，在重量分布方面，各個單元按照使得場控制器的重心位于其縱軸上并靠近用戶抓住場控制器的殼體中心的方式布置在殼體內(nèi)或殼體上。為此，特別是較大的回射器，由于其具有相對大的重量，因此將其固定在殼體上，使得在一般用戶操作該場控制器時其力矩相對于殼體中心較低。這是通過靠近殼體的布置和/或使回射器的重量矢量具有朝向場控制器的其余部分的重心的方向的布置而實現(xiàn)的。為此，回射器例如可以被固定至一個殼體側，使得所述回射器的縱軸與所述側平面形成明顯小于90°的角(如45° )。在根據(jù)本發(fā)明的場控制器的一個特殊實施方式中，大地測量目標對象通過關節(jié)而固定至殼體，使得大地測量目標對象的縱軸的校準至少在一個方向上的特定角度范圍內(nèi)可變，以便于設計出在重量分布和/或靶向性方面可由用戶優(yōu)化的裝置。特別地，在此情況下，所述關節(jié)具有位置傳感器，該傳感器測量縱軸的對準以便使確定大地測量目標對象相對于場控制器的參考點的空間位置成為可能。
[0025]此外，所述場控制器具有使其能夠通過所述場控制器自身或者通過在具有大地測量裝置的系統(tǒng)中確定所述場控制器的自身空間方位的特征。具體地，根據(jù)本發(fā)明的場控制器因此具有傾斜傳感器或加速計和/或可被測量裝置光學觀測到的單元，利用該單元，通過與例如激光光束的參考對準相比較，可以至少部分地確定所述空間方位。
[0026]可以采用所述場控制器的已知空間方位使得能夠更少限制地操作具有根據(jù)本發(fā)明的場控制器的特殊實施方式的裝置，其中，所述場控制器具有多個大地測量目標對象。為此，優(yōu)選地，分別將一個大地測量目標對象附接到所述殼體的每一側。由于通過所述空間方位還知道相對于測量裝置的對準，因此可以僅存在瞄準目標對象的唯一對準。
[0027]因此，瞄準不同的目標對象不構成位置信息的丟失，使得可以改變所述對準，或者使用合適的測量裝置，可以自動地選擇可以最佳地瞄準的目標對象。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，所述控制和評估單元被設計成為使得除了在開始時手動地設置所述測量裝置以外的用于位置測量所需的所有步驟可以利用保存的程序以手動或自動的方式由所述場控制器觸發(fā)、控制和監(jiān)測。根據(jù)本發(fā)明，所述控制和評估單元優(yōu)選地被設計成使得所述控制和評估單元記錄和/或提供并評估用于計算目標點的位置所需的全部(測量)數(shù)據(jù)，并且在仍然在測量地點時向用戶輸出并保存目標點位置信息。
[0029]在目標點的地點使用所述場控制器來進行大地測量是可能的。在這種情況下，在安裝所述測量裝置后仍需要向所述測量裝置提供控制指令，這些指令可以通過所述場控制器以手動或自動的方式無線地傳輸。出于測量的目的，攜帶場控制器的用戶進入目標點或其附近。至少一個目標點被場控制器光學地標記。目標點的大地測量坐標基于稍后將要描述的三次單獨測量來確定。
[0030]一個測量確定目標點和場控制器間的距離。這應被理解為表示目標點與場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)的點之間的距離。如果測量方向未預先限定，則附加地確定所述測量方向以唯一地確定目標點相對于參考系統(tǒng)的坐標。第二個測量確定場控制器的空間方位，即，傾斜角、橫滾角、偏轉角或方位角，由此確定參考系統(tǒng)相對于絕對的外部參考系統(tǒng)的空間方位。第三個測量由測量裝置執(zhí)行，作為該測量的結果，確定了大地測量目標對象在絕對參考系統(tǒng)中的位置。目標點的絕對位置是利用使得知道大地測量目標對象在場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)中的位置的場控制器的已確定的空間方位以及目標點到場控制器的距離而從大地測量目標對象的絕對位置計算得出的。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明的場控制器的另選實施方式中，所述場控制器被設計為不測量從要測量的個別地形點到場控制器的距離，而是建立特定連續(xù)區(qū)域內(nèi)圍繞地形點的3D點云。因此，存在如下不同的實現(xiàn)選擇:
[0032].如果連續(xù)記錄測量值，則在最簡單的情況下，只要用戶同時在一個特定的區(qū)域內(nèi)移動場控制器就可以了。地形點的絕對位置數(shù)據(jù)的許多個別項被控制和評估單元組合而形成3D點云ο
[0033].在距離測量單元的高級實施方式中，距離測量單元被設計成激光掃描儀，該激光掃描儀例如通過利用被移動的鏡子引導到所限定的連續(xù)區(qū)域的激光束而在方向和距離方面測量所述區(qū)域內(nèi)的大量地形點，并且將該區(qū)域存儲成3D點云。
[0034].另選地，距離測量單元可被設計成用于記錄三維圖像的距離圖像(RM)相機，該距離圖像相機分別向特 定視場中的許多像素賦予深度信息，由此產(chǎn)生3D點云。
[0035]?3D點云也可以通過立體相機、輕結構的3D掃描儀或現(xiàn)有技術中的更適合的裝置或各種裝置的組合來產(chǎn)生。
[0036]因此，根據(jù)本發(fā)明，3D點云可以整體上作為絕對項參考。在上述實施方式的第一變型例中，由于點云由許多已絕對參考的點組成，這將自動發(fā)生。在其它選擇中，這通過使用一個或更多個絕對位置測量和方位確定的值進行計算而發(fā)生。例如，如果在小空間內(nèi)進行測量的情況下許多目標點彼此靠近，則可能需要上述步驟。
[0037]此外，3D點云可以這樣來評估，即，可以關于內(nèi)部參考系統(tǒng)來確定目標點的坐標，作為直接位置測量的另選方式。根據(jù)本發(fā)明，在此情況下為了評估3D點云，在根據(jù)本發(fā)明的場控制器的另選實施方式的控制和評估單元中保存適合的算法。使用該算法，可以識別特定的幾何地形特征，例如地平面或由房屋墻壁形成的平面。特別地，存儲算法，通過所述算法，可以發(fā)現(xiàn)例如直線等的特定的幾何基本形狀，這些形狀可被賦予諸如街道或房屋墻壁等特定的地形。這樣，可以將例如房屋角落的目標點識別為由房屋墻壁形成的兩個平面與由地面形成的平面之間的交點。利用所識別出的采用的目標點的距離測量數(shù)據(jù)，通過掃描或R頂數(shù)據(jù)，這樣的目標點的內(nèi)部參考系統(tǒng)坐標可以顯現(xiàn)。例如，如果不存在目標點的立即可用的數(shù)據(jù)并且如果地形在圍繞目標點限定的小空間區(qū)域內(nèi)不具有中斷，則該區(qū)域內(nèi)的地形點的測量數(shù)據(jù)也可以用作目標點坐標，或者目標點的坐標可以從周圍點的坐標中插值得出。
[0038]另選地，根據(jù)本發(fā)明，在對3D點云進行幾何圖像分析后，可以利用擬合的幾何圖形的外推(例如作為路徑的外推點)或者利用被認為具有特定的幾何特性的目標點等來計算目標點坐標。例如，可以將房屋的角落認為是由兩個墻壁和地面形成的三個平面的交點。因此，基于3D點云的測量數(shù)據(jù)來計算提供了與測量數(shù)據(jù)的最優(yōu)擬合的三平面等式，并且計算三個平面的交點。計算出的坐標被輸出為目標點坐標。
[0039]如果根據(jù)本發(fā)明的場控制器還具有記錄與掃描區(qū)域或視野相對應的2D圖像的數(shù)碼相機，則可以使用創(chuàng)建的目標點坐標在控制和評估單元的電子顯示器上輸出2D圖像，其中將目標點疊加在2D圖像上以使得目標點被光學地標記。用戶可以發(fā)起與此相關的輸入，例如數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)校正或觸發(fā)進一步的測量。例如，RIM記錄可以用于第一次的粗測以識別目標點，以便于隨后在用戶進行目標點選擇，特別是通過觸摸屏的方式選擇后，通過激光測距儀進行第二次更為精確的距離測量。
[0040]如果根據(jù)本發(fā)明的場控制器包括2D相機，也可以容易地通過距離測量單元采用2D圖像上疊加顯示距離測量單元的當前目標點的標線(reticle)的方式執(zhí)行目標點的光學標記。為此，相機軸和距離測量單元的測量軸之間的偏移量必須是已知的。如果根據(jù)本發(fā)明的場控制器具有測量方向可更改的距離測量單元，則為了將測量方向與目標點對準，用戶可以通過將距離測量單元和相應的控制機構耦接起來的方式反向應用標線顯示。
[0041]由控制和評估單元創(chuàng)建的其它的點或幾何圖形也可以疊加在2D圖像上。這些點或圖形也可通過對2D圖像自身的圖像處理來創(chuàng)建。為此，存儲了例如霍夫變換或邊緣提取等用于數(shù)字圖像處理的算法，算法根據(jù)幾何形狀分析圖像數(shù)據(jù)并從圖像數(shù)據(jù)計算例如交點。所述交點可以是要探索的目標點，所述目標點的距離可以通過例如激光測距儀等裝置自動測量。另選地，可以在顯示器上顯示一個或更多個計算出的點，使得用戶手動選擇用于確定距離的可能目標點，或者用戶可以監(jiān)測并且選擇性地校正擬合的幾何圖形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]下面將基于在附圖中示意性地示出的實施方式和應用過程來更詳細地描述。具體地:
[0043]圖1示出了使用根據(jù)現(xiàn)有技術的單人測量系統(tǒng)的大地測量，該單人測量系統(tǒng)包括可遠程控制的測量裝置、垂直測竿和場控制器；
[0044]圖2示出了使用單人測量系統(tǒng)的大地測量，該單人測量系統(tǒng)包括可遠程控制的裝置和根據(jù)本發(fā)明的場控制器；
[0045]圖3a示出了使用包括大地測量裝置和根據(jù)本發(fā)明的場控制器的系統(tǒng)的大地測量的個別測量的圖；
[0046]圖3b示出了使用根據(jù)本發(fā)明的場控制器的大地測量的示例性時間表；
[0047]圖4a至圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明的場控制器的兩個示例性實施方式；
[0048]圖5a至圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的使用大地測量目標對象和距離測量單元在殼體上或殼體內(nèi)的不同的布置和設計的兩個應用示例；
[0049]圖6a至圖6c示出了根據(jù)本發(fā)明的包括數(shù)碼相機、用于創(chuàng)建3D點云的距離測量單元和具有保存的用于分析3D點云的算法的控制和評估單元的場控制器的應用和評估示例；以及
[0050]圖7a至圖7b示出了利用根據(jù)本發(fā)明的包括數(shù)碼相機、用于創(chuàng)建3D點云的距離測量單元和具有保存的用于分析3D點云算法的控制和評估單元所述的場控制器來評估數(shù)據(jù) 以測量距離的進一步示例。
【具體實施方式】
[0051]圖1示出了使用根據(jù)現(xiàn)有技術的單人測量系統(tǒng)的大地測量的示例。在架設并對準全站儀11后，將用于支承反射器13和場控制器14的具有已知長度的垂直測竿12運送到待測量的目標點15。使垂直測竿12與目標點15正交。隨后，通過遠程控制器16以手動或自動的方式觸發(fā)將由全站儀11執(zhí)行的距離和方向測量，具體地，發(fā)送和接收用于距離測量的激光光束17。從測量到的絕對反射器位置和已知的反射器/目標點距離來計算絕對目標點位置。
[0052]圖2示出了使用包括全站儀21和根據(jù)本發(fā)明的場控制器22的單人測量系統(tǒng)的大地測量。架設和對準全站儀的方式與現(xiàn)有技術一致。與根據(jù)圖1中的測量系統(tǒng)相反，由于根據(jù)本發(fā)明的場控制器22，無需再將笨重的測竿運送到測量點。此外，這樣的測竿無法被正交地放置在作為房屋角落的示例性目標點23。在示出的示例中，并不要求在目標點23上垂直地對準根據(jù)本發(fā)明的場控制器22 ( S卩，垂直對準場控制器22的縱軸24)，這是由于測量用于計算目標點位置所需要的場控制器22與目標點23之間的距離的距離測量單元25的測量方向不必與重力矢量平行，而是原則上可以具有任意的方向。僅需要知道測量方向從而用于計算位置即可。類似地，根據(jù)本發(fā)明，由于大地測量對象26不與縱軸24對準而是在已知的與縱軸24傾斜的方向上對準(未在圖2中示出)，所以可以避免在目標點23上進行正交對準。對根據(jù)本發(fā)明的場控制器22的位置和空間方位的唯一要求是大地測量目標對象26可以被全站儀21瞄準并且距離測量單元25可以在目標點23的方向上測量。如果場控制器22被這樣定位，則可以利用場控制器22和安裝的遠程控制器27完全從該位置進行測量。
[0053]圖3a示意性地示出了使用包括例如全站儀的根據(jù)現(xiàn)有技術的大地測量裝置320和根據(jù)本發(fā)明的場控制器300的系統(tǒng)確定目標點350的位置的大地測量的個別主要階段。為了計算目標點350的絕對位置，原則上需要向控制和評估單元310提供場控制器300與目標點350之間的距離或目標點350相對于場控制器300的位置的數(shù)據(jù)301、關于場控制器300空間方位的數(shù)據(jù)303以及關于目標對象312的絕對位置的數(shù)據(jù)302。為了清楚起見，未示出從控制和評估單元310到距離測量單元312、到可被光學瞄準的單元313以及到測量裝置320 (根據(jù)設備配置，有可能需要)的例如控制信號的數(shù)據(jù)傳輸。
[0054]大地測量目標對象312的絕對位置是到外部絕對參考系統(tǒng)的連接點。該位置通過利用根據(jù)現(xiàn)有技術的大地測量裝置320的位置測量來確定，其中，相對于測量裝置320的已知絕對位置，測量裝置320測量了方向角并通過對測量裝置320發(fā)射的激光束321的運行時測量和/或相位測量而測量目標對象312的距離。大地測量目標對象312的絕對位置從角度和距離以及測量裝置320的絕對位置信息計算得出。該計算通常在測量裝置320的評估單元中發(fā)生，然后測量裝置320將大地測量目標對象312的絕對位置數(shù)據(jù)傳送到場控制器300的控制和評估單元310。然而，根據(jù)本發(fā)明，也可將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀隹刂破?00的控制和評估單元310，然后在該單元中計算出目標對象312的絕對位置。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，場控制器300的內(nèi)部參考系統(tǒng)被連接到該絕對位置。因此，在該參考系統(tǒng)內(nèi)，大地測量目標對象312的位置是已知的，或者如果在場控制器300的特定實施方式中相對于殼體并進而相對于參考系統(tǒng)的對準可以改變，則大地測量目標對象312的位置可以通過場控制器300中的相應的角傳感器測量。
[0056]為了唯一確定內(nèi)部參考系統(tǒng)相對于絕對參考系統(tǒng)的位置，額外地需要關于內(nèi)部參考系統(tǒng)的對準的知識，即，關于場控制器300空間方位的知識。根據(jù)本發(fā)明，這些方位數(shù)據(jù)303通過內(nèi)置于場控制器300內(nèi)的特別是與一個或更多個陀螺儀相組合的傾斜傳感器和/或加速計314測量俯仰角和橫滾(roll)角來確定。未知的偏轉角可以通過例如羅盤并且特別是可包括在根據(jù)本發(fā)明的場控制器300內(nèi)的陀螺儀的組合來確定。
[0057]附加地或另選地，傾斜角和/或偏轉角可以通過測量裝置320使用場控制器300的可被光學瞄準的單元313來確定。例如，單元313被設計成事先已知的光學圖樣，該光學圖樣的自然發(fā)出的光輻射322被位于測量裝置320內(nèi)的相機記錄為圖像，通過將記錄內(nèi)容與存儲在測量裝置內(nèi)的相關圖樣進行比較，可以確定對準角度。
[0058]在根據(jù)本發(fā)明的場控制器300的另一個實施方式中，可光學瞄準的單元313設計成激光光束入射方向確定單兀，該單兀建立激光光束321a的入射方向，該方向可與測量裝置在限定方向上發(fā)出的激光光束320 —致。因此，所述可光學瞄準的單元可與大地測量目標對象建立關聯(lián)。W001/09642A1描述了這樣的回射器，其包括一個開口，由測量裝置發(fā)出的激光束的部分可以通過該開口并入射到光敏位置傳感器上。另選地，入射激光光束入射方向確定單元例如可以被配置成包括多個檢測區(qū)域的激光光束檢測器，這些檢測區(qū)域將記錄區(qū)域分割成多個局部記錄區(qū)域。激光光束在檢測器上的入射點可以基于在檢測區(qū)域內(nèi)接收到光束而確定。每個檢測區(qū)域與一個局部記錄方向相對應的平面角關聯(lián)，結果，可以確定場控制器的俯仰角和偏轉角(相對于絕對參考系統(tǒng)的參考)。
[0059]如果測量是在用戶以定義的垂直對準的方式拿住場控制器的條件下進行的，則場控制器可以具有簡化的實施方式，并且確定方位的過程也可以簡化地進行。在這樣的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的場控制器只需要具有簡單的傾斜指示器(例如，機械傾斜水平儀)作為用于確定對準角的傳感器，通過該指示器，可以檢查垂直對準。如果距離測量單元被設置成使得其測量方向與垂直對準不一致，而是與垂直對準形成特定角度而使得目標點不與大地測量目標對象位于公共的垂直軸上，根據(jù)本發(fā)明的場控制器可以具有用于確定方位角的傳感器，例如，羅盤。然后，只需要在測量過程中從方位數(shù)據(jù)303確定對準角即可。
[0060]從前述的被傳送到控制和評估單元310的數(shù)據(jù)302和303，控制和評估單元可以據(jù)此計算絕對的外部參考系統(tǒng)和場控制器300的內(nèi)部參考系統(tǒng)之間的唯一的轉換指令，結果，目標點350的內(nèi)部坐標可以被轉換成絕對坐標。
[0061]目標點350的內(nèi)部位置(S卩，目標點350/場控制器300距離)被距離測量單元311確定，該距離測量單元311在內(nèi)部參考系統(tǒng)中的位置和對準是已知的。所述距離測量單元通過沿已知的測量軸發(fā)送和接收測量信號311a(特別是激光光束)來測量目標點350與距離測量單元311之間的距離。在場控制器300的其中測量軸方向可變的實施方式中，該測量軸方向也被確定。
[0062]場控制器300與目標點350之間的距離或相關目標點位置數(shù)據(jù)301被發(fā)送到控制和評估單元310，控制和評估單元310基于轉換指令將這些數(shù)據(jù)轉換成目標點350的絕對坐標。
[0063]圖3b示例性地示出了采用根據(jù)本發(fā)明的場控制器以及大地測量裝置的大地測量的時間表。在架設并初始化測量裝置(30)后，用戶將自身和場控制器定位在目標點處
(31)。這里，采用前述方法中的一種將目標點光學標記并且用距離測量單元瞄準該目標點
(32)。同時或隨后，大地測量目標對象被測量裝置瞄準(33)。如果測量裝置具有跟蹤功能，則只要在大地測量目標對象和測量裝置間存在視覺連接，瞄準也可以連續(xù)進行。
[0064]當然，為了正確地創(chuàng)建目標點坐標，場控制器的相同位置和方位必須作為方位數(shù)據(jù)、目標對象位置數(shù)據(jù)和目標點距離數(shù)據(jù)的個別測量的基礎，即，在測量過程中不能移動場控制器。為了達到這樣的目的，測量過程應當進行得盡可能地短，這也是多個測量同步進行的原因。為此，向測量單元輸出觸發(fā)信號(34)，該觸發(fā)信號由用戶、控制和評估單元或多個測量單元中的一個來觸發(fā)。這觸發(fā)了場控制器的距離測量單元對場控制器與目標點之間的距離或目標點相對于場控制器的位置(35)、場控制器和/或大地測量裝置對場控制器的空間方位(36)以及大地測量裝置對目標點的絕對位置(37)的同步測量。例如，用戶可以使用場控制器對目標點進行光學標記，隨后通過輸入裝置向控制和評估單元發(fā)送觸發(fā)同步測量的啟動信號。
[0065]因為即使在非常短的測量過程中手持裝置也不能被保持為完全不動，所以可以提供對這樣的波動的補償(抖動補償)。這可以通過如下方式產(chǎn)生:在測量過程中，在很短的時間(例如5秒鐘)內(nèi)由各個測量單元記錄多個測量值，然后分別使用這些測量值形成平均值。這在根據(jù)現(xiàn)有技術的各個測量單元中很容易實現(xiàn)，或者是在使用全站儀進行距離測量時的常規(guī)步驟。另選地，也可以在不同情況下從各個測量單元的多個個別測量值來計算多個目標點坐標并隨后從所述目標點坐標來形成目標點坐標平均值，以此代替對各別測量單元的測量結果取平均值并從所述平均值確定目標點坐標的方式。為了補償由于通過按下按鈕來手動觸發(fā)測量過程而產(chǎn)生的場控制器的波動，啟動測量過程的觸發(fā)可以在延遲時間后發(fā)生，以使用戶有時間重新保持裝置平穩(wěn)。
[0066]附加地或另選地，場控制器和測量裝置可以裝有同步時鐘，特別是基于GNSS的時鐘，使得個別測量數(shù)據(jù)可以在時間上標記(38a)。這使得可以通過連續(xù)且不同步地發(fā)生的個別單元的測量而使得執(zhí)行測量，使得觸發(fā)單元變得不必要。如果提供了足夠高的測量頻度和時間重疊，則可以將短暫的限定的時段內(nèi)的測量數(shù)據(jù)視為一個整體，并且可以從這些測量數(shù)據(jù)來計算目標點坐標。另選地，可以在共同的基準時間上對測量值進行插值或外推?；鶞蕰r間可以獨立地預先限定(例如，由控制和評估單元等集中地限定)，或者可以由多個測量單元中的一個的測量值的記錄時間確定。在后一種方式中，優(yōu)選由于無法估算數(shù)值曲線而不便使用外推或插值的測量單元或外推或插值最不確定的測量單元。
[0067]得到的數(shù)據(jù)被發(fā)送到控制和評估單元(38)?？刂坪驮u估單元從所有數(shù)據(jù)計算目標點的絕對坐標和/或向外部裝置發(fā)送這些數(shù)據(jù)和/或計算出的坐標(39)。為了檢查建立的(位置)數(shù)據(jù)，這些可以在場控制器的顯示器上向用戶顯示。此外，場控制器中可以配備GNSS接收器，從而可以對所建立的位置數(shù)據(jù)進行近似真實性檢查。
[0068]圖4a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的場控制器的示例性實施方式。輕便的殼體400可以在其正面具有帶有電子顯示器401的評估和控制單元(顯示器401可以采用觸摸式設計)和用作(另外的)輸入裝置的鍵盤402。此外，場控制器具有用于特別是與全站儀的遠程控制裝置進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線天線403、以及另外的數(shù)據(jù)接口(例如USB連接器404)。場控制器還具有用于確定空間方位的單元405，單元405例如被設計成3軸MEMS加速計或具有液體水平(liquid horizon)的傾斜傳感器,此外還包括羅盤406?；厣鋵ο?07位于殼體400上，該回射對象407例如被設置成一個粘附的圓柱體，該圓柱體側面上粘有回射膜。反射器圓柱體的相對于場控制器的內(nèi)部參考系統(tǒng)的尺寸和位置被限定，并且已存儲在集成到殼體400內(nèi)的評估和控制單元中。距離測量單元408位于殼體的下端，該距離測量單元例如是包括激光指示器或激光測距儀的超聲波測距儀，其中，激光光束409相對于殼體的方向可以通過例如鏡面排列等樞軸元件(pivot element)改變，因此可以從場控制器不同的空間方位標記和測量特定的目標點，并且用戶可以選擇一個對他來說方便的測量位置。距離測量單元408相對于內(nèi)部參考系統(tǒng)的零點位置和可選的測量方向被限定或可測量。
[0069]圖4b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的場控制器的另一個示例性實施方式。與圖4a中的實施方式相反，殼體支承附件(間隔固定器451)上的棱鏡反射器450，其中，反射器450的縱軸452在中央延伸到殼體的正面，與殼體400的縱軸平行并且盡可能地靠近殼體400的縱軸。反射器450的相對位置被限定，并且或是預先存儲在集成到殼體400中的評估和控制單元中，或者可以由用戶保存。場控制器也可被設計成具有可更換的反射器450或間隔固定器451的單元，以便于能夠以簡單的方式適于不同的測量環(huán)境。在這種情況下，例如ID芯片的發(fā)射器可以安裝在反射器450或間隔固定器451內(nèi)部，并且信號接收器可以安裝在殼體上相應的連接位置，使得控制單元自動地識別反射器附件450/451的類型和測量相關尺寸。為了更容易地將反射器450對準全站儀和/或為了最優(yōu)的重量分布，所述連接位置具有可樞轉進入至少一個平面的接合點453，該接合部453與殼體正面正交并且包括反射器的縱軸。至少有一個使用遞增法操作的角度傳感器被安裝在接合部453上，以便于確定反射器450相對于殼體正面平面的對準角或多個對準角，并且將所述對準角發(fā)送至控制和評估單元。能被全站儀的相機光學地記錄的限定圖案454被應用于間隔固定器。與圖案454相對應的圖案被存儲在全站儀中，因此可以通過與相機記錄的場傳感器圖案454的圖像進行對比來確定圖案454以及場傳感器的空間方位。
[0070]圖4c示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的場傳感器的第三個示例性實施方式。殼體帶有可光學瞄準的單元，該單元被設計成具有多個鄰接的檢測區(qū)域的激光光束檢測器485。由全站儀發(fā)出的激光光束被檢測器記錄。當在局部記錄區(qū)域內(nèi)記錄到來自至少一個檢測區(qū)域的激光光束時，檢測器確定激光光束的入射點，并且從對應的至少一個局部記錄方向得出入射方向。通過將已知的激光光束發(fā)射方向和入射方向相聯(lián)系，確定檢測器的方位和場控制器的方位。不能通過這種方式創(chuàng)建的對準角(例如方位角)可以選擇性地通過羅盤和特別是陀螺儀487的組合創(chuàng)建。此外，殼體包括多個大地測量目標對象，這些大地測量目標對象被布置在殼體的不同面上，并且被設計成圓柱形的回射器486。通過圖4c中的視圖，可以識別出在兩個不同角度的三個反射器486 ;至少一個另一個反射器被安裝在殼體的背面。取決于根據(jù)本發(fā)明的場控制器相對于測量裝置的對準，可以瞄準設置得最方便的反射器。反射器可以從場控制器的已知方位唯一地確定，因此可以計算場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)的懸掛點的正確的絕對位置。在這個示例中，距離測量單元被設計為輕結構的3D掃描儀480。圖案投影儀482按時序依次用不同的圖案(例如條形圖案)照亮待測量的地形區(qū)域。相對于彼此并相對于圖案投影儀482位于已知空間位置的兩個相機481在相對于投影的已知視角接收投影的圖案，其中，特別地，個別相機的視場大致重疊。目標點在場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)中的要探索的三維坐標作為由投射的條狀圖案形成的平面和接收到的光束形成的直線交叉的點出現(xiàn)。目標點的絕對位置接著從場控制器的參考系統(tǒng)的已知的絕對位置和方位得出。原則上，也可以通過這樣的方式計算地形區(qū)域的所有點的坐標，從場控制器到所述地形區(qū)域的距離被確定，使得獲得了完整的絕對參考的3D點云。
[0071]圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的布置的具有大地測量目標對象和距離測量單元503的場控制器的應用示例的側視圖。場控制器相對于用戶的比例僅僅是示例性的。場控制器的殼體500的正面500a指向用戶504。目標對象被設計為例如圓形棱鏡的反射器502，可以在特定立體角度范圍內(nèi)回射光束505。圓形棱鏡被固定到“上部”殼體背面500b，并且使得棱鏡的反射面指向與殼體500相反的方向，并與“上部”殼體背面500b平行。該“上部”殼體背面500b不與正面500a平行，而是成一定角度，例如相對于正面500a成20°角。距離測量單元503在“下部”殼體側500c被布置在殼體500內(nèi)或殼體500上。在此，這個殼體側500c相對于正面500a成略小于90°的角，例如80°角。由此，根據(jù)本發(fā)明，用戶504可以按照使得正面500a不與地面所在平面506正交而是形成一個角度的方式手持場控制器，并且距離測量單元503可同時測量緊挨著用戶的地面目標點507，并且反射器502可以被位于地面上的相同高度或稍高的高度的全站儀瞄準，并且可以通過激光光束505來測量位置。這樣的布置可以使得在裝置的重量分布和重心方面以及在操作例如鍵盤的輸入裝置和觀察例如電子顯示器的輸出裝置方面實現(xiàn)場控制器的符合人體工學的操作。
[0072]圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的布置的具有地目標對象和距離測量單元503的場控制器另一個示例性實施方式的側視圖。場控制器相對于用戶的比例僅僅是示例性的。殼體未被設計成單個立方體形物體，而是由兩個平坦的立方體或立方體狀的棱鏡550、551“組成”，棱鏡550和551之間間具有夾角(圖中由直線553分開)。與地面距離更近的“下部”立方體551的正面551a可以具有輸入裝置和位于其底面的距離測量單元503。在本發(fā)明所述的此種布置中，距離測量單元503可以測量到目標點507的距離，該目標點稍稍位于用戶的前方。如果距離測量單元503的測量方向可以額外地被修改(由方向十字504表示)，則目標點507可以位于用戶前方一側的特定區(qū)域555中。
[0073]如果距離測量單元503被設計為激光掃描儀或RM相機，則可以確定到區(qū)域555內(nèi)的多個地形點的距離，并且如有必要，確定所有地形點的絕對位置，使得產(chǎn)生完整的、可被絕對參考的3D點云。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的場控制器的“上部”殼體部分550的正面可以具有電子顯示器。此夕卜，該上部部分550裝有360°反射器552，反射器552被固定在間隔固定器552a上，間隔固定器552又被固定到“上部”殼體側550a。在用戶504用胸部/腹部使場控制器殼體保持水平時，間隔固定器552a具有足以使反射器552超過用戶504的頭部的長度。作為這樣布置的結果，當用戶背對全站儀并將場控制器保持在他身體的前方時，反射器552也可被全站儀瞄準并且反射器552的位置可以被激光光束505測量。在此，間隔固定器552a的位置和縱軸對準被選擇為使得反射器552的重力矢量指向用戶手持殼體的區(qū)域556，以便于產(chǎn)生盡可能小的力矩。
[0075]圖6a至圖6c不出了根據(jù)本發(fā)明的場控制器69,場控制器69具有2D相機65、用于生成3D點云的距離測量單元60以及包括保存的用于對3D點云進行數(shù)字圖像處理和分析的算法的控制和評估單元的應用示例。在本示例中，將要測量井蓋的中心點61a的坐標。如圖6a所示，該中心點位于井蓋的凹處61b中。距離測量單元60掃描包括井蓋61的街道區(qū)域，并且將測量數(shù)據(jù)存儲為3D點云。利用存儲在控制和評估單元中的算法對3D點云進行分析，使得在第一步中識別了由街道和井蓋形成平面62，并且在計算出其在場控制器的參考系統(tǒng)中的位置。相機記錄街道區(qū)域的圖像，該圖像經(jīng)數(shù)字處理以便于識別或提取幾何形狀。如圖6b中所示出的，井蓋被識別橢圓形63，或者從圖像數(shù)據(jù)擬合了理想的橢圓形。通過適當?shù)乃惴?，隨后從長半軸和短半軸63b和63c的交叉點計算出該理想橢圓形63a的中心點。圖6c圖形地示出了井蓋的中心點作為延伸穿過橢圓形的中心點和2D相機的記錄中心的直線66和從3D點云數(shù)據(jù)形成的平面62的交叉點出現(xiàn)的要探索的場控制器內(nèi)部坐標。
[0076] 圖7a和圖7b示出了根據(jù)本發(fā)明的場控制器的另一個評估示例，該場控制器包括數(shù)字2D相機、用于產(chǎn)生3D點云的距離測量單元以及具有保存的用于對3D點云進行數(shù)字處理和分析的算法的控制和評估單元。將要測量到屋角71的距離。圖7a圖形地示出了例如使用RIM相機對屋角71周圍的地形區(qū)域進行距離測量而得到的測量數(shù)據(jù)。亮區(qū)域表示較近的點；暗區(qū)域表示較遠的點。根據(jù)幾何圖形的呈現(xiàn)進行的3D數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)由左側房屋墻壁形成的平面70a、右側房屋墻壁形成的平面70b和由地面形成的平面70c。圖7b示出了由數(shù)碼相機記錄的同一地形區(qū)域的圖像。利用圖形處理針對幾何屬性對該圖像進行了檢查，結果發(fā)現(xiàn)了兩條直線72a和72b。在該示例中，假設兩個房屋墻壁相交的直線72c由于不便的光條件而無法被創(chuàng)建。目標點71的距離數(shù)據(jù)則作為延伸穿過2D相機的記錄中心和兩條直線72a和72b的平面與從RM圖像創(chuàng)建的三個平面70a、70b和70c相交的點而出現(xiàn)。
【權利要求】
1.一種用于測量和遠程控制的移動場控制器(22、300、69)，所述場控制器被構造為使得所述場控制器與能夠遠程控制的大地測量裝置(11、21、320) —起形成用于對目標點(15、23、350、507、61a)的位置進行坐標大地測量確定的系統(tǒng)，所述大地測量裝置特別是全站儀或視距儀，所述大地測量裝置具有距離和方向測量功能，特別是角測量功能，其中，所述場控制器(22、300、69)包括: ?具有用戶輸入和輸出裝置的控制和評估單元(310)，所述用戶輸入和輸出裝置特別是電子顯示器(401)，所述控制和評估單元用于接收、處理和發(fā)送數(shù)據(jù)(301、302、303)，特別是用于遠程控制所述測量裝置(11、21、320)和用于評估和/或發(fā)送測量數(shù)據(jù)； ?能夠手持的殼體(400、500)； ?其中，所述場控制器(22、300)的空間方位能夠被確定，并且 ?所述場控制器(22、300、69)能夠光學地標記至少一個目標點(15、23、350、507、61a)， 其特征在于: ?被所述殼體(400、500)支承的至少一個大地測量目標對象(13、26、312、407、450、486、502、522)，所述目標對象的目標位置能夠由所述測量裝置(I 1、21、320)非常精確地確定， ?距離測量單元(25、311、408、503、60、480)，特別是用于通過電光或電聲手段測量距離的單元，其用于在不接觸地面的情況下確定所述場控制器(22、300、69)與所述至少一個目標點(15、23、350、507、61a)之間的距離， ?其中，所述大地測量目標對象(13、26、312、486、502、522)和所述距離測量單元(25、311、408、503、60)相對于所述場控制器(22、300、69)的內(nèi)部參考系統(tǒng)處于限定的空間參考關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的場控制器(22、300)，其特征在于: 所述控制和評估單元(310)被設計成使得所述控制和評估單元(310)部分或全部地評估測量數(shù)據(jù)，所述測量數(shù)據(jù)被記錄以確定所述場控制器(22、300)的所述空間方位、所述大地測量目標對象(13、26、312、407、450、486、502、552)的所述目標位置以及所述場控制器(22,300,69)與所述至少一個目標點(15、23、350、507、61a)之間的距離，所述控制和評估單元(310)特別是被設計成使得所述至少一個目標點(15、23、350、507、61a)的絕對位置被從所述測量數(shù)據(jù)計算得出，被存儲并通過所述場控制器(22、300、69)的輸出裝置提供給所述用戶，并且所述位置數(shù)據(jù)和/或所述測量數(shù)據(jù)能夠被發(fā)送至外部設備。
3.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300)，其特征在于: 所述場控制器(22、300、69)具有至少一個傳感器，特別是傾斜傳感器和/或加速度計(314、405)，所述至少一個傳感器用于確定至少一個對準角，特別是兩個對準角，或者至少一個對準角關于所述場控制器(22、300、69)的所述空間方位的至少一個軸特別是兩個軸的變化。
4.根據(jù)前述任一項 權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述場控制器(22、300、69)具有能夠被所述測量裝置光學瞄準的單元(313、454、485)，基于所述單元，通過所述測量裝置(11、21、320)或所述場控制器(22、300、69)確定了關于所述場控制器(22、300)的所述空間方位的至少一個軸特別是兩個軸的所述對準角，特別地，其中:?所述能夠被光學瞄準的單元(313、454)是事先已知的光學圖案，將所述光學圖案的被所述測量裝置(11、21、320)記錄的圖像與所存儲的對應圖案進行比較，特別地，作為所述比較的結果，確定了關于所述場控制器(22、300、69)的所述空間方位的所有三個軸的所述對準角，或者 ?所述能夠被光學瞄準的單元(313、454、485)是用于確定由所述測量單元發(fā)射的激光光束的入射方向的激光光束入射方向確定單兀(485)。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述大地測量目標對象(13、26、312、407、450、486、502、522)是回射型的，特別是被設計成棱鏡反射器(13、26、450、502、552)，特別地，其中，所述場控制器(22、300)包括具有限定長度的附件(451、552a)，通過所述附件，所述反射器(13、26、450、552)被所述殼體支承。
6.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述距離測量單元(25、311、408、503、60)被實現(xiàn)為激光視距儀，特別是具有用于發(fā)射光學可見激光(409)的激光光源。
7.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述距離測量單元(25、311、408、503、60)具有能夠針對所述測量方向的單軸或雙軸對準而被手動或自動地引導的驅動單元，并且所述距離測量單元(25、311、408、503、60)具有用于確定相對于零軸的測量方向的裝置。
8.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述場控制器具有數(shù)碼相機(65)，所述數(shù)碼相機用于記錄目標點地形區(qū)域的數(shù)字圖像，所述數(shù)字圖像在所述電子顯示器(401)上向所述用戶顯示，所述電子顯示器特別是觸敏顯示器，特別地，其中，至少一個目標點(15、23、350、507、61a)被以手動或自動的方式選擇以確定所述位置或者通過所述數(shù)字圖像而被標記。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述距離測量單元(503、60)和所述控制和評估單元被設計成在分別已知或同步確定的測量方向的情況下能夠記錄特定的連續(xù)區(qū)域(555)內(nèi)的多個地形點的距離，并且將所獲得的數(shù)據(jù)存儲為3D點云，特別地，其中，所述距離測量單元(503、60)被設計為: ?激光掃描儀， ?距離圖像相機， ?立體相機,或者 ?輕結構的3D掃描儀(480)， 特別地，其中，所述3D數(shù)據(jù)在所述電子顯示器(401)上被呈現(xiàn)，并且至少一個點被以手動或自動的方式選擇。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 算法被保存到所述控制和評估單元(310)，通過所述算法: ?能夠針對所述數(shù)字圖像和/或所述3D點云執(zhí)行關于特定幾何特性的分析，特別地，用于自動尋找和/或擬合幾何形狀(62、63、70a、70b、70c、72a、72b)， ?一個或更多個點^3a)，所述一個或更多個點(63a)用于識別目標點，特別是目標點(71)自身，所述一個或更多個點(63a)能夠從所分析的幾何屬性識別或得出， ?在所述電子顯示器(401)上，能夠將所分析的幾何屬性和所識別或得出的點疊加在所述數(shù)字圖像上或者疊加在所呈現(xiàn)的3D點云上， ?所識別或得出的點的位置數(shù)據(jù)從構成所述3D點云的基礎的所述測量數(shù)據(jù)直接采用，或者通過計算所擬合的幾何圖形的交叉點而建立，或者基于目標點識別而執(zhí)行目標點距離測量。
11.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述控制和評估單元(310)從所述場控制器(22、300、69)的確定的空間方位、從所述大地測量目標對象的所述目標位置和從所述3D點云的位置數(shù)據(jù)來計算所述3D點云的至少一個點特別是全部點的所述絕對位置。
12.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述殼體(400，500)具有接合部(453)，所述接合部能夠在特定角度范圍內(nèi)在一個或兩個平面內(nèi)旋轉，并且所述目標對象(13、26、312、407、450、502、552)被固定在所述接合部上，其中，所述接合部(453)具有用于測量相對于零軸的至少一個對準角的一個或更多個絕對或增量位置傳感器。
13.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述殼體(400,500)和所述反射器(13、26、450、552)或所述附件(451、552a)具有固定器，使得所述反射器(13、26、450、552)或所述附件能夠更換，特別地，其中，所述附件(451、552a)具有編碼，依靠所述編碼，所述附件的長度(451、552a)以及由此所述反射器(13、26、450、552)相對于所述場控制器(22、300、69)的所述參考點的空間參考關系通過所述控制和評估單元自動建立。
14.根據(jù)前述任一項權利要求所述的場控制器(22、300、69)，其特征在于: 所述控制和評估單元(310)被配置成使得對至少一個目標點(15、23、350、507、61a)的位置的確定能夠完全從目標點(15、23、350、507、61a)的位置執(zhí)行，特別地，其中: ?所述控制和評估單元(310)具有觸發(fā)單元，通過所述觸發(fā)單元，能夠初始化對所述大地測量目標對象(37)的目標位置、所述場控制器與所述目標點(35)之間的距離以及所述場控制器(36)的空間方位的同步測量，或者 ?所述控制和評估單元(310)被設計成使得在測量過程中針對目標點多次執(zhí)行對所述大地測量目標對象(37)的目標位置、所述場控制器與所述目標點(35)之間的距離和所述場控制器(36)的空間方位的測量(34、38a)，并且所述絕對目標點位置從各個測量的平均值得出或作為多個絕對目標點坐標的平均值得出，和/或 ?所述場控制器(22、300、69)和所述大地測量裝置(11、21、320)具有同步的時鐘，特別是基于GNSS的時鐘，基于所述時鐘，能夠在時間上對各個測量數(shù)據(jù)進行標記。
15.一種包括前述任一權利要求的場控制器(22、300、69)以及能夠遠程控制的大地測量裝置(11、21、320)的系統(tǒng)，所述大地測量裝置具有距離和方向測量功能，特別是具有角測量功能，其特征在于: 能夠按照同步或連續(xù)/周期性(34、38a)方式執(zhí)行以下步驟: ?通過所述場控制器和/或所述測量裝置(36)確定所述場控制器相對于絕對外部參考系統(tǒng)的空間方位， ?通過所述測量裝置對所述場控制器(37)的所述大地測量目標對象的位置進行絕對確定，特別地，其中，在所述場控制器(37)具有多個目標對象時，所述測量裝置自動瞄準最方便對準的目標對象， ?由所述場控制器(35)確定大地目標點相對于所述場控制器內(nèi)部參考系統(tǒng)的位置， 其中，所述場控制器的所述控制和評估單元計算(39)所述絕對目標點坐標。
【文檔編號】G01C15/00GK103983255SQ201410102644
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權日:2013年2月8日
【發(fā)明者】G·內(nèi)爾, 伯恩哈德·麥茨勒 申請人:赫克斯岡技術中心
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