AT509649A1 - Opto-elektronisches vermessungssystem - Google Patents

Description

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Pat.560

I SäEGL LisdhMtfasürement Systems

RIEGL

Laser Measurement Systems GmbH. HORN OPTO-ELEKTRONISCHES VERMESSUNGSSYSTEM. 10

Die Erfindung bezieht sich auf ein opto-elektronisches Vermessungssystem insbes. für das sogen, mobile Laser-Scanning oder mobile Mapping. Bei diesen Systemen werden Trägerfahrzeuge eingesetzt, auf welchen Laserscanner sowie eventuell digitale Foto- oder Videokameras montiert sind. Die Fahrzeuge verfügen darüber 15 hinaus über eine Satellitennavigationseinrichtung GNSS zur Bestimmung der jeweiligen Position des Fahrzeuges sowie im Allgemeinen auch über ein Trägheitsmesssystem IMU, mit dessen Hilfe die exakte Ausrichtung des Trägerfahrzeuges im Raum ermittelt wird. 20 Ziel des mobile Mapping bzw. Laser-Scanning ist es 3D Darstellungen insbesondere von Städten zu erhalten, die in Fahrzeug-Navigationsgeräten eingesetzt werden bzw. am PC eine Fahrt oder einen Spaziergang durch eine virtuelle Stadt ermöglichen. Die mit diesen Geräten gewonnenen Daten können natürlich auch zur Abklärung städtebaulicher Fragen eingesetzt werden, insbesondere zur Beurteilung der 25 Wirkungen von Neubauten in einem bestehenden Ensemble.

Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Vermessungssystem mit mindestens zwei Laserscannem, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen. Solche 30 Entfernungsmesser verfügen über eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird. Ferner umfassen diese 1 ·«·· • · ♦ · · ·»·· Λ ·«·· • · ♦ · · ·»·· Λ Pat.560 | | * ι t · * * *..* '.RIEGL iJisdkMdasürement Systems

Entfernungsmesser Auswerteeinrichtungen, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfernungen ermitteln.

Das Vermessungssystem verfugt des Weiteren über eine Scan-Einrichtung zur 5 Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsstrahlenbündel im Wesentlichen koaxial verlaufen und die Scan-Einrichtung einen um eine Achse rotierenden Spiegel umfasst und die Rotationsachse desselben mit der optischen Achse der koaxialen Sende- und Empfangstrahlenbündel im Bereich zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung 10 einerseits und dem rotierenden Spiegel andererseits identisch ist. Aus den gemessenen Entfemungswerten und den zugehörigen Winkeln des rotierenden Ablenkspiegels sowie den Signalen der GNSS- und der IMU-Einrichtung können Punktwolken des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem ermittelt werden. 15 Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden verschiedene Komponenten solcher Anlagen auf einer Plattform montiert, die ihrerseits am Trägerfahrzeug befestigt ist. Andere Subsyteme, wie die Navigationseinrichtungen GNSS und eventuell die Trägheitsmesseinrichtung IMU werden im Fahrzeuginneren untergebracht. 20

Aus Sicherheitsgründen werden bei Betriebsunterbrechungen im Allgemeinen zumindest die außen am Trägerfahrzeug montierten Komponenten demontiert.

Dieser Abbau und die neuerliche Montage sind jedoch relativ zeitraubend und, da die Anlage üblicherweise am Fahrzeugdach befestigt ist, schwierig durchzuführen. 25 Bei der neuerlichen Installation des Systems ist es erforderlich die Komponenten wie Laserscanner, IMU, GNSS und ggf. Foto- bzw. Videokameras exakt auszurichten. Anschließend muss die Anlage vor jeder neuerlichen Inbetriebnahme in einem speziellen Fahrzyklus kalibriert werden. Für alle diese Arbeiten muss entsprechend qualifiziertes und damit relativ teures Personal eingesetzt werden. 2 30 ·♦ «tfe* • ♦·· · · · · · ·♦ «tfe* • ♦·· · · · · · Pat.560 *..* *.KTEGL LisökMdasiirement Systems

Ein weiteres Problem der bekannten Anlagen ist, dass die verschiedenen Komponenten wie Scanner und Kameras ein relativ hohes Gewicht aufweisen und insbesondere bei Anregung durch im Fährbetrieb unvermeidlichen Erschütterungen zu Schwingungen neigen. Diese Schwingungen verlaufen im Allgemeinen nicht 5 translatorisch, sondern umfassen auch Drehbewegungen. Durch diese Bewegungen der einzelnen Komponenten kann es zu beträchtlichen Messfehlern kommen, die vor allem dann störend in Erscheinung treten, wenn verschiedene Komponenten zumindest Teile des Zielgebietes gleichzeitig erfassen. 10 Erfindungsgemäß werden die Probleme der bekannten Einrichtungen dadurch vermieden, dass die Laserscanner auf verschiedenen Flächen einer gemeinsamen, in sich starren Konsole befestigt sind, die als prismatischer oder Pyramiden- bzw. pyramidenstumpfartiger Hohlkörper ausgebildet ist, wobei an Seitenflächen der Konsole Anschlussstücke zur starren Befestigung und exakten Ausrichtung der 15 Laserscanner vorgesehen sind, und dass an mindestens einer Fläche der Konsole

Anschlussstücke zur Befestigung und gegebenenfalls auch zur exakten Ausrichtung an einem Trägerfahrzeug bzw. an einer auf dieser befestigten Halterung vorgesehen sind und vorzugsweise an einer weiteren Fläche der Konsole Anschlussstücke zur Befestigung und Ausrichtung von Zusatzeinrichtungen wie Digital- und / oder 20 Videokameras, Antennen etc. angebracht sind. Ferner sind in dem, durch mindestens einen Deckel zugänglichen, Inneren der Konsole Anschlussstücke zur insbesondere starren Befestigung und eventuellen Ausrichtung von Navigationseinrichtungen, wie einem Trägheitsmesssystem (IMU), einer Auswerteelektronik für die Satellitennavigations-Einrichtungen (GNSS) und Bordrechner, welche sich aber auch 25 in einer externen Steuereinheit befinden können, zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen Systemen gelieferten Daten vorgesehen.

Vorteilhaft sind die Flächen der Konsole, die zur Aufnahme der Laserscanner bestimmt sind, sowie die darauf vorgesehenen Anschlussstücke so angeordnet sind, 30 dass die Ebene, die durch die Rotationsachsen der an der Konsole montierten Laserscanner bzw. deren Parallelen definiert ist, einen spitzen Winkel mit der 3 φψ ·· ···♦ · ·«·* ···· # · · » « ·# · · IS**" * ** *

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Horizontalen bzw. dem Bewegungsvektor des Systems einschließt wobei dieser Winkel α vorzugsweise einen Wert von 30° < o < 50°, vorzugsweise ca. 40° aufweist 5 Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Flächen der Konsole, die zur Aufnahme der Laserscanner bestimmt sind, sowie die darauf vorgesehenen Anschlussstacke so angeordnet sind, dass die Rotationsachsen der an der Konsole montierten Laserscanner bzw. deren Parallelen einen spitzen Winkel einschließen, wobei dieser Winkel ß einen Wert von 30° < ß < 70°, vorzugsweise ca. 50° aufweist 10

Um eine möglichst einfache Montage zu ermöglichen, sind an den Laserscannem und vorzugsweise auch an den Zusatzaggregaten Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Ausgangssignale vorgesehen, die bei montierten Scannern bzw. eventuellen Zusatzaggregaten direkt in die entsprechenden 15 Gegenstecker an den Montageflächen der Konsole einrasten und die elektrischen

Verbindungen herstellen.

Vorzugsweise sind an der Konsole Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Ausgangssignale vorgesehen, die bei auf einem Trägerfahrzeug 20 od. dgl. montierter Konsole direkt in (he entsprechenden Gegenstecker an der

Montagefläche des Trägerfahrzeuges oder der Steuerungseinheit einrasten und die elektrischen Verbindungen herstellen.

Weitere Vorteile können sich ergeben, wenn die Antriebe der rotierenden 25 Ablenkspiegel synchronisiert sind, wobei die Ablenkspiegel gegebenenfalls auch in einer definierten Phasenbeziehung umlaufen.

Vorzugsweise sind die Befestigungseinrichtungen der Konsole ftir die Montage am Trägerfahrzeug od. dgl. so gestaltet, dass bei am Trägerfahrzeug montierter Konsole 30 die Ebene, die durch die Rotationsachsen der beiden Laserscanner definiert wird, mit der Horizontalen einen Winkel von ca. 40° einschließt und die Symmetrieebene der 4

Pat.560 I · I « ι « · * *..* '.RIEGL LisdaMdasürement Systems beiden Rotationsachsen parallel zur Längsachse des Trägerfahrzeuges od. dgl. verläuft.

Die Konsole kann als Schweiß- oder als Schraubkonstruktion hergestellt werden. 5 Besondere Vorteile ergeben sich jedoch wenn sie aus Leichtmetallguss, insbes. aus Aluminium oder Magnesium bzw. aus Legierungen derselben besteht.

Bei der Verarbeitung der von den Laserscannem gelieferten Daten in einem in der Konsole oder Steuerungseinheit angeordneten Rechner kann eine Punktwolke des 10 Zielgebietes in einem Konsolen-bezogenen Koordinatensystem berechnet werden. Parallel hierzu wird aus den Daten des Trägheitsmesssystems IMU und der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem 15 beschreibt, wobei aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird und die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, Konsolen-bezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt. 2°

Wesentliche Vereinfachungen in der Auswertung ergeben sich, wenn aus den von den Laserscannem und dem Trägheitsmesssystem IMU gelieferten Daten in einem in der Konsole oder in der Steuerungseinheit angeordneten Rechner eine Punktwolke des Zielgebietes in einem IMU-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und 25 aus den Daten der Satellitennavigationseinrichtung GNSS eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die zu jedem Zeitpunkt einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole eingenommene Position und Lage in einem Weltkoordinatensystem beschreibt. Aus den Ausgangssignalen der Laserscanner und der Trajektorie wird anschließend eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in 30 einem Weltkoordinatensystem berechnet, wobei die Berechnung der Trajektorie und ·* <·*« t ♦······· ' ( «»*·«** 1 « ♦ « · *

Pat.560 ‘.RIEGL Läe&M£astrement Systems die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole gelieferten, IMU-bezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger 5 Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Die Fig. 1 zeigt zum Stand der Technik als Beispiel einen bekannten 360° Profil-Laserscanner (2D-Laserscanner) im Längsschnitt wie er in der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt werden kann. 10

Die Figuren 2 und 3 zeigen in zwei verschiedenen Ansichten die neue Messeinrichtung.

In der Figur 4 ist eine Ansicht der Basisfläche eines Laserscanners, mit welcher 15 dieser an der Konsole anliegt.

An Hand der Blockschaltbilder gemäß den Figuren 5 und 6 werden alternative Auswerteverfahren des Messsystems erläutert 20 Der in Fig. 1 dargestellte Laserscanner 1 umfasst einen Laser-Entfernungsmesser, der nach entsprechender Ansteuerung durch den Transmitter 3 über eine Laserdiode 2 einen kurzzeitigen Laserimpuls bzw. eine Impulsfolge aussendet. Der scharf gebündelte Strahl wird in einem Rohr 4 geführt und tritt durch den zentralen Teil einer Korrekturlinse 5 aus dem Entfernungsmesser aus. Die von den Objekten im 25 Zielraum reflektierte Laserstrahlung tritt durch den peripheren Teil der

Korrekturlinse 5 wieder in den Entfernungsmesser ein und wird in dem Rohr 6 zu einer Sammellinse 7 geführt, welche die Strahlung auf eine Fotodiode 8 fokussiert. Die Echosignale werden in der Empfangs- und Auswerteeinheit 9 verstärkt und digitalisiert. Aus der zeitlichen Differenz zwischen der Aussendung eines Impulses 30 und dem Eintreffen des entsprechenden Echoimpulses wird die Impulslaufzeit und 6 • **«* Pat.560 ϊ .* '.RIEGL Läs*. M<?asürement Systems schließlich die Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser und dem jeweiligen Ziel berechnet.

Der Laserscanner 1 verfügt ferner über eine Ablenkeinheit, die einen Spiegel 10 umfasst, der mit hoher Geschwindigkeit um die Achse 11 rotiert Durch den Spiegel 10 wird das aus Sende· und Empfangsstrahlen gebildete koaxiale Strahlenbündel um 90° abgelenkt und tritt durch ein ortsfestes zylindrisches Glasfenster 12 aus dem Gerät 1 aus. Die vom Spiegel 10 abgelenkte optische Achse 13 der koaxialen Sende· und Empfangsstrahlen beschreibt bei Rotation des Spiegels 10 eine Ebene. Zwischen der Sende- und Empfangsdiode 2 bzw. 8 und dem rotierenden Spiegel 10 ist die optische Achse der koaxialen Strahlenbündel identisch mit der Rotationsachse 11 des Spiegels 10.

Der Spiegel 10 ist im Rohr 6 befestigt, das mit Wälzlager 15,16 im Gerät 1 gelagert ist. Mit 17 ist ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, mit 18 ein Winkeldecoder, der die jeweilige Winkelstellung des Scanmechanismus misst. Die Signale dieses Winkeldecoders 18 werden ebenfalls der Empfangs- und Auswerteeinheit zugeführt, so dass zu jedem Entfemungsmesswert der zugehörige Ablenkwinkel registriert werden kann. Das System arbeitet damit als ein 360° 2D Laserscanner.

In den Figuren 2 und 3 ist eine mobile Laserscanning-Anlage in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt, die mit zwei Laserscannem 1 und 20 gemäß der Fig. 1 ausgerüstet ist. Die Scanner 1 und 20 sind an den Seitenflächen 22 und 23 einer Konsole 24 so befestigt, dass sich die Rotationsachsen 11 und 21 unter einem Winkel ß schneiden. Die Konsole 24 ist an einem nicht dargestellten Trägerfahrzeug so montiert, dass die, durch die beiden Rotationsachsen 11 und 21 aufgespannte, Ebene mit der Horizontalen 25 einen Winkel α einschließt Die vertikale Ebene, welche die Winkelsymmetrale 26 der beiden Rotationsachsen 11 und 21 enthält, schneidet die Horizontale 25 in einer Geraden 27, die parallel zur Längsachse des Trägerfahrzeuges bzw. dessen Bewegungsvektor 28 verläuft 7

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An der Deckfläche 29 der Konsole 24 ist die Antenne 30 einer Satellitennavigationseinrichtung GNSS sowie ein Tragegriff31 montiert Bevorzugt werden an dieser Fläche allfällige weitere Zusatzeimichtungen wie z.B. Digital-Foto-und / oder Videokameras montiert. Die Konsole 24 ist mit einer 5 Schwalbenschwanzfuhrung 32 an einer am Trägerfahrzeug montierten Halterung (nicht dargestellt) befestigt und entsprechend ausgerichtet Die Fixierung in der Schwalbenschwanzfuhrung 32 erfolgt mit den beiden Schrauben 33.

In der dargestellten Version ist die Konsole 24 als eine kombinierte Schweiß- und 10 Schraubkonstruktion ausgeführt: ein aus Winkelprofilen verschweißter räumlicher Rahmen wird mit Blechplatten verkleidet, die unter Beilage von Dichtungen mit dem Rahmen verschraubt werden. Die sehr gut zugängliche Platte 34 kann nach Lösen der Schrauben abgenommen werden und ermöglicht den freien Zugang zum Konsoleninneren. In diesem ist mit entsprechend starren Halterungen ein 15 Trägheitsmesssystem IMU sowie die Satellitennavigationseinrichtung GNSS montiert. Im Konsoleninneren ist ferner ein Bordrechner vorgesehen, der die von den beiden Scannern 1 und 20 gelieferten Signale zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verarbeitet. Alternativ kann sich der Bordrechner auch in einer Steuerungseinheit im Fahrgastraum oder Kofferraum oder auf der Ladefläche des 20 Trägerfahrzeugs befinden.

Wie insbesondere in der Fig. 3 gezeigt ist, sind an den Seitenflächen der Konsole 24 eine Reihe von Steckern angeordnet. Diese Stecker dienen einerseits zur Verbindung der beiden Scanner mit den Elektronikeinheiten in der Konsole sowie zur 25 Energieversorgung der Scanner, andererseits zur Verbindung der Konsole mit dem Trägerfahrzeug, insbes. zur Steuerung des Messvorganges, zum Auslesen der in den Speichern des Bordrechners abgelegten Daten sowie zur Energieversorgung der Konsole. 30 Der Bordrechner kann ferner Software enthalten, die einen automatisierten Betrieb des mobilen Messsystems ermöglicht. Bei entsprechender Ausrüstung der Konsole 8 /1 • 4 ·· ««#« · *#* **t* «··· « «« V i I»··· · · Φ

Pat.560 ·„· *.JÖilj5L iigetMessurement Systems kann diese auch weitgehend autark betrieben werden. Im Allgemeinen werden zum Betrieb nur eine externe Energieversorgung und gegebenenfalls ein externer Datenspeicher erforderlich sein. 5 In der Fig. 4 ist ein Laserscanner 1 gezeigt und zwar von der Basisseite aus gesehen. Mit 35 ist der Flansch bezeichnet, mit welchem der Sockel 38 (Fig. 2) des Scanners 1 an der entsprechenden Montagefläche 22 bzw. 23 der Konsole 24 verschraubt ist. Zwischen dem Flansch und der Montagefläche ist eine nicht dargestellte Dichtung vorgesehen. Mit 36 und 37 sind Passbohrungen im Flansch 35 bezeichnet, die mit 10 entsprechenden Passstiften an den Montageflächen korrespondieren und nach

Anziehen der Befestigungsschrauben gewährleisten, dass der Scanner an der Konsole 24 stets eine exakt definierte Position einnimmt. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Version sind die Anschlussstecker des Scanners im Innenraum des Sockels 38 angeordnet. Die Kabelverbindungen werden vor der Montage des 15 Scanners hergestellt, die Stecker und Kabel sind dann während des Betriebes gegen Umwelteinflüsse und mechanische Beschädigungen geschützt.

Alternativ zu dieser Lösung kann im Innenraum des Scanners ein Vielfachstecker angeordnet sein, der mit einem Gegenstecker in der Montagefläche der Konsole 24 20 korrespondiert und bei der Montage des Scanners in diesen einrastet.

Wird die Konsole 24 an der am Trägerfahrzeug angeordneten Halterung nicht mit einer Schwalbenschwanzführung ausgerichtet und befestigt, sondern in analoger Weise mit Passstifien od. dgl. so können auch in diesem Bereich ähnlich wie oben 25 beschrieben die Stecker und Verbindungskabel geschützt angeordnet oder durch

Vielfachstecker ersetzt werden.

An Hand der Figuren 5 und 6 werden im Folgenden zwei verschiedene Strategien zur Verknüpfung der Daten der verschiedenen Komponenten des Vermessungssystems 30 erläutert. Die von den Scannern abgeleiteten Daten werden im Bordrechner 44 zu 9 ·· *··« » ··#· *♦** « · · I · » * · t| · * » » I · ·

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Datensätzen verknüpft und sind den einzelnen Punkten der Bahnkurve (Trajektorie) des Trägerfahrzeuges bzw. der Konsole 24 zugeordnet.

Gemäß der Fig. 5 werden die Signale der beiden Scanner 1 und 20 im Bordrechner 44 zu einem Datensatz bzw. einer Punktwolke verknüpft, die sich auf ein auf die Konsole bezogenes Koordinatensystem beziehen. Auf der anderen Seite wird aus den Signalen der Satellitennavigationseinheit GNSS und der Trägheitsmesseinrichtung IMU mit dem Rechner 43 eine Trajektorie berechnet, die zu jedem Punkt derselben die Ausrichtung der Konsole bzw. des Trägerfahrzeugs in einem Weltkoordinatensystem angibt Die vom Rechner 43 ermittelte Trajektorie wird mit den vom Bordrechner 44 berechneten Datensätzen in einem zusätzlichen Rechner 45 zu einer Gesamtpunktwolke verknüpft. Der Rechner 45 kann extern angeordnet sein, die entsprechenden Berechnungen können auch offline durchgeführt werden. Alternativ können der Bordrechner 44 und der zusätzliche Rechner 45 auch zusammenfallen und die entsprechenden Aufgaben von diesem gemeinsamen Rechner parallel oder sequenziell abgearbeitet werden.

Gemäß Fig. 6 kann die weitere Datenverarbeitung vereinfacht werden, wenn die Datensätze vom Bordrechner 44 in einem Koordinatensystem dargestellt werden, dessen Achsen von der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 vorgegeben werden und die parallel zu den Achsen des Weltkoordinatensystems verlaufen, hn Allgemeinen werden diese Datensätze in einem Speicher des Rechners 44 bzw. einem entsprechenden externen Speicher abgelegt.

Zu jedem Datensatz werden in einem Speicher des Rechners 43 die zugehörigen, von der GNSS-Einrichtung 42, gelieferten Positionsdaten gespeichert. Diese beschreiben in ihrer Gesamtheit eine Bahnkurve (Trajektorie) des Messsystems bzw. des Trägerfahrzeuges im Weltkoordinatensystem. Durch Verknüpfung der Messdatensätze mit den zugehörigen Punkten der Trajektorie wird eine Gesamtpunktwolke im Weltkoordinatensystem berechnet. Eine solche Gesamtpunktwolke kann sich z.B. auf einen ganzen Stadtteil beziehen. Grundsätzlich 10

Pat.560 kann auch diese Berechnung durch den Bordrechner 44 der Konsole 24 online erfolgen. Im Hinblick auf die großen Datenmengen und dem erheblichen Rechenaufwand werden diese Berechnungen bevorzugt in einem externen Rechner 45 offline durchgeführt. 5

Das Messsystem gemäß der Fig. 6 verfugt über einen weiteren Rechner 46, der aus den von dem Navigationssystem GNSS 42 und / oder der Trägheitsmesseinrichtung IMU 41 gelieferten Signalen die Momentangeschwindigkeit der Konsole 24 bzw. des Trägerfahrzeugs ermittelt. Um auch in Tunnels oder engen Straßenschluchten, in 10 welchem keine Satellitensignale verfügbar sind, die Fahrgeschwindigkeit mit entsprechender Genauigkeit ermitteln zu können, kann es vorteilhaft sein, zusätzlich von einem Radsensor 48 des Trägerfahrzeugs Geschwindigkeitssignale abzuleiten und dem Rechner 46 zuzuführen. Alternativ können dies Daten des Radsensors 48 auch dem Rechner 43 zugeführt werden. 15

Die mobile Vermessung erfolgt im normalen Verkehrsfluss. Die Abtastrate ist der Maximalgeschwindigkeit von beispielsweise 50 km / h angepasst. Muss verkehrsbedingt oder im Hinblick auf Geschwindigkeitsbeschränkungen die Fahrgeschwindigkeit reduziert werden oder muss das Trägerfahrzeug etwa vor einer 20 Ampel oder einem Bahnschranken überhaupt anhalten, so werden weiter große Datenmengen anfallen, die das System belasten, aber keine zusätzlichen Informationen liefern. Um dies zu vermeiden wird bei reduzierter Fahrgeschwindigkeit bzw. bei Stillstand des Trägerfahrzeuges den Scannern 1 und 20 vom Rechner 46 ein Befehl zur Reduktion der Abtastrate bzw. zur Unterbrechung 25 der Messung zugeführt

Eine Beschränkung der Abtastrate kann auch in bestimmten Winkelbereichen der Abtastung durch die 360° Scanner zweckmäßig sein. So kann in den Bereichen, in welchem der Boden oder auch der Himmel abgetastet wird, die Abtastrate ohne 30 Informationsverlust deutlich reduziert werden. /1 I# *· ·*** * *·** #·*· • « · · ft ·« I f

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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. So können an Stelle der in der Zeichnung gezeigten Scanner beliebige andere 360° 2D Scanner eingesetzt werden. Die Konsole kann eine andere geometrische Konfiguration aufweisen und in unterschiedlichen Technologien hergestellt werden. Die Scanner 5 müssen auch nicht so angeordnet sein, dass sich ihre Rotationsachsen schneiden. Sie können vielmehr so auf der Konsole angeordnet sein, dass die Rotationsachsen der Scanner windschief verlaufen. In diesem Fall werden die Winkel α und ß durch Parallele zu den Rotationsachsen definiert. 10

RIEGL

Horn, am 25. März 2010

Laser Measurement Systems GmbH 15 12

Claims (14)

1. •i *· ♦··* /1 •t·# * Pat.560 | * · * · · ♦ *··* *I#^J^fe^prement Systems RI£GL Laser Measurement Systems GmbH. HORN PATENTANSPRÜCHE 1. Optoelektronisches Vermessungssystem insbes. für das sogen, mobile Laser- Scanning mit mindestens zwei Laserscannem, die jeweils einen opto-elektronischen Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfassen, mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laserstrahlung, die von im Zielraum 15 befindlichen Objekten reflektiert wird, ferner mit einer Auswerteeimichtung, die aus der Laufzeit der Echosignale Objektentfemungen ermittelt, weiters mit jeweils einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsstrahlenbündel j edes Laserscanners im Wesentlichen koaxial verlaufen und die jeweilige Scan-20 Einrichtung einen um eine Achse rotierenden Spiegel umfasst und die Rotationsachse desselben mit der optischen Achse der koaxialen Sende- und Empfangstrahlenbündel im Bereich zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung einerseits und dem rotierenden Spiegel andererseits identisch ist und aus den gemessenen Entfemungswerten und den zugehörigen Winkeln der rotierenden 25 Ablenkspiegel Punktwolken des Zielgebietes ermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser Scanner (1,20) auf verschiedenen Flächen (22,23) einer gemeinsamen, in sich starren Konsole (24) befestigt sind, die als prismatischer oder pyramiden- bzw. pyramidenstumpfartiger Hohlkörper ausgebildet ist, wobei an Seitenflächen (22,23) 30 der Konsole (24) Anschlussstücke (36,37) zur starren Befestigung und exakten Ausrichtung der Laserscanner (1,20) vorgesehen sind und dass an mindestens einer Fläche der Konsole (24) Anschlussstücke (32,33) zur Befestigung und 1 q Pat.560 • 4 ♦ * I* ···» · ··♦· I · t« * · • · » · · JRlBQ)» I^er J^feq^prement Systems gegebenenfalls auch zur exakten Ausrichtung an einem Trägerfahrzeug bzw. an einer auf dieser befestigten Halterung vorgesehen sind und vorzugsweise an einer weiteren Fläche (29) der Konsole (24) Anschlussstücke zur Befestigung und Ausrichtung von Zusatzeinrichtungen wie Digital- und / oder Videokameras, Antennen (30) etc. 5 angebracht sind und im, durch Deckel (34) zugänglichen, Inneren der Konsole Anschlussstücke zur insbesondere starren Befestigung und eventuellen Ausrichtung von Navigationseinrichtungen, wie ein Trägheitsmesssystem (IMU) (41), Auswerteelektronik für Satellitennavigations-Binrichtungen (GNSS) (42) und Rechner (43,44) zur Auswertung und Verknüpfung der von den verschiedenen 10 Systemen gelieferten Daten auf weisen.
2. 2. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (22,23) der Konsole (24), die zur Aufnahme der Laserscanner (1,20) 15 bestimmt sind, sowie die darauf vorgesehenen Anschlussstücke (36,37) so angeordnet sind, dass die durch die Rotationsachsen ¢11,21) der an der Konsole (24) montierten Laserscanner (1,20) bzw. deren Parallelen definierte Ebene einen spitzen Winkel (a) mit der Horizontalen (25) bzw. dem Bewegungsvektor (28) des Systems einschließen. 20
3. 3. Opto-elektronisches Vennessungssystem nach Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der durch die Rotationsachsen (11,21) der Laserscanner (1, 20) definierten Ebene und der Horizontalen (25) einen Wert von 30° < α < 50°, 25 vorzugsweise ca. 40° aufweist.
4. 4. Opto-elektronisches Vermessungssystem gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (22,23) der Konsole (24), die zur Aufnahme der Laserscanner (1,20) 30 bestimmt sind, sowie die darauf vorgesehenen Anschlussstücke (36,37) so angeordnet sind, dass die Rotationsachsen (11,21) der an der Konsole (24) 2 m ·· *t ««·* » ·#*# #*·♦ 4 * · Φ ··* m Φ * « · « · · · * Pat.560 ·..* *.$iEßk 4^ei;^leqsBremeiit Systems montierten Laserscanner (1,20) bzw. deren Parallelen einen spitzen Winkel (ß) einschließen.
5. 5. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach Patentanspruch 4 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ß zwischen den Rotationsachsen (11,21) der Laserscanner (1,20) bzw. deren Parallelen einen Wert von 30° < ß < 70°, vorzugsweise ca. 50° aufweist.
6. 6. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 10 dadurch gekennzeichnet, dass

   an den Laserscannem (1,20) und vorzugsweise auch an den Zusatz-Aggregaten (u. a. 30) Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Ausgangssignale vorgesehen sind, die bei montierten Scannern (1,20) bzw. eventuellen Zusatzaggregaten (30) direkt in die entsprechenden Gegenstecker an den 15 Montageflächen (22,23 und 29) der Konsole (24) einrasten und die elektrischen Verbindungen hersteilen.
7. 7. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass 20 an der Konsole (24) Vielfachstecker für die Stromversorgung, die Steuerung und die Ausgangssignale vorgesehen sind, die bei auf einem Trägerfahrzeug od. dgl. montierter Konsole (24) direkt in die entsprechenden Gegenstecker an der Montagefläche des Trägerfahrzeuges od. direkt an einer Steuerungseinheit im Fahrgastraum oder Kofferraum oder auf der Ladefläche des Trägerfahrzeugs ; 25 einrasten und die elektrischen Verbindungen herstellen.
8. 8. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (17) der rotierenden Ablenkspiegel (10) synchronisiert sind, wobei die 30 Ablenkspiegel (10) gegebenenfalls auch in einer definierten Phasenbeziehung umlaufen. 3 «»«* «*»« »«v« ψ W * Pat.560 «RlBG£ Lajser^Mee^prement Systems
9. 9. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 mit zwei Laserscannem, dadurch gekennzeichnet, dass 5 die Befestigungseinrichtungen (32) der Konsole (24) für die Montage am Trägerfahrzeug od. dgl. so gestaltet sind, dass bei am Trägerfahrzeug montierter Konsole (24) die Ebene, die durch die Rotationsachsen (11,21) der beiden Laserscanner (1,20) definiert wird, mit der Horizontalen (25) einen Winkel von ca. 40° einschließt und die Symmetrieebene der beiden Rotationsachsen (11,21) parallel 10 zur Längsachse des Trägerfahrzeuges od. dgl. verläuft.
10. 10. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass 15 die Konsole (24) aus Leichtmetallguss, insbes. aus Aluminium oder Magnesium bzw. aus Legierungen derselben besteht.
11. 11. Opto-elektronisches Vermessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 20 dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (24) mit einer programmierbaren elektronischen Steuerung und ferner mit allen für den Betrieb erforderlichen Komponenten ausgerüstet ist, gegebenenfalls mit Ausnahme einer extern angeordneten Energieversorgungseinheit sowie eines Datenspeichers und damit weitgehend autark und vollautomatisiert einsetzbar ist. 25
12. 12. Verfahren zum sogen, mobilen Laser-Scanning mit einem opto-elektronischen Vermessungssystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, aus den von den Laserscannem (1,20) gelieferten Daten in einem in der Konsole 30 (24) oder in der Steuereinheit angeordneten Rechner (44) eine Punktwolke des Zielgebietes in einem Konsolen-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und 4 ftM «»·« ftM «»·« Pat.560 l il R1EGC Läse* Measurement Systems dass aus den Daten des Trägheitsmesssystems IMU (41) und der Satellitennavigationseinrichtung GNSS (42) eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die bei einer Messfahrt des Vermessungssystems von der Konsole (24) jeweils eingenommene Positionen und Lagen in einem 5 Weltkoordinatensystem beschreibt und dass aus den Ausgangssignalen der Konsole (24) und der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkoordinatensystem berechnet wird, wobei die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole (24) gelieferten, Konsolenbezogenen Daten bevorzugt offline erfolgt. 10
13. 13. Verfahren zum sogen, mobilen Laser-Scanning mit einem opto-elektronisehen Veimessungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass, aus den von den Laserscannem (1,20) und dem Trägheitsmesssystem IMU (41) 15 gelieferten Daten in einem in der Konsole oder in der Steuereinheit angeordneten Rechner (44) eine Punktwolke des Zielgebietes in einem IMU-bezogenen Koordinatensystem berechnet wird und dass aus den Daten der Satellitennavigationseinrichtung GNSS (42) eine Bahnkurve bzw. Trajektorie ermittelt wird, welche die bei einer Messfahrt des Vermessungssystems von der 20 Konsole (24) jeweils eingenommene Positionen in einem Weltkoordinatensystem beschreibt und dass aus den Ausgangssignalen der Konsole (24) und der Trajektorie eine resultierende Punktwolke des Zielgebietes in einem Weltkkoordinatensystem berechnet wird, wobei die Berechnung der Trajektorie und die Verknüpfung derselben mit den von der Konsole (24) gelieferten, IMU-bezogenen Daten 25 bevorzugt off-line erfolgt.
14. 14. Verfahren zum sogen, mobilen Laser-Scanning mit einem opto-elektronischen Vermessungssystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, 30 dadurch gekennzeichnet dass, 5

    Pat.560 mittels des Satellitennavigationssystem GNSS (42) und bzw. oder dem Trägheitsmesssystem IMU (41) die Fahrgeschwindigkeit des Trägerfahrzeuges bestimmt und in Abhängigkeit von dieser die mittlere Pulsrate des Laser-Entfernungsmesser und bzw. oder die Rotationsgeschwindigkeit des Ablenkspiegels (10) verändert wird. RIEGL Horn, am 25.März 2010 Laser Measurement Systems GmbH 6