CH656458A5

CH656458A5 - Anordnung zur messung von punkthoehen.

Info

Publication number: CH656458A5
Application number: CH472/82A
Authority: CH
Inventors: Wieland Feist; Gerhard Huether
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1981-04-01
Filing date: 1982-01-26
Publication date: 1986-06-30
Also published as: US4490919A; JPS57171209A; DD160240A3; JPS5953484B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Höhenmessung, insbesondere für geodätische Zwecke, bei der von einem einen Messstrahlengang aussendenden Messgerät eine horizontale Messungslinie zu einem vertikal über jedem anzumessenden Punkt befindlichem Hilfsmittel hergestellt wird.

Höhenmessungen erfolgen bekanntlich durch geometrisches, trigonometrisches oder barometrisches Nivellement. Beim geometrischen Nivellement wird mit Hilfe eines über einem Geländepunkt befindlichen, eine horizontale Ziellinie realisierenden Nivelliergerätes und einer über einem Messpunkt aufgestellten Nivellierlatte die Höhe dieses Messpunktes bestimmt bzw. von einem anderen Punkt auf diesen Messpunkt übertragen. Je nach der geforderten Genauigkeit ist der erforderliche instrumentelle, methodische und personelle Aufwand entsprechend hoch und das Verfahren langwierig. Man hat durch die Montierung des gesamten Instrumentariums auf Fahrzeugen bereits eine Mechanisierung des geometrischen Nivellements erreicht, jedoch sind hierzu ein umfangreicher technischer Aufwand und für genaueste Messungen an den Messpunkten sehr genaue Messmittel notwendig. Ausserdem sind die zur präzisen Messung notwendigen Messmittel, das Nivelliergerät und die Messlatte, über unterschiedlichen, in beträchtlicher Entfernung voneinander befindlichen Punkten angeordnet, zwischen denen die Messlinie realisiert wird. Aufgrund der an den Punkten und zwischen den Punkten herrschenden unterschiedlichen atmosphärischen und Stabilitätsbedingungen sowie der von Standpunkt zu Standpunkt des Nivelliergerätes wechselnden Abstände zwischen dem jeweiligen Messpunkt und dem

Nivelliergerät sind Genauigkeitsverluste unumgänglich.

Beim trigonometrischen Nivellement werden Höhen- auf Winkelmessungen zurückgeführt. Hier befinden sich zwar die Messmittel sämtlich am Ort des Nivelliergerätes, jedoch wird dieses Messverfahren meist über grössere Entfernungen durchgeführt, über die atmosphärische Einflüsse sehr verfälschend auf die Messergebnisse einwirken. Daher wird das trigonometrische Nivellement zur genauen Höhenmessung und -Übertragung nicht verwendet.

Andere, noch weniger genaue Verfahren der Höhenmessung bzw. Höhenunterschiedsmessung sind das auf Luftdruckunterschieden beruhende barometrische Nivellement und die die Schwankungen der Schwerkraft zur Messung ausnutzende Trägheitsnavigation.

Schliesslich sind Höhenmessautomaten in Verbindung mit Fahrzeugen bekannt, die aus der Umdrehung der Fahrzeugräder die Entfernungen und mit Hilfe eines Neigungsmessers die zugehörigen Neigungen bestimmen und daraus die Höhen automatisch berechnen. Vor allen Dingen die ungenaue Entfernungsmessung bedingt eine für nivellitische Zwecke zu ungenaue Höhenbestimmung.

Durch die Erfindung soll eine der Automatisierung zugängliche Anordnung zur Höhenmessung geschaffen werden, die die bisher übliche Aufteilung der Messmittel zwischen dem Standpunkt des Nivelliergerätes und dem Messpunkt, wie sie beim genauen geometrischen Nivellement mit Nivelliergerät und Messplatte gegeben ist, zugunsten eines völlig neuen Messprinzips verlässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Höhen- bzw. Höhenunterschiedsmessung zu schaffen, die die für die Messung ungünstige Anbringung der Messplatte getrennt vom Nivelliergerät und damit äussere Fehlereinflüsse vermeidet und die durch das Messpersonal möglichen und verursachten Fehler im wesentlichen beseitigt. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Messgerät ein Entfernungsmesser ist, dass das Hilfsmittel ein Umlenkelement für den Messstrahlengang ist und dass sich auf dem anzumessenden Punkt ein Reflektor befindet, der die Messstrahlung in sich selbst reflektiert. Vorteilhaft ist ein Regler zur Horizontierung des Messstrahlengangs vorgesehen. Die nivellitische Messung wird also auf die Messung von Strecken zurückgeführt, deren Messrichtung zur Lotrichtung orientiert ist. Befindet sich das Nivelliergerät zwischen zwei Messpunkten, so wird bei horizontal angeordnetem Entfernungsmesser und horizontaler Ziellinie zunächst die Entfernung zum Umlenkelement und zum Reflektor am zurückliegenden Messpunkt und danach die Entfernung zum Umlenkelement und zum Reflektor am vorausliegenden Messpunkt gemessen. Von der Entfernung zum zurückliegenden Reflektor wird die Entfernung zum zurückliegenden Umlenkelement abgezogen, und von der Entfernung zum vorausliegenden Reflektor wird die Entfernung zum vorausliegenden Umlenkelement subtrahiert und damit die jeweiligen Höhen des Umlenkelements über dem Reflektor ermittelt. Aus der Differenzbildung zwischen der Höhe im Rückblick und im Vorblick ergibt sich bekanntlich der Höhenunterschied zwischen beiden Messpunkten. Sind die Entfernungen zwischen dem Entfernungsmesser und dem zurückliegenden Umlenkelement und dem vorausliegenden Umlenkelement gleich, so ergibt sich aus der Differenz zwischen den Entfernungen des Entfernungsmessers vom zurückliegenden Reflektor und vom vorausliegenden Reflektor unmittelbar die Höhendifferenz zwischen beiden Messpunkten. Zur Entfernungsmessung können elektromagnetische oder Schallwellen benutzt werden.

Um die Entfernungsmessung auch in unterschiedlichen Höhen über den Messpunkten durchführen zu können, kann das Umlenkelement an einer Führung senkrecht über dem

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jeweils anzumessenden Punkt verschiebbar angeordnet und mit einem zweiten Reflektor verbunden sein, der wie der erste Reflektor einen Teil der Messstrahlung in sich selbst, zum Entfernungsmesser reflektiert. Daraus ermittelt der Entfernungsmesser den horizontalen Abstand zum Messpunkt. Zum automatischen Einrichten des Umlenkelements kann mit diesem ein Empfänger für einen Teil der Messstrahlen verbunden sein, der seinerseits einen Regelkreis für die Nachführung des Umlenkelements steuern kann.

Eine Automatisierung des mit der Erfindung durchführbaren Messverfahrens kann dadurch erreicht werden, dass zwei Umlenlcelemente und zwei diesen zugeordnete Messpunkt-Reflektoren vorgesehen sind, die mit dem Entfernungsmesser in einer Ebene liegen, dass die beiden Umlenkelemente gleiche Abstände vom Entfernungsmesser haben und mit ihm starr verbunden sind. Vorteilhafterweise sind die Umlenkelemente mit dem Entfernungsmesser an einem Fahrzeug pendelnd aufgehängt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem sich die Messpunkte in grossen Entfernungen von einem Entfernungsmesser befinden;

Fig. 2 einen Umlenkspiegel;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Entfernungsmesser und Umlenkspiegel zu einer Einheit zusammengefasst sind und

Fig. 4 die Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels auf einem stilisiert dargestellten Fahrzeug.

In Fig. 1 ist über einem Punkt 1 eines Geländes 2 auf einem Stativ 3 ein Entfernungsmesser 4 mit einer horizontalen Ziellinie 5 und einer vertikalen Drehachse Li-Li zentrisch angeordnet. Ausserdem sind über Messpunkten, die durch Untersätze 6; 7 mit je einem Dorn 8; 9 markiert sind, parallel zur Drehachse Li-Li gerichtete Führungen 10; 11 für Träger 12; 13 vorgesehen. Mit jedem Träger 12; 13 ist starr ein Umlenkelement 14 bzw. 15 und ein Tripelspiegel 16 bzw. 17 (oder Tripelprisma) verbunden. Am Fuss jeder Führung 10 bzw. 11 ist jeweils ein weiterer Tripelspiegel 18 bzw. 19 vorgesehen. Die mit Empfängern 20; 21 (Fig. 2) versehenen Umlenk elemente 14; 15 lenken einen Teil des vom Entfernungsmesser 4 gesendeten Messlichtes zu den Tripelspiegeln 18; 19, die es in sich selbst über die Umlenkelemente 14; 15 zum Entfernungsmesser 4 zurückwerfen. Die Tripelspiegel 16; 17 reflektieren unmittelbar den anderen Teil des vom Entfernungsmesser 4 gesendeten Messlichtes zu diesem zurück. Die kleinen Empfänger 20; 21 mit Anschlussleitungen 22 und einer Anzeige 23 auf den Umlenkelementen 14; 15 ermöglichen eine genaue Erfassung der horizontalen Ziellinie 5 des Entfernungsmessers 4 beim vertikalen Verschieben der Träger 12; 13 entlang der Führungen 10; 11.

Die Messstrahlung (Ziellinie 5) des Entfernungsmessers 4 wird zunächst auf die Führung 10 gerichtet und der Träger 12 vom Fuss der Führung 10 her so lange in der Höhe verschoben, bis die Messstrahlung auf den Empfänger 20 trifft, was an der Anzeige 23 erkennbar ist. Damit ist der Träger 12 mit dem Umlenkelement 14 und dem Tripelspiegel 16 in der Höhe exakt eingerichtet. Danach erfolgt die Messung der Abstände li; h zwischen dem Tripelspiegel 16 und dem Entfernungsmesser 4 sowie zwischen dem Tripelspiegel 18 und dem Entfernungsmesser 4. Der Entfernungsmesser 4 ermittelt selbst die Differenz b-li und damit die Höhe hi des Umlenkelements 14 über dem Tripelspiegel 18. Da der Abstand des Tripelspiegels vom Messpunkt immer konstant ist, lässt er sich als Additionskonstante bei der Berechnung der Differenz b-li automatisch mit berücksichtigen. Nach Drehung des Entfernungsmessers 4 um die vertikale Drehachse Li-Li wird die Messstrahlung (Ziellinie 5) auf die Führung 11 eingerichtet, der Träger 13 mit dem Umlenkelement 15 und dem s Tripelspiegel 17 vom Fussende der Führung 11 her solange verschoben, bis der Empfänger 21 Strahlungsempfang anzeigt und danach mit Hilfe des Entfernungsmessers die Abstände b, k der Tripelprismen 17; 19 von der Drehachse Li-Li gemessen. Der Entfernungsmesser 4 bildet selbst die io Höhe h2 als Differenz der Abstände k-b, berücksichtigt den konstanten Abstand des Tripelprismas 19 über dem Messpunkt und ermittelt schliesslich die Differenz hi-h2 = Ah, den Höhenunterschied zwischen den durch die Untersätze 6; 7 markierten Messpunkten. Auf diese Weise wird die Höhen-is messung auf eine Streckenmessung mit einem Entfernungsmesser zurückgeführt, wie ihn F. Deumlich in seinem Buch «Instrumentenkunde der Vermessunstechnik» Berlin 1972, Seiten 265 bis 296, in den verschiedensten Ausführungsformen beschrieben hat und der eine hinreichende Messge-20 nauigkeit ermöglicht.

Fig. 3 zeigt einen Entfernungsmesser 25, mit dem starr ein zweiarmiger Tubus 26 verbunden ist, der zwei gekreuzt angeordnete Spiegel 27; 28 und zwei Umlenkelemente 29; 30 enthält. Der Entfernungsmesser 25 weist ein Objektiv 24 auf, 25 vor dessen einer Hälfte der Spiegel 27 und das diesem nachgeordnete Umlenkelement 29 und vor dessen anderer Hälfte der Spiegel 28 und das ihm nachgeordnete Umlenkelement

30 angeordnet sind. Die Spielgel 27; 28 teilen den durch den Achsstrahl 31 gekennzeichneten, das Entfernungsmesserob-

30 jektiv 24 verlassenden Messstrahlengang in zwei Teilstrahlengänge, die ebenfalls durch ihre Achsstrahlen 32; 33 markiert sind. Der Tubus 26 weist entsprechend seinen beiden Armen zwei Öffnungen 34; 35 auf, unter denen sich auf ein Gelände 36 aufgesetzte Träger 37; 38 für Tripelspiegel 39; 40 35 befinden. Der senkrechte Achsstrahl 31 wird durch die Spiegel 27; 28 nicht nur geteilt, sondern auch in die Horizontalrichtung gelenkt. Das Umlenkelement 29 bzw. 30 reflektiert den Teilstrahlengang 32 bzw. 33 in eine zum Achsstrahl

31 parallele Richtung, so dass es den Tubus 26 durch die Öff-40 nung 34 bzw. 35 verlässt, zum Tripelspiegel 39 bzw. 40

gelangt, von diesem in sich selbst über das Umlenkelement 29 bzw. 30 und den Spiegel 27 bzw. 28 zum Entfernungsmesser - 25 reflektiert wird, der gemäss dem Entfernungsmesser 4 in

Fig. 1 die Höhendifferenz zwischen zwei durch die Tripel-45 spiegel 39 und 40 festgelegten Messpunkten 41 und 42 des Geländes 36 ermittelt. Dabei besteht die Besonderheit, dass die Abstände zwischen dem Spiegel 27 und Umlenkelement 29 sowie zwischen dem Spiegel 28 und Umlenkelement 30 einander gleich sind, so dass die voneinander verschiedenen so Abstände nur zwischen dem Umlenkelement 29 und dem Tripelspiegel 39 sowie zwischen dem Umlenkelement 30 und dem Tripelspiegel 40 existieren, deren Differenz den Höhenunterschied zwischen den beiden Messpunkten 41 und 42 darstellt.

55 In Fig. 4 ist die zu Fig. 3 beschriebene Vorrichtung mit einem sehr schematisch gezeigten Fahrzeug dargestellt. Eine Entfernungsmessvorrichtung 43 ist auf einem Träger 44 befestigt, der mit einem Kreuzfedergelenk 45 an eine an einem Fahrzeug 46 befestigte Basis 47 angelenkt ist. Durch die 60 Kreuzfedergelenkaufhängung pendelt die Entfernungsmessvorrichtung 43 unabhängig von der Gelände- und damit der Fahrzeugneigung immer in die Lotrichtung L2-L2 ein. An der Entfernungsmessvorrichtung 43 und am Fahrzeug 46 sind Dämpfungsmittel 48; 49 vorgesehen, mit deren Hilfe die Entes fernungsmessvorrichtung 43 bei auftretenden Schwingungen sehr schnell in der Gleichgewichtslage zur Ruhe kommt. Zum Fahrzeug 46 gehören vier gleiche Lager 50; 51 für vier gleiche Räder 52; 53, von denen nur die in der Zeichnung vorn

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befindlichen sichtbar sind und die sehr gut gelagert und geländegängig sind. Die Radlager 50 sind gemeinsam mit den Rädern 52 um eine Achse X-X am Fahrzeug 46 schwenkbar gelagert, das eine hohe Spurtreue zwischen den Vorder- und Hinterrädern 52; 53 besitzt. Das Fahrzeug 46 bewegt sich im vorliegenden Fall in Richtung eines Pfeiles 54. Auf dem Gelände 55 befinden sich senkrecht unter der Entfernungsmessvorrichtung 43 Träger 56; 57 mit Tripelprismen 58; 59 zur Markierung von Messpunkten. Am Fahrzeug 46 sind ein Vorratsbehälter 60 und eine mit diesem über einem Transportkanal 61 verbundene Aufnahmeeinheit 62 für Träger mit Tripelprismen vorgesehen. Vom Vorratsbehälter 60 werden in gewissen Abständen Tripelprismenträger 56 ausgelegt, die von der Aufnahmeeinheit 62 wieder aufgenommen und durch den Transportkanal 61 dem Vorrats- und Auslegebehälter 60 wieder zugeführt werden. Der Rhytmus des Auslegens und Aufnehmens wird in Abhängigkeit von der Umdrehung des Rades 52 von einer Steuereinheit 63 gesteuert und kann einstellbar sein. Ein Antriebssystem 64 bewegt das s Fahrzeug 46 mit einer wählbaren Geschwindigkeit. Eine Steuerung 65 dient seiner Orientierung und Lenkung. Weitere Einheiten zur Stromversorgung 66 und Messdatenregistrierung 67 sind am Fahrzeug 46 vorgesehen.

Der Auslege-, Mess- und Aufnehmevorgang wird vorge-10 nommen, während sich das Fahrzeug mit mässiger

Geschwindigkeit vorwärtsbewegt. Der Messvorgang selbst geschieht wie zu Fig. 3 beschrieben.

Anstatt der Träger 56; 57 mit den Tripelprismen 58; 59 is kann ein endloses reflektierendes Band verwendet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anordnung zur Messung von Punkthöhen, bei der von einem einen Messstrahlengang aussendenden Messgerät eine horizontale Messungslinie zu einem vertikal über jedem anzumessenden Punkt befindlichen Hilfsmittel hergestellt wird, gekennzeichnet dadurch, dass das Messgerät als Entfernungsmesser (4; 25; 43) ausgebildet ist, dass das Hilfsmittel ein Umlenkelement (14,15; 29,30) für die Messstrahlen ist, und dass sich auf dem anzumessenden Punkt ein Reflektor 18,19; 39,40; 58,59) befindet, der die Messstrahlung in sich selbst reflektiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Entfernungsmesser ein Stabilisierungselement zur Horizontierung des Messstrahlenganges enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Umlenkelement (14,15) an einer Führung senkrecht über dem anzumessenden Punkt verschiebbar angeordnet und mit einem zweiten Reflektor (16,17) verbunden ist, der einen Teil der Messstrahlung in sich selbst reflektiert.

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Umlenkelement (14,15) an einer Führung (10,11) senkrecht über dem anzumessenden Punkt verschiebbar angeordnet und mit einem Empfänger (20,21) für einen Teil der Messstrahlung verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zwei Umlenkelemente (29,30) und zwei diesen zugeordnete Reflektoren (27,28) vorgesehen sind, die mit dem Entfernungsmesser (25) in einer Ebene liegen, und dass die beiden Umlenkelemente (29,30) gleiche Abstände vom Entfernungsmesser (25) haben und mit ihm starr verbunden sind. (Fig. 3).

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Umlenkelemente mit dem Entfernungsmesser (43) an einem Fahrzeug (46) pendelnd aufgehängt sind. (Fig. 4)