DD159363A1 - Geraet zur bestimmung von entfernungen und zur feststellung von koordinaten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Geraet zur Bestimmung von Entfernungen und zur Feststellung von Koordinaten bei geodaetischen Messungen mit einem Entfernungsmesser und einem Visier. Der Entfernungsmesser ist vorzugsweise als Lichtentfernungsmesser ausgebildet. Um ein leichtes und kleines, notfalls frei in der Hand zu haltendes Geraet fuer Entfernungsmessungen im Bereich bis zu 200 m zu erhalten, sendet d. Entfernungsmesser ein Strahlbuendel mit einem Strahlbuendel von mehr als 20 mrad bei einem Messzyklus von weniger als 1 sec aus. Zur Abstuetzung in der Senkrechten kann an dem Geraet ein in seiner Laenge einstellbarer Staender befestigbar sein.

Description

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Gerät zur Bestimmung von Entfernungen und zur Feststel lung von Koordinaten

Die Erfindung betrifft 'ein Gerät zur Bestimmung von Entfernungen und zur Peststellung von Koordinaten, das für geodätische Messungen, hauptsächlich von Entfernungen unter 200 m anwendbar ist und das während der Messung in der Hand gehalten werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Geräte zur Entfernungsmessung und zur Koordinatenfeststellung sind bereits seit längerem bekannt. Diese Geräte sind Jedoch sehr kompliziert aufgebaut, wobei es sich um Geräte mit großer Genauigkeit, aber großen Abmessungen und hohem Gewicht handelt, mit denen Entfernungen von einigen km be-

stimmt werden können, und wobei ihre Genauigkeit im Verhält-

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nis zur gemessenen Entfernung ein Verhältnis von 10 aufweist* Die großen Geräte können zweckmäßig vor allem zur Messung von großen Entfernungen und zur Erhöhung der Zahl der Fußpunkte bei Messungen verwendet werden. Dazu sind für jeden unbekannten Punkt folgende Maßnahmen durchzuführen:

a) die Aufstellung des Stativs (Dreibein) am Ausgangspunkt der Messung, im folgenden Standpunkt genannt;

b) Aufsetzen der Theodoliten auf das Stativ;

c) Aufsetzen des Entfernungsmessers auf den Theodoliten falls diese nicht mit dem Entfernungsmesser eine Einheit bildet;

d) annähernde Zentrierung-,des Gerätes;

e) Ausrichtung der Drehachse des Theodoliten auf die Senkrechte, wobei die Zentrierung und Einstellung der Achse in die Senkrechte durch mehrmalige laufende Annäherung mittels Libellen und anderer optischer Mittel durchgeführt werden müssen;

f) Standortbestimmung (Richtungsmessung mittels Theodolit bezüglich eines bzw. mehrerer bekannten Punkte);

g) VYäagerechte Messung bezüglich des unbekannten Punktes; h) Höhenmessung bezüglich des unbekannten Punktes;

i) Abstandsmessung bezüglich des unbekannten Punktes; j) Errechnung der Koordinaten des unbekannten Punktes.

Zur Durchführung der obigen Messungen sind ein Stativ, ein Theodolit j ein Entfernungsmesser und eine Meßlatte oder dgl« mit daran, befestigtem Reflektor erforderlich.

Dementsprechend sind die für die obige Aufgabe geeigneten Geräte zur Entfernungsmessung und Koordinatenfeststellung mit all den genannten Einheiten und in der Regel noch mit zahlreichen anderen Zubehörteilen versehene Das Gewicht des zusammengestellten Gerätes beträgt im meßbereiten Zustand ca. 10 bis 25 kg, Yfobei auch seine Abmessungen recht groß sind» Daher lassen sich derartige Messungen nur mit Kraftfahrzeugen durchführen» Die Anschaffungskosten solcher Meßgeräte sind demzufolge sehr hoch.

Es ist ersichtlichj daß der Einsatz derartiger Geräte nur dann zweckmäßig ist, wenn sehr viele unbekannte Punkte von einem Standpunkt aus festzustellen sind oder wenn sehr grosse Entfernungen (200 bis 6000 m) mit großer Genauigkeit (einige mm) zu ermitteln sind.

Bei 80 % aller geodäthischen Messungen liegen die Entfernungen jedoch unter 200 m, z.B. bei Landkartenänderungen und -ergänzungen oder kommunalen Vermessungen. Bei derartigen Aufgaben sind von einem Standpunkt aus nur wenige Messungen durchzuführen, dagegen ist es häufig erforderlich den Standpunkt zu wechseln«, Dies ist mittels der vorher beschriebenen Entfernungsmesser eine schwer zu lösende Aufgabe, denn die Aufstellung an einem Standpunkt ist eine sehr komplizierte und viel Zeit in Anspruch nehmende Arbeit«. Innerhalb einer bestimmten Zeitdauer können dann nur wenige Messungen durchgeführt werden. Hierbei können die Vorteile und Möglichkeiten der komplizierten und außerordentlich genaxien Instrumente häufig'nicht einmal voll ausgenutzt werden.

Da bisher kein handliches Gerät für Entfernungsmessungen zur Verfügung stand und die bekannten Geräte dafür ungeeig-

net waren (wie soeben ausgeführt), erfolgte die Vermessung kürzerer Abstände bisher meistens mittels eines Bandmaßes nach der sog« orthogonalen Methode,

Diese Vermessung wird wie folgt durchgeführt:

a) zwischen zwei Punkten mit bekannten Koordinaten muß

in der Waagerechten eine mit einem Bandmaß meßbare freie voll zu übersehende Bahn hergestellt werden;

b) bekannte und unbekannte Punkte sind mit einem Meßstab oder dgl* zu markieren;

c)3 an der zwischen den beiden bekannten Punkten liegenden Basislinie ist der Fußpunkt der durch den unbekannten Punkt senkrecht zur Basislinie verlaufenden Linie mittels ,eines Prismenkreuzes zu ermitteln;

d). an der Basislinie ist der Abstand zwischen dem bekannten Punkt und dem ermittelten Fußpunkt zu messen;

e) zwischen dem Fußpunkt und dem unbekannten Punkt ist der Abstand zu bestimmen, wozu ebenfalls wie unter Punkt a) eine freie Vermessungsbahn gewährleistet werden muß;

£) Errechnung der Koordinaten des unbekannten Punktes.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß die grundsätzliche Voraussetzung für Durchführung der Messung darin besteht, zwischen den beiden bekannten Standpunkten sowie zwischen dem Fußpunkt der Senkrechten und dem zu vermessenden Punkt eine freie Bahn für das Bandmaß bei vorhandener -Einsichtmöglichkeit zu gewährleisten_e In der Praxis werden derartige Messungen unter 200 m jedoch größtenteils in bewohnten Gebieten, in Städten, Industrieanlagen usw, erfor-

derlich» Dies bedeutet, daß der Verkehr von dem zu vermessenden Gebiet wegzuleiten ist» Darüber hinaus ist zur Durchführung der Messungen, also bei den Fuß- und Meßpunkten, an den beiden Enden des Bandmaßes, dem Meßgerät usw« ein großer personeller Aufwand erforderlich«

Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich, können bei dem größten Teil der kurzstreckigen Vermessungsarbeiten diese nach dem bekannten Stand der Technik nur unter einem sehr großen Aufwand durchgeführt werden» >

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel des Standes der Tech" nik zu beseitigen« . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein handliches Gerät für geodätische Entfernungsmessungen und Koordinatenfeststellungen bereitzustellen, das während der geodätischen Messungen unter-200 m in der Hand gehalten werden kann, aus nur wenigen Bauteilen aufgebaut und daher flexibel anwendbar, leicht bewegbar und klein ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein wesentlich einfacherer und kleinerer Entfernungsinesser aufgebaut werden kann, der in Verbindung mit einer Visiervorrichtung zur Lösung der gestellten Aufgabe vollauf genügt, wenn dieser ein weniger stark fokussiertes Strahlbündel ausstrahlt und der Meßzyklus kürzer als bisher gehalten wird.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen in der Hand zu haltenden Entfernungsmesser. Erfindungsgemäß ist die Anordnung so getroffen, daß der Entfernungsmesser ein Strahlbündel mit einem Kegelwinkel von über 20 mrad bei einem Meß-

zyklus von weniger als 1 s aussendet., wobei zur Abstützung in der Senkrechten ein in seiner länge einstellbarer Ständer am Gerät befestigt werden kann_e Infolge seiner Kleinheit kann das erfindungsgemäße Meßgerät während der Messung auch frei in der Hand gehalten werden. Wie später nochmals dargelegt, gewährleisten diese technischen Maßnahmen trotz ihrer relativen Einfachheit restlos die gleichzeitige Erfüllung aller obigen Erfordernisse, ja sie bringen sogar noch die unerwartete technische f/irkung mit sich, daß sich das erfindungsgemäße Gerät - bei entsprechender Gestaltung · auch zur Koordinatenfeststellung nach dem Verfahren des sog« "Bogen-Rückwärtseinschneidens" sowie zur "Bogeneinschneidung" nach dem orthogonalen oder polaren Verfahren eignet.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist am Entfernungsmesser ein Prismenkreuz befestigt. Das Meßgerät kann aber auch mit einem Theodoliten versehen v/erden.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante, bei der der Entfernungsmesser mit einem Rechner verbunden ist, wobei der Rechner auch mit einem Speicherregister ausgestattet v/erden kann.

Der erfindungsgemäße Entfernungsmesser kann als Lichtentfernungsmesser oder als Mikrowellenentfernungsmesser ausgebildet werden.

Ausführungsbeispiele:

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gerätes in der Meßlage,

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Pig* 2: eine Draufsicht auf das Meßgerät nach Figo 1,

Pig. 3: das Meßverfahren des "Bogen-Rückwärtseinschneidens" in schematischer Draufsicht,

Fig» 4ί das orthogonale Meßverfahren in schematischer Draufsicht $

Figo 5: das polare Meßverfahren in schematischer Draufsicht.

Als erstes Beispiel wird eine .Ausführungsform beschrieben, die in einfachster Weise die Lösung der gestellten Aufgabe ermöglicht (3?ig_c 1)«, Hier ist ein Entfernungsmesser 1 in Porm eines Handgerätes gezeigt, bei dem die Entfernungsbestimmung und die Koordinatenfeststellung mittels eines Lichtstrahles erfolgte Die damit verbundene Visiereinheit ist als Diopter 2 ausgebildet. An dem Entfernungsmesser 1 ist ein Ständer 3 befestigt. Der Ständer 3 ist als ein einfacher Stock ausgebildete

Die Wirkungsweise des Lichtentfernungsmessers 1 ist an sich bekannt: das ausgestrahlte infrarote Licht -wird von einem Reflektor 5 zurückgeworfen, der an einer an dem unbekannten Punkt befindlichen Stange 4 oder dgl. angeordnet ist. Eine der Entfernung proportional digitale Angabe wird durch Messung der Laufzeit der Infrarotstrahlen erzielt. In diesem Falle besitzt der Lichtentfernungsmesser 1 mehrere spezielle Besonderheiten, die es ermöglichen, daß das Gerät in der Hand gehalten und bei der Messung von kurzen Entfernungen eingesetzt werden kann.

Im Gegensatz zu früheren Ausführungen genügt hier nur eine einzige, Meßfrequenz, die bei Messungen unter 200 m eine ausreichende Genauigkeit gewährleistet. Daraus ergibt sich eine wesentliche Verminderung des schaltungstechnischen

Aufwandes und ferner die Möglichkeit des Einsatzes von handelsüblichen elektronischen Bauteilen.

Wie bereits dargelegt, muß der Meßzyklus kürzer als 1 see sein, damit durch "Verwackeln" keine größeren Ungenauigkeiten hervorgerufen werden können. Ferner kann das den Entfernungsmesser 1 verlaufende Strahlbündel einen Kegelwinkel von mehr als 20 mrad aufweisen. Dadurch wird gesichert, daß der Reflektor 5 ohne Befestigung auf einem konventionellen Stativ oder dgl. "getroffen" wird, denn bei einer Meßentfernung von 200 m wird vom Strahlbündel eine Oberfläche mit einer Breite von 4 m beleuchtet (Pig* 2). In diesem Bereich muß sich der Reflektor 5 befinden. Dazu kommt noch der Vorteil, daß eine starke bzw. genaue Brennpunkteinstellung des Strahlbündels nicht notwendig ist, wodurch kostenaufwendige und komplizierte elektronische und optische Teile entfallen können. Es genügt, die Ausstrahlung eines Lichtsignals von einigen 100 /UW. Die notwendige Genauigkeit

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des Quarzoszillators braucht nux· 5 x 10 zu betragen, weshalb kein Thermostat benötigt wird» Der Intensitätsunterschied zwischen dem aus 1 m und aus 200 m Entfernung reflektierten Lichtstrahlen liegt bei 70 dB, so daß er sich elektronisch ausregeln läßt« Der nach diesen wesentlichen Parametern mittels LSI-Stromkreise mit niedrigem Stromverbrauch aufgebaute Entfernungsmesser 1 hat ein Volumen von ca. 1 dHr und ein Gewicht von weniger als 0,6 kg. Der in einer zur optischen Achse des Lichtentfernungsmesser 1 senkrechten Ebene angeordnete Diopter 2 dient zur schnellen Einstellung des Reflektors 5 (Fig. 1). Als Reflektor ist eine lichtreflektierende Folie, die an dem Stab 4 angeordnet ist, ausreichend.

Der in der Höhe verstellbare Ständer 3 hat eine doppelte Aufgabe. Er gewährleistet ein möglichst einfaches, weitgehend "verwacklungsfreies" Halten und außerdem die Zentrierung des Distanzmessers 1, des Diopters 2 und des Steckenend-

punktes* Bei zweckmäßiger Ausführung ist er am Distanzmesser lösbar angebracht» Zwecks Kontrolle seiner senkrechten Stellung besitzt er eine Büchsenlibelle. Mittels des so gestalteten Handmeßgerätes zur Entfernungsmessung.und zur Koordinatenfes teilung erfolgt die Vermessung wie folgt:

Je nach der zu vermessenden Distanz und der gewünschten Genauigkeit ist darüber zu entscheiden₅ ob der Ständer 3 notwendig ist oder nicht„ Wenn ja» ist der Distanzmesser 1 mit dem Ständer 3 zu verbinden, wonach das Handgerät für die Vermessung bereit ist (3?ig_e 1): Sodann stellt man sich mit dem Handgerät an den einen Endpunkt der zu vermessenden Strecke auf, woraufhin mittels des Diopters 2 der an den anderen Endpunkt der zu vermessenden Strecke aufgestellte Reflektor avisiert wird. Anschließend wird die Meßschaltung ausgelöst, wodurch die gemessene Entfernung am Anzeiger des Gerätes angezeigt wird«,

Auch bei bereits dieser einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist eine Koordinatenfeststellung möglich (Pig« 3)? und zwar mittels des in der Geodäsie höchst selten angewendeten Meßverfahrens des "Bogenrückwärtseinschneidens". In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Gerät am Punkt "A" mit unbekannten Koordinaten aufgestellt, und es v/erden der unbekannte Abstand t. des Punktes B mit bekannten Koordinaten und der unbekannte Abstand.'tp des Punktes C mit bekannten Koordinaten vermessen. Der Vermessungsvorgang läuft also, wie folgt ab:

a) an den Punkten B und C wird jeweils ein Reflektor 5 auf gestellt;

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b) das Gerät wird am unbekannten Punkt A aufgestellt;

c) es werden die Strecken t.. und %2 vermessen;

Mach den erhaltenen Ergebnissen lassen sich die unbekannten Koordinaten des Punktes A errechnen,,

Es ist ersichtlich, daß die Koordinatenfeststellung außerordentlich vereinfacht ist. Man braucht weder eine Richtungsmessung durchzuführen} noch einen rechten Winkel auszumessen« Darüber hinaus sind sämtliche lachteile bezüglich der Geräte des Standes der Technik beseitigt.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes unterscheidet sich von der ersten Form dadurch, daß es noch ein Doppelprisma auf v/eist. Mittels dieses Doppelprismas können mit dem Gerät zusätzlich orthogonale Vermessungen (3?ig_e 4) durchgeführt werden. Die Peststellung der Koordinaten des unbekannten Punktes A erfolgt nach der orthogonalen Methode folgendermaßen:

a) Am unbekannten Punkt A und an den bekannten Punkten B und C wird jeweils ein Reflektor 5 aufgestellt;

b) mittels des Doppelprismas wird der Punkt D ermittelt und· das Meßgerät dort aufgestellt;

c) es wird der Abstand t. z.B. vom Punkt B an der Basislinie gemessen;

d) es wird der Abstand tp zwischen den Punkten D und A gemessen.

Anhand der Größen von t. und tr, sind die Koordinaten des Punktes A errechenbar« Eine Änderung des Verfahrens gegenüber dem vorher beschriebenen liegt lediglich in der Ver-

Wendung des Doppelprismas, wodurch eine Aufstellung des Gerätes an dem häufig schwer zugänglichen unbekannten Punkt A vermieden wird« ,

Bei einer v/eiteren Ausführungsform ist der Lichtentfernungsmesser 1 an einem Theodoliten befestigt, wodurch auch polare Messungen durchgeführt v/erden können (Fig. 5)«

Die polare Vermessung wird wie folgt durchgeführt:

a) Am unbekannten Punkt A wird ein Reflektor 5 aufgestellt;

b) am bekannten Punkt C wird eine Meßlatte oder dgl. angeordnet ;

c) das Meßgerät wird am bekannten Punkt B zentriert aufgestellt;

d) es wird die Größe des Winkels oC zwischen den Strecken CB und BA ermittelt;

e) es wird der Abstand bis zum Punkt A gemessen.

Aus d.en Werten von ei und t lassen sich die Koordinaten des unbekannten Punktes feststellen.

Zwecks weiterer Vereinfachung des Meßvorganges können auch andere Zubehörteile an eine der oben beschriebenen Ausführungsformen angeschlossen werden. Hierzu zählt beispielsweise ein Rechner, der während der Vermessung nach einem entsprechenden Programm die notwendigen Rechen vorgänge durchführt«, In diesem Fall erscheinen die gewünschten Koordinaten auf dem Anzeiger nahezu gleichzeitig mit der Auslösung des Meßgerätes,

Bin großer Vorteil des Lichtentfernungsmessers 1 liegt darin, daß infolge seiner Anwendbarkeit auch in der niedrigeren

Geodäsie (bei kurzen Entfemunen) auch dort die Möglichkeit zur Automatisierung geschaffen wird. Von seinem Ausgang kann man nämlich Signal ableiten, die für eine digitale Verarbeitung geeignet sind. Dadurch vereinfachen sich die Messungen/ die Rechenvorgänge bereiten keinerlei Schwierigkeiten, d.h.» sämtliche Vorteile der EDV lassen sich ausnutzen. So wird z.B. bei Einsatz eines Speicherregisters häufig die Protokollfülirung überflüssig, was ebenfalls eine Erleichterung darstellt, da es sich von Pail zu Fall um mehrere Hunderte von Zahlen mit 2x8 Ziffern handelt.

Claims (4)

1. Gerät zur Bestimmung von Entfernungen und zur Peststellung von Koordinaten bei geodätischen Messungen mit einem Entfernungsmesser und einem Visier, gekennzeichnet dadurchs daß der Entfernungsmesser (1) ein Strahlbündel mit einem Kegelwinkel von mehr als 20 mrad bei einem Meßzyklus von weniger als 1 s aussendet, wobei zur Abstützung in der Senkrechten ein in seiner Länge einstellbarer Ständer (3) am Entfernungsmesser befestigbar ist«

2ο Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß am Entfernungsmesser (1) ein Prismenkreuz angeordnet ist«

3» Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Entfernungsmesser (1) an einem Theodoliten angeordnet •ist»

4. Gerät nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Entfernungsmesser (1) mit einem Rechner verbunden ist«

5. Gerät nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Rechner mit einem Speicherregister verbunden ist.

6. Gerät nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Distanzmesser (1) als Lichtentfernungsmesser ausgebildet ist»

7« Gerät nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Entfernungsmesser (1) als Mikrowellen-« Entfernungsmesser ausgebildet ist»

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

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