DD156029B5

DD156029B5 - Verfahren und anordnung zum selbsttaetigen ausrichten eines winkelmessgeraetes

Info

Publication number: DD156029B5
Application number: DD80226659A
Authority: DD
Inventors: Wieland Dr Dipl-Ing Feist
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1993-07-22
Also published as: US4441812A; SE8107684L; JPS5912966B2; DE3139239A1; DD156029A1; JPS57125813A; CH654918A5

Description

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mängel vermieden und eine Möglichkeit der Ausrichtung eines Winkelmeßgerätes, insbesondere eines elektronischen Tachymeters ohne Meßmann am Tachymeter angegeben werden. Dabei ist eine vorherige grobe Ausrichtung des Winkelmeßgerätes auf das Ziel nicht notwendig. Andererseits soll die Genauigkeit der Ausrichtung des Winkelmeßgerätes der Winkelmeßgenauigkeit des Gerätes entsprechen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zum selbsttätigen Ausrichten eines Winkelmeßgerätes auf ein Ziel zu finden, die schnell, hinreichend genau sowie mit möglichst geringem Aufwand an Material und Konstruktion verbunden sind. Dabei geht die Erfindung einen völlig neuartigen Weg, indem sie als Grundlage eine Meß- oder Bezugsgröße benutzt, die sowohl am Gerätestandpunkt als auch am Zielpunkt praktisch die gleiche ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Zielpunkt die Zielrichtung zum Winkelmeßgerät gegenüber einer Vorzugsrichtung, insbesondere der Nordrichtung für das Azimut (den Horizontalwinkel) und/oder der Lotlinie für den Vertikalwinkel bestimmt wird, daß daraus die Zielrichtung vom Winkelmeßgerät zum Zielpunkt bezüglich der Nordrichtung und/oder der Lotrichtung ermittelt wird und daß das Winkelmeßgerät hinsichtlich des Azimuts und des Vertikalwinkels solange verstellt wird, bis es in die ermittelte Zielrichtung zeigt. Es wird also der Komplementwinkel zur Ausrichtung des zum Winkelmeßgerät ausgerichteten Zielmittels auf dem Zielpunkt ermittelt und das Winkelmeßgerät auf diesen Komplementwinkel eingestellt. Die am Zielpunkt ermittelte Zielrichtung wird vorzugsweise zum Gerätestandpunkt übertragen, dort erfolgen in einem ohnehin vorhandenen Rechner die Ermittlung des bzw. der Komplementwinkel und die selbsttätige Ausrichtung des Winkelmeßgerätes.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält am Zielpunkt ein mit einem Richtmittel, beispielsweise einem Fernrohr, verbundenes, um zwei Achsen schwenkbares Zielmittel, und einen Sender zur Übertragung der Zielrichtungswerte und am Gerätestandpunkt ein Winkelmeßgerät mit einem Empfänger für die Zielrichtungswerte des Zielmittels, einem Rechner, der unter anderem zur Ermittlung der Komplementwinkel dient, sowie einem die Nordrichtung festlegenden Gerät, beispielsweise einer Kreisbussole oder einem Kreisel. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Ziel mittel ein Richtungsweiser, ähnlich wie für das Winkelmeßgerät, und ein Winkelmeßsystem mit Horizontal- und Vertikalkreis zugeordnet sind, die denen des Winkelmeßgerätes entsprechen. Durch die Richtungsweiser wird am Zielpunkt und am Gerätestandpunkt die gleiche Bezugsrichtung für das Azimut, die Nordrichtung, festgelegt. Ebenso wird mit Hilfe einer Libelle am Zielpunkt die Lotrichtung festgelegt, in die beispielsweise ein Reflektorträger eingerichtet wird. Damit liegen die beiden Bezugsrichtungen für die Horizontal- und Vertikalwinkel fest. Durch die Sender-Empfängereinrichtung werden lediglich Datenübertragungen durchgeführt, nicht Daten ermittelt.

Ausführungsbeispiel

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

Fig. 1: eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Azimut-Übertragung Fig. 2: eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Vertikalwinkel-Übertragung und Fig. 3: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 und 2 sind 1 der Standpunkteines Winkelmeßgerätes, 2 ein Zielpunkt und 3die am Gerätestandpunkt wie am Zielpunkt gleichermaßen bekannte Nordrichtung. Die Verbindungslinie 4 des Gerätestandpunktes 1 mit dem Zielpunkt 2 schließt mit der Nordrichtung 3 am Zielpunkt 2 einen Winkel r₂ und am Gerätestandpunkt 1 einen Winkel T₁, ein. Gegenüber der Nordrichtung 3 haben das Winkelmeßgerät (Fig.3) zunächst eine beliebige Orientierung 5 mit einer Winkel-bzw. Richtungsablage r₁₀ und das Zielmittel (Fig.3) eine beliebige Orientierung 6 mit einer Winkel- bzw. Richtungsablage r₂o- Zunächst wird die Null des Horizontalkreises des Zielmittels auf magnetisch bzw. Kreiselnord orientiert und danach die Richtung r₂ bestimmt. Ebenso wird die Null des Horizontalkreises des Winkelmeßgerätes auf die Nordrichtung 3 ausgerichtet. Danach wird r, = r₂ - 180° ermittelt und damit das Winkelmeßgerät auf den Zielpunkt 2 gerichtet.

So wie zur Nordrichtung 3 werden das Winkelmeßgerät und das Zielmittel (der Reflektor) auch zur Lotrichtung 7 orientiert und die Abweichung β von der Horizontalebene am jeweiligen Ort gemessen. Dabei ist -ß = 90° - Z₁ = 270° - Z₂, wobei Z₁ und Z₂ Zenitdistanzen sind. Der Komplementwinkel für die azimutale Zielung ist T₁ für die zenitale Zielung -ß.

In Fig.3 ist auf einem Stativ 10 über einem Geländepunkt (Standpunkt) 11 ein elektronischer Tachymeter 12 angeordnet, derauf einer Horizontiereinrichtung 13 einen Meßkopf 14 mit Steuerelementen für die Zieleinstellung hinsichtlich der azimutalen und der zenitalen Zielung aufweist. An der Horizontiereinrichtung 13 sind Anschlüsse 15 für eine getrennt angeordnete Batterie 16 vorgesehen. Am Meßkopf 14 sind eine Zentriervorrichtung 17 zur Aufstellung des Tachymeters 12 über dem Geländepunkt 11 eine Dosenlibelle 18 zur Lotrechtstellung, eine Registrier-und Anzeigevorrichtung 19 für die tachymetrisch ermittelten Daten, ein Meßfernrohr 20 zum Senden und Empfangen von optischen Strahlen, ein Richtungsweiser 21 für die Nordrichtung und ein Zielstab 22 mit einer durch die Batterie 16 gespeisten Signallampe 23 vorgesehen. Eine aufstützen 24, 25 aufgesetzte Brücke 31 trägt den Richtungsweiser 21, den Zielstab 22 und die Signallampe 23. Das Meßfernrohr 20 ist in den Stützen 24, 25 des Meßkopfes 14 um eine im wesentlichen horizontale Achse K-K und mit dem Meßkopf um eine vertikale, durch den Geländepunkt 11 gehende Achse L-L drehbar gelagert. Der Messung der Drehungen um die Achse K-K dient ein in der Stütze 25 konzentrisch zur Achse K-K angeordneter Vertikalkreis 26, dem ein der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellter, beispielsweise in der DD 20703 beschriebener Neigungsmesser zugeordnet ist. Ein konzentrisch zur Achse L-L angeordneter Horizontalkreis 27 im Meßkopf 14 dient der Messung der Drehungen um die Achse L-L.

Im Meßkopf 14 sind außerdem Sender, Empfänger und Auswerteelektronik (Rechner) für die elektrooptische Streckenmessung, wie sie beispielsweise in der DE-OS 2750933 beschrieben sind, vorgesehen und zu deren Stromversorgung die Batterie 16 dient. Die Zielachse des Meßfernrohrs 20 ist mit 28 bezeichnet. In der Stütze 24 ist eine Empfangsantenne 29 mit nachfolgenden Auswerte- und Korrekturmitteln vorgesehen. Die Stütze 25 ist Träger einer Sendeantenne 30 für Meßdaten. Über einen entfernt liegenden Zielpunkt 32 im Gelände ist ebenfalls ein Stativ 33 mit Horizontierungselementen 34 angeordnet, das einen in der Höhe verstellbaren und mittels einer Schraube 35 arretierbaren Stab 36 aufweist, der mit einem im wesentlichen U-förmigen Träger 37 versehen ist. Der Träger ist um eine den Zielpunkt 32 enthaltende vertikale Achse S-S drehbar und besitzt eine Dosenlibelle 38 zum Vertikalstellen des Stabes 36 mit dem Träger 37, einen vertikalen Richtungsweiser (Vertikalkreis) 39 und einen horizontalen Richtungsweiser (Kreisbussole) 40, einen Reflektor 41 mit einem Zielmittel (Diopter) 42, der um Achse N-N neigbar ist, eine Batterie 43 als Spannungsquelle, eine Eingabeeinheit 44 für Daten und Funktionen und eine durch eine Sendeantenne 45 verkörperte Sendeeinheit. Außerdem befinden sich zwei Bedienknöpfe 46,47 für die horizontale bzw. vertikale Feinzielung am Träger 37. Reflektor 41 und Zielmittel 42 sind optisch zueinander parallel ausgerichtet und legen eine Zielachse 48 fest.

Das Stativ 33 und damit der Träger 37 werden mit Hilfe der Dosenlibelle 38 und der Horizontierungselemente 34 senkrecht über dem Zielpunkt 32 aufgestellt. Die gewünschte Höhe des Trägers 37 wird durch Verschieben des Stabes 36 im Stativ 33 eingestellt. Dann wird das Zielmittel 42 durch Drehen des Trägers 37 um die Achse S-S und des Reflektors 41 um die Achse N-N auf den Zielstab 22 und/oder die Signallampe 23 ausgerichtet. Die Grobausrichtung geschieht durch Drehen von Hand, die Feinausrichtung wird mittels der beiden Bedienknöpfe 46,47 durchgeführt. Nach genauer Ausrichtung des Reflektors 41 auf den elektronischen Tachymeter 12 werden am horizontalen und vertikalen Richtungsweiser 39 bzw. 40 die eingestellten Richtungen abgelesen und durch die Eingabeeinheit 44 in eine im Träger 37 enthaltene Sendeeinheit gegeben, die sie mit Hilfe der Sendeantenne 45 zum elektronischen Tachymeter 12 sendet. Durch die Empfangsantenne 29 empfängt der elektronische Tachymeter 12 die eingestellten Richtungen und berechnet durch einen nicht dargestellten, im Meßkopf 14 ohnehin enthaltenen Rechner die Komplementwinkel und richtet das Meßfernrohr 20 mit Hilfe der im Meßkopf 14 enthaltenen Steuerelemente (Motoren und Getriebe) auf den Reflektor 41 aus. Dabei werden die Komplementwinkel r, und -ß am Horizontalkreis 27 bzw. am Vertikalkreis 26 selbsttätig eingestellt, so daß die Zielachsen 28 und 48 im wesentlichen zusammenfallen. Vom elektronischen Tachymeter 12 können durch eine Sendeeinheit mit der Sendeantenne 30 auch Meßdaten zum Zielpunkt 32 gesendet werden, für deren Empfang ein am Zielpunkt befindlicher Meßmann beispielsweise ein Empfangsgerät zur Verfügung haben müßte. Die bei der genauen Ausrichtung des Reflektors 41 eingestellten Richtungen können auch ohne manuell zu bedienende Eingabeeinheit 44 automatisch erfaßt und an den elektronischen Tachymeter 12 gesendet werden.

Nach der genauen Ausrichtung des elektronischen Tachymeters 12 auf den durch den Reflektor 41 verkörperten Zielpunkt 32 mißt der elektronische Tachymeter 12 in aus DE-OS 2750933 bekannter Weise selbsttätig die Winkel und Entfernung vom Standpunkt 11 zum Zielpunkt 32.

Wird der Reflektor 41 über einen anderen Zielpunkt aufgestellt oder sind andere Zielpunkte, über denen sich gleichartige Reflektoren befinden, ebenfalls mit dem elektronischen Tachymeter 12 anzumessen, so wiederholt sich der eben beschriebene Vorgang des Ausrichtens und Messens.

Claims

1. Verfahren zum selbsttätigen Ausrichten eines geodätischen Winkelmeßgerätes auf einen Zielpunkt, gekennzeichnet dadurch, daß am Zielpunkt die Zielrichtung zum Winkelmeßgerät gegenüber der Nordrichtung und/oder der Lotrichtung bestimmt wird, daß daraus die Zielrichtung vom Winkelmeßgerät zum Zielpunkt bezüglich der Nordrichtung und/oder der Lotrichtung ermittelt wird und daß das Winkelmeßgerät hinsichtlich des Horizontalwinkels und des Vertikalwinkels mittels im Meßkopf enthaltener Steuerelemente solange verstellt wird, bis es in die ermittelte Zielrichtung zeigt.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 die am Zielpunkt in mit einem Richtmittel verbundenes, um zwei Achsen schwenkbares Zielmittel und einen Sender und am Gerätestandort ein Winkelmeßgerät mit einem Empfänger, einem Rechner, einem Richtungsweiser sowie Mittel zur automatischen Steuerung des Zielmittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zielmittel Richtungsweiser zur Bestimmung der Lotlinie der Nordrichtung sowie Winkelmeßsysteme zur Bestimmung des Vertikalwinkels und des Horizontalwinkels zugeordnet sind, die denen des Winkelmeßgerätes entsprechen.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Ausrichten eines geodätischen Winkelmeßgerätes und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist insbesondere für die Nachführung von elektronischen Tachymetern bei der Vermessung und Absteckung von Geländepunkten bestimmt, bei der von einem Tachymeterstandpunkt aus mehrere Geländepunkte angemessen werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beim tachymetrischen Meßverfahren befinden sich am Instrumentenstandpunkt ein optischer, elektrooptischer oder automatischer Tachymeter, der von mindestens einem Meßmann bedient wird, und an einem davon entfernt liegenden Zielpunkt eine Meßlatte oder ein Reflektor, die von einem Meßgehilfen bedient und mit dem Tachymeter angezielt werden. Dabei können die Drehungen des Tachymeterfernrohres um die vertikale (Azimut) und die horizontafe Achse (Vertikalwinkel) sowie die Entfernung zwischen dem Instrumentenstandpunkt und dem Zielpunkt gemessen werden. Es werden zur Messung mindestens zwei Personen und eine sehr lange Standzeit der Geräte gegenüber einer kurzen Meßzeit benötigt. Es besteht daher das Bestreben, auch den Prozeß des Zielfindens und Anzielens des Zielpunktes (Reflektors) auch in diesem Fall zu automatisieren. Es ist bereits bekannt, getrennt voneinander aufgestellte Theodolite einem sich im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden, selbstleuchtenden oder körperlichen Ziel synchron nachzuführen. Die Zielsteuerung erfolgt visuell, die Nachführung jedoch motorisch, von Hand gesteuert. Bekannt ist es auch, astronomische Teleskope, Geschütze oder Satellitenkameras durch motorisches Drehen um entsprechende Achsen sich mehr oder weniger schnell bewegenden Zielpunkten automatisch geregelt nachzuführen. Das setzt aber in jedem Fall das vorangehende Einrichten des Teleskops, Geschützes oder der Satellitenkamera auf den jeweiligen Zielpunkt voraus. Außerdem handelt es sich immer um stationäre Meßsysteme, die schwer sind und nur mit hohem Aufwand transportiert werden können und einen hohen Energieverbrauch haben (DE-AS 2 157 671, DE-OS 1 448 542).

Weiterhin sind Verfahren der Funkortung oder Funkpeilung bekannt. Hierzu werden je nach Reichweite und Ortungsgenauigkeit unterschiedliche, mehr oder weniger aufwendige und schwere Antennen und ein relativ hoher elektronischer Aufwand erforderlich. Die erreichten Ortungsgenaugikeiten von 21° sind jedoch für die vorliegenden Zwecke nicht ausreichend. Außerdem ist der Vorgang der Funktortung oder Funkpeilung zu zeitaufwendig (Kretzer, K.: Handbuch für Hochfrequenz und Elektrotechnik, Band Il und IV, Berlin-Borsigwalde 1960). Schließlich ist es bekannt, Baumaschinen mit optischen Strahlen oder Flugkörper mit Funkleitstrahlen zu steuern. Dabei ist aber ein vorheriges aktives Einrichten des Meßgerätes auf das sich bewegende Ziel ebenso notwendig wie die Vermeidung von Hindernissen für die Leitstrahlung. Darüber hinaus ist auch hier am Meßgerät ein hoher instrumenteller und energetischer Aufwand notwendig (DD 140 091). Aus FEIST, W.: Der Kleintheodolit THEO 080 A mit Aufsatzbussole-ein Bussolentheodolit aus JENA; Jenaer Rundschau; Heft 3/1979, S. 140-142 ist bekannt, daß bei Vermessungsarbeiten in einem noch unerschlossenen Gebiet, d.h. ohne geodätisches Festpunktnetz und somit ohne Koordinatensysteme, die topographischen Arbeiten zunächst nur nach dem magnetischen Nord zu orientieren. Insbesondere wird zur Verringerung von Fehlern bei der magnetischen Orientierung empfohlen, in einem Anfangspunkt A einer Strecke das magnetische Azimut a zu messen und anschließend in einem Endpunkt B der Strecke das magnetische Gegenazimut a'zu bestimmen. Beide Azimute stehen dann miteinander in folgender Beziehung: a = a' ± 180°.