DE19830150A1

DE19830150A1 - Transportables Trägheits-Vermessungssystem

Info

Publication number: DE19830150A1
Application number: DE19830150A
Authority: DE
Inventors: Leopold Neumann
Original assignee: Analogic Corp
Current assignee: Analogic Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 1999-01-28
Also published as: US5956660A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein transportables Trägheits- Vermessungssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Typische Trägheitssysteme arbeiten so, daß sie die Ausgänge eines Satzes von Dreiachsen-Kreiselgeräten und Beschleuni gungsmessern integrieren, um Lagen- und Positionsinformationen einer Plattform im Trägheitsraum zu gewinnen. Diese Trägheits elemente haben zufällige Drift- und andere Fehler, die mit der Zeit sehr schnell anwachsen können und als Ergebnis einen erheblichen Fehler in die Positionsmessung einführen können. Um ein Anwachsen dieser Fehler zu verhindern, kann ein Null- Aktualisierungs-Stop-(ZUPTS-)Verfahren periodisch durchge führt werden, um Geschwindigkeiten zurückzusetzen, um eine Positionskorrektur durchzuführen und um die Sensor-Lage zu korrigieren, wobei der vertikale Schwerkraftvektor und die Erddrehgeschwindigkeit als Bezugswerte verwendet werden. Allgemein steht die Meßgenauigkeit in direkter Beziehung zur Häufigkeit von ZUPTS-Verfahren, d. h., wenn die Häufigkeit der ZUPTS-Verfahren vergrößert wird, vergrößert sich auch die Genauigkeit des Sensors. Um ein ZUPTS-Verfahren durchzuführen, wird die Trägheitsplattform zum Stillstand gebracht und die Sensorgeschwindigkeitsanzeigen werden auf Null gesetzt, um den Geschwindigkeitsfehler zu beseitigen. Weiterhin können Posi tionsfehlerkorrekturen auf der Grundlage des Geschwindigkeits fehlers durchgeführt werden. Gleichzeitig kann die Lageein stellung durch Vergleich der Sensor-Winkelmessung mit dem bekannten Schwerkraft-Vertikalvektor durchgeführt werden. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten wird auf Null gesetzt, um einen Winkel- oder Lagemeßfehler zu beseitigen. Ein Abgleich kann auch unter Bezugnahme auf die Drehgeschwin digkeit der Erde erfolgen. Wenn das ZUPTS-Verfahren abge schlossen ist, kann der Sensor erneut bewegt werden, um mit Trägheitsmessungen zu beginnen.

Eine weitere Form der Fehlerkorrektur umfaßt die Durchführung eines Koordinaten-Aktualisierungs-Stopverfahrens (CUPTS), bei dem Positionskoordinaten entsprechend der tatsächlichen bekann ten Position aktualisiert werden. Bei der Durchführung eines CUPTS-Verfahrens kann der Sensor an einer bekannten Position zum Stillstand gebracht werden, wie z. B. an einer geodätischen Marke, die am Boden befestigt ist. Das CUPTS-Verfahren kann auch bei Empfang von Positionskoordinaten von einem globalen Satelliten-Positionsbestimmungssystem (GPS) durchgeführt werden.

Trägheitssysteme wurden in Vermessungssystemen zur Schaffung einer Vermessung von großen Landbereichen verwendet. Derartige Systeme werden typischerweise in einem Motorfahrzeug oder Hub schrauber befestigt und über das zu vermessende Land bewegt. Um bei derartigen Systemen ein ZUPTS- oder CUPTS-Verfahren durchzuführen, muß das Fahrzeug vorübergehend gestoppt werden oder der Helikopter muß landen, worauf Geschwindigkeits- und Winkelfehler auf Null gebracht werden. Wenn große Bereiche ver messen werden müssen, können diese Stoppvorgänge unzweckmäßig sein, weil sie einen beträchtlichen zusätzlichen Zeitaufwand für das Verfahren ergeben. Als Ergebnis werden bei derartigen Systemen die ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren mit geringer Häufigkeit durchgeführt. Weil der Sensorfehler von der Zeit abhängt, kann diese geringe Häufigkeit der Fehlerkorrektur erhebliche Fehler in die Vermessung einführen. Daher ergibt sich aus der Unbequemlichkeit bei der Durchführung häufiger ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren bei diesen bekannten in Fahrzeugen befestigten Systemen eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der Positions- und Winkelmessungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein transportables Trägheits-Vermessungssystem der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zur Trägheitsvermessung zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Probleme im wesentlichen beseitigt sind und mit dem in bequemer Weise eine hohe Genauigkeit er zielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 23 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße System kann auf einem Fahrzeug transpor tiert oder von einer Person getragen werden, die sich durch den zu vermessenden Raum bewegt. Das transportable Vermessungs system (PSS) der Erfindung schließt einen Trägheitssensor ein, der mit einer Person verbunden wird, so daß er von dieser getragen werden kann. Der Trägheitssensor stellt die Bewegung fest, wenn sich die Person durch den Bereich bewegt, und erzeugt ein Signal, das die Bewegung des Trägheitssensors anzeigt. Eine Verarbeitungseinrichtung, wie z. B. ein Rechner, der ebenfalls mit der Person verbunden werden kann, empfängt das die Sensor bewegung anzeigende Signal und verarbeitet das Signal, um ein zweites Signal zu erzeugen, das die Position des Sensors an zeigt. Die von dem Prozessor erzeugte Positionsinformation wird in einem Speicher gespeichert. Um Positionsfehler zu beseitigen, schließt das System Einrichtungen zur Korrektur der in dem Speicher gespeicherten Information ein, um Ungenauigkeiten der Positionsinformation zu beseitigen. Diese Einrichtung zur Korrektur der Positionsinformation kann beispielsweise eine Einrichtung zur periodischen Durchführung von ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren sein, und sie kann von der Person aktiviert werden, während die Person durch den zu vermessenden Bereich schreitet.

Bei einer Ausführungsform sind der Trägheitssensor und die Verarbeitungs- oder Prozessor-Elektronik in getrennten Ge häusen angeordnet. Beispielsweise kann der Trägheitssensor eine Trägheitsmeßeinheit (IMU) sein, die Dreiachsen-Kreisel geräte und Beschleunigungsmesser einschließt, die in einem ersten Gehäuse angeordnet sind, und die Verarbeitungselektronik kann in einem zweiten Gehäuse enthalten sein. Der Sensor kann an der Person befestigt sein, beispielsweise durch Riemen oder durch Anklammern an den Schuh oder Stiefel der Person. Die Verarbeitungselektronik kann in einer Transportpackung ent halten sein, die auf dem Rücken der Person mit Riemen be festigt werden kann. In diesem Fall werden die einzelnen Gehäuse über Kabel verbunden. Bei einer speziellen Ausfüh rungsform wird ein Lichtleitfaser-Kabel verwendet, um die Gehäuse miteinander zu verbinden.

Bei einer Ausführungsform kann das System die Information durch die Durchführung eines CUPTS-Verfahrens korrigieren, während die Bewegung des Sensors gestoppt wird und die tat sächliche Positionsinformation gewonnen wird. Bei einer Aus führungsform schließt das CUPTS-Verfahren das Inkontaktbringen des Sensors mit einer dauerhaften Markierung, wie z. B. einer geodätischen Bezugsmarke auf oder unter dem Boden ein. Weil diese Marken eine bekannte Position auf der Erde haben, kann der Trägheitssensor mit der Marke in Kontakt gebracht werden und die Position kann in das System eingegeben werden, bei spielsweise dadurch, daß die Bedienungsperson einen Eingabe schalter betätigt. In einem Fall, bei dem sich die geodätische Bezugsmarke unter dem Boden befindet, kann das System einen vorspringenden Teil einschließen, der den Boden durchdringen kann, um mit der Marke in Kontakt zu kommen.

Das System kann weiterhin eine Antennenschnittstelle für ein globales Satelliten-Positionsbestimmungssystem (GPS) derart einschließen, daß Ist-Positionskoordinaten unter regelmäßigen Zeitintervallen in das System eingegeben werden können. Bei einer Ausführungsform werden GPS-Eingänge periodisch dazu verwendet, um Positionsfehler zu beseitigen. Bei einer weiteren Ausführungsform werden GPS-Eingänge kontinuierlich verwendet, so daß das ZUPTS-Verfahren nicht ausgeführt werden muß.

Bei einer Ausführungsform kann der Trägheitssensor an einem Spazierstock befestigt werden, der von der Person getragen wird, während die Person durch den zu vermessenden Bereich geht. Der Spazierstock kann eine Betätigungseinrichtung, wie z. B. einen Druckknopfschalter einschließen, den die Person verwendet, um ein ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren einzuleiten.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor am Fuß der Person befestigt werden. In diesem Fall kann das ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren dadurch eingeleitet werden, daß die Person einen Schalter in ihrem Stiefel drückt, wie z. B. dadurch, daß die Absätze zusammengedrückt werden oder daß ein einziger Absatz in den Boden gedrückt wird.

Sowohl im Fall der am Spazierstock befestigten als auch im Fall der am Fuß befestigten Konfiguration kann die Aktivierung des ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahrens bequem von der Person durchgeführt werden. Beim Gehen wird der Fuß in natürlicher Weise bei jedem Schritt zu einer stationären oder Ruhestellung gebracht. Der Stock kann ebenfalls in einer derartigen Weise getragen werden, daß der Stock für jeden Schritt zur Ruhe kommt. In jedem Fall kann der Sensor in bequemer Weise im Ruhezustand gehalten werden, während eine Korrektur durchgeführt wird.

Das erfindungsgemäße System kann weiterhin Höhenmessungen liefern, derart, daß ein topographischer Umriß des Bereiches geschaffen werden kann. Zusätzlich kann das System mit der Möglichkeit einer Spracheingabe versehen werden, derart, daß wenn das Konturprofil erzeugt wird, die Person verschiedene Landmarken in dem Bereich dadurch identifizieren kann, daß sie einen Spracheingang an eine synchronisierte Tonaufzeichnung liefert. Beispielsweise kann die Person einen bestimmten Baum in der Nähe einer Höhenänderung identifizieren, um das Land konturenprofil verständlicher zu machen. Die Spracheingabe einrichtung kann weiterhin als Einrichtung zur Aktivierung des ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahrens verwendet werden. Das heißt, daß der Benutzer in ein Mikrophon sprechen kann, um eine Korrektur zu aktivieren, anstatt einen Knopf zu drücken oder die Hacken zusammenzuschlagen.

Das erfindungsgemäße System kann auch zur Messung von Entfer nungen zu entfernten Gegenständen verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann der Trägheitssensor mit einem Zielfern rohr ausgerüstet sein, das zur Erzielung einer präzisen Winkel messung zu einem entfernten Objekt von zwei Punkten entlang einer Basislinie verwendet werden kann. Die Länge der Basis linie kann durch Abschreiten unter Verwendung des erfindungs gemäßen Sensors bestimmt werden. Die von dem Sensor gemessene Basislinien-Länge sowie die Winkelmessungen zu dem entfernten Objekt können dann zur Berechnung der Entfernung zu dem Objekt verwendet werden. Das transportable Trägheits-Vermessungssystem und das Verfahren gemäß der Erfindung ergeben vielfältige Vor teile gegenüber bekannten Systemen. Beispielsweise können, weil es sich hierbei um ein tragbares, ggf. an einer Person befestigtes System handelte ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren in bequemer Weise von der Person ausgeführt werden, während die Person durch den Bereich schreitet. Weil die Korrekturen be quemer durchzuführen sind, können sie häufiger ausgeführt werden, so daß die Genauigkeit des Systems gegenüber an Fahr zeugen befestigten Systemen des Standes der Technik verbessert wird, bei denen die Durchführung einer Korrektur unbequem und zeitraubend ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische bildhafte Ansicht einer Ausführungsform eines transportablen, insbesondere von einer Person tragbaren Trägheits-Vermessungssystems gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische bildhafte Ansicht eines an einem Spazierstock befestigten Trägheitssensors gemäß der vor liegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schaltung einer Aus führungsform des transportablen Trägheits-Vermessungssystems gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische bildhafte Ansicht eines Trägheitssensors gemäß der Erfindung, der mit einem Zielfern rohr montiert ist, um Entfernungsinformationen gemäß der vor liegenden Erfindung zu beschaffen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines transportablen, insbesondere von einer Person getragenen Trägheits-Vermessungs systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie dies gezeigt ist, kann das System 10 ein erstes Gehäuse 14 ein schließen, das die Form eines Rucksackes haben kann, der auf dem Rücken des Benutzers mit Hilfe von Schultergurten getragen wird. Das Gehäuse 14 schließt Verarbeitungselektroniken, Schnittstellenschaltungen, Batterien, Leistungsversorgungen und andere elektronische Einrichtungen ein, die für den Betrieb des Systems erforderlich sind. Das Gehäuse 14 kann weiterhin eine Antennenschnittstelle 16 zur Verbindung mit einer GPS-Antenne 18 einschließen.

Das System 10 schließt weiterhin einen Trägheitssensor 12 wie z. B. eine Trägheitsmeßeinheit (IMU) ein, die Trägheits meßeinrichtungen einschließen kann, wie z. B. Dreiachsen- Beschleunigungsmesser und/oder Kreiselgeräte. Die Kreisel geräte können Lichtleitfaser-Kreiselgeräte sein, und der Sensor kann mit dem Rucksackgehäuse 14 über ein Kabel 20 verbunden sein, das eine Lichtleitfaser-Leitung einschließt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trägheitssensor 12 zur Befestigung an dem Benutzer oder einer Person ausge bildet, die eine Vermessung durchführt. Zu diesem Zweck können Gurtbänder 22 an dem Trägheitssensor 12 befestigt sein, um es dem Benutzer zu ermöglichen, den Trägheitssensor 12 an seinem Schuh oder Stiefel zu befestigen. Alternativ kann, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, der Trägheitssensor 12 an einem Spazierstock 24 befestigt werden, der von dem Benutzer ge tragen wird, während der Benutzer durch den Bereich schreitet, der vermessen wird.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu erkennen, daß das System 10 weiterhin ein Betätigungselement 26 einschließen kann, das von dem Vermesser verwendet wird, um Korrekturen, wie z. B. ZUPTS- und/oder CUPTS-Verfahren durchzuführen, während die Vermessung durchgeführt wird. Das Betätigungselement kann ein Bauteil, wie z. B. einen Schalter 30 einschließen, der von dem Vermesser betätigt wird, um die Korrektur einzuleiten. Das Betätigungselement 26 kann weiterhin eine Einrichtung, wie z. B. Bänder 28 einschließen, um es an dem Vermesser zu be festigen. Der Vermesser kann das Betätigungselement 26 an seinem Stiefel derart befestigen, daß, wenn eine Korrektur durchgeführt wird, der Benutzer seine Hacken zusammenschlagen kann oder einen Absatz auf den Boden drücken kann, um einen Schalter 30 zu aktivieren. Das Betätigungselement 26 ist elektrisch über ein Kabel 32 mit dem System gekoppelt, wobei das Kabel mit dem Trägheitssensor 12 verbunden ist. Es ist jedoch verständlich, daß das Kabel 32 auch mit dem Kabel 20 kombiniert und direkt mit der Elektronikeinrichtung verbunden werden kann, die in dem Gehäuse 14 enthalten ist.

Das System 10 gemäß der Erfindung kann weiterhin eine optionale handgehaltene Einheit 34 einschließen, die es dem Vermesser er möglicht, mit dem System in Verbindung zu treten. Beispiels weise kann die handgehaltene Einheit eine Anzeige 36 ein schließen, die die Position, Geschwindigkeits- oder Winkel ausrichtungs-Aktualisierungen und andere Informationen anzeigen kann, wie z. B. eine Befehlsanzeige. Die handgehaltene Einheit 34 kann weiterhin eine Tastatur 38 einschließen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, Befehle und Informationen bezüglich der durchgeführten Vermessung einzugeben. Beispielsweise kann es die Tastatur 38 dem Benutzer ermöglichen, Landmarken ein zugeben, während die Vermessung durchgeführt wird. Es kann weiterhin ein Lautsprecher 42 vorgesehen sein, um eine Tonin formation an den Benutzer zu liefern, beispielsweise ein Pfeifsignal, wenn eine Korrektur abgeschlossen ist, um den Benutzer zu informieren, daß die Vermessung fortgesetzt werden kann. Weiterhin kann ein Mikrophon 40 vorgesehen sein, um eine Spracheingabe von dem Benutzer zu einer synchronisierten Ton aufzeichnung zu schaffen. Auf diese Weise kann während der Durchführung der Vermessung der Benutzer Spracheingaben zur Identifikation von Landmarken eingeben, um die Vermessung vollständiger zu machen. Diese Einrichtung kann nützlich sein, wenn eine Konturkarte eines Bereiches hergestellt wird, wobei eine Wiedergabe der Tonaufzeichnungen vorgenommen wird, um die Landmarken zu identifizieren.

Der Trägheitssensor 12 kann weiterhin einen zurückziehbaren Vorsprung 44 einschließen, der zur Berührung mit Positions bezugsmarken verwendet wird, wie z. B. geodätischen Marken auf oder unter der Oberfläche des Bodens, der vermessen wird. Eine Positionsaktualisierung kann bei diesem System dadurch erreicht werden, daß die Marke berührt wird, deren Position bekannt ist. Es kann dann ein CUPTS-Verfahren durchgeführt werden, um die in dem System gespeicherte aktuelle Positionsinformation zu aktualisieren. Weil die Bezugsmarke unterhalb der Erdoberfläche liegen kann, ist der Stab oder Vorsprung 44 ausfahrbar, so daß er in den Boden eingesteckt werden kann, um mit der Marke in Berührung zu kommen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist es zu erkennen, daß, wie oben erwähnt, der Trägheitssensor 12 nicht an dem Benutzer angebracht sein muß. Statt dessen kann er an einem Spazierstock 24 oder einem anderen Stock befestigt werden, der von dem Benutzer ge tragen wird, während die Vermessung durchgeführt wird. Während der Benutzer durch den zu vermessenden Bereich schreitet, wird der Stock von dem Benutzer getragen und schrittweise neben dem Benutzer herbewegt. Alternativ kann der Stock ein oder mehrere Räder einschließen, so daß er auf diesen Rädern von dem Benutzer durch den Bereich bewegt werden kann, anstatt daß er getragen wird. Um eine Korrektur durchzuführen, kann der Benutzer vorübergehend stehenbleiben und den Stock 24 in einer statio nären Position auf dem Boden halten. Die Aktivierungseinrich tung 26A ist auf dem Handgriff 27 des Stockes 24 befestigt. Die Aktivierungseinrichtung 26A kann in der vorstehend be schriebenen Weise verwendet werden, um eine Korrektur einzu leiten, wie z. B. durch Drücken eines Schalters 30A an der Einrichtung 26A.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Systems 10 gemäß der Erfindung. Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, schließt das System einen Trägheitssensor 12 ein, der über eine Schnitt stelle 53 mit Verarbeitungs-Elektronikeinrichtungen 14 über ein Kabel 20 gekoppelt ist. Der Trägheitssensor 12 schließt vorzugsweise Dreiachsen-Kreiselgeräte 50, die Lichtleitfaser- Kreiselgeräte sein können, und Beschleunigungsmesser 52 ein. Allgemein kann der Trägheitssensor 12 eine Trägheitsmeßeinheit (IMU) sein und Beschleunigungsmesser einschließen, wie z. B. einen QA-2000-Beschleunigungsmesser der Firma Allied Signal Incorporated oder einen ADXL05-Beschleunigungsmesser der Firma Analog Devices, Norwood, Massachusetts. Die Kreiselgeräte können Lichtleitfaser-Kreiselgeräte sein, wie sie beispiels weise von der Firma Fibersense Technology Corporation, Norwood, Massachusetts oder von der Firma Andrew Corporation, Orland Park, Illinois, hergestellt werden.

Der Sensor 12 kann weiterhin Temperatursensoren einschließen, die allgemein mit 54 bezeichnet sind. Die Temperatursensoren messen die Temperatur in dem gesamten Sensor 12, wie z. B. an der Oberfläche des Sensors 12 sowie in der Nähe der Kreisel geräte 50 und Beschleunigungsmesser 52. Temperaturmessungen werden an die Verarbeitungsschaltung 14 übertragen, so daß diese Messungen zur Durchführung einer Temperaturkompensation zur Beseitigung von Fehlern in der Messung aufgrund von Tem peratureffekten verwendet werden können.

Fig. 3 zeigt weiterhin die Betätigungseinrichtung 26, die über ein Kabel 32 mit dem Trägheitssensor 12 gekoppelt ist. Der Schalter 30 wird von dem Vermesser dazu verwendet, ein Signal über die Leitung 32 an die Verarbeitungselektronik 14 zu senden, um eine Korrektur einzuleiten, wie z. B. nach dem ZUPTS- oder CUPTS-Verfahren.

Die Verarbeitungselektronik 14 schließt eine Schnittstelle (I/F) 60 ein, die Signale entlang des Kabels 20 zu und von dem Trägheitssensor 12 aussendet und empfängt. Die Elektronik 14 kann weiterhin einen Prozessor und einen zugehörigen Speicher 64 einschließen. In dem Speicher 64 gespeicherte Befehle und Daten werden in dem Prozessor 62 dazu verwendet, Funktions operationen des Sensors der Erfindung auszuführen. Signale werden zwischen dem Prozessor 62 und dem Trägheitssensor 12 über die Schnittstelle 60 ausgetauscht.

Die Verarbeitungselektronik 14 kann weiterhin eine GPS- Schnittstelle 66 einschließen, die eine GPS-Signalschnitt stelle über einen GPS-Verbinder 16 an eine GPS-Antenne 18 ergibt. GPS-Positionssignale werden bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, die Positionsanzeige des Sensors zu korrigieren und zu aktualisieren. Bei einer Ausführungs form kann die GPS-Positionsbestimmung kontinuierlich ohne die Notwendigkeit eines periodischen ZUPTS-Verfahrens ver wendet werden. In den Fällen, in denen GPS nicht verwendet wird, wie z. B. in städtischen Bereichen, in denen die GPS- Signale durch Gebäude blockiert sind, kann das ZUPTS-Verfahren zur Beseitigung von Positionsfehlern in dem System verwendet werden. Das ZUPTS-Verfahren kann weiterhin zur Korrektur von Positionsmessungen während Ausfallzeiten der GPS-Signale ver wendet werden. Alternativ kann GPS zur periodischen Aktuali sierung der Positionskoordinaten während einer Vermessung ver wendet werden, um Positionsanzeigen zu ergänzen, die von dem Trägheitssensor gewonnen werden. In diesem Fall wird das ZUPTS- Verfahren zusammen mit dem CUPTS-Verfahren unter Verwendung der GPS-Positionsbestimmung verwendet.

Die Verarbeitungselektronik 14 kann weiterhin eine Batterie 68 einschließen, die die gesamte Leistung für das System liefert, so daß das System 10 vollständig tragbar ist. Die Batterie 68 kann zur Speisung einer geregelten Gleichspannungs leistungsversorgung 70 verwendet werden, die eine geregelte Gleichspannungsleistung an die übrigen Elektronikeinrichtungen liefert. Die Batterieleistung und/oder die geregelte Leistung kann dem Trägheitssensor 12 über das Kabel 20 zugeführt werden.

Die handgehaltene Einheit 34 ist mit der Elektronik 14 über eine Schnittstelle 72 innerhalb der Einheit 34 und eine ent sprechende Schnittstelle 74 in der Elektronikeinheit 14 gekoppelt. Wie dies oben erwähnt wurde, kann die handgehaltene Einheit 34 eine Anzeige 36, einen Laufsprecher 42, ein Mikro phon 40 und eine Tastatur 38 einschließen, damit sich eine vollständige Benutzerschnittstelle ergibt.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das System 10 gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Entfernung zu einem ent fernten Objekt durch Triangulation verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird das System 10 zur Bestimmung der Länge einer Basislinie sowie der Winkelrichtung zu dem Objekt von entgegengesetzten Enden der Basislinie aus ver wendet. Wenn die Länge der Basislinie und die beiden Winkel richtungen bekannt sind, so kann eine Triangulations-Berechnung für die Entfernung bis zu dem Objekt durchgeführt werden.

Fig. 4 ist eine schematische bildliche Darstellung, die eine Ausführungsform des Trägheitssensors 12 des Systems 10 gemäß der Erfindung zeigt, das zur Durchführung der Winkelmessungen für die Triangulation ausgebildet ist. In dieser Ausführungs form ist der Trägheitssensor 12 mit einem Zielfernrohr 82 versehen und auf einer Plattform 84 befestigt, die durch ein Stativ 86 gehaltert ist. Das Stativ 86 wird auf der Basis linie angeordnet, und ein entferntes Objekt wird durch das Zielfernrohr 82 betrachtet. Der Trägheitssensor 12 und das Zielfernrohr 82 sind um die vertikale Achse 80 drehbar, und der Drehwinkel wird durch den Trägheitssensor 12 gemessen. Der Trägheitssensor 12 kann um zwei Achsen gedreht werden, d. h. er kann um die vertikale Achse 80 gedreht werden, und er kann weiterhin zur Änderung seiner Elevation gedreht werden, derart, daß Objekte mit unterschiedlichen Höhen angepeilt werden können. Diese Winkelmessungen werden an zwei Enden der Basis linie durchgeführt, und das System wird zur Bestimmung der Länge der Basislinie dadurch bestimmt, daß die Basislinie mit dem Trägheitssensor 12 und der Verarbeitungselektronik 14 in der beschriebenen Weise abgeschritten wird. Das System kann damit zur Gewinnung einer genauen Messung des Abstandes zu dem Objekt verwendet werden.

Wie dies weiter oben beschrieben wurde, macht die Verwendung von häufigen ZUPTS-Verfahren bei der vorliegenden Erfindung diese extrem genau zur Vermessung eines Bereiches. Bei einer Ausführungsform, bei der ZUPTS alle 10 Sekunden ausgeführt wird, wird eine Genauigkeit im Zentimeterbereich erzielt.

Es sind verschiedene Anwendungskonfigurationen für das trans portable Vermessungssystem der Erfindung möglich. Beispiels weise kann es in Verbindung mit einem GPS-System betrieben werden, wie es vorstehend beschrieben wurde. Das kombinierte transportable Vermessungssystem (PSS) und das GPS-System er gibt einen Positionsausgleich und eine Mehrpfadunterdrückung und ergibt weiterhin eine Interpolation zwischen GPS-Lücken und ermöglicht weiterhin eine Überbrückung längerer Unter brechungen an Stellen, die nicht in eindeutiger Weise einen vollständigen Satz von GPS-Satelliten empfangen. Das System kann von einem Benutzer mit Gehgeschwindigkeit getragen wer den. Bei dieser Verwendung wird der PSS-Teil des integrierten PSS/GPS-Systems effektiv dauernd geeicht, solange wie ein voll ständiger Satz von GPS-Satelliten in Sichtweite sind und die PSS- und GPS-Systeme miteinander verbunden sind. Wenn Satelliten nicht im Sichtbereich liegen oder wenn das GPS-System nicht vorhanden ist, beispielsweise wenn Messungen im Schatten von Gebäuden oder in bewaldeten Bereichen ausgeführt werden, so wird die Systemgenauigkeit aufrechterhalten. Weiterhin ermög licht bei langen Unterbrechungen der Satellitenverfolgung die Lieferung der PSS-Positionsdaten eine schnelle GPS-Wiedererfas sung ohne Trägerzyklus-Mehrdeutigkeitsfehler.

Bei dem kombinierten PSS/GPS-System sind ZUPTS-Verfahren nicht erforderlich, wenn das GPS-System das PSS-System dauernd eicht. Wenn jedoch die Satelliten für ein erhebliches Zeitintervall verdeckt sind, so sollte das ZUPTS-Verfahren gestartet und fortgesetzt werden, um die PSS-Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Das ZUPTS-Intervall sollte in Übereinstimmung mit der erwar teten Unterbrechungszeit gebracht werden. Wenn daher zenti metergenaue Messungen durchgeführt werden sollen, so sollte ein kurzes ZUPTS-Intervall verwendet werden. Wenn keine Messungen erforderlich sind, es jedoch wünschenswert ist, sich zu einem anderen Punkt zu bewegen und die GPS-Position sehr schnell wieder zu erfassen, so ist eine längeres ZUPTS- Intervall akzeptabel, und zwar in Abhängigkeit von der er warteten GPS-Unterbrechung. Es sei bemerkt, daß in einem Breitspur-Doppelfrequenz-GPS-System sich bis zu 40 cm eines PSS-Fehlers ansammeln können und dieses dennoch eine erneute Erfassung ohne Doppeldeutigkeit ermöglichen kann. In diesem Fall sind längere ZUPTS-Intervalle akzeptabel.

Bei einer anderen Konfiguration arbeitet das PSS als allein stehendes System. Diese Konfiguration kann an Stellen verwen det werden, an denen GPS nicht brauchbar ist, wie beispiels weise im Inneren von Gebäuden, im Untergrund, in städtischen Bereichen und in stark bewaldeten Bereichen. In dieser Kon figuration wird das System an dem Benutzer befestigt und mit Gehgeschwindigkeit mit einem kurzen ZUPTS-Intervall betrieben, das mit dem Rhythmus des Gehens kompatibel ist. Daher ist ent weder die Befestigung des Systems an dem Benutzer oder in einer Konfiguration mit einer Befestigung an einem Stock brauchbar.

Ein selbständiges System kann dazu verwendet werden, Ver messungen mit hoher Dichte an kompakten Plätzen durchzuführen. Ein Verfahren hierfür besteht darin, sehr schnell eine kleine Anzahl von beispielsweise zwei bis vier Bezugspunkten fest zu legen, die gleichförmig an dem Platz verteilt sind, und dann zu diesen Punkten so oft wie zweckmäßig zurückzukehren, so daß kurze Durchquerungen abgeschlossen werden. Unter Verwendung dieser Technik als ein geeignetes ZUPTS-Intervall können Genauigkeiten im Zentimeterbereich laufend erreicht werden.

Ein Beispiel für eine Durchführung einer Vermessung mit einem unabhängigen System könnte wie folgt ablaufen:

1. Um die Vermessung zu beginnen, wird zunächst ein Haupt- Bezugspunkt an dem Platz dadurch festgelegt, daß das PSS-System von einer genau bekannten Stelle zu diesem Punkt bewegt wird, wobei ein Transportfahrzeug verwendet wird, wenn die Entfernung zu groß ist, und wobei ein kurzes ZUPTS-Intervall verwendet wird.
2. Unter Verwendung des PSS-Systems wird ein Netz von gleichmäßig verteilten sekundären Bezugspunkten auf dem Platz festgelegt, beispielsweise drei sekundäre Punkte, jeweils innerhalb einer kleinen Anzahl von beispielsweise drei kurzen ZUPTS-Intervallen von dem Haupt-Bezugspunkt.
3. Das System wird dann zur Durchführung von Messungen an anderen Punkten entsprechend der Notwendigkeiten der Vermessung verwendet, wobei ein kurzes ZUPTS-Intervall verwendet wird und das PSS-System zu einem primären oder zu einem sekundären Bezugspunkt zurückgebracht wird, wenn dies zweckmäßig ist, beispielsweise auf dem Weg oder in der Nähe des Weges zwischen einzelnen Punkten und während Unterbrechungen oder z. B. zumin dest nach 5 Minuten. Bei einer Ausführungsform können die primären und sekundären Bezugspunkte durch Bezugsmarken markiert werden, die von dem Vermesser angeordnet werden. Bei Rückkehr zu den Bezugspunkt kann die Bezugsmarke berührt werden, um die derzeitige Positionsinformation zu aktuali sieren oder zu korrigieren. Bei einer Ausführungsform be wirkt eine Berührung der Marke eine Abfrage der Marke, damit sich diese selbst gegenüber dem erfindungsgemäßen System identifiziert. Dies kann durch eine drahtlose Verbindungs strecke zwischen der Marke und dem erfindungsgemäßen System erfolgen. Jeder Marke kann eine eigene eindeutige Bezeichnung, beispielsweise "Marke Nr. 1", zugeordnet werden, die ihrer tatsächlichen Position derart entspricht, daß, wenn sie sich gegenüber dem System durch diese Bezeichnung identifiziert, eine Positionskorrektur durchgeführt werden kann.
4. Am Ende der Vermessung kann ein Rückwärts-Übergang des PSS-Systems von dem Haupt-Bezugspunkt zurück zu der bekannten Position durchgeführt werden, um die absolute geodätische Genauigkeit der gesamten Vermessung zu vergrößern.

Claims

1. Transportables Trägheits-Vermessungssystem, gekennzeichnet durch:
einen Trägheitssensor, der mit einer Person ver bindbar ist, wobei der Trägheitssensor die Bewegung des Trägheitssensors feststellt, während die Person durch einen Bereich schreitet, und ein erstes Signal erzeugt, das die Bewegung des Trägheitssensors anzeigt,
Verarbeitungseinrichtungen, die mit der Person verbindbar sind und das erste, die Bewegung des Trägheits sensors anzeigende Signal empfangen und aus diesem ein zweites Signal erzeugen, das eine Position des Trägheits sensors anzeigt,
einen Speicher zur Speicherung von Positionsinfor mation, die sich auf die Position des Trägheitssensors bezieht,
Einrichtungen zur Korrektur der in dem Speicher gespeicherten Positionsinformation zur Korrektur von Unge nauigkeiten der Positionsinformation, und
Einrichtungen zur Aktivierung der Korrektureinrich tungen für die Positionsinformation, wobei die Aktivierungs einrichtungen mit Signalen gekoppelt sind, die von der Person erzeugt werden, während die Person durch den Bereich schreitet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in einem ersten Gehäuse angeordnet ist, und daß zumindest ein Teil der Verarbeitungs einrichtungen in einem zweiten Gehäuse enthalten ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtleitfaserkabel die ersten und zweiten Gehäuse miteinander verbindet.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Boden einsteckbarer Vorsprung zur Berührung einer unter der Erdoberfläche liegenden Marke zur Eingabe der Position dieser unter der Erdoberfläche liegenden Marke vorgesehen ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorsprung zur Berührung mit einer Marke auf der Erdoberfläche vorgesehen ist, um die Posi tion der Marke einzugeben.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Berühren einer Bezugs positions-Marke zur Eingabe der Position der Bezugspositions marke.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aktivierung der Korrektureinrichtung für die Positionsinformation auf einem Stock befestigt ist, wobei der Stock von der Person getragen werden kann.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aktivierung der Korrektureinrichtung für die Positionsinformation an einer Fußbekleidung befestigbar ist, die von der Person getragen wird.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antennenschnittstelle für eine Kommunikation mit einem globalen Satelliten-Positionsbe stimmungssystem (GPS) vorgesehen ist.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, eine Position des Trägheitssensors anzeigende Signal die Winkelausrichtung des Trägheitssensors anzeigt.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf die Position des Trägheitssensors beziehende und in dem Speicher gespeicherte Positionsinformation sich auf die Winkelausrichtung des Trägheitssensors bezieht.

12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor einen Beschleunigungsmesser umfaßt.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungenauigkeiten der Positions information zumindest teilweise durch die Drift des Beschleu nigungsmessers über die Zeit hervorgerufen werden.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor ein Kreisel gerät umfaßt.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselgerät ein Lichtleit faser-Kreiselgerät ist.

16. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ungenauigkeiten der Positionsinformation zumindest teilweise aufgrund einer Drift in dem Kreiselgerät mit der Zeit ergeben.

17. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ungenauigkeiten der Positionsinformation zumindest teilweise aufgrund einer Drift in dem Trägheitssensor über die Zeit ergeben.

18. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zur Korrektur der Positionsinformation ein Null-Geschwindigkeits-Aktualisierungs- Stop-(ZUPTS-)Eichverfahren umfassen, währenddessen ange nommen wird, daß der Trägheitssensor stationär ist.

19. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zur Korrektur der Positionsinformation eine Winkelausrichtungseichung ergeben, während der Trägheitssensor als stationär angenommen wird.

20. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zur Korrektur der Positionsinformation eine Vertikalausrichtungs-Eichung vor sehen, während der Trägheitssensor als stationär angenommen wird.

21. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitssensor ein Dreiachsen- Trägheitssystem umfaßt.

22. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zielfernrohr mit dem Träg heitssensor gekoppelt ist, um ein Objekt zur Bestimmung der Winkelmessung zu dem Objekt zu betrachten.

23. Verfahren zur Vermessung eines Bereiches, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Verbinden eines Trägheitssensors mit einer Person,
Feststellung der Bewegung des Trägheitssensors, während die Person durch den Bereich schreitet, mit dem Trägheitssensor,
Erzeugen eines ersten Signals, das die Bewegung des Trägheitssensors anzeigt, mit diesem Trägheitssensor,
Verwenden des die Bewegung des Trägheitssensors anzeigenden ersten Signals zur Erzeugung eines zweiten Signals, das die Position des Trägheitssensors anzeigt,
Speichern der sich auf die Position des Trägheits sensors beziehenden Positionsinformation, und
Korrigieren der Positionsinformation zur Korrektur von Ungenauigkeiten der Positionsinformation, wobei die Korrektur durch Signale gesteuert wird, die von der Person erzeugt werden, während die Person durch den Bereich schreitet.

24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die Schritte der Anordnung des Trägheits sensors in einem ersten mit der Person verbundenen Gehäuse und der Anordnung einer Verarbeitungseinrichtung in einem zweiten Gehäuse, das mit der Person verbunden ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die Verbindung des ersten Gehäuses über ein Lichtleitfaserkabel mit dem zweiten Gehäuse.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorsprung zum Einsetzen in den Boden vorgesehen wird, um eine unter der Erdoberfläche liegende Marke zur Eingabe der Position der unter der Erdoberfläche lie genden Marke zu verwenden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Vorsprunges zum Berühren einer Marke auf der Bodenoberfläche zur Eingabe der Position der Marke.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch das Berühren einer Bezugspositionsmarke zur Eingabe der Position der Bezugspositionsmarke.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Betätigungselementes an einem Stock, wobei der Stock von einer Person getragen wer den kann und die Person das Betätigungselement verwendet, um Signale zur Steuerung des Korrekturschrittes zu erzeugen.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Betätigungselementes zur Erzeugung der Signale zur Steuerung des Korrekturschrittes, wobei das Betätigungselement von der Person getragen werden kann.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement mit einer von der Person getragenen Fußbekleidung gekoppelt werden kann.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Antennenschnitt stelle für die Kommunikation mit einem globalen Satelliten- Positionsbestimmungssystem (GPS).

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, die Position des Sensors anzeigende Signal die Winkelausrichtung des Trägheits sensors anzeigt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Positionsinfor mation auf die Winkelausrichtung des Trägheitssensors bezogen ist.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungenauigkeiten der Positions information sich zumindest teilweise aus der Drift des Träg heitssensors mit der Zeit ergeben.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Information die Durchführung einer Nullgeschwindigkeits-Aktualisierungs-Stop- (ZUPT-)Eichung umfaßt, während der Trägheitssensor als stationär angesehen wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Information die Durchführung einer Winkelausrichtungseichung umfaßt, während der Trägheitssensor als stationär angesehen wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Information die Durchführung einer Vertikalausrichtungseichung umfaßt, während der Trägheitssensor als stationär angenommen wird.