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WO2002101328A1 - Method for recording the surface of a roadway - Google Patents

Method for recording the surface of a roadway Download PDF

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Publication number
WO2002101328A1
WO2002101328A1 PCT/EP2002/006200 EP0206200W WO02101328A1 WO 2002101328 A1 WO2002101328 A1 WO 2002101328A1 EP 0206200 W EP0206200 W EP 0206200W WO 02101328 A1 WO02101328 A1 WO 02101328A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
scanner
vehicle
inclination
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2002/006200
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Heister
Wilhelm Caspary
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2001155488 external-priority patent/DE10155488A1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2002101328A1 publication Critical patent/WO2002101328A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C7/00Tracing profiles
    • G01C7/02Tracing profiles of land surfaces
    • G01C7/04Tracing profiles of land surfaces involving a vehicle which moves along the profile to be traced
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518Projection by scanning of the object
    • G01B11/2522Projection by scanning of the object the position of the object changing and being recorded

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the surface of a roadway according to the preamble of claim 1 and claim 6.
  • a roadway for. B. a road
  • US-C1 4896964 and DE 3612550 C2 laser beam emitters and laser beam receivers which are attached to a vehicle and directed towards the road.
  • the reception of the laser beams reflected from the road is used to detect the state of the surface.
  • the laser beam emitter and the laser beam receiver are recurrently guided across the carriageway in the direction of the carriageway so that the carriageway can be scanned in a certain width.
  • the known methods only allow a differential measurement and can only be used to a limited extent with regard to their measuring range, their accuracy and meaningfulness of the results obtained and the speed.
  • the methods are only suitable for detecting the surface with regard to roughness and unevenness, but not for displaying the entire topographical course with topographical right and height values; they can only be used for limited distances; the data of a measurement cannot be reproduced with sufficient accuracy to enable comparisons of different distances or time comparisons.
  • the evaluation of these images is limited not only by the accuracy and depth of field of the image but also, in particular, by human attention and ability to record.
  • it is disadvantageous that the received and stored data can only be statistically evaluated in order to determine bumps, holes and cracks in the road.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the known methods and in particular the disadvantages described.
  • the new process is intended to enable the recording and visualization of a dense grid of points on the road surface with absolute coordinates, high accuracy and repeatability (reproducibility) at high speed and without affecting the flowing traffic.
  • This creates a digital model of the road surface, which can be used as basic numerical information for all required evaluations (in particular longitudinal and transverse profiles of the road) and for visualization (e.g. color coding, terrain models).
  • the sensors are replaced by one, two or three laser scanners, each one on the road surface Send directed laser beam, the beam oscillating in predetermined scan steps - here, for example, one degree in each case - with a predetermined frequency - here, for example, 75 pendulum movements per second.
  • the number of scanners is determined and limited by the fact that the opening angle of the pendulum movement can not be more than 180 °, but is practically limited by the angle of incidence to the road surface, which is approx. 60 ° depending on the reflectivity, i.e. only approx. On both sides Is 30 ° (see below).
  • the scanner works according to the time of flight principle.
  • the laser beam is generated in a pulsating manner with a certain pulse frequency and in angular steps that are matched to the pulse frequency.
  • the angular velocity of the pendulum movement is preferably constant, since the pulse frequency of the generation of the laser beam is also constant. In any case, both are matched to one another in such a way that predetermined angular steps of the pendulum movement and synchronous laser pulses result.
  • the laser beam starting from the emitter, carries out a pendulum movement in a predetermined plane of movement.
  • This plane of movement is transverse and preferably perpendicular to the level of the road and to the direction of travel. However, it is not necessary to maintain the right angle to the surface of the road or the direction of travel.
  • the laser beam pulses are emitted with a certain opening angle, which can be up to 180 ° degrees, but for practical reasons is limited to about 60 ° degrees.
  • the height at which the laser detector is mounted on the vehicle results in the measurable track width (base line), which can be scanned.
  • base line the measurable track width
  • With the laser beams a line is scanned on the road surface with each forward movement and each forward movement, which line is directed transversely to the roadway. Because the frequency of the pulses is predetermined and therefore the time between generation and return of the reader beam pulse (the reflection time) can be determined for each pulse, the distance of the surface from the vehicle and, with appropriate measurement of the vehicle, the surface course of the road can also be determined with this method be determined on a relative or objective coordinate system.
  • the measurement results are corrected by the computer carried along in such a way that, regardless of the angular position of the respective laser pulse, the change in the reflection time caused by this angular position is not included in the output signals.
  • each measurement result is converted in accordance with the respective angular position of the pulse in the pendulum plane and relative to a zero line as if the laser beam had hit the road parallel to this zero line.
  • all measurement results are related to a fixed line of the pendulum plane.
  • the unevenness of the road can thus be recorded without gaps and related to the average road surface.
  • the advantageous selection results from claim 2. Accordingly, the line of the shortest distance between scanner and roadway comes into consideration as such zero line (claim 2).
  • the further developments of the method according to claims 3 to 6 are used.
  • both the absolute or relative inclination of the vehicle relative to the surface and the inclination of the surface can be absolute or relative to during a measurement run the inclination at the start of the measurement run in addition to the irregularities, holes and cracks, channels, waves, etc. of the surface are recorded. This ensures that the angular offset of the individual pulses to the reference position does not falsify the result.
  • Each measurement result is converted according to the respective angular offset of the pulse in the pendulum plane and relative to the topographical line as if the laser beam had struck the road on this topographical line.
  • Such a method characterized by the design according to claim 3, is particularly suitable for the previous or subsequent measurement of trades in road construction between two nodes and is meaningful for the preliminary costing or post-costing of the trades to be gained therefrom.
  • the continuous detection of the sensor position with regard to its absolute geographic zero position and zero inclination ensures that all measurement data are based on the
  • Vehicle movements in particular inclinations in the longitudinal direction or
  • Transverse direction can be eliminated from the measured values.
  • the slope of the road as well as the unevenness of the road holes, cracks,
  • Waves, grooves can be detected.
  • the laser beam pulses can be executed in angular steps.
  • the recorded data of the surface are assigned to a specific topographic point of the road length. In this way it is possible to digitally display the profile of the road for each point on the test route. A digital model of the roadway is created for the entire test route.
  • An absolute geographical zero position can be one at the beginning of the
  • Measurement run measured topographically fixed line or any other topographically fixed line can be selected. In the latter case, the condition of the road surface is called
  • Part of the earth's surface determined.
  • the deviation of the inclination of the pendulum plane from its position recorded at the start of the measurement journey and / or preferably the deviation of the smallest inclination of the pendulum plane from the vertical can also be included in the measurement (claim 5).
  • the surface or the surface profile is in its relative position to the scanner position
  • Shots of the road surface can be obtained when it is on an in
  • Transverse direction can be determined. This is e.g. B. of particular importance to determine whether water jams could occur on a roadway.
  • a GPS system is used for the first topographic measurement of the scanner and for the continuous monitoring of the update of the position of the scanner.
  • the inertial navigation system has the advantage that it is available without gaps in time, while the advantage of the satellite positioning system is that the absolute topographic data can be determined at any point on earth.
  • the data obtained from the inertial navigation system is not only updated continuously but also with the data of a distance measuring system attached to the vehicle for recording the distance traveled and / or a barometer for determining the topographic height and / or an inclinometer to determine the longitudinal and transverse inclination of the vehicle depending on the topographical plumb.
  • the method gains very high availability and accuracy, which also meets the highest topographical requirements.
  • claims 17 and 18 propose that the light intensity of the reflected rays is also taken into account in the image evaluation.
  • the roadway can be recorded by an additional, preferably digital image recording device.
  • Image recording device can be carried on the vehicle in addition to the scanner. It is also possible to relate the pixels of the digitally recorded road surface to the same coordinate system as the pixels recorded by the scanner. In this way, above all, the light intensity of the reflected
  • Beams are determined and the pixels hit by the laser beam are assigned to the surface.
  • Lane can be fixed locally.
  • Absolute height of the road surface e.g. B. important for the question of
  • these measurement results can also be made visible. Basically, only one of these measurement results can be made visible by color. However, a combination is also possible, namely through
  • Color + isolines lines of the same height
  • color + shading whereby the cross profile is represented by color and the absolute height by shading.
  • Figure 1 A vehicle for recording the road surface in
  • Figure 2 Ditto in front view.
  • Figure 3 a measurement setup.
  • Figure 5 A vehicle as in Fig.1, but additionally equipped with a
  • a normal road vehicle 2 travels on the road 1 of a road.
  • the vehicle is about 2 m above sea level
  • Lane 1 a bracket 3 attached cantilever.
  • a scanner 4 sits on the holder 3.
  • the scanner 4 consists of a transmitter (laser beam emitter) 4.1 and a laser receiver 4.2.
  • the laser beam emitter is directed onto the road in a movement plane 9 (pendulum plane).
  • the pende plane is essentially vertical - based on the longitudinal view according to FIG. 1 - on the roadway level.
  • the laser beam is reflected diffusely from the surface.
  • the receiver 4.2 forms the scanner with the laser beam emitter; both are combined into one unit. In any case, their position is fixed relative to each other.
  • the receiver 4.2 has sufficient sensitivity to register the part of the laser beam reflected in its direction.
  • the scanner 4 is arranged approximately in the middle of the vehicle. However, it can also be arranged on the side, in particular on the left. This makes it possible to scan the entire road, even if the vehicle is moving in right-hand traffic and does not hinder the flowing traffic. In the example shown, however, the scanner 4 is in the middle of the vehicle. However, the vehicle additionally has the scanners 5 and 6 arranged on the sides of the vehicle, each with the emitter 5.1 or 6.1 and the receiver 5.2 or 6.2.
  • the laser beam from the scanner 4 is generated in pulses in a predetermined time cycle. After each pulse, the direction of the next laser beam pivots by a certain angle, e.g. B. 1 ° degrees.
  • the total swivel angle phi is approx. 60 °. With a scanner height of 2 m, a profile line of 2.50 m in length can therefore be scanned.
  • the pendulum levels overlap each other only a short distance in the area of the surface profile. This short piece is sufficient to determine the identity of the recorded data of the middle scanner 4 and the lateral scanners 5 and 6 in the coverage area and thereby an uninterrupted recording of the cross-section of the entire road body, including the road edges and any structures, trees, signs and the like in the side area of the street.
  • the upper street space can be scanned by further scanners, which are not shown here, however.
  • the vehicle is equipped with an inertial navigation system 7 and a satellite navigation system 8 (GPS).
  • GPS satellite navigation system 8
  • the exact topographical position of the scanner 4 or also the scanners 5 and 6 is determined with the aid of the GPS system and the topographical height, and is determined and stored as the zero position.
  • the inclination of the vehicle in the longitudinal and transverse directions is determined on a fixed topographical line, e.g. the Lot 18 measured.
  • the inclination of the movement plane 9 to the topographical plumb line 18 and also the inclination of the center line 10 (FIG. 2) of the pendulum movement to the topographical plumb line are determined and set with the zero position.
  • topographic computer 11 which is shown in FIG. 3 and which is carried in the vehicle, this becomes topographic Enter the position of the scanner and set it as the zero point of the three-axis topographic coordinate system.
  • the scanner 4 thus has its own constant one
  • Inertial navigation system inertial navigation system (inertial navigation system (INS)) 7 and one attached to the vehicle (shown in FIG. 3)
  • Plug measuring device 12 continuously updated the position of the scanner and related to a specific cross-sectional plane of the route. This happens at a predetermined time, which is determined by the
  • Timer 13 is predetermined, for. B. at 1000 Hz.
  • the INS records the route and the inclination of the vehicle in all three spatial axes including the lot-related information.
  • the INS system is constantly corrected using measurement data from the GPS system.
  • a barometer and an inclinometer can also be used for comparison with the data from the inertial navigation system.
  • the INS works with a frequency of up to 1000 Hz
  • the operating frequency of the INS is adapted to the time frame of the GPS.
  • the GPS works every second. However, this is not a requirement; it is also possible that the measurement data of the INS are interpolated in time so that they fit into the time frame of the GPS.
  • Pulse frequency generated and directed towards the road It is desirable that this pulse frequency or the timing of the pulse generation in the
  • Time frame of the INS and GPS lies. If this is not technically possible, an interpolation is carried out in the computer 14, ie the signal data that are transmitted from the receiver 4.2 to the roadway computer 14 are converted to the timing of the timer 13
  • the laser has a different one
  • the beam direction of the emitter is measured in angular sections of e.g. 1 ° in the
  • Pendulum plane 9 pivoted between the legs of the opening angle phi.
  • the roadway computer 14 detects the time at which the individual laser beam was generated and the time at which the reflected part of the laser beam was received.
  • This time difference is a measure of the distance between the reflecting
  • the measurement signal is continuously corrected in accordance with the
  • Pendulum movement of the scanner beam and the respective beam angle are Pendulum movement of the scanner beam and the respective beam angle.
  • the distance of the reflecting point from the scanner in the roadway computer 14 is determined in that the
  • Figure 4 is a road profile on a particular topographical
  • Height values is measured. As a result, for example, the lateral inclination of the road, the substantially flat hard shoulder, the grooves 17 in the most heavily trafficked part of the road, but also holes, are visible.
  • Trees, signs and dergi. appear as a lateral limitation of the
  • Profile line A dense succession of such profile lines along the length of the street creates a three-dimensional grid model of the street, which makes the slope and the unevenness of the street visible. Points of the same height can also be connected to form contour lines and displayed in this way.
  • the individual illuminated points on the road surface can also be "colored" by assigning each point a specific color depending on its altitude and displaying the point in this color in the topographical coordinates of the plane.
  • This visualization can be done, for example, by the Reflection signals are divided into categories and each category is assigned a specific color, which can be different shades of gray (shading) or colors on the color scale.
  • each point on the road surface is assigned a high value and legal value, and it is also geodetically assigned its height is coded by assigning a certain color
  • a square grid is placed on the geodetic surface of the street and a certain height is assigned to each grid point
  • the color assignment is preferably not based on the topographical high value but on values, for example, about the actual inclination of the scanner to the average high value of the respective profile line, to the average high value of the respective profile line, including the inclination of the profile line, are corrected in such a way that the colored design makes certain statements possible.
  • potholes can be made visible, but all other bumps can be hidden or, conversely, potholes can be hidden and only inclinations and large bumps can be made visible.
  • the driving speed of the surveying vehicle is only slightly and negligibly included in the measurement result. Even at high speeds of the measuring vehicle of, for example, 50 and up to 70 km / h, there is a practically complete picture of the road.
  • the method can be used to record the surface of every roadway that can be driven on by a vehicle, preferably a motor vehicle, that is to say for roads, squares, but also, for example, for taxiways on airfields.
  • the vehicle of Figure 5 corresponds in representation and description to that of Figure 1; however, it is additionally equipped with a camera, e.g. CCD IR camera system with camera 19.
  • the CCD stereo camera system consists of the following individual modules:
  • the CCD camera 19 with medium resolution and spectral sensitivity from visible light to near infrared
  • the position of the camera is also measured at the start of the measurement run.
  • the measuring principle is based on the fact that - trigger-controlled - individual images are recorded by the camera and the pixels of a street profile line are determined by the scanner.
  • Image processing automatically selects the image points recorded simultaneously by the scanner in the images recorded by the CCD camera. This way everyone can Pixel the intensity of the reflected light beam and thus its reflective property can be determined.
  • Additional statements about the surface structure of the roadway are derived from all measured reflection properties. Different surface structures can also be displayed in color for visualization. For example, damage to the road marking, damage or unwanted roughness of the road, road edges and banquets can be made visible.
  • the combination of laser scanner and CCD-IR camera has the advantage that the two systems collect the same information in an independent and different way. In addition to the redundancy and verifiability of the images for plausibility, this also enables an additional visual representation of the road surface.

Landscapes

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Abstract

The roadway is traveled by a vehicle heading in a predetermined direction of travel. Laser beam pulses with an oscillating motion over a predefined angle of beam are generated by a scanner in predefined angular steps. The length of time between the generation of each laser beam pulse and the reception of the laser beam reflected by the surface (transit time) is determined from the received signal of the laser beam receiver. The transit time is corrected using the angle between a topographically fixed line and the respective laser beam pulse. The position of the scanner is calibrated in the three spatial axes before beginning the respective measuring drive route and, during the measuring drive, is continuously updated synchronously to the generation of the laser beam pulses (actual position). The surface signals relate to the initial coordinates of the scanner while taking the updated actual position of the scanner into account.

Description

Verfahren zur Erfassung der Oberfläche einer FahrbahnMethod for detecting the surface of a road

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberfläche einer Fahrbahn nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 und des Anspruch 6. Zur Aufnahme des Oberflächenzustandes einer Fahrbahn, z. B. einer Straße, werden nach der US-C1 4896964 und DE 3612550 C2 Laserstrahlenemittoren und Laserstrahlempfänger benutzt, die an einem Fahrzeug angebracht und auf die Fahrbahn gerichtet sind. Der Empfang der von der Fahrbahn reflektierten Laserstrahlen wird benutzt, um den Zustand der Oberfläche zu erfassen. Nach der genannten US-C1 4896964 werden der Laserstrahlemittor und der Laserstrahlempfänger wiederkehrend quer zur Fahrbahnrichtung über die Fahrbahn geführt, so dass die Fahrbahn in einer bestimmten Breite abgetastet werden kann.The invention relates to a method for detecting the surface of a roadway according to the preamble of claim 1 and claim 6. To record the surface condition of a roadway, for. B. a road, are used according to US-C1 4896964 and DE 3612550 C2 laser beam emitters and laser beam receivers, which are attached to a vehicle and directed towards the road. The reception of the laser beams reflected from the road is used to detect the state of the surface. According to the aforementioned US-C1 4896964, the laser beam emitter and the laser beam receiver are recurrently guided across the carriageway in the direction of the carriageway so that the carriageway can be scanned in a certain width.

Die bekannten Verfahren erlauben nur eine Differenzmessung und sind hinsichtlich ihres Meßbereichs, ihrer Genauigkeit und Aussagekraft der erzielten Ergebnisse sowie der Geschwindigkeit nur begrenzt verwendbar. Insbesondere sind die Verfahren nur zur Erfassung der Oberfläche hinsichtlich Rauigkeiten und Unebenheiten, nicht jedoch zur Darstellung des gesamten topographischen Verlaufs mit topographischen Rechtsund Höhenwerten geeignet; sie sind nur für begrenzte Strecken verwendbar; die Daten einer Messung sind nicht mit ausreichender Genauigkeit reproduzierbar, um Vergleiche verschiedener Strecken oder Zeitvergleiche zu ermöglichen. Soweit mit den bekannten Verfahren Bilder erzeugt werden, ist die Auswertung dieser Bilder nicht nur durch die Genauigkeit und Tiefenschärfe der Aufnahme sondern insbesondere auch durch die menschliche Aufmerksamkeit und Aufnahmefähigkeit begrenzt. Andererseits ist es nachteilig, dass die empfangenen und gespeicherten Daten nur statistisch ausgewertet werden können, um Unebenheiten, Löcher und Risse der Straße festzustellen.The known methods only allow a differential measurement and can only be used to a limited extent with regard to their measuring range, their accuracy and meaningfulness of the results obtained and the speed. In particular, the methods are only suitable for detecting the surface with regard to roughness and unevenness, but not for displaying the entire topographical course with topographical right and height values; they can only be used for limited distances; the data of a measurement cannot be reproduced with sufficient accuracy to enable comparisons of different distances or time comparisons. Insofar as images are generated using the known methods, the evaluation of these images is limited not only by the accuracy and depth of field of the image but also, in particular, by human attention and ability to record. On the other hand, it is disadvantageous that the received and stored data can only be statistically evaluated in order to determine bumps, holes and cracks in the road.

Die Genauigkeit der bekannten Verfahren leidet auch darunter, dass die Messergebnisse abhängig sind von der Lage und Position des Fahrzeuges. So wird z. B. das Eintauchen eines Rades oder zwei gleichachsiger Räder in ein Loch oder eine Bodenwelle der Fahrbahn als Erhöhung der Fahrbahn erfasst, wenn sich dadurch der Abstand des Aufnahmegerätes gegenüber der Oberfläche der Fahrbahn ändert. Das Schlagloch, bzw. die Bodenwelle selbst erscheint nicht oder kann bestenfalls durch menschliche Interpretation aus der Aufnahme ermittelt werden.The accuracy of the known methods also suffers from the fact that the measurement results are dependent on the location and position of the Vehicle. So z. B. the immersion of a wheel or two coaxial wheels in a hole or a bump in the road surface as an increase in the road surface, if this changes the distance of the recording device relative to the surface of the road surface. The pothole or the bump itself does not appear or can at best be determined from the picture by human interpretation.

Ferner ist es nachteilig, dass auch die statistische Auswertung der Messdaten in erheblicher Weise fehlerbehaftet ist, da weder die Neigung der Fahrbahn noch die Neigung des Fahrzeuges relativ zur Fahrbahn in die Messwerte eingehen.Furthermore, it is disadvantageous that the statistical evaluation of the measurement data is also significantly error-prone, since neither the inclination of the road surface nor the inclination of the vehicle relative to the road surface are included in the measured values.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Verfahren und insbesondere die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Durch das neue Verfahren soll die Möglichkeit gegeben werden, mit hoher Geschwindigkeit und ohne Beeinträchtigung des fließenden Verkehrs ein dichtes Punktraster der Straßenoberfläche mit absoluten Koordinaten, hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit (Reproduzierbarkeit) zu erzeugen aufzunehmen und sichtbar zu machen. Somit entsteht ein digitales Modell der Straßenoberfläche, das als numerische Basisinformation für alle geforderten Auswertungen (insbesondere Längs- und Querprofile der Fahrbahn) sowie für die Visualisierung (z.B. Farbcodierung, Geländemodelle) genutzt werden kann. Die Lösungen ergeben sich aus Anspruch 1 und Anspruch 6. Mit diesem Verfahren kann nicht nur die Lageänderung der Oberfläche, also der Zustand sondern auch die Entfernung der Oberfläche vom Fahrzeug und bei entsprechender Einmessung des Fahrzeuges der Oberflächenverlauf der Fahrbahn, also Position und Lage - bezogen auf ein zu Anfang der Meßfahrt festgelegtes (relatives) oder ein topographisch festliegendes (objektives) Koordinatensystem - festgestellt werden. Nach der Erfindung werden die Sensoren durch einen, zwei oder drei Laser-Scanner ersetzt, die jeweils eine auf die Straßenoberfläche gerichteten Laserstrahl aussenden, wobei der Strahl in vorbestimmten Scan-Schritten - hier z.B. jeweils ein Grad - mit einer vorbestimmten Frequenz - hier z.B. 75 Pendelbewegungen pro Sekunde - hin und her pendelt.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the known methods and in particular the disadvantages described. The new process is intended to enable the recording and visualization of a dense grid of points on the road surface with absolute coordinates, high accuracy and repeatability (reproducibility) at high speed and without affecting the flowing traffic. This creates a digital model of the road surface, which can be used as basic numerical information for all required evaluations (in particular longitudinal and transverse profiles of the road) and for visualization (e.g. color coding, terrain models). The solutions result from claims 1 and 6. With this method, not only the change in position of the surface, that is to say the state, but also the distance of the surface from the vehicle and, with appropriate measurement of the vehicle, the surface course of the roadway, that is to say position and position, can be related on a (relative) or a topographically fixed (objective) coordinate system determined at the beginning of the measurement trip. According to the invention, the sensors are replaced by one, two or three laser scanners, each one on the road surface Send directed laser beam, the beam oscillating in predetermined scan steps - here, for example, one degree in each case - with a predetermined frequency - here, for example, 75 pendulum movements per second.

Die Anzahl der Scanner ist dadurch festgelegt und begrenzt, dass der Öffnungswinkel der Pendelbewegung nicht mehr als 180° betragen kann, praktisch aber durch den Einfallwinkel zur Straßenoberfläche begrenzt wird, welcher je nach Remissionseigenschaft ca. 60° , also- nach beiden Seiten nur ca. 30° beträgt (siehe unten).The number of scanners is determined and limited by the fact that the opening angle of the pendulum movement can not be more than 180 °, but is practically limited by the angle of incidence to the road surface, which is approx. 60 ° depending on the reflectivity, i.e. only approx. On both sides Is 30 ° (see below).

Der Scanner arbeitet nach dem Laufzeitprinzip (Reflektionsprinzip) (Time of flight ).The scanner works according to the time of flight principle.

Der Laserstrahl wird mit einer bestimmten Pulsfrequenz pulsierend und in auf die Pulsfrequenz abgestimmten Winkelschritten erzeugt. Die Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung ist vorzugsweise konstant, da auch die Pulsfrequenz der Erzeugung des Laserstrahls konstant ist In jedem Falle sind beide so auf einander abgestimmt, daß sich vorbestimmte Winkelschritte der Pendelbewegung und synchrone Laserpulse ergeben.The laser beam is generated in a pulsating manner with a certain pulse frequency and in angular steps that are matched to the pulse frequency. The angular velocity of the pendulum movement is preferably constant, since the pulse frequency of the generation of the laser beam is also constant. In any case, both are matched to one another in such a way that predetermined angular steps of the pendulum movement and synchronous laser pulses result.

Damit führt der Laserstrahl, ausgehend von dem Emittor, eine Pendelbewegung in einer vorbestimmten Bewegungsebene aus. Diese Bewegungsebene liegt quer und vorzugsweise senkrecht zur Fahrbahnebene und zur Fahrtrichtung. Eine genaue Einhaltung der Rechtwinkeligkeit zur Oberfläche der Fahrbahn bzw. zur Fahrtrichtung ist jedoch nicht erforderlich.Thus, the laser beam, starting from the emitter, carries out a pendulum movement in a predetermined plane of movement. This plane of movement is transverse and preferably perpendicular to the level of the road and to the direction of travel. However, it is not necessary to maintain the right angle to the surface of the road or the direction of travel.

Die Laserstrahl pulse werden dabei mit einem bestimmten Öffnungswinkel ausgesandt, welcher bis zur 180° Grad betragen kann, aus praktischen Gründen jedoch bei ca. 60° Grad beschränkt ist. Aus der Höhe, in der der Laserermittor an dem Fahrzeug montiert ist, ergibt sich dadurch die meßbare Spurbreite (Basislinie), welche abgetastet werden kann. Durch die Laserstrahlen wird also bei jeder Hinbewegung und jeder Herbewegung jeweils eine Linie auf der Straßenoberfläche abgetastet, welche quer zur Fahrbahn gerichtet ist. Dadurch daß die Frequenz der Impulse vorgegeben ist und daher für jedfn Impuls die Zeit zwischen Erzeugung und Rückkehr des Leserstrahlpulses (die Reflektionszeit) ermittel werden kann, kann mit fiesem Verfahren auch die Entfernung der Oberfläche vom Fahrzeug und bei entsprechender Einmessung des Fahrzeuges der Oberflächenverlauf der Fahrbahn auf ein relatives oder objektives Koordinatensystem festgestellt werden.The laser beam pulses are emitted with a certain opening angle, which can be up to 180 ° degrees, but for practical reasons is limited to about 60 ° degrees. The height at which the laser detector is mounted on the vehicle results in the measurable track width (base line), which can be scanned. With the laser beams, a line is scanned on the road surface with each forward movement and each forward movement, which line is directed transversely to the roadway. Because the frequency of the pulses is predetermined and therefore the time between generation and return of the reader beam pulse (the reflection time) can be determined for each pulse, the distance of the surface from the vehicle and, with appropriate measurement of the vehicle, the surface course of the road can also be determined with this method be determined on a relative or objective coordinate system.

Es ist jedoch auch möglich (Anspruch 16), an dem Fahrzeug zwei oder mehr Scanner mit jeweils einem Laseremittor und einem Laserempfänger -erforderlichenfalls mit Abstand zueinander - anzuordnen und derart zu betreiben, dass die Öffnungswinkel sich im Bereich der Fahrbahn berühren oder teilweise überlappen. Durch zeitliche Synchronisation der Laserpulse und Laserbewegungen kann dadurch ein Mehrfaches der Basislinie des Öffnungswinkels jeden Scanners aufgenommen werden. Die seitlichen Scanner können daher mit ihrem Öffnungswinkel auch mehr oder weniger seitlich gerichtet sein. Man kann auf diese Weise den gesamten Straßenraum mit der Durchfahrtbreite und -bei Anordnung eines oder mehrerer nach oben gerichteter Scanner- auch die Durchfahrthöhe z.B. an Brücken aufnehmen.However, it is also possible (claim 16) to arrange two or more scanners on the vehicle, each with a laser emitter and a laser receiver — if necessary at a distance from one another — and to operate such that the opening angles touch or partially overlap in the area of the road. By synchronizing the laser pulses and laser movements over time, a multiple of the base line of the opening angle of each scanner can be recorded. The lateral scanners can therefore also be directed more or less laterally with their opening angle. In this way, the entire street space with the passage width and - if one or more scanners are arranged upwards - the passage height e.g. pick up at bridges.

Die Meßergebnisse werden durch den mitgeführten Rechner so korrigiert, daß unabhängig von der Winkellage des jeweiligen Laserpulses die durch diese Winkellage hervorgerufene Änderung der Reflektionszeit nicht in die Ausgangssignale eingeht.The measurement results are corrected by the computer carried along in such a way that, regardless of the angular position of the respective laser pulse, the change in the reflection time caused by this angular position is not included in the output signals.

Damit wird erreicht, daß die Winkellage der einzelnen Pulse nicht verfälschend in das Ergebnis eingeht. Jedes Meßergebnis wird entsprechend der jeweiligen Winkellage des Pulses in der Pendelebene und relativ zu einer Nulllinie so umgerechnet, als ob der Laserstrahl parallel zu dieser Nulllinie auf die Fahrbahn getroffen wäre. Hierzu werden alle Meßergebnisse auf eine festliegende Linie der Pendelebene bezogen. Damit können die Unebenheiten der Fahrbahn lückenlos erfaßt und auf die mittlere Fahrbahnoberfläche bezogen werden. Obgleich bei der Auswahl dieser Linie eine gewisse Freiheit besteht, ergibt sich die vorteilhafte Auswahl aus Anspruch 2. Als derartige Nulllinie kommt demnach die Linie des kürzesten Abstandes zwischen Scanner und Fahrbahn in Betracht (Anspruch 2). Es gibt jedoch auch Einsatzfälle, in denen weder die Neigung des Fahrzeugs noch die Neigung der Oberfläche in Fahrtrichtung oder quer dazu außer Acht bleiben sollen. In diesen Fällen kommen die Weiterbildungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 bis 6 zum Einsatz.This ensures that the angular position of the individual pulses does not falsify the result. Each measurement result is converted in accordance with the respective angular position of the pulse in the pendulum plane and relative to a zero line as if the laser beam had hit the road parallel to this zero line. For this purpose, all measurement results are related to a fixed line of the pendulum plane. The unevenness of the road can thus be recorded without gaps and related to the average road surface. Although there is a certain freedom in the selection of this line, the advantageous selection results from claim 2. Accordingly, the line of the shortest distance between scanner and roadway comes into consideration as such zero line (claim 2). However, there are also cases in which neither the inclination of the vehicle nor the inclination of the surface in the direction of travel or across it should be disregarded. In these cases, the further developments of the method according to claims 3 to 6 are used.

Durch Eichung zu Beginn jeder Messfahrt, bei welcher die Neigung der Laserstrahlpulse zu einer insbesondere topographisch festliegenden Linie als Nulllinie bestimmt wird, kann im Zuge einer Meßfahrt sowohl die absolute oder relative Neigung des Fahrzeugs relativ zur Oberfläche als auch die Neigung der Oberfläche absolut oder relativ zu der Neigung zu Beginn der Meßfahrt neben den Unregelmäßigkeiten, Löchern und Rissen, Rinnen, Wellen usw. der Oberfläche erfasst werden. Damit wird erreicht, daß die Winkelablage der einzelnen Pulse zur Referenzlage nicht verfälschend in das Ergebnis eingeht. Jedes Meßergebnis wird entsprechend der jeweiligen Winkelablage des Pulses in der Pendelebene und relativ zu der topographischen Linie so umgerechnet, als ob der Laserstrahl auf dieser topographischen Linie auf die Fahrbahn getroffen wäre.By calibrating at the start of each measurement run, in which the inclination of the laser beam pulses to a particularly topographically fixed line is determined as the zero line, both the absolute or relative inclination of the vehicle relative to the surface and the inclination of the surface can be absolute or relative to during a measurement run the inclination at the start of the measurement run in addition to the irregularities, holes and cracks, channels, waves, etc. of the surface are recorded. This ensures that the angular offset of the individual pulses to the reference position does not falsify the result. Each measurement result is converted according to the respective angular offset of the pulse in the pendulum plane and relative to the topographical line as if the laser beam had struck the road on this topographical line.

Ein derartiges durch die Ausbildung nach Anspruch 3 gekennzeichnetes Verfahren ist bei der vorherigen oder nachträglichen Vermessung von Gewerken im Straßenbau zwischen zwei Knotenpunkten besonders geeignet und aussagekräftig für die daraus zu gewinnende Vorkalkulation bzw. Nachkalkulation des Gewerkes.Such a method, characterized by the design according to claim 3, is particularly suitable for the previous or subsequent measurement of trades in road construction between two nodes and is meaningful for the preliminary costing or post-costing of the trades to be gained therefrom.

Die Lage der zu Beginn der Meßfahrt gegebenen Nullinie wird hierbei gespeichert und alle Meßwerte auf diese Nullinie bezogen. Es ist ersichtlich, dass die Korrektur der Messwerte anhand der zu Beginn der Messfahrtstrecke vorhandenen Position des Scanners zwar einfacher ist, dass jedoch das Ziel der Erfindung auch dadurch erreicht werden kann, dass die Meßergebnisse des Scanners fortlaufend auf ein topographisch festliegendes Koordinatensystem und insbesondere eine lotbezogene Solllage bezogen werden. Dadurch wird die Neigung derThe position of the zero line given at the start of the measurement run is saved and all measured values refer to this zero line. It can be seen that the correction of the measured values on the basis of the position of the scanner present at the beginning of the measurement travel route is simpler, but that the objective of the invention is also achieved thereby can that the measurement results of the scanner are continuously related to a topographically fixed coordinate system and in particular a perpendicular reference position. This will reduce the inclination of the

Fahrbahn erfasst und der Einfluss von Längsneigungen oderRoad surface and the influence of longitudinal slopes or

Que neigungen des Fahrzeugs eliminiert.Que tendencies of the vehicle eliminated.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 wird durch die laufende Erfassung der Sensorposition hinsichtlich seiner absoluten geographischen Nulllage und Nullneigung gewährleistet, dass alle Messdaten auf dieIn the method according to claim 4, the continuous detection of the sensor position with regard to its absolute geographic zero position and zero inclination ensures that all measurement data are based on the

Anfangskoordinaten zurückbezogen werden. Dadurch könnenInitial coordinates are referenced. This allows

Fahrzeugbewegungen, insbesondere Neigungen in Längsrichtung oderVehicle movements, in particular inclinations in the longitudinal direction or

Querrichtung aus den Meßwerten eliminiert werden. Es kann die Neigung der Fahrbahn ebenso wie die Unebenheit der Fahrbahn (Löcher, Risse,Transverse direction can be eliminated from the measured values. The slope of the road as well as the unevenness of the road (holes, cracks,

Wellen, Rillen) erfaßt werden.Waves, grooves) can be detected.

Auch hier können die Laserstrahlpulse in Winkelschritten ausgeführt werden.Here too, the laser beam pulses can be executed in angular steps.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 bis 5 werden die aufgenommenen Daten der Oberfläche einem bestimmten topographischen Punkt der Fahrbahnlänge zugeordnet. Auf diese Weise gelingt es, für jeden Punkt der Testfahrstrecke das Profil der Fahrbahn digital darzustellen. Es entsteht ein digitales Modell der Fahrbahn für die gesamte Messfahrtstrecke.Through the development according to claims 3 to 5, the recorded data of the surface are assigned to a specific topographic point of the road length. In this way it is possible to digitally display the profile of the road for each point on the test route. A digital model of the roadway is created for the entire test route.

Als absoluten geographische Nullage kann dabei eine zu Beginn derAn absolute geographical zero position can be one at the beginning of the

Meßfahrt eingemessene topographisch festliegende Linie oder eine beliebige andere topographisch festliegende Linie gewählt werden. Im letzteren Fall wird die Beschaffenheit der Straßenoberfläche alsMeasurement run measured topographically fixed line or any other topographically fixed line can be selected. In the latter case, the condition of the road surface is called

Bestandteil der Erdoberfläche ermittelt.Part of the earth's surface determined.

In die Messung kann auch die Abweichung der Neigung der Pendelebene von ihrer zu Beginn der Meßfahrt aufgenommenen Lage und/ oder vorzugsweise die Abweichung der geringsten Neigung der Pendelebene zur Lotrechten eingehen (Anspruch 5). Die Ausbildung der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen derThe deviation of the inclination of the pendulum plane from its position recorded at the start of the measurement journey and / or preferably the deviation of the smallest inclination of the pendulum plane from the vertical can also be included in the measurement (claim 5). The formation of the invention according to the characterizing features of

Ansprüche 3 bis 5 eignet sich auch für andere Arten derClaims 3 to 5 is also suitable for other types of

Oberflächenaufnahme durch Laserstrahl - Scanner (Anspruch 6).Surface recording by laser beam scanner (claim 6).

Der Vorteil der Ausführungen nach den Ansprüchen 3 bis 6 besteht darin, daß alle Meßwerte auf ein einziges Koordinatensystem bezogen werden können, so daß durch die Meßfahrt eine Querschnittsaufnahme derThe advantage of the embodiments according to claims 3 to 6 is that all measured values can be related to a single coordinate system, so that a cross-sectional image of the

Straßenoberfläche in Längsrichtung (Anspruch 7) und in QuerrichtungRoad surface in the longitudinal direction (claim 7) and in the transverse direction

(Anspruch 8) entsteht.(Claim 8) arises.

In der bisherigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Oberfläche bzw. das Oberflächenprofil in seiner Relativlage zu der Scannerposition undIn the previous embodiment of the invention, the surface or the surface profile is in its relative position to the scanner position and

Fahrzeugposition zu Beginn der Messfahrt aufgenommen. Es ist mithin während der Meßfahrt eine ständige Fortschreibung der Fahrzeugposition und Fahrzeuglage relativ zu dem Beginn der Meßfahrt erforderlich. Die hierzu vorteilhaften Maßnahmen sind in den Ansprüchen 9 bis 12 enthalten.Vehicle position recorded at the start of the test run. It is therefore necessary to continuously update the vehicle position and position relative to the start of the measurement run during the measurement run. The advantageous measures for this are contained in claims 9 to 12.

In der Weiterbildung nach Anspruch 9 findet eine einfacheIn the development according to claim 9 there is a simple one

Längenmessung längs der Meßstrecke statt. Diese Weiterbildung zeichnet sich durch einen geringen apparativen Aufwand aus; dennoch können insbesondere für begrenzte Streckenabschnitte zwischen zwei festliegenden Knotenpunkten ausreichende und aussagekräftigeLength measurement along the measuring section instead. This further training is characterized by a low expenditure on equipment; Nevertheless, sufficient and meaningful information can be provided, especially for limited sections of the route between two fixed nodes

Aufnahmen der Straßenoberfläche erzielt werden, wenn es auf eine inShots of the road surface can be obtained when it is on an in

Längsrichtung genaue Vermaßung nicht ankommt.Longitudinal dimensioning does not arrive.

In der Weiterbildung nach Anspruch 10 und 11 werden nicht nur die topographischen Rechtswerte sondern auch die topographischenIn the further development according to claims 10 and 11, not only the topographical legal values but also the topographical ones

Hochwerte zu Beginn der Messfahrtstrecke aufgenommen und laufend fortgeschrieben. Es entsteht dadurch ein auch in Fahrtrichtung topographisch genaues Bild des Fahrbahnprofils.High values recorded at the beginning of the test route and continuously updated. This creates a topographically accurate image of the lane profile even in the direction of travel.

Dabei können in der Ausgestaltung nach Anspruch 10 und 11 auchIt can also in the embodiment according to claim 10 and 11

Neigungen der Oberfläche in Längsrichtung (Fahrtrichtung) undInclinations of the surface in the longitudinal direction (direction of travel) and

Querrichtung ermittelt werden. Dies ist z. B. von besonderer Wichtigkeit um zu ermitteln, ob auf einer Fahrbahn Wasserstau entstehen könnten. In der Ausgestaltung nach Anspruch 12 wird ein GPS-System zur ersten topographischen Einmessung des Scanners und zur laufenden Kontrolle der Fortschreibung der Position des Scanners benutzt. Das Trägheitsnavigationssystem hat dabei den Vorteil, daß es zeitlich lückenlos verfügbar ist, während der Vorteil des Satelliten- Positioniersystems darin besteht, daß an jedem Punkt der Erde die absoluten topographischen Daten ermittelt werden können. In der Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 13 ist vorgesehen, dass die aus dem Trägheitsnavigationssystem gewonnenen Daten nicht nur laufend fortgeschrieben sondern zusätzlich auch mit den Daten eines am Fahrzeug angebrachten Wegmeßsystems zur Aufnahme der gefahrenen Messfahrtstrecke und/oder eines Barometers zur Ermittlung der topographischen Höhe und/oder eines Neigungsmessers zur Ermittlung der Längsneigung und Querneigung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem topographischen Lot verglichen werden. In der Ausgestaltung nach Anspruch 12 und 13 gewinnt das Verfahren eine sehr hohe Verfügbarkeit und Genauigkeit, die auch höchsten topographischen Anforderungen genügt.Transverse direction can be determined. This is e.g. B. of particular importance to determine whether water jams could occur on a roadway. In the embodiment according to claim 12, a GPS system is used for the first topographic measurement of the scanner and for the continuous monitoring of the update of the position of the scanner. The inertial navigation system has the advantage that it is available without gaps in time, while the advantage of the satellite positioning system is that the absolute topographic data can be determined at any point on earth. In a further development of the method according to claim 13, it is provided that the data obtained from the inertial navigation system is not only updated continuously but also with the data of a distance measuring system attached to the vehicle for recording the distance traveled and / or a barometer for determining the topographic height and / or an inclinometer to determine the longitudinal and transverse inclination of the vehicle depending on the topographical plumb. In the embodiment according to claims 12 and 13, the method gains very high availability and accuracy, which also meets the highest topographical requirements.

Zur Auswertung der gewonnenen Profildaten stehen eine Fülle von Verfahren zur Verfügung, um den Sollzustand mit dem Istzustand zu vergleichen, wenn streckenbezogene Sanierungsarbeiten vorzunehmen sind.A wealth of methods are available for evaluating the profile data obtained, in order to compare the target state with the actual state when route-related renovation work is to be carried out.

Das Verfahren nach Anspruch 14 mit Weiterbildung nach Anspruch 15 ist besonders nützlich, um den Straßenzustand sichtbar zu machen, wenn die Höhenwerte des Fahrbahnprofils unterschiedlich eingefärbt werden. Als Ergänzung und zur Verdeutlichung der Aufnahme der Straßenoberfiäche wird durch die Ansprüche 17 und 18 vorgeschlagen, daß bei der Bildauswertung auch die Lichtintensität der reflektierten Strahlen berücksichtigt wird. Dazu ist es vorteilhaft, die Abtastung des Straßenraums durch Laserstrahlen auch zur Aufnahme eines photographischen Bildes des Straßenraums unter Berücksichtigung der Lichtintensität der reflektierten Strahlen zu nutzen (Anspruch 17). Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrbahn durch ein zusätzliches, vorzugsweise digitales Bildaufnahmegerät aufgenommen werden. DasThe method according to claim 14 with further development according to claim 15 is particularly useful for making the road condition visible when the height values of the roadway profile are colored differently. As a supplement and to clarify the recording of the street surface, claims 17 and 18 propose that the light intensity of the reflected rays is also taken into account in the image evaluation. For this purpose, it is advantageous to use the scanning of the street space by laser beams to also take a photographic image of the street space, taking into account the light intensity of the reflected beams (claim 17). Alternatively or additionally, the roadway can be recorded by an additional, preferably digital image recording device. The

Bildaufnahmegerät kann zusätzlich zu dem Scanner an dem Fahrzeug mitgeführt werden. Es ist möglich, auch die Bildpunkte der digital aufgenommenen Straßenoberfläche auf dasselbe Koordinatensystem zu beziehen wie die durch den Scanner aufgenommenen Bildpunkte. Auf diese Weise kann vor allem auch die Lichtintensität der reflektiertenImage recording device can be carried on the vehicle in addition to the scanner. It is also possible to relate the pixels of the digitally recorded road surface to the same coordinate system as the pixels recorded by the scanner. In this way, above all, the light intensity of the reflected

Strahlen ermittelt und den durch den Laserstrahl getroffenen Bildpunkten der Oberfläche zugeordnet werden.Beams are determined and the pixels hit by the laser beam are assigned to the surface.

Hierdurch können z. B. Fahrbahnmarkierungen, die Rauigkeit oder derThis allows z. B. road markings, roughness or

Straßenrand gegenüber den Randstreifen ermittelt und die gesamteRoadside determined against the verge and the entire

Fahrbahn örtlich festgelegt werden.Lane can be fixed locally.

Mit dem Verfahren nach dieser Erfindung sind folgenden Messungen undWith the method according to this invention the following measurements and

Darstellungen möglich:Representations possible:

Linearer Verlauf des FahrbahnquerschnittesLinear course of the road section

Fahrbahnneigung in LängsrichtungLongitudinal slope of the road

Fahrbahnneigung in QuerrichtungCross slope

Absolute Höhe der Fahrbahnoberfläche, z. B. wichtig für die Frage derAbsolute height of the road surface, e.g. B. important for the question of

Schnee- oder EisbildungSnow or ice formation

Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass diese Messergebnisse auch sichtbar gemacht werden können. Grundsätzlich kann nur eines dieser Messergebnisse durch farbliche Ausgestaltung sichtbar gemacht werden. Eine Kombinierung ist jedoch auch möglich und zwar durchThe special feature of the method is that these measurement results can also be made visible. Basically, only one of these measurement results can be made visible by color. However, a combination is also possible, namely through

Farbe + ZahlenColor + numbers

Farbe + Isolinien (Linien gleicher Höhe) Farbe + Schummerung, wobei das Querprofil durch Farbe und die absolute Höhe durch Schummerung dargestellt wird.Color + isolines (lines of the same height) color + shading, whereby the cross profile is represented by color and the absolute height by shading.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen: Figur 1: Ein Fahrzeug zur Aufnahme der Straßenoberfläche inThe invention is described below using exemplary embodiments. Show it: Figure 1: A vehicle for recording the road surface in

Seitenansicht.Side view.

Figur 2: dito in Frontansicht.Figure 2: Ditto in front view.

Figur 3: einen Messaufbau.Figure 3: a measurement setup.

Figur 4: Beispiel eines aufgenommenen FahrbahnprofilsFigure 4: Example of a recorded roadway profile

Figur 5: Ein Fahrzeug wie in Fig.1, jedoch zusätzlich ausgerüstet mit einerFigure 5: A vehicle as in Fig.1, but additionally equipped with a

Kamera.Camera.

In Figur 1 ist dargestellt, dass die Fahrbahn 1 einer Straße durch ein normales Straßenfahrzeug 2 befahren wird. An dem Fahrzeug ist etwa 2 m über derIt is shown in FIG. 1 that a normal road vehicle 2 travels on the road 1 of a road. The vehicle is about 2 m above sea level

Fahrbahn 1 ein Halter 3 auskragend befestigt. An dem Halter 3 sitzt ein Scanner 4. Der Scanner 4 besteht aus einem Sender (Laserstrahlemittor) 4.1 und einem Laserempfänger 4.2. Der Laserstrahl - Emittor ist in einer Bewegungsebene 9 (Pendelebene) auf die Fahrbahn gerichtet. Die Pendeiebene liegt dabei im wesentlichen senkrecht - bezogen auf die Längsansicht nach Figur 1 - auf der Fahrbahnebene. Der Laserstrahl wird diffus von der Oberfläche reflektiert. Der Empfänger 4.2 bildet mit dem Laserstrahl - Emittor den Scanner; beide sind zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Jedenfalls ist ihre Position relativ zueinander festgelegt. Der Empfänger 4.2 besitzt eine ausreichende Empfindlichkeit, um den in seiner Richtung reflektierten Teil des Laserstrahls zu registrieren.Lane 1 a bracket 3 attached cantilever. A scanner 4 sits on the holder 3. The scanner 4 consists of a transmitter (laser beam emitter) 4.1 and a laser receiver 4.2. The laser beam emitter is directed onto the road in a movement plane 9 (pendulum plane). The pende plane is essentially vertical - based on the longitudinal view according to FIG. 1 - on the roadway level. The laser beam is reflected diffusely from the surface. The receiver 4.2 forms the scanner with the laser beam emitter; both are combined into one unit. In any case, their position is fixed relative to each other. The receiver 4.2 has sufficient sensitivity to register the part of the laser beam reflected in its direction.

Wie aus der Frontansicht nach Figur 2 ersichtlich, ist der Scanner 4 etwa mittig an dem Fahrzeug angeordnet. Er kann jedoch auch seitlich, insbesondere links seitlich angeordnet sein. Dadurch wird es möglich, die gesamte Fahrbahn abzutasten, auch wenn sich das Fahrzeug im Rechtsverkehr bewegt und dabei den fließenden Verkehr nicht behindert. Im dargestellten Beispiel liegt allerdings der Scanner 4 in der Fahrzeugmitte. Das Fahrzeug verfügt jedoch zusätzlich über die an den Fahrzeugseiten angeordneten Scanner 5 und 6 mit jeweils dem Emittor 5.1 bzw. 6.1 und dem Empfänger 5.2 bzw. 6.2. Der Laserstrahl des Scanners 4 wird in einem vorgegebenen Zeittakt impulsweise erzeugt. Nach jedem Impuls schwenkt die Richtung des nächsten Laserstrahls um einem bestimmten Winkelbetrag von z. B. 1° Grad. Der Gesamtschwenkwinkel phi beträgt ca. 60°. Bei einer Höhe des Scanners von 2 m kann daher etwa eine Profillinie von 2,50 m Länge abgetastet werden.As can be seen from the front view according to FIG. 2, the scanner 4 is arranged approximately in the middle of the vehicle. However, it can also be arranged on the side, in particular on the left. This makes it possible to scan the entire road, even if the vehicle is moving in right-hand traffic and does not hinder the flowing traffic. In the example shown, however, the scanner 4 is in the middle of the vehicle. However, the vehicle additionally has the scanners 5 and 6 arranged on the sides of the vehicle, each with the emitter 5.1 or 6.1 and the receiver 5.2 or 6.2. The laser beam from the scanner 4 is generated in pulses in a predetermined time cycle. After each pulse, the direction of the next laser beam pivots by a certain angle, e.g. B. 1 ° degrees. The total swivel angle phi is approx. 60 °. With a scanner height of 2 m, a profile line of 2.50 m in length can therefore be scanned.

Für die Scanner 5 und 6 gilt Entsprechendes mit der Besonderheit, dass der Öffnungswinkel phi des jeweiligen Pendelwinkeis seitwärts gerichtet ist. Daher überdecken sich die Pendelebenen im Bereich des Oberfiächenprofils nur jeweils ein kurzes Stück. Dieses kurze Stück reicht aus, um die Identität der aufgenommenen Daten des mittleren Scanners 4 und der seitlichen Scanner 5 bzw. 6 in dem Überdeckungsbereich festzustellen und dadurch eine ununterbrochene Aufnahme des Querprofils des gesamten Straßenkörpers unter Einschluß der Straßenränder und etwaiger Bauten, Bäume, Schilder und dergleichen im Seitenbereich der Straße.The same applies to the scanners 5 and 6 with the special feature that the opening angle phi of the respective pendulum angle is directed sideways. Therefore, the pendulum levels overlap each other only a short distance in the area of the surface profile. This short piece is sufficient to determine the identity of the recorded data of the middle scanner 4 and the lateral scanners 5 and 6 in the coverage area and thereby an uninterrupted recording of the cross-section of the entire road body, including the road edges and any structures, trees, signs and the like in the side area of the street.

In gleicher Weise kann der obere Straßenraum durch weitere Scanner abgetastet werden, die hier jedoch nicht dargestellt sind. Das Fahrzeug ist mit einem Inertial (Trägheits) Navigationssystem 7 und einem Satellitennavigationssystem 8 (GPS) ausgerüstet. Zu Beginn einer jeden Messfahrt wird die genaue topographische Lage des Scanners 4 bzw. auch der Scanner 5 und 6 mit Hilfe des GPS-Systems sowie die topographische Höhe festgestellt und als Nullposition festgelegt und gespeichert. Die Neigung des Fahrzeugs in Längsrichtung und Querrichtung wird an einer festliegenden topographischen Linie wie z.B. dem Lot 18 eingemessen. Hierzu wird die Neigung der Bewegungsebene 9 zum topographischen Lot 18 und ebenso die Neigung der Mittellinie 10 (Fig.2) der Pendelbewegung zum topographischen Lot ermittelt und mit der Nullposition festgelegt.In the same way, the upper street space can be scanned by further scanners, which are not shown here, however. The vehicle is equipped with an inertial navigation system 7 and a satellite navigation system 8 (GPS). At the beginning of each measurement run, the exact topographical position of the scanner 4 or also the scanners 5 and 6 is determined with the aid of the GPS system and the topographical height, and is determined and stored as the zero position. The inclination of the vehicle in the longitudinal and transverse directions is determined on a fixed topographical line, e.g. the Lot 18 measured. For this purpose, the inclination of the movement plane 9 to the topographical plumb line 18 and also the inclination of the center line 10 (FIG. 2) of the pendulum movement to the topographical plumb line are determined and set with the zero position.

In dem topographischen Rechner 11, welcher in Figur 3 dargestellt ist und welcher in dem Fahrzeug mitgeführt wird, wird diese topographische Position des Scanners eingegeben und als Nullpunkt des dreiachsigen topographischen Koordinatensystems festgelegt.In the topographic computer 11, which is shown in FIG. 3 and which is carried in the vehicle, this becomes topographic Enter the position of the scanner and set it as the zero point of the three-axis topographic coordinate system.

Der Scanner 4 hat also ein eigenes konstant bleibendesThe scanner 4 thus has its own constant one

Koordinatensystem. Die Daten, welche durch die weiteren Scanner 5 undCoordinate system. The data, which by the further scanner 5 and

6 gewonnen werden, werden ebenfalls auf dieses Koordinatensystem umgerechnet.6 won are also converted to this coordinate system.

Während der Messfahrt in der Strecke S wird nunmehr mittels desDuring the measurement run in route S, the

Trägheitsnavigationssystems (Inertial-Navigationssystem (INS)) 7 und eines am Fahrzeug befestigten (in Figur 3 dargestellten)Inertial navigation system (inertial navigation system (INS)) 7 and one attached to the vehicle (shown in FIG. 3)

Steckenmessgerätes 12 die Position des Scanners laufend fortgeschrieben und auf eine bestimmte Querschnittsebene der Strecke bezogen. Dies geschieht in einem vorbestimmten Zeittakt, der durch denPlug measuring device 12 continuously updated the position of the scanner and related to a specific cross-sectional plane of the route. This happens at a predetermined time, which is determined by the

Zeitgeber 13 vorgegeben wird, z. B. mit 1000 Hz.Timer 13 is predetermined, for. B. at 1000 Hz.

Das INS erfaßt die Fahrstrecke und die Neigung des Fahrzeuges in allen drei Raumachsen einschl. der lotbezogenen Informationen.The INS records the route and the inclination of the vehicle in all three spatial axes including the lot-related information.

Das INS-System wird ständig an Messdaten des GPS-Systems korrigiert.The INS system is constantly corrected using measurement data from the GPS system.

Zum Vergleich mit den Daten des Trägheitsnavigationssystems kann auch ein Barometer und ein Neigungsmeßgerät dienen.A barometer and an inclinometer can also be used for comparison with the data from the inertial navigation system.

Das INS arbeitet mit einer Frequenz von bis zu 1000 Hz. DieThe INS works with a frequency of up to 1000 Hz

Arbeitsfrequenz des INS ist dem Zeitrahmen des GPS angepaß Das GPS arbeitet im Sekundentakt. Dies ist allerdings keine Voraussetzung; es ist vielmehr auch möglich, dass die Messdaten des INS zeitlich so interpoliert werden, dass sie in den Zeitrahmen des GPS hineinpassen.The operating frequency of the INS is adapted to the time frame of the GPS. The GPS works every second. However, this is not a requirement; it is also possible that the measurement data of the INS are interpolated in time so that they fit into the time frame of the GPS.

In dem Zeitrahmen, welcher durch den Zeitgeber 13 vorgegeben ist, erfolgt gleichzeitig eine Fortschreibung bzw. Gegenkontrolle derIn the time frame, which is predetermined by the timer 13, an update or countercheck of the

Istposition mit Hilfe des Satellitennavigationssystems, bezogen auf das zuvor festgelegte Koordinatensystem.Actual position with the help of the satellite navigation system, based on the previously defined coordinate system.

Während der Messfahrt werden Laserstrahlen mit einer vorgegebenenDuring the measurement run, laser beams with a predetermined one

Impulsfrequenz erzeugt und auf die Fahrbahn gerichtet Anzustreben ist, dass auch diese Impulsfrequenz bzw. der Zeittakt der Impulserzeugung imPulse frequency generated and directed towards the road It is desirable that this pulse frequency or the timing of the pulse generation in the

Zeitrahmen des INS und GPS liegt. Sofern das gerätetechnisch nicht möglich ist, wird in dem Rechner 14 eine Interpolation vorgenommen, d.h. die Signaldaten, die von dem Empfänger 4.2 an den Fahrbahnrechner 14 übermittelt werden, werden auf den Zeittakt des Zeitgebers 13 umgerechnetTime frame of the INS and GPS lies. If this is not technically possible, an interpolation is carried out in the computer 14, ie the signal data that are transmitted from the receiver 4.2 to the roadway computer 14 are converted to the timing of the timer 13

In dem Ausführungsbeispiel hat der Laser einen unterschiedlichenIn the exemplary embodiment, the laser has a different one

Zeittakt. Daher uss jedes Lasersignal einen bestimmten Zeitstempel haben; von diesem zugeordneten Zeitsignal aus wird das einzelneTime clock. Therefore each laser signal must have a specific time stamp; the individual becomes from this assigned time signal

Lasersignal in den Zeitrahmen des INS interpoliert.Laser signal interpolated into the time frame of the INS.

Die Strahirichtung des Emittors wird in Winkelschntten von z.B. 1° in derThe beam direction of the emitter is measured in angular sections of e.g. 1 ° in the

Pendelebene 9 zwischen den Schenkeln des Öffnungswinkels phi verschwenkt.Pendulum plane 9 pivoted between the legs of the opening angle phi.

Der Fahrbahnrechner 14 erfasst zum einem den Zeitpunkt der Erzeugung des einzelnen Laserstrahls und zum anderen den Zeitpunkt des Empfang des reflektierten Teils des Laserstrahls.The roadway computer 14 detects the time at which the individual laser beam was generated and the time at which the reflected part of the laser beam was received.

Diese Zeitdifferenz ist ein Maß für den Abstand des jeweils reflektierendenThis time difference is a measure of the distance between the reflecting

Punktes der Fahrbahnoberfläche von dem Scanner.Point of the road surface from the scanner.

Dabei erfolgt eine ständige Korrektur des Mess-Signals entsprechend derThe measurement signal is continuously corrected in accordance with the

Pendelbewegung des Scannerstrahls und dem jeweiligen Abstrahlwinkel.Pendulum movement of the scanner beam and the respective beam angle.

Aus der Zeitdifferenz wird der Abstand der reflektieren den Stelle von dem Scanner in dem Fahrbahnrechner 14 dadurch ermittelt, daß dieFrom the time difference, the distance of the reflecting point from the scanner in the roadway computer 14 is determined in that the

Neigung der Pendelebene gegenüber dem Lot sowie die Neigung des jeweiligen Laserstrahls gegenüber der Mittellinie des Öffnungswinkeis so berücksichtigt wird, als sei jeder Laserstrahl lotrecht auf dieInclination of the pendulum plane with respect to the plumb line and the inclination of the respective laser beam with respect to the center line of the opening angle is taken into account as if each laser beam was perpendicular to the

Straßenoberfläche gerichtet worden.Street surface has been addressed.

In Figur 4 ist ein Straßenprofil an einem bestimmten topographischenIn Figure 4 is a road profile on a particular topographical

Punkt der Straßenlänge dargestellt, welches mit dem erfindungsgemäßenPoint of road length shown, which with the invention

Verfahren aufgenommen worden ist.Procedure has been included.

Es ist ersichtlich, daß die Profillinie topographisch auch mit ihrenIt can be seen that the profile line topographically also with their

Höhenwerten eingemessen ist. Dadurch werden z.B. die seitliche Neigung der Straße, der im wesentlichen ebene Standstreifens die Rillen 17 in dem am stärksten befahrenen Teil der Straße, aber auch Löcher sichtbar.Height values is measured. As a result, for example, the lateral inclination of the road, the substantially flat hard shoulder, the grooves 17 in the most heavily trafficked part of the road, but also holes, are visible.

Bäume, Schilder und dergi. erscheinen als seitliche Begrenzung derTrees, signs and dergi. appear as a lateral limitation of the

Profillinie. Durch eine dichte Folge derartiger Profillinien im Verlauf der Straßenlänge entsteht ein dreidimensionales Gitternetzmodell der Straße, welches die Neigung sowie die Ebenheil Unebenheit der Straße sichtbar macht. Ebenso können Punkte gleicher Höhe zu Höhenlinien verbunden und auf diese Weise dargestellt werden.Profile line. A dense succession of such profile lines along the length of the street creates a three-dimensional grid model of the street, which makes the slope and the unevenness of the street visible. Points of the same height can also be connected to form contour lines and displayed in this way.

Die einzelnen angestrahlten Punkte der Straßenoberfläche können jedoch auch „eingefärbt" werden, indem jedem Punkt eine bestimmte, von seiner Höhenlage abhängige Farbe zugeordnet und der Punkt in dieser Farbe in den topographischen Koordinaten der Ebene dargestellt wird. Diese Visualisierung kann z.B. dadurch geschehen, dass die Reflektionssignale in Kategorien eingeteilt werden und jeder Kategorie eine bestimmte Farbe zugeordnet wird. Dabei kann es sich um unterschiedliche Grautöne (Schummerung) oder aber um Farben der Farbskala handeln. Es wird also jeder Punkt der Straßenoberfläche zum einen Hochwert und Rechtswert geodätisch zugeordnet und zum anderen wird seine Höhe durch Zuordnung einer bestimmten Farbe kodiert. Auf die geodätische Fläche der Straße wird ein quadratisches Gitter gelegt und jedem Gitterpunkt eine bestimmte Höhe zugeordnet Die Farbzuordnung geschieht vorzugsweise nicht nach dem topographischen Hochwert sondern nach Werten, welche z.B. um die Istneigung des Scanners, um den mittleren Hochwert der jeweiligen Profillinie, um den mittleren Hochwert der jeweiligen Profillinie unter Einschluß der Neigung der Profillinie derart korrigiert sind, daß durch die farbliche Gestaltung bestimmte Aussagen möglich werden. Dadurch können z.B. Schlaglöcher sichtbar gemacht, alle anderen Unebenheiten jedoch ausgeblendet oder -umgekehrt - Schlaglöcher ausgeblendet und nur Neigungen und großflächige Unebenheiten sichtbar gemacht werden. Dadurch erscheint ein topographisch genaues Bild des Straßenverlaufs, in welchem durch Farbgebung die Hochlage der Bildpunkte sichtbar gemacht und z.B. Ausdehnung und Verlauf von Unebenheiten, Rillen, Wellen, Löchern, Neigungen ä dergl. farblich erkennbar sind. Die Fahrgeschwindigkeit des Vermessungsfahrzeuges geht in das Meßergebnis nur geringfügig und vernachiässigbar ein. Es entsteht auch bei hohen Geschwindigkeiten des Meßfahrzeugs von z.B. 50 und bis zu 70 km/h ein praktisch lückenloses Bild der Fahrbahn. Das Verfahren ist brauchbar zur Aufnahme der Oberfläche jeder Fahrbahn, welche mit einem Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug befahren werden kann, also für Straßen, Plätze, aber auch z.B. für Rollbahnen auf Flugplätzen.However, the individual illuminated points on the road surface can also be "colored" by assigning each point a specific color depending on its altitude and displaying the point in this color in the topographical coordinates of the plane. This visualization can be done, for example, by the Reflection signals are divided into categories and each category is assigned a specific color, which can be different shades of gray (shading) or colors on the color scale.Therefore, each point on the road surface is assigned a high value and legal value, and it is also geodetically assigned its height is coded by assigning a certain color A square grid is placed on the geodetic surface of the street and a certain height is assigned to each grid point The color assignment is preferably not based on the topographical high value but on values, for example, about the actual inclination of the scanner to the average high value of the respective profile line, to the average high value of the respective profile line, including the inclination of the profile line, are corrected in such a way that the colored design makes certain statements possible. For example, potholes can be made visible, but all other bumps can be hidden or, conversely, potholes can be hidden and only inclinations and large bumps can be made visible. This gives a topographically accurate picture of the course of the road, in which the high point of the pixels is made visible by color and, for example, the extent and course of bumps, grooves, waves, holes, inclinations and the like can be recognized in color. The driving speed of the surveying vehicle is only slightly and negligibly included in the measurement result. Even at high speeds of the measuring vehicle of, for example, 50 and up to 70 km / h, there is a practically complete picture of the road. The method can be used to record the surface of every roadway that can be driven on by a vehicle, preferably a motor vehicle, that is to say for roads, squares, but also, for example, for taxiways on airfields.

Um zusätzliche Daten und Darstellungsmöglichkeiten der Fahrbahnoberfläche zu gewinnen, wird auch vorgesehen, die Intensität reflektierter Lichtstrahlen zu messen. Hieraus kann die Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn ermittelt werden. Es kann die Intensität der reflektierten Laserstrahlen gemessen werden. In diesem Falle ist der Laserstrahl - Empfänger entsprechend einzurichten. Das Fahrzeug nach Figur 5 entspricht in der Darstellung und Beschreibung demjenigen nach Fig.1; es ist jedoch zusätzlich ausgerüstet mit einer Kamera, z.B. CCD IR Kamerasystem mit Kamera 19. Das CCD Stereo-Kamerasystem besteht aus folgenden Einzelmodulen:In order to obtain additional data and display options for the road surface, provision is also made to measure the intensity of reflected light beams. The surface condition of the roadway can be determined from this. The intensity of the reflected laser beams can be measured. In this case, the laser beam receiver must be set up accordingly. The vehicle of Figure 5 corresponds in representation and description to that of Figure 1; however, it is additionally equipped with a camera, e.g. CCD IR camera system with camera 19. The CCD stereo camera system consists of the following individual modules:

❖ Der CCD-Kamera 19 mit mittlerer Auflösung und einer spektralen Sensitivität vom sichtbaren Licht bis ins nahe Infrarot❖ The CCD camera 19 with medium resolution and spectral sensitivity from visible light to near infrared

❖ ein Trigger (zur synchronen Bildaufnahme)❖ a trigger (for synchronous image acquisition)

❖ eine Hochgeschwindigkeits-Bilderzeugung (Framegrabber)❖ high-speed imaging (frame grabber)

❖ eine zusätzliche Infrarotbeleuchtung❖ additional infrared lighting

❖ eine Schnittstelle zur Zentralen Prozessoreinheit 14❖ an interface to the central processor unit 14

Auch die Position der Kamera wird zu Beginn der Meßfahrt eingemessen. Das Meßprinzip beruht darauf, daß gleichzeitig - triggergesteuert - Einzelbilder mittels der Kamera aufgenommen und die Bildpunkte einer Straßenprofil - Linie mittels des Scanners ermittelt werden. Durch eine Bildverarbeitung werden automatisch in den durch die CCD-Kamera aufgenommenen Bildern die durch den Scanner gleichzeitig aufgenommenen Bildpunkte ausgesucht. Auf diese Weise kann für jeden Bildpunkt die Intensität des reflektierten Lichtstrahls und damit seine Reflektionseigenschaft festgestellt werden.The position of the camera is also measured at the start of the measurement run. The measuring principle is based on the fact that - trigger-controlled - individual images are recorded by the camera and the pixels of a street profile line are determined by the scanner. Image processing automatically selects the image points recorded simultaneously by the scanner in the images recorded by the CCD camera. This way everyone can Pixel the intensity of the reflected light beam and thus its reflective property can be determined.

Aus allen gemessenen Reflektionseigenschaften werden zusätzliche Aussagen über die Oberflächenstruktur der Fahrbahn abgeleitet. Zur Visualisierung können unterschiedliche Oberflächenstrukturen auch farblich dargestellt werden. Es können z.B. Schäden in der Fahrbahnmarkierung, Schäden oder ungewollte Rauigkeiten der Fahrbahn, Straßenränder und Bankette sichtbar gemacht werden. Die Kombination von Laser-Scanner und CCD-IR Kamera hat den Vorteil, daß die beiden Systeme die gleiche Information auf unabhängige und unterschiedliche Art und Weise sammeln. Dadurch wird neben der Redundanz und Überprüfbarkeit der Aufnahmen auf Plausibilität auch eine zusätzliche Bildliche Darstellung der Straßenoberfläche ermöglicht. Additional statements about the surface structure of the roadway are derived from all measured reflection properties. Different surface structures can also be displayed in color for visualization. For example, damage to the road marking, damage or unwanted roughness of the road, road edges and banquets can be made visible. The combination of laser scanner and CCD-IR camera has the advantage that the two systems collect the same information in an independent and different way. In addition to the redundancy and verifiability of the images for plausibility, this also enables an additional visual representation of the road surface.

BezugszeichenaufstellungREFERENCE NUMBERS

1. Fahrbahn, Oberfläche1. Lane, surface

2. Fahrzeug, Kraftfahrzeug2. Vehicle, motor vehicle

3. Halter3. Holder

4. Scanner4. Scanner

4.1 Emittor4.1 Emittor

4.2 Empfänger4.2 Recipients

5. Scanner5. Scanner

5.1 Emittor5.1 Issuer

5.2 Empfänger5.2 Receiver

6. Scanner6. Scanner

6.1 Emittor6.1 Emittor

6.2 Empfänger6.2 Receiver

7. INS, Trägheitsnavigationssystem, Inertial-Navigationssystem7. INS, inertial navigation system, inertial navigation system

8. GPS, Global-Positioning-System, Satellitennavigationssystem8. GPS, global positioning system, satellite navigation system

9. Bewegungsebene, Pendelebene9. Movement level, pendulum level

10. Mittellinie des Öffnungswinkels phi10. Center line of the opening angle phi

11. Rechner, Positionsrechner11. Calculator, position calculator

12. Strecken messgerät, Wegstreckenzähler12. Distance measuring device, odometer

13. Zeitgeber13. Timer

14. Fahrbahnrechner, Oberflächenrechner, Profilrechner14. Lane calculator, surface calculator, profile calculator

15. Barometer15. Barometer

16. Neigungsmessgerät16. Inclinometer

17. Spur-Rillen 18.topographisches Lot, Lotrechte 19 Kamera, 3D CCD Kamera 17.Track creasing 18.topographical plumb, plumb 19 camera, 3D CCD camera

Claims

Ansprüche: Expectations: 1. Verfahren zur Aufnahme des Oberflächenzustandes einer Fahrbahn, bei welchem1. Method for recording the surface condition of a road, in which ❖ die Fahrbahn mit einem Fahrzeug in einer vorgegebenen Fahrtrichtung befahren wird,❖ the road is driven by a vehicle in a given direction, ❖ an dem Fahrzeug ein Scanner, bestehend aus Laserstrahlemittor und Laserstrahl - Empfänger über und mit Abstand zu der Oberfläche angeordnet ist,❖ a scanner, consisting of a laser beam emitter and a laser beam receiver, is arranged on the vehicle above and at a distance from the surface, ❖ Laserstrahlen auf die Fahrbahn gerichtet werden,❖ laser beams are directed onto the road, ❖ der Laserstrahl - Empfänger die von der Oberfläche diffus reflektierten Laserstrahlen erkennt und Empfangssignale erzeugt,❖ the laser beam receiver detects the laser beams diffusely reflected from the surface and generates reception signals, ❖ durch Umformung der Empfangssignale in einem Datenprozessor Signale erzeugt werden, welche die Lageänderung der Oberfläche und Unebenmäßigkeiten der Oberfläche repräsentieren (Oberflächensignal),❖ by transforming the received signals in a data processor, signals are generated which represent the change in position of the surface and unevenness of the surface (surface signal), ❖ der Laserstrahlemittor ein wiederkehrenden Bewegung in einer Abtastebene quer zur Fahrtrichtung ausführt; Kennzeichen:❖ the laser beam emitter performs a recurring movement in a scanning plane transverse to the direction of travel; Mark: Der an einer festen Stelle des Fahrzeugs montierte Scanner und insbesondere der Laserstrahlemittor führt in der Abtastebene (Pendelebene) eine Pendelbewegung mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit über einen vorgegebenen Öffnungswinkel aus;The scanner, which is mounted at a fixed point on the vehicle, and in particular the laser beam emitter, carries out a pendulum movement in the scanning plane (pendulum plane) with a predetermined angular velocity over a predetermined opening angle; Die Laserstrahlen werden impulsweise mit vorgegebener Frequenz (Laserstrahlpuls) derart erzeugt daß in der Abtastebene (Pendelebene) bei der Pendelbewegung des Scanners in vorgegebenen Winkelschritten jeweils ein Laserstrahlpuls erfolgt; Aus dem Empfangssignale des Laserstrahl -Empfängers wird die Dauer zwischen der Erzeugung jedes Laserstrahlpulses und dem Empfang des an der Oberfläche reflektierten Laserstrahls (Laufzeit) ermittelt; Zur Ermittlung des Oberflächensignals wird die Laufzeit korrigiert mit dem Winkel zwischen einer festliegenden Linie und dem jeweiligen Laserstrahlpuls.The laser beams are generated in pulses with a predetermined frequency (laser beam pulse) in such a way that a laser beam pulse occurs in the scanning plane (pendulum plane) during the pendulum movement of the scanner in predetermined angular steps; The duration between the generation of each laser beam pulse and the reception of the laser beam reflected on the surface (transit time) is determined from the received signals of the laser beam receiver; To determine the surface signal, the transit time is corrected using the angle between a fixed line and the respective laser beam pulse. 2. Verfahren nach Anspruch 1 Kennzeichen:2. The method as claimed in claim 1: Als festliegende Linie ist die Linie des kürzesten Abstandes des Scanners zur Fahrbahn gewähltThe line of the shortest distance between the scanner and the road is chosen as the fixed line 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß3. The method according to claim 1, characterized in that Als festliegende Linie ist eine Linie gewählt ist,, welche dem Fahrzeug, insbesondere dem Fahrzeug in seiner Ausgangslage zugeordnet ist.A line is selected as the fixed line, which is assigned to the vehicle, in particular the vehicle in its initial position. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die festliegende Linie eine topographische Linie, insbesondere die in der Pendelebene liegende Senkrechte auf der in der Pendelebene liegenden Erdtangente oder das Lot zur Erdoberfläche ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the fixed line is a topographical line, in particular the vertical lying in the pendulum plane on the earth tangent lying in the pendulum plane or the solder to the earth's surface. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 Kennzeichen: die Abweichung der Neigung der Pendelebene von ihrer zu Beginn der Meßfahrt aufgenommenen Lage und/ oder vorzugsweise die Abweichung der geringsten Neigung der Pendelebene zur Lotrechten wird in die Korrekturrechnung zur Ermittlung des Oberflächensignals einbezogen.5. The method according to any one of claims 1 to 4 characteristics: the deviation of the inclination of the pendulum plane from its position recorded at the start of the measurement journey and / or preferably the deviation of the smallest inclination of the pendulum plane to the vertical is included in the correction calculation for determining the surface signal. 6. Verfahren zur Aufnahme des Oberflächenzustandes einer Fahrbahn, bei welchem6. Method for recording the surface condition of a road, in which ❖ die Fahrbahn mit einem Fahrzeug in einer vorgegebenen Fahrtrichtung befahren wird,❖ the lane with a vehicle in a given Direction of travel is traveled, ❖ an dem Fahrzeug ein Scanner, bestehend aus Laserstrahlemittor und Laserstrahl - Empfänger über und mit Abstand zu der Oberfläche angeordnet ist,❖ a scanner, consisting of a laser beam emitter and a laser beam receiver, is arranged on the vehicle above and at a distance from the surface, ❖ der Laserstrahl mit vorgegebener Frequenz impulsweise (Laserstrahlpuls) auf die Fahrbahn gerichtet wird,❖ the laser beam is directed at the specified frequency in pulses (laser beam pulse) onto the road, ❖ der Laserstrahl - Empfänger die von der Oberfläche diffus reflektierten Laserstrahlen erkennt und Empfangssignale erzeugt,❖ the laser beam receiver detects the laser beams diffusely reflected from the surface and generates reception signals, ❖ durch Umformung der Empfangssignale des Laserstrahl - Empfängers in einem Datenprozessor Signalen erzeugt werden , welche die Lageänderung der Oberfläche und Unebenmäßigkeiten der Oberfläche repräsentieren (Oberflächensignal),❖ signals are generated by transforming the received signals of the laser beam receiver in a data processor, which represent the change in position of the surface and unevenness of the surface (surface signal), ❖ wobei der Laserstrahlemittor eine wiederkehrenden Bewegung in einer Abtastebene quer zur Fahrtrichtung ausführt; insbesondere Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 Kennzeichen: bei der Meßfahrt wird die Position des Scanners synchron zur❖ wherein the laser beam emitter performs a recurring movement in a scanning plane transverse to the direction of travel; In particular, the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the position of the scanner becomes synchronous with the measurement run Erzeugung der Laserstrahlpulse laufend fortgeschriebenGeneration of the laser beam pulses continuously updated (Istposition);(Actual position); Die in dem Datenprozessor erzeugten Oberflächensignale werden auf die fortgeschriebene Istposition des Scanners bezogen.The surface signals generated in the data processor are related to the updated actual position of the scanner. Verfahren nach Anspruch 6 Kennzeichen:Method according to claim 6 Die Position des Scanners wird vor der jeweiligen Messfahrtstrecke in den drei Raumachsen eingemessen und danach die Anfangskoordinaten des Scanners und der Oberfläche festgelegt; Die in dem Daten Prozessor erzeugten Oberflächensignale werden unter Berücksichtigung der fortgeschriebenen Istposition des Scanners auf die Anfangskoordinaten des Scanners bezogen.The position of the scanner is measured in front of the respective measurement route in the three spatial axes and then the initial coordinates of the scanner and the surface are determined; The surface signals generated in the data processor are related to the scanner's initial coordinates, taking into account the updated actual position of the scanner. Verfahren nach Anspruch 7 Kennzeichen:Method according to claim 7 Mark: Die Neigung des Fahrzeugs bzw. des Scanners, vorzugsweise dieThe inclination of the vehicle or scanner, preferably that Neigung in Fahrtrichtung (Längsneigung) und/öder die Neigung quer zur Fahrtrichtung (Querneigung), wird vor der jeweiligenInclination in the direction of travel (longitudinal inclination) and / or the inclination transverse to the direction of travel (transverse inclination) is in front of the respective Messfahrtstrecke in den drei Raumachsen eingemessenMeasuring distance measured in the three spatial axes (Anfangsneigung) und bei der Meßfahrt synchron zur Erzeugung der(Initial inclination) and during the measurement run synchronously with the generation of the Laserstrahlpulse laufend fortgeschrieben (Istneigung);Laser beam pulses continuously updated (actual tendency); Die in dem Oatenprozessor erzeugten Oberflächensignäle werden unter Berücksichtigung der Istneigung des Scanners auf dieThe surface signals generated in the oatenprocessor are applied to the surface taking into account the actual inclination of the scanner Anfangskoordinaten des Scanners bezogen.Starting coordinates related to the scanner. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8 Kennzeichen:9. The method according to any one of claims 7 or 8 features: Die Messfahrtstrecke wird laufend gemessen und di Oberflächensignäle werden auf die Messfahrtstrecke bezogen.The measurement route is continuously measured and the surface signals are related to the measurement route. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 Kennzeichen:10. The method according to any one of claims 7 to 9 Die Position des Scanners wird nach der Einmessung, welche vor der jeweiligen Messfahrtstrecke geschieht, während der Meßfahrt durch ein an dem Fahrzeug mitgeführtesTrägheits - Navigationssystem (Inertial-Navigationssystem -INS-) laufend fortgeschrieben {Istposition).The position of the scanner is continuously updated after the measurement, which occurs before the respective measurement route, during the measurement journey by an inertial navigation system (inertial navigation system -INS-) carried on the vehicle (actual position). 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 Kennzeichen:11. The method according to any one of claims 7 to 10 characteristics: Die Neigung des Fahrzeugs bzw. des Scanners (Längsneigung und/oder Quemeigung) wird durch das an dem Fahrzeug mit geführte Trägheits -Navigationssystem eingemessen (Anfangsneigung) und bei der Meßfahrt laufend fortgeschrieben (Istneigung). The inclination of the vehicle or the scanner (longitudinal inclination and / or transverse inclination) is measured by the inertial navigation system carried on the vehicle (initial inclination) and continuously updated during the measurement run (actual inclination). 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 Kennzeichen:12. The method according to any one of claims 7 to 11 Die topographische Lage des Scanners wird durch ein Satelliten - Navigationssystem (Global positioning System -GPS-) vor der jeweiligen Messfahrtstrecke erfaßt sowie eingemessen und/oder während der Meßfahrt synchron zur Erzeugung der Laserstrahlpulse laufend fortgeschrieben.The topographical position of the scanner is recorded by a satellite navigation system (Global positioning System -GPS-) in front of the respective measurement route and is measured and / or continuously updated during the measurement journey in synchronism with the generation of the laser beam pulses. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12 Kennzeichen13. The method according to any one of claims 6 to 12 marks Die Position des Scanners wird nach der Einmessung, welche vor der jeweiligen Messfahrtstrecke geschieht, während der Meßfahrt durch ein an dem Fahrzeug mitgeführtes Wegmeßsystem und/oder Barometer und/oder Neigungsmesser synchron zur Erzeugung der Laserstrahlpulse laufend fortgeschrieben (Istposition) und die ermittelten Daten mit den fortgeschriebenen gleichwertigen Istpositionen anderer Geräte taufend abgeglichen.The position of the scanner is continuously updated after the measurement, which takes place before the respective measuring trip, during the measuring trip by means of a position measuring system and / or barometer and / or inclinometer carried on the vehicle synchronously with the generation of the laser beam pulses (actual position) and the determined data with the updated updated actual positions of other devices. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 Kennzeichen:14. The method according to any one of claims 1 to 13 Den Oberflächensignalen werden bestimmte Farben für die bildliche Darstellung zugeordnet.Certain colors are assigned to the surface signals for visual representation. 15. Verfahren nach Anspruch 14 Kennzeichen:15. The method according to claim 14 features: Die Oberflächensignäle werden in Klassen eingeteilt, welche jeweils einem vorbestimmten absoluten oder relativen Höhenbereich zugeordnet sind;The surface signals are divided into classes, each of which is assigned to a predetermined absolute or relative height range; Den Klassen werden bestimmte Farben für die bildliche Darstellung zugeordnetCertain colors are assigned to the classes for visual representation 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 Kennzeichen: an dem Fahrzeug sind zwei oder mehr Scanner mit jeweils einem Laseremittor und einem Laserempfänger mit Abstand derart zueinander angeordnet und durch zeitliche Synchronisation der Laserpulse und Laserbewegungen derart betrieben, dass die Öffnungswinkel sich berühren oder teilweise überlappen, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Scanner mit ihrem Öffnungswinkel seitlich gerichtet und/ oder nach oben gerichtet sind.16. The method according to any one of claims 1 to 15 Characteristics: Two or more scanners, each with a laser emitter and a laser receiver, are arranged on the vehicle at a distance from one another and operated by synchronizing the laser pulses and laser movements in such a way that the opening angles touch or partially overlap, preferably one or more scanners with theirs Opening angles are directed laterally and / or upwards. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 Kennzeichen: die Lichtintensität der reflektierten Strahlen wird ermittelt und den durch den Laserstrahl getroffenen Bildpunkten der Oberfläche zugeordnet17. The method according to any one of claims 1 to 16 character: the light intensity of the reflected rays is determined and assigned to the pixels hit by the laser beam of the surface 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 Kennzeichen18. The method according to any one of claims 1 to 11 marks Durch eine vorzugsweise digitales Bildaufnahmegerät wird ein photographisches Bild der Oberfläche unter Berücksichtigung der Lichtintensität der reflektierten Strahlen hergestellt. A preferably digital image recording device is used to produce a photographic image of the surface, taking into account the light intensity of the reflected rays.
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