確定大地測量裝置的位置和定向偏移的方法及測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及根據權利要求1的序言的用于精確地確定大地測量裝置的位置和定向 偏移的方法、根據權利要求14的序言的運種大地測量裝置W及根據權利要求15的運種計算 機程序產品。
【背景技術】
[0002] 出于記錄測量環境中的限定點的特性(具體地為具有空間參照的數據)的目的，自 古代W來已經知道多個測量方法。運里，測量裝置的位置和對準W及到測量點的方向、距離 和角度被記錄為空間標準數據。經締儀或全站儀構成運些測量裝置或大地裝置的公知示 例。運些裝置具有用于確定到被選目標的方向和距離的角度測量功能和測距功能。在處理 中，在裝置的內部參照系統中確立角度和距離變量。出于確定絕對位置的目的，運些變量仍 然需要與外部絕對參照系統鏈接，其目的是測量裝置的精確絕對部署，因為其內部參照系 統在外部參照系統中的位置和定向通常用作基礎。
[0003] 為了精確地確立測量裝置的絕對的即地理參照的部署，能夠根據關于絕對參照的 目標點的當前部署中的大地測量精確地計算其位置和定向作為間接地理參照。大地測量是 借助于測量裝置的角度測量和測距功能的方向和距離測量，并且目標點是點狀固定且校準 的點，例如為大地測量特別地安裝的教堂塔尖或對象，例如存在于測量裝置的測量環境中 的建筑工地上的目標標記。位置和定向是根據至少=個目標點的相對于內部參照系統所測 量到的定位及其已知的絕對定位來計算的。換句話說，兩個參照系統之間的變換是根據目 標點在測量裝置的內部參照系統中和在外部參照系統中的定位來確定的。運種方法的缺點 是對分布在環境中的多個目標點所需的大地測量是費時的且成本密集的。
[0004] 根據現有技術，甚至對于在同一測量環境中復現并且與經組裝的測量裝置的拆卸 和新設置或位移連接的測量，勞動密集且費時的方法也是確定當前部署所需的。通過示例， 如果定線和定中屯、是在無需支出許多時間用于將測量裝置確切地建立在先前部署之上的 情況下著手的，則在運些情形下在先前的第一部署（即在早前定位處的位置和定向）與當前 的第二部署（即大地裝置的當前位置和定向）之間存在偏移。同一測量環境中的運些復現測 量來自相似的定位，并且同時，在處理中，不同的部署例如發生在建筑物工地上W便測量自 最后測量W來新近構建的對象點，或者多個測量在測量裝置的偏移的情況下發生W便能夠 完全配準擴展環境對象，例如測量房子的所有四個側面或者配準如從一個定位看時例如被 建筑物或巖架覆蓋的對象位置，例如街道。
[0005] 作為用于借助于連接至當前部署的GNSS接收機來確定當前部署的另選的方法的 直接地理參照提供不太精確的結果，而且，不利的原因在于該方法束縛于例如在隧道或密 集建成區域中可能被抑制的GNSS信號的接收。
【發明內容】
[0006] 因此，本發明的目的包括提供一種用于精確地確定大地測量裝置的當前的第二部 署相對于先前的第一部署的位置和定向偏移的另選且簡化的方法。
[0007] 本發明的另一目的包括使得能實現能夠被迅速地執行的運種位置和定向偏移的 完全自動化的精確確定。
[0008] 本發明的另一目的包括在不使用另一大地裝置的情況下并且在不使用位置提供 信號的情況下使得能實現運種位置和定向偏移的確定。
[0009] 本發明的另一目的包括關于運些部署中的一個參照從測量環境中的不同部署測 量的同一測量環境的測量環境點。
[0010] 本發明的另一目的包括基于先前的第一部署在外部具體地地理參照的參照系統 中使得能實現大地測量裝置的當前的第二部署的精確確定。
[0011] 本發明的另一目的包括為運種方法提供大地測量裝置。
[0012] 根據本發明，運些目的是通過獨立權利要求的特有特征或通過從屬權利要求的特 征來實現的，或者運些解決方案是通過獨立權利要求的特有特征或通過從屬權利要求的特 征來發展的。
[0013] 本發明設及一種用于精確地確定大地測量裝置的第二部署相對于第一部署的位 置和定向偏移的方法，其中兩個部署位于同一測量環境中。在該方法的范圍內，測量環境的 至少一個第二連續區域的環境的第二圖像是從第二部署記錄的。環境的第二圖像的圖像元 素與環境的第一圖像的對應的圖像元素相匹配，所述第一圖像是從第一部署記錄的并且對 測量環境的至少一個第一連續區域進行成像，其中第一連續區域和第二連續區域具有多個 公共測量環境點。關于與對應的圖像元素相對應的測量環境點的方向是基于相應圖像中的 相應的圖像元素的定位分別從第一部署和第二部署在大地測量裝置的內部參照系統中確 定的。未定標的位置和定向偏移（即仍然不對應于測量環境的真實尺寸的偏移)是根據所確 定的方向確立的。確定定標因子即成像尺度例如借助于按照精確無接觸優選激光光學方式 測量到的從第二部署到其方向已被確定的至少一個測量環境點的距離或者借助于具有已 知尺寸的測量環境的對象(例如，在正被使用的環境的優選第二圖像中成像的已知長度的 比例尺(scale bar)或測量路徑)來實現。精確地確定位置和定向偏移是基于所確定的從第 一部署和第二部署到與對應的圖像元素相對應的測量環境點的方向并且基于所確定的定 標因子來實現的。
[0014] 本發明同樣地設及一種用于執行根據本發明的方法的大地測量裝置。該大地測量 裝置具有被具體實現來執行根據本發明的方法的控制與評價單元。該大地測量裝置另外具 有被布置在底座上、可繞回轉軸回轉的結構。此外，該大地測量裝置具有帶用于發射激光束 的單元和激光測距功能的瞄準單元，基于所述激光測距功能到測量環境的點的距離可由激 光光學裝置測量。而且，該大地測量裝置具有用于精確地配準通過所述結構關于底座的相 對回轉位置限定的至少一個回轉角的角度測量功能，基于所述角度測量功能到測量環境點 的方向是可測量的。測量環境點被理解為意指該大地測量裝置的環境中的對象(建筑物、地 面上的區域等）的表面的一小點狀部分。此外，該大地測量裝置具有用于記錄環境的圖像的 單元，具體地為數碼相機或激光掃描模塊。在優選實施方式中，該大地測量裝置是全站儀或 經締儀。
[0015] 測量方向和距離是關于所述大地測量裝置的內部參照系統而實現的。部署將被理 解為意指所述大地測量裝置的固定位置和固定對準，所述固定位置和固定對準能夠被歸于 關于外部參照系統的位置和定向。換句話說，內部參照系統的零點或原點的定位W及內部 參照系統的坐標軸的方向二者可在相應部署中在外部參照系統中確定。
[0016] 不同的第一部署和第二部署源自大地測量裝置在同一測量環境內的偏移或位移， 并且因此自內部參照系統的原點的偏移或位移和/或自其對準的改變出現。運在兩個部署 之間導致位置偏移和/或定向偏移并且可通過由平移和/或旋轉構成的變換在數學上描述。 運個位置偏移和定向偏移或平移的參數是通過根據本發明的方法優選地關于所有六個自 由度(=個位置/平移自由度和=個定向/旋轉自由度)而確定的。可選地，所確定的位置/定 向偏移或變換參數被用來相對于限定第一部署的第一位置和第一定向確定限定第二部署 的第二位置和第二定向。如果第一部署是關于外部參照系統確定的，則因此還至少隱式地 存在第二部署關于外部參照系統的確定。具體地，如果通過參照用于參照例如具有通用橫 墨爾卡（UTM)投影的國際或歐洲陸地參照系統1989( ITRS89/ETR89)、世界大地系統84 (WGS84)或Gauss-K化ger系統的大地絕對參照系統來地理參照第一部署，則還至少隱式地 地理參照第二部署。確定位置/定向偏移或平移參數或第二部署能夠在處理中通常僅被隱 式地實現，使得該信息被用來W此確定信息的兩個其它項中的一個(例如來自位置/定向偏 移的第二部署）。如果信息的上述項中的任一個的顯式知識不是具有大地測量裝置的測量 對象本身所需的，則確定可選地是隱式的，使得該信息被用來確定從第二部署測量的測量 環境點關于第一部署或絕對外部參照系統的定位。換句話說，在運種情況下，在根據關于位 置偏移和定向偏移的知識確定測量環境點的位置方面存在來自第二部署的測量，如同該測 量是從第一部署執行的。
[0017] 從第二部署記錄環境的第二圖像W確定第二部署與第一部署之間的位置偏移和 定向偏移。環境的圖像由被大地測量裝置包括的用于記錄環境的圖像的單元(例如，具有位 置敏感檢測器(例如，CMOS傳感器或CCD傳感器）的數碼相機)或用于創建具有深度信息的環 境的圖像的單元(例如，范圍成像相機(RIM)、立體相機或激光掃描模塊)來記錄，其中激光 掃描模塊可選地被具體實現來配準反射激光強度。通過示例，例如在由同一申請人于2012 年1月30日提交的EP 12153163中描述了一種具有激光掃描模塊的大地測量裝置。因此，環 境的圖像例如是數字相片、范圍圖像或3D激光掃描。
[0018] 環境的第二圖像W及同樣地環境的第一圖像各自分別對測量環境的第二連續區 域和第一連續區域進行成像。理想地，環境的大連續區域被配準，例如與至少70° (具體地在 90°與270°之間，特別地在具有限定垂直孔徑角的至少大體水平對準(關于外部參照系統） 中至少130°)的記錄角范圍對應，所述限定垂直孔徑角的值例如位于從-90°到+90°具體地 在-50°與巧0°之間的值范圍中。優選地，大地測量裝置的定位的整個環境被記錄，即，優選 地存在環境的圖像在例如60°的垂直孔徑角情況下在360°的水平角范圍之上的可選地多步 記錄，作為其結果生成了全景圖像或范圍全景圖像或360°3D掃描。運優選地被自動地實現， 為此大地測量裝置具有用于旋轉的電機，借助于該電機用于記錄環境的圖像的單元能夠繞 水平軸旋轉。環境的圖像可W包括各自描繪環境的不同連續區域的多個單獨的圖像的組 合。通過示例，能夠組合各自在90°的記錄范圍情況下在水平方向上偏移了90°的四個記錄 W形成全景圖像作為環境的第二圖像。
[0019] 然而，根據本發明，與具有商業上可得到的數碼相機的技術能力的單個圖像記錄 相對應的環境的一個連續區域也是足夠的;也就是說，一般而言，