確定大地測(cè)量裝置的位置和定向偏移的方法及測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及根據(jù)權(quán)利要求1的序言的用于精確地確定大地測(cè)量裝置的位置和定向 偏移的方法、根據(jù)權(quán)利要求14的序言的運(yùn)種大地測(cè)量裝置W及根據(jù)權(quán)利要求15的運(yùn)種計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002] 出于記錄測(cè)量環(huán)境中的限定點(diǎn)的特性(具體地為具有空間參照的數(shù)據(jù))的目的，自 古代W來已經(jīng)知道多個(gè)測(cè)量方法。運(yùn)里，測(cè)量裝置的位置和對(duì)準(zhǔn)W及到測(cè)量點(diǎn)的方向、距離 和角度被記錄為空間標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。經(jīng)締儀或全站儀構(gòu)成運(yùn)些測(cè)量裝置或大地裝置的公知示 例。運(yùn)些裝置具有用于確定到被選目標(biāo)的方向和距離的角度測(cè)量功能和測(cè)距功能。在處理 中，在裝置的內(nèi)部參照系統(tǒng)中確立角度和距離變量。出于確定絕對(duì)位置的目的，運(yùn)些變量仍 然需要與外部絕對(duì)參照系統(tǒng)鏈接，其目的是測(cè)量裝置的精確絕對(duì)部署，因?yàn)槠鋬?nèi)部參照系 統(tǒng)在外部參照系統(tǒng)中的位置和定向通常用作基礎(chǔ)。
[0003] 為了精確地確立測(cè)量裝置的絕對(duì)的即地理參照的部署，能夠根據(jù)關(guān)于絕對(duì)參照的 目標(biāo)點(diǎn)的當(dāng)前部署中的大地測(cè)量精確地計(jì)算其位置和定向作為間接地理參照。大地測(cè)量是 借助于測(cè)量裝置的角度測(cè)量和測(cè)距功能的方向和距離測(cè)量，并且目標(biāo)點(diǎn)是點(diǎn)狀固定且校準(zhǔn) 的點(diǎn)，例如為大地測(cè)量特別地安裝的教堂塔尖或?qū)ο?，例如存在于測(cè)量裝置的測(cè)量環(huán)境中 的建筑工地上的目標(biāo)標(biāo)記。位置和定向是根據(jù)至少=個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)于內(nèi)部參照系統(tǒng)所測(cè) 量到的定位及其已知的絕對(duì)定位來計(jì)算的。換句話說，兩個(gè)參照系統(tǒng)之間的變換是根據(jù)目 標(biāo)點(diǎn)在測(cè)量裝置的內(nèi)部參照系統(tǒng)中和在外部參照系統(tǒng)中的定位來確定的。運(yùn)種方法的缺點(diǎn) 是對(duì)分布在環(huán)境中的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)所需的大地測(cè)量是費(fèi)時(shí)的且成本密集的。
[0004] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，甚至對(duì)于在同一測(cè)量環(huán)境中復(fù)現(xiàn)并且與經(jīng)組裝的測(cè)量裝置的拆卸 和新設(shè)置或位移連接的測(cè)量，勞動(dòng)密集且費(fèi)時(shí)的方法也是確定當(dāng)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(shí)間用于將測(cè)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(yùn)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(dāng)前 的第二部署（即大地裝置的當(dāng)前位置和定向）之間存在偏移。同一測(cè)量環(huán)境中的運(yùn)些復(fù)現(xiàn)測(cè) 量來自相似的定位，并且同時(shí)，在處理中，不同的部署例如發(fā)生在建筑物工地上W便測(cè)量自 最后測(cè)量W來新近構(gòu)建的對(duì)象點(diǎn)，或者多個(gè)測(cè)量在測(cè)量裝置的偏移的情況下發(fā)生W便能夠 完全配準(zhǔn)擴(kuò)展環(huán)境對(duì)象，例如測(cè)量房子的所有四個(gè)側(cè)面或者配準(zhǔn)如從一個(gè)定位看時(shí)例如被 建筑物或巖架覆蓋的對(duì)象位置，例如街道。
[0005] 作為用于借助于連接至當(dāng)前部署的GNSS接收機(jī)來確定當(dāng)前部署的另選的方法的 直接地理參照提供不太精確的結(jié)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(qū)域中可能被抑制的GNSS信號(hào)的接收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的包括提供一種用于精確地確定大地測(cè)量裝置的當(dāng)前的第二部 署相對(duì)于先前的第一部署的位置和定向偏移的另選且簡(jiǎn)化的方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的包括使得能實(shí)現(xiàn)能夠被迅速地執(zhí)行的運(yùn)種位置和定向偏移的 完全自動(dòng)化的精確確定。
[0008] 本發(fā)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(hào)的情況下使得能實(shí)現(xiàn)運(yùn)種位置和定向偏移的確定。
[0009] 本發(fā)明的另一目的包括關(guān)于運(yùn)些部署中的一個(gè)參照從測(cè)量環(huán)境中的不同部署測(cè) 量的同一測(cè)量環(huán)境的測(cè)量環(huán)境點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)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(tǒng) 中使得能實(shí)現(xiàn)大地測(cè)量裝置的當(dāng)前的第二部署的精確確定。
[0011] 本發(fā)明的另一目的包括為運(yùn)種方法提供大地測(cè)量裝置。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，運(yùn)些目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求的特有特征或通過從屬權(quán)利要求的特 征來實(shí)現(xiàn)的，或者運(yùn)些解決方案是通過獨(dú)立權(quán)利要求的特有特征或通過從屬權(quán)利要求的特 征來發(fā)展的。
[0013] 本發(fā)明設(shè)及一種用于精確地確定大地測(cè)量裝置的第二部署相對(duì)于第一部署的位 置和定向偏移的方法，其中兩個(gè)部署位于同一測(cè)量環(huán)境中。在該方法的范圍內(nèi)，測(cè)量環(huán)境的 至少一個(gè)第二連續(xù)區(qū)域的環(huán)境的第二圖像是從第二部署記錄的。環(huán)境的第二圖像的圖像元 素與環(huán)境的第一圖像的對(duì)應(yīng)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(duì) 測(cè)量環(huán)境的至少一個(gè)第一連續(xù)區(qū)域進(jìn)行成像，其中第一連續(xù)區(qū)域和第二連續(xù)區(qū)域具有多個(gè) 公共測(cè)量環(huán)境點(diǎn)。關(guān)于與對(duì)應(yīng)的圖像元素相對(duì)應(yīng)的測(cè)量環(huán)境點(diǎn)的方向是基于相應(yīng)圖像中的 相應(yīng)的圖像元素的定位分別從第一部署和第二部署在大地測(cè)量裝置的內(nèi)部參照系統(tǒng)中確 定的。未定標(biāo)的位置和定向偏移（即仍然不對(duì)應(yīng)于測(cè)量環(huán)境的真實(shí)尺寸的偏移)是根據(jù)所確 定的方向確立的。確定定標(biāo)因子即成像尺度例如借助于按照精確無接觸優(yōu)選激光光學(xué)方式 測(cè)量到的從第二部署到其方向已被確定的至少一個(gè)測(cè)量環(huán)境點(diǎn)的距離或者借助于具有已 知尺寸的測(cè)量環(huán)境的對(duì)象(例如，在正被使用的環(huán)境的優(yōu)選第二圖像中成像的已知長(zhǎng)度的 比例尺(scale bar)或測(cè)量路徑)來實(shí)現(xiàn)。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(duì)應(yīng)的圖像元素相對(duì)應(yīng)的測(cè)量環(huán)境點(diǎn)的方向并且基于所確定的定 標(biāo)因子來實(shí)現(xiàn)的。
[0014] 本發(fā)明同樣地設(shè)及一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的大地測(cè)量裝置。該大地測(cè)量 裝置具有被具體實(shí)現(xiàn)來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的控制與評(píng)價(jià)單元。該大地測(cè)量裝置另外具 有被布置在底座上、可繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。此外，該大地測(cè)量裝置具有帶用于發(fā)射激光束 的單元和激光測(cè)距功能的瞄準(zhǔn)單元，基于所述激光測(cè)距功能到測(cè)量環(huán)境的點(diǎn)的距離可由激 光光學(xué)裝置測(cè)量。而且，該大地測(cè)量裝置具有用于精確地配準(zhǔn)通過所述結(jié)構(gòu)關(guān)于底座的相 對(duì)回轉(zhuǎn)位置限定的至少一個(gè)回轉(zhuǎn)角的角度測(cè)量功能，基于所述角度測(cè)量功能到測(cè)量環(huán)境點(diǎn) 的方向是可測(cè)量的。測(cè)量環(huán)境點(diǎn)被理解為意指該大地測(cè)量裝置的環(huán)境中的對(duì)象(建筑物、地 面上的區(qū)域等）的表面的一小點(diǎn)狀部分。此外，該大地測(cè)量裝置具有用于記錄環(huán)境的圖像的 單元，具體地為數(shù)碼相機(jī)或激光掃描模塊。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該大地測(cè)量裝置是全站儀或 經(jīng)締儀。
[0015] 測(cè)量方向和距離是關(guān)于所述大地測(cè)量裝置的內(nèi)部參照系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。部署將被理 解為意指所述大地測(cè)量裝置的固定位置和固定對(duì)準(zhǔn)，所述固定位置和固定對(duì)準(zhǔn)能夠被歸于 關(guān)于外部參照系統(tǒng)的位置和定向。換句話說，內(nèi)部參照系統(tǒng)的零點(diǎn)或原點(diǎn)的定位W及內(nèi)部 參照系統(tǒng)的坐標(biāo)軸的方向二者可在相應(yīng)部署中在外部參照系統(tǒng)中確定。
[0016] 不同的第一部署和第二部署源自大地測(cè)量裝置在同一測(cè)量環(huán)境內(nèi)的偏移或位移， 并且因此自內(nèi)部參照系統(tǒng)的原點(diǎn)的偏移或位移和/或自其對(duì)準(zhǔn)的改變出現(xiàn)。運(yùn)在兩個(gè)部署 之間導(dǎo)致位置偏移和/或定向偏移并且可通過由平移和/或旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的變換在數(shù)學(xué)上描述。 運(yùn)個(gè)位置偏移和定向偏移或平移的參數(shù)是通過根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地關(guān)于所有六個(gè)自 由度(=個(gè)位置/平移自由度和=個(gè)定向/旋轉(zhuǎn)自由度)而確定的?？蛇x地，所確定的位置/定 向偏移或變換參數(shù)被用來相對(duì)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(guān)于外部參照系統(tǒng)確定的，則因此還至少隱式地 存在第二部署關(guān)于外部參照系統(tǒng)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(guó)際或歐洲陸地參照系統(tǒng)1989( ITRS89/ETR89)、世界大地系統(tǒng)84 (WGS84)或Gauss-K化ger系統(tǒng)的大地絕對(duì)參照系統(tǒng)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(shù)或第二部署能夠在處理中通常僅被隱 式地實(shí)現(xiàn)，使得該信息被用來W此確定信息的兩個(gè)其它項(xiàng)中的一個(gè)(例如來自位置/定向偏 移的第二部署）。如果信息的上述項(xiàng)中的任一個(gè)的顯式知識(shí)不是具有大地測(cè)量裝置的測(cè)量 對(duì)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(cè)量的測(cè)量 環(huán)境點(diǎn)關(guān)于第一部署或絕對(duì)外部參照系統(tǒng)的定位。換句話說，在運(yùn)種情況下，在根據(jù)關(guān)于位 置偏移和定向偏移的知識(shí)確定測(cè)量環(huán)境點(diǎn)的位置方面存在來自第二部署的測(cè)量，如同該測(cè) 量是從第一部署執(zhí)行的。
[0017] 從第二部署記錄環(huán)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(huán)境的圖像由被大地測(cè)量裝置包括的用于記錄環(huán)境的圖像的單元(例如，具有位 置敏感檢測(cè)器(例如，CMOS傳感器或CCD傳感器）的數(shù)碼相機(jī))或用于創(chuàng)建具有深度信息的環(huán) 境的圖像的單元(例如，范圍成像相機(jī)(RIM)、立體相機(jī)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(shí)現(xiàn)來配準(zhǔn)反射激光強(qiáng)度。通過示例，例如在由同一申請(qǐng)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(cè)量裝置。因此，環(huán) 境的圖像例如是數(shù)字相片、范圍圖像或3D激光掃描。
[0018] 環(huán)境的第二圖像W及同樣地環(huán)境的第一圖像各自分別對(duì)測(cè)量環(huán)境的第二連續(xù)區(qū) 域和第一連續(xù)區(qū)域進(jìn)行成像。理想地，環(huán)境的大連續(xù)區(qū)域被配準(zhǔn)，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(duì)準(zhǔn)(關(guān)于外部參照系統(tǒng)） 中至少130°)的記錄角范圍對(duì)應(yīng)，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(yōu)選地，大地測(cè)量裝置的定位的整個(gè)環(huán)境被記錄，即，優(yōu)選 地存在環(huán)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(jié)果生成了全景圖像或范圍全景圖像或360°3D掃描。運(yùn)優(yōu)選地被自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)， 為此大地測(cè)量裝置具有用于旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，借助于該電機(jī)用于記錄環(huán)境的圖像的單元能夠繞 水平軸旋轉(zhuǎn)。環(huán)境的圖像可W包括各自描繪環(huán)境的不同連續(xù)區(qū)域的多個(gè)單獨(dú)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(gè)記錄 W形成全景圖像作為環(huán)境的第二圖像。
[0019] 然而，根據(jù)本發(fā)明，與具有商業(yè)上可得到的數(shù)碼相機(jī)的技術(shù)能力的單個(gè)圖像記錄 相對(duì)應(yīng)的環(huán)境的一個(gè)連續(xù)區(qū)域也是足夠的;也就是說，一般而言，