具有多目標跟蹤功能的大地測繪系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測繪和跟蹤限定目標點的可動目標對象（3）的測繪系統(tǒng)，其中該測繪系統(tǒng)首先包括測繪裝置（1，11），該測繪裝置具有限定目標軸線的照準單元和用于產生取決于從最優(yōu)目標取向偏離的連續(xù)的當前量的偏差信號的檢測器，并且該測繪系統(tǒng)其次包括位于目標對象側的第二單元，該第二單元用于提供獨立于測繪裝置（1，11）的功能，以相對于外坐標系連續(xù)地確定目標對象（3）的運動和/或位置。根據(jù)本發(fā)明，測繪系統(tǒng)包括目標點跟蹤模式，在該模式中，以根據(jù)預定算法由控制單元（7）自動地控制的方式，連續(xù)地匯總并且更具體地累積：由第一單元當前產生的相應的第一測量數(shù)據(jù)，該第一測量數(shù)據(jù)至少取決于目標軸線的相應的當前取向和相應的當前量的偏差信號；以及由第二單元當前產生的相應的第二測量數(shù)據(jù)，該第二測量數(shù)據(jù)取決于目標對象（3）的相應的當前確定的運動和/或位置，并且基于此，得到用于以機動的方式連續(xù)自動地改變目標軸線的取向的控制信號，以使得目標軸線連續(xù)瞄準目標點。
【專利說明】具有多目標跟蹤功能的大地測繪系統(tǒng)和方法
[0001]本發(fā)明涉及一種權利要求1的前序部分所述的用于識別并且特別是跟蹤具有待被找準的目標點的可動目標對象的大地測繪系統(tǒng)，并且涉及根據(jù)權利要求12的前序部分所述的能借助這樣的系統(tǒng)執(zhí)行的測繪方法。本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求15所述的關聯(lián)計算機程序產品以及根據(jù)權利要求16所述的用于監(jiān)視和/或控制施工機械的用途或應用。
[0002]為了測繪目標點，自從古代就已知大量大地測繪裝置。在這種情況下，從測繪裝置到待被測繪的目標點的方向或角度以及通常還有距離被記錄，并且，特別是，測量裝置的絕對位置與可能存在的參考點一起被檢測為空間標準數(shù)據(jù)。
[0003]這樣的大地測繪裝置的通常已知的示例包括經緯儀、視距儀和全站儀，其也被指定為電子視距儀或計算機視距儀。來自現(xiàn)有技術的一種大地測繪裝置例如在公布文獻EP1686350中被描述。這樣的裝置具有基于電傳感器的角度，并且，如果合適，具有允許相對于所選擇的目標確定方向和距離的測距功能。在這種情況下，角度和距離變量在裝置的內部參考系中被確定，并且，如果合適，還必須與外部參考系結合以用于絕對位置確定。
[0004]在許多大地測繪應用中，點通過被定位在那里或安裝在可動車輛上的特別構造的目標對象來測繪。所述目標對象例如包括用于限定測量路徑或測量點的具有反射器(例如全方位棱鏡)的垂桿。然而，在沒有反射器的情況下操作的測繪系統(tǒng)也是可行的，諸如在具有申請?zhí)朎P10168771.3的歐洲專利申請中所描述的。
[0005]現(xiàn)代全站儀具有用于數(shù)字進一步處理和存儲檢測到的測量數(shù)據(jù)的微處理器。該裝置通常具有緊湊的整體設計，其中同軸距離測量元件以及還有計算、控制和存儲單元通常存在于裝置中。取決于全站儀的膨脹階段，瞄準或照準裝置的機械化并且在使用回射器(例如全方位棱鏡)作為目標對象的情況下，用于自動目標查找和跟蹤的裝置能附加地被集成化。作為人機界面，全站儀能具有電子顯示控制單元，該電子顯示控制單元通常為具有電子數(shù)據(jù)存儲裝置、具有顯示和輸入裝置(例如鍵盤)的微處理器計算單元。以基于電傳感器的方式檢測到的測量數(shù)據(jù)被供給到顯示控制單元，使得目標點的位置能被確定，可選地被顯示控制單元顯示和存儲。從現(xiàn)有技術已知的全站儀還能具有用于建立至外圍部件(例如手持式數(shù)據(jù)獲得裝置，其能被特別地設計為數(shù)據(jù)記錄器或場計算機)的無線電線路的無線電數(shù)據(jù)接口。
[0006]為了照準或瞄準待被測繪的目標點，一般類型的大地測繪裝置具有作為照準裝置的望遠鏡準鏡，諸如光學望遠鏡。望遠鏡準鏡通常能繞豎直軸線并且繞水平傾斜軸線相對于測量裝置的基部旋轉，使得望遠鏡準鏡能通過樞轉和傾斜與待被測繪的點對準。除光學觀察通道以外，現(xiàn)代裝置能具有用于檢測圖像的照相機，所述照相機被集成到望遠鏡準鏡中并且例如同軸地或以平行方式對準，其中所檢測到的圖像能被特別地在顯示控制單元的顯示器上和/或外圍裝置的顯示器(例如遠程控制所使用的數(shù)據(jù)記錄器)上顯示為活動圖像。在這種情況下，照準裝置的光學系統(tǒng)能具有手動聚焦裝置(例如調節(jié)螺釘)以改變聚焦光學系統(tǒng)或自動聚焦器的位置，其中聚焦位置例如由伺服馬達改變。舉例來說，大地測繪裝置的這樣的照準裝置在歐洲專利申請N0.09152540.2中被描述。用于大地測繪裝置的望遠鏡準鏡的自動聚焦裝置例如從DE19710722、DE19926706或DE19949580已知。[0007]舉例來說，大地測繪裝置的一般望遠鏡準鏡的構造在公布文獻EP1081459或EP1662278中被公開。
[0008]一些具有高膨脹水平的測繪裝置同時具有用于充當目標反射器的棱鏡的自動目標跟蹤功能(ATR 目標自動識別”)。為此，另一單獨的ATR光源和對所述光源的發(fā)射波長敏感的ATR檢測器(例如CCD區(qū)域傳感器)常規(guī)上被附加地集成在望遠鏡中。
[0009]在ATR精細瞄準和ATR目標跟蹤功能的情景中，在這種情況下，ATR測量束沿照準裝置的光學目標軸線的方向被發(fā)射并且例如在全方位棱鏡(作為目標反射器)處被回射，并且反射束由ATR傳感器檢測到?；诠鈱W目標軸線從全方位棱鏡的對準的偏離，在這種情況下，在ATR傳感器上反射的輻射的碰撞位置也從中心傳感器區(qū)域位置偏離(即，在ATR區(qū)域傳感器上在棱鏡處被回射的ATR測量束的反射光點不會位于ATR區(qū)域傳感器的中心中并且因此不會撞擊例如基于校準被限定為對應于光學目標軸線的位置的期望位置上)。
[0010]如果是這樣的情況，則照準裝置的對準通常以機動方式被略微重新調整，使得在棱鏡處回射的ATR測量束以非常高的精度撞擊在ATR區(qū)域傳感器上的傳感器區(qū)域的中心中(即，照準裝置的水平和豎直角因此被反復地改變和適應直到反射光點的中心與ATR區(qū)域傳感器上的期望位置重合為止)。
[0011]為了確?；谠贏TR區(qū)域傳感器上在棱鏡處回射的ATR測量束的反射光點的位置的評價的自動瞄準的功能，在功能啟動之前，必須將照準裝置與目標反射器至少近似對準，使得ATR測量束也撞擊在棱鏡上，并且從那里被反射而撞擊在ATR區(qū)域傳感器上。為此目的，例如可以預先基于借助眼睛的測量實現(xiàn)目標反射器的手動瞄準或者執(zhí)行自動的粗略瞄準功能。
[0012]除ATR精細瞄準功能之外，自動目標跟蹤功能還能以相似的方式并且利用相同的ATR部件(諸如ATR光源和ATR檢測器)來提供。在ATR精細瞄準已被實現(xiàn)(即，一旦照準裝置與目標對準，則使得ATR測量輻射反射光點的中心與對應于目標軸線的期望位置在ATR區(qū)域傳感器上重合)之后，照準裝置還能被“活動”且適當迅速地跟蹤到目標的運動，使得ATR測量輻射反射光點的中心還盡可能精確地并且始終保持著ATR區(qū)域傳感器上的期望位置上。因此，常常描述的是目標被“鎖定”。如果目標顛簸且快速地移動使得其從ATR檢測器的視野消失(即，在目標處反射的ATR測量輻射不再撞擊在ATR區(qū)域傳感器上)，則這里會發(fā)生問題?？傉緝x或全站儀和目標對象之間的光路的中斷的其它原因可以例如是不利的環(huán)境條件(降水、霧、灰塵等)或阻擋光路的簡單的障礙。
[0013]近來現(xiàn)有技術公開了用于消除該問題的各種方案建議。
[0014]在這種情況下，在下文中命名“光學方法”涉及基于如能由例如已知的激光光源產生的在UV至IR范圍內的光發(fā)射和/或檢測的技術?！胺枪鈱W方法”指示這樣的技術，即，其例如在GPS (“全球定位系統(tǒng)”)的情況下，在其他頻率范圍內，不是基于電磁輻射的檢測或者不涉及電磁輻射。
[0015]舉例來說，EP2141450描述了一種具有用于自動瞄準回射目標的功能并且具有自動目標跟蹤功能的測繪裝置。為了在這種情況下，即使在快速且顛簸移動的情況下，也保持目標處于“鎖定”狀態(tài)并且不從精細瞄準檢測器的視野丟失目標，建議借助于概覽照相機(其在可見波長范圍內靈敏)平行地記錄目標的圖像，以限定特定的圖像摘錄作為目標，并且，借助于圖像處理，以跟蹤目標的運動(或者與目標一起并存地移動的對象的運動)，并且由此使得在目標從“鎖定”狀態(tài)丟失的情況下更容易再次發(fā)現(xiàn)并再次鎖定回射器。
[0016]然而，該方案建議為了其實施而要求高度復雜的圖像處理軟件并且不可避免導致在通過瞄準或照準單元目標跟蹤期間顯著的中斷時間。
[0017]基于GPS (“全球定位系統(tǒng)”)的不同解決路徑在US6，035, 254中提出。根據(jù)該專利說明書，目標對象配備有用于接收GPS數(shù)據(jù)的接收器。用于從接收到的GPS數(shù)據(jù)估計目標對象的位置的位置信息被傳送給全站儀，全站儀由該位置信息確定該全站儀如何必須被對準以照準和跟蹤目標對象。該技術方案好像是主要旨在用于照準目標對象的第一對準步驟。GPS數(shù)據(jù)與全站儀的位置確定數(shù)據(jù)連續(xù)配合未被公開，并且因此還不可以推斷通過與不同的、非光學的目標跟蹤或運動確定功能結合的穩(wěn)定化光學目標跟蹤或位置確定功能的任何指示。具體地，沒有光學和非光學測繪數(shù)據(jù)如何能利用算法彼此算術地連續(xù)結合或配合的指示，并且目標對象的位置的穩(wěn)定跟蹤可以借助于光學位置確定功能和非光學運動確定功能的彼此配合的數(shù)據(jù)而連續(xù)進行。
[0018]US2009/0171618公開了一種大地測繪系統(tǒng)，在類似于如上所述的從現(xiàn)有技術已知的實施方式中，其包括具有瞄準單元和光學目標跟蹤功能的全站儀。為了解決例如由于目標對象的快速和/或顛簸移動造成的光學目標跟蹤因目標對象從瞄準單元的視野消失而中斷的問題，US2009/0171618公開了一種用于確定目標對象的運動方向和運動路徑的位置確定功能，也就是說對應于運動確定功能。作為用于履行運動確定功能的技術實施方式，描述了一種安裝在目標對象上或在目標對象的位置處安裝在施工車輛中的加速度傳感器，該加速度傳感器的測量的加速信號借助于監(jiān)視單元被被積分，從該信號運動的速度和從預定時間開始覆蓋的距離，即，來自全站儀的光學位置確定數(shù)據(jù)的最后接收分別被確定和存儲。從測量到的加速信號，通過全站儀的光學位置確定單元到下一次到達時針對目標對象的位置進行相應的預測。先前所存儲的數(shù)據(jù)因此被寫滿。換言之，運動確定功能的數(shù)據(jù)不借助于算法與光學目標跟蹤或位置確定功能的數(shù)據(jù)連續(xù)地結合，而是均被丟棄直到光學位置確定數(shù)據(jù)的最后通訊的時間為止。因此，如US2009/0171618所公開的問題的解決方案僅僅實現(xiàn)在光接觸已丟失之后再次發(fā)現(xiàn)目標對象的輔助功能。然而，用于通過連續(xù)地結合來自光學位置確定功能和非光學運動確定功能的數(shù)據(jù)來連續(xù)地穩(wěn)定目標跟蹤過程的建議未被示出，也不能被推斷。
[0019]DE19750207公開了一種大地測繪系統(tǒng)，該大地測繪系統(tǒng)包括用于履行運動確定功能支撐的目標跟蹤功能的慣性測量裝置。慣性測量裝置能包括例如加速計和/或陀螺儀。DE19750207描述了各種實施方式，根據(jù)這些實施方式，慣性測量裝置能被布置在目標對象上或瞄準或照準裝置上，并且在這種情況下測量目標對象或瞄準或照準裝置的運動。作為瞄準或照準裝置，提及例如用于履行光學位置確定功能的經緯儀或視距儀的測量望遠鏡。然而，用于通過連續(xù)地結合來自光學位置確定功能和非光學運動確定功能的數(shù)據(jù)來連續(xù)地穩(wěn)定目標跟蹤過程的建議也未在DE19750207中示出，也不能從所公布的專利申請中推斷出來。
[0020]本發(fā)明的目的在于提供一種具有可與現(xiàn)有技術相比的改進的目標跟蹤功能的大地測繪系統(tǒng)，由此特別是目標跟蹤過程能被穩(wěn)定并且由于瞄準或照準單元和目標對象之間的光學接觸的丟失而造成的測繪中斷能被最小化。
[0021]該目的借助獨立權利要求的特定特征的實現(xiàn)來達到。以替代或有利方式改進本發(fā)明的特征能從從屬權利要求并且還從包括【專利附圖】

【附圖說明】的說明書中獲悉。本發(fā)明的被例示或者以其他方式在本說明書中被公開的所有實施方式能相互結合，除非明確另有說明。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的用于測繪和跟蹤限定目標點的可動目標對象的測繪系統(tǒng)包括:
[0023].測繪裝置，該測繪裝置特別是被設計為經緯儀、全站儀或激光跟蹤器，所述測繪裝置構成第一單元，并且具有位置確定功能，以用于相對于內坐標系來確定所述目標點的位置，所述測繪裝置包括:
[0024]□基部，
[0025]□限定目標軸線的瞄準裝置，其中所述目標軸線的對準相對于所述基部以機動方式可變，以高度精確地照準和跟蹤所述目標點，
[0026]□光敏區(qū)域檢測器，該光敏區(qū)域檢測器用于連續(xù)地產生相應的當前偏移信號，該當前偏移信號直接取決于所述目標軸線的相應的當前實際對準和非常精確地瞄準所述目標點的所述目標軸線的假想對準之間的偏離的方向和程度，
[0027]□角度測量功能，該角度測量功能用于連續(xù)高度精確地檢測所述目標軸線的當前對準，以及
[0028]□距離測量功能，該距離測量功能用于連續(xù)地確定至所述目標點的相應的當前距離，
[0029].第二單元，該第二單元設置在所述目標對象那一側，用于提供相對于外坐標系連續(xù)地確定所述目標對象的運動和/或位置的功能，該功能獨立于所述第一單元的所述位置確定功能，以及
[0030].監(jiān)視單元，該監(jiān)視單元與所述第一單元和所述第二單元數(shù)據(jù)連通并且具有評價、數(shù)據(jù)處理和控制功能。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，在這種情況下，所述測繪系統(tǒng)具有目標點跟蹤模式，在該目標點跟蹤模式的情形下，以根據(jù)預定算法特別是借助于卡爾曼濾波由所述監(jiān)視單元自動控制的方式，連續(xù)地匯總特別是累積第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù):
[0032].所述第一測量數(shù)據(jù)當前相應地產生于所述第一單元的一部分上，并且該第一測量數(shù)據(jù)至少取決于:
[0033]□所述目標軸線的相應的當前對準，和
[0034]□相應的當前偏移信號，并且
[0035].所述第二測量數(shù)據(jù)當前相應地產生于所述第二單元的一部分上，并且該第二測量數(shù)據(jù)取決于所述目標對象(3)的相應的當前檢測的運動和/或位置，
[0036]并且基于此，得出用于以機動方式連續(xù)自動地改變目標軸線的對準的控制信號，以使得目標點借助目標軸線被連續(xù)地瞄準。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個特定方面，第一單元能被設計為用于以具有第一速率產生第一測量數(shù)據(jù)，所述第一速率特別是大約在IHz至20Hz之間，并且第二單元能被設計為用于以第二速率產生第二測量數(shù)據(jù)，所述第二測量數(shù)據(jù)特別是大約在50Hz至500Hz之間，其中所述第二速率高于所述第一速率，并且在目標點跟蹤模式的情形下，所述預定算法能以第三速率被計時，所述第三速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第二速率。
[0038]特別地，在這種情況下，而且，所述控制信號能以第四速率得出，所述第四速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第三速率，并且所述目標軸線的對準能基于用于跟蹤目標對象的控制信號以機動方式被連續(xù)自動地改變。
[0039]因此第一單元能例如以IHz至20Hz操作，并且第二單元(特別是在作為基于MEMS慣性測量單元，也稱為慣性測量系統(tǒng)的第二單元的實施方式的情況下)能以50Hz至500Hz或更高的速率執(zhí)行測量。在這種情況，算法(例如卡爾曼濾波)能因此也產生具有500Hz或更高的速率的結果，該結果能顯著增大根據(jù)本發(fā)明的跟蹤功能的靈活性并且因此增大穩(wěn)定性。相反，可以例如“節(jié)約”第一單元的光學測量部件，使得它們例如僅以IHz或更小的速率操作，并且仍然獲得足夠高的速率，以充分精確地得出和提供控制信號。
[0040]然而，另一方面，特別是在作為GNSS模塊的第二單元的實施方式的情況下，也可以在測繪裝置的一部分上以比第一測量數(shù)據(jù)的檢測、產生和提供更低的測量速率執(zhí)行第二測量數(shù)據(jù)的檢測、產生和提供。在這樣的情況下，根據(jù)本發(fā)明的結合和配合也能夠是非常有利的，這是因為這因此也能以(較高)速率實現(xiàn)，在該較高速率下第一測量數(shù)據(jù)被檢測到，并且第二測量數(shù)據(jù)連續(xù)地用于穩(wěn)定跟蹤過程。
[0041]因此算法通常能被供應有具有不同速率的第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)并且仍從相應地具有較高速率的數(shù)據(jù)的匯集(匯總)產生評價結果，使得控制信號也能以相應的較高的速率得出。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個另外的特定方面，在目標點跟蹤模式的情形下，以由監(jiān)視單元自動控制的方式，所述第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)能均經過特定的在先時段被累積，并且基于此，借助于所述算法，進行關于目標對象的近期位置和/或運動的預測，并且所述控制信號考慮到該預測被附加地得出。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的另一特定方面，所述第二單元能具有慣性測量系統(tǒng)或者被設計為這樣的，特別是尤其分別沿三個軸線具有基于MEMS的加速度傳感器和旋轉速率傳感器。
[0044]然而，根據(jù)本發(fā)明的另一特定方面，第二單元能附加地或另選地還具有帶GNSS天線的GNSS模塊，或者，作為該實施方式的替代方案，因為慣性測量系統(tǒng)也能被直接實施為GNSS模塊。
[0045]在這種情況下，所述第二單元被提供為用于以剛性連接至目標對象的方式進行裝配。
[0046]如已經在了解了現(xiàn)有技術的情形下在以上更加詳細地說明的，用作第一單元的測繪裝置能附加地具有用于確定偏移信號的光源，特別是激光，該光源安裝成用于沿目標軸線的方向發(fā)射略微發(fā)散的光束，用于照亮構成目標對象的回射器。
[0047]因此根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)具體地包括形成第一單元的測繪裝置，該測繪裝置特別是經緯儀/全站儀或激光跟蹤器，用于提供基本上的光學位置確定功能，該光學位置確定功能用于利用目標點確定目標對象的位置。
[0048]在作為經緯儀或全站儀的測繪裝置的實施方式的情況下，因而特別地以具有限定目標軸線的物鏡的望遠鏡準鏡形式構造的瞄準裝置能典型地相對于測繪裝置的基部以機動方式樞轉，用于改變目標軸線的對準。因此瞄準裝置以集成方式具有用于檢測來自照準的目標點的信號的檢測器，其中該檢測器優(yōu)選地以空間解析或區(qū)域方式設計以使得可以確定目標點圖像(例如返回的反射)在檢測器上的位置。而且，實施為經緯儀或全站儀的這樣的測繪裝置配備有角度測量功能，該角度測量功能用于高度精確地檢測瞄準裝置并且因此還有目標軸線的對準。[0049]此外，根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)配備有位置變化確定裝置(第二單元)，該位置變化確定裝置在功能上與第一單元(也就是說測繪裝置)分開并且用來提供非瞄準運動或位置確定功能，以連續(xù)地確定目標對象相對于絕對基準的運動或位置，使得基于該附加的運動確定功能，測繪數(shù)據(jù)能相對于外坐標系(即，相對于地球)被檢測并且能被傳送給監(jiān)視單元。
[0050]除了第一單元以外存在的并且用于提供用于目標對象的分離的、非瞄準的運動檢測功能的這些位置變化確定裝置(即，第二單元)在本發(fā)明的情形下例如通過以下系統(tǒng)來提供:
[0051]-GNSS (“全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)”的縮寫)，其具有承載于目標對象側的GNSS天線，和/或
[0052]-1NS (“慣性導航系統(tǒng)”的縮寫)，其被承載在目標對象側。
[0053]換句話說，因此，監(jiān)視單元配備有用于處理測繪裝置的數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)并控制瞄準裝置的對準的評價裝置，并且該監(jiān)視單元還配備有用于處理和存儲附加的固有運動的評價裝置或者系統(tǒng)的固有位置確定裝置，這些裝置由第二單元提供。
[0054]在這種情況下，監(jiān)視單元能以物理集成到系統(tǒng)的其中一個其他部件中的方式存在或者能實施為專用物理單元，使得監(jiān)視單元因此能例如位于監(jiān)視單元的一部分上、目標對象的一部分上或者其他地方，并且取決于此，能被集成到測繪單元的殼體中或者能位于單獨的專用殼體中。基本上是與測繪單元(作為第一單元)數(shù)據(jù)連通并且與設置在目標對象側的第二單元連通。
[0055]監(jiān)視單元還能附加地在每一情況下均包括多個子單元，這些子單元以物理分散方式存在，但是，相互在數(shù)據(jù)方面連通并且在功能上配合并且因此在功能上形成一個單元以評價/存儲測量數(shù)據(jù)并且用于控制系統(tǒng)的部件。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，監(jiān)視單元的評價裝置包括算法，特別是卡爾曼濾波，借助于該算法，在操作狀態(tài)下，用于確定和跟蹤目標點的位置的光學位置確定功能的數(shù)據(jù)被連續(xù)地與第二單元的非瞄準固有運動或固有位置確定功能的數(shù)據(jù)相結合和配合，并且目標對象的位置借助于光學位置確定功能和非瞄準功能的相互配合的數(shù)據(jù)而被連續(xù)地跟蹤。
[0057]優(yōu)選地，非瞄準功能在這種情況下被設計為用于確定目標對象的運動。
[0058]提供所述功能所需的非瞄準功能或測量部件(也就是說第二單元或者至少第二單元的部件)因此也布置在待被跟蹤的車輛(特別是施工機械或施工車輛)的內部，或者能布置成與具有待被照準的目標點的目標對象直接相鄰。
[0059]在根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施方式中，如以上已提及的非瞄準固有運動或固有位置確定功能通過特別是配備有加速度傳感器和陀螺儀的慣性測量系統(tǒng)來實現(xiàn)。特別是，在每一情況下，在這種情況下設置三個加速度傳感器和陀螺儀。
[0060]在根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的另一實施方式中，如同樣已經提及的非瞄準固有運動或固有位置確定功能能通過利用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的測量數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，其中用于確定目標對象的位置、位置變化和運動的GNSS傳感器與目標對象相關聯(lián)。GNSS傳感器(即具有GNSS接收器天線的GNSS模塊)裝配在目標對象附近，特別地，具體地，傾斜傳感器(特別地兩軸式傾斜傳感器)也能裝配在目標對象附近，借助于該傳感器，例如，能夠檢測GNSS相對于目標對象的傾斜。GNSS傳感器和目標對象之間的位置偏移從例如校準測量已知。然而，借助于兩軸式傾斜傳感器，GNSS傳感器和目標對象之間的位置偏移也能被連續(xù)地跟蹤。在僅僅略微偏移和/或關于測量精度相對低要求的情況下，兩軸式傾斜傳感器的測量值如果合適的話能被忽略。
[0061]能用作附加的位置變化確定裝置的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS能如對本領域技術人員充分已知的根據(jù)下列標準來實施，即，例如:GPS (“全球定位系統(tǒng)”，由美國操作的系統(tǒng))，GL0NASS (由俄羅斯操作的系統(tǒng))或者Galileo (在歐洲處于計劃和施工階段)。
[0062]另外，主站儀也能配備有GNSS傳感器并且以已知方式用作GNSS基準站。因此可以提高處理GNSS數(shù)據(jù)的精度。
[0063]待由根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的目標軸線照準的目標對象能有利地被實施為反射器(特別地回射器)(用于借助于ATR檢測器傳統(tǒng)地確定偏移信號)。優(yōu)選地，因此，目標對象被實施為反射器，并且瞄準裝置具有ATR光源，特別是紅外激光，以及還具有ATR檢測器(例如CCD區(qū)域傳感器)，該ATR檢測器在ATR光源的波長范圍內靈敏。 [0064]如果瞄準裝置具有作為檢測器的照相機，該照相機在可視范圍內進行成像并且用于檢測目標對象的圖像，則在特定情況下，即使在沒有反射器的目標對象的實施方式的情況下，也可以確定和產生偏移信號，如例如在具有申請?zhí)朎P10168771.3的歐洲專利申請中更詳細地描述的那樣。
[0065]如果待被照準的目標對象配備有一個或多個光源，例如具有發(fā)光二極管(LED)或激光，則還可以基于來自自發(fā)光目標對象的由合適的照相機記錄的圖像得出取決于在記錄的照相機圖像中的自發(fā)光目標對象的圖像的位置的偏移信號。
[0066]本發(fā)明還涉及利用在以上已經更詳細地描述的第一單元和第二單元來測繪和跟蹤限定目標點的可動目標對象的測繪方法。
[0067]在這種情況下因此該方法包括執(zhí)行:
[0068].借助于第一單元連續(xù)地產生第一測量數(shù)據(jù)，所述第一測量數(shù)據(jù)至少取決于目標軸線的相應的當前對準和相應的當前偏移信號，
[0069].借助于第二單元連續(xù)地產生第二測量數(shù)據(jù)，所述第二測量數(shù)據(jù)取決于目標對象的相應的當前檢測的運動和/或位置，
[0070].利用預定算法特別是卡爾曼濾波連續(xù)地匯總，特別是還累積第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)，并且基于此
[0071]?得出控制信號，該控制信號以用于以機動方式連續(xù)自動地改變目標軸線的對準，以使得目標點借助于目標軸線被連續(xù)地照準。
[0072]根據(jù)所述方法的一個特定方面，在這種情況下
[0073]?第一測量數(shù)據(jù)以第一速率產生，所述第一速率特別地大約在IHz至20Hz之間，并且第二測量數(shù)據(jù)能以第二速率產生，所述第二速率特別是大約在50Hz至500Hz之間，其中
第二速率高于第一速率，并且
[0074].預定算法能以第三速率計時，該第三速率高于第一速率，并且特別是對應于第二速率，并且因此能從以第三速率使用算法來獲得結果。
[0075]根據(jù)依照本發(fā)明的方法的另一特定方面，另外
[0076]?控制信號能以第四速率得出，該第四速率高于第一速率，并且特別是對應于第三速率，并且
[0077].目標軸線的對準能以機動方式基于控制信號被連續(xù)地改變。[0078]那意味著算法(例如卡爾曼濾波)能因此以顯著高于第一速率(并且對應于第二單元的測量速率)的速率產生結果，該結果能顯著增大根據(jù)本發(fā)明的跟蹤功能的靈活性并且因此增大穩(wěn)定性。相反，可以例如“節(jié)約”第一單元的光學測量部件，使得光學測量部件能例如僅以比較低的速率操作，并且仍能獲得足夠高以足夠精確地得出和提供控制信號的速率。
[0079]根據(jù)依照本發(fā)明的方法的另一特定方面，利用所述算法，第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)均能經過特定的在先時段被累積，并且基于此，確定關于目標對象的預期的近期位置和/或運動的預測。因此，在得出控制信號時能附加地考慮到該預測。
[0080]根據(jù)上述方面的一個改進，經過特定的在先時段累積的第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)均能被不同地加權以確定該預測，其中，作為趨勢，從相應地累積的第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)，對于更遠的在先時間產生的數(shù)據(jù)不如對于更近的在先時間產生的數(shù)據(jù)那樣高程度地被加權。
[0081]根據(jù)另一改進，經過在先時段累積的第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)能通過相互比較并且特別是通過回歸而單獨地檢查測量錯誤，并且基于這樣的檢查，從相應地累積的第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的錯誤的數(shù)據(jù)以相對較低的權重被考慮，或者根本不被考慮，以辨別該預測。
[0082]換言之，因此，在用于跟蹤具有待被照準的目標點的可動目標對象的測繪方法的情境中，能夠執(zhí)行下列步驟:
[0083]-借助于測繪裝置(作為第一單元)的以空間解析或區(qū)域方式實施的檢測器來檢測偏移信號，該偏移信號取決于目標軸線的實際對準與精確照準目標對象的狀態(tài)的偏差；
[0084]-借助于測繪裝置的角度測量和距離測量功能來確定目標點的位置；
[0085]-借助于第二單元來檢測關于目標對象的運動或位置的(第二)測量數(shù)據(jù)；
[0086]-將在第一單元和第二單元的一部分上檢測和產生的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)視單元；
[0087]-借助于監(jiān)視單元存儲和處理所傳送的數(shù)據(jù)；
[0088]-借助于存儲在監(jiān)視單元上的程序來執(zhí)行算法特別是卡爾曼濾波，用于連續(xù)地結合和配合所收集的測量數(shù)據(jù)，并且如果合適，計算用于目標對象的位置的未來改變的預測或估計值；
[0089]-連續(xù)地得出用于改變目標裝置的目標軸線的對準的控制信號；以及
[0090]-基于控制信號連續(xù)地引導瞄準裝置，使得目標保持借助于目標軸線被連續(xù)地照準。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的測繪方法的一個優(yōu)選實施方式的特征在于，第二單元的非瞄準運動確定功能借助于慣性測量系統(tǒng)來實施，該慣性測量系統(tǒng)特別是配備有用于檢測運動的加速度傳感器以及用于檢測角度位置變化的旋轉速率傳感器(例如陀螺儀)。
[0092]根據(jù)依照本發(fā)明的測繪方法的另一優(yōu)選實施方式，非瞄準固有位置或運動確定功能基于GNSS傳感器的測量數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，該GNSS傳感器檢測目標對象的位置和運動速度。
[0093]根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的實施方式在從屬權利要求中被描述或者已經作為測繪系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的目標點跟蹤模式的改進類似地在以上被描述。
[0094]本發(fā)明還涉及一種計算機程序產品，該計算機程序產品包括程序代碼，該程序代碼被存儲在機器可讀載體上，用于執(zhí)行:根據(jù)被存儲在程序代碼中的預定算法連續(xù)地匯總第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)的過程；以及基于此，特別是當程序在被實施為根據(jù)本發(fā)明的上述測繪系統(tǒng)的監(jiān)視單元的電子數(shù)據(jù)處理單元上執(zhí)行時，得出根據(jù)本發(fā)明的上述測繪方法的控制信號的過程。
[0095]根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的測繪方法基于附圖中示意地示出的特定示例性實施方式在下文僅僅通過示例被更加詳細地描述，本發(fā)明的另外的優(yōu)點也被討論。在特定細節(jié)中:
[0096]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的自動全站儀I ;
[0097]圖2a和圖2b示出了已知的目標識別或瞄準功能和目標跟蹤功能的功能的例示；
[0098]圖3a和圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的示例性實施方式；
[0099]圖4以詳細的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的監(jiān)視單元和各種測繪裝置以及還有全站儀之間的數(shù)據(jù)流；
[0100]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的另一示例性實施方式；
[0101]圖6示出了很大程度上類似于圖5的示例性實施方式，其中相對于根據(jù)圖5的實施方式的差異在于，監(jiān)視單元被容納在施工車輛中并且至監(jiān)視單元的數(shù)據(jù)傳遞以無線的方式發(fā)生，并且來自單獨的傳感器的第一單元原始數(shù)據(jù)(而不是已經預處理以形成位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù))被傳送到監(jiān)視單元；
[0102]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的另一實施方式；
[0103]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的另一實施方式，其中非瞄準附加的運動確定功能基于使用全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)；以及
[0104]圖9a和圖9b示出了能與根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)和相關聯(lián)的測繪方法的先前描述的示例性實施方式結合的功能。
[0105]參照圖1至圖9b描述的示例性實施方式主要但不排他地涉及施工機械或施工車輛的目標對象取向的引導件，該引導件的可變位置從主站儀，特別是從全站儀或經緯儀借助于目標對象來確定和跟蹤，該目標對象連接至所述施工機械或施工車輛。本發(fā)明伴隨地包括用于自動跟蹤可動目標對象的其他應用(例如，連續(xù)跟蹤手持式反射器桿、手持式掃描裝置(諸如手持式掃描器或與測量點接觸的手動引導探針)的當前位置等)。
[0106]圖1、圖2a和圖2b示出了用于本發(fā)明的開始情形。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的自動全站儀1，該全站儀包括具有物鏡單元的瞄準裝置2，例如望遠鏡準鏡或望遠鏡，其與目標對象3對準并且由此限定光學目標軸線。目標對象3例如能實施為反射器，特別是實施為反射棱鏡。全站儀能配備有用于將激光束4發(fā)射到反射器3上的激光光源，激光束從反射器3沿瞄準裝置2的方向被反射回。瞄準裝置2配備有檢測器，特別是空間解析檢測器，諸如區(qū)域傳感器，例如CCD傳感器或照相機。
[0107]圖2a和圖2b示出了已知的目標識別或瞄準功能和目標跟蹤功能的功能。
[0108]在瞄準功能的情境中，在這種情況下，激光束4沿瞄準裝置2的光學目標軸線的方向被發(fā)射，所述激光束在反射器3處被回射并且反射束由檢測器檢測到?；诠鈱W目標軸線的對準與反射器的偏離，在這種情況下所反射的輻射在檢測器上或空間解析傳感器上的撞擊位置也從中心傳感器區(qū)域位置偏離(即，在區(qū)域傳感器上的反射器處反射的激光束4的反射光點不會位于其中心并且因此不會撞擊期望的位置5，該期望的位置例如基于校準被限定為對應于光學目標軸線的位置)。[0109]在借助ATR檢測器粗略檢測目標對象之后，瞄準裝置隨后更精確地與目標對象3對準，并且隨后的測量和目標跟蹤典型地通過沿目標對象3的方向發(fā)射校準的或略微擴大的激光束4來進行，如上所述。
[0110]圖2a示出了在借助ATR檢測器記錄的ATR圖像[其中以已知的方式這里在該圖中僅為說明目的示出的ATR圖像借助圖像處理被直接評價并且通常不以用戶在顯示器上可見的方式表示]中位于中心的期望的位置5和所發(fā)射的激光束4的反射光點6，所述反射光點由傳感器檢測到在瞄準裝置2的視野中。反射光點6具有從期望的位置5的偏移
< Δ X, Δ y>0
[0111]代替反射器，目標對象3能例如也作為光源承載，從該光源沿全站儀的方向發(fā)射光束并且該光源由區(qū)域傳感器的檢測以類似于圖2a所示的方式進行。
[0112]根據(jù)所確定的反射光點6的位置與期望位置5的偏差〈Λ X，Λ y>，可以確定用于對準瞄準裝置2的校正角并且可以借助從動伺服馬達執(zhí)行相應的校正直到反射光點6和期望的位置5相互對應，也就是說，照準或瞄準裝置的水平和豎直角以這樣的方式反復地改變和適應直到反射光點6的中心與期望的位置5在檢測器或區(qū)域傳感器上重合(其中，如本領域技術人員已知的，實際上常常甚至剛好在用于改變瞄準裝置的對準的單次迭代之后，反射光點6和期望的位置5的充分重合可以已經獲得并且目標的足夠精確的瞄準可以因此已被完成)。
[0113]除瞄準功能外，也可以如現(xiàn)有技術同樣已知的(以相似的方式并且利用相同的電光部件(諸如激光光源和反射器))提供自動跟蹤功能。在目標對象已被瞄準(即，一旦瞄準裝置2與目標對象3對準使得反射光點6的中心與對應于目標軸線的期望的位置5在檢測器或區(qū)域傳感器上重合)之后，此外瞄準裝置2還可以被“活動”且適當快速地跟蹤到目標對象3的運動，使得反射光點6的中心還保持盡可能精確地并且始終保持在區(qū)域傳感器上的期望位置5上。因此常常陳述的是，目標被“鎖定”(或者閂鎖、耦合、鎖定到目標)。如果目標對象3顛簸且快速地移動使得其從檢測器的視野或激光束的芯部消失(即，在目標對象3處反射的測量輻射不再撞擊傳感器)，則問題能在這里出現(xiàn)。對于在沒有反射器并且沒有借助于激光束4的其跟蹤的情況下實施的目標對象3來說情況是類似的。
[0114]其他干擾原因可以是例如不良的環(huán)境條件(降水、霧、灰塵等)或阻擋光路的簡單的障礙。而且，問題也可以由于以下事實而出現(xiàn)，即，多個反射器處于視野中，另外的反射部分處于視野中(這導致干擾反射，例如車輛的前燈、諸如夾克的反射服等)，或者另外ATR激光束同時沖擊單個全方位棱鏡的多個面，并且因此，靠近定位在一起的多個反射由單個全方位棱鏡產生(所謂的“飛點”)。
[0115]因此，根據(jù)本發(fā)明，目標跟蹤模式基于結合的且經核對的測量數(shù)據(jù)的連續(xù)評價來實現(xiàn)，這些測量數(shù)據(jù)由以下裝置連續(xù)產生:
[0116]-測繪裝置(如第一單元)；以及
[0117]-分開的第二單元，其設置在目標對象側，用于固有定位或固有運動確定。
[0118]并且這些測量數(shù)據(jù)被提供用于評價。
[0119]根據(jù)本發(fā)明，在用于此目的的測繪裝置中，例如基于由區(qū)域光敏ATR檢測器連續(xù)記錄的ATR圖像(如例如在圖2a中示意性示出的)，在每一情況下，當前偏移信號被連續(xù)地產生，所述偏移信號直接取決于目標軸線的相應的當前的實際對準和高度精確地瞄準目標點的目標軸線的假想對準之間的方向和偏差的程度。
[0120]其中所示的全方位棱鏡位于ATR檢測器的視野范圍外的示例性情況在圖2b中示出[其中在該圖中僅僅為說明目的而在這里示出的ATR圖像再一次通常地未以用戶在顯示器上可見的方式表示，而是借助于圖像處理而直接被評價]。
[0121]作為常規(guī)的ATR的替代，其中回射目標用例如紅外激光束被照明并且返回的反射的位置在借助于區(qū)域檢測器記錄的ATR圖像中被確定，該區(qū)域檢測器特別是僅在相應的波長范圍內靈敏，也可以提供在可見光譜范圍內操作的數(shù)字照相機，借助該照相機，圖像從目標對象單元12的視野被記錄并且在照相機圖像中被識別為目標對象的圖案的位置的變化用作基于連續(xù)記錄的圖像來確定位置或運動的變化的基礎。根據(jù)本發(fā)明，因此，偏移信號的產生也可以基于以下事實，即，在監(jiān)視單元7中所存儲的目標標記圖案與在照相機圖像中所記錄的目標對象匹配，該照相機圖像由作為測繪裝置11的區(qū)域光敏檢測器的照相機來記錄。該程序在具有專利申請?zhí)朎P10168771.3的歐洲專利申請中被更詳細地類似地描述。
[0122]圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的第一實施方式。提供一種具有瞄準裝置2的全站儀1，該目標裝置配備有用于將激光束4發(fā)射到待被照準的目標對象3上的光源。作為目標對象3，反射器安裝在施工機械或施工車輛上。從全站儀1，關于目標對象相對于全站儀的相對位置(也就是說，關于全站儀的內坐標系)的第一測量數(shù)據(jù)被連續(xù)地產生，其中進行相對于對象目標(反射器)的位置的角度和距離測量，并且以例如IHz至20Hz的數(shù)量級的時間間隔檢測相應地偏移信號。
[0123]在施工機械或施工車輛的內部容納有作為第二單元的慣性測量系統(tǒng)8，該慣性測量系統(tǒng)8用于提供獨立于全站儀操作的功能，以用于確定目標對象3以及監(jiān)視單元7的外部位置和/或運動。慣性測量系統(tǒng)8通常包括:三個加速計的組合，這些加速計確定沿三個正交方向或軸線的加速度；以及三個陀螺儀，這些陀螺儀確定相對于三個正交軸線的角速度或旋轉。在這種情況下，慣性測量系統(tǒng)8的位置和慣性測量系統(tǒng)8的坐標系中的目標對象3的位置之間的偏移〈ΛΧΟ，ΔΥΟ, ΔΖ0>可以已從單獨的校準測量已知或者也可以在工作過程中“在飛行中”被確定，這將在稍后更詳細地再次討論。
[0124]如果確定供在其上裝配目標對象3的機器或施工車輛或桿的對準的傳感器設置在對象側，則所述傳感器不需要必須被裝配在目標對象附近，而是也可以相對于目標對象3以特定偏移〈Λ Χ0，Λ Υ0, Δ Ζ0>定位。合適的傳感器包括特別是基于MEMS的慣性測量系統(tǒng)，而且還(附加地或另選地)包括傾斜傳感器、磁電羅盤等。
[0125]慣性測量系統(tǒng)8的測量值通常以50Hz至500Hz的測量速率或者甚至更高的頻率被檢測和產生并且例如由電纜或由無線數(shù)據(jù)傳輸轉發(fā)到被容納在施工車輛中的監(jiān)視單元
7。同時，全站儀I連續(xù)地測量例如實施為反射器的目標對象3，并且在該過程中例如以IOHz的頻率基于相對于目標對象3的距離和角度測量或者基于連續(xù)地記錄的ATR圖像產生第一測量數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)例如以無線的方式(例如借助于無線電波)被傳送到監(jiān)視單元7 (還參見圖4)。加速度和角速度或旋轉速度的由慣性測量系統(tǒng)8測量的值以及由全站儀I確定的關于目標對象3的位置的數(shù)據(jù)(作為第一測量數(shù)據(jù))并且如果已經可利用且存儲還有慣性測量系統(tǒng)8和目標對象3之間的位置偏移〈ΛΧΟ，ΔΥΟ, Λ Ζ0>借助于包括算法(特別是卡爾曼濾波)的評價裝置被相互結合和配合(也就是說匯總)。在這種情況下，監(jiān)視單元7計算用于目標對象3的位置和運動速度以及還有慣性測量系統(tǒng)相對于全站儀I的坐標系的對準角的估計值。
[0126]基于從第一和第二測量數(shù)據(jù)的結合連續(xù)地計算的這些估計值，用于瞄準裝置2相對于目標對象3的對準的校正角數(shù)據(jù)借助于監(jiān)視單元7被計算和傳送到全站儀I?；谶@些校正約束，用于瞄準裝置2的對準的馬達驅動器被驅動，以便連續(xù)地保持相對于目標對象3的瞄準方向或者如必需以便跟蹤目標對象3的運動，該運動已發(fā)生并且在該過程中所述目標對象可能甚至瞬間從瞄準裝置2的視野消失，結果，再次使從全站儀I跟蹤光學目標成為可能。
[0127]這樣可以確保比在從現(xiàn)有技術已知的裝置和方法的情況下顯著更穩(wěn)定的目標跟蹤。這主要是基于以下事實，即，用于確定對象目標3的運動的測量(所述測量借助于第二單元進行)在當全站儀I和目標對象3之間的光學接觸損失時不首先被使用，而是伴隨地被連續(xù)用于跟蹤瞄準裝置2。借助于瞄準裝置2的對準的可能快速的跟蹤，所述跟蹤基于所確定的估計值，也能有利地常常從外部避免光學接觸的損失。
[0128]而且，借助于算法，特別是卡爾曼濾波，剛性測量系統(tǒng)8的位置和在慣性測量系統(tǒng)8的坐標系中的目標對象3之間的偏移〈ΛΧΟ, ΔΥΟ, ΔΖ0> (例如在安置階段直到其穩(wěn)定)也能首先被確定或者為此存儲的值被再次檢查、確定并且可能被應用為校正值。換句話說，因此，除了反射器的位置，在卡爾曼濾波中，偏移〈ΛΧΟ，ΔΥΟ, ΛΖ0>或MU的參數(shù)(例如偏差)也可以被確定并應用為校正值。
[0129]圖3b示出了類似于圖3a的根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的實施方式。在該示例性實施方式中，形成目標對象的回射器被裝配到施工車輛的鏟或葉片。如當共同考慮時由圖3a和3b所示，監(jiān)視單元7能被物理地集成在施工機械中，集成在第一單元(也就是說，例如TPS)中或者位于專用的單獨的外部殼體中，但是監(jiān)視單元也可以由物理上分散的部分構成，這些部分在每一情況下均被容納在系統(tǒng)的不同部件中，在數(shù)據(jù)方面連通并且僅在功能上相互作用。
[0130]圖4更詳細地示出了監(jiān)視單元7和各種測量裝置(作為第二單元的慣性測量系統(tǒng)8和作為第一單元的全站儀I)之間的數(shù)據(jù)流。有線數(shù)據(jù)連接(在該示例中在監(jiān)視單元7和慣性測量系統(tǒng)8之間)由實線表示，并且無線連接(監(jiān)視單元7和全站儀I之間)由虛線表示。顯然，數(shù)據(jù)連接的類型僅僅是舉例并且例如還能完全以無線的方式實現(xiàn)。
[0131]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的第二示例性實施方式，該實施方式與根據(jù)圖3a和圖3b的示例的不同之處基本上在于:慣性測量系統(tǒng)8不是被裝配在施工車輛中，而是鄰近于目標對象3，例如反射器。結果，慣性測量系統(tǒng)8和目標對象3之間的距離能保持得很小，例如IOcm的數(shù)量級，使得慣性測量系統(tǒng)8和目標對象3之間的位置偏移<ΔΧ0, ΔΥΟ, ΛΖ0>基本上是可以忽略的。根據(jù)圖5，監(jiān)視單元7例如被集成在在全站儀I中，并且慣性測量系統(tǒng)8的測量數(shù)據(jù)例如以無線的方式(例如借助無線電波)被傳送到監(jiān)視單元7。在該示例中,監(jiān)視單元7例如被永久地接線到全站儀I。根據(jù)該第二示例性實施方式的另外的技術功能對應于如關于圖3描述的那些功能。
[0132]圖6示出了在很大程度上類似于圖5的示例性實施方式，相對于根據(jù)圖5的實施方式的差異在于:監(jiān)視單元7被容納在施工車輛中并且至監(jiān)視單元7的數(shù)據(jù)傳送排他地以無線的方式進行。
[0133]作為相對于圖5的另一差異，在這里所示的示例中，從第一單元2，代替從根據(jù)圖5在第一單元2的一部分上的原始傳感器數(shù)據(jù)已確定的位置數(shù)據(jù)，傳感器的原始數(shù)據(jù)(例如角度、距離和光點位置)直接被傳送給監(jiān)視單元7，在監(jiān)視單元處這些數(shù)據(jù)被進一步處理并且被結合到第二單元的第二測量數(shù)據(jù)(諸如加速度、旋轉速率)。
[0134]此外，在這里通過示例示出的情況下，從結合的數(shù)據(jù)得出的近似瞄準方向不被傳遞到測繪裝置，而是第一單元的為了機械化而從結合數(shù)據(jù)進一步確定的控制信號被傳送，并且這些控制信號具有被跟蹤到目標對象的目標軸線的效果。
[0135]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的實施方式，其中，慣性測量系統(tǒng)8被集成到目標對象單元12中，該慣性測量系統(tǒng)8的當前位置或位置變化由用于目標跟蹤的測繪裝置11確定和跟蹤，該測繪裝置11這里被實施為例如激光跟蹤器。目標對象單元12能作為手持式接觸探針或激光掃描單元而配備有作為目標對象3的反射器，該反射器用于反射由激光跟蹤器11發(fā)射的反射(激光)光。
[0136]在這種情況下，用于檢測目標軸線的實際對準與精確地照準目標對象的狀態(tài)的偏移的激光跟蹤器11典型地配備有用于沿特定方向發(fā)射激光束4的光源以及優(yōu)選地進行空間解析的檢測器，該檢測器例如以區(qū)域方式實施，用于接收從目標對象3反射的激光。然后借助于該檢測器產生偏移信號。
[0137]因此，以類似于關于根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)的其他示例性實施方式在上描述的方式，激光跟蹤器11確定角對準和從精確照準狀態(tài)的偏移，并且還特別地例如以IOHz至IOOHz的數(shù)量級的測量速率來確定相對于目標對象3的距離。監(jiān)視單元7能例如被集成在激光跟蹤器11中，并且因此以有限方式傳送用于光學確定目標對象的位置的數(shù)據(jù)以及用于改變目標軸線的對準的控制信號。所述控制信號由監(jiān)視單元7尤其基于測量數(shù)量來確定并且以例如IOOHz至500Hz的測量速率(或者甚至更快)被檢測，其中該測量數(shù)據(jù)例如從慣性測量系統(tǒng)8以無線的方式接收，并且該測量數(shù)據(jù)是關于目標對象單元12的運動和運動變化的。
[0138]因此，更詳細地描述的，加速度和角速度或旋轉速度的由慣性測量系統(tǒng)8測量的值(作為第二測量數(shù)據(jù))和由激光跟蹤器11確定的關于目標對象3的位置的數(shù)據(jù)(作為第一測量數(shù)據(jù))借助于包括算法(特別是卡爾曼濾波)的評價裝置被相互結合和配合(即，匯總)。在這種情況下，監(jiān)視單元7相對于激光跟蹤器11的坐標系計算用于目標對象3的位置和運動速度以及還有慣性測量系統(tǒng)8的對準角度的估計值。
[0139]基于從由第二單元執(zhí)行的從光學位置確定和固有位置或固有運動確定的結合連續(xù)地計算出的這些估計值，具有用于目標軸線相對于目標對象3的對準的校正角的控制信號在跟蹤模式的情境中被計算并且可由激光跟蹤器11利用?；谒隹刂菩盘?，用于目標軸線的對準的馬達驅動器被驅動，以便改變瞄準方向使得目標對象3保持被連續(xù)地照準。因此，如必需，即使在目標對象3的對應的顛簸的、大大偏移的運動的情況下，在該運動過程中，所述目標對象可能甚至瞬間從激光跟蹤器11的區(qū)域檢測器的視野消失，所述檢測器是偏移信號，目標軸線能被快速地跟蹤到目標使得目標的跟蹤以穩(wěn)定方式連續(xù)?；谟嬎愠龅墓烙嬛档臋C動的光束跟蹤也使得可以特別是避免延遲問題，例如基于用于通過監(jiān)視單元7計算控制數(shù)據(jù)(特別是角校正值或角調整值)的時間以及至激光跟蹤器11的致動馬達的數(shù)據(jù)或命令傳遞。
[0140]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的測繪系統(tǒng)的另一實施方式，其中，由第二單元提供的用于連續(xù)地確定目標對象相對于外部坐標系的運動和/或位置的功能的實現(xiàn)基于全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(“GNSS”，特別是由美國操作的“GPS”-全球定位系統(tǒng))的使用。
[0141]具有GNSS天線的GNSS模塊9a裝配在作為目標對象3的反射器附近。而且，傾斜傳感器，特別是兩軸式傾斜傳感器10，和/或磁羅盤能附加地安裝成與目標對象3相鄰。GNSS模塊9a和目標對象3之間的位置偏移〈Λ X0，Λ Υ0, Δ Ζ0>從例如校準測量已知，或者也能隨后基于算法“在飛行中”得出。然而，GNSS模塊9a和目標對象3之間的位置偏移也能借助兩軸式傾斜傳感器10被連續(xù)地跟蹤。在僅僅略微偏移和/或關于測量精度相對低的要求的情況下，兩軸式傾斜傳感器10的測量值如果合適的話能被忽略。
[0142]目標對象3、GNSS模塊9a和兩軸式傾斜傳感器10能被裝配到例如施工機械或施工車輛，并且監(jiān)視單元7能被容納在施工機械或施工車輛的內部中。在這樣的情況下，GNSS模塊9a和兩軸式傾斜傳感器10的測量值(作為第二測量數(shù)據(jù))例如由電纜傳送到監(jiān)視單元7，該電纜由實線表示。顯然，也可以進行無線數(shù)據(jù)傳送。
[0143]同時，水平角、豎直角、偏移信號以及還有特別是相對于目標對象3的距離由全站儀I以類似于參照圖3至圖7的在前示例性實施方式中描述的方式來連續(xù)地確定(作為第一測量數(shù)據(jù))，該全站儀構成第一單元。全站儀I例如以無線的方式(例如借助于無線電波)與監(jiān)視單元7通信。
[0144]如參照圖2a在以上已說明的，由全站儀I發(fā)射并且由目標對象3反射的激光束4的反射光點6的位置從ATR傳感器上的期望位置5 (或者由ATR傳感器檢測的圖像)的偏差<ΛΧ，Ay>能被確定，用于全站儀I的瞄準裝置2的對準的校正角能從所述偏差計算出來并且相應的校正能借助從動致動馬達來執(zhí)行直到反射光點6和期望的位置5相互對應，也就是說，照準或瞄準裝置的水平和豎直角以這樣的方式反復地改變和適應直到反射光點6的中心與瞄準裝置2的檢測器或區(qū)域傳感器上的期望位置5重合為止。
[0145]然后，借助全站儀I確定的第一測量數(shù)據(jù)能通過監(jiān)視單元7借助算法(特別是卡爾曼濾波)特別是考慮到GNSS模塊9a和目標對象3之間的已知位置偏移〈Λ X0，Λ Υ0, Δ Ζ0>而與第二測量數(shù)據(jù)(也就是說GNSS模塊9a的位置和速度測量數(shù)據(jù)以及兩軸式傾斜傳感器10的測量數(shù)據(jù))結合，并且能用于穩(wěn)定跟蹤目標對象3。
[0146]特別是，第一和第二測量數(shù)據(jù)都經過特定的在先時段而累積，并且基于所累積的數(shù)據(jù)的結合和比較，形成關于目標對象的預期的近期位置和/或運動的預測。
[0147]然后附加地考慮該預測而得出用于目標跟蹤的控制信號。該情況能是有用的以便例如減少潛伏問題(例如由數(shù)據(jù)傳送、計算等引起的)。
[0148]然而，所計算出的(B卩，在還被估計或預期的預測的特定情況下)位置數(shù)據(jù)也能附加地用于引導或控制或監(jiān)控施工機械或施工車輛。
[0149]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在這種情況下，形成第一單元的全站儀I還能附加地配備有GNSS傳感器％。兩個GNSS傳感器9a、9b的使用使得能夠以本領域技術人員已知的方式進行差分數(shù)據(jù)處理，由此提高位置和/或速度確定的精度。
[0150]圖9a和圖9b示出了這樣的功能，S卩，該功能能與根據(jù)本發(fā)明的大地測繪系統(tǒng)和關聯(lián)的測繪方法的上述示例性實施方式結合。
[0151]圖9a不出了這樣的情況，即，其中，所發(fā)射的激光束4的多個反射光點6a、6b、6c由瞄準裝置2的ATR檢測器檢測到并且用于關于反射從期望的位置5的偏移借助于圖像處理來進一步評價。舉例來說，反射光點6a來源于待被跟蹤的目標對象3，反射光點6b來源于第二目標對象，該第二目標對象例如實施為反射器并且安裝在另一施工車輛2，與瞄準裝置2的瞄準方向交叉，并且反射光點6c來源于一些其他反射對象，例如車輛前燈或反射服。用于檢測多個反射光點的其他原因可以是不良的環(huán)境條件，諸如雨，例如該不良的環(huán)境條件導致反射的散射。
[0152]在根據(jù)圖9a的情形中，其中所發(fā)射的激光束4的多個反射光點6a、6b、6c由瞄準裝置2的檢測器檢測出并且用于相對于從期望的位置5的偏移進一步評價，實際上被識別用于跟蹤目標對象3的反射光點6a以下述的方式來確定。從用于全站儀的瞄準裝置2的馬達控制對準的設定數(shù)據(jù)確定的光學目標軸線的對準預先被稱為檢測器上的反射光點的預期撞擊點13，并且計算出距所有檢測到的反射光點6a、6b、6c的距離。最靠近插入的預期撞擊點13的反射光點被識別為來自待被跟蹤的目標對象3的反射光點。目標跟蹤功能隨后以類似于上述的方式連續(xù)。
[0153]另選地,如圖9b所示，目標跟蹤能根據(jù)圖像摘錄(bildausschnitts) 14來實現(xiàn)，該圖像摘錄待由系統(tǒng)操作者限定并且指示對由圖像摘錄限定的區(qū)域的目標跟蹤的相應的限制。因此，僅位于所述限定的圖像摘錄14內的反射光點6a被進一步跟蹤，并且反射光點6b,6c的位置不再被進一步考慮。根據(jù)本發(fā)明的用于履行目標跟蹤功能的該變型進一步提高了抗干擾的穩(wěn)固性。另外，僅對ATR圖像中的圖像摘錄14的限制減少了圖像處理的時間消耗。
[0154]顯然所示的這些圖僅示意性地示出了可能的示例性實施方式。不同的手段也可以相互結合并且與現(xiàn)有技術的方法結合。
[0155]類似于關于目標對象的改進跟蹤的上述描述，本發(fā)明的中心理念也可以被用于允許測繪裝置(作為第一單元)交替地跟蹤兩個目標(例如反射器)。為此，舉例來說，能夠將一個IMU (作為第二實施方式)耦合至兩個反射器(這兩個反射器也相互剛性地彼此連接)或者任何相應的專用IMU能用于每個獨立的反射器(已就是說總共多個第二單元或在每一情況下每個目標對象一個第二單元)，并且多個算法(對于每個目標對象一個相應的算法)能在每一情況下并行地進行(其中用于供給算法的暫停能在每一情況下與第一測量數(shù)據(jù)相互交替)。
【權利要求】
1.一種用于測繪和跟蹤限定目標點的可動目標對象(3)的測繪系統(tǒng)，該測繪系統(tǒng)包括: ?測繪裝置(1，11)，該測繪裝置特別是被設計為經緯儀、全站儀或激光跟蹤器，所述測繪裝置構成第一單元，并且具有位置確定功能，以用于相對于內坐標系來確定所述目標點的位置，其中，為此所述測繪裝置(I，11)包括: □基部， □限定目標軸線的瞄準裝置，其中所述目標軸線的對準相對于所述基部以機動方式可變，以高度精確地照準和跟蹤所述目標點， □光敏區(qū)域檢測器，該光敏區(qū)域檢測器用于連續(xù)地產生相應的當前偏移信號，該當前偏移信號直接取決于所述目標軸線的相應的當前實際對準和非常精確地瞄準所述目標點的所述目標軸線的假想對準之間的偏離的方向和程度， □角度測量功能，該角度測量功能用于連續(xù)高度精確地檢測所述目標軸線的當前對準，以及 □距離測量功能，該距離測量功能用于連續(xù)地確定至所述目標點的相應的當前距離； ?第二單元，該第二單元設置在所述目標對象那一側，用于提供相對于外坐標系連續(xù)地確定所述目標對象(3)的運動和/或位置的功能，該功能獨立于所述第一單元的所述位置確定功能；以及 ?監(jiān)視單元(7)，該監(jiān)視單元與所述第一單元和所述第二單元數(shù)據(jù)連通并且具有評價、數(shù)據(jù)處理和控制功能， 其特征在于， 所述測繪系統(tǒng)具有目標點跟蹤模式，在該目標點跟蹤模式的情形下，以根據(jù)預定算法特別是借助于卡爾曼濾波由所述監(jiān)視單元(7)自動控制的方式，連續(xù)地匯總第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù): ?所述第一測量數(shù)據(jù)當前相應地產生于所述第一單元的一部分上，并且該第一測量數(shù)據(jù)至少取決于: □所述目標軸線的相應的當前對準，和 □相應的當前偏移信號，并且 ?所述第二測量數(shù)據(jù)當前相應地產生于所述第二單元的一部分上，并且該第二測量數(shù)據(jù)取決于所述目標對象(3)的相應的當前檢測到的運動和/或位置， 并且基于此，得到用于以機動方式連續(xù)自動地改變所述目標軸線的對準的控制信號，以使得所述目標點借助所述目標軸線被連續(xù)地照準。
2.根據(jù)權利要求1所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， ?所述第一單元被設計為用于以第一速率產生所述第一測量數(shù)據(jù)，所述第一速率特別是大約在IHz至20Hz之間，并且所述第二單元被設計為用于以第二速率產生所述第二測量數(shù)據(jù)，所述第二速率特別是大約在50Hz至500Hz之間，其中所述第二速率高于所述第一速率，并且 ?在所述目標點跟蹤模式的情形下，所述預定算法以第三速率被計時，所述第三速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第二速率。
3.根據(jù)權利要求2所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標點跟蹤模式的情形下，所述控制信號以第四速率得出，所述第四速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第三速率，并且所述目標軸線的對準基于所述控制信號以機動方式被連續(xù)自動地改變。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， 在所述目標點跟蹤模式的情形下，以由所述監(jiān)視單元(7)自動控制的方式，所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)均經過特定的在先時段被累積，并且基于此，借助于所述算法，進行關于所述目標對象的近期位置和/或運動的預測，并且所述控制信號考慮到該預測被附加地得出。
5.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二單元具有慣性測量系統(tǒng)(8)，特別是尤其分別沿三個軸線具有基于MEMS的加速度傳感器或旋轉速率傳感器。
6.根據(jù)權利要求1至5中的任一項所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二單元具有帶GNSS天線的GNSS模塊(9a)。
7.根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二單元被設置為用于以剛性連接至所述目標對象(3 )的方式進行裝配。
8.根據(jù)權利要求1至7中的任一項所述的測繪系統(tǒng)，其特征在于， 所述測繪裝置(1，11)具有光源，該光源特別是激光，該光源沿所述目標軸線的方向發(fā)射略微發(fā)散的光束，用于照亮構成所述目標對象(3)的回射器。
9.一種用于利用根據(jù)權利要求1至8中的任一項中的所述第一單元和所述第二單元測繪和跟蹤限定目標點的可動目標對象(3)的測繪方法，其特征在于， ?借助于所述第一單元連續(xù)地產生第一測量數(shù)據(jù)，所述第一測量數(shù)據(jù)至少取決于 □所述目標軸線的相應的當前對準；和 □相應的當前偏移信號， ?借助于所述第二單元連續(xù)地產生第二測量數(shù)據(jù)，所述第二測量數(shù)據(jù)取決于所述目標對象(3)的相應的當前檢測到的運動和/或位置， ?利用預定算法特別是卡爾曼濾波連續(xù)地匯總，特別是還累積所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)， ?基于此得出控制信號，該控制信號以用于以機動方式連續(xù)自動地改變所述目標軸線的對準，以使得所述目標點借助于所述目標軸線被連續(xù)地照準。
10.根據(jù)權利要求9所述的測繪方法，其特征在于， ?所述第一測量數(shù)據(jù)以第一速率產生，所述第一速率特別是大約在IHz至20Hz之間，并且所述第二測量數(shù)據(jù)以第二速率產生，所述第二速率特別是大約在50Hz至500Hz之間，其中所述第二速率高于所述第一速率，并且 ?所述預定算法以第三速率計時，所述第三速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第二速率，并且因此從以所述第三速率使用所述算法來獲得結果。
11.根據(jù)權利要求10所述的測繪方法，其特征在于， ?所述控制信號以第四速率得出，該第四速率高于所述第一速率，并且特別是對應于所述第三速率，并且 ?所述目標軸線的對準以機動方式基于所述控制信號被連續(xù)地改變。
12.根據(jù)權利要求9至11中的任一項所述的測繪方法，其特征在于， 利用所述算法， ?所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)均經過特定的在先時段被累積，并且 ?基于此，確定關于所述目標對象的近期位置和/或運動的預測， 并且所述控制信號考慮到所述預測而被附加地得出。
13.根據(jù)權利要求12所述的測繪方法，其特征在于， 利用所述算法，經過特定的在先時段累積的所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)均被不同地加權以確定所述預測，其中，作為趨勢，從相應地累積的所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)，對于更遠的在先時間產生的數(shù)據(jù)不如對于更近的在先時間產生的數(shù)據(jù)那樣高程度地被加權。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的測繪方法，其特征在于， ?利用所述算法，經過特定的在先時段累積的所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)通過相互比較并且特別是通過回歸而單獨地檢查測量錯誤，并且 ?從相應地累積的所述第一測量數(shù)據(jù)和所述第二測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的錯誤的數(shù)據(jù)以相對較低的權重被考慮，或者根本不被考慮，用于確定所述預測。
15.一種計算機程序產品，該計算機程序產品包括程序代碼，該程序代碼被存儲在機器可讀載體上，用于執(zhí)行: ?根據(jù)被存儲在所述程序`代碼中的預定算法連續(xù)地匯總第一測量數(shù)據(jù)和第二測量數(shù)據(jù)的過程；以及 ?基于此，特別是當在根據(jù)權利要求1至8中的任一項所述的測繪系統(tǒng)的所述監(jiān)視單元(7)上執(zhí)行所述程序時，得出根據(jù)權利要求9至14中的任一項所述的測繪方法的控制信號的過程。
【文檔編號】G01C15/00GK103782132SQ201280044107
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月12日 優(yōu)先權日:2011年9月13日
【發(fā)明者】伯恩哈德·麥茨勒 申請人:赫克斯岡技術中心