(57)【要約】  本発明は、携帯型測量装置（１ａ）に関する。携帯型測量装置は、位置検出ユニットを一体化した少なくとも１つの距離計を備えている。位置検出ユニットは、各々の距離測定で、測量装置（１ａ）の位置（ＧＰ１，ＧＰｎ）および距離計の方位を記録する。対応する位置（ＧＰ１，ＧＰｎ）および方位の測定が、自動的にコントロールされたシーケンスで行われる。全ての距離測定は、リンクして記録され、トレース（ＳＰ）の形式で、視野点（ＡＰ１，ＡＰｎ）として関連させている。アクセス不能の測定物の測定または表面の平面性の測定などの複雑な計算が可能となる。
2008523371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）が、少なくとも
距離計、好ましくは、放射方向を有するレーザ距離計（８）と、
測定した距離を導出し提供する計算ユニット（７，７’）と、および、
位置検出ユニットと、を備え、
該位置検出ユニットは、各々の距離測定で、該測量装置（１ａ，１ｂ）の各々の位置、および、該距離計の各々の方位、特に、該距離計の放射方向を、リンクして記録、特に、共通の記憶ユニットに記録し、
該距離計および該位置検出ユニットを、自動化した距離測定のシーケンスを、繰返し速度、特に、可変の繰返し速度で始め、各々の位置および方位を、シーケンスの各々の距離測定に記憶させるように形成および配置し、
該位置検出ユニットが、故意でない手の動きによる該測量装置の位置および／または放射方向の変化を記録し、
該繰返し速度を、手の静止または保持した震えの典型的な周波数よりも大きくし、特に、４Ｈｚより大きく、好ましくは、１２Ｈｚより大きくする、
ことを特徴とする携帯型測量装置。
【請求項２】
前記繰返し速度が、自動的に、目標物の距離、位置の変化、および／または、方位の変化の関数で変化する、ことを特徴とする請求項１記載の携帯型測量装置（１ｂ）。
【請求項３】
前記位置検出ユニットが、直線および／または回転の加速度を検出する慣性センサとして、位置および／または放射方向の変化を記録し、絶対的な位置および／または絶対的な放射方向を記録するように形成されている、ことを特徴とする請求項１〜２の何れか１項記載の携帯型測量装置（１ｂ）。
【請求項４】
前記位置および／または放射方向が、基準点、特に、その位置が分かっている基準点で導出できるように、前記位置検出ユニットを形成している、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の携帯型測量装置（１ｂ）。
【請求項５】
前記位置検出ユニットが、少なくとも２つの異なる時間および／または空間の分解能の検出レベルを備えている、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）。
【請求項６】
前記放射方向が、前記測量装置に対し可変で、特に走査素子（９）の手段で、前記携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）に対し実際の放射方向が、絶対的および／または相対的な放射方向の記録に含まれる、ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）。
【請求項７】
前記距離計の放射が、自動走査の動きで、特に、扇状で発生するように形成している、ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）。
【請求項８】
前記携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）が、距離測定で測定物の識別および／または配置を支援する画像記録ユニットを備えている、ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の携帯型測量装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項記載の前記携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）の測量方法が、
少なくとも２つの距離の距離測定と、
各々の距離は、測定時での前記携帯型測量装置（１ａ，１ｂ）の位置および前記距離計の方位で、自動的にリンクして記録され、
少なくとも２つの測定した距離から、測定する変数、特に距離を導出する、
距離測定の自動化したシーケンスを、或る繰返し速度、特に、可変の繰返し速度で行い、
各々の位置および方位を、シーケンスの各々の距離測定で記録する、
ことを特徴とする携帯型測量装置の測量方法において、
前記繰返し速度が、手の静止または保持した震えの典型的な周波数よりも高く、特に、４Ｈｚより大きく、好ましくは、１２Ｈｚより大きい、ことを特徴とする測量方法。
【請求項１０】
前記繰返し速度が、目標物の距離、位置の変化、および／または、方位の変化の関数で可変となる、ことを特徴とする請求項９記載の測量方法。
【請求項１１】
測定する変数の位置および／または方位が、これらの測定した変数の変化の登録、 絶対的な測定変数の測定、および／または、位置が分かっている少なくとも１つの点に戻る関係、特に、後方交会法で測定される、ことを特徴とする請求項９〜１０の何れか１項記載の測量方法。
【請求項１２】
測定する変数の導出で、距離を、距離測定の少なくとも２つの視野点の間の幅（Ｗ）として測定する、ことを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項記載の測量方法。
【請求項１３】
測定する変数の導出で、距離を、複数の距離測定から測定し、その距離測定が、測定する変数に関係する幾何学的な標準の測定物に関連させている、ことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項記載の測量方法。
【請求項１４】
前記幾何学的な標準の測定物が、手動または自動で予め決め、特に、所定の選択から選ぶ、ことを特徴とする請求項１３記載の測量方法。
【請求項１５】
前記位置および／または方位が、少なくとも２つの異なる時間および／または空間の分解能のレベルで測定する、ことを特徴とする請求項９〜１４の何れか１項記載の測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型測量装置及びその測量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
距離測定の方法およびシステムは、多くの用途で使用されている。測地では、極めて高い精度を必要とし、ビルの架設や軍事目的での測定作業もある。これらの作業で、選択した視野点への光学的距離測定を行う携帯型の測量装置が使用される。通常、レーザビームを放射し、目標物の偏向(deflection)で再度受光して評価する。位相または経過時間測定などの種々の測定原理で、距離が測定できる。
【０００３】
ＥＰ０７３８８９９Ｂ１は、この用途に適した典型的な測量装置を開示している。
【０００４】
多くの用途では、実施する距離測定が、自動的に測定の位置および／または方位に関連されるのが好ましい。基準点に測定装置を繰り返し固定する必要がなく、操作が容易になる。
【０００５】
ＵＳ５，３３７，１４９は、慣性センサを備えた携帯型距離計を開示している。この距離計は、距離測定を実際の位置にリンクする。
【０００６】
ＵＳ５，８８６，７７５は、測定物への走査方法を記載し、使用する携帯型のスキャナの位置測定を電磁気的に行なっている。
【０００７】
これらの距離測定システムは、測定の時に、距離測定と空間変数（例えば、位置および方位）測定とにリンクを可能にするが、場合により、多数の測定の記録（例えば、広大な測定物の走査）では、問題点が残る。
【０００８】
例えば、テーブルの２つの縁の間の距離を、接触しないで測定する場合、または、測定点が適切であっても、測定のアクセスが出来ない場合がある。従って、高い天井に沿ったパイプラインの厚みの測定は、従来技術の測量装置では不可能である。しかし、これらの測定物と特性は、比較的多数の測定で測量が可能となる。これらの測定物と特性が、測定条件に関して測定でき、測定の開始点の空間順序が結びつきを備えている場合に可能となる。
【０００９】
今日までの装置の不利な点は、種々の測定での乏しい整合性または空間関係の欠如と考える。特に、測定の開始位置の均一な分布が欠けている。従って、複数の距離測定が、記録の際に互いに自動的に相関されていない。しかし、この相関は、例えば２つの壁の平行関係のチェックに適している。このリンクの基本的な問題は、多数の測定に由来する。測定の各々の場合で、個別に向けて起動する必要がある。しかし、全ての測定が、都合よく空間の結びつきを備え、つまり、互いに又互いに隣接する近くの空間で一致させて行う必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、携帯型測量装置または測量方法で、複数の測定、特に多数の測定で、高い空間の結びつきを可能とする。
【００１１】
本発明の携帯型測量装置および方法で、広い又は３次元構造の特徴も、測量または検査が可能で、また構造が特定できる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の基本は、距離測定を自動的に記録し、位置の座標変数と距離計の軸の方位と併せて互いにリンクさせている。距離と座標変数から成る記録されたデータを、直接に処理し一時的に記憶する。データの記録は、自動測定シーケンスで行なう。測定の開始で、方位および位置測定に関する距離測定のシーケンスを、装置で行なう。
【００１３】
繰返し速度の選択で、密な測定のシーケンスとなり、その周波数および空間関係で、走査から表面の測定も可能となる。走査は、測定装置を手動で動かして行なう。この動きは、任意または故意でない成分を含む可能性がある。特に、人の手の生理学的な震えは、微細な走査となる。これは、測定を適切な調整で始めた場合である。距離によっては、その震えは、比較的小さな目標物の走査に使用できる。任意の動きの走査が不要となる。
【００１４】
自動で任意に最適化した記録で、多数の距離測定のデータセットが、素早く正確に記録され、引き続き、より複雑な方法、例えば統計学的手法またはパターン検出方法で評価される。
【００１５】
自動的に実行される測定の繰返し速度は、目標物の距離の関数、または、位置または方位の変化として適合される。従って、測定の“密度”または時間のシーケンスは、目標物の距離および／または手動の走査スピードの関数として変更できる。状況に応じて、走査した目標の測定物の情報も考慮することも出来る。連続的に記録した距離測定が、その値に大きなバラツキを示す場合、構造のある表面として推測され、高い分解能を得るために繰返し速度を上げる。測定値の分散が、或る閾値よりも落ちると、繰返し速度を相応して下げる。同様に、繰返し速度は、測定装置の角加速度または横方向の動きの関数として変え、対応する均一または密な視野を維持する。
【００１６】
距離測定は、携帯型測量装置に通常に使用されているレーザ距離計で行なう。本発明では、原理的には他のシステムも使用できる。ただし、そのシステムが、測量装置に対して、測量点の識別および空間的配置を可能にする必要があり、三角法が一例である。
【００１７】
各距離測定で、この目的に使用するビーム経路の方位および測量装置の位置を記録する。方位および位置の測定は、種々の方法で行なえる。本発明では、相対的な変数の測定だけで、方位および位置の変化が測定できる。絶対測定が要求される場合、これらは、全体の測定方法の開始点に戻って関連させる必要がある。多くの用途では、取得する変数の絶対位置は、要求されない。従って、２つの縁部間の距離を測定する場合、縁部のみ測定し、その距離、および、測量装置に対する位置の測定で十分である。空間的に互いに関連している測定のセットから、縁部の間隔が、算出できる。既知の絶対位置を自動的に基準にする必要は無く、測定物までの距離の割り当てをユーザが行なう。従って、互いの位置および方位が測定で分かるので多くの目的には十分である。
【００１８】
各測定または少数の測定で、空間での絶対位置または方位の測定も可能で、測定が互いに関連せず、正確に空間で固定される。これは、次の測定シーケンスでの使用を可能とし、第１のシリーズまたは他のシステムへの変換とは独立している。
【００１９】
本発明は、多数の関連した測定を提供し、複雑な評価方法も使用できる。例えば、既知の方法で、個別の測定の点集団内の測定物を識別し、その寸法または方位が測定できる。ＷＯ９７／４０３４２は、この方法を開示している。
【００２０】
しかし、今日まで、この点集団を、固定した走査システムで記録していた。このシステムでは、固定した直立点を選択する必要がある。直立点が、モータによる走査プロセスのベースとなる。複雑性、サイズおよびエネルギ消費が、携帯型操作のハードウェアを妨げてきた。固定した直立点の要求も同様である。
【００２１】
本発明では、走査による測定プロセスに、手の動きを使用する。通常の故意でない手の動きである“震え”および意識的な動きを、手動の走査プロセスを行なうのに使用する。
【００２２】
適用により、異なる周波数の震えが生ずる。通常の生理学的な震えは、条件によるが、４〜１２Ｈｚの範囲の周波数である。例えば、静止の震え、運動時の震え、保持または等長性の震えによる。若年の生理学的な震えは、８〜１２Ｈｚの範囲となる。距離測定及びそれにリンクした位置・方位測定の繰返し速度は、既に走査測定の手の故意でない動きを利用している。繰返し速度は、震えの周波数に対応またはそれを越える。
【００２３】
手の走査の動きに加えて、距離測定に使用するビームの走査の動きを技術的に形成する。この走査は、扇状または漏斗状の方法で行い、例えば、ビーム経路の圧電作用で動かす素子で形成する。手動の走査の動きに加えて、重畳される走査放射がある。この放射は、装置または複数の測定ローブを備えた装置で形成する。走査放射は、目標の測定物上の測定点に、平行またはジグザグのトレースを形成し、向上した走査を与える。
【００２４】
走査の動きは、放射方向および測量装置の位置に連続した変化をもたらす。各測定で測量する変数は、内部のシステムで測定される。このシステムは、相対的な変数を、基準変数の変化として、又は、作用する力または加速度として、測定する。このシステムは、例えば、慣性センサで、回転および並進の加速度を測定する。基板上での一体化、例えば、マイクロシステム技術、マイクロまたはナノ構造化の既存の方法で、小型で、頑丈で、省エネルギのセンサが可能となり、このセンサを、携帯型測量システムで使用する。
【００２５】
慣性センサは、特に高い周波数での使用に利点があり、時間および空間に関して良好な分解能が得られる。さらに、測量装置は、識別する点に目を向ける必要がない。装置は、密閉した設計にできる。
【００２６】
代わりにまたは加えて、外部の変数、例えば、識別する点または構造に対する方位も可能となる。測量装置で測定した基準点の位置が知られている場合、その装置の実際の絶対位置が推測できる。全ての条件下で、実際の位置を、所望の精度で測量装置の現在位置としたい場合、方法としては、対象物に対する装置自身の位置の測定に基づく。この対象物は、基準対象物または基準点となる。古典的な一例として、後方交会法がある。基準点の知識から測量装置または位置決め装置の絶対位置を導出する場合、基準点を予め確定しておき、十分な精度で測量を行なう。
【００２７】
しかし、これら基準点の絶対位置の知識が無くても、相対位置、つまり基準点に対する変化を、常に考慮すればよい。測定軸の相対的な位置決めまたは方位が可能となり、種々の距離測定の関連を可能とする。
【００２８】
この目的に適したシステムは、例えば、通称“位置決めシステム”と呼ばれ、基準点に対する測定に、マイクロ波または光学放射を用いる。外部基準点の光学的測定から成るシステムは、欧州特願ＥＰ０３０２１１３４に開示されている。しかし本発明の出願時には発行されていない。
【００２９】
外部照合ユニットの利点は、特に絶対位置の測定が可能となる。
【００３０】
慣性センサを測量装置内の外部照合ユニットに組み込むことも可能である。空間または時間に所望の分解能が得られない可能性もある。従って、例えば、回転速度および直線加速度を測定する慣性センサが、頻繁にドリフトを起こし、測定した実際の位置が、真の位置から偏差が生ずる。本発明の測量装置は、適切な補正機能をもたらす。実際の位置の外部測定で、偏差を所定の時間間隔で補正する。一方、外部の位置決めシステムの低周波ステップ間の期間は、慣性センサによる位置測定で支持されている。基準点の測定の断続的な欠損は、もう１つの位置決めシステムで間隙を埋める。これで、基準点の数を減少および／または測定にアクセスする範囲を少し広げることが出来る。このハイブリッドシステムは、基準点に目を向ける短い欠損の補償も行なう。使用領域が一般に広がり、測量装置が、より頑丈に設計できる。
【００３１】
測定は、多数のアプローチで評価が可能で、例えば、画像処理、パターン認識または信号処理、そして統計的方法がある。測定は、位置および方位の情報で互いにリンクまたは関連している。
【００３２】
建設区域または建築物の測量での一般的な利用の典型的な２つの例を、以下詳細に説明する。
【００３３】
テーブル面のような、縁部が境界となる持ち上がった構造の測量
【００３４】
多数の距離の自動測定を先ず行なう。測量装置は、テーブル面を含む立体角で粗く動かす。測定のシーケンスは自動的に行われ、シーケンスは手動または自動的に開始できる。周波数または繰返し速度は、特定され、または、自動的に適用され、横方向または回転の動きの速度による。
【００３５】
測定のセットから、縁部を第２ステップで特定する。これは、測定した距離の飛び跳ねを基本に自動的または手動で識別できる。手動による識別は、縁部に複数の測定を直接に行なう。これは、さらに縁部測定として役立つ。この測定から、３次元の縁部の位置が、例えば、平均値の計算で確定できる。
【００３６】
第３のステップで、３次元の縁部位置から距離を測定し、テーブル面の幅として出力される。
【００３７】
これらのステップで、各ケースで、異なる既知の統計的方法を用いて、複数の測定から、所定の精度で距離を取得する。
【００３８】
測定の記録も、結果に伴う精度の予備的な評価を考慮してコントロールできる。好ましくない条件の場合、ユーザに、測定数が不十分で、測定プロセスを広げる必要性を示すことも可能である。代わりに又は更に、繰返し速度または測定周波数の自動適用も可能である。
【００３９】
実施例で記載したテーブル面の測量で特定し、その３次元の位置を確定した縁部は、完全な測定物の識別または明確にするステップにも使用できる。複数の縁部が、連続して構造の素子として測量される場合、構造素子の位置および方位が、測定にリンクした位置および方向の情報からも分かり、または、導出できる。これにより、関連する測定物が、構築または認識できる。上記引例の画像処理またはレーザ走査技術が、この目的に使用できる。
【００４０】
室内の壁のような表面の平面性に関する測量
【００４１】
表面の測定で、上記記載の実施例の第１ステップを、類似して行なう。
【００４２】
測定の全体から、壁の平滑さは、第２ステップで直接的、統計的に導出、または、段階で導出できる。直接の統計的な測定の場合、例えば、最小二乗法が使用できる。この方法は、測定値の集団から平面を置き、この平面から測定値の偏差を最小にする。平面の平滑さは、平均偏差から得る。平面は、段差部の間の走りとして確定される。
【００４３】
段階的な方法では、最初に抽象的な平面の経路を確定し、全ての測定値が、距離計に面する面側に空間的に横たわるようにする。
【００４４】
理想的な仮想の平面の経路からの測定値の偏差を導出し、平面の平滑性を測定する。
【００４５】
多くの適用で、評価前に、分析する形態(topology)の予備情報が特定、または、自動的に確定されているのが好ましい。仕様は、例えば、メニューから手動選択で行なうことができる。メニューは、上記の例では、「幅を定める点」または「平面の平面性の点」がある。分析または数学的アルゴリズムの手順が、既に確定する。
【００４６】
予備の情報の自動供給も可能である。従って、測量装置が、距離測定の対象物の配置を支援する画像記録ユニットを含んでも良い。例えば、カメラがある。測定に関して、空間の測量部分の画像を記録し、そこから測量する対象物の形態を自動的に導出する。パターン検出の効率的なアルゴリズムまたは装置は、従来技術で可能である。画像情報および測定値から双方向的に測定物の確定も可能である。従って、測定距離での飛び跳ねは、記録画像の縁部の識別に利用する。
【００４７】
密なシーケンスでの測定の自動リンクの場合、測量装置または測量方法は、特に、下記の項目を特定、確定、および／または、測定が出来る。平面間の角度、縁部間の距離または３次元測定物の境界表面、３次元測定物の性質、表面の平行度、または表面の平面性などかある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の測量装置および測量方法の実施形態を、模式的に示す図を参照し、詳細に説明する。
【００４９】
図１ａおよび１ｂは、本発明による測量装置の２つの可能な実施形態の外側を示し、各々、慣性センサおよび外部照合ユニットを備えている。測量装置の図１ａの第１実施形態１ａは、位置検出ユニットとして、１つ以上の慣性センサと、ハウジング２ａと、を備えている。ハウジング２ａは、入力および制御キー３ａと、表示部４ａとを、その表面にコントロールとして備えている。コントロールで、測量装置の機能を制御、特に、標準の測定物の選択をする。距離測定の場合、測量装置は、測定放射線ＭＳを出す放射源を備えている。
【００５０】
図１ｂは、本発明の測量装置の第２の実施形態１ｂで、外部の識別可能な点に対する基準で位置測定をする。この目的のために、識別可能な基準点の識別および測量の放射線を、カバー５から放射する。放射線を透過するカバー５は、測量装置のハウジング２ｂに取り付けている。外部の点に対して自身を基準にする光学システムを位置検出ユニットとして使用する。コントロールとして、入力および制御キー３ｂ、および、表示部４ｂを、ハウジングの表面に設けている。距離測定に、測定放射線ＭＳを放射する。
【００５１】
放射線の放射による距離測定の代わりに、他の適切な距離計、例えば、三角測量計も全ての実施形態に使用できる。
【００５２】
図２ａおよび２ｂは、２つの実施形態である図１ａおよび１ｂの測量装置の内部設計を示し、各々、慣性センサおよび外部照合ユニットを備えている。
【００５３】
第１の実施形態１ａの設計を図２ａに示す。ハウジング２ａは、入力および制御キー３ａと、表示部４ａとを最上部に備えている。ハウジング２ａは、内部に、慣性センサ６と計算ユニット７を備えている。慣性センサ６は、位置検出ユニットである。計算ユニット７は、コントロール、特に、距離測定の自動起動、および、測定した距離から、測定する変数、特に、距離の導出を行なう。第１の実施形態の距離測定で、測定放射線ＭＳは、放射線源８で生成され、測量装置から放射される。測定放射線ＭＳの放射方向は、ビーム経路の光学素子９で影響を受ける。例えば、ピエゾ素子で調整したミラーを介して通過した測定放射線を、或る角度範囲で任意に受信させて扇状の走査の様にする。目標物での反射後、この放射線は、再度、受信ユニット（図示せず）で受信され、得られた信号を計算ユニット７で評価する。計算ユニット７で、各距離測定が、慣性センサ６を備える測量装置の位置および距離計の方位がリンクされる。
【００５４】
走査の動きで定まる放射方向の配置は、直接または間接的に測定され、距離計の方位として登録される。直接の測定は、例えば、各放射の場合の回路で、光学素子９の正確な位置を登録する。間接の測定は、放射の時間の測定で行なう。この時間と完全な走査サイクルの時間の情報から、放射時での光学素子９の位置を計算で導出する。
【００５５】
距離測定の方向の変化は、放射線の放射に限定されない。放射方向の代わりに、例えば、三角法の測定で、センサの受信方向を変更することも可能である。距離測定に、純粋に受動的なシステムの使用も可能となる。
【００５６】
図２ｂは、本発明の測量装置の第２の実施形態１ｂを示す。装置は、ハウジング２ｂ、入力および制御キー３ｂ、表示部４ｂ、およびハウジング内の部品から成る。第１の実施形態と同様に、測定放射線ＭＳを放射線源８で生成し、測量装置から放射させ、再び受信し、最後に評価する。第２の実施形態においても、光学素子をビーム経路に設ける。
【００５７】
測量装置の位置および距離計の方位の測定には、外部照合ユニットを、純粋な例として第２の実施形態で使用する。レーザ放射線Ｌは、測位放射線源８’から出て、光学ガイド素子１０（コントロール素子）の偏光素子および回転可能な一対のプリズムを経て、放射線に透明なカバー５から放射される。回転可能な一対のプリズムで、レーザ放射線Ｌのミラーに突き当たる角度を、周期的に変える。カバー５から放射されるレーザビームＬに、ロゼット状の走査の動きを与えることができる。目標物、特に基準点の反射で戻されたレーザ放射線は、同じビーム経路を経て、測位放射線源８’に戻される。距離測定の受信ユニットは、構造的に放射線源に一体化されている。
【００５８】
検出範囲ＥＢ内に位置する基準点から反射されて戻る放射線は、内視鏡１１の形をした光学システムを経て、画像記録ユニットのカメラに入る。このカメラを用いて、画像処理法で、基準点の測定およびその識別を、距離測定と並行して行う。角度測定を、特に、２つの基準点の間に位置する画像の点を数えて行う。
【００５９】
制御およびデータ処理に、第２の実施形態１ｂは、計算ユニット７’を備えている。測定放射線による距離測定の機能に加えて、計算ユニット７’は、検出可能な基準点の自動検出の機能を備えている。計算ユニット７’は、基準点の位置情報の導出機能、および、基準点の位置情報から測量装置の位置および距離計の方位導出の位置成分の導出機能も備えている。計算ユニット７’は、各々の距離測定時に、各距離測定を、測量装置の実際の位置および距離計の方位にリンクさせる。
【００６０】
測量装置は、慣性センサおよび外部照合ユニットを両方備えても良く、第１および第２の実施形態の特性を組み合わせても良い。
【００６１】
携帯型測量装置またそのユニットのサイズ、および、測量する点の小さな断面のため、高精度で安定した測位が重大な要求となる。好ましくは、放射線源、ビームガイド、慣性センサ、制御および評価ユニットのすべてのユニットを、共通のベース板に取り付けるか、または共通の基板上で実現させる。ＤＥ１９５３３４２６Ａ１およびＥＰ１１２７２８７Ｂ１は、取り付けの要求および要求される位置精度に適した光学構造の素子または組立て、および全体のシステムを記載している。ＷＯ９９／２６７５４および欧州特願ＥＰ１４２４１５６は、小型の組立品をベース板上にはんだ付けする適切な方法を記載している。欧州特願ＥＰ１４２４８８４は、小型の組立品を支持板に固定する適切な方法、特に光学ユニットの精密な調整を記載している。
【００６２】
図３は、本発明の第１の実施形態１ａを使用した測量方法を説明している。第１の装置位置ＧＰ１で、測定放射線を視野点ＡＰ１に放射して距離測定を行なう。この位置で、距離計の位置および方位と併せて測定した距離をリンクさせて記録し、そして測量装置で適宜記憶する。任意および／または故意でない人の手の動きで、測量装置を装置位置ＧＰｎに移動させる。放射した測定放射線に関連する距離測定のシーケンスは、視野点ＡＰｎのトレースＳＰを形成する。各距離測定およびそれに関連する視野点ＡＰｎに対して、距離、測量装置の装置位置ＧＰｎ、および、距離計の方位が、記録される。全ての距離測定がリンクされ、３次元で互いに関連付けられる。装置位置ＧＰｎおよび距離計の方位は、３次元で完全に測定される。装置位置ＧＰｎおよび距離計の方位は、最初の装置位置ＧＰ１に対する相対的な位置または変化、または距離計の各々の以前の位置または方位として、測定される。この例の場合、実際の装置位置ＧＰｎは、最初の装置位置ＧＰ１に対する変化として測定している。測定は、測量装置の第１の実施形態１ａの慣性センサで行う。距離計の方位の測定も同様である。
【００６３】
図４は、本発明による測量方法の第１の実施例を示す。部屋にあるテーブル１２を測量する。従来の携帯型測量装置の場合、テーブル面の縁部は、測定放射線を反射する目標物として適切でない。テーブル幅の測定は、支持表面として直線の縁部の補助の使用のみで可能となる。本発明の測量装置によるテーブル幅の測定は、手で測量装置を動かして、距離測定の視野点のトレースＳＰを、テーブルの幅を可能な限り越えて、数回横切らす。
【００６４】
取得した距離、位置および方位からなるデータ記録の評価を図５に示している。第１の測量例で測定する変数の偏差を示している。簡単なケースとして、トレースＳＰをテーブルの幅の上を一度だけ行なう場合を考える。何回もトレースして解析するのも可能である。図５の上部に示す距離測定ＥＭは、トレースＳＰに対応している。３次元で行なう距離測定の角度αに対応する距離測定が、図表の各点に対応している。テーブル表面に平行な直線に沿う簡単な測定を考える。距離測定ＥＭが、角度αをベースに構成される。距離測定のシーケンスが、飛び跳ねを示す。これは、テーブルの縁部に関連している。測定が、テーブル面に達すると、測定した距離は小さくなる。これは、測定距離が、部屋の床よりもテーブル面が近くなるためである。距離測定ＥＭのシーケンスにおける距離の飛び跳ねから、或る角度範囲の導出が可能となる。既知の距離をベースにして、空間の距離およびテーブル面の幅Ｗを、導出する変数に関連させる。既知の効果的な方法で、測定した値での飛び跳ね又は側面の特定が出来る。
【００６５】
図表から明らかであるが、個々の測定と導出する変数の精度の間には関係がある。シーケンスでの距離測定の間隔が、測定精度を決定する。従って、個々の測定のシーケンスの最適化を行なうことが出来る。例えば、時間または空間の間隔に関して可能である。 最適化は、手動またはアップストリームアルゴリズムで自動的に行なうことができる。例えば、空間的に密な分布を得るには、測定の実際の周波数は、人の手の動きのスピードに適合させる。慣性センサまたは外部照合ユニットが、この目的に所望の動きの情報を与える。
【００６６】
図６は、本発明の測量方法による測量の第２の実施形態を示す。図４，５とは対照的に、対象物の測量を多次元にしている。この場合、２つの壁の平面性または平坦性をチェックし、室内での建築工事を行なう。各壁を距離測定のトレースＳＰ１またはＳＰ２で走査する。各トレースの測定値のシーケンスの解析で、識別される可能な構造を測量する代わりに、全ての測定値の総合性を統計的に評価する。測定値のシーケンスを用いて基準面を導出し、その基準面に対する偏差を測定する。最小二乗法が利用できる。代わりに又は追加として、例えば、表面の方位も特定できる。この場合、２つの壁を別々に検討し、関連するトレースを分離して評価する。
【００６７】
図７は、本発明の測量方法の第３の実施形態を示す。この場合、２つの壁と部屋の床の間の角度が測定または確認できる。この場合、トレースＳＰを、解析する全ての表面に動かす必要がある。距離測定のシーケンスは、全ての表面を覆っている。
【００６８】
角度の測定には、表面を特定させ、即ち各測定値に表面を関連させる。このために、表面の数および／または方位に関する情報を特定する。先ず第１に、選択規則のベースに基づいて測定値から表面を導出する。例えば、測定点をセットに連続して指定する。セットは、各々の場合、表面の１つを現している。
【００６９】
角度の導出に、代わりに統計方法を使用しても、全ての測定点の同時の使用ができる。
【００７０】
トレースＳＰの記録も、表面を特定する予備測定で先行できる。例えば、各々の場合で、直線運動を２つの面の境界面の上で行なう。各トレースが、２つの表面を表しているので、比較的に素早い配分が、トレースを２つのセットに分割することで行なえる。１回だけの動きで全ての測定点が既に分類される。１つだけの正確な分離点、即ちセットの配分点が測定できる。たとえば、最小二乗法をサブセットに使用して２つの表面を評価する。
【００７１】
複数のトレースが、位置検出ユニットで、空間的にもリンクされ、図６に示すように完全な表面の分離した測定および角度を測定する次の関係ももたらす。
【００７２】
図８は、扇状の走査による測量方法およびその装置を用いた第４の実施形態として、目標対象物での距離測定点の平行な複数のトレースの形成を示す。この実施形態の測量装置は、図２ａの第１の実施形態に対応し、ビーム経路の光学素子が、扇状の放射方向の変化を与える。この光学素子で、一点のみではなく、つまり、放射線源の軸の各々の方位である距離計の軸が１つではない。放射方向の周期的な変動が形成され、１つだけの視野点でなく、細片の視野点１３が、測量できる。これまでに述べた方法同様に、この細片で測定または測量を行う部屋の部分を通過させる。左から右への１回だけの手動の動きで、多数のトレースＳＰｎが形成される。１つのトレースＳＰ１ではなく、２次元の視野点の視野が形成される。時間および手作業の節約に加えて、この視野は、特に、一層均一な走査となる。これは、細片内の点の分布が均質なためである。細片１３の走査の周期を、手動の動きの時間に比較して短くすると、比較的密で均質な走査部分が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１ａおよび１ｂは、本発明の２つの実施形態の外側を示し、各々、慣性センサおよび外部照合ユニットを備えている。
【図２】図１ａおよび２ｂは、２つの可能な実施形態の設計図で、各々、慣性センサおよび外部照合ユニットを備えている。
【図３】本発明による測量方法の略図を示す。
【図４】本発明の測量方法による測量の第１の実施形態を示す。
【図５】測量の第１実施形態で測量する変数の導出を説明する略図。
【図６】本発明の測量方法による測量の第２の実施形態を示す。
【図７】本発明の測量方法の第３の実施形態を示す。
【図８】扇状の走査による測量方法およびその装置を用いた第４の実施形態を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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