DE102013201769A1

DE102013201769A1 - Surveying arrangement and method of surveying

Info

Publication number: DE102013201769A1
Application number: DE102013201769.3A
Authority: DE
Inventors: Anko Börner; Sergey Zuev; Denis Grießbach; Dirk Baumbach; Maximilian Buder; Andre Choinowski
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-07
Also published as: DE202014001126U1; WO2014118386A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vermessungsanordnung, insbesondere zur Vermessung von geschlossenen Räumen und/oder von Außenbereichen mit gestörtem oder fehlendem GNSS-Empfang, wobei die Vermessungsanordnung (1) mindestens ein sensorisches System (2) zur Erzeugung von Messdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung erster Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung zweiter Positions- und/oder Orientierungsdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter mindestens eine Speichereinrichtung (16) umfasst, wobei Messdaten durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierte Positions- und/oder Orientierungsinformationen referenziert zueinander in der Speichereinrichtung (16) speicherbar sind, sowie ein Verfahren zur Vermessung.The invention relates to a measuring arrangement, in particular for measuring closed rooms and / or outside areas with disturbed or missing GNSS reception, the measuring arrangement (1) comprising at least one sensor system (2) for generating measurement data, the measuring arrangement (1) further comprises a first unreferenced position detection system for generating first position and / or orientation data and at least one second unreferenced position detection system for generating second position and / or orientation data, the measurement arrangement (1) further comprising at least one memory device (16), measurement data by the first and / or second position and / or orientation data, coded position and / or orientation information referenced to one another can be stored in the memory device (16), and a method for measuring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vermessungsanordnung sowie ein Verfahren zur Vermessung, insbesondere von geschlossenen Räumen. The invention relates to a surveying arrangement and a method for measuring, in particular of closed rooms.

Die Inspektion von Industrieanlagen, Gebäuden, aber auch Schiffen, dient beispielsweise einer frühzeitigen Erkennung von Schäden und/oder der Gewährleistung einer Betriebssicherheit. Sensorsysteme, die die dafür benötigten Daten erfassen, können beispielsweise Kamerasysteme mit einem beliebigen Spektralbereich, Feuchtesensoren oder Gassensoren sein. Die von diesen Sensorsystemen erzeugten Daten können aber in der Regel nur dann sinnvoll und nutzbringend verwendet werden, wenn sie räumlich referenziert werden. D.h., dass zu jedem Messsignal auch eine Lage, also Position und/oder Orientierung, des Sensorsystems bekannt sein sollten. The inspection of industrial plants, buildings, but also ships, for example, an early detection of damage and / or ensuring operational safety. Sensor systems that capture the data required for this purpose can be, for example, camera systems with an arbitrary spectral range, humidity sensors or gas sensors. The data generated by these sensor systems can, however, usually only be used meaningfully and usefully if they are spatially referenced. In other words, a position, ie position and / or orientation, of the sensor system should also be known for each measurement signal.

Eine Lageerfassung mittels eines GNSS (globalen Navigationssatellitensystems) gewährleistet eine derartige räumliche Referenzierung von Messdaten in Außenbereichen mit einer Positionsgenauigkeit von einigen Zentimetern, z.B. bei Verwendung eines differentiellen GPS (Global Positioning System), bis zu einigen Metern. Die Bestimmung einer Orientierung ist mit GNSS nicht möglich. In geschlossenen Räumen, beispielsweise in Innenräumen von Gebäuden oder Fahrzeugen, insbesondere Schiffen, können eine Funktionsfähigkeit und die Genauigkeit des GNSS jedoch beeinträchtigt sein. Im Außenbereich kann die Qualität der Positionsmessung mittels GNSS bei ungünstigen Bedingungen beeinträchtigt sein, beispielsweise durch Abschattungen und Mehrfachreflexionen. A position detection by means of a GNSS (global navigation satellite system) ensures such spatial referencing of measurement data in outdoor areas with a position accuracy of a few centimeters, e.g. when using a differential GPS (Global Positioning System), up to a few meters. The determination of an orientation is not possible with GNSS. However, in closed spaces, such as in interiors of buildings or vehicles, especially ships, operability and accuracy of the GNSS may be compromised. Outside, the quality of position measurement by GNSS may be affected by adverse conditions, such as shadowing and multiple reflections.

Für eine räumliche Referenzierung von Messdaten können beispielsweise terrestrische Mikrowellen-Sender- und Empfangseinheiten verwendet werden. So können beispielsweise RFID (Radio Frequency Identification)-Systeme, Pseudolite-Systeme oder WLAN-basierte Systeme zur räumlichen Referenzierung genutzt werden, erfordern aber eine entsprechende technische Ausrüstung der Messumgebung im Vorfeld der Messungen. Auch ist es möglich, Inertial-Messsysteme zu verwenden. Diese Systeme messen Winkelgeschwindigkeiten und Beschleunigungen, die durch Einfach- bzw. Zweifachintegration zu Orientierungs- und Positionswerten verarbeitet werden können. Durch dieses Prinzip werden schnell große Fehler akkumuliert, was nur durch die Verwendung von großen und teuren Inertialmesssystemen umgangen werden kann. For a spatial referencing of measured data, for example, terrestrial microwave transmitter and receiver units can be used. For example, RFID (Radio Frequency Identification) systems, pseudolite systems or WLAN-based systems for spatial referencing can be used, but require appropriate technical equipment of the measurement environment in advance of the measurements. It is also possible to use inertial measuring systems. These systems measure angular velocities and accelerations that can be processed into orientation and position values through single or dual integration. This principle quickly accumulates large errors, which can only be circumvented by the use of large and expensive inertial measurement systems.

Zusätzlich können auch kompassbasierte Systeme zum Einsatz kommen. All diese Systeme können in Innenräumen Anwendung finden. Karten, die im Vorfeld erstellt wurden (z.B. Gebäudegrundrisse, Elektrische-Feldstärke-Karten) finden oftmals Verwendung, um die Messwerte zu stützen. In addition, compass-based systems can also be used. All of these systems can be used indoors. Maps created in advance (e.g., building footprints, electric field strength maps) are often used to support the measurements.

Allen bekannten Verfahren zur räumlichen Referenzierung von Messdaten ohne GNSS ist gemein, dass sie a-priori-Informationen benötigen, z.B. durch Karten oder eine Ausrüstung des zu vermessenden Objekts mit entsprechenden technischen Hilfsmitteln, und teuer sind. All known methods for the spatial referencing of measurement data without GNSS have in common that they require a priori information, e.g. by maps or equipment of the object to be measured with appropriate technical aids, and are expensive.

Ferner existieren Ansätze zur photogrammetrischen Verortung von Messdaten. Hierbei wird eine Vielzahl von räumlich überlappenden Bildern in einem zu untersuchenden Innenraumbereich aufgenommen. Hierbei ist problematisch, dass eine Verortung auf Grundlagen von photogrammetrischen Ansätzen nur bedingt echtzeitfähig ist, da in der Regel der gesamte Bildblock (vom ersten bis zum letzten Bild) vorliegen muss, um nachträglich die Trajektorie des Messsystems zu bestimmen und damit die räumliche Referenzierung der Messwerte sicherzustellen. Furthermore, there are approaches for photogrammetric localization of measurement data. In this case, a multiplicity of spatially overlapping images are recorded in an interior area to be examined. Here, it is problematic that a localization on the basis of photogrammetric approaches is only conditionally real-time capable, since usually the entire image block (from the first to the last image) must be present in order to subsequently determine the trajectory of the measuring system and thus the spatial referencing of the measured values sure.

Die nachveröffentliche DE 10 2011 084 690.5 beschreibt eine Kamera, umfassend mindestens eine Optik, mindestens einen optischen Detektor, der in einer Fokalebene der Optik angeordnet ist, und eine Auswerteeinheit, wobei die Kamera mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein diffraktives optisches Element umfasst, wobei mittels der Lichtquelle das diffraktive optische Element beleuchtbar ist, so dass dieses verschiedene ebene Wellen erzeugt, die durch die Optik jeweils punktförmig auf dem optischen Detektor abgebildet und durch die Auswerteeinheit mindestens zur geometrischen Kalibrierung ausgewertet werden, sowie ein Verfahren zur geometrischen Kalibrierung einer Kamera. The post-published DE 10 2011 084 690.5 describes a camera comprising at least one optical system, at least one optical detector which is arranged in a focal plane of the optical system, and an evaluation unit, wherein the camera comprises at least one light source and at least one diffractive optical element, wherein the diffractive optical element can be illuminated by means of the light source is, so that this generates different plane waves, which are each punctiform imaged by the optics on the optical detector and evaluated by the evaluation at least for geometric calibration, and a method for geometrical calibration of a camera.

Es stellt sich das technische Problem, eine Vermessungsanordnung und ein Verfahren zur Vermessung zu schaffen, welche eine räumliche Referenzierung von Messdaten vereinfachen und eine zeitlich schnelle räumliche Referenzierung ermöglichen, wobei apriori-Wissen, z.B. in Form von Karten oder zusätzliche Infrastruktur, nicht notwendig ist. The technical problem is to provide a surveying arrangement and a method for surveying, which simplify a spatial referencing of measurement data and enable a temporally fast spatial referencing, a priori knowledge, e.g. in the form of maps or additional infrastructure, is not necessary.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 8. Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Es ist eine Grundidee der Erfindung, dass eine Vermessungsanordnung sowohl ein sensorisches System zur Erzeugung von Messdaten als auch mindestens zwei Lageerfassungssysteme zur Erzeugung von Positions- und/oder Orientierungsdaten umfasst, wobei die Lageerfassungssysteme in Bezug auf die Umgebung unreferenzierte Lageerfassungssysteme sind. Die Vermessungsanordnung erfasst die eigene Position und Orientierung in einem relativen Koordinatensystem, dessen Ursprung z.B. durch einen Nutzer eingestellt werden kann. Die Messdaten werden referenziert zu lokalen Positions- und/oder Orientierungsdaten der Lageerfassungssysteme, die in diesem relativen Koordinatensystem erfasst werden, gespeichert. It is a basic idea of the invention that a surveying arrangement comprises both a sensor system for generating measurement data and at least two position detection systems for generating position and / or orientation data, wherein the position detection systems are environmentally unreferenced position detection systems with respect to the environment. The survey arrangement captures its own position and orientation in a relative coordinate system whose origin eg by a user can be set. The measurement data is stored referenced to local position and / or orientation data of the attitude detection systems acquired in this relative coordinate system.

Nachfolgend gelten folgende Definitionen. Eine Lage beschreibt eine Position und/oder eine Orientierung eines Objekts zumindest teilweise. Eine Position kann beispielsweise durch drei Translationsparameter beschrieben werden. Z.B. können Translationsparameter einen x-Parameter, einen y-Parameter und einen z-Parameter in einem kartesischen Koordinatensystem umfassen. Eine Orientierung kann beispielsweise durch drei Rotationsparameter beschrieben werden. Z.B. können Rotationsparameter einen Drehwinkel ω um eine x-Achse, einen Drehwinkel φ um eine y-Achse und einen Drehwinkel κ um eine z-Achse des kartesischen Koordinatensystems umfassen. Somit kann eine Lage bis zu 6 Parameter umfassen. The following definitions apply. A layer at least partially describes a position and / or an orientation of an object. A position can be described by three translation parameters, for example. For example, For example, translational parameters may include an x parameter, a y parameter, and a z parameter in a Cartesian coordinate system. An orientation can be described for example by three rotation parameters. For example, For example, rotation parameters may include a rotation angle ω about an x-axis, a rotation angle φ about ay-axis, and a rotation angle κ about a z-axis of the Cartesian coordinate system. Thus, a layer can include up to 6 parameters.

Vorgeschlagen wird eine Vermessungsanordnung, wobei die Vermessungsanordnung auch als Vermessungssystem bezeichnet werden kann. Die Vermessungsanordnung dient insbesondere zur Vermessung von geschlossenen Räumen, insbesondere zur Vermessung von Schiffsräumen, Bergwerken, Gebäuden und Tunneln. Alternativ oder kumulativ dient die Vermessungsanordnung zur Vermessung von Außenbereichen mit gestörtem oder fehlendem GNSS-Empfang. Im Kontext dieser Erfindung bedeutet Vermessung, dass Messsignale, deren Erfassung automatisch oder von einem Benutzer manuell ausgelöst wird, erzeugt und räumlich referenziert werden. Zusätzlich können Messdaten auch zeitlich referenziert werden. Proposed is a surveying arrangement, wherein the surveying arrangement can also be referred to as surveying system. The surveying arrangement is used in particular for the measurement of enclosed spaces, in particular for the measurement of ship halls, mines, buildings and tunnels. Alternatively or cumulatively, the surveying arrangement is used to measure outdoor areas with disturbed or missing GNSS reception. In the context of this invention, surveying means that measurement signals whose detection is triggered automatically or manually by a user are generated and spatially referenced. In addition, measurement data can also be referenced in time.

Die Vermessungsanordnung umfasst mindestens ein sensorisches System zur Erzeugung von Messdaten. Das sensorische System kann beispielsweise ein Kamerasystem zur Erzeugung von Kamerabildern, ein Feuchtesensor oder ein Gassensor sein. Selbstverständlich können auch weitere sensorische Systeme zur Anwendung kommen. The surveying arrangement comprises at least one sensory system for generating measured data. The sensory system may be, for example, a camera system for generating camera images, a humidity sensor or a gas sensor. Of course, other sensory systems can be used.

Weiter umfasst die Vermessungsanordnung ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung erster Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung zweiter Positions- und/oder Orientierungsdaten. Furthermore, the surveying arrangement comprises a first unreferenced position detection system for generating first position and / or orientation data and at least one second unreferenced position detection system for generating second position and / or orientation data.

Vorzugsweise arbeiten das erste und das mindestens zweite Lageerfassungssystem auf Grundlage von voneinander unabhängigen physikalischen Messprinzipien. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine verbesserte Redundanz und eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung von Positions- und/oder Orientierungsinformationen. Preferably, the first and at least second position detection systems operate on the basis of independent physical measurement principles. This advantageously allows for improved redundancy and increased accuracy in the detection of position and / or orientation information.

Der Begriff "unreferenziert" bedeutet hierbei, dass die erzeugten Positions- und/oder Orientierungsdaten ausschließlich relativ zu einem systemeigenen Koordinatensystem der Lageerfassungssysteme oder relativ zu einem gemeinsamen Koordinatensystem der Lageerfassungssysteme bestimmt werden, wobei das gemeinsame Koordinatensystem orts- und drehfest bezüglich der Vermessungsanordnung ist. So können z.B. die ersten Positions- und/oder Orientierungsdaten relativ zu einem systemeigenen Koordinatensystem des ersten Lageerfassungssystems bestimmt werden. Entsprechend können auch die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten in einem systemeigenen Koordinatensystem des zweiten Lageerfassungssystems bestimmt werden. The term "unreferenced" here means that the generated position and / or orientation data are determined exclusively relative to a system coordinate system of the position detection systems or relative to a common coordinate system of the position detection systems, wherein the common coordinate system is stationary and rotationally fixed with respect to the surveying arrangement. Thus, e.g. the first position and / or orientation data are determined relative to a native coordinate system of the first position detection system. Accordingly, the second position and / or orientation data can also be determined in a system-specific coordinate system of the second position detection system.

Weiter kann der Begriff „unreferenziert“ bedeuten, dass mittels des unreferenzierten Lageerfassungssystems keine eindeutige Erfassung der Position und/oder Orientierung, z.B. in einem globalen Koordinatensystem, möglich ist. Dies bedeutet, dass zumindest ein Parameter, der zur eindeutigen und vollständigen Beschreibung der Lage, also der Position und/oder Orientierung, notwendig ist, mittels des unreferenzierten Lageerfassungssystems nicht erfassbar oder bestimmbar ist. Furthermore, the term "unreferenced" may mean that by means of the unreferenced position detection system no clear detection of the position and / or orientation, e.g. in a global coordinate system. This means that at least one parameter which is necessary for a clear and complete description of the position, that is to say the position and / or orientation, can not be detected or determined by means of the unreferenced position detection system.

Z.B. kann eine eindeutige räumliche Referenzierung in einem übergeordneten, z.B. globalen, Koordinatensystem die Erfassung oder Bestimmung von drei Positions- und drei Orientierungsparametern in diesem übergeordneten Koordinatensystem erfordern. Ist das nicht vollständig zu gewährleisten, kann die Lage nur in einem systemeigenen Koordinatensystem bestimmt werden, auch wenn einzelne Parameter der Lage in dem übergeordneten Koordinatensystem erfassbar sind. Beispielsweise können Neigungssensoren zwei Orientierungswinkel und Magnetsensoren einen Orientierungswinkel räumlich referenziert zu einem weltfesten Koordinatensystem erfassen. For example, can be a unique spatial referencing in a parent, e.g. global, coordinate system require the detection or determination of three position and three orientation parameters in this parent coordinate system. If this can not be fully guaranteed, the position can only be determined in a system-specific coordinate system, even if individual parameters of the position in the higher-level coordinate system can be detected. For example, inclination sensors can detect two orientation angles and magnetic sensors spatially referenced an orientation angle to a world-fixed coordinate system.

Unreferenziert bedeutet auch, dass kein räumlicher Bezug zu einer vorbekannten räumlichen Karte bekannt ist. Unreferenced also means that no spatial reference to a previously known spatial map is known.

Eine Position kann hierbei beispielsweise bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit drei linear unabhängigen Achsen bestimmt werden. Hierdurch ermöglicht das Lageerfassungssystem die Erfassung einer Bewegung mit drei translatorischen Freiheitsgraden. Alternativ oder kumulativ können Orientierungsdaten als Verdrehwinkel um die drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems bestimmt werden, beispielsweise entsprechend der so genannten Yaw-Pitch-Roll-Konvention (Gier-Nick-Roll-Winkelkonvention). Somit ist die Bestimmung einer Winkelbewegung mit drei voneinander unabhängigen rotatorischen Freiheitsgraden möglich. A position can be determined, for example, based on a Cartesian coordinate system with three linearly independent axes. In this way, the position detection system allows the detection of a movement with three translational degrees of freedom. Alternatively or cumulatively, orientation data can be determined as the angle of rotation about the three axes of the Cartesian coordinate system, for example according to the so-called yaw pitch-roll convention (yaw-nick-roll angle convention). Thus, the determination of an angular movement with three independent rotational degrees of freedom is possible.

Wie nachfolgend näher erläutert, kann ein Ursprung des Koordinatensystems z.B. beim Einschalten des Lageerfassungssystems, also mit Beginn einer Energieversorgung, oder bei Beginn eines Messvorgangs oder bei Erzeugung eines Initialisierungssignals gesetzt werden. Dies bedeutet, dass zu einem der vorhergehend erläuterten Zeitpunkte aktuelle Positions- und/oder Orientierungskoordinaten zurückgesetzt oder genullt werden, wobei nachfolgend alle erfassten Positions- und/oder Orientierungsdaten relativ zu dem gesetzten Ursprung des Koordinatensystems bestimmt werden. As explained in more detail below, an origin of the coordinate system can be set, for example, when switching on the position detection system, ie at the beginning of a power supply, or at the beginning of a measurement process or when generating an initialization signal. This means that at one of the points in time explained above, current position and / or orientation coordinates are reset or zeroed, with subsequently all acquired position and / or orientation data being determined relative to the set origin of the coordinate system.

Weiter umfasst die Vermessungsanordnung mindestens eine Speichereinrichtung. Die Messdaten und die, insbesondere zeitlich korrespondierenden, durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen sind referenziert zueinander, also mit einer vorbekannten Zuordnung zueinander, in der Speichereinrichtung speicherbar. Furthermore, the surveying arrangement comprises at least one storage device. The measurement data and the position and / or orientation information encoded by the first and / or second position and / or orientation data, in particular temporally corresponding to one another, can be stored in the memory device with reference to one another, ie with a previously known association with one another.

Dies bedeutet, dass sowohl die Messdaten als auch die korrespondierenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen gespeichert werden. Die Positions- und/oder Orientierungsinformationen können in Form von unverarbeiteten Ausgangssignalen (Rohsignalen) der unreferenzierten Lageerfassungssysteme gegeben sein. Auch können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen durch bereits verarbeitete Ausgangssignale der unreferenzierten Lageerfassungssysteme gegeben sein, wobei die verarbeiteten Ausgangssignale wiederum eine Position und/oder Orientierung ausschließlich referenziert zu dem/den systemeigenen Koordinatensystem(en) oder zu einem gemeinsamen vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem codieren oder repräsentieren. This means that both the measurement data and the corresponding position and / or orientation information are stored. The position and / or orientation information may be in the form of unprocessed output signals (raw signals) of the unreferenced position detection systems. The position and / or orientation information can also be given by already processed output signals of the unreferenced position detection systems, wherein the processed output signals in turn code or represent a position and / or orientation exclusively referenced to the system coordinate system (s) or to a common coordinate system fixed coordinate system ,

Beispielsweise können die Messdaten und die zeitlich korrespondierenden ersten und/oder zweiten unverarbeiteten Positions- und/oder Orientierungsdaten referenziert zueinander gespeichert werden. For example, the measured data and the temporally corresponding first and / or second unprocessed position and / or orientation data can be stored referenced to one another.

Somit ist also eine Zuordnung von Messdaten zu einer Position und/oder Orientierung möglich und auch zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar. Allerdings ist eine Zuordnung ausschließlich zu Lagen in den unreferenzierten systemeigenen Koordinatensystemen der Lageerfassungssysteme oder zu Lagen in einem gemeinsamen, vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem möglich. Thus, an assignment of measurement data to a position and / or orientation is possible and retrievable at a later date. However, an assignment exclusively to positions in the unreferenced system coordinate systems of the position detection systems or to positions in a common, measurement arrangement fixed coordinate system is possible.

Die beschriebene Vermessungsanordnung kann hierbei portabel, insbesondere durch einen menschlichen Benutzer tragbar, ausgebildet sein. Allerdings ist es auch möglich, die beschriebene Vermessungsanordnung auf einer Positioniereinrichtung, beispielsweise auf einem Fahrzeug, insbesondere auf einem Roboter, montierbar auszubilden. In this case, the described surveying arrangement can be portable, in particular portable by a human user. However, it is also possible to mount the described surveying arrangement on a positioning device, for example on a vehicle, in particular on a robot.

Die vorgeschlagene Vermessungsanordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine räumliche Referenzierung von Messdaten auch in geschlossenen Räumen, insbesondere in Innenräumen von z.B. Industrieanlagen, Gebäuden oder Schiffen. Da die räumliche Referenzierung unabhängig von einem globalen Koordinatensystem, z.B. einem Koordinatensystem eines GNSS, erfolgt und ebenfalls unabhängig von weiteren Zusatzanordnungen, wie z.B. in den Räumen installierten Sendern, ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache und kostengünstige Vermessungsanordnung. The proposed surveying arrangement advantageously enables a spatial referencing of measured data even in enclosed spaces, in particular in interiors of e.g. Industrial plants, buildings or ships. Since spatial referencing is independent of a global coordinate system, e.g. a coordinate system of a GNSS, and also independently of other additional arrangements, such. In the rooms installed transmitters is, results in an advantageous manner as simple and inexpensive as possible Vermessungsanordnung.

Die Verwendung von mindestens zwei Lageerfassungssystemen erhöht in vorteilhafter Weise eine Verfügbarkeit von Positions- und/oder Orientierungsinformationen sowie eine erhöhte Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsinformationen. Ist z.B. eine Lageerfassung mittels einem der mindestens zwei Lageerfassungssysteme nicht möglich, z.B. aufgrund von äußeren Bedingungen oder bei Ausfall des Lageerfassungssystems, so stehen weiterhin Positions- und/oder Orientierungsdaten oder – informationen des verbleibenden Lageerfassungssystems zur Verfügung. The use of at least two position detection systems advantageously increases the availability of position and / or orientation information as well as increased accuracy of the position and / or orientation information. Is e.g. a position detection by means of one of the at least two position detection systems not possible, e.g. due to external conditions or failure of the attitude detection system, position and / or orientation data or information of the remaining attitude detection system remains available.

Die von der Vermessungsanordnung gespeicherten Daten ermöglichen zu einem späteren Zeitpunkt eine Navigation in bereits vermessenen Räumen. Auch können die Daten zur Erstellung oder zum Abgleich von Anlage- bzw. Gebäude- bzw. Schiffsmodellen dienen. The data stored by the surveying arrangement allow navigation in already measured rooms at a later time. The data can also be used to create or compare investment models or ship models.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung eine Recheneinrichtung, wobei mittels der Recheneinrichtung die ersten und die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten zu resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten fusionierbar sind. Die resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten können dann z.B. die vorhergehend erläuterten Positions- und/oder Orientierungsinformationen darstellen. In a further embodiment, the surveying arrangement comprises a computing device, wherein the first and the second position and / or orientation data can be fused to resulting position and / or orientation data by means of the computing device. The resulting position and / or orientation data may then be e.g. represent the previously explained position and / or orientation information.

Hierbei können z.B. Positions- und/oder Orientierungsdaten eines Lageerfassungssystems in das systemeigene Koordinatensystem des weiteren Lageerfassungssystems umgerechnet werden. Hierzu ist es erforderlich, dass eine Abbildungsvorschrift für eine solche Umrechnung vorbekannt ist. Dies bedeutet in anderen Worten, dass die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme zueinander registriert sind. Here, e.g. Position and / or orientation data of a position detection system in the system coordinate system of the other position detection system to be converted. For this it is necessary that a mapping rule for such a conversion is already known. In other words, this means that the native coordinate systems of the position detection systems are registered with each other.

Auch ist es möglich, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten in ein gemeinsames Koordinatensystem der Vermessungsanordnung umgerechnet werden. Das Koordinatensystem der Vermessungsanordnung bezeichnet hierbei ein bezüglich der Vermessungsanordnung orts- und drehfestes Koordinatensystem. Dies wiederum bedeutet, dass, wenn sich die Vermessungsanordnung translatorisch und/oder rotatorisch bewegt, sich auch das gemeinsame Koordinatensystem der Vermessungsanordnung im gleichen Maße translatorisch und/oder rotatorisch bewegt. Wie vorhergehend erläutert, ist es hierfür erforderlich, dass die systemeigenen Koordinatensysteme mit dem gemeinsamen Koordinatensystem registriert sind. It is also possible for both the first and the second position and / or orientation data to be converted into a common coordinate system of the surveying arrangement become. In this case, the coordinate system of the surveying arrangement denotes a coordinate system which is stationary with respect to the surveying arrangement and non-rotatable. This, in turn, means that when the surveying arrangement moves in a translatory and / or rotational manner, the common coordinate system of the surveying arrangement also moves translationally and / or rotationally to the same extent. As previously explained, this requires that the native coordinate systems be registered with the common coordinate system.

Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Speicherplatz, da Messdaten nunmehr nur referenziert zu den resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten gespeichert werden müssen. This advantageously makes it possible to save storage space since measurement data now only has to be stored in a referenced manner to the resulting position and / or orientation data.

In einer weiteren Ausführungsform ist das erste unreferenzierte Lageerfassungssystem als optisches Lageerfassungssystem und das mindestens zweite unreferenzierte Lageerfassungssystem als inertiales Lageerfassungssystem ausgebildet. In a further embodiment, the first unreferenced position detection system is designed as an optical position detection system and the at least second unreferenced position detection system as an inertial position detection system.

Bei dem optischen Lageerfassungssystem wird eine Positionsänderung und/oder Orientierungsänderung optisch, z.B. bildbasiert, erfasst. Bei einem inertialen Lageerfassungssystem wird ein oder werden mehrere Inertialsensoren zur Erfassung von Beschleunigung und/oder Drehraten verwendet. Werden z.B. Beschleunigungen erfasst, so kann eine aktuelle Position auf Grundlage eines bereits zurückgelegten Weges bestimmt werden, wobei sich der zurückgelegte Weg durch z.B. Zweifachintegration der erfassten Beschleunigungen ergibt. Wird eine Drehrate erfasst, so kann ein aktueller Winkel z.B. durch Einfachintegration der Drehrate bestimmt werden. Die Verwendung eines optischen und eines inertialen Lageerfassungssystems realisiert hierbei in vorteilhafter Weise eine Lageerfassung auf Grundlage von zwei voneinander unabhängigen physikalischen Messprinzipien. Weiter vorteilhaft ergibt sich, dass inertiale Lageerfassungssysteme erfahrungsgemäß robust arbeiten und somit eine hohe Verfügbarkeit der Positions- und/oder Orientierungsdaten bereitstellen. Optische Lageerfassungssysteme ermöglichen in der Regel eine hochgenaue Bestimmung einer Lage und/oder Orientierung. Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Lageerfassungssysteme ergibt sich also in vorteilhafter Weise sowohl eine hohe Verfügbarkeit als auch eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsinformationen. In the optical attitude detection system, a position change and / or orientation change is optically detected, e.g. image-based, recorded. In an inertial attitude detection system, one or more inertial sensors are used to detect acceleration and / or spin rates. If e.g. Detected accelerations, so a current position can be determined on the basis of an already traveled path, wherein the distance covered by e.g. Double integration of the detected accelerations results. If a rate of rotation is detected, then a current angle, e.g. be determined by simple integration of the rotation rate. The use of an optical and an inertial position detection system realizes advantageously a position detection on the basis of two independent physical measurement principles. It is also advantageous that experience shows that inertial position detection systems work robustly and thus provide high availability of the position and / or orientation data. Optical position detection systems usually allow a highly accurate determination of a position and / or orientation. The use of the proposed position detection systems thus results in an advantageous manner both high availability and high accuracy in the determination of position and / or orientation information.

In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Lageerfassungssystem als Stereokamerasystem ausgebildet. Ein Stereokamerasystem ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise eine einfache, bildbasierte Bestimmung einer räumlichen Position und/oder räumlichen Orientierung von Gegenständen oder Personen im Erfassungsbereich des Stereokamerasystems. Hierzu kann es erforderlich sein, das Verfahren zur bildbasierten Merkmals- oder Objekterkennung durchgeführt werden, durch die korrespondierende, durch jeweils eine Kamera des Stereokamerasystems abgebildete Personen oder Objekte detektiert werden. Selbstverständlich können auch weitere Methoden der Bildverarbeitung zur Anwendung kommen, durch die eine Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung verbessert wird, z.B. Verfahren zur Rauschunterdrückung, Verfahren zur Segmentierung und weitere Verfahren zur Bildverarbeitung. Zusätzlich können zeitlich nacheinander aufgenommenen Stereobilder oder Einzelbilder verwendet werden, um eine dreidimensionale Rekonstruktion durchzuführen, beispielsweise in einem so genannten structure-from-motion-Verfahren. In a further embodiment, the optical position detection system is designed as a stereo camera system. A stereo camera system advantageously allows a simple, image-based determination of a spatial position and / or spatial orientation of objects or persons in the detection range of the stereo camera system. For this purpose, it may be necessary to carry out the method for image-based feature or object recognition, by means of which corresponding persons or objects, which are each depicted by a camera of the stereo camera system, are detected. Of course, other methods of image processing may be used to improve a determination of spatial position and / or orientation, e.g. Noise suppression techniques, segmentation techniques, and other image processing techniques. In addition, temporally sequentially recorded stereo images or individual images can be used to perform a three-dimensional reconstruction, for example in a so-called structure-from-motion process.

Insbesondere können beim Stereokamerasystem mindestens eine panchromatische Kamera oder eine Farbkamera, insbesondere eine RGB-basierte Farbkamera, oder eine Infrarotkamera verwendet werden. Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass die im Stereokamerasystem verwendeten Kameras unterschiedliche geometrische, radiometrische und/oder spektrale Eigenschaften aufweisen. Z.B. kann eine räumliche Auflösung und/oder eine spektrale Auflösung der verwendeten Kameras voneinander verschieden sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine der Kameras, wie nachfolgend näher erläutert, als Messsystem Verwendung finden kann, beispielsweise bei einer Verwendung einer räumlich hochauflösenden RGB-Kamera und einer räumlich niedrig auflösenden panchromatischen Kamera. In particular, at least one panchromatic camera or a color camera, in particular an RGB-based color camera, or an infrared camera can be used in the stereo camera system. Alternatively or cumulatively, it is possible that the cameras used in the stereo camera system have different geometric, radiometric and / or spectral properties. For example, For example, a spatial resolution and / or a spectral resolution of the cameras used can be different from one another. This results in an advantageous manner that one of the cameras, as explained in more detail below, can be used as a measuring system, for example when using a spatially high-resolution RGB camera and a spatially low-resolution panchromatic camera.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung des Stereokamerasystems. In a further embodiment, the surveying arrangement comprises a calibration device for calibrating the stereo camera system.

Eine geometrische Kalibrierung von Kameras ist hierbei eine Grundvoraussetzung für deren Einsatz als Lageerfassungssystem. Die Kalibrierung kann auch als Bestimmung von Parametern einer inneren Orientierung der Kamera bezeichnet werden. Ziel ist es, für jeden Bildpunkt eines von einer Kamera des Stereokamerasystems erzeugten Bildes eine Blickrichtung (line of sight) im Kamerakoordinatensystem zu bestimmen. A geometric calibration of cameras is a basic prerequisite for their use as a position detection system. The calibration may also be referred to as determining parameters of an internal orientation of the camera. The aim is to determine a line of sight in the camera coordinate system for each pixel of an image generated by a camera of the stereo camera system.

Die Kalibriervorrichtung kann hierbei z.B. derart ausgebildet sein, dass eine Kamera des Stereokamerasystems oder alle Kameras des Stereokamerasystems eine Optik und mindestens einen optischen Detektor, der in einer Fokalebene der Optik angeordnet ist, und eine Auswerteeinrichtung umfassen. Weiter kann die Kamera mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein diffraktives optisches Element umfassen, wobei mittels der Lichtquelle das diffraktive optische Element beleuchtbar ist, sodass dieses verschiedene ebene Wellen erzeugt, die durch die Optik jeweils punktförmig auf dem optischen Detektor abgebildet und durch die Auswerteeinheit mindestens zur geometrischen Kalibrierung ausgewertet werden. The calibration device may in this case be designed, for example, such that a camera of the stereo camera system or all cameras of the stereo camera system comprise an optical system and at least one optical detector, which is arranged in a focal plane of the optical system, and an evaluation device. Furthermore, the camera can comprise at least one light source and at least one diffractive optical element, wherein the diffractive light source is formed by means of the light source optical element is illuminated, so that this generates different plane waves, which are each punctiform imaged by the optics on the optical detector and evaluated by the evaluation at least for geometric calibration.

Ein solches System ist in der nachveröffentlichten DE 10 2011 084 690.5 beschrieben. Such a system is in the post-published DE 10 2011 084 690.5 described.

Das diffraktive optische Element kann hierbei durch die Optik mittels der Lichtquelle beleuchtbar sein. Weiter kann die Lichtquelle derart ausgebildet und ausgerichtet sein, dass diese kugelförmige Wellenfronten abstrahlt, die durch die Optik in ebene Wellen überführt auf das diffraktive optische Element treffen. The diffractive optical element can in this case be illuminated by the optics by means of the light source. Furthermore, the light source can be designed and aligned in such a way that it emits spherical wavefronts which pass through the optics into plane waves and strike the diffractive optical element.

Der optische Detektor kann als Matrix-Sensor ausgebildet sein. Das mindestens eine diffraktive optische Element kann in die Optik integriert sein. Alternativ kann das diffraktive optische Element auf der Optik angeordnet sein. Weiter alternativ kann das diffraktive optische Element an einer Blende der Optik angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Kamera mehrere Lichtquellen umfasst, die unterschiedliche Abstrahlrichtungen aufweisen. Weiter kann die Lichtquelle in der Fokalebene angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Lichtquelle eine optische Phase umfasst, deren Apertur den Lichtaustritt der Lichtquelle bildet. The optical detector can be designed as a matrix sensor. The at least one diffractive optical element can be integrated into the optics. Alternatively, the diffractive optical element may be arranged on the optics. As a further alternative, the diffractive optical element can be arranged on a diaphragm of the optics. It is also possible that the camera comprises a plurality of light sources having different emission directions. Furthermore, the light source can be arranged in the focal plane. It is also possible that the light source comprises an optical phase whose aperture forms the light exit of the light source.

Diffraktive optische Elemente sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, wobei passive und aktive diffraktive optische Elemente bekannt sind, wobei letztere auch als SLMs (Spatial Light Modulator) bezeichnet werden. SLMs können beispielsweise als verstellbares Mikro-Spiegel-Array (reflektives SLM) oder als transmitives oder reflektives Flüssigkeitskristall-Display (Liquid Crystal, LC-Display) ausgebildet sein. Diese können aktiv angesteuert werden, sodass deren Beugungsstrukturen zeitlich veränderbar sind. Passive diffraktive optische Elemente hingegen weisen ein festes Beugungsmuster auf, wobei diese reflektiv oder transmitiv ausgebildet sein können. Diffractive optical elements are known in various embodiments, passive and active diffractive optical elements being known, the latter also being referred to as SLMs (Spatial Light Modulator). SLMs can be designed, for example, as an adjustable micro-mirror array (reflective SLM) or as a transmitting or reflective liquid crystal display (liquid crystal, LC display). These can be actively controlled so that their diffraction structures can be changed over time. Passive diffractive optical elements, however, have a fixed diffraction pattern, which may be formed reflective or transmitiv.

Bezüglich weiterer Ausführungsformen der Kamera mit einer Kalibriervorrichtung wird hierbei auf das in der DE 10 2011 084 690.5 offenbarte Ausführungsbeispiel Bezug genommen. With respect to further embodiments of the camera with a calibration device is in this case to the in the DE 10 2011 084 690.5 disclosed embodiment.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Kalibrierung einer oder aller Kameras des Stereokamerasystems auch während des Betriebs und somit eine dauerhaft hochgenaue Bestimmung der Position und/oder Orientierung möglich ist. This results in an advantageous manner that a calibration of one or all cameras of the stereo camera system during operation and thus a permanently highly accurate determination of the position and / or orientation is possible.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Messsystem gleichzeitig als unreferenziertes Lageerfassungssystem ausgebildet. Beispielsweise kann das Messsystem als Kamera oder Kamerasystem ausgebildet sein, welches gleichzeitig Bestandteil des Stereokamerasystems ist. Hierbei erzeugt das Messsystem Bilddaten als Messdaten, wobei die erzeugten Bilddaten gleichzeitig zur Bereitstellung von Lageinformationen dienen. In a further embodiment, the measuring system is simultaneously designed as an unreferenced position detection system. For example, the measuring system can be designed as a camera or camera system, which is also part of the stereo camera system. In this case, the measuring system generates image data as measured data, with the generated image data simultaneously serving to provide position information.

Selbstverständlich ist es vorstellbar, auch andere Messsysteme, deren Ausgangssignale zur Bereitstellung einer Positions- und/oder Orientierungsinformation dienen können, zu verwenden. Of course, it is conceivable to use other measuring systems whose output signals can serve to provide position and / or orientation information.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung zusätzlich mindestens ein weiteres Lageerfassungssystem, also z.B. ein drittes Lageerfassungssystem. In a further embodiment, the surveying arrangement additionally comprises at least one further position detection system, e.g. a third position detection system.

Das weitere Lageerfassungssystem kann beispielsweise einen GNSS-Sensor umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Ein GNSS-Sensor ermöglicht eine Lageerfassung durch den Empfang von Signalen von Navigationssatelliten und Pseudoliten. The further position detection system may include, for example, a GNSS sensor or be designed as such. A GNSS sensor enables position detection by receiving signals from navigation satellites and pseudolites.

Alternativ kann das weitere Lageerfassungssystem als Laserscanner ausgebildet sein oder einen solchen Laserscanner umfassen. Der Laserscanner kann hierbei ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Laserscanner sein, der entsprechend eine eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Abbildung einer Umgebung der Vermessungsanordnung ermöglicht. Durch entsprechende Verfahren der Datenverarbeitung kann, entsprechend der Bildverarbeitung, eine Objekterkennung in den von dem Laserscanner erzeugten Ausgangssignalen durchgeführt werden. In Abhängigkeit von erkannten Objekten kann dann eine Bewegung, d.h. eine Positions- und/oder Orientierungsänderung der Vermessungsanordnung zwischen zwei Zeitpunkten, bestimmt werden. Dafür existieren Algorithmen, z.B. der so genannte ICP(iterative closest point)-Algorithmus. Alternatively, the further position detection system can be designed as a laser scanner or comprise such a laser scanner. In this case, the laser scanner can be a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional laser scanner which correspondingly permits a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional image of an environment of the measurement arrangement. By appropriate methods of data processing, according to the image processing, an object recognition can be carried out in the output signals generated by the laser scanner. Depending on detected objects, then movement, i. a position and / or orientation change of the surveying arrangement between two times, be determined. There are algorithms for this, e.g. the so-called ICP (iterative closest point) algorithm.

Alternativ kann das weitere Lageerfassungssystem als Magnetometer ausgebildet sein. Ein Magnetometer bezeichnet hierbei eine Einrichtung zur Erfassung einer magnetischen Flussdichte. Mittels eines Magnetometers kann beispielsweise ein Erdmagnetfeld oder eine Überlagerung aus dem Erdmagnetfeld und einem weiteren Magnetfeld, welches z.B. von einem elektrischen Generator erzeugt wird, in den geschlossenen Räumlichkeiten erfasst werden. Weiter kann das Magnetometer auch als Lageerfassungssystem verwendet werden. Alternatively, the further position detection system can be designed as a magnetometer. A magnetometer refers to a device for detecting a magnetic flux density. By means of a magnetometer, for example, a geomagnetic field or a superposition of the earth's magnetic field and a further magnetic field, which e.g. generated by an electric generator can be detected in the closed premises. Furthermore, the magnetometer can also be used as a position detection system.

Weiter alternativ kann ein Neigungssensor als weiteres Lageerfassungssystem verwendet werden. Ein Neigungssensor kann hierbei beispielsweise Änderungen eines Neigungswinkels erfassen. Diese Änderungen des Neigungswinkels können wiederum als Grundlage zur Bestimmung einer Orientierung der Vermessungsanordnung genutzt werden. Beispielsweise kann der Neigungssensor auch eine aktuelle Winkeldifferenz zu einer Richtung der Erdbeschleunigung erfassen. Somit kann der Neigungssensor entsprechend einer Wasserwaage arbeiten. Further alternatively, a tilt sensor can be used as another position detection system. An inclination sensor can detect changes in an inclination angle, for example. These changes in the angle of inclination can in turn be used as a basis for determining an orientation of the Measuring arrangement can be used. For example, the inclination sensor can also detect an actual angular difference to a direction of gravitational acceleration. Thus, the tilt sensor can work according to a spirit level.

Die Ausgangssignale der vorhergehend erläuterten Lageerfassungssysteme können hierbei separat gespeichert oder mit den ersten und zweiten Lage- und/oder Orientierungsdaten, wie vorhergehend erläutert, fusioniert werden. The output signals of the previously explained position detection systems can hereby be stored separately or fused with the first and second position and / or orientation data, as explained above.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Vermessung, insbesondere von geschlossenen Räumen und/oder Außenbereichen mit gestörtem oder fehlerhaftem GNSS-Empfang, wobei ein sensorisches System Messdaten erzeugt. Weiter erzeugt ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem erste Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zweite Positions- und/oder Orientierungsdaten. Weiter werden die Messdaten und die, insbesondere zeitlich korrespondierenden, durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen referenziert zueinander gespeichert. Further proposed is a method for measuring, in particular of closed rooms and / or outdoor areas with disturbed or faulty GNSS reception, whereby a sensory system generates measured data. Furthermore, a first unreferenced position detection system generates first position and / or orientation data and at least one second unreferenced position detection system generates second position and / or orientation data. Furthermore, the measured data and the position and / or orientation information encoded by the first and / or second position and / or orientation data, in particular temporally corresponding to one another, are stored with reference to one another.

Das vorgeschlagene Verfahren kann in vorteilhafter Weise zur Inspektion von geschlossen Räumen natürlichen und unnatürlichen Ursprungs, z.B. von Höhlen und Schächten, unter Verwendung von referenzfreien Lageerfassungssystemen verwendet werden. The proposed method may advantageously be used to inspect closed spaces of natural and unnatural origin, e.g. of caves and shafts, using non-reference attitude detection systems.

Für das vorgeschlagene Verfahren kann die Registrierung der eingesetzten Lageerfassungssysteme zueinander notwendig sein. Hierbei müssen zeitliche, rotatorische und/oder translatorische Zusammenhänge zwischen den Lageerfassungssystemen und gegebenenfalls dem Messsystem bestimmt werden, um die Lagedaten fusionieren und in einem Referenzkoordinatensystem bestimmen zu können. Für diese Referenzierung der Lagesensoren sind Verfahren bekannt. For the proposed method, the registration of the used position detection systems may be necessary to each other. In this case, temporal, rotational and / or translational relationships between the position detection systems and possibly the measuring system must be determined in order to be able to fuse the position data and to be able to determine them in a reference coordinate system. Methods are known for this referencing of the position sensors.

Somit ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren die Inspektion von Gebäuden im Rahmen eines Facility-Managements, z.B. im Rahmen von Lärmschutzmaßnahmen. Weiter wird die Inspektion von Gebäuden im Rahmen von sicherheitsrelevanten Aufgaben ermöglicht, z.B. für Einsätze der Polizei und Feuerwehr. Weiter ist eine Inspektion von Industrieanlagen, z.B. von Schiffen oder Tanks, möglich. Thus, the proposed method allows the inspection of buildings as part of a facility management, e.g. as part of noise abatement measures. Furthermore, the inspection of buildings within the framework of safety-relevant tasks is made possible, e.g. for use by police and fire departments. Further, an inspection of industrial equipment, e.g. of ships or tanks, possible.

In einer weiteren Ausführungsform werden die ersten und die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten zu resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten fusioniert, wobei ausschließlich die durch die fusionierten oder resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen abgespeichert werden. Die fusionierten Positions- und/oder Orientierungsdaten können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen darstellen oder es können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen in Abhängigkeit der fusionierten Positions- und/oder Orientierungsdaten bestimmt werden. In a further embodiment, the first and the second position and / or orientation data are fused to resulting position and / or orientation data, wherein only the position and / or orientation information encoded by the fused or resulting position and / or orientation data is stored. The fused position and / or orientation data can represent the position and / or orientation information, or the position and / or orientation information can be determined as a function of the fused position and / or orientation data.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine, wie vorhergehend erläutert, verbesserte Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsinformationen sowie ein verringerter Speicherplatzbedarf. This results in an advantageously, as previously explained, improved accuracy of the position and / or orientation information and a reduced storage space requirement.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Ursprung eines systemeigenen Koordinatensystems des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und ein Ursprung eines systemeigenen Koordinatensystems des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems oder ein Ursprung eines gemeinsamen Koordinatensystems zu Beginn eines Betriebs einer Vermessungsanordnung oder zu Beginn einer Messung oder zu einem Zeitpunkt einer Erzeugung eines Initialisierungssignals initialisierbar. Hierbei bedeutet initialisierbar, dass aktuelle Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. Positions- und/oder Orientierungsdaten ab dem Zeitpunkt der Initialisierung als Referenz- oder Ursprungskoordinaten verwendet werden. Somit werden die aktuellen Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. die Positions- und/oder Orientierungsdaten zurückgesetzt. Ab diesem Zeitpunkt und bis zu einer erneuten Initialisierung werden nunmehr Positions- und/oder Orientierungsinformationen relativ zu diesem Ursprung bestimmt. In another embodiment, an origin of a native coordinate system of the first unreferenced position detection system and an origin of a native coordinate system of the second unreferenced position detection system or a common coordinate origin may be initialized at the beginning of an operation of a surveying arrangement or at the beginning of a measurement or at a time of generating an initialization signal , In this case, it can be initialized that current position and / or orientation information or position and / or orientation data are used as reference or origin coordinates as of the time of initialization. Thus, the current position and / or orientation information or the position and / or orientation data are reset. From this point on and until a new initialization position and / or orientation information are now determined relative to this origin.

Ein Initialisierungssignal kann beispielsweise durch Betätigung einer entsprechenden Betätigungsvorrichtung, beispielsweise eines Tasters oder Schalters, erzeugt werden. Somit kann ein Benutzer, wenn sich die Vermessungsanordnung in einer von ihm gewünschten Lage und/oder Orientierung befindet, die systemeigenen Koordinatensysteme initialisieren. In diesem Fall können alle bisher erzeugten Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. Positions- und/oder Orientierungsdaten auf den neu initialisierten Ursprung umgerechnet werden. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass bereits generierte Informationen zur räumlichen Referenzierung nicht verloren gehen. So kann ein Nutzer beispielsweise eine vollständige Vermessung durchführen und nach der Messung die systemeigenen Koordinatensysteme in einer von ihm gewünschten Position und/oder Orientierung der Vermessungsanordnung initialisieren. An initialization signal can be generated, for example, by actuating a corresponding actuating device, for example a pushbutton or switch. Thus, when the survey device is in a desired orientation and / or orientation, a user may initialize the native coordinate systems. In this case, all previously generated position and / or orientation information or position and / or orientation data can be converted to the newly initialized origin. Thus, it is advantageously possible that already generated information for spatial referencing is not lost. For example, a user can carry out a complete measurement and, after the measurement, initialize the system-specific coordinate systems in a position and / or orientation of the measurement arrangement which they desire.

Beispielsweise kann auf diese Weise ein Bezug zu einem globalen Koordinatensystem hergestellt werden. So kann die Vermessungsanordnung in eine Position und/oder Orientierung gebracht werden, die in Bezug auf ein gewünschtes globales Koordinatensystem, beispielsweise ein Koordinatensystem eines GNSS, bekannt ist. Werden die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme in dieser Position und/oder Orientierung initialisiert, so kann eine Registrierung zwischen den bereits erzeugten oder noch zu erzeugenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen und dem globalen Koordinatensystem bestimmt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Benutzer in erfindungsgemäß vorgeschlagener Weise geschlossene Räumlichkeiten vermisst und nach Abschluss der Vermessung sich aus den geschlossenen Räumen hinaus in einen Freiraum bewegt, in welchem eine Position und/oder Orientierung beispielsweise mittels eines GNSS-Sensors mit ausreichender Genauigkeit bestimmbar sind. Weiter kann, z.B. mittels eines GNSS-Sensors, dann eine aktuelle Position und/oder Orientierung der Vermessungsanordnung in einem Koordinatensystem des GNSS bestimmt werden. Weiter können, wie vorhergehend erläutert, die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme initialisiert werden und eine Umrechnung der gespeicherten Positions- und/oder Orientierungsinformationen auf das Koordinatensystem des GNSS erfolgen. For example, a reference to a global coordinate system can be established in this way. Thus, the surveying arrangement can be placed in a position and / or orientation that is related to a desired global Coordinate system, for example, a coordinate system of a GNSS, is known. If the native coordinate systems of the position detection systems are initialized in this position and / or orientation, a registration can be determined between the already generated or still to be generated position and / or orientation information and the global coordinate system. By way of example, it is possible for a user to measure closed spaces in accordance with the invention and to move out of the closed rooms into a free space after completion of the measurement in which a position and / or orientation can be determined with sufficient accuracy, for example by means of a GNSS sensor , Further, for example by means of a GNSS sensor, then a current position and / or orientation of the surveying arrangement can be determined in a coordinate system of the GNSS. Further, as previously explained, the native coordinate systems of the attitude detection systems can be initialized and the stored position and / or orientation information can be converted to the coordinate system of the GNSS.

Auch ist es möglich, z.B. bildbasiert, eine Struktur oder ein Objekt zu detektieren, dessen Position und/oder Orientierung in einem globalen Koordinatensystem bekannt ist. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der detektierten Struktur oder des detektierten Objekts in den systemeigenen Koordinatensystemen der Lageerfassungssysteme bestimmt werden. Schließlich kann dann eine Umrechnung der bereits bestimmten Positions- und/oder Orientierungsinformationen oder noch zu bestimmenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen auf das globale Koordinatensystem erfolgen. It is also possible, e.g. image-based to detect a structure or an object whose position and / or orientation is known in a global coordinate system. Furthermore, a position and / or orientation of the detected structure or the detected object in the system coordinate systems of the position detection systems can be determined. Finally, it is then possible to convert the already determined position and / or orientation information or position and / or orientation information still to be determined onto the global coordinate system.

In diesem Fall können also die unreferenzierten systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme auf die Position und/oder Orientierung des Objekts oder der Struktur initialisiert werden. In this case, therefore, the unreferenced system coordinate systems of the position detection systems can be initialized to the position and / or orientation of the object or the structure.

Wird eine Stereokamera als Lageerfassungssystem verwendet, so kann auch eine räumliche Referenzierung eines 2D-/3D-Umgebungsmodells erfolgen, welches in Abhängigkeit der Bilddaten des Stereokamerasystems erzeugt wird. If a stereo camera is used as the position detection system, a spatial referencing of a 2D / 3D environment model, which is generated as a function of the image data of the stereo camera system, can also take place.

Aus den bestimmten und gespeicherten Positions- und/oder Orientierungsinformationen kann auch eine Trajektorie der Vermessungsanordnung bestimmt werden. Somit ist es möglich, zu einem späteren Zeitpunkt eine Trajektorie in einem 2D-/3D-Modell darzustellen. From the determined and stored position and / or orientation information, a trajectory of the surveying arrangement can also be determined. Thus, it is possible to display a trajectory in a 2D / 3D model at a later time.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vermessungsanordnung. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The single figure shows a schematic block diagram of a surveying arrangement.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vermessungsanordnung 1 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellt. Die Vermessungsanordnung 1 umfasst ein sensorisches System 2 zur Erzeugung von Messdaten. Das sensorische System 2 umfasst hierbei einen Sensor 3, z.B. einen Feuchtesensor. Weiter umfasst das sensorische System 2 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 4, die Ausgangssignale des Sensors 3 vorverarbeiten kann und einen Betrieb des Sensors 3 steuert. Weiter dargestellt ist, dass das sensorische System 2 eine Betätigungseinrichtung 5 zur Aktivierung des sensorischen Systems 2 oder der Vermessungsanordnung 1 umfasst, die beispielsweise als Schalter ausgebildet sein kann. In 1 is a surveying arrangement according to the invention 1 shown in a schematic block diagram. The survey arrangement 1 includes a sensory system 2 for generating measured data. The sensory system 2 this includes a sensor 3 , eg a humidity sensor. Next includes the sensory system 2 a control and evaluation device 4 , the output signals of the sensor 3 can pre-process and operation of the sensor 3 controls. Further shown is that the sensory system 2 an actuator 5 to activate the sensory system 2 or the survey arrangement 1 includes, which may be formed for example as a switch.

Weiter umfasst die Vermessungsanordnung 1 ein kombiniertes Lageerfassungssystem 6. Das kombinierte Lageerfassungssystem 6 umfasst als erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem einen Inertialsensor 7. Weiter umfasst das kombinierte Lageerfassungssystem 6 als zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem ein Stereokamerasystem, welches eine erste Kamera 8 und eine zweite Kamera 9 umfasst. Das erste unreferenzierte Lageerfassungssystem erfasst erste Positions- und Orientierungsdaten mit Bezug auf ein systemeigenes dreidimensionales Koordinatensystem 11. Entsprechend erfasst das zweite unreferenzierte Lageerfassungssystem zweite Positions- und Orientierungsdaten mit Bezug auf ein systemeigenes dreidimensionales Koordinatensystem 12. Hierbei erfasst die erste Kamera 8 und die zweite Kamera 9 jeweils Bilddaten in einem zweidimensionalen kameraeigenen Koordinatensystem 13, 14, wobei die Bilddaten in diesen Koordinatensystemen 13, 14 dann von einer weiteren Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 in das systemeigene dreidimensionale Koordinatensystem 12 umgerechnet werden. Somit werden erste Positions- und/oder Orientierungsdaten von dem Inertialsensor 7 und Bilddaten von den Kameras 8, 9 des Stereokamerasystems an die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 übertragen, die aus den Ausgangssignalen Positions- und/oder Orientierungsinformationen berechnet, wobei die in den Ausgangssignalen des Inertialsensors 7 kodierten ersten Positions- und/oder Orientierungsdaten mit den in den Bilddaten der Kameras 8, 9 kodierten Positions- und/oder Orientierungsdaten miteinander fusioniert werden. Die berechneten Positions- und/oder Orientierungsinformationen können z.B. referenziert zu einem vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem 15 sein. Hierbei kann die Auswerte- und Recheneinrichtung 10 auch Methoden der Bildverarbeitung durchführen. Weiter werden sowohl die von der ersten Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 als auch die von der weiteren Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 bestimmten Daten in einer Speichereinrichtung 16 referenziert zueinander gespeichert. Somit sind also vorverarbeitete Messdaten räumlich referenziert zu einem gemeinsamen Koordinatensystem, nämlich dem vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem 15, des Inertialsensors 7 und des Stereokamerasystems gespeichert. Das vermessungsanordnungsfeste Koordinatensystem 15 ist hierbei lage- und rotationsfest gegenüber der Vermessungsanordnung 1. Furthermore, the surveying arrangement comprises 1 a combined position detection system 6 , The combined position detection system 6 comprises as the first unreferenziertes position detection system an inertial sensor 7 , Furthermore, the combined position detection system comprises 6 as a second unreferenziertes position detection system, a stereo camera system, which is a first camera 8th and a second camera 9 includes. The first unreferenced attitude detection system acquires first position and orientation data with respect to a native three-dimensional coordinate system 11 , Accordingly, the second unreferenced attitude detection system detects second position and orientation data with reference to a native three-dimensional coordinate system 12 , This is the first camera detected 8th and the second camera 9 each image data in a two-dimensional camera coordinate system 13 . 14 , where the image data in these coordinate systems 13 . 14 then from another control and evaluation 10 into the native three-dimensional coordinate system 12 be converted. Thus, first position and / or orientation data are obtained from the inertial sensor 7 and image data from the cameras 8th . 9 of the stereo camera system to the further control and evaluation 10 which calculates position and / or orientation information from the output signals, wherein the in the output signals of the inertial sensor 7 coded first position and / or orientation data with those in the image data of the cameras 8th . 9 encoded position and / or orientation data are fused together. The calculated position and / or orientation information can, for example, be referenced to a measurement arrangement-fixed coordinate system 15 be. Here, the evaluation and computing device 10 also perform image processing methods. Next both from the first control and evaluation 4 as well as those of the other control and evaluation 10 certain data in a storage device 16 references saved to each other. Thus, preprocessed measurement data are spatially referenced to a common coordinate system, namely the coordinate arrangement fixed coordinate system 15 , the inertial sensor 7 and the stereo camera system. The measurement arrangement fixed coordinate system 15 is in this case position and rotation resistant to the survey arrangement 1 ,

Das sensorische System 2 und die Elemente des kombinierten Lageerfassungssystems 6 sind ebenfalls orts- und drehfest zueinander auf oder in der Vermessungsanordnung 1 angeordnet. Insbesondere sind auch die Kameras 8, 9 sowie der Initialsensor 7 orts- und drehfest zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass sich eine Registrierung zwischen den einzelnen Ausgangsdaten während des Betriebes nicht ändert. The sensory system 2 and the elements of the combined attitude detection system 6 are also stationary and rotationally fixed to each other on or in the survey arrangement 1 arranged. In particular, the cameras are synonymous 8th . 9 as well as the initial sensor 7 Locally and rotationally fixed to each other. This means that a registration between the individual output data does not change during operation.

Auch können das sensorische System 2 und die Elemente des kombinierten Lageerfassungssystems 6 mechanisch lose gekoppelt sein, z.B. wenn es die Anforderungen an die Genauigkeit der räumliche Referenzierung zulassen. Mechanisch lose kann beispielsweise bedeuten, dass die mechanische Kopplung derart ausgebildet ist, dass sich eine Position des sensorischen Systems 2 immer innerhalb eines Kugelvolumens mit einem vorbestimmten Radius befindet, wobei ein Mittelpunkt des Kugelvolumens referenziert zu den Positions- und/oder Orientierungsinformationen bekannt ist. Dies gestattet beispielsweise eine Feuchtemessung per Hand direkt an einer Schiffswand. Also, the sensory system can 2 and the elements of the combined attitude detection system 6 be mechanically loosely coupled, for example, if allow the requirements for the accuracy of spatial referencing. Mechanically loose, for example, mean that the mechanical coupling is designed such that a position of the sensory system 2 always within a spherical volume with a predetermined radius, wherein a center of the spherical volume referenced to the position and / or orientation information is known. This allows, for example, a humidity measurement by hand directly on a ship's wall.

Die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 kann hierbei in Echtzeit eine Lage in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden, bezogen auf das vermessungsanordnungsfeste Koordinatensystem 15, bestimmen. Zusätzlich kann die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 aus den Ausgangssignalen der Kameras 8, 9 ein 3D-Modell erzeugen. Informationen des 3D-Modells können ebenfalls in der Speichereinrichtung 16 räumlich referenziert gespeichert werden. The further control and evaluation device 10 can here in real time a position in three translational and three rotational degrees of freedom, based on the vermessungsanordnungsfeste coordinate system 15 , determine. In addition, the further control and evaluation 10 from the output signals of the cameras 8th . 9 create a 3D model. Information of the 3D model can also be stored in the memory device 16 stored spatially referenced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011084690 [0008, 0042, 0046]

Claims

Surveying arrangement, in particular for measuring closed rooms and / or outdoor areas with disturbed or missing GNSS reception, the surveying arrangement ( 1 ) at least one sensory system ( 2 ) for generating measured data, wherein the surveying arrangement ( 1 ) further comprises a first unreferenced position detection system for generating first position and / or orientation data and at least one second unreferenced position detection system for generating second position and / or orientation data, wherein the measurement arrangement ( 1 ) at least one memory device ( 16 ), wherein measurement data and position and / or orientation information coded by the first and / or second position and / or orientation data are referenced relative to one another in the memory device (FIG. 16 ) are storable.

Measurement arrangement according to claim 1, characterized in that the surveying arrangement ( 1 ) comprises a computing device, wherein by means of the computing device, the first and the second position and / or orientation data to the resulting position and / or orientation data can be fused.

Measurement arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first unreferenzierte position detection system is designed as an optical position detection system and the at least second unreferenced position detection system as inertial position detection system.

Measurement arrangement according to claim 3, characterized in that the optical position detection system is designed as a stereo camera system.

Measurement arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surveying arrangement ( 1 ) a calibration device for calibrating at least one camera ( 8th . 9 ) of the stereo camera system.

Measurement arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensory system ( 2 ) is simultaneously formed as an unreferenced attitude detection system.

Measurement arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surveying arrangement ( 1 ) additionally comprises at least one further position detection system, wherein the further position detection system comprises a GNSS sensor, a laser scanner, a magnetometer or a tilt sensor.

Method for measuring, in particular of closed rooms and / or outdoor areas with disturbed or missing GNSS reception, whereby a sensory system ( 2 ) Generates measurement data, wherein a first unreferenced position detection system generates first position and / or orientation data, wherein the second unreferenced position detection system generates second position and / or orientation data, wherein measurement data and position data encoded by the first and / or second position and / or orientation data and / or orientation information referenced to each other.

A method according to claim 8, characterized in that the first and the second position and / or orientation data are fused to resulting position and / or orientation data.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that an origin of a native coordinate system of the first unreferenced position detection system and an origin of a system coordinate system of the second unreferenced position detection system or an origin of a common coordinate system at the beginning of an operation of a surveying arrangement ( 1 ) or at the beginning of a measurement or at a time of generation of an initialization signal is initializable.