Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH Zürichwebarchiv.ethz.ch/geometh-data/student/gmt2/2006_Vorlesungen/09... · 4 Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand

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ETH ZürichGeodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand

TachymetrieTachymetrieTachymetrie , , RichtungsRichtungs und Winkelmessungund Winkelmessung

Aufbau moderner elektronischer Tachymeter

Achsysteme und Achsbedingungen

Achsabweichungen und Einfluss auf die Richtungsmessung

Aufnahme und Absteckung mit Tachymetern


Tachymetrie

Z

X

3D Polarverfahren: 3D Polarverfahren: TachymetrieTachymetrie Richtung+ DistanzRichtung+ Distanz

Y


TachymetrieTachymeter Begriffe und Tachymeter Begriffe und SynnonymeSynnonymeTachymeter = Kombination von Theodolit (Richtungs- und Winkelmessung ) und DistanzmessungTachymeter (gr.) Schnellmesser (Tacheometer engl.)Total Station (angloamerikanisch)Informatiktheodolit/Theomat/TachymatGeorobot (motorisierter selbstzielender Tachymeter für Monitoringaufgaben)Local Positioning System (LPS) Trackingfähige TachymeterTPS (Theodolite based Positioning System)One man SystemLasertracker in der Industrielle Messtechnik


TachymetrieEntwicklungsstammbaum Entwicklungsstammbaum TheodolitTheodolit TachymeterTachymeter

Optischer Theodolit

Elektronischer Theodolit

Totalstation/Tachymeter

Informatiktheodolit

Local Positioning System

Trackingfähiger Tachymeter

El. Teilkreisabgriff

EDM

µP und Software

Motorisierung CCD

2004 Schweiz

1986 Schweden

1982 Schweiz

1976 Schweiz, Schweden, USA

1973 Deutschland

1968 Deutschland

1540 England

Fusion m. GPS Smart Station


TachymetrieLeistungen moderner TachymeterLeistungen moderner Tachymeter

Automatische Elektronische Anzielung und TrackingfähigkeitBiaxiale elektronische Neigungsmesser und Korrektur von Abweichungen Elektronische Distanzmesser z.T. auch berührungslosScanfunktionMotorisiertLeistungsfähige Software und Datenbank Austauschbare Speichermedien (PCMCIA) Schnittstellen: Datenfunk/BluetoothFernsteuerbar „One man Systems“Kombination mit GPS


TachymetrieHeuteHeute: : MethodenMethoden & & SensorfusionSensorfusion in in einemeinem InstrumentInstrument

GPS

CCD

Encoder

Neigungssensoren

Satellitengeodäsie

Photogrammetrie

Tachymetrie

Informatik

EDM

Scanner

Computer

2


Tachymetrie

Lotlaser

AktorenAktoren und Sensoren in Tachymeternund Sensoren in Tachymetern

L-Q -KlinometerHz Encoder

V-Motor

AZE

MeteosensorenHz-Motor

V EncoderEDM

Grobortung (Scanner)


TachymetrieTPS1200 TPS1200 SensorsSensors

Automatic Target Recognition (ATR)Receiver

Distance MeasuringSystem (EDM)ReceiverEmitter IREmitter RL

PowerSearchEmitterReceiver

Angle Measuring System (Hz)Glass circleEmitterReceiver

Electronic Guide Light (EGL)

Emitter

Angle Measuring System (V)

EmitterGlass circle

Tilt SensorEmitter

Oil surface

Motorization

Laser PlummetEmitter


Tachymetrie

Ein Mann VermessungEin Mann Vermessung33--D KoordinatenD KoordinatenLocalLocal PositioningPositioning System LPSSystem LPSRobotertheodolitRobotertheodolit ffüür r MonitoringMonitoringAutomatische AnzielungAutomatische Anzielung

Die Zielvorstellung


TachymetrieDas Das GeotronicsGeotronics System 4000System 4000


TachymetrieTopcon GTS 8200Topcon GTS 8200


TachymetrieTrimble 5600 3600Trimble 5600 3600

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TachymetrieTrimble S6Trimble S6


TachymetrieDas Leica SystemDas Leica System


TachymetrieLeicaLeica--TPS 1100 One Man SystemTPS 1100 One Man System

Funkverbindung

Automatische Zielerfassung und –verfolgungInstrumentensteuerung vom Zielpunkt ausDistanzmessung mit oder ohne Reflektor


Tachymetrie

Nötige Eingaben:

Scannen mit dem TCRA 1101 1

• 1. Eckpunkt anzielen ALL

• 2. Eckpunkt anzielen ALL

• Höhe und Breite des Rastersauf der Objektoberflächevorgeben

Scanvorgang


TachymetrieIndustriemesssysteme (Leica Industriemesssysteme (Leica LasertrackerLasertracker))


Tachymetrie

Fernrohroptik bei Tachymetern Fernrohroptik bei Tachymetern

4


TachymetrieOptischer Optischer TheodolitTheodolit : : QuerschittQuerschitt

Alhidade (drehbar)

Unterbau (fest)

Dreifuss

Fernrohr (drehbar)


TachymetrieDas Messfernrohr (Strahlengang)Das Messfernrohr (Strahlengang)

Gegenstand Objektiv Okular Auge

G F ’1 F2

Strichplatte(= Brennebenedes Okulars)

BF1


TachymetrieModernes Modernes TheodolitfernrohrTheodolitfernrohr


TachymetrieUmkehrsysteme (Bildaufrichtung)Umkehrsysteme (Bildaufrichtung)


TachymetrieAnzielen mit einem FernrohrAnzielen mit einem Fernrohr

Vor der ersten Anzielung stellt der Beobachter die Okularoptik auf sein Auge ein. Bei jedem Einzielen wird außerdem das Bild des Zielpunktes scharf eingestellt.

Zwischenlinse

Okular

FernrohrsehfeldFernrohr

1. Okular so lange verschieben, bis das Strichkreuz scharf gesehen wird.

2. Zwischenlinse so lange verschieben, bis der Gegenstand scharf gesehen wird.

Aus Resnik/Bill


TachymetrieOptik: DefinitionenOptik: Definitionen

Optische Achse

Unter der optischen Achse eines Fernrohres versteht man die Verbindungslinie aller Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen eines optischen Systems.

Ziellinie

Vom Objektiv wird ein Bild des Strichkreuzes in den Objektraum projiziert, das sich bei Bewegen der Fokussierlinse auf einer Kurve bewegt. Diese wird als Zielliniebezeichnet.

5


TachymetrieFokusablaufabweichung: Zielachse ungleich optischer AchseFokusablaufabweichung: Zielachse ungleich optischer Achse

variation of the collimation line

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 5 10 15 20 25 30

focus distance [m]

heig

ht d

iffer

ence

[1/1

00 m

m]

Idealerweise ist die Ziellinie über den gesamten Entfernungsbereich eine Gerade.

In Wirklichkeit ergibt sich aber eine zweidimensionale hyperbelförmige Ziellinienfunktion, die sich daraus ergibt, dass die Bahn der Fokussierlinse in den beiden Komponenten nicht parallel zur Zielachse verläuft. Dieser Abweichung wird jedoch bei Theodoliten durch Messungen in zwei Lagen eliminiert.


Tachymetrie

AugeAuge CCDCCD

Elektronische Anzielung


TachymetrieElektronische AnzielungElektronische Anzielung

Target

Focal length

Displacement

CCDPositive lens

α

fd

=α

α : Anglef : Focal length of the telescoped : Displacement on the PSD/CCD


TachymetriePrecisePrecise PointingPointing withwith CCDCCD--SensorsSensors

EDM

CCD

Beamsplitter &Filter

Fiber

Leica ATR

360 ° Prism Device

Best fit

Image

ING

LD


TachymetrieMessungMessung mitmit automatischerautomatischer ZielerfassungZielerfassung ((LeicaLeica))

Messablauf:- Mit Hilfe des Diopters wird der Reflektor ungefähr anzielt.- Danach startet man das Messprogramm (z.B. ALL).- Das Instrument testet, ob der Reflektor im Messbereich der ATR liegt.- Wenn nicht, wird der Bereich des Sehfeldes desTheodolitfernrohrs abgesucht.

- Dann wird der Reflektor automatisch angezielt.- Die Distanz und die Richtungen/Winkel werden gemessen, dieAblagekorrekturen angebracht und “eingefroren”.

- Die Distanz und die “eingefrorenen” Richtungen/Winkel werdenregistriert.- Danach werden die “eingefrorenen” Werte wieder gelöscht.

Zeiske1999


TachymetrieDie Grobsuche Die Grobsuche „„PowersearchPowersearch LeicaLeica““

Senderöffnung Empfängeröffnung

Fernrohrobjektiv des Theodolits

Alle 3 Achsen sind parallel zueinander ausgerichtet.

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TachymetriePowerSearch von LEICAPowerSearch ist ein Sensor zum Suchen und Lokalisieren von Retroreflektoren. Um das Zielobjekt aber eindeutig zu erkennen benutzt die Vorrichtung das Prinzip eines Laufzeitmessers.Funktion: Zielsuche mittels Rotation um eine vertikale Achse eines ebenfalls vertikalen Sendefächers. Wird ein Signal von einem Zielobjekt reflektiert so wird dies vom Detektor empfangen und an eine Auswerteeinheit zur Merkmalsanalyse weitergegeben. Ist ein Reflektor als Zielobjekt erkannt, so wird der Scan-Vorgang abgebrochen und das aufgefundene Ziel präzise angefahren.

Aufzufindende Reflektoren

Scan-Bewegungbei der Zielsuche

Sende- und Empfangsoptik in biaxialer Anordnung.

Sendefächer erzeugt durch eine Pulslaserdiode.

Suchdistanzen bis 750m.


Tachymetrie

Der elektronischeDer elektronische WinkelabgriffWinkelabgriff


TachymetrieKopplungKopplung: Encoder : Encoder mitmit AlhidadeAlhidade bzwbzw. . Kippachse/ZielfernrohrKippachse/Zielfernrohr

PrinzipskizzeDigigon 1968


Tachymetrie

123.4567

Triggerung

Flip Flop Zähler

Grundprinzip eines Encoders

Lichtschranke


TachymetrieSignalbildungSignalbildung beibei einemeinem inkrementaleninkrementalen EncoderEncoder


TachymetrieLeica : Codierter TeilkreisLeica : Codierter Teilkreis

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Tachymetrie


TachymetrieDer Leica CodeDer Leica Code

26 25 24 23 22 21 20 26 25 24 23 22

64 16 2 64 16 ? ?

Sektor 82 Sektor 83

Sektorstrich von 128 Sektoren = 3,125 gon


Tachymetrie7 bit 7 bit StrichbreitencodierungStrichbreitencodierung: System : System LeicaLeica

259 3750

1 9301

257 4449


Tachymetrie

BiachsialeBiachsiale NeigungssensorenNeigungssensoren


TachymetrieLeicaLeica


TachymetrieLeica Leica TheodolitneigungssensorTheodolitneigungssensor

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TachymetrieLeicaLeica


Tachymetrie

AchsbedingungenAchsbedingungen

-- Abweichungen von den Achsbedingungen Abweichungen von den Achsbedingungen

-- Auswirkungen auf die HorizontalrichtungsmessungAuswirkungen auf die Horizontalrichtungsmessung

Andere Abweichungen: FernrohrexzentrizitAndere Abweichungen: Fernrohrexzentrizitäät, t, FokusablaufFokusablauf


TachymetrieDas Achssystem eines Das Achssystem eines TheodolitenTheodoliten

1. Zielachse ⊥ Kippachse2. Kippachse ⊥ Stehachse3. Libellenachse ⊥ Stehachse


TachymetrieAchsbedingungen beim TheodolitAchsbedingungen beim Theodolit

Zielachse orthogonal Kippachse→Zielachsabweichung

Kippachse orthogonal Stehachse→Kippachsabweichung

Kipp-, Ziel- und Stehachse müssen sich in einem Punkt schneiden

→Exzentrizitäten


TachymetrieDas Das AchsystemAchsystem eineseines modernenmodernen TachymetersTachymeters

1. Zielachsen ⊥ Kippachse2. Alle Zielachsen sind kollinear und gehen

durch Schnittpunkt Zielachse- Kippachse 3. Kippachse ⊥ Stehachse4. Biax. Neigungssensor ⊥ Stehachse

Z Elektronisch

Z Optisch

Z EDM

Bedingungen


TachymetrieAchssystem eines Scanners (IMAGER 5003 von Z+F)Achssystem eines Scanners (IMAGER 5003 von Z+F)

IMAGER 5003

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TachymetrieAchsabweichungenAchsabweichungen

Zielachsabweichung Kippachsschiefe Stehachsschiefe


TachymetrieZielachsabweichung Zielachsabweichung KollimationsabweichungKollimationsabweichung ((ZielachachsfehlerZielachachsfehler))

Einfluss der Zielachsabweichung auf die Horizontalrichtungsmessung


TachymetrieZielachsabweichungZielachsabweichung

Die von der idealen Zielachse abweichenden Richtungen liegen auf einem Kegelmantel


TachymetrieZielachsabweichungZielachsabweichung

f(c)

c

Z


Tachymetrie

Ste

hach

se

Kippachse

Zielachse

ZielachsabweichungZielachsabweichung


Tachymetrie

Z

P´

Zielachse

Einfluss der Zielachsabweichung auf die HorizontalrichtungEinfluss der Zielachsabweichung auf die Horizontalrichtung

10


Tachymetrie

sin(z)

f(c)

Z

sin(c)P

P´

c

Zielachse

∆ (P´,P,Z)

Einfluss der Zielachsabweichung (c) auf die HorizontalrichtungEinfluss der Zielachsabweichung (c) auf die Horizontalrichtung

zccf

sinsin)(sin =


TachymetrieMessungen in Zwei LagenMessungen in Zwei Lagen


TachymetrieKorrekturKorrektur derder optischoptisch--visuellenvisuellen und und derder elektronischenelektronischen ZielachseZielachse

Der Nullpunkt der Kamera und die optischeFernrohrachse müssen aufeinanderabgestimmt werden.

Die ATR Nullpunktabweichung ist die Winkel-differenz in Hz und V zwischen der Ziellinie(Fadenkreuz) und der Mitte der Kamera.

Da zur Bestimmung des ATR-Nullpunkts derReflektor in Hz und V-Richtung exaktangezielt werden muss, ist es möglich, die Hz-Ziellinienabweichung und die V-Indexabweichung gleichzeitig mit zubestimmen.

Die bei der Kalibrierung ermittelten Hz- und V-Komponenten werden an jeder ATR-Richtungs-bzw. Winkelmessung angebracht.

Eine ähnlicher Korrekturablauf gilt auch für die Abweichung der EDM Zielachse

Zeiske1999


TachymetrieAchsexzentrizitAchsexzentrizitäätenten ((BeispielBeispiel ZielachsexzentrizitZielachsexzentrizitäätt))P

Lage ILage II

ϕ

ϕ ϕ

ϕ

d

eeBB'

AA'C

desin =≈ ϕϕGl. 9.8-12

A = A′- ϕ, mit

, da ϕ ein kleiner Winkel ist.


TachymetrieKippachsabweichung (Kippachsschiefe)Kippachsabweichung (Kippachsschiefe)


Tachymetrie

Steh

achs

e

Kippachse

KippachsschiefeKippachsschiefe

11


TachymetrieEinflussEinfluss derder KippachsschiefeKippachsschiefe auf die auf die HorizontalrichtungsmessungHorizontalrichtungsmessung

=⋅

=z

ziisin

cossin)tan( ziif cot)( ⋅≈

ziizii

zPQi

zPQi

cottan)tan(cottan

)tan(cos

sintan

sinsin)tan(

⋅=→=

=

=

P Q

sin z


TachymetrieEinflussEinfluss derder KippachsschiefeKippachsschiefe auf die auf die HorizontalrichtungsmessungHorizontalrichtungsmessung

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

11112131415161718191

Zenitwinkel [gon]

Einf

luss

der

Kip

pach

sabw

eich

i = 0.0001 [gon]

i = 0.001 [gon]

i = 0.01 [gon]


TachymetrieEinfacheEinfache PrPrüüfungfung derder KippachsscshiefeKippachsscshiefe

Vor der Überprüfung muss die Zielachsabweichung beseitigt sein.Unter einem Hochpunkt wird rechtwinklig zur Zielung etwa in Kippachshöhe ein Massstabangebracht. Mit dem Fernrohr Lage I wird ein Hochpunkt angezielt und mit dem Strichkreuz genau eingestellt. Das Fernrohr wird bis zum Massstab gekippt und der Wert a1 abgelesen. Anschliessend die Zielung in Lage II wiederholen und am Massstab den Wert a2 ablesen. Weichen die Werte a1 und a2 voneinander ab, so stellt die Differenz den Einfluss des doppelten Kippachsabweichung dar. K.-Abweichung lässt sich bei den heutigen

Theodoliten/ Tachymetern nur in einer Spezialwerkstatt beseitigen.


TachymetrieStehachsschiefe (Aufstellfehler)Stehachsschiefe (Aufstellfehler)

Wirkt auf die Horizontalrichtung wiedie Kippachs-abweichung, ist abervom Azimut abhängig

Wird durch 2-Lagenmessung nichtkompensiert

Korrektur durchMessung der aktuellenStehachsneigung


TachymetrieStehachsschiefeStehachsschiefe


TachymetrieZusammenfassungZusammenfassung

nicht eliminiert

eliminierteliminierteliminierteliminiertMessen in 2 Lagen

Stehachsschiefe

Exzentrizität des Teilkreises

Exzentrizität der Zielachse

Kippachsabweichung

Zielachsabweichung

Abweichung

12


TachymetrieStehachstaumelStehachstaumel

-50.0-40.0-30.0-20.0-10.0

0.010.020.030.040.050.0

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

Drehwinkel [°]

Nei

gung

["]

angenäherte SinuskurveBeobachtungen br' ["]


Tachymetrie

HHööhenindexabweichunghenindexabweichung


TachymetrieHHööhenindex. Bauformen (bei mech. opt. Instrumenten)henindex. Bauformen (bei mech. opt. Instrumenten)


TachymetrieVertikalwinkelmessungVertikalwinkelmessungZenitrichtung bestimmt durch

Höhenidex (Libelle, Pendel)

Zielachse

Einstellung des Index

Aus Witte


TachymetrieHHööhenindexabweichunghenindexabweichung

Zeiske1999

Heute: Rechnerische Kombination aus“Ablesung elektronischer Neigungssensor”und Vertikalkreisablesung


TachymetrieIndex (Index (vvz )

Bei horizontaler Zielung und justiertem Index (Libelle, elelktron. Neigungssensor) muss am Vertikalkreis 100,0000 bzw. 300,0000 gon abzulesen sein. Wenn dies nicht erfüllt, ist eine Indexabweichung vz vorhanden.Die Indexabweichung ist eine Konstante und daher nicht von der Grösse der Zenitwinkles abhängigDie Indexabweichung fällt durch Mittelbildung Messung in zwei Fernrohlagen heraus vz kann durch Messungen in zwei Lagen bestimmt werdenvz sollte so klein wie möglich gehalten werden.

13


TachymetrieHHööhenindexabweichunghenindexabweichung

1. Lage Zenit Höhenindex

0

vz

Zenit 2. LageHöhenindex

0vz


TachymetrieBestimmungBestimmung derder HHööhenindexabweichunghenindexabweichung

1. Lage 2. LageZenit Höhenindex0 P

zvz a1

Höhenindex0

Zenit

zvz

400-

z

a2

z=a1+vz a1 = z -vz

-z= a2-400+vz a2 = 400 –z- vz

(1)

(2) (1)-(2)

(1)+(2)


Tachymetrie

EndeEnde


Tachymetrie

1


Die AufnahmeDie Aufnahme

Grundsätzliches zur Aufnahme

Methodik (Einzelpunkt, Punktwolke)

Messverfahren

Der „Digitale Messtisch“


Methodik der Aufnahme

Aufnahme diskreter Punkte (Einzelpunktaufnahme)

Erfassen eines Objektes durch Auswahl und Signalisation repräsentativer, diskreter Punkte.

Profil- und Rasteraufnahme

Erfassen eines Objektes in einer regelmässigen Netzstruktur.

Vektordaten.

Aufnahme aller Punkte im Arbeitsbereich

Primäre Scanverfahren & PhotogrammetrieErfassen eines Objektes und seiner Umgebung mit einer Vielzahl von beliebigen Punkten durch photographische Aufnahme (Pixelkoordinaten x,y und Farb-, Grauwertinformation, Überführung in digitale Daten durch Scannen oder direkt mit CCD-Kameras ) oder kontinuierliches Abtasten durch Polarscanner (Az, z, ds);

Sekundäre Scanverfahren

Scannen von Plänen und Karten

Rasterdaten/ 3D Punktwolken


Aufgabenbereiche fAufgabenbereiche füür die Aufnahmer die Aufnahme

Kataster (Amtliche Vermessung)Kartographie

Topographische KartenThematische Karten

BauwesenPlanungsgrundlagenDokumentationBeweissicherung

Versorgungsunternehmen, TelekommunikationLeitungskataster

Facility Management


Die Basisinformationen der AufnahmeDie Basisinformationen der AufnahmeMetrik

- Geometrie = Lage im Raum und Ausdehnung des Objektes (Koordinaten, die ausMesswerten berechnet werden), Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

- Topologie = Verknüpfung von Punkten oder Linien zu einem Objekt, z.B. Strassenrandverlauf

Achtung: Topologie ≠ Topographie.

Thematik = Beschreibung (Attributierung) des Objektes oder von Objektgruppen nach vorgegeben, spezifischen Kriterien (z.B. Haus, Baum, Strasse, Schieber, etc.)

Diese Informationen werden während der Aufnahme numerisch oder alphanumerisch codiert und so abgespeichert, dass für die nachfolgende Bearbeitung diese Informationen übernommen und integriert werden können.


Feldriss zur Feldriss zur TachymeteraufnahmeTachymeteraufnahmeDa nicht alle möglichen Attribute und Verbindungs-informationen durch die Punktcodes verschlüsselt werden können, werden bei den umfangreichen tachymetrischen Aufnahmen zusätzlich Feldskizzen geführt.

Whs 9

Sch1

2

3

45

67

108 9 11

17

12

1315

16

14

1,50,2

1,70,25

Weg

N

PP 5

PP 4

PP 6

Wiese


FFüührung des Feldrisseshrung des FeldrissesInhalte:

- Instrumentenstandpunkte,Nr., Anschlussrichtung

- Geländepunkte- Interpolationslinien

- Zäune, Grenzen, Straßen etc.- auffallende Einzelobjekte- Nutzungsarten

- Böschungen, Kuppen, Mulden- Gebäude (Nutzung, Hausnr.)

- Nordpfeil

- Kennzeichnung (Datum,Name des Skizzenführers)

Feldriss Seite

Gemessen am : durch :

Land GemeindeKreisStadt

GemarkungOrtsteil

Kennziffer/BlockStraße, FlurKartenblatt Nr.MaßstabObjektAuftrags-Nr.Maßstab

Whs 9

Sch1

2

3

45

67

10

8 9 11

17

12

1315

16

14

1,50,2

1,70,25

16.04.98 Resnik

Rostock

Pr. Umbau 1

Weg

N

PP 5

PP 4

PP 6

Wiese

1

2


Der DatenflussDer Datenfluss


Ablauf der Ablauf der tachymetrischentachymetrischen GelGeläändeaufnahmendeaufnahme

Messung und Datenregistrierung

Aufbereitung der Rohdaten und Datenkorrektur

Koordinatenberechnungen aus den Messdaten

Datenausgabe als Koordinatenlistenund Ergebnisprotokolle

Interaktiv-graphische Systeme (CAD, GIS ...)


Entwicklung der Entwicklung der TachymetrieTachymetrieMesstischtachymetrie

Aufnahme mit vollständiger graphischer Bearbeitung im Feld

ZahlentachymetrieAufnahme mit

ausgewählter Codierung im Feld

Whs 9

Sch1

2

3

45

67

10

8 911

17

12

13

15

16

14

1,50,2

1,70,25

WegW

eg Whs 9

Sch

34.4


Computer Aided Computer Aided FieldField WorkWork CAFCAF


Z

X

PolarverfahrenPolarverfahren

Y


33--D PolarverfahrenD Polarverfahren

A

C

C

C C

S1S2

3


BestimmungBestimmung eineseines unzugunzugäänglichennglichen PunktesPunktes

1. Senkrecht unter dem Punkt, dessenHöhe bestimmt werden soll einenReflektor aufstellen.Die Position des Tachymeters istbeliebig.

2. Die Distanz zum Reflektor messen.

3. Hochpunkt anzielen.

4. Auf Knopfdruck wird der Höhen-unterschied H zwischen Bodenpunktund Hochpunkt berechnet und angezeigt.

Zeiske1999


Leitungsaufnahme und Hidden Point Verfahren

An einem Spezialstab sind zwei Reflektoren befestigt. Definiert sind die Distanzen zwischen dem Fusspunkt C und den Reflektoren A und B. Der Gehilfe hält den Stab auf den Objektpunkt. Die Messungen werden zu den beiden Reflektoren ausgelöst. Das im Tachymeter integrierte Programm berechnet aus den räumlichen Koordinaten von A, B und der Distanz zu C die gesuchten Punktkoordinaten.


SpannmassberechnungSpannmassberechnung


Aufnahme einer HauseckeAufnahme einer Hausecke


Innenraumaufnahme: Innenraumaufnahme: VitruviusVitruvius


CAD CAD AufnahmeAufnahme mitmit Tachymeter (Tachymeter (UniUni Hannover)Hannover)

4

ETH ZürichGeodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH ZürichGeodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand

AB

STE

CK

UN

G

AU

FN

AHM

E

Zusammenhang Aufnahme Zusammenhang Aufnahme -- AbsteckungAbsteckung

VirtualitätPlanung

RealitätObjekt

CAD/GISAusgewählteErfassung derRealität und Abbildung in analogen oderdigitalen Daten

Auftrager-teilung an Geomatik-ingeneur:- Umfang- Genauigkeits-

forderung

Übertragung von in der VirtualitätgeplantenObjekten in die Realität

Auftrager-teilung an Geomatik-ingeneur:- Umfang- Genauigkeits-

forderung


Einfache AbsteckungsverfahrenEinfache Absteckungsverfahren

FluchtenFluchtenHHööhenangabenhenangabenLotungLotungRechtwinkelRechtwinkelEbenenEbenen


Einfache AbsteckverfahrenEinfache Absteckverfahren

Einfluchten von Punkten in eine Gerade. Hierbei ist die gesuchte Gerade der Vertikalschnitt mit dem Gelände

Abbildung 8.5


Fluchtgerade AE

E

A

Lotri

chtu

ng

FL I

FL II

Punkt in der Fluchtgeraden

Einfluchten eines Zwischenpunktes in die Gerade AEEinfluchten eines Zwischenpunktes in die Gerade AE

Abbildung 8.6


HerablotenHerabloten eineseines FirstpunktesFirstpunktes

1.Einen Hochpunkt Aanzielen, Fernrohr nachunten kippen undBodenpunkt B markieren.

2.Fernrohr durchschlagenund in der zweiten Lagedasselbe wiederholen.Punkt C markieren.

Zeiske1999

5


VerlVerläängern einer Geraden Angern einer Geraden A--E mit einem E mit einem TheodolitTheodolit

A

E

FL I

FL II

Fluchtgerade A-E

Punkt in der Fluchtgeraden


Abstecken mit polaren VerfahrenAbstecken mit polaren Verfahren


GrundprinzipGrundprinzip derder tachymetrischentachymetrischen AbsteckungAbsteckung1. Instrument auf einen bekannten Punkt aufstellen und Horizontalkreis orientieren.2. Koordinaten des abzusteckenden Punktes manuell eingeben oder mittels Freier Stationierung

bestimmen. Das Programm rechnet automatisch die Absteckelemente Richtung und Distanz.3. Tachymeter drehen bis die Horizontalkreisablesung "Null" ist.4. Reflektor in diese Richtung einweisen (Punkt P‘).5. Distanz messen, die Distanzdifferenz ∆D zum Punkt P wird automatisch angezeigt.

Die Koordinaten der abzusteckenden Punkte können auch vorher im Büro vom PC in den Tachymeter geladen werden. Dann muss zum Abstecken nur noch die Punktnummer eingegebenwerden.

Zeiske1999


Abstecken mit polaren VerfahrenAbstecken mit polaren Verfahren

Punktkoordinaten laden

Sensor aufstellen, initialisieren

Absteckungselemente

Absteckung

Punkt versichern

Iterationsschritte

Punktkoordinaten laden

Absteckungs-elemente

Punkt aufnehmen, mit Sollwert vergleichen

Die

eig

entli

che

Abs

teck

ung

Vor

bere

itung

Kon

trol

leDer hier aufgeführte Ablauf entsprichtdem polaren Verfahren, wie auch bei

Verwendung eines GPS - Sensors

Abbildung 8.22


AbsteckAbsteckvorgangvorgang als Regelkreisals Regelkreis

Stellgrösse = Soll-Ist MaschineMensch

Messwert = Ist

Absteckwert = Soll

Messsystem

Abbildung 8.1


Einweishilfen: Einweishilfen: TracklightTracklight und und DistanztrackingDistanztracking

Abbildung 8.25

Azimut

und D

istan

z abs

tecke

n

Instrumentbekannt Y,X

Reflektor

Gesuchte Punktlagebekannt Y,X

6


Visualisierung der Ziellinie Laseradaptionen Visualisierung der Ziellinie Laseradaptionen

LotgerätTachymeter

Richtlaser

Abbildung 8.8 ff


Polares Abstecken mit Freier StandpunktwahlPolares Abstecken mit Freier Standpunktwahl

Freie StationswahlKoordinatenmässig bekannte PunkteGesuchte Achspunkte auf Schnurgerüst Abbildung 8.26


Bauabsteckungen: SchnurgerBauabsteckungen: Schnurgerüüstabsteckungstabsteckung

1. Absteckung für den Aushub der Baugrube

2. Absteckung des Schnurgerüstes für die Erstellung des Gebäudes (Gebäudeachsen)


SchnurgerSchnurgerüüst: Messtechnikst: Messtechnik

Rückversicherung der Achsen können Bedingung sein

Bolzen, Nagel in Mauer, Gebäude etc

In Erdreich Bolzen, Pflöckli mit Nagel einbetonieren

Abbildung 8.90 ff


Indirekte polare AbsteckverfahrenIndirekte polare Absteckverfahren

HP1

HP2 abzustecken-der Punkt

a

b

StationspunktMesspunkt (Hilfspunkte)

Verfahren: Bogenschlag

Die Distanzen a + b werden vom Instrument angegeben

Verfahren: Orthogonal

HP

abzustecken-der Punkt

ab

Abbildung 8.28 ff


BaumaschinensteuerungBaumaschinensteuerung

7


Steuerbare BaumaschinenSteuerbare Baumaschinen

Maschinentypen

Motorgrader

Gleitschalungsfertiger

Strassenfertiger

Tunnelvortriebsmaschinen

Anwendung

zur Erstellung von Planien

- Einsatz im Hochbau: Gleitschalung- Einsatz im Tiefbau: Betonpisten, Strassenabschlüsse

zum Einbau von Trag- bis Verschleissschicht

- für Teil- und Vollausbruch- Sprengvortrieb (Lafettensteuerung)



Sollkoordinate

Maschine und Stellelemente

PositionierungsverfahrenFilterungIstkoordinate

Berechnung derStellgrössen



Totalstation

Reflektor

Genauigkeitsforderung: Y, X = 1-2 cm, Z = < 1 cmwichtig hier die Nachbargenauigkeit Z = ≤ 3 mm

Abbildung 8.77 f


Autobahn A1 Autobahn A1 St.GallenSt.Gallen -- WilWil

Schällibaum AG Ingenieure und Architekten www.schaellibaum.ch

Grader

Roh - Feinplanie

Tagesleistung ca. 8‘000 m2


FunktionsprinzipFunktionsprinzip

Schällibaum AG Ingenieure und Architekten www.schaellibaum.ch



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Baumaschinensteuerung weitere BeispieleBaumaschinensteuerung weitere Beispiele

Gleitschalungsfertiger zum Einbau von Betonpisten. Genauigkeitsforderung: Y, X = 1 cm, Z = 3 mm

Spritzbetonmaschine zum verkleiden / stabilisieren des Tunnelausbruchs. Genauigkeitsforderung: Y, X, Z = 2-3 cm


EndeEnde

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Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand ETH Zürichwebarchiv.ethz.ch/geometh-data/student/gmt2/2006_Vorlesungen/09... · 4 Geodätische Messtechnik - Prof. Dr. H. Ingensand