[发明专利]用于确定目标的位置和取向的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的方位确定方法、根据权利要求9的前序部分的可移动单元、以及方位确定系统和计算机程序产品。

背景技术

在众多大地测量应用场合中，采用了用于确定所用仪器的方位(即位置和/或取向)的系统和方法。从用这样的系统确定的位置开始，随后大多进行与该位置有关联的且大多也要求了解测量仪的空间取向的进一步测量。此时，原则上也可以根据所确定的两个或更多个点的位置来推断出仪器取向。对于测量技术应用来说，为了明确无疑地确定空间绝对位置，要确定手持测量仪的6个自由度(至少是位置和3个自由度)。因此，该课题包含位置和取向的确定作为两个原则上可分开解决的任务，但它们在许多应用场合中必须相互关联地进行。因此，通常需要手持的测量仪的位置和取向。

在该情况下，在各种应用场合中需要用于确定目标的方位的方法和系统。因此，例如，在大地测量应用场合中，经常采用测量仪的方位信息，例如在测量仪进行测量时，将其应用在地形坐标系中。于是，从这样的测量仪开始，进行进一步测量并且与方位信息相关联。另一个应用领域是自动设备控制，在这里，必须知道运动车辆的方位作为控制基础。用于确定运动目标的方位的方位确定系统例如也需要用在体育场标线方面。

已知的位置确定系统或方法例如是全球定位系统(如GPS)。利用目标上的GPS接收机，可以确定目标的位置，前提是卫星接收不受干扰，但这例如在胡同、体育场馆、地下室或采矿等情况下并不是总能得到保证的。为了确定目标取向，需要附加的取向测量仪。可是，根据GPS信号求出的位置数据的精度尤其在目标高度方面是有限的，对于许多应用场合不够高。该系统对于运动目标也越来越不精确，或者说需要付出更高的测量成本。

另一种常用的方法是利用视距仪或全站仪的位置确定方法。尤其是，为了确定运动目标的位置，在现有技术中出现了各种系统的实施例，用于自动跟踪目标和测量运动目标。在这种情况下，对与全站仪无关地运动的目标通常只进行一次的位置确定。为了确定目标取向，例如借助斜度传感器和指南针，可对目标进行进一步的测量。

本地定位系统的其它做法基于具有已知位置的被动点。因此，例如PCT/EP2004/010571公开了一种用于确定测量仪的实际位置的系统，其中检测至少两个在用激光扫描的空间区域内的基准点，并且针对其距离和倾斜角度来测量该基准点。从这些可检测地形成的基准点的已知位置以及对应的距离和倾斜角度可推导出测量仪的实际位置。基准点的检测、跟踪和测量是由测量仪自动进行的，在这里，测量仪和对应于基准点的特殊构成元件构成了本地定位测量系统和/或取向测量系统。但在这个系统中，必须用激光主动扫描和照射基准点，从而必须非常复杂地设计测量仪中的接收部件。

这种位置确定以基准点为前提，所述基准点必须事先提供或者是已有的。但是，这种前提条件通常在空旷地形如体育场中无法满足。安设以及运送基准点(如反射杆)使得该方法的成本高昂。

另一种做法是，为了确定可移动单元的方位，在第一步中将扫描单元优选是激光扫描仪定位在一个适合于对单元进行测量的位置上，在这里，该位置可以是已知的或是事先测定的，从而确定该扫描单元的位置。扫描单元位置的测量可利用众所周知的测量技术方法来进行，例如借助全定位系统或者全球定位系统来进行。不过，扫描单元也可以相对预定的原点来定位和测量。同时，借助扫描单元的测量从具有已知的本地或全球位置坐标的位置进行。

该种类型的扫描单元具有用于发出激光或激光脉冲的照射源，利用所述激光来扫描立体角区域。根据实施方式的具体选择实施情况，可以针对空间区域选择现有技术中的不同扫描运动。

位于所测空间区域内的测量目标将扫描射线部分地反射回扫描单元，扫描单元接收反射射线，并且就距测量目标的距离以及在扫描单元轴线和测量目标之间的水平角度和/或垂直角度，对该反射射线进行评估。此时通常可以根据测量目标的反射性能将其与背景区分开，因此，可以简单地从反射射线的强度波动中识别出测量目标。另外，也可以使用用于目标检测或者自动化测量的其他措施。距在扫描立体角区域时所检测的测量目标的距离是借助扫描单元并通过由测量目标反射的射线，优选地按照相位测量原理或脉冲渡越时间测量原理来测量的。与发出射线的角度信息一起，随后可以针对扫描单元确定各击中点的空间位置。

此时，待测角度取决于具体情况和预定的强制条件。如果例如只在一个平面中进行测量，则确定位于该平面中的角度或角度分量就足够了。而在通常情况下，位置确定需要距离和两个角度。