本发明涉及一种用于相对于地面标记定位勘测装置的模块以及用于这种定位的方法和装置。
本发明具体涉及一种电子定向或定位模块，尤其是一种智能或聪明型三角基座模块，它可以用作勘测设备的安装平台。具体地，它由独立模块组成，该独立模块可以附接在诸如三脚架或类似物之类的安装装置与勘测装置之间，以便实现勘测装置在地面上的点上方的参考定位和可选地水平可调节定位。特别地，该地面点可以在外部坐标系中勘测，并且因此在外部坐标系中具有已知的定位，使得该地面点适于相对于外部坐标系定位勘测装置，该地面点例如为地面标记、基准或测量点、固定点或大地测量参考点，或者建筑工地上的临时的本地参考标记等。
背景技术：
标准三角基座模块基本上设计成具有用于连接到安装装置的下安装板和用于连接到勘测装置的上安装板，并且具有布置成三角形的两个或通常三个长度可调节的调节螺钉，这些调节螺钉连接这些安装板。在大多数情况下，上安装板实现为具有至少一个水平仪或圆形水平仪，借助于水平仪或圆形水平仪，上安装板可以通过手动调节调节螺钉而水平地对准。上安装板通常实现为具有用于勘测装置的快速更换或快速夹紧装置，或者连接到这种装置。在关于勘测的相关文献(例如由leicageosystems公司出版的2010年文献“勘测三角基座-白皮书”(vii.10-int)等)中描述了一般三角基座及其应用的实施例。
然而，这些文献的缺点是，对这种三角基座的适当调节需要一定程度的技巧和本能的触摸，并且被发现是相当具有挑战性的任务，尤其是对于没有经验的用户。经典方法通常涉及用圆形水平仪气泡粗略调平三角基座，随后用管状水平仪更精细地调平，例如用照准仪或跨步水平仪，或使用勘测装置上的电子倾斜计。
对于许多勘测任务来说进一步恶化的因素是，不仅实现最精确的调平或水平对准是重要的，而且勘测装置通常还需要被安装在居中位置，因此已知参考限定的地面点作为固定点。当通过将勘测装置精确地固定在固定点(例如勘测点、地面标记、基准等)上方来设置支架时，可以执行这种居中。居中意味着水平对准的三角基座的中心的投影在重力方向上与地面标记相遇。勘测支架或三脚架通常在支架头上或支架头板中具有开口(例如直径为6cm至8cm的圆形)，通过该开口，将勘测装置从下方直接或通常借助于三角基座夹紧在适当位置，以使用所谓的心螺钉或中心螺钉来将勘测装置保持在支架头的通常平坦的表面上，该支架头的通常平坦的表面被实现为所谓的支架板。通过勘测装置在水平方向上的微小移位，借助于光学铅锤或铅锤线，勘测装置可以在心螺钉被完全紧固之前在地面点、基准或勘测点上方居中。这通常通过对支架和/或三角基座进行调节而在反复进行水平对准和居中的过程中执行。心螺钉通常被设计成中空的，以便光学铅锤或激光垂准仪可以穿过它瞄准到地面。装置位置的居中也可以借助于其它铅锤装置来执行。然而，例如，利用铅锤线或铅锤杆。
如果勘测装置的竖直真正法向轴线的延伸穿过固定点的期望地面标记，则勘测仪器居中并且可以在外部坐标系的参考系中执行测量。因此，勘测装置轴线系统应当竖直地真正地安置在地面点上方，或者应当尽可能精确地知道水平方向上的任何偏差的程度。勘测装置轴线系统或勘测装置的基部在地面点上方的竖直高度通常也必须在定位期间例如用卷尺等来识别，并且输入到勘测装置中以完成定位。
在利用现代勘测装置可实现的测量精度方面，这种定向或定位应当以毫米范围内或弧秒范围内的精度来执行，或者优选地甚至更精确地执行。此外，在许多情况下，还应当确定方位角参考，即相对于北方方向的水平定向。
所有这些都是勘测装置的定向和定位通常仅在合理的时间内可行并且对于受过训练的和有资格的人员具有足够的精度的事实的原因。特别是普通工人、现场主管、工长等(他们通常只是偶尔被期望执行这些任务)因此经常避免这种工作和/或在它们执行这种工作时不可能和/或比较慢。
尽管存在提供定位支持的勘测装置的专门开发的扩展版本，例如在us2018/0003493、ep2442069、us2010/0303300等中描述的那些，但是这样的装置更复杂和昂贵，并且不容易更换。它们的应用也经常在装置之间变化和/或需要特殊知识。例如，ep3264034也公开了一种具有高度测量系统的大地测量勘测装置，或者ep1207369公开了一种用于执行居中安装的传感器保持器。
总之，特别地，勘测装置的经验较少的用户发现将勘测装置定位和居中在固定点上方以及确定用于在外部坐标系中定位勘测装置的仪器高度的工作步骤是复杂的任务。许多用户还关心潜在的测量误差，该测量误差是由于勘测装置在测量期间的不正确或不准确的定位或未检测到的移动而引起的(例如，如果支架下沉和/或安装没有被最优地执行)。
技术实现要素：
本发明可以有助于减少这些问题。特别地，本发明可以用于避免这些手动活动中的误差和/或提高定位的精度，并且因此也提高基于定位的测量的精度。特别地，对于非勘测专家，例如工长或其他工匠，希望消除安装复杂勘测装置(例如全站仪或tps)的“恐惧”。
可以利用本发明改进的另一方面是通过确定位置的坐标并定向该仪器来定位勘测装置。特别是在自由定位或无地面点的安装的情况下，对于在同一地点的重复安装，通过在初始自由安置操作之后将地面标记放置在定位的装置(例如混凝土锚、彩色标记、固定目标板、标签、凹口等)下方，可以避免实现起来复杂的额外自由定位。然后，在根据本发明的随后的定位操作期间，可以使用该放置的地面标记，并且因此简化随后的定位并且还使其更安全。与根据本发明的其它实施方式一样，在初始定位期间使用根据本发明的模块中的相机确定的图像可以可选地被存储，并且在重复定位中，新位置可以使用当前图像和保存的图像之间的摄影测量对比(至少部分地)确定(特别是在具有目标板的应用中)，该目标板被适当地设计成具有视觉特征，该视觉特征永久地作为地面标记放置(至少在定位操作之间的时段期间)。
本发明还被设计成用来解决诸如与多个(也是较旧的)勘测装置的兼容性、可用性和改装能力、紧凑且坚固的设计、自主能量供应、低能耗等问题。优选地，本发明的实施方式应当被实现为独立的模块或附件，其被设计成根据需要与标准勘测支架和/或勘测装置一起使用。
因此，本发明的目的的一部分还在于使其能够以模块化和通用的方式使用，特别地，使其灵活、能够利用不同的勘测装置进行改装等。而且，在本发明的上下文中，可以实现关于优选地自动数字文档编制的兼容性和功能，例如在bim(建筑信息建模)系统中，或者实现简单的操作和被集成到标准操作概念中的能力。
例如，本发明因此可以有助于简化和加速勘测装置的定位和/或避免或减少勘测装置的定位和/或操作中的误差(具体地，例如，与使用圆形水平仪、卷尺、铅锤线等反复调节机械三角基座模块和支架的标准定位技术相比)。
本发明的一个目的还可以被认为是尽可能地使用自动化过程来促进先前手动执行的勘测装置的定位，特别是通过利用根据本发明的模块自动地执行用于确定位置的所有测量任务。安装期间的手动步骤可以被限制为例如：将支架大致展开在地面标记上方(如果尚未发生的话，则附接根据本发明的模块)并且附接勘测装置，并且如果必要的话，手动调平目标板和/或将目标板放置在地面标记上方。具体地，根据本发明，首先可以执行勘测装置的高度自动化安装，其次，在确定局部和总体坐标系之间的变换(例如，哈默特变换)时，可以执行优选的完全自动化。
特别地，由于对增加的测量速度的需求，勘测装置的马达和快速移动也导致相对于勘测装置的安装装置发生更高的加速度、扭矩、冲击、振动等。除了已经有问题的影响，例如支架的扭转、支架腿的下沉、温度影响等之外，这些可能导致在测量操作期间定位发生额外的不希望移位。
根据本发明，通过第一方面的特征和/或通过其他方面的特征来实现这些目的或者精炼解决方案。
本发明涉及一种用于相对于地面标记定位勘测装置的独立模块，该模块利用支架安装在地面标记上方。该独立模块特别地可以设计为可安装和可拆卸的装置，除了与外部操作单元和/或与勘测装置的任何数据通信连接之外，该装置形成了自主动作的单独的单元或部件。
该模块具有壳体，该壳体设计成附接在支架和勘测装置之间。壳体特别地设计成具有用于连接到支架的下安装板或安装单元，并且具有用于连接到勘测装置的上安装板或安装单元，这些连接优选地利用商业上可获得的或标准化的支架螺钉和/或快速释放夹紧装置来实现。在本发明的第一实施方式中，根据本发明的模块的两个安装板可以设计成相对于彼此固定，特别地使得它们不能相对于彼此倾斜。在本发明的第二实施方式中，根据本发明的形成紧凑的、优选地为整体单元的模块的两个安装板可以被设计为相对于彼此可调节，特别是它们相对于彼此的倾斜或歪斜。
该模块还具有至少一个测量相机单元，该测量相机单元以这样的方式布置和设计，即当模块安装在支架上时，可以在测量相机单元的视场中检测到位于支架下方的地面标记。特别地，这种测量相机单元可以实现为中心测量相机，其视场居中地被引导穿过支架并因此穿过支架板中的凹部或穿过在支架的心螺钉中钻出的孔而到达支架下方的地面的至少一部分上，或者换句话说，该视场与勘测装置的竖直轴线或中心轴线基本上或大致重合。特别地，这种测量相机单元也能够替代地或另外地被设计为外围测量相机，其视场在支架的肩部或支架板的旁边即穿过支架腿部引导到支架下方的地面的至少一部分上。
换句话说，根据本发明的模块的测量相机单元的视场可以居中地布置成正好穿过支架，特别是穿过在心螺钉中钻出的孔，模块利用该心螺钉固定到支架。具体地，这意味着可选的激光指示器也可以被反射到测量相机单元的视场中。可替代地，测量相机单元和/或其视场可以以这样的方式设计成可枢转或可移位，即视场穿过支架或该中心区域留给激光指示器，使得能够替代地使用激光指示器28或测量相机。根据本发明的模块的测量相机单元的视场也可以替代地被定向为经过支架的支架肩部或支架板的一侧在地面点的方向上延伸，从而例如延伸到支架腿之间的区域上。
该模块还具有能量源。例如以电池盒或内部的、优选可再充电的电池的形式。
该模块还具有倾斜传感器，该倾斜传感器被设计成确定模块在至少两个轴线上相对于水平方向和/或竖直方向的倾斜。有利地，倾斜传感器位于下安装板中，上安装板的倾斜可以使用勘测仪器中的倾斜传感器来确定。
该模块配备有通信单元，该通信单元被设计为在勘测装置和/或外部操作单元之间建立通信链路，优选地，特别地根据当前无线标准经由无线电模块建立双向无线通信。
模块中的定位单元以这样的方式设计，即至少使用来自测量相机单元的图像信息和来自倾斜传感器的倾斜信息，确定模块相对于地面标记的位置，并且经由通信单元提供该定位和/或该定位所需的原始数据，其中在测量相机单元的视场中包括地面标记。特别地，该定位可以至少包括模块相对于地面标记的法向高度和横向位置偏移。借助于枢转点精确地限定模块相对于外部坐标系的位置。在上述第一实施方式中，这种枢转点例如可以位于上安装板上的轴向中心中。可以具体地使用图像信息和倾斜信息的电子图像处理来确定所述定位，其中图像信息以图像坐标的形式确定地面标记在图像信息中的位置，从倾斜信息的几何关系(其从测量相机和倾斜传感器的设计和布置中已知)来计算位置。如果定位可以基于图像信息利用测量地面标记本身和/或测量放置在地面标记附近、优选地在限定的位置处的所限定的目标板的视觉图案来执行，则在图像信息中执行该测量并且该测量可以考虑测量相机单元的成像特性。
图像信息中的目标板的测量可以具体地确定相机图像中的缩放比例。基于图像信息中的这种测量和缩放比例，可以至少确定模块(或相对于模块限定的枢转点)相对于地面标记的横向水平位置以及模块(或相对于模块限定的枢转点的)在地面标记上方的法向高度。图像信息中的目标板的测量还可以评估存在于目标板上的测量仪器，诸如图像信息中的罗盘(例如，磁针罗盘)，并且使用该评估来确定相对于北方的定向。目标板上的附加的或替代的测量仪器的另一个实施例是例如倾斜计(诸如圆形水平仪或管状水平仪)，在目标板没有水平地搁置在地面标记上的情况下，基于对该倾斜计的评估，例如可以在图像信息中进行板倾斜的精细校正。
在根据本发明的模块的一个实施方式中，勘测装置的自动定位仅能利用模块和放置在地面标记上的目标板来执行。不依赖于目标板的一个实施方式具有距离测量激光指示器，该距离测量激光指示器对准到地面标记，并且基于该距离测量激光指示器确定相对于地面标记的法向高度以用于定位。
为了在所有六个自由度上完全定位，附加地需要获知根据本发明的模块上的方位角方向。特别地，如果根据本发明的模块的实施方式本身不具有为此目的设计的北方传感器，则也可以由勘测装置例如通过考虑到光学或机械规格、勘测装置相对于模块的上安装板上的标记的限定定向来提供方位角方向。因为在这种情况下使用的北方对准仅在根据本发明的模块中用于在6个自由度(6dof)中定位，所以对北方对准的角精度的要求例如可以保持相对低(例如，与利用勘测装置/必须利用勘测装置才能实现的角精度相比)，使其也能够利用机械或电子磁罗盘来实现。例如，在根据本发明的定位的上下文中，大约10弧分的北方对准的角精度就相当足够。
利用由模块提供的定位，勘测装置因此可以对地面点已知的外部坐标系建立参考，并且参考该外部坐标系执行其测量。此外，如果需要勘测装置的水平角圆(＝北方方向)的绝对定向的弧秒精度，则这可以使用传统技术在勘测装置本身上确定。
在一个实施方式中，根据本发明的模块可以被设计为具有可选的激光指示器或激光铅锤线并且具有用于激光指示器的偏转单元，该模块以这样的方式被设计，即激光指示器的激光辐射可以相对于模块与地面点对准。在这种情况下，激光指示器的激光束用作标记或指示光束。特别地，偏转单元的当前偏转值可以例如利用偏转元件上的位置编码器、倾斜传感器而检测为偏转信息，并且/或者能够评估图片信息中的激光指示器的入射点。换句话说，用于激光指示器的偏转单元的偏转方向因此可以通过传感器，特别是偏转元件上的角度编码器、位置编码器或第二倾斜传感器来检测。替代地或附加地，激光指示器的偏转方向也可以在测量相机单元的图像中使用激光指示器或激光垂准仪的激光束的入射点的图像分析来确定。偏转信息可以从测量相机单元的图像中确定，在这种情况下，可以省去偏转器中的编码器，该编码器也可以用于这种目的。由于测量相机单元的图像和视场是方向校准的，因此可以在图像中确定激光指示器的方向，例如通过确定和测量图像中的激光指示器辐射的入射点来确定，并且还包括来自距离测量的中心投影的缩放比例或长度。该距离测量可以在测量相机的图像中例如借助于中心投影利用目标板上的视觉对比图案的已知大小来确定，该目标板位于地面标记上。然而，作为替代，也可以使用由距离测量激光指示器确定的距离。如果使用根据本发明的目标板，这意味着只从测量相机的图像就可以确定激光指示器的激光辐射的方向。
在一个实施方式中，偏转单元可以是马达驱动的，并且激光指示器可以优选地根据测量相机的图像中的地面标记的图像识别而自动地对准到地面标记。在替代实施方式中，偏转单元也可以由用户例如使用杠杆或调节轮手动移动。
在该激光指示器的一个实施方式中，该激光指示器可以被设计为距离测量激光指示器，例如采取电光激光测距计的形式，利用其激光辐射，可以例如执行到激光辐射的入射点的电光距离测量。
在这种情况下，定位单元可以以这样的方式设计，即利用附加地包含来自电光距离测量的距离信息和/或利用来自偏转单元的偏转信息，该定位单元执行或计算定位。
在该可选的距离测量激光指示器的另一实施方式中，该激光指示器可作为激光垂准仪来控制，其中，安装在下安装板中的倾斜传感器的竖直方向可用于光束方向的对准。
根据本发明的模块可以具体地设计为三角基座，该三角基座特别地具有一个、两个或三个可手动调节的调节螺钉，以用于通过相对于模块的下安装板调节模块的上安装板来调平或水平对准所安装的勘测装置。在此，三角基座装置可以被具体地设计成使得当调节螺钉时，模块的枢转点相对于下安装板的高度保持不变。例如，可以通过球形帽提供安装。
在一个具体实施方式中，定位单元可以以这样的方式设计，即：基于由模块本身提供或确定的模块的当前位置的粗略位置，定位单元查询在当前位置处或围绕当前位置的地面标记的本地或云数据库。然后使用该数据库，将外部坐标系自动分配给当前位置处的地面标记。例如，可以借助于模块中、勘测装置中或外部操作单元中的gnss或gps接收器来确定粗略位置。
在一个实施方式中，模块的定位单元可以被设计成使得特别地通过自动检测激光指示器的激光辐射在测量相机单元的图像中的入射点基于图像识别算法和/或人工智能执行激光指示器在地面点上的优选自动、精确的精细瞄准。在这种情况下，激光指示器可以被设计为距离测量激光指示器，其确定模块和地面标记之间的倾斜距离，从该倾斜距离连同倾斜传感器的测量、地面标记在相机图像中的位置和/或偏转单元从定位单元的偏转方向来确定模块在地面标记上方的竖直法向高度。
根据本发明的模块的一个实施方式还可以可选地具有电子罗盘，该电子罗盘特别地用于确定相对于北方的磁方位角方向或陀螺方位角方向。定位单元可以以这样的方式设计，即它还将来自电子罗盘的方位角信息包含在定位中。
勘测装置具体可以是经纬仪、视距仪、全站仪、激光扫描仪、激光跟踪仪、gnss接收器、调平装置或旋转激光器。支架可以是安装装置，该安装装置例如被设计为三脚架、勘测支架、夹具支架、勘测立柱或固定安装的勘测控制台。
换言之，根据本发明的实施方式可以被设计为用于勘测装置的智能三角基座模块，该模块被设计为作为中间层安装在安装装置和勘测装置之间，并且具有用于至少临时地将三角基座模块附接至安装装置的下安装板和用于至少临时地附接勘测装置或用于勘测装置的快速组装装置的上安装板。在模块的壳体中，定位有朝向地面定向的至少一个测量相机单元以及倾斜计连同电源和定位单元，该定位单元被设计成基于测量相机的图像的图像识别和来自倾斜传感器的测量来计算相对于由测量相机捕获的地面标记图像的定位，并且经由模块的通信接口将该定位提供给勘测装置。
在这种情况下，本发明还涉及一种相应的目标板，该目标板设计成基本上水平地放置在地面标记上，该目标板特别地设计成与根据本发明的模块一起使用。例如，该目标板可以设计为可以固定或放置在地面上的平板。这种目标板至少具有已知绝对尺寸的视觉上可感知的对比图案，特别地其中，可以在目标板上指示或编码这些尺寸。目标板具有用于将目标板定位在地面标记上方的装置，该装置特别地设计为基本上居中的孔或透明窗口，该装置设计成定位在地面标记上方，可选地在孔或窗口中具有十字准线等。
这种目标板的实施方式可以另外包括位于目标板的平面中的磁针罗盘，该磁针罗盘被设计用于确定目标板的以北方为参考的方位角对准。根据本发明，目标板本身不必在地面标记上方对准北方，但是可替换地，根据本发明，当目标板位于任何方位角方向上时，可以在测量相机的图像信息中读出或评估磁针罗盘的测量。磁针罗盘的可视构造可以针对相机的可读性具体设计。
这种目标板的一个实施方式可以另外具有位于目标板的平面中的圆形水平仪或两个正交的管状水平仪，这些水平仪被设计用于确定目标板的水平定向。根据本发明，目标板本身不必水平地对准在地面标记上，而是可替代地，根据本发明，可以自动读出或评估目标板的由测量相机单元获取的图像中的水平仪的测量值。水平仪的可视构造可以针对相机的可读性具体设计。具有已知仪器组合的目标板是根据本发明的替代实施方式，该仪器组合将圆形水平仪和罗盘形成为一体。
本发明的一个实施方式也可以实现为由根据本发明的模块和根据本发明的目标板组成的系统。
本发明的一个实施方式还可以涉及一种系统，该系统由具有根据本发明的内置模块的支架组成，并且优选地采取集成单元的形式。本发明的另一实施方式还可以涉及一种由具有根据本发明的内置模块的勘测装置组成的系统。以相同的方式，本发明的一个实施方式可以涉及一种系统，该系统由支架、根据本发明的模块和勘测装置组成，可选地具有附加的外部操作单元。
本发明的各种实施方式也可以实现为由根据本发明的模块的实施方式中的一个和目标板组成的系统，该目标板具有视觉图案和切口，该切口优选地基本上居中地布置在目标板上，或者具有至少部分透明的窗口，该窗口被设计成优选地居中地放置在地面标记上，以便在测量相机的图像中突出显示该标记和/或使得能够根据视觉图案通过图像处理来测量该标记。因此，本发明还涉及一种目标板，该目标板以用于标记地面点的方式设计，并且具有视觉对比图案和用于放置在地面点上的切口或观察窗口，特别地所述目标板被设计成用于利用根据本发明的模块定位。用于标记地面点的目标板不仅可以配备有为相机限定的图案，而且可以配备有罗盘，例如标准磁针罗盘，使得图案以及罗盘方向两者在相机的图像中都是可见的。例如，直接从相机图像，有可能的是：
基于图案的已知尺寸和其在相机图像中的缩放比例，使用相机在目标板和相机之间进行高度测量；
基于图案在相机图像中的相对位置测量相对于目标板的横向偏移；
基于相机图像中图案的相对定向来测量相对于目标板的定向；
基于目标板上的罗盘的测量的图像，例如借助于在图像中可见的罗盘针的定向，来确定真正北方的方向。
可选地，目标板也可以实现为具有倾斜测量装置，例如位于目标板上的圆形水平仪(或一个或多个管状水平仪)，并且使用水平仪气泡的位置的图像，可以确定一条倾斜信息，该倾斜信息可以被进一步评估，特别是连同图案的透视变形一起评估。
本发明还涉及一种特别地使用位于支架和勘测装置之间的根据本发明的独立模块定位勘测装置的方法，该勘测装置定位在地面标记上方的支架上。该方法包括：利用模块中的测量相机至少记录支架下方的地面的图像；识别图像中的地面点并测量图像中的地面点；以及使用模块中的倾斜传感器检测模块在至少两个轴线上相对于水平或竖直方向的倾斜值。在该过程中，特别地可以利用电子图像处理程序和/或人工智能算法至少部分地自动评估测量相机单元的图像，并且可以以图像坐标、尺寸和/或比例来测量和评估地面标记或标记地面标记的已知目标板。
本发明的方法包括：借助于模块中的定位单元至少基于图像中的地面点的测量和的倾斜角的测量来计算模块相对于地面标记的至少部分的定位，并且借助于模块中的通信单元将所述定位和/或由所述模块为所述定位确定的原始数据直接或间接地优选无线传送至勘测装置。
该方法的实施方式还可以包括测量从模块到地面点的倾斜距离，这是利用距离测量激光指示器来执行的，该距离测量激光指示器可以使用定向的对准单元来对准到地面点。然后，特别地利用基于倾斜距离和倾斜信息计算模块在地面点上方的竖直法向高度和/或计算模块的竖直轴线相对于地面点的水平横向偏移，可以将该倾斜距离包括在定位中。该方法还可以包括利用模块中的罗盘单元确定方位角罗盘定向，该方位角罗盘定向被包括在定位中。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，地面标记也可以用目标板标记，该目标板以这样的方式实现为具有已知的视觉特征，即利用测量相机的图像中的视觉特征的测量，可以在至少三个自由度上确定测量相机和地面标记之间的相对位置，并且其中，完全地或至少部分地基于该相对位置执行模块的定位。如果目标板另外包括罗盘，则相机能够完成关于磁北方以及因此关于格网北方的定位。
根据本发明应用的模块可以具体地包括：
测量相机，其用于将安装地点的地面表面和该表面上的地面点成像以便在外部坐标系中参考该安装；和
具有至少两个优选基本上正交的测量轴线的倾斜传感器。
可选地，该模块还可以具有：
激光指示器或激光垂准仪，其用于瞄准和/或勘测地面点；和/或
磁性或陀螺电子罗盘模块。
此外，可以添加具有尺寸化图案的可选目标板，使得测量相机可以直接从相机图像确定角距离，并且利用倾斜传感器的倾斜信息确定在重力方向上限定的竖直距离。在目标板的另一个实施方式中，将位于平面中的磁罗盘引入到目标板中，使得相机可以直接确定北方的方向，或者根据本发明的模块具有用于该目的内部电子磁罗盘。在不利的光线条件下，模块也可以可选地实现为具有照明装置，例如白光led照明系统或闪光灯，其在需要时充分地照明相机的测量视场。
换句话说，用于勘测装置的安装的工作流程的实施例可以大致如下进行：
将具有根据本发明的模块和勘测装置的支架大概地设置在将用作参考的地面点上方。在设置支架时，以手动居中为目标，手动居中可在用户可用的条件内实现，而无需精确的外部资源，无需精细设置，并且无需花费长时间。换句话说，用户通过眼睛将具有根据本发明的模块和勘测装置的支架设置在期望的地面点上方，这很可能将允许与精确居产生在厘米或分米范围内的偏差。
根据本发明的模块中的测量相机然后拍摄地面的照片。该模块可以可选地实现为具有照明装置，例如白光led照明系统或闪光灯，其照明测量相机的视场，尤其是为了即使在不利的照明条件下也能够从测量相机获得足够好的图像。除了可见光谱范围外，测量相机可以替代地或附加地还捕获非可见范围。
相机的图像显示在勘测装置和/或外部操作单元(诸如平板电脑、智能电话、笔记本电脑等)上。期望的地面点可以在图像中自动识别并突出显示(例如，借助于图像识别软件)，在图像中手动选择或拾取并且突出显示，或者利用自动和手动突出显示的混合而半自动地选择。然后，地面点的坐标在相机的视场的局部坐标系中是已知的，并且因此在根据本发明的模块的局部坐标系中也是已知的。
然后，根据本发明的模块的激光指示器、激光铅锤线或激光垂准仪将其激光束对准到所选择的地面点上。例如，小镜子可以使激光束的光轴相对于根据本发明的模块枢转。这种枢转可优选地利用机动化驱动器来执行，但在简化的实施方式中，也可以可选地通过由用户手动操作的致动器单元来执行。在这种情况下，通过用户在相机的图像中或者通过直接观察地面上的光点可以可选地监测激光指示器在地面点上的对准。特别地，可以借助于相机信息来执行用激光束精确瞄准地面点。偏转的方向由评估单元优选地通过评估激光束在相机图像中的入射点的位置来检测，但可选地还通过用相应的编码器或传感器检测偏转单元的位置来检测。
激光指示器或激光垂准仪以光电测距计(edm，测距仪)的形式实现，利用该光电测距计可以确定根据本发明的模块和地面点之间的倾斜距离。该距离可以借助于激光指示器使用优选可见的激光束来确定，例如使用渡越时间和/或相位测量原理来确定，如在ep1882959、ep2680028、ep3070494、ep3324203或其它地方中所述的那样。
通过包括来自根据本发明的模块中的至少二维倾斜传感器(例如mems加速度传感器或类似物)的倾斜信息，从所测量的倾斜距离，能够作为定位高度确定地面点相对于根据本发明的模块(例如上安装板)的高度参考点(特别是枢转点)的竖直高度。
可选地，还可能的是，例如如果与激光指示器组合的测距计不能足够精确地捕获倾斜距离(例如由于灰尘、水、反射、环境光等…)，或者如果认为这种选择更方便，则可以将标记板居中地放置在地面点上。通过使用具有已知几何设计和标记的这种标记板，利用相机的图像，并且基于标记板上的已知图案，可以评估在根据本发明的模块的局部坐标系中的距离、高度、长度和宽度。根据这些数据，继而可以使用内置的倾斜或倾斜传感器来确定竖直方向上的高度。在这种情况下，最初仅将外部坐标系中与地面点的相对偏移限定为半径。
在根据本发明的具有可选的罗盘系统(例如磁性或陀螺电子罗盘单元)的模块的一个实施方式中，也可以捕获该信息，使得勘测装置在外部坐标系中的安装已经被限定在多达六个自由度上，而不需要使用勘测装置本身执行测量。因此，可以确定完整的位置坐标(e，n，h)，其中e＝东方，n＝北方，h＝高度，e、n、h指定勘测装置在外部参考坐标系或全局坐标系中的位置，经由地面点参考该外部参考坐标系或全局坐标系。可选地，目标板本身可以具有非电力的磁罗盘单元，其中罗盘针从相机可见，使得在图像中可以直接确定北方的方向。
在具有手动三角基座的第一实施方式中，该三角基座安装在根据本发明的模块上，并位于根据本发明的模块和勘测装置之间，然后可进一步竖直地调节勘测装置，以便实现勘测装置的仍然缺少的调平。然后，如果必要的话，勘测装置可以借助于罗盘或通过测量环境中的固定点来精确地确定方位角北方方向。然后，使用无线通信将在根据本发明的模块中确定的测量结果和/或其它安装数据提供给测量单元。
在根据本发明的具有集成三角基座的模块的第二实施方式中，可以竖直地调节具有集成调节机构的勘测装置以实现调平。如上已经描述的，执行定位的6-dof(6个自由度)确定。集成三角基座的定位的6-dof坐标涉及例如地面点与根据本发明的模块的枢转点的相对位置，其中，该枢转点例如可以是模块的上安装板的勘测装置保持设备的安装平面中的轴向点。
根据本发明的模块还可可选地捕获地面点的其它特征和属性。例如，如果可能的话，可以与相关的测量值一起来捕获相机的地面点的图像。可以存储和/或自动评估地面点的任何视觉标记、编码或标签。
根据本发明的模块然后可以使用相应的通信接口(例如，经由nfc、蓝牙、wlan或类似物而无线地)将定位数据提供给勘测装置、外部操作单元、云或雾计算机系统和/或bim数据库，它们也可以可选地存储这些数据和图像。例如，根据本发明的模块可以确定和提供定位参数，例如相对于地面点的偏移(e和n)和高度(h)和/或必要的原始数据，以确定这些参数，然后，这些参数可以由在根据本发明的模块外部运行的软件进一步处理。例如，在一个实施方式中，根据本发明的模块和勘测装置可以将它们的原始测量数据(如果必要的话，连同它们的当前系统构造数据、环境数据等)直接提供给云，其中，然后由云计算机系统在外部执行到外部参考坐标系的变换和/或进一步的评估。这种情况的结果可以经由勘测装置或外部计算机系统提供给用户。然后，可以从例如云系统执行任务，诸如自动文档编制系统、自动生成报告、与其他数据(例如，bim数据库)的联网、自动瞄准/实际比较、用于故障检测和用于合理性检查的人工智能系统、自动装置构造和校准、提供用于操作装置的特定用户指南、通过云计算机上的软件或使用由此提供的软件部件、参数或测量序列来远程控制装置、远程控制装置或支持未在现场的外部专家进行装置操作等。
该通信接口还可以用于执行根据本发明的模块的控制、构造、校准和参数化，使得这不需要利用本地用户接口来实现，或者可以将本地用户接口减小到最少(诸如电源开关和状态灯)。例如，经由通信接口，还可以传输来自相机的图像或视频。在一个实施方式中，例如，可以提供基于web的接口或rest接口、json、xml、yaml、ble-gatt(lnp/lns)数据传输等。
本发明或本发明的一部分也可以是具有存储在机器可读介质上的程序代码的计算机程序产品的形式，或者可以是通过电磁波(例如，以无线数据传输的形式)呈现的计算机数据信号的形式，以实现根据本发明的方法的至少一部分。在这种情况下，程序代码可以具体包括执行传感器和/或致动器的控制、测量值和结果的处理和计算、用户接口和/或api的提供的那些步骤。如果程序代码在测量系统的订购用户中执行，则这尤其是真实的。
附图说明
下面将基于纯粹以实施例的方式在附图中示意性示出的具体示例性实施方式来更详细地描述根据本发明的方法和根据本发明的装置，其中还将讨论本发明的其他优点。这些附图单独地示出：
图1是勘测过程中根据本发明的模块的实施方式的第一实施例；
图2是根据本发明的模块在其应用中的两个实施方式；
图3是根据本发明的模块的实施方式和功能的第一实施例；
图4是根据本发明的模块的实施方式和功能的第二实施例；
图5是示出了根据本发明的模块的实施方式和功能变型的实施例；
图6是根据本发明的模块的一个实施方式中的图5的功能变型的实施例的图示；
图7是本发明的另一个实施方式和设计变型；
图8是本发明的第一实施方式中的示例性部件的表示；
图9a、图9b和图9c是本发明的第二实施方式的示例性变型的表示；
图10是根据本发明的用于定位的方法的本发明的一个实施方式的实施例的方框图。
具体实施方式
附图中的表示仅用于说明，并且除非明确指定，否则不应被认为是精确地按比例绘制的。相同或功能相似的特征尽可能一致地用相同的附图标记表示，并且在适当的情况下用字母作为标记来区分。所示出的图示出了基本技术结构，本领域技术人员可以根据一般原理对该技术结构进行补充或修改。表述“基本上”或“本质上”表达了这样的事实，即在本发明的含义内的特征不一定需要100％精确地实现，而是甚至可能发生微小的偏差，尤其是以这样的方式，即在本发明的含义内的特征的技术效果被保持在和/或在设计或制造中的合理公差和不准确性内。
图1示意性地示出了用于在建筑工地等上进行测量任务(例如勘测)的移动勘测装置2的定位的实施方式的实施例。图1示出了勘测装置2，该勘测装置2通常仅利用支架3或其他框架临时地设立在现场中，以便执行测量任务，例如用于取得当前清单(inventory)或用于确定、立桩标定和/或标记目标位置或定向。
在所示的实施例中，勘测装置2被设计为全站仪，该全站仪相对于勘测装置坐标系20b通过借助于勘测装置2的可移动装置轴线利用电光距离测量装置(dmm)的激光目标轴线17瞄准一个或多个物体18或反射器上的一个或多个测量点19而在这些测量点19处执行测量。然而，在其他实施方式中，勘测装置2也可以不同地设计为例如经纬仪、视距仪、激光扫描仪、激光跟踪器、gnss接收器、调平或旋转激光器等，并且/或者还使用其他测量原理来确定测量点19。
为了建立对外部坐标系20a的参考，必须相对于后者定位勘测装置2，这意味着必须在勘测装置坐标系20b和外部坐标系20a之间建立已知关系，或者必须以维度单位确定该关系。如在所示的实施例中，这种定位通常使用地面标记点4(例如测量标记、彩色标记、混凝土锚固件、地桩等)来产生。勘测装置2位于地面点4上方，因此例如利用支架3竖立起来。例如，利用勘测装置2的垂线的至少一个竖直高度和一个二维水平偏移来测量与地面点4的几何关系。特别地，不再绝对必要在地面点4上方建立勘测装置2的精确物理定位，其中勘测装置2的垂线精确地穿过地面点4。换言之，定位等同于在地面点4和作为勘测装置2的局部坐标系的原点的枢转点之间的6个自由度(6dof)的变换。定位的角定向由重力法线限定，并且例如由相对于北方的方位限定。
在根据本发明的实施方式中，根据本发明的独立模块1位于支架3和勘测装置2之间。根据本发明的该模块1被设计成建立勘测装置2相对于地面点4的定位，即确定这两者之间的尺寸，或者根据本发明的模块1表示用于这种定位的工具。放置在这两者之间的根据本发明的模块1限定了与根据本发明的模块1的定位相关的新的、附加的枢转点，该附加枢转点定位在距勘测装置2的枢转点的已知高度差处。勘测装置2的枢转点通常是勘测装置2的倾斜轴线、竖直轴线和目标轴线之间的交点。在竖直安装(总是假设这样)的情况下，模块1的枢转点优选地正好垂直地定位在勘测装置2的枢转点下方的已知距离处。由于模块1是独立的，即不一定是勘测装置2或支架3的固定部分，所以模块1例如也可以容易地改装和/或与不同的勘测装置2和/或支架3一起使用。“独立”也可以特别地意味着，模块1是自足的(即不需要辅助设备)并且优选地准备好用于操作而无需附加的外部部件，即，例如特别地具有内部电源，并且可以经由通信和/或控制接口执行其功能。模块1可以具体是独立地可移动、可拆卸的装置，其既不是支架3的整体部分，也不是勘测装置2的整体部分。例如，经由无线数据接口，模块1的功能可以从外部操作单元控制，具体地，例如，经由勘测装置2的操作单元和/或外部计算机、平板电脑或智能电话等。
模块1具有图像捕获装置或测量相机25，在安装状态下并因此在模块1的使用位置中，该图像捕获装置或测量相机25的视场10朝向支架3下方的地面9引导，即，特别地，它如此对准以致于在二维图像中捕获支架3下方的地面点4。
图2中示出了根据本发明的模块1的示例性实施方式的一些细节以及它们的结构、布置和使用的实施例。
在根据本发明的模块1b的具体实施方式的实施例中，这也可以用类似于标准机械三角基座8的机械设计来实现，并且因此代替后者，该后者在图2中右侧示出。
然而，在根据本发明的模块1的另一具体实施方式的实施例中，模块1也可以在没有三角基座8的机械调平功能的情况下实现为例如附接在例如支架3和标准三角基座8之间的实心刚性模块1，在图2的中间示出了这种情况。
在根据本发明的最小实施方式中，根据本发明的模块1可例如具有位于其壳体中作为传感器的仅一个数字测量相机25和具有在弧秒或更小范围内的测量精度的例如2d倾斜mems形式的倾斜传感器26。除了这些传感器之外，还存在电源22(例如，以优选地可再充电电池的形式示出)、通信单元23(例如，以蓝牙、wlan、蜂窝或nfc无线电模块的形式示出)和控制单元27(例如，以微处理器或其他优选可编程计算机单元的形式示出)。
测量相机25可以具体地是相机模块，其具有已知的成像特性，使得可以以足够的精确度执行相机图像中的测量。这可以首先利用具有低且优选已知的光学误差的相机单元的足够精确的光学系统来执行，并且附加地或替换地，还可以利用相机25的适当数字相机校准及其成像特性来执行，将该校准应用于图像以便建立相机25的像素与物体空间中的位置之间的关系。特别地，在设计中应当特别注意光学图像的稳定性或长期稳定性，或者可以提供简单可执行的、优选自动的(重新)校准过程。在本发明的简单实施方式中，可以在根据本发明的模块中利用精确且稳定的一组光学器件作为定焦透镜来实现测量相机，其中该透镜被特别设计为具有50cm至5m之间的高分辨率焦距范围。
在这里所示的一个实施方式中，测量相机25可以被特别地设计为中心测量相机25，该中心测量相机25的视场10向支架3下方的地面的方向引导穿过支架3，例如穿过心螺钉中的中心孔，利用该心螺钉，可以将根据本发明的模块1固定到支架3。然而，在具有广泛使用的英制5/8英寸惠氏螺纹、或公制m16×2或m16×1.5螺纹并且具有小于16mm的外径的空心心螺钉中，中心孔通常如此小以至于它们可能限制中心测量相机的视场。
在稍后示出和描述的实施方式中，根据本发明的模块1可以替代地或附加地还具有偏心或外围测量相机形式的测量相机25。
这里，根据本发明的模块1具有一种装置，利用该装置可以在至少两个轴线上相对于水平或竖直将模块1的倾斜确定为倾斜值，优选地确定为具有弧秒范围内的精度的数字测量值。在变型1b的情况下明确地示出了这种内部倾斜传感器26。
根据本发明的模块1还具有控制单元27，例如具有可编程微控制器或微型计算机，它被设计成控制模块1的传感器和/或致动器和/或处理它们的传感器值和数据。经由通信单元23，例如根据通用标准的无线电模块，模块1可以与勘测装置2和/或外部操作单元通信，该外部操作单元可以被设计为例如独立的操作单元31b和/或集成在勘测装置2中的操作单元31。另外，为了使其内部传感器和功能能够自主操作，模块1具有电源22，并且还可以具有诸如在24下面所示的那些元件等操作元件和显示元件。
在根据本发明的扩展实施方式中，根据本发明的前述“最小设置”可以用相应的附加和/或更精确的传感器和附加功能来扩展，特别是用下面描述的根据本发明的模块1的变型和选项的部分的组合来扩展。
根据本发明的模块1b的设计的另一(在右侧示出)示例性实施方式也可具有调平机构21(尤其类似于标准三角基座8)作为模块1的整体部分。在所示的实施例中，例如，用户可例如使用三个调节螺钉21来执行安装在模块1b上的勘测装置2或2b的调平。因此，本实施方式可以用作一种标准三角基座8的智能的、增强的替代方案。特别是在根据本发明的模块1中这样集成三角基座机构21的情况下，因此可以实现紧凑的设计，利用该设计，用户不需要像以前的情况那样携带和安装附加的物理部件，但是该设计仍然能够更容易地定位。此外，模块1和勘测装置2之间的方位角可以被固定，例如，该方位角借助于特殊的支撑件和定位销来指定，并优选地具有优于一个弧分的角精度。具有其成像光学器件的相机25的校准涉及模块1的局部坐标系，其中，例如，三个坐标轴在勘测装置2的支撑平面中的枢转点处交叉，并且方位角可以被固定(例如，借助于定位销或标记作为到勘测装置的定向的接口)。
在这种实施方式的变型的实施例中(在右侧示出)，模块1可以另外具有简单的、非测量的激光垂准仪28(例如以激光指示器的形式)。该激光指示器28可优选地设计成穿过支架3的心螺钉引导到地面上。在激光指示器28的一个实施方式中，它可以是距离或范围测量激光指示器或激光束指示器28，利用它可以确定模块和激光指示器28的光的入射点之间的距离。
在这种实施方式的另一变型(在中间示出)的实施例中，模块1可在中间沿竖直轴线具有自由开口55，以便直接显示竖直轴线在地面上的入射点和/或使用已经集成在勘测装置2中的激光垂准仪或距离测量激光垂准仪或垂直激光束来测量勘测装置2在地面上方的高度。
在两个传感器即中心测量相机25和高度测量激光垂准仪28通过中心紧固螺栓操作的实施方式中，这些传感器的光轴可以例如借助于二向色分束器投射在彼此的顶部上。在根据本发明的另一变型中，如果需要，上述两个传感器中的一个可以例如借助于枢转的可调节镜子或测量相机25和激光指示器28中的至少一个的移动而暂时反射或移动到公共轴线上，特别是如果激光指示器28和测量相机25不是设置成同时使用而是顺序使用的话。
在扩展的实施方式中，根据本发明的模块1还可以设计成具有用于激光指示器28的偏转装置，借助于该偏转装置，无需模块1的壳体进行移动，就可以执行用激光指示器28瞄准地面点4，即使以一定角度。偏转方向可以手动地或使用马达来移动。在具体实施方式中，相对于彼此安装在固定位置的测量相机25、激光指示器28和倾斜传感器26可以通过偏转单元相对于模块1的壳体共同移动。
特别地，根据本发明的模块1、1b可以被设计为大地测量和工业设备的独立辅助仪器，该辅助仪器特别地非永久地集成在勘测装置2或支架3中。因此根据本发明的模块1的用途非常广泛，并且可以用于不同的勘测装置2、2b而无需特殊修改，例如，甚至用于更简单的低级tps或其他勘测装置2(其配备有兼容的有线或优选地无线的通信接口23，或者其中这样的接口可以被改装)。
在图3中，示出了根据本发明的模块1的实施方式的另一实施例。可以说，该实施例被设计成作为夹层单元安装在标准支架3至三角基座8布置之间。因此，勘测装置2也可以使用根据本发明的模块1上的公知的单独三角基座模块8以已知的方式来调平。特别地，模块1提供必要的装置以确定枢转点56在地面点4上方的竖直方向p、偏移x、y和高度h，并且因此简化勘测装置2(或测量装置坐标系57)相对于外部坐标系20a的定位或建立这种关系。支架3可以但不是必须地放置在地面点4所处的同一地面9上。
模块1可以以这样的方式设计，即：使其可以经由中心螺钉或心螺钉35利用其下安装板1f特别地以与三角基座8传统上直接附接至支架3相同或类似的方式附接至支架3。例如，下安装板1f可以具有内螺纹，该内螺纹可以优选地基本居中地布置在模块1上。
三角基座8，特别是例如即使没有根据本发明的模块1也可以使用的相同的三角基座8然后可以附接到模块1的上安装板1t。为此，模块1还可以在上安装板1t上具有螺钉(例如螺纹螺柱或螺纹空心柱体)，该螺钉可以优选地基本上居中地布置在模块1上并且与内螺纹对准。为了将模块1的方位角定向传递到三角基座8并因此传递到勘测仪器2，可以在上安装板中设置标记或机械挡块，使得模块坐标系(例如，枢转点56)的方位角轴线和勘测装置坐标系57的方位角轴线相对于彼此对准，优选地以大约10弧分或更小的数量级的精度对准。在根据本发明的勘测装置2和模块1中的北方方向通过其他装置(例如通过内置罗盘)已知和/或瞄准在已知固定点上的实施方式中，如果必要的话，可以省略这样的标记或机械挡块。
利用三角基座8作为水平调平装置，勘测装置2然后可以充分水平地对准(如通常那样)。
根据本发明的模块1的所有实施方式都设计有至少一个测量相机25。该测量相机25可以作为中心测量相机25放置在中心轴线上。测量相机25，特别是其成像特性、安装位置和光路，可以针对根据本发明的模块1相对于地面点4的相对坐标的测量来具体地设计和构造。在一个示例性实施方式中，根据本发明的模块1中的测量相机单元25应当被设计为例如使其在大约1.5m至4m的距离处(例如作为地面上的粗糙站立高度)清晰地对地面点4进行成像，并且可以在至少两个维度上、优选地在三个维度上测量到大约1mm的精度。
由于支架3仅具有正好位于中间的一个开口，相机25和优选的高度测量激光指示器28二者都必须通过该开口而具有到支架3下面的地面9的清晰视野，这(清晰成像)在一些支架3中可能恶化。相机25的视场10的尺寸可能在功能上是限制性的，因为支架3中的延伸中心紧固螺钉35特别地能在尺寸上限制测量相机25的视场10，并且因此相对于地面点4的定位的自由度被限制到该受限制的视场10，这在一些构造中可能是完全可接受的，但是在其它构造中(例如，在非常低的定位高度等的情况下)是不可接受的。
因此，在另一实施方式中，一个测量相机25b可以作为外围测量相机25b从中心横向偏移地放置。例如，相对于心螺钉35横向偏移至少大约8cm放置，以保证在支架3的承载板或肩部的旁边具有到支架3下面的地面9的自由视线。根据本发明的其它实施方式也可以设计成具有两个或多个测量相机25、25b，特别是例如在根据本发明的模块1中，设计成具有中心测量相机25和至少一个外围测量相机25b。
根据本发明的模块1可以确定模块1在地面点4上方的坐标或位置，或者安装在模块1上的三角基座8的适当转换的坐标或位置，或者勘测装置2的适当转换的坐标或位置，或者提供这种确定所需的原始数据。特别地，可以确定勘测装置2在地面点4上方的竖直定位高度h以及地面点4和站立或竖直轴线或者勘测装置2的垂线之间在二维上的横向偏移x、y。如果三角基座8上的调节单元不是以其高度在调节期间不改变的方式设计的(例如在圆顶或类似物上移动就是这种情况，即，高度改变)，那么为了获得精确的高度信息，可以确定枢轴56和枢轴56之间的高度或调节单元上的任何偏差，并将其作为参数提供。
连同相对于北方的定向信息(在模块1的一个实施方式中，该定向可以利用集成在模块1中的罗盘29来确定，但是也可替代地使用测量相机25或25a的视场10中的地面9上的罗盘或经由勘测装置2来确定)，可以以多达六个自由度确定测量地面点4所在的外部坐标系20a中的三角基座8的坐标。特别地，如上所述，例如根据上述变型之一，在勘测装置2和模块1的安装中可以参考方位角定向，或者这两个中的每一者都确定其自身的北方方向。
根据本发明，特别地，根据本发明的模块1的相对定位或位置因此可以相对于任何地面点4确定，或者在所使用的固定单元的适当已知的偏移数据的情况下，还可以确定安装在模块1上的勘测装置2的相对位置。
这可以根据本发明来执行，特别地，以勘测装置2不需要会增加其复杂性的特殊的附加电子或机械部件的方式来实现。在勘测装置2上至多需要通信接口2f，利用该通信接口可以建立与根据本发明的模块1的通信单元23的数据交换，并且可选地在勘测装置上需要相应的软件模块，用于经由这些通信接口23和2f进行根据本发明的模块1的通信、数据处理和/或操作。可替换地，根据本发明的模块1的通信可以如已经示出的那样进行，但是也可以经由外部装置(例如移动操作终端或平板电脑)进行。替代地或附加地，也可以直接或间接地与图4中示出的外部云系统32、尤其是云计算和/或云存储系统进行通信。该过程优选地使用无线数据通信。
特别地，在无线数据通信的情况下，根据本发明的模块1配备有专用电源22，例如电池或可充电电池。根据本发明的模块可以以这样的方式设计，即最小化其能量消耗，例如通过在利用勘测装置2的实际测量期间，特别是在定位和/或至多任何随后的定位验证期间，仅短暂地启用模块1的传感器和功能，而在大部分时间内模块被关闭或处于待机模式。
例如，可以执行这种可能的随后的定位验证，以便监测支架3随时间的移动。例如，根据本发明的模块1的一个或多个传感器可以周期性地或偶发地激活，例如由模块1、勘测装置2和/或用户触发这些传感器。例如，如果支架3下沉或移位，这可以从倾斜传感器26、测量相机25、可选的距离测量激光指示器28和/或罗盘29的数据变化中检测出来。然后，这种变化可以触发例如警告或警报信号，并且/或者优选地由根据本发明的模块1自动重新确定位置。例如，模块1可以例如以5分钟的间隔被激活，于是它短暂地检查坐标，即，特别地，将例如两个角度倾斜x和倾斜y以及如果必要的话罗盘29的北方对准与这些传感器的先前测量相比，或者特别地将测量相机25、25a的当前图像与先前图像相比，如将在下面再次描述的。
所述两个角度倾斜x和倾斜y可以由根据本发明的模块1中的至少二维倾斜或加速度传感器26检测，该传感器被设计成检测模块1在至少两个方向上相对于水平和/或竖直的倾斜值。
在模块1的一个实施方式的所示实施例中，测量相机25以这样的方式布置，即其视场10被引导穿过心螺钉35中的中心孔而到达地面9上。在该测量相机25的图像中，可以检测位于支架3下面的地面标记4，并且优选地，可以在地面标记4的图像坐标中测量地面标记4在该图像中的位置。
为了也能够穿过心螺钉35中的该中心孔朝向地面9发射优选地距离测量激光垂准仪或激光指示器281，在所示的实施方式的变型中，如用箭头1v所示，相机25或其视场10可以被设计成可移动的。因此，在该变型中，激光指示器28l或测量相机25可穿过螺钉35中的开口具有清晰的视野。在替代实施方式中，相反地，测量相机25或其视场10可以是固定的，而激光指示器28或激光指示器光束28l可以是可移动的。特别地，如果激光指示器28或用于激光指示器28的偏转单元被设置成使得其光束28l已经被设计成可移动以利用在法线7之外的激光指示器激光束28l瞄准地面标记4，则测量相机25可以因此保持固定，并且已经可移动的激光指示器28可以仅在必要时被操纵到中心螺钉35的开口中。
在一个实施方式中，激光指示器28可以被设计为用于瞄准地面点4的简单激光指示器而没有距离测量功能，或者在另一个实施方式中，设计为距离测量激光指示器28，其中执行到瞄准的地面点4的电光距离测量28m。使用在此情况下可以与倾斜信息项一起确定的光束28l的可确定的角距离(作为相对于地面点4的比例信息)，可以确定地面点4上方的竖直定位高度h。在这种情况下，激光垂准仪光辐射28l的偏转信息是已知的，因为激光束已经借助于测量相机25的图像中的地面标记4的位置的先前图像分析而被确定。可选地，可以例如使用偏转单元的适当传感器(诸如编码器、倾斜传感器等)来合并用于激光垂准仪光辐射28l的偏转单元的偏转信息，和/或可以由相机25例如在相机坐标中捕获并且被评估激光垂准仪光辐射28l在地面9上或在地面标记4上的入射点。
或者，测量相机25也可以设计为例如范围成像相机(rim)，其中其光敏元件至少部分地设计为根据激光束28l的发射光脉冲的渡越时间或相位测量原理来执行距离测量。
图4示出了根据本发明的模块1的替代实施方式和变型的实施例，其中模块1具有作为整体部分的调节装置21，该调节装置21与用于调平所安装的勘测装置2的标准机械三角基座8相同或相似。因此不再需要外部三角基座8，并且模块1因此可以替换标准三角基座8，这是因为根据本发明的模块1被设计为三角基座。因此，模块1的该实施方式具有用于安装在支架3上的下部1u和可使用致动装置21机械地调平的上部1o。这也可防止在分开的三角基座8的组装中的任何误差和不准确性。特别地，致动装置21可设计成使得根据本发明的模块1的枢转点56和勘测装置2的枢转点57之间的距离在调平期间不改变，或者可记录和考虑确实发生的任何改变。勘测装置2然后可以例如借助于夹紧装置1k(特别是高度精确和固定定向快速张紧装置)而直接放置在根据本发明的模块1上。
在该扩展实施方式中，根据本发明的模块1再次包括确定竖直方向、偏移和地面点4上方的高度的所有必要部件。可选地，同样可以存在这里已经提到或再次提到的附加功能或变型，例如，存在以下中的至少一者：倾斜测量装置26、用于与远程站2f或云系统32交换数据的通信单元23、距离测量或非距离测量激光指示器28或28m(其可以被设计成具有或不具有用于其激光的偏转单元28u)、电源22、数字磁罗盘29、外围测量相机25b等。
如已经提到的，在另一替代变型中或者除了前面描述的位于中心部分中的测量相机25之外，根据本发明的模块1还可以设计有可选的外围相机25b，该外围相机25b至少部分地捕获支架3下方的地面9，但是该外围相机25b的视场不像相机25那样穿过支架3居中地瞄准在地面9处，而是从支架腿之间的外侧经过支架头或支架板到侧面，使得地面点4位于外围测量相机25b的视场10b中。利用一个或多个外围相机，可能的是，可以覆盖比用中心相机25更大的视场10b。
利用模块1中示出的所示距离测量激光垂准仪或激光指示器28，可以确定到地面点4的角距离28s。根据该角距离以及关于激光指示器从竖直线偏转的角信息，可以确定地面标记4上方的定位的法向高度h。该信息可以例如从来自模块1中的倾斜传感器26的倾斜角信息和/或模块1中的激光指示器偏转单元28u的偏转信息和/或利用测量相机25的图像中的地面标记4的位置的图像分析来确定。除了到地面点4的法向高度h之外，模块1的垂线或法线竖直轴线或中心轴线7相对于地面标记4的横向水平偏差可以由模块1独立地确定。这意味着，模块1或放置在其上的勘测装置2可以相对于地面标记4在三个横向方向上定位。连同例如由倾斜传感器26确定的方位角方向和例如利用可选的罗盘29或通过测量已知的点确定的方位角方向，该定位也可以用根据本发明的模块1在五个或六个自由度上确定。
在图5所示的本发明的应用的具体实施方式的实施例中，除了在经典意义上直接使用标准地面标记4之外，还可以使用特殊的目标板39来标记支架3下方的地面点4。为了清楚起见，这里未示出勘测装置2。模块1可以根据这里描述的任何实施方式或变型来设计。
例如，如果不可能在地面点4上直接测量，或者用激光指示器28测量距离存在困难，则可以使用用于对地面点4进行限定标记的这种目标板39。例如，可以使用目标板39来清楚地标记地面标记4，而不是使用标准地面标记4，特别是在地面标记4上存在污垢、在地面9上的地面标记4可视性差、地面标记4可能混淆、在地面中使用不同的地面标记(例如螺栓、钉子、孔等的彩色标记)等的情况下。但是即使利用普通的地面标记4，这种目标板39的一般应用也可以在定位中提供增加的便利性和/或精度。将这种定位目标板39与根据本发明的模块1(该模块1具有指向地面的至少一个测量相机25以及倾斜传感器26)一起使用不仅可以被认为是本发明的实施方式的特定子方面或组，而且实际上可以被认为是独立的发明。
在所示的实施例中，目标板39可被设计为例如塑料或金属面板，该面板在其表面上具有结构化的视觉对比图案38。对比图案38的结构以这样的方式形成，即，当利用模块1中的测量相机25检测时，该对比图案38在相机图像39i中以高精度可清楚地检测到，并且在该图像39i中缩放和可测量。例如，图案38可以产生相机图片39i的缩放比例，并且图案38可以用作一种三角测量基础，其中在测量相机25处结合倾斜传感器26的测量。目标板39基本上水平地或者以已知的倾角定位在地面9上。
在所示的实施例中，白色目标板39被示出为具有以黑色印刷的(优选地尺寸稳定的或具有已知尺寸的)点和/或线图案38，其中颜色和图案也可以变化。目标板39的图案38也可以具有或形成代码，例如，类似于qr码或条形码。在所示的实施例中，目标板39在其中心具有孔37或窗口，该孔或窗口居中地放置在地面9上待标记的点4或地面标记4上，以便清楚地突出这一点。十字准线或类似物可形成在孔或窗口37中，以便于尽可能精确地居中放置。目标板39也可以可选地设计成具有附接装置，例如具有夹具、粘合表面、用于螺钉或钉子的安装孔，或者至少利用喷射粘合剂或通过重物临时地固定到地面9。在修改的最小实施方式中，目标板39可选地还包括圆形水平仪58或两个正交的管状水平仪，借助于该水平仪，能够由相机25捕获目标板39的垂直于竖直方向的水平定向，利用该水平定向，例如，至少特别在目标板39的非水平位置中，能够改善或验证定位的可靠性和/或准确性。可选地，使用圆形水平仪58，还能够手动地产生目标板的水平定向，如果必要的话，能够在圆形水平仪58的相机图像中额外地验证该水平定向。在具体实施方式中，目标板39也可以具有一个或多个反射器，尤其是用于激光指示器28的光和/或其距离测量功能的反射器。在所示的实施例中，反射器点在孔37中居中位于地面点4上方，其具有例如大约激光指示器28的光点的直径或地面标记4中居中的凹部的直径。与根据本发明的模块1一起，还可以提供用于不同的应用的一组不同的标记面板39。要执行的计算可以至少部分地在模块1中、在勘测装置2中、在操作单元31中和/或在云系统32中执行。在另一实施方式中，目标板39还可以具有可选的罗盘59，可以从测量相机25观察到该罗盘并且在相机图像中评估该罗盘。这允许相对于外部坐标系(例如在大地测量坐标系中)限定根据本发明的模块1的坐标。
上面的图6示出了根据本发明的图5的模块1中的测量相机25或25b的图像25i的实施例。在该实施例中，由于使用了目标板39，所以在图像25i中，不仅地面标记4本身被成像在地面上(如在根据本发明的没有目标板39的实施方式中那样)，而且目标板39也被成像在地面上。目标板39具有已知的几何比例和尺寸，并且优选地具有已知的对比图案，例如以存储数据目标板39t或存储目标参考图像39t的形式已知的对比图案，例如如在图的下半部分中所示。
目标板39i或地面点4i优选地可以在图像25i中自动地检测到，但是图像25i中的这种检测也可以至少由用户半自动地、交互地或手动地执行。在图像25i中，还可以测量成像的目标板39i及其在图像坐标中的视觉特征38(或地面标记4i本身)，这里用网格图案来表示该图像坐标。基于测量相机25的已知成像特性，从测量相机25的图像25i中的目标板39和/或地面标记4i的测量，可以确定目标板39和/或地面标记4与测量相机25的相对位置。根据设计，可以从测量相机25的图像坐标和成像特性来关于测量相机25(或模块1)坐标系确定相对于地面标记4或目标板39的至少一个角方向。在扩展的设计中，还可以特别地基于目标板39上的图案38确定进一步的信息和自由度，例如距离，并且因此确定测量相机25相对于目标板39(并因此相对于地面标记4)的位置，并且因此确定根据本发明的模块1相对于目标板39(并因此相对于地面标记4)的位置，并且因此确定定位或对于定位来说必要的原始数据。
在此，例如，可以例如使用分析算法和/或机器学习算法评估图像大小、透视失真、图像坐标等。在具体实施方式中，根据本发明的模块1可以以这样的方式设计，即借助于地面点4上的目标板39，可以基于测量相机25的图像25i以三个或更多个自由度确定模块1相对于地面点4的相对位置和/或定位，特别是具有其三个局部坐标轴的枢转点相对于地面点4的相对位置和/或定位，并且优选地具有在一毫米范围内或更好的精度。因此，连同模块1中的至少两轴线倾斜传感器26，可以在至少五个自由度上确定定位，连同可选的罗盘单元29或任何其它方位角参考的数据，因此可以相对于在其中记录地面标记4的全局坐标系20a产生绝对参考。待在该定位中执行的计算和图像处理例程可以至少部分地利用模块1中、外部操作单元31中、勘测装置2中和/或外部fog或云系统32中的计算单元27执行。
根据本发明的模块1还可以可选地配备有照明系统或闪光灯，使得即使在差的环境光条件下也可以获得高质量的图像25i。
在根据本发明的模块1的一个实施方式中，例如，为了相对于地面标记4执行定位，特别地如果该模块1与目标板39一起使用，或者如果地面标记4具有已知的视觉结构38(该视觉结构具有足够的视觉特征以能够基于所述标记的图像25i以足够的精度在期望的坐标中执行定位)，则模块1可以仅具有一个测量相机25和一个至少两轴线倾斜传感器26。除了测量相机25和倾斜传感器26之外，模块1还可以具有与定位不直接相关的元件，特别是壳体、电源22、通信模块23、微处理器27和至多温度传感器、有线或无线充电单元以及可选的附加部件。
关于定位本身，在另一实施方式中，可以使用激光指示器28或距离测量激光指示器28m，它对准到地面点4或目标板39的至少一个限定点。这样做时，激光指示器28l的入射点可以在图像25i中在其位置或空间方向上用测量相机25检测和测量，并且包括在位置的计算中。为了进一步提高测量精度，测量相机25可以可选地将激光指示器28指向目标板39上的多个点，在每种情况下测量距离同时拍摄照片，使得冗余地确定目标板的空间位置，并且可以非常精确地确定定位的重要参数。
除了勘测装置2的一次性定位之外，在图7中，描述了在测量操作期间利用根据本发明的模块1对定位的可选监测。这里，在初始定位之后，即以恒定位置进行测量操作期间，针对任何偏差对这些定位进行监测，例如，监测可能导致定位偏差33的支架扭转、支架36下沉、支架k1、k2、k3的未对准，等等。这可以被认为是本发明的一部分、本发明的延伸或独立方面。
不稳定支架3的监测(在这种情况下，定向和/或定位高度的监测)可以由根据本发明的模块1中的一个或多个测量相机25在完成初始定位之后例如以几分钟的间隔周期性地再次监测勘测装置2的位置来进行检查，或者由其他事件触发这种监测，例如由用户触发，由第三方的干扰触发，或者在开始新的一系列测量之前。替代地或除了监测模块1中的倾斜传感器26和/或罗盘29的测量的稳定性之外，监测也可以包含监测测量相机25的图像25i的变化。然而，由于尤其是照明、阴影等的变化可能对测量相机25的图像25i具有显著影响，因此根据本发明不仅比较原始图像数据25i，而且比较图像25i的抽象解释，诸如可以优选地很大程度上独立于照明而被检测到的地面点4i和/或其中心或图像质心在图像坐标中的位置、目标板39i的特征在图像25i中的位置等。如果检测到了目标板39i或地面标记4i在测量相机25的视场10中的变化和/或移位大于阈值，则触发警报和/或确定新的更新的定位，该新的更新的定位被用作利用勘测装置2进行未来测量的基础并且相应地提供给该勘测装置2。
在图8中，示出了根据本发明的模块1的示例性实施方式的另一示意性详细视图，其中示出了模块1的强制和/或可选的内部工作的至少一部分。
在该实施方式中，根据本发明的模块1通过具有标准三角基座8的功能和基本结构(带有用于调平可以附接到模块1的上部1o的勘测装置2的调节机构，例如三个调节螺钉21，优选地带有快速释放夹紧装置50)，根据本发明的模块1用作标准三角基座8的替代物。该调节机构优选地设计成使得枢转点56的高度在调平期间不改变。在该图中的枢转点56处，还示出了可选的右侧挡块，以用于限定勘测装置2和模块1之间的方位角对准。在模块1的下部1u的底部上，即朝向支架3，在根据本发明的所有实施方式中，在模块1的壳体中容纳有至少一个测量相机25和倾斜传感器26以及通信单元23、电源22和控制单元27。模块1的下部1u可以经由中心螺钉固定到标准测量支架3。
作为根据本发明的模块1的可以存在的其它部件的实施例，至少取决于实施方式，该图示出了：
电力开关24(具有可选的状态指示器，例如led或显示器)；
用于对电源再充电的充电连接器22b或无线充电模块(具有用于指示充电状态的可选电池指示器)；
用于提供关于通信连接的信息的通信指示器23(具有用于建立通信连接的可选控制元件)；
磁性或陀螺罗盘单元29；
激光指示器28或距离测量激光指示器28m；
用于激光指示器28或28m的偏转单元28u，用以改变激光垂准仪的发射方向；
用于测量偏转单元28u的方向的可选的角度测量单元(编码器)；
其中该示例列表不必是穷举的。
在一个实施方式中，模块1可以被设计成具有连续的凹部51，通过该凹部，激光垂准仪或激光指示器28(具有或不具有距离测量功能)、光学垂准线或所安装的勘测装置2的照准装置可以穿过组装好的模块1指到地面上。替代地，代替物理凹部，穿过模块1的光学路径也可以设置有光学部件，使得模块1不妨碍勘测装置2的激光垂准仪(或类似物)的使用，例如，如图9b中作为实施例所示。
在扩展的实施方式中，根据本发明的模块1还可以被设计成具有内置的激光垂准仪或激光指示器28，这使得也能够以这种功能来提供或改装模块1以用于没有集成的激光垂准仪的勘测装置2。这也使得能够直接通过模块1控制和评估激光垂准仪或激光指示器28。在这种情况下，模块1可以具有例如激光源和至少一组光学器件，特别是用于激光源的激光辐射的准直光学器件和可能的偏转元件。在激光指示器28的扩展的实施方式中，该激光指示器也可以被设计为距离测量激光指示器28m，该激光指示器28m尤其具有用于从激光指示器28m的目标点反射回来的激光辐射的分量的接收装置以及用于例如基于距离测量激光指示器28m的发射的激光脉冲的渡越时间和/或相位测量原理来确定到目标点的距离测量的距离测量单元。
在具有集成的或外部的激光指示器或激光垂准仪28、28m的扩展实施方式中，根据本发明的模块1还可以被设计成具有用于勘测装置2的激光垂准仪的偏转单元28u，借助于该偏转单元，来自该激光垂准仪的光辐射还可以被对准到偏心地面点4。偏转单元28u可以是机动的或手动驱动的，例如具有可移动的镜子、透镜或玻璃棱镜。偏转值可以借助于偏转单元28u中的相应编码器、通过偏转单元28u的偏转元件上的附加加速度或倾斜传感器和/或通过识别测量相机25的图像中的地面标记4上的激光垂准仪辐射的入射点的位置来确定。特别地，利用偏转单元28u用距离测量激光指示器或激光垂准仪28m的激光束28l瞄准地面标记4，可以因此确定从模块1到地面标记4的倾斜距离，从该倾斜距离，例如使用来自倾斜传感器26的测量，可以导出定位的法向高度。激光束28l与地面标记4的对准可以在测量相机25的控制下自动地执行，例如通过在第一步骤中测量相机25限定地面标记4的方向，然后控制用于激光指示器或激光垂准仪28或28m的偏转单元28u，以将其在相机图像中的入射点对准到期望的点，例如对准到目标板39上的视觉标记上。
测量相机25的光路和激光垂准仪28的光路可以(例如，通过反射、光谱分离等)被设计为至少部分地重叠，具体地，以操纵两个光路穿过支架3的中心螺钉35中的孔。在具体实施方式中，根据本发明的模块1还可以包括被具体地设计用于模块1的中心螺钉35，该中心螺钉在其中心，即在其中心孔中，具有光学部件，诸如一个或多个透镜、鱼眼透镜等，以便当在支架3下方的地面9的方向上穿过中心螺钉35观察时扩大测量相机25和/或激光垂准仪或激光指示器28的视场10。
图9a示出了另一实施方式的实施例，其中模块1被设计成不具有集成的三角基座功能。关于模块1的内部部件、选择和实施方式，参考以上描述，其中具有调平设施21的三角基座组件不是模块1的整体部分，而是模块1具有上安装表面1t，在上安装表面1t上可以附接可选的外部三角基座模块8。例如，模块1可以在其顶侧1t上具有螺纹螺柱52，并且优选地在下侧1f上具有在相同轴线上的内螺纹53，优选地两者都符合用于支架螺钉的标准。
这里具体示出了根据本发明的模块1的最小设计，模块1具有中心测量相机25和双轴线倾斜传感器26、内部电源22和通信单元23的基本部件，这些部件容纳在具有上安装板1t和下安装板1f的壳体中。根据本发明的模块1的待定位的参考点或枢转点优选地位于例如由壳体的上侧的平面形成的上支撑表面的中心。
在图9b中的根据本发明的模块1的一个实施方式的变型(模块1特别地被具体地设计成与已经具有内部激光垂准仪或激光指示器的勘测装置2一起使用)中，勘测装置2的这种激光垂准仪可以穿过贯穿根据本发明的模块1的开口55或钻孔55。例如，中心测量相机25的视场也可以例如使用这里示出的偏转元件25u(诸如分色镜、球面镜、钻孔或镜子中的通道窗口)可选地反射到或枢转到该开口55中。然而，作为替代，偏转元件25u和/或测量相机25也可以手动地或借助于马达在模块1中移位或让路，例如以这样的方式，即，使其视场被居中地引导穿过心螺钉，或使该中心路径对于激光指示器是畅通的。所示的其它部件已经在别处描述。
在图9c中的根据本发明的模块1的实施方式的另一变型(该模块1特别地被具体地设计成与已经具有内部激光垂准仪28e的勘测装置2一起使用)中，勘测装置2的激光垂准仪28e也能够在模块1的顶部处联接、滑动穿过模块1并且在底部处再次脱离。在这种情况下，勘测装置2的激光垂准仪光束28e的路径也可以在模块1内例如经由镜子和/或棱镜被重新引导，使得激光垂准仪光束28e在模块1的顶部处耦合并且在底部处再次分离(优选地但不是必须地穿过支架3或其心螺钉3)。特别是在距离测量激光垂准仪28e的情况下，由这种光束引导引起的任何路径长度变化都以通过相应的偏移或其他参数来校正。
在勘测装置2的激光垂准仪光束28e穿过根据本发明的模块1的这种类型的通路的情况下，例如使用分色镜、同轴的内/外耦合单元、具有用于激光垂准仪的孔的镜子等，也能够将模块1的测量相机25耦合到勘测装置2的激光垂准仪28e的光束路径中。在该变型中，穿过模块1的激光垂准仪光束28e也能够在模块1中通过例如偏转单元28u偏转，以将勘测装置2的激光垂准仪28e或距离测量激光垂准仪28e对准到地面标记4上，即使这些不是居中地位于原始激光垂准仪轴线下方。在这种情况下，如已经描述的，偏转单元28u可以检测当前偏转的偏转值，该值包括在定位的计算中。如果在通过反射给测量相机25输入之前，附接模块1中的激光垂准仪光束28e的偏转单元28u，则保持测量相机25的视场10的方向校准，并且如上所述，偏转的激光指示器或激光垂准仪28的激光束对准可以借助于测量相机25来确定，使得如果必要的话可以省去偏转单元中的编码器单元。
为了清楚起见，模块1的其它部件没有示出，但是在别处描述。
图10示出了根据本发明的用于定位的方法的一个实施方式的方框图。这可以包括：
提供根据本发明的独立的模块1，特别是独立的智能三角基座模块1，该模块具体地具有其自己的电源22和到勘测装置(具体地为经纬仪或全站仪)的优选无线的通信接口23。例如，勘测装置可以配备有相应的软件模块，该软件模块自动识别其环境中的智能三角基座模块1和/或提供相应的菜单和/或功能，以便在勘测装置2上或在外部操作员平板32上集成和操作智能三角基座模块1。独立的模块1安装在支架3和勘测装置2之间。
安装支架3，使得其至少粗略地定位在地面点4上方，优选地通过眼睛大致居中地定位在地面点4上方，但是至少以这样的方式进行，即：使得地面点4搁置在支架3的腿之间。
在该安装中，支架3或勘测装置2因此特别地不再需要精确地居中在地面点4上方。除了可以特别地通过眼睛或利用圆形水平仪执行的支架的大致水平对准之外，因此不需要对支架3的调节操作，因此特别地不需要对支架腿进行反复的和精细的长度调节。模块1中的倾斜传感器26可以经由通信接口23提供关于充分粗略水平对准的反馈，和/或可以传送测量相机25的图像，在该图像中，可以验证地面点4是否位于其视场中。
然后，可以通过转动集成的或外部的三角基座8上的调节螺钉21以已知的方式执行勘测装置2的精确水平对准。
优选地，利用根据本发明的模块1自动地执行下面的步骤，并且或者通过勘测装置2或通过来自平板电脑31b的控制来调整下面的步骤。固定的或可枢转的测量相机25(它们可以实现为中心测量相机25和/或外围测量相机25b)拍摄包括用于视场10中的参考的地面点4的地面的图片。在一个实施方式中，可以执行在图像25i中的地面点4的自动图像识别，其识别和/或分类图像25i中的地面点4i，其中，特别地，还可以应用机器学习方法。例如，可以例如经由gps确定当前定位的粗略位置，并且可以查询在该位置处或围绕该位置的地面标记4的本地或云数据库，并且因此可以将外部坐标系20a分配到地面标记4。特别地，在操作单元上示出的测量相机25的图像25i上，可以使用标记来提出一个或多个潜在地面点4，然后用户确认、选择该潜在地面点4或在图像25i中放置期望的地面点4的手动标记。
根据本发明的模块1然后如这里所述地(优选自动地)执行勘测装置相对于地面点4的定位。在模块1的更简单的实施方式中，至多半自动的定位也可以例如通过由模块1引导的用户交互来执行，诸如通过手动地将测量相机25倒入/倒出(pouringin/out)、将优选地距离测量激光垂准仪或激光指示器28手动地对准到地面点4上等来执行。在这种情况下，定位至少包括(法线)高度h和x、y偏移，高度h和x、y偏移由模块1计算或从由此提供的原始数据计算，诸如由传感器值和测量相机图像25i提供的原始数据。为了相对于地面点4定位勘测装置2，还自动考虑校准数据，例如勘测装置2和模块1的两个枢转点之间的偏移或者关于所涉及的装置及其设置的其它信息。例如，在初始化阶段期间，在安装开始时，可以传送和同步该校准数据。
替代地，或者特别地在无法识别或无法检测地面点4的情况下，也可以执行以下步骤：
将目标板39或编码面板放置在地面点4上，优选地居中放置。
在目标板39处于测量相机25的视场10中的情况下拍摄照片25。
计算用目标板39标记的地面标记4相对于根据本发明的模块1的垂线的垂足的定位高度h和x、y偏移，并且因此也计算地面标记4相对于勘测装置2的定位高度h和x、y偏移。
优选地，根据本发明的模块1相对于勘测装置2的定向应当已知为大约10弧分的精度，这在大多数应用中对于35cm的地面点的x、y偏移导致大约1mm的容许误差。为此，模块1可以用可选的罗盘单元来实现，和/或北方或方位角方向hz0的校准可以由勘测装置以足够的精度来确定，并且然后该定向可以由勘测装置2提供给根据本发明的模块1，或者完全6-dof定位的最终计算也可以在模块1外部执行，例如在勘测装置2或控制面板31中执行。定向也可以使用集成在目标板39中的罗盘59来执行，这使用图像捕获和图像分析基于罗盘针在测量相机25的图像中的定向来确定模块1的方位角方向。
总之，或者换句话说，图中的示例性实施方式具体示出：
在方框60中，根据本发明的模块1附接在支架3和勘测装置2之间。
在方框61中，在作为参考点的地面点4上方的区域中执行支架3的粗略安装，并且建立用于模块1与外部控制装置或勘测装置2r之间的通信的连接，可选地，将通信参与者的校准数据同步。
在方框62中，捕获模块1的倾斜信息，并且使用模块中的测量相机25记录支架3下面的地面9的图像25i。
在方框63中，然后执行图像25i中的地面点4i的识别或选择作为用于对勘测装置2定位的参考。
在方框64中，由模块1在图像25i中测量地面点4，并且计算定位。这可以特别是使用对准到地面标记4的距离测量激光指示器28m而可选地合并附加辅助设备(例如目标板39)或者模块1和/或勘测装置2中的传感器的其它测量。
在方框65中，定位结果或为此必需的原始数据由模块1经由优选的无线通信链路23提供给勘测装置2。
1.一种用于相对于地面标记(4)定位勘测装置(2)的独立模块(1)，所述模块(1)利用支架(3)安装在所述地面标记(4)上方，所述模块(1)具有：
壳体(11)，所述壳体(11)被设计成附接在所述支架(3)和所述勘测装置(2)之间，并且具有用于连接到所述支架(3)的下安装板(1f)和用于连接到所述勘测装置(2)的上安装板(1t)；
测量相机单元(25)，所述测量相机单元(25)以这样的方式布置和设计，即当所述模块(1)安装在支架(3)上时，能够在所述测量相机单元(25)的视场中检测到所述地面标记(4)；
电源(22)，特别是优选可再充电的电池；
倾斜传感器(26)，所述倾斜传感器(26)用来确定所述模块(1)相对于水平方向的倾斜；
通信单元(23)，所述通信单元(23)用于与所述勘测装置(2)和/或外部操作单元(31)进行优选的无线通信；
定位单元(27)，所述定位单元(27)以这样的方式设计，即：
利用所述地面标记(4)的来自所述测量相机单元(25)的图像信息，特别地利用所述图像信息中的对所述地面标记(4)或限定的目标板(39)的视觉图案(38)的测量；以及
利用来自所述倾斜传感器(26)的倾斜信息，
该定位单元计算相对于所述地面标记(4)的定位并且经由所述通信单元(23)提供该定位，该定位特别地具有至少一个法向高度和一个横向位置偏移。
2.根据权利要求1所述的模块(1)，其特征在于，所述模块(1)被设计成具有：
激光指示器(28)，利用所述激光指示器(28)的激光辐射(28l)，能够执行到所述激光辐射(28l)的入射点的电光距离测量；以及
用于所述激光指示器(28)的偏转单元(28s)，所述偏转单元(28s)以这样的方式设计，即：所述激光指示器(28)的所述激光辐射(28l)能够相对于所述模块(1)定向到地面点(4)上，
并且，
其中所述定位单元(27)以这样的方式设计，即该定位单元(27)利用以下各项执行定位：
来自电光距离测量(28a)的距离信息；以及
所述激光辐射(28l)相对于所述模块(1)的偏转信息，特别地其中，基于来自所述测量相机单元(25)或来自所述偏转单元(28s)的位置检测传感器的所述激光辐射(28l)的入射点的图像信息来确定所述偏转信息。
3.根据权利要求1或2所述的模块(1)，其特征在于，所述模块(1)被设计为具有一个、两个或三个能够手动调节的调节螺钉(21)的三角基座(8)，特别地其中，当调节所述螺钉(21)时，所述模块(1)的枢转点(56)的高度保持不变。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块(1)，其特征在于，
所述定位单元(27)以这样的方式设计，即：基于由所述模块(1)特别地借助于gnss或gps接收器提供或确定的所述模块(1)的当前位置的粗略位置，所述定位单元查询所述当前位置处或围绕所述当前位置的地面标记(4)的本地或云数据库，并且基于所述数据库，将外部坐标系(20a)分配给所述当前位置处的所述地面标记(4)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模块(1)，其特征在于，
所述模块(1)具有电子罗盘(29)，该电子罗盘(29)尤其用于确定相对于北方的磁性方位角对准或陀螺方位角对准，并且所述定位单元(27)将来自所述罗盘(29)的方位角信息合并在定位中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模块(1)，其特征在于，
所述测量相机单元(25)的所述视场(10)布置成特别地通过心形螺钉(35)正好居中地穿过所述支架(3)，具体地利用所述激光指示器(28)到所述测量相机单元(25)的所述视场(10)中的反射或者利用测量相机单元和/或激光指示器布置成正好居中地穿过所述支架(3)，该测量相机单元能够以这样的方式枢转或移位和/或所述激光指示器能够以这样的方式枢转或移位，使得可选地将所述视场(10)或所述激光指示器(28)正好居中地引导穿过所述支架(3)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模块(1)，其特征在于，
所述测量相机单元(25)的所述视场(10)被布置成越过所述支架(3)的支架肩部(3s)或支架板(3t)并到达所述支架(3)的支架肩部(3s)或支架板(3t)的一侧，并且在所述地面点(4)的方向上对准。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的模块(1)，其特征在于，
所述偏转单元(28s)通过马达移动，或者所述偏转单元(28s)由用户手动地移动。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的模块(1)，其特征在于，所述勘测装置(2)是：
经纬仪；
视距仪；
全站仪；
激光扫描仪；
激光跟踪仪；
gnss接收器；或
调平器或旋转激光器，并且/或者所述支架(3)是采取下面形式的安装装置：
三脚架；
勘测支架；
夹具支架；
勘测立柱；或
临时安装的勘测控制台。
10.一种目标板(39)，所述目标板(39)被设计成在地面标记(4)上提供基本水平的支撑，该目标板(39)特别地用于与根据权利要求1至9中至少一项的模块(1)一起使用，并且特别地设计为能够被附接或固定到所述地面(9)的平板，
所述目标板(39)具有：
已知绝对尺寸的视觉可检测的对比图案(38)，特别地其中，在所述目标板(39)上指示或编码该尺寸；
用于将所述目标板(39)定位在所述地面标记(4)上方的装置，所述装置特别地设计为用于定位在所述地面标记上方的基本上居中的孔或透明窗口，优选地在所述孔或窗口中具有十字准线。
11.根据权利要求10所述的目标板(39)，其特征在于，
磁针罗盘(58)位于所述目标板(39)的平面中，以确定所述目标板(39)的以北方为参考的方位角对准；并且/或者
圆形水平仪(59)或两个正交的管状水平仪位于所述目标板(39)的平面中，以确定所述目标板(39)的水平对准，特别地其中，这些水平仪以这样的方式设计和布置，即能够在所述目标板(39)的由测量相机单元(25)获取的图像中自动读出这些水平仪的测量值。
12.一种系统，所述系统包括具有根据权利要求1至9中的至少一项的集成模块(1)的勘测装置(2)，所述勘测装置(2)特别地具有支架(3)和/或根据权利要求10或11所述的目标板。
13.一种用于定位勘测装置(2)的方法，所述勘测装置(2)特别地利用根据权利要求1至10中至少一项的独立模块(1)定位在地面标记(4)上方的支架(3)上，并且所述模块(1)附接在所述支架和所述勘测装置之间，所述方法具有：
利用所述模块(1)中的测量相机(25)记录所述支架(3)下面的所述地面(9)的图像；
识别所述图像中的地面点(4)并勘测所述图像中的所述地面点(4)；
利用所述模块(1)中的倾斜传感器(26)检测所述模块(1)在至少两个轴线上相对于水平或竖直方向的倾斜角；
利用所述模块(1)中的定位单元基于所述图像中的所述地面点(4)的测量和所述倾斜角的测量计算所述模块(1)相对于所述地面标记(4)的定位；并且
借助于所述模块(1)中的通信单元(23)将由所述模块(1)确定的位置和/或用于所确定的位置的原始数据直接或间接地传送到所述勘测装置(2)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
利用能够通过对准单元对准到所述地面点的距离测量激光指示器(28)测量从所述模块(1)到所述地面点(4)的倾斜距离，并且特别地通过基于所述倾斜距离和所述倾斜信息计算所述模块(1)在所述地面点(4)上方的竖直法向高度而在定位中考虑该倾斜距离；和/或
利用来自所述勘测装置(2)、来自目标板(39)的数据或利用所述模块(1)中的罗盘单元(29)确定方位角对准，并且还将该方位角罗盘定向合并到所述定位中。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，
利用目标板(39)标记所述地面标记(4)，所述目标板(39)以这样的方式设计成具有已知的视觉特征，即通过测量所述测量相机(25)的所述图像中的所述视觉特征，能够在至少三个自由度上确定所述测量相机(25)与所述地面标记(4)之间的相对位置，其中，基于该相对位置执行所述模块(1)的定位。
技术总结