SE500856C2 - Arrangemang att användas vid inmätnings- och/eller utsättningsarbete - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 500 856 så utformat, att hela mätförfarandet med inriktning av instru- mentet, start av mätningen, datalagring och beräkningar enkelt kan klaras av en enda person, som arbetar med en enhet place- rad vid mâlpunkten. Hittills har mätningen måst utföras med en person, som har skött mätinstrumentet och dataregistering, och en person, som har anbringat en reflektorenhet på mätpunkten.

En ytterligare fördel med det nya förfarandet är just att det styrs från själva mâlpunkten, där viktig information finns och där beslut under mätningen fattas och att målföljningen blir oberoende av om mâlenheten befinner sig nära eller långt från mätstationen.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, där fig. 1 visar ett blockschema på en utföringsform av styrarrangemanget, som ingår i uppfinningen, hJ fig. visar ett mätarrangemang i arbete ute i naturen, fig. 3 visar en perspektivvy av en utföringsform av en mätstation, fig. 4 visar en annan utföringsform av en del av arrangemanget i fig. 1, fig. 5 visar en första utföringsform av en detektor, och fig. 6 visar en andra utföringsform av en detektor.

Uppfinningen omfattar en mätinstrumentenhet 1 och en màlenhet 2. Såsom visas i blockschemat i fig. 1 är mätinstrumentenheten försedd med två servomotorer 3 och 4 med var sin drivning 5 resp. 6 för vridning i horisontell och vertikal ledd. En detektorenhet 7 finns utformad att känna igen och positions- bestämma en signal, som utsänds från en ljussändare 8 vid mäl- enheten. Detektorenheten 7 är också utformad att känna igen en ljussignal utsänd från en ljussändare 9 placerad på mätinstru- mentenheten och reflekterad mot en reflektor ll placerad vid màlenheten. En styrenhet 12 vid mätinstrumentenheten 1 är via en omvandlingsenhet 13 kopplad till ljusdetektorn 7 och får signaler lämpade för utvärdering av inriktningen mot målet, vilka signaler tillsammans med detektorns utformning kommer att beskrivas närmare nedan. Målenheten 2 och mätinstrument- enheten 1 är försedda med var sin antenn 15 resp. 16 och kom- munikationsenhet 27, 17. Referensen 10 i fig. 3 är ett tele- skop, som kan användas för manuell inriktning i de fall, när 10 15 20 25 30 35 500 856 sådan önskas, och avser således icke en enhet, som faller under själva uppfinningsidén.

I stället för att ha en enda detektor 7, som indikerar både ljuset från ljussändaren 8 och från ljussändaren ¶ kan detek- torn 7 vara anpassad att detektera ljuset från sändaren 9§och en annan detektorenhet (ej visad) vara anordnad att detektera ljuset från ljussändaren 8. Ljussändarna 8 och 9 kan t.ex. sända ljus inom olika vâglängdsomrâden och detektorerna vara försedda med ljusfilter anpassade till sändarnas 8 och 9 res- pektive vàglängdsomrâden.

I utföringsformen i fig. 2 visas målenheten 2 omfatta en stav 20 försedd med antennen 15 och ett riktmedel med en kikare 21 försedd med en vertikalvinkelgivare 22 av den typ, som automa- tiskt avger en elektrisk signal indikerande kikarens vinkel- läge i förhållande till lodlinjen. En vertikalvinkelgivare av pendeltyp har denna egenskap. Vertikalvinkelgivaren 22 är kopplad till en på staven placerad styrdosa 23 omfattande en styrenhet kopplad till ett tangentbord 25 (se fig. 1) manöv- rerbart av en operatör 26 vid staven 20. Üperatören riktar in kikaren 21 mot mätinstrumentet hos mätinstrumentenheten och trycker på en tangent antingen vid riktmedlet 21, 22 eller på dosan 23, när han anser att inriktningen är den rätta. Styren- heten får därmed indikering om att avläsa vertikalvinkelgiva- ren och utge en styrsignal. Den digitala vinkelgivarsignalen överförs till kommunikationsenheten 27. Denna kan t.ex. bestå av en radioenhet med kretsar för modulering och sändning, exempelvis på radiofrekvens, av vinkelinformation samt synkroniserings- och kontrollsignaler för översändningen via antennen 15. Även andra typer av överföringsarrangemang är tänkbara, t.ex. överföring via mikrovàgslänk.

En kommunikationsenhet 17 (fig. 1) för att mottaga och demodu- lera signalen från antennen 16 är kopplad till styrenheten 12.

Denna tar emot vinkelinformationen och beräknar den vertikal- vinkel, som motsvarar det vinkelvärde från givaren 22, till vilket instrumentenhetens optiska system skall riktas inför att ta emot signa] från ljussändaren B eller reflektorn 11.

Denna vinkel blir 200 gon (180 ) minus vinkelvärdet från giva- ren 22. Styrenheten styr med information från vertikalvinkel- 10 15 20 25 30 35 # 500 856 givaren IS (med digitalt avgiven signal) via drivenheten 5 servomotorn 3 till den beräknade vinkeln. Inställning behöver endast ske med sådan noggrannhet att signalen från ljussända- ren B eller reflektorn 11 íaller inom detektorns 7 öppnings- vinkel. Däre¥ter styr den drivenheten 6 att styra servomotorn 4 till att vrida instrumentet i horisontalled vid samtidig avläsning av en horisontalvinkelgivare 19 med digitalt avgiven signal.

Nålenhetens 2 enhet 8, som utsänder en ljussignal, visas i fig. 2 placerad på riktenheten 21, 22 men den kan lika väl vara placerad direkt på staven 20. Lämpligen innefattar enhe- ten 8 en IR-diod. Detektorn 7 vid mätinstrumentenheten 1 kan vid en praktisk utformning ha ett optiskt synfält på någon eller några grader. Ljussignalenheten 8 kan ha en spridnings- vinkel på något tiotal grader. De här angivna värdena är unge- färliga. Värdena är helt avhängiga av den räckvidd, som krävs av systemet, dvs av de praktiska applikationer, som systemet kommer att insättas i.

I stället För en på staven placerad ljussändande enhet 8 kan staven ha en reflektor och instrumentenheten ha en ljussändan- de enhet 9, som utsänder en ljussignal, som re¥lekteras av reflektorn och mottas av detektorn- Båda enheterna kan också finnas samtidigt.

För att instrumentenheten 1 skall kunna söka och Finna målen- heten inriktas således denna vertikalt till den vinkel som motsvarar vinkeln från riktmedlet 21, 22 såsom beskrivits ovan. Därmed behöver den enbart roteras av servodrivningen i ett plan runt sin vertikala axel och instrumentenheten roteras av servodrivningen runt i horisontalled, tills detektorenheten 7 uppfattar styrsignalen Från den ljussändande enheten 8 eller reflekterad signal ¥rån enheten 11, och servodrivningen i horisontalled stoppas. Dm rotationen sker snabbt, passerar instrumentenheten målet, men dess läge kan registreras av styrenheten 12, som Först stoppar och sedan vrider tillbaka enheten 1 mct målet. Däre¥ter övergår styrenheten 12 till mål- följarmod och styr i Fortsättningen enhetens 1 servomotorer 3 och 4 på sätt som kommer att beskrivas nedan, så att målet Följs. 10 15 20 25 30 35 500 856 Såsom visas i blockschemat i fig. 4 är ytterligare ett sätt att minska söksektorn och därmed söktiden att förse målenhe- tens 2 riktmedel 21, 22 med en horisontalriktningsgivare 28 av t.ex. typ digital kompass. Då målenhetens riktmedel riktas mot instrumentenheten ger kompassen information om den inbördes riktningen relativt kompassens norr-riktning. Detta mätvärde sänds via kommunikationslänken 15, 16 liksom kommandosignalen och vertikalvinkeln till instrumentenheten 1. I den i fig. 4 visade utföringsformen är vertikalvinkelgivaren 22', som ger digital utsignal, och horisontalriktningsgivaren 28 kopplade direkt till styrenheten 30, som via en kommunikationsenhet 29 matar de angivna värdena till antennen 15.

Instrumentenhetens 1 horisontalriktningsmätkrets relateras regelmässigt till norr-riktningen av operatören vid instru- mentuppställningen, varför i instrumentets styrenhet 12, lämp- ligen ingående såsom en programslinga i instrumentets normala beräkníngsdator, riktningen till målet kan beräknas. Instru- mentenheten har nu information om både i vilken vertikalvinkel och horisontalvinkel den kan finna målenheten och inriktas då så, att dess detektorenhet 7 erhåller styrsignal från målenhe- tens ljussändare 8 eller reflektorn 11.

Erfarenhetsmässigt kan vertikalvinkeln bestämmas med större noggrannhet än horisontalriktningen. Kompassvisningen kan störas av metallföremål i omgivningen, vilka ger mätfel, men kompassen ger dock information, som medger, att sökningen kan begränsas till en avgränsad sektor i horisontalplanet. Därvid kan tiden för sökning väsentligt minskas.

Det finns dock metoder att även få en exakt horisontalvinkel- mätning från målenheten 2. Dessa är relativt komplicerade och därför dyrare än den enkla ovan beskrivna varianten. Dm både exakt vertikalvinkelmätning och horisontalvinkelmätning genom- förs 1 målenheten, sker instyrningen av mätstationen direkt med ledning av från målenheten översända data.

Den beskrivna sökmetoden kan således utnyttja både information om vertikalvinkeln och horisontalriktning, såsom visas i fig. 10 15 20 25 30 35 500 856 4. Det är givetvis också möjligt att använda enbart horison- talriktningsgivaren i metoden, ställa in instrumentet i den angivna horisontalriktningen och vrida instrumentet i verti- kalvinkelriktning för att söka ljussändaren 8 eller 9, 11.

Det finns också en annan möjlighet att begränsa sökvinkeln i horisontalplanet genom att vid uppställnigen av instrumenten- heten 1 rikta in instrumentet mot delar av terrängen och bes- tämma de riktningar, som begränsar det intressanta mätområdet.

Vid varje sökning mot en utsättningspunkt, som instrumentenhe- ten därefter gör, behöver sökning endast göras inom det vid uppställningen avgränsade horisontalvinkelområdet. Genom att instrumentet inte behöver söka över ett helt varv blir in- ställningen snabb.

När ljusdetektorn 7 har indikerat signal från ljussändaren 8 eller reflektorn ll övergår styrenheten 12 till målföljarmod, dvs övergår till en programslinga för att servostyra inställ- ningen av instrumentenhetens optiska system mot målet. Två huvudapplikationer kan urskiljas, dels inmätning och posi- tionsbestämning av fasta mål, dels mätning och positions- bestämning av rörliga mål. I det första fallet med fasta mål skall instrumentenheten låsa in sig på målenheten 2, som placeras på den aktuella punkten och nivelleras, varefter avstånd och vinklar mäts och positionen beräknas. Vid mätning mot rörliga mål, t.ex. vid utsättning i byggverksamhet eller vid hydrografiska mätningar, skall instrumentenheten 1 följa målenhetens 2 rörelse och leverera mätvärden från upprepade avstånds- och vinkelmätningar, så att positionen relativt den önskade kan beräknas av instrumentets dator, och informationen levereras till en utsättare eller ett fordon, såsom en båt, beroende på vad som gäller i det aktuella fallet. Med dagens mätutrustning kan ca 3 positionsvärden per sekund ges.

Flera delvis motstridande krav ställs på ett praktiskt funge- rande system enligt ovan. Mätning skall kunna ske på både nära och långt håll. Det skall ställas måttliga krav på inrikt- ningsnoggrannhet för målenheten särskilt under operatörens förflyttning under mätning. Det finns kända system för följ- ning, som fungerar under vissa betingelser. Ett sådant system 10 15 20 25 30 35 500 856 utnyttjar en roterande modulering i periferien omkring instru- mentets egen mätstråle och beskrivs i det svenska patentet nr 8402723-4. Detta system fungerar visserligen helt tillfreds- ställande men är relativt dyrt att sättas in i utrustning för utsâttningsändamål e.d.

Enligt uppfinningen har följesystemet utformats så, att nog- grann mätning medges, samtidigt som operatörens handhavande förenklas både vid korta och långa distanser. Anordningen kan byggas upp med ett s.k. aktivt system, eller med ett s.k. pas- sivt, eller ocksa kan båda dessa metoder utnyttjas för att optimera funktionen. Med aktivt resp. passivt system avses att målenheten 2 är aktiv eller passiv som sändare.

Det aktiva systemet omfattar ljussändaren 8, som samverkar med ljusdetektorn 7. Enligt den föredragna utföringsformen är ljussändaren 8 en lysdiod av IR-typ, som riktas mot instru- mentenheten 1. Dess lobvinkel, dvs spridning av ljuset, kan i praktiken vara t.ex. ;10 gon för att uppnå en räckvidd av nâgra hundra meter vid normal känslighet och signa1/brus-för- hållande för existerande detektormaterial. Det innebär att operatören måste rikta målenheten 2 inom ca :IQ gon mot instrumentenheten l.

Det aktiva systemet används med fördel på relativt korta håll, eftersom detta kan anordnas parallaxfritt, eftersom det medger en god punktdefinition, dvs den lysande punkt, som instrument- enheten riktas in mot kan ges liten utsträckning.

I instrumentenhetens 1 detektorenhet 7 fokuseras det mottagna ljuset på en detektor av halvledartyp. Två utföringsformer av denna detektor visas i fig. 5 och 6. Detektorn i fig. 5 är utformad med ett antal segment 31, 32, 33, 34 för att kunna avgöra det infallande ljusets position. Minst tre segment behövs för att detektera avvikelser i både sidled och höjdled, men enklast är att såsom i fig. 5 utnyttja fyra segment. Varje segment är indelat i sektorer, t.ex. 3?a, 32b, 32: för sektorn 32, radiellt utanför varandra för att styrenheten 12 skall kunna avgöra graden av avvikelse utåt. När målföljning väl är etablerad och det infallande ljuset hålls centrerat på detek- torns centrala del kan de yttre segmenten 32c m.fl. kopplas 10 15 20 25 30 35 500 856 bort. Då erhålles ett bättre signal/brus-förhållande. En fel- signal genereras, som är ett mått pá inriktningsfelet av instrumentenheten mot màlenheten och som av styrenheten 12 utnyttjas {ör att servostyra instrumentenheten 1 mot målenhe- ten 2 så att ljussändarens 8 ljussignal skall falla så cent- ralt som möjligt på ljusdetektorn 7.

Detektorn i fig. 6 visas kvadratisk, men kan också vara rek- tangulär, och omfattar fyra inre detektorenheter 35 - 38 sam- lade omkring en central punkt C och på utsidan omgivna av var sin yttre detektorenhet 39 - 42. Även vid denna typ av detek- tor servostyr styrenheten 12 instrumentenheten 1 mot mâlenhe- ten, så att ljussändarens 8 ljussignal ¥aller så centralt som möjligt på detektorn.

Enheten 13 i ¥ig. 1 är utformad att detektera det segment och den sektor inom segmentet, som tr䥥as av ljuset och lämna en signal till styrenheten indikerande detta.

I det passiva systemet användes ljussändaren 9, lämpligen en lysdiod, på instrumentenheten 1. Ljussändarens 9 ljus re¥lek- teras mot den i detta iall passiva enheten kubhörnsprismat ll på mâlenheten 2. Prismat reflekterar ljuset inom en rymdvinkel på ca 125 gon, vilket bestämmer inriktningskravet. Sändardio- den 9 kan i detta fall ha en smal lob, vilket ger längre räckvidd.

Det passiva systemets fördelar är således att kunna användas vid långa avstånd och vara relativt okänsligt för inriktning- en, eftersom den utsända och den mottagna stralen är nästan parallella med varandra inom ett stort rymdvinkelområde, då 4-\ re¥1ektionerna på målenheten ¿ sker mot ett kubhörnsprisma.

Det passiva och aktiva systemet kan också användas samtidigt.

Sändardiodernas 8 och 9 ljus kan moduleras med skilda Frekven- ser och samma detektor 7, såsom visas i fig. 1, kan användas, eftersom då de båda styrsignalerna kan selekteras ur detek- tcrns utsignaler. Båda systemen utnyttjas således inte samti- digt i och För styrningen utan en jäm¥öre1se och diskrimine- ring av ena systemet sker löpande. Fördelen med att använda 10 15 20 25 30 35 500 856 båda systemen samtidigt för detektering är att man är så gott som säker på att ha påträffat ett korrekt mål, när signal föreligger samtidigt från båda systemen. Därigenom kan ref- lexer från andra källor i omgivningen än från målenheten 2 uteslutas.

Företrädesvis sker strålmottagningen av strålningen från strålningskällorna 8 och 9 på samma detektor. Eftersom strål- ningskällorna 8 och 9 därvid exempelvis är modulerade med olika frekvens, kan deras utsignaler från detektorn 7 särskil- jas. Under målsökningsmoden utnyttjas företrädesvis ljuset från ljussändaren 8 för indikering. Det är betydligt svårare att finna en reflex från en reflektor än ljuset från en sepa- rat ljussändare vid målpunkten, även om det också är möjligt att som ett komplement eller alternativ utnyttja systemet 9, ll, 7 även för målsökningsoperationen. Under målsökningsmoden diskrimineras således företrädesvis den moduleringsfrekvens i signalerna från detektorn 7, som härrör från moduleringen av strålningskällan 9. Enbart signaler från detektorns 7 delar härrörande från infallande ljus från strålningskällan 8 matas till styrenheten av omvandlaren och diskriminatorn 13. Så snart en del av detektorn 7 har avgivit en indikeringssignal erhåller styr- och beräkningsenheten 12 indikation om att det är dags att övergå till målföljningsmod.

Under målföljningsmoden matas signaler från detektorn 7 här- rörande från en eller båda strålkällorna till styrenheten 12.

Denna indikerar var för sig träffpunkterna på ljusdetektorn av ljuskällornas 8 och 9 strålning. Den utnyttjar riktsignalerna från ljuskällan 8 för att löpande styra instrumentets motorer 3 och 4 för inriktning mot målet, om den indikerade skillnaden i träffpunkt överstiger ett i förväg bestämt värde, t.ex. ligger inom olika segment i sektorerna horisontellt uppåt eller nedåt, vilket innebär besvärande parallax för det pas- siva systemet. Annars utnyttjas riktsignalen erhållen från det passiva systemet för denna styrning.

Många modifieringar är möjliga inom ramen för uppfinningen.

Exempelvis kan de i texten angivna horisontella och vertikala riktningarna bytas ut mot varandra.

Claims (6)

500 856 W Patentkrav

1. Arrangemang för att användas vid inmätnings- och/eller utsättningsarbete betjänat av en operatör, vilket arrangemang innefattar en mätstation (1), som är försedd med ett instru- ment, som är vridbart omkring en horisontell axel med en styrbar vertikalvinkelmotor (3) och omkring en vertikal axel med en styrbar horisontalvinkelmotor (4) för inriktning mot en mâlenhet , vilket instrument har en styr- och beräknings- enhet (12) med minne kopplad till motorerna (3,4), och vilket arrangemang vidare innefattar en målenhet (2) förflyttbar av operatören, som med målenheten markerar inmätnings- och/eller utsättningsställen, varvid ett riktmarkörarrangemang finns, som är indikerbart av ett indikatorarrangemang (7) på mätsta- tionen, när instrumentet är i inriktning med mâlenheten (2), och att arrangemanget är anordnat att intaga en målsöknings- mod, i vilken styr- och beräkningsenheten styr motorerna att vrida mätstationen till att bli riktad mot målenheten (2), när indikatorarrangemanget (7) icke indikerar riktmarkör- arrangemanget, och att intaga en målföljningsmod, i vilken styr- och beräkningsenheten servostyr motorerna att hålla mätstationen inriktad mot målenheten, när indikator- arrangemanget indikerar riktmarkörarrangemanget, k ä n n e- t e c k n a t av att riktmarkörarrangemanget innefattar en kombination av en första och en andra riktmarkörenhet, a. av vilka den första innefattar en ljuskälla (8) place- rad på målenheten (2) och avsedd att vara riktad mot mätstationen (1) och med en första ljuskaraktäristik och vars utsända ljusstråle kan indikeras av indikator- arrangemanget (7) på mätstationen, och b. av vilka den andra innefattar en ljuskälla (9) placerad på mätstationen (1) och har en andra ljuskaraktäristik, en reflektor (ll) placerad på målenheten (2) och indikatorarrangemanget (7) på mätstationen.

2. Arrangemang enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att i mâlföljningsmod styr- och beräkningsenheten (12) är anordnad att mottaga signaler representerande signalkaraktär- istikerna hos både den första och den andra riktmarkörenheten 11 580 8 från indikatorarrangemanget och att indikera om en skillnad finns mellan av indikeringsarrangemanget indikerade signaler avseende de båda riktmarkörenheterna och är anordnad att utnyttja riktsignalerna från den förstnämnda riktmarkörenhet- en för att löpande styra instrumentets motorer för inriktning mot målenheten om den indikerade skillnaden överstiger ett i förväg bestämt värde beträffande avstånd eller signalstyrka och annars utnyttja riktsignalen erhållen från den nämnda andra riktmarkörenheten för denna styrning.

3. Arrangemang enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av att varje ljusdetektor (7) i indikatorarrangemanget är uppdelad i olika segent (31-34; 35-42); och att servo- styrningen under målföljningsmoden är anordnad att utföras så att alla segmenten åtminstone nära en central punkt (C) skall ha ungefär samma belysning av ljussändaren.

4. Arrangemang enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att segmenten är indelade i sektorer inifrån en central punkt och utåt, och att servostyrningen är anordad att utföras så, att ljuset från ljussändaren starkast träffar sektorerna närmast den centrala punkten.

5. Arrangemang enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att under målsökningsmod styr- och beräkningsenheten (12) är anordnad att få motorerna att löpa så snabbt att det vridande instrumentet inte direkt kan koma till stillastående vid riktmarkörindikation av indikatorarrangemanget; och att styr- och beräkningsenheten är anordnad att indikera instrumentets vridposition vid tidpunkten för riktmarkörindikationen, att efter indikeringen bringa motorerna till stillastående och därefter styra motorerna att vrida instrumentenheten tillbaka till nämnda indikerade vridposition.

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att mätstationen har en första vinkelmätare (18) anordnad att mäta vridningen hos mätstationens instru- ment omkring en första vridningsaxel hos instrumentet; att målenheten (2) har en siktenhet (21), minst en andra vinkel- 500 856 12 mätare (22) för att mäta siktenhetens mätinriktning mot mät- stationen i samma riktning som den första vinkelmätaren och en sändarenhet kopplad till den andra vinkelmätaren (22) samt en aktiveringsanordning för att överföra den rådande inställ- ningen hos den andra vinkelmätaren (22) vid aktivering av aktiveringsanordningen; och att mätstationen (1) har en mottagare, som är anordnad att mottaga från sändarenheten utsänd signal och åstadkomma att beräkning sker av den vin- kel, som den första vinkelmätaren (18) hos mätstationen skall ställas till för att instrumentets optiska system vid mät- stationen skall bli inriktat mot målenheten för riktmarkör- indikering vid något vridningsläge omkring en andra vrid- ningsaxel hos mätstationens instrument samt vid mottagning aktivera styr- och beräkningsenheten (12) att ge styrning för att ställa in mätstationens instrument i enlighet med den beräknade vinkeln omkring den första vridningsaxeln och därefter ge styrning för att vrida mätstationens instrument omkring den andra vridningsaxeln tills riktmarkörindikering erhålles.