Vermessungsbüro
Bretschneider
Tel.: (+43-1-) 216 18 72

 

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eMail: vmb@vermessung-bretschneider.at

außerordentliches Mitglied der
A C A - Austrian Consultants Association (Member of "efca" + "FIDIC")

Inhaber: Ing. Wolfgang Bretschneider
23.07.1954 (Wien)
mindest. 2 Mitarbeiter
verheiratet mit Dr.Eva Bretschneider (Humanbiologin)
lebt mit seiner Familie in Wien

Beruf: Vermessungsingenieur, CAD-Fachmann
Vermessungsbüro seit 1989 - davor 6 Jahre Consulting Engineer im Irak
Büro in der Wohnung integriert

2.Beruf: Milizoffizier des Österreichischen Bundesheeres (Logistik)

Aufträge: Vermessungsarbeiten im Bereich des Baubestandes. In Zusammenarbeit mit Christoph Resele (Programmierer), auch Softwareentwicklungen (Rohrleitungsbau, Parifizierungen, Softwareanpassungen)

Besonderes: staatliche Auszeichnung für die Entwicklung eines vermessungstechnischen Verfahrens (Patents Pending):
"Nominierung für den Staatspreis Consulting 2000 für exportfähige Ingenieurleistungen"

Call me back !

 

Die Verleihung des

Staatspreises Consulting 2000

für exportfähige Ingenieurleistungen

fand statt am 11.12.2000 19.00 Uhr

im Oktogon des Hauptgebäudes der

Creditanstalt, A-1010 Wien, Schotteng.6

 

-wir werden berichten...

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NOMINIERUNG ZUM STAATSPREIS CONSULTING 2000
für exportfähige Ingenieurleistungen

an
Ing. Wolfgang Bretschneider
für das Projekt Laser Aufsatz

Referent: Prof. März

 

Die Projektidee sieht den gemeinsamen Einsatz eines Hand-Lasermeters mit einer selbstregistrierenden Totalstation vor.
Zur erfolgreichen Umsetzbarkeit des Messabwicklungsprozesses in die Anwendungspraxis bedurfte es der Integration mechanischer, elektronischer und programmlogischer Elemente. Dadurch wird die Kombination zweier Standardgeräte zu einem innovativen Ansatz ermöglicht. Auf diese Weise entsteht ein System von Distanzmesseinrichtungen, das mit geringem wirtschaftlichen Aufwand auf den jeweils neuesten Stand der Technik adaptierbar ist.
Die besondere Wirtschaftlichkeit ergibt sich aus der Überlegung, bestehende, zur Standardausrüstung von Vermessungsbüros gehörende Gerätschaft nicht zu ersetzen sondern in intelligenter Kombination zu nutzen.

Die Jury hat das Projekt mit einer Nominierung zum Staatspreis Consulting 2000 ausgezeichnet.


Titel des Projektes:

Mechanische, elektronische und programmlogische Umsetzung des Verfahrens zur Einbindung eines Laserentfernungsmessgerätes in den Messabwicklungsprozess einer selbstregistrierenden Totalstation.

 

Kurztitel des Projektes:

Laser-Aufsatz für Totalstation

 

Projektumfang:

Das Projekt betrifft den Bereich des Vermessungswesens. Das Projekt umfaßt ein mechanisches, ein elektronisches und ein programmlogisches Element. Diese bewirken, daß eine selbstregistrierende Totalstation und ein Hand-Lasermeter gemeinsam eingesetzt werden können. Totalstationen mit zwei voneinander unabhängig operierenden   koaxialen Distanzmesseinrichtungen sind seit wenigen Jahren im Handel.

Dieser zweite Entfernungsmesser ist ein Entfernungsmesser, der sichtbares Laser-Licht emittiert und in der Lage ist, die Entfernung zu einem vom Strahl getroffenem Punkt zu ermitteln. Dabei genügt die Reflexion des Laserlichtes im Ziel und es bedarf nicht einer Reflexion mittels eines Reflektors. Diese Eigenschaft wird als reflektorloses oder kontaktfreies Messen bezeichnet. Auch wenn dieser Messmodus noch nicht unter allen Bedingungen (z.B. sonnenbeschienene Flächen; sehr dunkle, Licht absorbierende Oberfläche) gleich gut funktioniert, so ist doch der Vorteil erheblich, nicht jeden Messpunkt über einen Reflektor anzumessen, der in der Regel durch einen Mitarbeiter bedient werden muß.

Die Entwicklung von Distanzmessgeräten, die als Zieldefinition eines Reflektors bedürfen und für das menschliche Auge unsichtbares Licht aussenden ist so weit gediehen, daß die Notwendigkeit des Austausches eines solchen Gerätes gegen ein neueres und leistungsfähigeres eher ausgeschlossen werden kann.

Anders verhält es sich mit Distanzmessgeräten, die kontaktfrei (reflektorlos) eingesetzt werden. Hier steht die Entwicklung erst am Anfang, gleich ob es sich um das Messen statischer Situationen oder dynamischer Abläufe, die noch nicht einen klassischen Bereich des Vermessungswesens bilden, handelt.

Es ist denkbar, daß der Aufsatz auf Totalstationen sich als geeignete technische Lösung zum kombinierten Einsatz immer neuer und, da wenige bis keine bewegten mechanischen Präzisionsbauteile enthalten sind - immer preiswerterer Lasermesseinrichtungen durchsetzen wird.

Aber nur dann, wenn der Aufsatz beim Messvorgang nicht behindert, oder die Bewegungsfreiheit des Teleskopes beeinträchtigt, wenn die Orientierung des Bezugssystems des aufgesetzten Gerätes zur Teleskopachse der Trägertotalstation mit einfachem vermessungstechnischen Aufwand ermittelt werden kann und die Steuerbarkeit der beiden Geräte über uneingeschränkten Datentransfer gewährleistet ist.

So können klassische, selbstregistrierende Totalstationen als Trägermechanik verwendet werden, und bei Bedarf durch jeweilige Aufsätze ergänzt, auch den besonderen Aufgabenstellungen angepasst werden.


Leica Disto Pro auf Nikon Totalstation DTM-A5LG - unter PC-Steuerung

Vorgestellt wird die Zusammenarbeit zweier Vermessungsgeräte, die jedes für sich zur Standardausrüstung eines Vermessungsbüros gehören und von zwei verschiedenen Firmen die auch nicht das Zusammenspiel der beiden Geräte aufeinander abgestimmt oder in irgendeiner Form beabsichtigt hatten, erzeugt wurden.

Die klassische Totalstation:

Das ist ein Theodolit mit eingebautem elektronischen Entfernungsmesser (koaxial=Messstrahl und Fernrohrachse liegen in einer Geraden).

Das Messen der Entfernung bedarf in jedem Fall (auf jede Distanz) eines Reflektors.

Das koaxiale Messen der Entfernung bedarf verschiedenster Bauelemente und Vorrichtungen, die um das Teleskop der Totalstation angeordnet sind.

Dieser Umstand verleiht einer Totalstaion nicht nur das typische Aussehen, auf Grund dessen man sie vom Theodolit leicht unterscheiden kann, er führt dazu, daß der Raum zwischen Teleskop und Alhidade (um die Hochachse drehbare Gabel, die das um die Horizontalachse drehbare Teleskop aufnimmt) weitgehend beansprucht wird.

Die Totalstation ist in der Lage die momentane Position des Teleskopes zu erkennen und auf Befehl abzuspeichern - ebenso ermittelte Distanzen. Ein Computerelement in der Totalstation ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch mit einem beigestellten Computer über die seriellen Schnittstellen der beiden Vermessungsgeräte.

 

Das Laserentfernungsmessgerät:

Ein Entfernungsmesser, der sichtbares Laser-Licht emittiert und in der Lage ist, die Entfernung zu einem vom Strahl getroffenem Punkt zu ermitteln. Dabei genügt die Reflexion des Laserlichtes im Ziel und bedarf nicht einer Reflexion mittels eines Reflektors.

Diese Eigenschaft wird als reflektorloses oder kontaktfreies Messen bezeichnet.

Ein Computerelement im Laserentfernungsmessgerät ermöglicht den bidirektionalen Datenaustausch mit einem beigestellten Computer über die seriellen Schnittstellen der beiden Vermessungsgeräte.

Bedingungen:

Mindestens eines der beiden Geräte muß in der Lage sein, daß die Baudrate auf einen anderen Wert, als jene des zweiten Gerätes eingestellt werden kann.

Mindestens eines der beiden Geräte muß ein Softwareprotokoll benutzen, das die nicht an das Gerät adressierten Meldungen ignoriert.

 

Der PC:

Ein PC mit einer für diesen Zweck freien seriellen Schnittstelle.

 

Der Aufsatz:

Ein Rahmen, der geeignet ist, den Laserentfernungsmesser aufzunehmen und auf eine Weise am Teleskopelement festgemacht werden kann, daß die Position zwischen Laserentfernungsmesser und Teleskop als starr und unverrückbar während des Messablaufes erachtet werden kann. Eine Justiereinrichtung ist nicht erforderlich.

 

Das Gegengewicht zum Aufsatz:

Auf Grund der Eigenart einer Totalstation bedarf die Gestaltung des Gegengewichtes besonderer Überlegungen.

Da zwischen Teleskop mit all seinen Zubauten und Alhidade kein freier Raum vorhanden ist, der das Gegengewicht zum Aufsatz aufnehmen kann, wird dieses zweigeteilt nach außen verlagert.

Eine zweifache Justierbarkeit wird notwendig gemacht durch den bei vermutlich allen Totalstationen zur Anwendung kommenden Klemmmechanismus des Teleskopes zur Alhidade - aber auch um den Laserentfernungsmesser gegen ein anderes Produkt austauschen zu können - solange es die genannten Bedingungen erfüllt.

Für Außenmessungen mußte beachtet werden, daß die zweiteilige Gabel, die die Gegengewichte aufnimmt, unempfindlich auf Wind reagiert. Nach einigen Misserfolgen (Vibrationen) wurde die nun vorgestellte Bauweise, nämlich Plexibrücke mit Carbonrohren gewählt. Auch bei starkem Wind treten nahezu unabhängig von der Position der Gabel zur Windrichtung keine Vibrationen auf, iniziierte Schwingungen werden gut gedämft.

 

Der elektronische Zubau (innerhalb der Totalstation):

Der PC ist über seine serielle Schnittstelle sowohl mit der seriellen Schnittstelle der Totalstation, als auch mit jener des Laserentfernungsmessers verbunden. Die Eingänge der Vermessungsgeräte werden parallel geschaltet; die Ausgänge werden über ein Oder-Gatter (1/4 HC 32) zusammengeführt. Je nach Ausführung der seriellen Schnittstellen an den Vermessungsgeräten (-12V/+12V oder 0V/+5V) müssen noch 1-4 Stk Widerstände und 0-2 Stk. Dioden eingebaut werden, um mit den zur Verfügung stehenden Schnittstellen-Pegeln zurecht zu kommen.

Dieser elektronische Zubau kann außerhalb der Totalstation eingesetzt werden.

Das hätte zur Folge, daß die Rotation der Totalstation um die Hochachse bei Kabelverbindung zum PC nur eingeschränkt durchführbar wäre.

Um die volle Manövrierbarkeit der Totalstation um die Hochachse mit Aufsatz zu gewährleisten, wurde der Einbau in der Alhidade angestrebt. Nicht im Limbus (Starrer Teil des Theodoliten, der die Hochachse aufnimmt) sondern in der Alhidade befinden sich der Großteil der elektronischen Bauelemente, schon wegen der angebauten Tastaturen (Bedienfelder) und der Displays.

Über Schleiferkontakte werden Fremdenergie-Einspeisung und Datentransfer zwischen Limbus und Alhidade abgewickelt. Nur die Kombinationsbuchse für den Datenaustausch und Fremdenergie-Einspeisung ist selbstverständlich am Limbus angebracht.

 

Die Steuerung:

Die Totalstation ist in der Lage über zumindestens eine Tastenfunktion mit dem angeschlossenen PC in Kontakt zu treten. Das ist der Record-Befehl, die Anweisung der Totalstation an den PC, sich auf den Empfang von Daten   vorzubereiten und den tatsächlichen Datentransfer als Empfäger zu vollziehen. Dieser Befehl wird für die gesamte Steuerung der beiden Vermessungsgeräte angewendet. Es besteht keine Notwendigkeit oder Veranlassung das aufgesetzte Laserentfernungsmessgerät durch Tastendruck anzusprechen. Ein Tastenfeld am Laser ist nicht notwendig.

Eine Menü-Führung durch verschiedene Messfunktionen ist vom Displayfeld der Totalstation abzulesen.

Die Software interpretiert die eingegangenen Signale im PC entweder als abzuspeichernde Daten oder als Steuerbefehle, die ihrerseits das im PC laufende Programm veranlassen, Messmodi festzulegen und Funktionen auszulösen, die als Befehl an die Vermessungsgeräte übertragen und am diesen wirksam werden. Die Auswirkungen gehen als Daten an den PC zurück und werden wieder interpretiert.

So lassen sich mit nur einem Befehl (manuell ausgeführt am Bedienfeld der Totalstation im PC-Programm) vorbestimmte Abläufe abrufen.

Die unterschiedlichen Baudraten der seriellen Schnittstellen der Vermessungsgeräte dienen zum wechselweisen Ansteuern. Daten werden entweder als Befehl oder als Störung interpretiert und verursachen Maßnahmen innerhalb der Computersteuerung der Vermessungsgeräte, die für das PC-Programm bekannt sind, teilweise weil sie eine unabänderliche Eigenart des im Vermessungsgrät ablaufenden, vom Erzeuger festgelegten Programmes sind, teilweise weil das PC-Programm die programmtechnischen Reaktionen im Vermessungsgerät bereits verursacht hatte. Sichtverbindung zum PC-Display ist nicht erforderlich.

 

Das Messen:

Pro Messvorgang werden drei relevante Parameter ermittelt und zum Datentransfer vorbereitet:

-Die Horizontalrichtung des Teleskopes - das ist die Position der Alhidade zum Limbus - also die Richtung um die Hochachse.

-Die Vertikalrichtung des Teleskopes - das ist die Position des Teleskopes zur Alhidade - also die Richtung um die Horizontalachse.

-Die tatsächliche Entfernung zwischen dem 0-Bezugspunkt des Entfernungsmessgerätes und dem Reflexionspunkt des Messstrahles.

 

Das Messen von Distanzen mittels des in der Totalstation eingebauten Distanzmessers:

Auf diesen Vorgang wird nur der Vollständigkeit wegen eingegangen. An der Totalstation wird eine Distanzmessung durch den eingebauten Distanzmesser ausgelöst; nach erfolgter Messung wird durch den Record-Befehl ein kompletter Datenblock an den PC übertragen. Das PC Programm befindet sich in einem Stadium, das das Abspeichern des Datenblocks vorsieht.

Das Messen von Distanzen mittels des im Aufsatz eingebauten Laserentfernungsmessgerätes:

Die Messung wird ebenfalls mittels des Record-Befehles ausgelöst. Der PC erhält einen vollständigen Datensatz von der Totalstation. Das PC Programm befindet sich in einem Stadium, das das Auslösen einer Messung mit dem Laserentfernungsmessgerät vorsieht. Der PC speichert die Richtungen und verwirft die mitgesendete Entfernung, die zuletzt durch den totalstationseigenen Entfernungsmesser gemessen worden war.

Die Baudrate des PC wird auf jenen Wert eingestellt, der eine Kommunikation mit dem Laserdistanzer erlaubt.

Der PC ruft eine Entfernungsmessung mit dem Laserdistanzer ab - gleichzeitig ignoriert die Totalstation die abgesetzten Signale, weil die Adressierung fehlt. Die Entfernungsmessung durch den Laserdistanzer wird durchgeführt und der PC empfängt das Ergebnis. Der PC multipliziert dieses Ergebnis mit (-1) und fügt den Wert an die Stelle des verworfenen Datensatzes ein. Eine negative Entfernung wird vom Umrechnungsprogramm (siehe später) als Laserdistanzangabe identifiziert.

Die so vom PC empfangenen und gespeicherten Daten sind in dieser Form nicht homogen, die beiden Richtungen der Teleskopposition der Totalstation werden einer negativen Distanz zugeordnet, die von einem nicht justierten aufgesetzten Laserdistanzer ermittelt wurde. Erst der Durchlauf durch ein Umrechnungsprogramm und die Berücksichtigung von drei Ursprungsparametern, nämlich die Positionsangabe des Messursprunges des Distanzergebnisses und zwei Richtungsparametern, nämlich die in zwei Komponenten aufgeteilte

Richtungsdiskrepanz zur Fernrohrachse ermöglichen das Umrechnen der abgespeicherten Richtungsangaben und der abgespeicherten Distanzangabe auf jene Werte, die notwendigerweise das Ergebnis einer Totalstationsmessung gewesen wären.

 

Das Umschalten der beiden Messmodi:

Die einfachste Form ist wohl ein programmtechnisches Toggle im PC-Programm: Wird ein Datensatz an den PC übertragen, der den identen (zweckmäßigerweise sind enge Schranken vorzusehen, da selbst kleinste Vibrationen zu unwesentlich unterschiedlichen Registrierungsergebnissen führen können) Horizontal- und Vertikalwinkel beinhaltet, so stellt das PC-Programm auf den jeweils anderen Messmodus um. Voraussetzung ist also das permanente programmtechnische

Vergleichen der Winkelangaben im übertragenen Datensatz mit dem zuvor übertragenen Datensatz.

 

Die Position des Aufsatzes (Dejustierung):

Eine wesentliche Eigenschaft des gesamten vorgestellten Verfahrensablaufes ist es, daß der Aufsatz mit wenigen Handgriffen montiert und demontiert werden kann (auf jeder dafür ausgerüsteten Totalstation). Der im Aufsatz eingebauter Distanzer kann mit wenigen Handgriffen für Handmessungen verwendet werden und danach wieder mit wenigen Handgriffen in den Aufsatz montiert werden. Es ist also nicht zu erwarten, daß die Position des Laserdistanzers, dessen Messstrahl in einer Geraden liegt, die zur Teleskopachse windschief verläuft, über mehrere Messabläufe konstant bleibt. Der Ursprung des Laserdistanzers über dem Teleskop läßt sich problemlos innerhalb einer Millimeterabweichung wiederherstellen, aber die Richtung des Distanzmesserstrahles im Bezug zur Teleskopachse muß als nicht starres Parameterpaar aufgefaßt werden.

 

Die Voreinstellung:

Ab einer gewissen Distanz ist die Relation des Laserlichtpunktes zum angesprochenen Zielpunkt mit freiem Auge schwer erkennbar. Es ist eine Voreinstellung des Laserdistanzmessers im Aufsatz zu wählen, die über den

Anwendungsbereich des Laserdistanzmessers die Option bietet, daß der Laserpunkt durch das Teleskop beobachtet werden kann.

 

Das Verfahren zur Ermittlung von Lage und Richtung des Laserdistanzmesserstrahles in Bezug auf die Teleskopachse:

Einleitung:

Zur Umrechnung eines gespeicherten Datensatzes ist die Berücksichtigung von drei Ursprungsparametern, nämlich die Positionsangabe des Messursprunges des Distanzergebnisses im Verhältnis zum Schnittpunkt aller Achsen derTotalstation und der Teleskopachsenrichtung sowie zwei Richtungsparametern, nämlich die in zwei Komponenten aufgeteilte Richtungsdiskrepanz zur Fernrohrachse zu ermitteln.

Dieses Verfahren beruht auf der Überlegung, daß zwei Messpunkte auf dem Laserdistanzmesserstrahl die Gerade in der er liegt definieren. Der Durchstoßpunkt dieser Geraden durch die Normalebene zur Teleskopachse im   Schnittpunkt aller Achsen liefert zwei der drei genannten Ursprungsparameter. Der Abstand dieses Durchstoßpunktes zum 0-Punkt des Laserdistanzmessers ist der dritte Ursprungsparameter. Die Nichtparallelität des Laserdistanzmesserstrahles zur Teleskopachse wird als Winkel ermittelt, der in zwei Anteile zerlegt wird. Ein "Horizontal"-anteil nämlich die Projektion des Laserstrahles auf die durch Teleskopachse und Horizontalachse der Totalstation definiertete Ebene und ein "Vertikal"-anteil nämlich die Projektion des Laserstrahles auf die durch Teleskopachse und Vertikalachse der Totalstation definiertete Ebene. Die Bezeichnung der Anteile ist nur bei horizontaler Teleskopachse sinnvoll und verständlich und wurde deshalb unter "" gesetzt.

Der vollständige vermessungstechnische Ablauf:

Die Totalstation wird mit Aufsatz zum Messvorgang vorbereitet. Ein im weiten Distanzmessbereich des Laserdistanzmessers gekennzeichneter Punkt wird in beiden Messmodi gemessen und gespeichert. Ein im nahen Distanzmessbereich des Laserdistanzmessers und im fokusierbaren Bereich des Teleskopes gekennzeichneter Punkt wird in beiden Messmodi gemessen und gespeichert. Ende des Vorganges.

Der reduzierte vermessungstechnische Ablauf:

Sollte die Position des Laserdistanzers über dem Teleskop ausreichend genau (innerhalb einer Millimeterabweichung) bekannt sein - und dies ist je nach Anwendung des Geräteaufbaues möglicherweise der Regelfall, so genügt es, daß ein im weiten Distanzmessbereich des Laserdistanzmessers gekennzeichneter Punkt in beiden Messmodi gemessen und gespeichert wird.

 

 

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