Gleichzeitig-gegenseitige Zenitwinkelmessung über größere Entfernungen mit automatischen Zielsystemen

Abstract

Die Konstruktion von Messrobotern mit Videosensoren ermöglicht, dass die geodätischen Präzisionsmessungen hochgenau, zuverlässig und unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit durchgeführt werden können. Da in diesen geodätischen Instrumenten eine CCD-Kameraintegriert ist, erscheint es erstmals möglich, Refraktionseffekte „hochfrequent“ überkontinuierliche Zenitwinkelbeobachtungen zu bestimmen. In dieser Arbeit soll dargestellt werden, dass unter Verwendung von zwei Videotheodoliten sowie mit zwei identischen speziell angefertigten Zielmarken ein Messsystem mit vollautomatischer Zielerfassung zur hochfrequenten und streng synchronen Messung von gleichzeitig-gegenseitigen Zenitwinkel realisiert wurde. Durch das Verfahren von gleichzeitig-gegenseitigen Zenitwinkelmessungen mit Videotheodoliten wird gezeigt, dass unter bestimmten Voraussetzungen die trigonometrische Höhenübertragung in den Genauigkeitsbereich des geometrischen Feinnivellements vordringen kann. Es wird ein neues Modell entwickelt, welches mit hoher Frequenz die Zenitwinkelmessung erlaubt. Im Rahmen von Laboruntersuchungen wird die prinzipielle Funktionsfähigkeit des Messsystems gezeigt. Hieran schließen sich die Messungen unter realen Atmosphärenbedingungen in Feldversuchen an. Bei den Feldexperimenten auf kurzen Strecken konnten am Tage bei jeder Witterung ähnliche Genauigkeiten wie bei den Laborversuchen erzielt werden. Auf längeren Strecken erhält man entsprechende Ergebnisse nur bei Messungen in der Nacht oder bei bedecktem Himmel. Die Sessionslänge ist abhängig von der Streckenlänge, Tag/Nacht Messungen und den Witterungsbedingungen. Die Autokorrelationsfunktionen der Höhenunterschiede zeigten für verschiedene Messserien unterschiedliche Korrelationszeiten. Sie sind unabhängig von der Streckenlänge aber abhängig von äußeren Bedingungen. Es wird experimentell gezeigt, dass sich mit dem Modell inder Praxis Genauigkeiten von etwa 1mm bei extremen Wetterbedingungen und bei Höhenübertragungen über Wasserflächen mit Entfernungen bis zu 400 m erreichen lassen. Durch Berechnung mehrerer Nivellementschleifenschlüsse in einer vernetzten Messkonfiguration konnten die Genauigkeitsangaben zur Höhenübertragung bestätigt werden. Es werden Genauigkeiten erreicht, wie sie beim Feinnivellement gefordert werden. Schlussfolgerungen und Vorschläge zur weiteren Überprüfung und Minituriasierung des Messsystems beenden diese Arbeit.

The development of measurement robots with video sensors enabled that geodetic precision measurements can be conducted with a high precision and reliability and under the aspect of economy. Since in these geodetic instruments a CCD camera is integrated, it made for the first time possible to determine refraction effects with a high frequency using continuous zenith angle observations. In this work a measurement system with fully automatic target recognition was realized for high frequency and strictly synchronous observation of simultaneous reciprocal zenith angles using of two video theodolites as well as two identical particularly made targets. It can be shown that using simultaneous reciprocal zenith angle measurements with video theodolites for height determination can achieve the accuracy level of geometrical fine leveling under certain conditions. A new model is developed, which permits the zenith angle measurement with high frequency. In the context of laboratory tests the operability of the measurement system could be shown. Further experiments are conducted under real atmospheric conditions in field tests. With the field experiments similar accuracies could be obtained over short distances as with the lab tests by day under different weather conditions. Over long distances appropriate results can be obtained only when measurements are taken at night or under covered sky. The session length depends on the distance, day/night measurements and the weather conditions. The autocorrelation functions of the differences in height showed different correlation times for different measurement series. They are independent of the measurement distance, however, depend on outside conditions. It could be experimentally shown that with the model accuracies of approximately 1 mm can be achived in practice under extreme weather conditions and for height determination over water surfaces with distances up to 400 m. By computation of several leveling loops in a bridge network the precision requirements could be confirmed for height determination. Accuracies could be achieved that are usually demanded using geometrical leveling. Conclusions and suggestions on the further development and refinement of the measurement system conclude this work.