本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于確定表面的測(cè)量點(diǎn)的多個(gè)3d坐標(biāo)的包括掃描單元的測(cè)繪設(shè)備、根據(jù)權(quán)利要求12的用于確定3d坐標(biāo)的方法、以及根據(jù)權(quán)利要求14的無人駕駛飛行器，該無人駕駛飛行器能夠懸停以用作根據(jù)權(quán)利要求1的掃描單元的承載器。

背景技術(shù)：

用于登記例如建筑或地勢(shì)等的待測(cè)繪對(duì)象的地形例如以進(jìn)行測(cè)繪、測(cè)試或記錄的測(cè)繪設(shè)備被稱為例如掃描儀或斷面儀(profiler)。舉例而言，pct/ep2008/009010描述了通過使用運(yùn)動(dòng)測(cè)量波束而能夠快速和動(dòng)態(tài)地測(cè)量距離的裝置。應(yīng)用是與垂線對(duì)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)動(dòng)掃描儀或者斷面儀。在每種情況下，用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行三維測(cè)繪的測(cè)繪設(shè)備通過經(jīng)對(duì)象表面漫反射的所發(fā)射的激光輻射以及基于經(jīng)漫反射的激光輻射來測(cè)量的到目標(biāo)表面點(diǎn)的距離來登記對(duì)象的表面點(diǎn)的空間位置，即，其3d坐標(biāo)。為此，該測(cè)繪設(shè)備具有：具有激光波束源的掃描單元、用于旋轉(zhuǎn)激光輻射的偏轉(zhuǎn)裝置、用于登記經(jīng)漫反射的激光輻射的登記部件、以及檢測(cè)器或測(cè)距儀。該距離測(cè)量被鏈接到激光發(fā)射的角度或方向信息，從而登記點(diǎn)的空間位置可以根據(jù)這些距離和角度信息的項(xiàng)目確定并且對(duì)象的表面可以被連續(xù)地測(cè)繪。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這樣的表面測(cè)繪設(shè)備允許用戶完全地利用相對(duì)小的時(shí)間開支來登記大的表面和對(duì)象——依賴于所需要的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分辨率——并且可選地利用額外的對(duì)象信息，其中目標(biāo)點(diǎn)可以以非常高的速率被記錄，例如每秒幾十萬個(gè)點(diǎn)。因此，到多個(gè)點(diǎn)的距離能夠以依賴于相應(yīng)的掃描角度的方式在短時(shí)間段內(nèi)被登記。3d點(diǎn)云通過這樣的對(duì)多個(gè)點(diǎn)的測(cè)繪而生成，3d點(diǎn)云通過在公共坐標(biāo)系中具有已定義的點(diǎn)位置的一組點(diǎn)來表示對(duì)象表面的三維性質(zhì)。已登記的對(duì)象點(diǎn)和所得到的點(diǎn)云的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分辨率通過激光波束在表面上被旋轉(zhuǎn)的速度并且通過掃描速率來設(shè)置。舉例而言，在激光掃描儀的情況下，在100m的測(cè)量路徑上分辨率是1.0mm。

舉例而言，wo97/40342描述了通過以靜態(tài)方式設(shè)置的測(cè)繪設(shè)備來記錄地形的方法。對(duì)于這些設(shè)備，選擇了固定的設(shè)置點(diǎn)，其用作由馬達(dá)執(zhí)行的掃描過程的基礎(chǔ)，從而記錄或掃描位置(作為掃描單元相對(duì)于被掃描對(duì)象的位置)因此在掃描期間保持不變。通過到測(cè)量點(diǎn)的距離、在測(cè)量時(shí)刻的角度位置和裝置的已知位置，可得到相應(yīng)的表面點(diǎn)的三維空間信息。在這里，掃描儀或斷面儀系統(tǒng)，具體地它們的測(cè)距儀，是特別地針對(duì)登記地形的對(duì)象來設(shè)計(jì)的，并且通過運(yùn)動(dòng)掃描單元或者通過沿著一條軸線(斷面儀)或兩條軸線(掃描儀)改變波束路徑來掃描表面。

其他方法采用移動(dòng)式表面測(cè)繪設(shè)備，其通過設(shè)備的運(yùn)動(dòng)來掃描待登記的表面，或者幫助或補(bǔ)償掃描。pct/ep2014/059138公開了在測(cè)繪桿(垂直桿)上具有掃描單元的移動(dòng)式斷面儀，其作為承載器能夠被用戶承載或轉(zhuǎn)移。掃描單元具有激光器，所產(chǎn)生的激光波束是可繞著軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的，從而激光平面被掃過，其與待測(cè)繪的表面的交叉線產(chǎn)生多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量輪廓。此外，gnss接收器為了確定測(cè)繪設(shè)備的位置而附加于測(cè)繪桿。此外，測(cè)繪設(shè)備具有攝像頭模塊，其同樣被測(cè)繪桿承載并且可選地具有慣性測(cè)量單元(imu)。在這些裝置的幫助下，測(cè)繪桿的位置和取向被確定，并且例如掃描單元的位置和取向通過各單元相對(duì)于彼此的固定相對(duì)位置來確定。因此，將測(cè)繪設(shè)備或掃描單元關(guān)于表面的相對(duì)位置或運(yùn)動(dòng)考慮在內(nèi)，通過利用激光波束掃描能夠生成點(diǎn)云，其表示待測(cè)繪的對(duì)象的表面。移動(dòng)式或便攜式表面測(cè)繪設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是易于改變記錄位置，并且因此可能測(cè)繪例如非常廣大的或拉長(zhǎng)的表面。pct/ep2014/059138中公開的設(shè)備的缺點(diǎn)是攜帶這樣的設(shè)備對(duì)于用戶來說是累贅的，并且垂直桿是笨重的；對(duì)于更長(zhǎng)的測(cè)繪桿來說更加是這樣。同時(shí)，假若掃描單元能盡可能高地或遠(yuǎn)離地面地定位，那么將預(yù)期一些測(cè)繪問題，例如，諸如多層建筑或者位于遠(yuǎn)離地面處的對(duì)象這樣的高對(duì)象的3d坐標(biāo)的生成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的表面測(cè)繪設(shè)備，優(yōu)選地是3d掃描儀或斷面儀。

本發(fā)明的另一目的在于提供改進(jìn)了用戶操縱的移動(dòng)式表面測(cè)繪設(shè)備，優(yōu)選地是3d掃描儀或斷面儀。

本發(fā)明的另一目的在于提供具有改進(jìn)的可定位性的移動(dòng)式表面測(cè)繪設(shè)備，優(yōu)選地是3d掃描儀或斷面儀。

這些目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分的實(shí)現(xiàn)方式被實(shí)現(xiàn)。以另選的或有利的方式發(fā)展出本發(fā)明的特征可以從從屬權(quán)利要求中被收集。

本發(fā)明的主題是用于確定表面的測(cè)量點(diǎn)的多個(gè)3d坐標(biāo)的表面測(cè)繪設(shè)備，該表面測(cè)繪設(shè)備優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)成3d掃描儀或斷面儀?？蛇x地，該表面測(cè)繪設(shè)備實(shí)現(xiàn)成基于3d坐標(biāo)生成表示表面的3d點(diǎn)云。該表面測(cè)繪設(shè)備具有用于對(duì)表面進(jìn)行光學(xué)掃描的掃描單元。該掃描單元具有：用于發(fā)射光學(xué)的、相干且準(zhǔn)直的測(cè)量輻射的發(fā)送單元，所述測(cè)量輻射優(yōu)選地是激光輻射；用于在該表面上在至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)方向上掃描引導(dǎo)測(cè)量輻射的偏轉(zhuǎn)裝置；在每種情況下用于登記相對(duì)偏轉(zhuǎn)方向的裝置；以及用于檢測(cè)經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)反射的測(cè)量輻射的檢測(cè)器。在這里，相對(duì)偏轉(zhuǎn)方向被理解為在每種情況下測(cè)量輻射通過偏轉(zhuǎn)裝置的引導(dǎo)而發(fā)射的相對(duì)于掃描單元或相對(duì)于基準(zhǔn)方向的偏轉(zhuǎn)方向，所述基準(zhǔn)方向例如是零方向，其與表面測(cè)繪設(shè)備有關(guān)。此外，表面測(cè)繪設(shè)備具有用于確定掃描單元的位置和取向的裝置、以及具有表面測(cè)繪功能的控制和評(píng)估單元，該控制和評(píng)估單元用于控制掃描單元并且用于基于相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)方向和通過所檢測(cè)到的測(cè)量輻射得到的距離值來確定測(cè)量點(diǎn)的3d坐標(biāo)。在這里，距離是表面測(cè)繪設(shè)備或掃描單元與表面或者更準(zhǔn)確地說該表面上相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)之間的間隔。此外，表面測(cè)繪設(shè)備具有用于承載掃描單元和用于確定位置和取向的裝置的至少一部分的承載器。

根據(jù)本發(fā)明，承載器被實(shí)現(xiàn)成無人駕駛飛行器，其能夠懸停并且包括引線，該引線在其一端被連接到飛行器并且能夠在另一端被用戶保持。該引線被提供用于由用戶引導(dǎo)空中的飛行器，并且飛行器在空中的位置由引線的有效長(zhǎng)度預(yù)先確定，所述長(zhǎng)度優(yōu)選地可由用戶改變。優(yōu)選地，飛行器的對(duì)準(zhǔn)同樣通過引線被預(yù)先確定。在這里，引線的有效長(zhǎng)度應(yīng)該被理解為引線在飛行器和其用戶保持點(diǎn)之間具有的長(zhǎng)度。引線的完整長(zhǎng)度可以與其對(duì)應(yīng)，但是在可改變有效長(zhǎng)度的情況下更大，從而例如一些引線可以被用戶卷起以減少有效長(zhǎng)度。舉例而言，引線的長(zhǎng)度接近一米到幾米，尤其對(duì)于被提供用于室內(nèi)的測(cè)繪設(shè)備來說，并且對(duì)于室外測(cè)量來說長(zhǎng)達(dá)幾十米，在室外測(cè)量的情況下，長(zhǎng)達(dá)接近80m-100m的線長(zhǎng)度同樣是可預(yù)見的。

因此，根據(jù)本發(fā)明，表面測(cè)繪設(shè)備的一部分尤其是掃描單元由能夠懸停的飛行器承載，從而，利用通過引線由用戶預(yù)先確定的飛行器的位置并且因此利用掃描單元的位置，掃描單元在空中是可定位的，所述位置包括其在地面上方或在用戶位置上方的高度。此外，飛行器可通過引線被用戶引導(dǎo)，從而掃描單元可以以運(yùn)動(dòng)的方式穿過空氣被用戶帶到在空中需要的位置，例如通過用戶奔跑到所需要的位置的地面突起物或其附近并且保持或拉住引線。引線因此用作控制飛行器的主要的或優(yōu)選的元件，至少與平移有關(guān)。這有利地使得位置以改進(jìn)的方式可被掃描單元獲得，并且因此使得表面以改進(jìn)的方式可被掃描單元測(cè)量，所述位置或表面通過使用例如牢固地安置在地面上或者被測(cè)繪桿承載的來自現(xiàn)有技術(shù)的表面測(cè)繪設(shè)備是不可獲得達(dá)到的或者只可不佳地達(dá)到的。舉例而言，這允許對(duì)詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行3d測(cè)量，如常常在歷史結(jié)構(gòu)或建筑的情況下可以看到的，所述詳細(xì)的結(jié)構(gòu)并不位于地面附近。此外，本發(fā)明提供了與高大或龐大的對(duì)象的室內(nèi)和室外兩種表面測(cè)量有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，所述對(duì)象諸如教堂、城堡、紀(jì)念碑、工業(yè)建筑(冶煉廠或車間)、重型機(jī)械、飛機(jī)或船舶。

根據(jù)本發(fā)明，引線還是導(dǎo)電的。在一些實(shí)施方式中，在此情況下，其用作用于向表面測(cè)繪設(shè)備位于空中的部件尤其是飛行器(特別地如果后者是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的)和/或掃描單元供應(yīng)能量的電源纜線。另選地或另外地，引導(dǎo)引線的導(dǎo)電性用于傳送控制和/或數(shù)據(jù)信號(hào)，從而引線用作從和/或到表面測(cè)繪設(shè)備的位于空中的部件的數(shù)據(jù)或信號(hào)纜線。舉例而言，除了上面描述的主要控制或引導(dǎo)以外，這允許電控制信號(hào)可以機(jī)械的方式通過引線從用戶向飛行器和/或掃描單元傳送，和/或?qū)?shù)據(jù)從掃描單元向用戶單元傳送，尤其是諸如已登記的偏轉(zhuǎn)方向或距離值的測(cè)量數(shù)據(jù)或3d坐標(biāo)。

在這里，用戶單元是測(cè)繪設(shè)備的一部分，并且例如實(shí)現(xiàn)成便攜式現(xiàn)場(chǎng)控制器，其優(yōu)選地連接到用作纜線的引線或者另選地與測(cè)繪設(shè)備的其他單元進(jìn)行無線通信。另選地，其為諸如智能手機(jī)或平板電腦這樣的外部用戶單元。在這里，表面測(cè)繪設(shè)備，優(yōu)選地引線，可選地具有用于連接外部用戶單元的接口(諸如例如usb的有線接口、或者諸如例如藍(lán)牙的無線接口)。

由于承載器促進(jìn)了用于掃描位置或者掃描單元的位置和取向的六自由度，用于確定位置和取向的裝置以適用于得到或建立承載器或掃描單元的六自由度的方式實(shí)現(xiàn)。在此情況下，可選的是，優(yōu)選地在實(shí)現(xiàn)成斷面儀的實(shí)施方式中，為了獲得位置和取向值作為可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從而這些數(shù)據(jù)是永久可用的，具體地在測(cè)量完成并且掃描單元(或測(cè)量對(duì)象)的平移的和/或轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度或者位置和/或取向的改變被測(cè)量并且測(cè)量到的加速度在確定對(duì)象或表面的3d坐標(biāo)時(shí)被考慮在內(nèi)之后永久可用，可選的是用于確定位置和取向的裝置被實(shí)現(xiàn)成對(duì)位置和取向的主動(dòng)確定，優(yōu)選地以連續(xù)的方式主動(dòng)確定。另選地或另外地，為了穩(wěn)定飛行器的飛行，裝置實(shí)現(xiàn)成對(duì)位置和取向的連續(xù)被動(dòng)確定。在被動(dòng)確定的情況下，位置和取向值可以因此被當(dāng)做易失性的、非永久的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)瞬時(shí)地用于優(yōu)化飛行器的飛行動(dòng)作，并且可以在其后被丟棄。

可選地，用于確定位置和取向的裝置具有在承載器側(cè)的用于連續(xù)測(cè)量加速度和/或轉(zhuǎn)動(dòng)速率和/或磁調(diào)準(zhǔn)的傳感器。舉例而言，裝置具有3軸加速度傳感器、3軸陀螺儀、傾斜傳感器或慣性測(cè)量單元(imu)。此外，在該選項(xiàng)的范圍內(nèi)，該裝置具有用于在基于攝像頭的獨(dú)立定位的范圍內(nèi)連續(xù)記錄圖像序列的圖像的至少一個(gè)攝像頭、和/或用于連續(xù)接收位置基準(zhǔn)信號(hào)的接收器，所述位置基準(zhǔn)信號(hào)具體地是gnss信號(hào)和/或準(zhǔn)衛(wèi)星信號(hào)。此外，控制和評(píng)估單元被實(shí)現(xiàn)成執(zhí)行算法，優(yōu)選地是狀態(tài)估計(jì)算法，尤其是基于卡爾曼濾波器的，所述算法用于基于來自傳感器和來自攝像頭和/或信號(hào)接收器這兩者的連續(xù)建立的數(shù)據(jù)(即，例如測(cè)量到的其加速度值)連續(xù)計(jì)算位置和取向，計(jì)算優(yōu)選地被實(shí)時(shí)執(zhí)行。

在根據(jù)上面所描述的選項(xiàng)的實(shí)施方式中，包括用于基于攝像頭的獨(dú)立定位的攝像頭，算法——控制和評(píng)估單元被實(shí)現(xiàn)成執(zhí)行該算法——被實(shí)現(xiàn)成借助于在圖像序列的至少兩個(gè)圖像中登記的表面點(diǎn)基于反切法(resection)確定圖像序列中的圖像的位置和取向。在這里，算法優(yōu)選地具有運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(structure-from-motion,sfm)或slam算法，或者這樣的例程是算法的一部分。可選地，表面點(diǎn)通過特征提取算法和/或跟蹤算法來選擇以用于反切法。

在一些實(shí)施方式中，飛行器是被動(dòng)式的，即沒有驅(qū)動(dòng)或控制裝置。在這里，飛行器優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)成例如充滿氦氣的氣球。這樣的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)主要在于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和低能量消耗，并且因此在于小的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)和維修成本。

相比之下，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，飛行器具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(馬達(dá)或旋翼)和/或控制裝置，例如方向舵或旋翼，其用于主動(dòng)適應(yīng)由引線的有效長(zhǎng)度預(yù)先確定的位置和/或?qū)?zhǔn)。優(yōu)選地，這樣的主動(dòng)式飛行器實(shí)現(xiàn)成浮空器或飛艇，即，實(shí)現(xiàn)成其中至少部分地通過填充氣體來獲得升力的飛行器，或者實(shí)現(xiàn)成多旋翼飛行器(multicoper)，即，由旋翼生成升力的飛行器。利用主動(dòng)式飛行器作為承載器，本發(fā)明提供了另外的優(yōu)點(diǎn)。與完全自由飛行的以及例如無線電控制的飛行器作為承載器相比，即，其中——與測(cè)繪桿作為承載器完全對(duì)比——不存在用戶的機(jī)械引導(dǎo)并且沒有相對(duì)接近用戶的引導(dǎo)，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了操縱或引導(dǎo)并且更安全，從而即使對(duì)飛行控制沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶也能夠操縱測(cè)繪設(shè)備，并且改進(jìn)來例如在室內(nèi)尤其是在碰撞風(fēng)險(xiǎn)高的相對(duì)小的或扭曲的房間中的使用或者甚至使得該使用成為可能。

與具有被動(dòng)式飛行器的實(shí)施方式相比，優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)實(shí)施方式的這樣的主動(dòng)式飛行器促進(jìn)了對(duì)定位和/或?qū)?zhǔn)的主動(dòng)適應(yīng)，其應(yīng)該被理解為例如掃描單元在待測(cè)繪的表面上的對(duì)準(zhǔn)，從而獲得了例如測(cè)量點(diǎn)或3d點(diǎn)云的點(diǎn)均勻的或較少不規(guī)則的分布。換句話說，這使得可能以優(yōu)化的方式例如定向或定位掃描平面，從而例如使得如在例如pct/ep2014/059138中公開的用于掃描單元的內(nèi)部對(duì)準(zhǔn)修正的裝置不再必要。這樣的裝置可以可選地被提供，尤其在純被動(dòng)式飛行器的情況下。此外，飛行器的位置以及因此掃描單元的位置可以在由引線預(yù)先確定的運(yùn)動(dòng)自由的范圍內(nèi)有利地小程度地改變；也就是說，存在對(duì)微定位的適應(yīng)，例如所述微定位的適應(yīng)用來繞過視線障礙導(dǎo)航或者用來使得在僅通過引線定位的情況下不能夠被測(cè)繪(因?yàn)閮H在完全被動(dòng)式飛行器的情況下才是可能的)的區(qū)域?qū)τ跍y(cè)量輻射并且因此對(duì)于掃描可感知的或可訪問。舉例而言，這使得能夠測(cè)繪難以接近的建筑的角落或洞穴狀的小空間。

對(duì)定位和對(duì)準(zhǔn)的主動(dòng)適應(yīng)可選地基于用戶的控制命令來執(zhí)行，其中控制命令優(yōu)選地通過用戶單元發(fā)出，該用戶單元特別是智能手機(jī)或平板電腦。在這里，控制命令可選地通過多點(diǎn)觸摸輸入和/或通過在用戶單元的觸敏的用戶區(qū)域上移動(dòng)用戶單元來輸入。另選地或另外地，用戶單元具有例如操縱桿或方向手柄。如另外另選的，飛行器和/或掃描單元以非接觸的方式通過手勢(shì)被用戶控制，為了這個(gè)目的，控制和評(píng)估單元具有手勢(shì)控制功能，從而所記錄的用戶的手運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)圖像可解釋為控制命令，并且對(duì)應(yīng)的控制命令能夠被輸出到飛行器和/或掃描單元。舉例而言，攝像頭被布置在承載器上，例如在飛行器的較低側(cè)上，該攝像頭在用戶或用戶手以及手的連續(xù)登記的圖像的方向上對(duì)準(zhǔn)，從而，例如在一個(gè)方向上的快速的手運(yùn)動(dòng)被識(shí)別為用于在該方向上通過其驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)飛行器的命令。為了改進(jìn)識(shí)別，用戶手可以在此情況下有幫助，例如光學(xué)標(biāo)記的承載器?？蛇x地，控制由用戶執(zhí)行，其中通過將引線與飛行器的連接實(shí)現(xiàn)成控制模塊從而由用戶控制的引線狀態(tài)上的變化，具體地是所施加的拉力和/或拉力的方向的變化，使得能夠?qū)⒖刂泼顝挠脩糨敵龅斤w行器優(yōu)選地用于主動(dòng)改變位置和/或?qū)?zhǔn)、和/或輸出到掃描單元，具體地用于開始和/或終結(jié)掃描過程。

此外，對(duì)定位和/或?qū)?zhǔn)的主動(dòng)適應(yīng)另選地或另外地由被編程到控制和評(píng)估單元中用于飛行器的半自主的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)(半自主在獨(dú)立運(yùn)動(dòng)總是在引線的指示位置指示的范圍內(nèi)起作用的限度內(nèi))的路線來執(zhí)行。舉例而言，這樣的路線包括沿著預(yù)先確定的軌跡運(yùn)動(dòng)，例如以適應(yīng)于待測(cè)繪的對(duì)象的類型的方式。因此，例如，在內(nèi)部空間完全在地形意義上待登記的情況下，優(yōu)選地在實(shí)現(xiàn)成斷面儀的實(shí)施方式的情況下，可以存在飛行器繞著豎直軸近似360°的自主轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，另選地或另外地，存在基于來自控制和評(píng)估單元的控制命令對(duì)定位和/或?qū)?zhǔn)的適應(yīng)，其基于來自飛行器的傳感器的當(dāng)前測(cè)量值，當(dāng)前測(cè)量值具體地是加速度值和/或距離值。因此，控制和評(píng)估單元進(jìn)而針對(duì)自動(dòng)適應(yīng)實(shí)現(xiàn)，其回應(yīng)于已登記的傳感器值而被進(jìn)行，傳感器值例如距離值或傾斜值。因此，例如，為了優(yōu)化測(cè)量值登記，存在對(duì)到測(cè)量表面的距離的自動(dòng)適應(yīng)，或者因此避免與障礙物或測(cè)量對(duì)象的碰撞。

由于當(dāng)執(zhí)行表面測(cè)繪時(shí)的一個(gè)問題是原則上需要非常高的計(jì)算能力以三維地登記和處理表面的點(diǎn)云，特別是如果已登記的掃描線由于測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)意圖被整理，那么如果該計(jì)算能力是“徹底地”“外包的”則是有利的，即，例如外包給由用戶設(shè)置的用戶單元。因此，測(cè)繪的原始數(shù)據(jù)(3d坐標(biāo)或偏轉(zhuǎn)方向值、以及作為這些的基礎(chǔ)的距離值、或者作為偏轉(zhuǎn)方向值和距離值的基礎(chǔ)的直接檢測(cè)器值)可選地經(jīng)由作為數(shù)據(jù)纜線的引線(或者另選地通過藍(lán)牙、wlan或諸如此類的無線地)被傳輸?shù)接脩魡卧⑶疫@些原始數(shù)據(jù)由用戶單元評(píng)估。

該數(shù)據(jù)傳送優(yōu)選地“在飛行中”執(zhí)行，也就是說即使在原地或者在測(cè)繪過程期間。在這里，評(píng)估優(yōu)選地包括生成基于3d坐標(biāo)的3d點(diǎn)云，同時(shí)該點(diǎn)云被圖形化地顯示在用戶單元的顯示器上。因此，用戶仍然具有作為在原地的或者在由被引導(dǎo)的承載器管理的測(cè)量值記錄期間或緊接在其完成之后的測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)云可用(至少部分地或作為近似的點(diǎn)云)。舉例而言，這還有利地使得即使在原地時(shí)甚至在對(duì)建筑的室內(nèi)或室外區(qū)域的檢查或測(cè)繪的情況下可能使用測(cè)量結(jié)果，例如對(duì)整個(gè)內(nèi)部或外部覆蓋物的圖形化顯示?？蛇x地，這還使得對(duì)于用戶來說能夠例如直接進(jìn)行測(cè)繪的第一評(píng)估，并且能夠例如執(zhí)行對(duì)顯現(xiàn)為高度相關(guān)的或者被錯(cuò)誤地測(cè)繪表的面區(qū)域額外的表面測(cè)繪(其中測(cè)量結(jié)果因此自然不必需要作為3d點(diǎn)云呈現(xiàn)，而是可以例如是以表格形式輸出)。另選地或例外地，這樣的評(píng)估或評(píng)價(jià)仍然以半自動(dòng)或全自動(dòng)的方式在原地由控制和評(píng)估單元執(zhí)行。舉例而言，表面測(cè)繪功能附加地以這樣的方式被實(shí)現(xiàn)以至于被自動(dòng)評(píng)價(jià)為特別關(guān)注(關(guān)注區(qū)域，roi)、遭受錯(cuò)誤的、或具有縫隙的區(qū)域(例如由于掃描陰影或點(diǎn)覆蓋過低，例如在非?；蔚膮^(qū)域中)在3d坐標(biāo)組中或者在對(duì)應(yīng)的3d點(diǎn)云中被識(shí)別。這樣的識(shí)別或評(píng)價(jià)的結(jié)果在用戶單元上被表示給用戶，例如通過3d點(diǎn)云的圖形化顯示中的照片(彩色標(biāo)記、箭頭或諸如此類的)或者通過文字通知從而用戶被適當(dāng)?shù)馗嬷⑶铱梢阅軌蛟谛枰獣r(shí)通過丟棄指示或通知(如果他不認(rèn)為區(qū)域特別相關(guān))、或者通過執(zhí)行針對(duì)這些roi利用掃描單元的另外的測(cè)繪來做出反應(yīng)，該另外的測(cè)繪即二次掃描。另選地或另外地，roi被用戶識(shí)別，為了這個(gè)目的，他在點(diǎn)云的圖形化顯示中例如在用戶單元的觸摸屏上做出標(biāo)記，并且控制和評(píng)估單元基于該用戶輸入針對(duì)二次掃描生成適當(dāng)?shù)目刂泼?。作為另外的另選或者另外的附加，在一種發(fā)展方式中，優(yōu)選地在具有作為承載器的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的飛行器(例如浮空器、多旋翼飛行器)的實(shí)施方式的情況下，存在通過對(duì)roi的自動(dòng)二次掃描以全自動(dòng)的方式利用自動(dòng)的或人工的roi識(shí)別，為了這個(gè)目的，在需要時(shí)，表面測(cè)繪設(shè)備被控制和評(píng)估單元引導(dǎo)到在以這種方式開發(fā)的表面測(cè)繪功能的范圍內(nèi)的位置上，從所述位置存在對(duì)roi的另外掃描。在這里，作為選項(xiàng)，飛行器的該全自動(dòng)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)可以在沒有用戶引導(dǎo)的情況下被完全執(zhí)行，即用戶(通過引線)對(duì)飛行器的引導(dǎo)被暫時(shí)放棄，即，僅對(duì)于有限量的時(shí)間、并且僅在對(duì)特別相關(guān)的表面區(qū)域的定向的二次或額外的測(cè)繪對(duì)象的有限范圍內(nèi)，并且自行運(yùn)動(dòng)的飛行器不時(shí)地進(jìn)行自主行動(dòng)、或自主運(yùn)動(dòng)、或自主定位。舉例而言，用戶為此釋放引線，其中引線可以被飛行器卷收。還可想到的是，引線被從飛行器卸掉并且飛行器在對(duì)一個(gè)或多個(gè)roi的測(cè)繪完成之后自動(dòng)地去往降落位置。

作為另外的選項(xiàng)，表面測(cè)繪設(shè)備除了掃描單元之外還具有另外的表面測(cè)量單元，例如紅外攝像頭和/或熱成像攝像頭。使用這樣的實(shí)施方式，能夠以聯(lián)合的方式執(zhí)行針對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象、或者獲得不同類型的關(guān)于待測(cè)繪的表面信息，從而例如在因此開發(fā)的表面測(cè)繪功能的范圍內(nèi)，將基于掃描單元的3d坐標(biāo)生成的3d點(diǎn)云(或者各3d坐標(biāo)本身)與另外的表面測(cè)量單元的測(cè)量值鏈接。因此，給用戶提供額外的優(yōu)點(diǎn)：獲得額外信息，例如，按照使得3d點(diǎn)云的圖形化顯示另外包含關(guān)于顯示表面的溫度的信息的方式。

作為另外的選項(xiàng)，飛行器具有備用能量源，從而在例如通過實(shí)現(xiàn)成電力纜線的引線被連接的主能量源故障或意外松脫的情況下，能夠完成測(cè)量任務(wù)或至少受控終止。

本發(fā)明的主題另外涉及用于使用根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備來確定表面的測(cè)量點(diǎn)的多個(gè)3d坐標(biāo)的方法，該方法包括通過具有已定義的偏轉(zhuǎn)方向的光學(xué)、相干且準(zhǔn)直的測(cè)量輻射對(duì)表面的測(cè)量點(diǎn)的光學(xué)掃描，所述測(cè)量輻射具體地是激光輻射，具體地該光學(xué)掃描是逐點(diǎn)的、空間上可移位的。此外，方法包括基于檢測(cè)到的經(jīng)反射的測(cè)量輻射來得到距離值并且基于該距離值和偏轉(zhuǎn)方向來確定3d坐標(biāo)。

優(yōu)選地，3d點(diǎn)云基于至少一些3d坐標(biāo)生成，即使是在掃描期間?？蛇x地，存在在顯示器上對(duì)所生成的3d點(diǎn)云的圖形化輸出，所述顯示器例如諸如平板電腦或智能手機(jī)的用戶單元。作為另外的選項(xiàng)，如上面已經(jīng)描述的，存在對(duì)3d點(diǎn)云的特別相關(guān)的區(qū)域(關(guān)注區(qū)域，roi)的自動(dòng)識(shí)別，其中，特別地在顯示器上存在特別相關(guān)的區(qū)域的圖形化顯示，和/或存在使用表面測(cè)繪設(shè)備對(duì)特別相關(guān)的區(qū)域的自動(dòng)二次掃描。

本發(fā)明的另外的主題涉及存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或通過電磁波體現(xiàn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼，特別是如果程序在根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備的控制和評(píng)估單元中和/或在與其連接的外部用戶單元中被執(zhí)行。

本發(fā)明的另外的主題涉及無人駕駛飛行器的用于承載根據(jù)本發(fā)明的掃描單元的用途，所述無人駕駛飛行器能夠懸停并且包括用于由用戶引導(dǎo)空中的飛行器的引線，其中飛行器在空中的位置由引線的有效長(zhǎng)度預(yù)先確定。

附圖說明

根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪設(shè)備和根據(jù)本發(fā)明的方法以純粹示例性的方式基于特定的示例性實(shí)施方式在下面被更詳細(xì)地描述，所述實(shí)施方式在附圖中被示意性地例示，同時(shí)本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)同樣詳細(xì)地被討論。具體地：

圖1a、圖1b示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的表面測(cè)繪設(shè)備；

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備的第一實(shí)施方式；

圖2b示出了通過根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備生成的3d點(diǎn)云的示例；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備的第二實(shí)施方式；并且

圖4a、圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備的其他實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1a示出了在使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的靜態(tài)的表面測(cè)繪設(shè)備掃描對(duì)象10的表面時(shí)的用戶100，所述對(duì)象在該示例中是房屋，所述表面測(cè)繪設(shè)備在該示例中是地面激光掃描儀101，所述表面測(cè)繪設(shè)備具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)對(duì)象10的對(duì)象表面進(jìn)行3d測(cè)繪的表面測(cè)繪功能。表示對(duì)象10的表面7的3d點(diǎn)云通過這樣的3d測(cè)繪來生成。在這里，激光掃描儀101包括被實(shí)現(xiàn)成掃描單元104的掃描單元，所述掃描單元附接于作為承載器的三腳架103，并且所述掃描單元發(fā)射作為光學(xué)測(cè)量輻射的激光波束14，其通過具有繞著兩個(gè)軸線偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)裝置在房屋表面7上以掃描方式而被引導(dǎo)，從而掃描測(cè)量點(diǎn)15(為了簡(jiǎn)明起見，很多連續(xù)掃描線中僅一條的僅一部分在圖中描繪)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這樣的激光掃描儀101使得能夠高準(zhǔn)確度地并且在非常短的時(shí)間段內(nèi)基于檢測(cè)到的經(jīng)反射的測(cè)量輻射和檢測(cè)到的所發(fā)射的測(cè)量輻射的偏轉(zhuǎn)方向從(掃描單元的)位置106登記幾百萬個(gè)表面點(diǎn)15的3d坐標(biāo)。

在此，缺點(diǎn)是由于位置106接近于地面，必須在房屋10與掃描儀101之間選擇相對(duì)大的距離。在距離較小的情況下，到房屋墻壁的上部區(qū)域中的表面點(diǎn)的查看或記錄角度常常是如此不適宜的以至于3d點(diǎn)云的準(zhǔn)確度由此變差和/或出現(xiàn)非常不規(guī)則的點(diǎn)網(wǎng)格，從而所生成的3d點(diǎn)云具有強(qiáng)烈變化的點(diǎn)密度(掃描線在房屋墻壁的上部部分區(qū)域中的測(cè)量點(diǎn)15之間具有比在其下部部分區(qū)域中大的間隔)。然而，由于例如狹窄街道的結(jié)構(gòu)條件，并不總是可能具有自對(duì)象10的大距離，或者所述大距離是不利的，如示例中所描繪的，因?yàn)橹T如例如樹木51的對(duì)象位于位置106和對(duì)象10之間，所述對(duì)象導(dǎo)致“掃描陰影”51a，在所述掃描陰影內(nèi)房屋墻壁上點(diǎn)不可登記。進(jìn)而，所生成的點(diǎn)云包括在干擾對(duì)象51的表面上的點(diǎn)，而不是所需要的房屋10的表面點(diǎn)。此外，與所選擇的距離無關(guān)，不利的是甚至不可能從接近于地面的位置106測(cè)繪對(duì)象10的頂側(cè)，即在該示例中不能夠掃描房屋10的屋頂11。此外，如果房屋墻壁不是平面(如所例示的)而是具有例如墻壁突出物或凸臺(tái)57，其上部邊緣同樣地不能夠從接近于地面的位置106測(cè)繪，并且窗臺(tái)57在向上的方向上生成另外的掃描陰影，所述掃描陰影遮蔽了房屋表面7的另外部分。

圖1b示出了實(shí)現(xiàn)成移動(dòng)式斷面儀110的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另外的表面測(cè)繪設(shè)備。斷面儀110具有測(cè)繪桿113，其用作掃描單元114的承載器。表面測(cè)繪設(shè)備110并且因此掃描單元的位置116能夠通過測(cè)繪桿113被用戶100改變；然而，該改變不利地局限于水平面。掃描單元114發(fā)射可繞著軸線偏轉(zhuǎn)的激光波束14，地在示例中是近似豎直偏轉(zhuǎn)，從而，特別地，沿著作為待測(cè)量表面7的地面的線，測(cè)量點(diǎn)15的地面輪廓可被登記。(另選地，激光波束14是可水平旋轉(zhuǎn)的從而水平輪廓是可被登記，或者是可繞著具有任何其他對(duì)準(zhǔn)方向的軸線旋轉(zhuǎn))。作為用戶100在測(cè)繪期間四處奔跑的結(jié)果，可連續(xù)生成二維地面輪廓，其中，為了在單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)之間相互鏈接并且因此為了生成3d點(diǎn)云，測(cè)繪設(shè)備100在示例中具有攝像頭模塊118，所述攝像頭模塊通過用于對(duì)測(cè)繪桿113或掃描單元114的6dof確定的基于攝像頭的獨(dú)立定位連同gnss天線119以及另外的位置或加速傳感器(在這里未描繪)起作用。在圖1b中，掃描單元114被集成在模塊114的殼體中。此外，控制器單元105在根據(jù)圖1b的示例中通過纜線連接，所述控制器單元例如用來控制掃描過程。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這樣的斷面儀110的缺點(diǎn)是，雖然存在與根據(jù)圖1a的設(shè)備相比架高的掃描位置116，所述掃描位置仍然不足以掃描位于遠(yuǎn)高于地面的高的對(duì)象。對(duì)地面輪廓的生成的另外地缺點(diǎn)是，如在這里描繪的，掃描桿113遮蔽了一些地面(在激光波束14的完全豎直對(duì)準(zhǔn)的情況下，gnss天線119將相反地向上遮蔽)。此外，攜帶長(zhǎng)的并且頭重的測(cè)繪桿113對(duì)于用戶100是累贅的。

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備1，其具有用于對(duì)對(duì)象10的表面7進(jìn)行3d測(cè)繪的表面測(cè)繪功能。表面測(cè)繪設(shè)備1具有用于通過測(cè)量輻射14來掃描表面的掃描單元4，即，用于生成3d掃描或3d輪廓，所述掃描單元由能夠懸停的無人駕駛飛行器承載——在該示例中是填充了氣體的氣球3a。在這里，氣球3a被緊固于由用戶100保持的引線2。氣球3a懸停的高度在在此情況下由引線2的長(zhǎng)度設(shè)置，同時(shí)引線2至少被輕微拉緊(其中懸停的高度自然還依賴于用戶100的高度和手臂的位置，并且氣球3a的氣體填充還可以精確地確定皮重(tared)以至于所需要的懸停高度由氣球3a保持而無需引線2中的拉力)。在這里，作為純被動(dòng)式飛行器的氣球3a提供了非常簡(jiǎn)單的、以及非常容易由用戶100可控制地操縱的優(yōu)點(diǎn)——除了諸如強(qiáng)烈的室外陣風(fēng)的周圍事物的不適宜的干擾。通過引線2，氣球3a能夠被用戶100保持在所需要的高度上以及并且通過選擇用戶的位置53被保持在所需要的平面位置上，從而掃描單元4可被定位在所需要的位置6。因此，引線2用于氣球3a由用戶100引導(dǎo)，其中引線2的長(zhǎng)度預(yù)先確定了氣球3a在空中的高度(氣球3a上升一直到在拉緊狀態(tài)下的引線2的長(zhǎng)度所允許的程度為止)，并且通過對(duì)用戶位置53的選擇來預(yù)先確定所述氣球的水平位置，即，總體來說對(duì)所述氣球在空中的定位。可選地，飛行器3a的對(duì)準(zhǔn)同樣是通過引線2由用戶100可預(yù)先確定，例如通過轉(zhuǎn)動(dòng)引線2。

因此，通過根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪裝置1，能夠非常容易地在三個(gè)平移自由度上以及同樣可選地在三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上改變掃描位置6，并且因此能夠以遠(yuǎn)比使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置時(shí)少的限制來選擇掃描單元4的位置6。因此，可能繞過例如查看障礙物或者登記否則不能夠被掃描的區(qū)域，諸如例如墻壁凸臺(tái)57的上部邊緣。通過根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪設(shè)備1，還能夠以分離的方式并且從接近的位置簡(jiǎn)單地測(cè)繪待測(cè)繪對(duì)象10的單獨(dú)細(xì)節(jié)，特別是那些并不位于接近于地面處的細(xì)節(jié)，例如在建筑10的情況下是外觀裝飾。本發(fā)明還提供了優(yōu)點(diǎn)，特別地，在小面積地勢(shì)測(cè)繪或者在生成小面積地勢(shì)地形或輪廓時(shí)的情況下，該情況不可能從地面上的位置執(zhí)行，并且對(duì)于該情況來說通過飛機(jī)的測(cè)繪將需要過多開支。同樣地，例如在諸如車間地面或教堂的具有非常高的房間高度的建筑中，優(yōu)點(diǎn)由根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪設(shè)備1用于室內(nèi)測(cè)繪而顯現(xiàn)。舉例而言，因此可能掃描主教座堂的內(nèi)部(特別有利地從不但相對(duì)于水平軸而且相對(duì)于豎直軸的中央位置6，即在房間的三維中心)，并且在過程中還能夠以準(zhǔn)確的并且至少大體完整的方式測(cè)繪具體地單獨(dú)元件的表面，甚至在使用現(xiàn)有技術(shù)的裝置無法被登記或者只有通過巨大的開支才能被登記的這樣的高度上，或者使用自由飛行的飛行器作為測(cè)繪單元4的承載器對(duì)所述單獨(dú)元件的表面的測(cè)繪將被視作過于危險(xiǎn)。然而，例如在質(zhì)量控制、狀態(tài)檢查或逆向工程的范圍內(nèi)，通過使用根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪裝置1，還使得例如船體、重型機(jī)械或火箭殼體的其他非常大或高的對(duì)象對(duì)于以簡(jiǎn)化的或改進(jìn)的方式的測(cè)繪可用。

在本示例中，用戶100能夠以以下方式選擇氣球3a懸停的高度，房屋10的側(cè)面可以在不看到障礙物的情況下利用理想的記錄角度被掃描。為此，如所例示的，氣球3a通過引線2被用戶100定位在例如靠近樹木51、大約在房屋10與樹木51之間、到房屋一半高的位置。另外地或另選地，從更高的位置6對(duì)房屋10進(jìn)行測(cè)繪以能夠掃描房屋屋頂11。因此，氣球3a可以通過引線2定位在所需要的高度上。此外，在(用戶100他自己的)一個(gè)運(yùn)動(dòng)52a(或者從引線的制導(dǎo)顯現(xiàn)的氣球3a和掃描單元4的運(yùn)動(dòng)52b)中，掃描單元4通過引線2在房屋10的周圍被用戶100引導(dǎo)，以因此測(cè)繪整個(gè)對(duì)象表面7。

在這里，測(cè)繪設(shè)備1具有用于確定掃描單元4或飛行器3a的位置和取向的裝置。在示例中，該裝置用于主動(dòng)確定，即掃描單元4的位置和取向以以下方式被明確地確定，其值可用作可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，例如被存儲(chǔ)在用戶單元5的永久存儲(chǔ)器中。掃描單元4的位置6和取向的路線因此在連續(xù)的主動(dòng)確定期間并且因此在生成3d點(diǎn)云時(shí)被存儲(chǔ)并且被用于例如鏈接單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)15。不但例如作為前述運(yùn)動(dòng)52a和52b的結(jié)果，而且如果掃描單元4的位置6和/或?qū)?zhǔn)在掃描過程期間由于干擾外部影響(風(fēng)、用戶100的不當(dāng)運(yùn)動(dòng))而不完全穩(wěn)定的話，位置6和取向改變。用于確定位置和取向(側(cè)滾、俯仰、偏航)的裝置具有位于在示例中在承載器的部分上的、例如在氣球3a處或在氣球3a上的慣性測(cè)量單元(imu)和用于連續(xù)圖像記錄的攝像頭(在這里未被描繪)，其中攝像頭的圖像用于基于攝像頭的獨(dú)立定位。裝置可以除了攝像頭之外或作為攝像頭的替代具有g(shù)nss天線?？刂坪驮u(píng)估單元在這里實(shí)現(xiàn)成通過算法使用來自imu的連續(xù)測(cè)量的值(加速度信息)、以及攝像頭圖像或獨(dú)立定位(和/或在需要時(shí)使用gnss信號(hào))來連續(xù)地確定掃描單元4或飛行器3a的位置和取向。算法優(yōu)選地是狀態(tài)估計(jì)器，例如是基于卡爾曼濾波器的。在這里可選地使用slam(即時(shí)定位與映射)算法的使用。舉例而言，在基于攝像頭的獨(dú)立定位內(nèi)，存在關(guān)于攝像頭的圖像序列的至少兩個(gè)圖像中對(duì)應(yīng)的特征或者關(guān)于一致的圖像點(diǎn)的圖像評(píng)估。這通過諸如sift、surf、brisk、brief等的匹配算法執(zhí)行，其結(jié)果是用于位置基準(zhǔn)的多個(gè)對(duì)象點(diǎn)被設(shè)置。這對(duì)于另外的圖像以本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方式相應(yīng)地繼續(xù)。在作為圖像序列的視頻記錄的情況下，對(duì)應(yīng)性與一致性可以通過跟蹤算法來發(fā)現(xiàn)，例如金出-盧卡斯-托馬西(klt)特征跟蹤器算法。因而，生成圖像序列是指通過對(duì)單獨(dú)的圖像或視頻幀的連續(xù)(根據(jù)預(yù)先確定的時(shí)間的或空間的網(wǎng)格)記錄生成圖像數(shù)據(jù)。來自imu和在可適用的情況下來自gnss接收器的數(shù)據(jù)這里被附加地使用，在示例中用于確定圖像序列的圖像之間的相對(duì)位姿?？梢钥蛇x地最終獲得對(duì)結(jié)果的完善，例如通過光束平差。

另選地或另外地，掃描單元4具有額外的目標(biāo)攝像頭，通過該目標(biāo)攝像頭，掃描單元4的對(duì)準(zhǔn)或目標(biāo)方向能夠通過經(jīng)過纜線2的圖像傳送在用戶單元5的顯示器上被調(diào)節(jié)或被實(shí)況監(jiān)測(cè)。作為實(shí)現(xiàn)成數(shù)據(jù)纜線的引線2的另選，掃描單元4和用戶單元5具有用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K，例如wifi或藍(lán)牙模塊。另外地或另選地，控制和評(píng)估單元完全地或部分地置放在掃描單元4中。

引線2是導(dǎo)電的，即，實(shí)現(xiàn)成能夠運(yùn)輸電流或信號(hào)并且在該示例中連接到掃描單元4的纜線。在用戶側(cè)，纜線2被連接到用戶單元5，該用戶單元5作為測(cè)繪設(shè)備1的一部分具有實(shí)現(xiàn)成執(zhí)行表面測(cè)繪功能的控制和評(píng)估單元。所描繪的實(shí)施方式提供了控制命令可通過用戶單元5被用戶100傳送到掃描單元4的優(yōu)點(diǎn)，所述用戶單元5例如便攜式計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)控制器。此外，相反地，數(shù)據(jù)，尤其是已經(jīng)被記錄的3d點(diǎn)坐標(biāo)或其原始數(shù)據(jù)，可從掃描單元4傳送到用戶單元5。這些數(shù)據(jù)被用戶單元5的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。

此外，控制和評(píng)估單元以以下方式被有利地配置：數(shù)據(jù)即使在測(cè)量期間(“在飛行中”)也至少部分地被評(píng)估，從而例如即使在測(cè)量過程期間也能夠在用戶單元5的顯示器上向用戶100示出至少近似的、初步的或者尚未完成的3d點(diǎn)云。因此，測(cè)繪過程能夠被監(jiān)測(cè)，并且在需要時(shí)被用戶100實(shí)時(shí)修正。此外，仍然可能在原地評(píng)估測(cè)量結(jié)果，例如對(duì)表面7的特別關(guān)注的區(qū)域(關(guān)注區(qū)域，roi)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)附加掃描，即二次掃描。roi的示例是非掃描的區(qū)域或具有掃描縫隙的區(qū)域(例如由于掃描陰影)、具有顯著偏離的或明顯不正確的測(cè)量數(shù)據(jù)的區(qū)域、或者利用對(duì)于結(jié)構(gòu)而言相對(duì)低的分辨率記錄的區(qū)域(例如相對(duì)高的點(diǎn)密度對(duì)于具有很多角落和邊緣的形狀來說是需要的，反之平面的表面通過低的點(diǎn)密度同樣在足夠程度上被掃描)。在具有光學(xué)目標(biāo)攝像頭的前述實(shí)施方式中，roi同樣可選地可被用戶100預(yù)先地選擇或基于目標(biāo)攝像頭圖像在第一次掃描后面選擇。在這里，目標(biāo)攝像頭圖像和3d點(diǎn)云還可以在顯示器上在一起示出，例如，疊加地。

圖2b以示例性的方式示出了基于測(cè)量到的3d坐標(biāo)生成的得到的點(diǎn)云16。在該情況下點(diǎn)云16表示房屋10的表面7，并且因此構(gòu)成房屋10的部分的圖像或模型，其可以在用戶單元5的例如顯示器上向用戶100顯示。有利地，表面7，即房屋10的一側(cè)通過本發(fā)明被完全地登記而沒有掃描陰影，從而生成的點(diǎn)云16還表示整個(gè)表面7。在示例中，該表示包括對(duì)特別相關(guān)的區(qū)域(roi)17的標(biāo)記，所述特別相關(guān)的區(qū)域在所開發(fā)的表面測(cè)繪功能的范圍內(nèi)被控制和評(píng)估單元自動(dòng)地建立，或者在點(diǎn)云圖像中被用戶人工標(biāo)記。在示例中，標(biāo)記突出了例如指示房屋墻壁的受損位置的區(qū)域17，所述區(qū)域17通過例如不平整的表面或者從其余部分或從周圍環(huán)境偏離的對(duì)應(yīng)的3d點(diǎn)的分布來識(shí)別。進(jìn)而可選地存在使用表面測(cè)繪設(shè)備1對(duì)該roi的二次掃描，所述二次掃描例如具有與先前掃描相比增加的分辨率。在這里，二次掃描通過被用戶100通過引線2定位在適當(dāng)高度和適當(dāng)位置的氣球3a或掃描單元4執(zhí)行。在具有機(jī)動(dòng)化的飛行器3b、3c的實(shí)施方式中(見隨后附圖)，這樣的精確定位還可以以依賴于所識(shí)別的roi17的方式自動(dòng)地被控制和評(píng)估單元執(zhí)行，從而因此飛行器3b、3c在預(yù)先確定的定位范圍內(nèi)獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)到合適的記錄位置，或者掃描單元4被獨(dú)立地對(duì)準(zhǔn)在roi17上。在這里，由引線進(jìn)行的位置方案還可能正是為了對(duì)一個(gè)或多個(gè)roi17的二次測(cè)繪這個(gè)目的被完全丟棄，并且因此飛行器3b、3c可暫時(shí)性地自由地運(yùn)動(dòng)。這將提供優(yōu)點(diǎn)，特別是如果在通過引線2的位置預(yù)先確定的情況下對(duì)roi17的二次掃描或新的詳細(xì)掃描不可能，因?yàn)檫m合的或更確切地說必要的掃描位置6在系到引線2時(shí)無法被獲得。

圖3示出了具有表面測(cè)繪功能的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪設(shè)備1的另外的實(shí)施方式，與前面的實(shí)施方式對(duì)比，能夠懸停的無人駕駛飛行器實(shí)現(xiàn)成浮空器3b，即，其包括使獨(dú)立傳送成為可能的驅(qū)動(dòng)裝置13(機(jī)艙)。運(yùn)動(dòng)的半徑或運(yùn)動(dòng)偏航角在此情況下受引線2限制，并且因此飛艇3b的位置或運(yùn)動(dòng)、或者掃描單元4的位置6基本上被用戶100通過引線2預(yù)先確定。在這里，浮空器3b的飛行方向56通過用戶單元5被用戶100通過遙控來控制，其中控制信號(hào)通過實(shí)現(xiàn)成電力或信號(hào)纜線的引線2被引導(dǎo)到浮空器3b。在這里，例如通過控制單元5上所設(shè)置的控制元件(控制杠桿、按鈕等)或者通過控制單元5自身的運(yùn)動(dòng)(傾斜、轉(zhuǎn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)等)執(zhí)行控制。在這里，在這種環(huán)境下，可選地還存在通過控制單元5或僅是用戶100的手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的控制，運(yùn)動(dòng)通過飛行器3b上的攝像頭來識(shí)別，從而引線2不需要用來傳送控制信號(hào)。另選地，用于記錄控制單元5或用戶100(或用戶100的手勢(shì))的運(yùn)動(dòng)的這樣的攝像頭附接于引線2。另選地或另外地，浮空器3b的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)(由于引線2，該獨(dú)立運(yùn)動(dòng)只在有限的程度上可能)根據(jù)由用戶100或者在控制和評(píng)估單元中預(yù)先設(shè)置的飛行路徑(例如行進(jìn)一圈或90°轉(zhuǎn)動(dòng))和/或基于控制信號(hào)(半)自主地發(fā)生，所述控制信號(hào)基于浮空器3b的傳感器(具體地是距離傳感器)的輸出。

對(duì)具有諸如例如方向舵的專用的驅(qū)動(dòng)和/或控制裝置的航空器的使用改進(jìn)或簡(jiǎn)化了對(duì)測(cè)繪單元4的測(cè)繪位置6的選擇，例如不但通過多個(gè)相似的位置6或從用戶100的單個(gè)位置53中(通過改變引線2的長(zhǎng)度)可能在豎直方向上布置在一起的位置，而且通過作為浮空器3b的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的結(jié)果的在水平方向上的多個(gè)位置6。在此情況下，對(duì)于用戶來說控制飛行器3b仍然相對(duì)容易。此外，使得無法被諸如氣球的純被動(dòng)式飛行器到達(dá)的測(cè)繪位置6成為可能。在示例中，房屋10具有在屋頂上的結(jié)構(gòu)55，在從房屋前面的位置6觀察時(shí)屋頂11的前部區(qū)域被所述結(jié)構(gòu)55遮蔽，并且因此在使用氣球作為承載器單元時(shí)“掃描陰影”存在。相比而言，在使用飛艇3b時(shí)，能夠?qū)y(cè)繪位置6在飛行方向56上移位一點(diǎn)到屋頂區(qū)域中，從而還可能在從用戶或者從前面觀看(箭頭14)時(shí)測(cè)繪直接位于結(jié)構(gòu)55后面的屋頂區(qū)域。

此外，浮空器3b的驅(qū)動(dòng)元件或主動(dòng)控制元件能夠促進(jìn)改進(jìn)空間位置的穩(wěn)定性，并且因此能夠減少或阻止位置6的不當(dāng)?shù)暮吐闊┑母淖?。為此，用于確定掃描單元4的位置和取向的裝置優(yōu)選地促進(jìn)連續(xù)被動(dòng)確定，即，位置和取向的偏離或變化被測(cè)量并且基于這些測(cè)量到的值將控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)或控制元件，從而補(bǔ)償了偏離并且因此獲得了飛行穩(wěn)定性。為此，對(duì)位置和取向值的永久存儲(chǔ)是不必要的，并且因此值可以在使用之后直接被丟棄或覆蓋。

在側(cè)視圖中，圖4a示出了用于對(duì)對(duì)象表面7進(jìn)行3d測(cè)繪的根據(jù)本發(fā)明的表面測(cè)繪設(shè)備，在所述測(cè)繪設(shè)備中飛行器實(shí)現(xiàn)成無人機(jī)或多旋翼飛行器3c，所述飛行器能夠懸停并且具有至少兩個(gè)旋翼25優(yōu)選地四個(gè)旋翼25，所述旋翼25促進(jìn)了飛行器3c的飛行或懸停運(yùn)動(dòng)。多旋翼飛行器3c的可能另選是無人駕駛小型化直升機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，多旋翼飛行器3c被緊固于引線2，并且還被用戶100引導(dǎo)。雖然這樣的飛行器3c依賴于實(shí)施方式的可能對(duì)用戶100的控制或引導(dǎo)帶來與分別根據(jù)圖2a和圖3中的實(shí)施方式的浮空器或者甚至氣球相比高的要求，然而，作為多旋翼飛行器3c的(半)自主飛行能力或控制的選項(xiàng)，這些要求是可降低的，并且所述要求與完全自由飛行的、無束縛的承載器相比仍然大體上降低?？蛇x地，例如可能將多旋翼飛行器3c作為虛擬的被動(dòng)式飛行器操作，即驅(qū)動(dòng)裝置只用來建立在引線2上穩(wěn)定的懸停能力(可與氣球相比)，并且不用于定向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。在這里，通過驅(qū)動(dòng)的升力在任何情況下以以下方式設(shè)置：引線2至少輕微地被拉緊，或者換句話說，如果引線2沒有被用戶保持的話，多旋翼飛行器3c將上升得更高。在這里，可以提供安全機(jī)制，尤其在沒有遙控的實(shí)施方式的情況下，所述安全機(jī)制識(shí)別對(duì)引線2的(不當(dāng)?shù)?釋放，并且啟動(dòng)多旋翼飛行器3c的下降。另選地，驅(qū)動(dòng)或控制元件用于多旋翼飛行器3c的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)不立即由引線2的引導(dǎo)造成，即，對(duì)于在由引線2預(yù)先確定的宏觀位置或近似位置的范圍內(nèi)微位置或精確位置的改變。如上面關(guān)于圖3所描述的，用于執(zhí)行這樣的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的控制命令在此情況下可以由用戶輸出。舉例而言，引線2到多旋翼飛行器3c的連接還可選地實(shí)現(xiàn)成控制模塊，并且因此例如通過引線2的運(yùn)動(dòng)或狀態(tài)改變來執(zhí)行控制命令是容易的，例如通過在水平方向上對(duì)引線2的不平穩(wěn)的拉動(dòng)命令飛行器正好在該方向上的運(yùn)動(dòng)。在這里，引線2的狀態(tài)變化通過例如壓力傳感器或可選地通過控制模塊來登記。換句話說，命令可以通過例如改變引線2的拉力或拉力方向被發(fā)出到飛行器3c或掃描單元4。關(guān)于無束縛的測(cè)繪裝置1的另外的優(yōu)點(diǎn)是與完全自由飛行能力相比，就較低的需求而言，能夠更容易地配置飛行器3c，并且因此能夠更加成本有效地產(chǎn)生它。與根據(jù)圖3的浮空器相比，無人機(jī)或多旋翼飛行器3c提供了飛行器3c的進(jìn)一步改進(jìn)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)、以及因此進(jìn)一步改進(jìn)的在由引線2預(yù)先確定的范圍內(nèi)對(duì)測(cè)繪位置6的適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，還能夠利用相對(duì)少的支出或者甚至第一次在其總體上測(cè)繪非常扭曲的、不規(guī)則的或結(jié)構(gòu)豐富的對(duì)象。

在根據(jù)圖4a的示例中，對(duì)象是風(fēng)能裝置或風(fēng)力渦輪20，所述對(duì)象的表面7應(yīng)該被三維地測(cè)繪。由于這樣的裝置具有大的尺寸，并且在建造后具有大的高度(在圖4a中，例示出于圖示的原因相比之下過小)，當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)繪裝置時(shí)，它們已經(jīng)在裝配之前要求增加的開支，并且在完全安裝的狀態(tài)下從地面是幾乎不能測(cè)繪的。具體地，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，諸如旋翼葉片21的非常相關(guān)的安裝組件從安裝之后的準(zhǔn)確的表面檢查中基本上被回避。相比之下，掃描單元4可以使用根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪裝置1關(guān)于旋翼葉片21定位，并且因此后者可以被從理想的位置6測(cè)繪，為了這個(gè)目的，掃描單元4有利地實(shí)現(xiàn)成通過經(jīng)過兩個(gè)軸線偏轉(zhuǎn)測(cè)量波束來掃描。此外，掃描單元4可沿著相應(yīng)的旋翼葉片21運(yùn)動(dòng)，并且因此例如多次非常詳細(xì)的單獨(dú)的掃描或高度準(zhǔn)確的獨(dú)立的3d點(diǎn)云是可能的，其中單獨(dú)的點(diǎn)云可以即使在原地在后處理中或者由測(cè)繪裝置1的控制和評(píng)估單元鏈接到整個(gè)3d點(diǎn)云?？蛇x地，在此情況下的控制和評(píng)估單元針對(duì)不同的表面7或?qū)ο?0具有不同的測(cè)繪模式，例如一個(gè)模式用于測(cè)繪風(fēng)能裝置20，而一個(gè)模式用于測(cè)繪房屋10，其中，依賴于模式，掃描單元4和/或飛行器3c被不同地操作，例如，關(guān)于掃描單元4的偏轉(zhuǎn)裝置的掃描圖案或者多旋翼飛行器3c的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。

在示例中，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪設(shè)備除了具有基于測(cè)量波束的掃描單元4，還具有另外的測(cè)繪單元4a。舉例而言，這是另外的、相同的掃描儀或斷面儀單元，從而在沒有多旋翼飛行器3c的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)變化的情況下，多個(gè)對(duì)象20或?qū)ο蟮牟煌谋砻?從位置6可被3d測(cè)繪，具體地在同一時(shí)間。另選地，另外的測(cè)繪單元4a是不同類型的測(cè)量測(cè)繪單元，從而單個(gè)測(cè)繪裝置1針對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，該另外的測(cè)繪單元4a同樣地以非接觸的方式測(cè)量，并且例如實(shí)現(xiàn)成紅外攝像頭或熱成像攝像頭；然而，它還可以是例如建立了表面的導(dǎo)電性的觸摸式測(cè)繪單元。這還促進(jìn)了表面的3d坐標(biāo)，即掃描單元4獲得的就坐標(biāo)而言的表面信息，與由另外的測(cè)繪單元4a測(cè)量到的關(guān)于同一表面的不同類型的表面信息的鏈接。

與作為密度差異的結(jié)果而獲得升力的飛行器(氣球、浮空器)相比，例如通過旋翼25的轉(zhuǎn)動(dòng)得到的氣流而能夠懸停的飛行器的能量要求是高的。因此，尤其在具有多旋翼飛行器3c或相似的主動(dòng)式飛行器的實(shí)施方式中，引線2有利地實(shí)現(xiàn)成電力纜線，所述電力纜線實(shí)現(xiàn)成為多旋翼飛行器3c供應(yīng)能量(作為對(duì)上面描述的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)傳送的另選或附加)并且在地面上被連接到能量源，所述能量源在該示例中是電池8。在示例中，電池8被用戶100背在背上。來自多旋翼飛行器3c的“外包的”能量供應(yīng)有利地促進(jìn)了多旋翼飛行器3c的重量的顯著減少，并且因此其能量要求顯著降低。同時(shí)，電池8并且因此其容量可以被選擇為大得多(或者可能使用具有相同容量的更加成本有效的電池8，其組件不需要根據(jù)重量和/或體積來選擇，所述重量和/或體積盡可能地小)?？傮w來說，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、沒有引線并且因此沒有纜線的、具有機(jī)上電池或具有測(cè)繪設(shè)備(具有自由飛行的設(shè)備)的實(shí)施方式比較，這使得能夠獲得顯著提高的多旋翼飛行器3c的最大飛行時(shí)限并且因此測(cè)繪設(shè)備1的延長(zhǎng)的作業(yè)時(shí)間。

圖4b示出了具有多旋翼飛行器3c作為承載器的、用于測(cè)繪室內(nèi)30的、根據(jù)本發(fā)明對(duì)表面測(cè)繪設(shè)備1的用途。引線2的有效長(zhǎng)度在根據(jù)圖4a的這樣的示例中相應(yīng)地較短，所述引線2d有效長(zhǎng)度再次用作用于將多旋翼飛行器3c連接到電池8的電力纜線。表面測(cè)繪設(shè)備1被實(shí)現(xiàn)成斷面儀，其中掃描單元4以以下方式被安排在多旋翼飛行器3c中使得激光束繞著水平軸線偏轉(zhuǎn)。因此，通過用戶100穿過房間，即，通過規(guī)則地改變他的位置53，能夠在其完整的橫截面上掃描房間30并且生成表示整個(gè)房間30的3d點(diǎn)云，所述3d點(diǎn)云直接向用戶100示出，例如在用戶單元5上。在這里，多旋翼飛行器3c的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)以輔助的方式被使用，例如關(guān)于z軸或豎直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)或者在xy平面或水平平面內(nèi)的平移，所述轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)選地是完整的轉(zhuǎn)動(dòng)，作為其結(jié)果，例如可以減少穿過房間30或使得完全不必要，另外地或另選地，作為其結(jié)果，掃描單元4可以另選地實(shí)現(xiàn)成掃描儀單元并且因此測(cè)繪設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)成掃描儀4，即，測(cè)量波束14可繞著兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)。

應(yīng)該理解，這些描繪的附圖只以示意性的方式例示了可能的示例性實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，各種方法可以同樣地彼此結(jié)合、并且與用于測(cè)繪表面或?qū)ο蟮南到y(tǒng)和方法結(jié)合、以及與現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)繪設(shè)備結(jié)合。