Daniel Kämtner - Desy

Studiengang Geomatik
an der
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
(university of applied sciences)
D I P L O M A R B E I T
Automatische Steuerung einer Leica Totalstation TDA 5005
mit einem Laptop unter der Programmiersoftware LabVIEW
eingereicht von Daniel Kämtner
Erstprüfer: Prof. Dr.-Ing. Harald Sternberg
Zweitprüfer: Dr.-Ing. Johannes Prenting
Hamburg, 28. Oktober 2003

Kurzzusammenfassung II
Kurzzusammenfassung
Gegenstand dieser Diplomarbeit sind Entwurf und Programmierung eines Mess- und
Steuerprogramms zur Bedienung der Industriemessstation TDA 5005 von Leica Geosystems.
Das Automatische Theodolit Steuerung (AMETHIST) genannte Programm wird über
einen Laptop gesteuert. Die Entwicklung des Programms erfolgte mit der grafischen
Programmiersoftware LabVIEW 5.1 (Laboratory Virtual Instrument Engineering
Workbench), einem Produkt der Firma National Instruments Corporation. AMETHIST
beinhaltet eine automatische Steuerung des Instrumentes zur Anzielung und Messung einer zu
definierenden Anzahl von Zielpunkten in einer auszuwählenden Anzahl von Sätzen bei
bekanntem Standpunkt. Die Berechnung der freien Stationierung erfolgt mit einer 2-D
Helmert-Transformation. Im Anschluß an die Stationierung ist eine Neupunktaufnahme mit
Umrechnung der polaren Messelemente in rechtwinklige Koordinaten möglich.
Das Programm wird mit dem TDA 5005 beim Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in
Hamburg eingesetzt. Ziel ist die Automatisierung der Messabläufe während des Aufbaus und
der Wartung von Strahlführungskomponenten am neuen 260 m langen Linearbeschleuniger
TESLA (TeV-Energy Superconduction Linear Accelarator).

Inhaltsverzeichnis III
Inhaltsverzeichnis
I Erklärung (§23(5) PSO)
II Kurzzusammenfassung
III Inhaltsverzeichnis
IV Abkürzungsverzeichnis
V Abbildungsverzeichnis
VI Tabellenverzeichnis
VII Aufgabenstellung
Seite
1 Einleitung.............................................................................................................................1
1.1 Problembeschreibung ....................................................................................................2
1.2 Zielsetzung.....................................................................................................................4
2 Hardwarekomponenten......................................................................................................7
2.1 Industriemeßstation TDA 5005 .....................................................................................7
2.1.1 Technische Daten................................................................................................8
2.1.2 GeoCOM-Befehle ...............................................................................................9
2.1.3 GSI- Befehle .....................................................................................................12
2.1.4 Zielzeichen........................................................................................................13
2.2 Telemetrieeinheit.........................................................................................................14
2.3 Rechnereinheit.............................................................................................................15
3 Programmiersoftware LabVIEW....................................................................................17
3.1 Überblick .....................................................................................................................17
3.2 Virtuelle Instrumente...................................................................................................18
3.3 Programmbeispiel........................................................................................................18
3.4 Weitere Funktionen.....................................................................................................20
4 Programmstruktur............................................................................................................22
4.1 Entwicklung des Programms.......................................................................................22
4.1.1 Anforderungsdefinition.....................................................................................23
4.1.2 Grobentwurf......................................................................................................24
4.1.3 Feinentwurf.......................................................................................................24
4.1.4 Modulspezifikation...........................................................................................25
4.1.5 Programmierung................................................................................................25
4.2 Programmgliederung ...................................................................................................27
4.3 Datenfluss ....................................................................................................................31
4.3.1 Eingangsdaten...................................................................................................31
4.3.2 Interne Daten.....................................................................................................33
4.3.3 Ausgangsdaten..................................................................................................34
4.4 Berechnungen..............................................................................................................34
5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST..................................................... 41
5.1 Voraussetzungen..........................................................................................................41

Inhaltsverzeichnis III
5.1.1 Voreinstellungen...............................................................................................42
5.1.2 Punktauswahl....................................................................................................45
5.2 Beginn der freien Stationierung...................................................................................48
5.3 Messen und Positionieren............................................................................................49
5.3.1 Messprinzip.......................................................................................................50
5.3.2 Korrektur der Beobachtungen...........................................................................50
5.3.3 Speicherung der Beobachtungen.......................................................................52
5.3.4 Berechnung der Positionswinkel.......................................................................53
5.3.5 Positionierung...................................................................................................55
5.4 Reduzierung, Berechnung und Speicherung................................................................56
5.4.1 Reduzierung der Beobachtungen.......................................................................56
5.4.2 Berechnung der freien Stationierung.................................................................57
5.4.3 Ergebnisprotokoll und Datensicherung..............................................................62
5.5 Neupunktmessung.......................................................................................................63
5.5.1 Orientierung gemessener Richtungen................................................................64
5.5.2 Berechnung der Neupunktkoordinaten..............................................................65
6 Beurteilung ........................................................................................................................67
6.1 Ergebnisse der Programmentwicklung........................................................................67
6.2 Genauigkeitsbetrachtung der geodätischen Messungen............................................. 67
6.3 Programmiersoftware LabVIEW.................................................................................68
7 Zusammenfassung und Ausblick.....................................................................................71
8 Literatur- und Quellenverzeichnis..................................................................................73
9 Verzeichnis der Anhänge

Abkürzungsverzeichnis IV
Abkürzungsverzeichnis
ASCII American Standard Code for Information Interchange (Amerikanischer
Standard-Code für den Informationsaustausch)
AMETHIST Automatische Theodolit Steuerung; Programm zur Steuerung der
Indutriemessstation ⇒ TDA 5005 von Leica
ATR Automatic Target Recognition; Automatische Zielerfassung beim ⇒
TDA 5005
C++ textbasierende Programmiersprache
DESY Deutsches Elektronen Synchrotron; Forschungszentrum in der
Helmholtz-Gemeinschaft
dHz relativer Horizontalwinkel; zur Drehung des Instrumentes bei der
automatischen Zielpunktmessung
dV relativer Vertikalwinkel; zur Drehung des Instrumentes bei der
automatischen Zielpunktmessung
GeoCOM Geodetic Communikation (Leica-spezifisch); Kommunikationsbefehle
zwischen Instrumenten-Applikationen und Programmen auf dem PC
GSI Geodetic Standard Interface (Leica-spezifisch); ⇒ GeoCOM
LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench; graphische
Programmiersoftware
MS-VBA Microsoft- Visual Basic for Applikation; textbasierende Programmiersprache
zur Macroprogrammierung
PANDA Programm zur Ausgleichung von geodätischen Netzen und zur
DeformationsAnalyse
PCMCIA Personal Computer Memory Card Interface; kreditkartengroße
Speicherkarte
TDA Total station, Distance measurement, ⇒ ATR
TESLA TeV-Energy Superconduction Linear Accelarator; supraleitender
linearer Beschleuniger für Tera-Elektronenvolt-Energien bei ⇒ DESY
VI Virtuelles Instrument; Bezeichnung für erstellten Programme in ⇒
LabVIEW
V Vertikalwinkel

Abbildungsverzeichnis V
Abbildungsverzeichnis
Seite
Abb. 1-1: Tunnel des Linearbeschleunigers (DESY 2003b) ................................................2
Abb. 1-2: TDA 5005 mit Unterkonstruktion(BENECKE 2002)............................................2
Abb. 1-3: Zielzeichenhalterung im Tunnel (DESY 2003b)..................................................2
Abb. 1-4: Die Komponenten des Meßsystems ....................................................................3
Abb. 2-1: Industriemeßstation TDA 5005 von Leica .........................................................7
Abb. 2-3: Kommunikationsfluss (LEICA 1999a).................................................................9
Abb. 2-4: Überblick über die Client / Server Applikationen (LEICA 1999a)....................10
Abb. 2-5: PLX-Nester........................................................................................................14
Abb. 2-6: Festinstallation im Tunnel.................................................................................14
Abb. 2-7: PLX-Kugel an der Wand...................................................................................14
Abb. 2-8: Telemetrieeinheit am DESY.............................................................................14
Abb. 2-9: MicroPC Pen P5 mit Zubehör...........................................................................15
Abb. 3-1: Frontpanel des VI UPR.....................................................................................18
Abb. 3-2: Blockdiagramm des VI UPR.............................................................................19
Abb. 3-3: Symbol und Anschlussblock des VI UPR..........................................................20
Abb. 3-4: Online-Hilfe Funktion.......................................................................................21
Abb. 3-5: Beispiel für das Einbinden von Matlab-Skripts in LabVIEW...........................21
Abb. 4-1: Allgemeines V-Modell (SPILLNER 2003).........................................................22
Abb. 4-2: W-Modell (SPILLNER 2003)..............................................................................23
Abb. 4-3: Anwendungsdefinition in Form eines Mindmap...............................................23
Abb. 4-4: Grobentwurf......................................................................................................24
Abb. 4-5: Feinentwurf der Prozeduren und Funktionen (siehe auch Anhang B)..............24
Abb. 4-6: Klassifizierung der Module in Bibliotheken (links) mit VIs aus dem
Inhalt (rechts).....................................................................................................26
Abb. 4-7: Gesamtablauf des Programms (links); Ablaufplan des Prozesses
Voraussetzungen (rechts)...................................................................................27
Abb. 4-8: Ablaufplan für den Prozess Punktauswahl.......................................................28
Abb. 4-9: Ablaufplan für den Prozess Messung................................................................29
Abb. 4-10: Zeitlicher Ablaufplan aller bisherigen Berechnungen......................................35
Abb. 4-11: Ablaufplan für die Berechnung der Positionswinkel ........................................36
Abb. 4-12: Ablaufplan für die Berechnung der Freien Stationierung ................................37
Abb. 4-13: Ablaufplan für die Berechnung der Korrektur der Beobachtungen..................38
Abb. 4-14: Ablaufplan für die Koordinatenberechnung der Neupunkte.............................39
Abb. 5-1: Hauptmenü im Anfangszustand (links) und im Endzustand (rechts)................41

Abbildungsverzeichnis V
Abb. 5-2: Menü für die Eingabe der Dateipfade zu Beginn (links) und während
des Speicherns (rechts)......................................................................................42
Abb. 5-3: Basisdateien.......................................................................................................44
Abb. 5-4: Menü für die Angabe der Schnittstellenparameter zu Beginn (links)
und während des Speicherns (rechts)................................................................44
Abb. 5-5: Menü für die Eingabe der Allgemein- und Wetterdaten zu Beginn
(links) und während des Speicherns (rechts).....................................................44
Abb. 5-6: Programminterne Datei „Parameter.tmp”........................................................45
Abb. 5-7: Messageboxen_1...............................................................................................45
Abb. 5-8: Messageboxen_2...............................................................................................45
Abb. 5-9: Menü zur Eingabe der Standpunktnummer.......................................................45
Abb. 5-10: manuelle Standpunkteingabe.............................................................................45
Abb. 5-11: Standpunktauswahl aus der Koordinatendatei..................................................46
Abb. 5-12: Messageboxen_3...............................................................................................47
Abb. 5-13: manuelle Zielpunkteingabe...............................................................................47
Abb. 5-14: Zielpunktauswahl aus der Koordinatendatei.....................................................47
Abb. 5-15: Modul zur Kontrolle der ausgewählten und gespeicherten Punkte...................47
Abb. 5-16: Programminterne Datei „Punktdatei.tmp“ .......................................................48
Abb. 5-17: Modul freie Stationierung.................................................................................48
Abb. 5-18: Modul für die Zielpunktattribute.......................................................................49
Abb. 5-19: Programminterne Datei „Zpkt.tmp“..................................................................49
Abb. 5-20: „Mess.dat“ mit unkorrigierten Beobachtungen (links) und
„Messkorr.tmp“ mit korrigierten Beobachtungen............................................52
Abb. 5-21: Koordinatensystem mit Standpunkt und zwei Zielpunkten..............................53
Abb. 5-22: Winkel dHzi.......................................................................................................53
Abb. 5-23: Winkel dVi ........................................................................................................53
Abb. 5-24: Programminterne Datei „Posit.tmp”.................................................................54
Abb. 5-25: Umformung von Zahl in Strings .......................................................................55
Abb. 5-26: LabVIEW-Code, GSI-Befehl wird zusammengestellt und an die
Schnittstelle gesandt..........................................................................................55
Abb. 5-27: LabVIEW-Code zur Vorzeichenänderung für dHz...........................................56
Abb. 5-28: LabVIEW-Code zur Reduzierung der Richtungs- und Vertikalwinkel............57
Abb. 5-29: Vergrößerung aus dem Menü der freien Stationierung.....................................58
Abb. 5-30: Ausschnitte aus der Ausgabedatei „Ergebnis.dat“...........................................62
Abb. 5-31: Ausgabedatei „Koordinaten.dat“ mit Standpunktkoordinaten aus drei
Sätzen (A) und fünf neu aufgemessenen Punkten (B).......................................64
Abb. 5-32: Modul der freien Stationierung im Status abgeschlossener Messung...............63
Abb. 5-33: Menü des Moduls Neupunktmessung...............................................................64

Tabellenverzeichnis VI
Tabellenverzeichnis
Tab. 2-1: Technische Herstellerangaben des TDA 5005 der Firma Leica (LEICA
Seite
2001)....................................................................................................................8
Tab. 2-2: Befehle zu Steuerung des TDA 5005................................................................13
Tab. 2-3: Technische Herstellerangaben des Modems (ADCON 2000) ............................15
Tab. 2-4: Technische Leistungen des MicroPC Pen P5 (MICROPORT 2000)...................18
Tab. 4-1: Ausschnitt aus der Tabelle Kurzbezeichnung der VIs (siehe Anhang C).........25
Tab. 4-2: Eingangsdateien................................................................................................31
Tab. 4-3: Eingangsparameter............................................................................................32
Tab. 4-4: Temporäre Dateien mit internen Daten.............................................................33
Tab. 4-5: Ausgangsdateien................................................................................................34
Tab. 5-1: Möglichkeiten der Schnittstellendefinition.......................................................44
Tab. 6-1: Differenzen der Neupunktkoordinaten aus der Transformation........................68

1 Einleitung 1
1 Einleitung
Das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg beschäftigt sich seit Gründung
1959 mit Entwicklung, Bau und Betrieb von Teilchenbeschleunigern (DESY 2000). Am DESY
werden alle bestehenden Experimente, Beschleunigeranlagen sowie der Neubau eines
supraleitenden Linearbeschleunigers von der seit Gründung bestehenden Fachgruppe
Vermessung betreut. Aufgabenschwerpunkte sind Absteckung von Gebäuden und Maschinen,
Justierung und geodätische Überwachung dieser Maschinen und Tunnelbauten, topografische
und katastermäßige Erfassung des DESY-Geländes sowie Aufbau und Pflege des internen
Geoinformationssystems (DESY 2003a).
In den 44 Jahren seit Gründung sind acht Beschleunigeranlagen gebaut worden. Unter
anderem wurde 1976 die Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage PETRA mit 2,3 km Länge
und 1990 die Hadron-Elektron-Ring-Anlage HERA mit 6,3 km Länge realisiert. (DESY
2000).
Aufbau und Kontrolle der Strahlführungskomponenten der Großbeschleuniger ist eine
Hauptaufgabe der Vermessung beim DESY. Die relative Genauigkeitsforderungen an die
Beschleunigervermessung beträgt bis zu ± 0,2 mm (LÖFFLER 2002).
Durch die zunehmende Funktionalität der elektronischen Theodolite nimmt die Möglichkeit
zur Automatisierung von Meßabläufen zu. Ein Beispiel für ein umfangreich ausgestattetes
Instrument ist die Industriemeßstation TDA 5005 von Leica. Mit Hilfe von motorisierten
Achsenantrieben, der ATR-Funktionalität (Automatic Target Recognition) und einem
umfangreichen Befehlskatalog wird die Steuerung über die serielle Schnittstelle ermöglicht.
Die Entwicklung einer Software zur Steuerung der beim DESY vorhandenen
Industriemeßstation TDA 5005 basiert auf Prüfung und Kombination der Parameter aus dem
Bereichen Steuerung und Messdatenauswertung. Um Übersichtlichkeit und Zeiteffizienz in
der Darstellung der komplexen Prozessabläufe zu gewährleisten, werden heute in der
Messdatenerfassung grafische Programmierwerkzeuge eingesetzt. Das Produkt LabVIEW
(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) ist eine solche grafische
Programmiersoftware der Firma National Instruments Corporation.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die wissenschaftliche Arbeitsmethodik vom Entwurf bis
zum lauffähigen Mess- und Steuerprogramm mit LabVIEW dokumentiert. Begonnen wird die
Arbeit mit der Beschreibung des Problems, der Erläuterung einzelner Teile des Meßsystems
und der daraus abgeleiteten Zielsetzung für Entwurf und Umsetzung des Programms. Dieser
Überblick und die kurze Einführung in LabVIEW im Anschluss ermöglichen ein leichteres
Verständnis der nachfolgenden Beschreibung des Mess- und Steuerprogramms

1 Einleitung 2
AMETHIST (Automatische Theodolit Steuerung). Die geplanten Programmerweiterungen
werden im Ausblick vorgestellt.
Die Diplomarbeit zeigt Grenzen und Möglichkeiten der Programmiersoftware in diesem
speziellen vermessungstechnischen Bereich der Datenerfassung und -auswertung auf.
1.1 Problembeschreibung
Bis 2004 soll bei DESY der Bau eines 260 m langen supraleitenden Linearbeschleunigers
abgeschlossen sein. Der Linearbeschleuniger besteht aus unterschiedlichen Komponenten, die
den Beschleunigerstrahl umschließen. Eine geometrische Veränderung der Bauteile in Lage
und Höhe hat einen direkten Einfluss auf die Effektivität der gesamten Anlage. Die Wartung
mit den periodischen, umfangreichen Kontrollmessungen an diesem Beschleuniger ist
zeitintensiv und eine Automatisierung des Meßprozesses daher sinnvoll. Die Freien
Stationierungen und Folgemessungen können anhand eines vorgegebenen Meßschemas
automatisch ablaufen.
Die bei DESY vorhandene Industriemeßstation TDA 5005 eignet sich aus folgenden Gründen
gut für die Aufgabenstellung:
Unter den Totalstationen besitzt das Instrument die höchste Richtungs- und
Streckenmessgenauigkeit (LEICA 2001).
Der TDA 5005 hat die Möglichkeit der automatischen Zielerfassung (ATR) und
besitzt motorisierte Achsenantriebe.
Die Arbeitsumgebung, in der die Anlage verläuft, ist ein Tunnel mit 5,2 m Bereite und 260 m
Länge (Abb. 1-1). An den Seitenwänden befinden sich rechts in Strahlrichtung die einzelnen
Komponenten des Linearbeschleunigers. Links in Strahlrichtung ist in einer an der Wand
Abb. 1-1: Tunnel des Linearbeschleunigers
(DESY 2003b)
Abb.1-3: Zielzeichenhalterung
im Tunnel
(DESY 2003b)
Abb. 1-2: TDA 5005 mit Unterkonstruktion
(BENECKE 2002)

1 Einleitung 3
befindlichen Schiene eine fahrbare Unterkonstruktion (Abb. 1-2) für das
Vermessungsinstrument eingehängt. Diese speziell beim DESY angefertigte Unter-
konstruktion ist an der Wand fest verankerbar. Mit Hilfe des eingerichteten Festpunktfeldes
(Abb. 1-3) ist eine freie Stationierung überall möglich.
Bei Kontrollmessungen wird die geometrische Position der Komponenten im Raum anhand
von diskreten Punkten ermittelt und mit der Sollposition verglichen. Im Anschluss folgen,
wenn nötig, Justierungen der Bauteile.
Die einzelnen Arbeitschritte sind wie folgt definiert:
freie Stationierung (Automatisierung geplant)
Kontrollmessung an den Komponenten der Beschleunigeranlage (Automatisierung
geplant)
Justierung der Beschleunigeranlage
evtl. Absteckung und/oder Neupunktaufnahme (Automatisierung geplant)
Zu diesem Zweck soll ein Programm zur Steuerung und Messdatenauswertung des TDA 5005
entwickelt werden. Das gesamte Meßsystem besteht aus Instrument, Zielzeichen, Telemetrie-
einheit und dem Messprogramm auf dem Rechner.
Abb. 1-4: Die Komponenten des Meßsystems
In Abb.1-4 sind die wesentlichen Aufgaben der Bestandteile schematisch dargestellt. Zu sehen
ist, dass dem Beobachter drei grundlegende Aufgaben zukommen: Einlegen der Zielzeichen,
Inbetriebnahme des Instrumentes sowie Steuerung über das Messprogramm. Mit Hilfe der
Telemetrieeinheit wird die Datenverbindung zwischen Rechner und Instrument hergestellt.
Die Genauigkeitsanforderung an das komplette Meßsystem leitet sich aus der Beschleuniger-
vermessung ab und beträgt ± 0,2 mm für den zu kontrollierenden Punkt.

1 Einleitung 4
1.2 Zielsetzung
Hauptgegenstand der vorliegenden Diplomarbeit ist die Entwicklung und Dokumentation
eines Programms zur Steuerung und Messdatenerfassung der Totalstation TDA 5005 von
Leica.
In der Entwurfsphase wurde hierfür ein Programmablaufplan erstellt, um
1. durch strukturierte Vorplanung die Programmierzeit zu reduzieren,
2. die Programmlogik zu kontrollieren und
3. Diskussionsgrundlage bei der Kommunikation mit Beteiligten zu schaffen.
Das auf dem Programmablaufplan basierende Mess- und Steuerprogramm besteht aus zwei
Teilen. Im Ersten wird mit Hilfe einer freien Stationierung die Einmessung in das vorhandene
System durchgeführt. Hierzu gehören u. a. alle Voreinstellungen, die den Ablauf des
Programms gewährleisten. Dies sind unter anderem Eingabe von Wetter- und Allgemeindaten
und Punktauswahl.
Der zweite Teil umfaßt die Folgemessungen, d.h. Kontrollaufnahme von bekannten Punkten
mit anschließendem Soll-Ist-Vergleich, Neupunktaufnahme und Absteckung von Punkten.
Das gesamte Programm soll folgende Funktionalitäten aufweisen:
1 a Voraussetzungen:
Eingabe von Allgemein- und Wetterdaten
Eingabe von Dateipfaden der Korrektur- und Koordinatendateien
variable Definition der Schnittstellenparameter
Auswahl des Standpunktes und entsprechender Zielpunkte aus der DESY-
Koordinatendatei
Möglichkeit der manuellen Eingaben von Koordinaten und Punktnummern für
Stand- und Zielpunkte
einmalige Eingabe der entsprechenden Zielpunktattribute, bestehend aus Reflektor-
nummer und -höhe zu jedem Zielzeichen in der 1. Lage des 1. Satzes (Lern- oder
Erinnerungseffekt)
automatische Positionierung des Instrumentes zum Anzielen der Messpunkte bei
bekanntem Standpunkt
automatische Messung in zwei Lagen und einer bestimmten Anzahl Sätzen zu einer
bestimmten Anzahl von Zielpunkten
Anbringen von geometrischer, meteorologischer und ATR-Korrektur an die
Beobachtungen
Ausgabe der originären Beobachtungen in einer entsprechenden Datei für das
PANDA Ausgleichungsprogramm
Speicherung der Koordinaten aller verwendeten und berechneten Punkte

1 Einleitung 5
1 b Freie Stationierung:
Automatische Berechnung der freien Stationierung
Speicherung der Berechnung in einer Ergebnisdatei
1 Folgemessungen:
Automatische Kontrollmessung
- Laden der bekannten Kontrollpunkte aus der Koordinatendatei
- Aufmessen der Punkte
- Soll-Ist-Vergleich
Neupunktaufnahme
- manuelle Messen der Neupunkte in der ersten Lage
- Ab der 2. Lage des 1. Satzes automatisches Messen aller Punkte
- Umrechnen der polaren Messelemente in rechtwinklige Koordinaten
- Genauigkeitsangabe für die einzelnen Neupunkte
Absteckung
- Automatisches Laden der bekannten abzusteckenden Punkte aus der
Koordinatendatei oder manuelle Eingabe
- Absteckung der Punkte
Die automatische Kontrollmessung mit Soll-Ist-Vergleich, die Absteckung sowie die ATR-
Korrektur sind Teile der Programmerweiterung. Das Programm umfaßt somit den Bereich der
Voraussetzungen sowie die freie Stationierung und Neupunktaufnahme.
Unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des DESY führten folgende
Argumente zur Programmierung in LabVIEW:
1. In der Vermessung am DESY ist LabVIEW bereits eingesetzt worden. Es konnte somit
auf eine vorhandene Programmiersoftware und die gewonnenen Erfahrungen zurück-
gegriffen werden.
2. Das Messprogramm sollte modular aufgebaut sein, was durch die LabVIEW- Architektur
ermöglicht wird.
3. Ein gut strukturierter Programmaufbau und schnelle Ergebnisse der Programmierung
sollten erreichbar sein, auch wenn der Autor kein erfahrener Anwendungsentwickler ist.
4. Möglichkeiten und Grenzen von LabVIEW sollten in diesem vermessungstechnischen
Anwendungsbereich getestet werden.

1 Einleitung 6
Zusammfassend lautet die Zielsetzung dieser Diplomarbeit:
1. Entwicklung des Konzeptes eines Mess- und Steuerprogramms für die Totalstation TDA
5005 von Leica zur Steuerung mit einem Laptop, das folgende Aufgaben umfasst:
Herstellung der Kommunikation mit der Totalstation
Eingabe und Verarbeitung von Umwelt- und Messdaten
Berechnung von Korrekturdaten für die einzelnen Messwerte
Berechnung und Übermittlung zur Drehung des Instrumentes zur automatischen
Anzielung
geodätische Berechnung der freien Stationierung und der Neupunkte
Visualisierung
Benutzeroberfläche zur Eingabe und Überwachung aller nötigen Informationen
2. Programmierung des Mess- und Steuerprogramms unter der Programmiersoftware
LabVIEW

2 Hardwarekomponenten 7
2 Hardwarekomponenten
In diesem Kapitel wird ein Teil des theoretischen Hintergrundes der Diplomarbeit dargestellt.
Dieser Teil betrifft die Hardwarekomponenten des Meßsystems sowie die Steuerungsbefehle
für die Industriemeßstation TDA 5005. Hiermit wird die Grundlage für das Verständnis der
praktischen Durchführung der Arbeit mit Entwurf und Programmierung des Mess- und
Steuerprogramms geschaffen.
2.1 Industriemeßstation TDA 5005
Die Industriemeßstation TDA 5005 (Abb. 2-1) gehört zur speziell für die Industriemess-
technik entwickelten Instrumentenreihe TPS 5000 von Leica Geosystems (LEICA 2003). Die
motorisierten Achsenantriebe sind im Vergleich zu den älteren Modellen noch genauer
aufgelöst und erhöhen somit die erreichbare Genauigkeit bei der automatischen Absteckung.
In der technischen Spezifikation sind für diese Diplomarbeit die Messgenauigkeit und die
Steuerung über die serielle Schnittstelle relevant. Des Weiteren sollen auch die bei DESY
verwendeten Zielzeichen vorgestellt werden.
Abb. 2-1: Industiemeßstation TDA 5005 von Leica

2 Hardwarekomponenten 8
2.1.1 Technische Daten
Der TDA 5005 mißt Richtungen und Strecken und erreicht derzeit unter den Totalstationen
die höchste Messgenauigkeit (LEICA 1999b). Die wichtigsten technischen Herstellerangaben
der Firma Leica sind in Tab. 2-1 aufgeführt.
Tab. 2-1: Technische Herstellerangaben des TDA 5005 der Firma Leica (LEICA 2001)
Richtungsmessgenauigkeit (1σ) horizontal, vertikal
(Standardabweichung nach DIN 18723)
Streckenmessung (bis 120 m, 1σ) auf Reflexfolie
auf Corner Cube Reflektor CCR1,5”
(Messung bei senkrechtem Anzielen des Zielzeichens)
Punktgenauigkeit (RMS bei 20 m, unter idealen Bedingungen)
Positioniergenauigkeit (Achsenantriebe Motor)
Kürzeste Zielentfernung
± 0,15 mgon
± 0,5 mm
± 0,2 mm
± 0,3 mm
± 0,2 mgon
1,7 m
Der TDA 5005 besitzt eine automatische Zielerfassung (ATR - Automatic Target
Recognition) mit der er grob anvisierte Ziele selbstständig messen kann. Durch diese
Funktion wird die Automatisierung des Messprozesses möglich.
Im ATR-Modus sind die Richtungsmessungen für den Nahbereich unter 10 m starken
Schwankungen in der Genauigkeit unterworfen. Untersuchungen am DESY ergaben, dass die
ATR-Zielerkennung erst ab einer Entfernung von mehr als 6 m zufriedenstellende Ergebnisse
liefert (LIEBL 2003). Vergleichbare Ergebnisse ergaben die Untersuchungen des TDA 5000
an der Fachhochschule beider Basel (GOTTWALD 1998). Hier wurde die Entfernung für
zufriedenstellende Ergebnisse mit mindestens 5 m angegeben. Weiterführende Betrachtungen
hierzu wurden von GOTTWALD 1998 durchgeführt.
Im Tunnel finden Messungen im Nahbereich < 5 m statt. Daraus ergibt sich das Problem, dass
die in der Beschleunigervermessung angestrebte Genauigkeit von ± 0,2 mm für den zu
messenden Punkt ohne zusätzliche Kalibrierung nicht erreicht werden kann. Ergebnis von
intensiven Untersuchungen der Messgenauigkeit am TDA 5005 ist eine streckenabhängige
Korrektur der Messelemente Hz (Horizontalrichtung) und V (Vertikalwinkel), die später in

2 Hardwarekomponenten 9
das Mess- und Steuerprogramm integriert wird (LIEBL 2003). Die Korrektur der
Beobachtungen erfolgt im Programm und nicht im Instrument da für das Auslesen der ATR-
Korrekturwerte beim TDA 5005 keine Befehlsfunktion vorhanden ist (STERNBERG 2003).
Der TDA 5005 kann über eine serielle RS232-Schnittstelle, unter Verwendung von GSI
und/oder GeoCOM-Befehlen gesteuert werden. Beide Befehlssätze sind von der Firma Leica
entwickelt worden. Der GSI-Befehlessatz ist für die einfache Kommunikation mit der
Steuerung und zum einfachen Datenaustausch angelegt. Der GeoCOM-Befehlssatz besteht
aus bis zu 1000 Service-Befehlen und ist weitaus umfassender als der GSI-Befehlssatz. Beide
Befehlssätze werden in den folgenden Kapiteln näher erläutert.
2.1.2 GeoCOM-Befehle
Die GeoCOM-Kommunikation ist eine „Schritt für Schritt“-Kommunikation zwischen Client
und Server, wie in Abb. 2-3 zu sehen (LEICA 1999a). Nach einem Aufforderungssignal
(request) des Client erfolgt das Antwortsignal (reply) des Servers. Hierbei stellt die Software
auf der Rechnerseite den Client und die Software auf der Instrumentseite den Server dar
(LEICA 1999a).
Abb.2-3: Kommunikationsfluss (LEICA 1999a)
Die GeoCOM-Befehlsstruktur umfasst unterschiedliche Applikationen, die durch die Client
requests angesprochen werden (Abb. 2-4). Beispielsweise die Applikation AUT enthält
Befehle für die Automatisierung, zur Kontrolle des ATR-Modus (On/Off setzen oder Status
abfragen) und der Positionierung des Instrumentes (LEICA 1999a).

2 Hardwarekomponenten 10
Die Abb. 2-4 zeigt, dass die geräteinterne Serversoftware aus einer Vielzahl an Applikationen
besteht. Dieser GeoCOM-Server wird von der Rechnerseite über die serielle Datenleitung, mit
den GeoCOM-Befehlen, gesteuert.
Abb. 2-4: Überblick über die Client / Server Applikationen (LEICA 1999a)
GeoCOM basiert auf dem sogenannten SUN Microsystems „Remote Procedure Call“ (RPC)
Protokoll und arbeitet auf zwei Ebenen der Kommunikation (LEICA 1999a). Die unterste
Ebene ist die der ASCII-Schnittstelle (LEICA 1999a), wo die Befehle als Nummern versendet
werden. Beispielsweise wird der Befehl „18005“ mit dem der ATR-Modus (On, Off) gesetzt
wird wie folgt in die entsprechende Syntax eingebettet „%R1Q,18005:“. Hinter dem
Trennzeichen „:“ befindet sich für On eine 1 und für Off eine 0. Diese Ebene der
Kommunikation ist geeignet für die Implementierung von Programmen auf einer Plattform,
die MS-Windows nicht unterstützt.
Auf höherer Ebene stellt GeoCOM Funktionen für C++ oder MS-VBA zur Verfügung. Der
oben genannte Befehl für den ATR-Modus würde in der C-Deklaration
„AUS_SetUserAtrState(ON_OFF_TYPE OnOff)“ lauten, und in der MS-VBA-Deklaration
„VB_AUS_SetUserAtrState(OnOff As Long)“.
Für das vorliegende Programm wurde ausschließlich die unterste Ebene der Kommunikation
genutzt, da sie sich in LabVIEW am leichtesten verwenden ließ.

2 Hardwarekomponenten 11
Die Syntax der GeoCOM-Befehle auf der untersten Kommunikationsebene sieht im Detail
wie folgt aus (LEICA 1999a):
ASCII-Request: %R1Q,9018:OnOff
Dieser Befehl wird vom Client (Rechner) an den Server (Instrument) versandt.
Syntax:
%R1Q, , : , ,…
Legende: .
Line Feed
%R1Q GeoCOM request Code
RPC Identifikationsnummer (Befehl)
Optionale Transaktions ID. Hat der request-Befehl keine ID, ist sie im reply = 0,
sonst identisch mit der im request.
: Trennzeichen zwischen Kopf des Protokolls und den folgenden Parametern
Parameter 0, 1, ...
CR/LF Carriage Return/ Line Feed
ASCII-Reply: %R1P, 0, 0 : RC
Der Reply-Befehl wird von der Applikationssoftware im Instrument zurück an den Rechner
gesandt.
Syntax:
%R1P, , : , , ,…
Legende: .
Line Feed
%R1P GeoCOM reply Code
GeoCOM Rückgabecode (0 = Kommunikation war erfolgreich)
Optionale Transaktions ID. Hat der request-Befehl keine ID, ist sie im reply = 0,
sonst identisch mit der im request.
: Trennzeichen zwischen Kopf des Protokolls und den folgenden Parametern
RPC Rückgabecode (0 = Kommunikation war erfolgreich)
Parameter 0, 1, ...
CR/LF Carriage Return/ Line Feed
Mit Hilfe der Stellen , und des vom Instrument zurück gesandten reply-
Befehls ist es möglich, die Plausibilität der ankommenden Daten zu kontrollieren. Sind im
reply-Befehl die Zeichen der Stellen und gleich Null und gleicht die Stelle
der im request-Befehl ist Datensatz plausibel. Die hierfür programmierte
Kontrollstruktur ist so beschaffen, dass solange gemessen wird bis die vom Instrument
übersandten Messwerte (Hz, V, Strecke) ungleich Null sind.

2 Hardwarekomponenten 12
2.1.3 GSI-Befehle
Bei der Kommunikation über eine RS232-Schnittstelle, wie auch beim Arbeiten mit eine
PCMCIA-Speicherkarte (Personal Computer Memory Card Interface), werden die Daten als
Blöcke gespeichert. Durch ein Carriage Return (CR) werden diese Blöcke voneinander
getrennt. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Datenblöcken:
1. Messblöcke (z.B.: 110002+00001004 ... beginnt immer mit 11)
2. Codeblöcke (z.B.: 410003+00000010 ... beginnt immer mit 41)
Für die Kommunikation über die serielle Datenleitung sind im wesentlichen die Messblöcke
relevant. In den Codeblöcken werden Zusatzinformationen wie Instrumentenhöhe, Nummer
des Standpunktes u.a. abgelegt.
Bei den GSI-Befehlen wird in der Datenübertragung zwischen 8 und 16 Zeichen
unterschieden (UniBw MÜNCHEN 2003).
Format GSI-8 [84.][.10][+12345123][ ]
WI ZS DA LE
Format GSI-16 [84.][.10][+0000123456789123][ ]
Legende: .
WI Wortidentifikation
ZS Zusatzinformation
DA Daten
LE Leerzeichen = Trennzeichen
Ein Beispiel soll den Gebrauch verdeutlichen. Es werden die Befehle WI21 (Hz), WI22 (V)
und WI31 (Schrägstrecke) mit der Anweisung „GET“ an das Instrument gesandt. Nach
erfolgreicher Messung wird die Antwort an der Schnittstelle ausgelesen.
Befehlsstring: GET/M/WI21/WI22/WI31\r\n
Antwortstring: 110003+21.322+14110050 22.322+10269850 31..00+00034039
Aus der Antwort sind folgende Werte zu entnehmen:
Horizontalrichtung: 141,10050 gon
Vertikalrichtung: 102,69850 gon
Schrägstrecke: 34,039 m

2 Hardwarekomponenten 13
Bei der Kommunikation mit den GSI-Befehlen gibt es hauptsächlich vier Befehlestypen mit
denen die wesentlichen Funktionen des Instrumentes gesteuert werden. Diese sind:
a. SET... ...um Instrumenten-Parameter zu setzen
b. CONF... ...um interne Parameter auszulesen
c. PUT... ...um Werte in der Totalstation zu schreiben oder zu ändern
d. GET/M/... ...um Werte auszulesen
Im Mess- und Steuerprogramm wird auch der GSI-Befehl POSIT zur Drehung des
Instrumentes mit relativen Winkeln genutzt, da es bei GeoCOM keine Anweisung hierfür
gibt. Für die Meßdatenauslesung wurden ebenfalls GSI-Befehle verwendet. Die bisher im
Messprogramm genutzten GeoCOM- und GSI-Befehle zur Steuerung des TDA 5005 sind in
Tab. 2-2 aufgelistet.
Tab. 2-2: Befehle zur Steuerung des TDA 5005
Funktionen Befehle
ATR-Modus setzen %R1Q,18005: OnOff
In 1. Oder 2. Lage drehen %R1Q,9028:
Additionskonstante setzen %R1Q,2024: PrismCorr
Messen von Hz, V, SS GET/M/WI21/WI22/WI31
Positionieren mit relativen Winkeln POSIT/R/dhz/dv
2.1.4 Zielzeichen
Um der Genauigkeitsanforderung bei der Beschleunigervermessung gerecht zu werden, sind
bei DESY Zielzeichen der Firma PLX-Inc. im Einsatz. Die sehr genau verarbeiteten PLX
BMRs (Ball Mounted Hollow Retroreflectors) sind für Lasertrackersysteme konzipiert (PLX
INC 2003). Die Kugeln bestehen aus drei Spiegeln, in Tetraederform. Die PLX-Kugeln ähneln
den Corner Cube Reflektoren (CCR) mit einem Durchmesser von 38,1 mm (1,5“). Die Firma
Leica Geosystems gibt die Genauigkeit der Streckenmessung mit dem TDA 5005 auf CCRs
von 38,1 mm mit ± 0.2 mm auf 20 m an (LEICA 2001).
Für die PLX-Kugeln sind bei DESY spezielle Zielzeichenhalterungen, sogenannte „Nester“,
angefertigt worden. Diese sind feromagnetisch und werden an Tunnelwänden und direkt auf
Komponenten angebracht. Für den flexiblen Einsatz auf speziellen Vermessungssäulen bzw. –
standpunkten werden spezielle Adapter genutzt.

2 Hardwarekomponenten 14
Abb. 2-5: PLX-Nester Abb. 2-6: Festinstallation Abb. 2-7: PLX-Kugel an der
In Abb. 2-5 sind PLX-Nester abgebildet, zwei für Festinstallationen (links oben und unten)
und eine für den flexiblen Einsatz auf Säulen (rechts). Die Abb. 2-6 zeigt ein Punktnest als
Festinstallationen im Tunnel. Das runde Nest mit PLX-Kugel in der Abb. 2-7 ist wie die
rechteckige zur Befestigung an Tunnelwänden geeignet. Die PLX-Kugel befindet sich durch
die magnetischen Eigenschaften fest im Zielzeichenhalter und kann in beliebiger Position
ausgerichtet werden.
2.2 Telemetrieeinheit
Die beim DESY verwendete Telemetrieeinheit in Abb. 2-8 ist von der Firma ADCON
TECHNOLOGY AG. Sie besteht aus Sende- und Empfangseinheit und dient zur
Funkdatenübertragung zwischen Rechner und Instrument.
A B
im Tunnel
Abb. 2-8: Telemetrieeinheit am DESY
Das Modem (MC Light RF-Modem) ist mit spezieller Software programmierbar. Es kann mit
sechs unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen betrieben werden, unter anderem dem
AT-Protokoll basierend auf dem Hayes-Standard (ADCON 2000).
Wand
A : Instrumentenseite mit Modem im
wetterfesten Gehäuse (beim DESY
zusammengestellte Einheit)
B : Rechnerseite mit dem Modul im Original-
Aluminiumgehäuse der Firma ADCON
und der am DESY angefertigten
Stromversorgungs- und Datenleitung

2 Hardwarekomponenten 15
In Tab. 2-3 sind die wichtigsten technischen Daten des Modems dargestellt.
Tab. 2-3: Technische Herstellerangaben des Modems (ADCON 2000)
Typ MC Light RF-Modem
Frequenzbereich 433 MHz (nach I-ETS 300-220)
Serielle Standardverbindungen RS-232, RS-485 oder RS 422
Programmierbarer Bereich 1200 bis 38.400 Baud
Datenübertragungsgeschwindigkeit 20, 35 und 40 Kbit/Sekunde
Betriebstemperatur 0° - 50°C
Gewicht 100 g
Abmessungen 64 x 89 x 24 mm
Kommunikationsbereich 50 bis 100 m (innerhalb von Gebäuden)
Die Stromversorgung des Modems erfolgt über die externe Batterie des Instruments. Die
rechnerseitige Sende- und Empfangseinheit wird durch die Batterie im Rechner versorgt.
2.3 Rechnereinheit
Gemäß Aufgabenstellung dieser Diplomarbeit erfolgte die Steuerung des Instrumentes über
einen Laptop. Im zukünftigen Betrieb am DESY soll das Programm auf dem schon vorhanden
Handheld-Computer, dem MicroPC Pen P5 laufen. Der MicroPC Pen P5 (Abb. 2-9) wurde
von der Firma Microport GmbH, einem Unternehmen der Mettermeier Gruppe, entwickelt.
Dieser Handheld-Computer mit Stiftbedienung ist wettergeschützt und speziell für den
Außendienst konzipiert (MICROPORT 2000).
A
B
C
A : MicroPC Pen P5 mit Stift
B : 3,5“ Diskettenlaufwerk
Abb. 2-9: MicroPC Pen P5 mit Zubehör
C : Wechseldatenträger, Iomega
Click mit 40MB Speicherleistung

2 Hardwarekomponenten 16
Die technischen Leistungen des Rechners sind in Tab. 2-4 abgebildet.
Tab. 2-4: Technische Daten des Handheld-Computers (MICROPORT 2000)
Bauteile Eigenschaften
Typ MircoPC Pen P5
Betriebssystem Microsoft Windows 98
Prozessor Genuine Intel Pentium Prozessor
Festplatte 4 GB
Hauptspeicher 128MB
Schnittstellen 2 x seriell, 1 x USB (10-polige Steckverbindungen)
Erweiterungssteckplatz 1 x PCMCIA 2.1 (16 Bit, Bauhöhe Typ II)
Wechseldatenträger Iomega Click Diskette; 40MB Speicherkapazität
Gehäuse Wettergeschützte Ausführung
Display Hochreflektives 8,4“ TFT-LCD
Akkusystem SAFT Li-Ion-Prismatic (7,2 V / 5,5 Ah)
Betriebsdauer 4 – 8 h (anwendungsabhängig)
Gewicht 2,2 kg
Abmessung 296 x 45 x 240 mm
Die Lauffähigkeit von LabVIEW-Programmen wurde vor Beginn der Entwicklung des Mess-
und Steuerprogramms auf dem MircoPC Pen P5 getestet, da dies eine Vorbedingung für den
Entwurf des Programms war.

3 Programmiersoftware LabVIEW 17
3 Programmiersoftware LabVIEW
In diesem Kapitel wird ein weiterer Teil des theoretischen Hintergrundes der Arbeit, die
Programmiersoftware LabVIEW erläutert. Hierzu folgt ein Überblick über LabVIEW mit
anschließendem Programmbeispiel und einigen wichtigen Funktionen zum Abschluss.
3.1 Überblick
In dem Maße, wie der Programmieraufwand durch die komplexeren Anforderungen in der
Messdatenerfassung stieg, entstand bei der Firma National Instruments die Idee von einem
effektiveren Programmierwerkzeug. Nach Jahren der Entwicklung ist im Oktober 1986 die
erste lauffähige LabVIEW-Version auf den Markt gekommen. Nach dem Durchbruch zur
Plattformunabhängigkeit im Januar 1990 und vielen weiterentwickelten Versionen erschien
im April 1998 LabVIEW 5.1 (LAUTERBURG 2003). Im September diesen Jahres wurde
LabVIEW 7 Express in Deutschland vorgestellt (NATIONAL INSTRUMENTS 2003). Durch die
ständige Entwicklung und Anpassung an die Nutzerbedürfnisse ist LabVIEW in der
modernen Mess- und Testtechnik ein Industriestandard.
Die Anwendungsgebiete reichen von Forschungs- und Laboranwendungen über Prozesssteuerung
und Fabrikautomation bis hin zur Bilderfassung (JAMAL & PICHLIK 1999).
LabVIEW, ein komplexes Mess- und Analysewerkzeug, ist zu den Betriebssystemen Apple
Macintosh, MS-Windows, SUN und HP kompatibel (LAUTERBURG 2003).
Ein weiterer Vorzug ist, dass Syntax- und Semantikfehler durch die grafische Programmier-
sprache ausgeschlossen sind. Zudem ist es nicht notwendig, die Programme zur Problem-
lösung linear zu strukturieren (JAMAL & PICHLIK 1999).
Die Möglichkeit, Algorithmen und Prozesse in Diagrammen darzustellen, kommt der Form,
Gedankengänge in papierbasierten Flussdiagrammen und Ablaufplänen zu gliedern, gleich.
LabVIEW benutzt Module und Konzepte, die dem Ingenieur und Wissenschaftler in Form
von Blockschaltbildern vertraut sind (JAMAL & HAGESTEDT 2001).
In LabVIEW stehen dem Anwender alle Elemente textbasierter Programmiersprachen zur
Verfügung. Unter anderem sind Kontrollstrukturen, Operatoren, Datentypumwandlungen,
mathematische Funktionen und Möglichkeiten zum Einbinden von Matlab-Skripten
vorhanden (JAMAL & HAGESTEDT 2001). Neben den genannten Elementen besitzt LabVIEW
ein umfangreiches Sortiment an Routinen für Schnittstellen, Bus-Systeme, Internet-
Anwendungen und gewöhnliche Datenausgabe in Dateien.
Mit der „online“ Hilfe- und Fehlersuchfunktion in deutscher Sprache werden Anwender sehr
gut unterstützt. Die Vorteile einer grafischen Programmierumgebung im Allgemeinen sind
kurze Einarbeitungszeit, schnelle Programmerstellung und Anwendungsmöglichkeit auch für
nicht erfahrene Entwickler.

3 Programmiersoftware LabVIEW 18
3.2 Virtuelle Instrumente
Ein reales Instrument ist einem LabVIEW-Programm sehr ähnlich, da es auf der
Programmoberfläche auch Tasten, Regler und Elemente zur grafischen Visualisierung besitzt.
Aus diesem Grund werden LabVIEW-Programme als virtuelle Instrumente (VI) bezeichnet.
Alle VIs können als Haupt- oder Unterprogramme eingesetzt werden. Die VI-Architektur ist
hierarchisch und modular. Mit der modularen Programmierung sind folgende Vorteile
gegeben:
Vereinfachte Fehlersuche, da jedes VI separat ausführbar ist.
Hohe Effektivität und Zeitgewinn, da jedes VI wieder verwendet werden kann.
3.3 Programmbeispiel
Um das Verständnis der grafischen Programmierung in LabVIEW zu erleichtern, werden an
einem Beispiel wichtige Strukturen vorgestellt. Das Programmbeispiel ermöglicht die
Umrechnung von polaren Koordinaten in rechtwinklige Koordinaten (UPR).
Alle VIs bestehen aus folgenden drei Elementen:
Frontpanel
Das Frontpanel ist gleichzusetzen mit der Benutzeroberfläche in herkömmlichen
Programmiersprachen, auf dem sich Bedien- und Eingabeelemente befinden. In Abb. 3-1 ist
das Frontpanel mit den Eingabeelementen Hz, V, Schrägstrecke und den Ausgabeelementen
Y, X, Z zu sehen.
Abb. 3-1: Frontpanel des VI UPR

3 Programmiersoftware LabVIEW 19
Blockdiagramm
Das Blockdiagramm kommt einem Quellcode gleich und enthält unter anderem Funktionen,
Konstanten, und SubVIs (Unterprogramme).
Im Blockdiagramm in Abb. 3-2 wird mit Aktivierung der Highligther-Funktion (C) die
Datenübergabe (B) visualisiert. Die Funktion ermöglicht die schnelle Fehlerbehebung
(Debugging). Alle eingegebenen Daten Hz, V und Schrägstrecke (A) durchlaufen den
Formelknoten (D) und werden anschließend im Frontpanel ausgegeben (E). Durch den
Formelknoten ist es in LabVIEW möglich, mathematische Algorithmen schnell umzusetzen.
Symbol und Anschlussblock
Das Symbol und der Anschlussblock, ermöglichen die Datenübergabe zwischen
verschiedenen VIs. Im Blockdiagramm eines VIs wird das Symbol als bildliche Darstellung
eines SubVIs verwendet. Im Anschlussblock werden die Ein- und Ausgabeparameter eines
VIs definiert.
A
C
B
A : Eingabe der Daten D : Formelknoten
B : visualisierte Datenübergabe E : Ausgabe der Daten
C : Highligther-Funktion
D
Abb. 3-2: Blockdiagramm des VI UPR
E

3 Programmiersoftware LabVIEW 20
Symbol und Anschlussblock in Abb. 3-3 zeigen die Schnittstelle des UPR in LabVIEW. Auf
der linken Seite des Symbols befinden sich alle Eingänge, auf der rechten Seite alle Ausgänge
des VIs. Im Anschlussblock (B) sind die Ein- und Ausgänge durch unterschiedlich starke
Umrahmung zu unterscheiden. Einem VI können bis zu 28 Ein- oder Ausgänge zugeordnet
werden. Eine Erweiterung der Datenübergabe lässt sich durch Gebrauch globaler Variablen
oder Arrays erreichen.
3.4 Weitere Funktionen
Die Dokumentation und Verwaltung der VIs ist über verschiedene Strukturen realisiert.
LabVIEW enthält hierfür ein Hierarchiefenster, einen Dateimanager, Funktionen zur
Beschreibung der VIs, Methoden zur Programmoptimierung, Suchfunktionen sowie eine
Hilfe-Funktion. Im Folgenden soll auf die einzelnen Elemente näher eingegangen werden.
Das Hierarchiefenster bildet aufgrund der Struktur in LabVIEW den gesamten Aufbau mit
allen VIs der entworfenen Anwendung ab. In diesem Fenster hat der Anwender direkten
Zugang zu dem gewünschten VI.
Der spezielle Dateimanager, bestehend aus zwei parallel geöffneten Fenstern mit
Verzeichnisbäumen, ermöglicht das Kopieren, Löschen oder Umbenennen eines VIs bzw.
einer ganzen Bibliothek.
Mit der Funktion VI-Info ist die detaillierte Beschreibung eines VIs möglich. Die
Beschreibung kommt der Kommentarzeile in einer textbasierten Programmiersprache gleich
und wird in LabVIEW in dem Hilfefenster untergebracht. Mit dieser Methode bietet
LabVIEW die Möglichkeit, das gesamte Programm an den entsprechenden Stellen durch
Kommentare und Beschreibungen transparent und für andere Benutzer nachvollziehbar zu
entwerfen.
In dem Profilfenster kann zum Zweck der Programmoptimierung die Laufzeit für jedes
verwendete VI schnell und einfach aufgelistet werden.
Durch eine sehr umfassende Suchfunktion ist es möglich, grafische Elemente, einzelne
Funktionen oder ganze VIs in LabVIEW zu finden.
A B
Abb. 3-3: Symbol (A) und Anschlußblock (B) des VI UPR
Die Online-Hilfe Funktion (Abb. 3-4) bietet dem Anwender ein umfangreiches
Informationswerkzeug für die schnelle Erstellung der VIs. Sie enthält unter anderem

3 Programmiersoftware LabVIEW 21
Beschreibungen zu Funktionen, Konstanten und SubVIs. Zusätzlich enthält sie nach Themen
geordnete Programmbeispiele (JAMAL & HAGESTEDT 2001).
Abb. 3-4: Online-Hilfe Funktion
Auch das Einbinden von Matlab-Skripten ist in LabVIEW durch eine spezielle Funktion
möglich. In Abb. 3-5 ist ein Beispiel für die Verwendung eines Matlab-Skriptknoten zu sehen.
Abb. 3-5: Beispiel für das Einbinden von Matlab-Skripts in LabVIEW
Durch den speziellen Skript-Knoten ist es möglich, die Matlab-Skripte in den LabVIEW-
Code zu integrieren.
Für umfassendere Informationen zum Thema LabVIEW wird auf das Buch „LabVIEW das
Grundlagenbuch“ von JAMAL & HAGESTEDT 2001 verwiesen.

4 Programmstruktur 22
4 Programmstruktur
In diesem Kapitel werden die praktische Durchführung und die Ergebnisse der Diplomarbeit
vorgestellt. Explizit wird die Programmentwicklung vom Entwurf bis zum fertiggestellten
Mess- und Steuerprogramm erläutert.
4.1 Entwicklung des Programms
Der aus mehreren Phasen bestehenden Programmentwicklung liegt das W-Modell (Abb. 4-2)
zugrunde, das eine Modifikation des allgemeinen V-Modells (Abb. 4-1) ist. Entwickelt wurde
das W-Modell von Prof. Dr. A. Spillner von der Hochschule Bremen. In dem Modell sind die
Testaktivitäten schon bei Beginn des Projektstarts integriert. Der Testprozess, der aus Testen,
Debuggen, Ändern und erneutem Testen besteht, verläuft parallel zur Entwicklung des
Programms (SPILLNER 2003). Dadurch wird ein Rückkopplungseffekt vom Testergebnis auf
die Planung und Programmierung erzielt.
Anforderungsdefinition
Grobentwurf
Feinentwurf
Modulspezifikation
Allgemeines V-Modell
Programmierung
Modultests
Abb. 4-1: allgemeines V-Modell (SPILLNER 2003)
Integrationstests
Systemtests
Abnahmetests

4 Programmstruktur 23
Anforderungsdefinition
Im W-Modell (Abb. 4-2) ist zu sehen, dass im Gegensatz zum allgemeinen V-Modell die
Testaktivitäten schon in der Anforderungsdefinition beginnen und dann den gesamten Verlauf
der Programmentwicklung begleiten.
4.1.1 Anforderungsdefinition
In der Phase der Anforderungsdefinition wurden in Form einer Voruntersuchung die
Forderungen an das zu entwerfende Programm gesammelt. Alle notwendigen
vermessungstechnischen Funktionen, Ideen und Probleme wurden in dem in Abb. 4-3
dargestellten Mindmap festgehalten.
Koordinatendatei
Grobentwurf
Datei für Panda
erzeugen
Feinentwurf
Start der
Testaktivität
Modulspezifikation
Planung (Teil-)
Systemtests
Planung Integrationstests
Planung
Modultests
Soll-Ist Vergleich bei der Kontrolle
Prüfung der Ergebnisse
an einer Toleranz
Kontrollmessung
Neupunktaufnahme
Absteckung
Anlegen einer Ergebnisdatei
Ausgabe von Dateien
W-Modell
Programmierung
Ausführung
Abnahmetests
Ausführung (Teil-)
Systemtests
Ausführung
Integr.-Tests
Ausführung
Modultests
Abb. 4-2: W-Modell (SPILLNER 2003)
Messprogramm
Abb. 4-3: Anwendungsdefinition in Form eines Mindmap
Voraussetzungen
debuggen
& ändern
Einlesen von Dateien
Freie Stationierung
debuggen
& ändern
Automatisches Drehen in
die II. Lage
debuggen
& ändern
Schnittstelle
Messen Messung von von n Sätzen Sätze zu zu m
Zielpunkten
Automatische Positionierung zu
den Zielpunkten
Korrektur der Messelemente
Automatische Punktauswahl
debuggen
& ändern
Wetter- Allgemeindaten
Koordinatendatei
Korrekturdatei

4 Programmstruktur 24
4.1.2 Grobentwurf
Die Sammlung der Anforderungen
führte zu dem in Abb. 4-4 dargestellten
Grobentwurf. Dieser besteht aus der
Prozedur „Eingabe“ und den drei
Funktionen „Messen“, „Kontrolle“ und
„Rechnen“. Der Unterschied zwischen
einer Prozedur und einer Funktion
besteht darin, dass die Funktion einen
Wert zurück gibt (RRZN 2001). Da bei
der Eingabe die Werte vom Benutzer
eingetragen bzw. eingestellt werden
und keine Werte zurückgegeben
werden, wurde dieser Teil den
Prozeduren zugeordnet.
4.1.3 Feinentwurf
Koordinaten
Unter Berücksichtigung der aktuellen Programmstruktur ist aus dem Grobentwurf der in Abb.
4-5 dargestellte Feinentwurf entwickelt worden (siehe auch Anhang B in A3-Format).
messen
messen
EINGABE
MESSEN
KONTROLLE
RECHNEN
MESSEN
KONTROLLE
RECHNEN
Abb. 4-4: Grobentwurf
messen
Abb. 4-5: Feinentwurf der Prozeduren und Funktionen (siehe auch Anhang B)
Parameter
Festpunkte
Meßelemente
Standpunkte
Kontrollpunkte
Neupunkte
Meßelemente
Soll - ist
Vergleich

4 Programmstruktur 25
Im Feinentwurf sind die einzelnen Prozeduren und Funktionen detailliert ausgearbeitet
worden. Mit dieser grafischen Ausarbeitung des Feinentwurfs wurde die Modulspezifikation,
der nächste Schritt des W-Modells, in einem schriftlichen Teil (Anhang A) verwirklicht.
4.1.4 Modulspezifikation
In der Phase der Modulspezifikation sind auf Grundlage des Feinentwurfs aus den Prozeduren
und Funktionen Module entwickelt worden, welche Schnittstellen mit Ein- und
Ausgangsparametern aufweisen und autark lauffähig sind.
Die Übergabe von Daten bzw. Befehlen sowie die zeitliche Reihenfolge ist hier detailliert
beschrieben.
Teilweise wurden die ersten vier Phasen einschließlich der Modulspezifikation mehrfach
durchlaufen, um die Prozeduren und Funktionen sowie die daraus abgeleiteten Module mit
ihren Beziehungen untereinander im iterativen Prozess zu prüfen und konkreter zu
beschreiben.
4.1.5 Programmierung
In der Programmierphase sind aus den Modulen Virtuelle Instrumente (VIs) entwickelt
worden. Die aus drei Buchstaben bestehenden Namen der VIs, wurden aus der Beschreibung
des entsprechenden Moduls abgeleitet. Während der Programmierung und der Tests der VIs
kamen bis dahin nicht erarbeitete Details in Form von neuen VIs hinzu wodurch das
Programm schnell an Umfang und Komplexität zunahm. Zur besseren Organisation sind die
in Tab. 4-1 dargestellten Kurzbezeichnungen der VIs angelegt worden (vollständige Liste im
Anhang C).
Tab. 4-1: Ausschnitt aus der Tabelle Kurzbezeichnung der VIs (siehe Anhang C)
Kurzbezeichnung Modulbeschreibung Nr. im Feinentwurf
HME Hauptme nü
LAB Laden der Basisdateien 1a
SDE Schnittstelle definieren 1c
SDS seriell Daten schreiben / lesen 1c
PAE Parameter eingeben 2a
PAS Parameter setzen 2b
FPL Festpunkte laden 3a
SNE Standpunktnummer eingeben

4 Programmstruktur 26
In LabVIEW 5.1 werden die VIs in Bibliotheken abgelegt. Zur Verbesserung der
Programmorganisation sind alle VIs nach einer bestimmten Struktur in fünf unterschiedliche
Bibliotheksklassen eingeordnet.
In der Abb. 4-6 links sind die einzelnen Bibliotheken aufgelistet. In ihnen befinden sich die
rechts in der Abbildung beispielhaft aufgeführten Module aus den entsprechenden
Bibliotheken.
Zur besseren Organisation werden die VIs zum einen entsprechend nach ihren Funktionen den
Bibliotheken zugeordnet, zum anderen erhalten die VIs der Bibliotheken ein entsprechend
farbiges Icon und werden im LabVIEW-Code schnell wieder erkannt. Gleichfalls ist eine
schnelle Zuordnung über die drei vergebenen Buchstaben möglich.
Die ersten vier Bibliotheksnamen folgen einer festen Vorgabe. Diese ist abgeleitet aus einer
Vorgabe für die Klassifizierung von Modulhierarchien (STEINBUCH & STEINBUCH 1999). Die
Module sind mit ihren spezifischen Aufgaben den fünf Ebenen zugeordnet.
Die Ebene der Steuerungsmodule hat unter anderem die Aufgabe, die Fachmodule aufzurufen
und den Ablauf zu koordinieren. Die Fachmodule beinhalten die fachliche Verarbeitung, hier
befinden sich zum Beispiel Algorithmen zur Ergebniserarbeitung.
Die Hilfsmodule umfassen alle VIs, die für häufig verwendete kleinere Operationen
eingesetzt werden, wie zum Beispiel das Öffnen und Schließen von VIs.
Zu den Kommunikationsmodulen zählen alle VIs, die direkte Kommunikation mit irgendeiner
Form von Hardware haben, wie zum Beispiel das Senden und Auslesen von Daten am
Instrument oder das Laden und Speichern von Daten auf dem Rechner (STEINBUCH &
STEINBUCH 1999).
Die fünfte Modulbibliothek „Globale Variablen“ ist auf Grund der hohen Anzahl an globalen
Variablen entstanden, die sich thematisch nicht einordnen ließen.
Hauptmenü
Festpunkte laden
Front Panel öffnen
Messen
Messen (True/False)
Abb. 4-6: Klassifizierung der Module in Bibliotheken (links) mit VIs aus dem Inhalt (rechts)
Ein sehr wichtiges Kriterium für die Softwareentwicklung ist bei der Komplexität, die ein
solches Programm schnell erlangt, eine klare Katalogisierung der einzelnen VIs. Die

4 Programmstruktur 27
Organisation und Struktur eines Programms legt den Grundbaustein für seine
Funktionstüchtigkeit. Kapitel 8 behandelt welche Möglichkeiten LabVIEW zur
Vereinfachung der Struktur bietet.
4.2 Programmgliederung
Die Programmgliederung wird in den Abb. 4-7 bis Abb. 4-9 in Form von
Programmablaufplänen schematisch dargestellt. Als Vorlage für die entstandenen
Programmablaufpläne mit den Sinnbildern nach DIN 66001 dienten Programmablaufpläne für
ein Berechnungsprogramm aus dem Finanzbereich (BFM 2003).
Folgende Sinnbilder sind mit den angegebenen Bedeutungen in den schematischen
Darstellungen verwendet worden.
Kontrollmessung
zu bekannten
Punkten
START
Voraussetzungen
Punktauswahl
Messung
Freie Stationierung
berechnen
Mehrfachauswahl
Aufmessen von
unbekannten
Punkten
ENDE
Abb. 4-7: Gesamtablauf des Programms (links); Ablaufplan des Prozesses Voraussetzungen (rechts)
Grenzstelle (START / ENDE).................... Verzweigung............................................
Vordefinierter Prozess (festdefiniert)........ manuelle Eingabe................................
Prozess (grundlegend)................................ Speicherung im Dokument.....................
Vorbereitung...............................................
Absteckung von
bekannten
Punkten
Voraussetzungen
Instrumentenaufstellung
Wetterdaten messen
Basisdateipfade eingeben
Schnittstelle definieren
Wetter- und Allgemeindaten
eingeben
Instrumentenparameter
automatisch
setzen
ENDE

4 Programmstruktur 28
Ja
Koordinatendatei
laden
Punkt auswählen
Daten speichern
Auswahl aus
Datei
Koordinatendatei
laden
Punkte auswählen
Daten speichern
Abb. 4-8: Ablaufplan für den Prozess Punktauswahl
Ja
Punktauswahl
Nein
Standpunkt
bekannt?
Standpunktnummer
und Koordinate von
Hand eingeben
Ja
Zielpunktauswahl
aus Datei?
Nein
Punktauswahl
laden und ansehen
ENDE
Nein
Zielpunktnummer
und Koordinate von
Hand eingeben
Beliebige
Standpunktnummer
von Hand eingeben
Daten speichern Daten speichern
Daten speichern

4 Programmstruktur 29
Abb. 4-9: Ablaufplan für den Prozess Messung
Korrektur der Beobachtungen
und
Speicherung
Positionswinkel
dHz, dV in der
1. Lage des 1. Satzes
für m Zielpunkte
berechnen
Ja
m Zielpunkte
gemessen?
Nein
Ja
In II. Lage
gemessen?
Nein
Ja
Gemessene
Sätze > 1?
Nein
Freie
Stationierung
berechnen
Ja
n Sätze
gemessen?
Nein
ENDE
Drehen in I. Lage
Messung
Drehen in II. Lage
Positionierung des
Instrumentes auf den
nächsten Zielpunkt

4 Programmstruktur 30
In Abb. 4-7 links ist im Gesamtablauf des Programms zu sehen, dass die freie Stationierung
die Vorbedingung für alle Folgemessungen ist. Durch den Benutzer wird nach Abschluß der
Stationierung die nachfolgende Messung entschieden.
In Abb. 4-7 rechts ist zu erkennen, dass die Voraussetzungen für die Stationierung alle
wesentlichen Elemente, unter anderem die Instrumentenaufstellung und Eingabe der Wetterund
Allgemeindaten umfasst.
Die Abb. 4-8 beschreibt schematisch den Ablauf bei der Punktauswahl. Der Benutzter wird
über die Menüführung so gelenkt, dass die Auswahl des Standpunktes vor der Zielpunkt-
auswahl stattfindet. Die Standpunktauswahl wird zuerst nach bekanntem oder unbekanntem
Standpunkt unterschieden. Bei bekanntem Standpunkt kann dann entschieden werden, diesen
aus der Koordinatendatei zu laden oder manuell einzugeben. Nach der Standpunktauswahl
schließt sich die Zielpunktauswahl mit ähnlichen Abläufen an.
In Abb. 4-9 wird der Prozess der Messdatenerfassung und teilweisen Verarbeitung dargestellt.
Er enthält die Korrektur der Beobachtungen, das Rechnen der relativen Drehwinkel
(Positionswinkel) für die Drehung des Instrumentes zum nächsten Zielpunkt sowie die
Drehung des Instrumentes in die nächste Fernrohrlage und der Berechnung der Freien
Stationierung. Die schematische Darstellung zeigt, dass die freie Stationierung bei mehr als
einer Satzmessung schon während des Messverlaufes berechnet wird. Der Prozess wird
beendet, sobald das Abbruchkriterium, alle gewählten Punkte in zwei Lagen und allen
definierten Sätzen zu messen, erfüllt sind. In einer späteren Programmerweiterung werden
durch eine Toleranz für die Genauigkeit des Standpunktes bei der Stationierung die
Abbruchkriterien um einen weiteren Punkt ergänzt. Dies beinhaltet dann auch das
automatische Erhöhen der Anzahl der Satzmessungen, da allein durch die Wiederholungs-
messung unter Umständen keine deutliche Verbesserung der Ergebnisse der Stationierung
erhalten wird.

4 Programmstruktur 31
4.3 Datenfluss
Bei der Beschreibung des Datenflusses im Programm sind drei Arten von Datentypen zu
unterscheiden.
Eingangsdaten sind alle Daten, die dem Programm von außen mitgeteilt werden, z.B. durch
eine Pfadangabe wie bei Dateien oder durch eine direkte Eingabe, wie beim Namen des
Beobachters.
Interne Daten sind alle Daten, die innerhalb des Programms erzeugt, in temporären Dateien
oder in globalen Variablen gespeichert und vom Programm an anderer Stelle weiterverarbeitet
werden.
Ausgangsdaten sind alle Daten, die in Form einer Ergebnisdatei vom Programm ausgegeben
werden.
4.3.1 Eingangsdaten
Zu den Eingangsdaten gehören die ASCII-Dateien (siehe Tab. 4-2) und die
Eingangsparameter (siehe Tab. 4-3.) Für den Zugriff auf die drei Eingangsdateien werden die
Dateipfade dem Programm durch den Benutzer mitgeteilt. Die Eingangsparameter werden
über die Benutzeroberfläche der entsprechenden VIs abgefragt.
DATEINAME INHALT
BHZAUBAR.INP Korrekturen für die Barometer
BHZAUTC4.INP Reflektorkorrekturen für TDA
Kellernetz.koo Koordinatendatei
Tab. 4-2: Eingangsdateien

4 Programmstruktur 32
Tab. 4-3: Eingangsparameter
NAME Dimensionen Ausprägung Anmerkung
Pfade der Basisdateien
Barometerkorrektur String C:\Ordner\Datei
Reflektorkorrektur String C:\Ordner\Datei
Koordinatendatei String C:\Ordner\Datei
Schnittstellenparameter
Portnummer Int 1
Baudrate Int 1111
Datenbits Int 1
Stoppbits Int 1
Parität Int 1
(Puffergröße) Int 1
Wetter- und Allgemeindaten
Temperatur Double 11.1 in °C
Thermometernummer Int 11
Luftdruck Double 1111.1 in hpa
Barometernummer Int 11
Datum String TT.MM.JJJJ Automatisch
Beobachter String Müller Referenzliste
Instrumententyp / -nr. String TDA_01
Instrumentenhöhe Double 111.1 in mm
Anzahl der Sätze Int 1 Automatisch II S.
Zielpunktattribute
Reflektornummer Int 11
Reflektorhöhe Double 111.1 in mm
Punktauswahl
Standpunktnummer String / Int 1111 Stdnr oder z.B: 1325
Standpunktkoordinate Double 1111.1111 Xst, Yst, Zst
Festpunktnummer String / Int 1111 FPnr oder z.B: 2345
Festpunktkoordinate Double 1111.1111 Xfp, Yfp, Zfp
Kontrollpunktnummer String / Int 1111 KPnr oder z.B: 5335
Kontrollpunktkoordinate Double 1111.1111 Xkp, Ykp, Zkp
Neupunktnummer String / Int 1111 NPnr
Neupunktkoordinate Double 1111.1111 Xnp, Ynp, Znp
Die Liste der Eingangsparameter wird sich im Laufe der folgenden Programmierarbeit noch
erweitern. Es ist geplant, eine Toleranz für die Standpunktgenauigkeit und für die Aufnahme
von Neupunkten mit anzugeben.

4 Programmstruktur 33
4.3.2 Interne Daten
Während des Programmablaufs werden in einigen Modulen kontinuierlich Daten erzeugt, die
zum Teil an späterer Stelle wieder verwendet werden. Diese Daten, beispielsweise die
Reflektorhöhen oder die Positionswinkel, werden in temporären Dateien abgelegt und unter
anderem für eine spätere Ergebnis- oder Protokolldatei bereitgehalten. In Tab. 4-4 sind die
derzeit aktuellen Dateien mit den internen Daten dargestellt.
Tab. 4-4: Temporäre Dateien mit internen Daten
DATEINAME INHALT
Punktdatei.tmp aktuelle Punktauswahl aus der Koordinatendatei
Parameter.tmp aktuelle Parameter
(Standpunkt-, Zielpunktnummer, Y, X, Z)
(Dateipfade, Schnittstellenparameter, Wetter- und Allgemeindaten)
Zpkt.tmp aktuelle Zielpunktattribute
(Zielpunktnummer, Reflektornummer, Reflektorhöhe)
Posit.tmp aktuelle Positionswinkel
(dHz, dV)
Messkor.tmp aktuelle korrigierte Beobachtungen zur Berechnung der Freien Stationierung
(Zielpunktnummer, Hz, V, Schrägstrecke)
Korr.tmp aktuelle korrigierte Beobachtungen bei der Neupunktaufnahme
(Zielpunktnummer, Hz, V, Schrägstrecke)
erg.tmp Ergebnisdatei bei der Neupunktaufnahme

4 Programmstruktur 34
4.3.3 Ausgangsdaten
Bei den Ausgangsdaten sind die endgültigen Ergebnisse von den Zwischenergebnissen zu
unterscheiden. Beide Typen werden in unterschiedlichen Dateien abgelegt. In Tab. 4-5 sind
die Ausgangsdateien mit ihren Inhalten aufgelistet.
Tab. 4-5: Ausgangsdateien
DATEINAME INHALT
Mess.dat originäre Messelemente ohne Korrektur für die Übersetzung ins PANDA-
Format und zur Sicherung
(Zielpunktnummer, Hz, V und Schrägstrecke)
311206.bhz Datei für die PANDA-Ausgleichung mit aktuellen Datum als Dateiname
(Beobachtungen, Instrumentenattribute, Zielpunktattribute, Wetter- und
Allgemeindaten)
Korr.dat aktuelle berechnete Koordinaten
(Standpunkt, Neupunkte)
Ergebnis.dat Ergebnisdatei der Freien Stationierung und andere wichtige Daten
(Positionswinkel, Brechungsindex, alle Zwischenergebnisse der Freien
Stationierung)
4.4 Berechnungen
Die zum derzeitigen Programmstatus fertiggestellten und eingesetzten Berechnungen sind in
Programmablaufplänen schematisch in den Abb. 4-10 bis Abb.4-14 dargestellt. Die
Berechnungen umfassen im einzelnen:
Positionswinkelberechnung (dHz, dV)
Korrektur der Beobachtungen (geometrisch, meteorologisch)
Freie Stationierung (2-D Helmertransformation)
Neupunktkoordinatenberechnung (polares Anhängen)
Folgende Berechnungen wurden im Rahmen dieser Arbeit nicht berücksichtig und sind noch
für die Kontrollmessungen, die Absteckung oder sonstigen Verbesserungen des Programms
zu programmieren:
Berechnung der Koordinaten der Kontrollpunkte mit Soll-Ist-Vergleich
Berechnung der polaren Absteckelemente aus Koordinaten
Räumliche Koordinatentransformation für die Freie Stationierung

4 Programmstruktur 35
START
Positionswinkel
Korrektur der
Beobachtungen
Freie Stationierung
Korrektur der
Beobachtungen
Koordinatenberechnung
der Neupunkte
ENDE
Abb. 4-10: Zeitlicher Ablaufplan aller bisherigen Berechnungen
Freie Stationierung
Neupunktaufnahme
In Abb.4-10 ist der zeitliche Ablauf der Berechnungen im Programm dargestellt. Zu sehen ist,
dass bisher fünf Berechnungen im Programm stattfinden. Für die freie Stationierung sind die
Korrekturen der Beobachtungen und die Berechnung der Stationierung entscheidend. Die
Berechnung der Positionswinkeln dient der Automatisierung des Messprozesses.

4 Programmstruktur 36
ENDE
Positionswinkel
n = 1
Sum Zielpunkte = Anzpkt
Stelle A in der Datei = 1
Stelle B in der Datei = 2
Zielpunkt A = Stelle A
Zielpunkt B = Stelle B
Koordinaten des
Standpunktes
laden
Koordinaten an
Stelle A und B
laden
Berechnung der Richtungswinkel
und der Horizontalstrecke
vom Standpunkt zu den
Zielpunkt A und B= TA bzw. TB
Differenz zwischen
TB und TA = dHzi
Berechnung der Höhen- bzw.
Tiefenwinkel vom Standpunkt
zu den Zielpunkt A und B
= WA / WB
Differenz zwischen
WA / WB = dVi
Daten speichern
Ja Nein
AnzPkt = n?
Abb. 4-11: Ablaufplan für die Berechnung der Positionswinkel
Stelle A = Stelle A + 1
Stelle B = Stelle B + 1
n = n + 1

4 Programmstruktur 37
Näherungskoordinaten
für das lokale System
berechnen
Schwerpunkt in beiden
Systemen und Differenzen
zum Schwerpunkt berechnen
Transformationsparameter
a und o
berechnen
Transformation des
Drehpunktes (Standpunkt)
des lokalen Systems
Transformation der
Koordinaten
Berechnung der
Restklaffen fyi, fxi
Freie Stationierung
Reduzierung der
Richtungen und der
Vertikalwinkel
Mittelbildung der
Beobachtungen über
n Sätze
Soll-Ist-Vergleich für den
Standpunkt (Y, X, Z)
Speichern der Ergebnisse
im Berechnungsprotokoll
Speichern der Standpunktkoordinate
mit Genauigkeit
ENDE
Abb. 4-12: Ablaufplan für die Berechnung der Freien Stationierung
dh zu jedem Zielpunkt
berechnen
Berechnung der Standpunkthöhe
mit dem dh von
jedem Zielpunkt
Mittelbildung der
n Standpunkthöhen

4 Programmstruktur 38
Reduktion auf die „wahre“
Schrägstrecke
Korrektur der
Beobachtungen
Reflektorkonstante anhand
der Ref.-Nr. aus der
Reflektorkorrekturdatei
holen
Korrekturwert an die
Schrägstrecke anbringen
Barometerkonstante anhand
der Barometer-Nr. aus der
Barometerkorrekturdatei
holen
Berechnung des aktuellen
Brechungsindex
Korrektur der
Schrägstrecke
Berechnung des streckenabhängigen
ATR-Korrekturwertes
Korrektur der Richtung Hz
und des Vertikalwinkels
Ja Reflektorhöhe
ungleich 0?
Nein
ENDE
Abb. 4-13: Ablaufplan für die Berechnung der Korrektur der Beobachtungen
Geometrische
Korrektur wegen
der Reflektorkonstante
Meteorologische
Korrektur
Korrektur wegen
ATR (Nahbereich)
Geometrische
Korrektur wegen
der Reflektorhöhe

4 Programmstruktur 39
Abb. 4-11 enthält die schematische Darstellung der Berechnung der relativen Drehwinkel bei
bekanntem Standpunkt. Die Berechnung findet in der ersten Lage des ersten Satzes statt.
Zuerst werden die Koordinaten der zwei Zielpunkte, zwischen denen das Instrument gedreht
wird, und des Standpunktes geladen. Anschließend werden die Richtungswinkel zu jedem
Zielpunkt berechnet. Die Differenz ergibt die relative Drehung in horizontaler Richtung. Dann
werden die Höhen- bzw. Tiefenwinkel berechnet, hierbei ergibt die Differenz der beiden
Winkel die vertikale Drehung. Das Abbruchkriterium für die Berechnung ist, dass die Anzahl
der ausgewählten Zielpunkte erreicht ist (AnzPkt = n). In der zweiten Lage des ersten Satzes
werden die gespeicherten Winkel wieder geladen und mit negativem Vorzeichen an das
Instrument gesendet.
Koordinatenberechnung
der Neupunkte
Reduzierung der Richtungen
und der Vertikalwinkel
Orientierung des ersten Punktes
der Freien Stationierung mit dem
Drehwinkel aus der Transformation
auf die gem. Richtung anrechnen
Polares Anhängen an die
Standpunktkoordinaten
Genauigkeit des Neupunktes
aus den Messelementen berechnen
Daten speichern
ENDE
Abb. 4-14: Ablaufplan für die Koordinatenberechnung der Neupunkte
In der Abb. 4-12 wird die freie Stationierung mit Reduzierung der Beobachtungen und
Berechnung der Lagekoordinaten und der Höhenkomponente des Standpunktes dargestellt.
Die Lagekoordinaten berechnen sich aus einer 2-D Helmert-Transformation. Die
Höhenkomponente ergibt sich als arithmetisches Mittel aus den Standpunkthöhen, die unter

4 Programmstruktur 40
Verwendung der Beobachtungen zu jedem Zielpunkt berechnet werden. Der sich bisher
anschließende Soll-Ist-Vergleich wird mit der Programmerweiterung durch die innere
Genauigkeit ersetzt.
In Abb. 4-13 werden vier Korrekturen, die an die Beobachtungen anzubringen sind dargestellt.
Die Korrektur wegen des ATRs und der Reflektorhöhe sind Teil der zukünftigen Programm-
erweiterung.
In der Abb. 4-14 werden die Berechnungen für die Neupunktkoordinaten und ihrer inneren
Genauigkeit aus den Beobachtungsdaten aufgezeigt. In einer Programmerweiterung wird die
bisherige Berechnung der Koordinaten durch einfaches polares Anhängen durch eine
Berechnung unter Verwendung der Transformationsparameter a und o aus der freien
Stationierung ersetzt.
Eine detaillierte Beschreibung der verwendeten mathematischen Algorithmen folgt in Kapitel
5 zu den jeweiligen Modulen.

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 41
5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der praktischen Durchführung der Diplomarbeit
dargestellt. Das Ergebnis des Programmentwurfs ist die aus einzelnen Modulen bestehende
Automatische Theodolit Steuerung AMETHIST. Der Name des Programms leitet sich
aus dessen Funktionalität ab.
Nachfolgend werden Benutzeroberflächen, Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe der Daten,
und sofern geodätische Berechnungen in Modulen vorhanden sind, die mathematischen
Formeln beschrieben.
5.1 Voraussetzungen
Alle Voraussetzungen, die für den Beginn der Freien Stationierung und die sich
anschließenden Messungen wichtig sind, werden über das Modul „Hauptmenü-
Voreinstellungen“ (Abb. 5-1) gesteuert. Darin sind alle Module für die Voreinstellungen (A),
die Punktauswahl (B), für den Übergang zur Freien Stationierung (C) und einen eventuellen
Programmabbruch untergebracht (D).
A B
C D
Abb. 5-1: Hauptmenü im Anfangszustand (links) und im Endzustand (rechts)
Alle gespeicherten Einstellungen werden für einen späteren Zugriff in temporären Dateien
abgelegt. Um die Daten in die vorgesehenen Zeilen der entsprechenden Dateien zu speichern,
werden die Tasten der Menüoberfläche schrittweise zur Benutzung freigegeben. Der Benutzer
muss die vorgegebene Reihenfolge einhalten. Diese Reihenfolge ist folgendermaßen
gegliedert: Unter dem Hauptpunkt Voreinstellungen (A) sind die Unterpunkte Basisdateien
prüfen, Schnittstelle definieren und Parameter eingeben angelegt. Wird ein Unterpunkt
abgearbeitet, verschwindet dessen Schaltfläche von der Oberfläche. An deren Stelle tritt ein
Kontrollkästchen und die Schaltfläche des nachfolgenden Unterpunktes wird sichtbar. Bei
dem Unterpunkt „Zielpunkt“ in der Punktauswahl, erhält die Schaltfläche nach erster
Benutzung eine grüne Einfärbung, um zu verdeutlich, dass die Schaltfläche schon benutzt
wurde aber die Möglichkeit einer weiteren Nutzung offen steht. ein Prüfalgorithmus zur

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 42
Kontrolle von doppelt vergebenen oder ausgewählten Punktnummern und Koordinaten bei
der Stand- oder Zielpunktwahl wird zu einem späteren Zeitpunkt integriert.
Nach der erfolgreichen Beendigung der Voreinstellungen besteht die Möglichkeit, alle
Voreinstellungen zu löschen und neu einzutragen oder die Punktauswahl mit der Wahl eines
Standpunktes zu beginnen. Erst wenn die Standpunktauswahl abgeschlossen ist, kann mit der
Zielpunktauswahl begonnen werden. Nach erfolgreicher Standpunktwahl wird ein Kontroll-
kästchen zur Bestätigung angezeigt. Bei abgeschlossener Stand- und Zielpunktauswahl gibt es
wiederum die Möglichkeit diese Auswahl zu löschen. In beiden Methoden, Voreinstellung
bzw. Punktauswahl löschen, werden die angelegten internen Dateien gelöscht, entsprechende
Tasten für einen Neueintrag sichtbar gemacht und alle Kontrollkästchen von der Oberfläche
entfernt.
5.1.1 Voreinstellungen
Die Voreinstellungen umfassen die Eingabe der Pfade für die Basisdateien, die
Schnittstellendefinition sowie die Eingabe der Wetter- und Allgemeindaten.
Abb. 5-2: Menü für die Eingabe der Dateipfade zu Beginn (links) und
während des Speicherns (rechts)
In dem Menü in Abb. 5-2 links können die voreingestellten Standardpfade mit der Taste
Speicherung der Einträge übernommen, über das Eingabeelement die Pfade geändert und
gespeichert sowie der vorherige Standard mit der Taste Standard herstellen geladen werden.
Wie in Abb. 5-2 rechts zu sehen ist, verschwinden die Bedienelemente von der Oberfläche
und zur Kontrolle werden die eingetragenen Werte blau angezeigt. Die hellgrüne Kontroll-
leuchte signalisiert die erfolgreiche Datensicherung in eine temporäre Datei.
Eine einfachere Lösung für die Übergabe der eingetragenen Werte an die nachfolgenden
Module ist mit Hilfe globaler Variablen zu erreichen. Um in LabVIEW 5.1 einen Wert
dauerhaft aus den Bedienelementen in eine globale Variable zu speichern, muss dieser Wert
zuvor als Standardwert des Bedienelementes deklariert sein. Die Datenübergabe findet dann
permanent statt. Eine Änderung wird nur einmal übergeben, nachfolgend aber vom

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 43
Standardwert wieder überschrieben. Nach eingehender Auseinandersetzung mit dem Thema
konnte zusammen mit dem LabVIEW-Support in München festgestellt werden, dass die
a) Koordinatendatei
b) Barometerkorrekturdatei
Abb. 5-3: Basisdateien
hierfür vorgesehene Funktion in der Version 5.1 nicht funktioniert. Daher werden die Pfade
als Strings in die programminterne temporäre Datei „Parameter.tmp“ zwischen gespeichert.
In Abb. 5-3 sind die bei DESY verwendeten ASCII-Dateien dargestellt. In der Koordinaten-
datei (Abb. 5-3a) befinden sich die Koordinaten der Standpunkte, der Festpunkte sowie der
Kontrollpunkte auf den Komponenten. Die einzelnen Attribute der Datei sind von links nach
rechts: Punktnummer, Standpunkt [S], Typ, Maschine, KS, Y, X, Höhe, Neigung, Richtung,
Station und das Datum. Für die weitere Verarbeitung im Messprogramm sind nur die
Attribute Punktnummer, Y, X und die Höhe [Z] interessant.
Die Daten der Barometerkorrekturdatei (Abb. 5-3b) sind mit ihrer Nummer den einzelnen
Barometern zugeordnet. Die entsprechenden Daten werden bei der meteorologischen
Korrektur berücksichtigt.
In der Reflektorkorrekturdatei (Abb. 5-3c) sind die einzelnen Additionskonstanten mit
entsprechender Reflektornummer abgelegt. Diese Werte sind für die geometrische Korrektur
relevant.
c)
Reflektorkorrekturdatei

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 44
Abb. 5-4: Menü für die Angabe der Schnittstellenparameter zu Beginn (links) und
während des Speicherns (rechts)
In dem Menü für die Definition der Schnittstelle (Abb. 5-4) ist es ebenfalls möglich, die
Standardeinstellungen zu nutzen oder zu ändern, gleiches trifft auch auf das Modul zur
Eingabe der Wetter-, Allgemein- bzw. Instrumentendaten zu.
In Tab. 5-1 sind die möglichen Einstellungen der Schnittstelle aufgeführt.
Tab. 5-1: Möglichkeiten der Schnittstellendefinition
ATTRIBUT WERT INTERNER WERT DEFAULT
Anschlussnummer COM1 – 4 0 – 3 COM1 (0)
Baudrate 38400 - 2400 String 2400
Datenbits 8 – 5 Int (8 - 5) 8
Stoppbits 1; 1,5; 2 0 – 2 1 (0)
Parität No, odd, even, mark, space 0 – 4 No (0)
Abb. 5-5: Menü für die Eingabe der Allgemein- und Wetterdaten zu Beginn
(links) und während des Speicherns (rechts)
Im Menü in Abb. 5-5 wird die Eingabe der Allgemein- und Wetterdaten ermöglicht. Alle
gespeicherten Daten aus der Schnittstellen- und Parametereingabe werden, wie die
Pfadangaben, in der Datei „Parameter.tmp“ abgelegt (siehe Abb. 5-6). Die gespeicherten
Daten werden später im Modul für die Freie Stationierung ausgelesen bzw. bei der
Umsetzung der Beobachtungsdatei „Mess.dat“ ins PANDA-Format („*.bhz“) genutzt.

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 45
In der Datei in Abb. 5-6 sind die eingegeben Parameter in einer festgelegten Folge
gespeichert.
5.1.2 Punktauswahl
Die Standpunktauswahl wird mit der in Abb. 5-7 dargestellten Messagebox_1 eingeleitet.
Mit bekanntem Standpunkt ist das Vorhandensein einer Nummer bzw. Bezeichnung und der
Koordinaten für den Standpunkt in Y, X und Z gemeint. Ist der Standpunkt bekannt, folgt die
Messagebox_2 in Abb. 5-8, andernfalls das Menü in Abb. 5-9. Hier wird eine Bezeichnung für
die später zu berechnenden Koordinaten des Standpunktes verlangt.
Abb. 5-8:
Messagebox_2
Abb. 5-7: Messagebox_1
In der Messagebox_2 stehen, zwei Entscheidungsmöglichkeiten offen. Bei der manuellen
Eingabe wird das Menü in Abb. 5-10 aufgerufen. Hier können die Nummer und die
Koordinaten des Standpunktes eingegeben werden.
Abb. 5-10: manuelle
Standpunkteingabe
Abb. 5-6: Programminterne Datei “Parameter.tmp”
Abb. 5-9:
Menü zur Eingabe
der Standpunktnummer

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 46
Die Plausibilität der eingegebenen Koordinaten Y, X und Z wird bisher im Programm nicht
geprüft. Zukünftig soll jedoch eine Prüfung auf rein numerische Eingaben erfolgen, um
Eingabefehler zu vermeiden.
Bei der Auswahl des Standpunktes aus der Koordinatendatei wird das Menü in Abb. 5-11
aufgerufen.
In die Punktliste können mehr als 5000 Zielpunkte geladen werden. Die Dauer des
Ladevorgangs ist von der Prozessorgeschwindigkeit des Rechners abhängig, deshalb wurde
eine Anzeige für die bereits geladenen Punkte in die Oberfläche integriert. Die Punktliste ist
in LabVIEW aus mehreren Objekten der Kategorie Listenfeld zusammengesetzt. Die Daten
der Koordinatendatei werden hierfür zeilenweise ausgelesen. Aus den Zeilen, die in Form
eines Strings vorliegen, werden die einzelnen Elemente ausgeschnitten und nach Elementtyp
(Y, X usw.) in einen einzelnen Array separiert. Am Ende des gesamten Auslesevorgangs
werden die einzelnen Arrayinhalte in das entsprechend dimensionierte Listenfeld überführt.
Die weiteren Funktionstasten auf der Menüoberfläche können erst genutzt werden wenn alle
Punkte geladen sind. Mit den Tasten „“ und „“ besteht die Möglichkeit
innerhalb der Liste zu blättern. Der am linken Rand graugrün unterlegte Absatz mit den
Zeilennummern der Liste dient der Auswahl der gewünschten Punkte. Durch Anklicken einer
der Zeilennummern wird ein Punkt ausgewählt. In dem Menü ist die Auswahl auf einen
einzigen Punkt beschränkt, eine Mehrfachauswahl ist nicht vorgesehen. Durch das
anschließende Sichern, werden die Punktnummer und die Koordinaten Y, X und Z in der
Datei „Punktdatei.tmp“ abgelegt.
Nach der Sicherung des Standpunktes leuchtet auch hier für eine kurze Zeit die
Kontrollleuchte zur Bestätigung der erfolgreichen Datensicherung hellgrün auf. Nach dieser
Kontrollmeldung, während der auch alle Bedienelemente von der Oberfläche genommen
werden, schließt sich das Modul automatisch, und auf dem Hauptmenü ist die Taste
Zielpunktauswahl freigegeben.
Abb. 5-11: Standpunktauswahl aus der Koordinatendatei

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 47
Benutzerfreundlicher wäre nach erfolgreich abgeschlossenen Standpunktauswahl ein
automatisches Öffnen der Messagebox_3, die die Zielpunktauswahl einleitet (siehe Abb. 5-
12). Diese Funktion wird ebenfalls später realisiert.
Wie bei der Standpunktauswahl können auch bei der Zielpunktauswahl Punkte manuell
eingegeben (Abb. 5-13) oder aus der Koordinatendatei (Abb. 5-14) geladen werden.
Abb. 5-13: manuelle Zielpunkteingabe
Der Unterschied zwischen der Zielpunkt- und Standpunktauswahl liegt in der
Mehrfacheingabe bzw. -auswahl von Zielpunkten. Nach der Eingabe bzw. der Auswahl und
Speicherung der Punkte ist im Hauptmenü (siehe Abb.5-1 rechts) die Taste Liste:
Punktauswahl, zur Kontrolle der ausgewählten Punkte freigeschaltet.
Abb. 5-15:
Modul zur Kontrolle
der ausgewählten und
gespeicherten Punkte
Abb. 5-12: Messagebox_3
Abb. 5-14: Zielpunktauswahl aus der Koordinatendatei
In die Punktliste in Abb. 5-15 werden die Punkte der internen Datei „Punktdatei.tmp“ geladen.
Der Inhalt und Aufbau der internen Datei ist in Abb. 5-16 abgebildet.

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 48
5.2 Beginn der freien Stationierung
Wie im Kap. 5.1 erwähnt, findet nach dem Abschluss der Voreinstellungen der Übergang zur
freien Stationierung mit der Taste Menü aufrufen statt. Die Benutzeroberfläche des Moduls ist
in Abb. 5-17 abgebildet.
G
F
Das Modul der Freien Stationierung enthält Module für die Messung, die Korrektur der
Beobachtung, die Positionierung, die geodätische Berechnung der freien Stationierung, die
Speicherung sowie die Visualisierung der Ergebnisse bzw. des Programmprozesses während
des Messverlaufs.
Abb. 5-16: Programminterne Datei „Punktdatei.tmp“
In der Oberfläche in Abb. 5-17 befindet sich eine Start-Taste für den Beginn der Messung der
Freien Stationierung (A), ein Anzeigenteil mit der aktuellen Zielpunktnummer (B), der
aktuellen Fernrohrlage, in der sich das Instrument befindet (C), sowie dem aktuellen Satz, der
gemessen wird (D). Ferner sind Anzeigefelder für die aktuellen Beobachtungen
(Horizontalwinkel, Vertikalwinkel, Schrägstrecke (E)), den aktuellen Programmprozess (F)
und die Standpunktgenauigkeit (G) eingefügt.
A
B C
Abb. 5-17: Modul freie Stationierung
D
E

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 49
Mit dem Betätigen der Start-Taste wird die Freie Stationierung begonnen und das Modul für
die Zielpunktattribute in Abb. 5-18 aufgerufen.
Die hier eingegebenen Attribute (Reflektornummer und -höhe) werden in der Datei
„Zpkt.tmp“ abgelegt. Das Modul wird in der 1. Lage des 1. Satzes vor jedem Zielpunkt
automatisch aufgerufen. Ab der 2. Lage werden die Attribute zum jeweiligen Zielpunkt aus
der temporären Datei geladen. Dieser Lern- oder Erinnerungseffekt ist neben der
Positionierung und Messung ein wichtiger Teil des automatischen Ablaufs des Mess-
programms. Beim ersten Zielpunkt muss das Instrument noch „grob“, das heißt im Suchradius
des ATR, anvisiert werden. Das Programm übernimmt nach dem groben Anzielen des ersten
Zielpunktes alle nachfolgenden Berechnungen und Steuerungen bis zum Ende der Freien
Stationierung. Der Inhalt der programminternen Datei „Zpkt.tmp“ ist in Abb. 5-19 dargestellt.
Abb. 5-19:
Abb. 5-18:
Modul für die
Zielpunktattribute
Programminterne Datei „Zpkt.tmp“
5.3 Messen und Positionieren
Nach erfolgter Eingabe der Attribute für den ersten Zielpunkt beginnt automatisch die
Messung des Punktes. Für die nachfolgenden Module werden in einem Unterprogramm die
Daten aus der Parameterdatei an globale Variablen übergeben. Parallel dazu werden
bestimmte Parameter, beispielsweise der aktuelle ATR-Modus und die Fernrohrlage, im
Instrument gesetzt. Die komplette Integration des Moduls, der im Instrument zu setzenden
Parameter, erfolgt in einer später Programmerweiterung.

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 50
5.3.1 Messprinzip
Über die serielle Schnittstelle wird der GSI-Befehl „GET/M/WI21/WI22/WI31“ in Form
eines Strings an das Instrument gesandt. Um die Messung mit der Datenübergabe
abzuschließen, braucht das Instrument etwa 7-8 Sekunden. Anschließend werden die
Beobachtungen (Hz, V, SS) an der Schnittstelle ausgelesen.
5.3.2 Korrektur der Beobachtungen
Im Kap. 5 wurde der zeitliche Ablauf der sich an die Messung anschließenden Korrekturen
schematisch abgebildet. Im Folgenden werden die zugrunde liegenden geodätischen
Berechnungen dargestellt.
Bei der geometrischen Korrektur wegen der Reflektorkonstante wird anhand der Reflektor-
nummer automatisch die Konstante aus der Datei gelesen und an die Strecke nach Formel (5-
1) angebracht.
s´i = si + konst r
mit s´i: korrigierte Schrägstrecke
si: gemessene Schrägstrecke
konst r: Reflektorkonstante
Für die meteorologische Korrektur muss zuerst der aktuelle Wert des Luftdrucks mit einer
Korrektur versehen werden. Der Korrekturwert wird anhand der Barometernummer
automatisch aus der Barometerkorrekturdatei gelesen und nach der Formel (5-2) angebracht.
p´ = p + konst b
mit p´: korrigierter Luftdruck
p: gemessener Luftdruck
konst b: Barometerkorrekturwert
(5-1)
(5-2)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 51
Danach erfolgt in Formel (5-3) die Berechnung des aktuellen Brechungsindex nach
Kohlrausch (KAHMEN 1997).
n L - 1 = 98,7 ·10 -5 n gr - 1
1 +α t
p -
4,1·10 -8
1 +α t
mit nL: aktueller Brechungsindex im Medium Luft
ngr: Gruppenbrechungsindex, geräteinterner
Brechungsindex = 1,0002818 (LEICA 2003b)
α : Ausdehnungskoeffizient der Luft
t : aktuelle Temperatur
p : aktueller Luftdruck
e : aktueller Dampfdruck
Der aktuelle Dampfdruck, in den die Trocken- und Feuchttemperatur eingeht, wird mit Null
angenommen, da dieser bei DESY nicht erfasst wird. Somit reduziert sich die Formel auf den
in Formel (5-4) abgebildeten Ausdruck.
n L - 1 = 98,7 ·10 -5 n gr - 1
1 +α t
Abschließend wird in Formel (5-5) die 1. Geschwindigkeitskorrektur nach Barrel und Sears
durchgeführt und die gemessene Schrägstrecke nach Formel (5-6) korrigiert (KAHMEN 1997).
kn= s i
mit kn: aktueller Korrekturbetrag
= s i
s +
i
ngr− n
⋅ L ≈ s i ⋅ ngr- n
k n
Für die Korrektur wegen des ATR werden abhängig zur gemessenen Schrägstrecke die
Horizontal- und Vertikalwinkel verbessert. Das hierfür vorgesehene Modul ist wegen des
zeitlichen Umfangs, die eine solche Untersuchung und Entwicklung in Anspruch nimmt, noch
nicht umgesetzt worden. Es wird jedoch Teil der späteren Programmerweiterung sein.
n gr
p
L
e
(5-3)
(5-4)
(5-5)
(5-6)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 52
Die Reduktion der Schrägstrecke auf Grund der Reflektorhöhe am Zielpunkt ist noch nicht
realisiert. Die Formeln (5-7) zeigen den mathematischen Ansatz.
Vgem < 100gon α = 100 gon - Vgem sonst β = Vgem - 100 gon
Vgem < 100gon dhi = sin (α) • si sonst dhi = sin (β) • si
dhr = dhi - href
s i
´ =
mit Vgem: aktuell gemessener Vertikalwinkel
α : Höhenwinkel
β : Tiefenwinkel
si: gemessene Schrägstrecke
dhr: reduzierte Höhendifferenz
dhi: Höhendifferenz zwischen dem Horizont und
der Höhe des gemessene Zielzeichens
href: Reflektorhöhe des jeweiligen Zielpunktes
s´i: reduzierte Schrägstrecke
5.3.3 Speicherung der Beobachtungen
Die unkorrigierten Beobachtungen werden als originäre Messdaten für die spätere PANDA-
Ausgleichung in der Ausgabedatei „Mess.dat“ gespeichert (siehe Abb. 5-20 links). Die
korrigierten Beobachtungen werden für die spätere Standpunktberechnung in der internen
temporären Datei „Messkorr.tmp“ gespeichert (siehe Abb. 5-20 rechts).
Abb.5-20: „Mess.dat“ mit unkorrigierten Beobachtungen (links) und „Messkorr.tmp“ mit
korrigierten Beobachtungen (rechts)
dh i
sinα
(5-7)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 53
5.3.4 Berechnung der Positionswinkel
Die Berechnungen der relativen Drehwinkel (Positionswinkel dHzi, dVi) und die
Vorgehensweise zu Beginn der Messung sind bei bekanntem und unbekanntem Standpunkt
unterschiedlich. Bei unbekanntem Standpunkt müssen die ersten zwei Zielpunkte grob vom
Beobachter anvisiert werden. Danach erfolgt die Berechnung der Standpunktkoordinaten in
erster Näherung aus den gemessenen Beobachtungen. Anschließend werden unter
Verwendung dieser Näherungskoordinaten die nachfolgenden Berechnungen wie bei
bekanntem Standpunkt durchgeführt. Die nachfolgenden Zielpunkte werden dann automatisch
positioniert.
Für die Berechnung der Positionierungselemente müssen die Koordinaten des Standpunktes
mit YStd , XStd , ZStd und zweier bekannter Zielpunkte mit Y1,2 , X1,2 und Z1,2 bekannt sein.
z
y
Std
Zur besseren Veranschaulichung der geometrischen Beziehungen dient in der Abb. 5-21 das
Koordinatensystem mit den drei bekannten Punkten. In der Abb. 5-22 wird der
Positionierungswinkel dHzi und in der Abb. 5-23 der Positionierungswinkel dVi dargestellt.
ZP1
ZP2
Abb. 5-21: Koordinatensystem mit Standpunkt und zwei Zielpunkten
y
Std
ZP1
dHzi
ZP2
ZP2
Abb. 5-22: Winkel dHzi
x
z
Std
dVi
x
ZP1
Abb. 5-23: Winkel dVi
x

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 54
Zu Beginn der Positionswinkelberechnung werden aus den Koordinaten die Differenzen dy1,2,
dx1,2 , dz1,2 und anschließend die sich daraus ergebenden Richtungswinkel t1,2 nach den
Formeln (5-8) berechnet.
dy 1,2 = Y 1,2 - Y Std
dx 1,2 = X 1,2 - X Std
dz 1,2 = Z 1,2 - Z Std
Der relative Winkel in horizontaler Richtung (dHzi) ergibt sich, wie in Formel (5-9) zu sehen,
aus der Differenz beider Richtungswinkel.
Bei der Berechnung des Richtungswinkels sind im Programm die Quadranten, in denen die
Zielpunkte liegen, berücksichtigt worden.
Der Winkel dVi ergibt sich nach den Vorberechnungen aus den Formeln (5-10).
mit sh1,2 : berechnete Horizontalstrecke zwischen den
Zielpunkten und dem Standpunkt
α : Höhenwinkel
β : Tiefenwinkel
dVi: vertikaler Winkel zwischen den Zielpunkten
Die Positionierungselemente dHzi und dVi werden in der 1. Lage des 1. Satzes berechnet und
automatisch an das Modul zur Positionierung des Instrumentes weitergegeben und in die
programminterne temporäre Datei „Posit.tmp“ (siehe Abb. 5-24), gespeichert. Die relevanten
Daten dHzi (A) und dVi (B) werden dann für die Positionierung zu jedem Zielpunkt wieder
ausgelesen.
α 1,2
t
1
std
bzw.
= arctan
2 2
sh = dy
- dx
1,2
β 1,2
i
2
std
dHz = t -
i
⎛
⎜
⎝
1
tstd
= arctan
dV = α - β
1,2 1,2
1,2 1,2
A B
dy
dz
1,2
sh1,2 Abb. 5-24: Programminterne Datei “Posit.tmp”
1
dx 1
⎞
⎟
⎠
t
2
std
= arctan
⎛
⎜
⎝
dy
2
dx 2
⎞
⎟
⎠
(5-8)
(5-9)
(5-10)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 55
5.3.5 Positionierung
Zur Positionierung werden die Fließkommazahlen mit einer LabVIEW-Funktion zur
Datentypumwandlung (Abb. 5-25) in Strings geändert. Danach werden die Daten in den GSI-
Befehl zur relativen Positionierung, „POSIT/R/dhz/dv“, integriert (Abb. 5-26).
Abb.5-25: Umwandlung von Zahlen
in Strings
Bei der Positionierung werden die Werte dHzi und dVi in der 1. Fernrohrlage mit
unverändertem Vorzeichen über die serielle Schnittstelle an das Instrument gesandt. Nach der
Messung des letzten Zielpunktes wird ein Modul abgearbeitet, bei dem das Fernrohr des
Instrumentes in die nächste Lage gedreht wird. Innerhalb dieses Prozesses wird die globale
Variable „Anz.Lagedrehung“ beim Drehen in die 2. Lage auf -1 und beim Drehen in die 1.
Lage auf +1 gesetzt. In Abhängigkeit vom Wert dieser globalen Variable werden die
Vorzeichen der dHzi-Werte umgekehrt (siehe hierzu Abb. 5-27).
Abb. 5-26: LabVIEW-Code, GSI-Befehl wird zusammen-
gestellt und an die Schnittstelle gesandt

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 56
D
C
B
A
Beim letzten Zielpunkt beginnend werden dann alle nachfolgenden Punkte in der zweiten
Fernrohrlage in entgegengesetzter Richtung angefahren und gemessen.
5.4 Reduzierung, Berechnung und Speicherung
In diesem Abschnitt wird die zu reduzierenden Satzmessungen, die Berechnungen der freien
Stationierung und die Datensicherung beschrieben.
E F G
A : Zähler für die Position zum Datei auslesen E : Negierung des eingehenden Wertes
B : Eingangswert vom vorhergehenden VI F : Umwandlung in einen String
C : Umwandlung der Strings in Fließkommazahlen G : Ausgangswert an das nächste VI
D : Globale Variable (Fälle: +/- 1)
Abb. 5-27: LabVIEW-Code zur Vorzeichenänderung für dHz
Zur Berechnung der freien Stationierung muss mindestens eine Satzmessung erfolgen.
5.4.1 Reduzierung der Beobachtungen aus n Sätzen
Vor der Berechnung der Freien Stationierung muss der gemessene Satz reduziert, bei mehr als
zwei Sätzen müssen die Satzmittel für die Beobachtungen gebildet werden. Die Reduzierung
der Richtungssätze findet auf den erst gemessenen Zielpunkt statt. Die Richtung zum ersten
Zielpunkt wird rechnerisch zu Null. Die Programmierung für die Reduzierung und die
Berechnung der Satzmittel war in LabVIEW zeitaufwändiger, da die Module durch die

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 57
Komplexität der Berechnungen, eine große Schachtelungstiefe erlangten. In Abb. 5-28 ist
beispielhaft das Auslesen und die Reduzierung der Richtungen dargestellt.
C
B
A
A : Position an der Daten in der Datei ausgelesen werden sollen
B : VI PLA zum Auslesen von den programminternen Dateien
C : Anzahl der Iterationen der For-Schleife (C = Anzahl der Zielpunkte)
D : Funktion zur Bündelung der Werte (Hz 1, Hz 2, Mittel und reduzierte Richtung)
F : Mit Orientierung ist das Mittel der Richtung zum erstgemessenen Punkt gemeint
G : Funktion wie unter D mit (V 1,V 2, Summe 1./2. Lage, Indexfehler und fehlerfreiem Mittel)
H : Eine Sequenz, bestehend aus zwei Teilen (0..1)
Abb. 5-28: LabVIEW-Code zur Reduzierung der Richtungs- und Vertikalwinkel
5.4.2 Berechnung der freien Stationierung
Für die freie Stationierung wird eine 2-D Helmert-Transformation zur Berechnung der
Standpunktkoordinaten in Y und X verwendet. Die Z-Koordinate ergibt sich als einfaches
arithmetisches Mittel aus den Standpunkthöhen, die unter Verwendung der Beobachtungen zu
den Zielpunkten berechnet wurden.
LabVIEW 5.1 ist multitaskingfähig, das heißt, dass mehrere Prozesse parallel laufen können.
Auf Grund dieser Funktionalität kann die Berechnung der freien Stationierung bei mehr als
einer Satzmessung schon während der laufenden Messung stattfinden.
D
E
F
G
H

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 58
Wie in der Vergrößerung in Abb. 5-29 zu sehen, wird die Standpunktgenauigkeit in
unterschiedlichen Formen dargestellt. Zum Einen kann die Darstellung in numerisch (B)
realisiert werden. Hier wird bisher die äußere Genauigkeit visualisiert. Zum Anderen ist es
Möglich die Standpunktgenauigkeit in grafischer Form (A) über einen sogenannten
„Polarplot“ zu visualisieren. Dieser wird im Moment noch nicht mit aktuellen Werten gefüllt.
Die Möglichkeit dieser Darstellung für die Standpunktgenauigkeit in Y und X ist noch zu
prüfen. Vorstellbar ist hierbei, den idealen Standpunkt als Mittelpunkt des Plots anzunehmen
und in Form eines Kreises den mittleren Punktfehler abgestuft mit unterschiedlichen Farben
nach unterschiedlichen Toleranzen zu visualisieren. Der Vorzug grafischer Visualisierung ist
die Erleichterung der Interpretation und Beurteilung der Ergebnisse. Zu den
Genauigkeitsangeben wird in der Abb. 5-29 auch die aktuelle Standpunktbezeichnung (C)
visualisiert.
Bisher wird im Programm nur die äußere Genauigkeit des Standpunktes aus einem Soll-Ist-
Vergleich berechnet. Im Tunnel, der Messumgebung in der das Programm zum Einsatz
kommt, sind die Standpunkte aber nur näherungsweise bekannt oder unbekannt. Die
Berechnung der äußeren Genauigkeit, ist dementsprechend nicht möglich bzw. nicht
aussagekräftig. Daher wird die Berechnung der inneren Genauigkeit des Standpunktes
erfolgen und entsprechend auf der Oberfläche ausgegeben. Die innere Genauigkeit leitet sich
für σY und σX aus der 2-D Helmertransformation ab. Für σZ wird die Genauigkeit aus der
Berechnung der Standpunkthöhe ermittelt, der in Abhängigkeit zu den Beobachtungen und
den einzelnen Zielpunkthöhen berechnet wird.
Wenn die geplante 3-D Helmert-Transformation integriert ist, wird sich die innere
Genauigkeit des Standpunktes für die drei Koordinatenrichtungen aus der Transformation
herleiten.
A
A : grafische Visualisierung der Standpunktgenauigkeit
mit einem Polarplot
B : numerische Visualisierung der Standpunktgenauigkeit
C : aktuelle Standpunktbezeichnung
Abb.5-29 Vergrößerung aus dem Menü der freien Stationierung
B
C

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 59
Zur Berechnung der freien Stationierung durch eine 2-D Helmert-Transformation muss die
Gesamtanzahl der in beiden Systemen bekannten Zielpunkte, größer als zwei sein. Zunächst
werden nach Formel (5-11) aus den polar aufgemessenen Zielpunkten rechtwinklige
Näherungskoordinaten für yi und xi im lokalen System berechnet (ETHZ 2003).
yi = si sin ri
xi = si cos ri
Anschließend werden die Schwerpunkte (ysp, xsp und Ysp, Xsp) mit den Formeln (5-12a) und
(5-12b) und die Differenzen der Zielpunkte zum jeweiligen Schwerpunkt (yds, xds und Yds,
Xds) mit den Formeln (5-13a) und (5-13b) im lokalen und im globalen System berechnet.
Die Transformationsparameter a und o ergeben sich nach Formel (5-14). Im Anhang F ist in
diesem Zusammenhang die LabVIEW-Dokumentation des Moduls für die Berechnung der
Transformationsparameter und der anschließenden Transformation der Punkte zu finden.
a =
y =
sp
x =
sp
y i
n
x i
n
y i - y
= sp
y ds
x i - x
= sp
x ds
y ds ⋅ Y ds + x ds ⋅ X ds
2 2
xds + yds o =
x ds ⋅ Y ds - y ds ⋅ X ds
2 2
xds + yds Die Plausibilitätskontrolle der Transformationsparameter ergibt sich nach Formel (5-15).
a
2 2
(5-11)
(5-14)
+ o ≈ 1 (5-15)
Der Maßstabsfaktor q, der im Programm jedoch im Moment nicht in der Form verwendet
wird, ergibt sich aus Formel (5-16a). Der Drehwinkel ε, der für die Orientierung bei der
Neupunktaufnahme gebraucht wird, ergibt sich nach Formel (5-16b) (TU DRESDEN 2003).
q = a + o
2 2
Y =
sp
X =
sp
ε
=
Y i
a) b)
n
X i
n
Y i - Y
= sp
Y ds
a) b)
X i - X
= sp
X ds
atan
a
o
a) b)
(5-12)
(5-13)
(5-16)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 60
Die Transformation des Standpunktes (Drehpunkt des lokalen Systems) in das globale System
erfolgt unter Verwendung der Formeln (5-17).
Die Berechnung der Restklaffen fyi und fxi erfolgt nach Formel (5-18a) und (5-18b). Die
Plausibilitätsprüfung zur Kontrolle erfolgt nach Formel (5-19).
Die Transformation der Zielpunkte aus dem lokalen ins globale System ergibt sich dann nach
Formel (5-20).
Y´ = Y - o ⋅ x - a ⋅ y
s sp sp sp
X´ = X - a ⋅ x
s sp sp +o ⋅ y
sp
Y´ = Y + o ⋅ x +a ⋅ y
i s i i
X´ = X + a ⋅ x -o ⋅ y
i s i i
Für die Berechnung des Fehlers in den einzelnen Koordinatenrichtungen wird die Formel (5-
21a) und für den mittleren Punktfehler Formel (5-21b) verwendet.
Die Berechnung der Höhenkomponente ermittelt sich wie in Formel (5-22) gezeigt. Unter
Verwendung der endgültigen Schrägstrecken und Vertikalwinkel wird das dhi vom
Standpunkt zu jedem Zielpunkt nach Formel (5-22) bestimmt.
f yi
f xi
= Y + o⋅
x + a⋅ y -
s i i
´ Y a)
i
= X´ + a⋅
x - o⋅ y -
s i i
(5-17)
f ≈ 0 f ≈ 0
(5-19)
yi xi
=
m x,y
m p
=
⋅
m x,y
2 2
f + f
yi xi
2n - 6
2
X i
b)
a)
b)
(5-18)
(5-20)
(5-21)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 61
Vgem < 100gon α = 100 gon - Vgem
dhi = sin (α) • si
Vgem > 100gon β = Vgem - 100 gon
dhi = sin (β) • si
mit Vgem: gemessener Vertikalwinkel
α : Höhenwinkel
β : Tiefenwinkel
si: gemessene Schrägstrecke
dhi: Höhendifferenz zwischen dem Horizont und
Höhe des gemessenen Zielzeichens
Anschließend werden mit den Höhen jedes angemessen Zielpunktes n Höhen des
Standpunktes nach Formel (5-23) berechnet.
Vgem < 100gon h´std = hzpkt + dhi sonst h´std = hzpkt - dhi
hstd = h´std – h i
mit hzpkt: Höhe des Zielpunktes i
h´std: Höhe des Standpunktes aus jeder Zielpunkt-
höhe gerechnet
h i : Instrumentenhöhe
hstd: Endgültige Standpunkthöhe aus dem Mittel
aller berechneten Standpunktehöhen
Die endgültige Standpunkthöhe ergibt sich dann als einfaches arithmetisches Mittel aus den n
Standpunkthöhen h´ std nach Formel (5-24).
Die Standpunktgenauigkeit ergibt sich bisher als absolute Genauigkeit aus einem Soll-Ist-
Vergleich mit dys, dxs und dzs. Die Daten werden wie beschrieben in Anzeigefeldern der
Benutzeroberfläche visualisiert.
=
h std
h´ std
n
(5-22)
(5-23)
(5-24)

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 62
5.4.3 Ergebnisprotokoll und Datensicherung
Alle Zwischen- und Endergebnisse werden in der Ausgabedatei „Ergebnis.dat“ gespeichert
(siehe Ausschnitt in Abb. 5-30). Ein vollständiges Ergebnisprotokoll ist beispielhaft von der
Messung_01 im Anhang D zu finden.
In dieser Ausgabedatei (siehe auch Anhang G) sind folgende Ergebnisse abgelegt:
für die Horizontalrichtungen in allen Sätzen zu jedem Zielpunkt die 1. und 2. Lage, das
Mittel sowie die reduzierten Richtungen
für die Vertikalwinkel in allen Sätzen zu jedem Zielpunkt die 1. und 2. Lage, die Summe
aus 1. und 2. Lage, die Höhenindexfehler sowie die verbesserten Vertikalwinkel
die endgültigen reduzierten Horizontal- und Vertikalwinkel als Mittel aus n Sätzen
die gemessenen Schrägstrecken in allen Sätzen zu jedem Zielpunkt
die berechneten Horizontalstrecken in allen Sätzen zu jedem Zielpunkt
die endgültigen Schräg- und Horizontalstrecken als Mittel aus n Sätzen
die berechneten Näherungskoordinaten des lokalen Systems
die Festpunktkoordinaten des globalen Systems
die Schwerpunktkoordinaten sowie die Differenzen zu den Schwerpunkten für das lokale
und globale System
die Transformationsparameter mit Kontrollen, Maßstab und Drehwinkel
die transformierten Koordinaten in Y und X
die Restklaffen zu jedem Zielpunkt
die Berechnung der Höhe des Standpunktes auf Kippachshöhe bestehend aus
Vertikalwinkeln, Zielpunkthöhen, dhi und Standpunkthöhen auf Kippachshöhe von jedem
Zielpunkt
die endgültige Standpunktkoordinate in Y, X und Z mit Abzug der Instrumentenhöhe von
der Z-Koordinate
Abb. 5-30: Ausschnitte aus der
Ausgabedatei „Ergebnis.dat“

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 63
die Differenzen für jeden Zielpunkt aus einem Soll-Ist-Vergleich
die Standpunktdifferenz und den Punktfehler in 2-D und 3-D
Die endgültige Standpunktkoordinate und deren Genauigkeit werden in der Ausgabedatei
„Koordinaten.dat“, siehe Abb. 5-31, für eine spätere Weiterverarbeitung abgelegt.
A
B
Abb. 5-31: Ausgabedatei „Koordinaten.dat“ mit Standpunktkoordinaten aus drei Sätzen
(A) und fünf neu aufgemessenen Punkten (B)
5.5 Neupunktmessung
Für den Beginn der sich anschließenden Messungen muss die Freie Stationierung, wie im
Prozessfenster (A) in Abb. 5-32 angezeigt wird, abgeschlossen sein. Gleichzeitig sind dann
die Schaltflächen Absteckung, Kontrolle und Aufmaß (A) freigegeben. Die Module für die
Absteckung und die Kontrollmessung werden noch zusätzlich integriert. Bisher ist nur das
Modul der Neupunktmessung programmiert.
B
A
Y
X Z σY σX σZ
Abb. 5-32: Modul der freien Stationierung im Status abgeschlossener Messung

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 64
Mit dem Start der Neupunktmessung unter dem Punkt Aufmaß wird das Modul in Abb. 5-33
aufgerufen. Die Oberfläche ist mit ähnlichen Bedien- und Anzeigeelementen wie beim Menü
der Freien Stationierung besetzt: Schaltflächen für das Messen und Speichern mit einer
Kontrolleuchte für die Datensicherung (A), Anzeigenfelder für die Beobachtungen, die
berechneten Koordinaten und die Genauigkeit der Punktmessung (B), Eingabefenster für die
Neupunktattribute (C) und eine Schaltfläche zum Abbruch des Programms (D).
Wie in der Abb. 5-33 zu sehen ist, kann ähnlich wie bei den Totalstationen der Firma Leica
zwischen Messen, was der Taste (: Distance), einem anschließendem Speichern, was
der Taste (: Record), und Messen & Speichern, was der Taste () entspricht,
gewählt werden.
C
B
A
Abb. 5-33: Menü des Modul Neupunktmessung
5.5.1 Orientierung gemessener Richtungen
Nach einer groben Positionierung des Instrumentenfernrohres auf den Neupunkt findet die
Messung automatisch in zwei Lagen statt. Nach Abschluss der Messung wird das
Instrumentenfernrohr automatisch wieder in die erste Lage gedreht. Dem Benutzter obliegt
bei diesem Grad der Automatisierung einzig und allein die Aufgabe, den Neupunkt grob
anzuvisieren, die Messung auszulösen, das Ergebnis zu beurteilen und zu speichern.
Die Messergebnisse werden in temporären Dateien vorläufig zwischengespeichert. Die
korrigierten Beobachtungen für die Berechnung werden getrennt von den unkorrigierten für
die PANDA-Ausgleichung gespeichert. Im Anschluss erfolgt die Berechnung der Neupunkt-
koordinaten. Die beiden Richtungen und die Schrägstrecke werden gemittelt. Der
Vertikalwinkel wird um die Hälfte des Höhenindexfehlers verbessert. Die Orientierung für
das polare Anhängen errechnet sich nach Formel (5-25).
D

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 65
mit r i : gemessenes Mittel der Richtung zum Neupunkt
r 1: Mittel der Richtung, auf den der Richtungssatz der Freien
Stationierung reduziert wurde
ε : Drehwinkel des Systems aus der Transformation
t i : Richtungswinkel zum Neupunkt
5.5.2 Berechnung der Neupunktkoordinaten
Mit dem Richtungswinkel zum Neupunkt, dem Vertikalwinkel und der Schrägstrecke ergeben
sich die Koordinaten Y n , X n und Z n nach Formel (5-26)
Y n = Y std + s i · sinV · sin t i
X n = X std + s i · sinV · cos t i
Z n = (Z std + s i · cos V) - h i
mit V: gemessener Vertikalwinkel
t i: berechneter Richtungswinkel
s i : gemessene Schrägstrecke
h i: Instrumentenhöhe
Die theoretische Standardabweichung des Neupunktes ergibt sich aus den Beobachtungen und
Genauigkeitsangaben für die Richtungs- und Streckenmessungen des Instrumentes.
Als Beobachtungsgrößen gehen die Horizontal- und Vertikalrichtungen sowie die
Schrägstrecke ein. Die Genauigkeitsgrößen (σHz , σV , σs) für diese Beobachtungen sind für
den TDA 5005 im Kapitel 2.1.1 genannt worden.
Aus den Genauigkeiten für die Richtungs- und Streckenmessungen ergibt sich nach dem
Varianzfortpflanzungsgesetz, die theoretische Standardabweichung eines Punktes (Y, X, Z)
im Raum wie in Formel (5-27) zu sehen.
σ yxz
2
=
∂ f
ds
r i – r 1 + ε = t i
2
2
2
⋅
ds
+
∂ f
dV
⋅
2
(5-25)
(5-26)
2
2
∂ f
dV + ⋅ dHz
(5-27)
dHz

5 Automatische Theodolit Steuerung: AMETHIST 66
Nach dem Differenzieren berechnet sich die theoretische Standardabweichung für die
einzelnen Koordinatenrichtungen nach den Formeln (5-28).
σ y
σ x
σ z
2
2
2
=
=
=
sinV ⋅ cosHz
i i
sinV i
⋅
sinHz i
2
2 π
a + s ⋅ sinV ⋅ -sinHz ⋅ ⋅
i i i σHz 2
2
⋅ σ s + s i ⋅ ⋅ 2 2 π
cosV ⋅cosHz
⋅ σ a
i i
V
200
2
⋅ σ s + s i ⋅ ⋅ 2 2 π
cosV ⋅ sinHz ⋅ σ a
i i
V
2 π
a + s ⋅ sinV ⋅cosHz
⋅
i i i ⋅ σHz cosV i
2
200
Die Varianz eines Punktes im Raum resultiert nach dem Varianzfortpflanzungsgesetz, wie in
Formel (5-29) zu sehen, aus der Addition der Varianzen der einzelnen Koordinatenrichtungen.
σ yxz
2
⋅ σ s + s ⋅ ⋅
i -sinV 2 π
⋅ i
2
Zur in Formel (5-29) berechneten Standardabweichung des Neupunktes addieren sich weitere
Fehlereinflüsse quadratisch auf. Unter anderem die Varianz des Standpunktes wie in Formel
(5-30) abgebildet.
sN yxz
=
=
σ y
2
s yxz
200
mit σN yxz: Standardabweichung des Neupunktes
σ 2 yxz: Varianz für einen Punkt im Raum aus Formel (5-29)
σS 2 yxz: Varianz des Standpunktes
2
+ σ + σ
x
z
2 2
+
s yxz
S
2
2
σ V
2
2
200
200
(5-28)
(5-29)
(5-30)

6 Beurteilung 67
6 Beurteilung
In diesem Kapitel soll eine Beurteilung der Ergebnisse der Programmentwicklung, der
Genauigkeiten der geodätischen Messungen und der Einsetzbarkeit von LabVIEW erfolgen.
Im programmiertechnischen Teil werden sowohl Ergebnisse als auch Erfordernisse
dargestellt. Bezüglich der Genauigkeitsbetrachtung wird dabei auf den aktuellen
Ergebnisstand, die Probleme sowie die geplanten Lösungen eingegangen.
6.1 Ergebnisse der Programmentwicklung
Mit Entwurf und Programmierung von AMETHIST sind die in der Zielsetzung Kapitel
1.2 definierten Anforderungen an das Programm erfüllt worden. Die Kommunikation
zwischen Laptop und Totalstation ermöglicht die Messdatenerfassung und –verarbeitung im
Programm. Durch verschiedene Benutzeroberflächen wird zudem die Eingabe von Umwelt-
und Messdaten möglich. Im Anschluß an die Messdatenerfassung findet die Korrektur-
berechnung der Beobachtungen statt. Für die Automatisierung werden die relativen
Drehwinkel in horizontaler und vertikaler Richtung in der ersten Lage des ersten Satzes der
freien Stationierung berechnet und gespeichert. Weiterhin ist die Visualisierung im Programm
für den aktuellen Prozessstatus sowie für die Genauigkeiten des Standpunktes (äußere), der
Neupunkte (innere) und deren Koordinaten umgesetzt worden. Als Voraussetzung wurden
hierfür Module zur geodätischen Berechnung der freien Stationierung und der Neupunkte
programmiert. Hinzu kommen Benutzeroberflächen für die Eingabe der Dateipfade
verwendeter Koordinaten- und Korrekturdateien, die Schnittstellendefinition, die Stand- und
Zielpunktauswahl, die Punktkontrolle sowie Menüoberflächen für die Stationierung und
Neupunktaufmessung.
Aufgrund dieser Arbeit konnten zum Teil zusätzliche Anforderungen an das Programm
formuliert werden, die in einer Erweiterung von AMETHIST umgesetzt werden sollen.
Die Programmerweiterung umfasst die Anforderungen, die nicht in der Zielsetzung dieser
Diplomarbeit enthalten sind. Dies sind Korrektur der Beobachtungen auf Grund des ATRs,
Berechnung und Visualisierung der inneren Genauigkeit des Standpunktes, der Neupunkte
sowie Benutzeroberflächen und geodätische Berechnungen für Kontrollmessungen und
Absteckungen.
6.2 Genauigkeitsbetrachtung der geodätischen Messungen
Mit Hilfe des entwickelten Programms konnte eine äußere Genauigkeit der freien
Stationierung von ± 0,2 mm für die Lagekoordinaten und ± 0,4 mm für die Höhenkomponente
erreicht werden. Siehe hierzu das Ergebnisprotokoll der Messung_01 im Anhang D und
weiterer Ergebnisprotokolle auf der beiliegenden CD im Anhang G.

6 Beurteilung 68
Für die Neupunkte wurde eine äußere Genauigkeit von ±1,5 mm durch einfaches polares
Anhängen erreicht. Für die spätere Kontrollmessung bei der Beschleunigervermessung sind
diese Ergebnisse nicht ausreichend, da die Genauigkeitsforderung ± 0,2 mm für den zu
kontrollierenden Punkt beträgt.
Bei einer manuellen Neupunktberechnung unter Verwendung der Transformationsparameter
aus der Stationierung sind Ergebnisse von ± 0,1 mm für die äußere Genauigkeit der
Lagekoordinaten berechnet worden. In der Tab. 6-1 sind die Differenzen der
Neupunktkoordinaten zum Soll aufgeführt.
Tab. 6-1: Differenzen der Neupunktkoordinaten aus der Transformation
Zielpunkte: 5 1 1 3 3 10 10
dy in mm 0,11 -0,14 -0,09 0,08 0,09 -0,04 -0,03
dx in mm 0,00 0,04 0,04 0,05 0,06 -0,06 -0,06
Da die Transformation genauere Ergebnisse als das einfache polare Anhängen ohne
Überbestimmung liefert, wird dieses Verfahren zukünftig als Neuerung in das Mess- und
Steuerprogramm für die Berechnung der Neupunktkoordinaten integriert werden. Zur
Verbesserung der Standpunktkoordinaten wird das Programm darüber hinaus um eine
Abrissberechnung und 3-D Helmert-Transformation erweitert (PRENTING 2003).
Zusammenfassend läßt sich festhalten, dass die bisher erreichte Punktgenauigkeit aus der
Genauigkeit der freien Stationierung und der Neupunktberechnung für den Einsatz beim
DESY nicht ausreichend ist. Es konnte aber dargestellt werden, dass bei Integration der
Abrissberechnung, der 3-D Helmert-Transformation und der Transformation der Neupunkte
in das Programm zukünftig die erforderliche Genauigkeit von unter ±0,2 mm für den
Neupunkt erreicht wird.
6.3 Programmiersoftware LabVIEW
Die erstellten Module des Mess- und Steuerprogramms AMETHIST liefern ausreichend
Material, um sowohl vorteilhafte als auch kritische Aspekte der Programmiersoftware
darzulegen. Hierbei sollen insbesondere die Erfahrungen bei Einsatz von LabVIEW durch
anwendungsbezogene Programmierer betrachtet werden. Auf die Anforderungen, die sich für
Informatiker stellen, wird hier nicht eingegangen.
LabVIEW ist eine Programmiersoftware für Mess- und Testanwendungen im weitesten Sinne.
Aus diesem Grunde bietet LabVIEW den Vorteil, dass es mit zahlreichen Funktionen für die
Erfassung, Verarbeitung, Analyse und Visualisierung von Messdaten ausgestattet ist. Für

6 Beurteilung 69
diese Diplomarbeit wurde nur ein kleiner Teil der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten
der LabVIEW-Version 5.1 genutzt.
Die wichtigsten Teile der Softwareentwicklung sind die Organisation während der
Programmierung und die Strukturierung der zu entwerfenden Software. Für dieses
Management bietet LabVIEW folgende Hilfen, die zum Teil im Rahmen dieser Arbeit genutzt
wurden. Zum Beispiel können zum Zwecke der Programmoptimierung die Laufzeiten der
genutzten VIs aufgelistet werden. Mit der Verwendung eines speziellen Datenmanagers wird
die Verwaltung mehrerer VIs erleichtert. Zusätzlich besitzt LabVIEW zur Dokumentation der
Anwendung eine Funktion zur Beschreibung der programmierten VIs.
Die hierarchische Struktur der entworfenen VIs wird in LabVIEW in einem
„Baumverzeichnis“ visualisiert, wodurch alle vorhanden Unterprogramme eines VI auf einen
Blick sichtbar sind. Hinzu kommen spezielle Suchfunktionen mit denen grafische Elemente
aber auch ganze VIs gefunden werden können. Die abschließende Dokumentation eines VIs
ist in LabVIEW unter anderem in Form einer automatisch generierten Html-Seite möglich.
Hierbei kann zwischen verschieden Stufen der Darstellung gewählt werden.
LabVIEW 5.1 zeichnet sich durch einfache Handhabbarkeit und nachvollziehbare
Menüführung bei der Programmierung der VIs aus. Mit den grafischen Elementen ähnelt der
Programmaufbau in LabVIEW einem Blockschaltbild aus der Elektrotechnik. In der neuesten
Version LabVIEW 7 Express besteht zudem die Möglichkeit, Eigenschaften der VIs in
Optionsfenstern zu ändern. Damit wird die Definition einzelner Elemente, wie beispielsweise
Konstanten oder Dateipfade erleichtert. Nach Aussage von National Instruments werden
hierdurch bis zu 30% des LabVIEW-Codes auf dem Bildschirm zu Gunsten der
Übersichtlichkeit eingespart (NATIONAL INSTRUMENTS 2003). Generell sollten Programme in
LabVIEW aber nicht über die Bildschirmgröße hinaus entwickelt werden, um die
Übersichtlichkeit auf dem Bildschirm zu gewährleisten.
Die Umsetzung von mathematischen Funktionen ist in LabVIEW durch Formelknoten oder
einzelne grafische Elemente möglich. Als Beispiel für die Zusammensetzung von
mathematischen Funktionen aus einzelnen grafischen Elementen enthält der Anhang F einen
Auszug der LabVIEW-Dokumentation für das VI TRS. Als dritte Möglichkeit, um
mathematische Algorithmen zu programmieren, können Matlab-skripte über eine spezielle
Funktion in den grafischen Code eingebunden werden.
Nachteilig in LabVIEW ist, dass die beiden ersten Methoden bei komplexeren
mathematischen Funktionen, wie z. B. der Berechnung der inneren Genauigkeit (siehe
LabVIEW-Dokumentation vom VI GAU auf der CD) oder der 2-D Helmert-Transformation
(siehe Anhang F) eine mangelhafte Übersichtlichkeit aufweisen.
Ebenfalls nachteilig ist in LabVIEW 5.1 das Verwalten von Werten in Arrays oder das
zeilenweise Auslesen und Aufsplitten von Daten nach bestimmten Elementen aus

6 Beurteilung 70
Textdateien, weil hierzu komplexe Strukturen mit Schleifen und Bedingungen geschaffen
werden müssen.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei dem Nachteil der mangelnden Übersichtlichkeit
die Vorteile der schnellen und umfangreichen Anwendungsentwicklung der grafischen
Programmiersoftware überwiegen. LabVIEW hat sich als leistungsstarkes Entwicklungs-
werkzeug in diesem vermessungstechnischen Bereich erwiesen.

7 Zusammenfassung und Ausblick 71
7 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit erfolgten Entwurf und Programmierung eines
Mess- und Steuerprogramms für die Totalstation TDA 5005 von Leica unter der
Programmiersoftware LabVIEW. Das Programm findet seinen Einsatz bei Aufbau und
Wartung der Strahlführungskomponenten des 260 m langen Linearbeschleunigers TESLA
(TeV-Energy Superconduction Linear Accelarator) am Deutschen Elektronen-Synchrotron
(DESY) in Hamburg. Die entwickelte Automatische Theodolit Steuerung (AMETHIST)
ermöglicht über einen Laptop die Steuerung des TDA 5005 mit freier Stationierung und
anschließender Neupunktaufnahme. Bei der freien Stationierung werden Zielpunkte ab der
zweiten Lage des 1. Satzes automatisch angezielt und die Messung ausgelöst. Bei mehr als
einer Satzmessung erfolgt die Auswertung der Stationierung im Messverlauf. Die
Verwendung von AMETHIST führt zu einem hohen Grad an Automatisierung im
Messprozess. Hierfür wurden 41 Module aus den Aufgabenbereichen Kommunikation,
Steuerung, Datenverarbeitung, Datensicherung und Visualisierung unter LabVIEW 5.1
generiert, so dass AMETHIST folgende Funktionalität besitzt:
Kommunikation mit der Totalstation zur Datenübertragung
Eingabe und Verarbeitung von Umwelt- und Messdaten
Korrekturdatenberechnung der Beobachtungen
Berechnung der Drehung des Instrumentes zur automatischen Anzielung
Visualisierung des Prozessstatus und einzelner Berechnungsergebnisse
geodätische Berechnung der freien Stationierung und Neupunktaufnahme
Benutzeroberflächen zur Eingabe und Überwachung aller nötigen Informationen
Die mit AMETHIST erzielte äußere Genauigkeit der Lagekoordinaten des Standpunktes
beträgt nach der Stationierung ± 0,2 mm, die der Höhenkomponente ± 0,4 mm. Die
Lagekoordinaten berechnen sich aus einer 2-D Helmert-Transformation, die Höhen-
komponente als arithmetisches Mittel. Die äußere Genauigkeit der durch polares Anhängen
berechneten Neupunkte beträgt ± 1,5 mm. Bisher ist das Ergebnisse nicht ausreichend für die
Beschleunigervermessung deren Genauigkeitsforderung bei ± 0,2 mm liegt.
LabVIEW erwies sich bei der Programmierung von AMETHIST als komplexes, stabil
laufendes Softwareentwicklungswerkzeug mit dem die Zielsetzung dieser Arbeit sehr gut
erreicht werden konnte. Vorteilhaft sind umfangreiche Programmfunktionen, schnelle
Anwendungsentwicklung, und Plattformunabhängigkeit in LabVIEW. Als Nachteil erwies
sich lediglich die zeitweise, mangelnde Übersichtlichkeit bei der Programmierung
komplexerer Module. Obgleich die hauptsächlichen Einsatzgebieten von LabVIEW in der

7 Zusammenfassung und Ausblick 72
Mess-, Automatisierungs- und Labortechnik liegen, zeigte sich seine gute Einsetzbarkeit hier
auch in der Vermessung.
Auf der Basis des entwickelten Programms ist eine Programmerweiterung mit
Abrissberechnung, 3-D Helmert-Transformation und Neupunktberechnung unter Verwendung
der Transformationsparameter geplant. Mit der Programmerweiterung wird für den Neupunkt
eine äußere Genauigkeit von ± 0,2 mm erreicht. Dieser Programmausbau wird auch Module
zur Absteckung, automatischen Kontrollmessung, grafischen Visualisierung erreichter
Genauigkeiten und Verbesserung geodätischer Berechnungen umfassen. Zukünftig ist zudem
der Anschluss an eine Datenbank über das interne DESY-Netzwerk geplant.

8 Literatur und Quellenverzeichnis 73
8 Literatur- und Quellenverzeichnis
ADCON 2000 ADCON TECHNOLOGY AG (2000): Bedienerhandbuch, Klosterneuburg:
Österreich
BENECKE 2002 DIPL.-ING. BENECKE, W. (2002): TTF –The way of TESLA, Hamburg:
Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
BFM 2003 BUNDESMINISTERIUM FÜR FINANZEN (2002): Euro-
Programmablaufplan für die maschinelle Berechnung der vom
Arbeitslohneinzubehaltenden Lohnsteuer, des Solidaritätszuschlags und der
Maßstabsteuer für die Kirchenlohnsteuer in 2002, URL:
http://www.bundesfinanzministerium.de/fachveroeff/AbtIV/pap2doc.pdf
(Erhalt durch DESY-Mitarbeiter, besucht am 07.10.03)
DESY 2000 Deutsches Elektronen-Synchrotron, (DESY) (2000): TESLA Linear
Accelerator ein internationales, interdisziplinäres Zentrum für die
Forschung, vom Ursprung der Materie zu den Grundlagen des Lebens,
Hamburg: DESY
DESY 2003a Fachgruppe Vermessung in der Gruppe MEA am DESY (2003):URL:
http://www-gds.desy.de (besucht am 07.10.2003)
DESY 2003b Gruppe Konstruktion am DESY (2003), zur Verfügung gestellt (23.10.2003)
ETHZ 2003 EIDENÖSSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZÜRICH, Institut FÜR
Geodäsie und Photogrammetrie (2003):Programmierübung
Helmerttransformation, URL:
http://www.gis.ethz.ch/teaching/lecture/exercise/ris2/exercise_09/ris2_uebu
ng9.pdf (besucht am 28.08.2003)
GOTTWALD 1998 GOTTWALD, REINHARD / MÜLLER, IVAN (1998): Leica TDA
5000 – Distanzmessung und automatische Zielerfassung im Nahbereich,
Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, Nr. 105, Heft 2.
JAMAL & PICHLIK 1999 JAMAL, RAHMAN / PICHLIK, HERBERT (1999): Das
Anwenderbuch LabVIEW Programmiersprache der vierten Generation,
München: Prentice Hall
JAMAL & HAGESTEDT 2001 JAMAL, RAHMAN / HAGESTEDT, ANDRE (2001):
LabVIEW das Grundlagenbuch, 3. Auflage, München: Addison-Wesley
KAHMEN 1997 KAHMEN, HERIBERT (1997): Vermessungskunde, Berlin; New York: de
Gruyter

8 Literatur und Quellenverzeichnis 74
LAUTERBURG 2003 LAUTERBURG, URS, Physikalisches Institut der Universität Bern
(2003): LabVIEW eine grafische Programmiersprache geeignet für den
Unterricht, URL: http://www.clab.unibe.ch/labview/lvarticle.pdf (besucht
am 20.08.2003)
LEICA 1999a LEICA GEOSYSTEM (1999): GeoCOM Reference Manual, Heerburgg:
Leica
LEICA 1999b LEICA GEOSYSTEM, Broschüre (1999): Leica DCA-TPS5000 3-
Dimensionale Messwertaufnahme und Auswertung im Schiff- und Stahlbau
mit dem DCA-System, Heerburgg: Leica
LEICA 2001 LEICA GEOSYSTEM, Broschüre (2001): TPS5000 Elektronische
Präzisions-Theodolite für industrielle Anwendungen, Heerburgg: Leica
LEICA 2003a Leica Geosystems AG (2003): TDA 5005 URL: http://www.leicageosystem.com/ims/product/tda5005_de.htm
(besucht am 13.05.2003)
LEICA 2003b DIPL.-ING. WIENKE, Leica Geosystems AG (2003), telefonische
Mitteilung (21.08.2003)
LIEBL 2003 DIPL.-ING. LIEBL, WOLFGANG, Mitarbeiter des Deutschen Elektronen-
Synchrotron (2003), persönliche Mitteilung (24.06.2003)
LÖFFLER 2002 MÖSER, M. / MÜLLER, G. / SCHLEMMER, H. / WERNER, H. (2002):
Handbuch der Ingenieurgeodäsie, Maschinen und Anlagenbau,
Heidelberg: Wichmann
MICROPORT 2000 MICROPORT Unternehmen der Mettermeier Gruppe (2000): MicroPC
Pen Kurzdokumention, Paderborn
NATIONAL INSTRUMENTS 1999 NATIONAL INSTRUMENTS TM GERMANY GMBH
(1999): LabVIEW Grundlagenkurs Handbuch, München: National
Instruments
NATIONAL INSTRUMENTS 2003 NATIONAL INSTRUMENTS TM (2003) URL:
http://www.ni.com(besucht am 10.07.2003)
PLX INC 2003 PLX INC. (2003) URL: http://www.plxinc.com/bmr.html (besucht am
24.10.2003)
PRENTING 2003 PROF. DR. PRENTING, JOHANNNES, Leiter der Fachgruppe:
Vermessung am Deutschen Elektronen-Synchrotron (2003), mündliche
Empfehlung (09.09.2003)
RRZN 2001 REGIONALES RECHENZENTRUM FÜR NIEDERSACHSEN,
UNIVERSITÄT HANNOVER (2001): Grundlagen der Programmierung
mit Beispielen in C++ und Java, Hannover: RRZN

8 Literatur und Quellenverzeichnis 75
SPILLNER 2003 PROF. DR. SPILLNER, ANDREAS, Hochschule Bremen, Fachbereich
Elektrotechnik und Informatik (2003) Testen als paralleler Prozess zum
Software-Entwicklungsprozess URL: http://www.fbe.hs-
bremen.de/spillner/WModell/sld023.htm (besucht am 18.10.2003)
STEINBUCH & STEINBUCH 1999 STEINBUCH, PITTER A. / STEINBUCH, ANDREAS
L. (1999): Programmorganisation und Software Engineering,
Ludwigshafen: Kiehl
STERNBERG 2003 PROF. DR. STERNBERG, HARALD, Hochschule für Angewandte
Wissenschaften Hamburg, Fachbereich Geomatik (2003), mündliche
Mitteilung (02.10.2003)
TU DRESDEN 2003 TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN, GEODÄTISCHES
INSTITUT (2003): Freie Stationierung u. a., URL: http://www.kolbmichael.de/daten/georechnen.pdf
(besucht am 29.10.2003)
UniBw M ÜNCHEN 2003 UNIVERSITÄT DER BUNDESWEHR MÜNCHEN,
INSTITUT FÜR GEODÄSIE (2003) URL: http://www.bauv.unibwmuenchen.de/institute/bauv91/GeoLab/Datenformat_Onlinebetrieb.pdf
(besucht am 29.10.2003)

Danksagung
An dieser Stelle möchte ich allen danken, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.
Prof. Dr.-Ing. Harald Sternberg für seine intensive Betreuung, fachliche Unterstützung und
Diskussion.
Dr.-Ing. Johannes Prenting als Zweitprüfer ebenfalls für seine fachliche Unterstützung und
Ratgebung.
Dipl.-Ing. Wolfgang Liebl, der mir bei Fragen und Schwierigkeiten mit fachlichem Rat zur
Seite stand und durch dessen Idee und Augagrement die Möglichkeit zur Diplomarbeit am
DESY erst zustande kam.
Ebenfalls gedankt sei, Herrn Nicolai Lass für seine technische, praktische und
zuvorkommende Hilfe sowie allen weiteren Mitarbeitern der Abteilung MEA am DESY.
Abschließend möchte ich meinen Freunden danken, die mich während meiner Arbeit durch
ihr Interesse und kritische Anmerkungen begleitet haben.
Hamburg, im Oktober 2003
Daniel Kämtner

Verzeichnis der Anhänge
Verzeichnis der Anhänge
A - Modulspezifikation
B - Feinentwurf
C - Sammlung der Kurzbezeichnungen der einzelnen VIs
D - Ergebnisprotokoll der Freien Stationierung mit 4 Zielpunkten in 3 Sätzen
und anschließender Neupunktaufnahme von 5 Neupunkten
E - Hierarchiebaum einzelner VIs
F - LabVIEW-Dokumentation des VI TRS: Transformation rechnen (Auszug)
G - CD mit der LabVIEW-Dokumentation des bestehenden Programms, vier
Messprotokollen und der Diplomarbeit [pdf]

Anhang A-1
Anhang A
Modulspezifikation

Anhang A-2
1 Programmstruktur
Im nachfolgenden Text werden die Unterprogramme in schriftlicher Form 1a bis 7c
beschrieben. Diese schriftliche Erläuterung gehört zum Feinentwurf der im Kap. 6 vorgestellt
wurde.
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Inhalt: alle Parameter und Vorgänge die erfüllt sein müssen,
um die nachfolgenden Arbeitsschritte ermöglichen
- Inhalt: alle Vorgänge die mit den oben beschriebenen
Voraussetzungen zu den nachfolgenden Daten in der Ausgabe
führen.
Attribut Ziel Punkt
Inhalt: Parameter die aus
der Umsetzung der
Arbeitsschritte resultieren
2 Programmablauf
2.1 Unterprogramm Instrument einsatzbereit (1a)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
Inhalt: Titel der
Unterprogramme an
die Parameter
übergeben werden
- Instrument horizontieren
- Instrumentenfehler sind behoben bzw. erfaßt
- alle Zielpunkte haben ein Zielzeichen erhalten
- Instrument auf erstes Zielzeichen ausgerichtet
---
---
Inhalt:
Abkürzungen
aus dem Feinentwurf

Anhang A-3
2.2 Unterprogramm Basisdaten laden (1b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- aktuelle Basisdateien werden im Microport geladen
- Basisdateien sind die in Tab. 2-1 aufgeführten Dateien
Dateityp Inhalt
Korrekturdatei (ASCII)
---
---
Korrekturdaten für die Instrumente, Zielzeichen,
Thermometer, Barometer
Koordinatendatei (ASCII) Koordinaten der Standpunkte, Festpunkte u.a.
Tab. 2-1: Basisdateien
2.3 Unterprogramm Schnittstelle definieren (1c)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Schnittstellenparameter definieren
(Baud rate 2400, 8 Daten Bits, 1 Stop Bit, keine
Paritätsprüfung)
- PC-Ein-, Ausgang: Portnummer 0 / Com1
Schnittstelle bereit Daten zu senden bzw. zu empfangen
---

Anhang A-4
2.4 Unterprogramm Parameter eingeben (2a)
Voraussetzungen: - Temperatur, Luftdruck gemessen
Arbeitsschritte: - Parameter eingegeben
Ausgabe:
Attribut
Fall A:
Ziel Punkt
Standpunkt in Näherung bekannt
Standpunktnummer Zielpunkte laden (3a)
Zielpunktnummer Positionierung (3b)
berechnen
Soll berechnen
Feldbuch
(3c)
Temperatur
Thermometernummer
Luftdruck
Barometernummer
Datum
Beobachter
Instrumententyp /-nummer
Instrumentenhöhe
Reflektornummer
Reflektorhöhe
Sätze
Lagen
(7b)
Fall B:
Standpunkt ist unbekannt / Zielpunkte jedoch in der
Koordinatendatei enthalten:
es werden wie unter Fall A die Attribute an die
Unterprogramme übergeben
Unterschied: nur einzelne ausgewählte Zielpunkte werden an
Hand der Zielpunktnummer geladen
Fall C:
Standpunkt ist unbekannt / Zielpunkte sind in der
Koordinatendatei auch nicht enthalten sonder per Hand
eingegeben worden
Wie unter Fall A werden die Attribute an die Unterprogramme
übergeben
Unterschied: von Hand eingegebene Zielpunktekoordinaten
werden aus der Eingabemaske ausgelesen in einer gesonderten
Koordinatendatei gespeichert
Standpunktnummer
Zielpunktnummer
Koordinaten
speichern
(7a)

Anhang A-5
2.5 Unterprogramm ATR einschalten (2b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
2.6 Unterprogramm Festpunkte laden (3a)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- ATR Modus wird im Instrument gesetzt
- Daten aus (2a) erhalten
- Koordinatendatei öffnen (siehe Abb. 2-1 unten)
- an Hand der Standpunktnummer wird die entsprechende
Koordinate (Xst, Yst, Zst) mit ihrer Genauigkeit (sXst, sYst,
sZst) ausgelesen
- ausgelesene Werte in Variablen ablegen
- Festpunktnummern für diesen Standpunkt heraussuchen
- entsprechende Koordinate (Xfpi, Yfpi, Zfpi) mit ihrer
Genauigkeit (sXfpi, sYfpi, sZfpi) ausgelesen
- ausgelesene Werte in Variablen ablegen
Wie die zu einem Standpunkt zugehörigen Festpunkte in der
Koordinatendatei zu erkennen sind, ist noch nicht gelöst (evtl. eine
Codierung in der Punktnummer oder eine getrennte zweite Datei
in der einer Standpunktnummer eine Liste von Festpunkten
zugeordnet ist ???)
Attribut
Xst, Yst, Zst
Ziel Punkt
sXst, sYst, sZst
Xfpi, Yfpi, Zfpi
Abb. 2-1: 3-D DESY-Koordinatendatei
sXfpi, sYfpi, sZfpi
Positionierung
berechnen
Soll berechnen
(3b)
(3c)

Anhang A-6
2.7 Unterprogramm Verdrehen berechnen (3b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Daten aus (2a) und (3a) erhalten
- aus Koordinaten die Positionierung berechnen
- Positionierungswinkel weiterleiten an Punkt (4c)
Attribut Ziel Punkt
dHzi, dVi
positionieren des
Instrumentes
(5a)
2.8 Unterprogramm Soll-Elemente berechnen (3c) wird später integriert
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Standpunkt näherungsweise bekannt
- Daten aus (2a) und (3a) erhalten
- aus Koordinaten die Messelemente berechnen
- Soll-Elemente weiterleiten an Punkt (4b)
Attribut Ziel Punkt
Hzi, Vi, s Kontrolle der
Messung
(4d)

Anhang A-7
2.9 Unterprogramm Festpunkte messen (4a)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
2.10 Unterprogramm Korrektur ATR (4b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- alle Zielzeichen sind eingelegt
- Reflektornummer ist bekannt
- erstes Zielzeichen ist grob anvisiert
- Befehl aus (2b), (5b) oder (4d) setzen die nachfolgenden
Arbeitsschritte in Gang
- Messung wird ausgelöst
- Hz, V und s mit einem Befehl auslesen
- Beobachtungen zur Korrektur weiter senden
Attribut
Zielpunktnummer
Ziel Punkt
Hz, V, s Korrektur ATR (4b)
- Hz, V und s aus (4a) erhalten
- Hz, V wird streckenabhängig korrigiert
- Beobachtungen zur metrologischen Korrektur weiter senden
Attribut
Zielpunktnummer
Ziel Punkt
Hz, V, s Korrektur metrologisch (4c)
2.11 Unterprogramm Korrektur metrologisch (4c)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Hz, V und s aus (4b) erhalten
- Hz, V, s korrigiert
- Beobachtungen zur Kontrolle weiter senden
Attribut
Zielpunktnummer
Ziel Punkt
Hz, V, s Kontrolle (4d)

Anhang A-8
2.12 Unterprogramm Messung kontrollieren (4d)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Hz, V und s aus (4c) erhalten
- Soll von Hz, V und s aus (3c) erhalten
- Vergleich von Hz, V und s mit Soll-Elementen
Attribut Ziel Punkt
Fall A:
Hz, V, s
Hz, V, s
Differenzen zwischen Soll-Ist innerhalb der Toleranz:
Befehl: “positionieren“
Fall B:
Feldbuch
Berechnen
Verdrehen
Befehl: “wiederholen“ Messung
wird
wiederholt
(7b)
(6a-b) (5a)
Differenz ist zu groß:
(4a)

Anhang A-9
2.13 Unterprogramm Verdrehung ausführen (5a)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Daten aus (3b) erhalten (Positionierungswinkel)
- Befehl aus (4d) erhalten („positionieren“)
- Positionierung des Instrumentes
2.14 Unterprogramm Refnr. eingeben (5b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
Attribut Ziel Punkt
Befehl: „fragen“ RefNr (5b)
- Befehl aus (5a) erhalten („fragen“)
- Frage nach neuer Reflektornummer
(es wird eine „Reflektor-Zielpunktdatei“ (7c) im I. Satz in
der I. Lage angelegt, in der die RefNr den Zielpunkten
zugeordnet wird – im zweiten Satz wird dann die RefNr
automatisch erkannt)
Attribut Ziel Punkt
Befehl: „messen“ Messen
(4a)
Reflektornummer
Zielpunktnummer
Refdat
(7c)

Anhang A-10
2.15 Unterprogramme Freie Station berechnen – Genauigkeit berechnen (6a-b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Daten aus (4d) erhalten
- Ausgleichung der Beobachtungen
- Berechnen des Standpunktes
- Berechnen der Genauigkeit des Standpunktes
Attribut Ziel Punkt
Standpunktnummer
(7a)
Xst, Yst, Zst
sXst, sYst, sZst
2.16 Unterprogramm Koordinaten sichern (7a)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Daten aus (6a-b) erhalten
- Datei „TTMMJJ.koor“ anlegen
- Datei öffnen
- Daten ablegen
- Datei schließen
Koordinaten sichern
Attribut
Standpunktnummer
Ziel Punkt
Xst, Yst, Zst
sXst, sYst, sZst
speichern
“TTMMJJ.koor”

Anhang A-11
2.17 Unterprogramm Messung sichern (7b)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
- Daten aus (2a), (4b) erhalten
- Datei „TTMMJJ.bhz“ anlegen
- Datei öffnen
- Daten aus (2a) ablegen
- Daten aus (4b) ablegen
- Datei schließen
2.18 Unterprogramm REFDAT sichern (7c)
Voraussetzungen:
Arbeitsschritte:
Ausgabe:
Attribut Ziel Punkt
Daten aus (2a), (4b) speichern “TTMMJJ.bhz”
- Daten aus (5b) erhalten
- Datei „TTMMJJ.ref“ anlegen
- Datei öffnen
- Daten ablegen
- Datei schließen
Attribut
Zielpunktnummer
Ziel Punkt
Reflektornummer speichern “TTMMJJ.ref”

Anhang
1a
INSTRUMENT
EINSATZBEREIT
1b
BASISDATEIEN
LADEN
1c
SCHNITTSTELLE
DEFINIEREN
LEGENDE
Befehlsübergabe:
Datenübergabe:
Daten speichern:
2a
PARAMETER
EINGEBEN
2b
ATR
EINSCHALTEN
messen
3a
FESTPUNKTE
LADEN
DATEI: ASCII
3b
VERDREHUNG
RECHNEN
dHz, dVz
3c
SOLL-ELEMENTE
RECHNEN
Hz, Vz, sS
wiederholen
4a
FESTPUNKTE
MESSEN
Hz, Vz, sS
4b
KORREKTUR
ATR
Hz, Vz
4c
KORREKTUR
METROLOGISCH
Hz, Vz, sS
4d
MESSUNG
KONTROLLIEREN
Hz, Vz, sS
messen
verdrehen
5a
VERDREHUNG
AUSFÜHREN
dHz, dVz
fragen
5b
REFNR
EINGEBEN
Refnr
Rechnen
6a
FREIE STATION
RECHNEN
Xst, Yst, Zst
6b
GENAUIGKEIT
RECHNEN
sX,sY,sZ
7a
KOORDINATEN
SICHERN
DATEI: ASCII
7b
MESSUNG
SICHERN
DATEI: BHZ
7c
REFDAT
SICHERN
DATEI: REF
B-1

Anhang C
Anhang C Kurzbezeichnung der VIs
Kurzbezeichnungen Modulbeschreibung Nr. im Feinentwurf NR.
HME Hauptmenü 1
FME Freie Stationierung Menü 2
LAB Laden der Basisdateien 1a 3
SDE Schnittstelle definieren 1c 4
SDS seriell Daten schreiben / lesen 1c 5
PAE Parameter eingeben 2a 6
PAR Parameter laden 2b 7
FPL Festpunkte laden 3a 8
SNE Standpunktnummer eingeben 3a 9
SPW Standpunkte wählen (Datei) 3a 10
SHE Standpunkt von Hand eingeben 3a 11
ZHE Koordinaten von Hand eingeben 3a 12
ZPW Zielpunkte wählen (Datei) 3a 13
ZPA Zielpunkte anzeigen 3a 14
PLA Punkte laden 3a 15
POR Position rechnen 3b 16
REF Reflektor-nr. Eingeben/speichern 5b 17
KOR Korrektur der Beobachtungen 4 18
MES Messen von Winkeln und Strecke 4a 19
GEO Geometrische Korrektur 4b 20
MET Metrologische Korrektur 4c 21
ATR ATR-Korrektur anbringen 4d 22
LAG in Lage I-II drehen 23
PWL Positionswinkel laden 5a 24
PRE Positionierung relativ 5a 25
PDI Positionierung des Instrumentes 5a 26
FST Freie Stationierung rechnen 6a 27
RED Richtungen reduzieren 6a 28
RES Rechnung der Strecken 6a 29
FEH Fehlerrechnung der Hz / V 6a 30
NKR Näherungskoordinaten rechnen 6a 31
TRS Transformation rechnen 6a 32
STG Standpunktgenauigkeit rechnen 6a 33
AUF Aufmass 34
POL Polares Anhängen 35
GAU Genauigkeiten rechnen 36
FPO Frontpanel oeffnen 37
FPS Frontpanel schließen 38

Anhang D-1
- Metrologische Korrekturdaten -
B-Nr. B-konst n0
6 -2.29 1.000258
von nach dHz (gon) dV (gon)
PKT.5 PKT.1 57.650819 -2.614784
von nach dHz (gon) dV (gon)
PKT.1 PKT.3 21.536810 2.664112
von nach dHz (gon) dV (gon)
PKT.3 PKT.10 115.769499 -0.561512
Lage 1 Lage 2 Mittel red. Mittel
[0, 0, 0]
156.36324 gon 356.36317 gon 156.36320 gon 0.00000 gon
214.01310 gon 14.01462 gon 214.01386 gon 57.65066 gon
235.54874 gon 35.55202 gon 235.55038 gon 79.18718 gon
351.32328 gon 151.32667 gon 351.32497 gon 194.96177 gon
Lage 1 Lage 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
[0, 0, 0]
93.10031 gon 306.91482 gon 400.01513 gon 0.01513 gon 93.09274 gon
90.48821 gon 309.52635 gon 400.01456 gon 0.01456 gon 90.48093 gon
93.14401 gon 306.85990 gon 400.00391 gon 0.00391 gon 93.14206 gon
92.58444 gon 307.42729 gon 400.01173 gon 0.01173 gon 92.57857 gon
Endg. Hz Endg. V
0.00000 gon 93.09274 gon
57.65066 gon 90.48093 gon
79.18718 gon 93.14206 gon
194.96177 gon 92.57857 gon
SS gem. shz ger. Mittel aus zwei Lagen
[0, 0, 0]
5.69373 m 5.66025 m
6.49021 m 6.41779 m
3.40010 m 3.38040 m
2.51838 m 2.50129 m
Endg. SS Endg. shz Mittel aus n Sätzen
5.69373 m 5.66025 m
6.49021 m 6.41779 m
3.40010 m 3.38040 m
2.51838 m 2.50129 m
- Näherungskoordinaten Lokales System -
y x z
0.00000 m 5.66025 m 5.66025 m
5.04939 m 3.96128 m 6.41779 m
3.20135 m 1.08556 m 3.38040 m
0.19775 m -2.49346 m 2.50129 m
- Schwerpunktkoordinaten Lokales System -
ys xs zs
2.11212 m 2.05341 m 4.48993 m
- Differenz zum Schwerpunkt Lokales System -
dy = y - ys dx = x - xs dz = z - zs
-2.11212 m 3.60684 m 1.17032 m
2.93727 m 1.90787 m 1.92786 m
1.08923 m -0.96784 m -1.10953 m
-1.91437 m -4.54687 m -1.98864 m
- Festpunktkoordinaten Globales System -
Y X Z
6.90467 m 5.34655 m 2.14627 m
8.41403 m 0.23941 m 2.49665 m
5.00000 m 0.10001 m 1.89552 m
0.34656 m 0.50202 m 1.82291 m
- Schwerpunktkoordinaten Globales System -
Ys Xs Zs
5.16632 m 1.54700 m 2.09034 m
- Differenz zum Schwerpunkt Globales System -
dY = Y - Ys dX = X - Xs dZ = Z - Zs
1.73835 m 3.79956 m 0.05593 m

Anhang D-2
3.24772 m -1.30759 m 0.40631 m
-0.16631 m -1.44699 m -0.19482 m
-4.81976 m -1.04498 m -0.26743 m
- Transformationsparameter -
a o Kontrolle (0) w (gon) Maßstab
0.57429011 0.81821299 0.99928163 61.03957821 0.99964075
- Koordinaten nach der Transformation -
Yi neu Xi neu
6.90451 m 5.34653 m
8.41420 m 0.23936 m
4.99995 m 0.09995 m
0.34661 m 0.50214 m
- Restklaffungen -
fy fx
0.16 mm 0.02 mm
-0.17 mm 0.05 mm
0.06 mm 0.05 mm
-0.05 mm -0.13 mm
- Berechnung der Kippachshöhe des Standpunktes -
V (gon) Z FPi (m) dh (m) Kippachshöhe (m)
93.09274 2.14627 0.61655 1.52972
90.48093 2.49665 0.96684 1.52982
93.14206 1.89552 0.36557 1.52996
92.57857 1.82291 0.29292 1.52999
- Standpunktkoordinate -
YS* XS* ZS**
2.273222 m 2.095911 m 1.305181 m
* YS und XS sind ein Ergebnis der Helmerttransformation ** ZS ist ein arithmetisches
Mittel, aus allen Höhen des Stand punktes ->gerechnet aus dem Höhenunterschied jedes
Festpunktes zum Standpunkt - - abzüglich der Instrumentenhöhe.
- Genauigkeiten -
Zielpktf s (mm)
PKT.5 0.16
PKT.1 0.18
PKT.3 0.08
PKT.10 0.13
- Standpunktdifferenz (Soll - Ist) -
dys dxs dzs
0.10 mm 0.15 mm 0.43 mm
- Fehlerelipsen 2-D/3-D -
mp 2-D mp 3-D
0.19 mm 0.47 mm
- Schluss -
Lage 1 Lage 2 Mittel red. Mittel
[0, 0, 0]
156.36324 gon 356.36317 gon 156.36320 gon 0.00000 gon
214.01310 gon 14.01462 gon 214.01386 gon 57.65066 gon
235.54874 gon 35.55202 gon 235.55038 gon 79.18718 gon
351.32328 gon 151.32667 gon 351.32497 gon 194.96177 gon
[1, 0, 0]
156.36339 gon 356.36328 gon 156.36334 gon 0.00000 gon
214.01278 gon 14.01467 gon 214.01372 gon 57.65039 gon
235.54930 gon 35.55194 gon 235.55062 gon 79.18728 gon
351.32366 gon 151.32686 gon 351.32526 gon 194.96193 gon
Lage 1 Lage 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
[0, 0, 0]
93.10031 gon 306.91482 gon 400.01513 gon 0.01513 gon 93.09274 gon
90.48821 gon 309.52635 gon 400.01456 gon 0.01456 gon 90.48093 gon
93.14401 gon 306.85990 gon 400.00391 gon 0.00391 gon 93.14206 gon
92.58444 gon 307.42729 gon 400.01173 gon 0.01173 gon 92.57857 gon
[1, 0, 0]
93.10034 gon 306.91472 gon 400.01506 gon 0.01506 gon 93.09281 gon
90.48909 gon 309.52656 gon 400.01565 gon 0.01565 gon 90.48126 gon
93.14906 gon 306.86004 gon 400.00910 gon 0.00910 gon 93.14451 gon
92.58572 gon 307.42731 gon 400.01303 gon 0.01303 gon 92.57921 gon

Anhang D-3
Endg. Hz Endg. V
0.00000 gon 93.09278 gon
57.65052 gon 90.48110 gon
79.18723 gon 93.14328 gon
194.96185 gon 92.57889 gon
SS gem. shz ger. Mittel aus zwei Lagen
[0, 0, 0]
5.69373 m 5.66025 m
6.49021 m 6.41779 m
3.40010 m 3.38040 m
2.51838 m 2.50129 m
[1, 0, 0]
5.69378 m 5.66030 m
6.49016 m 6.41774 m
3.40000 m 3.38030 m
2.51838 m 2.50129 m
Endg. SS Endg. shz Mittel aus n Sätzen
5.69375 m 5.66027 m
6.49018 m 6.41777 m
3.40005 m 3.38035 m
2.51838 m 2.50129 m
- Näherungskoordinaten Lokales System -
y x z
0.00000 m 5.66027 m 5.66027 m
5.04936 m 3.96127 m 6.41777 m
3.20131 m 1.08554 m 3.38035 m
0.19774 m -2.49346 m 2.50129 m
- Schwerpunktkoordinaten Lokales System -
ys xs zs
2.11210 m 2.05341 m 4.48992 m
- Differenz zum Schwerpunkt Lokales System -
dy = y - ys dx = x - xs dz = z - zs
-2.11210 m 3.60686 m 1.17035 m
2.93726 m 1.90787 m 1.92785 m
1.08920 m -0.96786 m -1.10957 m
-1.91436 m -4.54687 m -1.98863 m
- Festpunktkoordinaten Globales System -
Y X Z
6.90467 m 5.34655 m 2.14627 m
8.41403 m 0.23941 m 2.49665 m
5.00000 m 0.10001 m 1.89552 m
0.34656 m 0.50202 m 1.82291 m
- Schwerpunktkoordinaten Globales System -
Ys Xs Zs
5.16632 m 1.54700 m 2.09034 m
- Differenz zum Schwerpunkt Globales System -
dY = Y - Ys dX = X - Xs dZ = Z - Zs
1.73835 m 3.79956 m 0.05593 m
3.24772 m -1.30759 m 0.40631 m
-0.16631 m -1.44699 m -0.19482 m
-4.81976 m -1.04498 m -0.26743 m
- Transformationsparameter -
a o Kontrolle (0) w (gon) Maßstab
0.57429138 0.81821223 0.99928185 61.03948441 0.99964086
- Koordinaten nach der Transformation -
Yi neu Xi neu
6.90453 m 5.34654 m
8.41420 m 0.23937 m
4.99992 m 0.09996 m
0.34661 m 0.50212 m
- Restklaffungen -
fy fx
0.14 mm 0.02 mm
-0.17 mm 0.04 mm
0.08 mm 0.04 mm

Anhang D-4
-0.05 mm -0.10 mm
- Berechnung der Kippachshöhe des Standpunktes -
V (gon) Z FPi (m) dh (m) Kippachshöhe (m)
93.09278 2.14627 0.61655 1.52972
90.48110 2.49665 0.96682 1.52984
93.14328 1.89552 0.36550 1.53003
92.57889 1.82291 0.29290 1.53000
- Standpunktkoordinate -
YS* XS* ZS**
2.273230 m 2.095892 m 1.305207 m
* YS und XS sind ein Ergebnis der Helmerttransformation ** ZS ist ein arithmetisches
Mittel, aus allen Höhen des Stand punktes ->gerechnet aus dem Höhenunterschied jedes
Festpunktes zum Standpunkt - - abzüglich der Instrumentenhöhe.
- Genauigkeiten -
Zielpktf s (mm)
PKT.5 0.14
PKT.1 0.17
PKT.3 0.10
PKT.10 0.12
- Standpunktdifferenz (Soll - Ist) -
dys dxs dzs
0.10 mm 0.17 mm 0.40 mm
- Fehlerelipsen 2-D/3-D -
mp 2-D mp 3-D
0.20 mm 0.45 mm
- Schluss -
Lage 1 Lage 2 Mittel red. Mittel
[0, 0, 0]
156.36324 gon 356.36317 gon 156.36320 gon 0.00000 gon
214.01310 gon 14.01462 gon 214.01386 gon 57.65066 gon
235.54874 gon 35.55202 gon 235.55038 gon 79.18718 gon
351.32328 gon 151.32667 gon 351.32497 gon 194.96177 gon
[1, 0, 0]
156.36339 gon 356.36328 gon 156.36334 gon 0.00000 gon
214.01278 gon 14.01467 gon 214.01372 gon 57.65039 gon
235.54930 gon 35.55194 gon 235.55062 gon 79.18728 gon
351.32366 gon 151.32686 gon 351.32526 gon 194.96193 gon
[2, 0, 0]
156.36340 gon 356.36327 gon 156.36334 gon 0.00000 gon
214.01288 gon 14.01466 gon 214.01377 gon 57.65043 gon
235.54928 gon 35.55199 gon 235.55063 gon 79.18730 gon
351.32349 gon 151.32689 gon 351.32519 gon 194.96186 gon
Lage 1 Lage 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
[0, 0, 0]
93.10031 gon 306.91482 gon 400.01513 gon 0.01513 gon 93.09274 gon
90.48821 gon 309.52635 gon 400.01456 gon 0.01456 gon 90.48093 gon
93.14401 gon 306.85990 gon 400.00391 gon 0.00391 gon 93.14206 gon
92.58444 gon 307.42729 gon 400.01173 gon 0.01173 gon 92.57857 gon
[1, 0, 0]
93.10034 gon 306.91472 gon 400.01506 gon 0.01506 gon 93.09281 gon
90.48909 gon 309.52656 gon 400.01565 gon 0.01565 gon 90.48126 gon
93.14906 gon 306.86004 gon 400.00910 gon 0.00910 gon 93.14451 gon
92.58572 gon 307.42731 gon 400.01303 gon 0.01303 gon 92.57921 gon
[2, 0, 0]
93.10038 gon 306.91470 gon 400.01508 gon 0.01508 gon 93.09284 gon
90.48909 gon 309.52636 gon 400.01545 gon 0.01545 gon 90.48137 gon
93.14827 gon 306.86023 gon 400.00850 gon 0.00850 gon 93.14402 gon
92.58580 gon 307.42724 gon 400.01304 gon 0.01304 gon 92.57928 gon
Endg. Hz Endg. V
0.00000 gon 93.09280 gon
57.65049 gon 90.48119 gon
79.18725 gon 93.14353 gon
194.96185 gon 92.57902 gon

Anhang D-5
SS gem. shz ger. Mittel aus zwei Lagen
[0, 0, 0]
5.69373 m 5.66025 m
6.49021 m 6.41779 m
3.40010 m 3.38040 m
2.51838 m 2.50129 m
[1, 0, 0]
5.69378 m 5.66030 m
6.49016 m 6.41774 m
3.40000 m 3.38030 m
2.51838 m 2.50129 m
[2, 0, 0]
5.69383 m 5.66035 m
6.49011 m 6.41769 m
3.40005 m 3.38035 m
2.51838 m 2.50129 m
Endg. SS Endg. shz Mittel aus n Sätzen
5.69378 m 5.66030 m
6.49016 m 6.41774 m
3.40005 m 3.38035 m
2.51838 m 2.50129 m
- Näherungskoordinaten Lokales System -
y x z
0.00000 m 5.66030 m 5.66030 m
5.04934 m 3.96126 m 6.41774 m
3.20131 m 1.08554 m 3.38035 m
0.19774 m -2.49346 m 2.50129 m
- Schwerpunktkoordinaten Lokales System -
ys xs zs
2.11210 m 2.05341 m 4.48992 m
- Differenz zum Schwerpunkt Lokales System -
dy = y - ys dx = x - xs dz = z - zs
-2.11210 m 3.60689 m 1.17038 m
2.93724 m 1.90785 m 1.92782 m
1.08921 m -0.96787 m -1.10957 m
-1.91435 m -4.54687 m -1.98863 m
- Festpunktkoordinaten Globales System -
Y X Z
6.90467 m 5.34655 m 2.14627 m
8.41403 m 0.23941 m 2.49665 m
5.00000 m 0.10001 m 1.89552 m
0.34656 m 0.50202 m 1.82291 m
- Schwerpunktkoordinaten Globales System -
Ys Xs Zs
5.16632 m 1.54700 m 2.09034 m
- Differenz zum Schwerpunkt Globales System -
dY = Y - Ys dX = X - Xs dZ = Z - Zs
1.73835 m 3.79956 m 0.05593 m
3.24772 m -1.30759 m 0.40631 m
-0.16631 m -1.44699 m -0.19482 m
-4.81976 m -1.04498 m -0.26743 m
- Transformationsparameter -
a o Kontrolle (0) w (gon) Maßstab
0.57429197 0.81821154 0.99928140 61.03942870 0.99964063
- Koordinaten nach der Transformation -
Yi neu Xi neu
6.90455 m 5.34655 m
8.41418 m 0.23938 m
4.99992 m 0.09996 m
0.34661 m 0.50211 m
- Restklaffungen -
fy fx
0.12 mm 0.01 mm
-0.15 mm 0.04 mm
0.08 mm 0.05 mm
-0.06 mm -0.09 mm

Anhang D-6
- Berechnung der Kippachshöhe des Standpunktes -
V (gon) Z FPi (m) dh (m) Kippachshöhe (m)
93.09280 2.14627 0.61655 1.52972
90.48119 2.49665 0.96680 1.52985
93.14353 1.89552 0.36548 1.53004
92.57902 1.82291 0.29290 1.53001
- Standpunktkoordinate -
YS* XS* ZS**
2.273231 m 2.095884 m 1.305215 m
* YS und XS sind ein Ergebnis der Helmerttransformation ** ZS ist ein arithmetisches
Mittel, aus allen Höhen des Stand punktes ->gerechnet aus dem Höhenunterschied jedes
Festpunktes zum Standpunkt - - abzüglich der Instrumentenhöhe.
- Genauigkeiten -
Zielpktf s (mm)
PKT.5 0.12
PKT.1 0.15
PKT.3 0.10
PKT.10 0.11
- Standpunktdifferenz (Soll - Ist) -
dys dxs dzs
0.10 mm 0.18 mm 0.39 mm
- Fehlerelipsen 2-D/3-D -
mp 2-D mp 3-D
0.21 mm 0.44 mm
- Schluss -
- Neupunktaufnahme -
Pkt.5
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
156.36335 gon 356.36320 gon 156.36327 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
93.10031 gon 306.91486 gon 400.01517 gon 0.00758 gon 93.09273 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
5.65957 m 5.69383 m 5.67670 m 5.64332 m
Y X Z
6.892314 m 5.337965 m 2.144614 m
sy sx sz
0.18295 mm 0.08007 mm 0.01079 mm
- Metrologische Korrekturdaten -
B-Nr. B-konst n0
6 -2.29 1.000258
- Neupunktaufnahme -
Pkt.5
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
156.36345 gon 356.36320 gon 156.36333 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
93.10046 gon 306.91494 gon 400.01540 gon 0.00770 gon 93.09276 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
5.69383 m 5.69373 m 5.69378 m 5.66030 m
Y X Z
6.906215 m 5.347716 m 2.146461 m
sy sx sz
0.18295 mm 0.08007 mm 0.01079 mm
- Neupunktaufnahme -
Pkt.1
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
214.01340 gon 14.01452 gon 214.01396 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
90.48798 gon 309.52545 gon 400.01343 gon 0.00671 gon 90.48127 gon

Anhang D-7
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
6.49011 m 6.49021 m 6.49016 m 6.41774 m
Y X Z
8.416381 m 0.238695 m 2.496701 m
sy sx sz
0.16577 mm 0.11188 mm 0.00171 mm
- Neupunktaufnahme -
Pkt.1
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
214.01365 gon 14.01444 gon 214.01405 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
90.48745 gon 309.52544 gon 400.01289 gon 0.00644 gon 90.48101 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
6.49011 m 6.49011 m 6.49011 m 6.41769 m
Y X Z
8.416328 m 0.238702 m 2.496720 m
sy sx sz
0.16577 mm 0.11188 mm 0.00170 mm
- Neupunktaufnahme -
Pkt.3
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
235.54917 gon 35.55220 gon 235.55068 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
93.14482 gon 306.85897 gon 400.00379 gon 0.00189 gon 93.14293 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
3.40005 m 3.40005 m 3.40005 m 3.38035 m
Y X Z
5.000893 m 0.099237 m 1.895419 m
sy sx sz
0.11297 mm 0.16468 mm 0.01097 mm
- Neupunktaufnahme -
Pkt.3
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
235.54952 gon 35.55206 gon 235.55079 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
93.14954 gon 306.86079 gon 400.01033 gon 0.00517 gon 93.14437 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
3.40005 m 3.40005 m 3.40005 m 3.38035 m
Y X Z
5.000897 m 0.099228 m 1.895342 m
sy sx sz
0.11296 mm 0.16468 mm 0.01097 mm
- Neupunktaufnahme -
Pkt.10
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
351.32334 gon 151.32651 gon 351.32493 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
92.58298 gon 307.42734 gon 400.01032 gon 0.00516 gon 92.57782 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
2.51848 m 2.51838 m 2.51843 m 2.50133 m
Y X Z
0.345894 m 0.501504 m 1.822857 m
sy sx sz
0.19751 mm 0.03014 mm 0.00900 mm

Anhang D-8
- Neupunktaufnahme -
Pkt.10
Hz L 1 Hz L 2 Mittel
351.32365 gon 151.32659 gon 351.32512 gon
V L 1 V L 2 L1 + L2 Höhenindex L1 - (hi/2)
92.58584 gon 307.42743 gon 400.01327 gon 0.00664 gon 92.57920 gon
SS L1 SS L2 SS mittel shz ger.
2.51848 m 2.51838 m 2.51843 m 2.50134 m
Y X Z
0.345885 m 0.501506 m 1.822803 m
sy sx sz
0.19751 mm 0.03014 mm 0.00900 mm
Anmerkung des Autors: Die Überschriften sind von Hand nacheditiert bzw. zurechtgerückt worden.

Anhang E

Anhang F-1
TRS: Transformation rechnen
TRS.vi
Dieses VI berechnet die Transformationsparameter und leistet die TRansformation des
Drehpunktes (Standpunktes) sowie der Zielpunkte. Hinzu kommt die Datensicherung im
Ergebnisprotokoll.
Anschlußfeld
Frontpanel

Anhang F-2
Blockdiagramm

Anhang F-3

Anhang F-4

Anhang F-5

Anhang F-6

Anhang F-7

Anhang F-8

Anhang F-9

Anhang F-10

Anhang F-11