Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...
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GeoSN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente eines GeoSNphysische Ausprägung widerspricht dem Miniaturisierungsgedanken eines Knotens imWSN.Neben den physischen Aspekten der Geräte gibt es auch von Seiten des integrierten RechnerelementsAuswirkung auf die Konfiguration für automatische Messaufgaben. Die umfangreichenintegrierten Fähigkeiten des Tachymeters lassen ihn nicht als einfachen Sensorerscheinen, sondern bereits als eine Kombination aus Sensor und Controller. Allerdingsist diese Sensor/Controller Kombination auch nicht wie ein fertig konfigurierterSensorknoten zu behandeln, da er nur eingeschränkt die Fähigkeit zum vollständig autarkenArbeiten hat. Obwohl einige Geräte prinzipiell die Möglichkeit besitzen, über vorkonfigurierteProgramme im Systemspeicher Messungen nach einer entsprechenden Konfigurationvor Ort völlig selbständig und ohne äußeren Zugriff auszuführen, sind diese Art derProgramme doch zumeist sehr einfach gehalten. Gleichzeitig war es seitens der Herstellerlange Zeit nicht oder nur sehr eingeschränkt vorgesehen, Nutzern die Möglichkeit zu geben,derartige Programme selbständig zu entwerfen und auf die Geräte aufzuspielen.Erläutert am Beispiel der Tachymeter der TPS1100 Serie von Leica Geosystems [50] stellensich die tachymeterinternen Monitoring-Programme wie folgt dar. Es sind zwei On-Board-Standardprogramme für Überwachungsaufgaben vorgesehen. Zum einen das Programm„Automatische Speicherung“. Dieses Programm dient der permanenten Messungeines Punktes, der vom Tachymeter im EDM Modus „Tracking“ ständig angemessenwird. Eine Speicherung von Messungen findet aber nur gemäß Nutzervorgaben in Bezugauf vergangene Zeit (minimal 1 Sekunde) oder zurückgelegte Strecke des verfolgten Zielpunktesstatt. Dieses Programm kann nur ein Ziel überwachen und ist somit zum Beispielfür eine Fahrzeugverfolgung, wie etwa bei der Maschinensteuerung eines Baustellenfahrzeuges,geeignet [51].Das zweite On-Board-Programm für Überwachungsmessungen ist das Programm „Monitoring“.Es ermöglicht das zeitgesteuerte Anfahren einer vorzugebenden Anzahl von Prismen,die in einer vorangegangenen Anlernphase definiert worden sind. Für einen Messzykluskönnen die Anzahl der Sätze und eine Zwei-Lagen-Messung definiert werden. Fernerist nur die Wartezeit zwischen zwei Zyklen und die Zeiten des ersten und des letztenZyklus vorzugeben.Beide Programme können die Daten im internen Speicher ablegen oder an die RS232-Schnittstelle des Gerätes ausgeben.Das manuelle Anzielen von Zielpunkten, das den normalen Arbeitsvorgang zur Erzeugungeines Messwertes einleitet, ist in der Regel auch bei automatischen Messaufgaben durchein der permanenten Überwachung vorangehendes Anlernen von Messstellungen notwendig.Das Anlernen dieser Messstellungen ist allerdings auch über ein zeitlich aufwendigesSuchen der Prismen im Umkreis über die automatische Zielfindung im Fernsteuerungsmodusmöglich.Bei Nutzung der hier betrachteten Geräte können Störungen auftreten, die nicht vom Nutzerzu beeinflussen sind. Sie sind trotz ihrer robusten Bauweise für Außendienstarbeitenanfällig gegenüber äußeren Einflüssen aufgrund ihrer optischen Messfunktion und komplexenMechanik und Elektronik. Sie können nicht bei zu starkem Regen oder Nebel eingesetztwerden, wenn hierbei die Sichtverbindung zum Zielpunkt unterbrochen wird.Auch können sie nicht ohne weitere Schutzeinrichtungen für längere Zeit an einem Ortbelassen werden. Insbesondere Eisbildung, die die automatischen Bewegungen behindert- Seite 28 -
GeoSN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente eines GeoSNund Beschlagen des Objektivs führen zum Verlust der Messfähigkeit. Auch müssen Gerätund Zielpunkt zum Zeitpunkt der Messung stabil stehen, da ansonsten die automatischeZielfindung nicht funktionsfähig ist. Um auf diese Art von Phänomenen im Verlauf derMessung sinnvoll reagieren zu können, sind umfangreiche Reaktionspläne zu erstellen, dienicht alle vom Tachymeter selbständig ausgeführt werden können.Automatisches Messen ist somit bei Tachymetern eher mit einer Fernsteuerung von einemexternen Rechner aus gleichzusetzen und das Gerät ist trotz seiner umfangreichen internenFähigkeiten für automatische Messaufgaben in der Regel auf Steuersignale von außerhalbangewiesen. Diese Art der Steuerung stellt sich als das so genannte „Polling“ dar. „Polling“ist mit einer „Frage-Antwort“ oder Half-Duplex-Verbindung zwischen Tachymeterund Steuerrechner gleichzusetzen (siehe Kapitel 4.2.5). Mittels eines On-Board-Interpreterwerden Befehle, die von einem Rechner an den Tachymeter gesendet werden, in Bewegungenund Messvorgänge umgewandelt. Diese Befehle haben in der Regel eine einfacheASCII-Struktur (siehe Tabelle 7 in Kapitel 4.2.2) und können von jedem Terminalprogramman den Tachymeter übertragen werden.Die Antworten sind ebenfalls in ASCII-Struktur gehalten und somit leicht auszuwerten.Allerdings müssen bei dieser Art der Befehlsstruktur gewisse Aufbauvorschriften zwingendeingehalten werden (siehe Kapitel 4.2.2). Eine Bereitstellung von DLLs durch dieHerstellerfirmen, die etwa in C++ und VisualBasic integriert werden können, erleichtertdiesen Zugriff, da hier sämtliche Befehle bereits in entsprechenden Programmierroutinenimplementiert wurden und mit der Übergabe allgemeiner Vorgabewerte aufgerufen werdenkönnen. Bei fehlerhafter Ausführung eines Befehls sendet der Tachymeter fest definierteFehlermeldungen zurück, die im Interpreter ebenfalls beschrieben sind.Diese Art der permanenten Ansteuerung des Messgerätes im Zuge einer Fernsteuerunglässt den Tachymeter somit bei Nutzung des standardmäßigen Kabelanschlusses trotz allerbereits integrierten Fähigkeiten zunächst mehr als Sensorkomponente eines Senorknotenserscheinen.Der hohe Preis von mehreren tausend Euro pro Instrument macht den massenhaften Einsatzdieser Art von Sensoren, wie es in einem WSN gefordert ist, unmöglich.Der Kostenaspekt leitet zur wichtigsten Besonderheit dieser Geräte für ihren Gebrauch alsSensor über, die besagt, dass sie auf das zusätzliche Gegenstück Prisma zur Durchführungeiner Messung angewiesen sind. Reflektorlose Messoptionen von Tachymetern sollenhierbei außer Acht gelassen werden, da das reflektorlose Messen derzeit keine Möglichkeitder automatischen Zielfindung unterstützt. Eine Integration einer parallel zur reflektorlosenStreckenmessung durchgeführten Digitalaufnahme in den Messvorgang und einephotogrammetrische Auswertung mit dem Ziel einer Mustererkennung ist zwar für Standardinstrumentariummöglich [52], wird aber von den Herstellerfirmen noch nicht alswerkseitige Messoption angeboten.Prismen müssen fest installiert und dabei möglichst exakt auf den Tachymeter ausgerichtetsein. Bei schlechter Ausrichtung können Fehlmessungen durch falsche Strahlenwege innerhalbdes Prismas auftreten. Auch eine Verteilung von mehreren Prismen in einem zudichten Raster kann Fehler bei der automatischen Anzielung verursachen, da der Tachymeterdas anzufahrende Prisma durch mehrere Intensitätsmaxima auf dem CCD-Chip derautomatischen Zielfindung nicht mehr identifizieren kann.- Seite 29 -
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<strong>Geo</strong>SN UniBwKapitel 3 Sensorkomponente <strong>eines</strong> <strong>Geo</strong>SN<strong>und</strong> Beschlagen des Objektivs führen zum Verlust der Messfähigkeit. Auch müssen Gerät<strong>und</strong> Zielpunkt zum Zeitpunkt der Messung stabil stehen, da ansonsten die automatischeZielfindung nicht funktionsfähig ist. Um auf diese Art von Phänomenen im Verlauf derMessung sinnvoll reagieren zu können, sind umfangreiche Reaktionspläne zu erstellen, dienicht alle vom Tachymeter selbständig ausgeführt werden können.Automatisches Messen ist somit bei Tachymetern eher mit einer Fernsteuerung von einemexternen Rechner aus gleichzusetzen <strong>und</strong> das Gerät ist trotz seiner umfangreichen internenFähigkeiten für automatische Messaufgaben in der Regel auf Steuersignale von außerhalbangewiesen. Diese Art der Steuerung stellt sich als das so genannte „Polling“ dar. „Polling“ist mit einer „Frage-Antwort“ oder Half-Duplex-Verbindung zwischen Tachymeter<strong>und</strong> Steuerrechner gleichzusetzen (siehe Kapitel 4.2.5). Mittels <strong>eines</strong> On-Board-Interpreterwerden Befehle, die von einem Rechner an den Tachymeter gesendet werden, in Bewegungen<strong>und</strong> Messvorgänge umgewandelt. Diese Befehle haben in der Regel eine einfacheASCII-Struktur (siehe Tabelle 7 in Kapitel 4.2.2) <strong>und</strong> können von jedem Terminalprogramman den Tachymeter übertragen werden.Die Antworten sind ebenfalls in ASCII-Struktur gehalten <strong>und</strong> somit leicht auszuwerten.Allerdings müssen bei dieser Art der Befehlsstruktur gewisse Aufbauvorschriften zwingendeingehalten werden (siehe Kapitel 4.2.2). Eine Bereitstellung von DLLs durch dieHerstellerfirmen, die etwa in C++ <strong>und</strong> VisualBasic integriert werden können, erleichtertdiesen Zugriff, da hier sämtliche Befehle bereits in entsprechenden Programmierroutinenimplementiert wurden <strong>und</strong> mit der Übergabe allgemeiner Vorgabewerte aufgerufen werdenkönnen. Bei fehlerhafter Ausführung <strong>eines</strong> Befehls sendet der Tachymeter fest definierteFehlermeldungen zurück, die im Interpreter ebenfalls beschrieben sind.Diese Art der permanenten Ansteuerung des Messgerätes im Zuge einer Fernsteuerunglässt den Tachymeter somit bei Nutzung des standardmäßigen Kabelanschlusses trotz allerbereits integrierten Fähigkeiten zunächst mehr als Sensorkomponente <strong>eines</strong> Senorknotenserscheinen.Der hohe Preis von mehreren tausend Euro pro Instrument macht den massenhaften Einsatzdieser Art von Sensoren, wie es in einem WSN gefordert ist, unmöglich.Der Kostenaspekt leitet zur wichtigsten Besonderheit dieser Geräte für ihren Gebrauch alsSensor über, die besagt, dass sie auf das zusätzliche Gegenstück Prisma zur Durchführungeiner Messung angewiesen sind. Reflektorlose Messoptionen von Tachymetern sollenhierbei außer Acht gelassen werden, da das reflektorlose Messen derzeit keine Möglichkeitder automatischen Zielfindung unterstützt. Eine Integration einer parallel zur reflektorlosenStreckenmessung durchgeführten Digitalaufnahme in den Messvorgang <strong>und</strong> einephotogrammetrische Auswertung mit dem Ziel einer Mustererkennung ist zwar für Standardinstrumentariummöglich [52], wird aber von den Herstellerfirmen noch nicht alswerkseitige Messoption angeboten.Prismen müssen fest installiert <strong>und</strong> dabei möglichst exakt auf den Tachymeter ausgerichtetsein. Bei schlechter Ausrichtung können Fehlmessungen durch falsche Strahlenwege innerhalbdes Prismas auftreten. Auch eine Verteilung von mehreren Prismen in einem zudichten Raster kann Fehler bei der automatischen Anzielung verursachen, da der Tachymeterdas anzufahrende Prisma durch mehrere Intensitätsmaxima auf dem CCD-Chip derautomatischen Zielfindung nicht mehr identifizieren kann.- Seite 29 -