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表面测绘设备、3D坐标确定方法、计算机可读存储介质

阅读：67发布：2020-05-12

专利汇可以提供表面测绘设备、3D坐标确定方法、计算机可读存储介质专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且表面测绘设备、3D坐标确定方法、计算机可读存储介质。用于确定表面(7)上的测量点(15)的多个3D坐标的表面测绘设备(1)包括扫描单元(4)、用于确定扫描单元(4)的位置和取向的装置、用于承载扫描单元(4)和用于确定位置和取向的装置的至少部分的承载器、和具有表面测绘功能的控制和评估单元。承载器被实施为能够悬停并包括引线(2)的无人驾驶飞行器 (3a‑3c)，其中引线(2)被提供用于由用户(100)引导空中的飞行器(3a‑3c)，并且飞行器(3a‑3c)在空中的位置由引线(2)的有效长度预先确定。引线(2)导电且用于向和/或从表面测绘设备(1)的在空中的部件提供能量和/或传送控制和/或数据信号。，下面是表面测绘设备、3D坐标确定方法、计算机可读存储介质专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于确定表面(7)上的测量点(15)的多个3D坐标的表面测绘设备(1)，该表面测绘设备(1)包括：
●用于光学地扫描所述表面(7)的扫描单元(4)，所述扫描单元(4)包括：
○用于发射光学的、相干且准直的测量辐射(14)的发送单元；
○用于在所述表面(7)上在至少一个偏转方向上扫描引导所述测量辐射(14)的偏转装置；
○用于在每种情况下登记相对偏转方向的装置；以及
○用于检测经相应的测量点(15)反射的所述测量辐射(14)的检测器；
●用于确定所述扫描单元(4)的位置和取向的装置；
●用于承载所述扫描单元(4)以及用于确定位置和取向的所述装置的至少一部分的承载器；
●具有表面测绘功能的控制和评估单元，该控制和评估单元用于控制所述扫描单元(4)并且用于基于相应的偏转方向和通过所检测到的测量辐射(14)得到的距离值来确定所述测量点(15)的所述3D坐标；
其特征在于
●所述承载器被实现成无人驾驶飞行器(3a-3c)，其能够悬停并且包括引线(2)，所述引线(2)在其一端连接到所述飞行器(3a-3c)并且能够在另一端被用户(100)保持，其中●所述引线(2)被提供用于由所述用户(100)引导空中的所述飞行器(3a-3c)，并且●所述飞行器(3a-3c)在空中的位置由所述引线(2)的有效长度预先确定，所述长度能由所述用户(100)改变，并且
●所述引线(2)是导电的并且用于向和/或从所述表面测绘设备(1)的位于空中的部件：
○供应能量，和/或
○传送控制和/或数据信号，
其中，被测绘的测量点(15)的原始数据和/或3D坐标通过以下方式能传送到用户单元(5)：基于所述3D坐标，3D点云(16)能被生成并且即使在表面测绘期间也能图形化地显示在所述用户单元(5)上，并且因此，测绘过程能够被监测，并且在需要时被所述用户(100)实时修正。
2.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述表面测绘设备(1)是断面仪或3D 扫描仪。
3.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，该测量辐射(14)是激光辐射。
4.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述表面测绘设备(1)的位于空中的部件是所述飞行器(3a-3c)的部件和/或所述扫描单元(4)的部件。
5.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
用于确定所述位置和取向的所述装置被实现成
●为了获得位置和取向值作为可存储的数据的目的，主动地确定所述位置和取向，和/或
●为了稳定所述飞行器(3a-3c)的飞行，连续地被动地确定所述位置和取向。
6.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
用于确定所述位置和取向的所述装置具有位于所述承载器侧的：
●用于连续地测量加速度、和/或转动速率、和/或磁对准的传感器，以及●用于在基于摄像头的独立定位的范围内连续地记录图像序列的图像的至少一个摄像头，和/或
●用于连续地接收位置基准信号的接收器，
并且所述控制和评估单元被实现成执行算法，该算法用于基于来自所述传感器、以及所述摄像头和/或接收器的连续建立的数据来连续地计算所述位置和取向。
7.根据权利要求6所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述传感器是惯性测量单元(IMU)。
8.根据权利要求6所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述位置基准信号是GNSS信号和/或伪卫星信号。
9.根据权利要求6所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述算法是状态估计算法，所述状态估计算法基于卡尔曼滤波器。
10.根据权利要求6所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，实时地计算所述位置和取向。
11.根据权利要求6所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于，
如果所述至少一个摄像头存在用于在基于摄像头的独立定位的范围内连续地记录图像，则所述算法被实现成在登记在所述图像序列的至少两个图像中的表面点的帮助下、基于反切法确定所述图像序列中的图像的位置和取向，其中，所述表面点通过特征提取算法和/或跟踪算法来选择以用于反切法。
12.根据权利要求10所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述算法通过运动恢复结构SfM或SLAM算法被实现。
13.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
●所述表面测绘设备(1)具有用于连接外部用户单元(5)的有线的或无线的接口，该外部用户单元是智能手机或平板电脑，和/或
●所述飞行器(3a-3c)的对准还能由所述用户(100)通过所述引线(2)预先确定。
14.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，被测绘的测量点(15)的原始数据和/或3D坐标通过经过所述引线(2)的数据信号传送能传送到用户单元(5)。
15.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
所述飞行器(3a)是被动式的。
16.根据权利要求15所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述飞行器(3a)被实现成气球(3a)。
17.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
所述飞行器(3b、3c)具有至少一个驱动装置和/或控制装置(13、25)，该至少一个驱动装置和/或控制装置(13、25)用于主动地适应由所述引线(2)的所述有效长度预先确定的所述位置和/或对准。
18.根据权利要求17所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，该至少一个驱动装置和/或控制装置(13、25)用于所述扫描单元(4)在待测绘的表面(7)上的经优化的对准。
19.根据权利要求17所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，所述飞行器(3b、3c)被实现成浮空器(3b)或多旋翼飞行器(3c)。
20.根据权利要求17所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
对所述位置和/或对准的主动适应基于以下来执行：
●所述用户(100)的控制命令，其中，所述控制命令通过用户单元(5)发出，该用户单元(5)是智能手机或平板电脑，和/或所述控制命令通过多点触摸和/或通过所述用户单元(5)的运动发出，和/或
●编程到所述控制和评估单元中的、针对所述飞行器(3b、3c)的半自主固有运动的路线，和/或
●所述控制和评估单元的控制命令，所述控制命令基于来自所述飞行器(3b、3c)的传感器的当前测量值，所述当前测量值是加速度值和/或距离值。
21.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
所述控制和评估单元具有手势控制功能，使得基于所记录的所述用户(100)的手运动的运动图像，控制命令被输出到所述飞行器(3b、3c)和/或所述扫描单元(4)，其中，所述承载器具有用于记录所述运动图像的摄像头。
22.根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)，
其特征在于
●所述引线(2)到所述飞行器(3b、3c)的所述连接被实现成控制模块，使得通过由所述用户(100)控制的所述引线(2)的状态变化，控制命令能够被所述用户(100)发出到所述飞行器(3b、3c)，用于主动地改变所述位置和/或对准，和/或控制命令能够被所述用户(100)发出到所述扫描单元(4)，用于开始和/或完成扫描过程，和/或
●所述表面测绘设备(1)除了所述扫描单元(4)以外具有另外的表面测量单元(4a)，该另外的表面测量单元(4a)是红外摄像头和/或热成像摄像头，其中，在所述表面测绘功能的范围内3D坐标与来自该另外的表面测量单元(4a)的测量数据存在链接，和/或●所述飞行器(3b、3c)具有备用能量源。
23.根据权利要求22所述的表面测绘设备(1)，其特征在于，通过由所述用户(100)控制的所述引线(2)的状态变化是在所施加的拉力和/或拉力方向上的变化。
24.一种用于使用根据权利要求1所述的表面测绘设备(1)来确定表面(7)的测量点(15)的多个3D坐标的方法，该方法包括以下步骤
●通过具有已定义的偏转方向的光学、相干且准直的测量辐射(15)对所述表面(7)的所述测量点(15)的光学扫描，
●基于检测到的经反射的测量辐射(15)得到距离值，
●基于所述距离值和偏转方向确定3D坐标。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述测量辐射是激光辐射，该光学扫描是逐点的、空间上能够移位的。
26.根据权利要求24所述的方法，
其特征在于
即使在扫描期间，也基于所述3D坐标中的至少一些生成3D点云(16)，其中，●所述3D点云(16)的图形化显示输出在显示器上，和/或
●存在对所述3D点云(16)的特别相关的区域、即关注区域ROI(17)的自动识别，其中，□在显示器上存在对所述特别相关的区域的图形化显示，和/或
□存在使用所述表面测绘设备(1)对所述特别相关的区域的自动二次扫描。
27.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序用于在根据权利要求1的表面测绘设备(1)的控制和评估单元中和/或在与其连接的外部用户单元(5)中执行时，执行根据权利要求24至26中的任一项所述的方法。

说明书全文

表面测绘设备、3D坐标确定方法、计算机可读存储介质

技术领域

[0001] 本发明涉及用于确定表面的测量点的多个3D坐标的包括扫描单元的测绘设备、用于确定3D坐标的方法、以及无人驾驶飞行器，该无人驾驶飞行器能够悬停以用作扫描单元的承载器。

背景技术

[0002] 用于登记例如建筑或地势等的待测绘对象的地形例如以进行测绘、测试或记录的测绘设备被称为例如扫描仪或断面仪(profiler)。举例而言，PCT/EP2008/009010描述了通过使用运动测量波束而能够快速和动态地测量距离的装置。应用是与垂线对准的简单转动扫描仪或者断面仪。在每种情况下，用于对对象进行三维测绘的测绘设备通过经对象表面漫反射的所发射的激光辐射以及基于经漫反射的激光辐射来测量的到目标表面点的距离来登记对象的表面点的空间位置，即，其3D坐标。为此，该测绘设备具有：具有激光波束源的扫描单元、用于旋转激光辐射的偏转装置、用于登记经漫反射的激光辐射的登记部件、以及检测器或测距仪。该距离测量被链接到激光发射的角度或方向信息，从而登记点的空间位置可以根据这些距离和角度信息的项目确定并且对象的表面可以被连续地测绘。根据现有技术的这样的表面测绘设备允许用户完全地利用相对小的时间开支来登记大的表面和对象——依赖于所需要的点对点分辨率——并且可选地利用额外的对象信息，其中目标点可以以非常高的速率被记录，例如每秒几十万个点。因此，到多个点的距离能够以依赖于相应的扫描角度的方式在短时间段内被登记。3D点云通过这样的对多个点的测绘而生成，3D点云通过在公共坐标系中具有已定义的点位置的一组点来表示对象表面的三维性质。已登记的对象点和所得到的点云的点对点分辨率通过激光波束在表面上被旋转的速度并且通过扫描速率来设置。举例而言，在激光扫描仪的情况下，在100m的测量路径上分辨率是1.0mm。

[0003] 举例而言，WO97/40342描述了通过以静态方式设置的测绘设备来记录地形的方法。对于这些设备，选择了固定的设置点，其用作由马达执行的扫描过程的基础，从而记录或扫描位置(作为扫描单元相对于被扫描对象的位置)因此在扫描期间保持不变。通过到测量点的距离、在测量时刻的角度位置和装置的已知位置，可得到相应的表面点的三维空间信息。在这里，扫描仪或断面仪系统，具体地它们的测距仪，是特别地针对登记地形的对象来设计的，并且通过运动扫描单元或者通过沿着一条轴线(断面仪)或两条轴线(扫描仪)改变波束路径来扫描表面。

[0004] 其他方法采用移动式表面测绘设备，其通过设备的运动来扫描待登记的表面，或者帮助或补偿扫描。PCT/EP2014/059138公开了在测绘杆(垂直杆)上具有扫描单元的移动式断面仪，其作为承载器能够被用户承载或转移。扫描单元具有激光器，所产生的激光波束是可绕着轴线转动的，从而激光平面被扫过，其与待测绘的表面的交叉线产生多个测量点的测量轮廓。此外，GNSS接收器为了确定测绘设备的位置而附加于测绘杆。此外，测绘设备具有摄像头模块，其同样被测绘杆承载并且可选地具有惯性测量单元(IMU)。在这些装置的帮助下，测绘杆的位置和取向被确定，并且例如扫描单元的位置和取向通过各单元相对于彼此的固定相对位置来确定。因此，将测绘设备或扫描单元关于表面的相对位置或运动考虑在内，通过利用激光波束扫描能够生成点云，其表示待测绘的对象的表面。移动式或便携式表面测绘设备的优点是易于改变记录位置，并且因此可能测绘例如非常广大的或拉长的表面。PCT/EP2014/059138中公开的设备的缺点是携带这样的设备对于用户来说是累赘的，并且垂直杆是笨重的；对于更长的测绘杆来说更加是这样。同时，假若扫描单元能尽可能高地或远离地面地定位，那么将预期一些测绘问题，例如，诸如多层建筑或者位于远离地面处的对象这样的高对象的3D坐标的生成。

发明内容

[0005] 因此本发明的目的是提供改进的表面测绘设备，优选地是3D扫描仪或断面仪。

[0006] 本发明的另一目的在于提供改进了用户操纵的移动式表面测绘设备，优选地是3D扫描仪或断面仪。

[0007] 本发明的另一目的在于提供具有改进的可定位性的移动式表面测绘设备，优选地是3D扫描仪或断面仪。

[0008] 本发明的主题是用于确定表面的测量点的多个3D坐标的表面测绘设备，该表面测绘设备优选地实现成3D扫描仪或断面仪。可选地，该表面测绘设备实现成基于3D坐标生成表示表面的3D点云。该表面测绘设备具有用于对表面进行光学扫描的扫描单元。该扫描单元具有：用于发射光学的、相干且准直的测量辐射的发送单元，所述测量辐射优选地是激光辐射；用于在该表面上在至少一个偏转方向上扫描引导测量辐射的偏转装置；在每种情况下用于登记相对偏转方向的装置；以及用于检测经相应的测量点反射的测量辐射的检测器。在这里，相对偏转方向被理解为在每种情况下测量辐射通过偏转装置的引导而发射的相对于扫描单元或相对于基准方向的偏转方向，所述基准方向例如是零方向，其与表面测绘设备有关。此外，表面测绘设备具有用于确定扫描单元的位置和取向的装置、以及具有表面测绘功能的控制和评估单元，该控制和评估单元用于控制扫描单元并且用于基于相应的偏转方向和通过所检测到的测量辐射得到的距离值来确定测量点的3D坐标。在这里，距离是表面测绘设备或扫描单元与表面或者更准确地说该表面上相应的测量点之间的间隔。此外，表面测绘设备具有用于承载扫描单元和用于确定位置和取向的装置的至少一部分的承载器。

[0009] 根据本发明，承载器被实现成无人驾驶飞行器，其能够悬停并且包括引线，该引线在其一端被连接到飞行器并且能够在另一端被用户保持。该引线被提供用于由用户引导空中的飞行器，并且飞行器在空中的位置由引线的有效长度预先确定，所述长度优选地可由用户改变。优选地，飞行器的对准同样通过引线被预先确定。在这里，引线的有效长度应该被理解为引线在飞行器和其用户保持点之间具有的长度。引线的完整长度可以与其对应，但是在可改变有效长度的情况下更大，从而例如一些引线可以被用户卷起以减少有效长度。举例而言，引线的长度接近一米到几米，尤其对于被提供用于室内的测绘设备来说，并且对于室外测量来说长达几十米，在室外测量的情况下，长达接近80m-100m的线长度同样是可预见的。

[0010] 因此，根据本发明，表面测绘设备的一部分尤其是扫描单元由能够悬停的飞行器承载，从而，利用通过引线由用户预先确定的飞行器的位置并且因此利用扫描单元的位置，扫描单元在空中是可定位的，所述位置包括其在地面上方或在用户位置上方的高度。此外，飞行器可通过引线被用户引导，从而扫描单元可以以运动的方式穿过空气被用户带到在空中需要的位置，例如通过用户奔跑到所需要的位置的地面突起物或其附近并且保持或拉住引线。引线因此用作控制飞行器的主要的或优选的元件，至少与平移有关。这有利地使得位置以改进的方式可被扫描单元获得，并且因此使得表面以改进的方式可被扫描单元测量，所述位置或表面通过使用例如牢固地安置在地面上或者被测绘杆承载的来自现有技术的表面测绘设备是不可获得达到的或者只可不佳地达到的。举例而言，这允许对详细结构进行3D测量，如常常在历史结构或建筑的情况下可以看到的，所述详细的结构并不位于地面附近。此外，本发明提供了与高大或庞大的对象的室内和室外两种表面测量有关的优点，所述对象诸如教堂、城堡、纪念碑、工业建筑(冶炼厂或车间)、重型机械、飞机或船舶。

[0011] 根据本发明，引线还是导电的。在一些实施方式中，在此情况下，其用作用于向表面测绘设备位于空中的部件尤其是飞行器(特别地如果后者是马达驱动的)和/或扫描单元供应能量的电源缆线。另选地或另外地，引导引线的导电性用于传送控制和/或数据信号，从而引线用作从和/或到表面测绘设备的位于空中的部件的数据或信号缆线。举例而言，除了上面描述的主要控制或引导以外，这允许电控制信号可以机械的方式通过引线从用户向飞行器和/或扫描单元传送，和/或将数据从扫描单元向用户单元传送，尤其是诸如已登记的偏转方向或距离值的测量数据或3D坐标。

[0012] 在这里，用户单元是测绘设备的一部分，并且例如实现成便携式现场控制器，其优选地连接到用作缆线的引线或者另选地与测绘设备的其他单元进行无线通信。另选地，其为诸如智能手机或平板电脑这样的外部用户单元。在这里，表面测绘设备，优选地引线，可选地具有用于连接外部用户单元的接口(诸如例如USB的有线接口、或者诸如例如蓝牙的无线接口)。

[0013] 由于承载器促进了用于扫描位置或者扫描单元的位置和取向的六自由度，用于确定位置和取向的装置以适用于得到或建立承载器或扫描单元的六自由度的方式实现。在此情况下，可选的是，优选地在实现成断面仪的实施方式中，为了获得位置和取向值作为可存储的数据从而这些数据是永久可用的，具体地在测量完成并且扫描单元(或测量对象)的平移的和/或转动的加速度或者位置和/或取向的改变被测量并且测量到的加速度在确定对象或表面的3D坐标时被考虑在内之后永久可用，可选的是用于确定位置和取向的装置被实现成对位置和取向的主动确定，优选地以连续的方式主动确定。另选地或另外地，为了稳定飞行器的飞行，装置实现成对位置和取向的连续被动确定。在被动确定的情况下，位置和取向值可以因此被当做易失性的、非永久的数据，所述数据瞬时地用于优化飞行器的飞行动作，并且可以在其后被丢弃。

[0014] 可选地，用于确定位置和取向的装置具有在承载器侧的用于连续测量加速度和/或转动速率和/或磁调准的传感器。举例而言，装置具有3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、倾斜传感器或惯性测量单元(IMU)。此外，在该选项的范围内，该装置具有用于在基于摄像头的独立定位的范围内连续记录图像序列的图像的至少一个摄像头、和/或用于连续接收位置基准信号的接收器，所述位置基准信号具体地是GNSS信号和/或准卫星信号。此外，控制和评估单元被实现成执行算法，优选地是状态估计算法，尤其是基于卡尔曼滤波器的，所述算法用于基于来自传感器和来自摄像头和/或信号接收器这两者的连续建立的数据(即，例如测量到的其加速度值)连续计算位置和取向，计算优选地被实时执行。

[0015] 在根据上面所描述的选项的实施方式中，包括用于基于摄像头的独立定位的摄像头，算法——控制和评估单元被实现成执行该算法——被实现成借助于在图像序列的至少两个图像中登记的表面点基于反切法(resection)确定图像序列中的图像的位置和取向。在这里，算法优选地具有运动恢复结构(structure-from-motion,SfM)或SLAM算法，或者这样的例程是算法的一部分。可选地，表面点通过特征提取算法和/或跟踪算法来选择以用于反切法。

[0016] 在一些实施方式中，飞行器是被动式的，即没有驱动或控制装置。在这里，飞行器优选地实现成例如充满氦气的气球。这样的实施方式的优点主要在于简单的设计和低能量消耗，并且因此在于小的生产、运营和维修成本。

[0017] 相比之下，在优选的实施方式中，飞行器具有至少一个驱动装置(马达或旋翼)和/或控制装置，例如方向舵或旋翼，其用于主动适应由引线的有效长度预先确定的位置和/或对准。优选地，这样的主动式飞行器实现成浮空器或飞艇，即，实现成其中至少部分地通过填充气体来获得升力的飞行器，或者实现成多旋翼飞行器(multicoper)，即，由旋翼生成升力的飞行器。利用主动式飞行器作为承载器，本发明提供了另外的优点。与完全自由飞行的以及例如无线电控制的飞行器作为承载器相比，即，其中——与测绘杆作为承载器完全对比——不存在用户的机械引导并且没有相对接近用户的引导，优点是简化了操纵或引导并且更安全，从而即使对飞行控制没有经验的用户也能够操纵测绘设备，并且改进来例如在室内尤其是在碰撞风险高的相对小的或扭曲的房间中的使用或者甚至使得该使用成为可能。

[0018] 与具有被动式飞行器的实施方式相比，优点是根据实施方式的这样的主动式飞行器促进了对定位和/或对准的主动适应，其应该被理解为例如扫描单元在待测绘的表面上的对准，从而获得了例如测量点或3D点云的点均匀的或较少不规则的分布。换句话说，这使得可能以优化的方式例如定向或定位扫描平面，从而例如使得如在例如PCT/EP2014/059138中公开的用于扫描单元的内部对准修正的装置不再必要。这样的装置可以可选地被提供，尤其在纯被动式飞行器的情况下。此外，飞行器的位置以及因此扫描单元的位置可以在由引线预先确定的运动自由的范围内有利地小程度地改变；也就是说，存在对微定位的适应，例如所述微定位的适应用来绕过视线障碍导航或者用来使得在仅通过引线定位的情况下不能够被测绘(因为仅在完全被动式飞行器的情况下才是可能的)的区域对于测量辐射并且因此对于扫描可感知的或可访问。举例而言，这使得能够测绘难以接近的建筑的角落或洞穴状的小空间。

[0019] 对定位和对准的主动适应可选地基于用户的控制命令来执行，其中控制命令优选地通过用户单元发出，该用户单元特别是智能手机或平板电脑。在这里，控制命令可选地通过多点触摸输入和/或通过在用户单元的触敏的用户区域上移动用户单元来输入。另选地或另外地，用户单元具有例如操纵杆或方向手柄。如另外另选的，飞行器和/或扫描单元以非接触的方式通过手势被用户控制，为了这个目的，控制和评估单元具有手势控制功能，从而所记录的用户的手运动的运动图像可解释为控制命令，并且对应的控制命令能够被输出到飞行器和/或扫描单元。举例而言，摄像头被布置在承载器上，例如在飞行器的较低侧上，该摄像头在用户或用户手以及手的连续登记的图像的方向上对准，从而，例如在一个方向上的快速的手运动被识别为用于在该方向上通过其驱动运动飞行器的命令。为了改进识别，用户手可以在此情况下有帮助，例如光学标记的承载器。可选地，控制由用户执行，其中通过将引线与飞行器的连接实现成控制模块从而由用户控制的引线状态上的变化，具体地是所施加的拉力和/或拉力的方向的变化，使得能够将控制命令从用户输出到飞行器优选地用于主动改变位置和/或对准、和/或输出到扫描单元，具体地用于开始和/或终结扫描过程。

[0020] 此外，对定位和/或对准的主动适应另选地或另外地由被编程到控制和评估单元中用于飞行器的半自主的独立运动(半自主在独立运动总是在引线的指示位置指示的范围内起作用的限度内)的路线来执行。举例而言，这样的路线包括沿着预先确定的轨迹运动，例如以适应于待测绘的对象的类型的方式。因此，例如，在内部空间完全在地形意义上待登记的情况下，优选地在实现成断面仪的实施方式的情况下，可以存在飞行器绕着竖直轴近似360°的自主转动。此外，另选地或另外地，存在基于来自控制和评估单元的控制命令对定位和/或对准的适应，其基于来自飞行器的传感器的当前测量值，当前测量值具体地是加速度值和/或距离值。因此，控制和评估单元进而针对自动适应实现，其回应于已登记的传感器值而被进行，传感器值例如距离值或倾斜值。因此，例如，为了优化测量值登记，存在对到测量表面的距离的自动适应，或者因此避免与障碍物或测量对象的碰撞。

[0021] 由于当执行表面测绘时的一个问题是原则上需要非常高的计算能力以三维地登记和处理表面的点云，特别是如果已登记的扫描线由于测量系统的运动意图被整理，那么如果该计算能力是“彻底地”“外包的”则是有利的，即，例如外包给由用户设置的用户单元。因此，测绘的原始数据(3D坐标或偏转方向值、以及作为这些的基础的距离值、或者作为偏转方向值和距离值的基础的直接检测器值)可选地经由作为数据缆线的引线(或者另选地通过蓝牙、WLAN或诸如此类的无线地)被传输到用户单元，并且这些原始数据由用户单元评估。

[0022] 该数据传送优选地“在飞行中”执行，也就是说即使在原地或者在测绘过程期间。在这里，评估优选地包括生成基于3D坐标的3D点云，同时该点云被图形化地显示在用户单元的显示器上。因此，用户仍然具有作为在原地的或者在由被引导的承载器管理的测量值记录期间或紧接在其完成之后的测量结果的点云可用(至少部分地或作为近似的点云)。举例而言，这还有利地使得即使在原地时甚至在对建筑的室内或室外区域的检查或测绘的情况下可能使用测量结果，例如对整个内部或外部覆盖物的图形化显示。可选地，这还使得对于用户来说能够例如直接进行测绘的第一评估，并且能够例如执行对显现为高度相关的或者被错误地测绘表的面区域额外的表面测绘(其中测量结果因此自然不必需要作为3D点云呈现，而是可以例如是以表格形式输出)。另选地或例外地，这样的评估或评价仍然以半自动或全自动的方式在原地由控制和评估单元执行。举例而言，表面测绘功能附加地以这样的方式被实现以至于被自动评价为特别关注(关注区域，ROI)、遭受错误的、或具有缝隙的区域(例如由于扫描阴影或点覆盖过低，例如在非常畸形的区域中)在3D坐标组中或者在对应的3D点云中被识别。这样的识别或评价的结果在用户单元上被表示给用户，例如通过3D点云的图形化显示中的照片(彩色标记、箭头或诸如此类的)或者通过文字通知从而用户被适当地告知，并且可以能够在需要时通过丢弃指示或通知(如果他不认为区域特别相关)、或者通过执行针对这些ROI利用扫描单元的另外的测绘来做出反应，该另外的测绘即二次扫描。另选地或另外地，ROI被用户识别，为了这个目的，他在点云的图形化显示中例如在用户单元的触摸屏上做出标记，并且控制和评估单元基于该用户输入针对二次扫描生成适当的控制命令。作为另外的另选或者另外的附加，在一种发展方式中，优选地在具有作为承载器的独立运动的飞行器(例如浮空器、多旋翼飞行器)的实施方式的情况下，存在通过对ROI的自动二次扫描以全自动的方式利用自动的或人工的ROI识别，为了这个目的，在需要时，表面测绘设备被控制和评估单元引导到在以这种方式开发的表面测绘功能的范围内的位置上，从所述位置存在对ROI的另外扫描。在这里，作为选项，飞行器的该全自动独立运动可以在没有用户引导的情况下被完全执行，即用户(通过引线)对飞行器的引导被暂时放弃，即，仅对于有限量的时间、并且仅在对特别相关的表面区域的定向的二次或额外的测绘对象的有限范围内，并且自行运动的飞行器不时地进行自主行动、或自主运动、或自主定位。
举例而言，用户为此释放引线，其中引线可以被飞行器卷收。还可想到的是，引线被从飞行器卸掉并且飞行器在对一个或多个ROI的测绘完成之后自动地去往降落位置。

[0023] 作为另外的选项，表面测绘设备除了扫描单元之外还具有另外的表面测量单元，例如红外摄像头和/或热成像摄像头。使用这样的实施方式，能够以联合的方式执行针对不同的测量对象、或者获得不同类型的关于待测绘的表面信息，从而例如在因此开发的表面测绘功能的范围内，将基于扫描单元的3D坐标生成的3D点云(或者各3D坐标本身)与另外的表面测量单元的测量值链接。因此，给用户提供额外的优点：获得额外信息，例如，按照使得3D点云的图形化显示另外包含关于显示表面的温度的信息的方式。

[0024] 作为另外的选项，飞行器具有备用能量源，从而在例如通过实现成电力缆线的引线被连接的主能量源故障或意外松脱的情况下，能够完成测量任务或至少受控终止。

[0025] 本发明的主题另外涉及用于使用根据本发明的表面测绘设备来确定表面的测量点的多个3D坐标的方法，该方法包括通过具有已定义的偏转方向的光学、相干且准直的测量辐射对表面的测量点的光学扫描，所述测量辐射具体地是激光辐射，具体地该光学扫描是逐点的、空间上可移位的。此外，方法包括基于检测到的经反射的测量辐射来得到距离值并且基于该距离值和偏转方向来确定3D坐标。

[0026] 优选地，3D点云基于至少一些3D坐标生成，即使是在扫描期间。可选地，存在在显示器上对所生成的3D点云的图形化输出，所述显示器例如诸如平板电脑或智能手机的用户单元。作为另外的选项，如上面已经描述的，存在对3D点云的特别相关的区域(关注区域，ROI)的自动识别，其中，特别地在显示器上存在特别相关的区域的图形化显示，和/或存在使用表面测绘设备对特别相关的区域的自动二次扫描。

[0027] 本发明的另外的主题涉及存储在机器可读介质上的计算机程序产品或通过电磁波体现的计算机数据信号，包括用于执行根据本发明的方法的程序代码，特别是如果程序在根据本发明的表面测绘设备的控制和评估单元中和/或在与其连接的外部用户单元中被执行。

[0028] 本发明的另外的主题涉及无人驾驶飞行器的用于承载根据本发明的扫描单元的用途，所述无人驾驶飞行器能够悬停并且包括用于由用户引导空中的飞行器的引线，其中飞行器在空中的位置由引线的有效长度预先确定。附图说明

[0029] 根据本发明的测绘设备和根据本发明的方法以纯粹示例性的方式基于特定的示例性实施方式在下面被更详细地描述，所述实施方式在附图中被示意性地例示，同时本发明的其他优点同样详细地被讨论。具体地：

[0030] 图1a、图1b示出了根据现有技术的表面测绘设备；

[0031] 图2a示出了根据本发明的表面测绘设备的第一实施方式；

[0032] 图2b示出了通过根据本发明的表面测绘设备生成的3D点云的示例；

[0033] 图3示出了根据本发明的表面测绘设备的第二实施方式；并且

[0034] 图4a、图4b示出了根据本发明的表面测绘设备的其他实施方式。

具体实施方式

[0035] 图1a示出了在使用根据现有技术的静态的表面测绘设备扫描对象10的表面时的用户100，所述对象在该示例中是房屋，所述表面测绘设备在该示例中是地面激光扫描仪101，所述表面测绘设备具有根据现有技术对对象10的对象表面进行3D测绘的表面测绘功能。表示对象10的表面7的3D点云通过这样的3D测绘来生成。在这里，激光扫描仪101包括被实现成扫描单元104的扫描单元，所述扫描单元附接于作为承载器的三脚架103，并且所述扫描单元发射作为光学测量辐射的激光波束14，其通过具有绕着两个轴线偏转的偏转装置在房屋表面7上以扫描方式而被引导，从而扫描测量点15(为了简明起见，很多连续扫描线中仅一条的仅一部分在图中描绘)。根据现有技术的这样的激光扫描仪101使得能够高准确度地并且在非常短的时间段内基于检测到的经反射的测量辐射和检测到的所发射的测量辐射的偏转方向从(扫描单元的)位置106登记几百万个表面点15的3D坐标。

[0036] 在此，缺点是由于位置106接近于地面，必须在房屋10与扫描仪101之间选择相对大的距离。在距离较小的情况下，到房屋墙壁的上部区域中的表面点的查看或记录角度常常是如此不适宜的以至于3D点云的准确度由此变差和/或出现非常不规则的点网格，从而所生成的3D点云具有强烈变化的点密度(扫描线在房屋墙壁的上部部分区域中的测量点15之间具有比在其下部部分区域中大的间隔)。然而，由于例如狭窄街道的结构条件，并不总是可能具有自对象10的大距离，或者所述大距离是不利的，如示例中所描绘的，因为诸如例如树木51的对象位于位置106和对象10之间，所述对象导致“扫描阴影”51a，在所述扫描阴影内房屋墙壁上点不可登记。进而，所生成的点云包括在干扰对象51的表面上的点，而不是所需要的房屋10的表面点。此外，与所选择的距离无关，不利的是甚至不可能从接近于地面的位置106测绘对象10的顶侧，即在该示例中不能够扫描房屋10的屋顶11。此外，如果房屋墙壁不是平面(如所例示的)而是具有例如墙壁突出物或凸台57，其上部边缘同样地不能够从接近于地面的位置106测绘，并且窗台57在向上的方向上生成另外的扫描阴影，所述扫描阴影遮蔽了房屋表面7的另外部分。

[0037] 图1b示出了实现成移动式断面仪110的根据现有技术的另外的表面测绘设备。断面仪110具有测绘杆113，其用作扫描单元114的承载器。表面测绘设备110并且因此扫描单元的位置116能够通过测绘杆113被用户100改变；然而，该改变不利地局限于水平面。扫描单元114发射可绕着轴线偏转的激光波束14，地在示例中是近似竖直偏转，从而，特别地，沿着作为待测量表面7的地面的线，测量点15的地面轮廓可被登记。(另选地，激光波束14是可水平旋转的从而水平轮廓是可被登记，或者是可绕着具有任何其他对准方向的轴线旋转)。作为用户100在测绘期间四处奔跑的结果，可连续生成二维地面轮廓，其中，为了在单独的测量点之间相互链接并且因此为了生成3D点云，测绘设备100在示例中具有摄像头模块
118，所述摄像头模块通过用于对测绘杆113或扫描单元114的6DOF确定的基于摄像头的独立定位连同GNSS天线119以及另外的位置或加速传感器(在这里未描绘)起作用。在图1b中，扫描单元114被集成在模块114的壳体中。此外，控制器单元105在根据图1b的示例中通过缆线连接，所述控制器单元例如用来控制扫描过程。根据现有技术的这样的断面仪110的缺点是，虽然存在与根据图1a的设备相比架高的扫描位置116，所述扫描位置仍然不足以扫描位于远高于地面的高的对象。对地面轮廓的生成的另外地缺点是，如在这里描绘的，扫描杆
113遮蔽了一些地面(在激光波束14的完全竖直对准的情况下，GNSS天线119将相反地向上遮蔽)。此外，携带长的并且头重的测绘杆113对于用户100是累赘的。

[0038] 图2a示出了根据本发明的表面测绘设备1，其具有用于对对象10的表面7进行3D测绘的表面测绘功能。表面测绘设备1具有用于通过测量辐射14来扫描表面的扫描单元4，即，用于生成3D扫描或3D轮廓，所述扫描单元由能够悬停的无人驾驶飞行器承载——在该示例中是填充了气体的气球3a。在这里，气球3a被紧固于由用户100保持的引线2。气球3a悬停的高度在在此情况下由引线2的长度设置，同时引线2至少被轻微拉紧(其中悬停的高度自然还依赖于用户100的高度和手臂的位置，并且气球3a的气体填充还可以精确地确定皮重(tared)以至于所需要的悬停高度由气球3a保持而无需引线2中的拉力)。在这里，作为纯被动式飞行器的气球3a提供了非常简单的、以及非常容易由用户100可控制地操纵的优点——除了诸如强烈的室外阵风的周围事物的不适宜的干扰。通过引线2，气球3a能够被用户100保持在所需要的高度上以及并且通过选择用户的位置53被保持在所需要的平面位置上，从而扫描单元4可被定位在所需要的位置6。因此，引线2用于气球3a由用户100引导，其中引线2的长度预先确定了气球3a在空中的高度(气球3a上升一直到在拉紧状态下的引线2的长度所允许的程度为止)，并且通过对用户位置53的选择来预先确定所述气球的水平位置，即，总体来说对所述气球在空中的定位。可选地，飞行器3a的对准同样是通过引线2由用户100可预先确定，例如通过转动引线2。

[0039] 因此，通过根据本发明的测绘装置1，能够非常容易地在三个平移自由度上以及同样可选地在三个转动自由度上改变扫描位置6，并且因此能够以远比使用根据现有技术的装置时少的限制来选择扫描单元4的位置6。因此，可能绕过例如查看障碍物或者登记否则不能够被扫描的区域，诸如例如墙壁凸台57的上部边缘。通过根据本发明的测绘设备1，还能够以分离的方式并且从接近的位置简单地测绘待测绘对象10的单独细节，特别是那些并不位于接近于地面处的细节，例如在建筑10的情况下是外观装饰。本发明还提供了优点，特别地，在小面积地势测绘或者在生成小面积地势地形或轮廓时的情况下，该情况不可能从地面上的位置执行，并且对于该情况来说通过飞机的测绘将需要过多开支。同样地，例如在诸如车间地面或教堂的具有非常高的房间高度的建筑中，优点由根据本发明的测绘设备1用于室内测绘而显现。举例而言，因此可能扫描主教座堂的内部(特别有利地从不但相对于水平轴而且相对于竖直轴的中央位置6，即在房间的三维中心)，并且在过程中还能够以准确的并且至少大体完整的方式测绘具体地单独元件的表面，甚至在使用现有技术的装置无法被登记或者只有通过巨大的开支才能被登记的这样的高度上，或者使用自由飞行的飞行器作为测绘单元4的承载器对所述单独元件的表面的测绘将被视作过于危险。然而，例如在质量控制、状态检查或逆向工程的范围内，通过使用根据本发明的测绘装置1，还使得例如船体、重型机械或火箭壳体的其他非常大或高的对象对于以简化的或改进的方式的测绘可用。

[0040] 在本示例中，用户100能够以以下方式选择气球3a悬停的高度，房屋10的侧面可以在不看到障碍物的情况下利用理想的记录角度被扫描。为此，如所例示的，气球3a通过引线2被用户100定位在例如靠近树木51、大约在房屋10与树木51之间、到房屋一半高的位置。另外地或另选地，从更高的位置6对房屋10进行测绘以能够扫描房屋屋顶11。因此，气球3a可以通过引线2定位在所需要的高度上。此外，在(用户100他自己的)一个运动52a(或者从引线的制导显现的气球3a和扫描单元4的运动52b)中，扫描单元4通过引线2在房屋10的周围被用户100引导，以因此测绘整个对象表面7。

[0041] 在这里，测绘设备1具有用于确定扫描单元4或飞行器3a的位置和取向的装置。在示例中，该装置用于主动确定，即扫描单元4的位置和取向以以下方式被明确地确定，其值可用作可存储的数据，例如被存储在用户单元5的永久存储器中。扫描单元4的位置6和取向的路线因此在连续的主动确定期间并且因此在生成3D点云时被存储并且被用于例如链接单独的测量点15。不但例如作为前述运动52a和52b的结果，而且如果扫描单元4的位置6和/或对准在扫描过程期间由于干扰外部影响(风、用户100的不当运动)而不完全稳定的话，位置6和取向改变。用于确定位置和取向(侧滚、俯仰、偏航)的装置具有位于在示例中在承载器的部分上的、例如在气球3a处或在气球3a上的惯性测量单元(IMU)和用于连续图像记录的摄像头(在这里未被描绘)，其中摄像头的图像用于基于摄像头的独立定位。装置可以除了摄像头之外或作为摄像头的替代具有GNSS天线。控制和评估单元在这里实现成通过算法使用来自IMU的连续测量的值(加速度信息)、以及摄像头图像或独立定位(和/或在需要时使用GNSS信号)来连续地确定扫描单元4或飞行器3a的位置和取向。算法优选地是状态估计器，例如是基于卡尔曼滤波器的。在这里可选地使用SLAM(即时定位与映射)算法的使用。举例而言，在基于摄像头的独立定位内，存在关于摄像头的图像序列的至少两个图像中对应的特征或者关于一致的图像点的图像评估。这通过诸如SIFT、SURF、BRISK、BRIEF等的匹配算法执行，其结果是用于位置基准的多个对象点被设置。这对于另外的图像以本领域的技术人员已知的方式相应地继续。在作为图像序列的视频记录的情况下，对应性与一致性可以通过跟踪算法来发现，例如金出-卢卡斯-托马西(KLT)特征跟踪器算法。因而，生成图像序列是指通过对单独的图像或视频帧的连续(根据预先确定的时间的或空间的网格)记录生成图像数据。来自IMU和在可适用的情况下来自GNSS接收器的数据这里被附加地使用，在示例中用于确定图像序列的图像之间的相对位姿。可以可选地最终获得对结果的完善，例如通过光束平差。

[0042] 另选地或另外地，扫描单元4具有额外的目标摄像头，通过该目标摄像头，扫描单元4的对准或目标方向能够通过经过缆线2的图像传送在用户单元5的显示器上被调节或被实况监测。作为实现成数据缆线的引线2的另选，扫描单元4和用户单元5具有用于无线数据传输的模块，例如WiFi或蓝牙模块。另外地或另选地，控制和评估单元完全地或部分地置放在扫描单元4中。

[0043] 引线2是导电的，即，实现成能够运输电流或信号并且在该示例中连接到扫描单元4的缆线。在用户侧，缆线2被连接到用户单元5，该用户单元5作为测绘设备1的一部分具有实现成执行表面测绘功能的控制和评估单元。所描绘的实施方式提供了控制命令可通过用户单元5被用户100传送到扫描单元4的优点，所述用户单元5例如便携式计算机或现场控制器。此外，相反地，数据，尤其是已经被记录的3D点坐标或其原始数据，可从扫描单元4传送到用户单元5。这些数据被用户单元5的数据存储器存储。

[0044] 此外，控制和评估单元以以下方式被有利地配置：数据即使在测量期间(“在飞行中”)也至少部分地被评估，从而例如即使在测量过程期间也能够在用户单元5的显示器上向用户100示出至少近似的、初步的或者尚未完成的3D点云。因此，测绘过程能够被监测，并且在需要时被用户100实时修正。此外，仍然可能在原地评估测量结果，例如对表面7的特别关注的区域(关注区域，ROI)执行一个或多个附加扫描，即二次扫描。ROI的示例是非扫描的区域或具有扫描缝隙的区域(例如由于扫描阴影)、具有显著偏离的或明显不正确的测量数据的区域、或者利用对于结构而言相对低的分辨率记录的区域(例如相对高的点密度对于具有很多角落和边缘的形状来说是需要的，反之平面的表面通过低的点密度同样在足够程度上被扫描)。在具有光学目标摄像头的前述实施方式中，ROI同样可选地可被用户100预先地选择或基于目标摄像头图像在第一次扫描后面选择。在这里，目标摄像头图像和3D点云还可以在显示器上在一起示出，例如，叠加地。

[0045] 图2b以示例性的方式示出了基于测量到的3D坐标生成的得到的点云16。在该情况下点云16表示房屋10的表面7，并且因此构成房屋10的部分的图像或模型，其可以在用户单元5的例如显示器上向用户100显示。有利地，表面7，即房屋10的一侧通过本发明被完全地登记而没有扫描阴影，从而生成的点云16还表示整个表面7。在示例中，该表示包括对特别相关的区域(ROI)17的标记，所述特别相关的区域在所开发的表面测绘功能的范围内被控制和评估单元自动地建立，或者在点云图像中被用户人工标记。在示例中，标记突出了例如指示房屋墙壁的受损位置的区域17，所述区域17通过例如不平整的表面或者从其余部分或从周围环境偏离的对应的3D点的分布来识别。进而可选地存在使用表面测绘设备1对该ROI的二次扫描，所述二次扫描例如具有与先前扫描相比增加的分辨率。在这里，二次扫描通过被用户100通过引线2定位在适当高度和适当位置的气球3a或扫描单元4执行。在具有机动化的飞行器3b、3c的实施方式中(见随后附图)，这样的精确定位还可以以依赖于所识别的ROI 17的方式自动地被控制和评估单元执行，从而因此飞行器3b、3c在预先确定的定位范围内独立地运动到合适的记录位置，或者扫描单元4被独立地对准在ROI 17上。在这里，由引线进行的位置方案还可能正是为了对一个或多个ROI 17的二次测绘这个目的被完全丢弃，并且因此飞行器3b、3c可暂时性地自由地运动。这将提供优点，特别是如果在通过引线2的位置预先确定的情况下对ROI 17的二次扫描或新的详细扫描不可能，因为适合的或更确切地说必要的扫描位置6在系到引线2时无法被获得。

[0046] 图3示出了具有表面测绘功能的根据本发明的测绘设备1的另外的实施方式，与前面的实施方式对比，能够悬停的无人驾驶飞行器实现成浮空器3b，即，其包括使独立传送成为可能的驱动装置13(机舱)。运动的半径或运动偏航角在此情况下受引线2限制，并且因此飞艇3b的位置或运动、或者扫描单元4的位置6基本上被用户100通过引线2预先确定。在这里，浮空器3b的飞行方向56通过用户单元5被用户100通过遥控来控制，其中控制信号通过实现成电力或信号缆线的引线2被引导到浮空器3b。在这里，例如通过控制单元5上所设置的控制元件(控制杠杆、按钮等)或者通过控制单元5自身的运动(倾斜、转动、横向运动等)执行控制。在这里，在这种环境下，可选地还存在通过控制单元5或仅是用户100的手的运动进行的控制，运动通过飞行器3b上的摄像头来识别，从而引线2不需要用来传送控制信号。另选地，用于记录控制单元5或用户100(或用户100的手势)的运动的这样的摄像头附接于引线2。另选地或另外地，浮空器3b的独立运动(由于引线2，该独立运动只在有限的程度上可能)根据由用户100或者在控制和评估单元中预先设置的飞行路径(例如行进一圈或90°转动)和/或基于控制信号(半)自主地发生，所述控制信号基于浮空器3b的传感器(具体地是距离传感器)的输出。

[0047] 对具有诸如例如方向舵的专用的驱动和/或控制装置的航空器的使用改进或简化了对测绘单元4的测绘位置6的选择，例如不但通过多个相似的位置6或从用户100的单个位置53中(通过改变引线2的长度)可能在竖直方向上布置在一起的位置，而且通过作为浮空器3b的独立运动的结果的在水平方向上的多个位置6。在此情况下，对于用户来说控制飞行器3b仍然相对容易。此外，使得无法被诸如气球的纯被动式飞行器到达的测绘位置6成为可能。在示例中，房屋10具有在屋顶上的结构55，在从房屋前面的位置6观察时屋顶11的前部区域被所述结构55遮蔽，并且因此在使用气球作为承载器单元时“扫描阴影”存在。相比而言，在使用飞艇3b时，能够将测绘位置6在飞行方向56上移位一点到屋顶区域中，从而还可能在从用户或者从前面观看(箭头14)时测绘直接位于结构55后面的屋顶区域。

[0048] 此外，浮空器3b的驱动元件或主动控制元件能够促进改进空间位置的稳定性，并且因此能够减少或阻止位置6的不当的和麻烦的改变。为此，用于确定扫描单元4的位置和取向的装置优选地促进连续被动确定，即，位置和取向的偏离或变化被测量并且基于这些测量到的值将控制信号输出到驱动或控制元件，从而补偿了偏离并且因此获得了飞行稳定性。为此，对位置和取向值的永久存储是不必要的，并且因此值可以在使用之后直接被丢弃或覆盖。

[0049] 在侧视图中，图4a示出了用于对对象表面7进行3D测绘的根据本发明的表面测绘设备，在所述测绘设备中飞行器实现成无人机或多旋翼飞行器3c，所述飞行器能够悬停并且具有至少两个旋翼25优选地四个旋翼25，所述旋翼25促进了飞行器3c的飞行或悬停运动。多旋翼飞行器3c的可能另选是无人驾驶小型化直升机。根据本发明，多旋翼飞行器3c被紧固于引线2，并且还被用户100引导。虽然这样的飞行器3c依赖于实施方式的可能对用户100的控制或引导带来与分别根据图2a和图3中的实施方式的浮空器或者甚至气球相比高的要求，然而，作为多旋翼飞行器3c的(半)自主飞行能力或控制的选项，这些要求是可降低的，并且所述要求与完全自由飞行的、无束缚的承载器相比仍然大体上降低。可选地，例如可能将多旋翼飞行器3c作为虚拟的被动式飞行器操作，即驱动装置只用来建立在引线2上稳定的悬停能力(可与气球相比)，并且不用于定向的独立运动。在这里，通过驱动的升力在任何情况下以以下方式设置：引线2至少轻微地被拉紧，或者换句话说，如果引线2没有被用户保持的话，多旋翼飞行器3c将上升得更高。在这里，可以提供安全机制，尤其在没有遥控的实施方式的情况下，所述安全机制识别对引线2的(不当的)释放，并且启动多旋翼飞行器
3c的下降。另选地，驱动或控制元件用于多旋翼飞行器3c的运动，所述运动不立即由引线2的引导造成，即，对于在由引线2预先确定的宏观位置或近似位置的范围内微位置或精确位置的改变。如上面关于图3所描述的，用于执行这样的独立运动的控制命令在此情况下可以由用户输出。举例而言，引线2到多旋翼飞行器3c的连接还可选地实现成控制模块，并且因此例如通过引线2的运动或状态改变来执行控制命令是容易的，例如通过在水平方向上对引线2的不平稳的拉动命令飞行器正好在该方向上的运动。在这里，引线2的状态变化通过例如压力传感器或可选地通过控制模块来登记。换句话说，命令可以通过例如改变引线2的拉力或拉力方向被发出到飞行器3c或扫描单元4。关于无束缚的测绘装置1的另外的优点是与完全自由飞行能力相比，就较低的需求而言，能够更容易地配置飞行器3c，并且因此能够更加成本有效地产生它。与根据图3的浮空器相比，无人机或多旋翼飞行器3c提供了飞行器
3c的进一步改进的主动运动、以及因此进一步改进的在由引线2预先确定的范围内对测绘位置6的适应的优点。因此，还能够利用相对少的支出或者甚至第一次在其总体上测绘非常扭曲的、不规则的或结构丰富的对象。

[0050] 在根据图4a的示例中，对象是风能装置或风力涡轮20，所述对象的表面7应该被三维地测绘。由于这样的装置具有大的尺寸，并且在建造后具有大的高度(在图4a中，例示出于图示的原因相比之下过小)，当使用现有技术的测绘装置时，它们已经在装配之前要求增加的开支，并且在完全安装的状态下从地面是几乎不能测绘的。具体地，根据现有技术，诸如旋翼叶片21的非常相关的安装组件从安装之后的准确的表面检查中基本上被回避。相比之下，扫描单元4可以使用根据本发明的测绘装置1关于旋翼叶片21定位，并且因此后者可以被从理想的位置6测绘，为了这个目的，扫描单元4有利地实现成通过经过两个轴线偏转测量波束来扫描。此外，扫描单元4可沿着相应的旋翼叶片21运动，并且因此例如多次非常详细的单独的扫描或高度准确的独立的3D点云是可能的，其中单独的点云可以即使在原地在后处理中或者由测绘装置1的控制和评估单元链接到整个3D点云。可选地，在此情况下的控制和评估单元针对不同的表面7或对象20具有不同的测绘模式，例如一个模式用于测绘风能装置20，而一个模式用于测绘房屋10，其中，依赖于模式，扫描单元4和/或飞行器3c被不同地操作，例如，关于扫描单元4的偏转装置的扫描图案或者多旋翼飞行器3c的独立运动。

[0051] 在示例中，根据本发明的测绘设备除了具有基于测量波束的扫描单元4，还具有另外的测绘单元4a。举例而言，这是另外的、相同的扫描仪或断面仪单元，从而在没有多旋翼飞行器3c的位置或转动变化的情况下，多个对象20或对象的不同的表面7从位置6可被3D测绘，具体地在同一时间。另选地，另外的测绘单元4a是不同类型的测量测绘单元，从而单个测绘装置1针对不同的测量对象实现。优选地，该另外的测绘单元4a同样地以非接触的方式测量，并且例如实现成红外摄像头或热成像摄像头；然而，它还可以是例如建立了表面的导电性的触摸式测绘单元。这还促进了表面的3D坐标，即扫描单元4获得的就坐标而言的表面信息，与由另外的测绘单元4a测量到的关于同一表面的不同类型的表面信息的链接。

[0052] 与作为密度差异的结果而获得升力的飞行器(气球、浮空器)相比，例如通过旋翼25的转动得到的气流而能够悬停的飞行器的能量要求是高的。因此，尤其在具有多旋翼飞行器3c或相似的主动式飞行器的实施方式中，引线2有利地实现成电力缆线，所述电力缆线实现成为多旋翼飞行器3c供应能量(作为对上面描述的数据或控制信号传送的另选或附加)并且在地面上被连接到能量源，所述能量源在该示例中是电池8。在示例中，电池8被用户100背在背上。来自多旋翼飞行器3c的“外包的”能量供应有利地促进了多旋翼飞行器3c的重量的显著减少，并且因此其能量要求显著降低。同时，电池8并且因此其容量可以被选择为大得多(或者可能使用具有相同容量的更加成本有效的电池8，其组件不需要根据重量和/或体积来选择，所述重量和/或体积尽可能地小)。总体来说，与根据现有技术的、没有引线并且因此没有缆线的、具有机上电池或具有测绘设备(具有自由飞行的设备)的实施方式比较，这使得能够获得显著提高的多旋翼飞行器3c的最大飞行时限并且因此测绘设备1的延长的作业时间。

[0053] 图4b示出了具有多旋翼飞行器3c作为承载器的、用于测绘室内30的、根据本发明对表面测绘设备1的用途。引线2的有效长度在根据图4a的这样的示例中相应地较短，所述引线2d有效长度再次用作用于将多旋翼飞行器3c连接到电池8的电力缆线。表面测绘设备1被实现成断面仪，其中扫描单元4以以下方式被安排在多旋翼飞行器3c中使得激光束绕着水平轴线偏转。因此，通过用户100穿过房间，即，通过规则地改变他的位置53，能够在其完整的横截面上扫描房间30并且生成表示整个房间30的3D点云，所述3D点云直接向用户100示出，例如在用户单元5上。在这里，多旋翼飞行器3c的独立运动以辅助的方式被使用，例如关于z轴或竖直轴的转动或者在xy平面或水平平面内的平移，所述转动优选地是完整的转动，作为其结果，例如可以减少穿过房间30或使得完全不必要，另外地或另选地，作为其结果，扫描单元4可以另选地实现成扫描仪单元并且因此测绘设备可以实现成扫描仪4，即，测量波束14可绕着两个轴线旋转或偏转。

[0054] 应该理解，这些描绘的附图只以示意性的方式例示了可能的示例性实施方式。根据本发明，各种方法可以同样地彼此结合、并且与用于测绘表面或对象的系统和方法结合、以及与现有技术中的测绘设备结合。

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