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技術 3次元測定方法及び測量システム

出願人 株式会社トプコン
発明者 大友文夫熊谷薫大谷仁志大佛一毅
出願日 2013年10月31日 (7年0ヶ月経過) 出願番号 2013-227100
公開日 2015年5月7日 (5年6ヶ月経過) 公開番号 2015-087307
状態 特許登録済
技術分野 測量一般
主要キーワード 各測定機 回転偏光板 測定位置間 取手部材 水平回転角 パルス発光タイミング 傾斜検出器 姿勢検出器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年5月7日)のものです。
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図面 (10)

課題

簡便な構成で、複雑な構造物測定環境複雑な地形である等に拘らず、3次元測定を容易に行うことが可能な3次元測定方法及び測量システムを提供する。

解決手段

既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーション1と、トータルステーション1からから発せられる測距光追尾光再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物3の3次元測定が可能な移動測定機2と、演算制御部とを具備し、移動測定機2は測定対象物3の測距、測角が可能な副測定部11と、移動測定機2の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器13とを有し、移動測定機2がトータルステーション1から視準可能な任意の測定位置で、副測定部11の測定結果及び姿勢検出器13の検出結果に基づきトータルステーション1の方向を基準として測定対象物3の3次元測定を行う。

概要

背景

従来構造物の3次元(以下、3D)測定には、トータルステーションや3Dスキャナが用いられている。然し、これら測定機は測距光照射し、測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行っており、測定機の設置点から測定エリア全体が見渡せることが必要である。この為、設置場所には多くの制約があり、更に測定対象物の測定で死角が存在する場合では、設置替えも必要であった。

又、測定対象物が複雑な構造物では、見通しの問題から、測定できない部分が多くなる。

この場合、色々な場所に測定機を設置して測定対象物を測定し、各設置位置(測定位置)で測定して得られた測定結果(3D座標)を合成して測定対象物の3Dモデルを作製しなければならない。一方、各場所で測定して得られた測定結果の基準座標は、各測定機の位置であり、3Dモデルを作製する場合、各場所で得られた測定結果を統一座標座標変換しなければならない。

更に、統一座標に座標変換する場合、各測定位置間の距離、角度を、測定位置を変更する度に測定して、統一座標に座標変換しなければならない。この為、複雑な構造物になればなる程、作業が煩雑になるという問題があった。

又、測定位置間の距離や角度を測定する方法以外に基準点と呼ばれる既知点を3点以上使って合成する方法もあるが、座標が測定できないことや、煩雑な場合が多いという問題があった。

概要

簡便な構成で、複雑な構造物、測定環境複雑な地形である等に拘らず、3次元測定を容易に行うことが可能な3次元測定方法及び測量システムを提供する。既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーション1と、トータルステーション1からから発せられる測距光、追尾光再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物3の3次元測定が可能な移動測定機2と、演算制御部とを具備し、移動測定機2は測定対象物3の測距、測角が可能な副測定部11と、移動測定機2の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器13とを有し、移動測定機2がトータルステーション1から視準可能な任意の測定位置で、副測定部11の測定結果及び姿勢検出器13の検出結果に基づきトータルステーション1の方向を基準として測定対象物3の3次元測定を行う。

目的

本発明は斯かる実情に鑑み、簡便な構成で、複雑な構造物、測定環境が複雑な地形である等に拘らず、3次元測定を容易に行うことが可能な3次元測定方法及び測量システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光追尾光再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である移動測定機とを具備し、前記トータルステーションは既知点に設置され、前記移動測定機は、前記トータルステーションから視準できる任意の位置から前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物の3次元測定を行い、前記トータルステーションは前記移動測定機の3次元測定を行った測定位置を測定し、前記移動測定機の3次元測定結果と、前記トータルステーションが測定した前記移動測定機の測定位置に基づき前記トータルステーションを基準とする3次元測定を行うことを特徴とする3次元測定方法

請求項2

既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である少なくとも1つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を3次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を3次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた3次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の3次元測定を行うことを特徴とする測量システム

請求項3

前記移動測定機の前記副測定部は撮像装置であり、任意の2箇所の測定位置から撮像した画像、及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき測定対象物の3次元測定を行う請求項2の測量システム。

請求項4

前記移動測定機の前記副測定部はレーザ距器である請求項2の測量システム。

請求項5

前記移動測定機の前記副測定部はレーザスキャナである請求項2の測量システム。

請求項6

前記移動測定機は、小型飛行体、該小型飛行体に搭載された撮像装置、追尾用プリズムから構成される請求項2の測量システム。

請求項7

請求項3〜請求項5のいずれかに記載の前記移動測定機と請求項6に記載の前記移動測定機とを具備する請求項2の測量システム。

技術分野

0001

本発明は、簡便な構成で広範囲の3次元測定が可能な3次元測定方法及び測量システムに関するものである。

背景技術

0002

従来構造物の3次元(以下、3D)測定には、トータルステーションや3Dスキャナが用いられている。然し、これら測定機は測距光照射し、測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行っており、測定機の設置点から測定エリア全体が見渡せることが必要である。この為、設置場所には多くの制約があり、更に測定対象物の測定で死角が存在する場合では、設置替えも必要であった。

0003

又、測定対象物が複雑な構造物では、見通しの問題から、測定できない部分が多くなる。

0004

この場合、色々な場所に測定機を設置して測定対象物を測定し、各設置位置(測定位置)で測定して得られた測定結果(3D座標)を合成して測定対象物の3Dモデルを作製しなければならない。一方、各場所で測定して得られた測定結果の基準座標は、各測定機の位置であり、3Dモデルを作製する場合、各場所で得られた測定結果を統一座標座標変換しなければならない。

0005

更に、統一座標に座標変換する場合、各測定位置間の距離、角度を、測定位置を変更する度に測定して、統一座標に座標変換しなければならない。この為、複雑な構造物になればなる程、作業が煩雑になるという問題があった。

0006

又、測定位置間の距離や角度を測定する方法以外に基準点と呼ばれる既知点を3点以上使って合成する方法もあるが、座標が測定できないことや、煩雑な場合が多いという問題があった。

先行技術

0007

特開2008−76303号公報
特開2008−76405号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は斯かる実情に鑑み、簡便な構成で、複雑な構造物、測定環境複雑な地形である等に拘らず、3次元測定を容易に行うことが可能な3次元測定方法及び測量システムを提供するものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である移動測定機とを具備し、前記トータルステーションは既知点に設置され、前記移動測定機は、前記トータルステーションから視準できる任意の位置から前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物の3次元測定を行い、前記トータルステーションは前記移動測定機の3次元測定を行った測定位置を測定し、前記移動測定機の3次元測定結果と、前記トータルステーションが測定した前記移動測定機の測定位置に基づき前記トータルステーションを基準とする3次元測定を行う3次元測定方法に係るものである。

0010

又本発明は、既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である少なくとも1つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を3次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を3次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた3次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の3次元測定を行う測量システムに係るものである。

0011

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部は撮像装置であり、任意の2箇所の測定位置から撮像した画像、及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき測定対象物の3次元測定を行う測量システムに係るものである。

0012

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部はレーザ距器である測量システムに係るものである。

0013

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部はレーザスキャナである測量システムに係るものである。

0014

更に又本発明は、前記移動測定機は、小型飛行体、該小型飛行体に搭載された撮像装置、追尾用プリズムから構成される測量システムに係るものである。

発明の効果

0015

本発明によれば、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である移動測定機とを具備し、前記トータルステーションは既知点に設置され、前記移動測定機は、前記トータルステーションから視準できる任意の位置から前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物の3次元測定を行い、前記トータルステーションは前記移動測定機の3次元測定を行った測定位置を測定し、前記移動測定機の3次元測定結果と、前記トータルステーションが測定した前記移動測定機の測定位置に基づき前記トータルステーションを基準とする3次元測定を行うので、前記トータルステーションの死角となる等、測定できない範囲を前記トータルステーションの設置替えを行うことなく測定でき、又前記移動測定機の測定位置は前記トータルステーションから視準できればよく、任意の位置で容易に測定対象物の測定が行える。

0016

更に又本発明によれば、既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の3次元測定が可能である少なくとも1つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を3次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を3次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた3次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の3次元測定を行うので、前記トータルステーションの死角となる等、測定できない範囲を前記トータルステーションの設置替えを行うことなく測定でき、又前記移動測定機の測定位置は前記トータルステーションから視準できればよく、任意の位置で容易に測定対象物の測定が行えるという優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0017

本発明に係る実施例の概略図である。
該実施例に於けるトータルステーション、移動測定機の概略構成図である。
該実施例に於ける測定作業の説明図である。
該実施例に於いて、測定対象物の複数の測定対象を測定する場合の説明図である。
(A)(B)(C)(D)はそれぞれ本実施例で使用可能な複数の形式の移動測定機の説明図であり、(A)はレーザ測距器を具備したもの、(B)はレーザスキャナを具備したもの、(C)はレーザ測距器、撮像装置を具備したもの、(D)は小型飛行体に撮像装置を搭載したものを示す。
副測定部としてレーザ測距器を用いた場合の測定作業を示す説明図である。
移動測定機として小型飛行体を用いた測量システムの測定作業を示す説明図である。
複数の異なる形式の移動測定機を用いた測量システムの測定作業を示す説明図である。
姿勢検出器の1例を示す概略構成図である。

実施例

0018

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

0019

先ず、図1に於いて、本発明に係る実施例の概略を説明する。

0020

図中、1は主測量装置としてのトータルステーション、2は副測量装置としての移動測定機、3は測定対象物を示している。尚、前記トータルステーション1は、測定点の測距、水平角鉛直角測定可能測量機であり、本発明では更に追尾機能を有する。

0021

前記トータルステーション1は、既知の位置に設置される。尚、前記トータルステーション1の設置位置は、絶対座標として既知であってもよく、或は前記測定対象物3に対して相対的な座標として既知であってもよい。又、前記トータルステーション1は、好ましくは、プリズム測定ノンプリズム測定が可能であり、追尾機能を備えている。

0022

前記トータルステーション1の概略の構成は、所定位置に3脚5が設置され、該3脚5に基台6が設けられ、該基台6に托架部7が設けられる。更に、該托架部7に望遠鏡部8が設けられる。

0023

前記基台6は整準部を有し、又前記測定対象物3に対して前記3脚5を水平回転可能に支持する。前記托架部7は前記望遠鏡部8を鉛直回転可能に支持する。

0024

該望遠鏡部8には測距部(後述)、光学系(図示せず)が内蔵され、該測距部は前記光学系を介して測距光を測定対象物に射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う。本実施例の場合、前記トータルステーション1の測定対象物は、前記移動測定機2となる。

0025

又、前記望遠鏡部8には追尾部(後述)が内蔵され、該追尾部は前記光学系を介して追尾光を前記移動測定機2に対して射出し、該移動測定機2からの反射追尾光を受光し、前記移動測定機2が移動した場合に、該移動測定機2を追尾する。

0026

前記移動測定機2は、測定対象物を測定する副測定部11、前記トータルステーション1からの測距光、追尾光を再帰反射する全周プリズム12、方向検出器及び傾斜検出器等から構成される姿勢検出器13を具備している。前記移動測定機2は、測定作業者が保持し、持運び可能となっている。

0027

尚、前記移動測定機2はハンディタイプとしてもよく、或は簡易型の3脚等で設置可能としてもよい。

0028

又、図1中、(X0,Y0,Z0)は前記トータルステーション1を基準とした基準座標系、(X,Y,Z)は前記移動測定機2を基準とした副座標系を示している。

0029

図2により、前記トータルステーション1、前記移動測定機2の概略構成を更に説明する。

0030

前記トータルステーション1は、主に、測距部15、追尾部16、水平角検出部17、鉛直角検出部18、主演算制御部19、主記憶部21、主通信部22、主表示部23、主操作部24を具備している。

0031

前記測距部15は、測距光14aを射出し、測定対象物からの反射光を受光して測距を行い、前記追尾部16は追尾光14bを射出し、測定対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づき測定対象物の追尾を行う。

0032

前記水平角検出部17は、前記基台6の水平回転角を検出し、前記鉛直角検出部18は前記望遠鏡部8の高低角を検出し、前記水平角検出部17と前記鉛直角検出部18との検出結果により前記望遠鏡部8の視準方向、即ち水平角、鉛直角が検出される様になっている。

0033

前記主記憶部21には、測定に必要な各種プログラム、前記移動測定機2とデータ通信を行う為に必要な通信プログラムが格納され、又前記トータルステーション1で測定した測定結果、前記移動測定機2で測定した測定結果等のデータが格納される様になっている。

0034

前記主演算制御部19は、前記主記憶部21に格納されたプログラムに基づき、測定を実行し、取得したデータに基づく演算等を行う。

0035

前記主通信部22は、前記移動測定機2との間で画像データ、測定データ、同期データ等の各種データの授受を行う。

0036

前記主表示部23は、測定状態測定条件の表示、測定結果の表示等の各種表示を行う。又、前記主操作部24からは測定条件の入力、測定指令の入力等が入力される。

0037

前記移動測定機2は、主に前記全周プリズム12、前記副測定部11、前記姿勢検出器13を有すると共に副演算制御部26、副記憶部27、副通信部28、副操作部29を具備している。

0038

前記副測定部11は、測定対象物についての測定(測距、測角)を行う。前記副測定部11の測定対象物は、前記測定対象物3となる。尚、測角を行う場合は、前記副測定部11に対する前記トータルステーション1の方向が基準となる。

0039

前記姿勢検出器13は、前記移動測定機2の傾斜、前記トータルステーション1に対する傾斜方向、前記副測定部11の測定方向(撮影方向)、或は前記トータルステーション1に対する方向角を検出し、例えば、傾斜センサ加速度センサ方位センサ等が挙げられる。尚、前記姿勢検出器13が方位センサを具備している場合は、前記姿勢検出器13の向きを方位として検出し、検出した方位から前記トータルステーション1に対する方向角を演算してもよい。

0040

前記副記憶部27には、前記副測定部11が測定を行うに必要な各種プログラム、又前記トータルステーション1との間でデータの通信を行う為の通信プログラムが格納されている。又前記副記憶部27には、前記副測定部11が取得した測定結果、前記トータルステーション1から送信されたデータが格納される。

0041

前記副演算制御部26は、前記副記憶部27に格納されたプログラムに基づき測定を実行し、又前記副演算制御部26は同期信号を発する様になっており、該同期信号に基づき前記副測定部11が実行する測定の同期制御等の制御を実行する。

0042

前記副測定部11には種々の測定手段が用いられる。図1に示される副測定部11としては、デジタル画像を取得可能なデジタルカメラ(撮像装置)が用いられている。

0043

図3は、実施例に於ける測定作業を示している。該実施例では、前記副測定部11で取得した画像により写真測量が実行される。尚、前記副測定部11による測定では、該副測定部11が測定作業者に保持された状態で測定が実行される。又、前記副測定部11の測定位置は、前記トータルステーション1から前記移動測定機2(前記全周プリズム12)が視準できる位置とされる。

0044

測定点Aに前記副測定部11を設置し(即ち、測定点Aで測定作業者が前記副測定部11を保持し)、測定点Aから測定対象9を撮像し、該測定対象9の画像を取得する。画像取得時の、前記移動測定機2の姿勢(傾斜、傾斜方向、測定方向或は前記トータルステーション1に対する方向角、撮影方向)が前記姿勢検出器13によって検出され、検出された姿勢は取得された画像に関連付けられて画像と共に前記副記憶部27に格納される。ここで、前記測定対象9は、前記トータルステーション1からは死角となっており、直接測定することはできない。

0045

次に、測定点Bに移動して前記測定対象9を撮像し、該測定対象9の画像を取得する。又、同様にして画像取得時の、前記移動測定機2の姿勢(傾斜、傾斜方向、測定方向或は前記トータルステーション1に対する方向角、撮影方向)が前記姿勢検出器13によって検出され、検出された姿勢は取得された画像に関連付けられて画像と共に前記副記憶部27に格納される。

0046

測定点A、測定点Bで取得した画像データ、画像データに関連付けられた姿勢データは、前記副通信部28より前記主通信部22に送信され、該主通信部22を介して前記主記憶部21に格納される。

0047

前記トータルステーション1は、前記全周プリズム12を追尾して視準し、前記副測定部11の測距、測角を行い、測定点Aでの前記副測定部11の前記トータルステーション1を基準とした3次元座標、即ち基準座標系での3次元座標を取得する。同様にして、測定点Bでの前記副測定部11の3次元座標を取得する。

0048

又、前記副測定部11から前記主通信部22、前記副通信部28を介して前記移動測定機2に同期信号を発しており、前記トータルステーション1による測定点A、測定点Bの測定時と同時に、測定点A、測定点Bでの前記移動測定機2による測定が実行される様に、前記同期信号に基づき前記移動測定機2の測定タイミングを制御する。

0049

前記主演算制御部19は、測定点A、測定点Bのそれぞれの3次元座標から測定点A、測定点B間の距離D(基線長D)を演算し、該基線長Dと前記姿勢データに基づき測定点A、測定点Bで取得した画像の相互標定を実行し、前記移動測定機2を基準とした副座標系での前記測定対象9の3次元データが取得できる。

0050

更に、前記主演算制御部19は、前記トータルステーション1により測定した測定点A、測定点Bの座標に基づき前記測定対象9の3次元データを前記トータルステーション1を基準とした基準座標系のデータに変換することができ、更に基準座標系での3Dモデルを作製する。尚、基準座標系のデータに変換すること、3Dモデルを作製することについては、前記移動測定機2の前記副演算制御部26で実行させてもよく、或は別途用意した演算制御部で実行させてもよい。

0051

図4は、測定対象物の複数の測定対象を測定する場合を示している。

0052

例えば、測定対象Sを測定する場合は、前記移動測定機2によりA地点、B地点から測定対象Sを撮影し、A地点、B地点で取得した画像から測定対象Sについて前記移動測定機2を基準とした3Dモデルを作製する。又、前記トータルステーション1は、A地点、B地点での前記移動測定機2の3次元座標を測定する。

0053

次に、測定対象Tを測定する場合は、前記移動測定機2をC地点に移動し、測定対象Tを撮影後、更にD地点に移動し測定対象Tを撮影する。

0054

前記トータルステーション1は、前記移動測定機2の移動に伴い該移動測定機2(即ち、全周プリズム12)を追尾し、C地点、D地点での前記移動測定機2の3次元座標を測定する。C地点、D地点で取得した画像から測定対象Tについて前記移動測定機2を基準とした3Dモデルを作製する。同様にして、測定対象Uについては、E地点、F地点で取得した画像から測定対象Uについて前記移動測定機2を基準とした3Dモデルを作製する。

0055

前記A地点、B地点、C地点、D地点、E地点、F地点の座標は、前記トータルステーション1で測定されており、該トータルステーション1で測定した結果に基づき測定対象S,T,Uの3Dモデルを合成することができ、基準座標系に於ける測定対象物3の3Dモデルを作製することができる。

0056

上記した様に、前記移動測定機2で取得した3次元データを、固定設置したトータルステーション1の測定結果に基づき合成することで、複雑な形状の測定対象物の測定、複雑な地形での測定対象物の測定が、前記トータルステーション1の設置位置を変更することなく実行できる。

0057

前記トータルステーション1を一箇所に設置するだけで、測定対象物全体の3Dモデルを簡便に作製することができる。又、携帯可能な前記移動測定機2を用いて測定を行うので、機動性の高い3次元測量ステムを提供できる。

0058

尚、前記移動測定機2側に、前記トータルステーション1で測定した結果を送信し、前記副測定部11で、該副測定部11で取得した3次元データを基準座標系の3次元データに変換し、測定対象物全体の3Dモデルを作製してもよい。

0059

更に、前記移動測定機2をデータ収集装置として機能させ、収集したデータを別途用意したPC等に入力し、該PCで前記移動測定機2を基準とした副座標系での前記測定対象9の3次元データを取得し、更に前記PCで測定対象物全体の3Dモデルを作製してもよい。又、前記移動測定機2を複数用いて更に広範囲を測定可能としてもよい。

0060

次に、前記移動測定機2としては、種々の形式のものを使用可能である。

0061

図5は、使用可能な複数の形式の移動測定機を例示している。

0062

先ず図5(A)は、図1で示した副測定部11として撮像装置の代りにレーザ測距器31を用いた移動測定機51を示している。

0063

該移動測定機51では、携帯性、操作性をより向上させる為、取手部材30に前記レーザ測距器31、全周プリズム12、姿勢検出器13が一体に設けられている。

0064

前記レーザ測距器31を用いることで、測定点迄の距離が直ちに取得でき、更に前記姿勢検出器13の検出結果を加味することで前記レーザ測距器31を基準とした前記測定点の3次元座標が取得できる。尚、前記全周プリズム12は、前記トータルステーション1からの測距光14aを該トータルステーション1に向けて反射し、該トータルステーション1が前記移動測定機51の位置を測定する。従って、前記レーザ測距器31が測定した測定点の3次元座標は、前記トータルステーション1の基準座標系に座標変換できる。

0065

図5(B)は、副測定部11としてレーザスキャナ32を用いた移動測定機52を示している。前記レーザスキャナ32を用いることで多数点を同時に測定でき、測定対象物の3次元点群データを取得することができる。該3次元点群データも、前記トータルステーション1の測定結果に基づき前記基準座標系の3次元点群データに座標変換できる。

0066

図5(C)は、副測定部11としてレーザ測距器31及び撮像装置33を用いた移動測定機53を示している。該移動測定機53では、前記レーザ測距器31で測定対象物の距離測定を実行すると共に測定個所及び周囲の画像を取得でき、画像付の3次元データを取得することができる。

0067

図5(D)で示される移動測定機54は、遠隔操作される小型飛行体(UAV)35に撮像装置33が搭載された構成である。前記小型飛行体35には、更に追尾用のプリズム37が設けられ、前記撮像装置33と一体に設けられていると共に該撮像装置33との位置関係が既知となっている。前記撮像装置33、前記プリズム37はジンバル38を介して前記小型飛行体35に設けられており、前記撮像装置33、前記プリズム37は、常に一定の姿勢が保たれる様になっている。

0068

又、前記移動測定機54には、姿勢検出器13(例えば、ジャイロ、方位センサ、傾斜センサ等)が設けられ、前記小型飛行体35の飛行姿勢が検出されると共に前記撮像装置33の光軸方向が検出される様になっている。前記移動測定機54は、複数箇所で測定対象物を撮像し、写真測量用に画像を取得する。

0069

前記トータルステーション1からは追尾光14bが射出され、前記プリズム37によって反射された追尾光14bは、前記追尾部16(図2参照)によって受光され、前記トータルステーション1によって前記移動測定機54が追尾される。

0070

又、前記移動測定機54の位置(3次元座標)は、前記トータルステーション1で追尾されつつ測定される。前記トータルステーション1からは前記移動測定機54に同期信号が発せられ、該同期信号に基づき前記移動測定機54による撮像と前記トータルステーション1による測定が同期制御される。而して、前記移動測定機54で画像を取得した時点の、該移動測定機54の位置が前記トータルステーション1によって測定される。

0071

前記移動測定機54による画像の取得位置、取得した画像に基づき、測定対象物の3次元データが取得され、該3次元データは前記トータルステーション1の基準座標系に座標変換され、測定対象物全体の3Dモデルが作製される。

0072

図6は、副測定部11として前記レーザ測距器31を用いた場合の測定作業を示している。

0073

測定作業者は、前記移動測定機51を持ち、前記トータルステーション1から視準できる範囲内で、A地点、B地点、C地点、D地点と移動し、各地点で測距を行う。A地点、B地点、C地点、D地点の3次元座標は、前記トータルステーション1によって測定される。従って、前記移動測定機51で測定した測定結果は、前記トータルステーション1の基準座標系に座標変換可能である。尚、副測定部11として前記レーザスキャナ32を具備する前記移動測定機52を用いた場合も同様に測定作業が行える。

0074

図7は、前記移動測定機54を用いた測量システムの測定作業を示している。

0075

図7中、41は基地制御装置としてのPC、42は前記移動測定機54の飛行、及び撮像を制御する遠隔操縦装置を示している。

0076

前記トータルステーション1は、前記移動測定機54を追尾し、該移動測定機54の位置を測定し、測定された位置情報は前記基地制御装置41に送信される。又、前記移動測定機54は前記撮像装置33(図5(D)参照)により画像を取得し、画像は前記基地制御装置41に送信される。

0077

前記基地制御装置41は、前記移動測定機54の飛行コースを設定し、該飛行コースに基づき前記移動測定機54の飛行を制御する。又、前記基地制御装置41は前記トータルステーション1による前記移動測定機54の位置測定と、該移動測定機54の写真撮影の同期制御を行っており、画像と画像が取得された位置とを関連付ける。

0078

又、前記基地制御装置41は、画像に基づき前記移動測定機54を基準とした3Dモデルを作製し、更に前記トータルステーション1の測定結果に基づき基準座標系の3Dモデルを作製する。

0079

前記移動測定機54を用いることで、上方から測定した3Dモデルを作製することができる。

0080

図8は、前記移動測定機54及び他の任意な移動測定機を用いた測量システムの測定作業を示している。又、他の移動測定機として前記移動測定機53が用いられた例が示されている。

0081

尚、前記移動測定機54、前記移動測定機53による測定は、前記トータルステーション1が前記移動測定機54、又は前記移動測定機53を追尾することから、前記移動測定機54による測定と、前記移動測定機53による測定とを分離することが好ましい。尚、前記移動測定機54の測定と前記トータルステーション1による測定の同期が前記基地制御装置41によって実行され、同様に、前記移動測定機53による測定と前記トータルステーション1による測定の同期が前記基地制御装置41によって実行される。

0082

例えば、前記移動測定機54により上方からの測定を実行し、測定データを取得した後、前記移動測定機53による測定を実行する。測定結果はそれぞれ、前記基地制御装置41に送信される。

0083

前記基地制御装置41に於いて、前記移動測定機54で得られた測定結果を基に、該移動測定機54を基準とした3Dモデルが作製され、前記移動測定機53で得られた測定結果を基に、該移動測定機53を基準とした3Dモデルが作製される。

0084

2つの3Dモデルは、前記トータルステーション1の測定結果に基づき、基準座標系に座標変換され、更に基準座標系の3Dモデルとして合成される。

0085

前記移動測定機53の測定姿勢、該移動測定機53と前記トータルステーション1との相対的な位置、姿勢関係を検出する為に、前記移動測定機53は前記姿勢検出器13を具備している。

0086

該姿勢検出器13の1例として、姿勢センサ、加速度センサ、傾斜センサ、方位センサの内から適宜選択されたもの或はその組合わせ等が考えられる。

0087

更に他の例として、偏光光線を用いた傾斜センサ、画像を用いた姿勢センサがある。

0088

図9を参照し、偏光光線を用いた傾斜センサ44、画像を用いた姿勢センサ46を具備する姿勢検出器13の一例を説明する。尚、図9中、図1図2中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

0089

先ず、前記傾斜センサ44について説明する。尚、後述する様に、該傾斜センサ44は、追尾光受光部45、タイミングパルス検出部62、信号処理部61、副演算制御部26を有している。

0090

前記追尾部16は追尾光発生部56を有し、該追尾光発生部56は追尾光14bとしてパルス光を発する。前記追尾光発生部56は更に偏光回転部57を有し、該偏光回転部57は前記追尾光発生部56で発光された追尾光14bを回転偏光板58を通して射出し、前記追尾光14bを偏光光線とすると共に偏光面を所定の回転速度(定速回転)で回転する。

0091

従って、前記追尾部16から発せられる前記追尾光14bは、パルス光であり、更に偏光面が定速で回転している偏光光線となる。

0092

又、前記追尾光発生部56は、前記回転偏光板58の回転角について基準位置を設定する。例えば、前記トータルステーション1が整準された状態で、偏光面が鉛直となった時の回転偏光板58の回転角を0゜と設定する。

0093

前記移動測定機2は、前記全周プリズム12の他に前記追尾光受光部45、前記姿勢センサ46を備えている。追尾光14bは前記全周プリズム12で反射されると共に前記追尾光受光部45及び前記姿勢センサ46で受光される。

0094

該追尾光受光部45は固定偏光板59、受光センサ60を具備し、該受光センサ60は前記固定偏光板59を通して追尾光14bを受光する様になっている。又、該固定偏光板59の偏光面は、例えば前記移動測定機2が水平姿勢で、鉛直となる様に固定されている。

0095

前記受光センサ60が回転される偏光光線を受光することで、該受光センサ60が検出する受光光量は、前記回転偏光板58の180゜の回転で1周期となるsinカーブで変化する。

0096

上記した様な前記回転偏光板58と前記固定偏光板59との位置関係では、前記移動測定機2が水平姿勢で、光量が最大となり、前記移動測定機2が傾斜することで光量が減少する。従って、光量変化を基に前記サインカーブでの位相差を検出すれば、前記移動測定機2の傾き角が検出できる。

0097

前記追尾光受光部45からの受光信号は、前記信号処理部61に出力され、該信号処理部61で増幅、A/D変換等の信号処理がされて前記副演算制御部26に送出される。

0098

前記追尾光14bは、前記タイミングパルス検出部62で検出される。該タイミングパルス検出部62は、前記追尾光14bのパルス発光タイミングから、タイミング信号を生成する。又、前記追尾光14bには、前記回転偏光板58の基準回転位置を示す基準信号重畳されており、前記タイミングパルス検出部62は基準信号も同時に検出する。尚、基準信号としては、前記回転偏光板58の基準回転位置である時に、光パルスの幅を広くする等がある。

0099

前記信号処理部61に於いて、前記タイミングパルス検出部62で生成されたタイミング信号、及び検出された基準信号は、前記姿勢センサ46からの受光信号に関連付けられ、前記信号処理部61から前記副演算制御部26に出力される。

0100

該副演算制御部26では、受光信号、タイミング信号に基づき前記サインカーブを演算し、又該サインカーブと基準信号に基づき前記回転偏光板58と前記固定偏光板59との位相差(回転角)演算する。

0101

而して、前記トータルステーション1を基準とした前記移動測定機2の傾斜が測定できる。更に、前記トータルステーション1が整準されていれば、前記移動測定機2の鉛直に対する傾斜が測定できる。

0102

次に、画像を用いた姿勢センサ46について説明する。

0103

該姿勢センサ46は、前記傾斜センサ44と一体に構成され、該姿勢センサ46は追尾光14bを受光する様に構成されている。又、前記傾斜センサ44は、撮像部47、前記副演算制御部26、前記副記憶部27を具備している。

0104

該姿勢センサ46は、デジタル画像を取得する前記撮像部47を有している。該撮像部47は受光素子(図示せず)を有し、該撮像部47が前記トータルステーション1と正対し、自身の光軸が該トータルステーション1の光軸(即ち追尾光光軸)と合致した時に前記受光素子上の受光位置が基準位置(例えば、受光素子の中心)となる様に設定されている。

0105

従って、自身の光軸と追尾光光軸とがずれを生じると、前記受光素子上の受光位置も基準位置からずれる。ずれ量、ずれの方向は前記移動測定機2の傾き量、傾き方向に対応するので、ずれ量、ずれの方向に基づき前記移動測定機2の傾き量、傾き方向を検出することができる。

0106

更に、前記トータルステーション1と前記移動測定機2とはタイミング信号に基づき同期制御され、前記移動測定機2で測定した結果と測定した時に前記姿勢検出器13が検出した姿勢が関連付けられる。

0107

尚、前記トータルステーションが射出する測距光、追尾光の少なくともいずれか一方をパルスレーザとすればよく、測距光をパルス発光し、測距光からタイミング信号を生成してもよい。タイミング信号はパルス発光を駆動する側で駆動信号に基づき生成してもよく、或は受光側で受光信号に基づき生成してもよい。

0108

更に、別途タイミング信号発生器を設け、該タイミング信号発生器で発生させたタイミング信号に基づき姿勢検出、同期制御を行ってもよい。

0109

1トータルステーション
2 移動測定機
3測定対象物
8望遠鏡部
11 副測定部
12全周プリズム
13姿勢検出器
15 測距部
16追尾部
17水平角検出部
18鉛直角検出部
19 主演算制御部
21主記憶部
22 主通信部
26 副演算制御部
27 副記憶部
28 副通信部
30取手部材
31レーザ測距器
32レーザスキャナ
33撮像装置
44傾斜センサ
45追尾光受光部
46姿勢センサ
47撮像部
51 移動測定機
52 移動測定機
53 移動測定機
54 移動測定機
56 追尾光発生部
58回転偏光板
59 固定偏光板

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