JP2006133171A - 測量シミュレーション装置及び測量シミュレーションプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 天候や環境にかかわらず、測量技術を容易に習得できるようにする。
【解決手段】 地図データを読み込んで、地図を表示装置２０に表示する地図表示部３０と、入力装置１０を介したユーザの入力操作（以下「ユーザ操作」という）に応じて、地図上で測点を選点する測量計画をシミュレートする測量計画シミュレート部４０と、測点が選点された領域の仮想空間を表示装置２０に表示する仮想空間表示部５０と、ユーザ操作に応じて、仮想空間に測量機器を設置すると共に、その測量機器を用いて実際の測量作業を疑似体験させる測量作業をシミュレートする測量作業シミュレート部６０と、測量作業の疑似体験結果を表示装置２０に表示する測量結果表示部７０と、を含んで測量シミュレーション装置を構成する。そして、コンピュータ上の地図及び仮想空間において、測量計画から測量作業までの測量実習を疑似体験させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンピュータ上の地図及び仮想空間で、測量計画から測量作業までの測量実習を擬似体験させる技術に関する。

地表面又はその付近にある地点の幾何学的な相互関係又は位置を、角度，距離などの測定によって求める測量は、土木，建築などの分野では不可欠なものである。測量技術を習得するために、大学などでは、特開２００１−４１７４７号公報（特許文献１）に開示されるようなトータルステーションなどの測量機器を使用し、屋外で測量実習を行うカリキュラムが組まれている。
特開２００１−４１７４７号公報

しかしながら、測量実習は雨天時には行うことができず、また、校庭などの限られた場所でしか行うことができないため、学生などが限られた授業時間で測量技術を習得できないおそれがあった。さらに、測量技術を習得するためには、高価な測量機器を使用した実習が不可欠であり、自発的な自習を通して測量技術を習得することもできなかった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、コンピュータ上の地図及び仮想空間で、測量計画から測量作業までの測量実習を擬似体験させることで、天候や環境にかかわらず、測量技術を容易に習得できる技術を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、測量シミュレーション装置は、地図データを読み込んで地図を表示する地図表示手段と、ユーザの入力操作に応じて、前記地図上で測点を選点する測点選点手段と、前記測点が選点された領域の仮想空間を表示する仮想空間表示手段と、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に測量機器を設置する測量機器設置手段と、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器を用いて実際の測量作業を擬似体験させる測量擬似体験手段と、測量作業の疑似体験結果を表示する測量結果表示手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記測量疑似体験手段は、前記測量機器の特性に応じた誤差を、該測量機器の測定値に付加することを特徴とする。ここで、「測量機器の特性に応じた誤差」とは、測量機器の機構などに依存する誤差、例えば、トータルステーションの級数に依存した最小測角値又は測角精度に起因する誤差，測距誤差のことをいう。
請求項３記載の発明では、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器の水平調整を疑似体験させる水平調整疑似体験手段を備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明では、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器の鉛直中心を測点の中心に求心する求心操作を疑似体験させる求心操作疑似体験手段を備えたことを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記測量疑似体験手段は、前記水平調整又は求心操作の疑似体験結果に応じた誤差を、前記測量機器の測定値に付加することを特徴とする。

請求項６記載の発明では、前記測量疑似体験手段は、前記測量機器により測量を行うときに、使用機器及びその操作方法に応じた誤差を測定値に付加することを特徴とする。ここで、「使用機器及びその操作方法に応じた誤差」とは、例えば、トータルステーションを用いて視準を行うとき、その微動ネジの操作方法（右から視準を行うか、左から視準を行うか）に応じて、ネジ特性であるバックラッシュを考慮した誤差のことをいう。

請求項７記載の発明では、前記地図表示手段は、前記測点選点手段により選点された各測点間を直線で結んだ多角網を、前記地図上に重畳表示することを特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記地図表示手段は、前記多角網を重畳表示するときに、該多角網を構成する直線が地面と接触する部分を非表示とすることを特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記測量結果表示手段は、前記測量疑似体験手段により測量された測点の位置を直線で結んだ多角形の内角調整後の測量結果を表示することを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、前記地図表示手段は、前記測点選点手段により選点された測点であって、比高を求める測点間を直線で順次結んだ網を、前記地図上に重畳表示することを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、前記地図表示手段は、前記網を重畳表示するときに、該網を構成する直線が地面と接触する部分を非表示とすることを特徴とする。

請求項１２記載の発明では、前記地図表示手段は、ユーザの入力指示に応じた領域の地図を表示することを特徴とする。
請求項１３記載の発明では、前記地図表示手段は、２次元地図データを読み込んで２次元地図を表示すると共に、２次元地図データ及び標高データを読み込んで３次元地図を表示することを特徴とする。

請求項１４記載の発明では、前記地図表示手段は、ユーザの入力操作に応じて、前記地図の表示倍率，視点及び表示領域の変更が可能であることを特徴とする。
請求項１５記載の発明では、前記仮想空間表示手段は、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間の視点の変更が可能であることを特徴とする。
請求項１６記載の発明では、前記地図表示手段は、コンピュータネットワークから地図データを読み込むことを特徴とする。

請求項１７記載の発明では、前記測点選点手段により選点された測点について、各種作業に係る見積工数を入力させる作業計画を行わせると共に、既知点及び新点の数に応じた適正工数を表示する作業計画手段を備えたことを特徴とする。
請求項１８記載の発明では、測量シミュレーションプログラムは、地図データを読み込んで、地図を表示装置に表示する地図表示機能と、ユーザの入力操作に応じて、前記地図上で測点を選点する測点選点機能と、前記測点が選点された領域の仮想空間を表示装置に表示する仮想空間表示機能と、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に測量機器を設置する測量機器設置機能と、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器を用いて実際の測量作業を擬似体験させる測量擬似体験機能と、測量作業の疑似体験結果を表示装置に表示する測量結果表示機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする。

請求項１又は請求項１８に記載の発明によれば、地図データを読み込んで表示した地図上で、ユーザの入力操作に応じて測点が選点される。このため、多様な地図上で測量計画を行うことができ、測量計画に係る測量技術を向上させることができる。また、測点が選点された領域の仮想空間において、ユーザの入力操作に応じて、測量機器の設置及びこれを用いた実際の測量作業の疑似体験が行われる。このため、天候などに左右されずに、ゲーム感覚で測量技術を習得することができ、測量学習の効果を飛躍的に向上させることができる。そして、測量作業の疑似体験結果が表示されることで、ユーザは測量の成果を判断することが可能となり、所定の精度に満たない場合には、測量作業を何度でも繰り返すことができる。従って、コンピュータ上の地図及び仮想空間において、測量計画から測量作業までの測量実習を疑似体験することが可能となり、測量全般における技術を極めて短期間で習得することができる。

請求項２又は請求項６に記載の発明によれば、測量機器の特性をできるだけ忠実に反映させることで、疑似体験にリアリティを付与することが可能となり、実習効果を向上させることができる。
請求項３又は請求項４に記載の発明によれば、測量作業では不可欠な水平調整又は求心操作を疑似体験することが可能となり、実際の測量作業に沿った測量技術を習得することができる。

請求項５記載の発明によれば、測量機器の据付状態に応じた誤差が測定値に含まれるため、疑似体験にリアリティを付与できることに加え、その据付技術を併せて習得することができる。
請求項７又は請求項１０に記載の発明によれば、測点の選点状態を容易に把握することができる。

請求項８又は請求項１１に記載の発明によれば、測点間の見通しが可能であるか否かを通して、測点が適切な位置に選点されたか否かを判断することが可能となり、必要に応じて測点の移動などの措置をとることができる。
請求項９記載の発明によれば、測量結果により特定される各測点を結んだ多角形は、必ず閉塞することとなり、現実空間における測量と同様に、その精度を向上させることができる。

請求項１２記載の発明によれば、測量を疑似体験する領域が多様化し、短期間で高度な測量技術を習得することができる。
請求項１３記載の発明によれば、３次元地図を表示するためのデータ容量が少なくなり、地図データの読み込み時間の短縮によって、その表示速度を向上させることができる。
請求項１４記載の発明によれば、ユーザは、測点を選点する地形などを的確に把握することが可能となり、適切な位置に測点を選点することができる。

請求項１５記載の発明によれば、ユーザは、現実空間のように自由に視点を変更することが可能となり、広範囲な仮想空間を使用して測量作業の疑似体験を行うことができる。
請求項１６記載の発明によれば、最新の地図が利用可能となると共に、外部記憶装置に膨大な容量の地図データを常時記憶させておく必要がなく、ハードウェアに対する要求を軽減することができる。

請求項１７記載の発明によれば、測量作業では不可欠な作業計画を容易に習得することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る測量シミュレーションプログラムをコンピュータにインストールして構築した測量シミュレーション装置の機能ブロックを示す。
測量シミュレーション装置は、マウスなどのポインティングデバイス及びキーボードからなる入力装置１０と、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置２０と、を含んで構成される。また、測量シミュレーション装置では、測量シミュレーションプログラムを中央処理装置（ＣＰＵ）が実行することで、地図表示部３０，測量計画シミュレート部４０，仮想空間表示部５０，測量作業シミュレート部６０及び測量結果表示部７０が夫々実現される。

地図表示部３０は、地図表示手段及び地図表示機能として機能し、ハードディスクなどの外部記憶装置又はコンピュータネットワークから地図データを読み込み、表示装置２０に２次元地図又は３次元地図を選択的に表示する。このとき、地図表示部３０は、２次元地図データに基づいて２次元地図を表示すると共に、２次元地図データ及び標高データに基づいて３次元地図を表示することが望ましい。このようにすれば、３次元地図を表示するためのデータ容量が少なくなり、地図データの読み込み時間の短縮によって、その表示速度を向上させることができる。また、コンピュータネットワークから地図データを読み込むようにすれば、最新の地図が利用可能となると共に、外部記憶装置に膨大な容量の地図データを常時記憶させておく必要がなく、ハードウェアに対する要求を軽減することができる。

測量計画シミュレート部４０は、測点選点手段及び測点選点機能として機能し、表示装置２０に表示された地図上で測量計画をシミュレートすべく、入力装置１０を用いたユーザの入力操作（以下「ユーザ操作」という）に応じて、新点配置，既知点選択などの測点選点を行う機能を提供する。
仮想空間表示部５０は、仮想空間表示手段及び仮想空間表示機能として機能し、表示装置２０に、測点が選点された領域の仮想空間を表示する。

測量作業シミュレート部６０は、測量機器設置手段，測量疑似体験手段，求心操作疑似体験手段，水平調整疑似体験手段，作業計画手段，測量機器設置機能及び測量疑似体験機能として機能し、ユーザ操作に応じて、仮想空間に測量機器を設置すると共に、この測量機器を用いて実際の測量作業を疑似体験させる機能を提供する。
測量結果表示部７０は、測量結果表示手段及び測量結果表示機能として機能し、表示装置２０に、測量作業の疑似体験結果たる測量結果表又は測量結果図を選択的に表示する。

ここで、地図表示部３０においては、ユーザ操作に応じて、地図の表示倍率，視点及び表示領域の変更が可能であることが望ましい。このようにすれば、ユーザは、測点を選点する地形などを的確に把握することが可能となり、適切な位置に測点を選点することができる。また、仮想空間表示部５０においては、ユーザ操作に応じて、仮想空間の視点の移動が可能であることが望ましい。このようにすれば、ユーザは、現実空間のように自由に視点を変えることが可能となり、広範囲な仮想空間を使用して測量作業の疑似体験を行うことができる。

次に、かかる構成からなる測量シミュレーション装置を用いた閉合トラバース測量について、図２及び図３に示すフローチャート、並びに、地図及び仮想空間を示す各種図面を参照しつつ説明する。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、測点選点を行う２次元地図を表示する。ここで、入力装置１０を用いたユーザの入力指示（以下「ユーザ指示」という）に応じて、任意領域の２次元地図を選択表示できるようにすることが望ましい。このようにすれば、測量を疑似体験する領域が多様化し、短期間で高度な測量技術を習得することができる。

ステップ２では、ユーザ操作に応じて、２次元地図上で測量基準点となる測点の選点を行う。即ち、ポインティングデバイスを用いたドラッグアンドドロップ操作により、例えば、図４に示すように、２次元地図上に測点１〜５を順次選点する。このとき、測点の選点状態を容易に把握可能とするために、２次元地図には、各測点を選点順に直線で結んだ多角網を重畳表示する。また、選点された測点は、ユーザ操作に応じて、再配置可能である。なお、測点選点においては、２次元地図中の等高線などを考慮して、相互に見通し可能なように測点を選点すべきことはいうまでもない。

ステップ３では、測点が選点された２次元地図を立体化した３次元地図を表示する。ここで、３次元地図には、２次元地図と同様に、各測点を選点順に直線で結んだ多角網が重畳表示されるが、図５に示すように、地面と接触して見通しがきかない区間については、測点４−５間のように、直線の一部が非表示の状態で表示される。このようにすれば、測点間の見通しが可能であるか否かを通して、測点が適切な位置に選点されたか否かを判断することが可能となり、必要に応じて測点の移動などの措置をとることができる。

ステップ４では、ユーザが３次元地図を参照し、多角網の隣接する測点間で見通しが可能であるか否かを確認し、測点選点が完了したか否かを入力装置１０から入力する。
ステップ５では、ユーザの確認結果に応じて、測点選点が完了したか否か、即ち、測量作業を開始するか否かを判定する。そして、測点選点が完了したならばステップ６へと進む（Ｙｅｓ）。一方、測点選点が未完了であればステップ１へと戻り（Ｎｏ）、２次元地図上で測点の再配置（位置調整）を行う。

ステップ６では、図６に示すように、実際の測量作業を疑似体験する仮想空間を表示する。ここで、仮想空間には、測点の位置が逆三角形で重畳表示されると共に、測量機器たるトータルステーション，反射プリズムなどの反射器を選択するためのアイコンが重畳表示される。
ステップ７では、ユーザ操作に応じて、仮想空間に測量機器を設置する。即ち、ユーザが仮想空間内の測点を選択すると、図７に示すように、測点を示す測標及びその上方に逆三角形が重畳表示された仮想空間が表示される。そして、設置対象たる測量機器を示すアイコンを、測標の上方に重畳表示された逆三角形までドラッグアンドドロップすると、その測点に測量機器が設置される。

ステップ８では、ユーザ操作に応じて、仮想空間に設置された測量機器の鉛直中心を測点の中心に求心する求心操作を擬似体験させる。即ち、測量機器の配置が行われると、図８に示すように、仮想空間を上方から見たときの平面鳥瞰図が表示される。平面鳥瞰図には、測点を中心とした所定半径の大円と、測量機器の鉛直中心を示す小円と、が重畳表示される。そして、小円を大円の略中央までドラッグすることで、測量機器の大まかな求心が行われる。また、これに続いて精密な求心を行うときには、平面鳥瞰図において「求心望遠鏡」をクリックすると、図９に示すように、大円及び小円を上方から望遠鏡で見たときの拡大平面鳥瞰図が表示される。そして、大円の中心を示す小丸点と小円の中心を示す十字線の中心とが一致するように、小円を大円の略中央までドラッグすることで、測量機器の精密な求心が行われる。

ステップ９では、測量機器がトータルステーションであるとき、その求心作業により発生する誤差、即ち、測点とトータルステーションの鉛直中心との据付誤差ａ[m]を演算により取得する。ここで、据付誤差ａは、トータルステーションを用いた測角に影響を及ぼす求心誤差γ[rad]を演算するときに利用される。
ステップ１０では、ユーザ操作に応じて、測量機器を水平に据え付ける水平調整を疑似体験させる。即ち、図９に示す拡大平面鳥瞰図において「水平調整」をクリックすると、図１０に示すように、気泡管が設置された仮想空間が表示される。水平調整は、本来、気泡管を見ながら調整ネジを回すという作業で行われるが、疑似体験においては、左右に動いている気泡が中央にきたとき、図中の「ストップ」をクリックすることで行われる。ここで、気泡管の感度は、使用するトータルステーションの級数に依存し、例えば、１級：20"/2[mm]，２級：30"/2[mm]，３級：40"/2[mm]のように設定される。なお、水平調整が満足するものではなかったときには、「再調整」をクリックすることで、水平調整を何度でも繰り返すことができる。そして、水平調整が完了したならば、図中の「調整完了」をクリックする。

ステップ１１では、測量機器がトータルステーションであるとき、その水平調整作業により発生する誤差、即ち、水平面とトータルステーションとの据付誤差φ[rad]を演算により取得する。ここで、据付誤差φは、トータルステーションを用いた測角に影響を及ぼす鉛直軸誤差σ[m]を演算するときに利用される。
ステップ１２では、ユーザ操作に応じて、測量機器の設置が完了したか否かを判定する。そして、測量機器の設置が完了したならばステップ１３へと進む（Ｙｅｓ）。一方、測量機器の設置が未完了であればステップ７へと戻り（Ｎｏ）、他の測量機器の設置を続行する。

ステップ１３では、測量作業における仮の北を設定するための仮北設定を行なう。ここで、仮北設定は、一連の測量作業の擬似体験を通して、最初の測角又は測距を行なう直前に一度だけ行なわれ、その結果が、測量作業の疑似体験結果たる測量結果表又は測量結果図に反映される。即ち、測量機器の設置が完了すると、図１１に示すように、トータルステーションが設置された仮想空間が表示される。そして、仮想空間上のトータルステーションをダブルクリックすると、図１２に示すように、トータルステーションのピープサイトを通して見た仮想空間に対して、測量作業（測距又は測角）を選択するメニューが重畳表示される。この仮想空間において、上部に重畳表示されている方位を目安として、ユーザ操作に応じて、トータルステーションを仮北に設定したい方向へと向けた後「仮北設定」をクリックすると、測量作業に対する仮北が設定される。

ステップ１４では、トータルステーションによる測量作業の種別に応じた分岐を行う。即ち、図１２に示す仮想空間において、「測距モード」がクリックされるとステップ１５へと進む一方（測距）、「測角モード」が選択されるとステップ１７へと進む（測角）。
ステップ１５では、ユーザ操作に応じて、仮想空間で実際の測距作業を擬似体験させる。即ち、図１２に示す仮想空間で「測距モード」がクリックされると、図１３に示すように、トータルステーションのピープサイトを用いて、測距対象たる測点に対して大まかな視準を行う仮想空間が表示される。そして、トータルステーションを示す三角形の頂点と測点を示す逆三角形の頂点とを略一致させた後、「望遠鏡」をクリックすると、図１４に示すように、トータルステーションの望遠鏡を通して、測点に設置された反射器を見た仮想空間が表示される。この仮想空間において、望遠鏡の視野に現れた十字線の交点を反射器の略中央に一致させる精密な視準を行った後、「測距実行」をクリックすると、測点間の距離Ｄ[m]を測定する測距が行われる。また、測距実行後、「野帳記入」をクリックすると、その測距結果が記憶される。ここで、測距により測定された距離Ｄは、コンピュータで演算された値であるため、実際の測距とは異なり誤差を含まない正確な値となる。

ステップ１６では、仮想空間で行われる測距を現実のものに近づけ、その疑似体験にリアリティを付与すべく、測距により測定された距離Ｄに対して測距誤差を付加する。ここで、測距誤差は、トータルステーションの級数の如何にかかわらず、次式の範囲内でランダムに設定される。
−（５＋５×１０^-6×Ｄ）≦測距誤差(mm)≦（５＋５×１０^-6×Ｄ）
ステップ１７では、ユーザ操作に応じて、仮想空間で実際の測角作業を擬似体験させる。即ち、図１２に示す仮想空間で「測角モード」がクリックされると、図１３と同様な仮想空間が表示される。そして、測距作業と同様に、トータルステーションのピープサイトを用いて大まかな視準を行うと共に、その望遠鏡を用いて精密な視準を行った後、「野帳記入」をクリックしてその測角結果を記憶させる。このような作業を繰り返し、トータルステーションを挟んで隣接配置される測点間の角度θを測定する。ここで、角度θには、次のような誤差が付加されるようにする。

(1)バックラッシュ誤差
実際のトータルステーションでは、微動ネジを用いて目標視準を行っている。ネジの特性として、バックラッシュがあるため、微動ネジを締め込む方向（右）から視準を行わなければ、誤差が発生することととなる。このため、このような誤差発生という現象を疑似体験に織り込むことを目的とし、左方向から目標視準を行ったときに一定の誤差（例えば、20"）を含ませるようにする。

(2)測角精度
実際のトータルステーションでは、正確な角度を測定することはできない。このため、トータルステーションの級数に応じて、例えば、１級：3"，２級：5"，３級：10"のような範囲内でランダムな誤差を含ませるようにする。
ステップ１８では、仮想空間で行われる測角を現実のものに近づけ、その疑似体験にリアリティを付与すべく、測角により測定された角度θに対して、トータルステーションの据付状態に起因する測角誤差（求心誤差γ及び鉛直軸誤差σ）を付加する。即ち、対象測点までの距離をＳ₁及びＳ₂[m]とすると、トータルステーションの求心誤差γは、次式で表わされる。

また、対象測点間の測定水平角及び測定鉛直角を夫々α[rad]及びΔｖ[rad]とすると、トータルステーションの鉛直軸誤差σは、次式で表わされる。ここで、次式中のφは、ステップ１１で取得された、水平面とトータルステーションとの据付誤差である。
σ＝φ×sinα×tanΔｖ
ステップ１９では、ユーザ操作に応じて、測量が完了したか否かを判定する。そして、測量が完了したならばステップ２０へと進む（Ｙｅｓ）。一方、測量が未完了であればステップ１４へと戻り（Ｎｏ）、測量を続行する。

ステップ２０では、図１５に示すように、仮想空間における測量作業の疑似体験結果を表形式で表現した測量結果表を表示する。ここで、多角網を形成するｎ角形の内角の和は、１８０°×（ｎ−２）となるが、測角作業により得られた多角網の内角の和には誤差が含まれるので、必ずしも前記式により演算される値（真値）にはならない。このため、測角作業により得られた内角の和と真値との差を、例えば、各内角に略均等に分配する内角調整が行われる。このようにすれば、測量結果により特定される各測点を結んだ多角形は、必ず閉塞することとなり、現実空間における測量と同様に、その精度を向上させることができる。

ステップ２１では、ユーザが測量結果表を参照した結果に基いて、再測量が不要であるか否かを判定する。即ち、ユーザが測量結果表に記載された各測定値などを参照して、測量結果が満足のいくものであるか否かを判断し、その判断結果に応じた入力操作を行う。そして、再測量が不要である、要するに、測量結果が所定の精度を満たしているならばステップ２２へと進む一方（Ｙｅｓ）、再測量が必要であればステップ７へと戻る（Ｎｏ）。

ステップ２２では、図１６に示すように、測量結果を図式化した測量結果図を表示する。ここで、測定結果図は、例えば、コンピュータネットワークを介して、他のコンピュータに送信できるようにしてもよい。このようにすれば、遠隔地で測量実習結果を参照することが可能であり、例えば、通信教育などにおいても測量技術を習得することができる（以下同様）。

なお、測量シミュレーション装置を用いた結合トラバース測量においては、Ｙ型，Ｘ型，Ｈ型及びＡ型などの多角網の各端点を既知点とすると共に、その端点から既知点へと向かう既知辺を用いるようにすればよい。このとき、既知辺により北が一意に求まるので、閉合トラバース測量のような「仮北設定」は不要である。また、結合トラバース測量では、測点の選点後、図１７に示すように、各種作業に係る見積工数を入力させる作業計画を行わせると共に、既知点及び新点の数に応じた適正工数を併せて表示する作業計画書を提示することで、作業計画を容易に習得できるようにしてもよい。そして、測量作業の疑似体験に伴って、図１８に示すように、作業計画に対する実績を表示する作業進捗報告書を提示し、その作業効率が良好であるか否かを判断する指標を提示するようにしてもよい。ここで、作業計画書及び作業進捗報告書は、結合トラバース測量に限らず、閉合トラバース測量及び水準測量などでも提示するようにしてもよい。

また、測量シミュレーション装置による閉合トラバース測量及び結合トラバース測量においては、実際のトータルステーションの特性をできるだけ忠実に反映することで、疑似体験にリアリティを付与すべく、その級数に依存して最小測角値を、例えば、１級：1"，２級：10"，３級：20"に制限し、それ以下の値は四捨五入することが望ましい。また、トータルステーションにおいては、ユーザ操作に応じて目標視準を行うが、一定以上細かい微動ネジ調整が行われないようにすることが望ましい。

次に、測量シミュレーション装置を用いた水準測量について説明する。
水準測量においては、２次元地図上で測点を選点するときに、基準となる既知点を１つ選択した後、測点を適宜選点する。すると、図１９に示すように、既知点と測点とを結ぶ直線及び隣接する測点を結ぶ直線の中間に、測量機器としての自動レベルを設置する位置を示す矢印が自動的に設定される。ここで、測点及び自動レベルを設置する位置は、ドラッグにより自由に調整できる。そして、閉合トラバース測量と同様に、図２０に示す３次元地図上で、既知点及び測点の見通しを確認し、水準測量の疑似体験へと進む。

水準測量の疑似体験では、既知点及び測点又は隣接する測点に標尺を設置すると共に、所定位置に自動レベルを設置する。このとき、自動レベルを設置すると、図２１に示すように、円形気泡管が設置された仮想空間が表示される。そして、円形気泡管の気泡が円の中に収まるように「ストップ」をクリックして、大まかな水平調整を行う。ここで、測量機器は自動レベルであるため、「０°１０’０”」以内の水平誤差は機器内で自動的に補正されるが、それ以上の水平誤差がある場合には、「再調整」をクリックして再度調整する。

自動レベルの設置が完了すると、図２２に示すような水準測量を行う仮想空間が表示される。そして、この仮想空間において、自動レベル本体をダブルクリックすると水準測量モードへと移行する。水準測量では、「後視」「前視」の順で標尺を読み取る。先ず、標尺が設置されている位置を視順する。このとき、水準測量モードでは、自動レベルの上下回転は行えず、水平方向の回転のみ行うことができる。そして、望遠鏡に切り替えると、図２３に示すように、上下に動く標尺を視準することができる。ここで、標尺が上下に動く理由は、実際の測量作業では標尺を意図的に動かしている事実に鑑み、測量作業の疑似体験にリアリティを付与し学習効果を高めるためである。「水準読取り」をクリックすると読取値入力ダイアログが重畳表示されるので、望遠鏡の十字線における読取値が最も小さくなるタイミングで目視により標尺の値を読み取り、これをミリ単位で入力する。このような作業を順次繰り返し、図２４に示すように、野帳を完成させる。

野帳が完成したら、図２２に示す仮想空間で「成果作図」をクリックすると、図２５に示すような測量観測図が表示される。
このような測量シミュレーション装置によれば、表示された地図及び仮想空間において、測量計画から測量作業までの測量実習を疑似体験することができる。このとき、測量機器により測定される測定値には、閉合トラバース測量及び結合トラバース測量では、その機構，据付状態（求心及び水平）などに応じた誤差が付加される一方、水準測量では、標尺が上下に動くことに起因する読取誤差が付加され、測量作業の疑似体験にリアリティが付与されると共に、実際の測量機器を操作するための技術を容易に習得することができる。また、測量実習は、測量シミュレーション装置さえあれば、天候や場所などに左右されずに疑似体験することが可能であるため、大学などの教育現場において、所定の授業時間内で測量技術をあるレベルまで高めることができる。さらに、測量の疑似体験は、ゲーム感覚で行われるため、集中力を長時間維持することが極めて容易であり、学習効果を飛躍的に向上させることができる。

本発明に係る測量シミュレーション装置の機能ブロック図 測量シミュレーション装置における処理内容を示すフローチャート 測量シミュレーション装置における処理内容を示すフローチャート 測点選点などを行う２次元地図の説明図 見通し確認などを行う３次元地図の説明図 測量作業を疑似体験する仮想空間の初期状態を示す説明図 測量機器を設置する仮想空間の説明図 測量機器のおおまかな求心作業を行う仮想空間を示す平面鳥瞰図 測量機器の精密な求心作業を行う仮想空間を示す拡大平面鳥瞰図 測量機器の水平調整作業を行う仮想空間の説明図 トータルステーションが設置された仮想空間の説明図 ピープサイトを通して見た仮想空間の説明図 おおまかな視準操作を行う仮想空間の説明図 精密な視準操作を行う仮想空間の説明図 測量結果表の説明図 測量結果図の説明図 作業計画を行う作業計画書の説明図 作業進捗状況を表示する作業進捗報告書の説明図 水準測量における測点の選点状態を示す説明図 水準測量における測点の見通状態を示す３次元地図の説明図 自動レベルの水平調整を行う仮想空間の説明図 水準測量を行う仮想空間の説明図 標尺の読取方法の説明図 水準測量の野帳の説明図 水準測量に係る測量観測図の説明図

符号の説明

１０ 入力装置
２０ 表示装置
３０ 地図表示部
４０ 測量計画シミュレート部
５０ 仮想空間表示部
６０ 測量作業シミュレート部
７０ 測量結果表示部

Claims (18)

1. 地図データを読み込んで地図を表示する地図表示手段と、
   ユーザの入力操作に応じて、前記地図上で測点を選点する測点選点手段と、
   前記測点が選点された領域の仮想空間を表示する仮想空間表示手段と、
   ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に測量機器を設置する測量機器設置手段と、
   ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器を用いて実際の測量作業を擬似体験させる測量擬似体験手段と、
   測量作業の疑似体験結果を表示する測量結果表示手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする測量シミュレーション装置。
2. 前記測量疑似体験手段は、前記測量機器の特性に応じた誤差を、該測量機器の測定値に付加することを特徴とする請求項１記載の測量シミュレーション装置。
3. ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器の水平調整を疑似体験させる水平調整疑似体験手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測量シミュレーション装置。
4. ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器の鉛直中心を測点の中心に求心する求心操作を疑似体験させる求心操作疑似体験手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
5. 前記測量疑似体験手段は、前記水平調整又は求心操作の疑似体験結果に応じた誤差を、前記測量機器の測定値に付加することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の測量シミュレーション装置。
6. 前記測量疑似体験手段は、前記測量機器により測量を行うときに、使用機器及びその操作方法に応じた誤差を測定値に付加することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
7. 前記地図表示手段は、前記測点選点手段により選点された各測点間を直線で結んだ多角網を、前記地図上に重畳表示することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
8. 前記地図表示手段は、前記多角網を重畳表示するときに、該多角網を構成する直線が地面と接触する部分を非表示とすることを特徴とする請求項７記載の測量シミュレーション装置。
9. 前記測量結果表示手段は、前記測量疑似体験手段により測量された測点の位置を直線で結んだ多角形の内角調整後の測量結果を表示することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
10. 前記地図表示手段は、前記測点選点手段により選点された測点であって、比高を求める測点間を直線で順次結んだ網を、前記地図上に重畳表示することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
11. 前記地図表示手段は、前記網を重畳表示するときに、該網を構成する直線が地面と接触する部分を非表示とすることを特徴とする請求項１０記載の測量シミュレーション装置。
12. 前記地図表示手段は、ユーザの入力指示に応じた領域の地図を表示することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
13. 前記地図表示手段は、２次元地図データを読み込んで２次元地図を表示すると共に、２次元地図データ及び標高データを読み込んで３次元地図を表示することを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
14. 前記地図表示手段は、ユーザの入力操作に応じて、前記地図の表示倍率，視点及び表示領域の変更が可能であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
15. 前記仮想空間表示手段は、ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間の視点の変更が可能であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
16. 前記地図表示手段は、コンピュータネットワークから地図データを読み込むことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
17. 前記測点選点手段により選点された測点について、各種作業に係る見積工数を入力させる作業計画を行わせると共に、既知点及び新点の数に応じた適正工数を表示する作業計画手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか１つに記載の測量シミュレーション装置。
18. 地図データを読み込んで、地図を表示装置に表示する地図表示機能と、
    ユーザの入力操作に応じて、前記地図上で測点を選点する測点選点機能と、
    前記測点が選点された領域の仮想空間を表示装置に表示する仮想空間表示機能と、
    ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に測量機器を設置する測量機器設置機能と、
    ユーザの入力操作に応じて、前記仮想空間に設置された測量機器を用いて実際の測量作業を擬似体験させる測量擬似体験機能と、
    測量作業の疑似体験結果を表示装置に表示する測量結果表示機能と、
    をコンピュータに実現させるための測量シミュレーションプログラム。

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