JP2021047061A - アイウェア装置を用いた測量システムおよび測量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測量機から離れた任意の位置，任意の姿勢での操作・確認を可能とし 、測定者の操作負担を軽減する。【解決手段】測量システム（1）は、通信部（21）と測距部（19）と駆動部（13,14）と測角部（11,12）と画像撮像部（20）と演算制御部（18）とを有する測量機（2）と、通信部（34）と加速度センサ（36）と制御ユニット（32）とディスプレイ（31）とを有するアイウェア装置（3）を備え、アイウェア装置（3）は加速度センサ（36）で検出した傾きデータを測量機（2）に送信し、測量機（2）は前記傾きデータに対応して駆動部（13,14）を動かし、その位置を画像撮像部（20）で撮影した画像をアイウェア装置（3）に送信し、アイウェア装置（3）は測量機（2）から受信した画像をディスプレイ（31）に表示する。【選択図】図５

Description

本発明は、アイウェア装置を用いた測量システムおよび測量方法に関する。

従来、ターゲットまでの距離と角度を測定するためには、測定者が測量機の望遠鏡の窓穴を覗き、目視で視準が行われるのが一般的であった。これに対し、特許文献１では、測量機の表示部にターゲット付近の画像を映し出し、表示部上でターゲットをタッチすることで、視準方向を定められる測量機が開示されている。

国際公開第２０１６／０６３４１９号

特許文献１の測量機によれば、ターゲットを望遠鏡の窓穴から目視する負担は軽減されるが、測定者はやや低い位置にある表示部の高さまで屈みこんでターゲットを探索し、操作する必要があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、測量機から離れた任意の位置，任意の姿勢での操作・確認を可能とし、測定者の操作負担のさらなる軽減を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様にかかる測量システムは、通信部と，測距光を出射してターゲットまでの距離を測定する測距部と，前記測距部を水平方向および鉛直方向に旋回させる駆動部と，前記測距部の水平方向の回転角と鉛直方向の回転角を測定する測角部と，前記測距光の出射方向を撮影する画像撮像部と，前記通信部から受信した傾きデータ分前記駆動部を動かし、前記画像撮像部で撮影した画像を送信する演算制御部と、を有する測量機と、前記通信部と通信するアイウェア側通信部と，装置の前後左右の傾きを検出する加速度センサと，前記加速度センサが検出した傾きデータを前記アイウェア側通信部を介して前記測量機に送信する制御ユニットと，前記アイウェア側通信部が受信した画像を表示するディスプレイと，を有するアイウェア装置と、を備えることを特徴とする。

上記態様において、前記アイウェア装置の前記制御ユニットは、少なくとも、測定者が前記ターゲットをロックしたい時に操作されるロックスイッチと、測定者が前記ターゲットをリリースしたい時に操作されるリリーススイッチと、測定者が前記ターゲット付近をズームしたい時に操作されるズームスイッチと、測定者が前記ターゲットを測距・測角したい時に操作される測定スイッチと、を備えるのも好ましい。

上記態様において、前記アイウェア装置は、少なくとも、測定者が前記ターゲットをロックしたい時に操作されるロックスイッチと、測定者が前記ターゲットをリリースしたい時に操作されるリリーススイッチと、測定者が前記ターゲット付近をズームしたい時に操作されるズームスイッチと、測定者が前記ターゲットを測距・測角したい時に操作される測定スイッチと、を備える携帯通信器によって操作されるのも好ましい。

上記態様において、前記アイウェア装置は、まばたき検出カメラをさらに備えるのも好ましい。

上記態様において、前記アイウェア装置の前記ディスプレイは、右目用ディスプレイと左目用ディスプレイをさらに備えるのも好ましい。

また、本発明の一つの態様にかかる測量方法は、通信部と，測距光を出射してターゲットまでの距離を測定する測距部と，前記測距部を水平方向および鉛直方向に旋回させる駆動部と，前記測距部の水平方向の回転角と鉛直方向の回転角を測定する測角部と，前記測距光の出射方向を撮影する画像撮像部と，前記通信部から受信した傾きデータ分前記駆動部を動かし、前記画像撮像部で撮影した画像を送信する演算制御部を有する測量機と、アイウェア側通信部と，装置の前後左右の傾きを検出する加速度センサと，前記加速度センサが検出した傾きデータを前記測量機に送信する制御ユニットと，前記アイウェア側通信部が受信した画像を表示するディスプレイと，を有するアイウェア装置と、を用いて、前記アイウェア装置は、前記加速度センサで検出した前記アイウェア装置の傾きデータを前記測量機に送信し、前記測量機は、前記傾きデータに対応して前記駆動部を動かし、その位置を前記画像撮像部で撮影した画像を前記アイウェア装置に送信し、前記アイウェア装置は、前記測量機から受信した画像を前記ディスプレイに表示することを特徴とする。

上記態様において、前記アイウェア装置は、測定者が前記ターゲットをロックした時に前記測量機の動きをロックし、測定者が前記ターゲットをリリースした時に前記測量機の動きを再開し、測定者が前記ターゲット付近をズームした時に前記画像撮像部の倍率を変更し、測定者が前記ターゲットを測距・測角した時に前記測距部および前記測角部で前記ターゲットを測定するのも好ましい。

本発明の測量システムおよび測量方法によれば、測量機から離れた任意の位置，任意の姿勢での操作・確認が可能となるので、測定者の操作負担がいっそう軽減される。

実施の形態に係る測量システムの外観斜視図である。 実施の形態に係る測量機の構成ブロック図である。 実施の形態に係るアイウェア装置の外観斜視図である。 同アイウェア装置の構成ブロック図である。 実施の形態に係る測量システムによる測定フロー図である。 変形例１に係るアイウェア装置の外観斜視図である。 変形例１に係るアイウェア装置の構成ブロック図である。 変形例２に係るアイウェア装置の外観斜視図である。 変形例３に係るアイウェア装置の外観斜視図である。 変形例３に係るアイウェア装置の構成ブロック図である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、実施の形態に係る測量システム１の外観斜視図であり、測量現場のイメージを示している。実施の形態に係る測量システム１は、測量機２と、アイウェア装置３を備える。

図１に示すように、測量機２は既知点に三脚を用いて設置される。測量機２は、整準器の上に設けられた基盤部２ａと、基盤部上を水平回転する托架部２ｂと、托架部２ｂの中央で鉛直回転する望遠鏡２ｃを有する。アイウェア装置３は、測定者の頭部に装着される。

測量システム１では、アイウェア装置３の見た方向，即ち測定者の顔の向きに合わせて測量機２が旋回し、測量機２から見える風景がアイウェア装置３に表示される。以下、詳細に説明する。

図２は、実施の形態に係る測量機２の構成ブロック図である。測量機２は、トータルステーションである。測量機２は、水平角検出器１１と、鉛直角検出器１２と、水平回転駆動部１３と、鉛直回転駆動部１４と、表示部１５と、操作部１６と、記憶部１７と、演算制御部１８と、測距部１９と、画像撮像部２０と、通信部２１を備える。

水平回転駆動部１３と鉛直回転駆動部１４はモータであり、演算制御部１８に制御される。水平回転駆動部１３は托架部２ｂを水平方向に回転させ、鉛直回転駆動部１４は望遠鏡２ｃを鉛直方向に回転させる。

水平角検出器１１と鉛直角検出器１２は、エンコーダである。水平角検出器１１は托架部２ｂの水平方向の回転角を測定し、鉛直角検出器１２は望遠鏡２ａの鉛直方向の回転角を測定する。

表示部１５は、タッチパネル式の液晶画面を有する。本形態では、後述するように、測定操作はアイウェア装置３から行われるので、表示部１５はアイウェア装置３を使用しない測量で使用される。

操作部１６は、電源キー、数字キー、小数点キー、プラス／マイナスキー、実行キー、スクロールキー等を有する。本形態では、測定操作はアイウェア装置３から行われるので、操作部１６はアイウェア装置３を使用しない測量で使用される。

測距部１９は、発光素子と、送光光学系、同送光光学系と光学要素を共有する受光光学系と、受光素子を有する。測距部１９は、ターゲットに向けて赤外レーザ等の測距光を出射し、受光素子でターゲットからの反射測距光を受光する。

画像撮像部２０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等であり、光学またはデジタル処理によるズーム機能を有する。撮影された画像は、動画形式または静止画形式のいずれで信号処理される。また、画像撮像部２０は、ターゲットを自動追尾する追尾部を構成する要素としても用いられるが、追尾部は本形態においては任意の要素であるので、その記載は割愛する。

通信部２１は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットと接続し、後述するアイウェア側通信部３４と情報の送受信を行う。

演算制御部１８は、少なくともＣＰＵおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）を集積回路に実装した制御ユニットである。演算制御部１８は、水平回転駆動部１３と鉛直回転駆動部１４を制御する。また、上記反射測距光と上記光学系内に設けられた参照光路を進んだ参照光との位相差から、ターゲットまでの測距値を算出する。また、水平角検出器１１と鉛直角検出器１２の測定値から、ターゲットの測角値を算出する。また、通信部２１を介して情報を送受信する。また、アイウェア装置３からの指示を実行する。この詳細は後述する。

記憶部１７は、例えば、メモリーカード、ＨＤＤ等によって構成される。記憶部１７には、演算制御部１８が行う測量プログラムが格納されている。また、演算制御部１８が取得した各種情報が記録される。

図３は、実施の形態に係るアイウェア装置３の外観斜視図である。アイウェア装置３は、測定者の頭部に装着されるウェアラブルデバイスである。アイウェア装置３は、ディスプレイ３１と、制御ユニット３２を備える。制御ユニット３２は、例えばディスプレイ３１の側方に、測定者の視界を妨げない位置に設けられている。

図４は、アイウェア装置３の構成ブロック図である。アイウェア装置３は、ディスプレイ３１と制御ユニット３２を備え、制御ユニット３２は、演算制御部３３，アイウェア側通信部３４，操作スイッチ３５，加速度センサ３６，記憶部３７を備える。

ディスプレイ３１は、測定者の両目を覆う、透過型を基本とするが、片目を覆う形状であってもよいし、非透過型であってもよい。一例として、ディスプレイ３１は、ハーフミラーによる光学透過型のディスプレイであり、測定者は、非測定時はハーフミラーを通じて外の風景を見ることができ、測定時は演算制御部３３が取得した画像を見ることができる。

アイウェア側通信部３４（以下、単に通信部３４と言う）は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットと接続し、測量機２の通信部２１と情報の送受信を行う。

操作スイッチ３５は、図３に示すように、少なくとも、ロックスイッチ３５２，リリーススイッチ３５３，ズームスイッチ３５４，測定スイッチ３５５を有する。本形態では、電源スイッチ３５１も有する。電源スイッチ３５１はアイウェア装置３の電源のＯＮ／ＯＦＦを行える。ロックスイッチ３５２は、測定者がターゲットをロックしたい時に操作される。リリーススイッチ３５３は、測定者がターゲットをリリースしたい時に操作される。ズームスイッチ３５４は、測定者がターゲット付近をズームしたい時に操作される。測定スイッチ３５５は、測定者がターゲットを測距・測角したい時に操作される。

加速度センサ３６は、三軸加速度センサである。加速度センサ３６は、加速度センサ３６の座標を、地表に直立した測定者がアイウェア装置３を頭に装着して前を向いている姿勢（基本姿勢）における、測定者にとっての上下方向をＺ軸方向、左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向として、アイウェア装置３の前後左右の傾きを検出する。

演算制御部３３は、少なくともＣＰＵおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）を集積回路に実装した制御ユニットである。演算制御部３３は、加速度センサ３６が検出したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の座標から、基本姿勢からの傾きを算出し、傾きデータを通信部３４を介して測量機２に送信する。また、通信部３４を介して測量機２から受信した画像をディスプレイ３１に表示する。また、操作スイッチ３５が押された時、通信部３４を介して測量機２に操作指示を送信する。これらの詳細は後述する。

記憶部３７は、例えば、メモリーカード、ＨＤＤ等によって構成される。記憶部３７には、演算制御部３３が行う処理プログラムが格納されている。

次に、測量システム１を用いた測量方法を説明する。図５は実施の形態に係る測量システム１による測定フロー図である。

事前のステップとして、測定者は、測量機２とアイウェア装置３の同期をとる。例えば、測定者がアイウェア装置３を頭部に装着して測量機２の隣で直立し、測定者と測量機２が同じ方向を向く，同じ対象を見るなどして、測量機２とアイウェア装置３の同期をとる。この後、測定者は任意の位置で、任意の姿勢で、測定を開始することができる。

測定が開始されると、ステップＳ１０１で、アイウェア装置３は、加速度センサ３６の検出値を基に、同期をとった姿勢（基本姿勢）からのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の傾きを算出し、傾きデータとして測量機２へ送信する。

次に、ステップＳ１０２で、測量機２は、ステップＳ１０１で受信したＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の傾きに対応して、水平回転駆動部１３と鉛直回転駆動部１４を動かし、望遠鏡２ｃの視軸方向（すなわち測距光の出射方向）を移動させる。

次に、ステップＳ１０３で、測量機２は、ステップＳ１０２で移動された方向を画像撮像部２０で撮影し、その画像をアイウェア装置３に送信する。

次に、ステップＳ１０４で、アイウェア装置３は、ステップＳ１０３で受信した画像を、ディスプレイ３１に表示する。

次に、ステップＳ１０５で、アイウェア装置３は、ロックスイッチ３５２が押された場合（ＹＥＳ）は、傾きデータの送信を一旦停止し、ステップＳ１０６に移行する。ロックスイッチ３５２が押されていない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を繰り返す。

ステップＳ１０６に移行すると、アイウェア装置３は、リリーススイッチ３５３が押された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を繰り返す。リリーススイッチ３５３が押されていない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０７に移行する。

ステップＳ１０７に移行すると、アイウェア装置３は、ズームスイッチ３５４が押された場合（ＹＥＳ）は、測量機２にズーム指示を出す。これを受けて、測量機２は、画像撮像部２０の倍率を変更した画像をアイウェア装置３へ送信し、アイウェア装置３は受信した画像をディスプレイ３１に映し出して、ステップＳ１０５に戻る。ズームスイッチ３５４が押されていない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０８に移行する。なお、記載を割愛するが、ここでリリーススイッチ３５３が押された場合は、ステップＳ１０６と同様の操作が行われる。

ステップＳ１０８に移行すると、アイウェア装置３は、測定スイッチ３５５が押された場合（ＹＥＳ）は、測量機２に測定指示を出す。これを受けて、測量機２は、測距部１９から測距光を出射して、視軸方向にあるターゲットを測距し、この時の水平角検出器１１および鉛直角検出器１２の検出値から、同ターゲットを測角する。そして、ステップＳ１０９に移行して、測距値および測角値を記憶部１７に記憶する。測定スイッチ３５５が押されていない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０１に戻る。

すなわち、測量システム１では、アイウェア装置３の見た方向，即ち測定者の顔の向きに合わせて測量機２が旋回し、測量機２から見える風景がアイウェア装置３に表示される。測定者は、アイウェア装置３のディスプレイ３１でターゲットを探索し、ターゲットを視界中心に捉えた時、ロックスイッチ３５２を操作する。ターゲットをより精密に捉えたい時はズームスイッチ３５４を操作し、ターゲット視準を一旦やめたい時はリリーススイッチ３５３を操作する。そして、ターゲットを測定したい時に、測定スイッチ３５５を操作する。

以上、本形態の測量システム１によれば、測定者の向いた方向に測量機２が旋回し、測量機２の視軸方向の画像が測定者の目の前に表示される。測定者は、任意の位置で任意の姿勢で、自身の装着しているアイウェア装置３から測量機２の操作・確認を行うことができる。このため、測定者は、リアルタイムかつハンズフリーな操作が行える。

また、アイウェア装置３には、ロックスイッチ３５２，リリーススイッチ３５３，ズームスイッチ３５４，測定スイッチ３５５が備えられているから、測定者は、自身の感覚に基づいてターゲットを絞り込み、測定することができる。

次に、実施の形態に係る測量システム１に関し、好ましい変形例を述べる。実施の形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を用いて説明を割愛する。

（変形例１）
図６は変形例１に係るアイウェア装置３の外観斜視図、図７は変形例１に係るアイウェア装置３の構成ブロック図である。測量機２は、実施の形態と同一である。一方、アイウェア装置３には、まばたき検出カメラ３８が追加されている。操作スイッチ３５は、電源スイッチ３５１のみに変更されている。アイウェア装置３において、まばたき検出カメラ３８は、測定者の顔方向に向けて設けられる。まばたき検出カメラ３８は、測定者のまばたきのモーションを検出する。演算制御部３３は、まばたきをトリガーにして操作を行う。例えば、演算制御部３３は、まばたき２回をロック、３秒目を閉じるをリリース、まばたき３回を測定、と検知して、測量機２に操作指示を送信する。これより、測定者は、測定中は完全なハンズフリーとなり、より楽に測定を行うことができる。

（変形例２）
図８は変形例２に係るアイウェア装置３の外観斜視図である。測量機２は、実施の形態と同一である。一方、アイウェア装置３には、右目用ディスプレイ３１１と左目用ディスプレイ３１２が設けられている。右目用ディスプレイ３１１は、右目用の画像を表示するためのディスプレイであり、測定者の右目に対向する位置に設けられる。左目用ディスプレイ３１２は、左目用の画像を表示するためのディスプレイであり、測定者の左目に対向する位置に設けられる。演算制御部３３は、測量機２から受信した画像を、左目用画像と右目用画像にそれぞれ画像処理して、３Ｄオブジェクトとしてディスプレイ３１に表示する。これにより、測量機２の視軸方向の画像は、測定者の左右の視線が交差する位置に立体オブジェクトとして見えるので、測定者は、ターゲットまでの距離感をつかむことができる。

（変形例３）
図９は変形例３に係るアイウェア装置３の外観斜視図、図１０は変形例３に係るアイウェア装置３の構成ブロック図である。測量機２は、実施の形態と同一である。一方、アイウェア装置３の制御ユニット３２は、操作スイッチ３５を有していない。その代り、操作スイッチ３５に該当するボタンは、全て携帯通信器４０が有している。携帯通信器４０は、スマートフォンやタブレット端末であり、測定アプリをダウンロードすることで、電源スイッチ３５１，ロックスイッチ３５２，リリーススイッチ３５３，ズームスイッチ３５４，測定スイッチ３５５が表示される。すなわち、アイウェア装置３の電源のＯＮ／ＯＦＦ，ロック，リリース，ズーム，測距・測角の操作は、測定者の手元の携帯通信器４０で行われる。この変形であっても、測定者は楽な姿勢で測定を行うことができる。

この他の変形として、アイウェア装置３にスピーカを設け測定者の操作を誘導することや、振動センサを設け操作者を誘導すること、体性感覚に電気的刺激を与えるセンサを設け操作を誘導することも好ましい。

また、アイウェア装置３に視線センサを設けディスプレイ３１に視線マーカを表示するようにして、測定者がターゲットを視界中心に捉える際に視線マーカがガイドとなるように構成するのも好ましい。

以上、本発明の好ましい測量システムおよび測量方法について、実施の形態および変形例を述べたが、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１ 測量システム
２ 測量機
３ アイウェア装置
１１ 水平角検出器（測角部）
１２ 鉛直角検出器（測角部）
１３ 水平回転駆動部
１４ 鉛直回転駆動部
１８ 演算制御部
１９ 測距部
２０ 画像撮像部
２１ 通信部
３１ ディスプレイ
３２ 制御ユニット
３３ 演算制御部
３４ アイウェア側通信部
３５ 操作スイッチ
３６ 加速度センサ
３７ 記憶部
３８ まばたき検出カメラ
４０ 携帯通信器
３５１ 電源スイッチ
３５２ ロックスイッチ
３５３ リリーススイッチ
３５４ ズームスイッチ
３５５ 測定スイッチ

Claims (7)

1. 通信部と，測距光を出射してターゲットまでの距離を測定する測距部と，前記測距部を水平方向および鉛直方向に旋回させる駆動部と，前記測距部の水平方向の回転角と鉛直方向の回転角を測定する測角部と，前記測距光の出射方向を撮影する画像撮像部と，前記通信部から受信した傾きデータ分前記駆動部を動かし、前記画像撮像部で撮影した画像を送信する演算制御部と，を有する測量機と、
   前記通信部と通信するアイウェア側通信部と，装置の前後左右の傾きを検出する加速度センサと，前記加速度センサが検出した傾きデータを前記アイウェア側通信部を介して前記測量機に送信する制御ユニットと，前記アイウェア側通信部が受信した画像を表示するディスプレイと，を有するアイウェア装置と、
   を備えることを特徴とする、測量システム。
2. 前記アイウェア装置の前記制御ユニットは、少なくとも、測定者が前記ターゲットをロックしたい時に操作されるロックスイッチと、測定者が前記ターゲットをリリースしたい時に操作されるリリーススイッチと、測定者が前記ターゲット付近をズームしたい時に操作されるズームスイッチと、測定者が前記ターゲットを測距・測角したい時に操作される測定スイッチと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
   
3. 前記アイウェア装置は、少なくとも、測定者が前記ターゲットをロックしたい時に操作されるロックスイッチと、測定者が前記ターゲットをリリースしたい時に操作されるリリーススイッチと、測定者が前記ターゲット付近をズームしたい時に操作されるズームスイッチと、測定者が前記ターゲットを測距・測角したい時に操作される測定スイッチと、を備える携帯通信器によって操作される
   ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
   
4. 前記アイウェア装置は、まばたき検出カメラをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
   
5. 前記アイウェア装置の前記ディスプレイは、右目用ディスプレイと左目用ディスプレイをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
   
6. 通信部と，測距光を出射してターゲットまでの距離を測定する測距部と，前記測距部を水平方向および鉛直方向に旋回させる駆動部と，前記測距部の水平方向の回転角と鉛直方向の回転角を測定する測角部と，前記測距光の出射方向を撮影する画像撮像部と，前記通信部から受信した傾きデータ分前記駆動部を動かし、前記画像撮像部で撮影した画像を送信する演算制御部を有する測量機と、
   アイウェア側通信部と，装置の前後左右の傾きを検出する加速度センサと，前記加速度センサが検出した傾きデータを前記測量機に送信する制御ユニットと，前記アイウェア側通信部が受信した画像を表示するディスプレイと，を有するアイウェア装置と、
   を用いて、
   前記アイウェア装置は、前記加速度センサで検出した前記アイウェア装置の傾きデータを前記測量機に送信し、
   前記測量機は、前記傾きデータに対応して前記駆動部を動かし、その位置を前記画像撮像部で撮影した画像を前記アイウェア装置に送信し、
   前記アイウェア装置は、前記測量機から受信した画像を前記ディスプレイに表示する
   ことを特徴とする測量方法。
   
7. 前記アイウェア装置は、測定者が前記ターゲットをロックした時に前記測量機の動きをロックし、測定者が前記ターゲットをリリースした時に前記測量機の動きを再開し、測定者が前記ターゲット付近をズームした時に前記画像撮像部の倍率を変更し、測定者が前記ターゲットを測距・測角した時に前記測距部および前記測角部で前記ターゲットを測定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の測量方法。

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