JP2024050348A - 測量システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡便な作業でターゲットを迅速にロックすることができる新たな測量システムを提供する。【解決手段】 望遠鏡の前方の画像を取得する撮像部４０を備える測量機１０と、ＧＮＳＳ装置８５を備え、測量機１０を遠隔操作するコントローラ８０と、ターゲット７２および送光器７３を備えるターゲットユニット７０とを備え、ターゲットユニット７０近傍でＧＮＳＳ装置８５が取得した位置情報に基いて、測量機１０を、ＧＮＳＳ装置８５の方向へ回転し、撮像部４０で送光器７３の発光器と消灯時の画像を取得して、その差分画像に基いて、測量機４０を送光器７３の方向へ回転し、追尾部２４で周辺を走査して、ターゲット７２をロックする。【選択図】図１

Description

本発明は、測量システムに関し、より詳細には自動追尾機能を備える測量機を用いた測量システムに関する。
従来、測量機として、プリズムなどのターゲットを自動的に追尾する追尾機能を備えるものが知られている。追尾部は、送光部と、イメージセンサなどの受光部とを有する。送光部が、測距光とは異なる波長の追尾光を送光し、受光部が追尾光点灯時の風景画像と、追尾光消灯時の風景画像を取得し、両画像の差分を画像解析して、プリズムの中心を検出する。そして、ターゲットの中心と望遠鏡の視準軸との隔たりが一定値以内となるように望遠鏡の回転を制御する。この結果、望遠鏡が常にターゲットの方向を向くように、ターゲットを自動追尾できる。
ターゲットの追尾を開始する際、測量機は、まず、ターゲットを検出し、ターゲットをロックする必要がある。また、ターゲットが急激に移動したり、ターゲットと測量機との間を車両等が横切って遮ったりして、追尾が外れたときも、再度ターゲットをロックしなければならない。
このような場合、追尾部が、追尾光を発光しながら望遠鏡を水平方向および鉛直方向に回転走査し、ターゲットを検出して、ロックするが、時間がかかる。
また、特許文献１は、ターゲットをロックするための、測量機と、ターゲット付ポールと、光送信器を備えるシステムを開示している。特許文献１では、追尾が外れた場合、ターゲット付きポールを把持する作業者が、光送信器で測量機に向けて光信号を送る。測量機は光信号を複数の受光部で受光して、受光量の差から光信号の到来方向を検出して、望遠鏡を光の到来方向へ向ける。ついで望遠鏡を鉛直方向に走査することで、ターゲットを迅速にロックすることできる。
特開２００５－２１４８５４号公報
しかし、特許文献１のシステムでは、追尾が外れたときに、作業者が測量作業をいったん中断して、光送信器を測量機に向けたうえで、光送信器のスイッチを入れ、さらに測量機にターゲット探索の指示を出す必要があった。このため、より簡便な作業で、ターゲットをロックできる技術が求められていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な作業でターゲットを迅速にロックすることができる新たな測量システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の１つの態様に係る測量システムは、以下の構成を有する。
１．測量システムは、測距光をターゲットに送光し、反射した前記測距光を受光してターゲットを測距、測角する測量部と、追尾光をターゲットに送光し、反射した前記追尾光を受光してターゲットの位置を検出し、前記ターゲットを自動追尾する追尾部と、前記測量部および前記追尾部の光学系を格納する望遠鏡と、前記望遠鏡を水平方向に回転する水平回転駆動部および鉛直方向に回転する鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡の前方の風景の画像を取得する撮像部と、前記測量部、前記追尾部、前記水平回転駆動部、前記鉛直回転駆動部、および前記撮像部を制御する測量機制御部を有する測量機；航法信号に基いて自装置の位置情報を取得するＧＮＳＳ装置と、前記測量機を遠隔操作するように構成されたコントローラ制御部とを有するコントローラ；および前記ターゲットと、光を射出する送光器とを有するターゲットユニット；を備える測量システムにおいて、前記測量機制御部と、前記コントローラ制御部は相互に通信可能であり、システム制御部として機能し、前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が第１の点である前記測量機の設置点で取得した位置情報と、前記ＧＮＳＳ装置が前記第１の点から離隔した第２の点で取得した位置情報と、前記測量機が、前記第２の点に設置された前記ターゲットを測角して取得した前記測量機から前記第２の点への方位角に基いて、任意の点における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角を算出可能とし、前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が現在位置で取得した位置情報から算出された前記現在位置における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角と、前記望遠鏡の現在の視準方向の方位角との差に基いて、前記望遠鏡を前記ＧＮＳＳ装置の方向に水平方向に回転させ、前記測量機制御部は、前記撮像部に前記送光器の消灯時および点灯時の画像を取得させ、両画像の差分画像から、前記追尾ガイド光の到来方向を算出し、前記望遠鏡を前記到来方向に回転させ、前記測量機制御部は、前記追尾部で周辺を走査させて、前記ターゲットを捕捉して前記ターゲットをロックする。
また、本発明の別の態様に係る測量システムは、以下の構成を有する。
２．測量システムは、測距光をターゲットに送光し、反射した前記測距光を受光してターゲットを測距、測角する測量部と、追尾光をターゲットに送光し、反射した前記追尾光を受光してターゲットの位置を検出し、前記ターゲットを自動追尾する追尾部と、前記測量部および前記追尾部の光学系を格納する望遠鏡と、前記望遠鏡を水平方向に回転する水平回転駆動部および鉛直方向に回転する鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡の前方の風景の画像を取得する撮像部と、前記測量部、前記追尾部、前記水平回転駆動部、前記鉛直回転駆動部、および前記撮像部を制御する測量機制御部を有する測量機；航法信号に基いて自装置の位置情報を取得するＧＮＳＳ装置と、前記測量機を遠隔操作するように構成されたコントローラ制御部とを有するコントローラ；および前記ターゲットと、光を射出する送光器とを有するターゲットユニット；を備える測量システムにおいて、前記測量機制御部と、前記コントローラ制御部は相互に通信可能であり、システム制御部として機能し、前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が前記測量機の設置点から離隔した第１の点で取得した位置情報と、前記ＧＮＳＳ装置が前記第１の点から離隔した第２の点で取得した位置情報と、前記測量機が前記第１の点および第２の点に設置された前記ターゲットをそれぞれ測角して取得した前記測量機に対する前記第１の点と前記第２の点の間の角度に基いて、任意の点における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角を算出可能とし、前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が現在位置で取得した位置情報から算出された前記現在位置における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角と、前記望遠鏡の現在の視準方向の方位角との差に基いて、前記望遠鏡を前記ＧＮＳＳ装置の方向に水平方向に回転させ、前記測量機制御部は、前記撮像部に前記送光器の消灯時および点灯時の画像を取得させ、両画像の差分画像から、前記追尾ガイド光の到来方向を算出し、前記望遠鏡を前記到来方向に回転させ、前記測量機制御部は、前記追尾部で周辺を走査させて、前記ターゲットを捕捉して前記ターゲットをロックする。
３．上記１および２の構成において、前記送光器は、前記ターゲットを支持するターゲット支持部材の中心軸と直交する平面に沿って前記中心軸周りに全周に光を射出することも好ましい。
４．上記１～３の構成において、前記撮像部は、予め定められた撮像間隔で画像の取得を繰り返し、前記送光器は、前記撮像間隔のｎ倍の間隔で点滅を繰り返し、ここで、ｎは２以上の自然数であり、前記差分画像は、撮像した画像から、そのｎフレーム前に撮像した画像を減算した差分画像であることも好ましい。
５．上記４の構成において、前記測量機制御部は、前記差分画像のうち、前記ある時点で撮像した画像が前記消灯時の画像であり、ｎフレーム後に撮像した画像が前記点灯時の画像となるタイミングを同期ポイントとして監視し、連続する複数の同期ポイントにおける前記差分画像の平均画像から、前記送光器の方向を算出することも好ましい。
６．上記４において、前記ｎは２であることも好ましい。
７．上記１および２において、前記追尾部による走査は、前記差分画像から求めた前記追尾ガイド光の到来方向から把握される鉛直方向の位置を優先して実行されることも好ましい。
８．上記１～７において、前記測量機は、前記水平回転駆動部を備える回転台座と、前記回転台座に立設され、前記望遠鏡を鉛直回転可能に支持する托架部と、前記回転台座との間に画成される空間に、前記望遠鏡、前記托架部および、前記支持部の上端に配置された前記撮像部を格納するカバー部材とをさらに備え、カバー部材の前面には、中央に上下方向に延びる窓が設けられ、上部には前記撮像部の視野を妨げない撮像用窓が設けられており、前記撮像部は、広角レンズを備える広角カメラであることも好ましい。
上記態様に係る測量システムによれば、新たな方法により、簡便な作業でターゲットを迅速にロックすることが可能となる。
本発明の好適な実施形態に係る測量システムの概略構成図である。 同測量システムを構成する測量機の正面図である。 同測量機の内部構造を模式的に示す概略図である。 同測量機のブロック図である。 同測量機が備える撮像部の構成を模式的に示す概略図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、追尾ガイド光の方向算出のための画像を説明する図である。 （Ａ）は、上記システムを構成するターゲットユニットの側面図であり、（Ｂ）は、前記ターゲットユニットの平面図である。 上記システムを構成するコントローラのブロック図である。 プリズムロック機能の処理のフローの一例である。 プリズムロック機能の前工程のイメージ図である。 プリズムロック機能の本工程のイメージ図である。 上記プリズムロック機能における撮像および方向検出工程のフローである。 同撮像工程での撮像と送光器の発光の制御を説明する図である。 同撮像工程での撮像と送光器の発光の制御を説明する図である。 上記実施の形態の変形例に係る測量システムを構成する測量機のブロック図である。 別の変形例に係る測量システムのプリズムロック機能の処理のフローの一例である。 上記プリズムロック機能の前工程のイメージ図である。 さらに別の変形例に係る測量システムを構成する測量機の外観斜視図である。 同測量機の構成ブロック図である。 同測量機を用いたプリズムロック機能の本工程のイメージ図である。
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また、以下の実施形態および変形例の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
１．測量システム
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる測量システム１の概要構成を示す図である。測量システム１は、測量機１０、ターゲットユニット７０、およびコントローラ８０を備える。図示の例において、測量機１０は、自動追尾機能を有するモータドライブトータルステーションであり、コントローラ８０はスマートフォンに測量機１０のコントローラ機能を実装したものである。測量機１０は、任意の点、好ましくはＰ０に設置される。本明細書において、「測量機を既知点に設置する」とは、既知点に設置することだけではなく、任意の点に、測量機を設置した後、後方交会法等により座標既知とすることを含む。
測量システム１はワンマン作業に適しており、作業者は、プリズム７２を備えるターゲットユニット７０を鉛直に保持するとともに、コントローラ８０をホルダで腕に装着する等して持ち歩き、移動しながら各測定点を測定する。
また、測量機１０は撮像部４０を、ターゲットユニット７０は送光器７３を、コントローラ８０はＧＮＳＳ装置８５を備える。遠隔でターゲットの追尾を開始する際、または追尾が外れた際に、以下の動作を実行することで、ターゲットの迅速なロックを可能とする。
具体的には、まず、ＧＮＳＳ装置８５の位置情報に基づいて、測量機１０を水平回転して、視準軸をＧＮＳＳ装置８５の方向に向ける。ここで、ＧＮＳＳ装置８５を有するコントローラ８０を携帯する作業者は、ターゲットユニット７０を保持しているため、ＧＮＳＳ装置８５の方向が、プリズム７２の概略方向（以下、「プリズム７２の粗方向」という。）となる。
次に、送光器７３から追尾ガイド光Ｌｃを射出させ、追尾ガイド光Ｌｃの発光時と消灯時の画像を撮像部４０で撮像して、両画像の差分から追尾ガイド光Ｌｃの到来方向を算出し、視準軸を追尾ガイド光Ｌｃの到来方向に向けるように、測量機１０を回転する。
送光器７３とプリズム７２は水平方向の位置が合致しており、追尾ガイド光Ｌｃの到来方向は、プリズム７２の正確な方向（以下、「プリズム７２の精方向」という。）を示す。その後、追尾機能により周辺を走査することにより、プリズム７２を捕捉して、迅速にロックすることを可能とする。本明細書において、この一連の動作を実行する機能をプリズムロック機能と称する。
以下、測量システム１の各構成要素およびプリズムロック機能の詳細を説明する。
２．測量機１０
測量機１０について、図２～図４を参照して説明する。図２は測量機１０の正面図、図３は測量機１０の内部構造を模式的に示す概略図である。測量機１０は、基盤部１３と、基盤部１３に対して水平方向に回転される回転台座１４と、上面を有する略円筒形状を有し、内部に測量機本体１５を格納するカバー部材１６とを備える。測量機本体１５は、托架部１７、望遠鏡１８、撮像部４０、およびガイド光照射部５０を備える。
基盤部１３は、三脚２に固定される固定座１３ａと、整準ネジ（図示せず）を有する整準台１３ｂと、回転台座１４を軸Ｖ回りに水平回転する回転軸１３ｃと、回転軸１３ｃを回転駆動する水平回転駆動部Ｍ１等の駆動機構を内蔵するケース１３ｄを備える。回転軸１３ｃには、図３では図示しない水平角検出器２１が設けられている。
回転台座１４上には、一対の支持部材１７ａで構成される托架部１７が立設されている。一対の支持部材１７ａの間には、望遠鏡１８が、回転軸１８Ａにより回転可能に支持されている。回転軸１８Ａの一方の端部には、望遠鏡１８を垂直方向に回転駆動する鉛直回転駆動部Ｍ２が固定され、他方の端部には、望遠鏡１８の回転角度を検出する鉛直角検出器２２が設けられている。
托架部１７の上端部には、一対の支持部材１７ａにまたがって水平に配置される水平板１９が固定されている。水平板１９の上面には、測量機制御部２９、ガイド光照射部５０、および撮像部４０が取付けられている。右方の支持部材１７ａの上部には、制御回路基板に実装された測量機制御部２９が配置されている。
ガイド光照射部５０は、作業者を誘導する作業者ガイド光を照射する。ガイド光照射部５０は、左方の支持部材１７ａの上部に配置される。ガイド光照射部５０の光軸と、望遠鏡１８の光軸は、平面視で略平行となるよう構成されている。
カバー部材１６は、上面に突出する突出部１６ａを有し、突出部１６ａの前面は、カバー部材１６の前面と面一となっている。撮像部４０は、水平板１９の中央に配置され、突出部１６ａに格納されている。
カバー部材１６の前面には、突出部１６ａの前面に設けられた撮像用窓１６ｄ、中央に上下方向に延びる望遠鏡用窓１６ｂ、および前面の上隅にガイド光用窓１６ｃの、合計３つの窓が設けられている。
望遠鏡用窓１６ｂは望遠鏡１８の光軸（視準軸）上に形成され、測距部２３および追尾部２４が射出する測距光および追尾光を透過する。ガイド光用窓１６ｃは、ガイド光照射部５０の光軸上に形成されており、作業者ガイド光を透過する。撮像用窓１６ｄは、撮像部４０の前方に形成されており、可視光および追尾ガイド光Ｌｃを透過する。
望遠鏡用窓１６ｂは、僅かに水平方向に傾けられている。望遠鏡用窓１６ｂが視準軸と直交していると、出射された測距光または追尾光が望遠鏡用窓１６ｂの裏面で反射して、望遠鏡に入射して測距・測角に悪影響を与えてしまうのを回避するためである。
回転台座１４のカバー部材１６との接続部には、雨水などの侵入を防止するシール部材（図示せず）が設けられている。
カバー部材１６と測量機本体１５との間には隙間が設けられている。これにより、カバー部材１６の取付け、取り外しの際に、カバー部材１６が測量機本体１５に接触するのを防止できる。カバー部材１６を外しても、望遠鏡１８、撮像部４０、およびガイド光照射部５０の光軸を調整する必要がない。
図４は、測量機１０のブロック図である。図４に示すように、測量機１０では、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部Ｍ１、鉛直回転駆動部Ｍ２、測距部２３、追尾部２４、測量機通信部２５、記憶部２６、ガイド光照射部５０、撮像部４０は、それぞれ測量機制御部２９に接続されている。
水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、アブソリュートエンコーダまたはインクリメンタルエンコーダである。水平角検出器２１は回転台座１４の水平角、すなわち望遠鏡１８の水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、望遠鏡１８の鉛直角を検出する。
水平回転駆動部Ｍ１と鉛直回転駆動部Ｍ２はモータである。測量機制御部２９に制御され、水平回転駆動部Ｍ１は回転軸１３ｃを駆動し、鉛直回転駆動部Ｍ２は、回転軸１８Ａを駆動する。両駆動部の協働により、望遠鏡１８は水平方向および鉛直方向に回転される。
測距部２３は、レーザダイオード等の発光素子を有する送光部、測距光学系、および、アバランシェフォトダイオード等の受光素子を有する受光部を備える（図示せず）。測距部２３は、例えば赤外レーザ光等である測距光を、測距光学系を介してプリズム７２に射出して、その反射光を受光部で受光し、測距光と内部参照光の位相差または時間差からプリズム７２の中心までの距離を測定する。
追尾部２４は、レーザダイオード等の発光素子を有する追尾光送光部、追尾光学系、および、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）等の撮像素子を有する追尾光受光部を備える（図示せず）。追尾部２４は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光を追尾光として射出して、追尾光発光時および追尾光消灯時の視準方向の風景画像を取得し、両画像を測量機制御部２９に出力する。測量機制御部２９は、両画像の差分からターゲットであるプリズム７２の像の中心を求め、ターゲットの位置を算出する。測量機制御部２９は、ターゲット位置の検出結果に基づいて、ターゲットの中心と、望遠鏡１８の視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まるように、水平回転駆動部Ｍ１および鉛直回転駆動部Ｍ２を駆動して、望遠鏡１８が常にターゲットの方向を向くようにする。
測量機通信部２５は、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０と情報の送受信を可能にする通信インタフェイスである。通信手段としては、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信、携帯電話通信網等を用いてよい。通信手段はこれに制限されず、既知の有線および無線通信規格を使用してもよい。測量機１０は、測定結果および撮像部４０で取得した画像を、測量機通信部２５を介してコントローラ８０へ送信する。コントローラ８０から入力された種々の命令は、測量機通信部２５を介して測量機制御部２９に入力される。また、プリズムロック機能を実行するための種々の情報が測量機通信部２５を介して、測量機１０、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０との間で送受信可能である。
記憶部２６は、例えばＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ等のコンピュータ読取可能な記憶媒体である。プリズムロック機能を含む測量機制御部２９の種々の機能を実行するためのプログラムが格納されている。また、記憶部２６は、測量機１０が取得する測定データ等種々のデータを記憶する。
測量機制御部２９は、少なくとも１つのプロセッサ（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit））と少なくとも１つのメモリ（例えばＳＲＡＭ（Static Random Access Memory)，ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory）等）を備える制御演算ユニットである。測量機制御部２９は、プロセッサが、機能を実行するためのプログラムをメモリに読み出して実行することにより測量機１０の機能を実行する。
測量機制御部２９は、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部Ｍ１、鉛直回転駆動部Ｍ２、測距部２３、追尾部２４、測量機通信部２５、記憶部２６、ガイド光照射部５０を制御する。具体的には、各要素が測距測角機能、自動追尾機能を実行するために必要な制御を行う。
測量機制御部２９は、追尾が外れた際に、その旨を報知する信号（以下、ロスト信号という。）を、コントローラ８０およびターゲットユニット７０に送信する。また、測量機制御部２９は、現在位置で取得したＧＮＳＳ装置８５の位置情報から検出された、現在位置における測量機１０に対するＧＮＳＳ装置８５の方位角に基いて、視準方向との差を算出し、望遠鏡１８を水平方向に回転させてＧＮＳＳ装置８５の方向に向ける。また、測量機制御部２９は、撮像部４０に送光器７３の消灯時および発光時の画像を取得させる。両画像の取得時の、送光器７３とのタイミング制御については後述する。両画像の差分画像から送光器７３の方向を算出し、望遠鏡１８を水平方向に回転させて送光器７３の方向に向ける。そして、測量機制御部２９は、追尾部２４で鉛直方向に走査して、プリズム７２をロックする。
なお、測量機制御部２９の機能の少なくとも一部は、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等でハードウェア的に構成されてもよい。ＣＰＬＤやＦＰＧＡを用いた場合、素子上に構成された回路などがその機能を実現する。すなわち、測量機制御部２９は、ソフトウェア的に機能を実現するプロセッサと、ハードウェア的に機能を実現する回路を含む処理回路を含んでよい。
ガイド光照射部５０は、図示しない一対の発光ダイオードと、一対の絞り、直角ミラー、コリメートレンズ等を備えるガイド光光学系とを備える。一対の発光ダイオードの一方は赤色の発光ダイオードであり、他方は緑色の発光ダイオードである。本実施の形態では、ガイド光照射部５０は、測量機１０の視準軸を中心として右側が赤色の光、左側が緑色の光となる水平方向に扇状に伸びる作業者ガイド光が照射されるように構成されている。
撮像部４０は、図５に示すように、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子４１、レンズ４２、フィルタ４３、およびフィルタ切替装置４４を備える、いわゆるデジタルカメラである。撮像部４０は、測量機１０の前方の画像を、動画像または静止画像でリアルタイムに取得可能である。撮像部４０の光軸は、測量機１０の視準軸と、水平方向に平行となるように配置されている。撮像素子４１は、撮像中心を原点とした直交座標系を有し、各画素のローカル座標が特定可能である。
レンズ４２は、視野角が６０°～１００°の広角レンズであり、少なくとも望遠鏡１８の視野よりも広い視野の画像を取得可能である。フィルタ４３は、第１フィルタ４３ａおよび第２フィルタ４３ｂを備える。第１フィルタ４３ａは、可視光の範囲の光を透過させ、それ以外の光を遮蔽する。第２フィルタ４３ｂは、後述する送光器７３が送光する追尾ガイド光Ｌｃの波長を中心としてその近傍の範囲の波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を遮蔽する。第１フィルタ４３ａと第２フィルタ４３ｂは、フィルタ切替装置４４により光路上に出し入れすることにより切替可能である。
プリズムロック機能の実行中は、第２フィルタ４３ｂが光路中に配置される。図６（Ａ），（Ｂ）は、撮像部４０撮像した送光器７３の点灯時の画像４６ａおよび消灯時の画像４６ｂを、図６（Ｃ）はその差分画像４６ｃを説明する図である。図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２フィルタ４３ｂの作用により、追尾ガイド光Ｌｃの像４７が認識されるように撮像される。測量機制御部２９がこの差分画像４６ｃを、公知の手法により画像解析することで、追尾ガイド光４７ｃの像の中心の方向が算出され、すなわち追尾ガイド光Ｌｃの到来方向（プリズム７２の精方向）を算出することが可能となっている。
一方、追尾中および通常の使用中は、第１フィルタ４３ａが光路上に配置される。これにより、測量機１０の前方の風景が撮像される。撮像部４０で撮像された風景は、測量機通信部２５を介してコントローラ８０へ送信され、表示部８２に表示される。
測量機制御部２９が、プリズム７２が追尾から外れたことを感知すると、フィルタ切替装置４４により第２フィルタ４３ｂに切り替えられ、プリズム７２がロックされたことを感知すると、第１フィルタ４３ａに切り替えられる。
３．ターゲットユニット
図７（Ａ）はターゲットユニット７０の側面図、図７（Ｂ）は同平面図である。図１のターゲットユニット７０も参照のこと。
ターゲットユニット７０は、ターゲット支持部材であるポール７１、プリズム７２、および送光器７３を備える。プリズム７２は、ポール７１の中心軸Ａがプリズム７２の光学中心を通過するように、ポール７１の上端に支持されている。プリズム７２の光学中心とポール７１下端までの距離（取付高）は既知である。作業者の移動中は、ポール７１の中心軸Ａを鉛直状態に保持しつつ運ばれ、測定点では、ポール７１の中心軸Ａを鉛直状態に保持しつつポール７１の下端を測定点に当接して、測量機１０で、プリズム７２を測距・測角する。
送光器７３は、円柱形状の筐体７６と、光源７４と、送光器制御部７７と、送光器通信部７８とを備える。送光器７３は、プリズム７２の上端に、筐体７６の中心軸がポール７１の中心軸Ａと一致するように取付けられている。
光源７４は、例えば、赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、追尾ガイド光Ｌｃとして、測距光とも、追尾光とも異なる波長の赤外光を射出する。光源７４は、筐体７６内部の中心近傍に、ポール７１の中心軸Ａ周りの全周に向けて追尾ガイド光Ｌｃを射出するように取り付けられている。筐体７６の外周面には、複数の送光口７５が、ポール７１の中心軸Ａと直交する平面上に、周方向に等間隔で配置されている。送光口７５の数は、図示の例において６個であるが、これに限定されない。図７（Ｂ）に示すように、中心軸Ａ周りの全周方向に放射状に追尾ガイド光Ｌｃが射出されるようになっていることが好ましい。作業者が、意識的に送光口７５を測量機１０の方向に向ける必要がなく、作業が容易になるからである。しかし、送光方向はこれに限定されず、全周方向の一部、または１方向であってもよい。この場合は、作業者が光のポール７１を回転させて射出方向を測量機１０に向ければよいからである。送光器７３の配置は、プリズム７２の上端側に限らず、下端側でもよい。
送光器制御部７７は、例えば、ＣＰＵと、メモリが基板に実装されたマイクロコントローラであり、コントローラ８０からの命令に従ってまたは測量機１０からの信号に応じて、光源７４の作動および停止を制御する。送光器制御部７７は、定められた間隔で光源７４に点滅を繰り返させる。
送光器通信部７８は、コントローラ通信部８４と同等の通信インタフェイスであり、測量機１０およびコントローラ８０との通信を可能とする。送光器通信部７８を介して、送光器７３のコントローラ８０からの駆動命令および測量機１０からの信号が入力される。
本実施の形態において、送光器７３は、測量機１０からの信号に応じて、またはコントローラ８０からの命令に従って、光源７４の作動および停止を制御するようになっている。このことは、省電力の観点から有利である。しかし、これは必須ではなく、送光器７３は、測定中、常時定められた間隔で点滅するようになっていてもよい。この場合、送光器通信部７８は不要であり、単に手動で電源のＯＮ/ＯＦＦができるようになっていればよい。
４．コントローラ８０
図８は、コントローラ８０のブロック図である。コントローラ８０は、測量機１０を遠隔操作する操作端末である。コントローラ８０は、入力部８１、表示部８２、記憶部８３、コントローラ通信部８４、ＧＮＳＳ装置８５、方位センサ８６、およびコントローラ制御部８９を備える。
入力部８１、表示部８２は、コントローラ８０のユーザインタフェイスである。作業者は、入力部８１から、測量機１０の操作指示や情報を入力できる。表示部８２は、タッチパネル式の液晶ディスプレイであり、入力部８１と一体となっている。
コントローラ通信部８４は、測量機通信部２５と同等の構成を備え、測量機１０および送光器７３と情報の送受信を可能とする。
ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)装置８５は、航法衛星から発信される航法信号を受信する装置であり、受信した航法信号から、自装置の現在の位置情報（緯度経度）を取得する。ＧＮＳＳ装置８５としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置が用いられる。これに限らず、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ(GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)、Ｇａｌｉｌｅｏ等の衛星測位システムを利用したものでもよい。ＧＮＳＳ装置８５は、相対測位方式の装置でもよいが単独測位方式の装置で十分である。ＧＮＳＳ装置８５は、プリズム７２の粗方向を得るために用いられるため、高精度な三次元情報の取得による厳密な相対方向の検出を要しないためである。
方位センサ８６は、半導体を用いた電子コンパスである。南北の地磁気を検出して方角を算出する。ＭＲ素子（Magneto Resistive Sensor）を使用したものやＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistive Sensor）を使用したものなど、公知のものが使用可能であり、種類は問わない。
記憶部８３は、例えばフラッシュメモリやＨＤＤ等のコンピュータ読取可能な記憶媒体である。記憶部８３は、測量機１０から入力された計測データや、測量現場の設計データを記憶する。
コントローラ制御部８９は、少なくとも１つのプロセッサ（例えばＣＰＵ）と少なくとも１つのメモリ（例えばＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ等）を備える制御演算ユニットである。
コントローラ制御部８９は、ＧＮＳＳ装置８５により、測量機設置点で取得したＧＮＳＳ装置８５の位置情報と、測量機１０から離隔した任意の点で取得したＧＮＳＳ装置８５の位置情報とに基づいて、任意の点における測量機１０に対するＧＮＳＳ装置８５の方位角を、プリズム７２の粗方向として検出可能とする。また、現在位置におけるＧＮＳＳ装置８５の位置情報から、測量機１０に対するＧＮＳＳ装置８５の方位角を算出して測量機１０に送信する。また、コントローラ制御部８９は、送光器７３に対して、光源７４の作動および停止を命令する。
また、コントローラ制御部８９は、ＧＮＳＳ装置８５の位置情報、方位センサ８６の方位信号と設計データとに基づいて、測量作業用の地図を作成し表示部８２に表示し、測量作業を補助するための様々な機能を実行する。また、コントローラ制御部８９は、測量機１０から受信した撮像部４０が撮像した画像を、表示部８２に表示する。
上記の例においては、スマートフォンを用いてコントローラ８０を構成したが、これに限らず、コントローラ８０は、携帯電話、タブレット、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、データコレクタ等の、通信機能を有する携帯コンピュータ端末により実現することができる。しかし、一般的なスマートフォンには、コントローラ８０の機械構成が全て含まれているため、スマートフォンを用いるとコストの観点から有利である。
なお、コントローラ制御部８９と、測量機制御部２９は、協働して、測量システム１の制御部として機能する。特許請求の範囲におけるシステム制御部は、コントローラ制御部８９と、測量機制御部２９により構成される。
５．プリズムロック機能
以下、測量システム１におけるプリズムロック機能を図９～図１１を参照しながら説明する。図９はプリズムロック機能のフローチャートである。図１０は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０４のイメージ図である。図１１は、ステップＳ１０５～Ｓ１０９のイメージ図である。
最初に、ステップＳ１０１で、前工程として、まず測量機１０を既知点Ｐ０に設置して、コントローラ８０のＧＮＳＳ装置８５と測量機１０の位置合わせを行う。具体的には、コントローラ８０を、測量機１０に近接させ、ＧＮＳＳ装置８５で、測量機１０の設置点での位置情報（緯度経度）を取得する。この位置合わせの精度を向上させるために、測量機１０の上面の、例えば、器械中心と合致する軸Ｖ上に、コントローラ８０を位置決めするためのガイド表示やガイド溝が設けられていてもよい。コントローラ８０の位置情報は、測量機１０の位置として、記憶部８３に記憶される。
次に、ステップＳ１０２で、作業者はコントローラ８０とターゲットユニット７０を保持して、測量機１０にターゲットユニット７０を追尾させた状態で、測量機１０からある程度離れた任意の点Ｐ１に移動し、ＧＮＳＳ装置８５で点Ｐ１での位置情報（緯度経度）を取得して位置合わせする。
次に、ステップＳ１０３で、測量機１０にプリズム７２の測距・測角をさせる。（少なくとも測角すればよい。）測量機１０と同様に、ターゲットユニット７０の送光器７３の上面の中心軸Ａ上にも、コントローラ８０を位置合わせするためのガイド表示やガイド溝が設けられていてもよい。
そして、ステップＳ１０４では、コントローラ制御部８９は、点Ｐ０での位置情報と、点Ｐ１での位置情報から、測量機１０に対するコントローラ８０の方位角を算出し、記憶部８３に記憶させる。測量機制御部２９は、点Ｐ１でのプリズム７２の測定結果から測量機１０で点Ｐ０から点Ｐ１の方位角を算出し、測量機の視準方向を取得する。これにより、コントローラ８０の方位角と、測量機１０の視準方向の基準を一致させる。この後、任意の点Ｐ２に移動したときに、ＧＮＳＳ装置８５で取得した点Ｐ２での位置情報に基づいて、測量機１０に対するＧＮＳＳ装置８５の相対角度（方位角）の算出が可能となる。
なお、さらに、作業者の持ったターゲットユニット７０のプリズム７２を追尾させ、作業者が移動しながら、随時測距・測距することで、測量機１０に対するコントローラ８０の方向を逐次校正を行うように構成してもよい。
作業者は、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０を持って移動する。ＧＮＳＳ装置８５の航法信号の取得は、移動中も随時行われているため、作業者が移動しても、また移動中であっても、プリズム７２の粗方向が把握される。
次に、本工程として、ステップＳ１０５～Ｓ１１０で、追尾部２４による追尾開始の際の、または追尾が外れた際の追尾再開のための作業を説明する。
本工程は、作業者のコントローラ８０を介する命令により手動で、あるいは、測量機１０がロスト信号を送信し、ターゲットユニット７０およびコントローラ８０が受信することにより自動で開始する。自動で開始する場合には、コントローラ８０の表示部８２に追尾が外れたために本工程に移行する旨の表示を表示して、作業者に報知するようになっていてもよい。
本工程が開始すると、ステップＳ１０５で、測量機制御部２９が、コントローラ８０から、ＧＮＳＳ装置８５で取得した現在の位置情報に基づいて、測量機１０とＧＮＳＳ装置８５との方位角を算出して、測量機１０の視準方向の水平方向角と、前記方位角との差に基づいて、水平回転駆動部Ｍ１を駆動させて、望遠鏡１８を水平方向に回転し、望遠鏡１８の視準軸をＧＮＳＳ装置方向（プリズム７２の粗方向）に向ける。水平回転駆動部Ｍ１が停止すると、測量機制御部２９は、回転の終了を報知する信号をコントローラ８０および送光器７３に送信する。
回転終了を報知する信号を受信すると、ステップＳ１０６で、コントローラ制御部８９が、送光器７３に光源７４を駆動させる。また、測量機制御部２９が、フィルタ切替装置４４を駆動して、第２フィルタ４３ｂが撮像部４０の光路上に配置されるように切り替える。
次に、ステップＳ１０７で、追尾ガイド光Ｌｃの発光時と消灯時の画像を撮像して、両画像の差分画像を画像解析することにより追尾ガイド光Ｌｃの位置を検出する。具体的には、測量機制御部２９の制御により、撮像部４０が、送光器７３の点灯時と消灯時の測量機１０の前方の画像を撮像する。測量機制御部２９は、両画像の差分画像を解析して、追尾ガイド光Ｌｃの像を検出する。撮像が終わると、測量機制御部２９は、撮像終了の信号を送光器７３に送信する。
次に、ステップＳ１０８で、測量機制御部２９は、画像解析の結果に基づいて追尾ガイド光Ｌｃの到来方向を算出し、水平回転駆動部Ｍ１を駆動させて望遠鏡１８を回転させ、望遠鏡１８の視準軸を追尾ガイド光Ｌｃの到来方向（プリズム７２の精方向）に向ける。
次に、ステップＳ１０９で、測量機制御部２９は鉛直回転駆動部Ｍ２により望遠鏡１８を上下方向に駆動させて、追尾部２４の追尾光で視準方向周辺を上下に走査させ、プリズム７２を検出する。ステップＳ１０８で追尾ガイド光Ｌｃの到来方向を算出する際、測量機制御部２９は、追尾ガイド光Ｌｃの到来方向のｚ方向の角度も把握している。また、プリズム７２と送光器７３の位置関係は既知であるから、この範囲を優先的に操作することで、より迅速にプリズム７２を検出することが可能となる。
次に、ステップＳ１１０で、測量機制御部２９は、プリズム７２をロックする。同時、に測量機制御部２９は、フィルタ切替装置４４に、第２フィルタ４３ｂから第１フィルタに切り替えさせる。また送光器７３に、プリズムロックの終了を報知する信号を送信する。これにより送光器７３は、光源７４の作動を停止する。そして、フローは終了し、追尾部２４による追尾動作に移行する。
なお、コントローラ８０と測量機１０は、情報の送受信が可能である。従って、本処理のフローにおける、コントローラ制御部８９の処理および測量機制御部２９の処理を、いずれで行っても同じ機能を奏することが可能である。
測量システム１によれば、まず、ＧＮＳＳ装置８５の位置情報に基づいて、測量機１０にプリズム７２の粗方向を向かせ、ついで、撮像部４０で追尾ガイド光Ｌｃを検出して、その到来方向、すなわちプリズム７２の精方向を向かせる。そして追尾部２４の追尾光を上下方向に走査させることで、プリズム７２を探索してロックする。
このように、粗方向、精方向と順に望遠鏡１８をプリズム７２の方向に向けることで、やみくもに全方位を走査することが不要となる。また、粗方向、精方向への回転は、走査しながら回転するわけではないので回転速度を速めることも可能である。また、ステップＳ１０９において、追尾部２４により鉛直方向の走査を行うにあたり、ステップＳ１０７の画像解析の結果より、概ね鉛直方向の角度も把握できている。したがって、測量機制御部２９は、画像解析の結果より求めた鉛直方向の位置の周辺を優先的に走査することで、鉛直走査の時間も短縮することが可能となる。
また、ターゲットの追尾が外れた場合には、測量機１０からの信号により、自動的に、粗方向への回転を実行し、その後、送光器７３の作動および撮像部４０の撮像を自動で開始するように構成したので、作業者は、従来のように、作業を中断して、送光器をターゲットに向けて操作する等の作業を行う必要がなく、作業効率が高くなる。
また、ターゲットユニット７０から射出する追尾ガイド光Ｌｃを、ターゲットユニット７０のターゲット支持部材の中心軸に直交する方向に、中心軸周りの全周に射出するように構成すると、作業者は、測量機１０に向けて、送光器７３の向きをあわせる必要がないので手間が低減される。
本実施の形態において、上記ステップＳ１１０において、追尾部２４により鉛直方向の走査を行うにあたり、ステップＳ１０７の画像解析の結果より、概ね鉛直方向の角度も把握できている。したがって、測量機制御部２９は、画像解析の結果より求めた鉛直方向の位置の周辺を優先的に走査することで、鉛直走査の時間も短縮することが可能となる。
実施の形態において例示した測量機１０は、回転台座１４の上に望遠鏡１８を支持し、ケーシングを持たない托架部１７が立設され、上方から、上面を有する略円筒形状のカバー部材１６で覆われ、カバー部材１６の前面に設けられた望遠鏡用窓１６ｂから視準するように構成されている。このような構成は、測量機１０をコンパクトにし、部品点数を減らすことができ、コスト的に有利であるが、例えば、後述する図１６に示すような、カバー部材１６を備えず、望遠鏡１８Ｂと、托架部１７Ｂがそれぞれケーシングを有するタイプの測量機１Ｂに比較して、望遠鏡１８の視野が狭くなる。したがって、追尾が外れた際の従来技術による追尾部での探索が困難である。上記の広角カメラを用いてより広い範囲を探索可能としたプリズムロック機能およびこのための構成は、測量機１０のようなカバー部材１６を有して構成された測量機を用いた場合、特に有利である。
６．撮像制御
ところで、本実施の形態ではＳ１０７の撮像の際、撮像部４０が送光器７３の点灯時と消灯時の画像を撮像するときに、非同期で、撮像部４０の撮像と、送光器７３の発光のタイミングを制御している。図１２～１４を参照して、この非同期制御について説明する。図１２は、ステップＳ１０７の詳細なフローチャートであり、図１３は、非同期制御のしくみを説明する図である。
ステップＳ１０５で、測量機１０が、ＧＮＳＳ装置８５方向への回転が完了し、その旨の信号を送光器７３に送信すると、ステップＳ１０７が開始する。ステップＳ１０７が開始すると、ステップＳ２０１で、撮像部４０は、予め定められた間隔Ｔ１で撮像を開始する。画像は、順次測量機制御部２９に出力される。間隔Ｔ１は、露光が始まってから、次のフレームの露光が始まるまでの時間である。
同時に、ステップＳ２０２で、送光器制御部７７は、光源７４を作動して、所定の間隔Ｔ２で発光と消灯（点滅）を繰り返す。具体的には、撮像間隔の２フレーム分の時間２Ｔ1の間発光し、同じ時間２Ｔ１の間消灯する、を繰り返す。したがって、所定の間隔Ｔ２は４Ｔ１となる。
次にステップＳ２０３で、測量機制御部２９は、今回のフレームで撮像した画像から、２フレーム前に撮像した画像を減算した差分画像を、を順次生成する。このようなタイミングで撮像および発光をすることで、差分画像は、消灯時の画像から発光時の画像を減算したＯＮ－ＯＦＦの差分画像（図１１において１，２）、消灯時の画像から発光時の画像を減算したＯＦＦ－ＯＮの差分画像（図１１において３、４）が２つずつ含まれる４フレーム分が１セットとなる。測量機制御部２９は、４フレーム分の画像を１セットとして同期ポイントを常時監視する。
次に、ステップＳ２０４で、測量機制御部２９は、同期ポイントの画像が３セット分生成されたときに、平均画像を生成する。平均するセット数は３に限定されないが、撮像時からの遅延と、算出精度の観点から３であると好ましい。
次に、ステップＳ２０５で、測量機制御部２９は、生成した平均画像から追尾ガイド光Ｌｃの像を検出し、追尾ガイド光Ｌｃの方向を算出し、処理を終了する。
ここで、追尾ガイド光Ｌｃの方向を算出するのにあたり、平均画像を用いるのは、算出精度を向上するためである。しかし、平均画像を用いることは必ずしも必要ではない。例えば、ターゲットユニット７０を保持する作業者が移動しながら、プリズムロック機能を使用しようとする場合、平均画像を用いず、１セット分の差分画像から追尾ガイド光Ｌｃの方向を算出してもよい。平均画像を用いると、撮像から平均画像の算出までの時間が遅延となり、算出される方向にずれが生じるからである。
なお、差分画像が、ＯＮ－ＯＦＦであるか、ＯＦＦ－ＯＮであるかは、輝度ピークのレベルから画像解析により把握できる。追尾ガイド光Ｌｃの到来方向の算出にあたっては、ＯＮ－ＯＦＦの差分画像を用いることが好ましい。撮像に対する遅れを低減することができるからである。
後述するように、撮像と発光のタイミングを同期すれば、差分画像の計算は、１度ですむ。一方上記方法では、少なくとも４つの差分画像を生成するため計算量が増大するが、ビニングにより画素数を１／４にすれば、計算量の増大を抑制することができるので問題はない。
本実施の形態では、撮像間隔Ｔ１の２フレーム分の発光時間と２フレーム分の消灯時間の一周期の間に４回撮像するように構成している。このため、図１４に示すように、偶然に、１セットのうちの１つの撮像が発光動作中または消灯動作中に行われたとしても、１セットのうちの必ず１つは確実にＯＮ－ＯＦＦとなるタイミングで撮像することが可能である。なお、発光時間および消灯時間の長さは、厳密に撮像間隔Ｔ１の２倍でなくともよい。発光タイミングはクロック誤差等により必ず遅延が生じるものであるからである。
なお、発光時間および消灯時間は、撮像間隔の２倍に限らず、ｎ倍（ここで、ｎは２以上の自然数，ｎ＝２，３，… である。）とし、２×ｎフレーム分の画像を１セットとして、現在のフレームで撮影した画像と、ｎフレーム後に取得した画像との差分画像を取得するように構成してもよい。しかし、ｎ＝２であると、撮像からの遅延が最小に抑えられるため有利である。
７．変形例１
図１５は、変形例１に係る測量システム１Ａを構成する測量機１０Ａのブロック図である。測量システム１Ａでは、測量システム１が非同期制御により、撮像部４０の撮像タイミングと、送光器７３の発光タイミングを合わせているのに対して、測量機が同期制御することにより、撮像タイミングと発光タイミングを合わせて、発光時と消灯時の画像を取得する。
このために、測量システム１Ａでは測量機１０Ａが測量機１０の構成に加えて、同期制御部６０を備える。同期制御部６０は同期信号を、撮像部４０と送光器７３に送信して、撮像タイミングと発光タイミングを同期させ、消灯時と発光時に画像を取得するように制御する。このようにすることで、１つの差分画像を取得するためには、消灯時に１度、発光時に１度画像を取得するだけでよい。
このように、撮像と発光を同期制御しても、測量システム１と同様に、消灯時と発光時の差分画像を取得して、プリズムロックの機能を奏することが可能である。本変形は、本明細書に記載した別の変形例に係る測量システムにも適用することが可能である。
８．変形例２
変形例２として、測量システム１のプリズムロック機能の処理の別の例を説明する。
図１６は、変形例２に係る、プリズムロック機能の処理のフローである。本フローにおいて、ステップＳ３０６～Ｓ３１１は、図９のステップＳ１０５～Ｓ１１０と同じであるので説明は省略する。図１７は、ステップＳ３０１～ステップＳ３０５のイメージ図である。
前処理を開始すると、ステップＳ３０１で、測量機１０の設置点である点Ｐ０から離隔した点Ｐ１で、コントローラ８０を、ＧＮＳＳ装置８５で、点Ｐ１での位置情報（緯度経度）を取得する。点Ｐ１での位置情報は、記憶部８３に記憶される。
次に、ステップＳ３０２で、測量機１０にプリズム７２を測定させる（少なくとも測角させればよい）。点Ｐ１で、測量機１０にプリズム７２を視準させるのは、例えば追尾部２４による走査など、自動追尾機能やプリズムロック機能とは別の機能を用いることができる。点Ｐ１の測定結果はコントローラ８０に送られる。ステップＳ３０１とＳ３０２の順序は問わない。
次に、ステップＳ３０３で、作業者は、ターゲットユニット７０を保持して、プリズム７２を自動追尾させた状態で、点Ｐ１からある程度離れた点Ｐ２に移動し、点Ｐ２にターゲットユニット７０を設置して、測量機１０にプリズム７２を測定させる（測角）。点Ｐ２での測定結果は、コントローラ８０に送られる。
次に、ステップＳ３０４で、コントローラ８０を測量機１０に近接させ、ＧＮＳＳ装置８５で、点Ｐ２での位置情報（緯度経度）を取得する。点Ｐ２での位置情報は、記憶部８３に記憶される。Ｓ３０３とＳ３０４の順序は問わない。
そして、ステップＳ３０５では、コントローラ制御部８９は、点Ｐ１および点Ｐ２での位置情報と、測量機１０から取得した測量機に対する点Ｐ１から点Ｐ２の角度に基いて、測量機設置点Ｐ０を算出し記憶部８３に記憶させる。これにより、コントローラ制御部８９は、測量機１０に対する点Ｐ１または点Ｐ２の方向角を把握できる。これを測量機１０に送る。測量機制御部２９は、これにより、コントローラ８０の方位角と、測量機１０の視準方向の基準を一致させる。これにより、さらに別の任意の点に移動したときに、ＧＮＳＳ装置８５で取得した該任意の点での位置情報に基づいて、測量機１０に対するＧＮＳＳ装置８５の相対角度（方位角）の算出が可能となる。
本方法では、プリズム７２を２回測定する必要があるが、測量機１０のところまで戻って、位置合わせをする必要がないという利点がある。図９の方法と、図１６の方法は、必要に応じて変更することが可能である。また、本変形は、本明細書に記載した別の変形例に係る測量システムにも適用することが可能である。
９．変形例３
図１８は、変形例３に係る測量システム１Ｂを構成する、測量機１０Ｂの模式的な外観斜視図、図１９は、構成ブロック図である。測量システム１Ｂは、測量機１０に代えて測量機１０Ｂを備える点を除いて同じ構成を有するので全体の詳細な説明は省略する。測量機１０Ｂは、機能的には、測量機１と同等の構成であるが、外観上、以下の点で異なる。測量機１０Ｂは、カバー部材１６を備えない。また、基盤部１３の上に設けられた回転台座１４上に固定されて水平方向に回転可能な托架部１７Ｂが、上方に開口するコの字形状を有する独立のケーシングを有して構成されている。
托架部１７Ｂの下部１７Ｂｂは、横長の直方体形状を有し、前面に、測量機１Ｂを直接操作するための入力部２７と表示部２８を備える。托架部１７Ｂの上部１７Ｂａは左右一対の柱として上方へ延在し、その間に望遠鏡１８Ｂを軸Ｈ回りに鉛直回転可能に支持する。また、望遠鏡１８Ｂの上部には、撮像部４０と同等の構成を有する撮像部４０Ｂが設けられている。
すなわち、測量機１０と測量機１０Ｂの主な違いは、測量機１０では、撮像部４０が、托架部１７の上端に設けられ、水平方向にのみに回転するのに対して、測量機１０Ｂでは、撮像部４０Ｂが、望遠鏡１８Ｂの上部に設けられ、望遠鏡１８Ｂと共に水平方向および鉛直方向に回転可能である点である。
一方、図１９に示す通り、機能的には、測量機１０と測量機1０Ｂは、測量機１０Ｂが入力部２７、表示部２８を備える点を除いて同等の構成を有する。
測量システム１Ｂを用いるプリズムロックのフローは、図９に示す測量システム１のフローと概ね同じである。上記構成の相違点に基いて、本工程のステップＳ１０８，Ｓ１０９における動作が、図２０に示すように異なる。すなわち、ステップＳ１０８において、測量機制御部２９は、画像解析の結果に基づいて追尾ガイド光Ｌｃの到来方向を算出し、水平回転駆動部Ｍ１、および鉛直回転駆動部Ｍ１２を駆動させて望遠鏡１８を回転させ、望遠鏡１８の視準軸を追尾ガイド光Ｌｃの到来方向（プリズム７２の精方向）に向ける。追尾ガイド光Ｌｃの到来方向の算出により、回転すべき、水平角だけでなく、鉛直角度も把握できるからである。
したがって、ステップＳ１０９では、追尾部２４の追尾光を走査させ、プリズム７２を捕捉する際には、現在の視準方向周辺を、鉛直方向および水平方向にわずかに走査するだけで、プリズム７２を捕捉することができる。
このように、望遠鏡１８Ｂと共に回転可能な撮像部４０を有する測量機１０Ｂでは、望遠鏡１８を水平方向および鉛直方向に同時に回転してプリズム７２の精方向に向けるので、さらに迅速にプリズムを捕捉することが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これら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。
１，１Ａ ：測量システム
１０，１０Ａ ：測量機
１４ ：回転台座
１６ ：カバー部材
１６ｄ ：撮像用窓
１７ ：托架部
１７ａ ：支持部材
１８ ：望遠鏡
２４ ：追尾部
２８ ：望遠鏡
２９ ：測量機制御部
４０ ：撮像部
４２ ：レンズ
４６ａ ：画像
４６ｂ ：画像
４６ｃ ：差分画像
４７ ：像
４７ｃ ：追尾ガイド光
７０ ：ターゲットユニット
７２ ：プリズム
７３ ：送光器
７７ ：送光器制御部
８０ ：コントローラ
８５ ：ＧＮＳＳ装置
８９ ：コントローラ制御部
９１ ：回転台座
９２ ：托架部
９３ ：望遠鏡
Ａ ：中心軸
Ｌｃ ：追尾ガイド光
Ｍ１ ：水平回転駆動部
Ｍ２ ：鉛直回転駆動部
Ｖ ：軸

Claims (8)

  1. 測距光をターゲットに送光し、反射した前記測距光を受光してターゲットを測距、測角する測量部と、
    追尾光をターゲットに送光し、反射した前記追尾光を受光してターゲットの位置を検出し、前記ターゲットを自動追尾する追尾部と、前記測量部および前記追尾部の光学系を格納する望遠鏡と、前記望遠鏡を水平方向に回転する水平回転駆動部および鉛直方向に回転する鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡の前方の風景の画像を取得する撮像部と、前記測量部、前記追尾部、前記水平回転駆動部、前記鉛直回転駆動部、および前記撮像部を制御する測量機制御部を有する測量機；
    航法信号に基いて自装置の位置情報を取得するＧＮＳＳ装置と、前記測量機を遠隔操作するように構成されたコントローラ制御部とを有するコントローラ；および
    前記ターゲットと、光を射出する送光器とを有するターゲットユニット；を備える測量システムにおいて、
    前記測量機制御部と、前記コントローラ制御部は相互に通信可能であり、システム制御部として機能し、
    前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が第１の点である前記測量機の設置点で取得した位置情報と、前記ＧＮＳＳ装置が前記第１の点から離隔した第２の点で取得した位置情報と、前記測量機が、前記第２の点に設置された前記ターゲットを測角して取得した前記測量機から前記第２の点への方位角に基いて、任意の点における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角を算出可能とし、
    前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が現在位置で取得した位置情報から算出された前記現在位置における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角と、前記望遠鏡の現在の視準方向の方位角との差に基いて、前記望遠鏡を前記ＧＮＳＳ装置の方向に水平方向に回転させ、
    前記測量機制御部は、前記撮像部に前記送光器の消灯時および点灯時の画像を取得させ、両画像の差分画像から、前記追尾ガイド光の到来方向を算出し、前記望遠鏡を前記到来方向に回転させ、
    前記測量機制御部は、前記追尾部で周辺を走査させて、前記ターゲットを捕捉して前記ターゲットをロックすることを特徴とする測量システム。
  2. 測距光をターゲットに送光し、反射した前記測距光を受光してターゲットを測距、測角する測量部と、
    追尾光をターゲットに送光し、反射した前記追尾光を受光してターゲットの位置を検出し、前記ターゲットを自動追尾する追尾部と、前記測量部および前記追尾部の光学系を格納する望遠鏡と、前記望遠鏡を水平方向に回転する水平回転駆動部および鉛直方向に回転する鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡の前方の風景の画像を取得する撮像部と、前記測量部、前記追尾部、前記水平回転駆動部、前記鉛直回転駆動部、および前記撮像部を制御する測量機制御部を有する測量機；
    航法信号に基いて自装置の位置情報を取得するＧＮＳＳ装置と、前記測量機を遠隔操作するように構成されたコントローラ制御部とを有するコントローラ；および
    前記ターゲットと、光を射出する送光器とを有するターゲットユニット；を備える測量システムにおいて、
    前記測量機制御部と、前記コントローラ制御部は相互に通信可能であり、システム制御部として機能し、
    前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が前記測量機の設置点から離隔した第１の点で取得した位置情報と、前記ＧＮＳＳ装置が前記第１の点から離隔した第２の点で取得した位置情報と、前記測量機が前記第１の点および第２の点に設置された前記ターゲットをそれぞれ測角して取得した前記測量機に対する前記第１の点と前記第２の点の間の角度に基いて、任意の点における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角を算出可能とし、
    前記システム制御部が、前記ＧＮＳＳ装置が現在位置で取得した位置情報から算出された前記現在位置における前記測量機に対する前記ＧＮＳＳ装置の方位角と、前記望遠鏡の現在の視準方向の方位角との差に基いて、前記望遠鏡を前記ＧＮＳＳ装置の方向に水平方向に回転させ、
    前記測量機制御部は、前記撮像部に前記送光器の消灯時および点灯時の画像を取得させ、両画像の差分画像から、前記追尾ガイド光の到来方向を算出し、前記望遠鏡を前記到来方向に回転させ、
    前記測量機制御部は、前記追尾部で周辺を走査させて、前記ターゲットを捕捉して前記ターゲットをロックすることを特徴とする測量システム。
  3. 前記送光器は、前記ターゲットを支持するターゲット支持部材の中心軸と直交する平面に沿って前記中心軸周りに全周に光を射出することを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
  4. 前記撮像部は、予め定められた撮像間隔で画像の取得を繰り返し、
    前記送光器は、前記撮像間隔のｎ倍の間隔で点滅を繰り返し、ここで、ｎは２以上の自然数であり、
    前記差分画像は、撮像した画像から、そのｎフレーム前に撮像した画像を減算した差分画像であることを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
  5. 前記測量機制御部は、前記差分画像のうち、前記ある時点で撮像した画像が前記消灯時の画像であり、ｎフレーム後に撮像した画像が前記点灯時の画像となるタイミングを同期ポイントとして監視し、連続する複数の同期ポイントにおける前記差分画像の平均画像から、前記送光器の方向を算出することを特徴とする請求項４に記載の測量システム。
  6. 前記ｎは２であることを特徴とする請求項４に記載の測量システム。
  7. 前記追尾部による走査は、前記差分画像から求めた前記追尾ガイド光の到来方向から把握される鉛直方向の位置を優先して実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
  8. 前記測量機は、
    前記水平回転駆動部を備える回転台座と、
    前記回転台座に立設され、前記望遠鏡を鉛直回転可能に支持する托架部と,
    前記回転台座との間に画成される空間に、前記望遠鏡、前記托架部および
    前記支持部の上端に配置された前記撮像部を格納するカバー部材とをさらに備え、
    カバー部材の前面には、中央に上下方向に延びる窓が設けられ、上部には前記撮像部の視野を妨げない撮像用窓が設けられており、
    前記撮像部は、広角レンズを備える広角カメラであることを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
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