JP4452703B2 - Ｇｐｓを用いた測量方法 - Google Patents

Description

本発明は、陸地や島から離れた位置にある対象物などの位置を、近くに基準点が無くても正確に測量する技術に関するものである。

従来より、陸地や島から離れた位置における杭打ち作業においては、杭の位置を正確に測量するために、陸上に設置したトータルステーションなどの測量機から、前記杭に取り付けたターゲットを視準して測量することが行われている。
前記ターゲットをモータ自動追尾方式のトータルステーションで自動追尾することで、杭の位置および傾きをリアルタイムで測量することができる。
なお、トータルステーションとは、測量対象物までの距離と方角とを自動的に測定する機能を備え、自動追尾方式のトータルステーションとは、さらに、視準した所定のターゲットの位置が移動してもモータ駆動によって自動的に追尾する機能を備えた測量機である。

一例として、特許文献１には、視準方向自動調整機構及び視準用ビデオカメラを組み込んだ電子測量機を、杭の打設現場から離れた固定点に設置し、杭を視準用ビデオカメラで撮影して画像処理し、杭及びその現時点での計画打設データに対するズレ量を表示し、その表示に基づき必要に応じて杭の姿勢又は位置の修正操作を行う技術が開示されている。なお、電子測量機は打設現場から遠隔操作する。
また、特許文献２には、ＧＰＳ装置によってグローバル座標が得られるステレオカメラで対象物を撮像し、画像処理によりステレオカメラと対象物との位置関係を求めて、ステレオカメラのグローバル座標と姿勢角から求めた変換式で、前記対象物のグローバル座標を求めるように構成された装置が開示されている。

特開平５−５３０８号公報 特開２００５−９１２９８号公報

しかし、上記方法は、陸上に設定した基準点に設置した測量機の管理のために作業人員を杭打ち船だけでなく、陸上にも配置しなければならないので、人件費や相互連絡の手間や経費がかかるという問題がある。
また、特許文献１に記載された技術では、電子測量機は固定点に設置する必要があるので、海上の杭打ちなどには採用困難である。
また、特許文献２に記載された技術では、ステレオカメラと画像処理装置が必要となるので、海上の杭打ちなどのリアルタイム計測には適さない。

そこで、本発明は、陸上でなくても測量が完結し管理も簡単な計測技術の提供を目的としてなされたものである。

本発明にかかるＧＰＳを用いた測量方法は、
測量現場に配置した構造体から、測量対象物の位置を計測する計測方法において、
構造体上であって上空が開けた３箇所にＧＰＳアンテナを設置するとともに、
これらのＧＰＳアンテナをそれぞれＧＰＳ装置に接続し、さらに、前記構造体上にトータルステーションを配置し、
前記トータルステーションによって前記ＧＰＳアンテナの相対的位置を計測して、前記トータルステーションの位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けるとともに、
前記トータルステーションによって前記測量対象物の相対的位置を計測して、前記測量対象物の位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けることによって、
前記測量対象物のグローバル座標系での位置を得るように構成した。

本発明にかかるＧＰＳを用いた測量方法においては、測量現場に配置した構造体上に３箇所のＧＰＳアンテナとＧＰＳ装置と、トータルステーションとを配置し、前記トータルステーションによって前記ＧＰＳアンテナの相対的位置を計測することによって、前記トータルステーションの位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けする。そして、前記トータルステーションによって前記測量対象物の相対的位置を計測することによって、前記測量対象物の位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けるので、前記測量対象物のグローバル座標系での位置もしくは陸上の所定の位置からの相対的な位置が得られる。
したがって、本発明によれば、陸上でなくても測量が完結し管理も簡単な計測技術を提供することができる。

以下に、本発明にかかるＧＰＳを用いた測量方法を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
１は例えば海面に浮遊している杭打ち船などの構造体である。
この構造体１上であって上空が開けた３箇所にＧＰＳアンテナ２１、２２、２３が設置されている。
これらのＧＰＳアンテナ２１、２２、２３はそれぞれＧＰＳ装置３１、３２、３３に接続され、これらのＧＰＳ装置３１、３２、３３から出力される位置情報は解析用のパソコン４に入力されている。

５１、５２、５３は測量用ターゲットをモータ駆動によって自動追尾する機能を備えたモータ駆動自動追尾式のトータルステーションであり、各トータルステーションは、前記構造体１上であって測量対象の誘導物（例えば杭）に対する視界が開けた位置に設置されている。
以上の構成によって、３つのＧＰＳアンテナを基準点として、当該構造体１上にはグローバル座標系での座標系が構築できる。このグローバル座標系上で前記トータルステーションの位置は固定されているので、前記構造体１が海上で揺れた場合でも３つのＧＰＳアンテナとトータルステーションとは一体的に揺れることになる。

９は測量対象の誘導物（例えば杭）であり、この誘導物９には、前記構造体１上のトータルステーションから見える位置に３つの測量用ターゲット９１、９２、９３が設置されている。

上記構成の測量システム１０を使用して前記誘導物９の位置を測量する手順を説明する。
まず、前記トータルステーションで、３つのＧＰＳアンテナ２１、２２、２３の位置を計測する。この計測によって、前記トータルステーションの位置は、ＧＰＳ装置で得られる位置情報に基づいてグローバル座標系（経度・緯度座標系）における位置として計測される。
このようにして、前記トータルステーションの位置は前記ＧＰＳアンテナ２１、２２、２３の位置に関連付けられ、トータルステーションによる計測値を、ＧＰＳ装置によるグローバル座標に変換する変換式が決定される。

続いて、同じトータルステーションで、前記誘導物９の測量用ターゲット９１、９２、９３の位置を計測する。ここでは、トータルステーションと各ＧＰＳアンテナ２１、２２、２３との間の相対的な３次元位置関係が計測される。この計測によって、前記測量用ターゲット９１、９２、９３の位置は、前記トータルステーションの位置を基準とした個別座標系における位置として計測される。

このようにして、前記トータルステーションを基準とした前記測量用ターゲットの相対的位置を計測することによって、前記測量用ターゲットの位置を前記ＧＰＳアンテナ２１、２２、２３の位置に関連付ける。すなわち、このように前記ＧＰＳアンテナ２１、２２、２３の位置に関連付けられたトータルステーションによって誘導物９の位置を計測すると、前記変換式を用いることによって、トータルステーションで計測された誘導物９の位置は、ＧＰＳ装置で得られる位置情報に基づいてグローバル座標系（経度・緯度座標系）に変換することができるのである。
したがって、前記測量用ターゲット９１、９２、９３の位置は、地上の基準点を基準とした測量をしなくても、グローバル座標系での位置として得られるのである。

このような、ＧＰＳ装置３１、３２、３３によって得られるグローバル座標系での測量情報と、トータルステーションを基準とした測量用ターゲット９１、９２、９３の個別座標系での位置情報とに基づいて、所定の変換プログラムがインストールされた前記解析パソコン４で演算処理することにより、測量用ターゲット９１、９２、９３のグローバル座標系での位置を得ることができるのである。
なお、前記グローバル座標系（経度・緯度座標系）での位置情報と、所定の場所を座標原点とした平面直角座標系とは、所定の変換プログラムを用いてコンピュータで相互に変換することができる。

３つのトータルステーション５１、５２、５３によって、それぞれ測量用ターゲット９１、９２、９３を自動追尾させることによって、杭の位置だけでなく、３つの測量用ターゲット９１、９２、９３の位置関係を計算することにより、杭の傾きもリアルタイムで計測することができる。

なお、ＧＰＳアンテナは３台以上前記構造体１に設置することにより、当該構造体１上にグローバル座標系を構築することができるのである。
なお、前記構造体１は海面で揺れるので、トータルステーションが水平維持機構を備えている場合には、その機構を作動させない。
トータルステーションが１台の場合には、計測点に１個の計測用ターゲットを配置することによって、その計測点の座標（高さを含む）を計測することができる。また、トータルステーションが２台の場合には、杭に２個の計測用ターゲットを配置することで、測量対象物の２次元データ、杭の場合平面位置または傾きを計測することができる。トータルステーションが３台の場合は、杭に３個の計測用ターゲットを配置することで、測量対象物の３次元データ、杭の場合は、その杭の平面位置および傾きを計測することができる。
また、前記構造体上のＧＰＳアンテナを、陸上に配設したトータルステーションのプリズムとして、陸上基準点から自動追尾することも可能である。

なお、本願特許請求の範囲外であるが、１台のＧＰＳ装置を使用することも可能である。この場合、例えば、トータルステーション（例えば可動部分）にＧＰＳ装置（少なくともＧＰＳアンテナ）を固定して一体化した状態で駆動するように構成する。ＧＰＳアンテナをトータルステーションの頂部に配置し、このＧＰＳ装置でトータルステーションの３次元位置をグローバル座標系（経度・緯度座標系）に関連つけ、このようにしてグローバル座標系に関連つけられたトータルステーションで他のトータルステーションの位置を計測することで、他のトータルステーションの位置もグローバル座標系に関連つけられるのである。このようにしてグローバル座標系に関連つけられたトータルステーションで測定対象の杭などを計測する。
また、測量機（トータルステーション）で自動追尾せずに、操作者がトータルステーションを操作して計測用ターゲットに向けて計測することも可能である。
計測用ターゲットが配設されていない場合には、自動追尾はできないが、操作者が測量機を操作して杭を視準し、ノンプリズム計測を行うことで、前記杭の平面位置、傾きを計測することも可能である。
なお、本発明に係るＧＰＳを用いた測量方法は、施工場所（杭打ち場所）が、陸上から離れている場合に有効である。
また、通常の赤外線誘導方式では600ｍ程度の距離が限界であり、プリズムを用いた追尾方式では1000ｍ程度は可能となるが、複数のプリズムを用いた場合にはプリズムの混同問題が発生する。しかし、本発明のように、海上の構造体から近い位置の杭を計測する場合には、複数のプリズムを用いた場合でもプリズムの混同問題は発生しない。

本発明に係るＧＰＳを用いた測量方法は、海上における杭打ち施工に限らず、基準点から離れた場所において正確なグローバル座標系上での位置を測量するために有効な発明である。
例えば、船体の誘導、沈埋函の位置計測、ケーソンの位置計測などにも有効である。

本発明に係るＧＰＳを用いた測量方法の実施例として、例えばRTK（リアルタイムキネマティック測位）-GPSを用いることにより数cmの高精度な測位が可能となる。
RTK-GPSでは、基準局からの距離が10数キロを超える場合には、初期化までの時間が長くかかったり、誤差が大きくなったりするという問題や、測量現場に座標既知点が必要であり、移動局と基準局用に高価なGPS受信機を２台用意しなくてはならないなどの問題がある。
しかし、VRS（Virtual Reference Station）と呼ばれる仮想基準点方式を用いることにより、このような問題を解決することができる。VRS方式では、移動局側では単独測位のNMEAデータを携帯電話でVRS制御センターへ送り、VRS制御センターは電子基準点と移動局から送られてきたデータを処理して補正情報を、携帯電話を介してRTCMデータで移動局に送信する。これによって、移動局のそばにあたかも基準局があるような状態を作り出すことができ、RTK-GPSによる高精度な測位が可能となる。
本発明に係るＧＰＳを用いた測量方法においては、前述した例のようにRTK-GPSを用いることに限定されるものではなく、ＲＴＫに限らず、RTD（リアルタイムダイナミック測位、Real Time Dynamics）などの手法を採用することもできる。

本発明にかかるＧＰＳを用いた測量方法の実施の形態の平面的な概略構成図である。

符号の説明

１ 構造体
９ 測量対象物
１０ 測量システム
２１、２２、２３ ＧＰＳアンテナ
３１、３２、３３ ＧＰＳ装置
５１、５２、５３ トータルステーション

Claims (1)

1. 測量現場に配置した構造体から、測量対象物の位置を計測する計測方法において、
   構造体上であって上空が開けた３箇所にＧＰＳアンテナを設置するとともに、
   これらのＧＰＳアンテナをそれぞれＧＰＳ装置に接続し、さらに、前記構造体上にトータルステーションを配置し、
   前記トータルステーションによって前記ＧＰＳアンテナの相対的位置を計測して、前記トータルステーションの位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けるとともに、
   前記トータルステーションによって前記測量対象物の相対的位置を計測して、前記測量対象物の位置を前記ＧＰＳアンテナの位置に関連付けることによって、
   前記測量対象物のグローバル座標系での位置を得ることを特徴とするＧＰＳを用いた測量方法。

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