JP5150229B2 - 測量システム - Google Patents

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Description

本発明は測量システム、特にターゲットの追尾を行う測量システムに関するものである。
従来より距離測定、水平角、鉛直角の測定を行う測量装置として、追尾機能を有する測量装置があり、斯かる測量装置では、該測量装置が具備する視準望遠鏡によりコーナキューブ等の対象反射体(ターゲット)を視準し、視準望遠鏡から追尾光を射出し、ターゲットが移動した場合には、ターゲットからの反射光を受光する様にして、ターゲットを自動的に追尾する様になっている。
通常、追尾機能を有する測量装置では測量装置側は無人で、測量作業者はターゲット側で作業を行う。例えば、ポール等に設けられたターゲットを測量作業者が支持し、リモートコントローラによって作業を実行する。又、測定点毎に測量作業者がターゲットを移動させ、測量装置はターゲットからの反射光を検出しつつターゲットを追尾している。
或はターゲットがブルドーザ等の建設機械の所要位置に立設されたポールに設けられ、作業者はブルドーザ等の建設機械を操作し、測量装置が形成する基準面或は測定で得られる結果に基づき建設機械により整地等の作業を行い、測量装置は建設機械の移動に合わせてターゲットを追尾している。
ところが、ターゲットの移動速度が測量装置の追従速度を超え、視準望遠鏡の視野からターゲットが外れてしまったり、或は測量装置とターゲットとの間に一時的に木、車、人等の障害物が入り、障害物が視準望遠鏡の光路を遮断した場合には、測量装置はターゲットからの反射光を受光することができず、追尾が中断することがある。
これは、一般的な視準望遠鏡では、画角(視野角)が約1°と小さい為であり、追尾の為の反射光の検出範囲が狭いことに起因している。
追尾が中断すると、測量装置はターゲットを探索(サーチ)する動作を開始するが、探索動作は追尾光を射出した状態で視準望遠鏡を上下方向、左右方向に所定範囲回転させることで走査し、ターゲットを検出する。
上記した様に、視準望遠鏡の視野角は小さいので、ターゲットを再検出するには、走査ピッチを細かくし、走査回数を多くする必要がある。
この為、追尾が中断した場合には、再度ターゲットを検出し、追尾が開始できる様になるには多大な時間を要していた。更に、障害物による光路の遮断が頻繁に生じる作業環境では、測定の作業効率が著しく低下するという問題があった。
尚、追尾機能を有する測量装置としては、特許文献1、特許文献2、特許文献3に示されるものがある。
特開平7−198383号公報
特開2000−346645号公報
特開2004−170354号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、ターゲットの追尾を行う測量システムに於いて測量装置がターゲットを見失い、追尾が中断した場合は、迅速に追尾可能な状態に復帰される様にしたものである。
本発明は、ターゲットの追尾機能を有する測量装置と、ターゲット側で前記測量装置を遠隔操作する遠隔制御装置とを具備し、前記測量装置が測定部と、撮像部と、第1無線部と、第1制御演算部とを有し、前記遠隔制御装置が第2無線部と、第2制御演算部と、第2表示部と、第2操作入力部とを有し、前記第1制御演算部はターゲットからの反射光の検出結果に基づき検出結果が追尾範囲の場合は、前記第1無線部を介して前記遠隔制御装置に測定部の測定データを送信し、前記検出結果が追尾範囲を超えた場合は前記第1無線部を介して前記撮像部で撮像した画像データを送信し、前記第2制御演算部は前記第2無線部を介して前記測定データ、画像データを受信し、前記第2表示部に前記測定データ又は画像データを表示する様にした測量システムに係るものである。
又本発明は、前記第2表示部の画像が表示された状態で、画像の表示状態に基づき前記第2操作入力部より視準方向の修正データを前記第2無線部を介して前記測量装置に送信し、前記第1制御演算部は前記修正データを前記第1無線部を介して受信し、視準方向を追尾範囲となる様に修正する測量システムに係り、又前記第2表示部は操作部として機能するタッチパネルを有し、前記第2表示部に表示されたターゲット位置を指定することで、視準方向をターゲットに向ける視準方向の修正データが取得される測量システムに係り、又前記第2表示部にターゲットが表示されていない場合に、前記第2操作入力部より入力した倍率変更の指令を前記測量装置に送信し、前記撮像部の取得する画像データの倍率を変更可能とした測量システムに係り、又前記測定部は、プリズム測定モードとノンプリズム測定モードとによる測距が可能であり、ノンプリズム測定モードでは前記第2表示部には前記撮像部で撮像された画像が表示され、画像中の所要位置を指定することで指定位置の測距が可能である測量システムに係り、更に又前記第2操作入力部により前記第2表示部に表示されたターゲット位置を指定することで、視準方向をターゲットに向ける視準方向の修正データが取得される測量システムに係るものである。
本発明によれば、ターゲットの追尾機能を有する測量装置と、ターゲット側で前記測量装置を遠隔操作する遠隔制御装置とを具備し、前記測量装置が測定部と、撮像部と、第1無線部と、第1制御演算部とを有し、前記遠隔制御装置が第2無線部と、第2制御演算部と、第2表示部と、第2操作入力部とを有し、前記第1制御演算部はターゲットからの反射光の検出結果に基づき検出結果が追尾範囲の場合は、前記第1無線部を介して前記遠隔制御装置に測定部の測定データを送信し、前記検出結果が追尾範囲を超えた場合は前記第1無線部を介して前記撮像部で撮像した画像データを送信し、前記第2制御演算部は前記第2無線部を介して前記測定データ、画像データを受信し、前記第2表示部に前記測定データ又は画像データを表示する様にしたので、作業者は測量装置の追尾が中断したことを直ちに認識でき、画像の状態からどの様な状態で追尾が中断したかが判断でき、適切な対応が可能となる。
又本発明によれば、前記第2表示部の画像が表示された状態で、画像の表示状態に基づき前記第2操作入力部より視準方向の修正データを前記第2無線部を介して前記測量装置に送信し、前記第1制御演算部は前記修正データを前記第1無線部を介して受信し、視準方向を追尾範囲となる様に修正するので、測量装置に対して適切な視準方向の修正の指令が可能であり、迅速に追尾可能な状態に復帰させることが可能である。
又本発明によれば、前記第2表示部は操作部として機能するタッチパネルであり、前記第2表示部に表示されたターゲット位置を指定することで、視準方向をターゲットに向ける視準方向の修正データが取得されるので、測量装置に対して適切な視準方向の修正の指令が可能であり、迅速に追尾可能な状態に復帰させることが可能である。
又本発明によれば、前記第2表示部にターゲットが表示されていない場合に、前記第2操作入力部より入力した倍率変更の指令を前記測量装置に送信し、前記撮像部の取得する画像データの倍率を変更可能としたので、ターゲットが追尾範囲より大きく外れた場合に容易にターゲットの位置を認識できる。
又本発明によれば、前記測定部は、プリズム測定モードとノンプリズム測定モードとによる測距が可能であり、ノンプリズム測定モードでは前記第2表示部には前記撮像部で撮像された画像が表示され、画像中の所要位置を指定することで指定位置の測距が可能であるので、ノンプリズム測定でも所望の位置についての測距が簡単に行える等の優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
本発明に係る測量システムは、測量装置とターゲット側に配置される遠隔制御装置とで構成され、前記測量装置は追尾機能を有し、又測量装置と遠隔制御装置とは無線等の通信手段で相互間でデータの送受信が可能となっている。
先ず、図1に於いて本発明に係る測量システムに用いられる測量装置の一例を説明する。
図1で示す測量装置1はトータルステーションであり、測定点(ターゲット)に向けてパルスレーザ光線を照射し、測定点からのパルス反射光を受光して、各パルス毎に測距を行い、測距結果を平均化して高精度の距離測定を行うものである。
該測量装置1は主に、図示しない三脚に取付けられる整準部2、該整準部2に設けられた基盤部3、該基盤部3に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架部4、該托架部4に水平軸心を中心に回転可能に設けられた望遠鏡部5から構成されている。
前記托架部4は第1表示部6、第1操作入力部7を具備し、前記望遠鏡部5は、ターゲットを視準する望遠鏡8と該望遠鏡8の光学系を通して視準方向の画像を取得する撮像部23(後述)を有している。前記撮像部23が有する受光素子は、例えば画素の集合体であるCCD、CMOS等であり、受光する画素の位置が特定でき、又画素の位置から画角が求められる様になっている。尚、撮像部23は単一の受光素子とするばかりでなく、視準方向の画像を取得する受光素子と追尾用の受光素子とを別体で構成してもよい。
図2は本発明に係る測量システムに用いられるターゲット、遠隔制御装置を示している。
図2では、ターゲット13がポール14の上端に設けられた場合を示しており、前記ターゲット13は前記測量装置1からの追尾光を全周方向から受光し、反射可能な様に複数のプリズム15を有している。
遠隔制御装置16は、前記ポール14に固定具17を介して取付けられ、測量作業者が前記ポール14を支持した状態でも、片手で操作が可能となっている。
前記遠隔制御装置16はタッチパネルとなっている第2表示部18、操作ボタン19等からなる第2操作入力部20等を有し、前記測量装置1と前記遠隔制御装置16とは無線等の通信手段によって、データの送受信が可能となっている。
図3により、概略の構成について説明する。
先ず、前記測量装置1について説明する。
前記望遠鏡部5は、測距光学系を有する測距部21を内蔵し、該測距部21は測距光22を射出すると共に前記ターゲット13からの反射光22′を受光して該ターゲット13迄の光波距離測定を行う。又、前記測距光学系を共通の光学系とした撮像部23を具備している。
前記托架部4には、該托架部4を水平方向に回転させる為の水平駆動部24が設けられると共に前記托架部4の前記基盤部3に対する水平回転角を検出し、視準方向の水平角を検出する水平測角部25が設けられる。又前記托架部4には、水平軸心を中心に前記望遠鏡部5を回転する鉛直駆動部26が設けられると共に前記望遠鏡部5の鉛直角を検出し、視準方向の鉛直角を測角する鉛直測角部27が設けられる。尚、前記測距部21、前記水平測角部25、前記鉛直測角部27は測定部を構成する。
前記托架部4には制御装置28が内蔵され、前記水平駆動部24、前記鉛直駆動部26の駆動を制御して前記托架部4、前記望遠鏡部5を回転して該望遠鏡部5を所定の方向に向け(視準し)、又所定の範囲を走査し、前記望遠鏡8の光学倍率の切換えを行い、或は前記撮像部23による視準方向の画像の取得、更に取得画像の電気的処理倍率の切替えを制御して、所要の倍率の画像を取得し、更に前記測距部21を制御してターゲット13迄の測距を行う。
前記制御装置28は、主に第1制御演算部29、測距制御部30、撮像制御部31、第1記憶部32、第1無線部33、第1表示部6、第1操作入力部7等から構成されている。
又、前記第1制御演算部29には前記測距部21、前記水平測角部25、前記鉛直測角部27からの測定結果が入力され、距離測定、水平角、鉛直角の測定が行われ、測定結果は前記第1制御演算部29を介して前記第1記憶部32に格納されると共に前記第1表示部6に表示される様になっている。
前記第1記憶部32には、各種プログラムを格納するプログラム格納領域と、測定結果等のデータを格納するデータ格納領域とを有し、プログラム格納領域には測定に必要な計算プログラム、或は後述する画像処理を行う為の画像処理プログラム、処理された画像から測定点を選択し、選択された測定点(ターゲット)について測距を実行するプリズム測定プログラム、ターゲット以外の点での測定を実行するノンプリズム測定プログラム、測定のモードを切替えモードに適合した測定条件で実現する測定モード切替プログラム、又測定点を追尾するシーケンスプログラム、測定を開始する際に、又ターゲットを見失った場合にターゲット13を探索する為のサーチプログラム、画像を前記第1表示部6に表示する為の画像表示プログラム、等のプログラムが格納されている。
前記撮像制御部31は、前記撮像部23による画像の取得に関する制御、取得した画像データの処理をする。又、前記撮像制御部31は、前記撮像部23の受光素子に反射光22′が入射した場合の、受光素子からの受光信号を基にターゲットの位置が算出可能である。
前記撮像制御部31は、前記受光素子からの受光信号をビデオ信号に変換し、前記第1表示部6に撮像画像をリアルタイムで表示可能である。
前記第1無線部33は、測距データ、測角データ等の測定データ、及び画像データ、ビデオ信号を前記遠隔制御装置16に送信し、又該遠隔制御装置16からの操作指令を受信する様になっている。
次に、遠隔制御装置16について説明する。
該遠隔制御装置16は、主に第2制御演算部35、第2記憶部36、第2無線部37、第2表示部18、第2操作入力部20等から構成されている。
前記第2記憶部36には、前記測量装置1と無線通信を行う為の通信プログラム、前記第2操作入力部20から、及び前記第2表示部(タッチパネル)18からの操作を、制御指令信号に変換して前記第2無線部37を介して前記測量装置1に送信する制御指令プログラム、前記測量装置1からの測定データ、或はビデオ信号を前記第2表示部18に表示する為の画像表示プログラム、前記第2表示部18上での位置を演算する座標位置演算プログラム等が格納され、又前記第2記憶部36は一部にデータ格納部を有し、該データ格納部には測定データ、該測定データに関連付けられた画像データが格納される様になっている。又、必要に応じて、測定スケジュール、測定地形データ、測定個所等の測定作業補助データが格納され、前記第2操作入力部20を介して作業者が呼出すことで前記第2表示部18に適宜作業補助情報が表示される様になっている。
以下、図4、図5を参照して本発明の作動について説明する。
測定点に前記ターゲット13を設置し、前記測量装置1の電源を投入する。
STEP:01 電源投入後の初期設定として、測定モードをプリズム測定モードであるか、ノンプリズム測定モードであるかを選択する。測定モードの設定がない場合は、自動設定、例えば、プリズム測定モードに設定される(STEP:02)。以下は、最初にプリズム測定モードに設定された場合を説明する。尚、初期の状態では、前記撮像部23で撮像された景色(画像データ)が前記第1表示部6に表示され、又ビデオデータは前記遠隔制御装置16にも送信され、前記第2表示部18にも同一の景色が表示されている。尚、同一の景色ではなく、測定画面(測点情報等)が表示されている場合もある。この場合、作業者による入力操作によって同一の景色を表示することができる。
STEP:03 前記望遠鏡8により前記ターゲット13を視準し、該ターゲット13が前記望遠鏡8の視野の内、追尾可能な範囲(例えば視準点を中心として所定半径内含まれている)に入っていることを確認して、測定、追尾を開始する。図6は初期画面を示しており、画面上で追尾可能な範囲は、点線の丸41で示され、或は視標線42の中心部の欠けた部分で範囲が指定される。
STEP:04、STEP:05 前記撮像部23からの画像信号から、前記ターゲット13を検出し、該ターゲット13の画像上の位置から画角が求められ、求められた画角から前記ターゲット13の方向がターゲットの追尾可能な範囲であるかどうかが判断される。
STEP:06 ターゲットの追尾可能な範囲である場合は、前記第1表示部6、第2表示部18の少なくとも該第2表示部18がプリズム測定画面に切替り、該第2表示部18には、測定位置、測距データ、測角データ等測定に関する情報(測定データ)が表示される。
STEP:07 視準方向が修正され、測定、追尾が開始される。
STEP:08 ターゲットを追尾すると共に測距、測角が継続して実行され、測定結果はリアルタイムで前記第1無線部33より前記第2無線部37に送信され、測定データは前記第2記憶部36に格納されると共に前記第2表示部18に表示される。
STEP:09、STEP:10 追尾の停止指令が前記遠隔制御装置16より発せられると、ノンプリズム測定モードへの測定モードの変更の要否が確認され、測定モードの変更を要しない場合は、測定が終了される。
STEP:11 STEP:04でターゲットの位置を検出した結果、前記ターゲット13の方向がターゲットの追尾可能な範囲から外れている場合、或はSTEP:09で追尾続行状態で、ターゲットの移動速度が測量装置の追従速度を超え、障害物が視準望遠鏡の光路を遮断し、自動追尾が中断した場合は、表示画面の切替えが行われる。
又、表示画面の切替えによって、前記第2表示部18には前記撮像部23で撮像している景色が表示される。追尾が中断した状態では、図6(B)に示される様に、前記ターゲット13は前記丸41から外れた位置にある。
STEP:12 表示画面の切替えによって前記ターゲット13が現れない場合は、表示画像の倍率を変更して広範囲の景色が表示される様にする。倍率の変更は、光学系の倍率を変更してもよく、画像データのデータ処理により電気的に倍率を変更してもよく、或は光学的倍率と、データ処理による倍率の変更を合わせて行ってもよい。
又、倍率の変更は、測量作業者が前記第2表示部18上で倍率変更のボタン43をタッチペンで操作し、倍率変更の指令を前記測量装置1に送信する等、測量作業者の行為で行ってもよく、或は前記撮像制御部31による画像処理で画像データ内に前記ターゲット13を検出できなければ自動的に倍率を変更する様にしてもよい。
STEP:13 前記第2表示部18内に前記ターゲット13を確認できたら、タッチペンで画像上の前記ターゲット13にタッチする。前記第2表示部18でのタッチした位置が前記第2制御演算部35に送出され、該第2制御演算部35では前記測距部21の視準中心、又は前記丸41からの視準方向の偏差が演算され、演算結果が視準方向の修正データとして前記第2無線部37を介して前記第1無線部33に送信される。
尚、前記第2表示部18をタッチパネルとしない場合は、前記第2操作入力部20より画像を見ながら視準方向の遠隔操作を行ってもよい。尚、前記第2操作入力部20にはボタン、ポインティングデバイス(マウス)等も含まれる。
STEP:14 前記第1制御演算部29は、前記第1無線部33を介して視準方向の偏差を受信し、該偏差に基づき前記水平駆動部24、前記鉛直駆動部26を駆動して前記望遠鏡8の視準方向の修正を行う。
STEP:15 視準方向の修正によりターゲットが追尾範囲内に位置すると判断されると、プリズム測定画面に切替り(STEP:06)測定、追尾が続行される。
次に、上記プリズム測定を行っている途中に、ノンプリズム測定を行う場合を説明する。
STEP:10 前記遠隔制御装置16の前記第2表示部18のモード切替ボタン44をタッチペンで操作すると、前記測量装置1にはプリズム測定中止指令が発せられると共に測定モード変更指令が発せられる。
STEP:25 測定モードがノンプリズム測定に変更される。
STEP:26、STEP:27 前記第2表示部18には景色が表示される。表示画像の倍率が調整され、ノンプリズム測定に必要な範囲の画像が表示される。
STEP:28 前記第2表示部18上でタッチペンにより測定位置を指定する。前記第2制御演算部35は、指定した測定位置と視準中心、又は前記丸41からの視準方向の偏差を演算し、演算結果は前記第2無線部37を介して前記第1無線部33に送信される。前記第1制御演算部29は、送信された偏差に基づき前記水平駆動部24、前記鉛直駆動部26を駆動して前記望遠鏡8を指定した点に向けノンプリズム測定を行う。測定結果は前記第1無線部33から前記遠隔制御装置16に送信され、前記第2表示部18に表示される。尚、測定結果を保存する場合は、ノンプリズム測定時の画像と測定結果とを関連付けて格納すると、後での測定結果の識別が容易となる。
ノンプリズム測定モードからプリズム測定モードに戻す場合は、測定後モード変更をすることでSTEP:02のプリズム測定に移行し、ノンプリズム測定モードから測定をそのまま終了させる場合はモード変更をしない指令を発することで、測定作業が終了する。
図7、図8は本発明が建設機械、例えば図示のブルドーザ46を用いて整地作業等の土木工事を行う場合に使用された場合を示している。
前記遠隔制御装置16は前記ブルドーザ46のキャビンに設置され、作業者が第2表示部18が表示する情報を認識しつつ作業が行える様になっており、又前記遠隔制御装置16より前記測量装置1へ制御指令を送信できる様になっている。
前記ターゲット13を支持するポール14は排土板47に立設される。前記ターゲット13と前記排土板47の刃先との間の距離は既知となっており、前記ターゲット13の位置が追尾測定されることで、前記排土板47の刃先、即ち整地面の高さが測定される。
前記測量装置1の前記第1記憶部32、又は前記第2記憶部36には施工データ(土木作業の目的とする仕上りデータ)が格納されている。
該施工データが適宜前記第2表示部18に表示され、又前記撮像部23で撮像した景色が重複して前記第2表示部18に表示され、更に前記施工データを色分けすることで、作業途中の状態と仕上り状態との差が確認でき、作業者の作業性が向上する。又、作業者が、ノンプリズム状態を選択して、画像上から周囲の所定箇所を指定することで、該所定箇所の測定結果が容易に得られ、作業者の位置確認、周囲の状況が容易に判断できる。
尚、図8(A)は、前記測量装置1が前記ターゲット13に視準された状態(追尾可能な状態)、図8(B)は、前記測量装置1が前記ターゲット13を見失っている状態を示している。
本発明に係る測量システムに用いられる測量装置の一例を示す斜視図である。 該測量システムに用いられるターゲット、遠隔制御装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態の概略を示す構成図である。 本発明の実施の形態の作動を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の作動を示すフローチャートである。 (A)はターゲットに視準された状態を示す表示画像の図、(B)はターゲットが追尾範囲を外れた状態を示す表示画像の図である。 本発明の他の実施の形態を示す説明図である。 該他の実施の形態に於いて、(A)はターゲットに視準された状態を示す表示画像の図、(B)はターゲットが追尾範囲を外れた状態を示す表示画像の図である。
符号の説明
1 測量装置
5 望遠鏡部
6 第1表示部
8 望遠鏡
13 ターゲット
15 プリズム
16 遠隔制御装置
17 固定具
18 第2表示部
20 第2操作入力部
21 測距部
23 撮像部
29 第1制御演算部
33 第1無線部
35 第2制御演算部
36 第2記憶部
37 第2無線部

Claims (6)

  1. ターゲットの追尾機能を有する測量装置と、ターゲット側で前記測量装置を遠隔操作する遠隔制御装置とを具備し、前記測量装置が測定部と、撮像部と、第1無線部と、第1制御演算部とを有し、前記遠隔制御装置が第2無線部と、第2制御演算部と、第2表示部と、第2操作入力部とを有し、前記第1制御演算部はターゲットからの反射光の検出結果に基づき検出結果が追尾範囲の場合は、前記第1無線部を介して前記遠隔制御装置に測定部の測定データを送信し、前記検出結果が追尾範囲を超えた場合は前記第1無線部を介して前記撮像部で撮像した画像データを送信し、前記第2制御演算部は前記第2無線部を介して前記測定データ、画像データを受信し、前記検出結果が追尾範囲を超えた場合は前記第2表示部に画像データを表示する様にしたことを特徴とする測量システム。
  2. 前記第2表示部の画像が表示された状態で、画像の表示状態に基づき前記第2操作入力部より視準方向の修正データを前記第2無線部を介して前記測量装置に送信し、前記第1制御演算部は前記修正データを前記第1無線部を介して受信し、視準方向を追尾範囲となる様に修正する請求項1の測量システム。
  3. 前記第2表示部は操作部として機能するタッチパネルを有し、前記第2表示部に表示されたターゲット位置を指定することで、視準方向をターゲットに向ける視準方向の修正データが取得される請求項2の測量システム。
  4. 前記第2表示部にターゲットが表示されていない場合に、前記第2操作入力部より入力した倍率変更の指令を前記測量装置に送信し、前記撮像部の取得する画像データの倍率を変更可能とした請求項1の測量システム。
  5. 前記測定部は、プリズム測定モードとノンプリズム測定モードとによる測距が可能であり、ノンプリズム測定モードでは前記第2表示部には前記撮像部で撮像された画像が表示され、画像中の所要位置を指定することで指定位置の測距が可能である請求項1の測量システム。
  6. 前記第2操作入力部により前記第2表示部に表示されたターゲット位置を指定することで、視準方向をターゲットに向ける視準方向の修正データが取得される請求項2の測量システム。
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