JP6533690B2 - 三次元位置計測システム - Google Patents
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Description
(システム全体)
図1に示すように、三次元位置計測システム1は、測量機2と、測定点側装置4とを備える。符号Xは測定点を示している。測量機2は、三脚を用いて既知の点に据え付けられる。矢印eは測量機2の視線方向を示している。測定点側装置4は、測定点Xの付近にいる作業者により携帯されている。
測量機2は、自動追尾可能なモータドライブトータルステーションであり、図2に示すように、水平角検出器11と、鉛直角検出器12と、傾斜センサ13と、操作部14と、水平回転駆動部15と、鉛直回転駆動部16と、演算制御部17と、記憶部18と、通信部19と、測量機側測距部20と、プリズム撮像部21と、画像撮像部22と、表示部23と、走査部24と、第2の画像撮像部25を備える。
測定点側装置4は、図3に示すように、装置筐体の外部に、プリズム3と、傾斜計シート5を有する。測定点側装置4は、図4に示すように、装置筐体の内部に、演算制御部117と、記憶部118と、通信部119と、装置側測距部120と、レーザポインタ121を備える。
まず、図6を参照して、計測の概要から説明する。以下の処理は、特段の記載が無いものは測量機2の演算制御部17にて行われる。基本は(a)に示すように、まずステップS10で、測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指す。次に、ステップS11で、走査部24でプリズム3を探索走査する。次に、ステップS12で、プリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3が自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS11に戻る。視準できた場合は、ステップS13に移行し、プリズム3を測距測角し、プリズム3の三次元位置を計測する。次に、ステップS14に移行し、画像撮像部22で傾斜計シート5を撮影する。ステップS13とS14は同時に行われてもよい。次に、ステップS15に移行し、プリズム3の三次元位置、傾斜計シート5の傾斜角、および装置側測距部120の計測した距離に基づき、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS16に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS20で測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指し、ステップS21でプリズム3を探索走査し、ステップS22でプリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3がロック(自動視準)できたか判断し、以降ステップS23〜S26はステップS13〜S16と同じである。ステップS27で、自動追尾の停止が指示された場合は、ステップS28に進み追尾を停止する。停止の指示がない場合は、ステップS22に戻り、追尾を続ける。
第1の実施形態における、図6のステップS15またはS25における、三次元位置計算手法について、図7と図8を参照して説明する。
本形態では、図9に示すように、測定点側装置4で、傾斜計シート5は、マーク面41が装置側測距部120の光軸123に対して垂直となるように固定されている。本形態で、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。傾斜計シート5は、装置側測距部120の光軸123方向と逆の外側面に固定されている。プリズム3は、傾斜計シート5と同じ側面に固定されている。プリズム3のプリズム中心Pc(光学的な中心点)は光軸123上となるように配置されている。装置側測距部120の基準点122とプリズム中心Pc間の固定距離LFは予め計測され、測量機2の記憶部18に登録される。測量機2は、第1の実施形態と同様である。これにより、次の手法から測定点Xの三次元位置を計測することができる。
第2の実施形態における三次元位置計算手法について、図10と図11を参照して説明する。計測の概要については、第1の実施形態(図6)と同様である。ステップS211〜S212は、第1の実施形態のステップS111〜S112と同様である。次に、ステップS213で、画像撮像部22の画像でプリズム中心Pcの位置とシート中心Kcの水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量を求め、傾斜計シート5の位置方向(方向ベクトルB)を求める(図11参照)。次に、ステップS214〜S217は、第1の実施形態のステップS114〜S117と同様である。次に、ステップS218で、方向ベクトルB、傾斜角θxおよび傾斜角θyより、測量機2の視線方向から見た傾斜計シート5の法線方向(方向ベクトルA)を求める(図11参照)。次に、ステップS219で、装置側測距部120でノンプリズム測距を行い測定距離LMを得る。ステップS219も、図6のステップS11〜S15またはS21〜S25のどのタイミングで行われてもよい。次に、ステップS220で、測定点側装置4から測定距離LMを通信により取得し、測定距離LMに、装置側測距部120の基準点122からプリズム中心Pcまでの固定距離LFを足して、プリズム3から測定点Xまでのオフセット距離Lを算出する。次に、ステップS221で、プリズム中心Pcの三次元位置から、方向ベクトルAの方向に、オフセット距離Lだけ移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
本形態は、第1の実施形態(平行タイプ)の変形であり、プリズム3を必須構成としない場合の形態である。第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
図13を参照して、第3の実施形態に係る計測の概要を説明する。以下の処理は、特段の記載が無いものは測量機2の演算制御部17にて行われる。基本は(a)に示すように、まずステップS30で、測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指す。ステップS31で、画像撮像部22で傾斜計シート5を撮影する。次に、ステップS32で、画像撮像部22を用いて撮影された画像から、シート中心Kcを画像解析し、ターゲットを自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS31に戻る。視準できた場合は、ステップS33に移行し、シート中心Kcを測距測角し、シート中心Kcの三次元位置を計測する。次に、ステップS34に移行し、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS35に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS20で測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指し、ステップS41で、画像撮像部22で傾斜計シート5を撮影する。次に、ステップS42で、ターゲットとなるシート中心Kcをロック(自動視準)できたか判断し、できた場合は、ステップS43に移行してシート中心Kcを測距測角する。その他のステップS44〜47は、図6のステップS25〜S28と同じである。
第3の実施形態における、図13のステップS15またはS25における、三次元位置計算手法について、図14と図15を参照して説明する。まず、ステップS311で、画像撮像部22の画像で傾斜計シート5のシート中心Kcおよび第2のマーク47のマーク中心Pc´を画像解析する。次に、ステップS312で、第2の測量機側測距部20´でシート中心Kcをノンプリズム測距し、水平角検出器11および鉛直角検出器12でシート中心Kcの測角値を測定して、シート中心KcまでのベクトルP´を求める。次に、ステップS313で、画像撮像部22の画像で第2のマーク中心Pc´の位置とシート中心Kcの水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量を求め、第2のマーク中心Pc´、シート中心Kcおよび測量機2の視点Eから、この三点を含む第1の平面Aを求める(図15参照)。次に、ステップS314〜S317は、第1の実施形態に示すステップS114〜S117と同様である。次に、ステップS318で、ステップS317で求めた傾斜角θxおよび傾斜角θyより、測量機2の視線方向から見た傾斜計シート5の法線方向(方向ベクトルC)を求め、シート中心Kcにおいて方向ベクトルCを法線とする第2の平面Bを求め(図15参照)、ステップS319で、平面Aと平面Bの交線からKc-Pc´方向ベクトルIを求める。次に、ステップS320で、測定点側装置4の装置側測距部120でノンプリズム測距を行い、装置側測距部120の基準点122から測定点Xまでの測定距離LMを得る。なお、このステップS320は、図13のステップS31〜S35またはS41〜S45のどのタイミングで行われてもよい。次に、ステップS321で、測定点側装置4で得た測定距離LMを通信により取得し、測定距離LMに、装置側測距部120の基準点122からシート中心Kcまでの固定距離LFを足して、プリズム3から測定点Xまでのオフセット距離Lを算出する。なお、測定点X、シート中心Kc、基準点122の順で配置されていれば、測定距離LMから固定距離LFを引いたものがオフセット距離Lとなる。次に、ステップS322で、シート中心Kcの三次元位置から、Kc-Pc´方向ベクトルIに沿って、オフセット距離Lだけ移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
本形態は、第2の実施形態(垂直タイプ)の変形であり、第3の実施形態と同様にプリズム3を必須構成としない場合の形態である。上記の実施形態らと同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第4の実施形態における三次元位置計算手法について、図17と図18を参照して説明する。計測の概要については、第3の実施形態(図13)と同様である。まず、ステップS411で、画像撮像部22の画像で、傾斜計シート5のシート中心Kcを画像解析し、傾斜計シート5の位置方向(方向ベクトルB)を求める(図18参照)。次に、ステップS412で、第2の測量機側測距部20´でシート中心Kcをノンプリズム測距し、水平角検出器11および鉛直角検出器12で得たシート中心Kcの測角値を測定して、シート中心KcまでのベクトルP´を求める。次に、ステップS413〜S417は、第2の実施形態におけるステップS214〜S218(図10)と同様である。次に、ステップS418で、測定点側装置4の装置側測距部120でノンプリズム測距を行い、装置側測距部120の基準点122から測定点Xまでの測定距離LMを得る。なお、ステップS418も、図13のステップS31〜S35またはS41〜S45のどのタイミングで行われてもよい。次に、ステップS419で、測定点側装置4で得た測定距離LMを通信により取得し、測定距離LMに、装置側測距部120の基準点122からシート中心Kcまでの固定距離LFを足して、プリズム3から測定点Xまでのオフセット距離Lを算出する。次に、ステップS420で、シート中心Kcの三次元位置から、方向ベクトルAの方向に、オフセット距離Lだけ移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
本形態は、第1の実施形態(平行タイプ)の変形であり、プリズム3のプリズム中心Pcと傾斜計シート5のシート中心Kcが装置側測距部120の光軸123上になくてもよい場合の形態である。上記の実施形態らと同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第5の実施形態における三次元位置計算手法について、図19を参照して説明する。まず、平面Bの法線方向ベクトルC(図6の方向ベクトルCと同じ)と、Kc-Pc方向ベクトルIを求める。これらは、図6のステップS111〜S119から得られる。次に、測定点側装置4の装置側測距部120で、測定距離LMを得る。次に、プリズムPcの三次元位置から、平面Bの法線方向ベクトルCの方向へ固定長Dx´移動し、さらに、Kc-Pc方向ベクトルIの方向に、測定距離LM移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
本形態は、第2の実施形態(垂直タイプ)の変形であり、第5の実施形態と同様にプリズム3のプリズム中心Pcが装置側測距部120の光軸123上になくてもよい場合の形態である。上記の実施形態らと同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第6の実施形態における三次元位置計算手法について、図20を参照して説明する。まず、傾斜計シート5の法線方向ベクトルA(図6の方向ベクトルCと同じ)を求め、プリズム中心Pcにおいて方向ベクトルAを法線とする第2の平面Bと、Kc-Pc方向ベクトルIを求める。これらは、図6のステップS111〜S119から得られる。次に、測定点側装置4の装置側測距部120で、測定距離LMを得る。次に、プリズムPcの三次元位置から、Kc-Pc方向ベクトルIの方向へ固定長Dy´移動し、さらに、方向ベクトルAの方向に、測定距離LM移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。この形態でも、装置側測距部120の基準点122が、プリズム中心Pcを原点にして既知のずれ量D´(Dx´, Dy´, Dz´)の位置に配置されていれば、装置側測距部120を任意の位置に配置しても測定点Xを求められる。このため、測定点側装置4の設計自由度が増す。
以上、第1、第2、第3、第4、第5および第6の実施形態によれば、測定点側装置4が有するレーザポインタ121で測定点を指し示せば、自動で測定点Xの三次元位置が計測されるので、三次元位置計測の作業効率が向上する。例えば、測量機2の望遠鏡視野では測定点Xが狙いにくい場合であっても、障害物等により測量機2から測定点Xが見えない場合であっても、測定点側装置4側の視点から測定点Xを狙えるため、容易に計測することができる。また、従来技術のように測定点Xに指示棒を接触させる必要がないため、指示棒が測定点に置けない,置きにくい場合であっても、容易に計測することができる。
次に、第1〜第6の実施形態の好適な変形例について示す。
2 測量機
3 プリズム
4 測定点側装置
5 傾斜計シート
11 水平角検出器(測角部)
12 鉛直角検出器(測角部)
17 演算制御部
20, 20´ 測量機側測距部
21 プリズム撮像部
22 画像撮像部
41 マーク面
43 マーク
120 装置側測距部
121 レーザポインタ
122 基準点
123 光軸
Kc シート中心
Pc プリズム中心
Km マーク中心
θx, θy 傾斜角
A 第1の平面
B 第2の平面
方向ベクトルI プリズム中心とシート中心を通る方向ベクトル
方向ベクトルA 傾斜計シートの傾斜角から得たマーク面の法線方向
LM 測定距離
LF 固定距離
L オフセット距離
Claims (11)
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して平行に設け、前記プリズムのプリズム中心と前記傾斜計シートのシート中心を前記装置側測距部の光軸上に設けて、
前記プリズムの三次元位置から、前記プリズム中心と前記シート中心を通る方向ベクトルに沿う方向に、前記装置側測距部の基準点から前記プリズム中心までの固定距離と前記装置側測距部で得た測定距離とから得たオフセット距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測する特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して平行に設け、前記プリズムのプリズム中心と前記傾斜計シートのシート中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記プリズム中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、
前記プリズムの三次元位置から、前記基準点のずれ量移動して、前記プリズム中心と前記シート中心を通る方向ベクトルに沿う方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して垂直に設け、前記プリズムのプリズム中心を前記装置側測距部の光軸上に設けて、
前記プリズムの三次元位置から、前記傾斜計シートの傾斜角から得た前記マーク面の法線方向に、前記装置側測距部の基準点から前記プリズム中心までの固定距離と前記装置側測距部で得た測定距離とから得たオフセット距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して垂直に設けられ、前記プリズムのプリズム中心と前記傾斜計シートのシート中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記プリズム中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、
前記プリズムの三次元位置から、前記基準点のずれ量分移動して、前記傾斜計シートの傾斜角から得た前記マーク面の法線方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、ターゲットまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、前記ターゲットを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記ターゲットと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して平行に設け、前記ターゲットのターゲット中心と前記傾斜計シートのシート中心を前記装置側測距部の光軸上に設けて、
前記ターゲットの三次元位置から、前記ターゲット中心と前記シート中心を通る方向ベクトルに沿う方向に、前記装置側測距部の基準点から前記ターゲット中心までの固定距離と前記装置側測距部で得た測定距離とから得たオフセット距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測する特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、ターゲットまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、前記ターゲットを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記ターゲットと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して平行に設け、前記ターゲットのターゲット中心と前記傾斜計シートのシート中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記ターゲット中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、
前記ターゲットの三次元位置から、前記基準点のずれ量移動して、前記ターゲット中心と前記シート中心を通る方向ベクトルに沿う方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、ターゲットまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、前記ターゲットを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記ターゲットと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して垂直に設け、前記ターゲットのターゲット中心を前記装置側測距部の光軸上に設けて、
前記ターゲットの三次元位置から、前記傾斜計シートの傾斜角から得た前記マーク面の法線方向に、前記装置側測距部の基準点から前記ターゲット中心までの固定距離と前記装置側測距部で得た測定距離とから得たオフセット距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、
前記測量機は、ターゲットまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、前記ターゲットを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記ターゲットと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有し、
前記傾斜計シートの前記マーク面を前記装置側測距部の光軸に対して垂直に設けられ、前記ターゲットのターゲット中心と前記傾斜計シートのシート中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記ターゲット中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、
前記ターゲットの三次元位置から、前記基準点のずれ量分移動して、前記傾斜計シートの傾斜角から得た前記マーク面の法線方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
- 前記ポインタは、前記装置側測距部による可視光パルスであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の三次元位置計測システム。
- プリズムまたはターゲットと、測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析できるマークを有する傾斜計シートと、を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれかの三次元位置計測システムに使用される測定点側装置。
- 前記ポインタは、前記装置側測距部による可視光パルスであることを特徴とする請求項10に記載の測定点側装置。
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