JP6741243B2 - レーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラム - Google Patents
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Description
(1)従来使用していた市松模様の標点や球形標点など特殊な標点を必要としないことから、製作や維持、設置手間にかかるコストを大幅に削減することができる。
(2)本願発明に必要な方位点は、2つの鉛直面が交差する直線上に設定することができるため、既設の様々な物が方位点として利用できる。その結果、特殊な準備を行うことなく手軽に計測することができる。
図1は、本願発明のうちの計測段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明の計測段階について説明する。
はじめに、基準点を設置し(Step10)、方位点を設定する(Step20)。基準点はレーザスキャナを設置する点であり、目的とする対象物をレーザ計測するのに都合がよい地点に設置される。一方、方位点は後述するように座標系を確定させるためのものであり、本願発明のため新たに設置することもできるし、既存の構造物等を利用して設定することもできる。基準点と方位点は、それぞれ位置座標を既知とする必要があり、トータルステーションや衛星観測システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)といった従来手法により事前に測量しておく。なお、ここで得られる基準点と方位点の位置座標は、平面座標値と高さからなる3次元座標であり、平面座標値とは緯度と経度あるいは直交座標系(X座標,Y座標)で表されるものであって、高さとは標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。
基準点の設置(Step10)や、方位点の設定(Step20)といった準備が整うと、実際に計測を行う。まず、トランシットやトータルステーションと同様、三脚を利用して水平姿勢を保ちながら、基準点に地上型レーザ計測用のレーザスキャナ(以下、「地上型レーザスキャナ」という。)を設置する(Step30)。このとき、基準点からレーザスキャナ計測中心までの高さ(以下、「機械高」という。)を測っておく。そして地上型レーザスキャナにより、レーザ計測を開始する(Step40)。既述のとおり地上型レーザスキャナは、鉛直面内(つまり水平軸周り)で回転して照射方向を変えながら、しかも水平面内(つまり鉛直軸周り)にも回転しながらレーザパルスを照射する。三面標識10Sにレーザパルスが照射された場合は、主に2つの側板12Sがレーザの反射面となる。
基準点を中心とした方位が把握できると、基準点を基準とする3次元の座標系を設定する(Step60)。例えば、基準点を座標原点とし、南北方向、東西方向、鉛直方向を3軸とする座標系を設定する。あるいはレーザスキャナ計測中心を座標原点とする座標系を設定してもよい。この暫定座標系の設定も、地上型レーザスキャナが内蔵する計算機で処理することができる。なお、得られた方位は概略の値であることから、ここで設定される座標系は「暫定座標系」ということとする。
計測点群の暫定座標に基づいて方位点を算出するため、まずは参照点群を抽出する(Step80)。レーザ計測で得られた多数の計測点をすべて使用して方位点を求めると、相当の計算時間を要することとなる。そこで、多数の計測点のうち方位点算出に役立つもの、すなわち方位点周辺の計測点を「参照点群」として選出し、限られた数の計測点によって方位点を求めることで、計算時間の短縮を図るわけである。
3種類のフィルタリングを経て抽出された参照点群は、比高差フィルタリングを経ていることから概ね平面上に点在している。特に、観測線(2面交差の直線)上に方位点を設定した場合、計測点群(つまり参照点群)は2面(三面標識10Sであれば2つの側板12S)のうちいずれかに反射することから、参照点群は概ね2つの直線付近に点在することとなる。図7は、2直線付近に点在する参照点群を示す平面図である。この2直線の交点が、つまり方位点の位置と考えられるわけである。
ところで、方位点は実際には絶対座標系(例えば世界測地系)における既知点であり、同じく絶対座標系における既知点である基準点との関係から、方位点を暫定座標系に配置することができる。つまり暫定座標系において、既述した2直線の交点から求める方位点(以下、便宜上「算出方位点」という。)と、基準点との関係から配置される方位点(以下、便宜上「変換方位点」という。)の2種類で方位点を表すことができる。本来、算出方位点と変換方位点は一致するはずであるが、方位を概略の値としたことから、あるいは計測誤差が原因で、両者は一致しない場合がある。
図9は、本願発明のうちのモデル化段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明のモデル化段階について説明する。なお、モデル化段階の各処理はコンピュータを使用して実行されるものであり、ここで説明する処理は、具体的にはコンピュータに実行させるためのプログラムを構成する機能である。
はじめに、計測点群記憶手段から、ここで記憶されている計測点群とその確定座標を読み出す(Step130)。ここで読み出した計測点群は、当然ながら3軸からなる確定座標系に配置することができる。ここでは便宜上、確定座標系の3軸を、X軸−Y軸−Z軸の場合で説明する。
構成断面が設定できると、次にセグメント点群を設定する(Step150)。図11は、3軸からなる確定座標系に配置されセグメント点群と構成断面を示すモデル図である。この図に示すようにセグメント点群は、確定座標系に配置した計測点群のうち構成断面の周辺にあるものが抽出されて設定される。具体的には、構成断面から閾値距離以内にある計測点を抽出してセグメント点群を設定する。したがって、それぞれの構成断面でセグメント点群は設定され、言い換えれば、セグメント点群と構成断面は紐付けられているわけである。
セグメント点群が設定できると、ラインデータを生成する(Step160)。図12は、セグメント点群に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図である。本願発明は、計測対象物の外周線を「ラインデータ」として求め、複数のラインデータから構成される3次元形状を計測対象物の3次元モデルとすることを特徴としている。図11に示すセグメント点群は、ある程度、計測対象物の輪郭は想定できるものの、3次モデルを作成できるほどシャープではない。そこで、セグメント点群に基づくラインデータを生成するわけである。
ラインデータが生成できると、計測対象物の3次元モデルを作成する。まずは、複数のラインデータを重ね合わせるように配置し(Step170)、そこから複数の外形面を推定し(Step180)、さらにこの外形面に基づいて3次元モデルを作成する(Step190)。
10S 三面標識
11S (三面標識の)底板
12S (三面標識の)側板
13S (三面標識の)小孔
14S (三面標識の)切り欠き部
20 三脚
30 整準台
Claims (6)
- レーザ計測を行って得られた計測点群の位置座標を、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて求めるレーザ計測方法において、
前記基準点にレーザ計測機械を設置する機械設置工程と、
前記レーザ計測機械からレーザを掃射することで、計測対象物の計測点群を得る計測工程と、
前記基準点を基準とする暫定座標系を設定し、該暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する暫定座標算出工程と、
計測点群の中から、前記方位点を求めるための参照点群を抽出する参照点群抽出工程と、
前記参照点群に基づいて、前記暫定座標系における前記方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する暫定方位点座標算出工程と、
前記基準点の位置座標及び前記方位点の位置座標、並びに前記暫定方位点座標に基づいて、前記暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された前記暫定座標を該確定座標系に変換する確定座標算出工程と、を備え、
前記参照点群抽出工程では、前記基準点と前記方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く比高差フィルタリング、前記基準点と前記方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く距離フィルタリング、及び前記基準点と前記方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く方位フィルタリングによって、前記参照点群が抽出される、ことを特徴とするレーザ計測方法。 - 前記基準点を基点とした方位を計測する方位計測工程を、さらに備え、
前記暫定座標算出工程では、方位計測工程で計測された方位と前記基準点に基づいて暫定座標系を設定する、ことを特徴とする請求項1のレーザ計測方法。 - 前記方位点が、2つの鉛直又は略鉛直な面によって形成される観測線上に設けられた、ことを特徴とする請求項1記載又は請求項2記載のレーザ計測方法。
- 標識を設置する標識設置工程を、さらに備え、
前記標識は、底板、及びレーザの反射面となる2つの側板を有し、該2つの側板は該底板に対して垂直又は略垂直に配置されて該底板に固定されるとともに、該2つの側板が互いに垂直又は略垂直に配置され、かつ該2つの側板によって観測線が形成される構造であり、
前記標識設置工程では、前記2つの側板が鉛直又は略鉛直となる姿勢で、前記標識が設置され、
前記方位点が、前記観測線上に設けられた、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のレーザ計測方法。 - 前記参照点群を2組の点群に分け、各組の点群に基づいてそれぞれ直線を設定する直線設定工程を、さらに備え、
前記暫定方位点座標算出工程では、前記直線設定工程で設定された2直線の交点を暫定方位点座標として算出する、ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載のレーザ計測方法。 - レーザ計測を行って得られた計測点群の位置座標を、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて求める座標算出プログラムにおいて、
前記基準点及び前記方位点の位置座標を、読み出す既知点座標読み出し処理と、
前記基準点に設置されたレーザ計測機械がレーザ掃射した結果、取得された計測対象物の計測点群を、読み出す計測点群読み出し処理と、
前記基準点を基準とする暫定座標系を設定し、該暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する暫定座標算出処理と、
計測点群の中から、前記方位点を求めるための参照点群を抽出する参照点群抽出処理と、
前記参照点群に基づいて、前記暫定座標系における前記方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する暫定方位点座標算出処理と、
前記基準点の位置座標及び前記方位点の位置座標、並びに前記暫定方位点座標に基づいて、前記暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された前記暫定座標を該確定座標系に変換する確定座標算出処理と、をコンピュータに実行させる機能を備え、
前記参照点群抽出処理では、前記基準点と前記方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く比高差フィルタリング、前記基準点と前記方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く距離フィルタリング、及び前記基準点と前記方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く方位フィルタリングによって、前記参照点群が抽出される、ことを特徴とする座標算出プログラム。
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