JP6994879B2 - 測量システム - Google Patents

Description

発明は、測量現場の三次元データを取得する測量システムに関する。

近年、測量現場の三次元測量が頻繁に行われている。例えば特許文献１には、カメラおよびプリズムを搭載した移動体と、トータルステーション（電子式測距測角儀、以下、測量機と称する）とを使用して、測量機でプリズムを追尾してカメラの撮影位置を特定し、写真測量を行う測量システムが開示されている。

特開２０１５－１４５７８４号公報

しかし、特許文献１のような測量システムでは、カメラの照度を確保しなければ、写真測量により得た成果物（三次元マップなど）にデータの抜けが生じることがあった。

本発明は、測量現場の三次元データを取得するにあたり、データの抜けが生じにくい測量システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の測量システムは、移動体と、測距光を発する出射部，反射測距光を受光する受光部，前記受光部の出力に基づき測距を行う測距部，前記測距光の光軸上に配置され前記測距光を偏向する第一光軸偏向部、前記反射測距光の受光光軸上に配置され前記第一光軸偏向部と同一の偏角および方向で前記反射測距光を偏向する第二光軸偏向部，および前記第一光軸偏向部および前記第二光軸偏向部の偏角および方向を検出する出射方向検出部，を有するスキャナと、前記スキャナの姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記スキャナの位置を測定する位置測定装置と、を備える。

上記態様において、前記姿勢検出装置は前記スキャナの三軸の加速度と角速度を検出する慣性計測装置であり、前記位置測定装置はＧＰＳ装置であることも好ましい。

上記態様において、前記姿勢検出装置は前記スキャナの三軸の加速度と角速度を検出する慣性計測装置であり、前記位置測定装置は前記移動体に取り付けたプリズムを追尾する測量機であることも好ましい。

上記態様において、前記姿勢検出装置は前記スキャナの姿勢を写真解析するためのカメラであり、前記位置測定装置は、前記移動体に取り付けたプリズムを追尾する測量機であることも好ましい。

本発明の測量システムによれば、三次元測量の成果物をより高精度に得ることができる。

第１の実施形態に係る測量システムの全体構成図であり、（Ａ）は同システムの側面図、（Ｂ）は同システムの底面図である。 第１の実施形態に係る測量システムに搭載されるフレネルスキャナの構成ブロック図である。 第１の実施形態に係る測量システムの制御ブロック図である。 第１の実施形態に係る測量システムの動作フローチャートである。 第１の実施形態に係る測量システムにより可能なスキャンのイメージ図であり、（Ａ）はスキャンの軌跡の例を示す図、（Ｂ）は同スキャンにより得られる三次元計測のあるイメージ図、（Ｃ）は同スキャンにより得られる三次元計測の別のイメージ図である。 第２の実施形態に係る測量システムの全体構成図である。 第２の実施形態に係る測量用移動装置の構成図であり、（Ａ）は同装置の側面図、（Ｂ）は同装置の底面図である。 第２の実施形態に係る測量システムの制御ブロック図である。 第２の実施形態に係る測量システムの動作フローチャートである。 第３の実施形態に係る測量システムの測量用移動装置の構成図であり、（Ａ）は同装置の側面図、（Ｂ）は同装置の底面図である。 第３の実施形態に係る測量システムの制御ブロック図である。 第３の実施形態に係る測量システムの動作フローチャートである。 第２の実施形態に係る測量システムのある変形例である。 第２の実施形態に係る測量システムの別の変形例である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る測量システム１の構成図であり、（Ａ）は同システム１の側面図、（Ｂ）は同システム１の底面図である。測量システム１は、移動体２と、スキャナ３と、ＧＰＳ装置４と、ＩＭＵ５を有する、測量用移動装置１０である。

移動体２は、自律飛行可能な無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Air Vehicle）である。移動体２は、放射状に延出する複数のプロペラ６と、図示しない飛行ユニットを有し、予め定められた飛行経路を飛行したり、遠隔操作により自由に飛行することが可能である。

ＧＰＳ装置４は、移動体２に固定されており、ＧＰＳ衛星から信号を受信し、ＵＴＣ時刻・緯度・経度を取得する。ＧＰＳ装置４は、スキャナ３の位置を測定する位置測定装置として機能する。

ＩＭＵ（慣性計測装置）５は、移動体２に内蔵されており、３軸ジャイロと３軸加速度センサを有し、スキャナの３軸方向（ロール・ピッチ・ヨー）の角速度と加速度を取得する。ＩＭＵ５は、スキャナ３の姿勢を検出する姿勢検出装置として機能する。

スキャナ３は、レーザ測距光を送光し、スキャン点の三次元位置を計測する。スキャナ３は、光の出射部と受光部にそれぞれ、リズレープリズム（Risley Prism）を備える光軸偏向部が配置されており、測距光を任意の方向に偏向できる。スキャナ３の基準光軸Ｏは、移動体２が水平姿勢の時に鉛直下方向に向くように設けられている（図１（Ａ）参照）。なお、符号３ｏは、基準光軸Ｏ上にあるスキャナ３の測定基準点を示している。

図２はスキャナ３の構成ブロック図である。スキャナ３は、出射部３ａ、受光部３ｂ、測距部３ｃ、スキャン演算部３ｄ、出射方向検出部３ｍを有する。出射部３ａは、発光素子３ｅと、一対のリズレープリズム３ｆ,３ｇを備える。発光素子３ｅからは、測距光３ｈ’が出射される。リズレープリズム３ｆ,３ｇは、測距光の光軸３ｈを中心に対向し、モータドライバ３ｎによりそれぞれ独立に回転可能である。リズレープリズム３ｆ,３ｇは、測距光３ｈ’を偏向する第一光軸偏向部として機能する。受光部３ｂは、受光素子３ｉと、複数のリズレープリズムが連続した、一対のフレネルプリズム３ｊ,３ｋを備える。受光素子３ｉは、スキャン点からの反射測距光を受光する。フレネルプリズム３ｊ,３ｋは、反射測距光３ｌ’の光軸３ｌを中心に対向し、モータドライバ３ｎによりそれぞれ独立に回転可能である。フレネルプリズム３ｊ,３ｋは、反射測距光３ｌ’を偏向する第二光軸偏向部として機能する。なお、図２では、出射側に第一光軸偏向部が配置され、受光側に第二光軸偏向部が配置されているが、出射側と受光側で光軸偏向部を共用する構成であってもよい。

測距部３ｃは、測距光３ｈ’を送光し、受光素子３ｉの受光信号に基づき、測距光３ｈ’が往復する時間を計測することで，スキャン点までの距離を取得する。出射方向検出部３ｍは、モータドライバ３ｎに入力する駆動パルスをカウントすることで、または、エンコーダを使用して、リズレープリズム３ｆ,３ｇの回転方向、回転量、回転速度を検出する。リズレープリズム３ｆ,３ｇを通過することで、測距光３ｈ’は任意の方向に偏向される。スキャン演算部３ｄは、出射方向検出部３ｍからリズレープリズム３ｆ,３ｇの屈折率と回転角を得て、これらに基づき、測距光３ｈ’の偏角および方向を演算する。

出射方向検出部３ｍは、同様に、フレネルプリズム３ｊ,３ｋの回転方向、回転量、回転速度を検出する。スキャン演算部３ｄは、フレネルプリズム３ｊ,３ｋがリズレープリズム３ｆ,３ｇと常に同じ偏角，方向となるように制御する。フレネルプリズム３ｊ,３ｋを通過することで、反射測距光３ｌ’は受光光軸３ｌと合致するように偏向される。

以上の構成により、スキャナ３では、リズレープリズム３ｆ,３ｇの回転位置の組み合わせにより、測距光３ｈ’の偏向角および方向を任意に偏向し、スキャン点の三次元点群データを取得することができる。また、リズレープリズム３ｆ,３ｇの位置関係を固定した状態で、リズレープリズム３ｆ,３ｇを一体回転することで、測距光３ｈ’を、偏向基準軸Ｏ’を中心として、例えば円状に走査させることができる（後述の図３参照）。

図３は測量システム１の制御ブロック図である。測量システム１は、前述したスキャナ３、ＧＰＳ装置４、ＩＭＵ５と、演算制御部７および操作部８を有する。操作部８からは、演算制御部７に対し各種の動作指示や設定を入力できる。

演算制御部７は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積回路に実装したマイクロコントローラである。演算制御部７は、図示しない飛行ユニットを制御するとともに、スキャナ３から三次元点群データ（スキャン点までの距離および角度）を取得し、ＧＰＳ装置４からスキャナ３の位置情報（緯度および経度）を取得し、ＩＭＵ５からスキャナ３の姿勢情報（ロール角・ピッチ角・ヨー角）を取得する。三次元点群データとスキャナの位置情報および姿勢情報には、それぞれ、スキャナ３の送光信号の出力のタイミングで、ＧＰＳ装置４による時刻情報が付与される。演算制御部７は、時刻情報に基づき、スキャナ３で得た三次元点群データと、ＧＰＳ装置４で得たスキャナの位置情報と、ＩＭＵ５で得たスキャナの姿勢情報を紐づけて記録する。演算制御部７は、さらに、スキャナ３で得た三次元位置をスキャナの位置と姿勢で補正するスキャン位置補正部７Ａを有する。この詳細は後述する。

次に、図４を参照して、測量システム１の動作フローを説明する。

まず、ステップＳ１０１で、測量システム１の演算制御部７は、ＧＰＳ装置４から、三次元位置（絶対座標）を取得する。ＧＰＳ装置４とスキャナ３は一体となっているので、ＧＰＳ装置４が取得した位置情報はスキャナの位置とみなすことができる。

次に、ステップＳ１０２で、ステップＳ１０１と並行して、スキャナ３は、測距・測角をし、スキャン点の三次元位置を計測する。

次に、ステップＳ１０３で、ステップＳ１０１～Ｓ１０２と並行して、ＩＭＵ５は、スキャナの姿勢（ロール角・ピッチ角・ヨー角）を検出する。

次に、ステップＳ１０４で、演算制御部７は、ステップＳ１０１でＧＰＳ装置４から得たスキャナの位置情報と、ステップＳ１０２でスキャナ３から得たスキャン点の三次元点群データと、ステップＳ１０３でＩＭＵ５から得たスキャナの姿勢情報を、時刻によって紐づける。そして、スキャン位置補正部７Ａは、ステップＳ１０２で得たスキャン点の三次元位置を、スキャナの位置と姿勢で補正する。

具体的に、ステップＳ１０１で、スキャナ３の位置が絶対座標で取得されている。また、ステップＳ１０３で、スキャナ３の傾き（姿勢）が分かっている。従って、スキャン位置補正部７Ａは、スキャナの基準光軸Ｏをスキャナの姿勢方向に補正し、ＧＰＳ装置４で得た座標をスキャナの測定基準点３ｏとして、スキャナ３が測定した各スキャン点までの距離・角度を、再計算する。

最後に、ステップＳ１０５で、演算制御部７は、ステップＳ１０４で補正したスキャン点の三次元位置（絶対座標）を記憶し、動作を終了する。

以上の測量システム１によれば、次の効果が得られる。測量システム１では、スキャナ３（レーザスキャナ）を使用しているので、照度に起因する三次元測量成果物のデータ欠けは生じない。

また、測量システム１を使用すれば、スキャナ３により、測距光３ｈ’を自由に偏向できるので、測距光３ｈ’を高速で回転させることで、図５（Ａ）に示すような、二次元円状の走査が可能である（図中の矢印は移動体２の進行方向を示している）。高速に偏向させることで、図５（Ｂ）に示すように、ランダムな点の三次元点群データを取得することができるので、測量現場の草木なども測定することができる。または、図５（Ｃ）に示すように、スキャンしたい構造物に向けてスキャンすれば、構造物の上面５２にしか測距光が当たらないラインスキャナ（一次元走査）に対し、スキャナ３は、構造物の上面５２だけでなく側面５１にも測距光を当てることができる。このため、測量現場の三次元測量にあたり、成果物のデータの抜けを減らすことができる。なお、上記は一例であり、スキャナ３は、ラインスキャンや、その他の任意のスキャンが可能である。

（第二の実施形態）
以下、第１の実施形態と同一の要素については、同一の符号を使用して説明を割愛する。図６は第２の実施形態に係る測量システム１’の全体構成図であり、図７は測量システム１’の測量用移動装置の構成図であり、（Ａ）は同装置の側面図、（Ｂ）は同装置の底面図である。図６に示すように、測量システム１’は、測量用移動装置１０’と、測量機２０で構成される。

図７（Ａ）に示すように、測量用移動装置１０’は、移動体２と、スキャナ３と、ＩＭＵ５と、測量機２０のターゲットとなるプリズム９とを有する。本形態では、プリズム９は、スキャナ３のレンズ部の先端横に固定されている。プリズム９の固定位置はこれ以外の箇所であってもよいが、スキャナの測定基準点３ｏとプリズム９の光学中心（光学的な反射点）９ｏとのロール軸・ピッチ軸・ヨー軸方向の各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）は、プリズム９を取り付ける際に既知としておく。

測量機２０は、ターゲットを自動追尾可能なトータルステーションであり、水平回転する本体２０ａと、本体２０ａに鉛直回転可能に設けられた望遠鏡２０ｂとを有する（図６）。測量機２０は、三脚を用いて既知の点に据え付けられている。本形態において、測量機２０は、スキャナ３の位置を測定する位置測定装置として機能する。

図８は測量システム１’の制御ブロック図である。測量用移動装置１０’側は、スキャナ３、ＩＭＵ５、演算制御部７、操作部８、通信部１１、およびタイマ１２を有する。演算制御部７は、スキャナ３から三次元点群データ（スキャン点の距離および角度）を取得し、ＩＭＵ５からスキャナ３の姿勢情報（ロール角・ピッチ角・ヨー角）を取得する。演算制御部７は、スキャナ３の送光信号の出力のタイミングでタイマ１２からシステムタイムを取得し、三次元点群データとスキャナの姿勢情報に時刻を付与する。スキャン位置補正部７Ａは、スキャナ３で得た三次元位置をスキャナの位置と姿勢で補正する。この詳細は後述する。

測量機２０側は、水平角検出器２１と、鉛直角検出器２２と、水平回転駆動部２３と、鉛直回転駆動部２４と、表示部２５と、操作部２６と、演算制御部２７と、追尾部２８と、測距部２９と、記憶部３０と、通信部３１と、タイマ３２を有する。

水平回転駆動部２３と鉛直回転駆動部２４は、モータであり、演算制御部２７に制御されて、それぞれ水平回転軸と鉛直回転軸を駆動する。表示部２５と操作部２６は、測量機２０のインターフェースであり、測量作業の指令・設定や作業状況および測定結果の確認などが行える。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は水平回転軸に対して設けられ本体２０ａの水平方向の回転角を検出する。鉛直角検出器２２は鉛直回転軸に対して設けられ望遠鏡２０ｂの鉛直方向の回転角を検出する。

追尾部２８は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ等を追尾光として出射する追尾送光系と、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを有する追尾受光系を有する。追尾部２８は、追尾光を含む風景画像と追尾光を除いた風景画像を取得し、両画像を演算制御部２７に送る。演算制御部２７は、両画像の差分からターゲット像の中心を求め、ターゲット像の中心と望遠鏡２０ｂの視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まる位置をターゲットの位置として検出し、常に望遠鏡２０ｂがターゲットの方向を向くように、自動追尾する。

測距部２９は、赤外レーザ等の測距光をターゲットに射出する測距送光系と、フォトダイオード等で反射測距光を受光する測距受光系を有する。測距部２９は、ターゲットからの反射測距光を測距受光系で受光するとともに、測距光の一部を分割して内部参照光として受光し、反射測距光と内部参照光との位相差に基づきターゲットまでの距離を測定する。また、水平角検出器２１と鉛直角検出器２２の検出値から、ターゲットを測角する。

演算制御部２７は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積回路に実装したマイクロコントローラであり、回転駆動部２３,２４の制御、測距部２９および追尾部２８の制御を行う。演算制御部は、測距部２９の送光信号の出力のタイミングでタイマ３２からシステムタイムを取得し、測距・測角値に時刻を付与する。記憶部３０は、例えばハードディスクドライブであり、上記演算制御のための各種プログラムが格納されている。測距部２９が取得したターゲット位置（距離および角度）は、時刻情報とともに記憶部３０に記憶される。通信部３１は、測量用移動装置１０’側の通信部１１との間で無線通信が可能であり、演算制御部２７の制御下において、記憶部３０に記憶されたターゲット位置を測量用移動装置１０’へ送信する。

次に、図９を参照して、測量システム１’の動作フローを説明する。

まず、ステップＳ２０１で、測量機２０は測量用移動装置１０’のプリズム９の自動追尾を開始する。

次に、ステップＳ２０２で、測量機２０は、自動追尾した位置を測距部２９で測距・測角し、プリズム９の三次元位置（絶対座標）を測定する。測量機２０は、プリズム９の三次元位置を、測量用移動装置１０’に送信する。

次に、ステップＳ２０３で、ステップＳ２０１～Ｓ２０２と並行して、測量用移動装置１０’は、スキャナ３で測距・測角をし、スキャン点の三次元位置を計測する。

次に、ステップＳ２０４で、ステップＳ２０１～Ｓ２０３と並行して、測量用移動装置１０’は、ＩＭＵ５からスキャナの姿勢（ロール角・ピッチ角・ヨー角）を検出する。

次に、ステップＳ２０５で、測量用移動装置１０’の演算制御部７は、ステップＳ２０２で測量機２０から得たプリズム９の位置情報と、ステップＳ２０３でスキャナ３から得たスキャン点の三次元点群データと、ステップＳ２０４でＩＭＵ５から得たスキャナの姿勢情報を、時刻によって紐づける。そして、スキャン位置補正部７Ａは、ステップＳ２０３で得たスキャン点の三次元位置を、スキャナの位置と姿勢で補正する。

具体的に、ステップＳ２０２で、プリズム９の位置が絶対座標で、かつ測量機２０により精密に測定されている。また、ステップＳ２０４で、スキャナ３の傾き（姿勢）が分かっている。従って、スキャン位置補正部７Ａは、スキャナの基準光軸Ｏをスキャナの姿勢方向に補正し、プリズム９の座標から各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）だけ移動させた座標をスキャナの測定基準点３ｏとして、スキャナ３が測定した各スキャン点までの距離・角度を、再計算する。

最後に、ステップＳ２０６で、測量用移動装置１０’は、ステップＳ２０５で補正したスキャン点の三次元位置（絶対座標）を記憶し、動作を終了する。

本形態の測量システム１’を使用すれば、第１の実施形態で得られた効果に加えて、スキャナ３の位置（スキャナの測定基準点３ｏ）が、測量機２０を使用して高精度で得ることができるので、三次元点群データの精度をより上げることができる。

（第三の実施形態）
以下、第１または第２の実施形態と同一の要素については、同一の符号を使用して説明を割愛する。第３の実施形態に係る測量システム１”の全体構成図は図６と同様である。図１０は、第３の実施形態に係る測量用移動装置１０”の構成図であり、（Ａ）は同装置の側面図、（Ｂ）は同装置の底面図である。図１１は、測量システム１”の制御ブロック図である。

図１０に示すように、測量システム１”は、測量用移動装置１０”と、測量機２０で構成される。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、測量用移動装置１０”は、移動体２と、スキャナ３と、プリズム９と、そして、ＩＭＵ５に代えてカメラ１３を有する。プリズム９は、第２の実施形態と同様に、スキャナ３のレンズ部の先端横に固定されている。スキャナ３の測定基準点３ｏとプリズム９の光学中心９ｏとのロール軸・ピッチ軸・ヨー軸方向の各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）は、プリズム９を取り付ける際に既知としておく。

カメラ１３は、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できるようになっている。例えば、各画素は、カメラ１３の撮像光軸Ｏ”を原点とした座標系で画像上での位置が特定される。カメラ１３は、移動体２に内蔵されており、スキャナ３の機械機構と位置をずらして固定されている。カメラ１３の撮像光軸Ｏ”は、移動体２が水平姿勢の時に鉛直下方向に向くように設けられている（図１０（Ｂ）参照）。本形態で、カメラ１３は、スキャナ３の姿勢を検出する姿勢検出装置として機能する。

測量システム１”の制御系は、図１１に示すように、測量用移動装置１０”側は、スキャナ３、演算制御部７、操作部８、通信部１１、タイマ１２、およびカメラ１３を有する。演算制御部７は、スキャナ３から三次元点群データ（スキャン点の距離および角度）を取得し、カメラ１３から画像データを取得する。演算制御部７は、スキャナ３の送光信号の出力のタイミングでタイマ１２からシステムタイムを取得し、三次元点群データと画像データに時刻を付与する。スキャン位置補正部７Ａは、スキャナ３で得た三次元位置をスキャナの位置と姿勢で補正する。この詳細は後述する。測量機２０側の制御系は、第２の実施形態と同様である。

次に、図１２を参照して、測量システム１”の動作フローを説明する。

まず、ステップＳ３０１で、測量機２０は測量用移動装置１０”のプリズム９の自動追尾を開始する。

次に、ステップＳ３０２で、測量機２０は、自動追尾した位置を測距部２９で測距・測角し、プリズム９の三次元位置（絶対座標）を測定する。測量機２０は、プリズム９の三次元位置を、測量用移動装置１０”に送信する。

次に、ステップＳ３０３で、ステップＳ３０１～Ｓ３０２と並行して、測量用移動装置１０”は、スキャナ３で測距・測角をし、スキャン点の三次元位置を計測する。

次に、ステップＳ３０４で、ステップＳ３０１～Ｓ３０３と並行して、測量用移動装置１０”は、カメラ１３で画像データを取得する。測量用移動装置１０”の演算制御部７は、画像データを写真解析して、カメラ１３の姿勢（ロール角・ピッチ角・ヨー角）を検出する。カメラ１３とスキャナ３は一体となっているので、カメラ１３の姿勢はスキャナ３の姿勢とみなすことができる。

次に、ステップＳ３０５で、演算制御部７は、ステップＳ３０２で測量機２０から得たプリズム９の位置情報と、ステップＳ３０３でスキャナ３から得たスキャン点の三次元点群データと、ステップＳ３０４で写真解析から得たスキャナの姿勢情報を、時刻によって紐づける。そして、スキャン位置補正部７Ａは、ステップＳ３０３で得たスキャン点の三次元位置を、スキャナの位置と姿勢で補正する。

具体的に、ステップＳ３０２で、プリズム９の位置が絶対座標で、かつ測量機２０により精密に測定されている。また、ステップＳ３０４で、スキャナ３の傾き（姿勢）が分かっている。従って、スキャン位置補正部７Ａは、スキャナの基準光軸Ｏをスキャナの姿勢方向に補正し、プリズム９の座標から各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）だけ移動させた座標をスキャナの測定基準点３ｏとして、スキャナ３が測定した各スキャン点までの距離・角度を、再計算する。

最後に、ステップＳ３０６で、測量用移動装置１０”は、ステップＳ３０５で補正したスキャン点の三次元位置（絶対座標）を記憶し、動作を終了する。

本形態の測量システム１”を使用すれば、第１および第２の実施形態における効果に加えて、スキャナ３の姿勢検出のためにカメラ１３を使用しているので、高精度なＩＭＵを使用するよりも安価にシステムを構成することができる。

次に、以上の実施形態らの好適な変形例を示す。

（変形例１）
第２または第３の実施形態において、測量用移動装置１０’，１０”と測量機２０は、それぞれタイマ１２とタイマ３２を持ち、時刻を同期しているが、以下の構成で、高精度に時刻を同期するのが好ましい。第２の実施形態を用いて例を示す。図１３は、第２の実施形態に係る測量システム１’の変形例である。

測量用移動装置１０’は、タイマ１２に代えて、ＧＰＳ時刻部１４を有し、さらに時刻同期部１５を有する。測量機２０は、タイマ３２に代えて、ＧＰＳ時刻部３３を有する。

ＧＰＳ時刻部１４およびＧＰＳ時刻部３３は、ＧＰＳ衛星から信号を受信し、ＵＴＣ時刻と定周期パルスであるＰＰＳ信号を生成する時計を有している。ＧＰＳ時刻部１４は、スキャナ３の送光信号の出力のタイミングで、三次元点群データとスキャナの姿勢情報に第１の時刻を付与する。ＧＰＳ時刻部３３は、測距部２９の送光信号の出力のタイミングで、プリズム９の測距・測角値に第２の時刻を付与する。

時刻同期部１５は、スキャナ３によるスキャンが全て終了した後に、演算制御部７から第１の時刻が付与された三次元点群データを取得し、通信部１１を介して第２の時刻が付与されたプリズム９の測距・測角値を取得する。測量機２０の測量周期がスキャナ３のスキャン周期よりも短い周期（高周波数）となっている場合は、時刻同期部１５は、第１の時刻と第２の時刻が一致するものを抽出し、このときのプリズム９の測距・測角値と三次元点群データを対応付ける。第１の時刻と第２の時刻が一致するものが無い場合は、ある第１の時刻の直前の第２の時刻と直後の第２の時刻を抽出し、内挿によって第２の時刻の測距・測角値を算出する。なお、上記の時刻同期は、測量周期がスキャン周期よりも長い周期（低周波数）となっている場合にも応用できる。

（変形例２）
第２または第３の実施形態において、測量用移動装置１０’，１０”の移動体２はＵＡＶであるが、移動体２は測量現場を移動可能であればよい。第２の実施形態を用いて例を示す。図１４は、第２の実施形態に係る測量システム１’の別の変形例である。図１４に示す移動体２’は車両であり、車両のルーフに、スキャナ３と、ＩＭＵ５と、プリズム９とを一体にしたユニットが搭載されている。図１４に示す移動体２”は、手持ち可能な筐体であり、スキャナ３と、ＩＭＵ５と、プリズム９とを一体にしたユニットが取り付けられている。移動体がこのような形態であっても、第２の実施例と同等の効果が得られる。

（変形例３）
第１または第２の実施形態において、測量用移動装置１０，１０’の任意の要素として、スキャナ３で取得した三次元点群データに色を付けるために、カメラ１３を備えてもよい。第３の実施形態において、カメラ１３はスキャナの姿勢検出のために設けられているが、同様に、三次元点群データに色を付けるために使用されてもよい。

また、カメラ１３を有する実施形態では、スキャナ３は測距光３ｈ’を自由に偏向させ、図５（Ａ）に示すような二次元円状の走査が可能であるため、カメラ１３の画角に合わせたスキャンが可能となる。スキャン範囲をカメラ１３の画像範囲に合わせることができるので、スキャン範囲に無駄がなく、カメラ１３画像内の三次元点群データの点群密度を上げることができる。

（変形例４）
第１～第３の実施形態において、スキャン点の三次元位置をスキャナの位置と姿勢で補正するスキャン位置補正部７Ａは、測量用移動装置の演算制御部７に設けられているが、情報処理端末（パーソナルコンピュータなど）に設けられてもよい。

（変形例５）
第２の実施形態のステップＳ２０２および第３の実施形態のステップＳ３０２において、測量機２０はプリズム９の三次元位置を測量用移動装置１０に送信するとしているが、別の記録装置に送信してもよい。また、スキャン点の三次元点群データおよび姿勢情報も別の記録装置に送信して、情報処理端末にて各データを取得し、後日に補正を行ってもよい。

以上、本発明の好ましい測量システムについて、実施の形態および変形例を述べたが、各形態および各変形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。

１，１’ ，１”測量システム
２ 移動体
３ スキャナ
３ａ 出射部
３ｂ 受光部
３ｃ 測距部
３ｆ，３ｇ リズレープリズム（第一光軸偏向部）
３ｈ 測距光の光軸
３ｈ’ 測距光
３ｊ，３ｋ フレネルプリズム（第二光軸偏向部）
３ｌ 反射測距光の受光光軸
３ｌ’ 反射測距光
３ｍ 出射方向検出部
４ ＧＰＳ装置（位置測定装置）
５ 慣性計測装置（姿勢検出装置）
９ プリズム
１０，１０’，１０”測量用移動装置
１３ カメラ（姿勢検出装置）
２０ 測量機（位置測定装置）
２８ 追尾部

Claims (3)

1. 移動体と、測量機を備える測量システムであって、
   前記移動体は、
   測距光を発する出射部，反射測距光を受光する受光部，前記受光部の出力に基づき測距を行う測距部，前記測距光の光軸上に配置され前記測距光を偏向する第一光軸偏向部、前記反射測距光の受光光軸上に配置され前記第一光軸偏向部と同一の偏角および方向で前記反射測距光を偏向する第二光軸偏向部，および前記第一光軸偏向部および前記第二光軸偏向部の偏角および方向を検出する出射方向検出部，を有し、スキャン点までの距離・角度から前記スキャン点の三次元位置を取得するスキャナと、
   前記スキャナのロール角・ピッチ角・ヨー角を検出し前記スキャナの姿勢情報を取得する姿勢検出装置と、
   前記スキャナの測定基準点とのロール・ピッチ・ヨー軸方向の各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）が予め既知となる位置に取り付けられたプリズムと、を備え、
   前記測量機は、
   前記移動体に取り付けた前記プリズムを追尾する追尾部と、
   前記プリズムを測距測角し前記プリズムの位置情報を測定する測距部と、を備え、
   前記移動体は、
   前記プリズムの位置情報と前記スキャナの姿勢情報と前記スキャン点の三次元位置の時刻を同期し、
   前記測量機により測定された前記プリズムの絶対座標から前記各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）だけ移動させた座標を前記スキャナの前記測定基準点とし、前記スキャナの基準光軸を前記姿勢検出装置から検出した前記スキャナの姿勢方向に補正して、前記スキャナが取得した各スキャン点までの距離・角度を再計算する補正を行い、補正したスキャン点の絶対座標を記憶する
   ことを特徴とする測量システム。
   
2. 前記姿勢検出装置は前記スキャナのロール・ピッチ・ヨーの三軸の加速度と角速度を検出する慣性計測装置であることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
   
3. 移動体と、測量機を備える測量システムであって、
   前記移動体は、
   測距光を発する出射部，反射測距光を受光する受光部，前記受光部の出力に基づき測距を行う測距部，前記測距光の光軸上に配置され前記測距光を偏向する第一光軸偏向部、前記反射測距光の受光光軸上に配置され前記第一光軸偏向部と同一の偏角および方向で前記反射測距光を偏向する第二光軸偏向部，および前記第一光軸偏向部および前記第二光軸偏向部の偏角および方向を検出する出射方向検出部，を有し、スキャン点までの距離・角度から前記スキャン点の三次元位置を取得するスキャナと、
   前記スキャナの近傍に固定されたイメージセンサであって、前記移動体が水平姿勢の時に鉛直下方向を撮像し、画像データからロール角・ピッチ角・ヨー角を検出して前記スキャナの姿勢情報を取得するカメラと、
   前記スキャナの測定基準点とのロール・ピッチ・ヨー軸方向の各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）が予め既知となる位置に取り付けられたプリズムと、を備え、
   前記測量機は、
   前記移動体に取り付けた前記プリズムを追尾する追尾部と、
   前記プリズムを測距測角し前記プリズムの位置情報を測定する測距部と、を備え、
   前記移動体は、
   前記プリズムの位置情報と前記スキャナの姿勢情報と前記スキャン点の三次元位置の時刻を同期し、
   前記測量機による前記プリズムの絶対座標から前記各ずれ量（ｄｒ，ｄｐ，ｄｙ）だけ移動させた座標を前記スキャナの前記測定基準点とし、前記スキャナの基準光軸を前記カメラから検出した前記スキャナの姿勢方向に補正して、前記スキャナが取得した各スキャン点までの距離・角度を再計算する補正を行い、補正したスキャン点の絶対座標を記憶する
   ことを特徴とする測量システム。

Images