JP7311353B2 - 測定装置及び測定装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置及び測定装置の制御方法に関する。

近年、土木、建築等の分野で距離測定、形状測定を行なうものとして点群データを取得するレーザスキャナが用いられている。従来のレーザスキャナでは、スキャン領域を事前に範囲設定し、一旦スキャン条件（例えば、スキャン速度、発光周波数）を設定すると、設定したスキャン条件でスキャン領域全体をスキャンする様になっている。

このような従来のレーザスキャナは、いずれかの測定部位のスキャン密度（単位面積当たりの測定点データ数）を高くしたい場合、スキャン領域全体のスキャン密度を高くして膨大なスキャンデータを取得する必要があった。そこで、特許文献１では、高いスキャン密度が要求される部位を局所測定範囲として設定して高いスキャン密度でスキャンし、効率よくスキャンデータを取得している。

特開２０１８－６６５７１号公報

特許文献１に開示されるレーザスキャナにおいて、局所測定範囲は、作業者が目視で判断した部位、あるいは撮像部が取得した画像データからエッジが多く抽出された部位となっている。しかしながら、作業者が目視で局所測定範囲を設定する場合、作業者による設定作業が煩雑であるとともに設定作業に多大な時間を要する。また、画像データからエッジを抽出して局所測定範囲を設定する場合、画像データの処理に時間と処理負荷が必要であるとともに所望の測定対象物のみを効率よく測定することができない。特に、測定対象物が線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される電線等である場合に、測定対象物の全体を簡易かつ効率良く測定することができなかった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される測定対象物の全体を簡易かつ効率良く測定することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

前記課題は、本発明によれば、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向とに基づいて線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の交点の座標を検出し、前記測定光の走査軌跡と前記測定対象物とが交差するように前記一対の交点の座標に基づいて前記射出方向を変更するよう前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置により解決される。

本構成の測定装置によれば、測距部の測距結果と偏向部により偏向される射出方向とに基づいて、線状、棒状および柱状の少なくともいずれか（以下、説明の便宜上「線状等」と称することがある。）に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との一対の交点の座標が検出される。一対の交点の座標が検出される場合、周方向に走査される測定光が線状等の測定対象物を測定している状態である。そして、線状等の測定対象物を測定している状態で、測定光の走査軌跡と線状等の測定対象物とが交差するように、測定光の射出方向が変更される。そのため、測定光の射出方向を変更した後も、線状等に形成される測定対象物を測定している状態が維持される。このような測定光の射出方向の変更を繰り返すことにより、線状に形成される測定対象物の全体を簡易かつ効率よく測定することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記一対の交点の座標の中心が水平方向の左右いずれか一方に向けて連続的に移動するように、前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、線状等に形成される測定対象物の一端から他端までの領域を水平方向の左右いずれか一方に沿って連続的に測定することができる。

本発明の測距装置において、好ましくは、前記制御部は、前記一対の交点の座標の延長線上に前記所定の中心が配置されるように前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測距装置によれば、一対の交点の座標の延長線上に測定光の走査軌跡の中心が配置されるため、線状等に形成される測定対象物が略直線状に延びる場合に、測定光の射出方向を変更した後も測定対象物を確実に測定することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記射出方向を変更する前の前記測定光の走査軌跡と前記射出方向を変更した後の前記測定光の走査軌跡とが重なるように、前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、射出方向を変更する前の測定光の走査軌跡と射出方向を変更した後の測定光の走査軌跡とが重なるため、線状等に形成される測定対象物を確実に捕捉しつつ高密度に測定することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記一対の交点のいずれか一方に前記所定の中心が配置されるように前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、一対の交点の座標のいずれか一方に測定光の走査軌跡の中心が配置されるため、線状等に形成される測定対象物が曲線状に延びる場合や、延びる方向が転換する場合であっても、射出方向を変更した後に測定対象物を確実に測定することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が円形となり、かつ前記測定対象物が配置される位置において前記円形が前記測定対象物の太さに応じたサイズとなるように前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、測定対象物が配置される位置における円形の走査軌跡のサイズを測定対象物の太さに応じたサイズとしているため、測定装置から測定対象物までの距離によらずに、測定対象物を所望の密度で測定することができる。

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記射出方向を変更することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、測定対象物が延びる方向と測定光の方向とが９０°よりも大きい鈍角である傾斜角をなすように配置した場合であっても、一対の交点を結ぶ長さが一定に維持されるため、線状等に形成される測定対象物の各部の座標を一定の間隔で取得することができる。

前記課題は、本発明によれば、測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、前記測定装置は、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向とに基づいて線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の交点の座標を検出する交点検出工程と、前記測定光の走査軌跡と前記測定対象物とが交差するように前記一対の交点の座標に基づいて前記射出方向を変更するよう前記偏向部の偏向作動を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする測定装置の制御方法により解決される。

本構成の測定装置の制御方法によれば、測距工程の測距結果と偏向部により偏向される射出方向とに基づいて線状等に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との一対の交点の座標が検出される。一対の交点の座標が検出される場合、周方向に走査される測定光が線状等の測定対象物を測定している状態である。そして、線状等の測定対象物を測定している状態で、測定光の走査軌跡と線状等の測定対象物とが交差するように、測定光の射出方向が変更される。そのため、測定光の射出方向を変更した後も、線状等に形成される測定対象物を測定している状態が維持される。このような測定光の射出方向の変更を繰り返すことにより、線状等に形成される測定対象物の全体を簡易かつ効率よく測定することができる。

本発明によれば、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される測定対象物の全体を簡易かつ効率良く測定することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システムの外観図である。 図１に示すレーザスキャナの概略構成図である。 図１に示すレーザスキャナに於ける偏向部の概略図である。 図３に示す偏向部の作用説明図である。 電線を基準光軸に沿って水平方向にみたＸ－Ｚ平面図である。 電線及び測量システムを上方からみたＸ－Ｙ平面図である。 電線及び測量システムを水平方向からみたＹ－Ｘ平面図である。 演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 操作装置の操作画面に表示される画像の一例を示す図である。 電線を円形にスキャンした状態を示す図である。 探索開始点から複数回に渡って円形にスキャンしたときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 探索開始点から複数回に渡って円形にスキャンしたときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 第１実施形態の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋３回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 第１実施形態の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋３回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 第２実施形態の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋３回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 第３実施形態の測量システムにおいて、電線を円形にスキャンした状態を示す図である。 第４実施形態の測量システムにおいて、電線及び測量システムを上方からみたＸ－Ｙ平面図である。 第４実施形態の測量システムにおいて、楕円形のスキャンをｎ回からｎ＋１回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 図１９に示す電線を上方からみた図である。 第４実施形態の比較例の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋１回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。 図２１に示す電線を上方からみた図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。先ず、図１に於いて、本実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システム（測定装置）について概略を説明する。図１中、１は測量システムであり、Ｏは後述する偏向部３５により偏向されていない状態での光軸を示し、この時の光軸を基準光軸とする。

測量システム１は、主に支持装置としての三脚２、レーザスキャナ３、操作装置４、回転台５から構成される。回転台５は三脚２の上端に取付けられ、回転台５にレーザスキャナ３が横回転可能及び縦回転可能に取付けられる。又、回転台５は、レーザスキャナ３の横方向の回転角（水平方向の回転角）を検出する機能を具備している。

回転台５には横方向に延びるレバー７が設けられる。レバー７の操作により、レーザスキャナ３を上下方向（鉛直方向）、又は横方向（水平方向）に回転させることができ、また所要の姿勢で固定することも可能となっている。

レーザスキャナ３は、測距部３Ａ（図２参照）、姿勢検出部１７（図２参照）を内蔵し、測距部３Ａは測定光２３を測定対象物、或は測定範囲に射出し、反射測定光２４を受光して測定を行う。又、姿勢検出部１７は、レーザスキャナ３の鉛直（又は水平）に対する姿勢を高精度に検出可能である。

操作装置４は、レーザスキャナ３との間で有線、無線等所要の手段を介して通信を行う通信機能を有する。又、操作装置４は、アタッチメント８を介してレーザスキャナ３に着脱可能となっており、取外した操作装置４は片手で保持し、操作可能であり、操作装置４によりレーザスキャナ３を遠隔操作可能となっている。

更に、レーザスキャナ３からは、画像、測定状態、測定結果等が操作装置４に送信され、画像、測定状態、測定結果等が、操作装置４に記憶され操作装置４の表示部（図示せず）に表示される様になっている。操作装置４は、例えばスマートフォンであってもよい。

図２を参照して、レーザスキャナ３について説明する。
レーザスキャナ３は、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、撮像部１４、射出方向検出部１５、モータドライバ１６、姿勢検出部１７、第１通信部１８、演算制御部１９、第１記憶部２０、撮像制御部２１、画像処理部２２を具備し、これらは筐体９に収納され、一体化されている。尚、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３等は測距部３Ａを構成する。

測定光射出部１１は射出光軸２６を有し、射出光軸２６上に発光素子２７、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、射出光軸２６上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡２９と、受光光軸３１（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３２とによって、射出光軸２６は、受光光軸３１と合致する様に偏向される。第１反射鏡２９と第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。発光素子２７はパルスレーザ光線を発し、測定光射出部１１は、発光素子２７から発せられたパルスレーザ光線を測定光２３として射出する。

受光部１２について説明する。受光部１２には、測定対象物（即ち測定点）からの反射測定光２４が入射する。受光部１２は、受光光軸３１を有し、受光光軸３１には、上記した様に、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２によって偏向された射出光軸２６が合致する。

偏向された射出光軸２６上に、即ち受光光軸３１上に偏向部３５（後述）が配設される。偏向部３５の中心を透過する真直な光軸は、基準光軸Ｏとなっている。基準光軸Ｏは、偏向部３５によって偏向されなかった時の射出光軸２６又は受光光軸３１と合致する。

偏向部３５を透過し、入射した受光光軸３１上に結像レンズ３４が配設され、また受光素子３３、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられている。結像レンズ３４は、反射測定光２４を受光素子３３に結像する。受光素子３３は反射測定光２４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距演算部１３に入力される。測距演算部１３は、受光信号に基づき測定点迄の測距を行う。

図３を参照して、偏向部３５について説明する。偏向部３５は、一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成される。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３１上に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂとして、それぞれリズレープリズムが用いられることが、装置を小型化するために好ましい。偏向部３５の中央部は、測定光２３が透過し、射出される第１偏向部である測定光偏向部３５ａとなっており、中央部を除く部分は反射測定光２４が透過し、入射する第２偏向部である反射測定光偏向部３５ｂとなっている。

光学プリズム３６ａ，３６ｂとして用いられるリズレープリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素３７ａ，３７ｂと多数のプリズム要素３８ａ，３８ｂによって構成され、円板形状を有する。光学プリズム３６ａ，３６ｂ及び各プリズム要素３７ａ，３７ｂ及びプリズム要素３８ａ，３８ｂは同一の光学特性を有する。

プリズム要素３７ａ，３７ｂは、測定光偏向部３５ａを構成し、プリズム要素３８ａ，３８ｂは反射測定光偏向部３５ｂを構成する。リズレープリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なリズレープリズムを製作できる。

光学プリズム３６ａ，３６ｂはそれぞれ受光光軸３１を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出光軸２６を通過する測定光２３を任意の方向に偏向し、受光される反射測定光２４を受光光軸３１と平行に偏向する。光学プリズム３６ａ，３６ｂの外形形状は、それぞれ受光光軸３１を中心とする円形であり、反射測定光２４の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、光学プリズム３６ａ，３６ｂの直径が設定されている。

光学プリズム３６ａの外周にはリングギア３９ａが嵌設され、光学プリズム３６ｂの外周にはリングギア３９ｂが嵌設されている。リングギア３９ａには駆動ギア４１ａが噛合し、駆動ギア４１ａはモータ４２ａの出力軸に固着されている。同様に、リングギア３９ｂには駆動ギア４１ｂが噛合し、駆動ギア４１ｂはモータ４２ｂの出力軸に固着されている。モータ４２ａ，４２ｂは、モータドライバ１６に電気的に接続されている。

モータ４２ａ，４２ｂは、回転角を検出することができるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いてモータの回転量を検出してもよい。モータ４２ａ，４２ｂの回転量がそれぞれ検出され、モータドライバ１６によりモータ４２ａ，４２ｂが個別に制御される。尚、エンコーダを直接リングギア３９ａ，３９ｂにそれぞれ取付け、エンコーダによりリングギア３９ａ，３９ｂの回転角を直接検出する様にしてもよい。

駆動ギア４１ａ，４１ｂ、モータ４２ａ，４２ｂは、測定光射出部１１と干渉しない位置、例えばリングギア３９ａ，３９ｂの下側に設けられている。
投光レンズ２８、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２、測定光偏向部３５ａ等は、投光光学系を構成し、反射測定光偏向部３５ｂ、結像レンズ３４等は受光光学系を構成する。

測距演算部１３は、発光素子２７を制御し、測定光２３としてパルスレーザ光線を発光させる。測定光２３が、プリズム要素３７ａ，３７ｂ（測定光偏向部３５ａ）により、測定点に向うよう偏向される。

測定対象物から反射された反射測定光２４は、プリズム要素３８ａ，３８ｂ（反射測定光偏向部３５ｂ）、結像レンズ３４を介して入射し、受光素子３３に受光される。受光素子３３は、受光信号を測距演算部１３に送出し、測距演算部１３は受光素子３３からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測定光２３が照射された点）の測距を行い、測距データは第１記憶部２０に格納される。而して、測定光２３をスキャンしつつ、パルス光毎に測距を行うことで各測定点の測距データが取得できる。

射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。又、射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角に基づき、光学プリズム３６ａ，３６ｂの回転位置を演算する。

更に、射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を演算し、演算結果は演算制御部１９に入力される。演算制御部１９は、測定光２３の射出方向から基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１、鉛直角θ２を演算し、各測定点について、水平角θ１、鉛直角θ２を測距データに関連付けることで、測定点の３次元データを求めることができる。

姿勢検出部１７について説明する。姿勢検出部１７は、フレーム４５を有し、フレーム４５は筐体９に固定され、或は構造部材に固定され、レーザスキャナ３と一体となっている。フレーム４５にジンバルを介してセンサブロック４６が取付けられている。センサブロック４６は、直交する２軸を中心に３６０゜回転自在となっている。センサブロック４６には、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８が取付けられている。

第１傾斜センサ４７は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、第２傾斜センサ４８は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。

センサブロック４６のフレーム４５に対する２軸についての相対回転角は、エンコーダ４９，５０によって検出される様になっている。又、センサブロック４６を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が２軸に関して設けられており、モータは、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８からの検出結果に基づきセンサブロック４６を水平に維持する様に、演算制御部１９によって制御される。

センサブロック４６が傾斜していた場合（レーザスキャナ３が傾斜していた場合）、センサブロック４６に対する相対回転角がエンコーダ４９，５０によって検出され、エンコーダ４９，５０の検出結果に基づき、レーザスキャナ３の傾斜角、傾斜方向が検出される。センサブロック４６は、２軸について３６０゜回転自在であるので、姿勢検出部１７がどの様な姿勢となろうとも（例えば、姿勢検出部１７の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。

姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、第２傾斜センサ４８の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、第２傾斜センサ４８は第１傾斜センサ４７に比べ検出精度が悪いのが一般的である。姿勢検出部１７では、高精度の第１傾斜センサ４７と高応答性の第２傾斜センサ４８を具備することで、第２傾斜センサ４８の検出結果に基づき姿勢制御を行い、第１傾斜センサ４７により高精度の姿勢検出を可能とする。

第１傾斜センサ４７の検出結果で、第２傾斜センサ４８の検出結果を較正することができる。即ち、第１傾斜センサ４７が水平を検出した時のエンコーダ４９，５０の値、即ち実際の傾斜角と第２傾斜センサ４８が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、偏差に基づき第２傾斜センサ４８の傾斜角を較正することができる。

従って、予め、第２傾斜センサ４８の検出傾斜角と、第１傾斜センサ４７による水平検出とエンコーダ４９，５０の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、第２傾斜センサ４８に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、第２傾斜センサ４８による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。

演算制御部１９は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、第２傾斜センサ４８からの信号に基づき、モータを制御する。又、演算制御部１９は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち第１傾斜センサ４７が追従可能な状態では、第１傾斜センサ４７からの信号に基づき、モータを制御する。

尚、第１記憶部２０には、第１傾斜センサ４７の検出結果と第２傾斜センサ４８の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。第２傾斜センサ４８からの信号に基づき、第２傾斜センサ４８による検出結果を較正する。この較正により、第２傾斜センサ４８による検出結果を第１傾斜センサ４７の検出精度迄高めることができる。よって、姿勢検出部１７による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

撮像部１４は、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと平行な撮像光軸４３を有し、例えば５０°の画角を有するカメラであり、レーザスキャナ３のスキャン範囲を含む画像データを取得する。撮像光軸４３と射出光軸２６及び基準光軸Ｏとの関係は既知となっている。又、撮像部１４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。

撮像制御部２１は、撮像部１４の撮像を制御する。撮像制御部２１は、撮像部１４が動画像、又は連続画像を撮像する場合に、動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングとレーザスキャナ３でスキャンするタイミングとの同期を取っている。演算制御部１９は画像と点群データとの関連付けも実行する。

撮像部１４の撮像素子４４は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳ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様になっている。例えば、各画素は、撮像光軸４３を原点とした座標系での画素座標を有し、画素座標によって画像素子上での位置が特定される。画像処理部２２は、撮像部１４で取得した画像データに操作装置４で表示させる情報を重ね合わせる画像処理等を行う。画像処理部２２が生成した画像は、演算制御部１９により操作装置４の操作画面４Ａに表示される。

レーザスキャナ３の測定作動について説明する。三脚２を既知点、又は所定点に設置し、基準光軸Ｏを測定対象物に向ける。この時の基準光軸Ｏの水平角は、回転台５の水平角検出機能によって検出され、基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角は姿勢検出部１７によって検出される。

偏向部３５の偏向作用、スキャン作用について、図４を参照して説明する。尚、図４では説明を簡略化するため、光学プリズム３６ａ，３６ｂについて、プリズム要素３７ａ，３７ｂとプリズム要素３８ａ，３８ｂとを分離して示している。又、図４は、プリズム要素３７ａ，３７ｂ、プリズム要素３８ａ，３８ｂが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏向角が得られる。又、最小の偏向角は、光学プリズム３６ａ，３６ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、光学プリズム３６ａ，３６ｂの相互の光学作用が相殺され、偏向角は０゜となる。従って、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て射出される測定光２３と、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て受光される反射測定光２４は、基準光軸Ｏと合致する。

発光素子２７から測定光２３が発せられ、測定光２３は投光レンズ２８で平行光束とされ、測定光偏向部３５ａ（プリズム要素３７ａ，３７ｂ）を透過して測定対象物或は測定範囲に向けて射出される。ここで、測定光偏向部３５ａを透過することで、測定光２３はプリズム要素３７ａ，３７ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。測定対象物或は測定範囲で反射された反射測定光２４は、反射測定光偏向部３５ｂを透過して入射され、結像レンズ３４により受光素子３３に集光される。

反射測定光２４が反射測定光偏向部３５ｂを透過することで、反射測定光２４は、受光光軸３１と合致する様にプリズム要素３８ａ，３８ｂによって偏向される（図４）。光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂとの回転位置の組合わせにより、射出する測定光２３の偏向方向、偏向角を任意に変更することができる。

従って、演算制御部１９は、発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、偏向部３５を制御することにより、測定光２３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、反射測定光偏向部３５ｂは、測定光偏向部３５ａと一体に回転していることは言う迄もない。

更に、偏向部３５の偏向角を連続的に変更して測定光２３をスキャンしつつ測距を実行することでスキャン軌跡に沿って測距データ（スキャンデータ）を取得することができる。又、スキャン速度、スキャン密度等で定まるスキャン条件について、スキャン速度は、モータ４２ａ，４２ｂ間の関係を維持して、回転速度を増減することで、増減し、スキャン密度は、スキャン速度と測定光２３のパルス発光周期との関係を制御することで所望の値に設定できる。

又、測定時の測定光２３の射出方向角は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角により検出でき、測定時の射出方向角と測距データとを関連付けることで、３次元の測距データを取得することができる。従って、レーザスキャナ３を、３次元位置データを有する点群データを取得するレーザスキャナとして機能させることができる。

次に、本実施形態の測量システム１により測定対象物の点群データを取得する処理について説明する。本実施形態の測定対象物は、線状に延びるように形成される電線１００である。なお、本実施形態の測定対象物は、線状のものに限定されるわけではなく、棒状あるいは柱状のものであってもよい。また、本実施形態の測定対象物は、電線に限定されるわけではなく、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成されるものであればよく、例えば建築材料等として用いられるＨ形鋼や配管パイプ、電柱、建築物の柱等であってもよい。さらに、本実施形態の測定対象物は、直線状に延びたものに限定されるわけではなく、例えば配管パイプのように湾曲した部分を有するものであってもよく、電柱に架けられた電線のように曲線状に延びたものであってもよい。測定対象物の幅は、測定対象物の長さに対して３分の１以下であることが望ましい。本実施形態の測量システム１は、電線１００を含む視野の全体の測定結果を第１記憶部２０に記憶させるのではなく、電線１００部分の測定結果のみを第１記憶部２０に記憶させる。

図５は、電線１００を基準光軸Ｏに沿ってみたＸ－Ｚ平面図である。図６は、電線１００及び測量システム１を上方からみたＸ－Ｙ平面図である。図７は、電線１００及び測量システム１を水平方向からみたＹ－Ｘ平面図である。

図５から図７において、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚは、測量システム１のレーザスキャナ３の測定の基準点を通過する軸線である。軸線Ｙは、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと一致する軸線である。軸線Ｘ，Ｚは、互いに基準点で直交する軸線であり、それぞれ軸線Ｙと直交している。軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚにより定められる３次元空間上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、レーザスキャナ３を基準とした座標である。

前述したように、軸線Ｙの水平角（水平面に対する傾斜角）は、姿勢検出部１７により検出可能である。よって、演算制御部１９は、姿勢検出部１７が検出した水平角に基づいて位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を補正することにより、水平面を基準とした位置を算出することができる。

図５から図７において、測定光２３は、電線１００上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を通過するように偏向部３５により偏向されている。Ｐｘは位置Ｐの軸線Ｘ上の座標であり、Ｐｙは位置Ｐの軸線Ｙ上の座標であり、Ｐｚは位置Ｐの軸線Ｚ上の座標である。

図５に示すように、本実施形態の測定対象物である電線１００は、一端１０１が電柱１１０に取り付けられ、他端１０２が電柱１２０に取り付けられ、線状に形成されている。一対の電柱１１０及び電柱１２０は、軸線Ｘ方向に間隔を空けて配置されている。電線１００は、例えば、一端１０１及び他端１０２が軸線Ｚ方向の高さが同一となるように電柱１１０及び電柱１２０に取り付けられている。電線１００は、自重により、一端１０１から他端１０２に至る長さ方向の中央部において軸線Ｚに沿った鉛直方向の位置が最も低くなる。

図６に示すように、Ｘ－Ｙ平面（軸線Ｘ及び軸線Ｙが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３の射出方向とがなすＸ－Ｙ平面上の角度は、水平角θ１となっている。図７に示すように、Ｙ－Ｚ平面（軸線Ｙ及び軸線Ｚが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３とがなすＹ－Ｚ平面上の角度は、鉛直角θ２となっている。射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を示す水平角θ１及び鉛直角θ２を演算する。

次に、演算制御部１９が実行する処理について図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、演算制御部１９が実行する処理を示すフローチャートである。演算制御部１９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

ステップＳ８０１で、演算制御部１９は、電線１００の探索を開始する始点となる探索開始点Ｐｓｔを操作者の指示に基づいて選択する。図１０に示すように、演算制御部１９は、撮像部１４が撮像した画像を操作装置４の操作画面４Ａに表示させ、操作者に探索開始点Ｐｓｔを入力するように促す。図１０に示す符号は、説明のために付したものであり、操作画面４Ａ上に表示されるものではない。

演算制御部１９は、例えば、「探索開始点Ｐｓｔをタッチして下さい」とのメッセージを操作画面４Ａに表示する。操作画面４Ａには、例えば、タッチセンサが組み込まれている。演算制御部１９は、操作者が指でタッチした操作画面４Ａ上の位置を探索開始点Ｐｓｔとして認識する。

ステップＳ８０２で、演算制御部１９は、電線１００の探索を終了する終点となる探索終了点を操作者の指示に基づいて選択する。図１０に示すように、演算制御部１９は、撮像部１４が撮像した画像を操作装置４の操作画面４Ａに表示させ、操作者に探索終了点Ｐｅｎを入力するように促す。演算制御部１９は、例えば、「探索終了点Ｐｅｎをタッチして下さい」とのメッセージを操作画面４Ａに表示する。演算制御部１９は、操作者が指でタッチした操作画面４Ａ上の位置を探索終了点Ｐｅｎとして認識する。

ステップＳ８０３で、演算制御部１９は、操作者により電線１００の探索開始が指示されたかどうかを判断し、探索開始が指示されたと判断した場合に、ステップＳ８０４へ処理を進める。演算制御部１９は、例えば、「探索を開始しますか？」とのメッセージと、「ＹＥＳ」及び「ＮＯ」のボタンを操作画面４Ａに表示させ、操作者が「ＹＥＳ」のボタンを押した場合に、探索開始が指示されたと判断する。

ステップＳ８０４で、演算制御部１９は、ステップＳ８０１で選択された探索開始点Ｐｓｔに基づいて、スキャンの中心位置を設定する。演算制御部１９は、探索開始点Ｐｓｔを中心に円形にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。ここで、スキャンとは、所定の中心に対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する動作をいう。演算制御部１９は、操作画面４Ａ上の探索開始点Ｐｓｔの２次元の座標から、電線１００上の探索開始点Ｐｓｔを中心に円形にスキャンを行うように水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。

ステップＳ８０５で、演算制御部１９は、ステップＳ８０４またはステップＳ８１１で算出された水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて、円形にスキャンを行う。演算制御部１９は、水平角θ１及び鉛直角θ２に応じた回転位置となるように光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂを回転させることにより、所定の中心に対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する。測距演算部１３は、測定光２３に対する受光素子３３からの受光信号に基づいて、測定光２３に含まれる複数のパルス毎に測定点の測距を行う。演算制御部１９は、測距演算部１３により測距された測距データを第１記憶部２０に格納する。

図１１は、電線１００を円形にスキャンした状態を示す図である。図１１は、図５と同様に電線１００を基準光軸Ｏに沿ってみた図である。図１１において、符号Ｃ_ｎはスキャンの中心位置の位置を示す。符号Ｔ_ｎは中心位置Ｃ_ｎを中止にスキャンされる測定光２３の走査軌跡を示す。符号ＳＰ_ｎはパルス状の測定光２３による複数の測定点を示す。

演算制御部１９は、偏向部３５の光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂの回転を制御することにより、図１１に示す測定光２３の走査軌跡を示す円のサイズ（円の直径）を調整することができる。演算制御部１９は、ステップＳ８０４の後にステップＳ８０５を実行する場合、予め定められた円のサイズとなるように調整する。一方、後述するステップＳ８１０の後にステップＳ８０５を実行する場合、ステップＳ８１０で変更された円のサイズにより円形のスキャンを行う。

図１１に示すように、電線１００を円形にスキャンすると、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと電線１００とが２箇所で交差する。この２箇所のそれぞれにおいて、電線１００からの測定光２３が複数の測定点ＳＰ_ｎで反射し、受光素子３３により受光される。ここで、ｎは０以上の任意の整数であり、探索開始点Ｐｓｔにおいてｎ＝０であり、探索開始点Ｐｓｔから水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する毎にｎを加算していくものとする。図１１に示す例は、探索開始点Ｐｓｔから水平角θ１及び鉛直角θ２の変更をｎ回行った後に円形にスキャンを行った状態を示している。

ステップＳ８０６で、演算制御部１９は、ステップＳ８０４で算出された測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰ_ｎの測距データとに基づいて、複数の測定点ＳＰ_ｎの３次元座標の集合体である点群データを取得する。具体的に、演算制御部１９は、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を、各測定点ＳＰ_ｎの測距データに関連付けることで、点群データを取得する。演算制御部１９は、取得した点群データを第１記憶部２０に格納する。

ステップＳ８０７で、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で第１記憶部２０に格納された点群データから、測定光２３の走査軌跡Ｔ_ｎと電線１００とが交差する位置を示す一対の交点Ｐ_ｎの座標を検出する。一対の交点Ｐ_ｎは、図１１において中心位置Ｃ_ｎの左方と右方に配置される。演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｃ_ｎの左方の交点Ｐ_ｎの座標を、中心位置Ｃ_ｎの左方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。また、演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｃ_ｎの右方の交点Ｐ_ｎの座標を、中心位置Ｃ_ｎの右方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。

ここで、点群データは、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰ_ｎの測距データ（測定結果）とに基づいて算出されるデータである。したがって、演算制御部１９は、測距部３Ａの測距結果と射出方向検出部１５が検出する水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて一対の交点Ｐ_ｎの座標を検出する。

ここでは、複数の点群データの座標の平均値を算出して交点Ｐ_ｎの座標を求めたが、他の態様であってもよい。例えば、複数の点群データの座標とともに各点群データに対応する反射測定光２４の受光素子３３による受光強度を記憶しておき、複数の点群データのうち最も受光強度が高いものを交点Ｐ_ｎの座標としてもよい。

ステップＳ８０８で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で一対の交点Ｐ_ｎの座標が検出されたかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ８０９へ処理を進め、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了させる。演算制御部１９は、交点が検出されない場合、あるいは交点が１点のみ検出された場合に、ＮＯと判断する。

ステップＳ８０９で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で検出された一対の交点Ｐ_ｎの座標に基づいて、電線ベクトルＶ_ｎを算出する。電線ベクトルＶ_ｎは、現在のスキャンの中心位置Ｃ_ｎの次に行うスキャンの中心位置Ｃ_ｎ＋１を終点とするベクトルである。演算制御部１９は、ステップＳ８０７で検出された一対の交点Ｐ_ｎの中点の座標Ｍ_ｎを始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_ｎの直径Ｄ_ｎのα倍の長さを有するベクトルを算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_ｎの向きを、一対の交点Ｐ_ｎのうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎを通過する方向に定める。

演算制御部１０は、例えば、αを１／３以上かつ２／３以下の値に設定する。αを１／３以上に設定することで、電線１００のスキャン密度が過度の大きくなって電線１００の点群データのデータ量が大きくなり、かつ点群データの取得時間が長くなることを抑制することができる。αを２／３以下に設定することにより、次に行う円形のスキャンによる測定光２３の走査軌跡と電線１００とが確実に２点で交差する。そのため、電線ベクトルＶ_ｎの長さが過度に大きくなって、曲がった形状を有する電線１００を円形のスキャンした際に一対の交点が取得できなくなる不具合を抑制することができる。

図１２及び図１３は、探索開始点Ｐｓｔから複数回に渡って円形にスキャンしたときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。図１２は電線１００が直線状に延びる場合を示し、図１３は電線１００が曲線状に延びる場合を示す。図１２及び図１３に示すように、演算制御部１９は、探索開始点Ｐｓｔで円形のスキャンを行うと一対の交点Ｐ_０を検出する。

演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_０の中点の座標Ｍ_０を始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_０の直径Ｄ_０のα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_０を算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_０の向きを、一対の交点Ｐ_０のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_０を通過する方向に定める。演算制御部１９は、同様に、一対の交点Ｐ_１の中点の座標Ｍ_１を始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_１の直径Ｄ_１のα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_１を算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_１の向きを、一対の交点Ｐ_１のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_１を通過する方向に定める。

また、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_２の中点の座標Ｍ_２を始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_２の直径Ｄ_２のα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_２を算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_２の向きを、一対の交点Ｐ_２のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_２を通過する方向に定める。

図１４及び図１５は、円形のスキャンをｎ回からｎ＋３回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。図１４は電線１００が直線状に延びる場合を示し、図１５は電線１００が曲線状に延びる場合を示す。図１４及び図１５に示すように、演算制御部１９は、中心位置Ｃ_ｎで円形のスキャンを行うと一対の交点Ｐ_ｎを検出する。

演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの中点となる中心位置Ｃ_ｎを始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_ｎの直径Ｄ_ｎのα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_ｎを算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_ｎの向きを、一対の交点Ｐ_ｎのうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎを通過する方向に定める。演算制御部１９は、同様に、一対の交点Ｐ_ｎ＋１の中点となる中心位置Ｃ_ｎ＋１を始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_ｎ＋１の直径Ｄ_ｎ＋１のα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_ｎ＋１を算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_ｎ＋１の向きを、一対の交点Ｐ_ｎ＋１のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１を通過する方向に定める。

また、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎ＋２の中点となる中心位置Ｃ_ｎ＋２を始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_ｎ＋２の直径Ｄ_ｎ＋２のα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_ｎ＋２を算出する。演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_ｎ＋２の向きを、一対の交点Ｐ_ｎ＋２のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋２を通過する方向に定める。

ステップＳ８１０で、演算制御部１９は、ステップＳ８０９で算出した電線ベクトルの終点にスキャンの中心位置を変更する。演算制御部１９は、電線ベクトルの終点を中心に円形にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。演算制御部１９は、前述したようにαを１／３以上かつ２／３以下の値に設定している。

そのため、演算制御部１９は、現在の円形のスキャンによる測定光２３の走査軌跡と次に行う円形のスキャンによる測定光２３の走査軌跡とが重なり、かつ、次に行う円形のスキャンによる測定光２３の走査軌跡と電線１００とが確実に２点で交差するように、一対の交点Ｐ_ｎの座標に基づいて水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する。

前述したように、演算制御部１９は、電線ベクトルＶ_ｎの向きを、一対の交点Ｐ_ｎのうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎを通過する方向に定めている。そのため、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの座標の中心が水平方向の左右いずれか一方に向けて連続的に移動するように、水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する。

また、図１２から図１５に示すように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの座標の延長線上を中心に円形のスキャンが行われるように電線ベクトルＶ_ｎを算出している。そのため、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの座標の延長線上に中心位置が配置されるように水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する。

ステップＳ８１１で、演算制御部１９は、次に行う円形のスキャンによる測定光２３の円のサイズ（走査軌跡の直径）を適切なサイズに変更する。図１１に示すように、演算制御部１９は、電線１００が配置される位置における走査軌跡の直径Ｄ_ｎが電線１００の太さＥのβ倍となるように走査軌跡の直径Ｄ_ｎを変更する。走査軌跡の直径Ｄ_ｎは、電線１００が配置される位置における走査軌跡の直径をいう。

演算制御部１９は、電線の太さＥを複数の測定点ＳＰ_ｎから算出するものとする。また、演算制御部１０は、例えば、βを５以上かつ１０以下の値に設定する。電線１００が配置される位置における走査軌跡の直径Ｄ_ｎを電線の太さＥに比例するようにしているのは、測量システム１から電線１００までの距離によらずに、電線１００上を一定のスキャン密度で測定するためである。

演算制御部１９は、測定光２３の円のサイズ（走査軌跡の直径）が直径Ｄ_ｎとなるように、ステップＳ８１０で算出した水平角θ１及び鉛直角θ２を補正する。演算制御部１９は、ステップＳ８１０及びステップＳ８１１を実行することにより、ステップＳ８０９で算出した電線ベクトルの終点を中心とし、ステップＳ８１１で設定した直径Ｄ_ｎの円形のスキャンが行われるように、水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する。

ステップＳ８１２で、演算制御部１９は、電線１００の探索をするかどうかを判断し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を終了させ、ＮＯであればステップＳ８０５以降の処理を再び実行する。演算制御部１９は、ステップＳ８０５からステップＳ８１１までの処理を繰り返し実行することにより、探索開始点Ｐｓｔから探索終了点Ｐｅｎまでの電線１００の点群データを連続的に取得する。ステップＳ８１２で、演算制御部１９は、例えば、ステップＳ８４０で変更されたスキャンの中心位置が探索終了点Ｐｅｎから所定距離内である場合に、ＮＯと判断する。

以上説明した本実施形態の測量システム１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の測量システム１によれば、測距部３Ａの測距結果と測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される測定対象物である電線１００と測定光２３の走査軌跡との一対の交点Ｐ_ｎの座標が検出される。一対の交点Ｐ_ｎの座標が検出される場合、周方向に走査される測定光２３が電線１００を測定している状態である。

そして、電線１００を測定している状態で、測定光２３の走査軌跡と電線１００とが交差するように、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２が変更される。そのため、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を変更した後も、電線１００を測定している状態が維持される。このような測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２の変更を繰り返すことにより、電線１００の全体を簡易かつ効率よく測定することができる。

また、本実施形態の測量システム１によれば、探索開始点Ｐｓｔから探索終了点Ｐｅｎに向けた方向の電線ベクトルが算出されるため、電線の一端１０１から他端１０２までの領域を水平方向の左右いずれか一方に沿って連続的に測定することができる。
また、本実施形態の測量システム１によれば、一対の交点Ｐ_ｎの座標の延長線上に測定光２３の走査軌跡の中心が配置されるため、電線１００が直線状に延びる場合に、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を変更した後も電線１００を確実に測定することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る測量システムについて説明する。第２実施形態の測量システムは第１実施形態の測量システム１の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き第１実施形態の測量システム１と同様であるものとする。

第１実施形態の測量システム１において、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの中点の座標Ｍ_ｎを始点とし、円形の走査軌跡Ｔ_ｎの直径Ｄ_ｎのα倍の長さを有する電線ベクトルＶ_ｎを算出するものであった。それに対して、本実施形態の演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎのいずれか一方を終点とする電線ベクトルＶ_ｎを算出するものである。

図１６は、本実施形態の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋３回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。図１６に示すように、演算制御部１９は、中心位置Ｃ_ｎで円形のスキャンを行うと一対の交点Ｐ_ｎを検出する。

演算制御部１９は、中心位置Ｃ_ｎを始点とし一対の交点Ｐ_ｎのいずれか一方を終点とする電線ベクトルＶ_ｎを算出する。演算制御部１９は、同様に、中心位置Ｃ_ｎ＋１を始点とし一対の交点Ｐ_ｎ＋１のいずれか一方を終点とする電線ベクトルＶ_ｎ＋１を算出する。演算制御部１９は、同様に、中心位置Ｃ_ｎ＋２を始点とし一対の交点Ｐ_ｎ＋２のいずれか一方を終点とする電線ベクトルＶ_ｎ＋２を算出する。演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１，Ｐ_ｎ＋２のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１，Ｐ_ｎ＋２を終点とするように電線ベクトルＶ_ｎ，Ｖ_ｎ＋１，Ｖ_ｎ＋２を算出する。

図１６に示すように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎのいずれか一方に中心位置Ｃ_ｎ＋１が配置されるように電線ベクトルＶ_ｎを算出している。そのため、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎのいずれか一方に中心位置Ｃ_ｎ＋１が配置されるように水平角θ１及び鉛直角θ２を変更する。

本実施形態の測定システムによれば、一対の交点Ｐ_ｎの座標のいずれか一方に中心位置が配置されるため、電線１００が曲線状に延びる場合や、延びる方向が転換する場合であっても、水平角θ１及び鉛直角θ２を変更した後に電線１００を確実に測定することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る測量システムについて説明する。本実施形態の測量システムは第１実施形態の測量システム１の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き第１実施形態の測量システム１と同様であるものとする。

本実施形態は、第１実施形態のステップＳ８０７における一対の交点の座標を検出する処理の内容を変更したものである。本実施形態は、ステップＳ８０７で３点以上の交点の座標を検出した場合の具体的処理に関するものである。

図１７は、本実施形態の測量システムにおいて、電線１００及び電線２００を円形にスキャンした状態を示す図である。ここで、電線１００は測量システム１の測定対象物であるが、電線２００は測量システム１の測定対象物ではない。測量システム１から電線１００までの軸線Ｘ方向の距離は、測量システム１から電線２００までの軸線Ｘ方向の距離よりも短い。

本実施形態の演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎ＋１の座標を検出する際に、一対の交点Ｐ_ｎの座標に基づいて一対の交点Ｐ_ｎ＋１の座標の範囲を推定する。演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎ＋１のうち探索開始点Ｐｓｔに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１の座標の範囲Ａ１を推定する。図１７に示すように、範囲Ａ１は、例えば、一対の交点Ｐ_ｎを端部として電線１００と同方向に延びるように形成される円筒状の空間である。この円筒状の空間の断面の直径は電線１００の直径よりも大きくするのが望ましい。演算制御部１９は、探索開始点Ｐｓｔに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１の座標が範囲Ａ１に含まれる場合に、探索開始点Ｐｓｔに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１を正しい交点として検出する。

演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎ＋１のうち探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１の座標の範囲Ａ２を推定する。図１７に示すように、範囲Ａ２は、例えば、一対の交点Ｐ_ｎを頂点とし電線ベクトルＶ_ｎ＋１の終点を底面とする円錐状の空間である。演算制御部１９は、探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１の座標が範囲Ａ２に含まれる場合に、探索終了点Ｐｅｎに近接する側の交点Ｐ_ｎ＋１を正しい交点として検出する。

演算制御部１９は、電線２００上の交点Ｐ_ｎ＋１については、範囲Ａ１及び範囲Ａ２のいずれにも含まれないため、正しい交点として検出しない。これは、電線２００上の交点Ｐ_ｎ＋１は、電線１００上の交点Ｐ_ｎ＋１とは大きく異なる位置に配置されているからである。すなわち、演算制御部１９は、図１７に示す例では、電線１００上の交点Ｐ_ｎ＋１を正しい交点として検出し、電線２００上の交点Ｐ_ｎ＋１を正しい交点として検出しない。その結果、演算制御部１９は、測定対象物である電線１００上の一対の交点Ｐ_ｎ＋１を検出して点群データを取得する処理を進めることができる。

本実施形態の測定システムによれば、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を変更した後に検出される一対の交点Ｐ_ｎ＋１の座標の範囲Ａ１，Ａ２を推定し、その範囲Ａ１，Ａ２に含まれる座標を一対の交点Ｐ_ｎ＋１の座標として検出する。そのため、測定対象物である電線１００の背後に他の測定対象物であり電線２００が存在する場合であっても、推定した座標の範囲Ａ１，Ａ２に含まれない電線２００上の交点の座標を排除し、測定の誤りを抑制することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る測量システムについて説明する。本実施形態の測量システムは第１実施形態の測量システム１の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き第１実施形態の測量システム１と同様であるものとする。

図６に示すように、第１実施形態の測量システム１は、電線１００が延びる方向と直交するように基準光軸Ｏを配置したものであった。また、第１実施形態の測量システム１は、測定光２３を円形に走査するものであった。それに対して、本実施形態の測量システム１は、図１８に示すように、電線１００が延びる方向と測定光２３の方向とが９０°よりも大きい鈍角である傾斜角θ３をなすように配置したものである。また、本実施形態の測量システムは、測定光２３を楕円形に走査するものである。

図１９は、本実施形態の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋１回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。図２０は、図１９に示す電線１００を上方からみた図である。図１９に示すように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ方向を短軸とした楕円形に測定光２３を走査するように偏向部３５の偏向作動を制御する。演算制御部１９は、偏向部３５を制御することにより、図１９に示す楕円形の走査軌跡の短軸の長さを調整することができる。

本実施形態の演算制御部１９が楕円形の走査軌跡の短軸の長さを調整しているのは、電線１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が第１実施形態と比較して広くならないようにするためである。電線１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が広くなるとスキャン密度が低下し、電線１００から所望のスキャン密度の点群データを取得することができない。そこで、本実施形態の演算制御部１９は、傾斜角θ３に応じて測定光２３の走査軌跡の短軸の長さを調整することで、電線１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔が第１実施形態と同じになるようにしている。

図２０において、電線１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔は、第１実施形態の円形の走査軌跡Ｔ_ｎの直径Ｄ_ｎと同じである。演算制御部１９は、電線１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔が直径Ｄ_ｎと同じになるように、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さをＷ_ｎに調整している。短軸の長さＷ_ｎは軸線Ｘ方向の長さであり、Ｗ_ｎ＝Ｄ_ｎ・ｓｉｎ（θ３）を満たす。
ここで、傾斜角θ３は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ直線と測定光２３がＸ－Ｙ平面上でなす角度である。

演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さをＷ_ｎに調整することにより、電線１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔を第１実施形態と同じとすることができる。演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの測距データに基づいて傾斜角θ３を算出し、測定光２３の走査軌跡の短軸の長さＷ_ｎを算出する。図２０に示すように、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ長さが一定のＤ_ｎに維持されるように傾斜角θ３に基づいて偏向部３５の偏向作動を制御する。

このように演算制御部１９は、測定光２３の走査軌跡が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ方向を短軸とした楕円形となるように測定光の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を制御する。また、演算制御部１９は、短軸が一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ直線と測定光２３とがなす傾斜角θ３に応じた長さＷ_ｎとなるように測定光の射出方向（水平角θ１及び鉛直角θ２）を制御する。

図２１は、本実施形態の比較例の測量システムにおいて、円形のスキャンをｎ回からｎ＋１回目まで行ったときに検出される交点と電線ベクトルを示す図である。図２２は、図２１に示す電線１００を上方からみた図である。図２１に示す比較例において、演算制御部１９は、一対の交点Ｐ_ｎの中心位置Ｃ_ｎ回りに円形に測定光２３を走査するように偏向部３５の偏向作動を制御している。

図２２において、一対の交点Ｐ_ｎの軸線Ｘ方向の間隔は、第１実施形態の円形の走査軌跡Ｔ_ｎの直径Ｄ_ｎと同じである。一方、電線１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔は、Ｄ_ｎよりも長いＤ´_ｎとなっている。そのため、本比較例では、電線１００上の一対の交点Ｐ_ｎの間隔が直径Ｄ_ｎと同じにはならず、直径Ｄ_ｎよりも広い間隔となっている。そのため、本比較例では、演算制御部１９は、電線１００上の交点Ｐ_ｎ，Ｐ_ｎ＋１の間隔を第１実施形態と同じとすることができない。本実施形態の測定システムによれば、一対の交点Ｐ_ｎを結ぶ長さが一定に維持されるため、電線１００の各部の座標を一定の間隔（スキャン密度）で取得することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

以上の説明において、測定対象物は電線であるものとしたが、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成されるものであれば、他の態様であってもよい。例えば、測定対象物は、建築材料等として用いられるＨ形鋼や配管パイプ、電柱、建築物の柱等であってもよい。測定対象物の幅は、測定対象物の長さに対して３分の１以下であることが望ましい。

以上の説明においては、操作者が電線１００の探索開始点Ｐｓｔ及び探索終了点Ｐｅｎの双方を選択するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、探索開始点Ｐｓｔのみを操作者が選択するようにしてもよい。この場合、探索終了点Ｐｅｎを選択する代わりに探索方向として水平方向の左右いずれか一方を選択させるようにするのが望ましい。探索方向は、電線ベクトルの方向を決定する際に利用される。

以上の説明においては、偏向部３５を一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、２軸ガルバノミラーを用いて一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂと同様の機能を達成するようにしてもよい。

以上の説明においては、演算制御部１９は、円形あるいは楕円形にスキャンを行うが、測定光２３の走査軌跡の形状は、円形あるいは楕円形に限定されるわけではなく、他の態様であってもよい。例えば、演算制御部１９は、線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される測定対象物に沿って、正弦波や三角波などの波形の形状にスキャンを行ってもよい。

１・・・測量システム、 ３・・・レーザスキャナ、 ３Ａ・・・測距部、 ４・・・操作装置、 ４Ａ・・・操作画面、 １１・・・測定光射出部、 １２・・・受光部、 １４・・・撮像部、 １５・・・射出方向検出部、 １７・・・姿勢検出部、 ２０・・・第１記憶部、 ２３・・・測定光、 ２４・・・反射測定光、 ２７・・・発光素子、 ３３・・・受光素子、 ３５・・・偏向部、 ４０・・・測定光軸、 １００・・・電線、 １１０，１２０・・・電柱、 Ａ１，Ａ２・・・範囲、 Ｏ・・・基準光軸、 θ１・・・水平角、 θ２・・・鉛直角、 θ３・・・傾斜角

Claims (8)

1. 測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、
   前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、
   前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向とに基づいて線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の交点の座標を検出し、前記測定光の走査軌跡と前記測定対象物とが交差するように前記一対の交点の座標に基づいて前記射出方向を変更するよう前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする測定装置。
2. 前記制御部は、前記一対の交点の座標の中心が水平方向の左右いずれか一方に向けて連続的に移動するように、前記射出方向を変更することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記制御部は、前記一対の交点の座標の延長線上に前記所定の中心が配置されるように前記射出方向を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
4. 前記制御部は、前記射出方向を変更する前の前記測定光の走査軌跡と前記射出方向を変更した後の前記測定光の走査軌跡とが重なるように、前記射出方向を変更することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記制御部は、前記一対の交点のいずれか一方に前記所定の中心が配置されるように前記射出方向を変更することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
6. 前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が円形となり、かつ前記測定対象物が配置される位置において前記円形が前記測定対象物の太さに応じたサイズとなるように前記射出方向を変更することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記制御部は、前記測定光の走査軌跡が前記一対の交点を結ぶ方向を短軸とした楕円形となり、かつ前記短軸が前記一対の交点を結ぶ直線と前記測定光とがなす傾斜角に応じた長さとなるように前記射出方向を変更することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、
   前記測定装置は、
   測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、
   前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、
   前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、
   前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向とに基づいて線状、棒状および柱状の少なくともいずれかに形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との一対の交点の座標を検出する交点検出工程と、
   前記測定光の走査軌跡と前記測定対象物とが交差するように前記一対の交点の座標に基づいて前記射出方向を変更するよう前記偏向部の偏向作動を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする測定装置の制御方法。

Images