JP6316568B2 - 測量システム - Google Patents

Description

本発明は、簡便な構成で広範囲の３次元測定が可能な３次元測定方法及び測量システムに関するものである。

従来構造物の３次元（以下、３Ｄ）測定には、トータルステーションや３Ｄスキャナが用いられている。然し、これら測定機は測距光を照射し、測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行っており、測定機の設置点から測定エリア全体が見渡せることが必要である。この為、設置場所には多くの制約があり、更に測定対象物の測定で死角が存在する場合では、設置替えも必要であった。

又、測定対象物が複雑な構造物では、見通しの問題から、測定できない部分が多くなる。

この場合、色々な場所に測定機を設置して測定対象物を測定し、各設置位置（測定位置）で測定して得られた測定結果（３Ｄ座標）を合成して測定対象物の３Ｄモデルを作製しなければならない。一方、各場所で測定して得られた測定結果の基準座標は、各測定機の位置であり、３Ｄモデルを作製する場合、各場所で得られた測定結果を統一座標に座標変換しなければならない。

更に、統一座標に座標変換する場合、各測定位置間の距離、角度を、測定位置を変更する度に測定して、統一座標に座標変換しなければならない。この為、複雑な構造物になればなる程、作業が煩雑になるという問題があった。

又、測定位置間の距離や角度を測定する方法以外に基準点と呼ばれる既知点を３点以上使って合成する方法もあるが、座標が測定できないことや、煩雑な場合が多いという問題があった。

特開２００８−７６３０３号公報 特開２００８−７６４０５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡便な構成で、複雑な構造物、測定環境が複雑な地形である等に拘らず、３次元測定を容易に行うことが可能な３次元測定方法及び測量システムを提供するものである。

本発明は、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能である移動測定機とを具備し、前記トータルステーションは既知点に設置され、前記移動測定機は、前記トータルステーションから視準できる任意の位置から前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物の３次元測定を行い、前記トータルステーションは前記移動測定機の３次元測定を行った測定位置を測定し、前記移動測定機の３次元測定結果と、前記トータルステーションが測定した前記移動測定機の測定位置に基づき前記トータルステーションを基準とする３次元測定を行う３次元測定方法に係るものである。

又本発明は、既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能である少なくとも１つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を３次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を３次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた３次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の３次元測定を行う測量システムに係るものである。

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部は撮像装置であり、任意の２箇所の測定位置から撮像した画像、及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき測定対象物の３次元測定を行う測量システムに係るものである。

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部はレーザ測距器である測量システムに係るものである。

又本発明は、前記移動測定機の前記副測定部はレーザスキャナである測量システムに係るものである。

更に又本発明は、前記移動測定機は、小型飛行体、該小型飛行体に搭載された撮像装置、追尾用プリズムから構成される測量システムに係るものである。

本発明によれば、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能である移動測定機とを具備し、前記トータルステーションは既知点に設置され、前記移動測定機は、前記トータルステーションから視準できる任意の位置から前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物の３次元測定を行い、前記トータルステーションは前記移動測定機の３次元測定を行った測定位置を測定し、前記移動測定機の３次元測定結果と、前記トータルステーションが測定した前記移動測定機の測定位置に基づき前記トータルステーションを基準とする３次元測定を行うので、前記トータルステーションの死角となる等、測定できない範囲を前記トータルステーションの設置替えを行うことなく測定でき、又前記移動測定機の測定位置は前記トータルステーションから視準できればよく、任意の位置で容易に測定対象物の測定が行える。

更に又本発明によれば、既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能である少なくとも１つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を３次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を３次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた３次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の３次元測定を行うので、前記トータルステーションの死角となる等、測定できない範囲を前記トータルステーションの設置替えを行うことなく測定でき、又前記移動測定機の測定位置は前記トータルステーションから視準できればよく、任意の位置で容易に測定対象物の測定が行えるという優れた効果を発揮する。

本発明に係る実施例の概略図である。 該実施例に於けるトータルステーション、移動測定機の概略構成図である。 該実施例に於ける測定作業の説明図である。 該実施例に於いて、測定対象物の複数の測定対象を測定する場合の説明図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はそれぞれ本実施例で使用可能な複数の形式の移動測定機の説明図であり、（Ａ）はレーザ測距器を具備したもの、（Ｂ）はレーザスキャナを具備したもの、（Ｃ）はレーザ測距器、撮像装置を具備したもの、（Ｄ）は小型飛行体に撮像装置を搭載したものを示す。 副測定部としてレーザ測距器を用いた場合の測定作業を示す説明図である。 移動測定機として小型飛行体を用いた測量システムの測定作業を示す説明図である。 複数の異なる形式の移動測定機を用いた測量システムの測定作業を示す説明図である。 姿勢検出器の１例を示す概略構成図である。

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、本発明に係る実施例の概略を説明する。

図中、１は主測量装置としてのトータルステーション、２は副測量装置としての移動測定機、３は測定対象物を示している。尚、前記トータルステーション１は、測定点の測距、水平角、鉛直角を測定可能な測量機であり、本発明では更に追尾機能を有する。

前記トータルステーション１は、既知の位置に設置される。尚、前記トータルステーション１の設置位置は、絶対座標として既知であってもよく、或は前記測定対象物３に対して相対的な座標として既知であってもよい。又、前記トータルステーション１は、好ましくは、プリズム測定、ノンプリズム測定が可能であり、追尾機能を備えている。

前記トータルステーション１の概略の構成は、所定位置に３脚５が設置され、該３脚５に基台６が設けられ、該基台６に托架部７が設けられる。更に、該托架部７に望遠鏡部８が設けられる。

前記基台６は整準部を有し、又前記測定対象物３に対して前記托架部７を水平回転可能に支持する。前記托架部７は前記望遠鏡部８を鉛直回転可能に支持する。

該望遠鏡部８には測距部（後述）、光学系（図示せず）が内蔵され、該測距部は前記光学系を介して測距光を測定対象物に射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う。本実施例の場合、前記トータルステーション１の測定対象物は、前記移動測定機２となる。

又、前記望遠鏡部８には追尾部（後述）が内蔵され、該追尾部は前記光学系を介して追尾光を前記移動測定機２に対して射出し、該移動測定機２からの反射追尾光を受光し、前記移動測定機２が移動した場合に、該移動測定機２を追尾する。

前記移動測定機２は、測定対象物を測定する副測定部１１、前記トータルステーション１からの測距光、追尾光を再帰反射する全周プリズム１２、方向検出器及び傾斜検出器等から構成される姿勢検出器１３を具備している。前記移動測定機２は、測定作業者が保持し、持運び可能となっている。

尚、前記移動測定機２はハンディタイプとしてもよく、或は簡易型の３脚等で設置可能としてもよい。

又、図１中、（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は前記トータルステーション１を基準とした基準座標系、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は前記移動測定機２を基準とした副座標系を示している。

図２により、前記トータルステーション１、前記移動測定機２の概略構成を更に説明する。

前記トータルステーション１は、主に、測距部１５、追尾部１６、水平角検出部１７、鉛直角検出部１８、主演算制御部１９、主記憶部２１、主通信部２２、主表示部２３、主操作部２４を具備している。

前記測距部１５は、測距光１４ａを射出し、測定対象物からの反射光を受光して測距を行い、前記追尾部１６は追尾光１４ｂを射出し、測定対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づき測定対象物の追尾を行う。

前記水平角検出部１７は、前記基台６の水平回転角を検出し、前記鉛直角検出部１８は前記望遠鏡部８の高低角を検出し、前記水平角検出部１７と前記鉛直角検出部１８との検出結果により前記望遠鏡部８の視準方向、即ち水平角、鉛直角が検出される様になっている。

前記主記憶部２１には、測定に必要な各種プログラム、前記移動測定機２とデータ通信を行う為に必要な通信プログラムが格納され、又前記トータルステーション１で測定した測定結果、前記移動測定機２で測定した測定結果等のデータが格納される様になっている。

前記主演算制御部１９は、前記主記憶部２１に格納されたプログラムに基づき、測定を実行し、取得したデータに基づく演算等を行う。

前記主通信部２２は、前記移動測定機２との間で画像データ、測定データ、同期データ等の各種データの授受を行う。

前記主表示部２３は、測定状態、測定条件の表示、測定結果の表示等の各種表示を行う。又、前記主操作部２４からは測定条件の入力、測定指令の入力等が入力される。

前記移動測定機２は、主に前記全周プリズム１２、前記副測定部１１、前記姿勢検出器１３を有すると共に副演算制御部２６、副記憶部２７、副通信部２８、副操作部２９を具備している。

前記副測定部１１は、測定対象物についての測定（測距、測角）を行う。前記副測定部１１の測定対象物は、前記測定対象物３となる。尚、測角を行う場合は、前記副測定部１１に対する前記トータルステーション１の方向が基準となる。

前記姿勢検出器１３は、前記移動測定機２の傾斜、前記トータルステーション１に対する傾斜方向、前記副測定部１１の測定方向（撮影方向）、或は前記トータルステーション１に対する方向角を検出し、例えば、傾斜センサ、加速度センサ、方位センサ等が挙げられる。尚、前記姿勢検出器１３が方位センサを具備している場合は、前記姿勢検出器１３の向きを方位として検出し、検出した方位から前記トータルステーション１に対する方向角を演算してもよい。

前記副記憶部２７には、前記副測定部１１が測定を行うに必要な各種プログラム、又前記トータルステーション１との間でデータの通信を行う為の通信プログラムが格納されている。又前記副記憶部２７には、前記副測定部１１が取得した測定結果、前記トータルステーション１から送信されたデータが格納される。

前記副演算制御部２６は、前記副記憶部２７に格納されたプログラムに基づき測定を実行し、又前記副演算制御部２６は同期信号を発する様になっており、該同期信号に基づき前記副測定部１１が実行する測定の同期制御等の制御を実行する。

前記副測定部１１には種々の測定手段が用いられる。図１に示される副測定部１１としては、デジタル画像を取得可能なデジタルカメラ（撮像装置）が用いられている。

図３は、実施例に於ける測定作業を示している。該実施例では、前記副測定部１１で取得した画像により写真測量が実行される。尚、前記副測定部１１による測定では、該副測定部１１が測定作業者に保持された状態で測定が実行される。又、前記副測定部１１の測定位置は、前記トータルステーション１から前記移動測定機２（前記全周プリズム１２）が視準できる位置とされる。

測定点Ａに前記副測定部１１を設置し（即ち、測定点Ａで測定作業者が前記副測定部１１を保持し）、測定点Ａから測定対象９を撮像し、該測定対象９の画像を取得する。画像取得時の、前記移動測定機２の姿勢（傾斜、傾斜方向、測定方向或は前記トータルステーション１に対する方向角、撮影方向）が前記姿勢検出器１３によって検出され、検出された姿勢は取得された画像に関連付けられて画像と共に前記副記憶部２７に格納される。ここで、前記測定対象９は、前記トータルステーション１からは死角となっており、直接測定することはできない。

次に、測定点Ｂに移動して前記測定対象９を撮像し、該測定対象９の画像を取得する。又、同様にして画像取得時の、前記移動測定機２の姿勢（傾斜、傾斜方向、測定方向或は前記トータルステーション１に対する方向角、撮影方向）が前記姿勢検出器１３によって検出され、検出された姿勢は取得された画像に関連付けられて画像と共に前記副記憶部２７に格納される。

測定点Ａ、測定点Ｂで取得した画像データ、画像データに関連付けられた姿勢データは、前記副通信部２８より前記主通信部２２に送信され、該主通信部２２を介して前記主記憶部２１に格納される。

前記トータルステーション１は、前記全周プリズム１２を追尾して視準し、前記副測定部１１の測距、測角を行い、測定点Ａでの前記副測定部１１の前記トータルステーション１を基準とした３次元座標、即ち基準座標系での３次元座標を取得する。同様にして、測定点Ｂでの前記副測定部１１の３次元座標を取得する。

又、前記副測定部１１から前記主通信部２２、前記副通信部２８を介して前記トータルステーション１に同期信号を発しており、前記トータルステーション１による測定点Ａ、測定点Ｂの測定時と同時に、測定点Ａ、測定点Ｂでの前記移動測定機２による測定が実行される様に、前記同期信号に基づき前記移動測定機２の測定タイミングを制御する。

前記主演算制御部１９は、測定点Ａ、測定点Ｂのそれぞれの３次元座標から測定点Ａ、測定点Ｂ間の距離Ｄ（基線長Ｄ）を演算し、該基線長Ｄと前記姿勢データに基づき測定点Ａ、測定点Ｂで取得した画像の相互標定を実行し、前記移動測定機２を基準とした副座標系での前記測定対象９の３次元データが取得できる。

更に、前記主演算制御部１９は、前記トータルステーション１により測定した測定点Ａ、測定点Ｂの座標に基づき前記測定対象９の３次元データを前記トータルステーション１を基準とした基準座標系のデータに変換することができ、更に基準座標系での３Ｄモデルを作製する。尚、基準座標系のデータに変換すること、３Ｄモデルを作製することについては、前記移動測定機２の前記副演算制御部２６で実行させてもよく、或は別途用意した演算制御部で実行させてもよい。

図４は、測定対象物の複数の測定対象を測定する場合を示している。

例えば、測定対象Ｓを測定する場合は、前記移動測定機２によりＡ地点、Ｂ地点から測定対象Ｓを撮影し、Ａ地点、Ｂ地点で取得した画像から測定対象Ｓについて前記移動測定機２を基準とした３Ｄモデルを作製する。又、前記トータルステーション１は、Ａ地点、Ｂ地点での前記移動測定機２の３次元座標を測定する。

次に、測定対象Ｔを測定する場合は、前記移動測定機２をＣ地点に移動し、測定対象Ｔを撮影後、更にＤ地点に移動し測定対象Ｔを撮影する。

前記トータルステーション１は、前記移動測定機２の移動に伴い該移動測定機２（即ち、全周プリズム１２）を追尾し、Ｃ地点、Ｄ地点での前記移動測定機２の３次元座標を測定する。Ｃ地点、Ｄ地点で取得した画像から測定対象Ｔについて前記移動測定機２を基準とした３Ｄモデルを作製する。同様にして、測定対象Ｕについては、Ｅ地点、Ｆ地点で取得した画像から測定対象Ｕについて前記移動測定機２を基準とした３Ｄモデルを作製する。

前記Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点、Ｅ地点、Ｆ地点の座標は、前記トータルステーション１で測定されており、該トータルステーション１で測定した結果に基づき測定対象Ｓ，Ｔ，Ｕの３Ｄモデルを合成することができ、基準座標系に於ける測定対象物３の３Ｄモデルを作製することができる。

上記した様に、前記移動測定機２で取得した３次元データを、固定設置したトータルステーション１の測定結果に基づき合成することで、複雑な形状の測定対象物の測定、複雑な地形での測定対象物の測定が、前記トータルステーション１の設置位置を変更することなく実行できる。

前記トータルステーション１を一箇所に設置するだけで、測定対象物全体の３Ｄモデルを簡便に作製することができる。又、携帯可能な前記移動測定機２を用いて測定を行うので、機動性の高い３次元測量システムを提供できる。

尚、前記移動測定機２側に、前記トータルステーション１で測定した結果を送信し、前記副測定部１１で、該副測定部１１で取得した３次元データを基準座標系の３次元データに変換し、測定対象物全体の３Ｄモデルを作製してもよい。

更に、前記移動測定機２をデータ収集装置として機能させ、収集したデータを別途用意したＰＣ等に入力し、該ＰＣで前記移動測定機２を基準とした副座標系での前記測定対象９の３次元データを取得し、更に前記ＰＣで測定対象物全体の３Ｄモデルを作製してもよい。又、前記移動測定機２を複数用いて更に広範囲を測定可能としてもよい。

次に、前記移動測定機２としては、種々の形式のものを使用可能である。

図５は、使用可能な複数の形式の移動測定機を例示している。

先ず図５（Ａ）は、図１で示した副測定部１１として撮像装置の代りにレーザ測距器３１を用いた移動測定機５１を示している。

該移動測定機５１では、携帯性、操作性をより向上させる為、取手部材３０に前記レーザ測距器３１、全周プリズム１２、姿勢検出器１３が一体に設けられている。

前記レーザ測距器３１を用いることで、測定点迄の距離が直ちに取得でき、更に前記姿勢検出器１３の検出結果を加味することで前記レーザ測距器３１を基準とした前記測定点の３次元座標が取得できる。尚、前記全周プリズム１２は、前記トータルステーション１からの測距光１４ａを該トータルステーション１に向けて反射し、該トータルステーション１が前記移動測定機５１の位置を測定する。従って、前記レーザ測距器３１が測定した測定点の３次元座標は、前記トータルステーション１の基準座標系に座標変換できる。

図５（Ｂ）は、副測定部１１としてレーザスキャナ３２を用いた移動測定機５２を示している。前記レーザスキャナ３２を用いることで多数点を同時に測定でき、測定対象物の３次元点群データを取得することができる。該３次元点群データも、前記トータルステーション１の測定結果に基づき前記基準座標系の３次元点群データに座標変換できる。

図５（Ｃ）は、副測定部１１としてレーザ測距器３１及び撮像装置３３を用いた移動測定機５３を示している。該移動測定機５３では、前記レーザ測距器３１で測定対象物の距離測定を実行すると共に測定個所及び周囲の画像を取得でき、画像付の３次元データを取得することができる。

図５（Ｄ）で示される移動測定機５４は、遠隔操作される小型飛行体（ＵＡＶ）３５に撮像装置３３が搭載された構成である。前記小型飛行体３５には、更に追尾用のプリズム３７が設けられ、前記撮像装置３３と一体に設けられていると共に該撮像装置３３との位置関係が既知となっている。前記撮像装置３３、前記プリズム３７はジンバル３８を介して前記小型飛行体３５に設けられており、前記撮像装置３３、前記プリズム３７は、常に一定の姿勢が保たれる様になっている。

又、前記移動測定機５４には、姿勢検出器１３（例えば、ジャイロ、方位センサ、傾斜センサ等）が設けられ、前記小型飛行体３５の飛行姿勢が検出されると共に前記撮像装置３３の光軸方向が検出される様になっている。前記移動測定機５４は、複数箇所で測定対象物を撮像し、写真測量用に画像を取得する。

前記トータルステーション１からは追尾光１４ｂが射出され、前記プリズム３７によって反射された追尾光１４ｂは、前記追尾部１６（図２参照）によって受光され、前記トータルステーション１によって前記移動測定機５４が追尾される。

又、前記移動測定機５４の位置（３次元座標）は、前記トータルステーション１で追尾されつつ測定される。前記トータルステーション１からは前記移動測定機５４に同期信号が発せられ、該同期信号に基づき前記移動測定機５４による撮像と前記トータルステーション１による測定が同期制御される。而して、前記移動測定機５４で画像を取得した時点の、該移動測定機５４の位置が前記トータルステーション１によって測定される。

前記移動測定機５４による画像の取得位置、取得した画像に基づき、測定対象物の３次元データが取得され、該３次元データは前記トータルステーション１の基準座標系に座標変換され、測定対象物全体の３Ｄモデルが作製される。

図６は、副測定部１１として前記レーザ測距器３１を用いた場合の測定作業を示している。

測定作業者は、前記移動測定機５１を持ち、前記トータルステーション１から視準できる範囲内で、Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点と移動し、各地点で測距を行う。Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点の３次元座標は、前記トータルステーション１によって測定される。従って、前記移動測定機５１で測定した測定結果は、前記トータルステーション１の基準座標系に座標変換可能である。尚、副測定部１１として前記レーザスキャナ３２を具備する前記移動測定機５２を用いた場合も同様に測定作業が行える。

図７は、前記移動測定機５４を用いた測量システムの測定作業を示している。

図７中、４１は基地制御装置としてのＰＣ、４２は前記移動測定機５４の飛行、及び撮像を制御する遠隔操縦装置を示している。

前記トータルステーション１は、前記移動測定機５４を追尾し、該移動測定機５４の位置を測定し、測定された位置情報は前記基地制御装置４１に送信される。又、前記移動測定機５４は前記撮像装置３３（図５（Ｄ）参照）により画像を取得し、画像は前記基地制御装置４１に送信される。

前記基地制御装置４１は、前記移動測定機５４の飛行コースを設定し、該飛行コースに基づき前記移動測定機５４の飛行を制御する。又、前記基地制御装置４１は前記トータルステーション１による前記移動測定機５４の位置測定と、該移動測定機５４の写真撮影の同期制御を行っており、画像と画像が取得された位置とを関連付ける。

又、前記基地制御装置４１は、画像に基づき前記移動測定機５４を基準とした３Ｄモデルを作製し、更に前記トータルステーション１の測定結果に基づき基準座標系の３Ｄモデルを作製する。

前記移動測定機５４を用いることで、上方から測定した３Ｄモデルを作製することができる。

図８は、前記移動測定機５４及び他の任意な移動測定機を用いた測量システムの測定作業を示している。又、他の移動測定機として前記移動測定機５３が用いられた例が示されている。

尚、前記移動測定機５４、前記移動測定機５３による測定は、前記トータルステーション１が前記移動測定機５４、又は前記移動測定機５３を追尾することから、前記移動測定機５４による測定と、前記移動測定機５３による測定とを分離することが好ましい。尚、前記移動測定機５４の測定と前記トータルステーション１による測定の同期が前記基地制御装置４１によって実行され、同様に、前記移動測定機５３による測定と前記トータルステーション１による測定の同期が前記基地制御装置４１によって実行される。

例えば、前記移動測定機５４により上方からの測定を実行し、測定データを取得した後、前記移動測定機５３による測定を実行する。測定結果はそれぞれ、前記基地制御装置４１に送信される。

前記基地制御装置４１に於いて、前記移動測定機５４で得られた測定結果を基に、該移動測定機５４を基準とした３Ｄモデルが作製され、前記移動測定機５３で得られた測定結果を基に、該移動測定機５３を基準とした３Ｄモデルが作製される。

２つの３Ｄモデルは、前記トータルステーション１の測定結果に基づき、基準座標系に座標変換され、更に基準座標系の３Ｄモデルとして合成される。

前記移動測定機５３の測定姿勢、該移動測定機５３と前記トータルステーション１との相対的な位置、姿勢関係を検出する為に、前記移動測定機５３は前記姿勢検出器１３を具備している。

該姿勢検出器１３の１例として、姿勢センサ、加速度センサ、傾斜センサ、方位センサの内から適宜選択されたもの或はその組合わせ等が考えられる。

更に他の例として、偏光光線を用いた傾斜センサ、画像を用いた姿勢センサがある。

図９を参照し、偏光光線を用いた傾斜センサ４４、画像を用いた姿勢センサ４６を具備する姿勢検出器１３の一例を説明する。尚、図９中、図１、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。

先ず、前記傾斜センサ４４について説明する。尚、後述する様に、該傾斜センサ４４は、追尾光受光部４５、タイミングパルス検出部６２、信号処理部６１、副演算制御部２６を有している。

前記追尾部１６は追尾光発生部５６を有し、該追尾光発生部５６は追尾光１４ｂとしてパルス光を発する。前記追尾光発生部５６は更に偏光回転部５７を有し、該偏光回転部５７は前記追尾光発生部５６で発光された追尾光１４ｂを回転偏光板５８を通して射出し、前記追尾光１４ｂを偏光光線とすると共に偏光面を所定の回転速度（定速回転）で回転する。

従って、前記追尾部１６から発せられる前記追尾光１４ｂは、パルス光であり、更に偏光面が定速で回転している偏光光線となる。

又、前記追尾光発生部５６は、前記回転偏光板５８の回転角について基準位置を設定する。例えば、前記トータルステーション１が整準された状態で、偏光面が鉛直となった時の回転偏光板５８の回転角を０゜と設定する。

前記移動測定機２は、前記全周プリズム１２の他に前記追尾光受光部４５、前記姿勢センサ４６を備えている。追尾光１４ｂは前記全周プリズム１２で反射されると共に前記追尾光受光部４５及び前記姿勢センサ４６で受光される。

該追尾光受光部４５は固定偏光板５９、受光センサ６０を具備し、該受光センサ６０は前記固定偏光板５９を通して追尾光１４ｂを受光する様になっている。又、該固定偏光板５９の偏光面は、例えば前記移動測定機２が水平姿勢で、鉛直となる様に固定されている。

前記受光センサ６０が回転される偏光光線を受光することで、該受光センサ６０が検出する受光光量は、前記回転偏光板５８の１８０゜の回転で１周期となるｓｉｎカーブで変化する。

上記した様な前記回転偏光板５８と前記固定偏光板５９との位置関係では、前記移動測定機２が水平姿勢で、光量が最大となり、前記移動測定機２が傾斜することで光量が減少する。従って、光量変化を基に前記サインカーブでの位相差を検出すれば、前記移動測定機２の傾き角が検出できる。

前記追尾光受光部４５からの受光信号は、前記信号処理部６１に出力され、該信号処理部６１で増幅、Ａ／Ｄ変換等の信号処理がされて前記副演算制御部２６に送出される。

前記追尾光１４ｂは、前記タイミングパルス検出部６２で検出される。該タイミングパルス検出部６２は、前記追尾光１４ｂのパルス発光タイミングから、タイミング信号を生成する。又、前記追尾光１４ｂには、前記回転偏光板５８の基準回転位置を示す基準信号が重畳されており、前記タイミングパルス検出部６２は基準信号も同時に検出する。尚、基準信号としては、前記回転偏光板５８の基準回転位置である時に、光パルスの幅を広くする等がある。

前記信号処理部６１に於いて、前記タイミングパルス検出部６２で生成されたタイミング信号、及び検出された基準信号は、前記姿勢センサ４６からの受光信号に関連付けられ、前記信号処理部６１から前記副演算制御部２６に出力される。

該副演算制御部２６では、受光信号、タイミング信号に基づき前記サインカーブを演算し、又該サインカーブと基準信号に基づき前記回転偏光板５８と前記固定偏光板５９との位相差（回転角）演算する。

而して、前記トータルステーション１を基準とした前記移動測定機２の傾斜が測定できる。更に、前記トータルステーション１が整準されていれば、前記移動測定機２の鉛直に対する傾斜が測定できる。

次に、画像を用いた姿勢センサ４６について説明する。

該姿勢センサ４６は、前記傾斜センサ４４と一体に構成され、該姿勢センサ４６は追尾光１４ｂを受光する様に構成されている。又、前記傾斜センサ４４は、撮像部４７、前記副演算制御部２６、前記副記憶部２７を具備している。

該姿勢センサ４６は、デジタル画像を取得する前記撮像部４７を有している。該撮像部４７は受光素子（図示せず）を有し、該撮像部４７が前記トータルステーション１と正対し、自身の光軸が該トータルステーション１の光軸（即ち追尾光光軸）と合致した時に前記受光素子上の受光位置が基準位置（例えば、受光素子の中心）となる様に設定されている。

従って、自身の光軸と追尾光光軸とがずれを生じると、前記受光素子上の受光位置も基準位置からずれる。ずれ量、ずれの方向は前記移動測定機２の傾き量、傾き方向に対応するので、ずれ量、ずれの方向に基づき前記移動測定機２の傾き量、傾き方向を検出することができる。

更に、前記トータルステーション１と前記移動測定機２とはタイミング信号に基づき同期制御され、前記移動測定機２で測定した結果と測定した時に前記姿勢検出器１３が検出した姿勢が関連付けられる。

尚、前記トータルステーションが射出する測距光、追尾光の少なくともいずれか一方をパルスレーザとすればよく、測距光をパルス発光し、測距光からタイミング信号を生成してもよい。タイミング信号はパルス発光を駆動する側で駆動信号に基づき生成してもよく、或は受光側で受光信号に基づき生成してもよい。

更に、別途タイミング信号発生器を設け、該タイミング信号発生器で発生させたタイミング信号に基づき姿勢検出、同期制御を行ってもよい。

１ トータルステーション
２ 移動測定機
３ 測定対象物
８ 望遠鏡部
１１ 副測定部
１２ 全周プリズム
１３ 姿勢検出器
１５ 測距部
１６ 追尾部
１７ 水平角検出部
１８ 鉛直角検出部
１９ 主演算制御部
２１ 主記憶部
２２ 主通信部
２６ 副演算制御部
２７ 副記憶部
２８ 副通信部
３０ 取手部材
３１ レーザ測距器
３２ レーザスキャナ
３３ 撮像装置
４４ 傾斜センサ
４５ 追尾光受光部
４６ 姿勢センサ
４７ 撮像部
５１ 移動測定機
５２ 移動測定機
５３ 移動測定機
５４ 移動測定機
５６ 追尾光発生部
５８ 回転偏光板
５９ 固定偏光板

Claims (6)

1. 既知点に設けられ、追尾機能を有するトータルステーションと該トータルステーションから発せられる測距光、追尾光を再帰反射するプリズムを有し、移動可能であると共に測定対象物の３次元測定が可能である少なくとも１つの移動測定機と、演算制御部とを具備し、前記移動測定機は測定対象物の測距、測角が可能な副測定部と前記移動測定機の測定方向、傾斜、傾斜方向を検出可能な姿勢検出器とを有し、
   前記測距光又は前記追尾光はパルスレーザであり、
   前記姿勢検出器は前記トータルステーションからの前記測距光、前記追尾光を受光するタイミングパルス検出部を有し、該タイミングパルス検出部は、前記測距光又は前記追尾光の検出結果に基づきタイミング信号を生成し、
   前記移動測定機と前記トータルステーションとは前記タイミング信号により同期制御され、
   前記移動測定機が前記トータルステーションから視準可能な任意の測定位置で、前記副測定部の測定結果及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき前記トータルステーションの方向を基準として測定対象物を３次元測定し、前記トータルステーションは前記測定位置を３次元測定し、前記演算制御部は、前記移動測定機で得られた３次元測定結果と前記トータルステーションの測定結果に基づき該トータルステーションを基準とした前記測定対象物の３次元測定を行うことを特徴とする測量システム。
2. 前記移動測定機の前記副測定部は撮像装置であり、任意の２箇所の測定位置から撮像した画像、及び前記姿勢検出器の検出結果に基づき測定対象物の３次元測定を行う請求項１の測量システム。
3. 前記移動測定機の前記副測定部はレーザ測距器である請求項１の測量システム。
4. 前記移動測定機の前記副測定部はレーザスキャナである請求項１の測量システム。
5. 前記移動測定機は、小型飛行体、該小型飛行体に搭載された撮像装置、追尾用プリズムから構成される請求項１の測量システム。
6. 請求項２〜請求項４のいずれかに記載の前記移動測定機と請求項５に記載の前記移動測定機とを具備する請求項１の測量システム。

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