JP7171129B2 - Survey system and survey method - Google Patents

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Description

本発明は、工事基準点(測量標)を設置するための測量システムおよび測量方法に関する。 The present invention relates to a surveying system and a surveying method for setting construction reference points (surveying markers).

発進立坑等からのトンネルの施工においては、工事を着手する前に測量を行い、トンネルの発進立坑坑口付近にトンネルの中心線や施工の基準となる測量標(工事基準点で、仮ベンチマーク、仮BMやKBM等とも称される。以下、工事基準点と称す。)が設置される。工事基準点は、工事測量の基準とするために設置される測量標で、数値的な位置情報(三次元の位置座標)をもつものである。新しく設置される工事基準点の位置や標高を定める測量は、既に位置座標が与えられた基準点(既知点)に基づき、全球測位衛星システム(GNSS)やトータルステーション(TS)等を用いて実施される。 When constructing a tunnel from a starting shaft, etc., a survey is taken before construction starts, and survey marks (temporary benchmarks, temporary benchmarks, Also called BM, KBM, etc., hereinafter referred to as construction reference point) is installed. A construction reference point is a survey post that is set as a reference for construction surveying, and has numerical position information (three-dimensional position coordinates). Surveying to determine the position and elevation of newly installed construction control points is based on control points (known points) whose position coordinates have already been given, and is carried out using global positioning satellite systems (GNSS), total stations (TS), etc. be.

基準点測量ではないが、空中写真測量の技術として、小型飛行体にカメラを設け、写真撮影および測量計算により地表の各点の位置座標を計算する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、小型飛行体に再帰反射体を設け、既知点に設置したTSにより再帰反射体を追尾し、再帰反射体の位置座標を測定することで、衛星からの電波を受信できない環境でも高精度に空中写真撮影位置を特定し、空中写真測量の精度向上・標定点数の削減を可能にしている。 Although it is not a control point survey, as an aerial photogrammetry technique, a technique is known in which a camera is installed in a small aircraft and the position coordinates of each point on the ground surface are calculated by photographing and survey calculation (for example, Patent Document 1 reference). With this technology, a retroreflector is installed on a small aircraft, and the retroreflector is tracked by a TS installed at a known point, and the position coordinates of the retroreflector are measured. It identifies the aerial photographing position with high accuracy, making it possible to improve the accuracy of aerial photogrammetry and reduce the number of ground control points.

特開2014-167413号公報JP 2014-167413 A

上記従来の技術では、再帰反射体の位置座標を測定するが、測定した位置座標を航空写真の対地標定に使用するのみであるため、工事基準点を設置するために再帰反射体の位置座標を使用することを全く想定していない。 In the above conventional technology, the position coordinates of the retroreflector are measured, but since the measured position coordinates are only used for ground orientation of the aerial photograph, the position coordinates of the retroreflector are used to set the construction reference points. Didn't expect to use it at all.

TSにより直接視準ができない立坑内やオーバーハングした(岩盤の面が垂直を超えて傾斜している)崖・断崖等がある場所に工事基準点を設置する場合、迂回することにより設置することができる。しかしながら、これでは、多大な労力・時間を要するといった問題があった。 When installing a construction reference point in a vertical shaft where direct collimation cannot be performed by TS, or where there is an overhang (the bedrock surface is inclined beyond the vertical), a detour should be taken. can be done. However, this has the problem of requiring a great deal of labor and time.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、工事基準点を設置するための測量システムであって、
遠隔操作可能な飛行体と、
飛行体に設けられる再帰反射体と、
再帰反射体の位置を測定する第1の測定手段と、
目標までの距離および方向を測定する第2の測定手段と、
第1の測定手段により測定された再帰反射体の位置を仮基準点の位置とし、該仮基準点の位置と、第2の測定手段により目標を再帰反射体として測定した第1の測定結果とを用いて第2の測定手段の位置を算出し、算出した第2の測定手段の位置と第2の測定手段により目標を工事基準点として測定した第2の測定結果とを用いて工事基準点の位置を算出する演算手段とを含む、測量システムが提供される。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a surveying system for setting a construction reference point,
a remotely controlled flying object;
a retroreflector provided on the flying object;
a first measuring means for measuring the position of the retroreflector;
a second measuring means for measuring distance and direction to a target;
The position of the retroreflector measured by the first measuring means is the position of the temporary reference point, and the position of the temporary reference point and the first measurement result of measuring the target as the retroreflector by the second measuring means. Calculate the position of the second measuring means using , and use the calculated position of the second measuring means and the second measurement result measured by the second measuring means with the target as the construction base point to determine the construction base point A surveying system is provided, comprising computing means for calculating the position of the .

本発明によれば、直接視準ができない立坑内やオーバーハングした崖・断崖等がある場所に、迂回しなくても、効率的に工事基準点を設置することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently set a construction reference point in a vertical shaft where direct collimation is not possible or where there is an overhanging cliff/cliff without detouring.

従来のTSにより工事基準点を設置する例を示した図。The figure which showed the example which installs a construction reference point by conventional TS. 従来のTSにより工事基準点を設置することが難しい例を示した図。A diagram showing an example in which it is difficult to establish a construction reference point with a conventional TS. 測量システムの第1の構成例を示した図。The figure which showed the 1st structural example of a surveying system. 飛行体に搭載される再帰反射体(プリズム)およびカメラの配置について説明する図。FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement of a retroreflector (prism) and a camera mounted on an aircraft; 飛行体搭載カメラで撮像された画像の一例を示した図。The figure which showed an example of the image imaged with the camera mounted on an aircraft. 飛行体を静止した状態にさせるための方法を説明する図。The figure explaining the method for making an aircraft stand still. 測量システムに用いられる飛行体のハードウェア構成の一例を示した図。The figure which showed an example of the hardware constitutions of the flying object used for a survey system. 図3に示す測量システムを使用した測量の概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram of surveying using the surveying system shown in FIG. 3; 図3に示す測量システムを用いた工事基準点の設置作業の流れを示したフローチャート。FIG. 4 is a flow chart showing the flow of construction reference point installation work using the surveying system shown in FIG. 3 ; FIG. 測定終了時刻の差によるデータ採否について説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining acceptance/rejection of data based on differences in measurement end times; TSによる後方交会法による未知点の位置座標の計算の流れを示したフローチャート。4 is a flow chart showing the flow of calculation of the position coordinates of unknown points by the TS retrosection method. 未知点の位置座標を計算する方法の概念図。A conceptual diagram of a method for calculating the position coordinates of an unknown point. 測定値較差レベルについて説明する図。The figure explaining a measurement value difference level. 測量システムの第2の構成例を示した図。The figure which showed the 2nd structural example of a surveying system. 図11に示す測量システムを使用した測量の概念図。FIG. 12 is a conceptual diagram of surveying using the surveying system shown in FIG. 11; 図11に示す測量システムを用いた工事基準点の設置作業の流れを示したフローチャート。12 is a flow chart showing the flow of work for setting construction reference points using the surveying system shown in FIG. 11; 仮ベンチマークを用いた未知点の位置座標を決定する方法の概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram of a method of determining position coordinates of unknown points using a temporary benchmark;

図1は、従来のTSにより工事基準点を設置する例を示した図である。TSは、目標までの距離および方向を測定する装置で、距離を測定する光波測距儀および方向として角度を測定するセオドライトを備える。目標には、測定用の再帰反射体が設置される。再帰反射体としては、例えばプリズムが用いられる。 FIG. 1 is a diagram showing an example of setting a construction reference point using a conventional TS. TS is a device for measuring range and direction to a target, with a lightwave rangefinder for measuring range and a theodolite for measuring angle as direction. The target is equipped with a retroreflector for measurement. A prism, for example, is used as the retroreflector.

光波測距儀は、プリズムに向けて発振した光を照射し、プリズムで反射した光を検知するまでに発振した回数から距離を算出する。セオドライトは、望遠鏡と、角度を測定するエンコーダとを含み、プリズムに向けて光を照射し、プリズムで反射した光が望遠鏡の中心に位置するように、望遠鏡を鉛直方向および水平方向へ回転させ、中心に位置したときの鉛直方向および水平方向の角度をエンコーダで測定する。 A light wave rangefinder irradiates a prism with oscillating light and calculates the distance from the number of oscillations until the light reflected by the prism is detected. The theodolite includes a telescope and an encoder that measures angles, directs light toward a prism, rotates the telescope vertically and horizontally so that the light reflected by the prism is centered in the telescope, Encoders measure vertical and horizontal angles when centered.

図1(a)は、既知点に設置したTS10により、直接視準できる立坑11内の位置に工事基準点12を設置する例を示している。視準とは、望遠鏡の軸の方向を目標に合わせることをいい、直接視準できるとは、立坑11内の工事基準点12がTS10の望遠鏡で直接見える位置にあることをいう。TS10が設置される既知点の位置座標は、その点にTS10を設置し、TS10により基準点1、2を測量することにより決定されている。 FIG. 1(a) shows an example in which a construction reference point 12 is set at a position within a shaft 11 that can be directly collimated by a TS 10 set at a known point. Sighting refers to aligning the direction of the axis of the telescope with the target, and direct sighting means that the construction reference point 12 in the shaft 11 is at a position that can be seen directly by the telescope of the TS10. The position coordinates of a known point where the TS 10 is installed are determined by installing the TS 10 at that point and surveying reference points 1 and 2 with the TS 10 .

工事基準点12の位置座標は、工事基準点12にプリズムを配置し、既知点に設置したTS10から光を照射し、プリズムで反射した光を検知し、距離およびその方向を測定することで決定される。 The position coordinates of the construction reference point 12 are determined by placing a prism at the construction reference point 12, irradiating light from the TS 10 installed at a known point, detecting the light reflected by the prism, and measuring the distance and its direction. be done.

図1(b)は、既知点に設置したTS10により、直接視準できない立坑11内の位置に工事基準点12を設置する例を示している。この例では、立坑11上に、クレーンを使用して、また、仮設橋梁・片持架設・立坑内の足場活用等により、仮の工事基準点(仮ベンチマーク)13を設置している。 FIG. 1(b) shows an example in which a construction reference point 12 is set at a position within a shaft 11 that cannot be directly sighted by the TS 10 set at a known point. In this example, a temporary construction reference point (temporary benchmark) 13 is set on the shaft 11 by using a crane, a temporary bridge, cantilever construction, scaffolding in the shaft, or the like.

鉛直を調べる装置として下げ振りを使用し、工事基準点12の真上であって、TS10により直接視準できる位置に仮ベンチマーク13を設置する。そして、TS10により上記と同様の方法で仮ベンチマーク13の位置座標を測定する。工事基準点12の水平方向の座標は、仮ベンチマーク13の水平方向の座標と同一である。 A plumb bob is used as a device for checking verticality, and a temporary benchmark 13 is installed at a position directly above the construction reference point 12 and directly collimated by the TS 10 . Then, the TS 10 measures the position coordinates of the temporary benchmark 13 in the same manner as described above. The horizontal coordinates of the construction base point 12 are the same as the horizontal coordinates of the temporary benchmark 13 .

工事基準点12の鉛直方向の座標、すなわち標高の座標を算出するために、スケールが使用される。仮ベンチマーク13から工事基準点12までの長さをスケール・光波測距儀等により測定し、仮ベンチマーク13の標高の座標から測定した長さを差し引くことで、工事基準点12の標高の座標を求めることができる。 A scale is used to calculate the vertical coordinates of the construction reference point 12, ie, the altitude coordinates. The length from the temporary benchmark 13 to the construction reference point 12 is measured by a scale, an optical rangefinder, etc., and the altitude coordinates of the construction reference point 12 are obtained by subtracting the measured length from the altitude coordinates of the temporary benchmark 13. can ask.

以上のようにして、立坑11内に工事基準点12を設置することができるが、立坑11が大口径・大深度の場合や、図2に示すようなオーバーハングした崖・断崖等14がある場所であって、既知点に設置したTS10から工事基準点12を直接視準できない場合、仮ベンチマーク13を設置することが困難であるため、工事基準点12を設置することは難しい。 As described above, the construction reference point 12 can be set in the vertical shaft 11. However, if the vertical shaft 11 has a large diameter and a large depth, or there is an overhanging cliff or cliff 14 as shown in FIG. If the construction reference point 12 cannot be directly sighted from the TS 10 installed at a known point, it is difficult to set up the construction reference point 12 because it is difficult to set up the temporary benchmark 13 .

立坑11が大口径・大深度の穴の径が大きい場合、工事基準点の設置のための仮設橋梁・片持架設・立坑内の足場活用等に多大な労力・負担が発生する場合がある。オーバーハングした崖・断崖等14がある場所も、片持架設の設置が難しい場合、立坑11が大口径の穴の径が大きい場合と同様、工事基準点の設置のための仮設橋梁・片持架設・立坑内の足場活用等に多大な労力・負担が発生する場合がある。 If the pit 11 has a large diameter and a large depth, it may require a great deal of labor and burden to construct a temporary bridge, cantilever erection, scaffolding in the pit, etc. for setting the construction reference point. If it is difficult to install a cantilever erection in a place where there is an overhanging cliff, cliff, etc. 14, a temporary bridge or cantilever for setting a construction reference point, as in the case where the vertical shaft 11 has a large diameter hole. Construction and use of scaffolding in shafts may require a great deal of labor and burden.

そこで、本発明では、小型の飛行体に遠隔操作可能な再帰反射体を取り付けて、飛行体を空中浮揚で静止した状態にさせ、地上既知点に設置されたTSから再帰反射体の位置座標を求めて仮ベンチマーク13とする。また、工事基準点12を設置する立坑11内等であって、未知点に別のTSを設置し、仮ベンチマーク13の位置座標を用いて、当該別のTSの自己位置を求めたのち、工事基準点12までの距離および方向を測定し、工事基準点12の位置座標を算出するものとする。 Therefore, in the present invention, a retroreflector that can be controlled remotely is attached to a small flying object, the flying object is kept in a stationary state by levitation, and the position coordinates of the retroreflecting object are obtained from a TS installed at a known point on the ground. A temporary benchmark 13 is obtained. In addition, another TS is installed at an unknown point such as in the shaft 11 where the construction reference point 12 is installed, and the position coordinates of the temporary benchmark 13 are used to determine the self-position of the other TS. Assume that the distance and direction to the reference point 12 are measured, and the position coordinates of the construction reference point 12 are calculated.

図3は、測量システムの第1の構成例を示した図である。測量システムは、遠隔操作可能な飛行体20と、飛行体20に設けられる再帰反射体としてのプリズム21と、プリズム21の位置を測定する測定手段としてのTS22(TS22は、既知点に設置されているものとする。以下、同じ。)とを備える。また、測量システムは、立坑11内等の未知点に設置され、プリズム21までの距離および方向を測定することで日本平面直角座標系(以下、平面直角座標系と称す。)の自己位置を算出して既知点とするTS23を備える。さらに、測量システムは、工事基準点12の位置座標を算出する演算手段を備える。 FIG. 3 is a diagram showing a first configuration example of the survey system. The surveying system consists of a remotely operable flying object 20, a prism 21 as a retroreflector provided on the flying object 20, and a TS22 as measuring means for measuring the position of the prism 21 (TS22 is installed at a known point). The same shall apply hereinafter). In addition, the surveying system is installed at an unknown point such as in the vertical shaft 11, and by measuring the distance and direction to the prism 21, calculates its own position in the Japanese plane rectangular coordinate system (hereinafter referred to as the plane rectangular coordinate system). TS23 is provided as a known point. Furthermore, the surveying system comprises computing means for calculating the position coordinates of the construction reference point 12 .

演算手段は、飛行体20やTS22、23内に分散して搭載することができるが、1つの器機に搭載されていてもよい。また、PC、タブレット端末、スマートフォン等の無線通信および演算可能な他の機器を用い、演算の一部または全部を当該他の機器で行ってもよい。 The computing means can be distributed and mounted in the aircraft 20 and the TSs 22 and 23, but may be mounted in one piece of equipment. Alternatively, another device capable of wireless communication and calculation, such as a PC, a tablet terminal, or a smartphone, may be used, and part or all of the calculation may be performed by the other device.

飛行体20は、無人航空機(UAV)で、3以上の回転翼を備え、回転翼の回転数により上昇および下降を行い、各回転翼の回転数に差を付けることで、前進、後進、旋回等を行うことができる回転翼機を採用することができる。なお、これは一例であるので、飛行体20は回転翼機に限定されるものではない。 The flying object 20 is an unmanned aerial vehicle (UAV) and has three or more rotor blades. etc. can be employed. Note that this is an example, and the aircraft 20 is not limited to a rotorcraft.

飛行体20は、作業員により無線操縦装置としての送信機24を使用して遠隔操作される。送信機24は、作業員の操作を受け付け、制御信号を生成し、制御信号を飛行体20へ無線送信する。飛行体20は、制御信号を受信し、回転翼の回転数等を制御する。送信機24は、表示手段としてのモニタまたはモニタを備える端末装置が接続可能な接続部と、制御信号を無線送信するためのアンテナと、作業員の操作を受け付けるスティックと、電源ボタンとを備える。 Air vehicle 20 is remotely operated by an operator using transmitter 24 as a radio control device. The transmitter 24 receives an operator's operation, generates a control signal, and wirelessly transmits the control signal to the aircraft 20 . The flying object 20 receives the control signal and controls the number of rotations of the rotor blades. The transmitter 24 includes a monitor as display means or a connector to which a terminal device having a monitor can be connected, an antenna for wirelessly transmitting a control signal, a stick for receiving operations by a worker, and a power button.

プリズム21は、光の入射方向と同じ方向に光を反射させる。プリズム21は、入射角度が広い範囲とし、2つのTS22、23から同時に光を入射し、反射できることが望ましい。プリズム21としては、入射角度が大きく異なる複数の光が同時に入射され、反射させることができる、例えば180°~360°の広角のものを用いることができる。 The prism 21 reflects light in the same direction as the incident direction of the light. It is desirable that the prism 21 has a wide range of incident angles so that light can be incident and reflected from the two TSs 22 and 23 at the same time. As the prism 21, a prism with a wide angle of, for example, 180.degree.

プリズム21は、飛行体20の下側に、回転機能を持たせた回転台(ジンバル)25を介して取り付けられる。ジンバル25は、自身の回転により、飛行体20の飛行に伴うプリズム21の揺れや傾き等を補正する。ジンバル25は、自身を回転させるため、モータを備える。ジンバル25は、作業員からの指示を受け、モータを駆動して、前後および左右に回転する。前後、左右への回転は、三次元空間における水平方向の2つの軸、すなわちX軸、Y軸を中心とした回転で、ロール、ピッチと呼ばれる。ちなみに、鉛直方向のZ軸を中心とした回転は、ヨーと呼ばれる。 The prism 21 is attached to the underside of the aircraft 20 via a turntable (gimbal) 25 having a rotation function. The gimbal 25 corrects the swing, tilt, etc. of the prism 21 accompanying the flight of the aircraft 20 by rotating itself. The gimbal 25 is equipped with a motor to rotate itself. The gimbal 25 receives an instruction from an operator, drives a motor, and rotates back and forth and left and right. The forward/backward and left/right rotations are rotations about the two horizontal axes in three-dimensional space, namely the X-axis and the Y-axis, and are called roll and pitch. By the way, rotation about the vertical Z-axis is called yaw.

TS22は、少なくとも2つの基準点1、2までの距離および方向を測定する。TS22は、演算手段を搭載し、測定結果からTS22の位置座標を算出する。TS22の位置座標は、例えば後方公会法を用いて算出することができる。 TS22 measures the distance and direction to at least two reference points 1,2. The TS 22 is equipped with arithmetic means and calculates the position coordinates of the TS 22 from the measurement results. The position coordinates of TS 22 can be calculated using, for example, the backward public meeting method.

また、TS22は、飛行体20に搭載したプリズム21までの距離および方向を測定する。TS22は、プリズム21を自動追従する機能を有し、この自動追従により連続的に測量する。これにより、飛行体20が様々な位置に移動したときのプリズム21を測量することができる。 The TS 22 also measures the distance and direction to the prism 21 mounted on the aircraft 20 . The TS 22 has a function of automatically following the prism 21, and surveys continuously by this automatic following. Thereby, the prism 21 can be surveyed when the flying object 20 moves to various positions.

TS23も、プリズム21を自動追従する機能を有し、TS22によりプリズム21を連続的に測量している間、同じプリズム21を測量する。 The TS23 also has a function of automatically following the prism 21, and surveys the same prism 21 while the prism 21 is continuously surveyed by the TS22.

TS22、23の測定結果は、TS22、23の各々において測定時刻と紐付けられる。演算手段は、測定時刻の同期を確認し、時刻同期できたTS22の測定結果に基づき、少なくとも3点のプリズム21の位置座標を算出し、これらの点を仮ベンチマークとする。仮ベンチマークの位置座標は、TS22の位置座標が既に算出され、既知であるため、TS22の位置座標と、測定した距離および方向とから算出することができる。なお、測定時刻が完全一致することは稀であることから、許容範囲を設け、許容範囲内であれば、時刻同期できたとする。 The measurement results of TS22 and 23 are associated with the measurement time in each of TS22 and 23. The calculation means confirms the synchronization of the measurement times, calculates the position coordinates of at least three points of the prism 21 based on the measurement results of the TS 22 which can be time-synchronized, and uses these points as temporary benchmarks. Since the position coordinates of TS22 have already been calculated and are known, the position coordinates of the temporary benchmark can be calculated from the position coordinates of TS22 and the measured distance and direction. Since it is rare for the measurement times to completely match, an allowable range is provided, and if it is within the allowable range, it is assumed that the time can be synchronized.

演算手段は、少なくとも3点の仮ベンチマークの位置座標を用いて、未知点に設置したTS23の位置座標を算出する。TS23の位置座標は、時刻同期できたTS23の測定結果を使用し、上記の後方公会法により算出することができる。 The calculation means calculates the position coordinates of the TS 23 installed at the unknown point using the position coordinates of the temporary benchmarks of at least three points. The position coordinates of TS23 can be calculated by the above backward public meeting method using the measurement result of TS23 that has been time-synchronized.

TS23の位置座標を算出したところで、TS23により工事基準点12を測量し、測定結果から工事基準点12の位置座標を算出する。 After calculating the position coordinates of the TS23, the construction reference point 12 is surveyed by the TS23, and the position coordinates of the construction reference point 12 are calculated from the measurement results.

飛行体20には、ジンバル25を介してプリズム21を取り付けるとともに、撮像手段としてのカメラ26を取り付けることができる。カメラ26は、レンズ、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等の撮像素子を備える。撮像素子は、CCDイメージセンサに限られるものではなく、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等を用いてもよい。カメラ26は、ズーム機能を有し、例えば鉛直方向と2つの側方の計3方向を撮像するために3台設けることができる。これは一例であるので、3台に限られるものではない。 A prism 21 can be attached to the flying object 20 via a gimbal 25, and a camera 26 as imaging means can be attached. The camera 26 includes an imaging element such as a lens and a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. The imaging element is not limited to a CCD image sensor, and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or the like may be used. The camera 26 has a zoom function, and can be provided with three cameras, for example, to capture images in a total of three directions, ie, the vertical direction and two lateral directions. Since this is an example, the number is not limited to three.

カメラ26は、レンズと焦点とを通る光軸上にプリズム21の中心が位置するように設置される。具体的には、図4に示すように、任意の点Aと点Bを設け、点Aと点Bとを繋ぐ直線上の任意の位置に点Cを設置する。点Bと設置した点Cとを用い、カメラ26の光軸とプリズム21の中心を直線配置する。 The camera 26 is installed so that the center of the prism 21 is positioned on the optical axis passing through the lens and the focal point. Specifically, as shown in FIG. 4, arbitrary points A and B are set, and point C is set at an arbitrary position on a straight line connecting the points A and B. As shown in FIG. Using the point B and the set point C, the optical axis of the camera 26 and the center of the prism 21 are arranged in a straight line.

カメラ26は、レンズが向く方向の映像を撮影し、画像データとして出力する。画像データは、出力されるたびに、飛行体20を操作する作業員が持つ送信機24、ジンバル25およびカメラ26を操作する作業員が持つ無線操縦装置としての送信機27へそれぞれ送られる。 The camera 26 captures an image in the direction in which the lens faces and outputs it as image data. Each time the image data is output, it is sent to a transmitter 24 owned by an operator who operates the flying object 20 and to a transmitter 27 as a radio control device owned by an operator who operates the gimbal 25 and camera 26 .

送信機24へ送信された画像データは、送信機24のモニタにリアルタイムに表示される。作業員は、モニタを見ながら画像の中心の移動を最小にするように送信機24を操作する。これにより、GNSSがなくても、飛行体20の移動を最小にし、飛行体20を空中浮揚で静止した状態にさせることができる。 The image data transmitted to the transmitter 24 is displayed on the monitor of the transmitter 24 in real time. The operator operates the transmitter 24 so as to minimize the movement of the center of the image while viewing the monitor. This minimizes movement of the vehicle 20 and allows the vehicle 20 to remain stationary in levitation, even without GNSS.

送信機27へ送信された画像データも、送信機27のモニタにリアルタイムに表示される。飛行体20を空中浮揚で静止した状態にさせるためには、飛行体20が移動しているかを確認するために目印が必要となる。その目印となる対象物をモニタに映し出すため、作業員は、モニタを見ながら、ジンバル25を駆動し、各カメラ26の焦点を各対象物に合わせる。 The image data transmitted to the transmitter 27 is also displayed on the monitor of the transmitter 27 in real time. In order to keep the flying object 20 in a stationary state in levitation, a landmark is required to confirm whether the flying object 20 is moving. In order to display the target as a mark on the monitor, the operator drives the gimbal 25 while looking at the monitor to focus each camera 26 on each target.

このときのカメラ画像のイメージは、図5に示すようなものである。各カメラ26の焦点が合った木等の各対象物28を含む画像が表示され、気圧センサを搭載する場合は、気圧センサが検知した気圧が数値で表示される。気圧は、高度を算出するために使用される。この気圧センサをカメラ26とともに用いることで、鉛直方向への飛行体20の移動も最小にすることができる。対象物28は、その位置に固定されていて目印となるものであれば、いかなるものであってもよい。 An image of the camera image at this time is as shown in FIG. An image including each object 28 such as a tree in focus of each camera 26 is displayed, and when an air pressure sensor is mounted, the air pressure detected by the air pressure sensor is displayed numerically. Barometric pressure is used to calculate altitude. By using this barometric pressure sensor with the camera 26, vertical movement of the aircraft 20 can also be minimized. The object 28 may be any object as long as it is fixed at that position and serves as a landmark.

送信機27は、モニタまたはモニタを備える端末装置が接続可能な接続部と、ジンバル25やカメラ26を制御するための制御信号を無線送信するためのアンテナと、作業員の操作を受け付けるスティックと、電源ボタンとを備える。送信機27は、カメラ26により取得された画像データを受信し、モニタまたは端末装置のモニタに表示する。作業員は、モニタを見ながらジンバル25の回転やカメラ26のズームの切り替え等の操作を行うことができる。 The transmitter 27 includes a connection portion to which a monitor or a terminal device having a monitor can be connected, an antenna for wirelessly transmitting control signals for controlling the gimbal 25 and the camera 26, a stick for receiving operations by a worker, and a power button. The transmitter 27 receives the image data acquired by the camera 26 and displays it on the monitor or the monitor of the terminal device. The worker can rotate the gimbal 25 and perform operations such as switching the zoom of the camera 26 while watching the monitor.

飛行体20は、必要に応じて、GNSS、気圧センサ、超音波センサを搭載することができる。GNSSとしては、GPS(Global Positioning System)受信機を用いることができる。GPS受信機は、良く知られた位置座標を測定する装置であるため、ここでは詳述しない。気圧センサは、高度と速度を測定することができる。超音波センサは、超音波を対象に向けて発射し、反射波を受信して、対象の存在を検出する。これにより、高度の制御や障害物の検知を行うことができる。 The flying object 20 can be equipped with GNSS, an atmospheric pressure sensor, and an ultrasonic sensor as required. A GPS (Global Positioning System) receiver can be used as GNSS. A GPS receiver is a well-known device for measuring position coordinates and will not be described in detail here. A barometric sensor can measure altitude and speed. An ultrasonic sensor emits ultrasonic waves toward an object and receives reflected waves to detect the presence of the object. This enables advanced control and obstacle detection.

飛行体20は、別途、障害物を検知する障害物検知センサ等の光学センサや、磁気センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ等を搭載することができる。磁気センサは、磁場の向きを測定し、方位を検知することができる。ジャイロセンサは、回転速度を測定し、ロール、ピッチ、ヨーを制御するために用いることができる。加速度センサは、飛行体20の傾きを検出し、姿勢制御に用いることができる。 The flying object 20 can be separately equipped with an optical sensor such as an obstacle detection sensor for detecting obstacles, a magnetic sensor, a gyro sensor, an acceleration sensor, and the like. A magnetic sensor can measure the orientation of a magnetic field and sense orientation. Gyro sensors can be used to measure rotational speed and control roll, pitch and yaw. The acceleration sensor detects the inclination of the flying object 20 and can be used for attitude control.

飛行体20は、図6に示すようなレーザ光を透過させるシリカエアロゲルの的30、もしくは煙や希薄コロイド溶液が封入された透明な箱が取り付けられていてもよい。的30には、光ファイバーで光を照射し、三次元方向(X軸、Y軸、Z軸)31a、31b、31cを表示することができる。煙や希薄コロイド溶液が封入された透明な箱の場合、煙やコロイドが均一に拡散した状態になるように、箱内に撹拌翼等の撹拌手段を備えることができる。 The flying vehicle 20 may be fitted with a silica airgel target 30 that transmits laser light, as shown in FIG. 6, or a transparent box containing smoke or a dilute colloidal solution. The target 30 can be irradiated with light from an optical fiber to display three-dimensional directions (X-axis, Y-axis, Z-axis) 31a, 31b, 31c. In the case of a transparent box in which smoke or a dilute colloid solution is enclosed, a stirring means such as a stirring blade can be provided in the box so that the smoke and colloid are uniformly diffused.

図6に示す構成では、地上からレーザポインタ32等のレーザ光を照射する照射手段によりレーザ光を的30の中心(3軸が交差する点)に向けて照射し、レーザ光が照射された的30の中心を飛行体20の空中位置の目安とし、飛行体20を手動で操作し、空中の所定位置に空中浮揚で静止した状態にさせることができる。 In the configuration shown in FIG. 6, a laser beam irradiation means such as a laser pointer 32 is irradiated from the ground toward the center of the target 30 (the point where three axes intersect), and the target irradiated with the laser beam is irradiated with the laser beam. Using the center of 30 as a reference for the position in the air of the flying object 20, the flying object 20 can be manually operated to levitate at a predetermined position in the air and remain stationary.

また、手動で操作するのではなく、自動制御を行うため、光ファイバーのX軸、Y軸、Z軸にフォトレジスタ(光検出器)33を設け、レーザ光に反応させ、レーザ光が中心にくるように後述するフライトコントローラを制御してもよい。 In order to perform automatic control instead of manual operation, photo-resistors (photodetectors) 33 are provided on the X, Y and Z axes of the optical fiber to react with the laser light so that the laser light comes to the center. You may control the flight controller mentioned later so that.

図7を参照して、飛行体20のハードウェア構成について説明する。飛行体20は、送信機24からの上昇、下降、前進、後退等の指示を無線信号により受信する受信機40と、指示を受けて演算処理を行い、モータをどのように回転させるか等の命令を出力するフライトコントローラ41と、フライトコントローラ41等へ電源を供給するバッテリ42とを備える。 The hardware configuration of the flying object 20 will be described with reference to FIG. The flying object 20 has a receiver 40 that receives radio signals from the transmitter 24 to instruct ascending, descending, advancing, retreating, etc., and a receiver 40 that receives the instructions and performs arithmetic processing to determine how to rotate the motors. It has a flight controller 41 that outputs commands, and a battery 42 that supplies power to the flight controller 41 and the like.

飛行体20は、3以上の回転翼を備え、これら3以上の回転翼をそれぞれ回転させるための3以上のモータ43を備える。図7に示す例では、4つのモータ43が設けられている。フライトコントローラ41は、各モータ43に対し、それぞれ異なる回転速度等で回転させるような命令を出力することができる。 The aircraft 20 has three or more rotor blades, and three or more motors 43 for rotating the three or more rotor blades, respectively. In the example shown in FIG. 7, four motors 43 are provided. The flight controller 41 can output commands to the motors 43 to rotate them at different rotational speeds.

飛行体20は、フライトコントローラ41からの命令に基づき、3以上のモータ43のそれぞれの回転速度を調整する、モータ43の数に応じた数のESC(Electronic Speed Controller)44を備える。モータ43の数に応じたESC44を備えることにより、フライトコントローラ41から別個に異なる命令を受け付け、異なる回転速度等で各モータ43を制御することができる。 The flying object 20 includes ESCs (Electronic Speed Controllers) 44 in a number corresponding to the number of motors 43 that adjust the rotation speed of each of the three or more motors 43 based on commands from the flight controller 41 . By providing ESCs 44 corresponding to the number of motors 43, it is possible to separately receive different commands from the flight controller 41 and control each motor 43 at different rotational speeds.

バッテリ42が供給する電源の電圧と、フライトコントローラ41等が使用する電圧とが異なり、バッテリ42が供給する電源の電圧を下げる必要がある場合、電圧を降下させるUBEC(Universal Battery Elimination Circuit)45を設けることができる。 When the voltage of the power supply supplied by the battery 42 differs from the voltage used by the flight controller 41, etc., and the voltage of the power supply supplied by the battery 42 needs to be lowered, a UBEC (Universal Battery Elimination Circuit) 45 that lowers the voltage is provided. can be provided.

飛行体20は、そのほか、バッテリ42の電源を管理する電源管理ユニット(PMU)、3次元の角速度と加速度を検出する慣性計測装置(IMU)、GNSS等を備えることができる。また、飛行体20は、上記のジンバル25、カメラ26を搭載している。 The aircraft 20 can also include a power management unit (PMU) that manages the power supply of the battery 42, an inertial measurement unit (IMU) that detects three-dimensional angular velocity and acceleration, a GNSS, and the like. Also, the flying object 20 is equipped with the gimbal 25 and the camera 26 described above.

図8および図9を参照して、図3に示した測量システムを使用して工事基準点12を設置する作業について説明する。図8は、測量の概念図で、図9は、工事基準点12の設置作業の流れを示したフローチャートである。工事基準点12の設置作業は、図8に示すように、TS22、23により飛行体20の位置を複数変えてプリズム21を測量する。同時期に測定した既知点に設置したTS22の測定結果と未知点に設置したTS23の測定結果のうち、TS22の測定結果からプリズム21の位置を求め、求めたプリズム21の位置とTS23の測定結果を使用し、TS23の位置を求める。TS23は、はじめ現地座標系(0,0,0)に設置され、プリズム21の測量により平面直角座標系の位置が算出される。 8 and 9, the operation of installing construction reference points 12 using the surveying system shown in FIG. 3 will be described. FIG. 8 is a conceptual diagram of surveying, and FIG. 9 is a flow chart showing the flow of the installation work of the construction reference point 12. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the work of setting the construction reference point 12 is to survey the prism 21 by changing the position of the flying object 20 with the TSs 22 and 23 . Among the measurement results of TS22 installed at a known point and the measurement results of TS23 installed at an unknown point measured at the same time, the position of prism 21 is obtained from the measurement result of TS22, and the position of prism 21 obtained and the measurement result of TS23 to find the position of TS23. The TS 23 is first installed in the local coordinate system (0, 0, 0), and the position of the planar rectangular coordinate system is calculated by surveying the prism 21 .

TS23の位置が決定されれば、TS23により工事基準点12を測量し、TS23の位置とTS23の測定結果から工事基準点12の位置を求めることができる。この工事基準点12の位置は、平面直角座標系の位置として算出される。 Once the position of TS23 is determined, the construction reference point 12 can be surveyed by TS23, and the position of construction reference point 12 can be obtained from the position of TS23 and the measurement result of TS23. The position of the construction reference point 12 is calculated as the position of the planar rectangular coordinate system.

概略は以上の通りであるが、図9を参照して、具体的な作業について説明する。ステップ100から作業を開始し、ステップ101で飛行体20の準備を行う。飛行体20にジンバル25を介してプリズム21、カメラ26を取り付け、飛行体20、送信機24、27に電源を投入して、飛行体20を飛行させる準備を行う。 Although the outline is as described above, specific work will be described with reference to FIG. The work is started from step 100, and the aircraft 20 is prepared at step 101. FIG. A prism 21 and a camera 26 are attached to a flying object 20 via a gimbal 25, power is turned on to the flying object 20 and transmitters 24 and 27, and preparations for flying the flying object 20 are made.

ステップ102では、TS22、23をそれぞれ設置する。TS22は、地上の既知点に設置し、TS23は、工事基準点12を設置する立坑内等の未知点に設置する。なお、TS22は、既知点に限らず、未知点に設置し、2以上の基準点を測量し、後方公会法を使用して位置座標を算出したものであってもよい。なお、ステップ101、102の作業は、順序が逆であってもよいし、同時に実施されていてもよい。 At step 102, TSs 22 and 23 are installed respectively. The TS 22 is installed at a known point on the ground, and the TS 23 is installed at an unknown point such as the shaft where the construction reference point 12 is installed. Note that the TS 22 is not limited to a known point, and may be set at an unknown point, surveying two or more reference points, and calculating the position coordinates using the backward public survey method. Note that the operations of steps 101 and 102 may be performed in reverse order, or may be performed simultaneously.

飛行体20の準備、TS22、23の設置が完了したところで、ステップ103へ進み、飛行体20を飛行させ、ステップ104で、TS22、23から、飛行体20に搭載したプリズム21の自動追尾による測量を行う。 When the preparation of the flying object 20 and the installation of the TSs 22 and 23 are completed, the process proceeds to step 103 to fly the flying object 20. In step 104, surveying is performed by automatic tracking of the prism 21 mounted on the flying object 20 from the TSs 22 and 23. I do.

飛行体20の操作、飛行体20に搭載したジンバル25の操作は、それぞれ1人ずつの作業員(計2人)で行う。飛行体20を操作する作業員1は、機体のX、Y、Z方向の移動と、ヨーの操作を受け持ち、ジンバル25を操作する作業員2は、3つのカメラ26のズーム(フォーカスは自動)、ジンバル25のピッチ、ロールの操作を受け持つ。 The operation of the flying object 20 and the operation of the gimbal 25 mounted on the flying object 20 are each performed by one worker (two workers in total). A worker 1 who operates the aircraft 20 is in charge of moving the aircraft in the X, Y, and Z directions and yaw operation, and a worker 2 who operates the gimbal 25 zooms the three cameras 26 (focus is automatic). , gimbal 25 pitch and roll operations.

ジンバル25の操作では、回転の中心をプリズム21の中心と一致させ、かつプリズム21の中心にカメラ26の光軸を合わせる。 In operating the gimbal 25 , the center of rotation is aligned with the center of the prism 21 and the optical axis of the camera 26 is aligned with the center of the prism 21 .

作業員1は、飛行体20をTS22、23から視準しやすい所望の位置に移動させ、空中浮揚で静止した状態にさせる。作業員2は、ジンバル25を適宜回転させ、TS22、23から視準しやすい位置に移動させるとともに、カメラ画像を視準しやすい対象を選定し、ズームさせる。 The worker 1 moves the flying body 20 from the TSs 22 and 23 to a desired position where it is easy to collimate, and makes it stand still by levitation. The worker 2 appropriately rotates the gimbal 25 to move the gimbal 25 from the TSs 22 and 23 to a position where it is easy to collimate, and also selects and zooms in on a camera image that is easy to collimate.

作業員1、2による操作により飛行体20の位置が決定したところで、TS22、23による測量を行う。その際、プリズム21の動きは、作業員1、2の連携により空中浮揚で静止に近づける。測量は、所定の時間間隔で距離および方向を測定することにより行われる。 When the position of the aircraft 20 is determined by the operations of workers 1 and 2, surveying is performed by TSs 22 and 23. At that time, the movement of the prism 21 is brought close to a stationary state by levitation in the air by cooperation of the workers 1 and 2.例文帳に追加Surveying is performed by measuring distance and direction at predetermined time intervals.

ステップ105で、TS22、23による測定結果のうち同期確認できたデータと、TS22の位置座標とを用いて、3点以上のプリズム21(仮ベンチマーク)の位置座標を算出する。そして、ステップ106で、同期確認できたデータと、算出した3点以上の仮ベンチマークの位置座標とを用いて、未知点のTS23の位置座標を算出する。未知点のTS23の位置座標は、上記の後方公会法を用いて算出することができる。 In step 105, position coordinates of three or more prisms 21 (provisional benchmarks) are calculated using the data for which synchronization has been confirmed among the measurement results of TS22 and 23 and the position coordinates of TS22. Then, in step 106, the position coordinates of the unknown point TS 23 are calculated using the data whose synchronization has been confirmed and the position coordinates of the calculated three or more temporary benchmarks. The position coordinates of the unknown point TS23 can be calculated using the above-described backward public meeting method.

ここで、図10を参照して、同期確認の方法について説明する。図10は、TS(U)-1で示される既知点に設置したTS22によりプリズム21を測量した時刻と、TS(D)-1で示される未知点に設置したTS23によりプリズム21を測量した時刻とを示した図である。図10では、時刻として、TS22、23のデータ測定時刻を採用し、測定開始時刻から測定終了時刻までの範囲を楕円で示している。 Here, a method for confirming synchronization will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the time when the prism 21 was surveyed by the TS22 placed at the known point indicated by TS(U)-1 and the time when the prism 21 was surveyed by the TS23 placed at the unknown point indicated by TS(D)-1. and is a diagram showing. In FIG. 10, the data measurement times of TS22 and TS23 are used as the times, and the range from the measurement start time to the measurement end time is indicated by an ellipse.

同期確認は、1回の測定のうちの測定終了時刻で行い、同期確認ができたか否かは、TS22とTS23の測定終了時刻の差(Δtn、nは自然数)が、許容範囲(ΔtP)内か否かによって行われる。ここで、ΔtPは、初回測定は2秒、その後1秒以下に設定することができる。これらの値は一例であり、測定結果の状況に応じて適切な値を設定することができる。 Synchronization is confirmed at the measurement end time of one measurement. Whether or not synchronization has been confirmed is determined by checking the difference between the measurement end times of TS22 and TS23 (Δtn, where n is a natural number) within the allowable range (ΔtP). or not. Here, ΔtP can be set to 2 seconds for the first measurement and 1 second or less thereafter. These values are examples, and appropriate values can be set according to the situation of the measurement results.

図10に示す例では、Δtn、Δtn+2についてはΔtP以下であるため、同期できたと判定し、それらのデータを未知点TS23の位置座標を算出するために使用する。一方、Δtn+1、Δtn+3についてはΔtPを超えているため、同期できないと判定し、それらのデータは破棄する。 In the example shown in FIG. 10, Δtn and Δtn+2 are equal to or less than ΔtP, so it is determined that synchronization has been achieved, and these data are used to calculate the position coordinates of the unknown point TS23. On the other hand, since Δtn+1 and Δtn+3 exceed ΔtP, it is determined that synchronization cannot be performed, and those data are discarded.

この例では、TS22、23の測定時刻を使用して同期確認を行っているが、これに限られるものではなく、演算手段としてPCを使用する場合、PCのクロックを使用してもよい。GNSS50を用いる場合、NMEA(National Marine Electronics Association)の時刻情報を活用してもよい。ちなみに、TS22、23の自動追尾による1点の測量時間は、一般に0.4秒以下である。 In this example, synchronization is confirmed using the measurement times of TS22 and 23, but this is not a limitation, and if a PC is used as the computing means, the clock of the PC may be used. When using GNSS50, you may utilize the time information of NMEA (National Marine Electronics Association). By the way, the survey time for one point by automatic tracking of TS22 and 23 is generally 0.4 seconds or less.

次に、図11を参照して、TSによる後方交会法を用いた位置座標の計算方法について説明する。計算は、ステップ200から開始し、ステップ201で、仮定座標を求める。仮定座標は、TS23によりプリズム21までの距離および方向を測定し、測定結果から算出したTS23の平面直角座標系での座標値(x,y,z)である。 Next, with reference to FIG. 11, a method of calculating position coordinates using the posterior resection method by TS will be described. The calculation begins at step 200 and at step 201, hypothetical coordinates are determined. The hypothetical coordinates are the coordinate values (x, y, z) of the TS 23 in the planar rectangular coordinate system calculated from the measurement results obtained by measuring the distance and direction to the prism 21 with the TS 23 .

ステップ202で、TS23の測定結果に基づき、角の観測方程式を作成する。また、ステップ203で、TS23の測定結果に基づき、距離の観測方程式を作成する。観測方程式は、測定された距離、方向(角度)と未知のTS22のXY座標との関係を表す条件方程式である。 At step 202, an angle observation equation is created based on the measurement results of TS23. Also, in step 203, a distance observation equation is created based on the measurement results of TS23. The observation equation is a conditional equation that expresses the relationship between the measured distance and direction (angle) and the unknown XY coordinates of TS22.

ステップ204では、角の観測方程式および距離の観測方程式を用いて、正規方程式を作成する。正規方程式は、観測方程式に測定データを代入し、最も残差(誤差)が少なくなる係数の組み合わせを求める連立方程式である。ステップ205で、最小二乗法を用いてTS23のXY座標、すなわち器械点のXY座標を算出する。そして、ステップ206で、算出した器械点座標と仮定座標とを比較し、その差が2mm未満であるかを確認する。その差が2mm以上である場合、ステップ207へ進み、算出した器械点座標を仮定座標とし、ステップ202へ戻る。この2mmという値も一例であり、測定結果の状況に応じて適切な値を設定することができる。 In step 204, normal equations are created using the angular observation equation and the distance observation equation. A normal equation is a system of simultaneous equations obtained by substituting measurement data into an observation equation and finding a combination of coefficients that minimizes the residual (error). At step 205, the XY coordinates of the TS 23, that is, the XY coordinates of the instrument point, are calculated using the method of least squares. Then, in step 206, the calculated instrument point coordinates and assumed coordinates are compared to confirm whether the difference is less than 2 mm. If the difference is 2 mm or more, the process proceeds to step 207 , the calculated instrument point coordinates are assumed to be assumed coordinates, and the process returns to step 202 . This value of 2 mm is also an example, and an appropriate value can be set according to the situation of the measurement result.

一方、ステップ206で上記差が2mm未満である場合、ステップ208へ進み、TS22により算出されたプリズム21のZ座標から算出したTS23のZ座標を引き、平均値を求め、その平均値を器械点のZ座標とする。このようにして器械点座標を算出したところで、ステップ209で計算を終了する。 On the other hand, if the difference is less than 2 mm in step 206, the process proceeds to step 208, where the calculated Z coordinate of TS23 is subtracted from the Z coordinate of prism 21 calculated by TS22, the average value is obtained, and the average value is used as the instrument point be the Z coordinate of After calculating the instrument point coordinates in this manner, the calculation ends at step 209 .

TS22の位置座標は、平面直角座標系の座標をもつ少なくとも2つの基準点を測定し、測定結果から算出された座標で、TS22により測定されたプリズム21の位置座標は、TS22の位置座標(この段階では既知座標)を基に算出されることから、平面直角座標系の座標として算出される。 The positional coordinates of TS22 are coordinates calculated from the measurement results obtained by measuring at least two reference points having coordinates in a plane rectangular coordinate system. The positional coordinates of prism 21 measured by TS22 are the positional coordinates of TS22 (this Since the calculation is based on the known coordinates at the stage, the coordinates are calculated as the coordinates of the planar rectangular coordinate system.

一方、TS23の位置座標は、現地座標系の未知座標とされる。現地座標系は、図12に示すように、直角座標系に対してxy軸が角度αほど回転し、原点が任意の距離だけ各軸から平行移動した関係を有している。 On the other hand, the position coordinates of TS23 are assumed to be unknown coordinates in the local coordinate system. As shown in FIG. 12, the local coordinate system has a relationship in which the xy axes are rotated by an angle α with respect to the rectangular coordinate system, and the origin is translated from each axis by an arbitrary distance.

このような関係から、未知座標は、以下の方法により求めることができる。ただし、上記の後方交会法と同様、簡単のため、Z方向の鉛直性は保たれているものと仮定し、座標は、測定したZ方向測定値より計算した値を平均した平均値を用いるものとする。 From this relationship, the unknown coordinates can be obtained by the following method. However, as with the above resection method, for simplicity, it is assumed that the verticality in the Z direction is maintained, and the coordinates are the average values calculated from the measured Z direction measurements. and

図12を参照して、TS23が設置される未知座標をp0(x0,y0,z0)とし、TS23によりプリズム21を複数回測定したときの回数をiとし、回数iのときの測定結果、すなわち距離をl1i、水平角をφ1i、仰角をθ1iとすると、これらを用いて、現地座標系でのプリズム21の位置座標(x 1i,y 1i,z 1i)を求める。平面直角座標系でのプリズム21の位置座標は、既知座標に設置されたTS22により(X1i,Y1i,Z1i)として計測され、平面直角座標系の(X1i,Y1i,Z1i)と現地座標系の(x 1i,y 1i,z 1i)との関係を用いて、未知座標p0(x0,y0,z0)と、現地座標系の平面直角座標系に対する回転角度αを求める。具体的には、下記式1を用いて算出することができる。式1中の添字iは、上記の測定回数である。 Referring to FIG. 12, let p 0 (x 0 , y 0 , z 0 ) be the unknown coordinates at which TS 23 is installed, let i be the number of times the prism 21 is measured by TS 23 a plurality of times, and let i Using the measurement results, that is, the distance l 1i , the horizontal angle φ 1i , and the elevation angle θ 1i , the position coordinates (x ' 1i , y ' 1i , z ' 1i ) of the prism 21 in the local coordinate system are obtained. Ask for The position coordinates of the prism 21 in the planar rectangular coordinate system are measured as (X 1i , Y 1i , Z 1i ) by the TS 22 installed at the known coordinates, and (X 1i , Y 1i , Z 1i ) in the planar rectangular coordinate system. and (x ' 1i , y ' 1i , z ' 1i ) in the local coordinate system, the unknown coordinate p 0 (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane rectangular coordinate system in the local coordinate system Obtain the rotation angle α. Specifically, it can be calculated using Equation 1 below. The subscript i in Equation 1 is the number of measurements described above.

Figure 0007171129000001
Figure 0007171129000001

上記式1を分かりやすくするため、表記を単純にする。 In order to make the above equation 1 easier to understand, the notation is simplified.

Figure 0007171129000002
Figure 0007171129000002

上記式2中、(c,d)は、平行移動量で、未知座標(x0,y0)と等しい。回転角度αおよび伸縮率sは、a、bを使用して、下記式3、4のように表される。伸縮率sは、変換前後で図形の形は変わらないが、縮尺(スケール)が変わることがあり、変換前後でのスケールが変化した割合である。伸縮率sは本来、1となる。 In Equation 2 above, (c, d) is the amount of translation and is equal to the unknown coordinates (x 0 , y 0 ). The rotation angle α and the expansion/contraction rate s are represented by the following formulas 3 and 4 using a and b. The expansion/contraction rate s is the rate of change in the scale before and after the conversion, as the shape of the figure does not change before and after the conversion, but the scale may change. The expansion ratio s is originally 1.

Figure 0007171129000003
Figure 0007171129000003

Figure 0007171129000004
Figure 0007171129000004

以上の条件を基に、測定回数の測定結果を用いて計算を繰り返し、未知座標(x0,y0)と回転角度αを最小二乗法により算出する。ちなみに、上記式1に、上記式2を適用すると、下記式5のようなものとなる。そして、行列式を計算すると、下記式6のようになる。 Based on the above conditions, the calculation is repeated using the measurement results of the number of measurements, and the unknown coordinates (x 0 , y 0 ) and the rotation angle α are calculated by the method of least squares. By the way, when the above formula 2 is applied to the above formula 1, the following formula 5 is obtained. Then, when the determinant is calculated, it becomes as shown in Equation 6 below.

Figure 0007171129000005
Figure 0007171129000005

Figure 0007171129000006
Figure 0007171129000006

最小二乗法は、誤差を伴う測定値を処理する際、その誤差の二乗和を最小にし、最も確からしい関係式を求める方法である。その式は、下記式7で表すことができる。式7中、f(a,b,c,d)は、誤差の合計である。 The method of least squares is a method of minimizing the sum of squares of errors and obtaining the most probable relational expression when processing measured values with errors. The formula can be represented by Formula 7 below. In Equation 7, f(a,b,c,d) is the sum of errors.

Figure 0007171129000007
Figure 0007171129000007

fをaの関数として偏微分したものを0とすると、下記式8のように表され、式8中の右辺は、下記式9のように表すことができる。 Assuming that the partial differentiation of f as a function of a is 0, it is expressed as in Equation 8 below, and the right side of Equation 8 can be expressed as in Equation 9 below.

Figure 0007171129000008
Figure 0007171129000008

Figure 0007171129000009
Figure 0007171129000009

同様にして、fをbの関数として偏微分したものを0とし、fをcの関数として偏微分したものを0とし、fをdの関数として偏微分したものを0とすると、下記式10~12のように表すことができる。 Similarly, if f is partially differentiated as a function of b and set to 0, f is partially differentiated as a function of c and set to 0, and f is partially differentiated as a function of d and set to 0, the following equation 10 ~12.

Figure 0007171129000010
Figure 0007171129000010

Figure 0007171129000011
Figure 0007171129000011

Figure 0007171129000012
Figure 0007171129000012

以上のようにして導き出された、上記式9~12の4つの連立方程式を解くことで、a、b、c、dを算出することができる。未知座標(x0,y0)は、上記式2で示すように(c,d)に等しいものとして、また、回転角度αは、算出されたa、bを用いて上記式3により算出することができる。 By solving the four simultaneous equations of Equations 9 to 12 derived as described above, a, b, c, and d can be calculated. The unknown coordinates (x 0 , y 0 ) are assumed to be equal to (c, d) as shown in Equation 2 above, and the rotation angle α is calculated by Equation 3 above using the calculated a and b. be able to.

未知座標のz0については、距離l1iと仰角θ1iとから鉛直方向への距離が算出され、それを、直角座標系のプリズム21のZ1iから差し引き、その平均値を求めることで算出することができる。 For the unknown coordinate z 0 , the vertical distance is calculated from the distance l 1i and the elevation angle θ 1i , subtracted from Z 1i of the prism 21 in the rectangular coordinate system, and calculated by obtaining the average value. be able to.

次に、図13を参照して、TS23の平面直角座標系の妥当性を確認する方法について説明する。TS23の位置を決定するにあたって、飛行体20に搭載したプリズム21を改めて測量し、平面直角座標系においてTS22およびTS23の座標から求めたプリズム21の平面直角座標系の2つの位置(TS22からの測定値およびTSからの計算値)の距離が一定の較差レベル内にあるか否かを判断する。すなわち、既知点TS22からのプリズム21の平面直角座標系の測定値TS(U)-1(X、Y、Z座標)および上記の式により計算されたTS23の平面直角座標系の座標に対するプリズム21の平面直角座標系の計算値TS(D)-1(X、Y、Z座標)の距離を較差とし、その較差が一定の較差レベル内にあるか否かを判断する。 Next, with reference to FIG. 13, a method for confirming the validity of the planar rectangular coordinate system of TS23 will be described. In determining the position of TS23, the prism 21 mounted on the aircraft 20 was surveyed again, and the two positions of the prism 21 in the planar rectangular coordinate system (measurement from TS22) obtained from the coordinates of TS22 and TS23 in the planar rectangular coordinate system value and the calculated value from TS) is within a certain difference level. That is, the measured value TS(U)-1 (X, Y, Z coordinates) of the planar rectangular coordinate system of the prism 21 from the known point TS22 and the prism 21 relative to the coordinate of the planar rectangular coordinate system of TS23 calculated by the above equation. The distance of the calculated value TS(D)-1 (X, Y, Z coordinates) in the planar rectangular coordinate system is taken as the difference, and it is determined whether the difference is within a certain difference level.

較差レベルは、較差の許容範囲を示す。図13では、2つの較差レベルを示し、較差レベル1は、較差が0~3mmの範囲を示し、較差レベル2は、較差が4~5mmの範囲を示している。これらの範囲も一例であり、測定結果の状況に応じて適切な範囲を設定することができる。 The difference level indicates the tolerance of the difference. In FIG. 13, two differential levels are shown, differential level 1 representing a range of 0 to 3 mm differential and level 2 representing a range of 4 to 5 mm differential. These ranges are also examples, and appropriate ranges can be set according to the situation of the measurement result.

図13に示す例では、再測定を行うことで、濃い色の丸から薄い色の丸で示される結果が得られている。最も薄い色の丸で示される結果は、較差レベル1の範囲内に入った例を示している。このような較差レベル内に入る測定値から算出された座標を求め、その座標をTS23の位置座標として決定する。 In the example shown in FIG. 13, the remeasurement yields results indicated by dark circles to light circles. The results indicated by the lightest colored circles represent examples that fell within the 1 difference level. Coordinates calculated from measured values falling within such a difference level are obtained and determined as the positional coordinates of TS23.

再び図9を参照して、ステップ107では、上記のように既知点TS22および平面直角座標系の位置を算出した元の未知点TS23から、改めて仮ベンチマークを測量し、ステップ108で、較差が一定の較差レベル内、すなわち設定値以下であるかを判断する。設定値以下の場合、ステップ109へ進み、設定値を超える場合は、ステップ103へ戻り、再度測量を行う。ステップ109では、位置座標が決定されたTS23により測量し、工事基準点12の位置座標を算出する。算出した位置座標に、標石、金属標、鋲等の標識を設置したところで、ステップ110で、工事基準点12の設置作業を終了する。 Referring to FIG. 9 again, in step 107, the temporary benchmark is again surveyed from the known point TS22 and the original unknown point TS23 whose position in the planar rectangular coordinate system is calculated as described above, and in step 108, the difference is fixed. is within the difference level, that is, below the set value. If it is less than the set value, go to step 109. If it exceeds the set value, go back to step 103 and survey again. In step 109, surveying is performed by the TS 23 whose position coordinates have been determined, and the position coordinates of the construction reference point 12 are calculated. When markers such as stone markers, metal markers, and rivets are installed at the calculated position coordinates, in step 110, the installation work of the construction reference point 12 ends.

これまでに説明してきた例では、飛行体20に搭載したプリズム21を仮ベンチマークとして用いる際、TS22の自動追尾による測量でプリズム21の位置座標を算出している。飛行体20にGNSS等の位置座標を測定することができるシステムを搭載していれば、GNSS等のシステムにより直接、プリズム21の位置座標を測定することができる。 In the example described so far, when using the prism 21 mounted on the flying object 20 as a temporary benchmark, the position coordinates of the prism 21 are calculated by surveying by automatic tracking of the TS 22 . If the flying object 20 is equipped with a system such as GNSS that can measure position coordinates, the position coordinates of the prism 21 can be directly measured by the system such as GNSS.

図14は、測量システムの第2の構成例を示した図である。測量システムは、第1の構成例のシステムと同様、遠隔操作可能な飛行体20と、飛行体20に設けられるプリズム21と、立坑11内等の未知点に設置され、目標までの距離および方向を測定するTS23と、工事基準点12の位置座標等を算出する演算手段とを備える。また、測量システムは、送信機24、ジンバル25、カメラ26、送信機27を備える。第2の構成例では、TS22に代えて、飛行体20に設けられる位置検出手段としてのGNSS50を備える。 FIG. 14 is a diagram showing a second configuration example of the survey system. As in the system of the first configuration example, the surveying system includes a remotely operable flying object 20, a prism 21 provided on the flying object 20, and an unknown point such as the vertical shaft 11, which measures the distance and direction to the target. and calculation means for calculating the position coordinates of the construction reference point 12 and the like. The surveying system also includes a transmitter 24 , a gimbal 25 , a camera 26 and a transmitter 27 . In the second configuration example, instead of the TS 22, a GNSS 50 as a position detection means provided in the flying object 20 is provided.

GNSS50は、衛星から送信される衛星の位置や時刻等の情報を受信し、衛星から電波が発信されてから自身の受信機に到達するまでに要した時間を計測し、距離に変換する。GNSS50は、ネットワーク型RTK法およびRTK法等のGNSSにより位置座標が既知の5以上の衛星からの距離を同時に求め、5以上衛星の位置座標と距離とからGNSS50の受信機の位置座標を算出する。 The GNSS 50 receives information such as the position and time of the satellite transmitted from the satellite, measures the time required for the radio wave to reach its own receiver after being transmitted from the satellite, and converts it into a distance. The GNSS 50 simultaneously obtains distances from 5 or more satellites whose position coordinates are known by GNSS such as the network type RTK method and the RTK method, and calculates the position coordinates of the receiver of the GNSS 50 from the position coordinates and distances of the 5 or more satellites. .

測量システムは、GNSS50のほか、鉛直方向に光を照射する照射手段として、レーザ鉛直器51を備える。レーザ鉛直器51は、設置する工事基準点12上に配置され、工事基準点12の真上に向けてレーザ光を出射する。 The survey system includes a GNSS 50 as well as a laser plumb 51 as irradiation means for irradiating light in the vertical direction. The laser plumb 51 is placed on the construction reference point 12 to be installed, and emits a laser beam directly above the construction reference point 12 .

この測量システムで工事基準点12を設置する作業について、図15および図16を参照して詳細に説明する。図15は、測量の概念図で、図16は、工事基準点12の設置作業の流れを示したフローチャートである。工事基準点12の設置作業は、図15に示すように、工事基準点12上にレーザ鉛直器51を設置し、工事基準点12の真上に向けてレーザ光を照射する。飛行体20に搭載したカメラ26の中心でレーザ光を捕捉するように飛行体20を移動させ、空中浮揚で静止した状態にする。 The operation of setting the construction reference point 12 in this survey system will be described in detail with reference to FIGS. 15 and 16. FIG. FIG. 15 is a conceptual diagram of surveying, and FIG. 16 is a flow chart showing the flow of the installation work of the construction reference point 12. As shown in FIG. As shown in FIG. 15, the installation work of the construction reference point 12 involves installing a laser plumb 51 on the construction reference point 12 and irradiating a laser beam directly above the construction reference point 12 . The flying body 20 is moved so as to capture the laser beam at the center of the camera 26 mounted on the flying body 20, and is kept stationary by levitation.

静止した状態のまま、飛行体20に搭載したGNSS50により飛行体20の位置を測定する。また、未知点に設置したTS23によりプリズム21を測量する。 The position of the flying object 20 is measured by the GNSS 50 mounted on the flying object 20 in a stationary state. Also, the prism 21 is surveyed by the TS 23 installed at an unknown point.

工事基準点12の水平方向の位置座標(X、Y座標)は、レーザ鉛直器51の鉛直線上に再帰反射体が位置する時刻、GNSSの位置座標から求めることも可能である。Z座標は、GNSSの位置座標(Z座標)と、レーザ鉛直器51の測定距離および受信機40とプリズム21との距離とから算出することができる。 The horizontal position coordinates (X, Y coordinates) of the construction reference point 12 can also be obtained from the time when the retroreflector is positioned on the vertical line of the laser plumb 51 and the GNSS position coordinates. The Z coordinate can be calculated from the GNSS position coordinate (Z coordinate), the distance measured by the laser plumb gauge 51 and the distance between the receiver 40 and the prism 21 .

概略は以上の通りであるが、図16を参照して、作業の詳細について説明する。ステップ300から作業を開始し、ステップ301で飛行体20の準備を行う。飛行体20にジンバル25を介してプリズム21、カメラ26を取り付け、飛行体20、送信機24、27に電源を投入して、飛行体20を飛行させる準備を行う。 The outline is as described above, but the details of the work will be described with reference to FIG. 16 . The work is started from step 300, and the aircraft 20 is prepared at step 301. FIG. A prism 21 and a camera 26 are attached to a flying object 20 via a gimbal 25, power is turned on to the flying object 20 and transmitters 24 and 27, and preparations for flying the flying object 20 are made.

ステップ302では、工事基準点12が設置される立坑内等にTS23を配置し、工事基準点12上にレーザ鉛直器51を配置する。なお、ステップ301、302の作業は、順序が逆であってもよいし、同時に実施されていてもよい。 In step 302 , the TS 23 is placed in a shaft or the like where the construction reference point 12 is installed, and the laser plumb 51 is arranged on the construction reference point 12 . Note that the operations of steps 301 and 302 may be performed in reverse order, or may be performed simultaneously.

ステップ303では、飛行体20を工事基準点12が設置される位置の直上付近へ飛行させ、その位置で空中浮揚で静止した状態にする。 In step 303, the flying object 20 is flown to the vicinity directly above the position where the construction reference point 12 is installed, and is kept stationary at that position by levitation.

ステップ304で、レーザ鉛直器51からレーザ光を出射させ、ステップ305で、レーザ光をカメラ26の中心で捕捉する位置に飛行体20を移動させ、その位置で空中浮揚で静止した状態にする。 At step 304, the laser beam is emitted from the laser plumb 51, and at step 305, the flying object 20 is moved to a position where the laser beam is captured at the center of the camera 26, and held stationary at that position.

カメラ26の中心で捕捉する位置に停止させたときに、ステップ306で、GNSS50により受信機40の位置座標を計測する。受信機40とプリズム21との距離および方向は、オフセット量として予め決められており、プリズム21の位置座標は、計測された受信機40の位置座標とオフセット量とから算出することができる。 When the camera 26 is stopped at the capturing position at the center, the position coordinates of the receiver 40 are measured by the GNSS 50 in step 306 . The distance and direction between the receiver 40 and the prism 21 are predetermined as an offset amount, and the positional coordinates of the prism 21 can be calculated from the measured positional coordinates of the receiver 40 and the offset amount.

ステップ307で、TS23により測量を行い、プリズム21までの距離および方向を測定し、ステップ308で、GNSS50で受信機の位置座標を計測している時刻と同期確認できたデータを用いて工事基準点12の位置座標を算出する。GNSS50を用いる場合、時刻同期は、TS22、23により測量したときの時刻やPCのクロックのほか、GNSS50のNMEAの時刻情報を活用してもよい。NMEAは、受信機が通信に使用するプロトコルで、時刻、緯度や経度等の位置座標の情報を含む。 In step 307, the TS 23 performs surveying to measure the distance and direction to the prism 21, and in step 308, the construction reference point is determined using data that has been confirmed to be synchronized with the time when the position coordinates of the receiver are measured by the GNSS 50. 12 position coordinates are calculated. When the GNSS 50 is used, the time synchronization may utilize the time when surveying by the TS 22 and 23, the clock of the PC, and the NMEA time information of the GNSS 50. NMEA is a protocol used by receivers for communication, and includes information on location coordinates such as time, latitude and longitude.

ステップ309では、既知点TS22および平面直角座標系の位置を算出した元の未知点TS23から、改めて仮ベンチマークを測量し、ステップ310で、較差が一定の較差レベル内、すなわち設定値以下であるかを判断する。設定値以下の場合、ステップ311へ進み、設定値を超える場合は、ステップ303へ戻り、再度測量を行う。ステップ311では、位置座標が決定されたTS23により測量し、工事基準点12の位置座標を算出する。算出した位置座標に、標石、金属標、鋲等の標識を設置したところで、ステップ312で、工事基準点12の設置作業を終了する。 In step 309, the temporary benchmark is surveyed again from the known point TS22 and the original unknown point TS23 whose position in the plane Cartesian coordinate system is calculated. to judge. If it is equal to or less than the set value, the process proceeds to step 311, and if it exceeds the set value, the process returns to step 303 and surveying is performed again. In step 311, surveying is performed by the TS 23 whose position coordinates have been determined, and the position coordinates of the construction reference point 12 are calculated. When markers such as stone markers, metal markers, and rivets are installed at the calculated position coordinates, in step 312, the installation work of the construction reference point 12 is completed.

第1の例では、TS23によりプリズム21の測量を行い、後方公会法により未知点に設置したTS23の位置座標を算出している。しかしながら、飛行体20にプリズム21を取り付けているため、気象条件等により、空中での静止が難しく、静止した位置での連続データの取得が難しい場合がある。そこで、TS23の位置座標は、複数の離れた位置での測定結果を用いる方法でも算出することが可能である。当該他の方法の一例として、相似変換(ヘルマート変換)を利用する方法を用いることができる。 In the first example, the prism 21 is surveyed by the TS 23, and the position coordinates of the TS 23 installed at an unknown point are calculated by the posterior public meeting method. However, since the prism 21 is attached to the flying body 20, it may be difficult to stand still in the air due to weather conditions, etc., and it may be difficult to acquire continuous data at a stationary position. Therefore, the position coordinates of TS 23 can also be calculated by a method using measurement results at a plurality of distant positions. As an example of the other method, a method using similarity transformation (Helmert transformation) can be used.

図17を参照して、相似変換を利用したTS23の位置座標の算出方法について説明する。相似変換としては、2つの座標系の両方の値をもつ既知点の座標を基に、移動量や回転角等を計算し、一方の座標系から他方の座標系に変換するヘルマート変換を用いることができる。 A method of calculating the position coordinates of the TS 23 using similarity transformation will be described with reference to FIG. As the similarity transformation, Helmert transformation is used to calculate the amount of movement, rotation angle, etc., based on the coordinates of known points that have values in both coordinate systems, and transform from one coordinate system to the other coordinate system. can be done.

ここでは、一方の座標系を、TS23の位置座標を(0,0,0)とした現地座標とし、他方の座標系を平面直角座標系とする。TS22の位置座標は、平面直角座標系の座標である。 Here, one of the coordinate systems is the local coordinate system with the position coordinates of the TS 23 being (0, 0, 0), and the other coordinate system is the planar rectangular coordinate system. The position coordinates of TS22 are the coordinates of a plane rectangular coordinate system.

TS22、23は、水平に設置されるため、平面の相似変換と、鉛直方向の移動とに分けて扱い、TS23の位置座標を算出する。 Since the TSs 22 and 23 are installed horizontally, the positional coordinates of the TS 23 are calculated by handling the similarity transformation of the plane and the movement in the vertical direction separately.

相似変換は、実質的には後方交会法と類似の方法であり、回転量(a,b)、原点の平行移動量(c,d)とすると、Z軸の回転量αは、下記式13により、伸縮率sは、下記式14により表される。sは、1に近い値とされる。 The similarity transformation is substantially similar to the backward resection method, and if the amount of rotation (a, b) and the amount of translation of the origin (c, d) are assumed, the amount of rotation α of the Z axis is given by the following equation 13 Therefore, the expansion ratio s is represented by the following formula 14. s is set to a value close to 1.

Figure 0007171129000013
Figure 0007171129000013

Figure 0007171129000014
Figure 0007171129000014

飛行体20を飛行させ、任意の位置で空中浮揚で静止した状態にして、プリズム21の位置をTS22、23により測定する。これを、飛行体20を移動させて複数の位置で測定する。 The flying object 20 is made to fly, and the position of the prism 21 is measured by the TSs 22 and 23 while the flying object 20 is kept in a state of being levitated and stationary at an arbitrary position. This is measured at a plurality of positions by moving the flying object 20 .

TS22により測定されたプリズム21の測定結果から得られた平面直角座標系の位置座標を(XUi,YUi)とし、TS23により測定されたプリズム21の測定結果から得られた現地座標系の位置座標を(xDi,yDi)とすると、下記式15の関係が成立する。下記式15は、相似変換の一般式である。 Let (X Ui , Y Ui ) be the position coordinates in the planar rectangular coordinate system obtained from the measurement results of the prism 21 measured by TS22, and the position in the local coordinate system obtained from the measurement results of the prism 21 measured by TS23. Assuming that the coordinates are (x Di , y Di ), the following formula 15 holds. Equation 15 below is a general equation for similarity transformation.

Figure 0007171129000015
Figure 0007171129000015

上記式15を行列で表すと、下記式16のようになる。なお、変換前のn(4以上の自然数)個の座標(xD1,yD1)、(xD2,yD2)、…、(xDi,yDi)、…、(xDn,yDn)とし、変換後の座標を(XU1,YU1)、(XU2,YU2)、…、(XUi,YUi)、…、(XUn,YUn)とする。 Representing Equation 15 above in a matrix yields Equation 16 below. In addition, n (4 or more natural numbers) coordinates (x D1 , y D1 ), (x D2 , y D2 ), ..., (x Di , y Di ), ..., (x Dn , y Dn ) before conversion and the coordinates after conversion are ( XU1 , YU1 ), ( XU2 , YU2), ..., (XUi , YUi ), ..., ( XUn , YUn ).

Figure 0007171129000016
Figure 0007171129000016

上記式16を基に、最小二乗法を用いて、下記式17により計測値との残差を最小にする最確値Κを求める。 Based on Equation 16 above, the least squares method is used to obtain the most probable value K that minimizes the residual from the measured value by Equation 17 below.

Figure 0007171129000017
Figure 0007171129000017

上記式17を使用することで、パラメータa~dを算出することができる。また、これらのパラメータa~dと上記式15とを使用して、未知点のTS23のX座標、Y座標を算出することができる。 Parameters a to d can be calculated by using Equation 17 above. Also, using these parameters a to d and Equation 15 above, the X and Y coordinates of the unknown point TS23 can be calculated.

なお、鉛直方向のZ座標については、既知点のTS22により測定されたプリズム21の測定結果から得られたZ座標をZUiとし、未知点のTS23により測定されたプリズム21の測定結果から得られたZ座標をzDiとして、ZUiとzDiを用いて、Z方向の較差を求める。較差は、ZUi-zDiの値である。 Regarding the Z coordinate in the vertical direction, Z Ui is the Z coordinate obtained from the measurement result of the prism 21 measured by the known point TS22, and the Z coordinate is obtained from the measurement result of the prism 21 measured by the unknown point TS23. Let z Di be the Z coordinate obtained, and use Z Ui and z Di to find the difference in the Z direction. The difference is the value of Z Ui -z Di.

未知点のTS23のZ座標は、ZUiからzDi分の移動、例えばZUi-zDiの平均値として求めることができる。 The Z coordinate of TS23 of the unknown point can be obtained by moving from Z Ui by z Di , for example, as the average value of Z Ui -z Di.

上記式13~式17を使用し、相似変換を行い、鉛直方向の移動を行うことで、平面直角座標系での三次元座標(X,Y,Z)を求めることができる。平面直角座標系では、緯度、経度を使用して、X座標、Y座標を表すため、どの方向が北方向であるかを求めることができる。 Three-dimensional coordinates (X, Y, Z) in a planar rectangular coordinate system can be obtained by performing similarity transformation and moving in the vertical direction using Equations 13 to 17 above. In a planar Cartesian coordinate system, latitude and longitude are used to represent the X and Y coordinates, so it is possible to determine which direction is north.

ここで、未知点のTS23の計算した平面直角座標系の妥当性を確認する。確認の手法は、上記の手法と同様で、TS23の位置を決定するにあたって、飛行体20に搭載したプリズム21を改めて測量し、平面直角座標系においてTS22およびTS23の座標から求めたプリズム21の平面直角座標系の2つの位置(TS22からの測定値およびTS23からの計算値)の距離が一定の較差レベル内にあるか否かを判断する。 Here, the validity of the plane Cartesian coordinate system calculated for the unknown point TS23 is confirmed. The confirmation method is the same as the above method, and when determining the position of TS23, the prism 21 mounted on the aircraft 20 is surveyed again, and the plane of the prism 21 obtained from the coordinates of TS22 and TS23 in the plane rectangular coordinate system. Determine if the distance between two Cartesian positions (measured from TS22 and calculated from TS23) is within a certain difference level.

較差が大きい値を確認し、必要に応じて、再測定を行う。較差が大きな値でも、図11に示した較差レベル1または2内であれば、再測定を行うことなく、TS23の器械点座標および北方向を、求めた座標や北方向に設定することができる。 Check the values with large deviations and re-measure if necessary. Even if the difference is a large value, if it is within the difference level 1 or 2 shown in Fig. 11, the station coordinates and north direction of TS23 can be set to the determined coordinates and north direction without re-measurement. .

上記の較差レベル1または2を超える場合には、再測定を行い、再度較差を確認し、較差レベル1または2内か否かを確認する。なお、再測定では、較差が大きい方向を拡大するプリズム21の配置とし、較差是正を図る。 If the above difference level 1 or 2 is exceeded, the measurement is performed again, the difference is checked again, and whether it is within the difference level 1 or 2 is confirmed. In the remeasurement, the prism 21 is arranged to expand the direction in which the difference is large, and the difference is corrected.

これまで本発明の測量システムおよび測量方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the surveying system and surveying method of the present invention have been described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other embodiments, Additions, changes, deletions, etc., can be made within the range that a person skilled in the art can conceive, and as long as the action and effect of the present invention are exhibited in any aspect, it is included in the scope of the present invention.

10…TS
11…立坑
12…工事基準点
13…仮ベンチマーク
14…崖・断崖等
20…飛行体
21…プリズム
22…TS
23…TS
24…送信機
25…ジンバル
26…カメラ
27…送信機
28…対象物
30…的
31a、31b、31c…三次元方向
32…レーザポインタ
33…フォトレジスタ
40…受信機
41…フライトコントローラ
42…バッテリ
43…モータ
44…ESC
45…UBEC
50…GNSS
51…レーザ鉛直器
10...TS
11... Shaft 12... Construction reference point 13... Temporary benchmark 14... Cliff, precipice, etc. 20... Airplane 21... Prism 22... TS
23 TS
24 Transmitter 25 Gimbal 26 Camera 27 Transmitter 28 Object 30 Targets 31a, 31b, 31c Three-dimensional direction 32 Laser pointer 33 Photoresistor 40 Receiver 41 Flight controller 42 Battery 43 … Motor 44 … ESC
45 UBEC
50 GNSS
51... Laser plumb

Claims (7)

工事基準点を設置するための測量システムであって、
遠隔操作可能な飛行体と、
前記飛行体に設けられる再帰反射体と、
前記再帰反射体の位置を測定する第1の測定手段と、
目標までの距離および方向を測定する第2の測定手段と、
前記第1の測定手段により測定された前記再帰反射体の位置を仮基準点の位置とし、前記仮基準点の位置と、前記第2の測定手段により目標を前記再帰反射体として測定した第1の測定結果とを用いて前記第2の測定手段の位置を算出し、算出した前記第2の測定手段の位置と前記第2の測定手段により目標を工事基準点として測定した第2の測定結果とを用いて前記工事基準点の位置を算出する演算手段とを含み、
前記第1の測定手段は、
既知点に配置され、前記再帰反射体までの距離および方向を測定する手段、または、
前記飛行体を前記工事基準点の真上に配置させるために、前記工事基準点から鉛直方向に向けて光を照射する手段と、前記飛行体に設けられ、自身の位置情報と時刻情報とを発信するシステムから該位置情報と時刻情報とを受信する手段と、前記飛行体を前記工事基準点の真上に配置させたときに受信した前記位置情報と前記時刻情報とに基づき、前記再帰反射体の位置を算出する手段の3つの手段
を含む、測量システム。
A surveying system for setting a construction reference point,
a remotely controlled flying object;
a retroreflector provided on the flying object;
a first measuring means for measuring the position of the retroreflector;
a second measuring means for measuring distance and direction to a target;
The position of the retroreflector measured by the first measuring means is set as the position of the temporary reference point, and the position of the temporary reference point and the target measured by the second measuring means as the retroreflector are measured. The position of the second measuring means is calculated using the measurement results of , and the calculated position of the second measuring means and the second measurement result measured by the second measuring means with the target as the construction reference point and calculating means for calculating the position of the construction reference point using
The first measuring means is
Means positioned at a known point for measuring distance and direction to said retroreflector, or
Means for irradiating light in the vertical direction from the construction reference point in order to position the flying object directly above the construction reference point; means for receiving the position information and the time information from the transmitting system; Three means of calculating the position of the body
surveying system , including
前記飛行体に設けられる撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段とを含む、請求項に記載の測量システム。 2. The surveying system according to claim 1 , comprising imaging means provided on said flying object, and display means for displaying an image taken by said imaging means. 前記演算手段は、前記第1の測定手段により前記再帰反射体を測定した時刻と、前記第2の測定手段により前記再帰反射体を測定した時刻との差が、所定の時間内である場合の前記仮基準点の位置および前記第1の測定結果のみを用いて前記第2の測定手段の位置を算出する、請求項1または2に記載の測量システム。 The calculating means determines whether the difference between the time when the retroreflector is measured by the first measuring means and the time when the retroreflector is measured by the second measuring means is within a predetermined time. 3. The surveying system according to claim 1, wherein the position of said second measuring means is calculated using only the position of said temporary reference point and said first measurement result. 前記演算手段は、後方公会法または相似変換を使用して、前記第2の測定手段の位置を算出する、請求項1~のいずれか1項に記載の測量システム。 The surveying system according to any one of claims 1 to 3 , wherein said computing means calculates the position of said second measuring means using a backward-conference method or similarity transformation. 前記演算手段は、算出した前記第2の測定手段の位置と、前記第2の測定手段により目標を前記再帰反射体として測定した第3の測定結果とを用いて、前記再帰反射体の位置を算出し、前記第1の測定手段により測定された前記再帰反射体の位置と、算出した前記再帰反射体の位置の距離を較差として算出し、算出した前記較差に応じて、前記第2の測定手段の位置として採用するか否かを判断する、請求項1~のいずれか1項に記載の測量システム。 The calculation means calculates the position of the retroreflector using the calculated position of the second measurement means and a third measurement result obtained by measuring the target as the retroreflector by the second measurement means. the distance between the position of the retroreflector measured by the first measuring means and the calculated position of the retroreflector is calculated as a difference, and the second measurement is performed according to the calculated difference The surveying system according to any one of claims 1 to 4 , which judges whether or not to adopt it as the position of the means. 前記演算手段により採用しないと判断された場合、前記第1の測定手段および前記第2の測定手段により再測定を行う、請求項に記載の測量システム。 6. The surveying system according to claim 5 , wherein, when said computing means determines not to adopt, said first measuring means and said second measuring means perform re-measurement. 工事基準点を設置する方法であって、
遠隔操作可能な飛行体に設けられる再帰反射体の位置を第1の測定手段により測定する工程と、
前記再帰反射体までの距離および方向を第2の測定手段により測定する工程と、
前記第1の測定手段により測定された前記再帰反射体の位置を仮基準点の位置とし、前記仮基準点の位置と、前記第2の測定手段により目標を前記再帰反射体として測定した第1の測定結果とを用いて、演算手段により前記第2の測定手段の位置を算出する工程と、
前記工事基準点までの距離および方向を前記第2の測定手段により測定する工程と、
算出された前記第2の測定手段の位置と、前記第2の測定手段により前記工事基準点を測定した第2の測定結果とを用いて、前記演算手段により前記工事基準点の位置を算出する工程とを含み、
前記第1の測定手段により測定する工程は、
既知点に配置され、前記再帰反射体までの距離および方向を測定する工程、または、
前記飛行体を前記工事基準点の真上に配置させるために、前記工事基準点から鉛直方向に向けて光を照射する工程と、前記飛行体に設けられ、自身の位置情報と時刻情報とを発信するシステムから該位置情報と時刻情報とを受信する工程と、前記飛行体を前記工事基準点の真上に配置させたときに受信した前記位置情報と前記時刻情報とに基づき、前記再帰反射体の位置を算出する工程の3つの工程
を含む、測量方法。
A method for setting a construction reference point, comprising:
a step of measuring the position of a retroreflector provided on a remotely operable flying object by a first measuring means;
measuring the distance and direction to the retroreflector by a second measuring means;
The position of the retroreflector measured by the first measuring means is set as the position of the temporary reference point, and the position of the temporary reference point and the target measured by the second measuring means as the retroreflector are measured. A step of calculating the position of the second measuring means by a computing means using the measurement results of
measuring the distance and direction to the construction reference point by the second measuring means;
Using the calculated position of the second measuring means and a second measurement result of measuring the construction reference point by the second measuring means, the calculating means calculates the position of the construction reference point. and
The step of measuring by the first measuring means includes:
positioned at a known point and measuring the distance and direction to said retroreflector; or
a step of irradiating light in a vertical direction from the construction reference point in order to place the flying object directly above the construction reference point; a step of receiving the position information and time information from a transmitting system; and based on the position information and the time information received when the aircraft is placed directly above the construction reference point, the retroreflection is performed. Three steps in the process of calculating body position
methods of surveying , including
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