JP2000234929A - 中継式自動位置姿勢計測システム - Google Patents
中継式自動位置姿勢計測システムInfo
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- JP2000234929A JP2000234929A JP11035793A JP3579399A JP2000234929A JP 2000234929 A JP2000234929 A JP 2000234929A JP 11035793 A JP11035793 A JP 11035793A JP 3579399 A JP3579399 A JP 3579399A JP 2000234929 A JP2000234929 A JP 2000234929A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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- G01C7/06—Tracing profiles of cavities, e.g. tunnels
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】曲線道路や曲線隧道でも自動的に位置及び姿勢
の計測を正確に行う。 【解決手段】水平調整機構を有する三脚に支持された基
台上に設置された計測機本体と、発光体及び反射体で成
り前記基台上に設置された複数の画像処理基準体と、全
体的な制御を行うコンピュータとを具備し、前記計測機
本体が上下左右に旋回可能なオートズーム、オートフォ
ーカス機能のＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラに連結
された距離計及び受光センサ付き発光器と、画像処理装
置とで構成されている複合位置姿勢計測機を複数台中継
して直視不可点又は遠方ターゲットの計側点の位置姿勢
を計測する。
の計測を正確に行う。 【解決手段】水平調整機構を有する三脚に支持された基
台上に設置された計測機本体と、発光体及び反射体で成
り前記基台上に設置された複数の画像処理基準体と、全
体的な制御を行うコンピュータとを具備し、前記計測機
本体が上下左右に旋回可能なオートズーム、オートフォ
ーカス機能のＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラに連結
された距離計及び受光センサ付き発光器と、画像処理装
置とで構成されている複合位置姿勢計測機を複数台中継
して直視不可点又は遠方ターゲットの計側点の位置姿勢
を計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、曲線型道路や隧道
（トンネル）での不可視点や遠方の位置計測を自動的に
行うことができる中継式自動位置計測システム及びそれ
に用いる複合位置姿勢計測機に関する。
（トンネル）での不可視点や遠方の位置計測を自動的に
行うことができる中継式自動位置計測システム及びそれ
に用いる複合位置姿勢計測機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来曲線道路や曲線隧道での測量、遠距
離点の計測、被遮蔽位置の計測等は、１台の測量機では
計測することが非常に困難であった。また、隧道におけ
る測量は多数の人員を要し、トランジット、レベル、ス
タッフ等を用いる目視測量が主であり、時間と手間がか
かると共に、その割に人為誤差が大きいという問題があ
った。特に曲線隧道における測量については見通しがき
かないため、副基準点を多数設定する必要があり、それ
に従って誤差が増加する傾向があった。
離点の計測、被遮蔽位置の計測等は、１台の測量機では
計測することが非常に困難であった。また、隧道におけ
る測量は多数の人員を要し、トランジット、レベル、ス
タッフ等を用いる目視測量が主であり、時間と手間がか
かると共に、その割に人為誤差が大きいという問題があ
った。特に曲線隧道における測量については見通しがき
かないため、副基準点を多数設定する必要があり、それ
に従って誤差が増加する傾向があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き問題を解決
するシステムとして、例えば特開昭６３−１５９７１０
号公報に示すものがある。即ち、入射された光ビームを
任意方向に偏角させるさせる光偏角機を光源部及び隧道
等の屈曲部に配設し、前記光源部からの照射ビームを前
記各光偏角機の偏角によって、前記隧道等の先端部に導
いて前記隧道等の測量を行うようになっている。しか
し、位置計測は光学系を使用するため直線しか計測でき
ず、曲線形の隧道等では計測点が見えない場合、計測機
を可視範囲まで適宜移動して計測しなければならない。
するシステムとして、例えば特開昭６３−１５９７１０
号公報に示すものがある。即ち、入射された光ビームを
任意方向に偏角させるさせる光偏角機を光源部及び隧道
等の屈曲部に配設し、前記光源部からの照射ビームを前
記各光偏角機の偏角によって、前記隧道等の先端部に導
いて前記隧道等の測量を行うようになっている。しか
し、位置計測は光学系を使用するため直線しか計測でき
ず、曲線形の隧道等では計測点が見えない場合、計測機
を可視範囲まで適宜移動して計測しなければならない。
【０００４】近年自動計測機械が発達し、計測点を自動
追尾、自動視準で自動計測するものが一般的になって来
たが、直線形隧道等しか計測できない点は従来と同様で
ある。
追尾、自動視準で自動計測するものが一般的になって来
たが、直線形隧道等しか計測できない点は従来と同様で
ある。
【０００５】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、曲線道路や曲線隧道でも自
動的に位置計測を正確に行うことのできる中継式自動位
置姿勢計測システム若しくはそのための複合位置姿勢計
測機を提供することにある。
のであり、本発明の目的は、曲線道路や曲線隧道でも自
動的に位置計測を正確に行うことのできる中継式自動位
置姿勢計測システム若しくはそのための複合位置姿勢計
測機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は中継式自動位置
姿勢計測システムに関するものであり、本発明の上記目
的は、水平調整機構を有する三脚に支持された基台上に
設置された計測機本体と、発光体及び反射体で成り前記
基台上に設置された複数の画像処理基準体と、全体的な
制御を行うコンピュータとを具備し、前記計測機本体が
上下左右に旋回可能なオートズーム、オートフォーカス
機能のＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラに連結された
距離計及び受光センサ付き発光器と、画像処理装置とで
構成されている複合位置姿勢計測機を提供することによ
って達成される。
姿勢計測システムに関するものであり、本発明の上記目
的は、水平調整機構を有する三脚に支持された基台上に
設置された計測機本体と、発光体及び反射体で成り前記
基台上に設置された複数の画像処理基準体と、全体的な
制御を行うコンピュータとを具備し、前記計測機本体が
上下左右に旋回可能なオートズーム、オートフォーカス
機能のＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラに連結された
距離計及び受光センサ付き発光器と、画像処理装置とで
構成されている複合位置姿勢計測機を提供することによ
って達成される。
【０００７】また、本発明の目的は、水平調整機構を有
する三脚に支持された基台上に設置された計測機本体
と、発光体及び反射体で成り前記基台上に設置された複
数の画像処理基準体と、全体的な制御を行うコンピュー
タとを具備し、前記計測機本体が上下左右に旋回可能な
オートズーム、オートフォーカス機能のＣＣＤカメラ
と、前記ＣＣＤカメラに連結された距離計及び受光セン
サ付き発光器と、画像処理装置とで構成されている複合
位置姿勢計測機を複数台中継して、直視不可点又は遠方
ターゲットの計側点の位置姿勢を計測することによって
達成される。
する三脚に支持された基台上に設置された計測機本体
と、発光体及び反射体で成り前記基台上に設置された複
数の画像処理基準体と、全体的な制御を行うコンピュー
タとを具備し、前記計測機本体が上下左右に旋回可能な
オートズーム、オートフォーカス機能のＣＣＤカメラ
と、前記ＣＣＤカメラに連結された距離計及び受光セン
サ付き発光器と、画像処理装置とで構成されている複合
位置姿勢計測機を複数台中継して、直視不可点又は遠方
ターゲットの計側点の位置姿勢を計測することによって
達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は曲線隧道を掘削する場合に
おける本発明の原理構成を示しており、掘削対象の隧道
は、種々の装置を設置したり搬入するための隧道入り口
部１０と、曲線を形成する中途部の円形状隧道部２０
と、先端部に隧道掘削機を設置して掘削する隧道先端部
３０とで構成されている。隧道入り口部１０には位置座
標が既知若しくは計測可能な基準点Ｋ１が定められ、円
形状隧道部２０の任意な場所には中継点Ｋ６，Ｋ７，Ｋ
８が定められている。基準点Ｋ１には第１の複合位置姿
勢計測機（以下、単に計測機とする）ａｓｐ−１が設置
され、計測機ａｓｐ−１からは直線視準できない位置の
円形状隧道部２０内の中継点Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８にもそれ
ぞれ第２の計測機ａｓｐ−２、第３の計測機ａｓｐ−
３，第４の計測機ａｓｐ−４が設置されており、隧道先
端部３０には隧道掘削機（図示せず）が搬入されると共
に、隧道掘削機に第５の計測機ａｓｐ−５が取り付けら
れている。計測機ａｓｐ−１は計測機ａｓｐ−２が可視
であり、同様に計測機ａｓｐ−２は計測機ａｓｐ−３が
可視であり、計測機ａｓｐ−３は計測機ａｓｐ−４が可
視であり、計測機ａｓｐ−４は計測機ａｓｐ−５が可視
となっている。隧道入り口部１０の位置に設定されてい
る基準点Ｋ１は既知点であり、また点Ｋ２，Ｋ３，Ｋ
４，Ｋ５も既知点であり、基準点Ｋ１の変位を点Ｋ２，
Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５のようなｎ（ｎ＞３）個の点を計測機
ａｓｐ−１で自動計測して補正する。図では点Ｋ２及び
Ｋ５を用いて補正する例を示している。隧道先端部３０
のｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎは計測対象点を
示しており、基準点Ｋ１の計測機ａｓｐ−１からは計測
対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎを直視でき
ない状態となっている。
おける本発明の原理構成を示しており、掘削対象の隧道
は、種々の装置を設置したり搬入するための隧道入り口
部１０と、曲線を形成する中途部の円形状隧道部２０
と、先端部に隧道掘削機を設置して掘削する隧道先端部
３０とで構成されている。隧道入り口部１０には位置座
標が既知若しくは計測可能な基準点Ｋ１が定められ、円
形状隧道部２０の任意な場所には中継点Ｋ６，Ｋ７，Ｋ
８が定められている。基準点Ｋ１には第１の複合位置姿
勢計測機（以下、単に計測機とする）ａｓｐ−１が設置
され、計測機ａｓｐ−１からは直線視準できない位置の
円形状隧道部２０内の中継点Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８にもそれ
ぞれ第２の計測機ａｓｐ−２、第３の計測機ａｓｐ−
３，第４の計測機ａｓｐ−４が設置されており、隧道先
端部３０には隧道掘削機（図示せず）が搬入されると共
に、隧道掘削機に第５の計測機ａｓｐ−５が取り付けら
れている。計測機ａｓｐ−１は計測機ａｓｐ−２が可視
であり、同様に計測機ａｓｐ−２は計測機ａｓｐ−３が
可視であり、計測機ａｓｐ−３は計測機ａｓｐ−４が可
視であり、計測機ａｓｐ−４は計測機ａｓｐ−５が可視
となっている。隧道入り口部１０の位置に設定されてい
る基準点Ｋ１は既知点であり、また点Ｋ２，Ｋ３，Ｋ
４，Ｋ５も既知点であり、基準点Ｋ１の変位を点Ｋ２，
Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５のようなｎ（ｎ＞３）個の点を計測機
ａｓｐ−１で自動計測して補正する。図では点Ｋ２及び
Ｋ５を用いて補正する例を示している。隧道先端部３０
のｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎは計測対象点を
示しており、基準点Ｋ１の計測機ａｓｐ−１からは計測
対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎを直視でき
ない状態となっている。
【０００９】また、計測対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−
２，ｏｂｊ−ｎには後述する計測ターゲット４００が設
置され、各計測機ａｓｐ−１〜ａｓｐ−５は有線又は無
線による通信のためのデータ送受信機ＤＭ１〜ＤＭ５を
具備している。そして、最初の計測機ａｓｐ−１のデー
タ送受信機ＤＭ１は中央管理装置１のコンピュータに接
続され、中央管理装置１からの全体的な管理が可能とな
っている。また、円形状隧道部２０内には他の既設計測
点Ｔ１，Ｔ２が設定されている。
２，ｏｂｊ−ｎには後述する計測ターゲット４００が設
置され、各計測機ａｓｐ−１〜ａｓｐ−５は有線又は無
線による通信のためのデータ送受信機ＤＭ１〜ＤＭ５を
具備している。そして、最初の計測機ａｓｐ−１のデー
タ送受信機ＤＭ１は中央管理装置１のコンピュータに接
続され、中央管理装置１からの全体的な管理が可能とな
っている。また、円形状隧道部２０内には他の既設計測
点Ｔ１，Ｔ２が設定されている。
【００１０】以上のような配置で、最初の計測機ａｓｐ
−１により次段の計測機ａｓｐ−２の位置姿勢を計測
し、その値を計測機ａｓｐ−２に有線又は無線でデータ
送受信機ＤＭ１及びＤＭ２を介して伝送し、計測機ａｓ
ｐ−２はその位置姿勢で計測機ａｓｐ−３を同様に計測
し、以下同様な動作を繰り返して、隧道先端部３０の計
測対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎまで計測
する。また、計測機ａｓｐ−５から計測機ａｓｐ−４を
逆に計測することにより、計測機ａｓｐ−５の姿勢の精
度を上げることができる。上記方法により、既知の基準
点Ｋ１（又はＫ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５）から不可視の計
測対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎの位置姿
勢を計測することができる。
−１により次段の計測機ａｓｐ−２の位置姿勢を計測
し、その値を計測機ａｓｐ−２に有線又は無線でデータ
送受信機ＤＭ１及びＤＭ２を介して伝送し、計測機ａｓ
ｐ−２はその位置姿勢で計測機ａｓｐ−３を同様に計測
し、以下同様な動作を繰り返して、隧道先端部３０の計
測対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎまで計測
する。また、計測機ａｓｐ−５から計測機ａｓｐ−４を
逆に計測することにより、計測機ａｓｐ−５の姿勢の精
度を上げることができる。上記方法により、既知の基準
点Ｋ１（又はＫ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５）から不可視の計
測対象点ｏｂｊ−１，ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎの位置姿
勢を計測することができる。
【００１１】図２は、本発明の計測機（ａｓｐ−１，ａ
ｓｐ−２，ａｓｐ−３，ａｓｐ−４，ａｓｐ−５）の一
例を示す外観構成例を示しており、矩形状の基台１００
はそれぞれがネジ等で伸縮可能になっている三脚１０１
を介して円盤状の基盤１０２に設けられている。三脚１
０１を手動又は自動で微調整することによって、基台１
００を２方向に水平に調整することができる。基台１０
０の上には計測機本体２００が設置されると共に、各コ
ーナー部には発光体（例えば発光ダイオード、ランプ）
１１１及び反射体（例えば反射テープ、反射プリズム）
１１２で成る画像処理基準体１１０が４個設置されてい
る。発光体１１１の代わりに鮮明なマーカを用いても良
い。また、基台１００の上には、計測機の絶対方向を計
測するジャイロコンパス（ジャイロスコープ）１２０、
水平面内２方向の傾斜を計測する傾斜計１２１が設置さ
れている。計測機本体２００は、オートフォーカス、オ
ートズーム機能を有したＣＣＤカメラ２０１及び画像処
理装置２０２を搭載すると共に、エンコーダ付きモータ
駆動２軸旋回機構２０３によって上下左右の任意方向に
ＣＣＤカメラ２０１を向けられるようになっている。ま
た、計測機本体２００は光波距離計２１０、受光センサ
付きレーザ発光器２１１を具備すると共に、ＧＰＳ位置
計測受信機（図示せず）を内蔵している。計測機は測量
機としての機能を有し、距離及び角度の３次元計測が可
能である。
ｓｐ−２，ａｓｐ−３，ａｓｐ−４，ａｓｐ−５）の一
例を示す外観構成例を示しており、矩形状の基台１００
はそれぞれがネジ等で伸縮可能になっている三脚１０１
を介して円盤状の基盤１０２に設けられている。三脚１
０１を手動又は自動で微調整することによって、基台１
００を２方向に水平に調整することができる。基台１０
０の上には計測機本体２００が設置されると共に、各コ
ーナー部には発光体（例えば発光ダイオード、ランプ）
１１１及び反射体（例えば反射テープ、反射プリズム）
１１２で成る画像処理基準体１１０が４個設置されてい
る。発光体１１１の代わりに鮮明なマーカを用いても良
い。また、基台１００の上には、計測機の絶対方向を計
測するジャイロコンパス（ジャイロスコープ）１２０、
水平面内２方向の傾斜を計測する傾斜計１２１が設置さ
れている。計測機本体２００は、オートフォーカス、オ
ートズーム機能を有したＣＣＤカメラ２０１及び画像処
理装置２０２を搭載すると共に、エンコーダ付きモータ
駆動２軸旋回機構２０３によって上下左右の任意方向に
ＣＣＤカメラ２０１を向けられるようになっている。ま
た、計測機本体２００は光波距離計２１０、受光センサ
付きレーザ発光器２１１を具備すると共に、ＧＰＳ位置
計測受信機（図示せず）を内蔵している。計測機は測量
機としての機能を有し、距離及び角度の３次元計測が可
能である。
【００１２】計測機は通信線（有線又は無線）を介して
演算処理や制御を行うコンピュータ（マイクロコンピュ
ータ）３００に接続されており、コンピュータ３００は
データ送受信機ＤＭ（ＤＭ１〜ＤＭ５）を経て、他の計
測機等と通信線（有線又は無線）を介して通信できるよ
うになっている。
演算処理や制御を行うコンピュータ（マイクロコンピュ
ータ）３００に接続されており、コンピュータ３００は
データ送受信機ＤＭ（ＤＭ１〜ＤＭ５）を経て、他の計
測機等と通信線（有線又は無線）を介して通信できるよ
うになっている。
【００１３】計測対象となる計測ターゲット４００は図
３に示すような構成となっており、矩形状の基板４０１
上に発光体及び反射体で成る指示体４１１、４１２，４
１３，４１４が散在して、例えば４角点近傍に設けられ
ており、中央部には反射テープ、反射プリズム等の反射
体４２０が設置されている。例えば指示体４１１は、円
形状の発光体４１１Ａ及び矩形状の反射体４１１Ｂが支
柱上部に取り付けられている。このように、計測ターゲ
ット４００に設置されている反射体４２０、発光体及び
反射体で成る複数個の指示体４１１〜４１４を計測する
ことにより、位置だけでなく、複数個の反射体及び発光
体と一定固定的な関係にある剛体の姿勢を計算すること
ができる。
３に示すような構成となっており、矩形状の基板４０１
上に発光体及び反射体で成る指示体４１１、４１２，４
１３，４１４が散在して、例えば４角点近傍に設けられ
ており、中央部には反射テープ、反射プリズム等の反射
体４２０が設置されている。例えば指示体４１１は、円
形状の発光体４１１Ａ及び矩形状の反射体４１１Ｂが支
柱上部に取り付けられている。このように、計測ターゲ
ット４００に設置されている反射体４２０、発光体及び
反射体で成る複数個の指示体４１１〜４１４を計測する
ことにより、位置だけでなく、複数個の反射体及び発光
体と一定固定的な関係にある剛体の姿勢を計算すること
ができる。
【００１４】計測機はコンピュータ３００の駆動により
ＣＣＤカメラ２０１、レーザ発光器２１１、光波距離計
２１０の光軸を計測ターゲット４００の近傍に自動旋回
し、画像処理上のマーカ、つまり発光体近傍から自動追
尾探査を開始し、反射体からのレーザ光の反射及び発光
体の画像に基づいて、発光体の中心及び反射体の中心を
検知する。その時の各軸角度を、２軸旋回機構２０３に
装着されているエンコーダから読み取って、コンピュー
タ３００（画像処理装置２０２でも可）内のメモリに記
憶する。その際、光波距離計２１０はレーザ発光器２１
１やＣＣＤカメラ２０１から一定のオフセットをもって
旋回しており、同時に距離を計測してメモリに記憶す
る。以上より、各計測機は計測ターゲット４００の３次
元座標を取得することができる。
ＣＣＤカメラ２０１、レーザ発光器２１１、光波距離計
２１０の光軸を計測ターゲット４００の近傍に自動旋回
し、画像処理上のマーカ、つまり発光体近傍から自動追
尾探査を開始し、反射体からのレーザ光の反射及び発光
体の画像に基づいて、発光体の中心及び反射体の中心を
検知する。その時の各軸角度を、２軸旋回機構２０３に
装着されているエンコーダから読み取って、コンピュー
タ３００（画像処理装置２０２でも可）内のメモリに記
憶する。その際、光波距離計２１０はレーザ発光器２１
１やＣＣＤカメラ２０１から一定のオフセットをもって
旋回しており、同時に距離を計測してメモリに記憶す
る。以上より、各計測機は計測ターゲット４００の３次
元座標を取得することができる。
【００１５】計測機ａｓｐ−１乃至ａｓｐ−５は同一機
能を備えており、計測ターゲット４００の反射体４２０
までの距離、反射体４２０からのレーザ反射光量の解析
から求められた反射体中心の角度、指示体４１１〜４１
４の各発光体の画像を処理することにより必要なデータ
を得ることができる。さらに、計測ターゲット４００に
設置された３個以上の計測点（指示体４１１〜４１４）
を計測することにより、その計測ターゲット４００の位
置だけでなく姿勢を計算することもできる。
能を備えており、計測ターゲット４００の反射体４２０
までの距離、反射体４２０からのレーザ反射光量の解析
から求められた反射体中心の角度、指示体４１１〜４１
４の各発光体の画像を処理することにより必要なデータ
を得ることができる。さらに、計測ターゲット４００に
設置された３個以上の計測点（指示体４１１〜４１４）
を計測することにより、その計測ターゲット４００の位
置だけでなく姿勢を計算することもできる。
【００１６】上述のような計測システムの計測方法を、
図１の曲線隧道掘削工事について説明する。本例では５
台の計測機ａｓｐ−１〜ａｓｐ−５を使用しているが、
台数等は任意である。
図１の曲線隧道掘削工事について説明する。本例では５
台の計測機ａｓｐ−１〜ａｓｐ−５を使用しているが、
台数等は任意である。
【００１７】隧道掘削部３０の計測対象点ｏｂｊ−１，
ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎは、隧道入り口部１０の計測機
ａｓｐ−１からは直視できない位置にある。そして、点
Ｋ１〜Ｋ５の各座標は既知である。基準点Ｋ１も既知で
あるが、計測機ａｓｐ−１の位置姿勢は、計測機ａｓｐ
−１で点Ｋ２〜Ｋ５を自動計測することにより計算可能
である。また、定期的に点Ｋ２〜Ｋ５を自動計測するこ
とにより基準点Ｋ１の初期位置からの微少変位を検知し
て補正することができ、水平面内の２方向の傾斜は基準
点視準しなくても得られる。
ｏｂｊ−２，ｏｂｊ−ｎは、隧道入り口部１０の計測機
ａｓｐ−１からは直視できない位置にある。そして、点
Ｋ１〜Ｋ５の各座標は既知である。基準点Ｋ１も既知で
あるが、計測機ａｓｐ−１の位置姿勢は、計測機ａｓｐ
−１で点Ｋ２〜Ｋ５を自動計測することにより計算可能
である。また、定期的に点Ｋ２〜Ｋ５を自動計測するこ
とにより基準点Ｋ１の初期位置からの微少変位を検知し
て補正することができ、水平面内の２方向の傾斜は基準
点視準しなくても得られる。
【００１８】先ず、点Ｋ１〜Ｋ５の座標を別の計測機で
最初に測量し既知の値として与え、点Ｋ２〜Ｋ５に計測
ターゲット４００を配置し、その反射体４２０を計測機
ａｓｐ−１で自動視準し、また、指示体４１１〜４１４
の発光体を自動追尾探査して画像処理により発光体の中
心座標を求め、これらの値から計測機ａｓｐ−１の自己
位置を計算すると共に、予め与えられた測量値と比較し
て補正する。計測機ａｓｐ−１の基準点Ｋ１は、地盤振
動や地殻変動その他設置環境上の理由により変位、傾斜
することがあるので、この基準点Ｋ１の視準は定期的に
行って補正に利用する。与えられ又はｎ個の基準点視準
により決定された計測機ａｓｐ−１で、次段の計測機ａ
ｓｐ−２を自動追尾探査、計測する。計測値として、３
次元座標及び計測機ａｓｐ−２の姿勢（３次元姿勢ピッ
チング、ローリング、ヨーイング、ｘｙｚ軸回転の傾斜
傾き）が得られる。ピッチング及びローリングについて
は計測機ａｓｐ−２内蔵の傾斜計からも得られ、比較
（統計手法で比較）して良い方を使用する。
最初に測量し既知の値として与え、点Ｋ２〜Ｋ５に計測
ターゲット４００を配置し、その反射体４２０を計測機
ａｓｐ−１で自動視準し、また、指示体４１１〜４１４
の発光体を自動追尾探査して画像処理により発光体の中
心座標を求め、これらの値から計測機ａｓｐ−１の自己
位置を計算すると共に、予め与えられた測量値と比較し
て補正する。計測機ａｓｐ−１の基準点Ｋ１は、地盤振
動や地殻変動その他設置環境上の理由により変位、傾斜
することがあるので、この基準点Ｋ１の視準は定期的に
行って補正に利用する。与えられ又はｎ個の基準点視準
により決定された計測機ａｓｐ−１で、次段の計測機ａ
ｓｐ−２を自動追尾探査、計測する。計測値として、３
次元座標及び計測機ａｓｐ−２の姿勢（３次元姿勢ピッ
チング、ローリング、ヨーイング、ｘｙｚ軸回転の傾斜
傾き）が得られる。ピッチング及びローリングについて
は計測機ａｓｐ−２内蔵の傾斜計からも得られ、比較
（統計手法で比較）して良い方を使用する。
【００１９】計測機ａｓｐ−２は一旦求められた位置姿
勢を基に前段の計測機ａｓｐ−１を自動視準し、計測機
ａｓｐ−１を計測することにより自己の位置姿勢を再確
認する。計測機ａｓｐ−２を計測する際、使用した計測
ターゲット４００はその設置間隔に制限があるため、計
測機ａｓｐ−１だけによる姿勢計測値は多少悪いと思わ
れる。計測機ａｓｐ−２から計測機ａｓｐ−１側を視準
して得られた計測機ａｓｐ−２の姿勢計測値は、計測機
ａｓｐ−１及びａｓｐ−２の距離が遠い程正確である。
勢を基に前段の計測機ａｓｐ−１を自動視準し、計測機
ａｓｐ−１を計測することにより自己の位置姿勢を再確
認する。計測機ａｓｐ−２を計測する際、使用した計測
ターゲット４００はその設置間隔に制限があるため、計
測機ａｓｐ−１だけによる姿勢計測値は多少悪いと思わ
れる。計測機ａｓｐ−２から計測機ａｓｐ−１側を視準
して得られた計測機ａｓｐ−２の姿勢計測値は、計測機
ａｓｐ−１及びａｓｐ−２の距離が遠い程正確である。
【００２０】このようにして計測機ａｓｐ−２は正確な
位置姿勢を得て、次の計測機ａｓｐ−３の位置姿勢を計
測する。同時に計測機ａｓｐ−２から直視できる構造物
の位置、姿勢も計測する。このようにして、次々に中継
して計測機ａｓｐ−１から直視不可点にある計測対象点
ｏｂｊ−１〜ｏｂｊ−ｎの位置を計測する。このような
場合は、図４に示すように、隧道掘削部３０に計測機ａ
ｓｐ−５を設置する必要はない。また、図１に示すよう
に、各対象点ｏｂｊ−１〜ｏｂｊ−ｎの代わりに計測機
ａｓｐ−５をターゲット側に置き、計測機ａｓｐ−５の
ジャイロコンパス１２０、傾斜計１２１、画像処理装置
２０２、レーザ発光器２１１で計測機ａｓｐ−４を視準
し、計測機ａｓｐ−４に対する距離、方向を計測し、同
様に計測機ａｓｐ−４から計測機ａｓｐ−３のようにタ
ーゲット側から逆順に基準点Ｋ１を視準し、最後に基準
点Ｋ１の座標値から計測機ａｓｐ−５の位置姿勢を逆算
することも可能である。
位置姿勢を得て、次の計測機ａｓｐ−３の位置姿勢を計
測する。同時に計測機ａｓｐ−２から直視できる構造物
の位置、姿勢も計測する。このようにして、次々に中継
して計測機ａｓｐ−１から直視不可点にある計測対象点
ｏｂｊ−１〜ｏｂｊ−ｎの位置を計測する。このような
場合は、図４に示すように、隧道掘削部３０に計測機ａ
ｓｐ−５を設置する必要はない。また、図１に示すよう
に、各対象点ｏｂｊ−１〜ｏｂｊ−ｎの代わりに計測機
ａｓｐ−５をターゲット側に置き、計測機ａｓｐ−５の
ジャイロコンパス１２０、傾斜計１２１、画像処理装置
２０２、レーザ発光器２１１で計測機ａｓｐ−４を視準
し、計測機ａｓｐ−４に対する距離、方向を計測し、同
様に計測機ａｓｐ−４から計測機ａｓｐ−３のようにタ
ーゲット側から逆順に基準点Ｋ１を視準し、最後に基準
点Ｋ１の座標値から計測機ａｓｐ−５の位置姿勢を逆算
することも可能である。
【００２１】各計測値は計測機相互にデータ送受信機Ｄ
Ｍ１〜ＤＭ５を介して伝送すると同時に中央管理装置１
にも伝送し、途中の変位及び掘削機の変位、姿勢から総
合判断し掘削制御すると共に、既設構造物の管理も行
う。ＣＣＤカメラ２０１で撮影された実画像は、データ
ラインに併設された画像伝送ラインで中央管理装置１に
伝送され、実像による現場管理を行う。画像処理装置２
０２は以下の理由により重要である。中継点が複数個必
要な場合、レーザ発光器２１１及び光波距離計２１０で
計測すると全部の点を計測するのに時間がかかる。
Ｍ１〜ＤＭ５を介して伝送すると同時に中央管理装置１
にも伝送し、途中の変位及び掘削機の変位、姿勢から総
合判断し掘削制御すると共に、既設構造物の管理も行
う。ＣＣＤカメラ２０１で撮影された実画像は、データ
ラインに併設された画像伝送ラインで中央管理装置１に
伝送され、実像による現場管理を行う。画像処理装置２
０２は以下の理由により重要である。中継点が複数個必
要な場合、レーザ発光器２１１及び光波距離計２１０で
計測すると全部の点を計測するのに時間がかかる。
【００２２】対象点ｏｂｊ−１〜ｏｂｊ−ｎから掘削機
の位置姿勢を計測し、制御などにフィードバックする場
合などではリアルタイムの計測が要求される。このよう
な場合は画像処理だけでも位置、姿勢の計測ができる。
画像処理による計測は高速である。
の位置姿勢を計測し、制御などにフィードバックする場
合などではリアルタイムの計測が要求される。このよう
な場合は画像処理だけでも位置、姿勢の計測ができる。
画像処理による計測は高速である。
【００２３】なお、光波距離計２１０やレーザ発光器２
１１が無い場合でも、計測ターゲット４００上の発光体
を画像処理装置２０２で追尾探査、自動視準できる。発
光体がｎ（ｎ＝＞３）個以上あり固定的な位置関係にあ
れば、ＣＣＤカメラ２０１の映像と画像処理分解能、Ｃ
ＣＤカメラ２０１の焦点距離等から発光体個別の３次元
位置及び複数個の発光体と一体一定の関係にある物体の
位置姿勢を計算して求めることができる。
１１が無い場合でも、計測ターゲット４００上の発光体
を画像処理装置２０２で追尾探査、自動視準できる。発
光体がｎ（ｎ＝＞３）個以上あり固定的な位置関係にあ
れば、ＣＣＤカメラ２０１の映像と画像処理分解能、Ｃ
ＣＤカメラ２０１の焦点距離等から発光体個別の３次元
位置及び複数個の発光体と一体一定の関係にある物体の
位置姿勢を計算して求めることができる。
【００２４】ジャイロコンパス１２０を設ける代わり
に、図５に示すように例えばレーザ発光器２１１上に発
光体の指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指向
性受光センサ２１４を設け、計測で姿勢を求めるように
することも可能である。既知の計測機で未知の計測機の
姿勢を計測する方法が通常であるが、未知の点にある計
測機上の指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指
向性受光センサ２１４で基準線に対する自己位置姿勢を
計測する。即ち、既知の方向と距離をもつレーザビーム
又はＣＣＤの光軸を基準線とし、未知の計測機上に設置
された指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指向
性受光センサ２１４を旋回させ、指向性受光センサ２１
４を利用する場合はその出力、指向性マーカ２１２や指
向性反射面２１３を利用する場合は１つ手前の既知の計
測機上の画像処理や受光センサ付きレーザ発光器の受光
センサの出力を基に基準線であるビーム、光軸に直角な
ときのエンコーダの値を読み、未知の計測機の姿勢、座
標を計算する。なお、指向性を要するのは、指向性があ
るほど直角性がクリアになるからである。
に、図５に示すように例えばレーザ発光器２１１上に発
光体の指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指向
性受光センサ２１４を設け、計測で姿勢を求めるように
することも可能である。既知の計測機で未知の計測機の
姿勢を計測する方法が通常であるが、未知の点にある計
測機上の指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指
向性受光センサ２１４で基準線に対する自己位置姿勢を
計測する。即ち、既知の方向と距離をもつレーザビーム
又はＣＣＤの光軸を基準線とし、未知の計測機上に設置
された指向性マーカ２１２、指向性反射面２１３、指向
性受光センサ２１４を旋回させ、指向性受光センサ２１
４を利用する場合はその出力、指向性マーカ２１２や指
向性反射面２１３を利用する場合は１つ手前の既知の計
測機上の画像処理や受光センサ付きレーザ発光器の受光
センサの出力を基に基準線であるビーム、光軸に直角な
ときのエンコーダの値を読み、未知の計測機の姿勢、座
標を計算する。なお、指向性を要するのは、指向性があ
るほど直角性がクリアになるからである。
【００２５】また、画像処理装置２０２を使用しなくて
も、３次元計測機能だけでも理論的には上記の計測はで
きるが、光波距離計２１０、レーザ発光器２１１、エン
コーダによる３次元計測機では１点１点計測しなけらば
ならないので、全てを計測するまでに時間がかかる。そ
のため、対象点ｏｂｊ―１，…，ｏｂｊ−ｎの計測値を
基に制御をしようとする場合は高速計測する必要があ
る。画像処理装置を利用すれば一度に数個の発光体を視
準し、画像データから同じく位置姿勢が得られ高速計測
が可能になる。
も、３次元計測機能だけでも理論的には上記の計測はで
きるが、光波距離計２１０、レーザ発光器２１１、エン
コーダによる３次元計測機では１点１点計測しなけらば
ならないので、全てを計測するまでに時間がかかる。そ
のため、対象点ｏｂｊ―１，…，ｏｂｊ−ｎの計測値を
基に制御をしようとする場合は高速計測する必要があ
る。画像処理装置を利用すれば一度に数個の発光体を視
準し、画像データから同じく位置姿勢が得られ高速計測
が可能になる。
【００２６】ところで、推進式シールド掘削工法等にお
いては、計測機ａｓｐ−１の位置だけが固定である。計
測機ａｓｐ−２，…，ａｓｐ−５はその基盤１０２が固
定されているシールドセグメントが移動するため、位置
姿勢は一定ではない。このため、瞬時に各計測機の位置
姿勢を計測して、対象点の位置姿勢を演算できる画像処
理装置が必要になる。
いては、計測機ａｓｐ−１の位置だけが固定である。計
測機ａｓｐ−２，…，ａｓｐ−５はその基盤１０２が固
定されているシールドセグメントが移動するため、位置
姿勢は一定ではない。このため、瞬時に各計測機の位置
姿勢を計測して、対象点の位置姿勢を演算できる画像処
理装置が必要になる。
【００２７】ＧＰＳ受信機は、近くに基準点がとれない
ときに自己位置を得ることができるし、複数個設置する
ことにより画像処理又は距離角度測量法が無くても位置
姿勢の計測ができるし、ジャイロコンパスを併用するこ
とにより方向角を迅速に計測できる。ＧＰＳ受信機は１
個あれば位置を計測でき、複数個あれば姿勢も計測でき
る。ジャイロコンパスは単独で方向角の計測ができ、Ｇ
ＰＳやジャイロコンパスを併用することにより精度を上
げることができる。
ときに自己位置を得ることができるし、複数個設置する
ことにより画像処理又は距離角度測量法が無くても位置
姿勢の計測ができるし、ジャイロコンパスを併用するこ
とにより方向角を迅速に計測できる。ＧＰＳ受信機は１
個あれば位置を計測でき、複数個あれば姿勢も計測でき
る。ジャイロコンパスは単独で方向角の計測ができ、Ｇ
ＰＳやジャイロコンパスを併用することにより精度を上
げることができる。
【００２８】また、傾斜計１２１から水平面内２方向の
値が得られれば、計測機が傾斜していても原理的には全
ての位置姿勢を計算して算出できるが、本発明では傾斜
計１２１からのフィードバック制御により計測機を水平
に保つ自動水平機構としての三脚１０１が設けられてい
る。三脚１０１による自動水平機構を利用することによ
り、迅速な自動追尾探査、旋回機構の簡略化を図ること
ができる。
値が得られれば、計測機が傾斜していても原理的には全
ての位置姿勢を計算して算出できるが、本発明では傾斜
計１２１からのフィードバック制御により計測機を水平
に保つ自動水平機構としての三脚１０１が設けられてい
る。三脚１０１による自動水平機構を利用することによ
り、迅速な自動追尾探査、旋回機構の簡略化を図ること
ができる。
【００２９】各基準点（Ｋ１〜Ｋ５）は反射体１個と発
光体１個以上あれば良く、発光体が２個以上あれば自動
追尾探査だけでなく、２個間の離隔距離を尺度として各
基準点（Ｋ１〜Ｋ５）の位置を計測でき、３個以上あれ
ば姿勢も計算できる。
光体１個以上あれば良く、発光体が２個以上あれば自動
追尾探査だけでなく、２個間の離隔距離を尺度として各
基準点（Ｋ１〜Ｋ５）の位置を計測でき、３個以上あれ
ば姿勢も計算できる。
【００３０】本発明の計測システムは、曲線隧道工事等
における直視不可点の掘削機等の作業機械の位置姿勢の
計測、途中構造物の位置計測、一般的な測量における直
視不可点の位置姿勢計測にも適用できる。また、無人化
工場、無人倉庫等の自動走行、搬入、作業機械等の位置
姿勢計測、１台の計測機では不可能な遠方計測点の位置
姿勢計測、測量固定点が多くとれない推進式シールド工
法や海上工事での測量や計測にも利用できる。更に、直
視不可点や遠方点へのレーザによる工事作業点照射にも
応用できる。
における直視不可点の掘削機等の作業機械の位置姿勢の
計測、途中構造物の位置計測、一般的な測量における直
視不可点の位置姿勢計測にも適用できる。また、無人化
工場、無人倉庫等の自動走行、搬入、作業機械等の位置
姿勢計測、１台の計測機では不可能な遠方計測点の位置
姿勢計測、測量固定点が多くとれない推進式シールド工
法や海上工事での測量や計測にも利用できる。更に、直
視不可点や遠方点へのレーザによる工事作業点照射にも
応用できる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明の複合位置姿勢計測
機によれば、水平調整機構を有しているので任意位置で
の設置が可能であり、２軸旋回機構を有しているので任
意方向への計測が可能であり、また種々の計測機器を有
機的に搭載しているので、総合的な計測が可能である。
本発明の計測システムでは、種々の計測機器を有機的に
搭載している複合位置姿勢計測機を中継的に用いて計測
するので、曲線道路や曲線隧道でも自動的に位置姿勢の
計測を正確かつ高速に行うことができる。
機によれば、水平調整機構を有しているので任意位置で
の設置が可能であり、２軸旋回機構を有しているので任
意方向への計測が可能であり、また種々の計測機器を有
機的に搭載しているので、総合的な計測が可能である。
本発明の計測システムでは、種々の計測機器を有機的に
搭載している複合位置姿勢計測機を中継的に用いて計測
するので、曲線道路や曲線隧道でも自動的に位置姿勢の
計測を正確かつ高速に行うことができる。
【図１】本発明の計測システムの原理構成を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の複合位置姿勢計測機の一例を示す外観
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明に用いる計測ターゲットの一例を示す外
観構成図である。
観構成図である。
【図４】本発明による計測システムの他の例を示す部分
図である。
図である。
【図５】本発明の複合位置姿勢計測機の他の例を示す一
部外観図である。
部外観図である。
１ 中央管理装置 １０ 隧道入り口部 ２０ 円形状隧道部 ３０ 隧道先端部 １００ 基台 １１０ 画像処理基準体 ２００ 計測機本体 ２０１ ＣＣＤカメラ ２０２ 画像処理装置 ２１０ 光波距離計 ３００ コンピュータ ４００ 計測ターゲット
Claims (8)
- 【請求項１】水平調整機構を有する三脚に支持された基
台上に設置された計測機本体と、発光体及び反射体で成
り前記基台上に設置された複数の画像処理基準体と、全
体的な制御を行うコンピュータとを具備し、前記計測機
本体が上下左右に旋回可能なオートズーム、オートフォ
ーカス機能のＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラに連結
された距離計及び受光センサ付き発光器と、画像処理装
置とで構成されていることを特徴とする複合位置姿勢計
測機。 - 【請求項２】前記基台上に更にジャイロコンパス、傾斜
計が設置されている請求項１に記載の複合位置姿勢計測
機。 - 【請求項３】前記三脚が前記傾斜計からの計測値をフィ
ードバックして自動的に前記基台を水平にするようにな
っている請求項２に記載の複合位置姿勢計測機。 - 【請求項４】前記画像処理基準体が１又は２個以上であ
り、各画像処理基準体が発光ダイオード、ランプ等発光
源若しくは鮮明なマーカ及び反射テープ、反射プリズム
等の反射体を支柱上部に配置して成る請求項１に記載の
複合位置姿勢計測機。 - 【請求項５】請求項１に記載の複合位置姿勢計測機を複
数台中継して直視不可点又は遠方ターゲットの計側点の
位置姿勢を計測する中継式自動位置姿勢計測システム。 - 【請求項６】前記複数台の複合位置姿勢計測機をそれぞ
れ有線で接続すると共に、最初の複合位置姿勢計測機の
位置姿勢を所定複数位置に設置した基準ターゲットに基
づいて算出するようにした請求項５に記載の中継式自動
位置姿勢計測システム。 - 【請求項７】前記複数台の複合位置姿勢計測機をそれぞ
れ無線で接続すると共に、最初の複合位置姿勢計測機の
位置姿勢を所定複数位置に設置した基準ターゲットに基
づいて算出するようにした請求項５に記載の中継式自動
位置姿勢計測システム。 - 【請求項８】前記複数台の複合位置姿勢計測機をそれぞ
れ有線又は無線で接続すると共に、最初の複合位置姿勢
計測機を所定基準位置に設置して計測するようにした請
求項５に記載の中継式自動位置姿勢計測システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11035793A JP2000234929A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 中継式自動位置姿勢計測システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11035793A JP2000234929A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 中継式自動位置姿勢計測システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000234929A true JP2000234929A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12451812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11035793A Pending JP2000234929A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 中継式自動位置姿勢計測システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000234929A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008014738A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | San Shield Kk | 掘進機の位置測定に用いる角度測定装置及び掘進機の推進工法 |
| JP2009025264A (ja) * | 2007-07-24 | 2009-02-05 | Sokkia Topcon Co Ltd | 計測方法 |
| JP2017040560A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 大成建設株式会社 | 変位測定方法および変位測定システム |
| JP2018146386A (ja) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | 株式会社大林組 | シールド測量方法 |
| CN113756815A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-12-07 | 山西科达自控股份有限公司 | 设备位置图像识别系统 |
| WO2024156484A1 (de) * | 2023-01-27 | 2024-08-02 | VMT GmbH Gesellschaft für Vermessungstechnik | Vorrichtung zum bestimmen der position einer tunnelbohrmaschine |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62293115A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-19 | Takenaka Komuten Co Ltd | 移動物体の位置姿勢自動測量装置 |
| JPH04309809A (ja) * | 1991-04-05 | 1992-11-02 | Pub Works Res Inst Ministry Of Constr | トンネル掘進工事における坑内測量方法 |
| JPH0611344A (ja) * | 1992-05-01 | 1994-01-21 | Aoki Corp | 移動体の位置・姿勢測量方法 |
| JPH112520A (ja) * | 1997-06-12 | 1999-01-06 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 地中掘進機の位置計測装置 |
| JPH1123271A (ja) * | 1997-07-01 | 1999-01-29 | Okumura Corp | 推進工法の測量方法 |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP11035793A patent/JP2000234929A/ja active Pending
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| CN113756815B (zh) * | 2021-08-16 | 2024-05-28 | 山西科达自控股份有限公司 | 设备位置图像识别系统 |
| WO2024156484A1 (de) * | 2023-01-27 | 2024-08-02 | VMT GmbH Gesellschaft für Vermessungstechnik | Vorrichtung zum bestimmen der position einer tunnelbohrmaschine |
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