JP2001133259A - 地形計測装置および地形計測デ−タ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船上からの測量で精度よく地形デ−タが得ら
れる構成とした地形計測装置および地形計測デ−タ処理
方法を提供すること。 【解決手段】 レ−ザ−測定器２のレ−ザ−発生部２
１、送信部２２からレ−ザ−を法面の目標地点に向けて
送信し、反射ビ−ムは受信部２３を通り距離測定部２５
に入力される。スキャニング角は記憶部２４に記憶され
る。デ−タ処理装置３０には、Ａ／Ｄ変換器３１、デ−
タ処理部３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４を設けている。
デ−タ処理部３２は船舶の動揺による測定誤差の因子を
演算する。このような因子で測定デ−タを修正し、法面
のある断面形状における各地点の標高を演算する。前記
演算を繰り返して、法面の連続した断面形状についての
各地点の標高をもとめ、法面の測量を行なう。演算結果
はＲＡＭ３４に格納される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶上からの計測
で、水面より露出した造成地の傾斜した法面の地形を精
度よく測量できる構成とした地形計測装置、および地形
計測デ−タ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザ−ビ−ムを用いて、対象物体まで
の距離を精密に計測する技術が知られている。例えば、
パルスレ−ザ−を送信した時刻にクロックパルスを発生
させ、対象物体に衝突して反射してきたパルスレ−ザ−
を受信した時刻までのクロックパルスをカウントするこ
とにより、パルスレ−ザ−を送信してからパルスレ−ザ
−を受信するまでの時間がわかるので、距離＝速度×時
間の式から対象物体までの距離を測定することができ
る。ここで、速度は光速に相当する値であり既知であ
る。

【０００３】このようなレ−ザ−ビ−ムによる距離計測
技術を用いると、地形の測量を行なうことができる。図
５は、地形の一例を示す概略の斜視図である。図５にお
いて、Ｇは平坦面、Ｓは盛り土により造成された傾斜し
た法面、Ｔは盛り土の表面である。法面Ｓの地形をレ−
ザ−測定器Ｌで測量するものとする。

【０００４】レ−ザ−測定器Ｌには、レ−ザ−ビ−ムを
鉛直方向に照射させるために鉛直方向に回転するポリゴ
ンミラ−と、レ−ザ−ビ−ムを水平方向に照射させるた
めに水平方向に回動するモ−タが設置されている。この
ため、レ−ザ−測定器Ｌは、図６の平面図に示すように
地点Ｘａから地点Ｘｂまでの角度θａの範囲で水平方向
にフレ−ムスキャニングすると共に、図７の側面図に示
すように各地点の断面方向（垂直方向）に、例えば地点
Ｘ１の例ではＸ１から平坦面Ｇとの交点Ｘｎまでの角度
θｂの範囲でラインスキャニングを行なう。すなわち、
レ−ザ−測定器Ｌは、地形の三次元のスキャニングを行
なう構成としている。

【０００５】図８は、前記のような三次元のスキャニン
グを行なうレ−ザ−測定器Ｌにより、図５に示したよう
な法面Ｓの地形を測量する原理の説明図である。レ−ザ
−測定器Ｌを、平坦面Ｇから高さｈｂの位置に設置する
ものとする。また、Ｈはレ−ザ−測定器Ｌが設置された
位置の水平面とする。

【０００６】法面Ｓの任意の地点、例えば最高点である
地点Ｘ１までの距離Ａは、前記のようにレ−ザ−ビ−ム
を出力してから反射ビ−ムが入力されるまでの時間に基
づき測定できる。また、角度θｃはレ−ザ−ビ−ムの発
射時に定まることから、レ−ザ−測定器Ｌが設置された
位置の水平面Ｈから地点Ｘ１までの高さｈａは、ｈａ＝
Ａ・ｓｉｎθｃ、の式から求めることができる。したが
って、平坦面Ｇから地点Ｘ１までの高さｈｃは、ｈｃ＝
ｈａ＋ｈｂ、の式で得られる。

【０００７】以下、法面Ｓの同一断面につき、地点Ｘ
２、Ｘ３、・・・Ｘｎと垂直方向にラインスキャニング
を行ない、各地点の高さを求める。このようなラインス
キャニングを行ないつつ、前記のように図６に示したよ
うな平面視Ｘａの地点からＸｂの地点までの水平方向の
フレ−ムスキャニングを行い、得られた結果をプロット
していくことにより、法面Ｓの地形を測量することがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、海岸や湖岸等に
陸続きで埋立てた造成地や、海面や湖面に埋立てた造成
地が増加している。このような造成地は、傾斜した法面
は水面に露出して形成されている。このため、当該傾斜
した法面を測量する際に、水準器を用いた直接水準測量
は足場が悪いために危険を伴うので実施できなかった。
また、船舶上からの前記法面の測量は、船舶の動揺（ロ
−リング、ピッチング）による測定誤差が大きくなるた
めに採用されていなかった。このような理由によって、
前記水面に露出した造成地の傾斜した法面の測量には航
空機を用いているが、コストが高く、準備やデ−タ処理
に時間がかかるという問題があった。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑み、船舶上か
らの計測で、水面より露出した造成地の傾斜した法面の
地形を精度よく測量できる構成とした地形計測装置、お
よび地形計測デ−タ処理方法の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明において、地形計測装置を、船
舶上に設置されたレ−ザ−測定器から出力されるレ−ザ
−ビ−ムにより、水面より露出した造成地の傾斜した法
面を垂直方向と水平方向にスキャニングし、レ−ザ−ビ
−ムのスキャニング角と法面からの反射ビ−ムに基づく
距離とのデ−タにより前記法面の地形を測量する地形計
測装置であって、船舶の動揺に起因する測定誤差の修正
手段を設け、前記スキャニング角と距離とのデ−タを修
正処理する構成としている。

【００１１】また、請求項２に係る発明においては、地
形計測デ−タ処理方法を、船舶上にレ−ザ−測定器を設
置するステップと、レ−ザ−測定器からレ−ザ−ビ−ム
を出力し、水面より露出した造成地の傾斜した法面を垂
直方向と水平方向にスキャニングするステップと、レ−
ザ−ビ−ムのスキャニング角と法面からの反射ビ−ムに
基づく距離とのデ−タを入力するステップと、船舶の動
揺に起因する測定誤差の因子を演算するステップと、当
該因子により前記スキャニング角と法面からの反射ビ−
ムに基づく距離とのデ−タを修正するステップとからな
ることを特徴としている。

【００１２】上記請求項１に係る発明は、船舶の動揺に
起因する測定誤差の修正手段を設け、スキャニング角と
距離とのデ−タを修正処理している。このため、水面よ
り露出した造成地の傾斜した法面を、船舶上に設置した
レ−ザ−測定器を用いて安価にしかも正確に測量でき
る。

【００１３】また、上記請求項２に係る発明において
は、船舶の動揺に起因する測定誤差の因子を演算し、当
該因子によりスキャニング角と距離とのデ−タを修正し
ている。このため、水面より露出した造成地の傾斜した
法面を船舶上に設置したレ−ザ−測定器を用いて、迅速
にしかも正確に測量できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図２、図３の概略の側面図により説明する。図２にお
いて、１は水面より露出した造成地の傾斜した法面の地
形を測量する船舶で、微小角度動揺した状態を示してい
る。２は船舶１のポ−ル等に取り付けられたレ−ザ−測
定器、３は海面（湖のように湖面となる場合もあるが、
以下海面として説明する）、４はレ−ザ−測定器２で測
量する傾斜した法面である。５はレ−ザ−測定器２の設
置位置における船舶静止時の水平面、６は船舶が動揺し
たことにより静止位置から移動した後のレ−ザ−測定器
２の水平面、７は前記水平面６と直交する垂線、８はレ
−ザ−測定器２からＡ点までを結ぶレ−ザ−ビ−ム、９
はレ−ザ−測定器２から法面４の任意の地点Ｘｇまでを
結ぶレ−ザ−ビ−ム、１０は海面３と直交する垂線であ
る。

【００１５】レ−ザ−ビ−ムは海面と接触すると吸収さ
れるので、反射ビ−ムの強度は極めて微弱になる。した
がって、レ−ザ−ビ−ムのラインスキャニングを行なっ
たときの反射ビ−ムの強度を分析することにより、海面
３と法面４との接触点（基準位置）Ａを求めることがで
きる。

【００１６】 ここで、レ−ザ−測定器２
とＡ点までの距離をＳＬ１、海面３からレ−ザ−測定器
２の静止時の高さをｈ０とする。前記ＳＬ１とｈ０は、
測定値として求められる。また、レ−ザ−測定器２から
Ａ点までを結ぶレ−ザ−ビ−ム８とレ−ザ−測定器２の
設置位置における船舶静止時の水平面５とのなす角度を
θ1、前記レ−ザ−ビ−ム８と、船舶が動揺したことに
より静止位置から移動した後のレ−ザ−測定器２の水平
面６とのなす角度をθ2、前記船舶静止時の水平面５と
動揺後の水平面６とのなす角度をθ0とする。更に、海
面３に対する垂線１０と海面３との交点からＡ点までの
距離をＬ１とする。

【００１７】 前記水平面５、６を延長し
て５ａ、６ａとし、垂線７を延長して７ａとする。この
ときに、水平面５ａ−レ−ザ−測定器２−水平面６ａの
なす角度はθ0となる。また、水平面５−レ−ザ−測定
器２−垂線１０のなす角度は９０度、水平面６ａ−レ−
ザ−測定器２−垂線７ａのなす角度は９０度であるか
ら、水平面６ａ−レ−ザ−測定器２−垂線１０のなす角
度θａは共通となり、垂線１０−レ−ザ−測定器２−垂
線７ａのなす角度はθ0となる。

【００１８】 船舶１が動揺すると、海面
３からレ−ザ−測定器２までの高さはｈ１となるので、
ｈ１とｈ０との関係は、ｈ１＝ｈ０・ｃｏｓθ0とな
る。また、前記ＳＬ１とｈ０の数値が既知であるので、
ｓｉｎθ1＝（ｈ１／ＳＬ１）となり、これより角度θ1
は、次式で求められる。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここで、前記のようにｈ１＝ｈ０・ｃｏｓ
θ0であるから、前式を変形して次式が得られる。

【００２１】

【数２】

【００２２】次に、θ0＝θ2−θ1であるから、θ0は次
式により求められる。

【００２３】

【数３】

【００２４】前記のように、船舶１が動揺すると海面３
からレ−ザ−測定器２までの高さは、ｈ０からｈ１に変
化するが、ｈ０の高さは数メ−トル以上（例えば５メ−
トル以上）であり、通常の気象条件で測定する際の船舶
の動揺による海面３からレ−ザ−測定器２までの高さの
変化は、演算する上で有意の変化ではないものとして実
際上は無視することも可能である。したがって、ｃｏｓ
θ0＝ｈ１／ｈ０、の値を１とみなすと、次式が成立す
る。

【００２５】

【数４】

【００２６】このようにして得られた角度θ0は、レ−
ザ−測定器２の設置位置における船舶静止時の水平面５
と、船舶が動揺したことにより静止位置から移動した後
のレ−ザ−測定器２の水平面６とのなす角度である。し
たがって、基準面（水平面５）からの船舶の動揺による
位置づれの角度（測定誤差の因子）が得られたことにな
る。このため、前記角度θ0でデ−タを修正すれば、動
揺する船舶上でも造成された法面の測量が可能となる。

【００２７】この点について、図３の側面図で説明す
る。図３において、レ−ザ−測定器２から法面４の任意
の地点Ｘｇまでの距離をＳＬｉ、レ−ザ−ビ−ム９と、
船舶が動揺したことにより静止位置から移動した後のレ
−ザ−測定器２の水平面６とのなす角度をθ2ｉ、レ−
ザ−測定器２の設置位置における船舶静止時の水平面５
と前記法面４の地点Ｘｇまでの高さをｄｈ、海面３から
地点Ｘｇまでの高さ（標高）をＨｉ、測定時の海面３の
高さをＨ０とする。なお、角度θ2ｉはレ−ザ−ビ−ム
の発射時に定められ、また、高さＨ０は測量時の潮位で
既知の値である。

【００２８】ここで、ｄｈ＝ＳＬｉ・ｓｉｎ（θ0−θ2
ｉ）であるから、前記地点Ｘｇの標高は、Ｈｉ＝Ｈ０＋
ｈ１＋ｄｈ＝Ｈ０＋（ｈ０・ｃｏｓθ0）＋ＳＬｉ・ｓ
ｉｎ（θ0−θ2ｉ）、として求めることができる。

【００２９】図４は、このようにして法面の同一断面の
各地点の標高を求めた結果の一例を示す断面図である。
図４（ａ）において、一点鎖線１０は法面の計画断面形
状を示している。また、実線１１は、地点Ｘａ１から海
面３との交点Ｘａｎまでの実測した標高を結んだ線によ
る断面形状を示している。

【００３０】図４（ｂ）、図４（ｃ）は法面の異なる断
面についての計画断面形状１０と、実測断面形状１１と
を示している。図４（ｂ）では、地点Ｘｂ１から海面３
との交点Ｘｂｎまでの実測した標高を線で結び、図４
（ｃ）では、地点Ｘｃ１から海面３との交点Ｘｃｎまで
の実測した標高を線で結んでいる。

【００３１】このように、法面の各断面毎に各地点の標
高を演算して断面形状を求め、これらの断面形状をつな
ぎあわせて合成することにより、傾斜した法面の三次元
デ−タを形成することができ、法面の測量が行なえる。
本発明においては、船舶の動揺に起因する測定誤差を演
算により修正しているので、迅速にしかも正確に法面の
測量を行なうことができる。

【００３２】図１は、レ−ザ−測定器を用いた本発明の
地形計測装置を示すブロック図である。次にこのブロッ
ク図について説明する。レ−ザ−測定器２には、レ−ザ
−発生部２１、送信部２２が設けられており、鉛直方向
および水平方向のスキャニング角を定めてレ−ザ−ビ−
ムを目標地点に向けて発射する。

【００３３】目標地点から反射されたレ−ザ−ビ−ム
は、受信部２３を通り、受信部２３から距離測定部２５
に入力される。また、送信部２２からレ−ザ−ビ−ムの
スキャニング角が記憶部２４に入力される。記憶部２４
に入力されたスキャニング角と距離測定部２５で演算さ
れた結果は、出力信号として地形計測装置３０に出力さ
れる。

【００３４】地形計測装置３０には、レ−ザ−測定器２
から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器３１、中央処理装置（ＣＰＵ）を用いたデ
−タ処理部３２、管理プログラム等が格納されているＲ
ＯＭ３３、デ−タ処理部３２の演算結果を格納するＲＡ
Ｍ３４が設けられている。３５はキ−入力部、３６は表
示部である。

【００３５】デ−タ処理部３２は、前記のようにレ−ザ
−測定器２で得られた各地点までの距離やスキャニング
角のデ−タ等に基づいて、レ−ザ−測定器２が設置され
た位置の船舶静止時の水平面と、レ−ザ測定器２が設置
された位置の実際の水平面とのなす角度、すなわち、船
舶の動揺による基準面からの位置づれの角度（測定誤差
の因子）θ0を演算する。

【００３６】また、前記角度θ0の演算に基づき、法面
のある断面形状における各地点の標高を演算する。更
に、このような演算を繰り返して、法面の連続した断面
形状についての各地点の標高をもとめ、順次演算結果を
ＲＡＭ２３に格納する。

【００３７】キ−入力部３５はデ−タ処理部３２の前記
各種動作モ−ドを指示する。また、表示部３６は、デ−
タ処理部３２の演算結果をＲＡＭ３４から読み出してリ
アルタイムで表示する。この表示には、図４に示すよう
な、法面のある断面における各地点の標高の表示や、法
面の連続した断面の形状、すなわち、法面の三次元の形
状の表示を行なうことができる。なお、地形計測装置３
０にフロッピ−デスクやハ−ドデスクを設けてデ−タを
記憶させることもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る発明
は、船舶の動揺に起因する測定誤差の修正手段を設け、
スキャニング角と距離とのデ−タを修正処理している。
このため、水面より露出した造成地の傾斜した法面を、
船舶上に設置したレ−ザ−測定器を用いて安価にしかも
正確に測量できる。

【００３９】また、上記請求項２に係る発明において
は、船舶の動揺に起因する測定誤差の因子を演算し、当
該因子によりスキャニング角と距離とのデ−タを修正し
ている。このため、水面より露出した造成地の傾斜した
法面を船舶上に設置したレ−ザ−測定器を用いて、迅速
にしかも正確に測量できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である地形計測装置のブロ
ック図である。

【図２】船舶上からの法面の測量を示す側面図である。

【図３】船舶上からの法面の測量を示す側面図である。

【図４】法面の各地点の標高演算を示す断面図である。

【図５】地上での法面の測量を示す斜視図である。

【図６】図４の平面図である。

【図７】図４の側面図である。

【図８】地上での法面の測量を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 船舶 ２ レ−ザ−測定器 ３ 海面 ４ 法面 ５ 静止時の水平面 ６ 揺動時の水平面 ８、９ レ−ザ−ビ−ム ３０ 地形計測装置 ３１ Ａ／Ｄ変換器 ３２ デ−タ処理部 ３３ ＲＯＭ ３４ ＲＡＭ ３６ 表示部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶上に設置されたレ−ザ−測定器から
   出力されるレ−ザ−ビ−ムにより、水面より露出した造
   成地の傾斜した法面を垂直方向と水平方向にスキャニン
   グし、レ−ザ−ビ−ムのスキャニング角と法面からの反
   射ビ−ムに基づく距離とのデ−タにより前記法面の地形
   を測量する地形計測装置であって、船舶の動揺に起因す
   る測定誤差の修正手段を設け、前記スキャニング角と距
   離とのデ−タを修正処理することを特徴とする地形計測
   装置。
2. 【請求項２】 船舶上にレ−ザ−測定器を設置するステ
   ップと、レ−ザ−測定器からレ−ザ−ビ−ムを出力し、
   水面より露出した造成地の傾斜した法面を垂直方向と水
   平方向にスキャニングするステップと、レ−ザ−ビ−ム
   のスキャニング角と法面からの反射ビ−ムに基づく距離
   とのデ−タを入力するステップと、船舶の動揺に起因す
   る測定誤差の因子を演算するステップと、当該因子によ
   り前記スキャニング角と法面からの反射ビ−ムに基づく
   距離とのデ−タを修正するステップとからなることを特
   徴とする地形計測デ−タ処理方法。