JP2004037385A

JP2004037385A - 音声ガイド付き位置測定システム

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Publication number: JP2004037385A
Application number: JP2002197612A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Nakamura; 中　村　　貴　利
Original assignee: NTI Inc
Current assignee: NTI Inc
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】丁張りマンの一人丁張りを可能にする音声ガイド付き位置測定システムを提供する。
【解決手段】測地測量に用いる位置測定システムであって、同期した時刻情報を有する複数の既知点に設置された測位情報送信装置と、測位情報送信装置からの測位信号を受信・演算し位置情報を得る可搬型又は移動型の測位端末装置とを備え、少なくとも１つの測位情報送信装置の測位信号は、設置した既知点における基準位置情報を有し、測位端末装置は、測地測量に必要な複数の設定位置情報を予め入力・記憶・登録する手段と、複数の測位情報送信装置からの測位信号を連続して受信する手段と、複数の測位信号を逐次演算し当該測地点の位置情報を逐次取得する手段と、取得した当該測地点の位置情報と設定位置情報とを逐次比較する手段と、位置情報の比較に基づいて設定位置、位置関係、経路誘導等を音声等により行う通知手段とを有するものである。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測地測量の際に用いる測地点割出し及び測地点誘導機能を備えた可搬型または移動型の測位端末装置による音声ガイド付き位置測定システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木測量、建築測量等の測地測量を行う場合、仕上り位置や工事範囲等を設定するために、測定した地点やこれら測地点の位置関係を示す必要があり、センター杭・控え杭などのいわゆる丁張杭を使用して、これらの位置関係の計算（丁張掛け）等を専用のコンピュータ装置を用いて行っていた。
諸施設の施工、宅地造成等の場合には、「トンボ」と呼ばれる板を用いたり、或いは線を引いたり、張ったり、這わせたり等で、仕上り面や勾配を表していた。
このような丁張りのための測量には、レーザー測量機器等を用い、丁張マンを誘導して目的の丁張杭を打つ等のマーキング作業を行っており、一人丁張が極めて難しく、さらにはレーザー測量機器が極めて高価であるという問題があった。また、予定した箇所に岩などの障害物があり、物理的目印がつけられない場合もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような問題を解決するために本発明では、丁張マンが測位機能を有する携帯端末を所有することで、丁張に必要な仕上り位置の記憶、位置関係の計算など丁張に必要な機能を実現でき、記憶内容・計算結果に基づいて音声により測地位置の指示、測地誘導等を行う測位端末装置を備えた音声ガイド付き位置測定システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、土木測量、建築測量等の測地測量の際に用いる位置測定システムであって、同期した時刻情報を有する複数の既知点に設置された測位情報送信装置と、前記測位情報送信装置からの測位信号を受信・演算し当該測地点における位置情報を得る可搬型または移動型の測位端末装置とを備え、少なくとも１つの前記測位情報送信装置の測位信号は、該測位情報送信装置を設置した既知点における基準位置情報を有し、前記測位端末装置は、測地測量に必要な複数の設定位置情報を予め入力・記憶・登録する位置情報登録手段と、前記複数の測位情報送信装置からの測位信号を連続して受信する測位信号受信手段と、受信した複数の測位信号を逐次演算し当該測地点の位置情報を逐次取得する位置情報取得手段と、取得した当該測地点の位置情報と前記設定位置情報とを逐次比較する位置情報比較手段と、位置情報の比較に基づいて設定位置、設定位置との位置関係、経路誘導を含む利用者への通知を音声または警告音により行う音声通知手段とを有することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、少なくとも１つの前記測位情報送信装置が、ＧＰＳ信号の受信手段を有し、ＧＰＳ信号の受信により得られた時刻同期信号と、前記測位情報送信装置が設置された既知点との比較信号とを前記測位端末装置への補正情報として送信することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記測位端末装置が、ＧＰＳ信号の受信手段を有し、前記測位情報送信装置からの測位信号およびＧＰＳ受信信号を基に逐次演算し当該測地点における位置情報を逐次取得することを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記測位端末装置が、利用者への通知を音声または警告音により行う前記音声通知手段に加え、前記設定位置、該設定位置との位置関係、前記経路誘導を含む各種位置情報を他の測量関連機器と共有するための位置情報通信手段を有することを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記測位端末装置が、予め定められた２つの異なる座標点を結ぶ線または該座標点を結ぶ線を含む平面に沿って位置測定を行うように構成していることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、前記測位端末装置が、前記位置情報取得手段および前記位置情報比較手段により得られた情報に基づいて、予め定められた設定位置に自律移動可能な自律移動手段を有することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る音声ガイド付き位置測定システムの構成図である。
図２は、図１に示す位置測定システムにおける相対測位の原理説明図である。
図３は、従来から実施されている丁張りの説明図である。
【０００６】
図１において、１ａは既知の基準位置に設置される測位情報送信装置であり、１ｎは他に複数設置された測位情報送信装置を表す。２は現場作業用の測位端末装置であり、１と２で差分法による相対測位システムを構成している。３は測位情報送信装置１の衛星アンテナ、４は測位情報送信装置１（１ａ〜１ｎ）の測位演算手段で、５は測位演算手段４からの測位情報Ｐａを、アンテナ６を介してマイクロ波等により測位端末装置２へ送信する通信手段である。
８は測位端末装置２の通信手段でアンテナ７を介して測位情報Ｐａを受信する。９は測位端末装置２の衛星アンテナであり、測位演算手段１０により測位情報Ｐｂを演算する。１１は位置情報取得手段で測位情報送信装置１からの測位情報Ｐａと測位端末装置２の測位情報Ｐｂからサンプリング時間毎の測位位置を求める。１２は位置情報比較手段で、取得した測地点の位置情報と登録手段１３に予め記憶している丁張り（施工図）を指示する設定位置情報を逐次比較する。１４は比較に基づく設定位置、経路誘導等を音声でガイドする音声通知手段であり、１５は比較に基づく設定位置、経路誘導等を、施工センターや他の測量関連機器と通信し測位端末装置２で得られた各種位置情報を共有するための位置情報通信手段である。１６は位置情報、設定位置登録の入力情報、その他諸々の情報を表示する表示手段である。
【０００７】
つぎに動作について説明する。
事前に位置情報通信手段１５等を介して施工センター（図示していない）のデータコレクタより、トータルステーションによる測量やバーチャル施工システム等による設計／施工図に基づく丁張り杭ポイント等に相当する設定位置情報がロードされ、登録手段１３に記憶・登録されているものとする。
測位は、図２の原理図に示すように、搬送波（キャリヤ）位相を利用した相対測位により行うもので、例えば、衛星Ｓ１からの衛星信号のＡ点とＢ点における行路差Ｄは、Ａ点、Ｂ点で受信した搬送波位相観測値の差により、Ｄ＝λ（θＡ−θＢ）により求め、Ａ点とＢ点の相対距離Ｌと行路差Ｄとの関係、Ｄ＝Ｌ・ｃｏｓαＢより、Ａ点とＢ点の相対距離Ｌを求める演算を、各衛星（４衛星）毎に行う相対測位によって測位端末装置２の位置を求める。というものである。衛星に代わり地上局（測位情報送信装置１）を利用する場合も同様である。
【０００８】
測位情報送信装置１は衛星アンテナ３により衛星信号を受信し、測位演算手段４により測位情報Ｐａを得る。この測位情報Ｐａは一定時間間隔毎に通信手段５よりアンテナ６を介して測位端末装置２へ送信され、通信手段８によってアンテナ７より受信する。また、測位端末装置２は衛星アンテナ９により衛星信号を受信して、測位演算手段１０により測位情報Ｐｂを得て、位置情報取得手段１１により衛星毎の測位情報送信装置１のキャリヤ位相観測値Ｐａと、測位端末装置２のキャリヤ位相観測値Ｐｂより測位演算を行い、所定時間間隔毎の測位端末装置２の位置情報を取得する。この位置情報は緯経度、高さを示すＸ、Ｙ、Ｚの座標値で表される。
本実施の形態では、測位端末装置２の測位に衛星信号を利用するようにしているが、測位情報送信装置１から衛星と同様の信号を送信し、搬送波位相を利用した相対測位を行う構成（干渉測位方式）にすることが可能なのは勿論である。
なお、相対測位に必要な差分位置情報は、測位信号に重畳してもよいし、通信手段８に代わって位置情報通信手段１５を用いてもよい。
【０００９】
次に、位置情報比較手段１２により、測位端末装置２の位置情報と、登録手段１３に記憶する設定位置情報とを逐次比較して位置関係の確認を行う。
図３は丁張りの説明図であり、例えば、従来は、図３のようなトンボなどを使用していた各ポイントのマーカを、最近ではメモリ容量の増大に伴いＣＡＤ図面上の座標データとして設定位置情報を測位端末装置２内に保持できるので、取得した測位端末装置２の位置情報を逐次登録手段１３に保持する設定位置情報のポイントと比較して位置確認を行う。この場合、相対測位によって取得した測位端末装置２の位置情報はＸ、Ｙ、Ｚのワールド座標値等によって得られるが、工事現場で施工基準点を設定し、そこを原点とすることで、各施工ポイントを、原点を基準に表す土木座標値に座標変換し表示することが可能である。従って、取得した位置情報と設定位置情報は土木座標に変換して比較することができる。
【００１０】
座標変換機能の他にも、測位端末装置２の機能では、表示画面１６上でキーボード等の入力装置（図示していない）を用いて任意のポイントから測値点の座標値データを入力すれば、測値点までの角度、距離が表示される。逆に、角度、距離データを入力すれば測値点の座標値が表示され、測値点入力によって座標値が、座標値入力で測値点と幅が表示されるといったことが、測値点、座標値、角度、距離等を、それぞれＣＡＤデータの属性としてリンクさせることによって可能になる。
このような入力・指示は、表示画面１６上から行う方法以外に、位置情報通信手段１５によって施工センター等からリアルタイムに行うことが可能であり、また、図３に示すような、のり勾配や曲率計算等のＣＡＤ演算により、登録手段１３に保持する設定位置情報の現場での変更・修正や、新たな設計／施工図の作成等が可能なＣＡＤ機能（丁張り機能と呼ぶこともできる）を有することで、修正あるいは作成した施工図を、位置情報通信手段１５を介して施工センターへ返送すること等も可能になる。位置情報通信手段１５には、ＩＥＥＥ　８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等の無線ＬＡＮによる通信機能を用いることができる。
【００１１】
再び動作説明に戻って、測位端末装置２が移動して測地点（例えば、図３の杭打ち点）に近付くと、音声通知手段１４により測地点までの音声ガイドを行う音声出力を行う。音声ガイドは一般的に音声合成方式を用いる場合が多い。音声合成方式としては、母音、子音を組合せて合成する方式でも良いが、保持データ量が膨大になるので、交通機関の案内放送（バスガイド等）に用いられているような、文節や文単位で録音したナレーターの声を音材として切り貼りする方法だと手軽である。例えば、
「真っ直ぐ・進んで下さい」、
「そこから・左に３０°の方向へ・１０ｍ進んで下さい」、
「そこが・土木座標の原点です」
等の音声ガイドを「真っ直ぐ」、「進んで下さい」、「そこから」、「左に」「右に」、「〜°の方向に」、「〜ｍ」、「そこが」、「土木座標の」、「原点です」、等の文節に分解し、それぞれ対応するデジタルデータに変換して登録手段１３（あるいはメモリカードなど）に記憶・保持し、音声出力する際には各文節データを組合せ、Ｄ／Ａ変換回路を介してアナログ音声に変換し、スピーカから出力することにより音声ガイドを行う。これによって丁張り作業や、施工監視などの現場での作業が効率良く遂行できる。
また、ビープ音等による警告音を用い、音のパターンを変えることで音声ガイドに代えることも可能である。
【００１２】
音声ガイドによる測地測量を確実なものにするため、予め定められた２つの異なる座標点を、測位端末装置２の位置情報登録手段１３に入力すると共に、図３に示したようなトンボを併用し、この座標点を結ぶ線上又は平面を含むトンボに沿って測地測量を行うこともできる。この場合、トンボとしては、鉛直方向の平板を用いてもよいし、斜面に沿って糸やロープなどを張ってもよい。これらの平板や線に沿って移動することで、より簡単で確実な測地点割出しを行うことができ、いわゆる一人丁張が容易にできるようになる。
【００１３】
なお、ＧＰＳ（汎地球測位システム）測量を用いた場合の測位端末装置２の測位精度については、携帯電話などによる通常のＧＰＳ測位では数１０ｍ程度の誤差であるが、ＤＧＰＳ（差動ＧＰＳ）相対測位の場合は数ｍの精度が可能であり、搬送波位相を利用した干渉測位方式では、時間をかけた繰返し測位を併用することでｍｍ単位の精度にまで高めることができる。本実施の形態に用いる実時間測位が必要な干渉測位方式の場合は、数ｃｍの精度が可能である。
可搬型の測位端末装置は、ＰＤＡ（携帯情報端末）タイプや、スタッフ（標尺）に取付けた形態で運用される。
移動型又は携帯型の利点を活かし、建築工事現場や、土木工事現場に用いる各種の車両に搭載することもできる。その際、位置情報通信手段を用いることで、車戴ＬＡＮ等により車両内機器とも位置情報を共有することができるので、従来高額だったＧＰＳ等による車両運行システムの組込み機器に代えて、気軽に使用することが可能になる。また、大規模工事現場で使用されている遠隔操作による無人車両等に搭載することも可能である。
自律移動型としては、図示していないが、図１に示した測位端末装置２と、サーボモータやアクチュエータと内蔵するインテリジェンス機能とにより自律移動可能な、いわゆるロボットとを組合せたもので、可搬型を保有する丁張マンに代わり、歩行機能あるいは車輪等による移動手段を司る制御情報と連係することで、自律移動による丁張りが可能になる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、土木測量、建築測量等に用いる測位端末装置は、測位端末装置内に登録してある設定位置情報と、逐次演算により取得した測地点の位置情報とを逐次比較し、設定位置、位置関係、経路誘導などの通知を音声により行うので容易に正確な測位が可能となる。ＧＰＳ信号による測位を組合せた場合は、より精度の高い測位を行う事が可能になる。
また、利用者が携行する測位端末装置には、丁張りに必要な仕上り位置や位置関係の計算などのＣＡＤ機能を備えており、音声による測地位置の指示や測地誘導等ができるので、いわゆる一人丁張りが可能になり、施工場所の監視なども可能になるという効果がある。予め設置された線や面に沿って位置測定を行うように構成する場合は、全方位への移動に比べて位置測定を容易に行うことができる。
さらに、各種位置情報を他の測量関連機器と共有することで、施工センター等とリアルタイムに測量情報を共有・交換することが可能になり、自律移動機能を利用する場合は、省力化・無人化の促進を図る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る音声ガイド付き位置測定システムの構成図である。
【図２】図１に示す位置測定システムにおける相対測位の原理説明図である。
【図３】従来から実施されている丁張りの説明図である。
【符号の説明】
１　　測位情報送信装置
２　　測位端末装置
３、９　　衛星アンテナ
４、１０　　測位演算手段
５、８　　通信手段
６、７　　アンテナ
１１　　位置情報取得手段
１２　　位置情報比較手段
１３　　登録手段
１４　　音声通知手段
１５　　位置情報通信手段
１６　　表示手段

Claims

土木測量、建築測量等の測地測量の際に用いる位置測定システムであって、
同期した時刻情報を有する複数の既知点に設置された測位情報送信装置と、
前記測位情報送信装置からの測位信号を受信・演算し当該測地点における位置情報を得る可搬型または移動型の測位端末装置とを備え、
少なくとも１つの前記測位情報送信装置の測位信号は、該測位情報送信装置を設置した既知点における基準位置情報を有し、
前記測位端末装置は、測地測量に必要な複数の設定位置情報を予め入力・記憶・登録する位置情報登録手段と、
前記複数の測位情報送信装置からの測位信号を連続して受信する測位信号受信手段と、
受信した複数の測位信号を逐次演算し当該測地点の位置情報を逐次取得する位置情報取得手段と、
取得した当該測地点の位置情報と前記設定位置情報とを逐次比較する位置情報比較手段と、
位置情報の比較に基づいて設定位置、該設定位置との位置関係、経路誘導を含む利用者への通知を音声または警告音により行う音声通知手段とを有することを特徴とする音声ガイド付き位置測定システム。
少なくとも１つの前記測位情報送信装置は、ＧＰＳ信号の受信手段を有し、ＧＰＳ信号の受信により得られた時刻同期信号と、前記測位情報送信装置が設置された既知点との比較信号とを前記測位端末装置への補正情報として送信することを特徴とする請求項１に記載の音声ガイド付き位置測定システム。
前記測位端末装置は、ＧＰＳ信号の受信手段を有し、前記測位情報送信装置からの測位信号およびＧＰＳ受信信号を基に逐次演算し当該測地点における位置情報を逐次取得することを特徴とする請求項１または２に記載の音声ガイド付き位置測定システム。
前記測位端末装置は、利用者への通知を音声または警告音により行う前記音声通知手段に加え、前記設定位置、該設定位置との位置関係、前記経路誘導を含む各種位置情報を他の測量関連機器と共有するための位置情報通信手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音声ガイド付き位置測定システム。
前記測位端末装置は、予め定められた２つの異なる座標点を結ぶ線または該座標点を結ぶ線を含む平面に沿って位置測定を行うように構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音声ガイド付き位置測定システム。
前記測位端末装置は、前記位置情報取得手段および前記位置情報比較手段により得られた情報に基づいて、予め定められた設定位置に自律移動可能な自律移動手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音声ガイド付き位置測定システム。