JP2004347576A

JP2004347576A - ビデオトータルステーション

Info

Publication number: JP2004347576A
Application number: JP2003177324A
Authority: JP
Inventors: Koji Ito; 孝次伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】小型、軽量化と省電力化を実現し、有線または無線で双方向通信による遠隔操作を可能にすると共に、測量、施行以外の制御装置としても使用できるトータルステーションを提供する。
【解決手段】望遠鏡２３をＣＣＤカメラ２に置きかえることにより、小型軽量化、省電力化でき専用コントローラ１９またはパソコン２０のディスプレイ１８の画像またはレーザ光線（可視光線）３３を見ながら、遠隔操作で観測できる。また制御装置３１としては移動する目標物を画像処理によって追尾し観測（距離、鉛直角、水平角）を繰り返すことにより軌跡４２を予測し他の装置３２にコマンドを送ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測位置とその画像を外部の専用コントローラまたはパソコンとデータ送信、コマンド受信する測量用のトータルステーションに関するタイプと内部に専用コンピュータを有し、ＣＣＤカメラの画像から観測方向を決め、観測を行い、その観測データから軌道を予測し、制御コマンドを発するトータルステーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトータルステーションの形状は、図３に示すように、三脚の上に設置して、気泡管６を見ながら気泡管調整ネジ１４で器械を水平に保ち、求心望遠鏡７を覗いて器械（底板１５から上）を基点１６真上に移動して、基点１６と機械高マーク３との距離をメジャーで測れば器械の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が分り、既知点（または０°）の方向が分かれば座標系が形成される。これ以外でも器械の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が分かる方法で「後方交会法」がある。それは既知点（既に座標が分かっている点）を２点観測することで器械の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が分かる方法である。器械の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が分かったところで、そこからピープサイト２２でだいたいの観測点方向に向けた後、望遠鏡２３を覗きながら水平固定微動つまみ２６で固定して微動調整して水平方向を観測点に合わし、同じ様にして、望遠鏡固定微動つまみ２４で鉛直方向を合わす。その時点で操作板２５のキー操作によってレーザ発信装置４からレーザ光線が発信され距離と水平角（水平エンコーダより）、鉛直角（鉛直エンコーダより）が操作板２５に表示されたり外部入出力コネクタ９を通してデータコレクタやパソコンに送られる。
【０００３】
望遠鏡を使用した上でビデオカメラも使用できるものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３３２６３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術によれば、人がファインダーを覗くため望遠鏡レンズを大きくして明るくする必要があり、つまみで操作をするため頑丈になっていた。また人が入れない狭い所や危険な場所に設置できなかった。そこで、この発明は、小型軽量化、省電力化を実現し有線または無線で双方向通信による遠隔操作を可能すると共に、測量、施工以外の制御装置として使用できるトータルステーションを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、人が覗く望遠鏡が付いている従来の測量用トータルステーションを望遠鏡の変わりにＣＣＤカメラに置きかえ、距離と角度（鉛直角、水平角）だけを受信するだけでなく、画像も有線または無線で取りこめ双方向通信（そばに人がいる必要がない）によって器械をパソコン等で遠隔操作することを特徴とするビデオトータルステーション。
また請求項２の発明は、制御装置として、指定された目標物の画像を追尾または探し、目標物を観測するために専用コンピュータを内蔵するタイプで、連続観測（距離、鉛直角、水平角）する事により観測物の軌道を予測して外部へ制御コマンドを発信することを特徴とするトータルステーション。
請求項３の発明は、移動体にこの装置を設置し、その移動体を制御するため、水平センサーを組み込んで構成したことを特徴とする請求項２記載のビデオトータルステーション。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を、図１に示す。図１の（イ）図は側面図、（ロ）図は正面図を示す。なお、以下、観測データの取得だけで測量用として使用する場合を「器械」（ビデオトータルステーション）３０と呼び、後述する観測データを基に専用コンピュータ２８で解析処理し他の装置３２コマンドを送れるタイプを「制御装置」（ビデオトータルステーションシステム）３１と呼ぶ。
【０００８】
器械３０の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が分かるまでの操作は従来のトータルステーションと同じである。ピープサイト２２の代わりに方向ＬＥＤ１を付け、だいたいのＣＣＤカメラ２の方向が離れた所からでもわかるようなり夜間には点灯させることができる。また「後方交会法」での観測では器械３０を基点１６の真上に設置しないので、整準台１２から下は必要ないので着脱レバー１３により切り離しができ、設置場所の制限をなくすることができる。
観測方法を従来の方法と比べて見ると、人が望遠鏡を覗くのをＣＣＤカメラ２からの画像をディスプレイ１８で見ながら、鉛直、水平方向の回転操作を器械３０のそれぞれのつまみの操作から図２の専用コントローラ１９またはパソコン２０の遠隔操作（ケーブルまたは無線１１）で行うようにする。ケーブルの場合は外部入出力コネクタ９と繋ぎ、長時間観測のために外部電源コネクタ１０も有する。鉛直角はＣＣＤカメラ２の鉛直方向の回転を鉛直エンコーダ４でデジタル化、水平角はＣＣＤカメラ２の水平方向の回転を水平エンコーダ８でデジタル化、距離はレーザ発信装置４で距離をデジタル化する。ＣＣＤカメラ２とレーザ発信装置４は一体となっており（以下ＣＣＤカメラ２を動かすことはレーザ発信装置４も同じ方向に動くこととする。）、図２に示す専用コントローラ１９またはパソコン２０のディスプレイ１８にはＣＣＤカメラ２からの画像と視準方向を示す十字線１７が表示される。キー、ペン、マウス操作でＣＣＤカメラ２を動かし、位置を確定するとその方向にレーザ光線３３が発射され観測される。
観測したい点を以下の３つの方法で観測する事ができる。（１）ディスプレイ１８の画像を見ながらズームキー操作（移動と画面の拡大、縮小コマンド）でＣＣＤカメラ２をモータで動かし観測点２９を視準して測定キーを押す。この操作はペン、またはマウス２１でドラッグアンドドロップでもできる。（２）レーザ光線（可視光線タイプの場合）３３を見ながらズームキー操作（移動コマンド）でＣＣＤカメラ２をモータで動かし観測点２９を視準して測定キーを押す。（３）器械３０の位置は既に分かっているので、同じ座標系の指定した点（２点（器械点と指定点）の座標から距離、鉛直角。水平角を求めて）を入力またはＣＡＤ上でペンあるいはマウス２１でクリック操作により指定した点を視準できる。
【０００９】
図５はビデオトータルステーションのブロック図である。この図から流れを説明すると、専用コントローラ１９またはパソコン２０での遠隔操作によりレーザ発信装置４と一体となったＣＣＤカメラ２を動かし、ディスプレイ１８の画像またはレーザ光線（可視光線）３３を見ながら、観測点２９を視準します。その時鉛直方向の回転は鉛直エンコーダ５で鉛直角に、水平方向も同じ様にして回転を水平エンコーダ８で水平角を観測します。その位置でレーザ発信装置４からレーザ光線３３が発射させ距離が観測されます。それら３つの観測データは専用コントローラ１９またはパソコン２０に送られソフトで処理します。
【００１０】
この実施形態によれば、人がトータルステーション３０の側にいる必要がなく、離れた室内、車内からディスプレイ１８の画像を見ながら計測データの受信、コマンドの発信ができる。
【００１１】
図７はビデオトータルステーションの使用例である。従来のトータルステーションと同じように観測できるが、それ以外に、このビデオトータルステーションの特徴的な使い方で、電子平板（観測した点をパソコンのＣＡＤ上に入力し表示する）での使用がありその方法で説明する。ＣＡＤによって３次元で設計されたデータを現場で施工時にもそのデータを使用するもので、その方法を示す。器械３０の位置と座標系は前述の方法で分かっているのでパソコン２０のＣＡＤに３次元で設計されたデータの座標系をマッチングさせた状態で、ＣＡＤから指定したソフト上のオブジェクト３６のソフトから指定した仮想の点３７をＣＡＤソフト上で選択クリックすれば、器械３０はその方向にレーザ光線（可視光線）３３が現況地盤３４に観測点２９を照射し計測する、その点とソフトから指定した仮想の点３７との座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の差を計算して重機３５のオペレータに伝える。これにより掘削や据付け位置をディスプレイ１８の画像（十字線１７入り）で示したりまたはレーザ光線（可視光線）３３で誘導することができる。なお用途に応じて、ＣＣＤカメラ２を特殊ＣＣＤカメラ（赤外線ＣＣＤカメラ等）に変える必要がある。
【００１２】
【他の実施形態】
図４は制御装置としてビデオトータルステーションシステムの実施形態を示し、（イ）図は側面図、（ロ）図は正面図を示す。図１の測量用タイプのビデオトータルステーション３０から整準台１２から下を取り除き、専用コンピュータ２８と必要に応じて水平センサー２７取り付けた装置です。専用コンピュータ２８は素早く画像処理ができ、認識された特徴物にＣＣＤカメラ２を向け観測を行いその位置データ（距離、鉛直角。水平角）とその時の制御装置３１の傾きを水平センサー２７から取得したデータを処理して制御データとして他の装置３２に伝えます。
【００１３】
図６はビデオトータルステーションシステム３１のブロック図である。この図から流れを説明すると、専用コンピュータ２８で行う画像処理と座標計算によりレーザ発信装置４と一体となったＣＣＤカメラ２を動かし観測点２９を視準します。その時鉛直方向の回転は鉛直エンコーダ５で鉛直角に、水平方向も同じ様にして回転を水平エンコーダ８で水平角を観測します。その位置でレーザ発信装置４からレーザ光線３３が発射させ距離が観測されます。必要に応じて水平センサー２７の水平面での座標に変換します。数回観測することで軌跡４２を予測し、制御データとして他の装置３２に伝えます。
【００１４】
図８、図９、図１０は制御装置としてビデオトータルステーションシステム使用例である。この制御装置の使用用途は広く、主に次の３つに例で説明する。
（１）図８で示すように、この制御装置３１を移動体４１に設置したもので、専用コンピュータ２８の他に水平センサー２７（移動体の傾きを感知する）を内蔵したもので、前もって通過する区域の特徴ある画像３９と目標物３８、到達点４０の座標をパソコンから制御装置３１の専用コンピュータ２８に送りメモリさせて置く、移動体４１がその付近を通過する時、制御装置３１のメモリ上の特徴ある画像の形をＣＣＤカメラ２が動いて探し写し出す画像とメモリ上の特徴ある画像の形とが一致した時に目標物３８の方向に向かってレーザ光線３３を発射してその時の観測点（目標物で既知点）の距離と鉛直角、水平角に水平センサー２７の水平面との角度から計算して移動体４１の座標を知ることができる。これを繰り返せば、この移動体４１の軌跡４２が分かり制御装置３１から他の装置３２に指令を送り、移動体４１をコントロールすることによって到達点４０に導くことができる。すなわちＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）と同じような機能を有するが、違いは外部からの指示を受ける必要がないことである。
（２）図９のように、目標物も移動する場合、その別移動体４３の画像をパソコンから移動体４１の制御装置３１の専用コンピュータに送るか、パソコン操作から制御装置３１のＣＣＤカメラ２を動かしその別移動体４３を目標物と認識させる。制御装置３１のＣＣＤカメラ２はその別移動体４３を追尾させてレーザ光線３３を発射してその時の距離と鉛直角、水平角に水平センサー２７の水平面との角度から計算して移動物体４１との相対位置知る事ができる。この動作を連続して行うことにより変化する相対位置が分かるので、制御装置３１から他の装置３２に指令を送り、移動体４１をコントロールすることによって別移動体４３に近づいたり、その軌道４２に向かうことができる。
（３）図１０で示すように、無人の制御装置３１として使用するもので、別移動体４３を追跡する場合、別移動体４３をＣＣＤカメラ２で捕らえ、その画像を追尾しながら一定間隔でレーザ光線３３を発射して座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を得て、その移動ベクトルから軌跡４２を予測する事ができ、他の装置３２に見合った指令を送る。
なお用途に応じて、ＣＣＤカメラ２を特殊ＣＣＤカメラ（赤外線ＣＣＤカメラ等）に変える必要がある。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、小型、軽量化と省電力化がはかれ、ディスプレイの画像やレーザ光線（可視光線）を見ながら、パソコン等で遠隔操作で観測できるので、測量や工事において省力化がはかれる。また画像処理と観測により単独で解析できるの制御装置として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ビデオトータルステーション平面図、側面図。
【図２】専用コントローラとパソコンの図
【図３】従来技術を示す斜視図。
【図４】本発明ビデオトータルステーションシステム平面図、側面図。
【図５】ビデオトータルステーションのブロック図
【図６】ビデオトータルステーションシステムのブロック図
【図７】ビデオトータルステーションの３次元施工の説明図。
【図８】ビデオトータルステーションシステムの使用例図１
【図９】ビデオトータルステーションシステムの使用例図２
【図１０】ビデオトータルステーションシステムの使用例図３
【符号の説明】
１：方向ＬＥＤ、２：ＣＣＤカメラ、３：器械高マーク、４：レーザ発信装置、５：鉛直エンコーダ、６：気泡管、７：求心望速鏡、８：水平エンコーダ、９：外部入出力コネクタ、１０：外部電源コネクタ、１１：無線装置、１２：整準台、１３：着脱レバー、１４：気泡管調整ネジ、１５：底板、１６：基点、１７：十字線、１８：ディスプレイ、１９：専用コントローラ、２０：パソコン、２１：ペン、マウス、２２：ピープサイト、２３：望遠鏡、２４：望遠鏡固定微動つまみ、２５：操作版、２６：水平固定微動つまみ、２７：水平センサー、２８：専用コンピュータ、２９：観測点、３０：ビデオトータルステーション、３１：ビデオトータルスターションシステム、３２：他の装置、３３：レーザ光線、３４：現況地盤、３５：重機、３６：ソフト上のオブジェクト、３７：ソフトから指定した仮想の点、３８：目標物、３９：特徴ある画像、４０：到達点、４１：移動体、４２：軌跡、４３：別移動体

Claims

人が覗く望遠鏡が付いている従来の測量用トータルステーションを望遠鏡の変わりにＣＣＤカメラに置きかえ、距離と角度（鉛直角、水平角）だけを受信するだけでなく、ＣＣＤカメラからの画像も有線または無線で取りこめ双方向通信（そばに人がいる必要がない）によって器械をパソコン等で遠隔操作することを特徴とするトータルステーション。
指定された目標物の画像を追尾または探し、目標物を観測するために専用コンピュータを内蔵するタイプで、連続観測（距離、鉛直角、水平角）する事により観測物の軌道を予測して外部へ制御コマンドを発信することを特徴とするトータルステーション。
移動体にこの装置を設置し、その移動体の軌道を制御するため、水平センサーを組み込んで構成したことを特徴とする請求項２記載のトータルステーション。