JP2005037129A - Surveying method using three-dimensional photogrammetry technique - Google Patents

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JP2005037129A JP2003152832A JP2003152832A JP2005037129A JP 2005037129 A JP2005037129 A JP 2005037129A JP 2003152832 A JP2003152832 A JP 2003152832A JP 2003152832 A JP2003152832 A JP 2003152832A JP 2005037129 A JP2005037129 A JP 2005037129A
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Yasushi Oura
寧 大浦
Akira Oura
章 大浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring the surface shape of a rut, or the like on a road by using a three-dimensional photogrammetry technique. <P>SOLUTION: In a measurement field, first at least three pieces of reference point equipment for supporting a reference point are installed on a road surface whose shape is measured, and the distance between the reference points is measured. Then, the height of the reference points is adjusted so that the altitudes of the reference points become the same. Further, a plurality of points to be measured are marked on the road surface. Then, photos, where all reference points and all points to be measured are photographed, are photographed from a plurality of directions. After that, the pictures are captured into a computer as image data, a reference point projected to each image data and a point to be measured are equal and are mapped each other, and the coordinates of each point to be measured are calculated by arithmetic processing using information on the distance between reference points and the mapping information. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地面、舗装面、芝生面等の表面形状(すなわち凹凸形状)を測量する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
地面、舗装面、芝生面等の表面形状を、測量技術を用いて計測したい場合がある。
【0003】
以下、このような測量技術の従来例について、道路のわだち掘れを計測する場合を例に採って説明する。
【0004】
道路等の路面には、長年の利用により、わだち掘れが形成されることが多い。
わだち掘れとは、車両の通行等に伴って形成される、路面の起伏を意味している。わだち掘れのできた舗装は、車両などの安定・安全な通行を妨げる。例えば、わだちに雨水がたまると、ハイドロプレーニング現象等の原因になる。このため、わだちの状態を精密に計測することは、道路等の維持・管理上、非常に重要である。
【0005】
従来、道路等のわだちの計測技術としては、例えば、横断面凹凸量測定器を使用する技術が知られている。図5は、かかる横断面凹凸量測定器の外観構造を示す概略図である。図5に示したように、この横断面凹凸量測定器では、支持脚501,502で計測ビーム503が支持され、この計測ビーム503に計測部504が載置されている。計測部504には車輪支持棒505が上下動自在に設けられており、さらに、この車輪支持棒505の下端には測定車輪506が設けられている。計測部504は、計測ビーム503に沿って横方向に移動する。このとき、測定車輪506は路面の凹凸に沿って上下動し、これに伴って、車輪支持棒505も上下動する。計測部504は、車輪支持棒505の上下動を検出して、ログを作成する。このように、横断面凹凸量測定器によれば、測定車輪506の上下動を検出することによって、わだちの深さを測定することができる。
【0006】
また、他のわだちの計測技術として、例えば、自動測定車を利用する技術が、知られている。この方法では、例えば、3個〜5個程度のセンサを取り付けられたバーを自動車に搭載し、これらのセンサを用いてバーと路面との距離を測定する。この方法によれば、自動車を走行させながら、わだちの深さを測定することができる。自動測定車を利用してわだちを計測する技術は、下記特許文献1〜3にも開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平09−218028号公報
【特許文献2】
特開平09−287033号公報
【特許文献3】
特開平10−002727号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示した横断面凹凸量測定器には、以下のような欠点があった。
【0009】
図5の横断面凹凸量測定器は、非常に大型であり、且つ、重量も大きい。このため、かかる横断面凹凸量測定器には、計測現場まで運搬のためのコストが大きいという欠点があった。
【0010】
また、かかる横断面凹凸量測定器では、道幅に沿ってわだちを計測する場合に、計測ビーム503が道路等の全体を塞いでしまう。このため、計測作業中に車両等が道路等を通行することができなくなるという欠点があった。
【0011】
さらに、かかる横断面凹凸量測定器では、計測部504を移動させながら順次計測を行うので、道幅分の計測を複数箇所について行う場合、所要時間が非常に長くなる。このため、計測作業に時間を要するので、人件費等の作業コストが増大するとともに、車両等が道路を通行することができない時間も長くなる。
【0012】
一方、自動測定車を用いて計測する場合、実際に計測用車両を計測現場まで運搬しなければならない。さらに、このような計測では、精密な計測を行うことは不可能である。
【0013】
加えて、以下のような理由により、従来の横断面凹凸量測定器や計測用車両は、道路面以外の表面計測に適用することが困難である。
【0014】
例えばゴルフ場等の広大な領域の表面形状を細かく計測したい場合、図5に示したような横断面凹凸量測定器や測定車両を使用することは非常に困難である。計測に時間がかかりすぎ、測定精度も低いからである。
【0015】
また、例えばゴルフ場のグリーンの表面凹凸を計測したい場合も、横断面凹凸量測定器や計測用車両を使用することはできない。芝生面が痛んだり、却って芝生面に凹凸が生じる原因になるからである。
【0016】
また、日本庭園の築山や古墳のように、比較的面積が狭く且つ大きく突起したものに対しても、上述の横断面凹凸量測定器や計測用車両を使用することはできない。
【0017】
この発明は、このような従来技術の欠点に鑑みて成されたものであり、被測定面の形状や面積等の条件に拘わらず、低コスト且つ短時間で精密な計測を行うことができる測量方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る三次元写真計測技術を用いた測量方法は、基準点を支持する基準点器を被計測面に3個以上設置するとともにこれらの基準点間の距離を2種類以上計測する基準点設定ステップと、被計測面に、複数の被計測点をマーキングする被計測点設定ステップと、基準点および被計測点の一部または全部が映写された写真を複数方向から撮影する撮影ステップと、撮影ステップで取得された複数の写真をデジタル画像データとしてコンピュータに取り込みこれらの画像データに映し出された基準点および被計測点の同じものどうしを対応付けする対応付けステップと、基準点間の距離情報といずれかの基準点の高さ情報と対応付けの情報とを用いた演算処理によりそれぞれの被計測点の座標を算出する演算ステップとを含む。
【0019】
第2の発明に係る三次元写真計測技術を用いた測量方法は、基準点を支持する基準点器を形状計測される被計測面に3個以上設置するとともにこれらの基準点間の距離を2種類以上計測し、被計測面に複数の被計測点をマーキングし、且つ、基準点および被計測点の一部または全部が映写された写真を複数方向から撮影することによって得られた画像データと、基準点間の距離情報と、いずれかの基準点の高さ情報とを含む計測データを、コンピュータに入力する入力ステップと、これらの画像データに映し出された基準点および被計測点の同じものどうしを対応付けする対応付けステップと、距離情報と高さ情報と対応付けの情報とを用いた演算処理によりそれぞれの被計測点の座標を算出する演算ステップとを含む。
【0020】
第1、第2の発明に係る測量方法によれば、測量現場では、基準点器およびマーキングを写真撮影するだけでよいので、被測定面の形状や面積等の条件に拘わらず、低コスト且つ短時間で精密な計測を行うことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態に係る三次元写真計測技術を用いた測量方法について、道路のわだち掘れを計測する場合を例に採って説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。
【0022】
まず、計測現場で使用される機材等および当該現場での計測作業について、作業手順に従って説明する。図1は、かかる機材等および計測作業を示す概念図である。
【0023】
▲1▼計測現場たる道路100には、3個以上の基準点器が設置される。図1の例では、4個の基準点器110,120,130,140が設置されている。基準点器110〜140には、基準点M1,M2,M3,M4が取り付けられる。例えば、図2(A)に示したような、先端に基準点M1〜M4としてのボール210を取り付けたカラーコーン220を、基準点器110〜140として使用することができる。これらの基準点器110〜140は、道路100の両脇部(例えば路肩や歩道等)に、2個ずつ設置される。この実施の形態では、道路の両脇部に基準点器110〜140を設置するので、道路交通の妨害はほとんど無い。道路100の同じ側の基準点器(すなわち、基準点器110,120および基準点器130,140)の間隔は、例えば5〜10メートル程度とする。本発明者の検討によれば、十分な計測精度を得るためには、基準点器の間隔を10メートル以下にすることが望ましい。基準点の間隔は、例えばコンベックスを用いて、測定される。また、基準点の間隔は、2種類以上測定する必要があるが、すべての基準点間距離を測定する必要はない(後述)。
【0024】
▲2▼次に、基準点M1〜M4の標高がそれぞれ同一になるように、これらの基準点M1〜M4の高さを調節する。この高さ調節は、例えば、図2(B)に示したような、水管230を用いて行うことができる。すなわち、透明の水管230の両側部231,232を持ち上げ、中に水を入れたとき、これらの両端部231,232における水面A,Bの標高は同じになる。したがって、これらの水面A,Bの位置と一致するように、基準点M1〜M4の高さを順次調整すればよい。
このような方法によれば、道路100の路面に傾斜があるような場合でも、基準点M1〜M4の標高を一致させることができる。その後、いずれかの基準点器(例えば基準点M1)の高さが、コンベックス等を用いて測定される。
【0025】
なお、高さ調節時の測定方法は特に限定されるものではなく、例えばレーザ光を用いた測定方法等を使用してもよい。
【0026】
▲3▼続いて、道路100の路面に、複数の被計測点がマーキングされる。図1の例では、合計35個の被計測点P1,P2,・・・,P35が、マーキングされている(図1では、被計測点を‘X’を付して表している)。被計測点P1〜P35の間隔は任意であるが、この実施の形態では1メートル程度とする。被計測点P1〜P35の間隔が短いほど、精密な計測を行うことができる。なお、被計測点P1〜P35の位置は、測定しなくてもよい。マーキングは、例えば、チョーク等を用いて路面に被計測点P1〜P35を描くことによって行う。また、路面にシール等を貼り付けることによって、被計測点P1〜P35のマーキングを行ってもよい。チョークやシール等によってマーキングを行うことにより、道路交通を妨害する時間を非常に短い時間に抑えることができ、且つ、マーキング後の道路100を車両等が通行してもマーキングが見難くなることが無い。
【0027】
▲4▼その後、基準点M1〜M4および被計測点P1〜P35は、写真機によって、撮影される。写真機による撮影は、少なくとも2方向から行われる。図1の例では、3方向D1,D2,D3から撮影を行うことにより、3枚分のデジタル画像情報G1,G2,G3が取得される。各撮影は、すべての基準点M1〜M4およびすべての被計測点P1〜P35が写るように、行われることが望ましい。本発明者の検討によれば、計測精度を向上させるためには、真横方向(D2と直交する方向)からの撮影も行うことが望ましく、また、後述の対応付け処理を容易にするために極力高い位置から撮影することが望ましい。後述のように、写真機で取得されたデジタル画像情報G1,G2,G3は、デジタル画像としてコンピュータ等に取り込まれる。したがって、写真機としてはデジタル写真機を使用することが望ましい。但し、フィルム式写真機やビデオカメラ等で撮影した画像を、デジタル画像情報G1,G2,G3に変換してもよい。
【0028】
以上のようにして、基準点間距離と、基準点高さと、デジタル画像情報G1,G2,G3とが取得される。
【0029】
次に、これらの情報を用いてわだち形状のデータを演算する方法について、説明する。
【0030】
▲5▼まず、上述のデジタル画像情報G1,G2,G3が、コンピュータに入力される。
【0031】
▲6▼次に、オペレータが、コンピュータの画面上で、各基準点M1〜M4および被計測点P1〜P35の対応付け処理を行う。例えば、オペレータは、画像G1,G2,G3にそれぞれ映し出された基準点M1が互いに同じ点であることを、コンピュータに入力する。例えば、画像G1,G2,G3の基準点M1にポインタを移動させてマウスをクリックすることにより、対応付けを行うことができる。画面上で他の基準点M2〜M4や被計測点P1〜P35についても、同様の処理が行われる。
【0032】
▲7▼続いて、オペレータが、基準点M1〜M4の座標を入力する。例えば、基準点M1を原点(0 0 0)とし、基準点M1→M2の方向をX方向、X方向と直交する方向をY方向、高さ方向(鉛直方向)をZ方向として、他の基準点M2〜M4の座標を決定すればよい。このとき、基準点M1〜M4の標高は同じなので(上記処理▲2▼参照)、これらの基準点M1〜M4のZ座標は同一になる。
【0033】
また、写真画像上の基準点間距離を実際の距離に変換するためのデータとして、上述の処理▲1▼で測定された基準点間距離が入力される。かかる基準点間距離はX軸座標およびY軸座標の変換に使用されるので、X−Y平面上の方向が互いに異なる二種類以上の基準点間距離が必要である。さらに、各基準点M1〜M4のZ座標を実際の高さに変換するためのデータとして、基準点M1の高さの計測値(上記処理▲2▼参照)が入力される。
【0034】
▲8▼その後、コンピュータによる演算処理を実行することにより、被計測点P1〜P35の三次元座標を算出する。デジタル画像に映し出された点の三次元座標を算出する方法としては、公知の三次元コンピュータグラフィクスの手法を用いることができ(例えば、徐剛著「写真から作る3次元CG」近代科学社、2001年1月30日初版発行参照)、また、かかる演算処理のためのコンピュータ・ソフトウエアも販売されている。したがって、ここでは簡単に説明する。
【0035】
この演算処理では、まず、基準点M1〜M4の座標情報に基づいて、コンピュータ内でX軸、Y軸およびZ軸が設定される。そして、かかるX軸、Y軸およびZ軸に対応させて、デジタル画像情報G1に映し出された被計測点P1の三次元座標と、デジタル画像情報G2に映し出された被計測点P1の三次元座標と、デジタル画像情報G3に映し出された被計測点P1の三次元座標とが、それぞれ算出される。
【0036】
続いて、これら三種類の三次元座標が比較される。多くの場合、デジタル画像情報G1〜G3の光学的な誤差や、対応付け処理(上記処理▲6▼参照)のときの入力誤差等のために、これら三種類の三次元座標は一致しない。このため、例えば、これらの三次元座標点までのユークリッド距離の自乗和が最も小さくなるような座標点を、被計測点P1であると判断する。すなわち、三種類の三次元座標を(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)とすると、(X1+Y1+Z1)+(X2+Y2+Z2)+(X3+Y3+Z3)が最も小さくなるような座標点(X,Y,Z)を求め、これを被計測点P1の最終的な座標とする。以下、同様にして、デジタル画像情報G1〜G3から、他の被計測点P2〜P35の座標を求める。
【0037】
このようにして得られた被計測点P1〜P35の座標が、わだちの位置および深さを示すデータとなる。そして、適当なZ座標値を基準深さ(すなわち深さゼロ)として、各被計測点のZ座標を変換すれば、わだちの深さについてのデータを得ることができる。
【0038】
図3は、この実施の形態に係る計測方法で得られたわだち深さと、従来の横断面凹凸量測定器(図5参照)で計測されたわだち深さとを比較する表である。図3の表は、被計測点P11の較差がゼロであると仮定して、両測定結果を比較している。図3からわかるように、表データの較差は±5mm以内である。一般に、わだち計測に要求される制度は10mm程度である。したがって、この実施の形態に係る計測方法によれば、横断面凹凸量測定器と比較しても遜色のない十分な精度が得られると言える。
【0039】
図4は、この実施の形態に係る計測方法で得られたわだち深さを用いて作成した等高線図を示している。この等高線図は、上記ステップ▲8▼で使用するソフトウエアの一つの機能として、作成される。このように、この実施の形態に係る計測方法によれば、上記ステップ▲8▼で得られた三次元座標を用いて、非常に詳細な等高線図を得ることができる。
【0040】
この実施の形態に係る計測方法によれば、計測地点まで運搬するのは、基準点器や写真機材等の小型且つ軽量の機材のみである。また、車両等の通行を妨げるのは、主として被計測点をマーキングするときであるが、非常に短時間である。
加えて、被計測点の三次元座標を算出するので、精密な計測結果が得られる。したがって、この実施の形態によれば、道路等の通行に与える影響を減らしつつ、高精度のわだち計測を、低コストで行うことができる。
【0041】
加えて、この実施の形態に係る計測方法によれば、基準となる座標を得るための基準点器を被計測点とは別に設置したので、道路等の通行にほとんど影響を与えずに基準点の計測を高精度に行うことができる。一般に使用されている三次元コンピュータグラフィクス技術では、基準点と被計測点との区別は無く、多数個の対象点を対応付けすることによって各対象点の三次元座標を得る。したがって、この技術をそのままわだち計測に適用しようとすると、対象点としての被計測点を路面上にマーキングするとともに、一部の被計測点について点間距離および深さを実測しなければならなくなる。これでは、計測現場の作業時間は長くなり、道路交通の妨害も顕著となる。さらに、この方法では、路面の傾斜を計測することができない。これに対して、この実施の形態では、基準点器を設置して基準点間距離および基準点高さを実測することとしたので、計測現場の作業時間は短く、道路交通の妨害はほとんどない。加えて、標高が同一になるように各基準点の高さを調整することとしたので、わだちだけでなく路面の傾斜も計測することができる。
【0042】
以上、本発明の実施の形態について、道路のわだち掘れを計測する場合を例に採って説明した。しかし、本発明は、道路面形状の測量に限定されるものではない。例えば、本発明が、橋、航空機用滑走路、非舗装の道路等の表面形状にも適用できることは、明らかである。また、ゴルフ場におけるコース面やグリーンの表面形状、野球場のピッチャーズマウンドの突起形状や人工芝敷設用下地面の形状、日本庭園の築山等の突起形状、古墳の突起形状等の計測にも、本発明の測量方法を適用することができる。
【0043】
ここで、ゴルフ場のコース面形状を計測する場合には、例えば、基準点器を、被計測領域内や被計測領域の外周付近に所定間隔(例えば10メートル以内)で点在させればよい。すなわち、道路交通上の問題はないので、図1に示した例のように被計測領域の両端に並べる必要はなく、被計測領域内に基準点器と被計測点とが混在していてもよい。このような測量に本発明を適用することにより、広範な領域の計測を短時間で精密に行うことができる。
【0044】
また、野球場のピッチャーズマウンド、築山、古墳などの突起形状を計測する場合には、例えば、被計測面(突起した領域)の外周に沿って基準点器を配置すればよい。突起した領域の外周に沿って基準点器を配置することにより、基準点器の標高を一致させる作業が容易になる。なお、基準点器設置場所の標高がすべて同じであると仮定してよいような場合には、基準点器の高さの調節を省略してもよい。この場合、標準状態での基準点器の高さが予め解っていれば、基準点器の高さ測定を行う必要もない。また、各デジタル画像には、すべての基準点器および被計測点が撮影されていなくてもよい。但し、測定精度を上げるためには、それぞれの基準点器および被計測点がなるべく多数のデジタル画像に写っていることが望ましい。このように、本発明は、比較的面積が狭く且つ大きく突起したものであっても精密に計測することができ、且つ、計測面の芝生や苔などを痛めることもほとんどない。また、日本庭園等を、一時的に撤去した後で元の場所に再現したり移築したりする場合に、本発明の測量技術を使用することで、再現精度を高めることもできる。
【0045】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る測量方法によれば、被測定面の形状や面積等の条件に拘わらず、低コスト且つ短時間で精密な計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る路面形状計測方法の計測機材および計測作業を説明するための概念図である。
【図2】(A)は基準点器の構造例を概略的に示す斜視図、(B)は水管の構造例を示す概念図である。
【図3】実施の形態の計測結果の一例を示す表である。
【図4】実施の形態の計測結果の一例を示す等高線図である。
【図5】従来の路面形状計測器を概略的に示す概念図である。
【符号の説明】
100 道路
110,120,130,140 基準点器
210 ボール
220 カラーコーン
230 水管
231,232 水管の両端部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for surveying surface shapes (that is, uneven shapes) such as a ground surface, a paved surface, and a lawn surface.
[0002]
[Prior art]
There are cases where it is desired to measure the surface shape of the ground, pavement surface, lawn surface, etc. using surveying technology.
[0003]
Hereinafter, a conventional example of such a surveying technique will be described by taking as an example the case of measuring rutting on a road.
[0004]
Rugs are often formed on road surfaces such as roads by long-term use.
Rutting means a road surface undulation formed with the passage of a vehicle or the like. The pavement that has been dug out prevents stable and safe traffic of vehicles. For example, if rainwater accumulates immediately, it may cause a hydroplaning phenomenon. For this reason, it is very important to accurately measure the state of the road in terms of maintenance and management of roads and the like.
[0005]
Conventionally, as a technique for measuring a road or the like, for example, a technique using a cross-sectional unevenness measuring device is known. FIG. 5 is a schematic view showing the external structure of such a cross-sectional unevenness measuring device. As shown in FIG. 5, in this cross-sectional unevenness measuring device, the measurement beam 503 is supported by the support legs 501 and 502, and the measurement unit 504 is placed on the measurement beam 503. The measuring unit 504 is provided with a wheel support bar 505 that can move up and down, and a measurement wheel 506 is provided at the lower end of the wheel support bar 505. The measurement unit 504 moves in the lateral direction along the measurement beam 503. At this time, the measurement wheel 506 moves up and down along the unevenness of the road surface, and accordingly, the wheel support bar 505 also moves up and down. The measuring unit 504 detects a vertical movement of the wheel support bar 505 and creates a log. Thus, according to the cross-sectional unevenness measuring device, the depth of the rut can be measured by detecting the vertical movement of the measuring wheel 506.
[0006]
In addition, as another measuring technique for a child, for example, a technique using an automatic measuring vehicle is known. In this method, for example, a bar to which about 3 to 5 sensors are attached is mounted on an automobile, and the distance between the bar and the road surface is measured using these sensors. According to this method, the depth of the rudder can be measured while driving the automobile. Techniques for measuring a rudder using an automatic measuring vehicle are also disclosed in Patent Documents 1 to 3 below.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-218028 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-287033 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-002727
[Problems to be solved by the invention]
However, the cross section unevenness measuring instrument shown in FIG. 5 has the following drawbacks.
[0009]
The cross-sectional unevenness measuring instrument in FIG. 5 is very large and heavy. For this reason, such a cross-sectional unevenness measuring device has a drawback that the cost for transportation to the measurement site is high.
[0010]
Further, in such a cross-sectional unevenness measuring instrument, when measuring a rut along a road width, the measurement beam 503 blocks the entire road or the like. For this reason, there has been a drawback that the vehicle or the like cannot pass on the road or the like during the measurement work.
[0011]
Furthermore, in such a cross-sectional unevenness measuring device, since the measurement is performed sequentially while moving the measuring unit 504, the required time becomes very long when the measurement for the road width is performed at a plurality of locations. For this reason, since time is required for the measurement work, the work cost such as the labor cost increases, and the time during which the vehicle or the like cannot pass on the road also becomes long.
[0012]
On the other hand, when measuring using an automatic measurement vehicle, the measurement vehicle must actually be transported to the measurement site. Furthermore, it is impossible to perform precise measurement with such measurement.
[0013]
In addition, for the following reasons, it is difficult to apply conventional cross-sectional unevenness measuring instruments and measurement vehicles to surface measurements other than road surfaces.
[0014]
For example, when it is desired to finely measure the surface shape of a vast area such as a golf course, it is very difficult to use a cross-sectional unevenness measuring device and a measuring vehicle as shown in FIG. This is because the measurement takes too much time and the measurement accuracy is low.
[0015]
Also, for example, when it is desired to measure the surface roughness of a golf course green, it is not possible to use a cross section unevenness measuring device or a measurement vehicle. This is because the lawn surface hurts or the surface of the lawn becomes uneven.
[0016]
In addition, the above-mentioned cross-sectional unevenness measuring device and measuring vehicle cannot be used even for those having a relatively small area and a large protrusion, such as a Japanese garden or an old burial mound.
[0017]
The present invention has been made in view of such drawbacks of the prior art, and is capable of performing precise measurement at low cost and in a short time regardless of conditions such as the shape and area of the surface to be measured. It aims to provide a method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The surveying method using the three-dimensional photo measurement technology according to the first invention sets up three or more reference point instruments supporting the reference points on the measurement surface and measures two or more types of distances between these reference points. A reference point setting step, a measurement point setting step for marking a plurality of measurement points on a measurement surface, and a shooting step for photographing a photograph in which some or all of the reference points and measurement points are projected from a plurality of directions And a step of associating a plurality of photographs acquired in the photographing step as digital image data into a computer and associating the same reference point and the same measured point displayed in these image data, and between the reference points A calculation step of calculating coordinates of each measurement point by calculation processing using the distance information, the height information of any reference point, and the association information.
[0019]
In the surveying method using the 3D photo measurement technology according to the second invention, three or more reference point instruments that support the reference points are installed on the surface to be measured and the distance between these reference points is 2 Image data obtained by measuring more than one type, marking a plurality of measurement points on the measurement surface, and shooting a photo in which some or all of the reference points and measurement points are projected from a plurality of directions An input step for inputting measurement data including distance information between reference points and height information of one of the reference points to the computer, and the same reference point and measured point displayed in these image data An association step for associating each other, and an operation step for calculating the coordinates of each measurement point by an operation process using distance information, height information, and association information.
[0020]
According to the surveying method according to the first and second inventions, at the surveying site, it is only necessary to take a photograph of the reference point instrument and the marking, so that the cost is low regardless of the shape and area of the surface to be measured. Precise measurement can be performed in a short time.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a surveying method using the three-dimensional photo measurement technique according to the embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case of measuring a rutting of a road. In the drawings, the size, shape, and arrangement relationship of each component are shown only schematically to the extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions described below are merely examples. .
[0022]
First, the equipment used at the measurement site and the measurement operation at the site will be described according to the work procedure. FIG. 1 is a conceptual diagram showing such equipment and measurement work.
[0023]
(1) Three or more reference point devices are installed on the road 100 as a measurement site. In the example of FIG. 1, four reference point devices 110, 120, 130, and 140 are installed. Reference points M1, M2, M3, and M4 are attached to the reference point devices 110 to 140. For example, as shown in FIG. 2A, a color cone 220 having a ball 210 as a reference point M1 to M4 attached to the tip can be used as the reference point devices 110 to 140. Two of these reference point devices 110 to 140 are installed on both sides of the road 100 (for example, a shoulder or a sidewalk). In this embodiment, since the reference point devices 110 to 140 are installed on both sides of the road, there is almost no interference with road traffic. The distance between the reference point devices (that is, the reference point devices 110 and 120 and the reference point devices 130 and 140) on the same side of the road 100 is, for example, about 5 to 10 meters. According to the study of the present inventor, in order to obtain sufficient measurement accuracy, it is desirable that the interval between the reference point instruments is 10 meters or less. The interval between the reference points is measured using, for example, a convex. Further, it is necessary to measure two or more kinds of intervals between the reference points, but it is not necessary to measure all the distances between the reference points (described later).
[0024]
(2) Next, the heights of the reference points M1 to M4 are adjusted so that the reference points M1 to M4 have the same altitude. This height adjustment can be performed, for example, using a water pipe 230 as shown in FIG. That is, when the both sides 231 and 232 of the transparent water pipe 230 are lifted and water is put therein, the elevations of the water surfaces A and B at the both ends 231 and 232 are the same. Therefore, the heights of the reference points M1 to M4 may be sequentially adjusted so as to coincide with the positions of the water surfaces A and B.
According to such a method, even when the road surface of the road 100 is inclined, the altitudes of the reference points M1 to M4 can be matched. Thereafter, the height of any reference point device (for example, reference point M1) is measured using a convex or the like.
[0025]
In addition, the measuring method at the time of height adjustment is not specifically limited, For example, you may use the measuring method etc. which used the laser beam.
[0026]
(3) Subsequently, a plurality of measurement points are marked on the road surface of the road 100. In the example of FIG. 1, a total of 35 measured points P1, P2,..., P35 are marked (in FIG. 1, the measured points are indicated by “X”). The interval between the measurement points P1 to P35 is arbitrary, but in this embodiment is about 1 meter. The shorter the interval between the measurement points P1 to P35, the more accurate measurement can be performed. Note that the positions of the measurement points P1 to P35 need not be measured. The marking is performed, for example, by drawing measured points P1 to P35 on the road surface using chalk or the like. Further, the measurement points P1 to P35 may be marked by sticking a seal or the like on the road surface. By marking with chalk or seals, it is possible to reduce the time that obstructs road traffic to a very short time, and it may be difficult to see the marking even if vehicles etc. pass through the road 100 after marking. No.
[0027]
(4) Thereafter, the reference points M1 to M4 and the measured points P1 to P35 are photographed by a camera. Shooting with a camera is performed from at least two directions. In the example of FIG. 1, digital image information G1, G2, and G3 for three images is acquired by photographing from three directions D1, D2, and D3. Each photographing is preferably performed so that all the reference points M1 to M4 and all the measured points P1 to P35 are captured. According to the study of the present inventor, in order to improve the measurement accuracy, it is desirable to also perform photographing from the right lateral direction (direction orthogonal to D2), and to make the association processing described later as easy as possible. It is desirable to shoot from a high position. As will be described later, digital image information G1, G2, and G3 acquired by a photographer is taken into a computer or the like as a digital image. Therefore, it is desirable to use a digital camera as the camera. However, an image taken with a film-type camera or a video camera may be converted into digital image information G1, G2, G3.
[0028]
As described above, the distance between the reference points, the reference point height, and the digital image information G1, G2, and G3 are acquired.
[0029]
Next, a method of calculating the rudder shape data using such information will be described.
[0030]
(5) First, the digital image information G1, G2, G3 described above is input to the computer.
[0031]
(6) Next, the operator performs a process of associating the reference points M1 to M4 and the measured points P1 to P35 on the computer screen. For example, the operator inputs to the computer that the reference points M1 displayed in the images G1, G2, and G3 are the same point. For example, the association can be performed by moving the pointer to the reference point M1 of the images G1, G2, and G3 and clicking the mouse. Similar processing is performed on the other reference points M2 to M4 and the measurement points P1 to P35 on the screen.
[0032]
(7) Subsequently, the operator inputs the coordinates of the reference points M1 to M4. For example, the reference point M1 is the origin (0 0 0), the direction of the reference point M1 → M2 is the X direction, the direction orthogonal to the X direction is the Y direction, and the height direction (vertical direction) is the Z direction. What is necessary is just to determine the coordinate of the points M2-M4. At this time, since the altitudes of the reference points M1 to M4 are the same (see the above process (2)), the Z coordinates of these reference points M1 to M4 are the same.
[0033]
Further, the distance between the reference points measured in the above process (1) is input as data for converting the distance between the reference points on the photographic image into an actual distance. Since the distance between the reference points is used for conversion of the X-axis coordinate and the Y-axis coordinate, two or more types of reference point distances having different directions on the XY plane are required. Further, the measured value of the height of the reference point M1 (see the above process (2)) is input as data for converting the Z coordinate of each of the reference points M1 to M4 into the actual height.
[0034]
(8) Thereafter, the three-dimensional coordinates of the measurement points P1 to P35 are calculated by executing a calculation process by a computer. As a method for calculating the three-dimensional coordinates of the points displayed in the digital image, a known three-dimensional computer graphics method can be used (for example, “Two-dimensional CG made from photographs” Modern Science Co., Ltd., 2001 (Refer to the first edition issued on January 30), and computer software for such arithmetic processing is also sold. Therefore, it will be briefly described here.
[0035]
In this calculation process, first, the X axis, the Y axis, and the Z axis are set in the computer based on the coordinate information of the reference points M1 to M4. Then, the three-dimensional coordinates of the measured point P1 projected on the digital image information G1 and the three-dimensional coordinates of the measured point P1 projected on the digital image information G2 in correspondence with the X axis, Y axis, and Z axis. And the three-dimensional coordinates of the point P1 to be measured displayed on the digital image information G3.
[0036]
Subsequently, these three types of three-dimensional coordinates are compared. In many cases, these three types of three-dimensional coordinates do not coincide with each other due to an optical error in the digital image information G1 to G3, an input error during the association process (see the above process (6)), and the like. For this reason, for example, a coordinate point that minimizes the sum of squares of the Euclidean distance to these three-dimensional coordinate points is determined to be the measurement point P1. That is, if three types of three-dimensional coordinates are (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2), (X3, Y3, Z3), (X1 2 + Y1 2 + Z1 2 ) + (X2 2 + Y2 2 + Z2) 2 ) + (X3 2 + Y3 2 + Z3 2 ) The coordinate point (X, Y, Z) that minimizes is obtained, and this is set as the final coordinate of the measurement point P1. Similarly, the coordinates of other measurement points P2 to P35 are obtained from the digital image information G1 to G3.
[0037]
The coordinates of the measurement points P1 to P35 thus obtained become data indicating the position and depth of the rut. Then, if an appropriate Z coordinate value is set as a reference depth (that is, a depth of zero) and the Z coordinate of each measurement point is converted, data on the depth of each other can be obtained.
[0038]
FIG. 3 is a table comparing the groove depth obtained by the measuring method according to this embodiment and the groove depth measured by a conventional cross-sectional unevenness measuring device (see FIG. 5). The table in FIG. 3 compares both measurement results on the assumption that the difference between the measurement points P11 is zero. As can be seen from FIG. 3, the difference between the table data is within ± 5 mm. Generally, the system required for rutting measurement is about 10 mm. Therefore, according to the measuring method according to this embodiment, it can be said that sufficient accuracy comparable to that of the cross-sectional unevenness measuring device can be obtained.
[0039]
FIG. 4 shows a contour map created by using the rudder depth obtained by the measurement method according to this embodiment. This contour map is created as one function of the software used in step (8). Thus, according to the measuring method according to this embodiment, a very detailed contour map can be obtained using the three-dimensional coordinates obtained in step (8).
[0040]
According to the measurement method according to this embodiment, only small and lightweight equipment such as a reference point device and photographic equipment are transported to the measurement point. In addition, the passage of vehicles and the like is obstructed mainly when marking the measurement point, but for a very short time.
In addition, since the three-dimensional coordinates of the point to be measured are calculated, a precise measurement result can be obtained. Therefore, according to this embodiment, it is possible to carry out highly accurate rudder measurement at a low cost while reducing the influence on traffic such as roads.
[0041]
In addition, according to the measurement method according to this embodiment, since the reference point device for obtaining the reference coordinates is installed separately from the point to be measured, the reference point has little influence on the traffic on the road or the like. Can be measured with high accuracy. In the generally used three-dimensional computer graphics technique, there is no distinction between a reference point and a point to be measured, and three-dimensional coordinates of each target point are obtained by associating a large number of target points. Therefore, if this technique is applied to measurement directly, it is necessary to mark the measurement points as target points on the road surface and to measure the distances and depths between some measurement points. As a result, the working time at the measurement site becomes longer, and the disturbance of road traffic becomes significant. Furthermore, this method cannot measure the slope of the road surface. On the other hand, in this embodiment, since the reference point device is installed and the distance between the reference points and the reference point height are actually measured, the work time at the measurement site is short and there is almost no interference with road traffic. . In addition, since the height of each reference point is adjusted so that the altitude is the same, it is possible to measure not only the rudder but also the slope of the road surface.
[0042]
As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking the case of measuring the rutting of the road as an example. However, the present invention is not limited to surveying road surface shapes. For example, it is clear that the present invention can be applied to surface shapes such as bridges, aircraft runways, and unpaved roads. Also for golf course course and green surface shape, pitcher's mound projection shape of baseball stadium, ground surface for artificial turf laying, projection shape of Japanese garden, etc., projection shape of tomb The surveying method of the present invention can be applied.
[0043]
Here, when measuring the course surface shape of a golf course, for example, reference points may be scattered at predetermined intervals (for example, within 10 meters) in the measurement region or in the vicinity of the outer periphery of the measurement region. . In other words, since there is no problem in road traffic, it is not necessary to arrange them at both ends of the measurement area as in the example shown in FIG. 1, and even if the reference point device and the measurement point are mixed in the measurement area. Good. By applying the present invention to such surveying, a wide area can be measured accurately in a short time.
[0044]
Further, when measuring the shape of a protrusion such as a pitcher's mound, a mountain or a tomb in a baseball field, for example, a reference point device may be arranged along the outer periphery of the surface to be measured (projected area). Arranging the reference point device along the outer periphery of the protruding region facilitates the work of matching the altitude of the reference point device. In addition, when it may be assumed that the altitudes of the reference point device installation locations are all the same, adjustment of the height of the reference point device may be omitted. In this case, if the height of the reference point device in the standard state is known in advance, it is not necessary to measure the height of the reference point device. In addition, not all reference point devices and measurement points may be captured in each digital image. However, in order to increase the measurement accuracy, it is desirable that each reference point device and measurement target point appear in as many digital images as possible. As described above, the present invention can accurately measure even a relatively small area and a large protrusion, and hardly damages lawn or moss on the measurement surface. In addition, when a Japanese garden or the like is temporarily removed and then reconstructed or relocated to the original location, the reproducibility can be improved by using the surveying technique of the present invention.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the surveying method of the present invention, accurate measurement can be performed at low cost and in a short time regardless of conditions such as the shape and area of the surface to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining measurement equipment and measurement work of a road surface shape measurement method according to an embodiment.
FIG. 2A is a perspective view schematically showing a structure example of a reference point device, and FIG. 2B is a conceptual diagram showing a structure example of a water pipe.
FIG. 3 is a table showing an example of a measurement result of the embodiment.
FIG. 4 is a contour map showing an example of a measurement result of the embodiment.
FIG. 5 is a conceptual diagram schematically showing a conventional road surface shape measuring instrument.
[Explanation of symbols]
100 Road 110, 120, 130, 140 Reference point 210 Ball 220 Color cone 230 Water pipe 231, 232 Both ends of water pipe

Claims (6)

基準点を支持する基準点器を被計測面に3個以上設置するとともに、これらの基準点間の距離を2種類以上計測する、基準点設定ステップと、
前記被計測面に、複数の被計測点をマーキングする被計測点設定ステップと、前記基準点および前記被計測点の一部または全部が映写された写真を、複数方向から撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップで取得された複数の写真をデジタル画像データとしてコンピュータに取り込み、これらの画像データに映し出された前記基準点および前記被計測点の同じものどうしを対応付けする対応付けステップと、
前記基準点間の距離情報と、いずれかの前記基準点の高さ情報と、前記対応付けの情報とを用いた演算処理により、それぞれの前記被計測点の座標を算出する演算ステップと、を含むことを特徴とする、三次元写真計測技術を用いた測量方法。
A reference point setting step for installing three or more reference point devices that support the reference point on the measurement surface and measuring two or more types of distances between these reference points;
A measurement point setting step for marking a plurality of measurement points on the measurement surface; a photographing step for photographing a photograph in which a part or all of the reference point and the measurement point are projected from a plurality of directions;
Associating step of associating a plurality of photographs acquired in the photographing step with a computer as digital image data and associating the same reference point and the measured point projected on these image data;
A calculation step of calculating coordinates of each of the measurement points by calculation processing using distance information between the reference points, height information of any of the reference points, and the association information. A surveying method using a three-dimensional photo measurement technique characterized by including.
基準点を支持する基準点器を形状計測される被計測面に3個以上設置するとともにこれらの基準点間の距離を2種類以上計測し、前記被計測面に複数の被計測点をマーキングし、且つ、前記基準点および前記被計測点の一部または全部が映写された写真を複数方向から撮影することによって得られた画像データと、前記基準点間の距離情報と、いずれかの前記基準点の高さ情報とを含む計測データを、コンピュータに入力する入力ステップと、
これらの画像データに映し出された前記基準点および前記被計測点の同じものどうしを対応付けする対応付けステップと、
前記距離情報と前記高さ情報と前記対応付けの情報とを用いた演算処理により、それぞれの前記被計測点の座標を算出する演算ステップと、を含むことを特徴とする、三次元写真計測技術を用いた測量方法。
Install three or more reference point instruments that support the reference points on the surface to be measured, measure two or more distances between these reference points, and mark multiple points to be measured on the surface to be measured And image data obtained by photographing a photograph in which a part or all of the reference point and the measured point are projected from a plurality of directions, distance information between the reference points, and any one of the reference An input step for inputting measurement data including point height information to a computer;
An associating step for associating the same reference point and the measured point projected on the image data;
A calculation step of calculating coordinates of each of the measurement points by a calculation process using the distance information, the height information, and the association information. Surveying method.
前記高さ情報が、前記基準点の標高がそれぞれ同一になるようにこれらの基準点の高さを調節した後、いずれかの基準点の高さを計測することによって得られることを特徴とする請求項1または2に記載の三次元写真計測技術を用いた測量方法。The height information is obtained by measuring the height of any of the reference points after adjusting the heights of these reference points so that the elevations of the reference points are the same. A surveying method using the 3D photo measurement technique according to claim 1. 前記演算ステップで算出された三次元座標を用いて前記被計測点の等高線図を作成する作図ステップをさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の三次元写真計測技術を用いた測量方法。The 3D photo measurement technique according to claim 1, further comprising a drawing step of creating a contour map of the measurement point using the 3D coordinates calculated in the calculation step. Surveying method used. 前記基準点器が、前記被計測面の両脇部に設置されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の三次元写真計測技術を用いた測量方法。The surveying method using the three-dimensional photo measurement technique according to claim 1, wherein the reference point device is installed on both sides of the surface to be measured. 前記距離情報が10メートル以下となるように前記基準点器が配置されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の三次元写真計測技術を用いた測量方法。The surveying method using the three-dimensional photo measurement technique according to claim 1, wherein the reference point device is arranged so that the distance information is 10 meters or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015031018A (en) * 2013-08-01 2015-02-16 国際航業株式会社 System and method for measurement of road surface property
JP2020016662A (en) * 2013-12-26 2020-01-30 トプコン ポジショニング システムズ, インク. Method and apparatus for precise determination of position of target on surface

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