JP2005062083A - 位置誤差補正機能を持つ測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】 GPSと自立航法とを用いた測量システムにおいて、GPS電波が受信できない場所でも所定の精度をもって位置測定が行えるようにする。
【解決手段】 測量システムは、車両等で移動しながら、GPSと自立航法を併用して自分の移動軌跡２５を求め、かつ自分に対する対象点の相対位置２７を測定し、自分の移動軌跡２５と対象点の相対位置２７から対象点の３次元絶対位置２９を演算する。G PS電波が受信できない区間では、対象点の中から複数の補正点を選定し、選定した補正点の高精度な３次元絶対位置３０を外部から取得する。そして、補正点の高精度な３次元絶対位置３０と、上記区間で取得した対象点の相対位置２７に基づいて、上記区間にて自立航法により得た移動軌跡２５を補正する。補正された移動軌跡２５を用いて、対象点の補正された３次元絶対位置２９を演算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等で移動しながら周辺地物の絶対位置を効率的に測量する測量システムに関する。

近年、道理管理にGIS(地理情報システム）を導入する動きが高まっており、そのための基本データとして、道路及び道路周辺の種々の地物の３次元絶対位置情報（地球座標系のように全利用者に共通のグローバルな座標系による３次元位置座標）を高速で安価に収集するニーズが高まってきている。

従来、測量はトータルステーションあるいはRTK-GPSを用いて、各測定点ごとに行われているが、これらの方式で１点ずつ測量を行うと費用と時間が膨大にかかるという問題がある。この問題を解決するため、車両に各種センサを搭載した車載式測量システムで高速に周辺の３次元位置情報を収集するシステムが、例えば特許文献１〜３により提案されている。この種の車載式測量システムの原理は、車載の測量システムから見た地物の相対位置を測量するとともに、GPS等を用いて測量システムの地球上での絶対位置と絶対方向を測定し、その地物の相対位置と測量システムの絶対位置及び方向とを用いて、その地物の絶対位置を計算することである。

特開平１１−２１１４７３号公報 特開２０００−１７１２４９号公報 特開２００２−３１５２８号公報

特許文献１〜３に記載された従来のシステムは、測量システムの絶対位置を測定するためにGPSを用いているが、GPS電波が受信できない区間ではGPSは利用できない。そこで、ジャイロコンパスや加速度センサや走行距離メータなどの自立航法機器を併用することにより、GPSが利用できない区間での絶対位置を測定することができる。しかし、自立航法機器による測定位置の誤差は時間経過又は距離増加と共に累積的に増大していく。従って、長い時間又は距離にわたってGPS電波が受信できない環境（例えば、高層建築の谷間、急峻な渓谷沿い、濃い樹林下の道など）においては、正確に位置測定を行うことができないという問題がある。

従って、本発明の目的は、GPSと自立航法とを用いた測量システムにおいて、GPS電波が受信できない場所でも所定の精度をもって位置測定が行えるようにすることにある。

本発明の一つの態様に従う測量システムは、移動可能な測量主体の絶対位置データ及び絶対姿勢データをGPSと自立航法の一方又は双方を用いて演算し、且つ、前記測量主体から見た複数の対象点の相対位置データを演算し、演算された前記測量主体の絶対位置データ及び絶対姿勢データと前記複数の対象点の相対位置データとに基づいて、前記複数の対象点の絶対位置データを演算する測量システムであって、前記測量主体の移動経路中の一部又は全部の区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式を、所定の基準データに基づいて補正する補正手段を備える。

この測量システムによれば、例えばGPSと自立航法の双方を用いているがGPS電波の受信状況が悪いために実質的に自立航法のみに頼らざる得ない場合、或いは、元々GPSを用いずに自立航法のみを用いている場合などのように、演算された測量主体の絶対位置データの精度が許容範囲より低くなる虞がある場合においても、その絶対位置データをより精度の高いものに補正することができるので、所定の精度をもって対象点の位置測定が行える。

一つの具体的な態様に従えば、前記補正手段が、前記区間において測定対象となった複数の対象点の中から一部の対象点を補正点として選定する補正点選定手段と、選定された前記補正点の基準絶対位置データを入力する基準絶対位置入力手段と、入力された前記補正点の基準絶対位置に基づいて、前記測量主体の絶対位置データ又は前記自立航法の演算式を補正する補正演算手段とを有することができる。

また、一つの具体的な態様に従えば、前記補正演算手段が、入力された前記補正点の基準絶対位置データと、前記区間において測定された前記補正点の相対位置データと、前記区間において測定された前記測量主体の絶対姿勢データとに基づいて、前記測量主体の絶対位置データ又は前記自立航法の演算式を補正するように構成され得る。

また、一つの具体的な態様に従えば、前記対象点の相対位置データを、前記測量主体から撮影した画像を用いたステレオ処理によって演算する場合であって、前記区間における特定時点で撮影された画像内に少なくとも３つの補正点が写っている場合において、前記補正演算手段が、前記少なくとも３つの補正点の基準絶対位置データと、前記特定時点に撮影された画像を用いたステレオ処理により演算された前記少なくとも３つの複数の補正点の相対位置データとに基づいて、前記測量主体の絶対位置データ又は前記自立航法の演算式を補正するようにすることができる。

また、一つの具体的な態様に従えば、前記測量主体が前記対象点の画像を撮影するようになっている場合であって、前記区間における特定時点で撮影された一つの画像内に少なくとも４つの補正点が写っている場合において、前記補正演算手段が、前記少なくとも４つの補正点の基準絶対位置データと、前記特定時点で撮影された一つの画像内における前記少なくとも４つの補正点の２次元位置データとに基づいて、前記測量主体の絶対位置データ又は前記自立航法の演算式を補正するようにすることができる。
また、一つの具体的な態様に従えば、前記測量主体の地表面からの高さデータを測定する高さ測定手段と、測定された前記高さデータと、前記測量主体の絶対位置データとに基づいて、移動経路における地表面の絶対プロファイルを演算する手段と
を更に設けることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

なお、以下の説明において、「絶対座標系」とは、例えば緯度と経度と楕円体高で位置を表現する地球座標系のように、全ユーザ共通のグローバルな座標系を意味する。また、「相対座標系」とは、測量を行う主体（例えば、下記の実施形態では車両３や車載のデータ収集システム１）をベースにした座標系を意味する。そして、位置、姿勢又は速度などの用語に付した「絶対」という形容詞は、絶対座標系に基づく位置、姿勢又は速度であることを意味し、「相対」という形容詞は「相対座標系」に基づく位置、姿勢又は速度であることを意味する。

図１は、本発明に従う測量システムの一実施形態の概略的な全体構成を示す。図１に示された３次元位置計測システムは、自動車で道路を走行しつつ道路周辺の地物の３次元位置を測量するためのものである。しかし、これは本発明の説明のための例示であって、鉄道車両、航空機、人力台車など、移動できるものに所定のセンサを搭載することで本発明を実施することができることは言うまでも無い。

図１に示す３次元測量システムは、車両３に搭載されて車両３の走行中に各種データを収集するためのデータ収集システム１と、データ収集システム１によって収集されたデータを解析するためのデータ解析システム２を有する。

図１に示すように、データ収集システム１は、GPS受信機４、3軸ジャイや３軸加速度計などからなる慣性センサ５、及び走行距離計６などを備え、これらは、車両３（換言すれば、測量主体であるデータ収集システム１自体、要するに相対座標系）の絶対位置、絶対姿勢及び絶対速度などを高精度に取得するために使用される。また、データ収集システム１は、3次元画像データ収集装置７を備え、これは、車両３（換言すれば、測量主体であるデータ収集システム１自体、要するに相対座標系）から見た測定対象点（周辺地物、より具体的には、3次元画像データ収集装置７によって取得された画像内の各ピクセルに対応する周辺地物又は周辺地物の各部位）の相対位置を得るために使用される。この実施形態では、3次元画像データ収集装置７として、複数個の異なる位置に配置された（例えば、９個の３×３マトリックスに配列された）単眼ビデオカメラからなるステレオビジョンカメラを採用しているが、これは例示であって、３次元の相対位置が測定できるものであれば、その他の種類のもの（例えば、レーザレンジファインダ、ステレオビジョンライン光学センサ、異フレーム間でステレオ処理が行われる単眼ビデオカメラなど）を採用してもよい。また、データ収集システム１は、車高センサ８を備え、これにより、車両３（換言すれば、測量主体であるデータ収集システム１自体、要するに相対座標系）の地表（道路表面）からの高さを測定する（これは、道路表面の位置を割り出すために利用され得る）。さらに、データ収集システム１は、上述した各種のセンサ４〜８から出力される測定データを記録し蓄積するためのデータ記録装置９（例えば大容量記憶装置を備えたコンピュータ）を備える。なお、データ記録装置９に記録された上記各種データは、それが取得された時刻を示す時刻情報と関係付けられており、これにより、同じ時刻に取得されたデータの組み合わせが判別できるようになっている。

データ解析システム２は、データ記録装置９に収集されたデータを入力して解析することにより、測定対象点（周辺地物、より具体的には、3次元画像データ収集装置７によって取得された画像内の各ピクセルに対応する周辺地物又は周辺地物の各部位）の絶対位置などを計算するためのコンピュータである。データ解析システム２は、車両３に搭載されている必要はなく、車両３がデータ収集を終えて戻って来てから、データ収集システム１から収集データを読み込んでそのデータを事後解析するようなものであってよい。しかし、データ解析システム２が車載されていてもよく、また、データ解析システム２がデータ収集装置８と有線又は無線でオンライン接続されていて、車両３でのデータ収集と並行して実時間でデータ解析を行って測定対象点（周辺地物）の絶対位置などを計算し出力するようになっていてもよい。

図２は、データ解析システム２の機能的な構成を示す。

図２に示すように、データ解析システム２は、車両軌跡演算部１１、３次元画像演算部１２、座標変換部１３、表示・入力・補正制御部１４及び車両軌跡補正部１５などの処理要素（機能要素）を有する。

車両軌跡演算部１１は、図１に示したデータ記録装置９から、GPS受信機４によるGPSデータ２１、慣性センサ５による慣性センサデータ２２、及び走行距離計６による走行距離データ２３及び車高センサ８による車高データ１１を入力し、これらの入力データ２１〜２４に基づいて、車両３（相対座標系標系の原点）の３次元絶対位置、車両３（相対座標系）の３次元絶対姿勢（例えば、ローリング、ピッチ及びヘディング）、及び、車両３（相対座標系の原点）の地表高度などを演算し、また、同時にそれらの演算値のそれぞれの推定精度も演算する（以下、これらの演算データを纏めて「車両軌跡データ」という）。そして、車両軌跡演算部１１は、演算した車両軌跡データ２５を、データ解析システム２内の図示しない記憶装置に格納する。また、車両軌跡演算部１１は、車高センサ８による車高データ１１も入力し、車高データ１１と上述の車両軌跡データに基づいて、道路の３次元絶対座標である道路プロファイルも演算して記憶装置に格納することができる。

３次元画像演算部１２は、図１に示したデータ記録装置９から、ステレオビジョンカメラ７の複数個の単眼ビデオカメラにより撮影された複数本の輝度画像データ（いずれも、動画像データである）２６A、２６B、２６C、…、２６Iを入力し、これらの輝度画像データ２６A、２６B、２６C、…、２６Iをステレオビジョン処理することにより、撮影された周辺地物（測定対象点）の３次元画像データ２７を演算する。ここで、算出された地物３次元画像データ２７は、その２次元画像領域内の各ピクセルが、各ピクセルに該当する撮影地物（測定対象点）の３次元相対位置データをもったものである。３次元画像演算部１２は、演算された地物３次元画像データ２７を、データ解析システム２内の上記記憶装置に格納する。

座標変換部１３は、上記記憶装置から、同じ時刻に取得された地物３次元画像データ２７と車両軌跡データ２５中の絶対位置、絶対姿勢及びそれらの推定精度のデータ（以下、「車両絶対位置／姿勢／推定精度データ」という）２８を入力し、そして、入力した車両絶対位置／姿勢／推定精度データ２８に基いて相対座標系から絶対座標系への座標変換式を演算し、この座標変換式を用いて、入力した地物３次元画像データ２７のピクセルがもつ撮影地物の３次元相対位置データを、撮影地物の３次元絶対位置データ（以下、「地物測定絶対位置データ」という）２９を演算する。そして、座標変換部１３は、演算された地物測定絶対位置データ２９を、データ解析システム２内の上記記憶装置に格納する。

さて、上述した車両軌跡演算部１１では、GPS衛星からのGPS電波の受信状態が良好なときには、主としてGPSデータ２１に基づいて、車両３（相対座標系原点）の３次元絶対位置が演算される。その結果、車両軌跡データ２５の推定精度は高く、よって、これに基づいて演算された地物測定絶対位置データ２９の精度も高い。ところが、GPS電波の受信状態が不良なときには、専ら慣性センサデータ２２及び走行距離データ２３等を用いた自立航法演算によって、車両３（相対座標系原点）の３次元絶対位置が演算される。その結果、GPS電波の受信不良状態が長く続くと、車両軌跡データ２５(特に、３次元絶対位置データ）の推定精度が低下し、よって、地物測定絶対位置データ２９の精度も低下する。そこで、この問題を解決するために、このデータ解析システム２は、表示・入力・補正制御部１４と車両軌跡補正部１５を備え、これにより、推定精度が所定の許容範囲より低い車両軌跡データ２５（特に、3次元絶対位置データ）２５を抽出して、抽出された車両軌跡データ２５をより正確なデータに補正することができるようになっている。

以下、表示・入力・補正制御部１４と車両軌跡補正部１５について詳細に説明する。

表示・入力・補正制御部１４は、記憶されている車両軌跡データ２５の中から、車両絶対位置／姿勢／推定精度データ２８を入力して、入力した推定精度データと、予めユーザが設定しておいた推定精度の許容範囲（閾値）とを比較することで、推定精度が許容値以下である区間（以下、「補正必要区間」という）を抽出又は判別する。

一方、ユーザは、既存の高精度の測量済の３次元絶対位置データ（例えば、WGS-84座標値）が入手できる場合、補正必要区間において撮影された様々な地物の中から、補正後の最大推定誤差が許容範囲内になるような距離間隔で複数の補正点（補正のために基準点として使用される地物）を選定し（補正点間の距離間隔が小さいほど補正後の最大推定誤差が小さくなる）、それら補正点の既存の高精度の３次元絶対値位置データ（例えば、WGS-84座標値）を入手する。或いは、既存の測量済み絶対位置データが入手できない場合、ユーザは、補正点を選定した後、本システムとは別の測量システム（例えばトータルステーション等）を用いて補正点の測量を行って、補正点の高精度の３次元絶対値位置データ（例えば、WGS-84座標値）を取得する。その後、ユーザは、上記のように得た補正点の高精度の３次元絶対値位置データ（以下、「補正点基準絶対位置データ」という）３０を、表示・入力・補正制御部１４に入力する（キーボードなどからタイプ入力してもよいし、或いは、データ解析システム２がもつ上記記憶装置に予め格納しておいて、そこから表示・入力・補正制御部１４に読み込ませてもよい）とともに、その補正点がどの地物であるかを表す補正点指定データ３１も、表示・入力・補正制御部１４に入力する。

表示・入力・補正制御部１４に補正点基準絶対位置データ３０と補正点指定データ３１を入力するための具体的な方法には、様々なものが採用できるが、そのうちの一つの入力方法の例を、図３に示すGUI画面を参照して説明する。

表示・入力・補正制御部１４は、データ解析システム２に備えられたディスプレイ装置に、図３に例示するようなGUI画面４０を表示する。このGUI画面４０上には、撮影画像ボックス４１、測定値ボックス４３、基準値ボックス４３、基準値入力ボタン４４及び補正開始ボックス４５などがある。表示・入力・補正制御部１４は、図２に示した記憶されている輝度画像データ２６A〜２６Iの中から、補正必要区間に撮影された一本の輝度画像データ（例えば、ステレオビジョンカメラ７中の所定の一つの単眼ビデオカメラ（基準カメラ）で撮影された輝度画像データ２６A）を入力して、入力された一本の輝度画像データ（動画像データ）２６Aに含まれる多数のフレーム画像（瞬時瞬時の静止画像データ）の各々を、ユーザの指示に従って選択的に、図３に示したGUI画面４０の撮影画像ボックス４１に表示することができる。ユーザは表示・入力・補正制御部１４に指示して、上述した補正点が撮影されているフレーム画像を選んで撮影画像ボックス４１に表示させる。表示・入力・補正制御部１４は、撮影画像ボックス４１上にカーソル４６も表示する。ユーザは、データ解析システム２に備えられたマウスなどのポインティングデバイスを操作することで、表示画像中の補正点に該当する地物をカーソルで指し、所定の確定操作（例えばマウスのダブルクリック）を行うことで、カーソル４６が指す地物（図３の例では、道路標識の設置点）が補正点であるという指定（つまり、図２に示した補正点指定データ３１）を表示・入力・補正制御部１４に入力する。表示・入力・補正制御部１４は、指定された補正点の相対位置データ（すなわち、表示画像中のカーソル４６が指すピクセルがもつ相対位置データ）に基づいて演算された補正点の絶対位置データを、図２に示した記憶されている地物測定絶対値データ２９中から抽出し、抽出された補正点の絶対位置データ（例えば、緯度、経度、楕円体高、及び推定精度）を、図３に示した測定値ボックス４２に表示する。次に、ユーザは、指定された補正点の補正点基準絶対位置データ３０（例えば、緯度、経度及び楕円体高）を、図３に示した基準値ボックス４３に、例えばタイプ入力の方法でエントリし、そして、基準値入力ボタン４４を押す。これにより、基準値ボックス４３にエントリされた補正点基準絶対位置データ３０が表示・入力・補正制御部１４に入力される。ユーザは、以上の方法で、全ての補正点の補正点基準絶対位置データ３０及び補正点指定データ３１を入力する。その後、ユーザが図３に示した補正開始ボタン４５を押すと、表示・入力・補正制御部１４は、全ての補正点の補正点基準絶対位置データ３０及び補正点指定データ３１の入力が終わったと判断する。

再び図２を参照する。全ての補正点の補正点基準絶対位置データ３０及び補正点指定データ３１の入力が終わったと判断すると、表示・入力・補正制御部１４は自動的に、次の処理を行う。すなわち、表示・入力・補正制御部１４は、入力された全ての補正点の補正点指定データ３１に基づいて、記憶されている地物３次元画像データ２７から全ての補正点の相対位置データを入力する。そして、表示・入力・補正制御部１４は、全ての補正点の相対位置データと補正点基準絶対位置データ３０のペア（以下、「補正点相対位置／基準絶対位置データ」という）３２を車両軌跡補正部１５に出力する。

車両軌跡補正部１５は、表示・入力・補正制御部１４から入力された全ての補正点の補正点相対位置／基準絶対位置データ３２に基づいて、補正必要区間における補正された車両軌跡データ（以下、「補正区間補正車両軌跡データ」という）３３を演算する。この演算について、図４に示した車両軌跡補正部１５の機能構成を参照して説明する。

図４に示すように、車両軌跡補正部１５は、補正車両絶対位置演算部５１と補正データ演算部５２を有する。

補正車両絶対位置演算部５１は、各補正点の相対位置データ５４と基準絶対位置データ６６（つまり、図２に示した補正点相対位置／基準絶対位置データ３２）に基づいて、補正必要区間における各補正点の相対位置データ５４の演算元となったフレーム画像を撮影した時点での車両（相対座標原点）の補正された3次元位置データ（以下、「補正車両絶対位置データ」という）５５を演算するものである。すなわち、図４に示すように、補正車両絶対位置演算部５１は、或る一つの補正点（以下「第１補正点」という）の相対位置データ５４と基準絶対位置データ６６を入力する（これらのデータは図２に示したように表示・入力・補正制御部１４から入力されるが、そのことは図４では図示省略してある）。また、補正車両絶対位置演算部５１は、記憶されている車両軌跡データ２５の中から、上記第１補正点の相対位置データ５４の演算元となったフレーム画像の撮影時点（すなわち、図３に示したGUI画面４０で第１補正点を指定する際に表示したフレーム画像の撮影時点であり、以下、「相対位置データ５４の取得時点」という）における車両（相対座標原点）の３次元絶対姿勢データ（例えば、ローリング、ピッチ及びヘディング）５３を入力する。ここで、３次元絶対姿勢データ５３は、図２に示した慣性センサデータ２２等に基づく自立航法演算によって得られたものであるが、自立航法演算によって得られる車両の絶対位置データに比較すれば、格段にドリフトが小さいので、GPS電波不良状態が非常に長く続く場合又は慣性センサ５（図１）の精度があまり良くない場合を除けば、これを信頼することができる。

さて、補正車両絶対位置演算部５１は、入力した第１補正点の相対位置データ５４と基準絶対位置データ６６、及び相対位置データ５４の取得時点における車両（相対座標原点）の３次元絶対姿勢データ５３に基づいて、図２に示した座標変換部１３が行った座標変換演算手法とは逆の関係になる座標変換演算手法を用いて、上記相対位置データ５４の取得時点における車両（相対座標原点）の補正車両絶対位置データ５５を演算する。同様の演算が、第１補正点だけでなく全ての補正点について行われ、補正必要区間内における全ての補正点の相対位置データ５４の取得時点での補正車両絶対位置データ５５が求まる。

こうして求まった補正車両絶対位置データ５５は、補正必要区間に離散的に散在する複数の特定時点での車両（相対座標原点）の絶対位置を表したものである。補正車両軌跡演算部５２は、これら離散的な特定時点での補正車両絶対位置データ５５に基づいて、補正必要区間における車両軌跡データ２５を補正する。この補正方法には種々のものが採用することができるが、一つの簡単な方法は、補正必要区間において測定された車両軌跡データ（特に、車両の３次元絶対位置データ）２５の誤差が、補正必要区間における経過時間、走行距離及び／又は車両姿勢の累積変位量の増加に伴って（例えば、経過時間又は走行距離に対してリニアに）増加していくという仮定の下で、その誤差値を演算してこれを車両軌跡補正データ３３として、補正必要区間の車両軌跡データ２５に誤差を補償するように適用することで、車両軌跡データ２５を補正するというものである。すなわち、補正必要区間における離散的な複数の特定時点での補正車両絶対位置データ５５と、記憶されている車両軌跡データ２５中の同じ複数の特定時点での車両絶対位置データとの差（誤差値）をそれぞれ演算し、そして、隣接し合うペアの特定時点での誤差値の違いを、そのペアの特定時点間における経過時間、走行距離及び／又は姿勢データの累積変位量（これらは、車両軌跡データ２５中の速度データや姿勢データから演算することができる）に応じて例えばリニアに配分する（すなわちペアの特定時点の誤差を用いた補完演算を行う）。これにより、上記ペアの特定時点間の全ての時点における誤差値が求まる。このような補完演算を、補正必要区間内の全てのペアの特定時点に関して行うことにより、補正区間の全時点における車両軌跡データ(特に、３次元位置データ）２５の誤差値が求まる。この誤差値を車両軌跡補正データ３３として、記憶されている補正必要区間の車両軌跡データ(特に、３次元位置データ）２５に加算(又は減算）することで、補正必要区間の車両軌跡データ(特に、３次元位置データ）２５が補正される。

再び図２を参照する。上述のようにして補正された車両軌跡データ２５を用いて座標変換部１３により座標変換を再度行うことにより、補正された高精度の地物測定絶対位置データ２９を得ることができる。

以上のような補正方式において、補正点の距離間隔は、搭載する慣性センサの精度、位置測定許容誤差、車両の走行速度等に応じて選ばれることになる。仮に、次の条件(1)〜(3)、
(1) 位置測定許容誤差：２５cm、
(2) 車両の走行速度：４０km/h、
(3) 慣性センサの精度：GPSを併用しない状況で４０Km/hで走行して位置誤差が２５cmなるまでの時間が約３０秒、
の下で、補正点の適当な距離間隔を概算すると、約３３３メートルとなる。従って、仮に１kmの長さの補正必要区間について、３ないし４箇所の補正点を指定すればよい。

さて、上述した補正方式（図２及び図４）においては、車両軌跡データ２５の補正を行うために、慣性センサデータ２２に基づき演算された車両姿勢データを用いている。しかし、前述したように、GPSデータが利用不可能な期間が非常に長く続いた場合や、慣性センサの精度があまり良くない場合には、慣性センサデータ２２に基づく車両姿勢データは使用しないほうが好ましい。そこで、図５と図６にそれぞれ、慣性センサデータ２２に基づく車両姿勢データを使用せずに車両軌跡データを補正する方式を採用した車両軌跡補正部の機能構成例を示す。

図５に示す車両軌跡補正部１１５は、同一のフレーム画像中に３箇所以上の補正点が撮影されている場合に使うことができるものである。

すなわち、図５に示す車両軌跡補正部１１５の補正車両絶対位置・姿勢演算部６１は、図３に例示したようなGUI画面４０に表示された或る一つのフレーム画像上で少なくとも３箇所の補正点がユーザによって指定された場合に、それら指定された少なくとも３箇所の補正点（以下、「第１補正点」、「第２補正点」及び「第３補正点」という）の相対位置データ６３A、６３B、６３Cと基準絶対位置５４A、５４B、５４Cを入力する。そして、補正車両絶対位置・姿勢演算部６１は、入力された第１、第２及び第３補正点の相対位置データ６３A、６３B、６３Cと基準絶対位置５４A、５４B、５４Cに基づいて、第１、第２及び第３補正点の相対位置データ６３A、６３B、６３Cの演算元となったフレーム画像（すなわち、図３に例示したようなGUI画面４０で第１、第２及び第３補正点を指定する際に表示されていたフレーム画像）を撮影した時点における車両（相対座標原点）の補正された３次元絶対位置データと３次元絶対姿勢データ（以下、これらを纏めて「補正車両絶対位置／姿勢データ」６５という）を演算する。補正必要区間において撮影された他の複数のフレーム画像においても、上記のようにして１フレーム画像当たり少なくとも3箇所の補正点が指定されて、それに基づき上記の演算が行われることで、補正必要区間における離散的な複数の特定時点での補正車両絶対位置／姿勢データ６５が求まる。

この車両軌跡補正部１１５の補正データ演算部６２は、上記のようにして求まった離散的な複数の特定時点での補正車両絶対位置／姿勢データ６５を用いて、図４に示した補正データ演算部１５と同様の演算処理を行うことで（但し、車両の３次元姿勢データには、上記の演算結果を用い、記憶されている車両軌跡データ２５中の３次元姿勢データは用いない）、車両軌跡補正データ３３を演算して、これを用いて記憶されている車両軌跡データ２５を補正する。

図６に示す車両軌跡補正部２１５は、バンドル法を用いて車両の３次元絶対位置と３次元絶対姿勢を求めるもので、同一のフレーム画像中に４箇所以上の補正点が撮影されている場合に使うことができるものである。

すなわち、図６に示す車両軌跡補正部２１５の補正車両絶対位置・姿勢演算部７１は、図３に例示したようなGUI画面４０に表示された或る一つのフレーム画像上で少なくとも４箇所の補正点がユーザによって指定された場合に、それら指定された少なくとも４箇所の補正点（以下、「第１補正点」、「第２補正点」「第３補正点」及び「第４補正点」という）の当該フレーム画像内での２次元ピクセル位置データ（以下、「画像内位置データ」という）７３A、７３B、７３C、７３Dと基準絶対位置５４A、５４B、５４C、５４Dを入力する。そして、補正車両絶対位置・姿勢演算部６１は、入力された第１、第２、第３及び第４補正点の相対位置データ７３A、７３B、７３C、７３Dと基準絶対位置５４A、５４B、５４C、５４Dに基づいて、バンドル法を用いて、第１、第２、第３及び第４補正点の画像内位置データ６３A、６３B、６３Cの演算元となったフレーム画像（すなわち、図３に例示したようなGUI画面４０で第１、第２、第３及び第４補正点を指定する際に表示されていたフレーム画像）を撮影した時点における車両（相対座標原点）の補正された３次元絶対位置データと３次元絶対姿勢データ（以下、これらを纏めて「補正車両絶対位置／姿勢データ」７５という）を演算する。補正必要区間で撮影された他の複数のフレーム画像においても、上記のようにして１フレーム画像当たり少なくとも４箇所の補正点が指定されて、それに基づき上記の演算が行われることで、補正必要区間における離散的な複数の特定時点での補正車両絶対位置／姿勢データ７５が求まる。

この車両軌跡補正部２１５の補正データ演算部７２は、上記のようにして求まった離散的な複数の特定時点での補正車両絶対位置／姿勢データ７５を用いて、図５に示した補正データ演算部６５と同様の演算処理を行うことで車両軌跡補正データ３３を演算して、これを用いて記憶されている車両軌跡データ２５を補正する。

さて、以上説明した実施形態では、図２を参照して述べたとおり、既に算出された車両軌跡データ２５に対して直接的に補正が行われる。しかし、別法として、車両軌跡データを演算するための演算式（特に自立航法の演算式)を補正して最適化することによって、最適化された車両軌跡データを出力するようにしてもよい。図７は、このような最適化を行うようにしたデータ解析システムの変形例の機能的な構成を示す。なお、図７において、上述した図２に示した要素と実質的に同じ機能又は意味をもつ要素は、図２で用いたと同じ参照番号を付して、重複した説明を省略する。

図７に示すように、このデータ解析システム３０２の車両軌跡演算部３１１では、カルマンフィルタ４０５を用いて、出力される車両軌跡データ３２５の最適推定が行われている。すなわち、車両軌跡演算部３１１では、自立航法部４０１によって、慣性センサデータ２２や走行距離データ２３等に基づき、車両の３次元絶対位置データ、絶対姿勢データ及び速度データが演算される。また、GPS部４０２によって、GPSデータ２１に基づき、車両の３次元絶対位置データ及び速度データが演算される。そして、自立航法部４０１によって演算された車両の絶対位置データ４０３と、GPS部４０２によって演算された車両の絶対位置データ４０４とがカルマンフィルタ４０５に入力される。カルマンフィルタ４０５は、入力された自立航法車両絶対位置データ４０３とGPS車両絶対位置データ４０４とに基づいて、自立航法車両絶対位置データ４０３の推定誤差４０６を演算して、演算された推定誤差４０６を自立航法補正データ演算部４０７に渡す。自立航法補正データ演算部４０７は、その推定誤差４０６に基づいて、カルマンフィルタ４０５のフィルタパラメータを補正するためのフィルタ補正データ４０８を生成してカルマンフィルタ４０５にフィードバックするとともに、自立航法部４０１の演算式を補正するための自立航法補正データ４０９を生成して航法演算式補正部４１０に送る。航法演算式補正部４１０は、自立航法補正データ４０９に基づいて、自立航法部４０１が用いている演算式を補正する。

また、GPS車両絶対位置データ４０４が利用できない補正必要区間においては、車両軌跡補正部１５によって演算された車両軌跡補正データ３３(すなわち、自立航法車両絶対位置データ４０３の誤差値に応じたデータ）をカルマンフィルタ４０５に入力する。カルマンフィルタ４０５では、この車両軌跡補正データ３３を用いて、自立航法車両絶対位置データ４０３の推定誤差４０６が演算される。そして、この推定誤差４０６に基づいて、上述したようにして、自立航法部４０１の演算式が補正される。

従って、自立航法部４０１は、常に補正された演算式を用いて、最適推定された車両の３次元絶対位置データ、絶対姿勢データ及び速度データを演算することになる。制御部４１１は、自立航法部４０１からの車両の３次元絶対位置データ、絶対姿勢データ及び速度データと、GPS部４０２からの車両の３次元絶対位置データ及び速度データとに基づいて、最適化された車両軌跡データ（３次元絶対位置データ、絶対姿勢データ、速度データ及びそれらの推定精度など）３２５を生成して出力する。この最適化された車両軌跡データ３２５を用いて、座標変換部１３は、地物測定絶対位置データ２９を高精度に算出することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

例えば、上述した実施形態において、さらに、車高センサによって測定された車両（相対座標原点）と道路面との間の間隔（車高データ２４）と、車両軌跡演算部１１（又は３１１）によって演算された車両（相対座標原点）の３次元絶対座標とに基づいて、道路面の絶対プロファイルを更に演算する機能を加えても良い。

また、対象点の３次元相対位置データを求める方法には、ステレオビジョンカメラを用いる方法以外に、様々な方法を採用することができる。例えば、一つの単眼カメラを用いて、移動中に単眼カメラで撮影した動画像データに含まれる異なる撮影時点（つまり、異なる撮影位置）のフレーム画像をステレオ処理することにより、対象点の３次元相対位置データを演算するようにしてもよい。或いは、異なる位置に配置された複数のラインセンサカメラで撮影したライン画像データをステレオ処理して、対象点の３次元相対位置データを演算するようにしてもよい。或いは、レーザレンジファインダを用いて、変調したレーザビームで対象領域をスキャンすることにより、対象領域内の対象点の３次元相対位置データを演算するようにしてもよい。或いは、レーザレンジファインダによる測定データとカメラによる撮影画像とをマッチングすることにより、対象点の３次元相対位置データを演算するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、GPSと自立航法の双方を用いて測量主体の３次元絶対座標データを取得しているが、変形例として、GPSを用いず自立航法のみで測量主体の３次元絶対座標データを取得して、それを本発明に従って基準点のデータに基づき補正するようにしてもよい。その場合、移動経路の実質的に全ての区間が上述した補正必要区間となることになる。

本発明に従う測量システムの一実施形態の概略的な全体構成を示すブロック図。 データ解析システム２の機能的な構成を示すブロック図。 表示・入力・補正制御部１４が表示するGUI画面の例を示す図。 車両軌跡補正部１５の機能構成を示したブロック図。 車両軌跡補正部の変形例１１５の機能構成を示したブロック図。 車両軌跡補正部の別の変形例２１５の機能構成を示したブロック図。 データ解析システムの変形例３０２の機能的な構成を示すブロック図。

符号の説明

１ データ収集システム
２、３０２ データ解析システム
３ 車両
４ GPS受信機
５ 慣性センサ
６ 走行距離計
７ 3次元画像データ収集装置（ステレオビジョンカメラ）
８ 車高センサ
９ データ記録装置
１１、３１１ 車両軌跡演算部
１２ ３次元画像演算部
１３ 座標変換部
１４ 表示・入力・補正制御部
１５、１１５、２１５ 車両軌跡補正部
４０ GUI画面
５１ 補正車両絶対位置演算部
５２、６２、７２ 補正データ演算部
６１、７１ 補正車両絶対位置・姿勢演算部
４０１ 自立航法部
４０５ カルマンフィルタ
４０７ 自立航法補正データ演算部
４１０ 自立航法演算式補正部

Claims (7)

1. 移動可能な測量主体（３）の絶対位置データ及び絶対姿勢データ（２５）をGPSと自立航法の一方又は双方を用いて演算し、且つ、前記測量主体（３）から見た複数の対象点の相対位置データ（２７）を演算し、演算された前記測量主体（３）の絶対位置データ及び絶対姿勢データ（２５）と前記複数の対象点の相対位置データ（２７）とに基づいて、前記複数の対象点の絶対位置データ（２９）を演算する測量システムにおいて、
   前記測量主体の移動経路中の一部又は全部の区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ（２５）又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式（４０１）を、所定の基準データ（３０）に基づいて補正する補正手段（１５、１１５、２１５、３１１）を備えた測量システム。
2. 前記補正手段（１５、１１５、２１５、３１１）が、
   前記区間において測定対象となった複数の対象点の中から一部の対象点を補正点として選定する補正点選定手段（３１）と、
   選定された前記補正点の基準絶対位置データ（３０）を入力する基準絶対位置入力手段と、
   入力された前記補正点の基準絶対位置（３０）に基づいて、前記区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式を補正する補正演算手段（５１〜５２、６１〜６２、７１〜７２、４０５〜４１０）とを有する請求項１記載の測量システム。
3. 前記補正演算手段（５１〜５２）が、入力された前記補正点の基準絶対位置データ（６６）と、前記区間において測定された前記補正点の相対位置データ（５４）と、前記区間において測定された前記測量主体の絶対姿勢データ（５３）とに基づいて、前記区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式を補正する請求項２記載の測量システム。
4. 前記対象点の相対位置データ（２７）を、前記測量主体から撮影した画像を用いたステレオ処理によって演算する場合であって、前記区間における特定時点で撮影された画像内に少なくとも３つの補正点が写っている場合において、
   前記補正演算手段（６１〜６２）が、前記少なくとも３つの補正点の基準絶対位置データ（５４A〜５４C）と、前記特定時点に撮影された画像を用いたステレオ処理により演算された前記少なくとも３つの複数の補正点の相対位置データ（６３A〜６３C）とに基づいて、前記区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式を補正する請求項２記載の測量システム。
5. 前記測量主体が前記対象点の画像を撮影するようになっている場合であって、前記区間における特定時点で撮影された一つの画像内に少なくとも４つの補正点が写っている場合において、
   前記補正演算手段（７１〜７２）が、前記少なくとも４つの補正点の基準絶対位置データ（５４A〜５４D）と、前記特定時点で撮影された一つの画像内における前記少なくとも４つの補正点の２次元位置データ（７３A〜７３D）とに基づいて、前記区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式を補正する請求項２記載の測量システム。
6. 前記測量主体の地表面からの高さデータを測定する高さ測定手段と、
   測定された前記高さデータと、前記測量主体の絶対位置データとに基づいて、前記移動経路における地表面の絶対プロファイルを演算する手段と
   を更に備えた請求項１記載の測量システム。
7. 移動可能な測量主体（３）の絶対位置データ及び絶対姿勢データ（２５）をGPSと自立航法の一方又は双方を用いて演算し、且つ、前記測量主体（３）から見た複数の対象点の相対位置データ（２７）を演算し、演算された前記測量主体（３）の絶対位置データ及び絶対姿勢データ（２５）と前記複数の対象点の相対位置データ（２７）とに基づいて、前記複数の対象点の絶対位置データ（２９）を演算する測量方法において、
   前記測量主体の移動経路中の一部又は全部の区間において前記自立航法により演算された前記測量主体の絶対位置データ（２５）又は前記区間において用いられる前記自立航法の演算式（４０１）を、所定の基準データ（３０）に基づいて補正するようにした測量方法。

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