JP2006003104A - 測量作業誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
測設作業、出来形測量作業の１人作業を可能とし、而も作業を容易とし、省力化と作業性の向上を図る。
【解決手段】
視準方向の映像を撮像する第１撮像部１９と、該第１撮像部に対して所定の間隔で設けられた第２撮像部２１と、視準方向の方位角を検出する方位角センサ２６と、前記第１撮像部、前記第２撮像部が撮像した第１画像、第２画像を記憶する記憶部２４と、少なくとも前記第１画像を表示する表示部１４と、第１画像、第２画像中の対象映像のずれと第１撮像部と第２撮像部との間隔とに基づき前記対象映像に係る映像対象迄の距離を演算する演算制御部２３とを具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は測量作業、例えば測設点の決定等の作業に於ける作業者の誘導を行う測量作業誘導装置に関するものである。

測量作業には、予め決められている位置を探して杭を打つ測設作業と、決められた範囲の中で適宜位置を測定する出来形測量作業とがある。

測設作業は、測量から土木分野迄幅広く行われ、現場に於いて杭を打つ作業である。測設作業は、目標とする測設点に移動する作業と、目標とする測設点を決定し、該測設点上に実際に杭を打つ作業から成っている。

測設作業では、先ず、トータルステーションで測量を行い、目標とする測設点へ作業者を誘導し、杭打ちを行う。杭打ちが完了すると、更に次の、杭を打つ測設点へ作業者を誘導する。現在では、この誘導を行う為の装置としてトータルステーションにＧＰＳが組合わされて用いられていることもある。更に、コンピュータとの連携システムにより、より速く簡単に目標とする測設点を決めることが可能になってきている。

図１２はその測量システムの一例を示している。図１２中、１はトータルステーション、２はポール、３はプリズムである。前記ポール２と前記プリズム３とによって測量ターゲット４が構成される。

前記トータルステーション１は、与点（既知点）Ｏに据付けられ、前記測量ターゲット４は求点（目標とする測設点）Ｏ′に立てられる。前記トータルステーション１側と前記ポール２側とには通常作業者がいて、該ポール２側の作業者は前記トータルステーション１側の作業者からの指示に従って、前記ポール２を求点Ｏ′に移動させる。測量作業は、前記トータルステーション１を用いて求点Ｏ′に置かれた前記ポール２の前記プリズム３を視準し、測距・測角により求点Ｏ′の水平座標位置を求める。

前記トータルステーション１には求点Ｏ′の水平座標位置が記憶され、該求点Ｏ′に杭打ちをする。更に、前記測量ターゲット４側の作業者に次の移動先の指示を与え、前記トータルステーション１側の作業者は順次移動先のポール２との距離及び方向角を求めるものである。而して、順次求点Ｏ′を決定し、求点Ｏ′に杭を打つ作業を行い、これを繰返す。

これに対して、出来形測量作業は、地盤の所定箇所を測定して、設計面との差分を求める測量作業であり、トータルステーション１側からポール２側の作業者をポイント（測定予定地点）に誘導するものである。該ポール２側の作業者は前記トータルステーション１からの指示に従って前記ポール２を測定予定地点上に移動させ、前記トータルステーション１側の作業者は移動先のポール２の距離及び方向角を求め、その測量値と記憶（記録）されている施工値とを比較する。最近では、位置測定を行う手段として、トータルステーション１に代えて、ＧＰＳ装置も使用される様になってきている。

上記した測量作業では、トータルステーション１側の作業者とポール２側の作業者の２人作業となり、而も相互に連絡を取りつつ行わなければならない煩雑な作業であり、精神的・肉体的に非常に重労働である。１測点に対して熟練作業者であれば１〜３分程度で測量が完了する。この間、該ポール２側の作業者は、常に自分の位置と目標とする求点とを意識する必要があるが、自分の位置、求点に関する情報は前記トータルステーション１側の作業者からの指示、情報のみであり、前記ポール２側の作業者の判断で作業することが困難であり、作業性が悪いという問題があった。

更に、トータルステーションによる作業は高精度であるが、作業によっては必ずしも高精度を要求せず１人のより簡単な作業が好ましい場合も多い。

尚、トータルステーションを用いて測量作業を行うものとして、例えば特許文献１に示されるものがあり、該特許文献１では、２人作業で行われる測量作業が示されている。

特開２００１−１５３６５４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測設作業、出来形測量作業の１人作業を可能とし、而も作業を容易とし、省力化と作業性の向上を図るものである。

本発明は、視準方向の映像を撮像する第１撮像部と、該第１撮像部に対して所定の間隔で設けられた第２撮像部と、視準方向の方位角を検出する方位角センサと、前記第１撮像部、前記第２撮像部が撮像した第１画像、第２画像を記憶する記憶部と、少なくとも前記第１画像を表示する表示部と、第１画像、第２画像中の対象映像のずれと第１撮像部と第２撮像部との間隔とに基づき前記対象映像に係る映像対象迄の距離を演算する演算制御部とを具備する測量作業誘導装置に係り、又測量作業誘導装置が設置された位置座標が既知であり、前記記憶部に施工データが格納され、前記演算制御部は前記位置座標と前記方位角センサが検出した方位角とを基に前記施工データの視準方向のデータを前記第１画像に重ね表示する様構成した測量作業誘導装置に係り、又前記表示部はタッチセンサを具備し、該タッチセンサにより前記表示部中で対象映像を指示することで、測量作業誘導装置の設置位置を基準とした対象映像に係る映像対象の位置、方位が前記表示部に表示される様構成した測量作業誘導装置に係り、又測量作業誘導装置が既知点から離隔された位置に設置され、既知点を視準することで既知点と離隔された位置との間の距離を演算し、演算された距離と前記方位角センサで検出された既知点に対する方位角に基づき離隔された位置を測定する測量作業誘導装置に係り、又ＧＰＳ装置を具備し、既知点は該ＧＰＳ装置の測定によって与えられる測量作業誘導装置に係り、更に又測量作業誘導装置が傾斜検出センサを具備すると共にポールに取付けられ、前記傾斜検出センサの検出結果で、測量作業誘導装置の位置座標が補正される測量作業誘導装置に係るものである。

本発明によれば、視準方向の映像を撮像する第１撮像部と、該第１撮像部に対して所定の間隔で設けられた第２撮像部と、視準方向の方位角を検出する方位角センサと、前記第１撮像部、前記第２撮像部が撮像した第１画像、第２画像を記憶する記憶部と、少なくとも前記第１画像を表示する表示部と、第１画像、第２画像中の対象映像のずれと第１撮像部と第２撮像部との間隔とに基づき前記対象映像に係る映像対象迄の距離を演算する演算制御部とを具備するので、トータルステーションによる測定作業無しに、測定点の決定、測定が可能であり、１人作業が可能となり、測設作業、出来形測量作業の省力化と作業性の向上が図れる。

又、本発明によれば、測量作業誘導装置が設置された位置座標が既知であり、前記記憶部に施工データが格納され、前記演算制御部は前記位置座標と前記方位角センサが検出した方位角とを基に前記施工データの視準方向のデータを前記第１画像に重ね表示する様構成したので、測定点の決定、測定点への移動が視覚的に判断でき、作業者の負担が軽減し、作業性が向上する。

又、本発明によれば、前記表示部はタッチセンサを具備し、該タッチセンサにより前記表示部中で対象映像を指示することで、測量作業誘導装置の設置位置を基準とした対象映像に係る映像対象の位置、方位が前記表示部に表示される様構成したので、画像中の任意な映像対象の位置が直ちに把握でき、誤作業の防止が図れ、作業性が向上する。

又、本発明によれば、測量作業誘導装置が既知点から離隔された位置に設置され、既知点を視準することで既知点と離隔された位置との間の距離を演算し、演算された距離と前記方位角センサで検出された既知点に対する方位角に基づき離隔された位置を測定するので、１人作業で既知位置に対する測定点の測量が簡単に行える。

又、本発明によれば、ＧＰＳ装置を具備し、既知点は該ＧＰＳ装置の測定によって与えられるので、既知点がない場合でも測定が可能となる。

又、本発明によれば、測量作業誘導装置が傾斜検出センサを具備すると共にポールに取付けられ、前記傾斜検出センサの検出結果で、測量作業誘導装置の位置座標が補正されるので、ポールが傾いている場合でも正確な測定結果が得られ、測定精度が向上する等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

本発明に係る測量作業誘導装置では、ポールを操作する１人の作業者によって、例えば測設作業が実施される。又、測量作業誘導装置はポールに取付けられて作業されると共に測量作業誘導装置単独でも作業が可能である。

図１〜図４に於いて測量作業誘導装置１０について説明する。

図１は測量作業誘導装置１０をポール９に取付けた状態を示しており、前記測量作業誘導装置１０は前記ポール９に対して着脱可能である。

前記測量作業誘導装置１０は、誘導装置本体１１を有し、該誘導装置本体１１の側部にポール取付け部１２が設けられ、該ポール取付け部１２には前記ポール９が挿脱可能であり、固定螺子１３により前記誘導装置本体１１を前記ポール９に固定可能となっている。

前記誘導装置本体１１の正面には、液晶装置等の表示部１４が設けられ、該表示部１４にはタッチパネル１５が設けられている。前記表示部１４の下側には、電源スイッチ等のスイッチが所要数配設されたキー操作部１６が設けられ、該キー操作部１６及び前記タッチパネル１５により操作部１７が構成される。

前記誘導装置本体１１の上部には、撮像装置１８が設けられ、該撮像装置１８は主撮像部である第１撮像部１９、副撮像部である第２撮像部２１を具備し、前記表示部１４と反対側に対物レンズを有し、作業者が前記表示部１４を見る視線と同方向の景色の画像を撮像可能となっている。

前記第１撮像部１９、前記第２撮像部２１は、それぞれデジタルカメラに代表される様に、撮像画像をデジタル画像信号として出力するものであり、撮像素子として例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の多数の画素（ピクセル）の集合体から成るものが用いられ、各ピクセルの番地（受光素子上の位置）が特定可能となっている。

又、前記第１撮像部１９の光軸と、前記第２撮像部２１の光軸とは平行であり、２つの光軸は所定の間隔（既知の値Ｄ）となっている。

前記誘導装置本体１１の内部には演算制御部２３、記憶部２４が設けられており、該記憶部２４には測量作業誘導装置１０を動作させる為のシーケンスプログラム、或は画像処理、例えば前記第１撮像部１９、前記第２撮像部２１の撮像画像エッジ処理等の処理を行う画像処理プログラム、前記第１撮像部１９、前記第２撮像部２１の２つの撮像画像を比較して両画像中に含まれる共通の２つの映像対象についての映像（以下、対象映像と称する）間の偏差（受光素子上でのピクセル間の偏差）を求め、該偏差と前記第１撮像部１９と前記第２撮像部２１との光軸間の距離に基づき前記測量作業誘導装置１０と測定対象間の距離を測定する距離演算プログラムを格納し、後述する傾斜検出センサ２５の検出結果を基に水平位置の修正を行う水平位置修正プログラム等の所要のプログラムが格納され、又設置物の画像、施工計画図等の施工に関するデータ（以下、施工データ）、建物等を表すＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）が格納されている。

又、前記記憶部２４としては、前記誘導装置本体１１に内蔵した半導体メモリ、或は該誘導装置本体１１に対して着脱可能な記録媒体、例えばＦＤ、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、メモリカード等種々の記録媒体が採用可能である。

前記誘導装置本体１１には、傾斜検出センサ２５、前記撮像装置１８の視準方向の方位角を検出する方位角センサ２６が設けられており、前記傾斜検出センサ２５、前記方位角センサ２６の検出結果は前記演算制御部２３に出力される様になっている。前記傾斜検出センサ２５は前記測量作業誘導装置１０の鉛直姿勢に対する傾きを検出可能となっており、該測量作業誘導装置１０が前記ポール９に取付けられた場合に、前記測量作業誘導装置１０の傾き、即ち前記ポール９の傾きを検出可能となっている。又前記方位角センサ２６は、例えばジャイロセンサ、磁気による方位角センサが用いられ、具体的には前記第１撮像部１９、前記第２撮像部２１の撮像方向の方位を検出可能となっている。

以下、図５〜図８を参照し、前記測量作業誘導装置１０が前記ポール９に取付けられた場合について説明する。尚、前記測量作業誘導装置１０は前記ポール９に対して、該ポール９下端から前記撮像装置１８の光軸迄の距離が既知の値Ｌに設定されている。

前記ポール９を既知点Ｏに設置し、前記測量作業誘導装置１０を作動して該測量作業誘導装置１０に前記操作部１７を介して、前記既知点Ｏの平面座標値（位置データ）を入力する。

前記演算制御部２３の作動により、シーケンスプログラムが起動され、前記傾斜検出センサ２５、前記方位角センサ２６からそれぞれ信号が取込まれ、前記傾斜検出センサ２５からの傾斜角信号、前記距離Ｌを基に、前記撮像装置１８の位置がポール９下端の位置に修正される。

前記撮像装置１８を、測設点の方向に向ける。前記第１撮像部１９と前記第２撮像部２１によりそれぞれ測設点の方向（視準方向）を撮像し（図５、図７参照）、撮像された画像はデジタル画像信号として前記演算制御部２３に送出され、該演算制御部２３を介して前記記憶部２４に第１画像信号、第２画像信号として記憶される。又、前記表示部１４には前記第１撮像部１９で撮像された撮像画像２７が表示される。

前記演算制御部２３は、前記第１画像信号、前記第２画像信号を、それぞれエッジ処理し、更に第１画像信号中の対象映像と該対象映像に相当する第２画像信号中の対象映像とが関連付けられる。画像中の建築物、木、石等形状を有するものの映像（対象映像）を例えばテンプレートマッチングで判別可能である。

尚、画像間の関連付けの作業で、前記第１撮像部１９と第２撮像部２１とは固定的に配置され、且つ位置関係が既知Ｄであるので、前記第１撮像部１９と第２撮像部２１とにより個別に撮像した画像を関連付ける際の様に、左右カメラの傾きを求めるのに必要な最低６点の標定点は必要なく、左右画像は簡単に関連付けが行える。

次に、第１画像信号と第２画像信号とで関連付けられマッチングされた、画像中の個々の対象画像について既知点Ｏからの距離を演算する。距離の演算の概略を図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）により説明する。

対象物２８迄の距離をＨとすると、図９（Ａ）の関係があり、前記第１撮像部１９から前記対象物２８に対する角度をα、前記第２撮像部２１から前記対象物２８に対する角度をβとすると、Ｈは下記式１で表される。

Ｈ＝Ｄ（ｔａｎα×ｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ） …（式１）

又、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示す様に、前記第１撮像部１９の結像レンズ２９の焦点距離をｆ1 、前記第１撮像部１９の受光素子３０上の変位をＥ1 、又前記第２撮像部２１の結像レンズ３１の焦点距離をｆ2 とし、前記第２撮像部２１の受光素子３２上の変位をＥ2 とすると、Ｈは下記式３で表される。

ｔａｎα＝ｆ1 ／Ｅ1 、ｔａｎβ＝ｆ2 ／Ｅ2 …（式２）

Ｈ＝Ｄ（ｆ1 ×ｆ2 ）／Ｅ1 ×Ｅ2 （ｆ1 ／Ｅ1 ＋ｆ2 ／Ｅ2 ） …（式３）

式３に於いて、Ｄ、ｆ1 、ｆ2 は既知であり、Ｅ1 、Ｅ2 は受光素子３０，３２上のピクセルの位置から求めることができるので、第１画像信号と第２画像信号中の個々の対象映像について既知点Ｏからの距離を演算することができる。

而して、前記撮像画像２７中の個々の対象映像についての既知点Ｏとの距離が演算される。

次に、既知点Ｏと対象映像の距離と位置に基づいて前記記憶部２４から、演算された距離、前記方位角センサ２６で検出された方位角にマッチングした施工データが呼込まれ、前記撮像画像２７に重ねて表示される。施工データは、例えば、図５、図８に示される様に杭打ち予定位置（測設点Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１４）を示すものである。杭打ち予定位置は座標位置データを有しており、前記対象映像の位置と比較して表示されることで、立体的な表示がなされる。例えば、杭打ち予定位置Ｎｏ．１４の前に障害物がある場合は、杭は障害物に一部或は全部が隠れる等である。

又、座標位置データが重ね表示された撮像画像２７の、次の杭打ち予定位置、例えばＮｏ．１２を画面上でタッチペンでタッチすると、タッチパネルが作動し、前記表示部１４の表示が、座標表示３４に切替り（図６参照）、座標表示３４中に、既知点Ｏに対するＮｏ．１２の方向が表示されると共にＮｏ．１２の方向、方位角、距離が数値表示される。尚、タッチペンで撮像画像２７中の所望の対象映像をタッチすることで該対象映像の方位角、距離が数値表示される。

作業者は、実際に目視している景色と前記撮像画像２７との比較により、測設点Ｎｏ．１２の概略の位置を把握でき、更に前記座標表示３４により移動すべき方向、移動距離が容易に把握でき、測設点Ｎｏ．１２へ迅速に移動できる。

作業者は、画像を確認しながら測設点Ｎｏ．１２へ移動し、表示に従い表示された位置に一致する点に杭を打つ。

出来形測量作業を行う場合は、既知点Ｏから離隔した測定点に移動する。

上記したと同様に、前記撮像装置１８により目標とする測定点方向を視準し、前記第１撮像部１９、第２撮像部２１により測定点方向を撮像し、画像処理を行い、画像中の対象映像について距離を演算する。

前記操作部１７から測定点の座標値を入力する。前記演算制御部２３は前記撮像画像２７上での測定点の位置を演算し、該撮像画像２７上に測定点を表示する。

作業者は、測定点が撮像画像２７上に表示されるので、迅速に移動することができる。この場合、前記撮像画像２７上でタッチペンで測定点を指示することで、既知点Ｏからの方向、移動距離を表示させることも可能である。

尚、作業者は移動する際に、既知点Ｏに目標となる杭等を立設する等が好ましい。

測定点に移動すると、前記既知点Ｏに対して離隔した測定点に前記ポール９を立設し、前記測量作業誘導装置１０で既知点Ｏの前記杭を視準し、前記撮像装置１８により杭を含む画像を撮像する。

前記杭を視準することで、前記測定点から既知点Ｏに対する方位が前記方位角センサ２６で検出され、更に第１撮像部１９と第２撮像部２１で撮像した画像データから既知点Ｏと測定点間の距離が演算され、前記既知点Ｏの座標値に基づき測定点の位置が測定される。尚、予定した測定点を正確に測定する場合は、予定した測定点と実際のポール９の位置との偏差、方向が表示される様にし、偏差が０になる様、前記表示部１４を見ながら前記測量作業誘導装置１０を移動させ、偏差が０となった位置を測定点として決定してもよい。

尚、上記説明では測量作業誘導装置１０をポール９に取付けた場合を説明したが、測量作業誘導装置１０単独で作業を行ってもよい。

図１０、図１１はＧＰＳ装置を設け、測量作業誘導装置１０の位置を測定可能としたものである。

ポール９の上端にＧＰＳ装置（汎地球測位システム）３５を設け、ポール９が立設される平面座標位置を測定できる様にしたものである。ＧＰＳ装置３５を設けることで、既知点がなくても測量が実施可能となる。

尚、前記ＧＰＳ装置３５は前記測量作業誘導装置１０に直接設けてもよい。

本発明の実施の形態に係る測量作業誘導装置の使用例を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す背面図である。 本発明の実施の形態に係る測量作業誘導装置の要部ブロック図である。 本発明の実施の形態の作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける表示の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける撮像装置の撮像状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける表示の一例を示す説明図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は２の画像から距離を演算する場合の説明図である。 本発明の他の実施の形態を示す正面図である。 本発明の他の実施の形態を示す要部ブロック図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

９ ポール
１０ 測量作業誘導装置
１１ 誘導装置本体
１４ 表示部
１５ タッチパネル
１６ キー操作部
１７ 操作部
１８ 撮像装置
１９ 第１撮像部
２１ 第２撮像部
２３ 演算制御部
２４ 記憶部
２５ 傾斜検出センサ
２６ 方位角センサ
３５ ＧＰＳ装置

Claims (6)

1. 視準方向の映像を撮像する第１撮像部と、該第１撮像部に対して所定の間隔で設けられた第２撮像部と、視準方向の方位角を検出する方位角センサと、前記第１撮像部、前記第２撮像部が撮像した第１画像、第２画像を記憶する記憶部と、少なくとも前記第１画像を表示する表示部と、第１画像、第２画像中の対象映像のずれと第１撮像部と第２撮像部との間隔とに基づき前記対象映像に係る映像対象迄の距離を演算する演算制御部とを具備することを特徴とする測量作業誘導装置。
2. 測量作業誘導装置が設置された位置座標が既知であり、前記記憶部に施工データが格納され、前記演算制御部は前記位置座標と前記方位角センサが検出した方位角とを基に前記施工データの視準方向のデータを前記第１画像に重ね表示する様構成した請求項１の測量作業誘導装置。
3. 前記表示部はタッチセンサを具備し、該タッチセンサにより前記表示部中で対象映像を指示することで、測量作業誘導装置の設置位置を基準とした対象映像に係る映像対象の位置、方位が前記表示部に表示される様構成した請求項１の測量作業誘導装置。
4. 測量作業誘導装置が既知点から離隔された位置に設置され、既知点を視準することで既知点と離隔された位置との間の距離を演算し、演算された距離と前記方位角センサで検出された既知点に対する方位角に基づき離隔された位置を測定する請求項１の測量作業誘導装置。
5. ＧＰＳ装置を具備し、既知点は該ＧＰＳ装置の測定によって与えられる請求項２又は請求項４の測量作業誘導装置。
6. 測量作業誘導装置が傾斜検出センサを具備すると共にポールに取付けられ、前記傾斜検出センサの検出結果で、測量作業誘導装置の位置座標が補正される請求項１又は請求項５の測量作業誘導装置。

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