JP2006234776A - 自動測量システム、自動測量機器、自動測量方法、及び自動測量プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 自動測量機器を用いた自動測量技術において、自動測量機器の変位による計測結果の誤差を低減する。
【解決手段】 測量対象である標的と、当該標的と異なる２箇所に配置された固定点と、の座標を計測する座標計測手段と、前記座標計測手段によって計測した固定点の座標を初期座標として記録する記録手段と、前記座標計測手段によって再度計測された固定点の座標と前記初期座標とが一致するか否かを判断する座標判別手段と、前記固定点の座標と初期座標が一致しないときに、前記固定点の変位を算出する変位算出手段と、前記固定点の変位に基づいて補正量を算出し、座標計測手段によって計測された標的の座標を補正する座標補正手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダムや橋梁などの広域な領域を測量する場合に特に好適である自動測量技術に関するものである。

従来の測量方法としては、図１０に示すように、特定の位置にトランシット等の測量機器１００を設置し、この測量機器１００によって測量対象となる標的１０１の位置を計測していた。トランシットは、鉛直に立ち水平方向に回転する鉛直軸と、鉛直軸の真上でかつ直角に位置する水平軸、その水平軸を中心として鉛直方向に回転する望遠鏡からなり、鉛直軸と水平軸の回転により、鉛直角、水平角を測定する。このトランシットによって測量を行う際は、トランシットを水平に保たなければならず、測量開始前に人力により測量機器１００を水平に調整しなければならなかった。

また、大規模なダムにおいては、ダムの水位によりその法面が変位するため、施工時のみでなく、施工後も継続的に法面の変位を計測することが要される。時には、継続的に１日に数回計測しなければならないこともあった。このような継続的な測量においては、前記トランシットを用いると、人力で作業を行わなければならず作業効率が低下していた。従って、継続的な測量においては、自動追尾型トータルステーション（以下、トータルステーションという。）等の自動測量機器を用いていた。

前記トータルステーションとは、計測機器と標的との間に光を往復させて標的の座標を測定する機器である。トータルステーションは、光波を用いて自動で測量を行うため、作業効率の向上を図ることができた。しかし、長期間に亘って継続的な測量を行うと、設置されているトータルステーション自体が地盤の変位により傾くことがあり、正確な標的の座標を測ることが困難であった。

特に、ダム等の広域な領域における測量では、自動測量機器と標的との距離が長いため、微小な自動測量機器の変位であっても、計測結果に大きな誤差が生じることがあった。

本発明は前記種々の問題に鑑みてなされたものであり、自動測量機器を用いた自動測量技術において、自動測量機器の変位による計測結果の誤差を低減することを目的とする。

本発明は、測量対象である標的と、当該標的と異なる２箇所に配置された固定点と、の座標を計測する座標計測手段と、前記座標計測手段によって計測した固定点の座標を初期座標として記録する記録手段と、前記座標計測手段によって再度計測された固定点の座標と前記初期座標とが一致するか否かを判断する座標判別手段と、前記固定点の座標と初期座標が一致しないときに、前記固定点の変位を算出する変位算出手段と、前記固定点の変位に基づいて自動測量機器の変位を算出し、座標計測手段によって計測された標的の座標を補正する座標補正手段と、を備えることを特徴とする自動測量システムである。

本発明は、予め固定点の座標を計測して初期座標とし、標的と固定点の座標を計測する度に、計測した固定点の座標と初期座標が一致しているか否かを判断して、固定点が変位しているか否かを判別する。前記固定点は、標的と比較して良好な地質及び岩盤に設置さ
れており、変位しにくい点である。よって、前記固定点の変位が算出されたときは、自動測量機器が変位していると判断する。

自動測量機器が変位しているときは、計測した標的の座標は誤差があるといえるため、固定点の変位に基づいて標的の補正量を算出する。具体的には、固定点の変位から自動測量機器の変位を求め、標的の補正量を算出する。この際、固定点を２点設けて変位を算出するため、自動測量機器の３次元の変位を算出することができる。この自動測量機器の変位に基づいて、計測した標的の座標の補正量を算出し、補正を行うことで、自動測量機器の変位による計測の誤差を少なくすることが可能となる。

また、補正量は、前記固定点の変位に基づいて自動測量機器の傾きの変位を算出し、この自動測量機器の傾きに基づいて算出する鉛直成分の補正量であることを特徴とすることが望ましい。

自動測量機器が傾斜すると計測する標的の座標の誤差が生じる。例えば、地盤から約１ｍの高さに設置された自動測量機器の傾きが３０秒変位して５００ｍ離れた標的の座標を計測する場合、標的の水平成分の誤差は約０．１４５ｍｍである。一方、鉛直成分の誤差は約７２ｍｍとなる。

すなわち、鉛直成分は標的までの測定距離に影響されるため、水平成分に比べて誤差が大きくなる。従って、自動測量機器の傾斜による標的の鉛直成分に着目して補正をすることにより計測結果の誤差を効率よく縮減することができる。

さらに、本発明に係る自動測量システムは、前記測量対象となる標的が、ダム、橋梁等の広域な範囲に複数設置されており、これらの標的を継続的に測量することを特徴とすることが望ましい。広域な領域の測量においては、自動測量機器が変位すると、標的までの距離が長いため、微小な変位であっても計測結果に大きな誤差が生ずるため、本発明に係る自動測量システムを好適に用いることができる。

また、自動測量機器の設置箇所は、出来る限り変位が少ないことが望ましく、前記固定点の設置箇所と同様に、地質と岩盤が良好な変位の少ない場所を選択する。しかし、継続的な測量においては、その測量期間が長期間に亘ることが多々あり、時間の経過に伴う微小な変位を防ぐことは困難である。しかし、本発明に係る自動測量システムによれば、自動測量機器が変位しても、その変位に基づいて計測結果を補正することができ、好適に用いることができる。

さらに、本発明は、前記自動測量システムを備えた自動測量機器であって、前記標的と固定点に対して光を往復させて、光波によって座標を計測することを特徴とする自動測量機器である。前記光波を用いた自動測量機器は、据付は人力によって行うものの、その後の測量は、自動で行うことができ、その測量時間も短いため複数の標的を継続的に測量する際に好適に用いることができる。また、自動測量機器が変位しても、前記補正を行うことにより、計測結果の誤差を修正することができる。

また、本発明は、自動測量機器を用いて標的の座標を測量する自動測量方法であって、前記標的と異なる２箇所に配置された固定点の座標を計測する第一工程と、前記第一工程によって計測した固定点の座標を初期座標として設定する第二工程と、再度、前記標的と固定点の座標を計測する第三工程と、前記第三工程によって計測した固定点の座標と前記初期座標とを比較し、固定点の座標の変位を算出する第四工程と、前記第四工程によって算出された座標の変位から補正量を算出し、前記第三工程によって得られた標的の座標の値を前記補正量によって補正する第五工程と、を備えることを特徴とする。

前記自動測量方法によれば、予め設定した固定点の初期座標に基づいて、固定点の変位を算出し、自動測量機器が変位したか否かを判別することができる。また、自動測量機器が変位したときには、その変位量を算出し、標的を補正することが可能である。従って、自動測量機器が変位しても、その変位による計測結果の誤差を少なくすることができる。

さらに、本発明に係る自動測量方法は、前記第三工程から第五工程を繰り返し行い、継続的に標的の座標を計測することを特徴とすることが望ましい。前述のように継続的な測量においては、持続計測機器が変位して、計測結果に誤差が生じることが多々ある。しかし、前記自動測量方法によれば、自動測量機器の変位による計測結果の誤差を少なくすることができるため、継続的な測量において好適に用いることができる。

また、本発明は、継続的に標的の座標を計測する自動測量機器に接続された情報処理端末において実行可能な自動測量プログラムであって、測量対象である標的から離間した２箇所に配置された固定点の座標を取得する第一ステップと、第一ステップで計測した座標を初期座標として設定するステップと、前記標的と固定点の座標を繰り返し取得するステップと、前記で取得した固定点の座標と前記初期座標とを比較して、固定点の座標の変位を算出するステップと、前記座標の変位から補正量を算出するステップと、前記補正量に基づいて標的の座標を補正するステップと、からなる情報処理端末において実行可能な自動測量プログラムである。

前記自動測量機器に接続された情報処理端末において前記プログラムを実行することにより、自動測量機器の変位による計測結果の誤差を少なくして、計測する標的の座標の精度を向上させることができる。

以上のように本発明によれば、固定点の初期座標に基づいて標的の計測結果を補正することができるため、自動計測器の変位に伴う計測結果の誤差を低減することが可能となる。

以下、本発明に係る自動測量方法の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、ロックフィルダムの法面に設置された標的の測量である。図１は、本実施の形態に係る自動測量システムの構成概略図であり、図２は、測量対象となる標的が配置されたロックフィルダムの平面図である。

１は、自動測量機器としての光波測量器であり、測量対象である標的に光波を発し、その反射光を受光することにより、標的までの距離・角度を測定し、標的の座標を検出する。光波測量器は、変位が少ないとされる岩盤であって良好な地質に配置されている。測量の基準となる地点であり、出来る限り変位が少ないことが望ましいためである。

２は、標的であり、ロックフィルダムの法面に複数設置されている。標的には、光波測量器からの光波を受光し、反射するためのミラーが設置されている。本実施の形態に係る測量では、全ての標的について３時間毎に座標の計測を行う。

３は、固定点であり、前記光波測量器の設置点と同様に、変位が少ないとされる岩盤であって良好な地質に設置されている。本実施の形態に係る測定方法は、前記固定点の座標に基づいて光波測量器の変位を算出しており、固定点の変位がないと仮定するためである。

次いで、図３に示すフローチャートに基づいて、本実施の形態に係る自動測量方法を詳細に説明する。まず、地質と岩盤が良好な地面を３箇所選択し、それぞれに光波測量器１と２箇所の固定点３ａ，３ｂを設置する。尚、光波測量器の設置する箇所は、全ての標的２と固定点３ａ、３ｂに光波が届くような上方に設置する。

継続的な測量を始める前に、初期座標を設定するため固定点３ａ，３ｂの座標を計測する（ステップ１）。この座標は、前記光波測量器を基準とした距離と角度から算出する。前記で計測した座標を初期座標として設定する（ステップ２）。

初期座標を設定した後、継続的な測量を開始する。本実施の形態では、３時間毎に標的を測量し、ロックフィルダムの法面の変位を監視する。光波測量器１を用いて、標的２と固定点３ａ，３ｂの座標を計測する（ステップ３）。計測した固定点の座標（以下、計測固定座標とする）と初期座標とを比較し、両座標が一致するか否かを判別する（ステップ４）。

計測固定座標と初期座標とが一致する場合は、光波測量器１の変位はないと判断して、計測した標的２の座標を補正せず、その座標を計測結果とする（ステップ５）。

一方、計測固定座標と初期座標とが一致しない場合には、光波測量器１が変位したと判断して、計測した標的２の座標を補正する（ステップ６）。ここで補正の原理を図４に基づいて説明する。尚、この説明においては、角度のみに着目し、固定点を１点としている。また、光波測量器１以外の標的２と固定点３は変位しないと仮定する。

図４（ａ）は、初期座標を計測した状態である。光波測量器１は、その垂直方向に基準線Ｘを設定しており、この基準線Ｘからの下がり角度によって、対象物が位置する角度を計測する。光波測量器１の基準線Ｘから固定点３までの下がり角度はαであり、光波測量器１の基準線Ｘから標的２までの下がり角度はβである。このαとβは初期座標（角度）となる。

次いで、再度標的２と固定点３までの下がり角度を計測する。光波測量器１の基準線Ｘからの下がり角度がそれぞれαとβであれば、計測座標と初期座標とが一致するため、光波測量器１は変位していないと判断する。

一方、図４（ｂ）に示すように光波測量器１の基準線Ｘから固定点３までの下がり角度がα１（α１＜α）、光波測量器１から標的２までの下がり角度がβ１（β１＜β）の場合は、固定点３の下がり角度の差（α−α１）光波測量器１が傾いていると判断する。このときの補正量は、光波測量器１の傾きである（α−α１）となる。よって、図４（ｃ）に示すように、光波測量器１から標的２までの下がり角度β１に補正量（α−α１）を加えた角度に標的２が位置しているとして、座標を算出する。このように、固定点３の角度差を補正量として、計測した標的２の座標値を補正する。

次いで、光波測量器１を用いた自動測量において、光波測量器１が傾きを示した場合の補正量の計算について詳細に説明する。図５は、固定点３ａ，３ｂの傾き状況を示す概略図であり、図６は、図５のＡ拡大図である。前記補正の原理では、固定点を１点として１方向のみの補正方法を説明したが、本実施の形態に係る測量の補正では固定点は２点である。

まず、光波測量器１の鉛直方向の傾き量を算出する。鉛直方向の傾き量は、光波測量器１において計測した固定点３ａ，３ｂの座標から算出する。
光波測量器１から固定点３ａ方向をＸ軸として、この方向の傾き量をσとする。
σ＝固定点３ａの鉛直角計測値−固定点３ａの初期鉛直角計測値
Ｘ軸に対して直交する方向をＹ軸として、このＹ軸方向傾き量をμとする。
μ１＝固定点３ｂの鉛直角計測値−固定点３ｂの初期鉛直角計測値
μ＝（μ１−σｃｏｓα）／ｃｏｓ（９０−α）
α：光波測量器を中心として固定点３ａと固定点３ｂとがなす角度

光波測量器１の鉛直方向の傾き量をθとする。
θ＝√（σ^２＋μ^２）
光波測量器１の傾き方向角をλとする。
λ＝Ａｔａｎ（μ／σ）

以上の計算から光波測量器１がＸ軸方向にσ、Ｙ軸方向にμの傾きを示した場合の固定点３ａ，３ｂと各標的２の補正量を以下の式により算出する。
・固定点３ａの補正角（Δ３ａ）
Δ３ａ＝ｃｏｓλ×θ
・固定点３ｂの補正角
Δ３ｂ＝ｃｏｓ（α−λ）×θ
・標的２の補正角（Δ２）
Δ２＝ｃｏｓ（β−λ）×θ

以上より、固定点３ａ，３ｂと各標的２における測定鉛直角（Ｖ）の補正は以下にようになる。
・ 固定点３ａの補正鉛直角（ＶΔ３ａ）
ＶΔ３ａ＝Ｖ３ａ＋Δ３ａ
ＶΔ３ａ：補正後鉛直角
Ｖ３ａ ：測定鉛直角
Δ３ａ ：鉛直角補正量
・ 固定点３ｂの補正鉛直角（ＶΔ３ｂ）
ＶΔ３ｂ＝Ｖ３ｂ＋Δ３ｂ
ＶΔ３ｂ：補正後鉛直角
Ｖ３ｂ ：測定鉛直角
Δ３ｂ ：鉛直角補正量
・ 標的２の補正鉛直角（ＶΔ２）
ＶΔ２＝Ｖ２＋Δ２
ＶΔ２：補正後鉛直角
Ｖ２ ：測定鉛直角
Δ２ ：鉛直角補正量

以上より標的の補正量を算出し、計測した座標を補正し、この補正した値を計測結果とする（ステップ７）。次いで、継続して計測を行う際は、再度、固定点３ａ，３ｂと標的２の座標の計測を行う（ステップ３）。また、計測を終了する場合には、処理を終える（ステップ８）。

以上のように、本実施の形態に係る光波測量器の補正方法によれば、予め計測した初期座標に基づいて、光波測定器１の傾きによる計測結果の誤差を補正することが可能となる。

＜実験例＞
前記実施の形態に係る自動測量方法を用いて、ロックフィルダムの法面変位の測量を行った。

（実験方法）
図２に示したロックフィルダムの固定点３ａ，３ｂと標的２の変位を継続的に計測した。計測は３時間毎に６月から８月までの約３ヶ月間行い、各点において３回計測し平均値を採用した。

（実験結果）
図７、８、９は、それぞれ固定点３ａ、３ｂ、標的２の計測結果を示したグラフである。各図の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、気温、雨量、上流方向の変位、左右岸方向の変位、鉛直方向の変位を表している。各図の（ｃ）〜（ｅ）の変位のグラフには、それぞれ、光波測量器１の傾きによる誤差を補正した値と、補正を行わない計測値と、が表示されており、図９に示す標的２の計測結果では、従来方法による測定結果も併せて表示されている。

図７、図８に示す固定点３ａ，３ｂは、変位が少ない点を選択しているため、変位値は０に近いと想定される。しかし、補正前の鉛直方向の値は、ばらつきが多く、変位が０に近づいていない。特に雨量が多い際に顕著にばらつきが見られる。一方、補正後の鉛直方向の値は、固定点３ａ、３ｂ共に、ほぼ０を示している。すなわち、補正を行うことにより、光波測量器１の変位による誤差を効果的に低減することができることがわかった。

図９は、標的２の計測結果である。図８（ｃ）から（ｅ）は、各方向における変位を示しており、その値は連続した値となると想定される。しかし、補正前は値のばらつきが目立ち、特に、７月１１日から２１までの値は、前後の日程と比べて値が大幅に変位している。一方、補正後の値は、全体的に連続した値となっており、光波測量器の変位による誤差が低減されたことがわかった。また、補正後の計測結果と従来方法の計測結果とを比較すると、その値はほぼ一致した。従来の測量方法は、測量の度に測量器の水平レベルを合わせるため、測量器の変位は補正されていると考えられており、このことからも前記補正によって測量器の傾きによる誤差が低減されているといえる。

以上の実験結果より、本実施の形態に係る測量方法によれば、光波測定器１の変位による測量結果の誤差を効果的に低減できることがわかった。

本実施の形態に係る自動測量システムの構成概略図である。 測量対象となる標的が配置されたロックフィルダムの平面図である。 本実施の形態に係る自動測量処理を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る補正の原理の説明概略図である。 固定点の傾き状況を示す概略図である。 図５のＡ拡大図である。 実験例における固定点３ａの計測結果を示すグラフである。 実験例における固定点３ｂの計測結果を示すグラフである。 実験例における標的２の計測結果を示すグラフである。 従来の測量方法を示す概略図である。

符号の説明

１ 光波測量器
２ 標的
３ａ，３ｂ 固定点

Claims (7)

1. 測量対象である標的と、当該標的と異なる２箇所に配置された固定点と、の座標を計測する座標計測手段と、
   前記座標計測手段によって計測した固定点の座標を初期座標として記録する記録手段と、
   前記座標計測手段によって再度計測された固定点の座標と前記初期座標とが一致するか否かを判断する座標判別手段と、
   前記固定点の座標と初期座標が一致しないときに、前記固定点の変位を算出する変位算出手段と、
   前記固定点の変位に基づいて補正量を算出し、座標計測手段によって計測された標的の座標を補正する座標補正手段と、を備えることを特徴とする自動測量システム。
2. 前記補正量は、前記固定点の変位に基づいて自動測量機器の傾きの変位を算出し、この自動測量機器の傾きに基づいて算出する鉛直成分の補正量であることを特徴とする請求項１に記載の自動測量システム。
3. 前記測量対象となる標的は、ダム、橋梁等の広域な範囲に複数設置されており、これらの標的を継続的に測量することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動測量システム。
4. 前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動測量システムを備えた自動測量機器であって、
   前記標的と固定点に対して光を往復させて、光波によって座標を計測することを特徴とする自動測量機器。
5. 自動測量機器を用いて標的の座標を測量する自動測量方法であって、
   前記標的と異なる２箇所に配置された固定点の座標を計測する第一工程と、
   前記第一工程によって計測した固定点の座標を初期座標として設定する第二工程と、
   再度、前記標的と固定点の座標を計測する第三工程と、
   前記第三工程によって計測した固定点の座標と前記初期座標とを比較し、固定点の座標の変位を算出する第四工程と、
   前記第四工程によって算出された座標の変位から補正量を算出し、前記第三工程によって得られた標的の座標の値を前記補正量によって補正する第五工程と、を備えることを特徴とする自動測量方法。
6. 前記第三工程から第五工程を繰り返し行い、継続的に標的の座標を計測することを特徴とする請求項５に記載の自動測量方法。
7. 継続的に標的の座標を計測する自動測量機器に接続された情報処理端末において実行可能な自動測量プログラムであって、
   測量対象である標的から離間した２箇所に配置された固定点の座標を取得する第一ステップと、
   第一ステップで計測した座標を初期座標として設定するステップと、
   前記標的と固定点の座標を繰り返し取得するステップと、
   前記で取得した固定点の座標と前記初期座標とを比較して、固定点の座標の変位を算出するステップと、
   前記座標の変位から補正量を算出するステップと、
   前記補正量に基づいて標的の座標を補正するステップと、からなる情報処理端末において実行可能な自動測量プログラム。

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