JP2011149720A

JP2011149720A - 測量システム

Info

Publication number: JP2011149720A
Application number: JP2010009022A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kusaba; 亮一草場
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】安価な機器構成で、確実に測定でき、而もリアルタイムで充分な測定精度が得られる測量システムを提供する。
【解決手段】測定対象物２の水平座標を測定するＧＰＳ装置５と、既知の座標値に設けられ、測定対象物２を追尾する追尾機能を有し、少なくとも鉛直角を測定可能な測量機１と、測定対象物２側及び測量機１側にそれぞれ設けられ、ＧＰＳ装置５が測定した水平座標値、測量機１が測定した鉛直角を送信又は受信する無線通信機７，３と、測定対象物２側又は測量機１側に設けられた演算装置とを具備し、演算装置は、水平座標と既知の座標から測定対象物２と測量機１間の距離を演算すると共に演算された距離と測定された鉛直角に基づき測定対象物２の高さを求めることで、測定対象物２の３次元座標値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動する測定対象物、特に上下方向に位置が変動する測定対象物の３次元座標を測定する測量システムに関するものである。

移動する測定対象物の３次元座標を測定する測量システムの１つとして、ＲＴＫ・ＧＰＳ測量システムがある。

ＲＴＫ・ＧＰＳ測量システムでは、基準となる観測点（固定点）と求点となる観測点（移動点）にそれぞれＧＰＳ測量機が設置され、それぞれのＧＰＳ測量機で同時に衛星からの信号を受信し、固定点で取得した信号を無線装置等を用いて移動点に転送し、移動点側に於いて、移動点側のＧＰＳの受信結果及び転送された固定点側の受信結果に基づき、移動点側の位置座標を演算して求めるものである。

又、他の測量システムとして、追尾機能を有するトータルステーションにより移動する測定対象物の３次元座標を測定するものがある。トータルステーションによる測定では、測定対象物を追尾しつつ、測定対象物迄の測距、測定対象物の鉛直角、水平角を測定し、測距、測角に基づき測定対象物の３次元座標を測定する。

上記ＲＴＫ・ＧＰＳ測量システムでは、高さ精度は数ｃｍと充分な精度を有するが、高価なＧＰＳ装置を複数台必要とし、高価なシステムとなる。又、固定点、移動点の双方で衛星からの信号を受信する必要がある為、固定点、移動点の上空が開けているという制限がある。

又、トータルステーションによる３次元座標測定では、移動体の移動速度が早い場合は、例え追尾がなされている状態にあっても距離の測定範囲は追尾可能な範囲より小さく、測距が出来ない場合があり、結果的に三次元位置が得られない場合がある。更に測距に時間が掛る為、タイムラグが発生する。更に、設置の際に基準となる水平方向の点を設定する必要がある為に、作業が煩わしいものとなっている。

特開平６−９４４５６号公報特公平７−１８７０３号公報特開昭６３−２８６７０６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、安価な機器構成で、確実に測定でき、而もリアルタイムで充分な測定精度が得られる測量システムを提供するものである。

本発明は、測定対象物の水平座標を測定するＧＰＳ装置と、既知の座標値に設けられ、前記測定対象物を追尾する追尾機能を有し、少なくとも鉛直角を測定可能な測量機と、前記測定対象物側及び前記測量機側にそれぞれ設けられ、前記ＧＰＳ装置が測定した水平座標値、前記測量機が測定した鉛直角を送信又は受信する無線通信機と、前記測定対象物側又は前記測量機側に設けられた演算装置とを具備し、該演算装置は、前記水平座標と前記既知の座標から前記測定対象物と前記測量機間の距離を演算すると共に演算された距離と測定された鉛直角に基づき前記測定対象物の高さを求めることで、該測定対象物の３次元座標値を求める測量システムに関するものである。

又本発明は、前記測量機が既知の３次元座標値に設けられ、前記測定対象物が船舶に設けられ、該船舶には水底の深さを測定する測深器が設けられ、前記測定対象物と前記測深器とは既知の関係にあり、前記測定対象物の絶対標高と前記測深器による水底迄の距離の測定に基づき水底の絶対標高を測定する測量システムに関するものである。

本発明によれば、測定対象物の水平座標を測定するＧＰＳ装置と、既知の座標値に設けられ、前記測定対象物を追尾する追尾機能を有し、少なくとも鉛直角を測定可能な測量機と、前記測定対象物側及び前記測量機側にそれぞれ設けられ、前記ＧＰＳ装置が測定した水平座標値、前記測量機が測定した鉛直角を送信又は受信する無線通信機と、前記測定対象物側又は前記測量機側に設けられた演算装置とを具備し、該演算装置は、前記水平座標と前記既知の座標から前記測定対象物と前記測量機間の距離を演算すると共に演算された距離と測定された鉛直角に基づき前記測定対象物の高さを求めることで、該測定対象物の３次元座標値を求めるので、簡便な構成で充分な測定精度で、而もリアルタイムで測定対象の３次元座標値の測定が可能である。

又本発明によれば、前記測量機が既知の３次元座標値に設けられ、前記測定対象物が船舶に設けられ、該船舶には水底の深さを測定する測深器が設けられ、前記測定対象物と前記測深器とは既知の関係にあり、前記測定対象物の絶対標高と前記測深器による水底迄の距離の測定に基づき水底の絶対標高を測定するので、水位の変化、波浪の影響を受けることなく、水底の絶対標高の測定が簡単に行えるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施例の測量システム概略を示す説明図である。本実施例の測量システムの概略構成図である。本実施例に於ける測定精度の説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明を船舶の３次元座標を測定する場合に実施した例を示している。

図１中、１は測距装置、例えばトータルステーションであり、該トータルステーション１は鉛直角、水平角を測定する機能を有すると共に追尾機能を有する。又、該トータルステーション１は既知の３次元座標値（以下基準座標値）に設けられ、前記トータルステーション１には測量機側無線通信機３、演算装置４（後述）が設けられている。

図１中、２は測定対象物である船舶を示し、該船舶２にはＧＰＳ装置５、好ましくはＤＧＰＳ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）装置及び反射体、例えばプリズム６が設けられている。尚、前記ＧＰＳ装置５と前記プリズム６とは、相互間の距離、高さ等が予め決定されている既知の関係にあり、好ましくは近接した位置に設けられる。又、前記船舶２には前記測量機側無線通信機３と通信可能な対象側無線通信機７が設けられている。

前記ＧＰＳ装置５は、水平座標については、充分な測定精度を有するが、鉛直方向の測定精度は水平座標の測定に比べて低いという特徴を有しており、本実施例では、鉛直方向の測定については、前記トータルステーション１の測角機能を用いて実施し、充分な測定精度を得るものである。

図２は、本実施例の測量システムの概略構成を示しており、前記演算装置４は制御演算部８、記憶部９、入出力制御部１０、表示部１１を具備し、前記記憶部９には前記トータルステーション１が測定した測定結果、及び前記対象側無線通信機７から送信されたデータを格納すると共に、前記船舶２と前記トータルステーション１間の距離を演算し、又該トータルステーション１が測定した鉛直角及び演算された距離に基づき前記船舶２の高さを演算する演算プログラムが格納されている。又、前記表示部１１には前記測定結果、演算結果及び測定状況等がリアルタイムで表示され、或は測定履歴と共に表示される。

次に、作用について説明する。

前記トータルステーション１より測距光を前記プリズム６に向け射出し、該プリズム６からの反射光を受光して前記プリズム６の追尾を開始すると共に、トータルステーション（ＴＳ）１を基準とした前記プリズム６の鉛直角をリアルタイムに測定する。

前記ＧＰＳ装置５は、水平座標値を測定し、測定結果は前記対象側無線通信機７を介して前記測量機側無線通信機３に送信され、受信結果は前記入出力制御部１０を介して前記制御演算部８に入力される。該制御演算部８は、受信時の水平座標値と前記基準座標値とにより、前記プリズム６と前記トータルステーション１間の水平距離を演算する。更に、演算された水平距離と受信時の前記プリズム６の鉛直角より、前記プリズム６の前記トータルステーション１を基準とした高さを演算する。

前記トータルステーション１の鉛直方向の座標値（絶対標高）は、前記基準座標値から既知となっており、前記トータルステーション１の鉛直方向の座標値と演算した前記プリズム６の高さより、該プリズム６の鉛直方向の座標値（絶対標高）が求められ、前記ＧＰＳ装置５が測定した該プリズム６の水平座標値と該プリズム６の絶対標高とにより、前記プリズム６の３次元座標値がリアルタイムで求められる。

ここで、波浪の影響で船舶２が上下し、前記プリズム６の鉛直方向の位置は変動するが、追尾機能により前記トータルステーション１が前記プリズム６を追尾し、鉛直角の測定は継続される。尚、前記トータルステーション１の追尾可能な範囲は、測距可能な範囲より大きく、又、測距は実施せず、前記プリズム６の鉛直角を測定するだけであるので、前記プリズム６が視準望遠鏡の視野から外れなければよい。従って、前記プリズム６の早い、大きな変位でも充分に追尾が行え、又測角が可能である。

次に、図３に於いて、前記トータルステーション１の鉛直方向の測定精度について説明する。

測定対象物、即ち前記プリズム６とトータルステーション１との距離が１００ｍであるとすると、水平に対して上下５゜の範囲を測定範囲とすると、上下５゜は、１００ｍの水平距離で上下方向±８．７ｍに相当する。通常の天候では船舶の上下方向の変位は±８．７ｍ以下と考えられる。

次に、前記ＧＰＳ装置５の精度は、該ＧＰＳ装置５がＤＧＰＳであるとして、水平位置精度は約１ｍである。前記ＧＰＳ装置５の測定結果に−１ｍの誤差が含まれているとし、鉛直方向の誤差Ｅ１を求めると、

Ｅ１＝１００ｍ×ｔａｎ５゜−９９ｍ×ｔａｎ５゜
＝（１００ｍ−９９ｍ）×ｔａｎ５゜＝０．０８７ｍ（＝８．７ｃｍ）
となり、最大誤差で８．7ｃｍとなる。

又、前記トータルステーション１の鉛直角の測角精度は、例えば、代表的な装置では±１゜／３６００程度であり、前記トータルステーション１の測角誤差に起因する鉛直誤差Ｅ２は、

Ｅ２＝１００ｍ×ｔａｎ（２．８×１０^-4）＝４．８×１０^-6ｍであり、±８．７ｃｍに対して殆ど無視できる数値となる。

而して、本実施例によれば、水平誤差±１ｍ、鉛直誤差±８．７ｃｍの精度で前記プリズム６の３次元座標値の測定が可能となる。

次に、本実施例を海底、或は湖底（以下水底）の測定に実施する場合について説明する。

海底、湖底の絶対標高を求めるには、水深を測定する測深器を船舶２に設け、例えば超音波測深器を水中に配置する。この時、該超音波測深器の位置は、前記プリズム６に対して既知とする。即ち、前記超音波測深器と前記プリズム６との鉛直方向の距離（標高差）を予め求めておく。尚、表面座標の位置相違による鉛直方向の誤差が生じない様に、前記プリズム６と前記超音波測深器の水平方向の位置をできるだけ接近させておく。

前記超音波測深器で水底の深さを求めると、該超音波測深器と前記プリズム６との既知の関係から、前記プリズム６からの水底迄の距離が分り、該プリズム６の絶対標高は、上記実施例によりリアルタイムで測定されるので、水底の絶対標高もリアルタイムで測定できることになる。

尚、潮位は時間と共に変化し、波の高さ等によっても水面の位置は変化するが、本実施例によれば、水面の位置は水底を求めるファクタとなっていないので、潮位等水面の位置を考慮することなく、正確な水底の絶対標高、更に水底の地形の測定を実施することができる。

上記した様に、本発明では、１台のトータルステーション１と１台の安価なＤＧＰＳを用いて、上下に変位する測定対象物の高さを正確に測定することができる。

又、ＧＰＳ装置５は、測定対象物側のみに設けられるので、トータルステーション１の設置場所は上方が開けてなくともよく、設置条件の制約が緩和される。

尚、本件発明に於けるＧＰＳ装置とは、ＧＮＳＳ装置であり、いわゆる衛星測位システムを意味し、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ等の衛星からの電波を受信して位置を測定する装置である。

尚、上記実施例では、トータルステーション１側に演算装置４を設置したが、プリズム６側、即ち船舶２側に演算装置４を設置してもよい。該船舶２側に演算装置４を設置することで、前記表示部１１で状況を確認しつつ測定が実施でき、測定の作業性が向上する。

又、本発明は、水底の測定に限らず、上下方向に変動する測定対象物、例えば傾斜面での測定等について３次元座標値を測定する場合に実施可能であることは言う迄もない。

更に、測定対象物側及びトータルステーション側にそれぞれ通信機を設け、いずれか一方にデータを集めて、リアルタイムで測定対象物の高さ、或は絶対標高を求める様にしたが、測定対象物側及びトータルステーション側にそれぞれデータ記憶装置を設けて、測定後両データ記憶装置のデータに基づき測定対象物の高さ、或は絶対標高を求める様にしてもよい。

更に、本実施例に加え、移動体に方位センサを設け、ＤＧＰＳの位置とプリズムの位置を、方位センサからのデータによって補正して三次元位置を算出する構成としても良い。この場合、ＤＧＰＳのアンテナ位置とプリズムの位置が近接して設けられていない場合（ある程度離れて設置された場合）にも移動体の向きを考慮して三次元位置を求めることができる。

１トータルステーション
２船舶
３測量機側無線通信機
４演算装置
５ＧＰＳ装置
６プリズム
７対象側無線通信機
８制御演算部
９記憶部
１０入出力制御部

Claims

測定対象物の水平座標を測定するＧＰＳ装置と、既知の座標値に設けられ、前記測定対象物を追尾する追尾機能を有し、少なくとも鉛直角を測定可能な測量機と、前記測定対象物側及び前記測量機側にそれぞれ設けられ、前記ＧＰＳ装置が測定した水平座標値、前記測量機が測定した鉛直角を送信又は受信する無線通信機と、前記測定対象物側又は前記測量機側に設けられた演算装置とを具備し、該演算装置は、前記水平座標と前記既知の座標から前記測定対象物と前記測量機間の距離を演算すると共に演算された距離と測定された鉛直角に基づき前記測定対象物の高さを求めることで、該測定対象物の３次元座標値を求めることを特徴とする測量システム。
前記測量機が既知の３次元座標値に設けられ、前記測定対象物が船舶に設けられ、該船舶には水底の深さを測定する測深器が設けられ、前記測定対象物と前記測深器とは既知の関係にあり、前記測定対象物の絶対標高と前記測深器による水底迄の距離の測定に基づき水底の絶対標高を測定する請求項１の測量システム。