JP2011149720A - 測量システム - Google Patents

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亮一 草場
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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(Differential GPS)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
5 GPS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 (2)

  1. 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。
  2. 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。
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