JP2017026577A - Creating method for three-dimensional survey photographs - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a creating method for three-dimensional survey photographs by which high-precision three-dimensional survey photographs for use in construction management can be created even when plane photographs taken from the sky above using UAV mounted with a camera of around 12 million pixels in resolution are used.SOLUTION: A three-dimensional survey photograph creating method works in this way. In a construction site, multiple reference points S having three-dimensional coordinates are set at prescribed intervals; a UAV 10 (multi-copter) mounted with a camera 3 is let fly to take multiple different plane photographs containing common points P from the sky above; this procedure is taken at each of the multiple common points P; the multiple different plane photographs containing the common points P are stacked one over another while causing the common points P to agree with one another for each common point P to create plane synthesized photographs having height information on the construction site based on three-dimensional information on the reference points S; and these are used as three-dimensional survey photographs.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、カメラを搭載したUAV(マルチコプター)によって撮影された平面写真を用いた、三次元測量写真の作成方法に関するものである。   The present invention relates to a method for creating a three-dimensional survey photograph using a planar photograph taken by a UAV (multicopter) equipped with a camera.

現在、三次元の物体を複数の観測点から撮影し、二次元画像の特異点の視差情報を解析して点群座標(x、y、z)を求め、三次元測量写真を作成する、写真測量技術が開発されている。   Currently, 3D objects are photographed from multiple observation points, disparity information of singular points in 2D images is analyzed to obtain point cloud coordinates (x, y, z), and 3D survey photographs are created. Surveying technology has been developed.

この方法では、全ての点群座標を繋ぐことにより、面情報(サーフェイス)が作成される。   In this method, surface information (surface) is created by connecting all point group coordinates.

上記写真測量技術において、従来は、デジタルカメラを搭載した高価な地形測量用のUAV(Unmanned Aerial Vehicle:マルチコプター)を使用して上空からの撮影がおこなわれていた。   In the photogrammetry technique, conventionally, photographing from the sky has been performed using an expensive topographic surveying UAV (Unmanned Aerial Vehicle: multi-copter) equipped with a digital camera.

このデジタルカメラを搭載したUAVは、その導入費用が1000万円程度と高価であり、たとえば土工事をおこなう建設現場では、その価格が導入の障害となっていた。UAVが高価になる理由として、搭載するカメラがたとえば望遠性能を備えているデジタルカメラ等であることから、搭載重量が重くなり、これを支えるUAV本体も重くなり、重くなった機体を飛行させるプロペラも大型化することなどが挙げられる。   A UAV equipped with this digital camera has an introduction cost as high as about 10 million yen. For example, at a construction site where earthwork is performed, the price is an obstacle to the introduction. The reason why the UAV becomes expensive is that the mounted camera is a digital camera having a telephoto performance, for example, so that the mounting weight becomes heavy, the UAV body supporting this becomes heavy, and the propeller that makes the heavier aircraft fly Can be increased in size.

したがって、実際の土工事における土工量管理(盛土量(盛土高)の管理や切土量(切土高)の管理)では、高価なUAVを所有する専門測量業者に上空撮影の依頼をおこない、撮影された上空写真を合成して三次元測量写真を作成し、逐次変化する土工量管理をおこなっていた。   Therefore, in the actual earth work management (banking volume (bank height) management and cut volume management), we request a professional surveyor who owns an expensive UAV to take a picture of the sky. A three-dimensional survey photograph was created by compositing the photographed sky photographs, and the earthwork amount management which changed sequentially was performed.

そのため、専門測量業者による上空撮影に時間を要し、撮影された上空写真を合成して三次元測量写真が作成され、作成された三次元測量写真を点群データ化して三次元測量モデルが作成されるまでに多くの時間を要していた。さらに、三次元測量写真や三次元測量モデルの作成費用も割高となっていた。   Therefore, it takes time to capture the sky by a specialized surveyor, create a 3D survey photo by combining the captured sky photos, and create a 3D survey model by converting the created 3D survey photo into point cloud data It took a lot of time to be done. Furthermore, the cost of creating 3D survey photographs and 3D survey models was also expensive.

そこで、解像度が1200万画素程度で軽量なカメラを搭載した、せいぜい30万円程度の安価なUAVが開発されている。価格が安価であることから工事現場でもUAVを直接購入することが可能になる。また、工事現場自身が所有するUAVを使用することから、これを所望のタイミングで飛行させて上空撮影をおこなうことができ、撮影された平面写真を現場にて即座に合成して三次元測量写真や三次元測量モデルを作成できることから、三次元測量写真、三次元測量モデルの作成までの時間が格段に短縮される。   Therefore, an inexpensive UAV with a resolution of about 12 million pixels and equipped with a lightweight camera, which is at most about 300,000 yen, has been developed. Since the price is low, it is possible to purchase UAV directly even at the construction site. In addition, since the UAV owned by the construction site itself is used, it is possible to take a picture of the sky by flying it at the desired timing, and immediately synthesize the photographed plane photo at the site to create a 3D survey photo. And 3D survey models can be created, the time required to create 3D survey photos and 3D survey models is significantly reduced.

しかしながら、解像度1200万画素程度のカメラを使用した上空撮影による平面写真は写真精度に問題があり、作成された三次元測量写真も土工量を精度よく特定できるものとなり難いといった問題がある。   However, there is a problem in the planar photograph by the sky photography using a camera with a resolution of about 12 million pixels, and there is a problem that the created three-dimensional survey photograph cannot easily determine the amount of earthwork.

実際に、土工事における土工量管理において、土工量の高さの誤差はせいぜい±10cm程度の範囲である。この±10cmは、土工事において土を敷き並べる重機のクローラによって形成される土表面の凹凸や大型のタイヤなどによって発生するタイヤ痕が10cm程度であることから、これらクローラによって形成される土表面の凹凸やタイヤ痕の高低を許容誤差としたものである。   Actually, in the earth work management in earth work, the error of the height of the earth work is in the range of about ± 10 cm at most. This ± 10 cm is about 10 cm of dirt on the soil surface formed by crawlers of heavy machinery that lays the soil in earthwork, or large tires, etc., so the soil surface formed by these crawlers The unevenness and the height of the tire marks are defined as allowable errors.

本発明者が検証した結果、上記する解像度1200万画素程度のカメラを使用した安価なUAVにて撮影された平面写真に基づく三次元測量写真では、土工量の高さ誤差が最大で1m程度にも及んでしまうことが分かっており、このような誤差を内在した測量写真は土工量管理には到底使用することはできない。   As a result of verification by the present inventor, in a three-dimensional survey photograph based on a plane photograph taken with an inexpensive UAV using a camera with a resolution of about 12 million pixels, the height error of the earthwork amount is about 1 m at the maximum. Survey photos that contain such errors cannot be used for earthwork management.

ここで、公開技術に目を向けると、特許文献1には、測定対象物表面の多数の測定点の三次元座標を求める光学式測定方法が開示されている。具体的には、測定対象物表面に、複数の異なるパターンから成るパターンシーケンスを投影器によって照射し、パターンシーケンスが照射された測定対象物表面の画像シーケンスをカメラシステムによって撮影し、画像シーケンスを評価することによって測定点の三次元座標を求めるものである。少なくとも画像シーケンスの個別画像の露光時間中に、少なくとも投影器、カメラシステムおよび/または測定対象物の並進加速度および/または回転加速度を、画像シーケンスの各個別画像の露光時間中に、それぞれ複数の値、殊に多数の値が加速度に対して検出される測定レートで測定する。このことにより、画像シーケンスの各個別画像の露光時間中に生じる、画像シーケンスの各個別画像内でぶれおよび/またはモーションブラーを引き起こす、投影器、カメラシステムおよび/または測定対象物の運動を、測定された加速度に基づいてアルゴリズムを用いて三次元座標の特定時に考慮することができるというものである。   Here, focusing on the disclosed technology, Patent Document 1 discloses an optical measurement method for obtaining three-dimensional coordinates of a large number of measurement points on the surface of a measurement object. Specifically, the surface of the measurement object is irradiated with a pattern sequence consisting of multiple different patterns by a projector, the image sequence of the surface of the measurement object irradiated with the pattern sequence is photographed by a camera system, and the image sequence is evaluated. By doing so, the three-dimensional coordinates of the measurement point are obtained. At least the translational acceleration and / or rotational acceleration of the projector, camera system and / or measurement object at least during the exposure time of the individual images of the image sequence, each having a plurality of values during the exposure time of each individual image of the image sequence In particular, it is measured at a measurement rate at which a large number of values are detected for acceleration. This measures the movement of the projector, the camera system and / or the measurement object that causes blurring and / or motion blur in each individual image of the image sequence that occurs during the exposure time of each individual image of the image sequence It can be taken into account when specifying the three-dimensional coordinates using an algorithm based on the acceleration that has been made.

しかしながら、この光学式測定方法によっても、上記する課題、すなわち、解像度1200万画素程度のカメラを搭載したUAVを使用した上空撮影による平面写真を用いた場合でも、精度のよい工事管理に供される三次元測量写真を作成するといった課題を解消することはできない。   However, even with this optical measurement method, even when using the above-mentioned problem, that is, when using a plane photograph by aerial photography using a UAV equipped with a camera with a resolution of about 12 million pixels, it is used for accurate construction management. The problem of creating 3D survey photographs cannot be solved.

特表2013−531237号公報Special table 2013-531237 gazette

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、解像度1200万画素程度のカメラを搭載したUAVを使用した上空撮影による平面写真を用いた場合でも、精度のよい工事管理に供される三次元測量写真を作成することのできる、三次元測量写真の作成方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and even when a plane photograph obtained by aerial photography using a UAV equipped with a camera having a resolution of about 12 million pixels is used, a tertiary that is used for accurate construction management. It is an object of the present invention to provide a method for creating a three-dimensional survey photograph that can create a former survey photograph.

前記目的を達成すべく、本発明による三次元測量写真の作成方法は、工事現場において、所定の間隔で三次元座標を有する複数の基準点を設置し、カメラを搭載したUAV(マルチコプター)を飛行させ、共通ポイントを含む複数の異なる平面写真を上空から撮影し、これを複数の共通ポイントごとに実施し、それぞれの共通ポイントごとに、共通ポイントを含む複数の平面写真を対応する共通ポイントを一致させながら重ね合わせ、基準点の三次元情報に基づく工事現場の三次元情報を備えた平面合成写真を作成し、これを三次元測量写真とするものである。   In order to achieve the above object, a method for creating a three-dimensional survey photograph according to the present invention provides a UAV (multi-copter) equipped with a camera by installing a plurality of reference points having three-dimensional coordinates at predetermined intervals on a construction site. Fly and take a number of different plane photographs including common points from the sky, and perform this for each of the plurality of common points. For each common point, a common point corresponding to the plurality of plane photographs including the common point is taken. The images are superimposed while being matched, and a plane composite photograph having the three-dimensional information of the construction site based on the three-dimensional information of the reference point is created, and this is used as the three-dimensional survey photograph.

本発明の三次元測量写真の作成方法は、解像度1200万画素程度のカメラを搭載した安価なUAVにて撮影された平面写真から三次元測量写真を作成するものである。この作成方法では、撮影エリアに所定の間隔で三次元座標を有する複数の基準点を設置することを特徴の一つとしている。さらに、共通ポイントを含む複数の異なる平面写真を上空から撮影することを複数の共通ポイントごとに実施し、共通ポイントを含む複数の平面写真を対応する共通ポイントを一致させながら重ね合わせ、複数の共通ポイントごとにこのような平面写真の重ね合わせを実施し、重ね合わされた平面写真を合成し、三次元座標を有する複数の基準点が内在された平面合成写真を作成することを他の特徴の一つとしている。   The method for creating a 3D survey photo of the present invention creates a 3D survey photo from a plane photo taken with an inexpensive UAV equipped with a camera having a resolution of about 12 million pixels. One feature of this creation method is that a plurality of reference points having three-dimensional coordinates are set in the imaging area at predetermined intervals. In addition, a plurality of different planar photographs including common points are taken from the sky, and the plurality of planar photographs including the common points are superimposed while matching the corresponding common points. One of the other features is to superimpose such planar photographs for each point, synthesize the superimposed planar photographs, and create a planar composite photograph having a plurality of reference points having three-dimensional coordinates. I am trying.

平面写真の重ね合わせ枚数により、写真から点群データに処理をおこなう際に画像の組み合わせ数が異なる。そして、本発明者によれば、平面写真の重ね合わせ枚数が三次元測量写真の精度に大きく影響することが分かっている。   Depending on the number of planar photographs to be superimposed, the number of image combinations differs when processing from point photographs to point cloud data. According to the present inventors, it has been found that the number of superimposed planar photographs greatly affects the accuracy of the three-dimensional survey photograph.

複数の平面写真同士を重ね合わせるに際し、各平面写真がその一部に共通ポイントを有していて、共通ポイント同士を一致させながら平面写真の重ね合わせをおこなう。   When superimposing a plurality of planar photographs, each planar photograph has a common point in a part thereof, and the planar photographs are superimposed while matching the common points.

すなわち、「共通ポイント」とは、複数の平面写真を重ね合わせる際に重ね合わせの基準となるポイントのことであり、「撮影ポイント」などと称してもよい。   That is, the “common point” is a point that becomes a reference for overlaying a plurality of planar photographs, and may be referred to as a “photographing point” or the like.

複数の平面写真(データ)を重ね合わせ、合成する(合成データを作成する)ことで、一枚の写真は解像度1200万画素程度のカメラで撮影されたものであっても、合成写真(データ)の精度は向上する。   By superimposing and synthesizing a plurality of plane photographs (data) (creating composite data), even if one photograph was taken with a camera having a resolution of about 12 million pixels, the composite photograph (data) The accuracy of is improved.

平面合成写真エリア中に、多数の共通ポイントが存在し、共通ポイントごとに複数の平面写真が重ね合わされて平面合成写真が形成され、三次元測量写真となる。たとえば、撮影対象エリアにおいて格子の格点に共通ポイントが配置された多数の共通ポイントが存在し、各共通ポイントでは、共通ポイントを一致させるようにして複数の平面写真が重ね合わされた合成写真(データ)が形成され、この合成写真が平面的に展開されることで平面合成写真(データ)が形成される。なお、撮影された多数の平面写真(データ)から三次元測量写真を作成する際には、クラウドの画像処理ソフトに平面写真(データ)を取り込んで作成することができる。   A large number of common points exist in the planar composite photograph area, and a plurality of planar photographs are superimposed on each common point to form a planar composite photograph, which becomes a three-dimensional survey photograph. For example, there are a large number of common points in which common points are arranged at grid grid points in the shooting target area, and at each common point, a composite photo (data ) Is formed, and the composite photograph is developed in a plane to form a planar composite photograph (data). When creating a three-dimensional survey photograph from a large number of photographed planar photographs (data), the photograph can be created by incorporating the planar photograph (data) into cloud image processing software.

この平面合成写真の中には、所定の間隔で三次元座標を有する複数の基準点が内在している。本発明者によれば、基準点間距離が長すぎると三次元情報が不十分となり、平面合成写真の精度が低くなることが特定されている。   In this plane composite photograph, there are a plurality of reference points having three-dimensional coordinates at predetermined intervals. According to the present inventor, it has been specified that if the distance between the reference points is too long, the three-dimensional information is insufficient and the accuracy of the planar composite photograph is lowered.

本発明の三次元測量写真の作成方法を適用することにより、工事現場が解像度1200万画素程度のカメラを搭載した安価なUAVを所有し、所望のタイミングでUAVを飛行させて平面写真を撮影し、短時間で各平面写真を重ね合わせ、平面的に展開して合成することで三次元測量写真を製作することが可能になる。   By applying the 3D survey photo creation method of the present invention, the construction site owns an inexpensive UAV equipped with a camera with a resolution of about 12 million pixels, and takes a plane photo by flying the UAV at a desired timing. In addition, it is possible to produce a three-dimensional survey photograph by superimposing each plane photograph in a short time, and developing and synthesizing them in a plane.

ここで、工事現場で使用される整地用機器の走行装置として用いられるクローラによって発生する圧接痕の高さを許容誤差として、共通ポイントを有する複数の平面写真の重ね合わせ枚数、隣接する基準点間距離、飛行高度、およびカメラの画素数を設定するのが好ましい。   Here, with the tolerance of the height of the pressure-contact mark generated by the crawler used as a traveling device for leveling equipment used at the construction site, the number of overlapping of a plurality of plane photographs having a common point, between adjacent reference points It is preferred to set the distance, flight altitude, and camera pixel count.

既述するように、クローラによって発生する圧接痕の高さは±10cm程度となることから、これを許容誤差としてる複数の平面写真の重ね合わせ枚数等を設定する。   As described above, since the height of the press-contact mark generated by the crawler is about ± 10 cm, the number of overlays of a plurality of plane photographs and the like with this as an allowable error is set.

まず、共通ポイントを有する複数の平面写真の重ね合わせ枚数に関しては、9枚以上の平面写真を重ね合わせるのが望ましい。   First, regarding the number of superimposed planar photographs having a common point, it is desirable to superimpose nine or more planar photographs.

本発明者による検証の結果、共通ポイントを有する平面写真の重ね合わせ枚数が9枚の場合に三次元測量写真の精度誤差が±10cm程度以下を満たすことが分かっており、したがって、重ね合わせ枚数を9枚以上に規定したものである。   As a result of verification by the present inventor, it has been found that the accuracy error of the three-dimensional survey photograph satisfies about ± 10 cm or less when the number of superimposed planar photographs having common points is nine. Nine or more.

また、隣接する基準点間距離は100m以下であるのが望ましい。   Further, the distance between adjacent reference points is preferably 100 m or less.

本発明者による検証の結果、三次元座標を有する基準点間距離が100mの場合に三次元測量写真の精度誤差が±10cm程度以下を満たすことが分かっており、したがって、基準点間距離を100m以下に規定したものである。   As a result of verification by the present inventor, it has been found that when the distance between the reference points having the three-dimensional coordinates is 100 m, the accuracy error of the three-dimensional survey photograph satisfies about ± 10 cm or less. Therefore, the distance between the reference points is set to 100 m. It is defined as follows.

さらに、UAVの飛行高度が40m±4mの範囲であるのが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the flight height of the UAV is in the range of 40 m ± 4 m.

UAVの飛行高度によって撮影される画像の範囲や解像度が異なってくる。すなわち、飛行高度が高い場合は撮影範囲が広くなる一方で解像度は低くなり、飛行高度が低い場合はその逆となる。   The range and resolution of an image to be captured vary depending on the UAV flight altitude. That is, when the flight altitude is high, the imaging range is widened while the resolution is low, and when the flight altitude is low, the opposite is true.

本発明者による検証の結果、UAVの飛行高度が40mの場合に三次元測量写真の精度誤差が±10cm程度以下を満たすことが分かっており、したがって、飛行高度を40mに規定したものである。   As a result of verification by the present inventor, it is known that the accuracy error of the three-dimensional survey photograph satisfies about ± 10 cm or less when the flight height of the UAV is 40 m. Therefore, the flight altitude is defined as 40 m.

なお、飛行高度を常に「40m」に管理しようとしても風等の条件によってその高度は若干上下することから、40mの1割程度、すなわち、40m±4mの範囲程度を望ましい飛行高度としたものである。   Even if you always try to manage the flight altitude to "40m", the altitude will rise and fall slightly depending on wind conditions, etc., so about 10% of 40m, that is, the range of 40m ± 4m is the preferred flight altitude. is there.

本発明の三次元測量写真の作成方法は、上記するように土工事の土工量管理に供されることの他にも、構造物の構築に応じて高さが高くなっていく構造物の出来高管理などにも供される。そして、構造物の出来高管理の際の誤差は、土工事よりも厳格となり、±3cm程度に設定されるのがよい。   The method of creating a 3D survey photo of the present invention is not only used for earth work management of earth work as described above, but also the output of the structure whose height increases according to the construction of the structure. It is also used for management. The error in managing the volume of the structure is stricter than that of earth work, and should be set to about ± 3 cm.

以上の説明から理解できるように、本発明の三次元測量写真の作成方法によれば、カメラを搭載したUAVを飛行させ、共通ポイントを含む複数の異なる平面写真を上空から撮影し、これを複数の共通ポイントごとに実施し、それぞれの共通ポイントごとに、共通ポイントを含む複数の平面写真を対応する共通ポイントを一致させながら重ね合わせ、基準点の三次元情報に基づく工事現場の三次元情報を備えた平面合成写真を作成する方法を適用することで、解像度1200万画素程度のカメラを搭載した安価なUAVにて撮影された平面写真を使用する場合でも、精度のよい工事管理に供される三次元測量写真を作成することができる。   As can be understood from the above description, according to the method for creating a three-dimensional survey photograph of the present invention, a UAV equipped with a camera is caused to fly, and a plurality of different plane photographs including a common point are taken from the sky. For each common point, and for each common point, superimpose multiple planar photographs that include the common point while matching the corresponding common points, and 3D information on the construction site based on the 3D information of the reference point By applying the provided method of creating a planar composite photograph, even when using a planar photograph taken by an inexpensive UAV equipped with a camera with a resolution of about 12 million pixels, it is provided for accurate construction management. A 3D survey photo can be created.

UAVを飛行させて上空から撮影している状況を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the condition which is flying UAV and image | photographing from the sky. 測量エリアを格子状に区画し、撮影ポイント(共通ポイント)を示すとともに、三次元座標を有する基準点を設けた平面図である。FIG. 5 is a plan view in which a surveying area is partitioned in a lattice pattern, showing photographing points (common points) and providing reference points having three-dimensional coordinates. 一つの共通ポイントを一致させながら複数の平面写真を重ね合わせた状態を説明した図である。It is the figure explaining the state which piled up several plane photographs, making one common point correspond.

以下、図面を参照して、本発明の三次元測量写真の作成方法の実施の形態を説明する。なお、図示例の三次元測量写真は土工事の土工量管理に適用されるものであるが、構造物の構築に応じて高さが高くなっていく構造物の出来高管理などに三次元測量写真が適用されてもよいことは勿論のことである。   Hereinafter, an embodiment of a method for creating a three-dimensional survey photograph of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the 3D survey photo shown in the example is applied to earth work management for earthwork, but it is used for managing the volume of structures that increase in height as the structure is built. Of course, may be applied.

(三次元測量写真の作成方法の実施の形態)
図1はUAVを飛行させて上空から撮影している状況を説明した模式図であり、図2は測量エリアを格子状に区画し、撮影ポイント(共通ポイント)を示すとともに、三次元座標を有する基準点を設けた平面図であり、図3は一つの共通ポイントを一致させながら複数の平面写真を重ね合わせた状態を説明した図である。
(Embodiment of 3D survey photo creation method)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a situation in which a UAV is flying and shooting from the sky. FIG. 2 divides the survey area into a grid, shows shooting points (common points), and has three-dimensional coordinates. FIG. 3 is a plan view in which a reference point is provided, and FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a plurality of plane photographs are overlaid while matching one common point.

図1で示すように、本発明の三次元測量写真の作成方法では、UAV10を飛行させ、上空から土工事区域Eにおける測量写真作成エリアAの撮影をおこない、多数の平面写真(データ)を得る。   As shown in FIG. 1, in the method for creating a three-dimensional survey photograph of the present invention, a UAV 10 is caused to fly and a survey photograph creation area A in the earthwork area E is photographed from the sky to obtain a large number of plane photographs (data). .

使用するUAV10は、本体1から複数の腕部材が突出し、各腕部材にプロペラ2が装着され、本体1の中央にバッテリ5とGPS6が搭載され、本体1の下方に姿勢制御装置4を介してカメラ3が取り付けられてその全体が構成されている。   In the UAV 10 to be used, a plurality of arm members protrude from the main body 1, a propeller 2 is mounted on each arm member, a battery 5 and a GPS 6 are mounted in the center of the main body 1, and a posture control device 4 is provided below the main body 1 via an attitude control device 4. The camera 3 is attached and the whole is comprised.

カメラは解像度1200万画素程度で軽量であり、このことに起因してUAV10の機体全体の重量も軽量であり(たとえば2kg程度)、購入費用は30万程度と廉価である。   The camera has a resolution of about 12 million pixels and is light, and due to this, the weight of the entire UAV10 body is also light (for example, about 2 kg), and the purchase cost is as low as about 300,000.

また、最高飛行速度は10m/s程度、最高飛行高度は150m程度のものを使用できる。   A maximum flight speed of about 10 m / s and a maximum flight altitude of about 150 m can be used.

このUAV10は、地上からの飛行高度hを40m程度に制御して測量写真作成エリアAの上空を飛行させ、測量写真作成エリアAの撮影をおこなうのがよい。   The UAV 10 may take a photo of the surveying photo creation area A by controlling the flight altitude h from the ground to about 40 m to fly over the surveying photo creation area A.

飛行高度によって最終的に作成される三次元測量写真の精度が変化することが本発明者によって特定されており、本発明者による検証の結果、精度の高い三次元測量写真が作成できる飛行高度として40m程度が特定されていることによるものである。   The inventor has specified that the accuracy of the 3D survey photograph that is finally created depends on the flight altitude, and as a result of the verification by the inventor, the flight altitude can create a highly accurate 3D survey photograph. This is because about 40 m is specified.

図1で示すように、測量写真作成エリアAには、所定の距離dを離して複数の基準点Sを設置する。   As shown in FIG. 1, a plurality of reference points S are set in the survey photo creation area A with a predetermined distance d.

この基準点は三次元座標(x、y、z)を有しており、最終的に作成される平面合成写真に対して三次元情報を付与し、三次元測量写真とするものである。   This reference point has three-dimensional coordinates (x, y, z), and gives a three-dimensional survey photograph by adding three-dimensional information to the finally synthesized planar composite photograph.

ここで、基準点間距離dは100m以下に設定されるのがよい。   Here, the reference point distance d is preferably set to 100 m or less.

基準点間距離が三次元測量写真の精度に影響することが本発明者によって特定されており、本発明者による検証の結果、精度の高い三次元測量写真が作成できる基準点間距離dとして100m以下が特定されていることによるものである。   It has been specified by the present inventor that the distance between the reference points affects the accuracy of the three-dimensional survey photograph. As a result of the verification by the present inventor, the distance d between the reference points capable of creating a highly accurate three-dimensional survey photograph is 100 m. This is due to the fact that:

次に、基準点Sを含む平面上に、撮影された多数の平面写真をそれぞれに共通する共通ポイントを一致させながら重ね合わせ、これを平面内で展開して平面合成写真を作成する方法を図2,3を参照して説明する。   Next, on the plane including the reference point S, a method of superimposing a large number of photographed plane photographs while matching common points that are common to each other and developing them in the plane to create a plane composite photograph is illustrated. A description will be given with reference to FIGS.

図2において、距離dをおいて基準点Sが格子の格点に配置され、多数の共通ポイントPが多数の升目に配置されている。   In FIG. 2, the reference point S is arranged at a grid point at a distance d, and a large number of common points P are arranged in a large number of cells.

1枚の平面写真は縦長さa、横長さbを有し、図において9つの升目で1枚の平面写真を形成している。   One planar photograph has a longitudinal length a and a lateral length b, and a planar photograph is formed with nine squares in the figure.

図3で示すように、任意の共通ポイントPに注目した際に、この共通ポイントPを含む平面写真を全部で9枚重ね合わせることができる。すなわち、共通ポイントPを中央に有する平面写真、上段中央に有する平面写真、下段中央に有する平面写真、右段上に有する平面写真、右段中央に有する平面写真、右段下に有する平面写真、左段も同様に上、中央、下に有する平面写真である。   As shown in FIG. 3, when an arbitrary common point P is noted, a total of nine planar photographs including the common point P can be overlaid. That is, a plane photograph having a common point P in the center, a plane photograph having the upper center, a plane photograph having the lower center, a plane photograph having the upper right section, a plane photograph having the right center, a plane photograph having the lower right section, Similarly, the left row is a plane photograph having the top, center, and bottom.

このように、1つの共通ポイントを一致させるようにして複数の平面写真(データ)を重ね合わせて合成写真(データ)を作成することにより、解像度1200万画素程度のカメラで撮影された1枚の平面写真の精度は低いものの、合成写真の精度は極めて高くなる。   In this way, a composite photograph (data) is created by superimposing a plurality of planar photographs (data) so as to match one common point, so that one photograph taken with a camera having a resolution of about 12 million pixels. Although the accuracy of planar photographs is low, the precision of composite photographs is extremely high.

そして、このように1つの共通ポイントを一致させるようにして複数の平面写真(データ)を重ね合わせて合成写真(データ)を作成する操作を図2で示す全ての共通ポイントPでおこなうことにより、精度の高い平面合成写真が作成される。   Then, the operation of creating a composite photograph (data) by superimposing a plurality of plane photographs (data) so as to match one common point in this way is performed at all the common points P shown in FIG. A highly accurate planar composite photograph is created.

ここで、共通ポイントを有する平面写真の重ね合わせ枚数は9枚以上がよい。   Here, the number of overlapping planar photographs having common points is preferably nine or more.

平面写真の重ね合わせ枚数が三次元測量写真の精度に影響することが本発明者によって特定されており、本発明者による検証の結果、精度の高い三次元測量写真が作成できる平面写真の重ね合わせ枚数として9枚以上が特定されていることによるものである。   It has been specified by the present inventors that the number of overlays of planar photographs affects the accuracy of 3D survey photographs, and as a result of verification by the present inventors, planar photograph overlays that can create highly accurate 3D survey photographs. This is because nine or more sheets are specified.

実際の三次元測量写真の作成においては、多数の平面写真を上空で撮影した後、写真の選別をおこない、選別された写真データをコンピュータにアップロードし、クラウドの画像処理ソフトに写真データを取り込んで点群データを作成し、ノイズカット処理をおこなうことで、三次元情報を備えた三次元測量写真(サーフェイスモデル)が作成される。   In creating an actual 3D survey photo, a large number of plane photos are taken in the sky, then the photos are selected, the selected photo data is uploaded to a computer, and the photo data is imported into the cloud image processing software. By creating point cloud data and performing noise cut processing, a 3D survey photograph (surface model) with 3D information is created.

本発明の三次元測量写真の作成方法によれば、解像度1200万画素程度のカメラ3を搭載した安価なUAV10にて撮影された平面写真を使用する場合でも、精度のよい工事管理に供される三次元測量写真を作成することが可能になる。   According to the method for creating a three-dimensional survey photograph of the present invention, even when using a plane photograph taken by an inexpensive UAV 10 equipped with a camera 3 having a resolution of about 12 million pixels, it is provided for high-precision construction management. It becomes possible to create 3D survey photographs.

(UAVの飛行高度、平面写真の重ね合わせ枚数、基準点間距離それぞれの最適値を検証した実験とそれらの結果)
本発明者は、UAVの飛行高度、平面写真の重ね合わせ枚数、基準点間距離それぞれの最適値を検証する実験をおこなった。この実験は、N実験場にて2015年3月12日、24日の両日に亘っておこなった。
(Experiment and results of verifying optimum values of flight altitude of UAV, number of superimposed plane photographs, and distance between reference points)
The inventor conducted experiments to verify the optimum values of the flight height of the UAV, the number of superimposed plane photographs, and the distance between reference points. This experiment was conducted at both N test sites on March 12 and 24, 2015.

UAVの飛行高度に関しては、飛行高度を20m、40m、60mの3種としてそれぞれ上空からの撮影をおこない、それぞれの撮影による平面写真をもとに三次元測量写真を作成し、三次元測量写真の最大誤差を測定した。   As for UAV flight altitude, three types of flight altitudes of 20m, 40m, and 60m were taken from above, and 3D survey photographs were created based on the plane photographs taken by each. Maximum error was measured.

また、平面写真の重ね合わせ枚数に関しては、各共通ポイントの重ね合わせ枚数を2枚、4枚、9枚の3種としてそれぞれ平面合成写真(三次元測量写真)を作成し、三次元測量写真の最大誤差を測定した。   In addition, regarding the number of planar photographs to be superimposed, a planar composite photograph (three-dimensional survey photograph) is created for each of the three common points, two, four, and nine. Maximum error was measured.

さらに、基準点間距離に関しては、基準点間距離を100m、200mの2種としてそれぞれ三次元測量写真を作成し、三次元測量写真の最大誤差を測定した。   Further, regarding the distance between the reference points, three-dimensional survey photographs were prepared with two distances between the reference points of 100 m and 200 m, respectively, and the maximum error of the three-dimensional survey photograph was measured.

以下、表1にUAVの飛行高度に関する実験結果を、表2に平面写真の重ね合わせ枚数に関する実験結果を、表3に基準点間距離に関する実験結果をそれぞれ示す。なお、実験結果において、x、y平面内における最大誤差と、高さ方向zにおける最大誤差、およびそれらの合成成分の絶対値を示す。   Table 1 shows the experimental results regarding the flight altitude of the UAV, Table 2 shows the experimental results regarding the number of superimposed plane photographs, and Table 3 shows the experimental results regarding the distance between the reference points. In the experimental results, the maximum error in the x and y planes, the maximum error in the height direction z, and the absolute values of their combined components are shown.

Figure 2017026577
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表1より、UAVの飛行高度が40mの場合に、最大誤差の絶対値は、No.2で0.094m(9.4cm)で10cm以下となり、No.3で0.106m(10.6cm)でほぼ10cmとなること、40mよりも高い60m、40mよりも低い20mではともに許容誤差10cmを大きく超える誤差となることより、UAVの飛行高度は40mが望ましいことが分かる。   From Table 1, when the flight altitude of UAV is 40m, the absolute value of the maximum error is 0.094m (9.4cm) for No.2 and 10cm or less, and 0.106m (10.6cm) for No.3. It can be seen that the flight height of UAV is preferably 40 m, since the error is much larger than 10 cm, and the allowable error of 10 m is greatly exceeded at 60 m higher than 40 m and 20 m lower than 40 m.

また、表2より、平面写真の重ね合わせ枚数に関しては、No.2の9枚の場合に最大誤差の絶対値は0.094m(9.4cm)で10cm以下となった。ここで、No.1も9枚であるものの、飛行高度が60mと高すぎるために最大誤差の絶対値は0.205m(20.5cm)と許容値を大きく超えた。   Also, from Table 2, regarding the number of planar photographs to be superimposed, the absolute value of the maximum error in the case of 9 No. 2 was 0.094 m (9.4 cm) and 10 cm or less. Here, although No. 1 was also nine, the absolute value of the maximum error was 0.205 m (20.5 cm), which greatly exceeded the allowable value because the flight altitude was too high at 60 m.

また、重ね合わせ枚数が2枚、4枚のケースはいずれも最大誤差の絶対値が許容誤差を大きく超える結果となった。   Further, in the cases where the number of overlapped sheets was 2 or 4, the absolute value of the maximum error greatly exceeded the allowable error.

この結果より、重ね合わせ枚数は9枚が望ましいことが分かる。   From this result, it can be seen that the number of overlapping sheets is preferably nine.

さらに、表3より、基準点間距離に関しては、No.3の100mの場合に最大誤差の絶対値は0.094m(9.4cm)で10cm以下となり、No.5の100mの場合に最大誤差の絶対値は0.106m(10.6cm)でほぼ10cmとなった。ここで、No.1も基準点間距離は100mであるものの、飛行高度が60mと高すぎるために最大誤差の絶対値は0.205m(20.5cm)と許容値を大きく超えた。また、No.7も基準点間距離は100mであるものの、飛行高度が20mと低すぎ、平面写真の重ね合わせ枚数も4枚と少な過ぎるために最大誤差の絶対値は0.442m(44.2cm)と許容値を大きく超えた。   Furthermore, from Table 3, regarding the distance between the reference points, the absolute value of the maximum error is 0.094 m (9.4 cm) at 10 m or less for No. 3 of 100 m, and the maximum error for No. 5 of 100 m. The absolute value of was 0.106 m (10.6 cm) and was almost 10 cm. Here, although No. 1 also has a distance between the reference points of 100 m, the absolute value of the maximum error greatly exceeded the allowable value of 0.205 m (20.5 cm) because the flight altitude was too high at 60 m. In No. 7, the distance between the reference points is 100 m, but the flight altitude is too low at 20 m, and the number of plane images to be superimposed is too few, so the absolute value of the maximum error is 0.442 m (44. 2 cm), which was far above the allowable value.

この結果より、基準点間距離は100mが望ましいことが分かる。   From this result, it can be seen that the distance between the reference points is preferably 100 m.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…本体、2…プロペラ、3…カメラ、4…姿勢制御装置、5…バッテリ、6…GPS、10…UAV、E…土工事区域、A…測量写真作成エリア、P…共通ポイント(撮影ポイント)、S…基準点、h…飛行高度   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body, 2 ... Propeller, 3 ... Camera, 4 ... Attitude control device, 5 ... Battery, 6 ... GPS, 10 ... UAV, E ... Earthwork area, A ... Surveying photo creation area, P ... Common point (shooting point) ), S ... reference point, h ... flight altitude

Claims (5)

工事現場において、所定の間隔で三次元座標を有する複数の基準点を設置し、
カメラを搭載したUAV(マルチコプター)を飛行させ、共通ポイントを含む複数の異なる平面写真を上空から撮影し、これを複数の共通ポイントごとに実施し、
それぞれの共通ポイントごとに、共通ポイントを含む複数の平面写真を対応する共通ポイントを一致させながら重ね合わせ、基準点の三次元情報に基づく工事現場の三次元情報を備えた平面合成写真を作成し、これを三次元測量写真とする、三次元測量写真の作成方法。
At the construction site, install multiple reference points with 3D coordinates at predetermined intervals,
A UAV (multi-copter) equipped with a camera is allowed to fly and a plurality of different plane photographs including common points are taken from the sky, and this is performed for each of the plurality of common points.
For each common point, superimpose multiple planar photographs that include common points while matching the corresponding common points, and create a planar composite photograph with 3D information on the construction site based on the 3D information of the reference point. A method for creating a 3D survey photo, which is used as a 3D survey photo.
工事現場で使用される整地用機器の走行装置として用いられるクローラによって発生する圧接痕の高さを許容誤差として、共通ポイントを有する複数の平面写真の重ね合わせ枚数、隣接する基準点間距離、飛行高度、およびカメラの画素数を設定する請求項1に記載の三次元測量写真の作成方法。   Using the height of the pressure contact mark generated by the crawler used as a traveling device for leveling equipment used at the construction site as the allowable error, the number of superimposed multiple plane photographs with common points, the distance between adjacent reference points, and flight The method for creating a three-dimensional survey photograph according to claim 1, wherein the altitude and the number of pixels of the camera are set. 共通ポイントを有する複数の平面写真の重ね合わせにおいて、9枚以上の平面写真を重ね合わせる請求項1または2に記載の三次元測量写真の作成方法。   The method for creating a three-dimensional survey photograph according to claim 1 or 2, wherein nine or more planar photographs are superimposed in superimposing a plurality of planar photographs having a common point. 隣接する基準点間距離が100m以下である請求項1〜3のいずれかに記載の三次元測量写真の作成方法。   The method for creating a three-dimensional survey photograph according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance between adjacent reference points is 100 m or less. UAVの飛行高度が40m±4mの範囲である請求項1〜4のいずれかに記載の三次元測量写真の作成方法。   The method for creating a three-dimensional survey photograph according to any one of claims 1 to 4, wherein the flight altitude of the UAV is in a range of 40 m ± 4 m.
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