JP2018173388A - 位置計測装置及び位置計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Xc=Xs+r×cosH (1)
Yc=Ys+r×sinH (2)
Zc=Zs−r×sin(V−90度) (3)
Zc=Zm−(L+r)×sin(V−90度) (4)
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
図1〜図3に基づいて本発明に係る位置計測装置1を設計し、図8Aに示すように、測量機10と端末装置11と球体ターゲット12とを組み合わせて実施例1の位置計測装置1を作製した。尚、測量機10と端末装置11は無線LANで接続し、測量機10で測定したデータを端末装置11へ無線送信し、端末装置11で球体ターゲット12の芯Cの3次元座標値(Xc、Yc、Zc)を算出するよう構成した。
先ず、振動試験機Tを停止し、球体ターゲット12を静止させた状態で、位置計測装置1を用いて球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)を所定の期間(例えば、3秒間)を算出した。最初に設置した球体ターゲット12の芯CのX座標値を基準Z座標値として0mmに設定し、算出した球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Xc)と、基準Z座標値(0mm)とを共に表示することで、測定精度を確認した。その結果、図9Aに示すように、実験値である球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)は、設定値である基準Z座標値(0mm)に対して0.5mm以下の範囲内で推移しており、測定精度が高いことが確認出来た。又、画像処理で球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)を算出するため、1点の算出時間が0.5秒以下であり、測定時間が短いことが確認出来た。尚、球体ターゲット12の芯CのXY座標値(Xc、Yc)でも同様の結果が得られた。
次に、振動試験機Tを動作させ、球体ターゲット12を特定の周波数(例えば、10Hz)で上下に振動させた状態で、位置計測装置1を用いて球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)を所定の期間(例えば、3秒間)を算出した。一方、振動する球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)を変位計Uで測定し、算出した球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Xc)と、変位計Uで測定した基準振幅Z座標値とを共に表示することで、測定精度を確認した。その結果、図9Bに示すように、実験値である球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)は、設計値である基準振幅Z座標値の波形に従って推移しており、基準振幅Z座標値にほぼ一致していることが確認出来た。ここで、算出した球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)の最大値は5.94mm、基準振幅Z座標値の最大値は6.16mmであり、両者の差分は0.22mmであった。又、算出した球体ターゲット12の芯CのZ座標値(Zc)の最小値は−7.08mm、基準振幅Z座標値の最小値は−6.94mmであり、両者の差分は0.14mmであった。つまり、球体ターゲット12が振動していても、その測定誤差は0.3mm未満であり、測定精度が高いことが確認出来た。又、1点の算出時間は、上述と同様に、0.5秒以下であり、測定時間が短いことが確認出来た。
本発明に係る位置計測装置1の応用例について説明する。例えば、シールドトンネル計測では、トンネルを掘進するシールドマシンの位置を正確に把握する必要がある。従来であれば、トンネル側面(セグメント)を組み立て後、セグメントの所定の位置に測量機を固定し、一方で、シールドマシンの所定の位置に反射プリズムターゲットを固定し、この測量機で反射プリズムターゲットを測距することで、シールドマシンの位置を計測している。そのため、シールドマシンの掘進が進むと、測量機を前方に固定し直す盛替えが生じ、その盛替えによる測定誤差が生じる。又、シールドマシンに固定された反射プリズムターゲットは、シールドマシンの掘進により振動し、固定された測量機と振動する反射プリズムターゲットでは、正確な測量が出来ない。反射プリズムターゲットを用いた測量では、反射プリズムターゲット及び測量機が共に静止状態であることを基本とし、振動する反射プリズムターゲットや測量機では、自動視準が狂う。更に、測量機と反射プリズムターゲットとは正対する必要があるものの、トンネルの急曲線や急勾配では、正対が崩れるため、測定誤差が生じる。
実施例1において、球体ターゲットを円柱ターゲットに代えた位置計測装置1を用い、円柱ターゲット12の中心軸Cの2次元座標値(Xc、Yc)を算出するよう構成した。ここで、円柱ターゲット12を設置した対象物Tが動くことを想定し、図16Aに示すように、振動試験機を横に倒したものを対象物Tとし、この左側に円柱ターゲット12を設置して、特定の周波数で水平方向で円柱ターゲット12を振動させるようにした。
次に、振動試験機Tを動作させ、円柱ターゲット12を特定の周波数(例えば、10Hz)で左右に振動させた状態で、位置計測装置1を用いて円柱ターゲット12の中心軸CのY座標値(Yc)を所定の期間(例えば、3秒間)を算出した。一方、振動試験機Tの基準振幅Y座標値を予め計測し、測定精度を確認した。その結果、図16Bに示すように、実験値である円柱ターゲット12の中心軸CのY座標値(Yc)は、設計値である基準振幅Y座標値の波形に従って推移しており、基準振幅Y座標値にほぼ一致していることが確認出来た。
10 測量機
11 端末装置
12 物体ターゲット
201 視準合わせ部
202 物体測距部
203 物体撮影部
204 画像中心算出部
205 中心判定部
206 実中心算出部
207 差分算出部
208 継続測定部
Claims (7)
- 測量機の視準望遠鏡を球体ターゲットの表面の中心に視準させる視準合わせ部と、
前記視準望遠鏡の水平角度、鉛直角度及び前記測量機のノンプリズムモードにより球体ターゲットの表面の中心の3次元座標値を測定する物体測距部と、
前記視準望遠鏡の光軸と撮影画像の中心が一致するデジタルカメラで、前記球体ターゲットを含む球体画像を撮影する物体撮影部と、
前記球体画像中の球体ターゲットの外縁を球体ターゲットの円周に変換し、当該変換された球体ターゲットの円周に基づいて、前記球体画像における球体ターゲットの中心位置を算出する画像中心算出部と、
前記球体ターゲットの中心位置が、前記球体画像の中心位置を基準とした所定の中心判定範囲に含まれるか否かを判定する中心判定部と、
前記球体ターゲットの中心位置が前記中心判定範囲に含まれる場合、前記球体ターゲットの表面の中心の3次元座標値から、前記測定された水平角度及び鉛直角度の方向に前記球体ターゲットの芯に向かって前記球体ターゲットの半径だけ移動させた3次元座標値を前記球体ターゲットの芯の3次元座標値として算出する実中心算出部と、
を備えることを特徴とする位置計測装置。 - 前記球体ターゲットの中心位置が前記中心判定範囲に含まれない場合、前記球体画像のXY座標系における球体ターゲットの中心位置と前記球体画像の中心位置とのXY座標値の差分を算出し、当該算出したXY座標値の差分に対応する水平角偏差及び鉛直角偏差に基づいて前記視準望遠鏡の観測方向を補正し、前記視準望遠鏡の視準をやり直す差分算出部
を更に備える
請求項1に記載の位置計測装置。 - 前記画像中心算出部は、撮影された球体画像を二値化処理して、前記球体ターゲットの外縁が特定される球体二値化画像を生成し、当該生成した球体二値化画像から前記球体ターゲットの外縁を構成する画素を所定数抽出し、当該抽出した所定数の画素を点として円周で近似し、当該近似した円周の半径を前記球体ターゲットの半径として算出する
請求項1又は2に記載の位置計測装置。 - 前記実中心算出部は、下記の2式(1)、(2)に、前記球体ターゲットの表面の中心のXY座標値(Xs、Ys)と、前記水平角Hと、前記球体ターゲットの半径rとを代入することで、前記球体ターゲットの芯のXY座標値(Xc、Yc)を算出し、下記の式(3)に、前記球体ターゲットの表面の中心のZ座標値(Zs)と、前記鉛直角Vと、前記球体ターゲットの半径rとを代入することで、前記球体ターゲットの芯のZ座標値(Zc)を算出する
Xc=Xs+r×cosH (1)
Yc=Ys+r×sinH (2)
Zc=Zs−r×sin(V−90度) (3)
請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置計測装置。 - 測量機の視準望遠鏡を球体ターゲットの表面の中心に視準させる視準合わせステップと、
前記視準望遠鏡の水平角度、鉛直角度及び前記測量機のノンプリズムモードにより球体ターゲットの表面の中心の3次元座標値を測定する物体測距ステップと、
前記視準望遠鏡の光軸と撮影画像の中心が一致するデジタルカメラで、前記球体ターゲットを含む球体画像を撮影する物体撮影ステップと、
前記球体画像中の球体ターゲットの境界を球体ターゲットの円周に変換し、当該変換された球体ターゲットの円周に基づいて、前記球体画像における球体ターゲットの中心位置を算出する画像中心算出ステップと、
前記球体ターゲットの中心位置が、前記球体画像の中心位置を基準とした所定の中心判定範囲に含まれるか否かを判定する中心判定ステップと、
前記球体ターゲットの中心位置が前記中心判定範囲に含まれる場合、前記球体ターゲットの表面の中心の3次元座標値から、前記測定された水平角度及び鉛直角度の方向に前記球体ターゲットの芯に向かって前記球体ターゲットの半径だけ移動させた3次元座標値を前記球体ターゲットの芯の3次元座標値として算出する実中心算出ステップと、
を備えることを特徴とする位置計測方法。 - 測量機の視準望遠鏡を水平方向における円柱ターゲットの表面の中心に視準させる視準合わせ部と、
前記視準望遠鏡の水平角度、鉛直角度及び前記測量機のノンプリズムモードにより円柱ターゲットの表面の中心の3次元座標値を測定する物体測距部と、
前記視準望遠鏡の光軸と撮影画像の中心が一致するデジタルカメラで、前記円柱ターゲットを含む円柱画像を撮影する物体撮影部と、
前記円柱画像中の水平方向における円柱ターゲットの外縁を円柱ターゲットの外側面に変換し、当該変換された円柱ターゲットの外側面に基づいて、前記円柱画像における円柱ターゲットの中心線を算出する画像中心算出部と、
前記円柱ターゲットの中心線が、前記円柱画像の中心位置を基準とした所定の中心判定範囲に含まれるか否かを判定する中心判定ステップと、
前記円柱ターゲットの中心線が前記中心判定範囲に含まれる場合、前記円柱ターゲットの表面の中心の3次元座標値のうち、水平方向における2次元座標値から、前記測定された水平角度の方向に前記円柱ターゲットの中心軸に向かって前記円柱ターゲットの半径だけ移動させた2次元座標値を水平方向における前記円柱ターゲットの中心軸の2次元座標値として算出する実中心算出部と、
を備えることを特徴とする位置計測装置。 - 測量機の視準望遠鏡を水平方向における円柱ターゲットの表面の中心に視準させる視準合わせステップと、
前記視準望遠鏡の水平角度、鉛直角度及び前記測量機のノンプリズムモードにより円柱ターゲットの表面の中心の3次元座標値を測定する物体測距ステップと、
前記視準望遠鏡の光軸と撮影画像の中心が一致するデジタルカメラで、前記円柱ターゲットを含む円柱画像を撮影する物体撮影ステップと、
前記円柱画像中の水平方向における円柱ターゲットの外縁を円柱ターゲットの外側面に変換し、当該変換された円柱ターゲットの外側面に基づいて、前記円柱画像における円柱ターゲットの中心線を算出する画像中心算出ステップと、
前記円柱ターゲットの中心線が、前記円柱画像の中心位置を基準とした所定の中心判定範囲に含まれるか否かを判定する中心判定ステップと、
前記円柱ターゲットの中心線が前記中心判定範囲に含まれる場合、前記円柱ターゲットの表面の中心の3次元座標値のうち、水平方向における2次元座標値から、前記測定された水平角度の方向に前記円柱ターゲットの中心軸に向かって前記円柱ターゲットの半径だけ移動させた2次元座標値を水平方向における前記円柱ターゲットの中心軸の2次元座標値として算出する中心算出ステップと、
を備えることを特徴とする位置計測方法。
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