JP2019132681A - 測量装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】測量前の事前準備の作業効率を向上させることのできる測量装置を提供すること。【解決手段】移動撮影装置のカメラに取り付けられたプリズムを測量対象として追尾測量する測量装置3において、測量対象までの距離を測定する光波距離計33、角度を測定する水平角検出部41及び鉛直角検出部42と、これらを支持する本体部と、GPS衛星からGPS時刻を取得する時刻取得部47と、本体部の姿勢を検出するチルトセンサ48と、チルトセンサ48の校正を行う校正部49と、測定前の事前準備として、時刻取得部47によりGPS時刻を取得している期間中に、校正部49による校正を実行させる測量制御部40と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、主に移動体を追尾しつつ測量を行う測量装置の事前準備の技術に関する。
従来から、移動体にカメラを搭載し、当該カメラにより2以上の異なる位置から撮影した画像(静止画像及び動画像を含む)を用いて測量を行ういわゆるステレオ写真測量が知られている。
特に近年では、移動体としてUAV(Unmanned Air Vehicle:小型無人飛行体)を用い、UAVにカメラを搭載して、上空から撮影した画像に基づく写真測量が行われている(特許文献1参照)。
特開2015−145784号公報
特許文献1では、UAVの位置情報をGPS及びトータルステーション等の測量装置(位置測定装置)により測量している。測量装置による測量はGPSよりも高精度な位置情報を取得することが可能であるが、正確な測量を行うためには測量装置の使用を開始する前に、事前準備が必要である。事前準備としては、測量装置を所定の位置に設置した後、器械の軸を設置した地点の鉛直方向に合わせる整準作業を行ったり、チルトセンサの校正(キャリブレーション)を行ったりする。
また、特許文献1のような写真測量において、UAVのカメラによる撮影時期と、トータルステーションによる測量時期とを同期させる必要がある。そこで、例えば測量装置の事前準備の際に、GPS衛星から時刻情報を取得して測量装置側とUAV側の時刻を同期させる方法がある。
このように測量装置は、使用の開始前に様々な事前準備を行う必要があり、作業効率の向上が望まれている。例えば、整準作業、チルトセンサの校正、GPS衛星からの時刻情報等の取得等の各作業をそれぞれ別のアプリケーションにより実行すると事前作業が煩雑となる。
特にGPS衛星からの時刻情報の取得や、チルトセンサの校正作業は一定時間測量装置を静止させる必要がある。また、チルトセンサの校正後に測量装置を動かしてしまうと再び校正作業をやり直さなければならず、さらに作業効率が悪化する。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、測量前の事前準備の作業効率を向上させることのできる測量装置を提供することである。
上記した目的を達成するために、本発明に係る測量装置は、測量対象までの距離、角度の少なくともいずれかを測定可能な測定部と、前記測定部を支持する本体部と、外部から時刻情報を取得する時刻取得部と、前記本体部の姿勢を検出する姿勢検出部と、前記姿勢検出部の校正を行う校正部と、前記測定部による測定前の事前準備として、前記時刻取得部により前記時刻情報を取得している期間中に、前記校正部による前記校正を実行させる制御部と、を備える。
また、上述の測量装置として、前記制御部は、前記事前準備の後半にて、前記時刻取得部による時刻情報の取得と、前記校正部による前記校正を実行させてもよい。
また、上述の測量装置として、前記制御部は、前記事前準備の各作業を一連の流れとして案内してもよい。
上記手段を用いる本発明によれば、測量前の事前準備の作業効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る測量装置を含む測量システムの全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る測量装置の制御ブロック図である。 本実施形態に係る事前準備の初期設定の画面遷移図である。 本実施形態に係る事前準備の既知点設定の画面遷移図である。 本実施形態に係る事前準備の後方交会設定の画面遷移図である。 本実施形態に係る事前準備の最終設定の画面遷移図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1には本発明の一実施形態に係る測量装置を含む測量システムの全体構成図が示されており、図2には当該測量装置の制御ブロック図が示されている。以下、これらの図に基づき本実施形態の構成について説明する。
測量システム1は、写真測量を行う測量システムであり、移動しつつ写真測量用の画像を複数撮影する移動撮影装置2と、当該移動撮影装置2の位置を測量する測量装置3と、撮影結果と測量結果を解析して写真測量のためのデータを生成する解析装置4を有している。
移動撮影装置2は、移動体であるUAV10に、写真測量用の画像を撮影するカメラ11が搭載されて構成されている。なお、カメラ11が撮影する画像は静止画像及び動画像でもよい。
詳しくは、UAV10は、予め定められた飛行経路を飛行したり、遠隔操作により自由に飛行したりすることが可能な飛行移動体である。当該UAV10には飛行を行うための飛行機構10aの下部にジンバル機構10bが設けられている。
カメラ11はUAV10のジンバル機構10bより支持されており、当該ジンバル機構10bによって撮影方向を自由に変更可能であるとともに、所定の方向を撮影するよう姿勢を安定化させることが可能である。
また、カメラ11は、本体正面にレンズ部12が形成されており、当該レンズ部12の先端横にプリズム13が設けられている。さらに、カメラ11には、GPS信号を受信可能なGPSユニット14が設けられている。
測量装置3は、測量対象を自動追尾可能なトータルステーションであり、本体部3aに、水平方向に回転駆動可能な水平回転駆動部30と、鉛直方向に回転可能な鉛直回転駆動部31を介して望遠鏡部32とが設けられている。また望遠鏡部32には、ターゲットまでの斜距離を測定する光波距離計(EDM)33(測定部)が設けられている。
詳しくは、測量装置3は、プリズム13を測量対象としたプリズム測量により、測量装置3からプリズム13までの距離測定(測距)が可能であると共に水平角、鉛直角が測定可能である。したがって、測量装置3を既知の位置に設置又は他の既知点から器械点を計算して、プリズム13の測定を行うことで、測定結果(斜距離、水平角、鉛直角)からプリズム13の座標、即ちカメラ11の位置を算出可能である。
また、測量装置3は本体部3aの基台部34が三脚35の上に載置されており、基台部34と水平回転駆動部30との間には基台部34に対する傾きを調整(整準)する整準部が介装されている。整準部は、詳しくは図示しないが、例えば基台部34上にて本体部3aを3点で支持する整準ねじであり、当該整準ねじの締め度合いに応じて基台部34に対する水平回転駆動部30の傾斜を調整するものである。なお本実施形態では整準ねじを手動で調節する場合について説明するが、各整準ねじをステッピングモータ等のアクチュエータにより駆動可能として、当該アクチュエータを介して自動整準を可能としてもよい。
解析装置4は、測量装置3により測量した測量結果を、移動撮影装置2により撮影した各画像の撮影位置に対応付けて写真測量用のデータを生成可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理端末である。
測量システム1は、図1に示すように、移動撮影装置2により上空を移動しながら所定の撮影周期ΔSで写真測量用の画像P1、P2、…Pnを複数撮影するとともに、測量装置3により移動撮影装置2(厳密にはプリズム13)を追尾して測量を行う。すべての撮影が終了した後、解析装置4により移動撮影装置2により撮影した画像P1、P2、…Pnと測量装置3により測量した測量結果R1、R2、…Rmとを対応付けることで写真測量用のデータを生成する。
本実施形態の測量システム1では、この画像P1〜Pnと、測量結果R1〜Rmとの対応付けをGPS(衛星測位システム)衛星より取得可能なGPS時刻に基づき行う。つまり、移動撮影装置2は画像を撮影するごとに、当該画像にGPS時刻に基づく撮影時刻情報を付与する。一方、測量装置3は移動撮影装置2の位置を測量するごとに、当該測量結果にGPS時刻に基づく測量時刻情報を付与する。そして、すべての撮影を終えた後、解析装置4において、各画像の撮影時刻に適合する測量時刻が付与された測量結果を対応付けることで、測量装置3により測量した精密な測量結果を画像の撮影位置として対応付ける。解析装置4は、このような撮影位置を含む各画像(写真測量用データ)から写真測量に基づく計算を行う。
このような測量システム1において、測量装置3は、移動撮影装置2の追尾測量の制御と、当該測量を開始する前の事前準備の制御を行う測量制御部40(制御部)を有している。
ここで図2を参照すると、測量装置3の測量制御部40に関連する構成が示されている。同図に示すように測量装置3は、測量制御部40に上述の水平回転駆動部30、鉛直回転駆動部31、EDM33の他に、水平角検出部41(測定部)、鉛直角検出部42(測定部)、追尾光送光部43、追尾光受光部44、表示部45、操作部46、時刻取得部47、チルトセンサ48、校正部49、記憶部50が接続されている。
水平角検出部41は、水平回転駆動部30による水平方向の回転角を検出することで、望遠鏡部32で視準している水平角を検出可能である。鉛直角検出部42は、鉛直回転駆動部31による鉛直方向の回転角を検出することで、望遠鏡部32で視準している鉛直角を検出可能である。これら水平角検出部41及び鉛直角検出部42により、測量結果としての水平角及び鉛直角を検出する。
追尾光送光部43は追尾光を照射し、追尾光受光部44はプリズム13により反射された追尾光を受光する部分である。測量制御部40は、この追尾光送光部43からの追尾光を追尾光受光部44が受光し続けるよう水平回転駆動部30及及び鉛直回転駆動部31を制御することでターゲットの追尾機能を実現している。
表示部45は、例えば液晶モニタであり、事前準備の各作業工程の案内や、測量結果(斜距離、水平角、鉛直角)等の各種情報を表示可能である。
操作部46は、事前準備における文字や数字の入力、「OK」や「キャンセル」等の選択操作が可能である。なお、表示部45と操作部46は、タッチパネルのように一体をなしていてもよい。
時刻取得部47は、GPS衛星から時刻情報(以下、GPS時刻という)を含むGPS信号を受信し、当該GPS時刻を取得する機能を有している。事前準備時におけるGPS時刻の取得動作は、少なくとも5つのGPS衛星から時刻情報を取得するまで一定期間(例えば最大20分)実行する。
チルトセンサ48(姿勢検出部)は、例えば円形気泡管における気泡の移動量を検出するセンサである。つまり、チルトセンサ48は、測量装置3の姿勢、厳密には測量装置3の基台部34より上方部分の本体部3aの水平に対する傾きを検出可能である。
校正部49は、チルトセンサ48の校正(キャリブレーション)を行う部分である。具体的には、校正部49は、事前準備開始時(チルトオフセット)と事前準備後半(スタティックチルト)におけるチルトセンサ48のオフセット量の記憶を行う。オフセット量は、事前準備開始時(チルトオフセット)では、正と反で取得した円形気泡管の中心位置からの気泡のズレ量を平均したズレ量、事前準備後半(スタティックチルト)では、円形気泡管の中心位置からの気泡のズレ量である。
記憶部50は、事前準備を含む測量制御のプログラムや、操作部46により入力された文字や数値、チルトセンサ48の検出値やオフセット量、GPS時刻を含む測量データ等、各種データを記憶可能である。
測量制御部40は、測量装置3が任意の位置に設置された後、移動撮影装置2の追尾測量を行う前の事前準備として、校正部49によるチルトセンサ48の第1の校正処理(チルトオフセット)、整準、器械設置、GPS時刻の取得、校正部49によるチルトセンサ48の第2の校正処理(スタティックチルト)を行う。特にGPS時刻の取得と第2の校正処理は、GPS時刻を取得している期間中に、校正部49による第2の校正処理を開始させる。また、測量制御部40は、事前準備の各作業を一連の手順で案内するよう設定されている。
ここで、図3から図6を参照すると、本実施形態に係る事前準備の画面遷移図が示されており、以下これらの図に基づき測量装置の事前準備の手順について説明する。図3から図6に示す画面遷移図はそれぞれ表示部45に表示される画面である。
事前準備は、測量装置3を設置した後、測量用のアプリケーションを立ち上げることで開始される。測量制御部40は、まずは図3の画面S1に示すように、事前準備の最初のステップとして第1の校正処理(チルトオフセット)を開始することの確認を行う。詳しくは、画面S1では、第1の校正処理を「チルトオフセットの設定」と称し、これを実行するか否かを選択できるように「Yes」「No」の表示を行っている。作業者に「Yes」が選択されると、次の画面S2に進む。一方、「No」が選択された場合は、例えば初期画面に戻る。
画面S2において測量制御部40は、第1の校正処理の進捗状況を表示する。当該表示中に、測量制御部40は一定時間待機して円形気泡管の気泡が静止した後、チルトセンサ48の値を取得し、水平回転駆動部30により測量装置3の本体部3aを水平方向に180°反転させる。そして、再度一定時間待機した後、チルトセンサ48の値を取得して、本体部3aを再び180°反転させて元の姿勢に戻す。このとき取得したチルトセンサ48の値をオフセット量として記憶部50に記憶する。なお、このとき元の姿勢と反転姿勢の両方のオフセット量を記憶してもよいし、両値の平均値を算出して記憶してもよい。
続く画面S3において測量制御部40は、作業者に対する整準作業の指示画面を表示し、次の画面S4にて円形気泡管の画像とX方向とY方向の角度を表示する。画面S4に表示される円形気泡管の画像は、チルトセンサ48と対応しており、作業者は当該画像の気泡を中心位置に近づけるよう整準ねじを調整することで整準作業を行う。そして、水平面において直交するX軸回り、Y軸回りの角度が30秒以内の状態で操作部46にあるENTキーを押すことで次の画面S5に進む。
画面S5において測量制御部40は、作業者に器械設置の方法を選択させる。本実施形態では、測量装置3が既知点上に設置されている場合と、既知点上に設定されておらず後方交会法により器械点を計算する場合の2つの設置方法を選択可能としている。
ここで、測量装置3が既知点上に設置されている場合は、画面S5の「既知点上」が選択され、図4の画面S10に進む。
図4の画面S10において測量制御部40は、主に器械点の情報と後視点の情報を選択させる。器械点の情報及び後視点の情報は、例えば予め記憶部50に測量地点周辺の既知点の情報が記憶されており、画面S10の「選択」ボタンが押されることで、これらの情報がリストアップされ、当該リストから適切な既知点を選択可能とする。また必要に応じて器械高の入力を受け付ける。各情報入力後、作業者により「OK」ボタンが押されると、画面S11に進む。
画面S11において測量制御部40は、この時点での測量装置3から後視点への水平角を表示する。ここで作業者により「0セット」ボタンが押されると、次の画面S12に進み、測量制御部40は、この時点での測量装置3から後視点への水平角を0とする。そして作業者により「OK」ボタンが押されると、図6の画面S30に進む。
また、画面S10では、測量装置3から後視点までの距離を測定する「距離チェック」が選択可能である。測量装置3が後視点を視準したあとで、作業者により「距離チェック」ボタンが押されると、画面S13に示すように測量装置3の各測定部により後視点までの水平角、比高、水平距離が測定される。ここで「OK」ボタンが押されると、画面S14に進み、実際に後視点までの距離を観測した観測値と、予め記憶された後視点の情報に基づく計算値と、観測値と計算値との測定較差が算出される。そして、さらに「OK」ボタンが押されることで、画面S10に戻る。
また、画面S10においては器械点の情報としてBM(水準点)を用いる「BM使用」のチェックボックスが用意されている。このチェックボックスにチェックが入った状態で「OK」ボタンが押されると、画面S15に進み、BM点の標高や測量装置3のミラー高及び器械標高の入力画面が表示される。
そして、作業者が測量装置3をBM点に視準させ、「測定」ボタンが押されると、測量制御部40は測量装置3からBM点までの水平角、比高、水平距離を測定する。そして画面S16に進み、測量制御部40は測定結果を表示して、ここで「OK」ボタンが押されると、画面S17に進む。
画面S17において測量制御部40は、画面S15では入力されていなかったBM点標高、器械標高の値を、画面S16で表示した測定結果に基づいて表示する。ここで「OK」ボタンが押されると、上述した画面S11に進み、これ以降は上述した通りに進む。
一方、図3の画面S5において、「後方交会」が選択された場合は、図5の画面S20に進む。
図5の画面S20において測量制御部40は、後方交会法での標高の計算について、後視点(1点目)、2点目、3点目、BM点の中のどれを用いるかを表示をする。BM点以外の点が選択されて、「OK」ボタンが押されると、画面S21に進む。
画面S21において測量制御部40は、第1の基準点となる後視点を選択させ、選択した後視点を視準して「観測」ボタンが押されると、測量装置3から後視点を測定する。
また、次の画面S22において測量制御部40は、第2の基準点である視準点2を選択させ、選択された視準点2を視準して「観測」ボタンが押されると、測量装置3から視準点2を測定する。
そして、次の画面S23において測量制御部40は、後視点と視準点2との計算距離と、後視点と視準点2の観測値に基づく観測距離と、計算距離と観測距離との較差を算出して表示する。
その後、画面S24において測量制御部40は、後方交会法に基づいて算出した器械点の座標を表示し、当該器械点の点名を入力させる。点名が入力され、「登録」ボタンが押されると、当該器械点の情報を記憶部50に記憶して、図6の画面S30に進む。
なお、ここでは既知の2点から器械点を算出する場合について説明したが、既知の3点から器械点を算出してもよい。また画面S20においてBM点を選択した場合の画面S25〜S27は、上述した画面S15〜S17と同様であるため説明を省略する。
上述の通り、図4又は図5の器械点の設定が終了すると、図6の画面S30に進む。
図6の画面S30において測量制御部40は、時刻取得部47によるGPS時刻の取得を行う。詳しくは、画面S30ではGPS時刻取得の進捗状況を表示する。当該表示中に、測量制御部40は、時刻取得部47によりGPS信号の受信を行う。そして、規定数(例えば5つ)以上のGPS衛星からGPS信号を受信できたときにGPS時刻の取得を終了し、次の画面S31に進む。
画面S31において測量制御部40は、第2の校正処理の進捗状況を表示する。第2の校正処理(スタティックチルト)については、測量制御部40は、当該画面S31に遷移する前のGPS時刻取得の期間中から校正部49による処理を開始させる。具体的な校正処理としては、一定時間待機し円形気泡管の気泡が静止した後、チルトセンサ48の値を取得して、この値をオフセット量として改めて記憶部50に記憶する。つまり第2の校正処理では第1の校正処理のように測量装置3の反転は行わない。
測量制御部40は、GPS時刻取得期間中に第2の校正処理が終了していない場合は、画面S31にて第2の校正処理の残りの進捗状況を表示する。一方、GPS取得期間中に第2の校正処理が終了した場合には、画面S31の表示は最短時間のみとし、速やかに次の画面S32に進む。
画面S32において測量制御部40は、移動撮影装置2のカメラ11に取り付けられたプリズム13の追尾を開始する旨を表示する。作業者が測量装置3をプリズム13に指向させ、測量制御部40がプリズム13を認識すると、追尾を開始する。そして、画面S32の「Yes」ボタンが押されると、次の画面S33に進む。
画面S33において測量制御部40は、測量装置3からプリズム13までの斜距離、水平距離、比高を周期的に測定し、その測定結果を表示する。そして、例えば移動撮影装置2が撮影を開始する直前に、作業者により「記録開始」ボタンが押されると、次の画面S34に進む。
画面S34において測量制御部40は、測量装置3により周期的に測定される測定結果を表示しつつ、記憶部50に記憶していく。そして、移動撮影装置2による撮影がすべて終了した後、作業者により「記録終了」ボタンが押されることで、測量装置3による測量は終了する。
以上のように、本実施形態の測量装置3では、測量制御部40の制御の下、移動撮影装置2の追尾測量を行う前の事前準備として、第1の校正処理、整準、器械設置、GPS時刻の取得、第2の校正処理等が行われる。特に、GPS時刻の取得と第2の校正処理は、時刻取得部47によりGPS時刻を取得している期間中に、校正部49による第2の校正処理が開始される。GPS時刻を取得する期間中は、通常作業者は測量装置3を静止させた状態で維持するため、チルトセンサ48の校正処理を行うのに好適であり、安定的に校正処理を行うことができる。そして、第2の校正処理をGPS時刻の取得とオーバーラップして実行することで、校正処理に要する時間を短縮させることができる。
また、第2の校正処理は事前準備の後半、本実施形態においては測量装置3がプリズム13の追尾を開始する直前の工程にて実行されることで、校正処理後に測量装置3の姿勢が変化する可能性が低い。これにより、校正処理のやり直し等の無駄な作業の発生を防ぐことができる。
さらに、本実施形態の測量制御部40の事前準備では、図3から図6の画面遷移図で示した通り、途中で他のアプリケーションを起動させる等の必要がなく、追尾測量を開始するまでの各作業が一連の流れとして案内され、作業者は画面の案内に従って各種ボタンを押していく簡単な動作で作業を完結させることができる。
以上のようなことから、本実施形態の測量装置3によれば、測量前の事前準備の作業効率を向上させることができる。
以上で本発明の一実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、移動撮影装置2はUAV10を移動体として用いているが、移動体はこれに限られず、例えば、車や人間等、地上を移動する移動体であってもよい。
また、上記実施形態では、時刻取得部47は、GPS衛星からのGPS時刻を取得することとしているが、取得する時刻情報はGPS時刻に限られるものではない。例えば他のGNSS(衛星測位システム)が発信している時刻情報や、電波時計に用いる標準電波の時刻情報を取得するものでも本発明を適用可能である。
1 測量システム
2 移動撮影装置
3 測量装置
3a 本体部
4 解析装置
10 UAV
11 カメラ
14 GPSユニット
30 水平回転駆動部
31 鉛直回転駆動部
33 光波距離計(EDM)(測定部)
40 測量制御部(制御部)
41 水平角検出部(測定部)
42 鉛直角検出部(測定部)
45 表示部
46 操作部
47 時刻取得部
48 チルトセンサ(姿勢検出部)
49 校正部

Claims (3)

  1. 測量対象までの距離、角度の少なくともいずれかを測定可能な測定部と、
    前記測定部を支持する本体部と、
    外部から時刻情報を取得する時刻取得部と、
    前記本体部の姿勢を検出する姿勢検出部と、
    前記姿勢検出部の校正を行う校正部と、
    前記測定部による測定前の事前準備として、前記時刻取得部により前記時刻情報を取得している期間中に、前記校正部による前記校正を実行させる制御部と、
    を備える測量装置。
  2. 前記制御部は、前記事前準備の後半にて、前記時刻取得部による時刻情報の取得と、前記校正部による前記校正を実行させる請求項1記載の測量装置。
  3. 前記制御部は、前記事前準備の各作業を一連の流れとして案内する請求項1又は2記載の測量装置。
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