JP2019138659A - キャリブレーション装置、キャリブレーション方法、制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬｉＤＡＲを簡易に設置することを可能とするキャリブレーション装置を提供する。【解決手段】トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲ２０のキャリブレーション装置１であって、測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲと、計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態となるようにＬｉＤＡＲの仰角度を変更する仰角度変更部１１１と、計測平面が床面に対して垂直な状態においてＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部１１２と、複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部１１４と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、キャリブレーション装置、キャリブレーション方法、制御装置および制御方法に関する。

近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が様々な場面において利用されている。例えば、ＬｉＤＡＲが自動車の自動運転に利用され得ることが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。かかる文献には以下のように記載されている。すなわち、ＬｉＤＡＲは、赤外線のレーザ光をパルス状に照射し、レーザ光を照射してからレーザ光が物体によって反射されて帰ってくるまで（受光するまで）の時間から距離を計測するセンサである。

ＬｉＤＡＲは、ＬｉＤＡＲの動作原理がレーダと類似しているため、別名レーザレーダとも呼ばれる。さらに、ＬｉＤＡＲは、細く絞ったレーザ光を可動ミラーによって方向を変えてスキャンすることで物体の方向も検出することができる。ＬｉＤＡＲによって照射される赤外線のレーザ光は、ミリ波レーダによって照射されるミリ波に比べて波長の短い電磁波である。したがって、ＬｉＤＡＲは、ミリ波レーダと比較して、より高い空間分解能による検出が可能であるという特徴を有する。

一方、近年のトンネル工事では、坑内に各種の計測および作業確認のための様々な計測装置が設けられている。例えば、計測装置の例として、トンネル内空の変位を測定するための変位計測器、切羽面の位置測定のためのレーザ光を用いた距離測定装置などが挙げられる。一例として、既知の座標位置のトンネル天井部に吊り下げ設置され、トンネル内の任意位置に設置される反射ターゲットを自動視準して、反射ターゲットまでの距離を測定する計測装置（測距・測角機器）が開示されている（特許文献１参照）。かかる計測装置は、レーザマーキング機能およびカメラによる監視機能を有し得る。これによって、トンネル内における計測および測量の自動化、レーザマーキング、監視などの多様な機能が１台の装置によって実現され得る。

特開２０００−８８５７２号公報

松ヶ谷 和沖 著「自動運転を支えるセンシング技術」、［online］、DENSOTECHNICAL REVIEW Vol.21 2016、［平成30年1月24日検索］、インターネット（https://www.denso.com/jp/ja/innovation/technology/dtr/v21/keynote-03.pdf）

しかし、既知の座標位置に計測装置を設置する技術では、計測装置を設置する前にトンネル内の空間の座標をあらかじめ計測しておく必要があるため、簡易に計測装置を設置できない。別言すると、既知の座標位置に計測装置を設置する技術では、計測装置の設置のためのコストが掛かってしまう。

そこで、計測装置の例としてのＬｉＤＡＲを簡易に設置することを可能とする技術が提供されることが望まれる。

上記問題を解決するために、本発明のある観点によれば、トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲのキャリブレーション装置であって、測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲと、前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更する仰角度変更部と、前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部と、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部と、を備える、キャリブレーション装置が提供される。

前記検出点データは、前記ＬｉＤＡＲから１または複数の検出点それぞれまでの距離を含んでもよい。

前記キャリブレーション処理部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する前記距離の総和を算出し、最小の前記距離の総和に対応する水平角度を前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度として決定してもよい。

前記キャリブレーション処理部は、物体が認識された方向が存在する場合、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データから、前記物体が認識された方向への測定レーザ光の照射に基づく検出点データを除外し、当該除外した後の検出点データに基づいて、前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定してもよい。

前記キャリブレーション処理部は、異なる水平角度における同一の方向への測定レーザ光の照射に基づく検出点データの関係に基づいて、前記物体が存在するか否かを認識してもよい。

前記水平角度変更部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データが前記ＬｉＤＡＲによって検出された後、前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度に前記ＬｉＤＡＲの水平角度を合わせてもよい。

前記仰角度変更部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データが前記ＬｉＤＡＲによって検出された後、前記計測平面が水平な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更してもよい。

前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの真下方向に検出された検出点と前記ＬｉＤＡＲとの距離を前記ＬｉＤＡＲの前記床面からの高さとして得てもよい。

前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの水平角度が前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に、前記床面上において前記ＬｉＤＡＲからの距離が最小となる第１の検出点を算出し、前記ＬｉＤＡＲから前記第１の検出点までの距離および方向に基づいて、前記ＬｉＤＡＲの前記床面への垂線の足から前記トンネルの内側の側面までの最小距離を算出してもよい。

前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの水平角度が前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に、前記床面上において前記ＬｉＤＡＲからの距離が最大となる第２の検出点を算出し、前記ＬｉＤＡＲから前記第２の検出点までの距離および方向に基づいて、前記ＬｉＤＡＲの前記床面への垂線の足から前記トンネルの内側の側面までの最大距離を算出してもよい。

また、本発明の別の観点によれば、トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲのキャリブレーション方法であって、測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出することと、前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更することと、前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更することと、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定することと、を含む、キャリブレーション方法が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲの制御装置であって、測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲから前記検出点データを取得する情報取得部と、前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更する仰角度変更部と、前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部と、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部と、を備える、制御装置が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲの制御方法であって、測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲから前記検出点データを取得することと、前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更することと、前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更することと、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定することと、を含む、制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、計測装置の例としてのＬｉＤＡＲを簡易に設置することを可能とする技術が提供される。

ＬｉＤＡＲによる計測平面が水平な状態の例を示す図である。 ＬｉＤＡＲによる計測平面が水平な状態における検出点の例を示す図である。 計測平面が水平な状態のＬｉＤＡＲが設置されたトンネルの内側の様子を示す図である。 計測平面が水平な状態のＬｉＤＡＲが複数台設置されたトンネルの内側の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置の機能構成例を示すブロック図である。 ＬｉＤＡＲの計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態を示す図である。 ＬｉＤＡＲの水平角度の変更の様子を示す図である。 ＬｉＤＡＲの水平角度が第１の水平角度および第２の水平角度それぞれである場合における各検出点が同一平面上に重ね合わされた例を示す図である。 ＬｉＤＡＲの水平角度が第１の水平角度および第２の水平角度それぞれである場合における各検出点が同一平面上に重ね合わされた例を示す図である。 ＬｉＤＡＲの位置のキャリブレーションを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の例としての情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素等の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、異なる実施形態の類似する構成要素等の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

（１−１．概要）
一般に、ＬｉＤＡＲによって計測が行われる場合には、ＬｉＤＡＲによる赤外線のレーザ光（測定レーザ光）の照射方向が水平な状態となるように（すなわち、ＬｉＤＡＲによる計測平面が水平な状態となるように）ＬｉＤＡＲが設置される。そして、ＬｉＤＡＲによる赤外線のレーザ光の照射方向が計測平面の一端から他端まで回転されるときに、ＬｉＤＡＲから赤外線のレーザ光が１または複数の方向（角度）それぞれに順次に照射される。このとき、ＬｉＤＡＲは、赤外線のレーザ光を照射してから赤外線のレーザ光が検出点によって反射されて帰ってくるまで（受光するまで）の時間に基づいて、ＬｉＤＡＲと検出点との距離を照射方向ごとに計測する。なお、以下の説明では、ＬｉＤＡＲによる赤外線のレーザ光の照射方向が計測平面の一端から他端まで回転するときの照射方向の中間地点の方向をＬｉＤＡＲの「正面方向」とする。

図１は、ＬｉＤＡＲによる計測平面が水平な状態の例を示す図である。図１を参照すると、床面３２の上に支柱（図１に示された例では、三脚）が置かれ、支柱の上に、ＬｉＤＡＲ２０が搭載された機材と、ＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更する仰角度変更治具１２１と、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度を変更する水平角度変更治具１２２とが設置されている。また、図１を参照すると、計測平面が水平な状態におけるＬｉＤＡＲ２０の正面方向の例として、ＬｉＤＡＲ２０から左方向に矢印が示されている。また、ＬｉＤＡＲ２０を制御する制御装置１０が存在する。

なお、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０による計測平面の一端から他端へのＬｉＤＡＲ２０の照射方向の回転角（以下、「計測角度」とも言う。）が３６０度である場合、すなわち、ＬｉＤＡＲ２０による計測範囲が全方位である場合を想定する。しかし、ＬｉＤＡＲ２０による計測角度は、３６０度に限定されない。例えば、ＬｉＤＡＲ２０による計測角度は、１８０度であってもよいし、２７０度であってもよいし、その他の角度であってもよい。

また、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲとして２次元ＬｉＤＡＲ（すなわち、赤外線のレーザ光が照射されるときに水平面上においてだけ照射方向が回転するＬｉＤＡＲ）が用いられる場合を主に想定する。しかし、ＬｉＤＡＲの種類は特に限定されない。例えば、ＬｉＤＡＲとして３次元ＬｉＤＡＲ（すなわち、赤外線のレーザ光が照射されるときに水平面だけでなくレーザ光が俯角・仰角を付けて床面に垂直な面上においても照射するＬｉＤＡＲ）が用いられてもよい。

さらに、本発明の実施形態においては、トンネルの内側にＬｉＤＡＲ２０が１台設置される場合を主に説明する。このとき、１台のＬｉＤＡＲ２０による検出点データに基づいてトンネルの内側に存在する対象物（例えば、作業者など）が計測される。しかし、後にも説明するように、トンネルの内側にＬｉＤＡＲ２０が複数台設置されてもよい。このとき、複数台のＬｉＤＡＲ２０それぞれによる検出点データに基づいて計測が行われれば、どのＬｉＤＡＲ２０によっても計測されない場所（死角となる場所）が低減されるため、対象物の検出精度が向上することが期待される。

図２は、ＬｉＤＡＲ２０による計測平面が水平な状態における検出点の例を示す図である。図２を参照すると、トンネル３１の内側にＬｉＤＡＲ２０が設置されている。多くの場合、図２に示されたように、ＬｉＤＡＲ２０は、トンネル３１の内側において一方の側面側（図２に示された例では、トンネル３１の内側における左の側面側）の床面３２に設置され、ＬｉＤＡＲ２０による計測が行われる。しかし、ＬｉＤＡＲ２０が設置される位置は、トンネルの内側であれば特に限定されない。

また、図２に示された例においても、ＬｉＤＡＲ２０による計測平面が水平な状態となっており、赤外線のレーザ光の照射方向の例として、ＬｉＤＡＲ２０から左右方向それぞれに矢印が示されている。そして、図２には、ＬｉＤＡＲ２０から右方向への矢印によって示された赤外線のレーザ光のトンネル内壁における反射点（検出点Ｄ１）が示されている。同様に、図２には、ＬｉＤＡＲ２０から左方向への矢印によって示された赤外線のレーザ光のトンネル内壁における反射点（検出点Ｄ２）が示されている。

図３は、計測平面が水平な状態のＬｉＤＡＲ２０が設置されたトンネルの内側の様子を示す図である。図３を参照すると、計測平面が水平な状態のＬｉＤＡＲ２０がトンネルの内側に設置されている他、作業者６０と重機７０がトンネルの内側に存在している。なお、図３に示された例では、トンネル自体は描かれておらず、トンネルの内側に存在するＬｉＤＡＲ２０、作業者６０および重機７０が直接見えるように描かれている。重機７０の例としては、ミキサー車、トラック、ショベルカーなどが想定される。しかし、重機７０の種類は特に限定されない。

図３に示されるように、ＬｉＤＡＲ２０による計測平面が水平な状態である場合には、ＬｉＤＡＲ２０によって照射された赤外線のレーザ光がトンネルの代わりに、トンネル以外の物体（ここでは、重機７０）によって反射されてしまう場合があり得る。かかる場合には、ＬｉＤＡＲ２０による検出点データに基づいてＬｉＤＡＲ２０の正面方向を合わせる処理（ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーション）に大きな誤差が生じてしまい、キャリブレーションの結果に基づくＬｉＤＡＲ２０による計測精度（例えば、トンネルの内側の側面から作業者６０までの距離Ｅの計測精度）が向上しない可能性がある。

そこで、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションの精度を向上させる技術を提案する。これによって、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションがＬｉＤＡＲ２０の設置後に高精度に実行されるため（ＬｉＤＡＲ２０の設置後にトンネル断面データなどを必要とせずにスタンドアローンによって実行されるため）、ＬｉＤＡＲ２０を設置する前にトンネル内の空間の座標を計測し、基準点などを設置する必要性が低減され、簡易にＬｉＤＡＲ２０を設置できるようになることが期待される（別言すると、ＬｉＤＡＲ２０の設置のためのコストが低減されることが期待される）。

具体的に、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更することによって、水平方向より上向きに対しても赤外線のレーザ光を照射する。これによって、ＬｉＤＡＲ２０によって照射された赤外線のレーザ光がトンネルの代わりに、トンネル以外の物体（ここでは、重機７０）によって反射されてしまう可能性が低減される。したがって、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションの誤差が小さくなり、キャリブレーションの結果に基づくＬｉＤＡＲ２０による計測精度が向上することが期待される。また、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションの結果を利用して、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションも高精度に実行され得る。

また、ＬｉＤＡＲ２０による検出点データに対する処理を簡易化するためには、ＬｉＤＡＲの正面方向が「トンネルの延在方向」に対して垂直である場合に検出された検出点データに対して処理が行われるのが望ましい。したがって、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションとして、トンネルの延在方向に垂直な水平方向を高精度に計測し、トンネルの延在方向に垂直な水平方向にＬｉＤＡＲ２０の正面方向を合わせる処理を行う。例えば、本発明の実施形態では、トンネルの幅が一定であると仮定する。かかる場合には、形状が最小となるトンネル断面がトンネルの延在方向に垂直な水平方向に相当する。

さらに、上記したように、トンネルの内側にＬｉＤＡＲ２０が複数台設置される場合も想定される。図４は、計測平面が水平な状態のＬｉＤＡＲ２０が複数台設置されたトンネルの内側の様子を示す図である。図４を参照すると、計測平面が水平な状態の複数のＬｉＤＡＲ２０（ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２）がトンネルの内側に設置されている。なお、図３に示された例では、トンネル自体は描かれておらず、トンネルの内側に存在するＬｉＤＡＲ２０が直接見えるように描かれている。

ここで、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれによる検出点データの統合のためには、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれの座標系を一致させる必要がある。このとき、図４に示されるように、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれの正面方向が一致していない場合には、座標系の一致のために、回転変換が必要になるため、座標系の一致のための計算量が膨大となってしまう。そこで、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれの正面方向は一致しているのが望ましい。

本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれの正面方向をトンネルの延在方向に垂直な水平方向に合わせる。したがって、本発明の実施形態によれば、ＬｉＤＡＲ２０−１およびＬｉＤＡＲ２０−２それぞれの正面方向を一致させることが可能である。

一方、トンネルの内側の側面上の点を基準点とし、トンネルの内側の反対側の側面上の各点のうち基準点からの距離が最小となる点を（手動またはセンサによって測定した当該各点から基準点までの距離に基づいて）探す手法も想定される。このとき、基準点と基準点からの距離が最小となる点とを通過する方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向となる。しかし、かかる手法では、基準点を設けたり各点から基準点までの距離を測定したりするために、多くの手間を要してしまう。特に、トンネルの工事が行われる場合には、工事が進むにつれてトンネルの内側の空間が徐々に拡がっていくため、工事が進むたびに、基準点からの距離が最小となる点を探すには莫大な手間を要してしまう。

本発明の実施形態においては、形状が最小となるトンネル断面が自動的に決定され、形状が最小となるトンネル断面上の水平方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向として自動的に決定される。したがって、本発明の実施形態によれば、トンネルの延在方向に垂直な水平方向を探す手間を削減することが可能となる。

以上、本発明の実施形態の概要について説明した。

（１−２．キャリブレーション装置の機能構成例）
続いて、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置の機能構成例について説明する。図５は、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置の機能構成例を示すブロック図である。図５に示されるように、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置１は、制御装置１０、ＬｉＤＡＲ２０、仰角度変更治具１２１および水平角度変更治具１２２を備える。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含み、記憶部１３０により記憶されているプログラムがＣＰＵによりＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に展開されて実行されることにより、その機能が実現され得る。このとき、当該プログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体も提供され得る。あるいは、制御部１１０は、専用のハードウェアにより構成されていてもよいし、複数のハードウェアの組み合わせにより構成されてもよい。

ここで、図５に示されるように、制御部１１０は、仰角度変更部１１１、水平角度変更部１１２、情報取得部１１３、キャリブレーション処理部１１４、および、計測処理部１１５を備える。制御部１１０が備える、これらの各機能部の詳細については、後に説明する。

記憶部１３０は、制御部１１０を動作させるためのプログラムおよびデータを記憶することが可能な記憶装置である。また、記憶部１３０は、制御部１１０の動作の過程で必要となる各種データを一時的に記憶することもできる。例えば、記憶部１３０は、不揮発性の記憶装置によって構成される。

以上、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置１の機能構成例について説明した。

（１−３．キャリブレーション装置の機能詳細例）
続いて、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置１の機能詳細例について説明する。

まず、トンネルの内側における所望の位置にＬｉＤＡＲ２０が設置され、図示しない入力部に対して、キャリブレーション開始のための所定の操作が入力されると、キャリブレーション処理部１１４によるキャリブレーションが開始される。キャリブレーションが開始されると、仰角度変更部１１１は、キャリブレーション処理部１１４による制御に従って、ＬｉＤＡＲ２０の計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更する。

図６は、ＬｉＤＡＲ２０の計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態を示す図である。図６を参照すると、計測平面がトンネルの床面３２に対して垂直な状態におけるＬｉＤＡＲ２０の正面方向として、ＬｉＤＡＲ２０から真上方向に矢印が示されている。この例のように、キャリブレーションが開始されると、計測平面がトンネルの床面３２に対して垂直な状態となる。

続いて、水平角度変更部１１２は、計測平面が床面３２に対して垂直な状態（図６）において、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度を複数の水平角度の間で変更する。以下では、説明を簡便にするため、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が２通りの水平角度（第１の水平角度および第２の水平角度）の間で変更される場合を主に想定する。特に、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度から第２の水平角度に変更される場合を主に想定する。しかし、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が複数通りの水平角度の間で変更されれば、何通りの水平角度の間で変更されてもよい。また、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度の変更順序も特に限定されない。

図７は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度の変更の様子を示す図である。図７に示された例において、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度である場合における計測平面は、検出点Ｄ１１および検出点Ｄ１５を含む面に相当する。一方、図７に示された例において、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第２の水平角度である場合における計測平面は、検出点Ｄ２１および検出点Ｄ２５を含む面に相当する。

このとき、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度および第２の水平角度それぞれである場合において、ＬｉＤＡＲ２０によって赤外線のレーザ光の照射に基づいて計測平面上の１または複数の検出点データが検出される（すなわち、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度および第２の水平角度それぞれである場合において、ＬｉＤＡＲ２０によって、赤外線のレーザ光の照射方向ごとにＬｉＤＡＲ２０から検出点までの距離が計測される）。

より具体的に、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度である場合に、ＬｉＤＡＲ２０による赤外線のレーザ光の照射方向が計測平面の一端から他端まで回転されるときに、ＬｉＤＡＲ２０から赤外線のレーザ光が複数の照射方向それぞれに順次に照射される。このとき、ＬｉＤＡＲ２０は、赤外線のレーザ光を照射してから赤外線のレーザ光が各検出点によって反射されて帰ってくるまでの時間に基づいて、ＬｉＤＡＲと各検出点との距離を照射方向ごとに計測する。

そして、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度から第２の水平角度に変更されると、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０による赤外線のレーザ光の照射方向が計測平面の一端から他端まで回転されるときに、ＬｉＤＡＲ２０から赤外線のレーザ光が複数の照射方向それぞれに順次に照射される。このとき、ＬｉＤＡＲ２０は、赤外線のレーザ光を照射してから赤外線のレーザ光が各検出点によって反射されて帰ってくるまでの時間に基づいて、ＬｉＤＡＲと各検出点との距離を照射方向ごとに計測する。

なお、以下では、ＬｉＤＡＲ２０によって検出された検出点データ（全方位の検出点データ）の一部（特に、５通りの照射方向それぞれに対応する検出点データ）のみがＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される場合を主に想定する。しかし、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される検出点データに対応する照射方向は、５通りに限定されず、１または複数通りであればよい。また、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される検出点データは、ＬｉＤＡＲ２０によって検出された検出点データのどの一部であってもよい。

例えば、既に説明したように、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される検出点データは、水平方向および水平方向より上向きへの赤外線のレーザ光の照射に基づく検出点データのみであってもよい。あるいは、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される検出点データは、床面に存在する重機７０への赤外線のレーザ光の照射をより確実に避けるため、水平方向より上向きへの赤外線のレーザ光の照射に基づく検出点データのみであってもよい。あるいは、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションに利用される検出点データは、ＬｉＤＡＲ２０によって検出された検出点データ（全方位の検出点データ）の全部であってもよい。

図８は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度および第２の水平角度それぞれである場合における各検出点が同一平面上に重ね合わされた例を示す図である。図８を参照すると、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度である場合における５つの検出点が検出点Ｄ１１〜Ｄ１５として示されている。また、かかる検出点データに対応するトンネルの断面形状がトンネル断面形状Ｔ１として示されている。一方、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第２の水平角度である場合における５つの検出点が検出点Ｄ２１〜Ｄ２５として示されている。また、かかる検出点データに対応するトンネルの断面形状がトンネル断面形状Ｔ２として示されている。

キャリブレーション処理部１１４は、第１の水平角度に対応する検出点データおよび第２の水平角度に対応する検出点データに基づいて、（第１の水平角度に対応する検出点データに対応する）トンネル断面形状Ｔ１および（第２の水平角度に対応する検出点データに対応する）トンネル断面形状Ｔ２のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定する。ここで、図８を参照すると、最小のトンネル断面形状は、トンネル断面形状Ｔ１である。そこで、キャリブレーション処理部１１４は、トンネル断面形状Ｔ１に対応する第１の水平角度を、最小のトンネル断面形状に対応する水平角度として決定する。

より具体的に、第１の水平角度に対応する検出点データは、ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ１１〜Ｄ１５までの距離に相当する。また、第２の水平角度に対応する検出点データは、ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ２１〜Ｄ２５までの距離に相当する。キャリブレーション処理部１１４は、第１の水平角度に対応する各距離（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ１１〜Ｄ１５までの距離）の総和を算出する。さらに、キャリブレーション処理部１１４は、第２の水平角度に対応する各距離（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ２１〜Ｄ２５までの距離）の総和を算出する。そして、キャリブレーション処理部１１４は、総和が最小となる各距離に対応する水平角度を最小のトンネル断面形状に対応する水平角度として決定する。

図８を参照すると、第２の水平角度に対応する各距離（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ２１〜Ｄ２５までの距離）の総和が最小となっている。そこで、キャリブレーション処理部１１４は、総和が最小となる各距離（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ１１〜Ｄ１５までの距離）に対応する第１の水平角度を最小のトンネル断面形状に対応する水平角度として決定する。上記したように、本発明の実施形態では、トンネルの幅が一定であると仮定しているため、形状が最小となるトンネル断面（トンネル断面形状Ｔ１）上の水平方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向に相当する。

なお、ここでは、５通りの照射方向それぞれに対応する検出点データがトンネルの延在方向に垂直な水平方向の決定に利用される場合を想定した。しかし、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度ｒにおいて、Ｎ（Ｎは１以上の整数）通りの照射方向それぞれに対応する検出点データがトンネルの延在方向に垂直な水平方向の決定に利用されると一般化した場合、照射方向（照射角度）はＣｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）と表現され、水平角度ｒに対応する各距離は、以下の（数式１）によって表現され、水平角度ｒに対応する各距離の総和は、以下の（数式２）によって算出される。

なお、図８には、ＬｉＤＡＲ２０による赤外線のレーザ光の各照射方向にトンネルのみが存在する例を示した。このとき、第１の水平角度に対応する各検出点（検出点Ｄ１１〜Ｄ１５）がトンネル断面（トンネル断面形状Ｔ１）に存在し、第２の水平角度に対応する各検出点（検出点Ｄ２１〜Ｄ２５）がトンネル断面（トンネル断面形状Ｔ２）に存在する。しかし、ある照射方向にトンネル以外の物体が存在してしまう場合も想定される。かかる場合には、当該水平角度に対応する各検出点の中に、トンネル以外の物体の検出点が存在してしまうため、最小のトンネル断面形状が精度よく決定されない可能性がある。

図９は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第２の水平角度である場合に照射方向にトンネル以外の物体が存在する場合を示す図である。図９に示された例では、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第１の水平角度である場合における照射方向にはトンネル以外の物体が存在しないため、各検出点（Ｄ１１〜Ｄ１５）がトンネル断面（トンネル断面形状Ｔ１）に存在している。一方、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が第２の水平角度である場合における照射方向にはトンネル以外の物体４０が存在するため、トンネル断面（トンネル断面形状Ｔ２）からは外れた検出点Ｄ３２が存在している。なお、ここでは、物体４０はトンネルの内側の壁面に取り付けられた空調機器である場合を想定するが、物体４０は空調機器に限定されない。

図９に示されたように、トンネル断面（トンネル断面形状Ｔ２）からは外れた検出点Ｄ３２が存在してしまうと、最小のトンネル断面形状がトンネル断面形状Ｔ１であると正しく決定されない可能性がある。そこで、キャリブレーション処理部１１４は、物体４０が認識された方向が存在する場合、第１の水平角度および第２の水平角度それぞれに対応する検出点データから、物体４０が認識された方向への赤外線のレーザ光の照射に基づく検出点データを除外する。そして、キャリブレーション処理部１１４は、当該除外した後の検出点データに基づいて、最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するとよい。

図９に示された例では、キャリブレーション処理部１１４は、第１の水平角度に対応する検出点データ（検出点Ｄ１１〜Ｄ１５）から、物体４０が認識された方向（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ３２への方向）への照射に基づく検出点データ（検出点Ｄ１２）を除外する。さらに、キャリブレーション処理部１１４は、第２の水平角度に対応する検出点データ（検出点Ｄ２１、Ｄ２３〜Ｄ２５、Ｄ３２）から、物体４０が認識された方向（ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ３２への方向）への照射に基づく検出点データ（検出点Ｄ３５）を除外する。

そして、キャリブレーション処理部１１４は、当該除外した後の検出点データ（すなわち、第１の水平角度に対応する検出点Ｄ１１、Ｄ１３〜Ｄ１５、および、第２の水平角度に対応する検出点Ｄ２１、Ｄ２３〜Ｄ２５）に基づいて、最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するとよい。

ここで、トンネル以外の物体が存在するか否かは、どのようにして認識されてもよい。例えば、キャリブレーション処理部１１４は、異なる水平角度における同一の方向への赤外線のレーザ光の照射に基づく検出点データの関係に基づいて、物体が存在するか否かを認識してよい。

例えば、キャリブレーション処理部１１４は、異なる水平角度（第１の水平角度および第２の水平角度）における同一の方向への赤外線のレーザ光の照射に基づく検出点データの関係（例えば、ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ１２までの距離とＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄ３２までの距離との関係）が、あらかじめ設定された正常範囲から外れるか否かによって、物体が存在するか否かを認識してもよい。なお、当該関係は、一方の距離から他方の距離を減じて得られる差分であってもよいし、一方の距離を基準とした他方の距離の割合であってもよいし、これら以外の関係であってもよい。

続いて、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションを行う。以下では、キャリブレーション処理部１１４が、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションの例として、ＬｉＤＡＲ２０の高さを得るとともに、ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の両側面までの距離を算出する例を説明する。ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の両側面までの距離は、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションによって計測された最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を用いて算出され得る。

なお、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲ２０による計測範囲が全方位である場合を想定する。したがって、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションに利用される検出点データは、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションが行われたときに既に取得されている場合を想定する。しかし、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションに利用される検出点データが、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションが行われたときに取得されていない場合も想定される。かかる場合には、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションに利用される検出点データは、再度の赤外線のレーザ光の照射に基づいて取得されてもよい。

また、図１０は、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションを説明するための図である。図１０を参照すると、ＬｉＤＡＲ２０の真下方向に検出された検出点Ｐｆが示されている。キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０の真下方向に検出された検出点ＰｆとＬｉＤＡＲ２０との距離をＬｉＤＡＲ２０の床面３２からの高さとして得る。

さらに、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に（すなわち、ＬｉＤＡＲ２０の計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態であるときに）、床面３２上においてＬｉＤＡＲ２０からの距離が最小となる検出点Ｄｍｉｎ（第１の検出点）を算出する。そして、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄｍｉｎまでの距離および方向に基づいて、ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の側面までの最小距離（すなわち、検出点Ｐｆと検出点Ｄｍｉｎとの距離）を算出する。

例えば、最小のトンネル断面形状に対応する水平角度をｒ０とすると、水平角度ｒ０に対応する検出点ＤｍｉｎからＬｉＤＡＲ２０までの線分と検出点ＰｆからＬｉＤＡＲ２０までの線分とに挟まれる角度は、以下の（数式３）によって表現される。

また、水平角度ｒ０に対応するＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄｍｉｎまでの距離は、以下の（数式４）によって表現される。

そして、検出点Ｐｆと検出点Ｄｍｉｎとの距離Ｗｍｉｎは、以下の（数式５）によって表現される。

同様にして、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０の水平角度が最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に（すなわち、ＬｉＤＡＲ２０の計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態であるときに）、床面３２上においてＬｉＤＡＲ２０からの距離が最大となる検出点Ｄｍａｘ（第２の検出点）を算出する。そして、キャリブレーション処理部１１４は、ＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄｍａｘまでの距離および方向に基づいて、ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の側面までの最大距離（すなわち、検出点Ｐｆと検出点Ｄｍａｘとの距離）を算出する。

例えば、最小のトンネル断面形状に対応する水平角度をｒ０とすると、水平角度ｒ０に対応する検出点ＤｍａｘからＬｉＤＡＲ２０までの線分と検出点ＰｆからＬｉＤＡＲ２０までの線分とに挟まれる角度は、以下の（数式６）によって表現される。

また、水平角度ｒ０に対応するＬｉＤＡＲ２０から検出点Ｄｍａｘまでの距離は、以下の（数式７）によって表現される。

そして、検出点Ｐｆと検出点Ｄｍａｘとの距離Ｗｍａｘは、以下の（数式８）によって表現される。

図８に戻って説明を続ける。その後（すなわち、第１の水平角度に対応する検出点データ（検出点Ｄ１１〜Ｄ１５）および第２の水平角度に対応する検出点データ（検出点Ｄ２１〜Ｄ２５）がＬｉＤＡＲ２０によって検出された後）、水平角度変更部１１２は、キャリブレーション処理部１１４による制御に従って、最小のトンネル断面形状（トンネル断面形状Ｔ１）に対応する第１の水平角度にＬｉＤＡＲ２０の水平角度を合わせる。

続いて、仰角度変更部１１１は、キャリブレーション処理部１１４による制御に従って、計測平面が水平な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更する。なお、ここでは、最小のトンネル断面形状（トンネル断面形状Ｔ１）に対応する第１の水平角度にＬｉＤＡＲ２０の水平角度を合わせられた後に、計測平面が水平な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度が変更される場合を説明した。しかし、計測平面が水平な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更されてから、最小のトンネル断面形状（トンネル断面形状Ｔ１）に対応する第１の水平角度にＬｉＤＡＲ２０の水平角度が合わせられてもよい。

計測処理部１１５は、ＬｉＤＡＲ２０と各検出点との距離を照射方向ごとに計測する。計測処理部１１５によって行われる計測は、既に説明したような一般的なＬｉＤＡＲによる計測と同様であってよい。このとき、計測処理部１１５は、キャリブレーション処理部１１４によって行われたキャリブレーション（ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションおよびＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーション）の結果に応じた検出点データを得ることが可能である。

例えば、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションによって、最小のトンネル断面形状に対応する第１の水平角度にＬｉＤＡＲ２０の水平角度を合わせられ、計測平面が水平な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度が変更されている。そのため、ＬｉＤＡＲ２０の正面方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向となっている。したがって、ＬｉＤＡＲ２０による検出点データに対する処理が簡易化される。さらに、上記したように、トンネルの内側にＬｉＤＡＲ２０が複数台設置される場合も想定されるが、複数台のＬｉＤＡＲ２０それぞれの正面方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向に合わせられれば、複数台のＬｉＤＡＲ２０の座標系の一致のための計算量が低減される。

以上、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置１の機能詳細例について説明した。

（１−４．ハードウェア構成例）
続いて、本発明の実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成例について説明する。以下では、本発明の実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成例として、情報処理装置９００のハードウェア構成例について説明する。なお、以下に説明する情報処理装置９００のハードウェア構成例は、制御装置１０のハードウェア構成の一例に過ぎない。したがって、制御装置１０のハードウェア構成は、以下に説明する情報処理装置９００のハードウェア構成から不要な構成が削除されてもよいし、新たな構成が追加されてもよい。また、本発明の実施形態に係るキャリブレーション装置１は、図５に示されたように、制御装置１０に、仰角度変更治具１２１、水平角度変更治具１２２およびＬｉＤＡＲ２０が追加される。

図１１は、本発明の実施形態に係る制御装置１０の例としての情報処理装置９００のハードウェア構成を示す図である。情報処理装置９００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３と、ホストバス９０４と、ブリッジ９０５と、外部バス９０６と、インタフェース９０７と、入力装置９０８と、出力装置９０９と、ストレージ装置９１０と、通信装置９１１と、を備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って情報処理装置９００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバス等から構成されるホストバス９０４により相互に接続されている。

ホストバス９０４は、ブリッジ９０５を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バス等の外部バス９０６に接続されている。なお、必ずしもホストバス９０４、ブリッジ９０５および外部バス９０６を分離構成する必要はなく、１つのバスにこれらの機能を実装してもよい。

入力装置９０８は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチおよびレバー等ユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路等から構成されている。情報処理装置９００を操作するユーザは、この入力装置９０８を操作することにより、情報処理装置９００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９０９は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）装置、ランプ等の表示装置およびスピーカ等の音声出力装置を含む。

ストレージ装置９１０は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９１０は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置等を含んでもよい。ストレージ装置９１０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）で構成される。このストレージ装置９１０は、ハードディスクを駆動し、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データを格納する。

通信装置９１１は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、通信装置９１１は、無線通信または有線通信のどちらに対応してもよい。

以上、本発明の実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成例について説明した。

（１−５．まとめ）
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲ２０のキャリブレーション装置１であって、赤外線のレーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲ２０と、計測平面がトンネルの床面に対して垂直な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更する仰角度変更部１１１と、計測平面が床面に対して垂直な状態においてＬｉＤＡＲ２０の水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部１１２と、複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部１１４と、を備える、キャリブレーション装置１が提供される。

かかる構成によれば、ＬｉＤＡＲ２０の仰角度を変更することによって、水平方向より上向きに対しても赤外線のレーザ光が射される。これによって、ＬｉＤＡＲ２０によって照射された赤外線のレーザ光がトンネルの代わりに、トンネル以外の物体（例えば、重機７０など）によって反射されてしまう可能性が低減される。したがって、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションの誤差が小さくなり、キャリブレーションの結果に基づくＬｉＤＡＲ２０による計測精度が向上することが期待される。

これによって、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションがＬｉＤＡＲ２０の設置後に高精度に実行されるため（ＬｉＤＡＲ２０の設置後にトンネル断面データなどを必要とせずにスタンドアローンによって実行されるため）、ＬｉＤＡＲ２０を設置する前にトンネル内の空間の座標を計測する必要性が低減され、簡易にＬｉＤＡＲ２０を設置できるようになることが期待される（別言すると、ＬｉＤＡＲ２０の設置のためのコストが低減されることが期待される）。

さらに、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションによって計測された最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を用いて、ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の両側面までの距離が高精度に算出され得る。ＬｉＤＡＲ２０の床面３２への垂線の足からトンネルの内側の側面までの距離を用いれば、計測時にトンネルの内側の側面の付近にトンネル以外の物体（例えば、重機７０）が存在し、トンネルの内側の側面が検出されなくても、トンネルの内側の側面から対象物（例えば、作業者など）までの距離が計測され得る。すなわち、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションの結果を利用して、ＬｉＤＡＲ２０の位置のキャリブレーションも高精度に実行され得る。

さらに、ＬｉＤＡＲ２０の方位のキャリブレーションによって、最小のトンネル断面形状に対応する第１の水平角度にＬｉＤＡＲ２０の水平角度を合わせられ、計測平面が水平な状態となるようにＬｉＤＡＲ２０の仰角度が変更され得る。このとき、ＬｉＤＡＲ２０の正面方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向となるため、ＬｉＤＡＲ２０による検出点データに対する処理が簡易化される。さらに、トンネルの内側にＬｉＤＡＲ２０が複数台設置される場合も想定されるが、複数台のＬｉＤＡＲ２０それぞれの正面方向がトンネルの延在方向に垂直な水平方向に合わせられれば、複数台のＬｉＤＡＲ２０の座標系の一致のための計算量が低減される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記では、制御装置１０が有する各機能ブロックの全部が、ＬｉＤＡＲ２０、仰角度変更治具１２１および水平角度変更治具１２２と一体化されている場合を主に説明した。しかし、制御装置１０が有する各機能ブロックは、ＬｉＤＡＲ２０、仰角度変更治具１２１および水平角度変更治具１２２と一体化されていなくてもよい（制御装置１０が有する各機能ブロックは、ＬｉＤＡＲ２０、仰角度変更治具１２１および水平角度変更治具１２２と別体であってもよい）。

また、本発明の実施形態においては、ＬｉＤＡＲとして２次元ＬｉＤＡＲ（すなわち、赤外線のレーザ光が照射されるときに水平面上においてだけ照射方向が回転するＬｉＤＡＲ）が用いられる場合を主に想定した。しかし、ＬｉＤＡＲの種類は特に限定されない。例えば、ＬｉＤＡＲとして３次元ＬｉＤＡＲ（すなわち、赤外線のレーザ光が照射されるときに水平面だけでなくレーザ光が俯角・仰角を付けて床面に垂直な面上においても照射するＬｉＤＡＲ）が用いられてもよい。

１ キャリブレーション装置
１０ 制御装置
１１０ 制御部
１１１ 仰角度変更部
１１２ 水平角度変更部
１１３ 情報取得部
１１４ キャリブレーション処理部
１１５ 計測処理部
１２１ 仰角度変更治具
１２２ 水平角度変更治具
１３０ 記憶部
２０ ＬｉＤＡＲ
３１ トンネル
３２ 床面
４０ 物体
６０ 作業者
７０ 重機

Claims (13)

1. トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲのキャリブレーション装置であって、
   測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲと、
   前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更する仰角度変更部と、
   前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部と、
   前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部と、
   を備える、キャリブレーション装置。
2. 前記検出点データは、前記ＬｉＤＡＲから１または複数の検出点それぞれまでの距離を含む、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
3. 前記キャリブレーション処理部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する前記距離の総和を算出し、最小の前記距離の総和に対応する水平角度を前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度として決定する、
   請求項２に記載のキャリブレーション装置。
4. 前記キャリブレーション処理部は、物体が認識された方向が存在する場合、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データから、前記物体が認識された方向への測定レーザ光の照射に基づく検出点データを除外し、当該除外した後の検出点データに基づいて、前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定する、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
5. 前記キャリブレーション処理部は、異なる水平角度における同一の方向への測定レーザ光の照射に基づく検出点データの関係に基づいて、前記物体が存在するか否かを認識する、
   請求項４に記載のキャリブレーション装置。
6. 前記水平角度変更部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データが前記ＬｉＤＡＲによって検出された後、前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度に前記ＬｉＤＡＲの水平角度を合わせる、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
7. 前記仰角度変更部は、前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データが前記ＬｉＤＡＲによって検出された後、前記計測平面が水平な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更する、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
8. 前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの真下方向に検出された検出点と前記ＬｉＤＡＲとの距離を前記ＬｉＤＡＲの前記床面からの高さとして得る、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
9. 前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの水平角度が前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に、前記床面上において前記ＬｉＤＡＲからの距離が最小となる第１の検出点を算出し、前記ＬｉＤＡＲから前記第１の検出点までの距離および方向に基づいて、前記ＬｉＤＡＲの前記床面への垂線の足から前記トンネルの内側の側面までの最小距離を算出する、
   請求項１に記載のキャリブレーション装置。
10. 前記キャリブレーション処理部は、前記ＬｉＤＡＲの水平角度が前記最小のトンネル断面形状に対応する水平角度である場合に、前記床面上において前記ＬｉＤＡＲからの距離が最大となる第２の検出点を算出し、前記ＬｉＤＡＲから前記第２の検出点までの距離および方向に基づいて、前記ＬｉＤＡＲの前記床面への垂線の足から前記トンネルの内側の側面までの最大距離を算出する、
    請求項１に記載のキャリブレーション装置。
11. トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲのキャリブレーション方法であって、
    測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出することと、
    前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更することと、
    前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更することと、
    前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定することと、
    を含む、キャリブレーション方法。
12. トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲの制御装置であって、
    測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲから前記検出点データを取得する情報取得部と、
    前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更する仰角度変更部と、
    前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更する水平角度変更部と、
    前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定するキャリブレーション処理部と、
    を備える、制御装置。
13. トンネルの内側に設置されるＬｉＤＡＲの制御方法であって、
    測定レーザ光の照射に基づいて計測平面上の検出点データを検出するＬｉＤＡＲから前記検出点データを取得することと、
    前記計測平面が前記トンネルの床面に対して垂直な状態となるように前記ＬｉＤＡＲの仰角度を変更することと、
    前記計測平面が前記床面に対して垂直な状態において前記ＬｉＤＡＲの水平角度を複数の水平角度の間で変更することと、
    前記複数の水平角度それぞれに対応する検出点データに基づいて、前記検出点データに対応するトンネル断面形状のうちの最小のトンネル断面形状に対応する水平角度を決定することと、
    を含む、制御方法。

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