JP2020140413A - 三次元レーザー光走査装置の設置場所決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元レーザー光走査装置を測量現場で使用する際、走査装置が一度に測量可能な領域は測量現場で求められる測量対象領域より狭いため、走査装置は設置・測量・移動を繰り返す必要がある。走査装置の測量回数が増えると測量作業そのものの工数が増えるだけでは無く、測量作業前後の設置や移動といった段取の工数も含めて増加し、測量作業の妨げとなっていた。【解決手段】測量予定の対象の地形と要求される点群データの最低密度とに基づいて必要最低限の測量回数となるような設置個所と順番を算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、測量に用いる三次元レーザー光走査装置の設置場所の決定方法およびこの方法によって測量を行う測量システムに関するものである。

三次元レーザー光走査装置（３Ｄスキャナーともいう）を土木建設工事の現場で測量装置として使用する事例が昨今増えてきている。例えば先行技術文献のようなものである。

特開２０１７−２１８７９２公報

土木建設工事の現場は広いため、三次元レーザー光走査装置による１回の走査（全周の点群データを得る一連の動作のことを意味する）で測量対象の全範囲を走査して点群データを取得できない場合が多い。
このような場合、三次元レーザー光走査装置を次の場所に移動させて設置し走査を行う。そして複数回これを行う必要がある。

三次元レーザー光走査装置をどの場所に設置するかという設置場所の選択は、この作業に習熟した使用者の経験と勘に依存するところが大きい。複数回の走査によって得られた点群データを事務所など点群データ処理機能のある拠点に持ち帰ってからこれら点群データを照査した結果、走査が漏れている領域があった場合、その領域については改めて走査を行う必要がある。
また、走査が行われた領域が大きく重複していると、それらの領域の点群データは不要であり無駄になる。

一方で、ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎの出来形管理では、点群データ密度が定められており、その密度以上で走査する必要がある。

本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、発明者は三次元レーザー光走査装置の点群データ密度は測量の対象である領域の三次元形状と深く関係していることを見出し、本発明に至った。

上述の問題を解決すべく本発明が成された。
本発明の三次元レーザー光走査装置の設置場所決定方法は、
「測量現場において三次元レーザー光走査装置の設置場所を決定する方法であって、
条件入力ステップと、３Ｄ地形モデル選定ステップと、３Ｄ地形モデルに基づいて設置困難領域を特定するステップと、測量領域内の点群密度を確認する粗点群密度確認ステップと、測量領域内に三次元レーザー光走査装置の設置場所を仮決定する走査装置設置場所仮決定ステップと、仮決定ステップで決定された設置場所に基づいて走査装置の再設置に係る工数が最小となる組合せを探索する最小設置組合せ探索ステップと、を行う」
ことを特徴としている。

加えて、本発明の三次元レーザー光走査装置測量システムは、上述の方法によることを特徴としている。

結果、ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎで要求される最低限の点群データ密度を確保しつつ不要な重複した点群データを最小限にすることが可能となる三次元レーザー光走査装置の設置場所が決定される。

本発明の特徴により、三次元レーザー光走査装置を移動し設置し測定しといった一連の作業の工数を低減できる。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。

である。 である。 である。

以下、本発明の三次元レーザー光走査装置の設置場所決定方法を説明する。

まず、条件入力を行う。
本発明では以下のようなものを最低限必要とする。
・三次元レーザー光走査装置の 分解能 垂直方向下限角度 設置高
・要求される点群データ密度
※ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎでは、１０ｃｍ平方あたり１点以上

分解能とは、走査装置が周囲空間に対して点群データ取得を行う際の単位立体角あたりの点群データの密度のことである。
垂直方向下限角度とは、走査装置の水平面からどの程度下の方向まで走査可能かを示すものである。走査装置の直下には構造上の死角があり走査できない。それを水平面からの角度で支持する。
設置高とは、走査装置が設置されている地上高のことである。通常、走査装置は三脚などの支持構造物の上に載置される。

加えて、各作業時間も入力可能とする。
例えば、ターゲット（測量領域の特定箇所に置く座標上の目印）の設置にかかる時間、三次元レーザー光走査装置の設置や設定にかかる時間、走査装置の測量時間、走査装置の移動時間、などである。
さらには、最小となる対象が何であるか目的を入力することもできる。例えば、測量回数最小化であったり作業時間最小化であったりする。
これらの入力は、請求項の「条件入力ステップ」に該当する。

次に、測量対象となる領域に該当する３Ｄ地形モデルデータを選択する。事前に測量によって作成されたものであっても良いし、国土地理院の地図データなどから生成しても良い。
これは、請求項の「３Ｄ地形モデル選択ステップ」に該当する。

そしてこの選択された３Ｄ地形モデルデータから平面図を作成する。
この平面図は、走査装置の設置場所を決定する際に使用する。
前述の３Ｄ地形モデルデータ上で急峻なところや溝や谷などの走査装置を設置できない領域を特定する。
これは、請求項の「設置困難領域を特定するステップ」に該当する。

前述の入力された条件に従って、三次元レーザー光走査装置を何もない平面上で走査状況をシミュレーションし、要求されている点群データ密度が達成可能な距離を計算する。
図１は、このシミュレーションの状況を示す平面図である。
多数のマス目（格子状）の縦線横線は架空の目盛りである。一辺は１０ｃｍであり、一つの正方形の面積は１０ｃｍ平方である。

ドーナツ状の同心円の中心に三次元レーザー光走査装置が設置されている。
灰色に着色されているマス（正方形）は点群データ密度が要求に適っている「有効な測量が可能な領域」を意味する。内側の円内（中心付近）は走査装置の足元であるためレーザー光が照射できないため測量不可で無効あり、また外側の円外（一定の距離以上）は点群データ密度が要求されたもの以下となるため無効となる。
「内側の円に触れているマスより外側」で且つ「外側の円に触れているマスより内側」にあるマスが有効な測量可能領域であることを示す。
これは、請求項の「粗点群密度確認ステップ」に該当する。

図２は、図１の２つの円（内側の円と外側の円）を除去して有効なマス目と無効なマス目のみを示したものである。このように、入力された条件から有効に測量が可能な領域を導くことができる。また図１の時点で判明するが、走査装置の設置中心からみた有効な測量可能領域の最小値と最大値（内側の円の半径と外側の円の半径）も導くことができる。
前述の平面図の上で、上述の最大値（外側の円の半径に相当する距離）の１／２〜１／４程度の距離を単位で平面図上に格子を作成する。
これは、請求項の「走査装置設置場所仮決定ステップ」に該当する。

なお、この格子の間隔の距離を設置間隔距離とする。
また、図３はこの状況を示している。
測量対象領域は右上が欠けた矩形であり、中央少し上に地形上の都合で走査装置が設置できない領域が設けられており、黒点は走査装置を設置する場所として仮決定した箇所であり、黒点間距離が設置間隔距離である。

まず、前述の平面図上の格子のそれぞれに三次元レーザー光走査装置を設置したとして前述同様に走査をシミュレーションし、平面図上の測量対象領域全体で要求された点群データ密度を満たしているかどうかを確認する。
上述の確認がＯＫである場合、上述の走査装置設置を仮決定した各点について「走査装置の設置の有無」を全ての組合せで同様に上述の確認を行う。確認がＯＫとなる組合せのうち、「測定回数最小化が目的」であれば、この組合せの中で最小回数となるものを最適解として選択する。
また、「作業時間最小化が目的」の場合、時間が最小になる組み合わせを最適解として選択する。
これが、請求項の「最小設置組合せ探索ステップ」に該当する。

このような手順により、最小限の工数で三次元レーザー光走査装置を設置する場所を決定することができ、結果、測量作業の効率化を可能とする。
また、このような方法を用いることで効率的な測量を行うことができる測量システムを実現できる。

無し

三次元レーザー光走査装置の周囲の点群データ密度の有効範囲を示す平面図である。 図１より同心円を除去した平面図である。 測量対象領域に三次元レーザー光走査装置を設置する場所が仮決定された様子を示す平面図である。

Claims (2)

1. 測量現場において三次元レーザー光走査装置の設置場所を決定する方法であって、
   条件入力ステップと、
   ３Ｄ地形モデル選定ステップと、
   前記３Ｄ地形モデルに基づいて設置困難領域を特定するステップと、
   測量領域内の点群密度を確認する粗点群密度確認ステップと、
   測量領域内に三次元レーザー光走査装置の設置場所を仮決定する走査装置設置場所仮決定ステップと、
   前記仮決定ステップで決定された設置場所に基づいて走査装置の再設置に係る工数が最小となる組合せを探索する最小設置組合せ探索ステップと、
   を行う
   ことを特徴とする三次元レーザー光走査装置の設置場所決定方法。
2. 請求項１に記載の方法によって測量を行う三次元レーザー光走査装置測量システム。