JP2020180841A

JP2020180841A - 測位装置、測位方法およびプログラム

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Publication number: JP2020180841A
Application number: JP2019082941A
Authority: JP
Inventors: 熊谷　薫; Kaoru Kumagai; 薫熊谷
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: JP7240945B2; JP2023067968A; US20200340811A1; US11313680B2

Abstract

【課題】トータルステーションのレンタル事業において、利用者の利用形態に即した課金を可能とする。【解決手段】パルスレーザ光を用いた測位を行う測位部１０１と、ユーザの操作を受け付ける操作受付部１０２と、操作受付部１０２に対する前記ユーザによる操作に基づき、特定の点の測位において相対的に少ないパルス数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いパルス数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部１０３と、第１の測位モードによる測位の回数および第２の測位モードによる測位の回数のそれぞれを個別にカウントするカウント部１０４とを備えるトータルステーション１００。【選択図】図１

Description

本発明は、位置の測定を行う技術に関する。

トータルステーションを用いて測位（位置の測定）を行う技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１７−１３３９８１号公報

トータルステーションをレンタルで利用する形態がある。この場合、例えば１週間でレンタル料金がいくら、といった形態が利用される。しかしながら、この形態は、ユーザの利用状態に即したものではなかった。このような背景において、本発明は、トータルステーションのレンタル事業において、利用者の利用形態に即した課金が可能な技術の提供を目的とする。

本発明は、レーザー光を用いた測位を行う測位部と、特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部と、前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウント部とを備える測位装置である。

本発明は、レーザー光を用いた測位を行う方法であって、特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択ステップと、前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウントステップとを備える測位方法として把握可能である。

本発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータに特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択ステップと、前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウントステップとを実行させるプログラムとして把握可能である。

本発明において、前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数のカウント数を管理サーバに送信する送信部をさらに有する態様が挙げられる。

本発明は、レーザー光を用いた測位を行う測位部と、特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部と、前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択されたモード情報と測位データを管理サーバに送る送信部とを備える測位装置として把握することもできる。

本発明によれば、トータルステーションのレンタル事業において、利用者の利用形態に即した課金が可能な技術が得られる。

測設の作業を行う場合の一例を示す概要図である。実施形態のトータルステーションの制御部のブロック図である。実施形態の管理サーバのブロック図である。実施形態における処理の手順の一例を示すフローチャーである。

１．実施形態
（概要）
図１には、測設を行う場合の例が示されている。測設は、土木工事現場等において、図面上で定めた位置を実際の現場で特定し、その位置に目印を付ける（例えば杭を打つ）作業である。この作業では、トータルステーション１００が利用される。この例において、トータルステーション１００はレンタル品であり、トータルステーション１００を利用する利用者は、利用形態に応じたレンタル使用料金をレンタル事業者に支払う。

測設において、作業員５０は、レーザー測位のターゲットとなる反射プリズム７１を備えた測量用ポール７０を手にし、また測設作業に関するガイド情報を表示する端末５１を携帯している。反射プリズム７１は、入射した光を１８０°方向を変えて反射する。端末５１は、通信インターフェース、操作インターフェース、表示ディスプレイを備えている。端末５１としては、専用の端末またはガイド機能を実現するアプリケーションソフトウェアをインストールしたスマートフォンやタブレット端末が利用される。

測設では、トータルステーション１００の測位機能を利用して、予め図面上で特定した測設点を確定し、そこに杭打ち等が行なわれる。この測設点の確定に反射プリズム７１を備えた測量用ポール７０とトータルステーション１００が利用される。

トータルステーション１００は、図２の制御部１１０を備える。制御部１１０は、レーザー光を用いた測位を行う測位部１０１と、ユーザ５０の操作を受け付ける操作受付部１０２と、操作受付部１０２に対するユーザ５０による操作に基づき、特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部１０３と、第１の測位モードおよび第２の測位モードの選択された回数を個別にカウントするカウント部１０４とを備えている。ここでいうレーザー波数は距離測定方式におけるレーザー光のパルス数であったり、位相差方式における１周期やそれらの組み合わせによる反射されたレーザー光の検出数又は検出周期に係る数を意味する。

第１の測位モードと第２の測位モードとで、求められるトータルステーション１００の性能に違いがある。具体的に述べると、第１の測位モードは第２の測位モードに比較してより高い性能が求められる。一般により高性能な精密機器はそれに応じて開発費用や製造費用が高く、高価格となる。

そこで、トータルステーションのレンタルでの利用に際して、要求される性能に対応した重み付けを行い、それを課金に反映させる。これにより、利用者の利用形態に即した課金が可能となる。具体的には、相対的に高コストの機能を利用した場合は相対的に高い課金が行なわれ、相対的に低コストの機能を利用した場合は相対的に低い課金が行なわれる。

この方法によれば、低コストの機能を利用した場合は、課金が相対的に低く、高コストの機能を利用した場合は、課金が相対的に高くなる。これは利用する機能の価値に対応した課金であり、利用者の利用形態に即した課金となる。

（トータルステーション）
トータルステーション１００の光学的な機能は、通常のトータルステーションと同じである。トータルステーション１００は、現場に設置した状態で絶対座標系における外部標定要素（位置と姿勢）が予め計測されており、既知のデータとして取得されている。絶対座標系というのは、ＧＮＳＳや地図で用いられる座標系であり、通常は緯度、経度、高度によって座標が特定される。座標系として適当なローカル座標系を用いることもできる。また、トータルステーション１００は、測設点の座標を予め取得しており、内部の記憶部に記憶している。

トータルステーション（ＴＳ）１００は、レーザー光やカメラによる撮影画像の画像認識処理を用いて反射プリズム７１を探索する機能、およびレーザー光を用いて反射プリズム７１の測位を行う機能を有する。トータルステーション１００は、反射プリズム７１に測距用のレーザー光を照射し、その反射光を利用してトータルステーション１００に対する反射プリズム７１の位置を計測する。

（トータルステーションのブロック図）
トータルステーション１００は、測距光を５０回／秒のパルス周期で測位対象物に対してパルス照射する。利用するパルス数は選択できる。各パルス光は、高周波変調されており、対象物で反射した測距光と基準光路を伝搬した基準光との位相差から測距が行なわれる。また、その際の光軸の方向から、トータルステーション１００の光学原点から見た測距光の反射点の方向が判る。そして、トータルステーション１００から見た反射点の距離と方向から、トータルステーション１００に対する測距光の反射点の位置が算出される。なお、パルス状の測距光の飛翔時間から測距を行う形態もある。なお、トータルステーションの距離測定は本実施例では測距光はパルス発光によるパルス方式としているが、発光強度変調による位相差方式やこれらの組み合わせ方式を用いることができる。

図２にトータルステーション１００の制御部１１０のブロック図を示す。なお、光学系や機構系の構成は、通常のトータルステーションと同じであるので説明は省略する。制御部１１０は、コンピュータとして機能する。制御部１１０は、ＣＰＵ、メモリ、インターフェース回路、各種のプロセッサ、各種の集積回路により構成されている。制御部１１０の一部または全部をマイコンやＦＰＧＡ等を利用した専用のプロセッサで構成することもできる。また、制御部１１０の一部をＣＰＵによって実行されるプログラムとして把握することもできる。

制御部１１０は、測位部１０１、操作受付部１０２、測位モード選択部１０３、カウント部１０４、通信装置１０５および記憶部１０６を備える。

測位部１０１は、測距光の反射点の位置を算出する。トータルステーション１００は基準光路を内蔵している。測位対象物に照射する測距パルス光の一部が分岐されてこの基準光路に基準パルス光として導かれる。測位対象物から反射した測距光（測定パルス光）を検出するフォトダイオード等の検出素子は、基準パルス光と測定パルス光を検出する。

測定パルス光は、基準パルス光より長い経路を伝搬するので、両光の検出タイミングに位相差が生じる。この位相差から測距光の反射点までの距離が算出される。また、この測距光の光軸の方向が、トータルステーション１００が備える水平回転角検出センサと鉛直方向角（仰角または俯角）検出センサにより計測される。トータルステーション１００を起点とした測距光の反射点までの距離と方向が判ることで、トータルステーション１００に対する反射点の位置が算出できる。

利用する特定の座標系（例えば絶対座標系）におけるトータルステーション１００の外部標定要素は予め調べられており、既知であるので、トータルステーション１００に対する反射点の位置が判ることで、絶対座標系における当該反射点の位置（３次元座標値）が算出される。以上の処理が測位部１０１で行われる。

操作受付部１０２は、ユーザ５０によるトータルステーション１００の操作の内容を受け付ける。この例では、ユーザ５０は携帯する端末５１を用いてトータルステーション１００の操作を行う。ユーザ５０が端末５１を用いてトータルステーション１００に対する操作を行うと、その操作を指示する信号が端末５１からトータルステーション１００に送られ、それが操作受付部１０２で受け付けられる。

測位モード選択部１０３は、ユーザ５０により指定された測位モードを選択する。この例では、後述する第１の測位モードと第２の測位モードの２種類の測位モードが用意されており、そのいずれか一方が選択される。勿論、測位モードは任意のタイミングで切り替えることができる。具体的には、端末５１がユーザ５０により操作されて、第１の測位モードまたは第２の測位モードが選択される。この選択内容が操作受付部１０２で受け付けられ、この受け付けた内容に基づき、測位モード選択部１０３での測位モードの選択が行なわれる。

カウント部１０４は、測位モードの選択をカウントする。カウントの仕方としては、測位モードの選択が行なわれる毎にそれをカウントし、通信装置１０６から管理サーバ２００にその旨を送信する形態、測位モードの選択のカウントの累積値を作業終了の段階で通信装置１０６から管理サーバ２００にまとめて送信する形態、測位モードの選択のカウントの累積値を作業の途中の段階で複数回に分けて通信装置１０６から管理サーバ２００に送信する形態がある。

通信装置１０５は、端末５１と通信を行う。通信は、電話回線、無線ＬＡＮ回線、ブルートゥース（登録商標）回線等が利用される。また、通信装置１０５はインターネット回線に接続可能であり、インターネット回線を利用して図３の管理サーバ２００と通信を行う。通信装置１０５から管理サーバ２００へは、測位モードの利用状態に係るデータと共に、トータルステーション１００が取得した測位データも送信される。

記憶部１０６は、半導体メモリやハードディスク装置により構成され、トータルステーション１００の動作に必要な各種のデータやプログラム、トータルステーション１００の動作の結果得られた各種のデータを記憶する。

（測位モードの説明）
（Ａ）第１の測位モード
第１の測位モードでは、測位対象物が動いていても測位ができるように、３パルスの測距光の平均値を用いて測距を行う。利用するパルス数が少ないと、測位対象物の動きへの追従性が高くなるが、測位精度は低下する。逆に、利用するパルス数が多くなると、測位対象物の動きへの追従性は低くなるが、測位精度は向上する。このメリットとデメリットのバランスから、上記の設定が採用されている。なお、第１の測位モードでの利用するパルス数は、上記の例に限定されるものではく、装置の能力や測位の状況に応じて適宜設定できる。

（第２の測位モード）
第２の測位モードは、測位の精度を上げるために１０パルスの測距光の平均値を用いて測距を行う。なお、第２の測位モードでの利用するパルス数は、上記の例に限定されるものではく、装置の能力や測位の状況に応じて適宜設定できる。

（管理サーバ）
図３は、管理サーバ２００のブロック図である。管理サーバ２００は、トータルステーション１００の利用状況に応じた課金に係る処理を行う。管理サーバ２００は、インターネット回線を介してトータルステーション１００と通信を行う。管理サーバ２００は、通信部２０１、カウント部２０２、課金金額計算部２０３を備える。通信部２０１は、インターネット回線への接続および同回線を利用したトータルステーション１００との通信を行う。通信相手は、トータルステーション１００に限定されず、端末５１や他の電子機器との通信も可能である。

カウント部２０２は、トータルステーション１００による第１の測位モードによる測位の回数および第２の測位モードによる測位の回数のそれぞれを個別にカウントする。カウントは、当該モードが選択された場合に１カウントとする。よって、当該モードを用いた計測時間は関係しない。勿論、時間要素を加味する形態も可能である。

例えば、仮に測設点が１０カ所あるとする。この場合、各測設点への誘導作業のために第１の測位モードが１０回選択される。また、各測設点の確定（杭打ち）作業のために第２の測位モードが１０回選択される。なお、作業を失敗し、やり直す場合もあるので、各モードが１１回以上選択される場合も有り得るが、ここでは話を簡単にするために、各測位モードがそれぞれ１０回選択されるものとする。

各測位モードの利用回数がトータルステーション１００から管理サーバ２００に送られ、それがカウント部２０２で検出される。また、この際、トータルステーション１００による測位データも管理サーバ２００に送られる。

上記の例の場合、第１の測位モードが１０回選択され、第２の測位モードが１０回選択された旨を示す信号が、トータルステーション１００から管理サーバ２００に送られる。そして、管理サーバ２００のカウント部２０２において、第１の測位モードが１０回選択され、第２の測位モードが１０回選択された旨がカウント（認識）される。

課金金額計算部２０３は、カウント部２０２でカウントされた第１の測位モードの利用回数と第２の測位モードの利用回数に応じた課金を行う。この課金の結果に基づき、トータルステーション１００の利用者（ユーザ）への利用料金の請求や料金引き落としの処理が行なわれる。

例えば、第１の測位モードの利用料金（課金料金）が５００円／１回、第２の測位モードの利用料金（課金料金）が１５００円／１回であるとする。そして、第１の測位モードの利用回数が２５０回、第２の測位モードの利用回数が２３０回であったとする。この場合、（５００円×２５０回）＋（１５００円×２３０回）＝４７００００円が課金され、この金額が利用者に請求される。

（測設作業の一例）
以下、測設の作業の概要について説明する。まず、トータルステーション１００を第１の測位モードに設定する。この設定は、ユーザ５０が端末５１を操作することで行なわれる。

作業者５０は、測設点の位置および測設作業の順番が記載された図面を携帯しており、この図面を参照して、第１の測設点の付近に移動する。この図面が端末５１の表示画面に表示される形態も可能である。また、トータルステーション１００の側でも測設作業の順番は予め記憶しており、上記のタイミングで第１の測位点付近でのターゲット（反射プリズム７１）の探索が開始される。具体的には、作業者５０が端末５１を操作して、トータルステーション１００に処理の開始を指示することで、上記の探索が開始される。

上記の測設点への移動の際、作業者５０は、測量用ポール７０を垂直に保持するように努める。作業者５０が第１の測設点の近くに移動すると、反射プリズム７１がトータルステーション１００によって捕捉され、更にロックされ、トータルステーション１００による第１の測位モードによる反射プリズム７１の測位が行なわれる。この反射プリズムの測位は連続的に行われ、特に指示をしなければ継続して反射プリズムの測位データが得られる。

トータルステーション１００による反射プリズム７１の測位が行なわれると、その測位データと第１の測設点のデータが端末５１に送信される。これを受けて、端末５１には、反射プリズム７１の位置と予め定めた測設点との位置関係がレーダー表示される。具体的には、反射プリズム７１の２次元位置を中心に表示し、更にこの中心に対する測設点の２次元位置を表示した画面が端末５１のディスプレイに表示される。

作業者５０はこの端末５１の表示を参考にして、測設点と反射プリズム７１の２次元位置が一致するように、測量用ポール７０の位置を調整する。測設点と反射プリズム７１の位置（平面座標系上での座標）が一致あるいは一致と見なせる状況になったら、第２の測位モードに切り替え、反射プリズム７１の測設点の特定を行う。

特設点を特定したら、その点に目印となる杭を打つためのマーキング、あるいは目印となる杭を打ち込む作業を行う。以上の作業の場合、第１の測位モードと第２の測位モードがそれぞれ１回選択されたことになる。そして、以上の作業を第２の測設点、第３の測設点・・・に対して繰り返し行う。

（トータルステーション側での処理）
以下、上述した測設作業において、トータルステーション１００の内部で行なわれる処理の一例を説明する。図４は、処理の手順の一例を示すフローチャートである。図４の処理をトータルステーション１００に外付けした外部の制御装置（例えば、制御コンピュータとして利用したＰＣ）で行うことも可能である。図４の処理を実行するプログラムは、記憶部１０６に記憶され、制御部１１０で実行される。このプログラムを適当な記憶媒体やサーバに記憶させ、そこから制御部１１０にダウンロードして利用する形態も可能である。

まず、トータルステーション１００は、レンタル業者から配布された解除キーを入力することで利用が可能となる設定となっている。トータルステーション１００の電源がＯＮにされ、ユーザに配布された解除キーが入力されると（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０２以下の処理が開始される。

処理が開始されると、ユーザ５０による測位モードの選択が行なわれたか否か、が判定される（ステップＳ１０２）。測位モードの選択は、ユーザ５０が端末５１を操作することで行なわれる。

ユーザにより測位モードが選択されると、選択された測位モードが設定される（ステップＳ１０３）。例えば、測位モードの実行を指示するコマンドが用意されており、当該コマンドを識別することで測位モードの識別が行なわれる。選択された測位モードが識別されると、当該識別された測位モードが選択され、以後この選択された測位モードでの測位動作が行なわれる。

次に、トータルステーション１００の測位動作の終了の有無が判定される（ステップＳ１０４）。例えば、用意された測設点の全てに対する測設作業が終了した場合、ユーザ５０は作業が終了した旨を端末５０に入力する。この入力情報がトータルステーション１００に送信され、作業の終了の有無がトータルステーション１００で認識される。あるいは、用意された測設点の全ての測設作業が終了した段階で、それが自動認識され、作業の終了と判定される。

トータルステーション１００が動作終了の場合、ステップＳ１０５に進む。動作終了でない場合、ステップＳ１０２以下の処理を繰り返す。ステップＳ１０５では、それまでに利用された第１の測位モードのカウント数と第２の測位モードのカウント数とをカウントする（ステップＳ１０５）。例えば、第１の測位モードを３０回使用、第２の測位モードを３４回使用、といった内容をカウントする。次に、ステップＳ１０５で得られた測位モードのカウントデータおよび測位データが管理サーバ２００に送信され（Ｓ１０６）、図４の処理が終了する。

上記のフローでは、測設作業の終了後に利用した識別モードの回数のデータをまとめて管理サーバ２００に送る形態であるが、識別モードの選択が行なわれるたびに識別モードの利用の有無が管理サーバに送られる形態も可能である。

（その他）
第１の測位モードから第２の測位モードへの変更を自動で行う形態も可能である。この場合、測設点と反射プリズム７１との距離が予め定めた閾値（例えば、５ｃｍ）以下となった段階で、それを契機として第１の測位モードから第２の測位モードに移行する。

測位モードの数は２モードに限定されず、３モード以上であってもよい。例えば、現況測量、境界画定測量、建設機械の位置や建設機械の可動部分（例えば、油圧シャベルのバケットの位置）、ＵＡＶの測位（追跡）といった用途にトータルステーションを用いることが考えられるが、そのような用途に合った測位モードを用意してもよい。

上記の例では、利用する測距光のパルス数の違い応じて測位モードを設定する例を示したが、他の形態の測位モードの設定も可能である。例えば、測位距離によって、測位モードを設定する例が挙げられる。

また、実施形態で説明した測位モードに更に重み付けを行ってカウントを行ってもよい。例えば、測距光の出力の可変、あるいは測距光の出力が複数選択可能な構成の場合に、高出力が選択された場合は、測位モードの課金金額を増額する。

例えば、第１の測位モードの基本利用料金（基本課金料金）が５００円／１回、第２の測位モードの基本利用料金（基本課金料金）が１５００円／１回であるとする。また、測距光の出力に通常パワーモードとハイパワーモードがあるとする。ここで、ハイパワーモードは、雨、霧、粉塵等の影響で測距光の反射光の受光強度（受光Ｓ／Ｎ）が弱い場合に利用される。

この例において、通常パワーモードを基本料金とし、ハイパワーモードが利用された場合に、各測位モードの１回当たりの利用料金を基本料金＋２００円とする。すなわち、ハイパワーモードが選択された場合、第１の測位モードの利用料金が７００円／１回、第２の測位モードの利用料金が１７００円／１回となる。

なお、測距光の出力の選択は、手動または検出光の検出強度に基づく自動選択により行われる。

本発明は、測量技術に利用することができる。

１００…トータルステーション、５０…作業者、５１…端末、７０…計測用ポール、７１…反射プリズム。

Claims

レーザー光を用いた測位を行う測位部と、
特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部と、
前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウント部と
を備える測位装置。
レーザー光を用いた測位を行う方法であって、
特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択ステップと、
前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウントステップと
を備える測位方法。
コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択ステップと、
前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数を個別にカウントするカウントステップと
を実行させるプログラム。
前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択された回数のカウント数を管理サーバに送信する送信部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
レーザー光を用いた測位を行う測位部と、
特定の点の測位において相対的に少ないレーザー波数での測位を行う第１の測位モードおよび相対的に多いレーザー波数での測位を行う第２の測位モードの一方を選択する測位モード選択部と、
前記第１の測位モードおよび前記第２の測位モードの前記選択されたモード情報と測位データを管理サーバに送る送信部と、
を備える測位装置。