JP2021021679A

JP2021021679A - Surveying device, surveying method, and program for survey

Info

Publication number: JP2021021679A
Application number: JP2019139540A
Authority: JP
Inventors: 陽佐々木; Akira Sasaki
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-18
Also published as: JP2023100945A

Abstract

To reduce the burden of work required for re-selecting mechanical points attributable to the limit of range of a scan laser beam.SOLUTION: Provided is a laser scanner-fitted total station 100 comprising: a laser scan data acquisition unit 110 for acquiring laser scan data obtained by laser scan by a laser scanner installed at a first mechanical point; a maximum range acquisition unit 111 for acquiring a maximum range at laser scan time; a scan area determination unit 131 for determining the scan area of the laser scan by the laser scanner on the basis of the maximum range of the laser scanner; and a mechanical point calculation unit 112 for calculating the position of a second mechanical point on the basis of the scan area.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザースキャンの技術に関する。 The present invention relates to a laser scanning technique.

レーザースキャンにおいて、スキャン用レーザー光が届かない箇所が生じる場合がある。この場合、機械点（視点）を変更し、前回レーザースキャンができなかった範囲に対する再度のレーザースキャンを行う必要がある。特許文献１には、レーザースキャンが出来なかった領域に対する再度のレーザースキャンに関する技術が記載されている。 In laser scanning, there may be places where the scanning laser light does not reach. In this case, it is necessary to change the mechanical point (viewpoint) and perform another laser scan on the area where the laser scan could not be performed last time. Patent Document 1 describes a technique relating to re-laser scanning of a region where laser scanning could not be performed.

特許第５０５７７３４号公報Japanese Patent No. 5057734

本発明は、スキャンレーザー光の射程の限界に起因する機械点の再度の選択に要する作業の負担を低減する技術の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for reducing the work load required for reselecting a mechanical point due to the limitation of the range of a scan laser beam.

本発明は、第１の機械点に設置したレーザースキャナによるレーザースキャンによって得たレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得部と、前記レーザースキャン時における最大射程を取得する最大射程取得部と、前記レーザースキャナの前記最大射程に基づき、前記レーザースキャナによるレーザースキャンのスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定部と、前記スキャン範囲に基づき、第２の機械点の位置を算出する機械点算出部とを備える測量装置である。 The present invention includes a laser scan data acquisition unit that acquires laser scan data obtained by laser scanning with a laser scanner installed at a first mechanical point, a maximum range acquisition unit that acquires the maximum range at the time of the laser scan, and the above. It includes a scan range determination unit that determines the scan range of the laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner, and a machine point calculation unit that calculates the position of the second mechanical point based on the scan range. It is a surveying device.

本発明において、前記スキャン範囲は、前記最大射程の５０％〜８０％の範囲より選択された値を半径とする円形の範囲である態様は好ましい。本発明において、前記機械点算出部は、前記第２の機械点の位置の算出に加えて第３の機械点の位置を算出し、前記第１の機械点を中心とした前記半径の第１の円形の範囲と、前記第２の機械点を中心とした前記半径の第２の円形の範囲と、前記第３の機械点を中心とした前記半径の第３の円形の範囲とが互いに重なる領域が形成されるように、前記第２の機械点の位置および前記第３の機械点の位置が算出される態様は好ましい。 In the present invention, it is preferable that the scan range is a circular range having a radius selected from a range of 50% to 80% of the maximum range. In the present invention, the machine point calculation unit calculates the position of the third machine point in addition to the calculation of the position of the second machine point, and the first of the radius centered on the first machine point. The circular range of the above, the second circular range of the radius centered on the second mechanical point, and the third circular range of the radius centered on the third mechanical point overlap each other. It is preferable that the position of the second mechanical point and the position of the third mechanical point are calculated so that the region is formed.

本発明において、前記第２の機械点にマーキング光を照射するマーキング光照射手段を備える構成は好ましい。 In the present invention, the configuration provided with the marking light irradiating means for irradiating the second mechanical point with the marking light is preferable.

本発明は、第１の機械点に設置したレーザースキャナによるレーザースキャンによって得たレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得ステップと、前記レーザースキャン時における最大射程を取得する最大射程取得ステップと、前記レーザースキャナの前記最大射程に基づき、前記レーザースキャナによるレーザースキャンのスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定ステップと、前記スキャン範囲に基づき、第２の機械点の位置を算出する機械点算出ステップとを有する測量方法として把握することもできる。 The present invention includes a laser scan data acquisition step of acquiring laser scan data obtained by laser scanning with a laser scanner installed at a first mechanical point, a maximum range acquisition step of acquiring the maximum range at the time of the laser scan, and the above-mentioned. It has a scan range determination step of determining a scan range of a laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner, and a machine point calculation step of calculating the position of a second mechanical point based on the scan range. It can also be grasped as a survey method.

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、コンピュータに第１の機械点に設置したレーザースキャナによるレーザースキャンによって得たレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得ステップと、前記レーザースキャン時における最大射程を取得する最大射程取得ステップと、前記レーザースキャナの前記最大射程に基づき、前記レーザースキャナによるレーザースキャンのスキャン範囲を決定するスキャン範囲決定ステップと、前記スキャン範囲に基づき、第２の機械点の位置を算出する機械点算出ステップとを実行させる測量用プログラムとして把握することもできる。 The present invention is a program to be read and executed by a computer, which includes a laser scan data acquisition step of acquiring laser scan data obtained by laser scanning by a laser scanner installed at a first mechanical point in the computer, and the laser scan. A maximum range acquisition step for acquiring the maximum range at the time, a scan range determination step for determining the scan range of the laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner, and a second scan range based on the scan range. It can also be grasped as a surveying program that executes the machine point calculation step for calculating the position of the machine point.

本発明によれば、スキャンレーザー光の射程の限界に起因する機械点の再度の選択に要する作業の負担が低減できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the work load required for reselecting the mechanical point due to the limitation of the range of the scan laser beam.

実施形態の原理を示す原理図である。It is a principle diagram which shows the principle of an embodiment. 発明を利用したレーザースキャナ付トータルステーションの斜視図である。It is a perspective view of the total station with a laser scanner using the invention. 発明を利用したレーザースキャナ付トータルステーションの正面図である。It is a front view of the total station with a laser scanner using the invention. 発明を利用したレーザースキャナ付トータルステーションのブロック図である。It is a block diagram of the total station with a laser scanner using the invention. 処理の手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure.

１．第１の実施形態
（概要） 1. 1. First Embodiment (Overview)

この例では、トータルステーションとレーザースキャナを複合化したレーザースキャナ付トータルステーション１００（図２，図３参照）を用いる。この装置は、レーザーマーキングを行う機能を有し、当該装置に対するマーキング位置が指定されると、その位置にマーキング用のレーザー光を照射し、当該位置にレーザー光の輝点（反射点）によるマーキングを行うことができる。レーザースキャナ付トータルステーション１００の詳細につては後述する。 In this example, a total station 100 with a laser scanner (see FIGS. 2 and 3), which is a combination of a total station and a laser scanner, is used. This device has a function of performing laser marking, and when a marking position for the device is specified, the position is irradiated with a laser beam for marking, and the position is marked by a bright spot (reflection point) of the laser beam. It can be performed. Details of the total station 100 with a laser scanner will be described later.

この例では、レーザースキャン光の反射光の受光強度を予め定めた閾値で判定し、この閾値を下回る受光強度の反射光はレーザースキャンデータとして採用しない。この閾値は、信頼性のある測距値が得られる反射光の強度の下限値として設定される。 In this example, the received intensity of the reflected light of the laser scan light is determined by a predetermined threshold value, and the reflected light having a received light intensity lower than this threshold value is not adopted as the laser scan data. This threshold is set as the lower limit of the intensity of the reflected light that gives a reliable ranging value.

図１には、複数の機械点（レーザースキャナが設置される位置）の選定に際して、レーザースキャンの射程（有効範囲）を重複させ、レーザースキャンに漏れがないように工夫した場合が示されている。 FIG. 1 shows a case where the range (effective range) of the laser scan is overlapped when selecting a plurality of mechanical points (positions where the laser scanner is installed) so that the laser scan is not leaked. ..

この場合、以下の手順により、各機械点の設定を行う。まず、第１の機械点にレーザースキャンを設置する。機械点とは、レーザースキャナが設置される点であり、レーザースキャンの視点（原点）となる点である。ここで、第１の機械点の絶対座標系における位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）は特定されており、既知であるとする。なお、第１の機械点の絶対座標系における位置が不明であってもよい。この場合、第１の機械点を原点とするローカル座標系が利用される。 In this case, each machine point is set according to the following procedure. First, a laser scan is installed at the first mechanical point. The mechanical point is the point where the laser scanner is installed and is the point of view (origin) of the laser scan. Here, it is assumed that the positions (X ₁ , Y ₁ , Z ₁ ) of the first mechanical point in the absolute coordinate system have been specified and are known. The position of the first mechanical point in the absolute coordinate system may be unknown. In this case, a local coordinate system with the first machine point as the origin is used.

そして、第１の機械点（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）に設置したレーザースキャナ付トータルステーションのレーザースキャナを用いて、レーザースキャンを行い、第１のレーザースキャンデータを得る。レーザースキャンデータは、測距光の照射方向、当該測距光の反射点までの距離、および反射光の受光強度のデータにより構成される。 Then, a laser scan is performed using a laser scanner of a total station with a laser scanner installed at the first mechanical point (X ₁ , Y ₁ , Z ₁ ) to obtain the first laser scan data. The laser scan data is composed of data on the irradiation direction of the ranging light, the distance to the reflection point of the ranging light, and the received intensity of the reflected light.

次に、上記第１のレーザースキャンデータに基づき、当該計測環境における当該レーザースキャナの最大射程を取得する。この処理では、第１の機械点から各レーザースキャン点（その数は、数万から数十万以上の場合もある）までの距離を比較し、その中から最大の距離を最大射程として取得する。 Next, the maximum range of the laser scanner in the measurement environment is acquired based on the first laser scan data. In this process, the distances from the first mechanical point to each laser scan point (the number may be tens of thousands to hundreds of thousands or more) are compared, and the maximum distance is obtained as the maximum range. ..

レーザースキャン光の最大射程を取得したら、その７０％の値を当該レーザースキャナの当該計測環境での有効射程として採用する。この有効射程は、最大射程の５０％〜８０％程度の範囲から選択する。 Once the maximum range of the laser scan light is obtained, the value of 70% is adopted as the effective range of the laser scanner in the measurement environment. This effective range is selected from the range of about 50% to 80% of the maximum range.

有効射程を最大射程の５０％を下回る値とした場合、レーザースキャナの性能に比べてレーザースキャンの範囲が狭く、レーザースキャンの作業効率が悪くなる。有効射程を最大射程の８０％を超える値とした場合、スキャン光が届かない場所が生じる可能性が増大する。 When the effective range is set to a value less than 50% of the maximum range, the range of the laser scan is narrower than the performance of the laser scanner, and the work efficiency of the laser scan is deteriorated. If the effective range is set to a value exceeding 80% of the maximum range, the possibility that there will be places where the scan light does not reach increases.

有効射程を、スキャン点（スキャン光の反射点）の密度から得る方法もある。レーザースキャンは、放射状に行なわれるので、レーザースキャナからの距離が遠くなる程、スキャン点の密度（単位面積当たりのスキャン点の数）は小さくなる。よって、スキャン点の密度をレーザースキャナからスキャン点までの距離を示すパラメータとして利用することができる。 There is also a method of obtaining the effective range from the density of scan points (reflection points of scan light). Since the laser scan is performed radially, the density of scan points (the number of scan points per unit area) decreases as the distance from the laser scanner increases. Therefore, the density of scan points can be used as a parameter indicating the distance from the laser scanner to the scan points.

ところで、点群データから得られる三次元モデルの精度に対する要求から、スキャン点の密度の下限が設定されている場合がある。例えば、得られる三次元モデルの精度が低くてよいのであれば、スキャン点の密度は相対的に小さくてよい。他方で、高精度の三次元モデルが要求される場合、相応に大きなスキャン点の密度が要求される。 By the way, the lower limit of the density of scan points may be set due to the requirement for the accuracy of the three-dimensional model obtained from the point cloud data. For example, if the accuracy of the obtained 3D model may be low, the density of scan points may be relatively low. On the other hand, when a high-precision 3D model is required, a correspondingly large density of scan points is required.

スキャン点の密度の下限が設定されている場合、スキャン光の有効射程は設定されたスキャン点の最低密度で規定される。例えば、スキャン点の最低密度が１点／ｃｍ^２である場合、この密度が得られる測距距離が有効射程となる。 If a lower limit of scan point density is set, the effective range of the scan light is defined by the set minimum scan point density. For example, when the minimum density of scan points is 1 point / cm ² , the range-finding distance at which this density is obtained is the effective range.

レーザースキャン光の有効射程を得たら、その値を半径Ｒ、レーザースキャナの設置位置（機械点）を中心とする円形の領域をレーザースキャン範囲として決定する。そして、まず上記第１の機械点を中心とする半径Ｒの円形のレーザースキャン範囲を設定する。 After obtaining the effective range of the laser scan light, the value is determined as the radius R and the circular region centered on the installation position (mechanical point) of the laser scanner as the laser scan range. Then, first, a circular laser scan range having a radius R centered on the first mechanical point is set.

次に、第２および第３の機械点の位置の設定を行う。まず、第２および第３の機械点の平面位置（水平方向における位置）を求める。ここでは、水平方向がＸＹ軸、鉛直方向がＺ軸のＸＹＺ座標を利用する。 Next, the positions of the second and third machine points are set. First, the plane positions (positions in the horizontal direction) of the second and third mechanical points are obtained. Here, the XYZ coordinates of the XY axis in the horizontal direction and the Z axis in the vertical direction are used.

まず、第２の機械点および第３の機械点の水平方向における位置（Ｘ_２，Ｙ_２）と（Ｘ_３，Ｙ_３）を決定する。この処理では、少なくとも３つ以上のレーザースキャン範囲が全て重ねる領域が形成されるように、第１の機械点に対する第２の機械点および第３の機械点の設定が行なわれる。（この段階において、第１の機械点からのレーザースキャンは既に行なわれており、第１の機械点の位置は既知である）。この場合の一例が図１に示されている。 First, the positions (X ₂ , Y ₂ ) and (X ₃ , Y ₃ ) of the second machine point and the third machine point in the horizontal direction are determined. In this process, the second mechanical point and the third mechanical point are set with respect to the first mechanical point so that a region where at least three or more laser scan ranges all overlap is formed. (At this stage, the laser scan from the first mechanical point has already been performed and the position of the first mechanical point is known). An example of this case is shown in FIG.

図１において、隣接する３つのレーザースキャン範囲に着目すると、この３つのレーザースキャン範囲は、その一部がすべて同時に重複している。すなわち、３つの円が重なっている部分がある。こうすることで、レーザースキャンの不感領域すなわちレーザースキャンデータが得られない死角となる領域の発生を防止できる。 Focusing on three adjacent laser scan ranges in FIG. 1, all of the three laser scan ranges overlap at the same time. That is, there is a part where the three circles overlap. By doing so, it is possible to prevent the generation of a dead area of the laser scan, that is, a blind spot where the laser scan data cannot be obtained.

以下、図１に示すスキャン範囲の設定を行うための処理の一例を説明する。図１には、５つのスキャン範囲が示されている。各スキャン範囲は半径Ｒの円形であり、中心位置（機械点）間の距離は、等距離ａである。この場合、隣接する３つの円が重ねる領域の面積ＳがＳ＞０となるように、第２の機械点の水平面における位置（Ｘ_２，Ｙ_２）と、第３の機械点の水平面における位置（Ｘ_３，Ｙ_３）との算出が行なわれる。 Hereinafter, an example of the process for setting the scan range shown in FIG. 1 will be described. FIG. 1 shows five scan ranges. Each scan range is a circle with a radius R, and the distance between the center positions (mechanical points) is equidistant a. In this case, as the area S of a region overlapping the three circles adjacent becomes S> 0, the position in the horizontal plane of the second machine point (X _{2, Y} _2), the position in the horizontal plane of the third mechanical point Calculation with (X ₃ , Y ₃ ) is performed.

なお、図１は一例であり、３つの機械点間の距離が同じでない場合も可能である。また、４つ以上のスキャン範囲が重なるような設定も可能である。 Note that FIG. 1 is an example, and it is possible that the distances between the three machine points are not the same. It is also possible to set so that four or more scan ranges overlap.

第２の機械点と第３の機械点の水平面における位置を求めたら、第２の機械点および第３の機械点の鉛直位置（Ｚ位置）を求める。この処理では、まず、第１の機械点から取得したレーザースキャンデータから第１の点群データを得る。点群データを得る方法は、通常の方法である。簡単にいうと、レーザースキャナから見た各スキャン点の方向と距離から、レーザースキャナの光学原点（第１の機械点）を原点とする三次元直交座標系（ＸＹＺ座標系）における各スキャン点の三次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。これは、極座標系から三次元直交座標系への座標変換と捉えることもできる。 After finding the positions of the second mechanical point and the third mechanical point in the horizontal plane, the vertical positions (Z positions) of the second mechanical point and the third mechanical point are obtained. In this process, first, the first point cloud data is obtained from the laser scan data acquired from the first mechanical point. The method of obtaining the point cloud data is a usual method. Simply put, from the direction and distance of each scan point as seen from the laser scanner, each scan point in the three-dimensional Cartesian coordinate system (XYZ coordinate system) with the optical origin (first mechanical point) of the laser scanner as the origin. Find the three-dimensional coordinate position (X, Y, Z). This can be regarded as a coordinate transformation from a polar coordinate system to a three-dimensional Cartesian coordinate system.

第１の点群データを得たら、第１の点群データの中で第２の機械点の平面位置（Ｘ_２，Ｙ_２）に最も近い点のデータを抽出し、その点のＺ値を第２の機械点のＺ位置（鉛直方向における位置）として取得する。こうして第２の機械点の三次元座標位置（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）を取得する。この場合において、次の機械点（第２の機械点）の設定を行い、その場所に目印を付ける等のマーキングを行った後に、この次の機械点の三次元位置をレーザースキャナ付トータルステーションのトータルステーション機能により測定し、最終的な次の機械点の座標値の確定を行ってもよい。また、同様の方法で第３の機械点の三次元座標位置（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）を取得する。 After obtaining the first point group data, extracts the data of the closest point on the plane position of the second machine point (X _{2, Y} ₂₎ in the first point group data, the Z value of the point It is acquired as the Z position (position in the vertical direction) of the second mechanical point. In this way, the three-dimensional coordinate positions (X ₂ , Y ₂ , Z ₂ ) of the second machine point are acquired. In this case, after setting the next machine point (second machine point) and marking the place, such as marking the place, the three-dimensional position of the next machine point is set to the total station of the total station with a laser scanner. It may be measured by a function and the coordinate value of the final next machine point may be determined. Further, the three-dimensional coordinate positions (X ₃ , Y ₃ , Z ₃ ) of the third machine point are acquired by the same method.

第２の機械点のＺ値の求め方としては以下の方法もある。第１の他の方法は、第１の機械点のＺ値を利用する方法である。同じ水平面上で次の機械点が設定されることが明確な場合、この方法を利用できる。この場合において、次の機械点の設定を行い、その場所に目印を付ける等のマーキングを行った後に、この次の機械点の三次元位置をレーザースキャナ付トータルステーションのトータルステーション機能により測定し、最終的な次の機械点の座標値の確定を行ってもよい。 The following method is also available as a method for obtaining the Z value of the second mechanical point. The first other method is a method of utilizing the Z value of the first mechanical point. This method can be used when it is clear that the next machine point will be set on the same horizontal plane. In this case, after setting the next machine point and making markings such as marking the place, the three-dimensional position of the next machine point is measured by the total station function of the total station with a laser scanner, and finally. The coordinate value of the next machine point may be determined.

第２の他の方法は、第１の機械点から得た点群データから第２の機械点の方向に延在する水平面（例えば床面や地面）を抽出し、その面を外挿的に第２の機械点の方向に延長し、その延長した水平面に第２の機械点の水平位値（Ｘ_２，Ｙ_２）から垂線をおろし、この垂線と前記延長した水平面との交点のＺ座標値をＺ_２として取得する方法である。この場合もレーザースキャナ付トータルステーションのトータルステーション機能による最終的な次の機械点の座標値の確定を行ってもよい。これらの他の方法は、第３の機械点についても同じである。点群データからの面の抽出は、公知の点群データから三次元モデルを作成する技術を利用する。この技術については、例えば、国際公開番号ＷＯ２０１１/０７０９２７号公報、特開２０１２−２３０５９４号公報、特開２０１４−３５７０２号公報に記載されている。 The second other method extracts a horizontal plane (for example, a floor surface or the ground) extending in the direction of the second mechanical point from the point group data obtained from the first mechanical point, and extrapolates the horizontal surface. Extend in the direction of the second mechanical point, draw a perpendicular line from the horizontal position value (X ₂ , Y ₂ ) of the second mechanical point on the extended horizontal plane, and draw a perpendicular line from the horizontal position value (X ₂ , Y ₂ ) of the second mechanical point. This is a method of acquiring the value as Z ₂ . In this case as well, the coordinate value of the final next machine point may be determined by the total station function of the total station with a laser scanner. These other methods are the same for the third mechanical point. The surface extraction from the point cloud data uses a technique for creating a three-dimensional model from the known point cloud data. This technique is described, for example, in International Publication Nos. WO2011 / 070927, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-230594, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-35702.

４つ目のレーザースキャン範囲の設定は、その段階で設定してある隣接する２つのレーザースキャン範囲を選択し、上記と同様な原理により、４つ目のレーザースキャン範囲の機械点の位置を求める。この処理を繰り返すことで、さらに５つ目、６つ目・・・のレーザースキャン範囲の設定が行なわれる。勿論、設定するレーザースキャン範囲の数は、レーザースキャンの対象となるエリアの広さによって決まる。 To set the fourth laser scan range, select two adjacent laser scan ranges set at that stage, and obtain the position of the mechanical point in the fourth laser scan range by the same principle as above. .. By repeating this process, the fifth, sixth, and so on laser scan ranges are further set. Of course, the number of laser scan ranges to be set depends on the size of the area to be laser scanned.

ここで、第３の機械点の設定が必要でない場合は、第１の機械点を中心とする第１のレーザースキャン範囲と、第２の機械点を中心とする第２のレーザースキャン範囲とが、予定するレーザースキャンの対象領域をカバーするように第２の機械点の設定を行う。この場合、未スキャンのエリアが生じない様に、２つのレーザースキャン範囲の重複部分を調整する。 Here, when it is not necessary to set the third mechanical point, the first laser scan range centered on the first mechanical point and the second laser scan range centered on the second mechanical point are set. , Set the second mechanical point so as to cover the target area of the scheduled laser scan. In this case, the overlapping portion of the two laser scan ranges is adjusted so that an unscanned area does not occur.

また、新たな機械点への誘導が、レーザースキャナ付トータルステーションのトータルステーション機能を用いて行われる。例えば、上記の方法で設定した機械点が４つある場合を想定する（図１参照）。ここで、１つ目の第１の機械点でのレーザースキャンが終了し、次の機械点（以下、第２の）へのレーザースキャナ付トータルステーションの移動を行う段階を想定する。 In addition, guidance to a new mechanical point is performed using the total station function of a total station with a laser scanner. For example, assume that there are four machine points set by the above method (see FIG. 1). Here, it is assumed that the laser scan at the first first mechanical point is completed and the total station with the laser scanner is moved to the next mechanical point (hereinafter referred to as the second).

この段階において、第１の機械点に設置したレーザースキャナ付トータルステーションから第２の機械点に対して、レーザーマーキング光が照射される。作業者は、上記マーキング光によりマーキングされた場所に目印を設置する等して、第２の機械点を確定する。 At this stage, the laser marking light is applied to the second mechanical point from the total station with a laser scanner installed at the first mechanical point. The operator determines the second mechanical point by, for example, setting a mark at the place marked by the marking light.

第２の機械点の確定後に、第１の機械点に設置したレーザースキャナ付トータルステーションの測位機能を用いて、第２の機械点の位置を精密に測定し、第２の機械点の位置を正確に確定（確認）してもよい。 After the second machine point is determined, the position of the second machine point is accurately measured by using the positioning function of the total station with a laser scanner installed at the first machine point, and the position of the second machine point is accurate. It may be confirmed (confirmed).

次いで、第１の機械点に設置していたレーザースキャナ付トータルステーションを第２の機械点に移動させ、そこに設置する。そして、第２の機械点からのレーザースキャンを行う。 Next, the total station with a laser scanner installed at the first machine point is moved to the second machine point and installed there. Then, a laser scan is performed from the second mechanical point.

ここで、第１の機械点がバック点（後視点）となり、第２の機械点から得た点群データが第１の機械点から得た点群データを記述する座標系上で記述される。なお、絶対座標系における第１の機械点の位置が既知であれば、第１の機械点がバック点となり、第２の機械点から得た点群データは、絶対座標系上において記述される。 Here, the first machine point becomes the back point (rear viewpoint), and the point cloud data obtained from the second machine point is described on the coordinate system describing the point cloud data obtained from the first machine point. .. If the position of the first machine point in the absolute coordinate system is known, the first machine point becomes the back point, and the point cloud data obtained from the second machine point is described on the absolute coordinate system. ..

トータルステーションを用いた第２の機械点への誘導の方法として、ターゲット（例えば、反射プリズム）を用いた方法も利用できる。これは、トータルステーションを用いた測設点の設置に利用される手法を利用したものである。この技術では、作業者が携帯したターゲット（例えば、反射プリズム）をレーザースキャナ付トータルステーションが捕捉し、ターゲットの位置を測定する。そして、作業者が携帯する端末のディスプレイ上に機械点Ｂとターゲットの位置関係を表示させ、作業者に機械点Ｂの位置を把握させる。上記の表示を見ながら、作業者は、機械点Ｂの位置を探り当てる。 As a method of guiding to a second mechanical point using a total station, a method using a target (for example, a reflecting prism) can also be used. This uses the method used to set up measurement points using a total station. In this technique, a total station equipped with a laser scanner captures a target carried by an operator (for example, a reflecting prism) and measures the position of the target. Then, the positional relationship between the machine point B and the target is displayed on the display of the terminal carried by the worker, and the worker is made to grasp the position of the machine point B. While looking at the above display, the operator finds the position of the machine point B.

第２の機械点でのレーザースキャンが終了したら、第２の機械点への誘導と同様な方法で第３の機械点への誘導が行なわれ、そこでのレーザースキャンが行なわれる。この処理を繰り返すことで、設定した全ての機械点におけるレーザースキャンが順次行われる。 After the laser scan at the second mechanical point is completed, the guidance to the third mechanical point is performed in the same manner as the guidance to the second mechanical point, and the laser scan is performed there. By repeating this process, laser scanning is sequentially performed at all the set mechanical points.

（レーザースキャナ付きトータルステーション）
図２には、発明を利用したレーザースキャナ付トータルステーション１００の斜視図が示されている。図３には、レーザースキャナ付トータルステーション１００の正面図が示されている。レーザースキャナ付トータルステーション１００は、後述するレーザースキャナ１０９とトータルステーションを複合化した構造を有している。トータルステーションの機能は、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の詳細な構造については、例えば特開２００９−２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。 (Total station with laser scanner)
FIG. 2 shows a perspective view of a total station 100 with a laser scanner using the invention. FIG. 3 shows a front view of the total station 100 with a laser scanner. The total station 100 with a laser scanner has a structure in which a laser scanner 109 and a total station, which will be described later, are combined. The function of the total station is the same as that of a normal total station. The detailed structure of the total station is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-229192 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-202821.

レーザースキャナ付トータルステーション１００は、ＴＳ本体１５０とレーザースキャナ１０９を結合（複合化）した構造を有している。レーザースキャナ付トータルステーション１００は、本体部１１を有している。本体部１１は、台座１２上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。本体部１１は、Ｙ軸の方向から見て上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に可動部１３が鉛直角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。 The total station 100 with a laser scanner has a structure in which the TS main body 150 and the laser scanner 109 are combined (composite). The total station 100 with a laser scanner has a main body 11. The main body 11 is held on the pedestal 12 in a state where it can rotate horizontally. The pedestal 12 is fixed to the upper part of a tripod (not shown). The main body portion 11 has a substantially U-shape having two extending portions extending upward when viewed from the direction of the Y axis, and the movable portion 13 is vertically perpendicular to the two extending portions. It is held in a state where (elevation angle and depression angle) can be controlled.

本体部１１は、台座１２に対して電動で水平回転する。すなわち、本体部１１は、本体部１１に内蔵された水平角制御用のモータにより駆動され、台座１２に対して水平回転する。可動部１３は、本体部１１に内蔵された鉛直角制御用のモータにより本体部１１に対して鉛直回転する。これら水平回転と鉛直回転の制御は、本体部１１に内蔵された鉛直・水平回転駆動部１０６（図４のブロック図を参照）により行われる。 The main body 11 electrically rotates horizontally with respect to the pedestal 12. That is, the main body 11 is driven by a motor for controlling the horizontal angle built in the main body 11 and rotates horizontally with respect to the pedestal 12. The movable portion 13 rotates vertically with respect to the main body portion 11 by a motor for vertical angle control built in the main body portion 11. The control of the horizontal rotation and the vertical rotation is performed by the vertical / horizontal rotation drive unit 106 (see the block diagram of FIG. 4) built in the main body portion 11.

本体部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと鉛直角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、本体部１１（可動部１３）の水平回転角の調整が行なわれ、鉛直角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、可動部１３の鉛直角の調整が行なわれる。位置データを入力し、レーザースキャナ付トータルステーション１００の光軸をその方向に自動で指向させる動作も可能である。 A horizontal rotation angle control dial 14a and a vertical right angle control dial 14b are arranged on the main body 11. By operating the horizontal rotation angle control dial 14a, the horizontal rotation angle of the main body 11 (movable part 13) is adjusted, and by operating the vertical angle control dial 14b, the vertical angle of the movable part 13 can be adjusted. It is done. It is also possible to input position data and automatically direct the optical axis of the total station 100 with a laser scanner in that direction.

可動部１３の上部には、大凡の照準を付ける角筒状の照準器１５ａが配置されている。また、可動部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂと、より精密な視準が可能な望遠鏡１６が配置されている。 A square tubular sighting device 15a for roughly aiming is arranged on the upper part of the movable portion 13. Further, the movable portion 13 is provided with an optical sighting device 15b having a narrower field of view than the sighting device 15a and a telescope 16 capable of more precise collimation.

照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６は、測距用の赤外帯域のレーザー光（レーザー測位部１０３からの測距光）、測距対象（例えばターゲットとなる専用の反射プリズム）を追尾および捕捉するための追尾光、およびレーザーマーキングを行う可視帯域のマーキング用レーザー光の光学系を兼ねている。測距光、追尾光およびマーキング用レーザー光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。 The image captured by the sighting device 15b and the telescope 16 can be visually recognized by looking into the eyepiece 17. The telescope 16 includes laser light in the infrared band for distance measurement (distance measurement light from the laser positioning unit 103), tracking light for tracking and capturing a distance measurement target (for example, a dedicated reflection prism as a target), and It also serves as an optical system for laser light for marking in the visible band for laser marking. The optical system is designed so that the optical axes of the distance measuring light, the tracking light, and the laser light for marking coincide with the optical axes of the telescope 16.

測距用のレーザー光とマーキング用のレーザー光を一つのレーザー光で兼ねることも可能である。この場合、可視帯域のレーザー光を測距用のレーザー光兼マーカ用レーザー光として利用する。可動部１３の光学系とレーザースキャナ１０９の外部標定要素の関係は、設計データとして予め取得されており既知である。 It is also possible to combine the laser beam for distance measurement and the laser beam for marking with one laser beam. In this case, the laser light in the visible band is used as the laser light for distance measurement and the laser light for the marker. The relationship between the optical system of the movable portion 13 and the external orientation element of the laser scanner 109 has been acquired in advance as design data and is known.

本体部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部１０１と一体化されている。操作部１０１には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、レーザースキャナ付トータルステーション１００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、レーザースキャナ付トータルステーション１００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に２つディスプレイがあるのは、本体部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。 The displays 18 and 19 are attached to the main body 11. The display 18 is integrated with the operation unit 101. The operation unit 101 is provided with a numeric keypad, a cross operation button, and the like, and various operations and data input related to the total station 100 with a laser scanner are performed. The displays 18 and 19 display various information, survey data, and the like necessary for operating the total station 100 with a laser scanner. The reason why there are two displays in the front and rear is that the displays can be visually recognized from either the front or rear side without rotating the main body 11.

本体部１１の上部には、レーザースキャナ１０９が固定されている。レーザースキャナ１０９は、第１の塔部３０１と第２の塔部３０２を有している。第１の塔部３０１と第２の塔部３０２は、結合部３０３で結合され、結合部３０３の上方の空間（第１の塔部３０１と第２の塔部３０２の間の空間）は、スキャンレーザー光を透過する部材で構成された保護ケース３０４で覆われている。保護ケース３０４の内側には、第１の塔部３０１からＸ軸方向に突出した回転部３０５が配置されている。回転部３０５の先端は、斜めに切り落とされた形状を有し、その先端部には、斜めミラー３０６が固定されている。 A laser scanner 109 is fixed to the upper part of the main body 11. The laser scanner 109 has a first tower portion 301 and a second tower portion 302. The first tower portion 301 and the second tower portion 302 are connected by the joint portion 303, and the space above the joint portion 303 (the space between the first tower portion 301 and the second tower portion 302) is It is covered with a protective case 304 made of a member that transmits scan laser light. Inside the protective case 304, a rotating portion 305 projecting from the first tower portion 301 in the X-axis direction is arranged. The tip of the rotating portion 305 has a shape that is cut off diagonally, and an oblique mirror 306 is fixed to the tip.

回転部３０５は、第１の塔部３０１に納められたモータにより駆動され、Ｘ軸を回転軸として回転（鉛直回転）する。第１の塔部３０１には、上記のモータに加え、このモータを駆動する駆動回路と、その制御回路、回転部３０５の回転角を検出するセンサ、該センサの周辺回路が納められている。 The rotating portion 305 is driven by a motor housed in the first tower portion 301, and rotates (vertically rotates) with the X axis as the rotating axis. In addition to the above-mentioned motor, the first tower portion 301 houses a drive circuit for driving the motor, a control circuit thereof, a sensor for detecting the rotation angle of the rotating portion 305, and peripheral circuits of the sensor.

第２の塔部３０２の内部には、レーザースキャン光を発光するための発光部、対象物から反射してきたスキャン光を受光する受光部、発光部と受光部に関係する光学系、スキャン点（スキャン光の反射点）までの距離を算出する距離算出部が納められている。また、レーザースキャナ１０９は、回転部３０５の回転角度位置（鉛直回転角）、本体部１１の水平回転角およびスキャン点までの距離に基づきスキャン点の三次元座標を算出するスキャン点位置算出部を有している。 Inside the second tower portion 302, a light emitting unit for emitting laser scan light, a light receiving unit for receiving scan light reflected from an object, an optical system related to the light emitting unit and the light receiving unit, and a scan point ( It contains a distance calculation unit that calculates the distance to the reflection point of the scan light. Further, the laser scanner 109 includes a scan point position calculation unit that calculates three-dimensional coordinates of the scan point based on the rotation angle position (vertical rotation angle) of the rotation unit 305, the horizontal rotation angle of the main body 11, and the distance to the scan point. Have.

レーザースキャナ１０９の光学系の外部標定要素と可動部１３内部の光学系（レーザー測位部１０３の光学系）の外部標定要素の関係は設計データとして既知である。すなわち、レーザースキャナ１０９の光学原点とレーザー測位部１０３の光学原点の位置関係は既知であり、レーザースキャナ１０９の姿勢とレーザー測位部１０３の姿勢の関係も既知である。 The relationship between the external locating element of the optical system of the laser scanner 109 and the external locating element of the optical system inside the movable unit 13 (the optical system of the laser positioning unit 103) is known as design data. That is, the positional relationship between the optical origin of the laser scanner 109 and the optical origin of the laser positioning unit 103 is known, and the relationship between the posture of the laser scanner 109 and the posture of the laser positioning unit 103 is also known.

レーザースキャン光は、第２の塔部３０２の内部から斜めミラー３０６に向けて照射され、そこで反射され、透明なケース３０４を介して外部に照射される。また、対象物から反射したスキャン光は、照射光と逆の経路を辿り、第２の塔部３０２内部の受光部で受光される。 The laser scan light is emitted from the inside of the second tower portion 302 toward the oblique mirror 306, reflected there, and is irradiated to the outside through the transparent case 304. Further, the scan light reflected from the object follows a path opposite to that of the irradiation light, and is received by the light receiving portion inside the second tower portion 302.

スキャン光の発光タイミングと受光タイミング、さらにその際の回転部３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角により、スキャン点（スキャンレーザー光の反射点）の測位が行なわれる。この測位の原理は、通常のレーザー測距の原理と同じである。 The scan point (reflection point of the scan laser light) is positioned by the light emission timing and the light reception timing of the scan light, the vertical rotation angle of the rotating portion 305 and the horizontal rotation angle of the main body portion 11 at that time. The principle of this positioning is the same as the principle of ordinary laser ranging.

以下、レーザースキャナ１０９におけるレーザー測距の原理を簡単に説明する。まず、光速度は不変なので、測距光の飛翔時間とその方向が判れば、光学系の光学原点を起点としたベクトルが設定でき、光学原点に対する測距光の反射点の位置が計算できる。この原理は、レーザー測位部１０３におけるレーザー測位も同じである。 Hereinafter, the principle of laser ranging in the laser scanner 109 will be briefly described. First, since the speed of light is invariant, if the flight time of the ranging light and its direction are known, a vector starting from the optical origin of the optical system can be set, and the position of the reflection point of the ranging light with respect to the optical origin can be calculated. This principle is the same for laser positioning in the laser positioning unit 103.

測距光の飛翔時間は、発光と受光のタイミング差や、距離が既知の基準光路を伝搬した基準光の受光タイミングと測距光の受光タイミングの差（位相差）から知ることができる。 The flight time of the ranging light can be known from the timing difference between light emission and light reception, and the difference (phase difference) between the light receiving timing of the reference light propagating in the reference optical path having a known distance and the light receiving timing of the distance measuring light.

測距光の照射方向は、発光時における回転部３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角から知ることができる。ここで、回転部３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角は、鉛直・水平回転角度検出部１０７により検出される。 The irradiation direction of the ranging light can be known from the vertical rotation angle of the rotating portion 305 and the horizontal rotation angle of the main body portion 11 at the time of light emission. Here, the vertical rotation angle of the rotating portion 305 and the horizontal rotation angle of the main body portion 11 are detected by the vertical / horizontal rotation angle detecting unit 107.

レーザースキャン用のレーザー光は、パルス発光され、斜めミラー３０６で反射され、保護ケース３０４から外部に向かって間欠的に出射される。この際、回転部３０５が回転しながらレーザースキャン光の照射が行われる。これにより、鉛直面（Ｙ―Ｚ面（Ｘ軸回り））におけるレーザースキャン、つまり鉛直面に沿ったレーザースキャンが行なわれる。また、同時に本体部１１を水平回転（Ｚ軸回りに回転）させることで、水平方向のレーザースキャンも行われ、結果として周囲全体（あるいは必要とする範囲）のレーザースキャンが行なわれる。レーザースキャン光は、１条の形態も可能であるし、同時に複数条を照射する形態も可能である。 The laser beam for laser scanning is pulsed, reflected by the oblique mirror 306, and intermittently emitted from the protective case 304 toward the outside. At this time, the laser scan light is irradiated while the rotating portion 305 rotates. As a result, a laser scan on the vertical plane (YZ plane (around the X axis)), that is, a laser scan along the vertical plane is performed. At the same time, by rotating the main body 11 horizontally (rotating around the Z axis), a laser scan in the horizontal direction is also performed, and as a result, a laser scan of the entire surroundings (or a required range) is performed. The laser scan light can be in the form of one row, or can irradiate a plurality of rows at the same time.

なお、レーザースキャナに係る技術については、特開２０１０−１５１６８２号公報、特開２００８−２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報、ＵＳ７９６９５５８号公報、ＵＳ２０１７−０２６９１９７号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているような、スキャンを電子式に行う形態も採用可能である。 The technology related to the laser scanner is described in JP-A-2010-151682, JP-A-2008-268004, US Pat. No. 8,767,190, US Pat. No. 8,996,558, US No. 2017-0269197, and the like. Further, as the laser scanner, a form in which scanning is performed electronically as described in US Publication No. US2015 / 0293224 can also be adopted.

（ブロック図）
図４には、ＴＳ（トータルステーション）１００のブロック図が示されている。レーザースキャナ付トータルステーション１００のトータルステーションとしての基本的な機能は、従来のものと同じである。レーザースキャナ付トータルステーション１００が従来のトータルステーションと異なるのは、レーザースキャナ１０９と複合化されている点、次の機械点の位置を算出する点、マーキング用のレーザー光を次の機械点の位置に照射し、レーザーマーキングが可能な点である。 (Block Diagram)
FIG. 4 shows a block diagram of the TS (total station) 100. The basic function of the total station 100 with a laser scanner as a total station is the same as that of the conventional one. The total station 100 with a laser scanner differs from the conventional total station in that it is combined with the laser scanner 109, that the position of the next machine point is calculated, and that the laser beam for marking is applied to the position of the next machine point. However, laser marking is possible.

レーザースキャナ付トータルステーション１００は、操作部１０１、撮像部（カメラ）１０２、ディスプレイ１８，１９、レーザー測位部１０３、鉛直・水平回転駆動部１０６、鉛直・水平回転角検出部１０７、自動視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８、レーザースキャナ１０９、レーザースキャンデータ取得部１１０、最大射程取得部１１１、スキャン範囲決定部１３１、機械点算出部１１２、マーキング光発光部１１３、比較データ作成部１１４、比較対象データ出力部１１５、動作制御部１２１、記憶部１２２、光学系２０１（望遠鏡１６）を備える。 The total station 100 with a laser scanner includes an operation unit 101, an imaging unit (camera) 102, displays 18, 19, a laser positioning unit 103, a vertical / horizontal rotation drive unit 106, a vertical / horizontal rotation angle detection unit 107, and an automatic collimation control unit. (Marking light irradiation position control unit) 108, laser scanner 109, laser scan data acquisition unit 110, maximum range acquisition unit 111, scan range determination unit 131, mechanical point calculation unit 112, marking light emission unit 113, comparison data creation unit 114 A comparison target data output unit 115, an operation control unit 121, a storage unit 122, and an optical system 201 (telescope 16) are provided.

ここで、自動視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８、レーザースキャンデータ取得部１１０、最大射程取得部１１１、スキャン範囲決定部１３１、機械点算出部１１２、比較データ作成部１１４、比較対象データ出力部１１５、動作制御部１２１は、コンピュータにより実現される機能部である。これらの各機能部は、コンピュータにより特定のプログラムが実行されることで実現される。 Here, the automatic collimation control unit (marking light irradiation position control unit) 108, the laser scan data acquisition unit 110, the maximum range acquisition unit 111, the scan range determination unit 131, the mechanical point calculation unit 112, the comparison data creation unit 114, and the comparison. The target data output unit 115 and the operation control unit 121 are functional units realized by a computer. Each of these functional parts is realized by executing a specific program by a computer.

コンピュータとしては、汎用のマイコンを用いてもよいし、ＦＰＧＡ等により構成された専用のプロセッサを用いてもよい。また、各機能部の少なくとも一部を専用の電子回路で構成してもよい。また、外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバの演算部を利用して、上記機能部の少なくとも一部を実現してもよい。 As the computer, a general-purpose microcomputer may be used, or a dedicated processor configured by an FPGA or the like may be used. Further, at least a part of each functional unit may be configured by a dedicated electronic circuit. Further, at least a part of the above functional units may be realized by using an external PC (personal computer) or a calculation unit of a server.

レーザー測位部１０３は、トータルステーションの基本機能であるレーザー光を用いた三次元測位を行う。測位の原理は、レーザースキャナ１０９と同じである。光学系２０１は、照準器１５ｂ（図３参照）、望遠鏡１６（図３参照）、レーザー測位部１０３の光学系、撮像部１０２の光学系、図示省略した追尾光の光路を構成する光学系、およびマーキング光発光部１１３から発光されるマーキング光の光路を構成する光学系を含んでいる。レーザー測位部１０３からの測距光と、マーキング光発光部１１３からのマーキング光は、望遠鏡１６の対物レンズから望遠鏡１６の光軸上で出射される。 The laser positioning unit 103 performs three-dimensional positioning using laser light, which is a basic function of a total station. The principle of positioning is the same as that of the laser scanner 109. The optical system 201 includes an aiming device 15b (see FIG. 3), a telescope 16 (see FIG. 3), an optical system of a laser positioning unit 103, an optical system of an imaging unit 102, and an optical system constituting an optical path of tracking light (not shown). And an optical system constituting an optical path of marking light emitted from the marking light emitting unit 113 is included. The ranging light from the laser positioning unit 103 and the marking light from the marking light emitting unit 113 are emitted from the objective lens of the telescope 16 on the optical axis of the telescope 16.

光学系２０１は、各種のレンズ、ミラー、光路の分離や合成のためのダイクロイックミラー、ハーフミラー、偏光ミラー等を有している。光学系２０１により、測距用のレーザー光が望遠鏡１６を介して測位対象に照射され、測位対象から反射された測距用レーザー光が望遠鏡１６を介して受光される。また、光学系２０１により望遠鏡１６が捉えた像が接眼部１７に導かれると共に撮像部１０２に導かれる。また、光学系２０１を介して、マーキング光発光部１１３から発光されたマーキング光がマーキングの対象となる位置に照射される。 The optical system 201 includes various lenses, mirrors, dichroic mirrors for separating and synthesizing optical paths, half mirrors, polarizing mirrors, and the like. The optical system 201 irradiates the positioning target with the range-finding laser beam via the telescope 16, and the range-finding laser beam reflected from the positioning target is received via the telescope 16. Further, the image captured by the telescope 16 by the optical system 201 is guided to the eyepiece 17 and also to the imaging unit 102. Further, the marking light emitted from the marking light emitting unit 113 is irradiated to a position to be marked by the optical system 201.

また、レーザースキャナ付トータルステーション１００は、ターゲット（例えば反射プリズム）を追尾するための追尾光を発光する追尾光発光部、ターゲットで反射した追尾光を受光する追尾光受光部、追尾光が望遠鏡１６の視野の視準位置にくるように鉛直・水平回転駆動部１０６に制御信号を出力する追尾制御部を備える。このあたりの構成は、現在市場に供給されている製品と同じであるので、詳細な説明は省略する。ＴＳの追尾光に係る構成については、例えば日本国特許第５１２４３１９号公報に記載されている。 Further, the total station 100 with a laser scanner has a tracking light emitting unit that emits tracking light for tracking a target (for example, a reflecting prism), a tracking light receiving unit that receives tracking light reflected by the target, and a tracking light of the telescope 16. A tracking control unit that outputs a control signal to the vertical / horizontal rotation drive unit 106 so as to come to the collimation position of the field of view is provided. The configuration around this is the same as the products currently on the market, so detailed description will be omitted. The configuration of the TS tracking light is described in, for example, Japanese Patent No. 512439.

操作部１０１は、オペレータによるレーザースキャナ付トータルステーション１００の操作の内容を受け付ける。この操作には、レーザースキャナ１０９を用いたレーザースキャンに係る操作も含まれる。レーザースキャナ付トータルステーション１００の操作は、レーザースキャナ付トータルステーション１００が備えるボタンスイッチ等により行われる。タブレットやスマートフォンを操作部として利用する形態も可能である。この場合、専用のアプリケーションソフトウェアをタブレットやスマートフォンにインストールすることで、タブレットやスマートフォンをレーザースキャナ付トータルステーション１００の操作手段として機能させる。 The operation unit 101 receives the contents of the operation of the total station 100 with a laser scanner by the operator. This operation also includes an operation related to laser scanning using the laser scanner 109. The operation of the total station 100 with a laser scanner is performed by a button switch or the like provided in the total station 100 with a laser scanner. It is also possible to use a tablet or smartphone as an operation unit. In this case, by installing the dedicated application software on the tablet or smartphone, the tablet or smartphone can function as an operating means of the total station 100 with a laser scanner.

撮像部１０２は、望遠鏡１６が捉えた画像を撮像する。撮像は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサにより行われる。ディスプレイ１８，１９は、撮像部１０２が撮像した画像、レーザースキャナ付トータルステーション１００の操作に必要な情報、レーザースキャナ付トータルステーション１００の動作に係る情報（測距データやターゲットの方位等）等が表示される。ディスプレイ１８，１９としては、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ等が用いられる。 The image capturing unit 102 captures an image captured by the telescope 16. Imaging is performed by, for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor. The displays 18 and 19 display images captured by the imaging unit 102, information necessary for operating the total station 100 with a laser scanner, information related to the operation of the total station 100 with a laser scanner (distance measurement data, target orientation, etc.), and the like. To. As the displays 18 and 19, a liquid crystal display, an EL display, or the like is used.

鉛直・水平回転駆動部１０６は、本体部１１の水平回転の駆動および可動部１３の鉛直回転の駆動を行う。鉛直・水平回転駆動部１０６は、上記駆動のためのモータ、ギア機構および駆動回路を備えている。 The vertical / horizontal rotation drive unit 106 drives the horizontal rotation of the main body 11 and the vertical rotation of the movable unit 13. The vertical / horizontal rotation drive unit 106 includes a motor, a gear mechanism, and a drive circuit for the drive.

鉛直・水平回転角度検出部１０７は、本体部１１の水平回転角の検出、可動部１３の鉛直角（仰角および俯角）を検出する。角度の検出は、ロータリーエンコーダによって行われる。水平回転角は、例えば北を基準（０°）として、上方から見た時計回り方向の角度で測られる。鉛直角（仰角および俯角）は、水平方向を基準（０°）として仰角方向を＋、俯角方向を−として測角する。 The vertical / horizontal rotation angle detection unit 107 detects the horizontal rotation angle of the main body portion 11 and the vertical perpendicularity (elevation angle and depression angle) of the movable portion 13. Angle detection is performed by a rotary encoder. The horizontal rotation angle is measured as an angle in the clockwise direction when viewed from above, for example, with the north as a reference (0 °). The vertical angle (elevation angle and depression angle) is measured with the horizontal direction as a reference (0 °), the elevation angle direction as +, and the depression angle direction as-.

自動視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８は、機械点算出部１１２が算出した次の機械点の位置にレーザーマーキング光を照射する制御を行う。この制御では、現在の機械点から見た次の機械点の方向にマーキング光の光軸を向ける制御、およびマーキング光の照射を行う制御が行われる。 The automatic collimation control unit (marking light irradiation position control unit) 108 controls to irradiate the laser marking light to the position of the next machine point calculated by the machine point calculation unit 112. In this control, the optical axis of the marking light is directed in the direction of the next mechanical point viewed from the current mechanical point, and the marking light is irradiated.

レーザースキャナ１０９は、レーザースキャンを行う。レーザースキャンを行うことで、レーザースキャンデータが得られる。レーザースキャン光は、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの周期で間欠的に照射される。本体部１１を水平回転させ、且つ、回転部３０５を鉛直回転させながら上記の発光を行うことでレーザースキャンが行なわれる。 The laser scanner 109 performs a laser scan. Laser scan data can be obtained by performing a laser scan. The laser scan light is intermittently irradiated with a period of several kHz to several tens of kHz. Laser scanning is performed by performing the above light emission while rotating the main body 11 horizontally and rotating the rotating portion 305 vertically.

レーザースキャンでは、スキャン光の発光時における本体部１１の水平角、および回転部３０５の鉛直角が検出される。また、スキャン光の飛翔時間からスキャン点までの距離が算出される。これらスキャン光の発光時における本体部１１の水平角、回転部３０５の鉛直角、更にスキャン点までの距離のデータがレーザースキャンデータに含まれる。 In the laser scan, the horizontal angle of the main body 11 and the vertical angle of the rotating portion 305 when the scan light is emitted are detected. In addition, the distance from the flight time of the scan light to the scan point is calculated. The laser scan data includes data on the horizontal angle of the main body 11 when the scan light is emitted, the vertical angle of the rotating portion 305, and the distance to the scan point.

また、スキャン点から反射されたスキャン光の受光強度が検出され、この受光強度のデータは、各スキャン点と関連付けされてスキャンデータとして取得される。 Further, the light receiving intensity of the scan light reflected from the scan point is detected, and the light receiving intensity data is acquired as scan data in association with each scan point.

レーザースキャンデータに基づき、点群データが得られる。点群データは、各スキャン点（各スキャン光の反射点）の三次元座標（（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標）のデータの集まりである。レーザースキャンデータに含まれる各点の方向と距離のデータから、レーザースキャナ１０９の光学原点を原点とする三次元直交座標系における各点の位置（座標）が算出される。 Point cloud data can be obtained based on the laser scan data. The point cloud data is a collection of three-dimensional coordinates ((X, Y, Z) coordinates) of each scan point (reflection point of each scan light). From the direction and distance data of each point included in the laser scan data, the position (coordinates) of each point in the three-dimensional Cartesian coordinate system with the optical origin of the laser scanner 109 as the origin is calculated.

レーザースキャナ１０９は、レーザースキャンデータを点群データに変換する処理を行う演算回路を備えており、レーザースキャンデータに加えて点群データを出力することができる。この処理を外部で行うこともできる。この場合、レーザースキャンデータを外部に出力し、専用のＰＣ、汎用のＰＣ、サーバ等において点群データに変換する処理を行う。 The laser scanner 109 is provided with an arithmetic circuit that performs processing for converting laser scan data into point cloud data, and can output point cloud data in addition to laser scan data. This process can also be performed externally. In this case, the laser scan data is output to the outside and converted into point cloud data on a dedicated PC, a general-purpose PC, a server, or the like.

なお、レーザースキャナ１０９の絶対座標系上での外部標定要素（位置と姿勢）が既知であれば、点群データを構成する各点の位置は、絶対座標系上で記述される。絶対座標系とは、ＧＮＳＳデータや地図データを記述する座標系である。絶対座標系上における位置は、例えば緯度、緯度、標高で記述される。 If the external orientation elements (position and orientation) of the laser scanner 109 on the absolute coordinate system are known, the positions of the points constituting the point cloud data are described on the absolute coordinate system. The absolute coordinate system is a coordinate system that describes GNSS data and map data. Positions on the absolute coordinate system are described, for example, in latitude, latitude, and altitude.

レーザースキャンデータ取得部１１０は、レーザースキャナ１０９が得たレーザースキャンデータを取得する。この例では、レーザースキャナ１０９が取得したレーザースキャンデータは、記憶部１２２に記憶される。 The laser scan data acquisition unit 110 acquires the laser scan data obtained by the laser scanner 109. In this example, the laser scan data acquired by the laser scanner 109 is stored in the storage unit 122.

そして、新たな機械点の算出に際して、既に取得しているレーザースキャンデータが記憶部１２２から読み出され、レーザースキャンデータ取得部１１０で取得される。適当な記憶媒体や記憶装置にレーザースキャンデータを記憶し、そこから取得する形態も可能である。また、まずレーザースキャンデータから点群データを作成し、レーザースキャンデータと点群データを記憶部１２２に記憶させ、それをレーザースキャンデータ取得部１１０で取得する形態も可能である。 Then, when calculating a new mechanical point, the laser scan data that has already been acquired is read from the storage unit 122 and acquired by the laser scan data acquisition unit 110. It is also possible to store the laser scan data in an appropriate storage medium or storage device and acquire it from the storage medium. It is also possible to first create point cloud data from the laser scan data, store the laser scan data and the point cloud data in the storage unit 122, and acquire the point cloud data in the laser scan data acquisition unit 110.

最大射程取得部１１１は、レーザースキャナ付トータルステーション１００が得たレーザースキャンデータから、測距距離が最大のものを取得する。 The maximum range acquisition unit 111 acquires the one having the maximum distance measurement distance from the laser scan data obtained by the total station 100 with a laser scanner.

スキャン範囲決定部１３１は、最大射程取得部１１１が取得した最大射程値に基づき、スキャン範囲（例えば、図１の円形の範囲）を決定する。 The scan range determination unit 131 determines the scan range (for example, the circular range in FIG. 1) based on the maximum range value acquired by the maximum range acquisition unit 111.

機械点算出部１１２は、図１に関連して説明した原理に基づく次の機械点の算出に係る処理を行う。例えば、第１の機械点から取得したレーザースキャンデータが得られている状況で、第２の機械点の位置を算出する処理が機械点算出部１１２で行なわれる。 The machine point calculation unit 112 performs a process related to the calculation of the next machine point based on the principle described in relation to FIG. For example, in a situation where the laser scan data acquired from the first machine point is obtained, the machine point calculation unit 112 performs a process of calculating the position of the second machine point.

マーキング光発光部１１３は、レーザーマーキングを行うためのレーザー光（レーザーマーキング光）を発光する。レーザーマーキング光は、可視光であり、照射点の輝点を利用したマーキングを行う。 The marking light emitting unit 113 emits laser light (laser marking light) for performing laser marking. The laser marking light is visible light, and marking is performed using the bright spot of the irradiation point.

比較データ作成部１１４は、計算で求めた新たな機械点の位置データとレーザー測位部１０３が測位したターゲット（例えば、反射プリズム）の位置データとを比較した比較データを作成する。この比較データとしては、計算で求めた機械点の位置と、レーザー測位部１０３が測位したターゲットの位置との相対位置関係をマップ表示したものが挙げられる。 The comparison data creation unit 114 creates comparison data comparing the position data of the new machine point obtained by calculation with the position data of the target (for example, the reflection prism) positioned by the laser positioning unit 103. Examples of this comparison data include a map display of the relative positional relationship between the position of the machine point obtained by calculation and the position of the target positioned by the laser positioning unit 103.

比較対象データ出力部１１５は、上記の比較データの基となる計算で求めた機械点の位置のデータとレーザー測位部１０３が測位したターゲットの位置のデータを外部（例えば、外部の端末）に出力する。 The comparison target data output unit 115 outputs the data of the position of the machine point obtained by the calculation that is the basis of the above comparison data and the data of the position of the target positioned by the laser positioning unit 103 to the outside (for example, an external terminal). To do.

動作制御部１２１は、レーザースキャナ付トータルステーション１００の動作の制御を統括する。例えば、図５に係る処理の手順の制御は、動作制御部１２１で行なわれる。記憶部１２２は、レーザースキャナ付トータルステーション１００の動作に必要なデータやプログラム、レーザースキャナ付トータルステーション１００の動作の結果得られた測量データを記憶する。また、記憶部１２２は、レーザースキャナ１０９が得たレーザースキャンデータおよびレーザースキャンデータに基づき算出された点群データを記憶する。 The operation control unit 121 controls the operation of the total station 100 with a laser scanner. For example, the operation control unit 121 controls the processing procedure according to FIG. The storage unit 122 stores data and programs necessary for the operation of the total station 100 with a laser scanner, and survey data obtained as a result of the operation of the total station 100 with a laser scanner. Further, the storage unit 122 stores the laser scan data obtained by the laser scanner 109 and the point cloud data calculated based on the laser scan data.

（処理の一例）
図５は、レーザースキャナ付トータルステーション１００を用いて行なわれる処理の手順の一例を示すフローチャートである。図５の処理を実行するプログラムは、記憶部１２２や適当な記憶媒体に記憶される。この処理の手順は、動作制御部１２１により制御されて実行される。このプログラムを適当な記憶媒体や通信回線を介してアクセス可能な記憶装置（データサーバ等）に記憶させ、そこからダウンロードする形態も可能である。また、図５の処理をＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバ等で行う形態も可能である。 (Example of processing)
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing procedure performed by using the total station 100 with a laser scanner. The program that executes the process of FIG. 5 is stored in the storage unit 122 or an appropriate storage medium. The procedure of this process is controlled and executed by the operation control unit 121. It is also possible to store this program in a storage device (data server, etc.) accessible via an appropriate storage medium or communication line, and download it from there. It is also possible to perform the processing of FIG. 5 on a PC (personal computer), a server, or the like.

図５の処理では、まず、第１の機械点にレーザースキャナ付トータルステーション１００を設置する（ステップＳ１０１）。この際、第１の機械点におけるレーザースキャナ付トータルステーション１００の絶対座標系における外部標定要素（位置と姿勢）を計測し、取得する。 In the process of FIG. 5, first, a total station 100 with a laser scanner is installed at the first mechanical point (step S101). At this time, the external orientation elements (position and orientation) in the absolute coordinate system of the total station 100 with a laser scanner at the first mechanical point are measured and acquired.

次に、周囲のレーザースキャンを行い、レーザースキャンデータを得る（ステップＳ１０２）。この処理は、レーザースキャンデータ取得部１１０で行なわれる。 Next, a laser scan of the surroundings is performed to obtain laser scan data (step S102). This process is performed by the laser scan data acquisition unit 110.

次に、ステップＳ１０２で得たレーザースキャンデータの中から距離が最大のものを最大射程として取得する（ステップＳ１０３）。この処理は、最大射程取得１１１で行なわれる。次に、ステップＳ１０３で取得した最大射程に基づき、スキャン範囲を決定する（ステップＳ１０４）。この処理により、上記最大射程の５０％〜８０％（例えば７０％）の値を半径とする円形のスキャン範囲が決定される。この処理は、スキャン範囲決定部１３１で行なわれる。 Next, from the laser scan data obtained in step S102, the one having the maximum distance is acquired as the maximum range (step S103). This process is performed at the maximum range acquisition 111. Next, the scan range is determined based on the maximum range acquired in step S103 (step S104). By this process, a circular scan range having a radius of 50% to 80% (for example, 70%) of the maximum range is determined. This process is performed by the scan range determination unit 131.

次に２つ目以降の機械点の算出を行う（ステップＳ１０５）。この処理は、機械点算出部１１２で行なわれる。この処理により、例えば図１に示すスキャン範囲の設定が行なわれる。 Next, the second and subsequent machine points are calculated (step S105). This process is performed by the machine point calculation unit 112. By this process, for example, the scan range shown in FIG. 1 is set.

（誘導処理）
設定された機械点からのレーザースキャンが終了した段階で、次の機械点への誘導が行なわれる。この処理では、次の機械点へのマーキング光の照射が行なわれる。この処理では、本体部１１の水平回転角と可動部１３の鉛直回転角を調整し、望遠鏡１６の光軸が次の機械点に指向するように調整され、その上で次の機械点に対するマーキング光の照射が行なわれる。 (Induction processing)
When the laser scan from the set mechanical point is completed, the guidance to the next mechanical point is performed. In this process, the marking light is applied to the next mechanical point. In this process, the horizontal rotation angle of the main body 11 and the vertical rotation angle of the movable part 13 are adjusted so that the optical axis of the telescope 16 is directed to the next mechanical point, and then marking for the next mechanical point is performed. Irradiation of light is performed.

２．第２の実施形態
この例では、反射プリズムを用いて次の機械点への誘導が行なわれる。まず、次の機械点の位置を取得する。そして、作業者が携帯したターゲットである反射プリズムをレーザースキャナ付トータルステーション１００が捕捉し、反射プリズムの位置を測定する。そして、作業者が携帯する端末（スマートフォンやタブレット）に次の機械点と反射プリズムの位置関係を表示させ、作業者に次の機械点の位置を把握させる。 2. 2. Second Embodiment In this example, guidance to the next mechanical point is performed using a reflecting prism. First, the position of the next machine point is acquired. Then, the total station 100 with a laser scanner captures the reflection prism, which is the target carried by the operator, and measures the position of the reflection prism. Then, the terminal (smartphone or tablet) carried by the worker is displayed with the positional relationship between the next machine point and the reflection prism, and the worker is made to grasp the position of the next machine point.

上記の表示を見ながら、作業者は、次の機械点の位置を探し出し、その点にマーカを置く等し、マーキングを行う。この際、トータルステーション１００は、反射プリズムを追尾し続け、反射プリズムの測位を継続して行う。 While looking at the above display, the operator searches for the position of the next machine point, places a marker at that point, and makes markings. At this time, the total station 100 continues to track the reflection prism and continuously performs positioning of the reflection prism.

作業者が携帯する端末に表示される情報としては、例えば反射プリズムの位置を中心としたマップ情報の例が挙げられる。この表示データの作成を、レーザースキャナ付トータルステーション１００の内部で行う形態（第１の形態）と、端末側で行う形態（第２の形態）がある。 Examples of the information displayed on the terminal carried by the operator include an example of map information centered on the position of the reflecting prism. There are a form in which the display data is created inside the total station 100 with a laser scanner (first form) and a form in which the display data is created on the terminal side (second form).

第１の形態の場合、比較データ作成部１１４で上記の表示データが作成され、それが作業者の携帯する端末に無線で送られる。第２の形態の場合、上記の表示データの基となる第２の機械点の位置データとレーザー測位部１０３が測位した反射プリズムの位置データが比較対象データ出力部１１５から作業者が携帯する端末に送られる。この場合、端末の側でマップデータが作成される。 In the case of the first embodiment, the comparison data creation unit 114 creates the above display data, and the display data is wirelessly transmitted to the terminal carried by the worker. In the case of the second embodiment, the position data of the second machine point, which is the basis of the above display data, and the position data of the reflection prism positioned by the laser positioning unit 103 are the terminals carried by the operator from the comparison target data output unit 115. Will be sent to. In this case, map data is created on the terminal side.

３．第３の実施形態
次の機械点の算出および関連する処理を外部の装置で行ってもよい。この場合、レーザースキャナ付トータルステーション１００からレーザースキャンデータまたは点群データを出力し、それを外部の専用の計算端末や機械点の算出に係る処理を実行するプログラムをインストールしたＰＣやサーバで受け付け、そこで、本発明の機械点の算出に係る処理を行う。 3. 3. Third Embodiment The following mechanical point calculation and related processing may be performed by an external device. In this case, laser scan data or point cloud data is output from the total station 100 with a laser scanner, and it is accepted by an external dedicated calculation terminal or a PC or server on which a program that executes processing related to machine point calculation is installed. , Perform the process related to the calculation of the mechanical point of the present invention.

この場合、この外部の装置は、レーザースキャンデータ取得部１１０、最大射程取得部１１１、スキャン範囲決定部１３１、機械点算出部１１２、比較データ作成部１１４、比較対象データ出力部１１５の一部または全部を備えた測量情報処理装置として把握できる。また、本明細書で開示される発明は、測量情報処理方法および測量情報処理用プログラムとして把握することもできる。 In this case, the external device is a part of the laser scan data acquisition unit 110, the maximum range acquisition unit 111, the scan range determination unit 131, the machine point calculation unit 112, the comparison data creation unit 114, the comparison target data output unit 115, or It can be grasped as a surveying information processing device equipped with everything. Further, the invention disclosed in the present specification can also be grasped as a survey information processing method and a survey information processing program.

４．第４の実施形態
有効射程をユーザーにより設定することもできる。この場合、ユーザーにより設定された有効射程（設定有効射程）が、実測した最大射程に基づく有効射程（実測有効射程）の範囲内であれば、設定有効射程を採用する。設定有効射程が実測有効射程を超える場合、実測有効射程を採用する。 4. Fourth Embodiment The effective range can also be set by the user. In this case, if the effective range set by the user (set effective range) is within the range of the effective range based on the measured maximum range (measured effective range), the set effective range is adopted. If the set effective range exceeds the measured effective range, the measured effective range is adopted.

１００…レーザースキャナ付トータルステーション、１０９…レーザースキャナ、１５０…ＴＳ本体、１１…本体部、１２…台座、１３…可動部、１４ａ…水平回転角制御ダイヤル、１４ｂ…鉛直角制御ダイヤル、１５ａ…照準器、１５ｂ…光学式の照準器、１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ、３０１…第１の塔部、３０２…第２の塔部、３０３…結合部、３０４…保護ケース、３０５…回転部、３０６…斜めミラー。
100 ... Total station with laser scanner, 109 ... Laser scanner, 150 ... TS main body, 11 ... Main body, 12 ... Pedestal, 13 ... Movable part, 14a ... Horizontal rotation angle control dial, 14b ... Vertical right angle control dial, 15a ... Sighting device , 15b ... Optical sight, 16 ... Telescope, 17 ... Eyepiece, 18, 19 ... Display, 301 ... First tower, 302 ... Second tower, 303 ... Coupling, 304 ... Protective case , 305 ... Rotating part, 306 ... Diagonal mirror.

Claims

A laser scan data acquisition unit that acquires laser scan data obtained by laser scanning with a laser scanner installed at the first mechanical point,
The maximum range acquisition unit that acquires the maximum range at the time of the laser scan, and
A scan range determination unit that determines the scan range of the laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner.
A surveying device including a machine point calculation unit that calculates the position of a second machine point based on the scan range.

The surveying apparatus according to claim 2, wherein the scan range is a circular range having a radius selected from a range of 50% to 80% of the maximum range.

The machine point calculation unit calculates the position of the third machine point in addition to the calculation of the position of the second machine point.
A first circular range of the radius centered on the first mechanical point, a second circular range of the radius centered on the second mechanical point, and a center of the third mechanical point. According to claim 1 or 2, the position of the second mechanical point and the position of the third mechanical point are calculated so that a region overlapping the third circular range of the radius is formed. The surveying device described.

The surveying apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a marking light irradiating means for irradiating the second mechanical point with marking light.

A laser scan data acquisition step for acquiring laser scan data obtained by laser scanning with a laser scanner installed at the first mechanical point, and
The maximum range acquisition step for acquiring the maximum range at the time of the laser scan, and
A scan range determination step for determining the scan range of a laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner, and
A surveying method including a machine point calculation step for calculating the position of a second machine point based on the scan range.

A program that is read and executed by a computer
A laser scan data acquisition step to acquire laser scan data obtained by laser scanning with a laser scanner installed at the first mechanical point on the computer, and
The maximum range acquisition step for acquiring the maximum range at the time of the laser scan, and
A scan range determination step for determining the scan range of a laser scan by the laser scanner based on the maximum range of the laser scanner, and
A surveying program that executes a machine point calculation step for calculating the position of a second machine point based on the scan range.