JP2022120895A - 三次元位置の計測システム，計測方法，および計測マーカー - Google Patents

Abstract

【課題】測定点の三次元位置計測において、プリズムの追尾を必要としない、三次元位置計測システム等を提供する。【解決手段】三次元位置計測システム1は、ノンプリズム測距も行う測距部30、撮像部29、測角部21，22、前記測距部を設定された角度にする駆動部23,24、および通信部31を備える測量機2と、位置センサ46、姿勢センサ44,45、可視レーザ光を軸方向に出射するレーザ出射部47、レーザ光出射口4b、および通信部41を備える計測マーカー4と、を備え、前記計測マーカーは、前記位置センサおよび前記姿勢センサから前記出射口の位置・姿勢情報を算出して前記測量機に送信し、前記測量機は、前記出射口の三次元位置を計測するとともに、前記姿勢情報を基に前記軸方向を把握して前記軸方向に前記撮像部で測定点を探索し、前記測定点の三次元位置を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、測定点の三次元位置を計測するための計測システム，計測方法，および計測マーカーに関する。

測量では、測距および測角を行う測量機と再帰反射型のプリズムを利用して、測定点の三次元位置を計測する。ただし、プリズムには所要の大きさがあることから、測定点にプリズムの光学的な反射点を設置することができないため、一般的には、プリズムを固定した指示棒で測定点を指示し、プリズムから指示棒の方向に固定長分だけオフセットして測定点を計測する手法が取られている。例えば特許文献１では、プリズムを固定した指示棒に全球カメラを備えた計測モジュールを用いて、計測モジュールの姿勢を把握し、計測モジュールがどのような姿勢であってもオフセット方向を把握して、測定点の三次元位置を自動計測するシステムが開示されている。

特開２０１８－００９９５７号公報

しかし、特許文献１のシステムでは、オフセットの方向を知るために、測量機は常にプリズムを追尾する必要があった。プリズムの追尾は測量機の演算部にとって負荷が大きく、また、追尾中にプリズムが障害物に隠れてしまった場合は計測できなくなるという問題があった。

本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、測定点の三次元位置計測において、プリズムの追尾を必要としない、三次元位置計測システム，計測方法，および計測マーカーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の三次元位置計測システムは、測距光により反射プリズム測距およびノンプリズム測距を行う測距部，前記測距光の光軸方向を撮像する撮像部，前記測距部の向く鉛直角と水平角を測角する測角部，前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を設定された角度に駆動する駆動部，および通信部を備える測量機と、位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，および通信部を備える計測マーカーと、を備え、前記計測マーカーは、前記位置センサおよび前記姿勢センサから前記出射口の位置情報および姿勢情報を算出して前記測量機に送信し、前記測量機は、前記測距部および前記測角部で前記出射口の三次元位置を計測するとともに、前記姿勢情報を基に前記軸方向を把握して前記軸方向に前記撮像部で測定点を探索し、前記測距部および前記測角部で前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする。

上記態様において、前記測量機は、前記軸方向に対象点を複数設定し、前記撮像部で前記対象点を前記出射口側から順に撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析して、前記レーザ光の像が無くなる一つ前の対象点を前記測定点として確定し、三次元位置を計測するのも好ましい。

上記態様において、前記計測マーカーは、さらに距離計を備え、前記距離計は前記出射口から前記測定点までのマーカー距離を測り前記測量機に送信し、前記測量機は、前記マーカー距離の情報を基に、前記出射口の前記三次元位置から前記軸方向に前記マーカー距離だけオフセットさせた予想位置が前記測定点であるとして、前記予想位置とその前記軸方向の前後数点を前記撮像部で撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析して、前記レーザ光の像が無くなる一つ前の対象点を前記測定点として確定し、三次元位置を計測するのも好ましい。

上記態様において、前記計測マーカーは、さらに、発光変更ボタンを備え、前記発光変更ボタンは、前記レーザ光の発光を、少なくとも、点滅発光、光色変更、またはパターン形状変更するのも好ましい。

上記態様において、前記計測マーカーは、さらに、調整ボタンを備え、前記調整ボタンは、前記駆動部を操作して、前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を調整するのも好ましい。

上記態様において、前記測量機は、前記測距光の前記光軸方向と一致するガイドを備え、前記測量機と前記計測マーカーは互いに係合部を備え、前記計測マーカーを前記ガイドに配置することで姿勢が同期され、前記係合部を合わせることで位置が同期されるのも好ましい。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の三次元位置計測方法は、測量機と、計測マーカーを備え、（ａ）前記計測マーカーの軸方向に出射されるレーザ光の出射口の位置情報および姿勢情報を前記測量機に送信するステップと、（ｂ）前記測量機から測距光を出射し、前記出射口の三次元位置を計測するステップと、（ｃ）前記測量機の撮像部で、前記計測マーカーの前記軸方向の複数の対象点を前記出射口側から順に撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析するステップと、（ｄ）前記レーザ光の像が無くなった時、一つ前の対象点を測定点として確定するステップと、（ｅ）前記測量機から測距光を出射し、前記測定点の三次元位置を計測するステップと、を有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の計測マーカーは、スティック体，位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を前記スティック体の軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，通信部，演算制御部，および記憶部を備え、前記記憶部には前記位置センサおよび前記姿勢センサの前記出射口との位置関係が記憶され、前記演算制御部は、前記位置センサからの位置情報および前記姿勢センサからの姿勢情報を、前記位置関係を用いて補正して、前記出射口の位置情報および姿勢情報を算出し、前記通信部から測量機へ送信することを特徴とする。

本発明によれば、プリズムを追尾しなくとも、測定点の三次元位置を計測する技術を提供することができる。

第１の実施の形態に係る計測システムの外観斜視図である。 第１の実施形態に係る測量機の構成ブロック図である。 第１の実施形態に係る計測マーカーの斜視図である。 第１の実施形態に係る計測マーカーの構成ブロック図である。 第１の実施の形態に係る三次元位置計測方法のフロー図である。 図５の計測の詳細のフロー図である。 図６の作業イメージ図である。 ある対象点の画像のイメージ図である。 別の対象点の画像のイメージ図である。 第２の実施形態に係る三次元位置計測方法の計測の詳細フロー図である。 図９の作業イメージ図である。 変形例１に係る計測マーカーの斜視図である。 変形例２に係る計測マーカーの斜視図である。 変形例３に係る計測システムの一部分の斜視図である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

１．第１の実施形態
１－１．計測システムの構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る計測システムの外観斜視図である。符号１が本形態に係る三次元位置計測システム（以下、単に計測システムと称する）である。計測システム１は、測量機２と、計測マーカー４を有する。

計測システム１では、測量機２は、三脚を用いて既知の点に据え付けられており、下方から、整準部、整準部の上に設けられた基盤部、該基盤部上を水平回転する托架部２ｂと、托架部２ｂの中央で鉛直回転する望遠鏡２ａを備える。測量機２は、設定された対象点へ測距光３を出射する。計測マーカー４は、作業者により携帯され、測定点Ｘの付近で使用される。計測マーカー４は、測定点Ｘを指示するためのレーザ光５を出射する。

１－２．測量機の構成
図２は第１の実施形態に係る測量機２の構成ブロック図である。測量機２は、モータドライブトータルステーションであり、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部２３、鉛直回転駆動部２４、表示部２５、操作部２６、演算制御部２７、記憶部２８、撮像部２９、測距部３０、および通信部３１を備える。水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部２３、鉛直回転駆動部２４、演算制御部２７、記憶部２８、および通信部３１は托架部２ｂに収容され、測距部３０と撮像部２９は望遠鏡２ａに収容されている。但し、表示部２５と操作部２６は、測量機２を主体とする従来的な計測のインターフェイスであるため、本形態においては任意の要素とする。

水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、エンコーダである。水平角検出器２１は、托架部２ｂの回転軸に設けられ、托架部２ｂの水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、望遠鏡２ａの回転軸に設けられ、望遠鏡２ａの鉛直角を検出する（検出器２１，２２が請求項の「測角部」である）。

水平回転駆動部２３と鉛直回転駆動部２４はモータであり、演算制御部２７に制御される。水平回転駆動部２３は、設定された角度（設定された水平角）まで托架部２ｂの回転軸を動かし、鉛直回転駆動部２４は、設定された角度（設定された鉛直角）まで望遠鏡２ａの回転軸を動かす（駆動部２３，２４が請求項の「駆動部」である）。托架部２ｂの水平回転と望遠鏡２ａの鉛直回転の協働により、測距部３０の向きが変更され、設定された対象点の位置へ測距光３が出射される。

測距部３０は、送光部と受光部を備え、例えば赤外パルスレーザ等の測距光３を送光部から出射し、その反射光を受光部で受光し、測距光３と内部参照光との位相差から測距する。測距部３０は、測距光３をプリズムに反射させてプリズムを測距する反射プリズム測距と、測距光３をプリズム以外の対象点に照射して対象点を測距するノンプリズム測距の両方が可能である。

撮像部２９は、イメージセンサ（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）である。撮像部２９は、測距部３０の測距光３の光軸を原点として、原点の上下方向及び左右方向を広角度で撮像可能であり、設定された対象点を含む領域を撮像する。

通信部３１は、計測マーカー４の通信部３１（後述する）との間で無線通信が可能であり、通信部３１から情報を受信する。通信は、ブルートゥース（登録商標）、各種の無線ＬＡＮ規格、赤外線通信、携帯電話回線、その他無線回線等を用いることができる。

演算制御部２７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備え、演算制御として、通信部３１による情報受信、駆動部２３,２４による各回転軸の制御、検出器２１，２２による測角、測距部３０による測距、および後述する撮像部２９の画像の解析を行う。

記憶部２８は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｍｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。ＲＯＭには上記演算制御のためのプログラムが格納され、ＲＡＭに読み出されて各処理が実行される。測量機２が計測した三次元位置データは、ＲＯＭまたは後述する記録場所に記録される。

１－３．計測マーカーの構成
図３は第１の実施形態に係る計測マーカー４の斜視図である。計測マーカー４は、作業者が手持ちで取り扱える程度の長さを有するスティック体４０を備え、ボタン群４ａと、先端にレーザ光５の出射口４ｂを備える。操作ボタン群４ａは、少なくとも、発光ボタン４ａ１と、計測ボタン４ａ２を備える。

図４は第１の実施形態に係る計測マーカー４の構成ブロック図である。計測マーカー４は、通信部４１、演算制御部４２、記憶部４３、加速度センサ４４、ジャイロセンサ４５、ＧＰＳ装置４６、レーザ出射部４７、および操作ボタン群４ａを備える。上記の要素４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７は、集積回路技術を利用して構成された専用のモジュールやＩＣを用いて構成され、スティック体４０内にコンパクトに収容されている。

加速度センサ４４は、計測マーカー４の３軸方向の加速度を検出する。ジャイロセンサ４５は、計測マーカー４の３軸回りの回転を検出する。加速度センサ４４とジャイロセンサ４５が、請求項における計測マーカー４の「姿勢センサ」である。

ＧＰＳ装置４６は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ・ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ・Ｓｙｓｔｅｍ）からの信号で計測マーカー４の位置を検出する。ＧＰＳ装置４６が、請求項における計測マーカー４の「位置センサ」である。ＧＰＳ装置４６は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ・Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ・Ｓａｔｅｌｉｔｅ・Ｓｙｓｔｅｍ）、準天頂衛星システム、ＧＡＬＩＬＥＯ、或いはＧＬＯＮＡＳによる測位情報を用いるものであってもよい。

レーザ出射部４７は、光源とその発光制御ＩＣを備え、可視色のレーザ光５を、計測マーカー４のスティック体４０の軸方向（以降、方向を出射口４ｂに向かう方向に特定して、マーカー軸方向４ｒと称する。マーカー軸方向４ｒが請求項における「軸方向」である）に、直線的に発する。

通信部４１は、少なくとも測量機２の通信部３１と同じ通信規格を備え、通信部３１に情報を送信する。

演算制御部４２は、ＣＰＵを備え、演算制御として、レーザ光５の発光、姿勢センサおよび位置センサからの情報検出、通信部４１による情報送信、および後述する出射口４ｂの姿勢情報と位置情報の算出を行う。記憶部４３は、ＲＯＭおよびＲＡＭを備え、演算制御部４２の各処理を可能にする。

ここで、計測マーカー４のスティック体４０内で、加速度センサ４４，ジャイロセンサ４５，ＧＰＳ装置４６は、マーカー軸方向４ｒ上に配置され、出射口４ｂとの位置関係（出射口４ｂとの乖離距離ｄ４４，ｄ４５，ｄ４６）が予め測定され、記憶部４３に記憶されている。但し、マーカー軸４ｒとの位置関係が予め測定・記録されている場合はマーカー軸方向４ｒから外れた配置も可能である。

１－４．計測方法
次に、計測システム１を使用した測定点Ｘの三次元位置計測方法を説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る三次元位置計測方法のフロー図である。

本形態における計測が開始されると、まずステップＳ１０１で、作業者は、測量機２と計測マーカー４の同期をとる。同期は、計測マーカー４を測量機２に近接させて、計測マーカー４の座標を測量機２の座標に合わせ（位置合わせ）、測量機２の測距光３と計測マーカー４のレーザ光５の出射方向を一致させて、計測マーカー４の姿勢を測量機２の基準方向に合わせる（角度合わせ）。同期後、測量機２と計測マーカー４は通信を開始し、測量機２は計測マーカー４の位置と姿勢を常に把握する。

次にステップＳ１０２で、作業者は、計測マーカー４を携帯し、計測したいところ（測定点Ｘ）まで移動する。そして、発光ボタン４ａ１を押し、レーザ光５で測定点Ｘを指示する。

次にステップＳ１０３で、作業者が計測ボタン４ａ２を押すと、測定点Ｘの三次元位置の自動計測が行われる。測定点Ｘの三次元位置の計測は、計測マーカー４のレーザ光５上を、測量機２がトレースするイメージで行われる。計測の詳細を、図６，図７を用いて説明する。図６は図５の計測の詳細のフロー図、図７は図６の作業イメージ図である。

図５のステップＳ１０３で計測ボタン４ａ２が押されると、図６のステップＳ１０３－１に移行する。計測マーカー４は、加速度センサ４４，ジャイロセンサ４５，およびＧＰＳ装置４６から、計測マーカー４の姿勢情報および位置情報を取得し、加速度センサ４４，ジャイロセンサ４５から出射口４ｂの姿勢情報を算出するとともに、ＧＰＳ装置４６の位置情報をマーカー軸方向４ｒへ乖離距離４６ｄだけオフセットさせて、出射口４ｂの位置情報を算出する。そして、出射口４ｂの姿勢情報および位置情報を測量機２に送信する。

次にステップＳ１０３－２で、測量機２は、出射口４ｂの姿勢情報と位置情報を基に、出射口４ｂを対象点としたノンプリズム測距を行い、出射口４ｂの三次元位置（三次元座標）を計測する。

次にステップＳ１０３－３で、測量機２は、出射口４ｂの姿勢情報を基に、測量機２の座標系でマーカー軸方向４ｒを把握し、マーカー軸方向４ｒ上に対象点を複数設定して、測定点Ｘの探索を行う。

測定点Ｘの探索は、撮像部２９の画像を解析して行う。例として、図７のように、測量機２は、マーカー軸方向４ｒの実空間（仮想直線４ｒ´）上に、出射口４ｂから順に、対象点ｘ１、ｘ２、…、ｘｎ-１、ｘｎ、ｘｎ+１、…を設定したとする。対象点の測定間隔（設定間隔）は、測量機２から見た空間ではなく、マーカー軸方向４ｒの実空間（仮想直線４ｒ´上）で等間隔となるように設定されるか、探索を早めたい場合は、仮想直線４ｒ´上で測定点Ｘに近づくほど測定間隔を狭めるような不等間隔に設定されてもよい。測量機２の演算制御部２７は、水平回動駆動部２３と鉛直回転駆動部２４を制御して、測距部３０の水平角および鉛直角を、対象点ｘ１、ｘ２、…に順に合わせ、撮像部２９で撮像する。

次にステップＳ１０３－４で、演算制御部２７は、対象点の画像内にレーザ光５の像が有るか無いかを解析する。例えば、対象点ｘ３の画像内で、図８Ａのように、レーザ光５の像が有る場合（ＹＥＳ）、測量機２はまだ測定点Ｘに到達できていないことになるため、探索はステップＳ１０３－３に戻り、次の対象点ｘ４に移る。レーザ光５の像が有る限り、演算制御部２７は、この探索をｘ５、ｘ６…と続けていく。

一方、例として、対象点ｘｎで、図８Ｂのように、レーザ光５の像が消えたとする。レーザ光５の像が無い場合（ＮＯ）、測量機２は測定点Ｘを通り過ぎたことになるため、探索はステップＳ１０３－５に移行し、演算制御部２７は、一つ前の対象点ｘｎ-１を測定点Ｘとして確定し、測定点Ｘ（対象点ｘｎ-１）をノンプリズム測距して、測定点Ｘの三次元位置（三次元座標）を計測する。図５のステップＳ１０３では、このようにして、測定点Ｘの三次元位置の計測が行われる。

測定点Ｘが計測されると、図５のステップＳ１０４に移行して、計測された測定点Ｘの三次元位置データが記録される。三次元位置データの記録場所は測量機２に限られず、測量機２を管理するパーソナルコンピュータ、スマートデバイス、またはサーバに送られ記録されてもよい。

次にステップＳ１０５で、作業者が計測を続ける場合は、ステップＳ１０２に戻り、別の測定点Ｘに計測マーカー４を当てて計測を継続する。作業者が作業を終える場合は、計測を終了する。

（効果）
以上、本形態によれば、計測マーカー４と測量機２が連携し、測定点Ｘの三次元位置が自動計測される。この際、作業者は計測マーカー４を携帯してレーザ光５を測定点Ｘに当てるだけでよいため、測量作業を簡略化することができる。

また、本形態によれば、測量機２は、計測マーカー４の出射口４ｂの位置情報および姿勢情報と、画像処理によって測定点Ｘまで誘導されるので、プリズムの追尾によらずに計測が行える。

また、本形態に係る計測マーカー４は、プリズムやカメラのような大きな要素を持たなくてもよいため、ペンサイズで構成することができる。このため、作業者の取り扱いも容易となる。

２．第２の実施形態
第２の実施形態では、計測マーカー４が距離計４８を備え、より高速な計測を可能にする。

２－１．計測システムの構成
第２の実施形態における計測システム１において、測量機２の構成は第１の実施形態（図２）と同じである。一方、計測マーカー４は、第１の実施形態（図４）にさらに距離計４８を備える（後述の図１０参照）。距離計４８は、送光部と受光部を備え、例えば赤外パルスレーザ等の測距光（以降、測量機２の測距光３と区別するためにマーカー測距光６と称する）を送光部から出射し、受光するまでの時間と光速に基づいて測距する。距離計４８は、集積回路技術を利用して構成された専用のモジュールやＩＣを用いて構成され、マーカー測距光６の光軸がレーザ光５の光軸と一致するように、スティック体４０の中にコンパクトに収容されている。かつ、距離計４８は、マーカー軸方向４ｒ上に配置され、出射口４ｂとの位置関係（例えば乖離距離ｄ４８）は予め測定され、記憶部４３に記憶されている。

２－２．計測方法
第２の実施形態における計測システム１を使用した測定点Ｘの三次元位置計測方法の全体の流れは、第１の実施形態（図５）と同じである。本形態では、計測の詳細に変更がある。図９は第２の実施形態に係る三次元位置計測方法の計測の詳細フロー図、図１０は図９の作業イメージ図である。

ステップＳ２０３－１とＳ２０３－２は第１の実施形態（ステップＳ１０３－１とＳ１０３－２）と同様で、計測マーカー４の計測ボタン４ａ２が押されると、計測マーカー４は出射口４ｂの姿勢情報と位置情報を測量機２に送信し、測量機２は出射口４ｂの三次元位置（三次元座標）を計測する。

本形態では、ステップＳ２０３－３で、計測ボタン４ａ２が押されると同時に、計測マーカー４は距離計４８で測定点Ｘを測距し、出射口４ｂから測定点Ｘまでの距離（以降、マーカー距離Ｌと称する）を測る。計測マーカー４はマーカー距離Ｌの情報も測量機２に送信する。

次にステップＳ２０３－４で、測量機２は、計測マーカー４の姿勢情報を基に、マーカー軸方向４ｒを把握し、マーカー軸方向４ｒに測定点Ｘの探索を行うが、ここで、ステップＳ２０３－３でマーカー距離Ｌが既知となっているため、演算制御部２７は、出射口４ｂの三次元位置からマーカー軸方向４ｒにマーカー距離Ｌだけオフセットさせた位置（請求項の「予想位置」）が測定点Ｘであると予想する。このため、対象点を、測定点Ｘがあると予想される位置（図１０の対象点ｘｎ）とその前後に数点（図１０の対象点ｘｎ-１やｘｎ+１）設定し、この数点に対して、レーザ光５の像が有るか無いかを解析する。そして、レーザ光５が消える一つ前の対象点を測定点Ｘとして確定し、測定点Ｘを測量機２の測距部３０でノンプリズム測距して、測定点Ｘの三次元位置（三次元座標）を計測する。

（効果）
以上、本形態によれば、計測マーカー４に距離計４８を備えることにより、測定点Ｘの位置がおおよそ予測できるため、測量機２の画像解析の回数を大幅に減らすことができ、計測をさらに高速化させることができる。

３．変形例
上記の実施の形態は以下のような変形を加えるのも好適である。

３－１．変形例１
たとえば、計測マーカー４において、レーザ光５を多様に変化させられるように構成するのも好ましい。計測システム１では、測定点Ｘの探索は画像解析により行われる。このため、対象点の背景や天候など、計測環境によっては、レーザ光５が測量機２で解析しにくいことが考えられる。図１１は変形例１に係る計測マーカー４の斜視図である。変形例１は、計測マーカー４の操作ボタン群４ａに、さらに、発光変更ボタン４ａ３を備える。発光変更ボタン４ａ３は、レーザ光５の発光を、点滅発光、光色変更、またはパターン形状変更することができる。レーザ出射部４７は、これらに備えた光源および発光制御ＩＣを備える。変形例１により、レーザ光５の発光を計測環境に応じて変更することができるので、測量機２の画像解析不能により計測が困難になるのを防ぐことができる。

３－２．変形例２
また、計測マーカー４に調整機能を与えるのも好ましい。図１２は変形例２に係る計測マーカー４の斜視図である。変形例２は、計測マーカー４の操作ボタン群４ａに、さらに、調整ボタン４ａ４を備える。調整ボタン４ａ４は、上下ボタンと左右ボタンを備え、上下ボタンで測量機２の鉛直回動駆動部２４（測距部３０の鉛直角）を、左右ボタンで測量機２の水平回転駆動部２３（測距部３０の水平角）を操作できる。変形例２により、作業者は、測量機２の視準方向に違和感がある時や、測定点Ｘの探索を早めたい時に、調整ボタン４ａ４を操作して、測量機２の鉛直角および水平角を調整したり、測量機２の向きを測定点Ｘまで概略誘導することができるので、計測時の操作性を向上させることができる。

３－３．変形例３
また、測量機２に、計測マーカー４を同期するためのガイドを備えるのも好ましい。図１３は変形例３に係る計測システム１の一部分の斜視図である。計測システム１では、計測前に、計測マーカー４の座標と姿勢を測量機２の基準に合わせ、同期をとる必要がある。このために、一例として、変形例３では、測量機２の望遠鏡２ａの上面に、測距光３の光軸方向と一致するガイド溝２ｃを備えている。ガイド溝２ｃは中心に係合凹部２ｄを備え、計測マーカー４も中心に係合凸部４ｄを備えている。ガイド溝２ｃが請求項の「ガイド」であり、係合凹部２ｄと係合凸部４ｄが請求項の「係合部」である。計測マーカー４をガイド溝２ｃに配置することで、計測マーカー４の姿勢を測量機２の基準方向に合わせる（角度合わせ）ことができ、係合凸部４ｄを係合凹部２ｄに合わせることで、計測マーカー４の座標を測量機２の座標に合わせる（位置合わせ）ことができる。変形例３により、計測システム１の同期をより容易に行うことができる。なお、ガイドおよび係合部の形状はあくまで一例であり、この他の形態への変更は当然に可能である。

３－４．その他
実施の形態では、計測マーカー４は作業者により操作されるため、測定点Ｘを指示する際にレーザ光５の照射が手ブレする可能性がある。測量機２は、レーザ光５の像が動く場合は、平均位置や２秒収束位置などを解析の条件とすることも好ましい。

また、実施の形態では、プリズムの追尾を不要とすることを一つの特徴としているが、測定点Ｘがプリズムであれば、測量機２の測距部３０はプリズム測距を行っても構わない。“計測の詳細”で説明したように、測定点Ｘの探索は、撮像部２９の画像を解析して行われるが、測定点Ｘがプリズムであれば、測量機２は測定点Ｘの位置が概略分かった段階で、プリズムを自動視準することができる。

以上、計測システム１について、実施の形態および変形例を述べたが、これら以外にも、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１ 三次元位置計測システム
２ 測量機
２ｃ ガイド溝（ガイド）
２ｄ 係合凹部（係合部）
２１ 水平角検出器（測角部）
２２ 鉛直角検出器（測角部）
２３ 水平回転駆動部（駆動部）
２４ 鉛直回転駆動部（駆動部）
２７ 演算制御部
２８ 記憶部
２９ 撮像部
３０ 測距部
３１ 通信部
３ 測距光
４ 計測マーカー
４０ スティック体
４ａ 操作ボタン群
４ａ３ 発光変更ボタン
４ａ４ 調整ボタン
４ｂ 出射口
４ｄ 係合突部（係合部）
４ｒ マーカー軸方向（軸方向）
４１ 通信部
４２ 演算制御部
４３ 記憶部
４４ 加速度センサ（姿勢センサ）
４５ ジャイロセンサ（姿勢センサ）
４６ ＧＰＳ装置（位置センサ）
４７ レーザ出射部
４８ 距離計
５ レーザ光
Ｘ 測定点

Claims (8)

1. 測距光により反射プリズム測距およびノンプリズム測距を行う測距部，前記測距光の光軸方向を撮像する撮像部，前記測距部の向く鉛直角と水平角を測角する測角部，前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を設定された角度に駆動する駆動部，および通信部を備える測量機と、
   位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，および通信部を備える計測マーカーと、を備え、
   前記計測マーカーは、前記位置センサおよび前記姿勢センサから前記出射口の位置情報および姿勢情報を算出して前記測量機に送信し、
   前記測量機は、前記測距部および前記測角部で前記出射口の三次元位置を計測するとともに、前記姿勢情報を基に前記軸方向を把握して前記軸方向に前記撮像部で測定点を探索し、前記測距部および前記測角部で前記測定点の三次元位置を計測する
   ことを特徴とする三次元位置計測システム。
   
2. 前記測量機は、前記軸方向に対象点を複数設定し、前記撮像部で前記対象点を前記出射口側から順に撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析して、前記レーザ光の像が無くなる一つ前の対象点を前記測定点として確定し、三次元位置を計測する
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置計測システム。
   
3. 前記計測マーカーは、さらに距離計を備え、前記距離計は前記出射口から前記測定点までのマーカー距離を測り前記測量機に送信し、
   前記測量機は、前記マーカー距離の情報を基に、前記出射口の前記三次元位置から前記軸方向に前記マーカー距離だけオフセットさせた予想位置が前記測定点であるとして、前記予想位置とその前記軸方向の前後数点を前記撮像部で撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析して、前記レーザ光の像が無くなる一つ前の対象点を前記測定点として確定し、三次元位置を計測する
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置計測システム。
   
4. 前記計測マーカーは、さらに、発光変更ボタンを備え、前記発光変更ボタンは、前記レーザ光の発光を、少なくとも、点滅発光、光色変更、またはパターン形状変更する
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の三次元位置計測システム。
   
5. 前記計測マーカーは、さらに、調整ボタンを備え、前記調整ボタンは、前記駆動部を操作して、前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を調整する
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の三次元位置計測システム。
   
6. 前記測量機は、前記測距光の前記光軸方向と一致するガイドを備え、
   前記測量機と前記計測マーカーは互いに係合部を備え、
   前記計測マーカーを前記ガイドに配置することで姿勢が同期され、前記係合部を合わせることで位置が同期される
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の三次元位置計測システム。
   
7. 測量機と、計測マーカーを備え、
   （ａ）前記計測マーカーの軸方向に出射されるレーザ光の出射口の位置情報および姿勢情報を前記測量機に送信するステップと、
   （ｂ）前記測量機から測距光を出射し、前記出射口の三次元位置を計測するステップと、
   （ｃ）前記測量機の撮像部で、前記計測マーカーの前記軸方向の複数の対象点を前記出射口側から順に撮像し、撮像した画像に前記レーザ光の像が有るか無いかを解析するステップと、
   （ｄ）前記レーザ光の像が無くなった時、一つ前の対象点を測定点として確定するステップと、
   （ｅ）前記測量機から測距光を出射し、前記測定点の三次元位置を計測するステップと、
   を有することを特徴とする三次元位置計測方法。
   
8. スティック体，位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を前記スティック体の軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，通信部，演算制御部，および記憶部を備え、
   前記記憶部には前記位置センサおよび前記姿勢センサの前記出射口との位置関係が記憶され、
   前記演算制御部は、前記位置センサからの位置情報および前記姿勢センサからの姿勢情報を、前記位置関係を用いて補正して、前記出射口の位置情報および姿勢情報を算出し、前記通信部から測量機へ送信する
   ことを特徴とする計測マーカー。

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