JP2022150151A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】測設点との間に障害物がある場合でも、測設点の測定が可能な測量システムを提供する。【解決手段】遠隔操縦可能であり、飛行体９と２つの測定器１１，１２が設けられた飛行装置７と、第１のターゲット３，４が設けられ、測設点５に設置されるポール６と、既知の位置に設置された第２のターゲット２と、飛行装置７の飛行を遠隔操作し、飛行装置７と無線通信可能な遠隔操縦機８とを有する測量システム１であって、遠隔操縦機８は、飛行装置７を所定の測定位置迄飛行させ、一方の測定器で第１のターゲット３，４を測定させ、他方の測定器で第２のターゲット２を測定させ、第１のターゲット３，４と第２のターゲット２の測定結果に基づき、第２のターゲット２の設置位置を基準とした第１のターゲット３，４の３次元座標を演算する様構成された。【選択図】図１

Description

本発明は、所定の測設点を測定する為の測量システムに関するものである。

所望の測設点の測量を行なう際には、一般的に再帰反射性を有するプリズム等を用いて測量が行われる。

１人作業によりプリズム測量を行う場合、プリズムが設けられたポールを作業者が保持した状態で、既知の点に設置されたトータルステーション等の測量装置によりプリズムを追尾させる。その後、作業者がポールを測設点迄移動させ、測設点にポールを設置して測設点の測定を行っていた。

然し乍ら、測量装置と測設点との間に壁等の障害物がある場合、障害物により追尾が遮られ、測設点の測定を行うことができない。この場合、測設点との間に障害物が存在しない位置迄測量装置を移動させた後、プリズムの追尾を再開させる必要があった。従って、追尾が途切れる毎に、作業者が測量装置の設置位置迄戻り、測量装置を移動させた後、後方交会等により測量装置の位置を特定する必要がある為、作業に時間を要していた。

特開２０１８－４４９１３号公報 特開２０１６－１５１４２３号公報

本発明は、測設点との間に障害物がある場合でも、測設点の測定が可能な測量システムを提供するものである。

本発明は、遠隔操縦可能であり、飛行体と２つの測定器が設けられた飛行装置と、第１のターゲットが設けられ、測設点に設置されるポールと、既知の位置に設置された第２のターゲットと、前記飛行装置の飛行を遠隔操作し、該飛行装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は、前記飛行装置を所定の測定位置迄飛行させ、一方の測定器で前記第１のターゲットを測定させ、他方の測定器で前記第２のターゲットを測定させ、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットの測定結果に基づき、前記第２のターゲットの設置位置を基準とした前記第１のターゲットの３次元座標を演算する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記第１のターゲットは、前記ポールの下端からの距離が既知である第１の反射部と、該第１の反射部からの距離が既知である第２の反射部とを有し、前記飛行装置は前記飛行体の飛行を制御する飛行制御装置を更に有し、前記一方の測定器は、第１測距光を射出し、第１反射測距光を受光して各反射部迄の距離を測定する第１測距部と、前記第１測距光が所定の範囲で走査される様該第１測距光を偏向する第１測距光偏向部とを有し、該飛行制御装置は、前記第１の反射部と前記第２の反射部の測定結果に基づき前記ポールの傾きを演算し、前記第１の反射部の測定結果と前記ポールの傾きと該ポールの下端から前記第１の反射部迄の距離に基づき、前記ポールが設置された測設点の３次元座標を演算する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行装置は、前記一方の測定器と前記他方の測定器との位置関係が既知である飛行体カメラを更に有し、前記飛行制御装置は、前記飛行体カメラが取得した飛行体画像中から予め設定された追尾対象を抽出し、該追尾対象と前記飛行体画像の基準位置との位置偏差に基づき、前記追尾対象を追尾する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、追尾対象が位置情報発信器を有し、前記飛行制御装置は、前記位置情報発信器から受信した前記追尾対象の位置情報に基づき、該追尾対象が前記第１測距光偏向部の偏向範囲内に位置する様前記追尾対象を追尾する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行制御装置は、前記飛行体画像中から前記第１の反射部と前記第２の反射部をそれぞれ抽出し、前記第１の反射部を含む第１測定エリアと前記第２の反射部を含む第２測定エリアを設定し、前記第１測距光による前記第１測定エリアの局所スキャンにより前記第１の反射部を測定し、前記第２測定エリアの局所スキャンにより前記第２の反射部を測定する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行制御装置は、前記第１測距光偏向部の偏向範囲内で前記第１測距光を走査し、前記第１の反射部と前記第２の反射部を検出し、前記第１の反射部を含む局所スキャンと前記第２の反射部を含む局所スキャンとを交互に実行させ、１回前に測定した前記第１の反射部の位置を中心とする局所スキャンを実行して前記第１の反射部の現在位置を測定し、１回前に測定した前記第２の反射部の位置を中心とする局所スキャンを実行して前記第２の反射部の現在位置を測定し、前記第１の反射部に対する局所スキャンと前記第２の反射部に対する局所スキャンとを交互に繰返して前記ポールを追尾する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記他方の測定器は、前記第１測距光とは異なる波長の第２測距光を射出し、第２反射測距光を受光して前記第２のターゲット迄の距離を測定する第２測距部と、前記第２測距光が所定の範囲で走査される様該第２測距光を偏向する第２測距光偏向部とを有し、前記飛行制御装置は、前記第２測距光偏向部の偏向範囲内で前記第２測距光を走査し、前記第２のターゲットを測定する様構成された測量システムに係るものである。

更に又本発明は、前記飛行制御装置は、前記第２のターゲットを含む測定エリアを設定し、前記第２測距光による前記測定エリアの局所スキャンにより前記第２のターゲットを測定し、測定した該第２のターゲットの中心を新たなスキャン中心とする局所スキャンを繰返し実行し、前記第２のターゲットを追尾する様構成された測量システムに係るものである。

本発明によれば、遠隔操縦可能であり、飛行体と２つの測定器が設けられた飛行装置と、第１のターゲットが設けられ、測設点に設置されるポールと、既知の位置に設置された第２のターゲットと、前記飛行装置の飛行を遠隔操作し、該飛行装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は、前記飛行装置を所定の測定位置迄飛行させ、一方の測定器で前記第１のターゲットを測定させ、他方の測定器で前記第２のターゲットを測定させ、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットの測定結果に基づき、前記第２のターゲットの設置位置を基準とした前記第１のターゲットの３次元座標を演算する様構成されたので、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットとの間に障害物が存在し、前記第１のターゲットに対する前記第２のターゲットの視通が遮られる場合であっても、前記測設点の３次元座標を演算することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る測量システムを説明する説明図である。 飛行装置を示す平面図である。 前記飛行装置の制御系を示すブロック図である。 第１レーザスキャナの構成を示すブロック図である。 測量システムに於ける遠隔操縦機の制御系を示すブロック図である。 測定の際に設定される測定エリアを説明する説明図である。 本発明の実施例に係るポールの追尾を説明する説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本実施例に係る測量システムについて説明する。

測量システム１は、主に既知の位置に設けられた第２のターゲットとしての全周プリズム２、第１のターゲットとしての反射部、例えば第１の反射部３及び第２の反射部４が設けられ、所望の測設点５に設置されるポール６、飛行装置（ＵＡＶ）７、遠隔操縦機８、から構成される。

前記全周プリズム２は再帰反射性を有し、例えば三脚１０上に設けられ、前記全周プリズム２の設置点に対する高さが既知となっている。即ち、前記全周プリズム２の３次元座標は既知となっている。尚、図１中では、前記全周プリズム２が３箇所に設けられているが、１箇所であってもよい。

前記ポール６は、円柱形状の棒状部材であり、下端は尖端となっている。前記ポール６の下端を所望の前記測設点５に合致させることで、前記ポール６が前記測設点５に設置される。前記ポール６に、概略位置が分かる様に、位置情報発信器としてのＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）ビーコンを装着してもよい。これによって、測定時間を短縮することができる。

図１に示される様に、前記第１の反射部３は前記ポール６の下部に設けられ、前記第２の反射部４は前記ポール６の上端部に設けられている。又、前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４は、それぞれ外周面の全面に亘って再帰反射性を有する反射シートが貼付けられた球状の反射部材となっている。前記第１の反射部３と前記第２の反射部４は、それぞれ既知の径を有し、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の中心は、それぞれ前記ポール６の軸心上に位置している。即ち、前記第１の反射部３の中心と前記第２の反射部４の中心とを結ぶ直線は、前記ポール６の軸心と合致する。更に、前記ポール６の下端から前記第１の反射部３の中心迄の距離、該第１の反射部３の中心から前記第２の反射部４の中心迄の距離は、それぞれ既知となっている。尚、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４は、同径であってもよいし、異なる径となっていてもよい。

前記飛行装置７は、主に飛行体９と、該飛行体９の下面に設けられた第１測定器としての第１レーザスキャナ１１と、前記飛行体９の下面に設けられた第２測定器としての第２レーザスキャナ１２と、前記飛行体９の周面に設けられた飛行体カメラ１３と、前記遠隔操縦機８との間で通信を行う飛行体通信部１４（後述）とを具備している。

尚、前記飛行体９には基準点と基準方向が設定されている。前記基準点は、例えば前記飛行体９の機械中心である。又、前記基準方向は、任意の方向に設定可能であり、例えば前記飛行体カメラ１３の撮像光軸と同一鉛直平面内に位置する。

前記第１レーザスキャナ１１は、パルス発光又はバースト発光されたレーザ光線を第１測距光１５として射出し、走査ミラー（後述）を介して所定の測定対象物、例えば前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４に照射する。又、前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４に照射で反射された第１測距光１５（第１反射測距光）が前記第１レーザスキャナ１１で受光され、往復時間及び光速に基づき前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４に照射迄の距離が測定される。又、前記走査ミラーの傾斜により、第１測距光１５を任意の方向に照射することができる。

前記第２レーザスキャナ１２は、パルス発光又はバースト発光されたレーザ光線を第２測距光１６として射出し、走査ミラー（後述）を介して所定の測定対象物、例えば前記全周プリズム２に照射する。又、該全周プリズム２で反射された第２測距光１６（第２反射測距光）が前記第２レーザスキャナ１２で受光され、往復時間及び光速に基づき前記全周プリズム２迄の距離が測定される。又、前記走査ミラーの傾斜により、第２測距光１６を任意の方向に照射することができる。

尚、前記第１測距光１５と前記第２測距光１６は、異なる波長のレーザ光線となっている。例えば、前記第１測距光１５は８７０ｎｍのレーザ光線であり、前記第２測距光１６は９０５ｎｍの測距光となっている。又、前記第１測距光１５の光軸と前記第２測距光１６の光軸との位置関係は既知となっている。更に、前記第１測距光１５の光軸と、前記飛行体カメラ１３の撮像光軸との位置関係は既知となっており、前記第１測距光１５の光軸の位置は前記飛行体カメラ１３で取得される画像中で特定できる。従って、前記第１測距光１５の光軸と前記飛行体カメラ１３の撮像光軸の、前記第２測距光１６の光軸に対する方位角は既知となっている。

前記飛行体カメラ１３は、所定の画角、例えば±３５°の画角を有するカメラであり、前記飛行体９の基準方向と既知の関係となっている。例えば、前記飛行体カメラ１３の撮像光軸は、前記飛行体９の鉛直軸心と直交する平面に対して所定角度下方に傾斜している。或は、前記飛行体カメラ１３は、上下方向に駆動可能か、或は撮像光軸を上下方向に偏向可能となっている。

前記遠隔操縦機８は、例えばスマートフォンやタブレット等の携帯端末、或は該携帯端末に入力装置が接続又は一体化された装置となっている。前記遠隔操縦機８は、演算機能を有する演算装置、データやプログラムを格納する記憶部、更に端末通信部（後述）を有している。前記遠隔操縦機８は、前記端末通信部と前記飛行体通信部１４との間で前記飛行装置７との無線通信が可能となっている。更に、前記遠隔操縦機８は、前記飛行装置７の飛行、前記第１レーザスキャナ１１及び前記第２レーザスキャナ１２の測距作動を遠隔操作可能であり、前記飛行体カメラ１３による撮像も遠隔操作可能となっている。

次に、図２～図４に於いて、前記飛行装置７について説明する。

前記飛行体９は、放射状に延出する複数で且つ偶数のプロペラフレーム１７（図示では１７ａ～１７ｄ）を有し、該プロペラフレーム１７の中心は前記飛行装置７の重心（基準点）となっている。各プロペラフレーム１７の先端にそれぞれプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１７の先端に設けられたプロペラモータ１８（図示では１８ａ～１８ｄ）と、該プロペラモータ１８の出力軸に取付けられたプロペラ１９（図示では１９ａ～１９ｄ）とにより構成される。更に、前記飛行体９には、飛行制御装置２１が内蔵されている。

該飛行制御装置２１は、主に演算制御部２２、記憶部２３、飛行制御部２４、プロペラモータドライバ部２５、スキャナ制御部２６、撮像制御部２７、画像処理部２８、姿勢検出器２９、前記飛行体通信部１４とを具備している。

尚、本実施例では、前記スキャナ制御部２６が前記飛行制御装置２１に含まれているが、別構成としてもよい。例えば、前記第１レーザスキャナ１１内と前記第２レーザスキャナ１２内にそれぞれスキャナ制御部を設け、前記飛行体通信部１４を介して前記飛行体９と前記第１レーザスキャナ１１、前記第２レーザスキャナ１２との間で制御信号の授受を行ってもよい。

前記記憶部２３には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成される。前記プログラム格納部には、前記飛行体カメラ１３の撮影を制御する為の撮影プログラム、該飛行体カメラ１３が取得した飛行体画像３１から作業者や前記第１の反射部３、前記第２の反射部４を抽出し、各位置を検出する為の画像処理プログラム、作業者や各反射部３，４を追尾する為の追尾プログラム、前記プロペラモータ１８を制御する為の飛行制御プログラム、前記第１レーザスキャナ１１及び前記第２レーザスキャナ１２の測距作動を制御する為の測距プログラム、走査ミラー（後述）の傾斜角に基づき各測距光１５，１６の偏角を演算する為の測角プログラム、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４に対して順次局所スキャンを実行し、各反射部３，４の測定（測距及び測角）を行いそれぞれの３次元座標をリアルタイムで演算する為のスキャンプログラム、点群データの各点毎にタイムスタンプを付与する為のタイムスタンプ付与プログラム、各反射部３，４の測定結果から演算した前記ポール６の傾きと、該ポール６の下端からの前記第１の反射部３迄の既知の距離に基づき、前記測設点５の３次元座標を演算する測定プログラム、取得したデータを前記遠隔操縦機８に送信し、又該遠隔操縦機８からの飛行指令や測定指令を受信する為の通信プログラム等のプログラムが格納されている。

又、前記記憶部２３のデータ格納領域には、前記飛行体カメラ１３で取得した前記飛行体画像３１、各反射部３，４の測定結果（測距結果、測角結果）、前記測設点５の３次元座標の演算結果等が測定時間と関連づけられて時系列毎に格納される。

前記飛行制御部２４は、飛行に関する制御信号に基づき、前記プロペラモータドライバ部２５を介して前記プロペラモータ１８を所要の状態に駆動し、制御する。

前記スキャナ制御部２６は、前記第１レーザスキャナ１１及び前記第２レーザスキャナ１２の駆動を制御する。即ち、前記スキャナ制御部２６は、前記第１測距光１５の発光間隔、走査ミラーの往復速度等を制御し、該走査ミラーを介して前記第１測距光１５及び前記第２測距光１６を往復走査する。即ち、前記スキャナ制御部２６は、前記第１レーザスキャナ１１から照射される前記第１測距光１５の点群間隔、点群密度を制御し、前記第２レーザスキャナ１２から照射される前記第２測距光１６の点群間隔、点群密度を制御する。又、反射測距光は、前記走査ミラーの傾斜角と関連づけられて前記演算制御部２２に入力され、測距が実行される。

尚、前記第１レーザスキャナ１１と前記第２レーザスキャナ１２は、前記第１測距光１５と前記第２測距光１６の波長を除き、同等の構成となっている。従って、以下では、前記第１レーザスキャナ１１について説明する。

図４に示される様に、前記第１レーザスキャナ１１は、主に第１測距部３２、第１測距演算部３３、第１測距光偏向部としての第１走査ミラー３４、第１ミラー駆動制御部３５、第１傾斜角検出器３６を有している。同様に、説明は省略するが、前記第２レーザスキャナ１２も、主に第２測距部３７、第２測距演算部３８、第２測距光偏向部としての第２走査ミラー３９、第２ミラー駆動制御部４１、第２傾斜角検出器４２を有している。

前記第１測距部３２は、前記第１走査ミラー３４を介してターゲットに前記第１測距光１５を射出し、更に前記第１走査ミラー３４を介して前記ターゲットからの反射測距光を受光し、測距を行うものである。即ち、前記第１測距部３２は、光波距離計として機能する。前記第１測距光１５は、パルス光又はパルス状の光であり、測距はパルス光毎に行われる。

前記第１測距演算部３３は、前記スキャナ制御部２６からの制御信号に基づき、前記第１測距部３２によるターゲットに対する測距動作を制御する。即ち、前記第１測距演算部３３は、パルス光の往復時間、例えば前記第１測距部３２から射出される前記第１測距光１５の発光タイミングと、前記第１測距部３２に受光される反射測距光の受光タイミングとの時間差と光速に基づき、前記第１測距光１５の１パルス毎の測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。

前記第１走査ミラー３４は、例えば直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向に傾動自在なＭＥＭＳミラーである。ＭＥＭＳミラーは、コイルに電流を流した際のローレンツ力により駆動されるミラーであり、駆動電流の正負及び大きさに基づき、所望の方向に所望の角度で２次元に往復傾動可能となっている。前記第１走査ミラー３４の傾斜可能な範囲は、例えば２軸方向に±３０°となっている。該第１走査ミラー３４により、前記第１測距光１５の光軸を例えば±３０°の範囲で偏向することができ、高応答性で前記第１測距光１５による局所スキャンが可能となる。

前記第１ミラー駆動制御部３５は、前記第１走査ミラー３４で反射される前記第１測距光１５が所定のスキャン中心で所定の範囲を２次元に面スキャン（ラスタスキャン）する様、前記第１走査ミラー３４を所定角度範囲で所定方向に往復傾動させる。又、前記第１ミラー駆動制御部３５は、全スキャン範囲内の複数箇所で、部分的にスキャン（局所スキャン）する場合、スキャン中心を順次変更しながら局所スキャンし、複数箇所で同時に局所スキャンされたのと同様の制御を行う。

前記第１傾斜角検出器３６は、前記第１走査ミラー３４の２軸の各傾斜角及び合成傾斜角を検出する。検出結果は前記スキャナ制御部２６に入力される。

前記撮像制御部２７は、前記演算制御部２２から発せられる制御信号に基づき、前記飛行体カメラ１３の撮影を制御する。該飛行体カメラ１３としてはデジタルカメラが設けられ、静止画像が撮影できると共に、動画像、又は連続する画像を構成するフレーム画像を前記飛行体画像３１として取得可能となっている。又、撮像素子として、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が設けられ、各画素は撮像素子内での位置が特定できる様になっている。例えば、前記飛行体カメラ１３の光軸が撮像素子を通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置が特定される。各画素は、受光信号と共に画素座標を前記撮像制御部２７に出力する。

前記画像処理部２８は、前記飛行体カメラ１３が取得した前記飛行体画像３１に対して、所定の画像処理を行う。例えば、図１に示される様に、前記飛行体画像３１中から予め設定された追尾対象である作業者４３を抽出し、該作業者４３の抽出部と前記飛行体画像３１の基準位置との位置偏差を演算する。尚、前記抽出部は、例えばベルト等の予め設定した該作業者４３の体の一部であり、前記飛行体画像３１の基準位置は例えば画像中心である。又、前記飛行体画像３１中から前記第１の反射部３と前記第２の反射部４を検出し、検出した前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の画像中の位置に基づき、前記第１レーザスキャナ１１による局所スキャンのスキャン中心を設定する。

前記姿勢検出器２９は、前記飛行体９の水平、又は鉛直に対する傾斜角を検出し、検出結果は前記演算制御部２２に入力される。又、前記姿勢検出器２９として、チルトセンサ等の傾斜検出器が用いられ、更に、特許文献２に開示された姿勢検出器を使用することができる。

前記演算制御部２２は、前記記憶部２３に格納された各種プログラムに基づき、前記飛行制御部２４、前記プロペラモータドライバ部２５、前記スキャナ制御部２６、前記撮像制御部２７、前記画像処理部２８を統括制御し、測定対象物を前記第１測距光１５で走査（測定する）為の各種制御を実行する。即ち、前記第１測距部３２による測距結果と前記第１傾斜角検出器３６による測角結果に基づき、前記飛行体９の基準点を基準とした３次元座標を演算できると共に、前記姿勢検出器２９の検出結果に基づき、演算した３次元座標を水平を基準とした３次元座標に補正することができる。又、前記演算制御部２２は、前記遠隔操縦機８から受信した飛行信号に基づき飛行に関する制御信号を演算し、前記飛行制御部２４に出力する。又、前記演算制御部２２は、測定を実行する際、前記第１測距光１５と前記第２測距光１６のパルス光毎にタイムスタンプを付与する。即ち、前記第１測距光１５と前記第２測距光１６を照射して得られた点群の各点の測定結果毎にタイムスタンプが付与される。

前記飛行体通信部１４は、前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４を測定した結果（前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４の射距離、前記第１走査ミラー３４の傾斜角、測定時の前記飛行体９の姿勢）を前記遠隔操縦機８に送信する。尚、該遠隔操縦機８への測定結果の送信は、測定指示を受信する毎に送信してもよいし、連続して取得した測定結果をリアルタイムで送信してもよい。

前記飛行装置７は、前記姿勢検出器２９の検出結果と、前記第１レーザスキャナ１１で得られた前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測距結果、前記第１傾斜角検出器３６の検出結果に基づき、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の３次元座標を測定する。又、前記飛行装置７は、前記姿勢検出器２９の検出結果と、前記第２レーザスキャナ１２で得られた前記全周プリズム２の測距結果、傾斜角検出器の検出結果に基づき、前記全周プリズム２の３次元座標を測定する。更に、前記飛行装置７は、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測定結果と前記ポール６の下端から前記第１の反射部３迄の距離に基づき、前記ポール６の下端（下端と合致した測設点）の３次元座標を演算できると共に、前記全周プリズム２の３次元座標に基づき、前記ポール６の下端の３次元座標を前記全周プリズム２の設置点を基準とした３次元座標へと変換することができる。尚、前記飛行装置７による各種演算は、前記遠隔操縦機８により実行されてもよい。

図５は、前記遠隔操縦機８の概略構成、及び前記飛行装置７と前記遠隔操縦機８の関連を示す図である。

該遠隔操縦機８は、演算機能を有する端末演算処理部４４、端末記憶部４５、端末通信部４６、操作部４７、表示部４８を有している。

前記端末演算処理部４４は、クロック信号発生部を有し、前記飛行装置７から受信した画像データ、測定データ等をクロック信号に関連づける。又、前記端末演算処理部４４は、受信した各種データを前記クロック信号に基づき時系列のデータとして処理し、前記端末記憶部４５に保存する。

該端末記憶部４５には、前記飛行装置７と通信を行う為の通信プログラム、測定時に付与されたタイムスタンプに基づき、前記全周プリズム２の測定結果と前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４の測定結果とを関連づける為のプログラム、前記全周プリズム２の設置位置の３次元座標に基づき、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の３次元座標を演算する為のプログラム、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測定結果、前記ポール６の下端から前記第１の反射部３迄の距離、前記ポール６の傾斜角に基づき、該ポール６が設置された前記測設点５の３次元座標を演算する為の測定プログラム、走査画面や測定結果、前記飛行体カメラ１３で取得された前記飛行体画像３１等を前記表示部４８に表示する為の表示プログラム、タッチパネル等を介して指示を入力する為の操作プログラム等のプログラムが格納されている。

前記端末通信部４６は、前記飛行装置７との間で通信を行う。又、前記操作部４７は、前記表示部４８と一体に設けられたコントローラのボタン等を介して各種指示を入力し、前記飛行体９の操作を行う。

前記表示部４８は、前記飛行体カメラ１３で取得された前記飛行体画像３１、前記第１レーザスキャナ１１や前記第２レーザスキャナ１２等で取得された前記第１の反射部３、前記第２の反射部４や前記全周プリズムの測定結果を示す測定結果画面等が表示される。

尚、前記表示部４８の全てをタッチパネルとしてもよい。該表示部４８の全てがタッチパネルである場合には、前記操作部４７を省略してもよい。この場合、前記表示部４８には前記飛行体９を操作する為の操作パネルが設けられる。

次に、図１、図６に於いて、前記測量システム１を用いた測定及び追尾について説明する。図１中では、前記全周プリズム２と前記ポール６との間に障害物としての壁４９が存在し、前記全周プリズム２から前記ポール６に対する視通が前記壁４９により遮られた状態となっている。即ち、前記全周プリズム２の設置位置からでは、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４とが直接測定できない様になっている。

先ず、前記飛行装置７を所定の待機位置に静止させた状態で、方位計等により前記飛行装置７の基準方向の方位角を設定する。次に、追尾対象とは異なる作業者（図示せず）は、目視により、或は前記飛行体画像３１に基づき、前記飛行装置７を飛行させる。該飛行装置７は、前記遠隔操縦機８を介して、前記全周プリズム２と前記ポール６の両方に対する視通が遮られない位置、即ち測定位置迄飛行される。尚、図１中に於いては、測定位置は前記壁４９の上方となっている。

前記飛行装置７を測定位置迄移動させると、該測定位置で前記飛行装置７をホバリングさせつつ、前記飛行体画像３１中に前記作業者４３が捉えられる迄、前記飛行装置７を旋回させる。尚、前記作業者４３が前記飛行体カメラ１３の画角の範囲内に入ると、前記画像処理部２８は画像処理により前記飛行体画像３１中に前記作業者４３を検出する。

前記飛行体画像３１中に前記作業者４３を捉えた後、前記飛行制御装置２１は前記第２レーザスキャナ１２を駆動させ、前記全周プリズム２を検出する。即ち、前記第２レーザスキャナ１２の前記第２走査ミラー３９を往復傾動させ、全スキャン範囲内を前記第２測距光１６で走査し、前記全周プリズム２を検出する。

尚、前記飛行装置７は、方位計を有していないが、前記第２測距光１６の光軸に対する前記飛行体カメラ１３の撮像光軸の相対方位角は既知となっている。従って、前記全周プリズム２に対する前記作業者４３の相対方位角は、既知の位置関係に基づき演算できる。

前記飛行体カメラ１３が前記作業者４３を捉え、前記第２レーザスキャナ１２が前記全周プリズム２を検出すると、前記遠隔操縦機８を介して前記作業者４３及び前記全周プリズム２の追尾を開始させる。この時、該作業者４３は前記ポール６を保持しており、該ポール６を保持した状態で、所定の前記測設点５迄前記ポール６を搬送する。この時、前記作業者４３や前記ポール６にＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）ビーコンを装着し、概略位置が分かる様にしてもよい。これによって、測定時間を短縮することができる。

追尾が開始されると、前記演算制御部２２は、前記飛行体画像３１中から抽出した抽出部、例えば前記作業者４３の体の一部と、前記飛行体画像３１の基準位置、例えば画像中心との位置偏差を演算し、前記抽出部が前記飛行体画像３１の基準位置に位置する様、前記飛行体９を旋回させる。或は、前記飛行体カメラ１３の向きを変更可能な駆動機構、該飛行体カメラ１３の撮像光軸を偏向可能な偏向機構を別途設け、前記飛行体カメラ１３で前記作業者４３を追尾させてもよい。

尚、本実施例では、前記飛行体画像３１の画像中心を基準位置とし、前記作業者４３のベルトを抽出部としている。一方で、該抽出部を前記作業者４３のヘルメットとした場合、前記基準位置は画像中心よりも上方に設定される。

又、追尾が開始されると、前記演算制御部２２は、前記全周プリズム２の検出位置に基づき、図６に示される様な、前記全周プリズム２の光学中心をスキャン中心とした所定範囲の局所スキャン範囲（測定エリア５１）を設定する。尚、該測定エリア５１は、前記第２走査ミラー３９の全スキャン範囲よりも小さく、１周期あたりのスキャン時間も短くなっている。

前記演算制御部２２は、前記測定エリア５１内を所定のスキャン密度で局所スキャンし、前記第２測距光１６の軌跡５２に沿って、各点毎にタイムスタンプが付与された点群データを取得する。又、前記演算制御部２２は、前記軌跡５２に沿った点群データに基づき、前記全周プリズム２を検出し、該全周プリズム２の光学中心を演算する。更に、前記演算制御部２２は、演算した前記全周プリズム２の光学中心をスキャン中心として、再度局所スキャンを実行する。これらの処理を繰返すことで、前記第２レーザスキャナ１２により前記全周プリズム２がリアルタイムで測定されつつ追尾される。又、前記全周プリズム２の測定結果は前記遠隔操縦機８へと送信される。

前記ポール６を前記測設点５迄搬送し、前記ポール６の下端と前記測設点５とが合致する様前記ポール６を設置すると、前記作業者４３は、前記遠隔操縦機８を介して前記測設点５の測定を開始させる。

測定開始が指示されると、前記演算制御部２２は、前記飛行体画像３１中から前記第１の反射部３を抽出し、抽出した該第１の反射部３の中心を局所スキャンのスキャン中心とした第１測定エリア５３を設定する。又、前記演算制御部２２は、前記飛行体画像３１中から前記第２の反射部４を抽出し、抽出した該第２の反射部４の中心を局所スキャンのスキャン中心とする第２測定エリア５４を設定する。

前記第１測定エリア５３と前記第２測定エリア５４の設定後、前記演算制御部２２は、前記第１測定エリア５３と前記第２測定エリア５４に対し、局所スキャンを順次実行する。局所スキャンにより、各点毎にタイムスタンプが付与された点群データが取得される。

本実施例では、前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４、全面に再帰反射性を有する反射シートが貼付けられた球体となっている。前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４の中心が前記第１測距光１５の光軸上に存在しない場合には、反射測距光が前記第１測距部３２に向って反射されず、測定不能となる。即ち、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の中心が前記第１測距光１５の光軸上に存在する場合のみ、測定結果が演算できる。

従って、前記第１測定エリア５３内を局所スキャンした際に、測定結果が得られた点の測定結果を前記第１の反射部３の測定結果とすることができ、前記第２測定エリア５４内を局所スキャンした際に、測定結果が得られた点の測定結果を第２の反射部４の測定結果とすることができる。尚、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測定結果とは、各反射部３，４の中心の３次元座標であるので、各反射部３，４の中心の３次元座標は前記飛行装置７による測定結果及び各反射部３，４の既知の径に基づき演算することができる。

前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の中心の３次元座標が演算されると、前記演算制御部２２は、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の中心を結ぶ直線の傾きを前記ポール６の傾きとして演算する。又、前記演算制御部２２は、前記第１の反射部３の中心の３次元座標と、演算した前記ポール６の傾きと、該ポール６の下端から前記第１の反射部３の中心迄の距離とに基づき、前記測設点５の３次元座標を演算し、該３次元座標がタイムスタンプと共に前記遠隔操縦機８に送信される。

前記端末演算処理部４４は、前記飛行体９の基準点を基準とした前記測設点５の３次元座標と、該３次元座標測定時の前記全周プリズム２の測定結果と、該全周プリズム２に対する前記測設点５の相対方位角に基づき、前記全周プリズム２の設置位置を基準とする前記測設点５の３次元座標を演算することができる。ここで、３次元座標測定時の前記全周プリズム２の測定結果とは、前記測設点５の３次元座標測定時に付与されたタイムスタンプと合致又は略合致するタイムスタンプを有する前記全周プリズム２の測定結果を示す。

他にも測定すべき測設点が存在する場合には、前記作業者４３の追尾を続行しつつ、前記ポール６を次の測設点迄搬送し、前記ポール６を測設点に設置して再度測設点の測定を行う。この時、前記ポール６と前記飛行装置７との間で視通が取れなくなった場合には、前記ポール６及び前記全周プリズム２の両方に対して視通が取れる位置へと前記飛行装置７を移動させ、処理を続行する。又、他に測定すべき測設点が存在しない場合には、前記遠隔操縦機８を介して前記飛行装置７を所定の待機位置に着地させ、測定処理を終了する。

上述の様に、本実施例では、２つの測定器を有する前記飛行装置７を所定の測定位置迄飛行させ、一方の測定器により既知点に設置された前記全周プリズム２を追尾しつつ測定すると共に、他方の測定器により前記測設点５の３次元座標を測定し、前記全周プリズム２の設置位置を基準とした前記測設点５の３次元座標を演算する様構成されている。

従って、前記全周プリズム２と前記ポール６との間に前記壁４９等の障害物が存在し、前記ポール６に対する前記全周プリズム２の視通が遮られる場合であっても、該全周プリズム２の設置位置を基準とした前記測設点５の３次元座標を求めることができる。

又、前記飛行装置７を介して前記測設点５を測定する構成となっているので、前記飛行装置７と前記全周プリズム２との間で視通が取れていればよい。従って、前記全周プリズム２を前記ポール６と視通が取れる位置迄移動させ、再度全周プリズム２の３次元座標を測定する必要がないので、作業時間の短縮、作業性の向上を図ることができる。

又、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４とが球体であり、前記第１の反射部３を含む前記第１測定エリア５３を局所スキャンし、前記第２の反射部４を含む前記第２測定エリア５４を局所スキャンすることで、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４とを測定している。

従って、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の向きに拘らず、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の中心の３次元座標を演算することができる。

又、前記第１の反射部３の測定結果と前記第２の反射部４の測定結果とに基づき、前記ポール６の傾きが演算可能であるので、前記ポール６を前記測設点５に垂直に設置する必要がなく、作業性を向上させることができる。

尚、前記飛行装置７による前記作業者４３の追尾を続けると、前記全周プリズム２の位置が前記第２走査ミラー３９の偏向範囲外となり、前記全周プリズム２を前記第２レーザスキャナ１２で追尾、測定が実行できなくなる場合がある。

この場合、図１に示される様に、設置位置の３次元座標が既知である前記全周プリズム２を複数設け、いずれかの全周プリズム２の位置を基準として前記測設点５の３次元座標を演算すればよい。この時、各全周プリズム２の設置位置は、同一の座標系上に位置する。

又、本実施例では、前記飛行体画像３１に対する画像処理により、前記作業者４３を追尾しているが、前記第１レーザスキャナ１１により前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４を追尾してもよい。図７を参照して前記第１レーザスキャナ１１による前記ポール６の追尾について説明する。

前記遠隔操縦機８を介して、前記第１レーザスキャナ１１による前記ポール６の追尾が指示されると、前記第１走査ミラー３４の偏向範囲に前記第１の反射部３と前記第２の反射部４が含まれた状態で、前記第１走査ミラー３４の全偏向範囲を前記第１測距光１５で走査し、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４とをそれぞれ検出する。次に、前記第１の反射部３を中心とした前記第１測定エリア５３と、前記第２の反射部４を中心とした前記第２測定エリア５４をそれぞれ設定する。

各測定エリア５３，５４が設定されると、前記演算制御部２２は、前記第１測距部３２（図７中では発光素子５５と受光素子５６）と前記第１走査ミラー３４の協動により、前記第１測定エリア５３を前記第１測距光１５で局所スキャンさせ、前記第１の反射部３を測定する。

次に、前記演算制御部２２は、前記第２測定エリア５４を前記第１測距光１５で局所スキャンさせ、前記第２の反射部４を測定する。ここで測定された前記第１の反射部３の３次元座標と前記第２の反射部４の３次元座標を第１初期位置５７、第２初期位置５８として設定し、各初期位置５７，５８は前記記憶部２３に格納される。

各初期位置５７，５８の設定後、追尾が開始される。前記演算制御部２２は、前記第１初期位置５７を中心とした局所スキャン（第１局所スキャン）と、前記第２初期位置５８を中心とした局所スキャン（第２局所スキャン）とを交互に実行し、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４とを略同時に、且つ略リアルタイムで測定する。

尚、前記第１走査ミラー３４はＭＥＭＳミラーであり、高速で往復傾動可能であるので、スキャン速度は前記ポール６の移動速度よりも充分に高速である。従って、スキャン中心を前記第１の反射部３から前記第２の反射部４へと移動させ、第２局所スキャンを実行した後であっても、再び前記第１初期位置５７を中心とした第１局所スキャンで前記第１の反射部３を捉えることができる。

第１局所スキャンの実行により、前記第１初期位置５７から所定の方向に所定距離移動した第１位置５９の３次元座標が測定され、測定結果が前記記憶部２３に保存される。又、前記演算制御部２２は、前記第１位置５９と１回前の測定位置である第１初期位置５７とに基づき、前記第１の反射部３の移動方向と移動速度を演算し、演算結果を前記記憶部２３に保存する。

前記第１位置５９の測定後、前記演算制御部２２は、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４との位置関係に基づき、局所スキャンのスキャン中心の位置を前記第２初期位置５８に変更する。この時、前記第１の反射部３の測定位置、移動方向、移動速度に基づき、前記第２の反射部４の位置が予測され、予測結果もスキャン中心の変更に反映される。

第２局所スキャンの実行により、前記第２初期位置５８から所定の方向に所定距離移動した前記第２位置６１の３次元座標が測定され、測定結果が前記記憶部２３に保存される。又、前記演算制御部２２は、前記第２位置６１と１回前の測定位置である前記第２初期位置５８とに基づき、前記第２の反射部４の移動方向と移動速度を演算し、演算結果を前記記憶部２３に保存する。

又、前記演算制御部２２は、前記第１位置５９と前記第２位置６１の測定結果に基づき、前記ポール６の軸心６ａの傾きを演算する。即ち、前記演算制御部２２は、前記ポール６の姿勢を演算する。

前記第２位置６１の測定後、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測定が交互に実行されることで、移動する前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の位置がリアルタイムで測定され、前記第１の反射部３と前記第２の反射部４の測定結果に基づき、前記飛行装置７による前記ポール６の追尾がリアルタイムで実行される。更に、該ポール６の追尾と並行して、該ポール６の姿勢もリアルタイムで演算することができる。

前記ポール６が前記測設点５に設置されると、前記演算制御部２２が、前記第１の反射部３の測定結果と、前記ポール６の傾きと、該ポール６の下端から前記第１の反射部３迄の距離とに基づき、前記飛行体９の基準点を基準とする前記測設点５の３次元座標を演算する。又、演算結果を受信した前記遠隔操縦機８が、演算結果を前記全周プリズム２の設置位置を基準とした３次元座標に変換し、前記測設点５の測定を終了する。

前記第１レーザスキャナ１１で前記ポール６を追尾する場合、追尾の為に画像を用いる必要がないので、前記飛行体カメラ１３を省略することができ、前記飛行装置７の装置構成の簡略化及び重量の軽減を図ることができる。

又、前記ポール６や前記作業者４３等の追尾対象に位置情報発信器としてのＢＬＥビーコンを設け、該ＢＬＥビーコンから発せられた概略の位置情報を有する信号に基づき前記追尾対象を追尾してもよい。

この場合、前記飛行制御装置２１は、前記飛行体通信部１４を介して前記ＢＬＥビーコンから位置情報を受信できる様になっており、前記飛行制御装置２１は前記ＢＬＥビーコンからの位置情報に基づき、前記追尾対象が前記第１走査ミラー３４の偏向範囲内に位置する様、前記飛行装置７を旋回させ、前記測定対象を追尾する。

又、複数のＢＬＥビーコンを複数の追尾対象に設けてもよい。この場合、測定時のみ追尾対象から位置情報信号を発し、前記飛行装置７を追尾対象へと振向かせ、測定が行われる。この時、複数のＢＬＥビーコンから発せられる信号を識別可能とすれば、測定結果を各追尾対象毎に時系列で保存することができる。

又、本実施例では、前記第１測距光１５と前記第２測距光１６を走査する為の測距光偏向部として、２軸のＭＥＭＳミラーと用いているが、該ＭＥＭＳミラーに限られるものではない。例えば、モータにより回転する回転鏡やガルバノミラー、オプティカルフェースドアレイ、液晶ビームステアリング、レズレープリズム等、種々の偏向手段により測距光を走査する構成であってもよい。

更に、本実施例では、前記第１の反射部３及び前記第２の反射部４として、反射シートを全面に貼設した球体を用いているが、全周プリズムを用いてもよいのは言う迄もない。

１ 測量システム
２ 全周プリズム
３ 第１の反射部
４ 第２の反射部
５ 測設点
６ ポール
７ 飛行装置
８ 遠隔操縦機
９ 飛行体
１１ 第１レーザスキャナ
１２ 第２レーザスキャナ
１３ 飛行体カメラ
１５ 第１測距光
１６ 第２測距光
２１ 飛行制御装置
３２ 第１測距部
３４ 第１走査ミラー
３７ 第２測距部
３９ 第２走査ミラー

Claims (8)

1. 遠隔操縦可能であり、飛行体と２つの測定器が設けられた飛行装置と、第１のターゲットが設けられ、測設点に設置されるポールと、既知の位置に設置された第２のターゲットと、前記飛行装置の飛行を遠隔操作し、該飛行装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は、前記飛行装置を所定の測定位置迄飛行させ、一方の測定器で前記第１のターゲットを測定させ、他方の測定器で前記第２のターゲットを測定させ、前記第１のターゲットと前記第２のターゲットの測定結果に基づき、前記第２のターゲットの設置位置を基準とした前記第１のターゲットの３次元座標を演算する様構成された測量システム。
2. 前記第１のターゲットは、前記ポールの下端からの距離が既知である第１の反射部と、該第１の反射部からの距離が既知である第２の反射部とを有し、前記飛行装置は前記飛行体の飛行を制御する飛行制御装置を更に有し、前記一方の測定器は、第１測距光を射出し、第１反射測距光を受光して各反射部迄の距離を測定する第１測距部と、前記第１測距光が所定の範囲で走査される様該第１測距光を偏向する第１測距光偏向部とを有し、該飛行制御装置は、前記第１の反射部と前記第２の反射部の測定結果に基づき前記ポールの傾きを演算し、前記第１の反射部の測定結果と前記ポールの傾きと該ポールの下端から前記第１の反射部迄の距離に基づき、前記ポールが設置された測設点の３次元座標を演算する様構成された請求項１に記載の測量システム。
3. 前記飛行装置は、前記一方の測定器と前記他方の測定器との位置関係が既知である飛行体カメラを更に有し、前記飛行制御装置は、前記飛行体カメラが取得した飛行体画像中から予め設定された追尾対象を抽出し、該追尾対象と前記飛行体画像の基準位置との位置偏差に基づき、前記追尾対象を追尾する様構成された請求項２に記載の測量システム。
4. 追尾対象が位置情報発信器を有し、前記飛行制御装置は、前記位置情報発信器から受信した前記追尾対象の位置情報に基づき、該追尾対象が前記第１測距光偏向部の偏向範囲内に位置する様前記追尾対象を追尾する様構成された請求項２に記載の測量システム。
5. 前記飛行制御装置は、前記飛行体画像中から前記第１の反射部と前記第２の反射部をそれぞれ抽出し、前記第１の反射部を含む第１測定エリアと前記第２の反射部を含む第２測定エリアを設定し、前記第１測距光による前記第１測定エリアの局所スキャンにより前記第１の反射部を測定し、前記第２測定エリアの局所スキャンにより前記第２の反射部を測定する様構成された請求項３に記載の測量システム。
6. 前記飛行制御装置は、前記第１測距光偏向部の偏向範囲内で前記第１測距光を走査し、前記第１の反射部と前記第２の反射部を検出し、前記第１の反射部を含む局所スキャンと前記第２の反射部を含む局所スキャンとを交互に実行させ、１回前に測定した前記第１の反射部の位置を中心とする局所スキャンを実行して前記第１の反射部の現在位置を測定し、１回前に測定した前記第２の反射部の位置を中心とする局所スキャンを実行して前記第２の反射部の現在位置を測定し、前記第１の反射部に対する局所スキャンと前記第２の反射部に対する局所スキャンとを交互に繰返して前記ポールを追尾する様構成された請求項２に記載の測量システム。
7. 前記他方の測定器は、前記第１測距光とは異なる波長の第２測距光を射出し、第２反射測距光を受光して前記第２のターゲット迄の距離を測定する第２測距部と、前記第２測距光が所定の範囲で走査される様該第２測距光を偏向する第２測距光偏向部とを有し、前記飛行制御装置は、前記第２測距光偏向部の偏向範囲内で前記第２測距光を走査し、前記第２のターゲットを測定する様構成された請求項３～請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量システム。
8. 前記飛行制御装置は、前記第２のターゲットを含む測定エリアを設定し、前記第２測距光による前記測定エリアの局所スキャンにより前記第２のターゲットを測定し、測定した該第２のターゲットの中心を新たなスキャン中心とする局所スキャンを繰返し実行し、前記第２のターゲットを追尾する様構成された請求項７に記載の測量システム。

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