JP2023034845A - 計測装置、設備間距離計測システム、設備間距離計測方法および計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】モービルマッピングシステムを利用して設備間距離を高い精度で算出できるようにする。【解決手段】計測装置２００は、計測レーザを有して計測車両１０１に設置される計測ユニット１１０によって得られる計測データを用いて、位置姿勢データを生成する。計測装置２００は、前記位置姿勢データと、計測車両１０１に設置される水平レーザ１２０によって得られる水平レーザデータと、を用いて、水平点群データを生成する。計測装置２００は、各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正する。計測装置２００は、補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、三次元点群データを生成する。そして、計測装置２００は、前記三次元点群データを用いて設備間距離を算出する。【選択図】図１

Description

本開示は、設備間の距離を計測するための技術に関するものである。

鉄道では、設備間の距離を正確に把握する必要がある。例えば、信号機からホーム、踏切およびポイント切り替え機までの距離を把握する必要がある。
従来、設備間の距離は、人海戦術でメジャーを用いて計測されていた。

近年、モービルマッピングシステム（ＭＭＳ）を利用して点群を生成し、点群間距離を計測することによって、設備間の距離の計測を省力化できないか検討されている。
しかし、ＭＭＳの利用に関して、衛星可視状態であれば十分な距離精度を得ることができるが、衛星不可視状態では求める精度が得られない、という現象が確認されている。

特許文献１は、ＭＭＳで使用される車両の例を開示している。

特開２０１２－２４２３１７号公報

本開示は、ＭＭＳを利用して設備間距離を高い精度で算出できるようにすることを目的とする。

本開示の計測装置は、
計測レーザを有して計測車両に設置される計測ユニットによって得られる計測データを用いて、各時刻の計測位置および計測姿勢を示す位置姿勢データを生成する位置姿勢算出部と、
前記位置姿勢データと、前記計測ユニットと共に前記計測車両に設置される水平レーザによって得られる水平レーザデータと、を用いて、前記水平レーザによって各時刻に計測された各計測点の位置を示す水平点群データを生成する水平点群算出部と、
各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正する位置姿勢補正部と、
補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、前記計測レーザによって計測された各計測点の位置を示す三次元点群データを生成する三次元点群算出部と、
前記三次元点群データを用いて、計測領域に存在する設備間の距離である設備間距離を算出する設備間距離算出部と、を備える。

本開示によれば、ＭＭＳを利用して設備間距離を高い精度で算出することができる。

実施の形態１における設備間距離計測システム１００の構成図。 実施の形態１における計測車両１０１の構成図。 実施の形態１における計測装置２００の構成図。 実施の形態１における設備間距離計測方法のフローチャート。 実施の形態１におけるステップＳ２００のフローチャート。 実施の形態１における補正の概念を説明するための図。 実施の形態１における補正の概念を説明するための図。 実施の形態１における補正の概念を説明するための図。 実施の形態１における補正の概念を説明するための図。 実施の形態１におけるステップＳ２４０のフローチャート。 実施の形態１における異なる時刻の３つの架線柱１９２を示す図。 実施の形態１におけるステップＳ２４１のフローチャート。 実施の形態１における回転角θを示す図。 実施の形態１における移動量Ｍを示す図。 実施の形態１における異なる時刻の架線柱１９２が重なり合う様子を示す図。 実施の形態１における円柱状の架線柱に対して異なる位置からレーザ計測を行う様子を示す図。 実施の形態１における計測位置と水平点群１９１の関係を示す図。 実施の形態１における角柱状の架線柱に対して異なる位置からレーザ計測を行う様子を示す図。 実施の形態１における計測位置と水平点群１９１の関係を示す図。 実施の形態１における水平点群１９１の位置合わせの例を示す図。 実施の形態１におけるトンネル内の壁面の断面図。 実施の形態１におけるステップＳ２４１のフローチャート。 実施の形態１における異なる時刻の架線柱１９２が重なり合う様子を示す図。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。

実施の形態１．
設備間距離計測システム１００について、図１から図２３に基づいて説明する。

＊＊＊実施の形態１の概要＊＊＊
図１に基づいて、実施の形態１の概要を説明する。
設備間距離計測システム１００は、設備間の距離を計測するためのシステムである。具体的には、設備間距離計測システム１００は、鉄道の設備間の距離を計測する。鉄道の設備の具体例は、信号機、ホーム、踏切およびポイント切り替え機などである。但し、設備間距離計測システム１００は、鉄道以外に関して設備間の距離を計測してもよい。
設備間距離計測システム１００は、計測車両１０１と、計測装置２００と、を備える。

計測車両１０１は、各種計測を行うための車両である。車両の具体例は軌陸車である。
計測車両１０１は、計測ユニット１１０と、水平レーザ１２０と、を備える。

計測ユニット１１０は、モービルマッピングシステム（ＭＭＳ）の車両に搭載される計測機器群に相当し、各種の計測機器を備える。
水平レーザ１２０は、レーザ光が計測車両１０１に対して水平方向に照射されるように計測車両１０１に設置されるレーザスキャナである。水平レーザ１２０は、水平方向の各方位にレーザ光を照射し、水平方向における各計測点までの距離および方位を計測する。 計測点は、レーザ計測によって計測される地点、つまり、レーザ光が照射されレーザ光を反射する地点である。

計測装置２００は、計測ユニット１１０によって得られたデータを用いて各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢を算出し、水平レーザ１２０によって得られたデータを用いて各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢を補正する。そして、計測装置２００は、計測ユニット１１０によって得られたデータと各時刻の補正された計測位置と各時刻の補正された計測姿勢とに基づいて、設備間距離を算出する。
計測位置は、計測ユニット１１０を用いた計測が行われたときの計測車両１０１の位置である。
計測姿勢は、計測ユニット１１０を用いた計測が行われたときの計測車両１０１の姿勢である。

計測装置２００は、計測車両１０１とは別に設けられてもよいし、計測車両１０１に搭載されてもよい。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図２に基づいて、計測車両１０１の構成を説明する。
計測車両１０１は、計測ユニット１１０と、水平レーザ１２０と、を備える。
計測ユニット１１０は、計測レーザ１１１と、受信機１１２と、ＩＭＵ１１３と、カメラ１１４と、オドメータ１１９と、を備える。但し、カメラ１１４およびオドメータ１１９は、必ずしも計測ユニット１１０に備えられなくてもよい。
計測レーザ１１１は、レーザ光が三次元方向に照射されるように計測車両１０１に設置されるレーザスキャナである。三次元方向は、水平方向からずれた方向を意味する。但し、水平方向が三次元方向に含まれてもよい。具体的には、計測ユニット１１０は、２つの計測レーザ１１１を備える。一方の計測レーザ１１１はレーザ光が下向きに照射されるように前側に設置され、他方の計測レーザ１１１はレーザ光が上向きに照射されるように中央に設置される。計測レーザ１１１は、三次元方向の各方位にレーザ光を照射し、各計測点までの距離および方位を計測する。
受信機１１２は、衛星測位システム用の受信機である。衛星測位システムは、Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＮＳＳ）とも呼ばれる。具体例は、Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）である。受信機１１２は、複数の測位衛星のそれぞれから送信される測位信号を受信し、測位を行う。
ＩＭＵ１１３は、慣性計測装置であり、計測車両１０１の加速度および角速度を計測する。
カメラ１１４は、計測車両１０１の周囲を撮影する。例えば、計測ユニット１１０は、２つのカメラ１１４を備える。一方のカメラ１１４は計測車両１０１の左前方を撮影し、他方のカメラ１１４は計測車両１０１の右前方を撮影する。
オドメータ１１９は、計測車両１０１の走行距離を計測する。例えば、オドメータ１１９は車軸に設けられる。

図３に基づいて、計測装置２００の構成を説明する。
計測装置２００は、プロセッサ２０１とメモリ２０２と補助記憶装置２０３と通通信装置２０４と入出力インタフェース２０５といったハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線を介して互いに接続されている。

プロセッサ２０１は、演算処理を行うＩＣであり、他のハードウェアを制御する。例えば、プロセッサ２０１はＣＰＵである。
ＩＣは、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略称である。

メモリ２０２は揮発性または不揮発性の記憶装置である。メモリ２０２は、主記憶装置またはメインメモリとも呼ばれる。例えば、メモリ２０２はＲＡＭである。メモリ２０２に記憶されたデータは必要に応じて補助記憶装置２０３に保存される。
ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略称である。

補助記憶装置２０３は不揮発性の記憶装置である。例えば、補助記憶装置２０３は、ＲＯＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリまたはこれらの組み合わせである。補助記憶装置２０３に記憶されたデータは必要に応じてメモリ２０２にロードされる。
ＲＯＭは、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略称である。
ＨＤＤは、Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅの略称である。

通信装置２０４はレシーバ及びトランスミッタである。例えば、通信装置２０４は通信チップまたはＮＩＣである。計測装置２００の通信は通信装置２０４を用いて行われる。
ＮＩＣは、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄの略称である。

入出力インタフェース２０５は、入力装置および出力装置が接続されるポートである。例えば、入出力インタフェース２０５はＵＳＢ端子であり、入力装置はキーボードおよびマウスであり、出力装置はディスプレイである。計測装置２００の入出力は入出力インタフェース２０５を用いて行われる。
ＵＳＢは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓの略称である。

計測装置２００は、計測データ受付部２１０と位置姿勢算出部２２０と水平点群算出部２３０と位置姿勢補正部２４０と三次元点群算出部２５０と設備間距離算出部２６０と距離データ出力部２７０といった要素を備える。これらの要素はソフトウェアで実現される。

補助記憶装置２０３には、計測データ受付部２１０と位置姿勢算出部２２０と水平点群算出部２３０と位置姿勢補正部２４０と三次元点群算出部２５０と設備間距離算出部２６０と距離データ出力部２７０としてコンピュータを機能させるための計測プログラムが記憶されている。計測プログラムは、メモリ２０２にロードされて、プロセッサ２０１によって実行される。
補助記憶装置２０３には、さらに、ＯＳが記憶されている。ＯＳの少なくとも一部は、メモリ２０２にロードされて、プロセッサ２０１によって実行される。
プロセッサ２０１は、ＯＳを実行しながら、計測プログラムを実行する。
ＯＳは、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。

計測プログラムの入出力データは記憶部２９０に記憶される。
メモリ２０２は記憶部２９０として機能する。但し、補助記憶装置２０３、プロセッサ２０１内のレジスタおよびプロセッサ２０１内のキャッシュメモリなどの記憶装置が、メモリ２０２の代わりに、又は、メモリ２０２と共に、記憶部２９０として機能してもよい。

計測装置２００は、プロセッサ２０１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。

計測プログラムは、光ディスクまたはフラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録（格納）することができる。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
設備間距離計測システム１００の動作の手順は設備間距離計測方法に相当する。また、計測装置２００の動作の手順は計測プログラムによる処理の手順に相当する。
以下、鉄道に関する設備間距離計測方法を例に説明を行う。計測車両１０１は軌陸車である。

図４に基づいて、設備間距離計測方法を説明する。
ステップＳ１００において、計測車両１０１は、計測領域に対する計測を行う。計測領域は、設備間距離が計測される領域である。
具体的には、利用者が計測車両１０１を運転し、計測車両１０１が線路を走行し、計測ユニット１１０および水平レーザ１２０が各種計測を行う。

計測ユニット１１０を用いた計測によって得られるデータを、計測データと称する。
計測データは、計測レーザデータと、測位データと、慣性計測データと、画像データと、走行距離データと、を含む。
計測レーザデータは、計測レーザ１１１を用いたレーザ計測によって得られるデータであり、各計測点に対する計測距離および各計測点に対する計測方位を時刻ごとに示す。この計測距離は、計測レーザ１１１から計測点までの距離である。この計測方位は、計測レーザ１１１から計測点への方位である。
測位データは、受信機１１２を用いた測位によって得られるデータであり、各時刻における計測車両１０１の位置（三次元座標値）を示す。
慣性計測データは、ＩＭＵ１１３を用いた計測によって得られるデータであり、各時刻における計測車両１０１の三次元加速度および三次元角速度を示す。
画像データは、カメラを用いた撮影によって得られるデータであり、各時刻の画像を示す。各画像には、計測車両１０１の周囲が映っている。
走行距離データは、オドメータ１１９を用いた計測によって得られるデータであり、各時刻における計測車両１０１の走行距離を示す。

水平レーザ１２０を用いたレーザ計測によって得られるデータを、水平レーザデータと称する。
水平レーザデータは、各計測点に対する計測距離および各計測点に対する計測方位を時刻ごとに示す。この計測距離は、水平レーザ１２０から計測点までの距離である。この計測方位は、水平レーザ１２０から計測点への方位である。

ステップＳ２００において、計測装置２００は、計測データおよび水平レーザデータに基づいて、設備間距離を算出する。

図５に基づいて、ステップＳ２００の手順を説明する。
ステップＳ２１０において、計測データ受付部２１０は、計測データおよび水平レーザデータを受け付ける。

ステップＳ２２０において、位置姿勢算出部２２０は、計測データを用いて、各時刻の計測位置を算出する。
位置姿勢算出部２２０は、測位データに示される各時刻の計測車両１０１の位置を各時刻の計測位置として用いてもよいし、慣性計測データを用いて各時刻の計測位置を算出してもよい。また、位置姿勢算出部２２０は、測位データと慣性計測データを用いることによって、各時刻の計測位置をより高い精度で算出してもよい。
なお、計測位置を算出する方法は、ＭＭＳにおける従来技術である。

さらに、位置姿勢算出部２２０は、計測データを用いて、各時刻の計測姿勢を算出する。姿勢は、ロール角、ピッチ角およびヨー角で表される。
具体的には、位置姿勢算出部２２０は、慣性計測データを用いて各時刻の計測姿勢を算出する。
なお、計測姿勢を算出する方法は、ＭＭＳにおける従来技術である。

そして、位置姿勢算出部２２０は、位置姿勢データを生成する。
位置姿勢データは、各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢を示す。

ステップＳ２３０において、水平点群算出部２３０は、水平レーザデータおよび位置姿勢データを用いて、各時刻の水平点群を算出する。
水平点群は、水平レーザデータを用いて算出される三次元点群である。三次元点群は、各計測点の位置（三次元座標値）を示す。
具体的には、水平点群算出部２３０は、計測車両１０１の姿勢に計測点の計測方位を加えて、計測車両１０１に対する計測点の方向（相対方向）を算出する。そして、水平点群算出部２３０は、計測車両１０１の位置から相対方向に計測距離だけ離れた地点の位置を算出する。算出される位置が計測点の位置である。
なお、三次元点群を算出する方法は、ＭＭＳにおける従来技術である。

そして、水平点群算出部２３０は、各時刻の水平点群データを生成する。水平点群データは、水平点群を示す。

ステップＳ２４０において、位置姿勢補正部２４０は、各時刻の水平点群データに基づいて、位置姿勢データを補正する。
ステップＳ２４０の詳細について後述する。

ステップＳ２５０において、三次元点群算出部２５０は、計測レーザデータおよび補正された位置姿勢データを用いて、各時刻の三次元点群を算出する。三次元点群を算出する方法は、水平点群を算出する方法と同じであり、ＭＭＳにおける従来技術である。
そして、位置姿勢補正部２４０は、三次元点群データを生成する。三次元点群は、三次元点群を示す。

ステップＳ２６０において、設備間距離算出部２６０は、三次元点群データを用いて、計測領域に存在する設備間ごとに設備間距離を算出する。
そして、設備間距離算出部２６０は、距離データを生成する。
距離データは、設備間ごとに設備間距離と各設備の識別子を示す。

具体的には、各設備間の距離は以下のように算出される。
まず、設備間距離算出部２６０は、設備ごとに三次元点群データから設備の三次元点群を抽出する。
例えば、設備間距離算出部２６０は、三次元点群データに示される三次元点群をディスプレイに表示する。利用者は、表示された三次元点群から設備の三次元点群を選択する。そして、設備間距離算出部２６０は、選択された三次元点群を三次元点群データから抽出する。
例えば、設備特徴データが記憶部２９０に予め記憶される。設備特徴データは、各設備の特徴（形状および大きさなど）を示す。そして、設備間距離算出部２６０は、設備特徴データに示される設備の特徴に合致する三次元点群を三次元点群データから抽出する。
次に、設備間距離算出部２６０は、設備ごとに三次元点群に基づいて位置を算出する。
例えば、設備間距離算出部２６０は、三次元点群の中心の位置を算出する。算出される位置が設備の位置である。
そして、設備間距離算出部２６０は、設備間ごとに各設備の位置に基づいて距離を算出する。一方の設備から他方の設備までの距離が設備間距離である。

ステップＳ２７０において、距離データ出力部２７０は、距離データを出力する。
例えば、距離データ出力部２７０は、距離データをディスプレイに表示する。

＊＊＊水平点群に基づく補正の説明＊＊＊
図６に基づいて、水平点群に基づく補正の概念を説明する。図６は、計測車両１０１と参照物１９０を上から見た様子を示している。
参照物１９０は、位置が固定され移動しない物体である。補正のために、参照物１９０の水平点群が参照される。
参照物１９０の表面に半円状に並べられている複数の点は、参照物１９０の水平点群を表している。

オドメータによって計測される走行距離に基づいて計測位置が算出されると仮定する。
（１）走行距離が正しい場合、参照物１９０の各時刻の水平点群は重なる。
（２）しかし、実際の距離よりも短い走行距離が計測される場合、参照物１９０が遠いほど水平点群が正しい位置から遠くにずれ、参照物１９０が近いほど水平点群が正しい位置に近づく。
（３）また、実際の距離よりも長い走行距離が計測される場合も、参照物１９０が遠いほど水平点群が正しい位置から遠くにずれ、参照物１９０が近いほど水平点群が正しい位置に近づく。
このずれを逆補正することにより、正しい走行距離が求まる。つまり、計測位置を補正することが可能となる。

図７から図９に基づいて、補正の概念をさらに説明する。
図７に、計測車両１０１と複数の参照物１９０を示す。各参照物１９０の表面に付された点線または破線は水平点群を表している。
図８に、各時刻の水平レーザ１２０と各参照物１９０の水平点群１９１を示す。
水平レーザ１２０は、各時刻に１回転してレーザ計測を行う。水平点群１９１は、水平レーザ１２０の回転ごとに得られる。例えば、水平レーザ１２０は、１／２００秒または１／１００秒ごとに１回転する。
参照物１９０は動かないため、各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢が正しければ、水平レーザ１２０が移動しても水平点群１９１は動かない。
図８において、各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢は正しい。そのため、参照物１９０ごとに各時刻の水平点群１９１が重なっている。
図９において、各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢は正しくない。そのため、参照物１９０ごとに各時刻の水平点群１９１が互いにずれている。但し、各時刻において、参照物１９０間の水平点群１９１の相対関係は変わらない。
各時刻の水平点群１９１が参照物１９０ごとに重なるように各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢を修正すれば、各時刻の正しい計測位置および各時刻の正しい計測姿勢を推定できる。
また、参照物１９０ごとに各時刻の水平点群１９１が互いにずれていれば、各時刻の計測位置および各時刻の計測姿勢が誤っていることに気付くことができる。

図１０に基づいて、補正（ステップＳ２４０）の手順を説明する。
ステップＳ２４１において、位置姿勢補正部２４０は、各時刻の水平点群データを用いて、各時刻の計測位置の移動量および各時刻の計測姿勢の回転角を算出する。
計測位置の移動量は、計測位置の誤差、つまり計測位置の補正量に相当する。
計測姿勢の回転角は、ヨー方向における計測姿勢の誤差、つまり計測姿勢の補正量に相当する。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の水平点群データに基づく参照物の位置に対する対象時刻の水平点群データに基づく参照物の位置の誤差を表す回転移動量および平行移動量を算出する。算出される回転移動量が対象時刻の計測姿勢の回転角であり、算出される平行移動量が対象時刻の計測位置の移動量である。
ステップＳ２４１の詳細について後述する。

ステップＳ２４２において、位置姿勢補正部２４０は、各時刻の計測位置の移動量および各時刻の計測姿勢の回転角を用いて、位置姿勢データを補正する。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、時刻ごとに、計測位置に移動量を加え、計測姿勢に回転角を加える。

以下に、移動量および回転角の算出（ステップＳ２４１）の詳細を説明する。
補正の基準となる任意の時刻を、基準時刻と称する。
補正の対象となる時刻を、対象時刻と称する。
例えば、対象時刻の直前の時刻または対象時刻の直後の時刻が基準時刻となる。

参照物１９０について説明する。
参照物１９０は水平レーザ１２０によって計測されるものであれば何でもよく、２つ以上の参照物１９０が水平レーザ１２０の計測範囲内に存在すればよい。
地上の電化路線には、２５メートル間隔または５０メートル間隔で架線柱が存在する。
そのため、地上の電化路線では、参照物１９０として架線柱を利用することができる。

図１１に、基準時刻Ｔ＋１および対象時刻Ｔにおける計測車両１０１および３つの架線柱１９２を示している。架線柱１９２は、水平点群１９１によって表された架線柱である。
基準時刻Ｔ＋１の架線柱１９２を正しい架線柱１９２と仮定し、対象時刻Ｔの架線柱１９２を修正すべき架線柱１９２と仮定する。
この場合、対象時刻Ｔの架線柱１９２が基準時刻Ｔ＋１の架線柱１９２に重なるように、対象時刻Ｔの計測位置および対象時刻Ｔの計測姿勢が補正される。
なお、対象時刻Ｔの計測姿勢が誤っているので、対象時刻Ｔの３つの架線柱１９２を平行移動しても、対象時刻Ｔの３つの架線柱１９２は基準時刻Ｔ＋１の３つの架線柱１９２には重ならない。

図１２に基づいて、ステップＳ２４１の手順を説明する。
位置姿勢補正部２４０は、各時刻の水平点群データを対象にして、ステップＳ２４１１からステップＳ２４１４を実行する。

ステップＳ２４１１において、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の水平点群データを用いて、２つの参照物１９０の位置を算出する。具体的には、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の水平点群データに含まれる各参照物１９０の水平点群に基づいて、各参照物１９０の位置を算出する。
さらに、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の水平点群データを用いて、２つの参照物１９０のそれぞれの位置を算出する。具体的には、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の水平点群データに含まれる各参照物１９０の水平点群に基づいて、各参照物１９０の位置を算出する。
なお、対象時刻の２つの参照物１９０は基準時刻の２つの参照物１９０と同じである。
各参照物１９０の水平点群は、ステップＳ２６０における設備の三次元点群と同様に、利用者によって選択されてもよいし、参照物１９０の特徴に基づいて抽出されてもよい。
ステップＳ２４１１の詳細について後述する。

ステップＳ２４１２において、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の各参照物１９０の位置と対象時刻の各参照物１９０の位置に基づいて、対象時刻の計測姿勢の回転角を算出する。

計測姿勢の回転角は以下のように算出される。
まず、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の２つの参照物１９０の位置を通る直線を算出する。
また、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の２つの参照物１９０の位置を通る直線を算出する。
そして、位置姿勢補正部２４０は、２つの直線が成す角度を算出する。
算出される角度が計測姿勢の回転角である。

図１３に、計測姿勢の回転角θを示す。
回転角θは、直線Ｌｓと直線Ｌｔが成す角度である。
直線Ｌｓは、基準時刻Ｔ＋１の２つの架線柱１９２の位置を通る直線である。
直線Ｌｔは、対象時刻Ｔの２つの架線柱１９２の位置を通る直線である。

図１２に戻り、ステップＳ２４１３から説明を続ける。
ステップＳ２４１３において、位置姿勢補正部２４０は、計測姿勢の回転角に基づいて、対象時刻の各参照物１９０の位置を修正する。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の計測位置を基点にして対象時刻の各参照物１９０の位置を計測姿勢の回転角だけ回転移動する。

図１４において、対象時刻Ｔの各架線柱１９２の位置は、回転角θに基づいて修正されている。

図１２に戻り、ステップＳ２４１４を説明する。
ステップＳ２４１４において、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の１つの参照物１９０の位置と対象時刻の１つの参照物１９０の修正された位置に基づいて、計測位置の移動量を算出する。なお、基準時刻の１つの参照物１９０と対象時刻の１つの参照物１９０は同じである。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の参照物１９０の位置と対象時刻の参照物１９０の修正された位置の差を算出する。算出される差が計測位置の移動量である。

図１４に、計測位置の移動量Ｍを示す。
移動量Ｍは、基準時刻Ｔ＋１の架線柱１９２の位置に対する対象時刻Ｔの架線柱１９２の位置の差である。

図１５において、対象時刻Ｔの３つの架線柱１９２は、移動量Ｍだけ平行移動されている。そして、対象時刻Ｔの３つの架線柱１９２は、基準時刻Ｔ＋１の３つの架線柱１９２と重なっている。

以下に、架線柱を例にして、参照物１９０の位置の算出（ステップＳ２４１１）の詳細を説明する。
架線柱には、円柱状のものと角柱状のものがある。

図１６に、円柱状の架線柱に対して異なる位置からレーザ計測を行う様子を示している。
架線柱の全周を一度にレーザ計測することはできず、架線柱のうちレーザ計測される部分は計測位置によって異なる。
位置姿勢補正部２４０は、架線柱の水平点群１９１に基づいて、水平方向における架線柱の中心を架線柱の位置として算出する。

図１７に基づいて、架線柱の中心を算出する方法を説明する。
架線柱の近くでのレーザ計測では、半円形の水平点群１９１が得られる。
まず、位置姿勢補正部２４０は、半円形の水平点群１９１に基づいて、架線柱の半径ｒを算出する。
次に、位置姿勢補正部２４０は、計測位置から最も近い計測点を水平点群１９１から選択し、計測位置から選択された計測点へのベクトルを算出する。ベクトルの長さ、つまり計測位置から選択された計測点までの長さを「ｈ」とする。
そして、位置姿勢補正部２４０は、計測位置からベクトルの方向に距離ｈ＋ｒだけ離れた位置を算出する。算出される位置が架線柱の中心である。

架線柱の遠くでのレーザ計測では、半円形の水平点群１９１が得られない。
まず、位置姿勢補正部２４０は、計測位置点から水平点群１９１が表す線の中心へのベクトルを算出する。ベクトルの長さを「Ｌ」とする。
そして、位置姿勢補正部２４０は、他の時刻の水平点群１９１に基づいて算出された半径ｒを用いて、計測位置からベクトルの方向に距離ｈ＋ｒだけ離れた位置を算出する。算出される位置が架線柱の中心である。

図１８に、角柱状の架線柱に対して異なる位置からレーザ計測を行う様子を示している。
架線柱の全周を一度にレーザ計測することはできず、架線柱のうちレーザ計測される部分は計測位置によって異なる。

図１９に基づいて、架線柱の中心を算出する方法を説明する。
まず、位置姿勢補正部２４０は、１つ以上の時刻の架線柱の水平点群１９１に基づいて、架線柱の各辺の長さを算出する。
そして、位置姿勢補正部２４０は、計測位置と水平点群１９１と架線柱の各辺の長さの関係に基づいて、架線柱の中心を算出する。
架線柱の各辺の長さを算出できるので、多少複雑にはなるが架線柱の中心を予測することができる。但し、架線柱の一辺が線路と平行になるように架線柱が設置されていないと、計算はさらに複雑になる。

図２０に、架線柱の角部分の水平点群１９１を示す。
位置姿勢補正部２４０は、角柱の中心の代わりに角柱の角を架線柱の位置として算出してもよい。
各時刻の架線柱１９２は架線柱の角を基点にして位置合わせすることが可能である。

＊＊＊実施例の説明＊＊＊
トンネル内の参照物１９０を利用する方法を説明する。
参照物１９０について説明する。
図２１に、トンネル内の側壁の断面を示す。トンネル内には、１０メートル以下の間隔でパネル継ぎ目１９４が存在する。
パネル継ぎ目１９４は、コンクリートパネル１９３のつなぎ目であり、パネル間の凹みに存在し、５センチメートル程度の幅と２センチメートル程度の奥行きを有する。
トンネル内において、パネル継ぎ目１９４は、参照物１９０として利用することができる。パネル継ぎ目１９４は、水平レーザ１２０の計測範囲に１つあればよい。

ステップＳ２４０の手順は、図１０における手順と同じである。
但し、ステップＳ２４１の手順は、図１２における手順と異なる。

図２２に基づいて、ステップＳ２４１の手順を説明する。
位置姿勢補正部２４０は、各時刻の水平点群データを対象にして、ステップＳ２４１１からステップＳＳ４１３を実行する。

ステップＳ２４１１において、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の水平点群と対象時刻の水平点群に基づいて、計測姿勢の回転角を算出する。

計測姿勢の回転角は以下のように算出される。
まず、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の水平点群データの水平点群に基づいて、トンネルの壁面を表す直線を算出する。
さらに、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の水平点群データの水平点群に基づいて、トンネルの壁面を表す直線を算出する。
そして、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の直線と対象時刻の直線が成す角度を算出する。
算出される角度が計測姿勢の回転角である。

ステップＳ２４１２において、位置姿勢補正部２４０は、計測姿勢の回転角に基づいて、対象時刻の参照物１９０の位置を修正する。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、対象時刻の計測位置を基点にして対象時刻の参照物１９０の位置を計測姿勢の回転角だけ回転移動する。

ステップＳ２４１３において、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の参照物１９０の位置と対象時刻の参照物１９０の修正された位置に基づいて、計測位置の移動量を算出する。
具体的には、位置姿勢補正部２４０は、基準時刻の参照物１９０の位置と対象時刻の参照物１９０の修正された位置の差を算出する。算出される差が計測位置の移動量である。

なお、位置姿勢補正部２４０は、進行方向と横断方向に分けて移動量を算出してもよい。この場合、位置姿勢補正部２４０は、進行方向に関して基準時刻の参照物１９０の位置と対象時刻の参照物１９０の修正された位置の差を移動量として算出する。また、位置姿勢補正部２４０は、計測姿勢の回転角に基づいて対象時刻の直線を修正し、横断方向に関して基準時刻の直線と対象時刻の修正された直線の差を移動量として算出する。そして、位置姿勢補正部２４０は、進行方向の移動量と横断方向の移動量を合計して計測位置の移動量を算出する。

図２３に、異なる時間に計測されたパネル継ぎ目１９６の位置が回転移動および平行移動によって重なる様子を示す。
コンクリートパネル１９５は、水平点群１９１で表されるコンクリートパネル１９３である。
パネル継ぎ目１９６は、水平点群１９１で表されるパネル継ぎ目１９４である。

図２３の（１）において、各対象時刻のコンクリートパネル１９５を表す直線は、各対象時刻の回転角θだけ回転移動される。
図２３の（２）において、各対象時刻のパネル継ぎ目１９６は、各対象時刻の移動量Ｍだけ平行移動される。移動量Ｍは、進行方向におけるパネル継ぎ目１９６の位置の差と、横断方向におけるコンクリートパネル１９５の位置の差と、で表すことができる。
図２３の（３）において、各時刻のパネル継ぎ目１９６は、回転移動と平行移動によって重なる。
＊＊＊実施の形態１の特徴＊＊＊
実施の形態１は、計測車両１０１が水平レーザ１２０を備えることを特徴とする。
従来、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）と呼ばれる技術が存在する。実施の形態１における水平点群の重ね合わせは、ＳＬＡＭの応用である。
ＳＬＡＭは、移動体によって自己位置推定と地図作成を同時に行うための技術であり、ロボットまたは自動運転車に利用される。
ＳＬＡＭでは、３次元レーザと２次元カメラが利用され、点群マッチングが行われる。
一方、実施の形態１では水平レーザ１２０が利用される。これにより、点群マッチングを２次元で行うことができ、計算量が削減される。

ＳＬＡＭは、自己位置を算出するが、自己位置の誤りを補正することができない。
一方、実施の形態１は、自己位置を算出し、自己位置の誤りを補正することができる。そのため、正しい自己位置に基づいて正しい三次元点群を生成することができる。そして、正しい三次元点群を使って正確な設備間距離を算出することができる。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
実施の形態１により、施設間の距離の計測をより正確に行うことができる。人がメジャーを使って計測する場合、正確な計測が可能であるが、コストがかかり、危険が伴う。ＭＭＳで生成される三次元点群を使って計測する場合、安全を確保し、効率化および省力化を図ることができる。しかし、衛星不可視での計測によって得られる三次元点群の精度はメジャー計測に劣る。実施の形態１は、三次元点群の精度を高めることができる。その結果、メジャー計測を行わなくても、設備間の距離を正確に計測することができる。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
実施の形態１は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態１は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。

計測装置２００の要素である「部」は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実現されてもよい。
計測装置２００の要素である「部」は、「処理」、「工程」、「回路」または「サーキットリ」と読み替えてもよい。

１００ 設備間距離計測システム、１０１ 計測車両、１１０ 計測ユニット、１１１ 計測レーザ、１１２ 受信機、１１３ ＩＭＵ、１１４ カメラ、１１９ オドメータ、１２０ 水平レーザ、１９０ 参照物、１９１ 水平点群、１９２ 架線柱、１９３ コンクリートパネル、１９４ パネル継ぎ目、１９５ コンクリートパネル、１９６ パネル継ぎ目、２００ 計測装置、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ 補助記憶装置、２０４ 通信装置、２０５ 入出力インタフェース、２１０ 計測データ受付部、２２０ 位置姿勢算出部、２３０ 水平点群算出部、２４０ 位置姿勢補正部、２５０ 三次元点群算出部、２６０ 設備間距離算出部、２７０ 距離データ出力部、２９０ 記憶部。

Claims (6)

1. 計測レーザを有して計測車両に設置される計測ユニットによって得られる計測データを用いて、各時刻の計測位置および計測姿勢を示す位置姿勢データを生成する位置姿勢算出部と、
   前記位置姿勢データと、前記計測ユニットと共に前記計測車両に設置される水平レーザによって得られる水平レーザデータと、を用いて、前記水平レーザによって各時刻に計測された各計測点の位置を示す水平点群データを生成する水平点群算出部と、
   各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正する位置姿勢補正部と、
   補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、前記計測レーザによって計測された各計測点の位置を示す三次元点群データを生成する三次元点群算出部と、
   前記三次元点群データを用いて、計測領域に存在する設備間の距離である設備間距離を算出する設備間距離算出部と、
   を備える計測装置。
2. 前記位置姿勢補正部は、各時刻の前記水平点群データを用いて各時刻の前記計測位置の移動量および各時刻の前記計測姿勢の回転角を算出し、各時刻の前記計測位置の移動量および各時刻の前記計測姿勢の回転角を用いて前記位置姿勢データを補正する
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記位置姿勢補正部は、基準時刻の水平点群データに基づく参照物の位置に対する対象時刻の水平点群データに基づく前記参照物の位置の誤差を表す回転移動量および平行移動量を、前記対象時刻の前記計測姿勢の前記回転角および前記対象時刻の前記計測位置の前記移動量として算出する
   請求項２に記載の計測装置。
4. 計測レーザを有する計測ユニットと水平レーザとが設置される計測車両と、
   前記計測ユニットによって得られる計測データと前記水平レーザによって得られる水平レーザデータを用いて、計測領域に存在する設備間の距離である設備間距離を算出する計測装置と、を備え、
   前記計測装置は、
   前記計測データを用いて、各時刻の計測位置および計測姿勢を示す位置姿勢データを生成する位置姿勢算出部と、
   前記位置姿勢データと前記水平レーザデータとを用いて、前記水平レーザによって各時刻に計測された各計測点の位置を示す水平点群データを生成する水平点群算出部と、
   各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正する位置姿勢補正部と、
   補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、前記計測レーザによって計測された各計測点の位置を示す三次元点群データを生成する三次元点群算出部と、
   前記三次元点群データを用いて前記設備間距離を算出する設備間距離算出部と、
   を備える
   設備間距離計測システム。
5. 計測レーザを有する計測ユニットと水平レーザとが設置される計測車両によって計測領域に対する計測を行い、
   前記計測ユニットによって得られる計測データを用いて、各時刻の計測位置および計測姿勢を示す位置姿勢データを生成し、
   前記位置姿勢データと、前記水平レーザによって得られる水平レーザデータと、を用いて、前記水平レーザによって各時刻に計測された各計測点の位置を示す水平点群データを生成し、
   各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正し、
   補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、前記計測レーザによって計測された各計測点の位置を示す三次元点群データを生成し、
   前記三次元点群データを用いて前記計測領域に存在する設備間の距離である設備間距離を算出する
   設備間距離計測方法。
6. 計測レーザを有して計測車両に設置される計測ユニットによって得られる計測データを用いて、各時刻の計測位置および計測姿勢を示す位置姿勢データを生成する位置姿勢算出部と、
   前記位置姿勢データと、前記計測ユニットと共に前記計測車両に設置される水平レーザによって得られる水平レーザデータと、を用いて、前記水平レーザによって各時刻に計測された各計測点の位置を示す水平点群データを生成する水平点群算出部と、
   各時刻の前記水平点群データに基づいて、前記位置姿勢データを補正する位置姿勢補正部と、
   補正された前記位置姿勢データと、前記計測レーザによって得られる計測レーザデータと、を用いて、前記計測レーザによって計測された各計測点の位置を示す三次元点群データを生成する三次元点群算出部と、
   前記三次元点群データを用いて、計測領域に存在する設備間の距離である設備間距離を算出する設備間距離算出部として、
   コンピュータを機能させるための計測プログラム。

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