JP2537357B2 - 電子式測量機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水平角、高度角を測定する電子式測量機に
関する。

（従来の技術） 通常、測量作業においては、測量開始時に測量機に備
え付けた水準器を用いて測量機の鉛直軸を鉛直に立てる
整準作業が行われ、該鉛直軸の傾きによって生ずる水平
角及び天頂角（又は高度角）の測定誤差を小さくするよ
う工夫されている。しかしながら、水準器による整準に
は、精度上、作業能率上の限界があり、また測定中に測
定機が傾いたときは精度上の問題を生じる。

第５図は鉛直軸の傾きによって誤差が発生する状態を
示す。鉛直軸ｅの方向が天頂方向からψだけ傾く
と、天頂角はＺからずれてZeが観測され、水平角はｈか
らずれてheが観測される。

尚同図において、は視準方向、−は水平面、
−は鉛直軸に直交する平面である。

鉛直軸の傾きによって生ずる水平角及び天頂角（又は
高度角）の測定誤差を理論上完全に補正するには、鉛直
軸に直交する平面内に交叉２方向の傾斜を検出する傾斜
センサを動作させて鉛直軸の傾きを検出し、補正を行な
う必要がある。

従来知られている、測角部にエンコーダを組み込んだ
電子式測量機のうち高度のものは、この理論に基づき、
直交２方向の傾斜を同時に検出する傾斜センサあるいは
直交２方向にそれぞれの方向を検出する一方傾斜センサ
を２台配置してその補正を行なっている。また、それほ
ど高い精度を要しない中程度の測量においては、視準望
遠鏡を水平軸のまわりに回転した時視準軸が回転してで
きる平面と平行な平面と鉛直軸に直交する平面との交線
上に一方向の傾斜センサを設け、天頂角（または高度
角）のみ補正するものが知られている。これは鉛直軸の
傾きによる誤差の影響が、天頂角（高度角）においては
顕著であるが、水平角においては天頂近くを視準しない
かぎり影響が少なく、かつ通常の測量作業においては天
頂角付近を視準する場合が少ないため、実用上水平角の
補正をあまり必要としないためである。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の測量機のうち高度のものは、２方向傾斜センサ
を用いるため比較的高価であり、比較的大型になる欠点
があり、中程度のものは、天頂付近を視準した場合、水
平角の測定精度が悪くなる欠点があった。

本発明は、従来このような欠点の無い電子式測量機を
提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために、鉛直軸及び
水平軸まわりの回転角をそれぞれ検出する水平エンコー
ダ及び高度エンコーダと、視準望遠鏡の視準軸が水平軸
まわりに回転してできる平面と平行な平面と前記鉛直軸
と直交する平面との交線上に取付けられた傾斜センサと
を備える電子式測量機において、前記水平エンコーダ、
高度エンコーダ及び傾斜センサによる２視準点の水平角
t₁t₂、天頂角v₁v₂及び傾き角t₁t₂を次式 vi＝cos^-1（cos ψ cos vi−sin ti sin vi） 又その近似式に代入して補正された水平角Hi、天頂角を
算出する演算手段を備えることを特徴とする。

（作 用） 第１図において、は基準単位ベクトル，，で
現わされる座標系において天頂方向を指すベクトル、
−平面は水平面で、の方向は鉛直軸の傾き方向にと
っている。ｅは基準単位ベクトルe,e,ｅで表わ
される機械系の座標において鉛直軸方向を指すベクト
ル、−平面は鉛直軸に直交する平面、の方
向は鉛直軸の傾きの方向にとっている。

上記両座標系間の関係は、鉛直軸の傾き角をψとした
とき、式（１）で表わされる。

視準望遠鏡の視準方向単位ベクトルPiは式（２）で表
わされる。

ｉ＝ sin vi cos（Hi−Ho） ＋ sin vi sin（Hi−H₀） ＋e cos vi ＝e sin vi cos（hi−ho）＋ sin vi sin（hi−
h₀）＋e cos vi ……（２） 式（２）中、大文字で示すものは、，，系にお
ける水平角又は天頂角で、真値すなわち未知量を示し、
小文字で示すものは、e,e,ｅ系における水平角ま
たは天頂角で、エンコーダの出力値を示し、既知量を示
す。H,hは水平角、V,vは天頂角を表わし、添字ｉはｉ
に対する値、添字ｏは基準点、すなわち第１図の場合
は、鉛直軸の傾斜の方向を基準にとり、その値を表わ
す。

第１図から明らかなように式（３）が成立する。

H₀＝h₀ ……（３） 傾斜センサは、視準望遠鏡を水平軸の周りに回転した
とき、視準軸が回転してできる平面、すなわち第１図中
ｅ−ｉ平面に平行な平面と、鉛直軸に直交する平
面、すなわち第１図中ｅ−ｅ平面と平行な平面との
交線上に取りつけられており、第１図中のtiは該傾斜セ
ンサにより検出される前記交線と水平面との傾き角であ
る。

視準望遠鏡を鉛直軸すなわちｅを軸として旋回する
と、傾斜センサもそれにつれて回転し、その出力tiは同
時に変化する。たとえばｉが−面内にあるときは
ti＝ψまたはti＝−ψとなり、ｉが−面内にある
ときはti＝０となる。

次に、ｉのｅ−ｅ平面上への射影ベクトルをhi
とすると、ｉの方向成分の関係から式（４）が導か
れる。

sin ti＝sin ψ cos（hi−h₀） ……（４） いま、水平角の異なる視準点1,2を視準して傾き角
t₁、t₂及び水平角h₁、h₂が傾斜センサ及び水平角エンコ
ーダで測定できたとすると、式（４）のｉに1,2を入れ
て得られる２式を解くと式（５）が得れる。

次に式（５）で求められるh₀、ψを用いてPi方向の水
平角Hi（真値）と天頂角Vi（真値）とが導出されること
を示す。

前記式（１）（２）からPiのX,Y,Z各方向の成分につ
いて解くと式（６）が得られる。

式（６）から水平角真値Hiと天頂角真値Viについて解
くと式（７）を得る。

式（７）において、hiは水平エンコーダの出力値、vi
は高度エンコーダの出力値、tiは傾斜センサの出力値で
あり、この式（７）に水平エンコーダ、高度エンコーダ
及び傾斜センサの出力値を代入して計算することにより
理論上鉛直軸の傾きによる誤差を含まない水平角Hi及び
天頂角viが求められる。

以上は厳密解ではあるが、通常、鉛直軸の傾き角ψは
小さく、ψ≪１ラジアンとおいたとき、以下の近似式
（８）が導かれ、要求される精度上問題のない場合はこ
れを用いることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面につき説明する。

第２図は、本発明の１実施例の構成のブロック図を示
す。

同図中、１は測量機の鉛直軸のまわりの回転角を検出
する水平エンコーダ、２は測量機の水平軸まわりの回転
角を検出する高度角エンコーダで、それぞれ水平角デー
タ及び高度角データを出力する。３は、視準望遠鏡を水
平軸のまわりに回転したとき視準軸が回転してできる平
面と平行な平面と、前記鉛直軸に直交する平面との交線
上に配設された傾斜センサで、これは傾斜角を出力す
る。

これらの水平角データ、高度角データ及び傾斜角デー
タはマイクロコンピュータ４のインターフェース（入出
力信号処理回路）５を経てマイクロプロセッサ６に入力
するようになっている。

マイクロプロセッサ６は前記式（７）（８）に従って
補正された水平角、高度角を演算する演算手段となるも
のである。

７は前記演算に必要な２つの視準点の測角データを取
り込むためのキー、８は補正された水平角及び天頂角
（又は高度角）を表示する表示器、９は式（７）
（８）、前記２つの視準点の測角データ、プログラム等
を記憶するメモリである。次に本発明の実施例の作動を
説明する。

測定中において、第３図に示すように、水平各エンコ
ーダ１、高度角エンコーダ２及び傾斜センサ３により得
た第１視準点の測角データ及び第２視準点の測角データ
を、キー７により入力し、メモリ９に記憶させる。以後
の測角操作においては、記憶された測角データが代入さ
れた式（７）又は（８）に基づいて視準点の補正された
水平角及び天頂角がマイクロプロセッサ６により算出さ
れ、表示器８に表示される。測量機の設置條件が変わら
ないときは引き続き前記測角データが代入された式
（７）又は（８）に基づいて新たな視準点の補正された
水平角及び天頂角がマイクロプロセッサ６により算出さ
れ、表示器８に表示される。測定中、測量機が傾いたと
きは、再び第１視準点及び第２視準点の測角データをキ
ー７により入力し、メモリ９に記憶させると、以後の視
準点について上述のように補正された水平角及び天頂角
が表示器８に表示される。

測定の開始時又は測定途中に、第４図に示すように、
１つの基準点の測角データをキー７により入力し、メモ
リ９に記憶させ、該基準点から水平角を変化させ、その
ときの測角データを再びキー７により入力し、メモリ９
に記憶させる。以後の測角操作においては、記憶された
測角データが代入された式（７）又は（８）に基づいて
視準点の補正された水平角及び天頂角がマイクロプロセ
ッサ６により上述と同様に演算され表示器８に表示され
る。

第４図示のフローチャートにおいて、マイクロプロセ
ッサによる補正計算には、近似式の誤差、マイクロプロ
セッサ内に発生する丸めや桁落ちなどによる演算誤差、
エンコーダの誤差、傾斜の誤差などが含まれ、これ等の
誤差については予め推定することができるため、各入力
値に対する演算結果にどの程度誤差が含まれるかを予想
することができる、すなわち、天頂付近を視準した場合
は、補正計算を行なっても上記のような必然的誤差の影
響で出力値に含まれる誤差が機械の公称誤差を越えるこ
とが考えられる。しかし使用者は、その状況を判断でき
ないので、測量精度上の不都合を生じる。したがって、
例えば天頂付近は視準された場合、予想される誤差が設
定の範囲を越える場合は警告を発する必要がある。

そこで、第４図のフローにおいて、「基準点から水平
角が変化したか」のステップと、「補正計算」のステッ
プとの間に「予想される誤差は基準内か」のステップを
入れ、基準内でないときは警告し、それから「基準点か
ら水平角が変化したか」のステップに戻すようにする
と、測定誤差が常に設定の範囲内に収めることができ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によるときは、１個の傾
斜センサを用いるため、比較的小型で且つ廉価であり、
また水平角及び天頂角の測定制度を２個の傾斜センサを
有するものと同等程度に向上できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を説明するための誤差発生を示
す状態図、第２図は本発明の１実施例のブロック図、第
３図及び第４図はそれぞれ本発明の作動を示すフロー・
チャート、第５図は垂直軸の傾きにより測角値に誤差が
発生する様子を示す図である。 １……水平角エンコーダ ２……高度角エンコーダ ３……傾斜エンコーダ ４……マイクロコンピュータ ６……マイクロプロセッサ ７……キー ８……表示器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測量機の鉛直軸及び水平軸まわりの回転角
   をそれぞれ検出する水平エンコーダ及び高度エンコーダ
   と、視準望遠鏡の視準軸が水平軸まわりに回転してでき
   る平面と平行な平面と、前記鉛直軸と直交する平面との
   交線上に取付けられた傾斜センサとを備える電子式測量
   機において、前記水平エンコーダ、高度エンコーダ及び
   傾斜センサによる２視準点の水平角h₁h₂、天頂角v₁v₂及
   び傾き角t₁t₂を次式 vi＝cos^-1（cos ψ cos vi−sin ti sin vi） 又その近似式に代入して補正された水平角Hi、天頂角を
   算出する演算手段を備えることを特徴とする電子式測量
   機。