JP3014336B2 - 遠隔施工支援画像システム - Google Patents
遠隔施工支援画像システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は遠隔施工支援画像システ
ムに関し、とくに遠隔施工対象の現状表面と設計表面と
の比較ができる断面画像により遠隔施工を支援する画像
システムに関する。
ムに関し、とくに遠隔施工対象の現状表面と設計表面と
の比較ができる断面画像により遠隔施工を支援する画像
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】人に危険がある地域や立入禁止域で土工
事等を行う場合に、十分に離れた安全な操作室から作業
機械等を遠隔操作して遠隔施工を行なうことがある。例
えば雲仙普賢岳における災害復旧工事、災害防止工事等
が実際に遠隔施工で実施されている。遠隔施工対象が操
作室に近い場合は直接肉眼で施工状況を確認しながら遠
隔操作することも可能であるが、施工対象が操作室から
離れている場合は操作用映像（以下、画像という。）を
利用した遠隔操作が行われる。雲仙普賢岳の災害防止工
事では、遠隔操作機械に取り付けた単眼又はステレオ式
のＣＣＤカメラの画像、施工域全体が見渡せる監視用車
両に取り付けた監視カメラの画像等が利用されている。
本発明者らは仕上がり形状の高い精度が要求される工事
に対しても適用可能な遠隔施工支援用の画像システムを
開発し、特開平8-144328号公報及び特願平7-267549号に
開示した。図８〜図10は特願平7-267549号の画像システ
ムの構成を示す。
事等を行う場合に、十分に離れた安全な操作室から作業
機械等を遠隔操作して遠隔施工を行なうことがある。例
えば雲仙普賢岳における災害復旧工事、災害防止工事等
が実際に遠隔施工で実施されている。遠隔施工対象が操
作室に近い場合は直接肉眼で施工状況を確認しながら遠
隔操作することも可能であるが、施工対象が操作室から
離れている場合は操作用映像（以下、画像という。）を
利用した遠隔操作が行われる。雲仙普賢岳の災害防止工
事では、遠隔操作機械に取り付けた単眼又はステレオ式
のＣＣＤカメラの画像、施工域全体が見渡せる監視用車
両に取り付けた監視カメラの画像等が利用されている。
本発明者らは仕上がり形状の高い精度が要求される工事
に対しても適用可能な遠隔施工支援用の画像システムを
開発し、特開平8-144328号公報及び特願平7-267549号に
開示した。図８〜図10は特願平7-267549号の画像システ
ムの構成を示す。
【０００３】図８の画像システムは、撮影対象のステレ
オ操作画像対Iw（左右一対の操作画像IwL及びIwRからな
る。以下同じ。）を視点Ｖと光軸Ｏと画角Ｗとに応じて
与える撮像機対５（左右一対の撮像機5L及び5Rからな
る。以下同じ。）、ある座標に設計した点のステレオ設
計画像対Ie（左右一対の設計画像IeL及びIeRからなる。
以下同じ。）を視点と光軸と画角とに応じて作成する三
次元グラフィック手段30、並びにステレオ操作画像対Iw
とステレオ設計画像対Ieとを重畳する重畳手段36を備え
てなる。
オ操作画像対Iw（左右一対の操作画像IwL及びIwRからな
る。以下同じ。）を視点Ｖと光軸Ｏと画角Ｗとに応じて
与える撮像機対５（左右一対の撮像機5L及び5Rからな
る。以下同じ。）、ある座標に設計した点のステレオ設
計画像対Ie（左右一対の設計画像IeL及びIeRからなる。
以下同じ。）を視点と光軸と画角とに応じて作成する三
次元グラフィック手段30、並びにステレオ操作画像対Iw
とステレオ設計画像対Ieとを重畳する重畳手段36を備え
てなる。
【０００４】図９を参照するに、初期処理において、撮
像機対５の視野内の既知座標Ｐにおける複数の視標８の
初期ステレオ操作画像対Iw1を撮像機対５により初期視
点V1と初期光軸O1と一定画角Wwとで撮影し、既知座標Ｐ
の複数の視標８（視標板8a）の初期ステレオ設計画像対
Ie1をグラフィック手段30により初期視点V1と初期光軸O
1と任意画角Wxとで作成する。重畳手段36で初期ステレ
オ操作画像対Iw1と初期ステレオ設計画像対Ie1とを同一
向きで重畳し、グラフィック手段30の任意画角Wxを変化
させて重畳した初期ステレオ操作画像対Iw1及び初期ス
テレオ設計画像対Ie1の全ての対応視標８の像を一致さ
せ、一致時のグラフィック手段30の任意画角Wxを撮像機
対応画角Weとする。
像機対５の視野内の既知座標Ｐにおける複数の視標８の
初期ステレオ操作画像対Iw1を撮像機対５により初期視
点V1と初期光軸O1と一定画角Wwとで撮影し、既知座標Ｐ
の複数の視標８（視標板8a）の初期ステレオ設計画像対
Ie1をグラフィック手段30により初期視点V1と初期光軸O
1と任意画角Wxとで作成する。重畳手段36で初期ステレ
オ操作画像対Iw1と初期ステレオ設計画像対Ie1とを同一
向きで重畳し、グラフィック手段30の任意画角Wxを変化
させて重畳した初期ステレオ操作画像対Iw1及び初期ス
テレオ設計画像対Ie1の全ての対応視標８の像を一致さ
せ、一致時のグラフィック手段30の任意画角Wxを撮像機
対応画角Weとする。
【０００５】図10を参照するに、使用時には、施工対象
１のステレオ操作画像対Iwを撮像機対５により所定視点
Viと所定光軸Oiと一定画角Wwとで撮影し、施工対象１の
ステレオ設計画像対Ieをグラフィック手段30により所定
視点Viと所定光軸Oiと撮像機対応画角Weとで作成する。
重畳手段36により施工対象１のステレオ操作画像対Iwと
ステレオ設計画像対Ieとを重畳することによりステレオ
重畳画像対It（左右一対の重畳画像ItL及びItRからな
る。以下同じ。）を作成し、作成したステレオ重畳画像
対Itをステレオ画像生成機42に入力し、例えば1/120秒
程度の高速度で交互に切替えながら操作用ディスプレイ
14に時分割表示する。操作員は例えばステレオ画像生成
機42の画像切替と同期して左眼及び右眼が交互に閉鎖さ
れる液晶シャッター眼鏡16を介して操作用ディスプレイ
14上のステレオ重畳画像対Itを観察することにより、ス
テレオ重畳画像対Itを立体視することができる。
１のステレオ操作画像対Iwを撮像機対５により所定視点
Viと所定光軸Oiと一定画角Wwとで撮影し、施工対象１の
ステレオ設計画像対Ieをグラフィック手段30により所定
視点Viと所定光軸Oiと撮像機対応画角Weとで作成する。
重畳手段36により施工対象１のステレオ操作画像対Iwと
ステレオ設計画像対Ieとを重畳することによりステレオ
重畳画像対It（左右一対の重畳画像ItL及びItRからな
る。以下同じ。）を作成し、作成したステレオ重畳画像
対Itをステレオ画像生成機42に入力し、例えば1/120秒
程度の高速度で交互に切替えながら操作用ディスプレイ
14に時分割表示する。操作員は例えばステレオ画像生成
機42の画像切替と同期して左眼及び右眼が交互に閉鎖さ
れる液晶シャッター眼鏡16を介して操作用ディスプレイ
14上のステレオ重畳画像対Itを観察することにより、ス
テレオ重畳画像対Itを立体視することができる。
【０００６】図11はステレオ重畳画像対Itの一例を示
す。同図（Ａ）は所定勾配の法面となすべき施工対象の
操作画像Iw上に一般土工事で用いる法肩丁張及び法尻丁
張を仮想丁張として表示した重畳画像Itを示し、同図
（Ｂ）は仮想法肩丁張の形状により施工すべき法面の設
計勾配を表した重畳画像Itを示す。
す。同図（Ａ）は所定勾配の法面となすべき施工対象の
操作画像Iw上に一般土工事で用いる法肩丁張及び法尻丁
張を仮想丁張として表示した重畳画像Itを示し、同図
（Ｂ）は仮想法肩丁張の形状により施工すべき法面の設
計勾配を表した重畳画像Itを示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記ステレオ重畳画像
対Itは、遠隔施工用の遠隔操作機械の位置決め操作（例
えば油圧ブレーカノミ先の位置決め操作等）や作業範囲
提示において優れた効果を発揮する。しかし、遠隔施工
における法面作業では重畳画像対Itは余り役にたたない
場合がある。図11を参照するに、ステレオ重畳画像対It
では法肩及び法尻の位置を明確に認識できるものの、ス
テレオ画像に対する操作員の心理、知覚等に起因して、
重畳画像対Itから法面の設計勾配等を認識するのが難い
からである。重畳画像対Itから法面の設計勾配が認識で
きなければ、法面施工における切土・盛土作業が困難と
なり、遠隔施工による法面作業の効率及び施工品質の向
上も期待できない。
対Itは、遠隔施工用の遠隔操作機械の位置決め操作（例
えば油圧ブレーカノミ先の位置決め操作等）や作業範囲
提示において優れた効果を発揮する。しかし、遠隔施工
における法面作業では重畳画像対Itは余り役にたたない
場合がある。図11を参照するに、ステレオ重畳画像対It
では法肩及び法尻の位置を明確に認識できるものの、ス
テレオ画像に対する操作員の心理、知覚等に起因して、
重畳画像対Itから法面の設計勾配等を認識するのが難い
からである。重畳画像対Itから法面の設計勾配が認識で
きなければ、法面施工における切土・盛土作業が困難と
なり、遠隔施工による法面作業の効率及び施工品質の向
上も期待できない。
【０００８】そこで本発明の目的は、遠隔施工における
法面作業を支援する画像システムを提供するにある。
法面作業を支援する画像システムを提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１及び図２の実施例を
参照するに、本発明の遠隔施工支援画像システムは、三
次元座標で与えられる設計面Ｔとなすべき施工対象１に
対する遠隔施工を支援する画像システムであって、施工
対象１に臨む所定計測点Ｃに設けた距離計50、距離計50
の計測向きαを切り替える向き変更手段51、距離計50の
計測点Ｃの位置と複数の計測向きαと各計測向きαにお
ける距離計50から施工対象表面Ｒまでの距離計測値Ｌと
から施工対象表面Ｒ上の複数の被計測点Ｇの三次元座標
を算出し且つ計測点Ｃと各被計測点Ｇとを結ぶ仮想直線
が設計面Ｔと交差する複数の対応設計点Ｄの三次元座標
を算出する座標算出手段54、複数の被計測点Ｇ及び対応
設計点Ｄが含まれる断面画像Igを作成するコンピュータ
グラフィック手段46、並びに断面画像Igを表示する表示
手段15を備えてなるものである。
参照するに、本発明の遠隔施工支援画像システムは、三
次元座標で与えられる設計面Ｔとなすべき施工対象１に
対する遠隔施工を支援する画像システムであって、施工
対象１に臨む所定計測点Ｃに設けた距離計50、距離計50
の計測向きαを切り替える向き変更手段51、距離計50の
計測点Ｃの位置と複数の計測向きαと各計測向きαにお
ける距離計50から施工対象表面Ｒまでの距離計測値Ｌと
から施工対象表面Ｒ上の複数の被計測点Ｇの三次元座標
を算出し且つ計測点Ｃと各被計測点Ｇとを結ぶ仮想直線
が設計面Ｔと交差する複数の対応設計点Ｄの三次元座標
を算出する座標算出手段54、複数の被計測点Ｇ及び対応
設計点Ｄが含まれる断面画像Igを作成するコンピュータ
グラフィック手段46、並びに断面画像Igを表示する表示
手段15を備えてなるものである。
【００１０】好ましくは 施工対象１のステレオ操作画
像対Iwを所定視点Viと所定光軸Oiと所定画角Wwとに応じ
て与える撮像機対５、施工対象１の設計面Ｔのステレオ
設計画像対Ieを所定視点Viと所定光軸Oiと所定画角Weと
に応じて作成する三次元グラフィック手段30、ステレオ
操作画像対Iwとステレオ設計画像対Ieとを重畳してステ
レオ重畳画像対Itを作成する重畳手段36、及びステレオ
重畳画像対Itと断面画像Igとを表示手段15にマルチウィ
ンドウ表示するウィンドウ作成手段48を備える。
像対Iwを所定視点Viと所定光軸Oiと所定画角Wwとに応じ
て与える撮像機対５、施工対象１の設計面Ｔのステレオ
設計画像対Ieを所定視点Viと所定光軸Oiと所定画角Weと
に応じて作成する三次元グラフィック手段30、ステレオ
操作画像対Iwとステレオ設計画像対Ieとを重畳してステ
レオ重畳画像対Itを作成する重畳手段36、及びステレオ
重畳画像対Itと断面画像Igとを表示手段15にマルチウィ
ンドウ表示するウィンドウ作成手段48を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１及び図２は、遠隔操作機械２
に距離計50と向き変更手段51と距離計50の計測点位置Ｃ
を測量する位置測量手段55とを取り付け、座標算出手段
54とコンピュータグラフィック手段46と表示手段15とを
遠隔操作室３に設け、遠隔操作機械２と遠隔操作室３と
の間にデータ伝送用の通信手段24、26を設けた実施例を
示す。距離計50は、例えばノンプリズム式等の光波距離
計又は超音波距離計とすることができる。
に距離計50と向き変更手段51と距離計50の計測点位置Ｃ
を測量する位置測量手段55とを取り付け、座標算出手段
54とコンピュータグラフィック手段46と表示手段15とを
遠隔操作室３に設け、遠隔操作機械２と遠隔操作室３と
の間にデータ伝送用の通信手段24、26を設けた実施例を
示す。距離計50は、例えばノンプリズム式等の光波距離
計又は超音波距離計とすることができる。
【００１２】位置測量手段55は、例えば位置測量装置22
及び姿勢計測装置23を有し、施工域の座標系（以下、現
場座標系という。）における遠隔操作機械２の三次元座
標及び姿勢を計測するものである。図１では、距離計50
を遠隔操作機械２上の所定位置に取り付け、位置測量装
置22、姿勢計測装置23により遠隔操作機械２の三次元座
標及び姿勢を測量し、遠隔操作機械２の三次元座標及び
姿勢と遠隔操作機械２上における距離計50の取付位置と
から距離計50の計測点Ｃの現場座標系における座標を算
出する。位置測量装置22の一例はＧＰＳ（Global Posit
ioning System）測量装置又は三次元測量用プリズムで
あり、姿勢計測装置23の一例はジャイロコンパスであ
る。但し位置測量手段55は本発明に必須ではなく、例え
ば計測点Ｃを施工域の地表既知座標に固定すれば位置測
量手段55を省略できる。
及び姿勢計測装置23を有し、施工域の座標系（以下、現
場座標系という。）における遠隔操作機械２の三次元座
標及び姿勢を計測するものである。図１では、距離計50
を遠隔操作機械２上の所定位置に取り付け、位置測量装
置22、姿勢計測装置23により遠隔操作機械２の三次元座
標及び姿勢を測量し、遠隔操作機械２の三次元座標及び
姿勢と遠隔操作機械２上における距離計50の取付位置と
から距離計50の計測点Ｃの現場座標系における座標を算
出する。位置測量装置22の一例はＧＰＳ（Global Posit
ioning System）測量装置又は三次元測量用プリズムで
あり、姿勢計測装置23の一例はジャイロコンパスであ
る。但し位置測量手段55は本発明に必須ではなく、例え
ば計測点Ｃを施工域の地表既知座標に固定すれば位置測
量手段55を省略できる。
【００１３】図示例の画像システムで断面画像Igを作成
するためには、先ず遠隔操作機械２を移動させて距離計
50を所望の位置に位置付けた後に停止させ、位置測量手
段55で距離計50の計測点Ｃを測量する。次に距離計50の
計測向きαを向き変更手段51で切り替える。図３は、図
２の矢印III−III方向から見た向き変更手段51を示す。
同図の向き計測手段51は、距離計50を計測向きαと交差
方向に枢支する軸52aを有し且つ軸52aの回りに距離計50
を回転させる回転駆動手段52と、距離計50の軸52aの回
りの回転角度θを計測する角度計測手段53とを有する。
図３の枢支軸52aの軸線方向Ｕは、例えば遠隔操作機械
２に対する距離計50の初期取付方向と位置測量手段55が
計測する遠隔操作機械２の姿勢とから求めることができ
る。
するためには、先ず遠隔操作機械２を移動させて距離計
50を所望の位置に位置付けた後に停止させ、位置測量手
段55で距離計50の計測点Ｃを測量する。次に距離計50の
計測向きαを向き変更手段51で切り替える。図３は、図
２の矢印III−III方向から見た向き変更手段51を示す。
同図の向き計測手段51は、距離計50を計測向きαと交差
方向に枢支する軸52aを有し且つ軸52aの回りに距離計50
を回転させる回転駆動手段52と、距離計50の軸52aの回
りの回転角度θを計測する角度計測手段53とを有する。
図３の枢支軸52aの軸線方向Ｕは、例えば遠隔操作機械
２に対する距離計50の初期取付方向と位置測量手段55が
計測する遠隔操作機械２の姿勢とから求めることができ
る。
【００１４】図４に示す様に、回転駆動手段52により計
測位置Ｃの距離計50を回転させて施工対象表面Ｒ上の被
計測点Ｇと対向させ、向き変更手段51の角度計測手段53
で距離計50の回転角度θを計測し、計測点Ｃから各被計
測点Ｇまでの距離計50による距離計測値Ｌを求める。角
度計測手段53の一例は初期角度からの回転角度θをディ
ジタル信号として出力するエンコーダである。好ましく
は距離計50の計測向きが水平であるときのエンコーダの
出力をゼロとする。図４は枢支軸52aの軸線をXa軸とし
且つ距離計50の計測向きをYaZa平面内にあるようにした
座標系（以下、距離計座標系という。）を表す。距離計
座標系における距離計50の計測向きのベクトルは、回転
角度θを用いて（0、sinθ、cosθ）と表すことができ
る。
測位置Ｃの距離計50を回転させて施工対象表面Ｒ上の被
計測点Ｇと対向させ、向き変更手段51の角度計測手段53
で距離計50の回転角度θを計測し、計測点Ｃから各被計
測点Ｇまでの距離計50による距離計測値Ｌを求める。角
度計測手段53の一例は初期角度からの回転角度θをディ
ジタル信号として出力するエンコーダである。好ましく
は距離計50の計測向きが水平であるときのエンコーダの
出力をゼロとする。図４は枢支軸52aの軸線をXa軸とし
且つ距離計50の計測向きをYaZa平面内にあるようにした
座標系（以下、距離計座標系という。）を表す。距離計
座標系における距離計50の計測向きのベクトルは、回転
角度θを用いて（0、sinθ、cosθ）と表すことができ
る。
【００１５】距離計座標系のXa軸を枢支軸52aの軸線方
向Ｕとする変換により、距離計座標系で表された距離計
50の計測向きベクトル（0、sinθ、cosθ）を現場座標
系の計測向きαに変換することができる。図５を参照す
るに、この変換により、計測点Ｃから被計測点G1、G2、
……へ向かう現場座標系での計測向きα1、α2、……が
算出でき、計測点Ｃの三次元座標と各計測向きα1、
α2、……と各距離計測値L1、L2、……とを用いて各被
計測点G1、G2、……の現場座標系における三次元座標が
算出できる。ただし向き変更手段51は図３の例に限定さ
れず、距離計50の計測向きαの計測方法も図示例に限定
されない。
向Ｕとする変換により、距離計座標系で表された距離計
50の計測向きベクトル（0、sinθ、cosθ）を現場座標
系の計測向きαに変換することができる。図５を参照す
るに、この変換により、計測点Ｃから被計測点G1、G2、
……へ向かう現場座標系での計測向きα1、α2、……が
算出でき、計測点Ｃの三次元座標と各計測向きα1、
α2、……と各距離計測値L1、L2、……とを用いて各被
計測点G1、G2、……の現場座標系における三次元座標が
算出できる。ただし向き変更手段51は図３の例に限定さ
れず、距離計50の計測向きαの計測方法も図示例に限定
されない。
【００１６】座標算出手段54はまた、図５に示すよう
に、計測点Ｃと各被計測点G1、G2、……とを結ぶ仮想直
線と設計面Ｔとの交差点として対応設計点D1、D2、……
の三次元座標を算出する。設計面Ｔは例えば、施工対象
１の丁張上の点又は三次元ＣＡＤ等で作成した施工対象
１の設計図上の点の群の三次元座標を現場座標系で作成
したものであり、座標算出手段24に接続した記憶手段31
（図１参照）に記憶される。計測点Ｃ、各被計測点Ｇ及
び各対応設計点Ｄは何れも現場座標系で表され且つ同一
平面上の点であるから、コンピュータグラフィック手段
46（図１参照）により各被計測点Ｇ及び各対応設計点Ｄ
を含む二次元の断面画像Igを作成することができる。
に、計測点Ｃと各被計測点G1、G2、……とを結ぶ仮想直
線と設計面Ｔとの交差点として対応設計点D1、D2、……
の三次元座標を算出する。設計面Ｔは例えば、施工対象
１の丁張上の点又は三次元ＣＡＤ等で作成した施工対象
１の設計図上の点の群の三次元座標を現場座標系で作成
したものであり、座標算出手段24に接続した記憶手段31
（図１参照）に記憶される。計測点Ｃ、各被計測点Ｇ及
び各対応設計点Ｄは何れも現場座標系で表され且つ同一
平面上の点であるから、コンピュータグラフィック手段
46（図１参照）により各被計測点Ｇ及び各対応設計点Ｄ
を含む二次元の断面画像Igを作成することができる。
【００１７】図７（Ａ）は断面画像Igの一例を示す。同
図から分かるように断面画像Igによれば、法面となすべ
き施工対象１の遠隔施工に際し、現状法面勾配である施
工対象表面Ｒと設計勾配である設計面Ｔとが明確に認識
でき且つ比較できる。すなわち操作員は、施工中の法面
勾配と設計勾配とを適宜対比しながら切土及び盛土をす
ることができるので、遠隔施工の法面作業における効率
向上及び施工品質の向上が期待できる。
図から分かるように断面画像Igによれば、法面となすべ
き施工対象１の遠隔施工に際し、現状法面勾配である施
工対象表面Ｒと設計勾配である設計面Ｔとが明確に認識
でき且つ比較できる。すなわち操作員は、施工中の法面
勾配と設計勾配とを適宜対比しながら切土及び盛土をす
ることができるので、遠隔施工の法面作業における効率
向上及び施工品質の向上が期待できる。
【００１８】なお図１及び図２の実施例では、各被計測
点G1、G2、……及び各対応設計点D1、D2、……の三次元
座標の算出を遠隔操作室３の座標算出装置54で行うた
め、距離計50の計測点Ｃ、計測向きα（又は軸線方向Ｕ
及び回転角度θ）、及び距離計測値Ｌの各データを送信
装置24及び受信装置26経由で遠隔操作機械２から遠隔操
作室３へ伝送している。但し各構成の配置は図示例に限
定されない。
点G1、G2、……及び各対応設計点D1、D2、……の三次元
座標の算出を遠隔操作室３の座標算出装置54で行うた
め、距離計50の計測点Ｃ、計測向きα（又は軸線方向Ｕ
及び回転角度θ）、及び距離計測値Ｌの各データを送信
装置24及び受信装置26経由で遠隔操作機械２から遠隔操
作室３へ伝送している。但し各構成の配置は図示例に限
定されない。
【００１９】こうして本発明の目的である「遠隔施工に
おける法面作業を支援する画像システム」の提供が達成
できる。
おける法面作業を支援する画像システム」の提供が達成
できる。
【００２０】
【実施例】図１及び図２に示す位置測量装置22は、遠隔
操作機械２（以下、移動局ということがある。）上に取
り付けたＧＰＳ測量装置22aと、現場の座標既知の任意
位置（以下、固定局ということがある。）に固定したＧ
ＰＳ測量装置22bとを有する。固定局の測量装置22bはＧ
ＰＳアンテナ21bで衛星電波を受信し、その受信信号
（固定局データ）を送信機20bから送出する。他方移動
局の測量装置22aは、ＧＰＳアンテナ21aで衛星電波を受
信し且つ受信機20aで固定局データを受信し、アンテナ2
1aの受信信号（移動局データ）と受信機20aの固定局デ
ータと固定局の既知座標とに基づき、移動局の三次元座
標を算出する。２台のＧＰＳ測量装置22a、22bを用いる
相対測位によれば、移動局である遠隔操作機械２の三次
元座標を精確に求めることができる。なおＧＰＳ測量の
相対測位については、本発明者らが移動体位置のリアル
タイム測量システムの発明を開示した特願平8-092657号
に詳述されている。
操作機械２（以下、移動局ということがある。）上に取
り付けたＧＰＳ測量装置22aと、現場の座標既知の任意
位置（以下、固定局ということがある。）に固定したＧ
ＰＳ測量装置22bとを有する。固定局の測量装置22bはＧ
ＰＳアンテナ21bで衛星電波を受信し、その受信信号
（固定局データ）を送信機20bから送出する。他方移動
局の測量装置22aは、ＧＰＳアンテナ21aで衛星電波を受
信し且つ受信機20aで固定局データを受信し、アンテナ2
1aの受信信号（移動局データ）と受信機20aの固定局デ
ータと固定局の既知座標とに基づき、移動局の三次元座
標を算出する。２台のＧＰＳ測量装置22a、22bを用いる
相対測位によれば、移動局である遠隔操作機械２の三次
元座標を精確に求めることができる。なおＧＰＳ測量の
相対測位については、本発明者らが移動体位置のリアル
タイム測量システムの発明を開示した特願平8-092657号
に詳述されている。
【００２１】また図１及び図２の実施例は、距離計50を
この場合ブームアームである遠隔操作機械２の可動部位
に取り付け、位置測量手段55に、距離計50が見通せる遠
隔操作機械２上の所定位置に取付けたステレオ画像計測
装置55aと、遠隔操作機械２の三次元座標及び姿勢を計
測する位置測量装置22及び姿勢計測装置23とを含めてい
る。ステレオ画像計測装置55aは、ステレオ画像計測法
により、可動である距離計50の画像計測装置55aに対す
る相対位置を求めるものである。ステレオ画像計測法と
は、図12に示すように、異なる位置に設けた計測用撮像
機対57a、57bで対象1aを異方向から撮影して一対の画像
を作成し、その画像対上の対象1aの像の各二次元座標E
a、Ebから対象1aの三次元座標Ｅを求める計測法であ
る。遠隔操作機械２の三次元位置及び姿勢と遠隔操作機
械２上の画像計測装置55aの取付位置と前記距離計の相
対位置とに基づいて、可動である距離計50の計測点Ｃの
位置を求めることができる。
この場合ブームアームである遠隔操作機械２の可動部位
に取り付け、位置測量手段55に、距離計50が見通せる遠
隔操作機械２上の所定位置に取付けたステレオ画像計測
装置55aと、遠隔操作機械２の三次元座標及び姿勢を計
測する位置測量装置22及び姿勢計測装置23とを含めてい
る。ステレオ画像計測装置55aは、ステレオ画像計測法
により、可動である距離計50の画像計測装置55aに対す
る相対位置を求めるものである。ステレオ画像計測法と
は、図12に示すように、異なる位置に設けた計測用撮像
機対57a、57bで対象1aを異方向から撮影して一対の画像
を作成し、その画像対上の対象1aの像の各二次元座標E
a、Ebから対象1aの三次元座標Ｅを求める計測法であ
る。遠隔操作機械２の三次元位置及び姿勢と遠隔操作機
械２上の画像計測装置55aの取付位置と前記距離計の相
対位置とに基づいて、可動である距離計50の計測点Ｃの
位置を求めることができる。
【００２２】図２の点線枠VIの拡大図である図６を参照
するに、図示例のステレオ画像計測装置55aは、距離計5
0が常に視野内に収まるように遠隔操作機械２上の所定
位置へ固定した計測用撮像機対57a、57bと、撮像機対57
a、57bの視野内の所定位置に設けた一群の基準視標58
と、ステレオ画像計測法の変換パラメータ62を記憶した
演算手段60（図１参照）とを有する。変換パラメータ62
は図12の各二次元座標Ea、Ebから三次元座標Ｅを算出す
るためのパラメータであり、一群の基準視標58は変換パ
ラメータ62を較正するためのものである。変換パラメー
タ62の較正には少なくとも６の異なる所定位置の基準視
標58が必要とされる。図６の基準視標58の三次元座標
は、位置測量手段55による遠隔操作機械２の三次元座標
及び姿勢と遠隔操作機械２上における基準視標58の取付
位置とから求める。なお図１の符号61は、計測器撮像機
対57a、57bの画像対から距離計50の像の二次元座標Ea、
Ebを検出する座標検出手段を示す。
するに、図示例のステレオ画像計測装置55aは、距離計5
0が常に視野内に収まるように遠隔操作機械２上の所定
位置へ固定した計測用撮像機対57a、57bと、撮像機対57
a、57bの視野内の所定位置に設けた一群の基準視標58
と、ステレオ画像計測法の変換パラメータ62を記憶した
演算手段60（図１参照）とを有する。変換パラメータ62
は図12の各二次元座標Ea、Ebから三次元座標Ｅを算出す
るためのパラメータであり、一群の基準視標58は変換パ
ラメータ62を較正するためのものである。変換パラメー
タ62の較正には少なくとも６の異なる所定位置の基準視
標58が必要とされる。図６の基準視標58の三次元座標
は、位置測量手段55による遠隔操作機械２の三次元座標
及び姿勢と遠隔操作機械２上における基準視標58の取付
位置とから求める。なお図１の符号61は、計測器撮像機
対57a、57bの画像対から距離計50の像の二次元座標Ea、
Ebを検出する座標検出手段を示す。
【００２３】ステレオ画像計測装置55aによる距離計50
の計測点Ｃの座標算出は、先ず距離計50を所望の位置に
位置付けたのち、位置測量装置22により一群の基準視標
58の現場座標系における座標を求め、当該座標を求めた
基準視標58によりステレオ画像計測法の変換パラメータ
62を較正する。次に較正後の変換パラメータ62を用いて
ステレオ画像計測法により距離計50の計測点Ｃを求め
る。なおステレオ画像計測法については、本発明者らが
遠隔施工用重機の逸脱監視方法の発明を開示した特願平
8-160311号に詳述されている。
の計測点Ｃの座標算出は、先ず距離計50を所望の位置に
位置付けたのち、位置測量装置22により一群の基準視標
58の現場座標系における座標を求め、当該座標を求めた
基準視標58によりステレオ画像計測法の変換パラメータ
62を較正する。次に較正後の変換パラメータ62を用いて
ステレオ画像計測法により距離計50の計測点Ｃを求め
る。なおステレオ画像計測法については、本発明者らが
遠隔施工用重機の逸脱監視方法の発明を開示した特願平
8-160311号に詳述されている。
【００２４】図１の三次元グラフィック手段30は、図８
〜図10に示すものと同様に、撮像機対５（左撮像機5L及
び右撮像機5R）の視点Ｖと光軸Ｏと画角Ｗとに応じて設
計面Ｔのステレオ設計画像対Ieを作成するものである。
図８のグラフィック手段30は、左撮像機5Lに対応して左
グラフィック画像信号IkL及び左同期信号SkLを出力する
左グラフィック作成装置32Lと、右撮像機5Rに対応して
右グラフィック画像信号IkR及び右同期信号SkRを出力す
る右グラフィック作成装置32Rと、左同期信号S kL及び右
同期信号SkRを入力してステレオ同期信号Seを出力する
左右同期装置33と、左グラフィック画像信号IkLとステ
レオ同期信号Seとを入力して左設計画像I eLを出力する
左画像変換機34Lと、右グラフィック画像信号IkRとステ
レオ同期信号Seとを入力して右設計画像IeRを出力する
右画像変換機34Rとを有する。
〜図10に示すものと同様に、撮像機対５（左撮像機5L及
び右撮像機5R）の視点Ｖと光軸Ｏと画角Ｗとに応じて設
計面Ｔのステレオ設計画像対Ieを作成するものである。
図８のグラフィック手段30は、左撮像機5Lに対応して左
グラフィック画像信号IkL及び左同期信号SkLを出力する
左グラフィック作成装置32Lと、右撮像機5Rに対応して
右グラフィック画像信号IkR及び右同期信号SkRを出力す
る右グラフィック作成装置32Rと、左同期信号S kL及び右
同期信号SkRを入力してステレオ同期信号Seを出力する
左右同期装置33と、左グラフィック画像信号IkLとステ
レオ同期信号Seとを入力して左設計画像I eLを出力する
左画像変換機34Lと、右グラフィック画像信号IkRとステ
レオ同期信号Seとを入力して右設計画像IeRを出力する
右画像変換機34Rとを有する。
【００２５】また図１の重畳手段36は、図８〜図10に示
すものと同様に、ステレオ操作画像対Iwとステレオ設計
画像対Ieとを重畳してステレオ重畳画像対Itを作成する
ものである。図８の重畳手段36は重畳同期装置37と画像
合成装置38とを有する。重畳同期装置37は、ステレオ設
計画像対Ieとステレオ同期信号Seと撮像機対５のステレ
オ撮影同期信号Swとを入力し、ステレオ撮影同期信号Sw
に同期したステレオ設計画像対Ieを出力するものであ
る。画像合成装置38は、重畳同期装置37からのステレオ
設計画像対Ieと撮像機対５からのステレオ操作画像対Iw
とを重畳してステレオ重畳画像対Itを出力するものであ
る。
すものと同様に、ステレオ操作画像対Iwとステレオ設計
画像対Ieとを重畳してステレオ重畳画像対Itを作成する
ものである。図８の重畳手段36は重畳同期装置37と画像
合成装置38とを有する。重畳同期装置37は、ステレオ設
計画像対Ieとステレオ同期信号Seと撮像機対５のステレ
オ撮影同期信号Swとを入力し、ステレオ撮影同期信号Sw
に同期したステレオ設計画像対Ieを出力するものであ
る。画像合成装置38は、重畳同期装置37からのステレオ
設計画像対Ieと撮像機対５からのステレオ操作画像対Iw
とを重畳してステレオ重畳画像対Itを出力するものであ
る。
【００２６】図１に示すようにステレオ重畳画像対Itと
断面画像Igとを表示手段15にマルチウィンドウ表示する
ウィンドウ作成手段48を設け、例えば図７（Ｂ）に示す
ように、遠隔操作用の重畳画像Itの任意位置に子画面式
ウィンドウとして断面画像Igを必要に応じて重ねて表示
し又はその表示を解除することができる。また設計面Ｔ
上の複数の対応設計点Ｄを設計面Ｔ上に表示し、表示後
の設計面Ｔに基づくステレオ設計画像対Ieを三次元グラ
フィック手段30により作成すれば、重畳画像Itと断面画
像Igとの位置の対応付けの容易化が図れる。
断面画像Igとを表示手段15にマルチウィンドウ表示する
ウィンドウ作成手段48を設け、例えば図７（Ｂ）に示す
ように、遠隔操作用の重畳画像Itの任意位置に子画面式
ウィンドウとして断面画像Igを必要に応じて重ねて表示
し又はその表示を解除することができる。また設計面Ｔ
上の複数の対応設計点Ｄを設計面Ｔ上に表示し、表示後
の設計面Ｔに基づくステレオ設計画像対Ieを三次元グラ
フィック手段30により作成すれば、重畳画像Itと断面画
像Igとの位置の対応付けの容易化が図れる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の遠隔施工支
援画像システムは、設計面となすべき施工対象表面上の
複数の被計測点と前記設計面上の複数の対応設計点とが
含まれる断面画像を作成するので、以下の顕著な効果を
奏する。
援画像システムは、設計面となすべき施工対象表面上の
複数の被計測点と前記設計面上の複数の対応設計点とが
含まれる断面画像を作成するので、以下の顕著な効果を
奏する。
【００２８】（イ）法面となすべき施工対象の遠隔施工
において、従来認識が難しかった現状の法面勾配と設計
勾配との比較を容易化するための断面画像が提供でき
る。 （ロ）施工対象表面と設計面とを対比しながら切土及び
盛土等の作業をすることができるので、遠隔施工におけ
る法面作業の施工効率を従来の法丁張を用いた場合と同
程度にまで高めることが期待できる。 （ハ）また施工対象面の状態を常に完成後の設計面と比
べることができるので、遠隔施工の法面作業における施
工品質の向上が期待できる。
において、従来認識が難しかった現状の法面勾配と設計
勾配との比較を容易化するための断面画像が提供でき
る。 （ロ）施工対象表面と設計面とを対比しながら切土及び
盛土等の作業をすることができるので、遠隔施工におけ
る法面作業の施工効率を従来の法丁張を用いた場合と同
程度にまで高めることが期待できる。 （ハ）また施工対象面の状態を常に完成後の設計面と比
べることができるので、遠隔施工の法面作業における施
工品質の向上が期待できる。
【図１】は、本発明の一実施例の説明図である
【図２】は、本発明を適用した遠隔操作機械の説明図で
ある。
ある。
【図３】は、向き変更手段の構成を示す説明図である。
【図４】は、向き変更手段の作用を示す説明図である。
【図５】は、座標算出手段における処理を説明図であ
る。
る。
【図６】は、ステレオ画像計測装置の説明図である
【図７】は、本発明による断面画像の説明図である
【図８】は、従来の遠隔操作支援画像システムの説明図
である
である
【図９】は、従来の重畳画像の初期処理の説明図である
【図１０】は、従来の重畳画像の作成処理の説明図であ
る
る
【図１１】は、従来の重畳画像の説明図である
【図１２】は、ステレオ画像計測法の説明図である
１…施工対象 ２…作業機械 ３…操作室 ５…撮像機 ６…画像送信機 ８…視標 8a…視標板 10…画像受信機 14…操作用ディスプレイ 15…表示手段 16…液晶シャッター眼鏡 20a、20b…固定局データ送受信機 21a、21b…ＧＰＳアンテナ 22a、22b…位置測量装置 23…姿勢計測装置 24…送信装置 26…受信装置 30…三次元グラフィック手段 31…記憶手段 32…グラフィック作成手段 33…左右同期手段 34…画像変換機 36…重畳手段 37…重畳同期手段 38…画像合成手段 40…録画・再生手段 42…ステレオ画像生成機 44…丁張 44a…法肩丁張 44b…法尻丁張 46…コンピュータグラフィック手段 48…ウィンドウ作成手段 50…距離計 51…向き変更手段 52…回転駆動手段 52a…枢支軸 53…角度計測手段 54…座標算出手段 55…位置測量手段 55a…ステレオ画像計測装置 57…計測用撮像機 58…基準視標 60…演算手段 61…座標検出手段 62…変換パラメータ Ｃ…計測点 Ｄ…対応設計点 Ｅ…計測対象点 Ｇ…被計測点 Ig…断面画像 Iw…ステレオ操作画像 Ie…ステレオ設計画像 Ik…グラフィック画像 It…ステレオ重畳画像 Ｌ…距離計測値 Ｏ…光軸 Ｐ…視標の座標 Ｒ…施工対象表面 Sk…同期信号 Se…ステレオ同期信号 Sw…ステレオ撮影同期信号 Ｔ…設計面 Ｕ…回転軸線 Ｖ…視点 Ｗ…画角 Ww…一定画角 We…撮像機対応画角 Wx…任意画角 α…計測向き θ…計測角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−115001（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−144328（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−95560（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18253（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 7/00 - 7/60 G06T 17/40 E02F 9/00 - 9/28 G01B 11/00 - 11/30
Claims (7)
- 【請求項１】三次元座標で与えられる設計面となすべき
施工対象に対する遠隔施工を支援する画像システムにお
いて、前記施工対象に臨む所定計測点に設けた距離計、
前記距離計の計測向きを切り替える向き変更手段、前記
距離計の計測点位置と複数の計測向きと各計測向きにお
ける前記距離計から施工対象表面までの距離計測値とか
ら前記施工対象表面上の複数の被計測点の三次元座標を
算出し且つ前記計測点と前記各被計測点とを結ぶ仮想直
線が前記設計面と交差する複数の対応設計点の三次元座
標を算出する座標算出手段、前記複数の被計測点及び対
応設計点が含まれる断面画像を作成するコンピュータグ
ラフィック手段、並びに前記断面画像を表示する表示手
段を備えてなる遠隔施工支援画像システム。 - 【請求項２】請求項１の画像システムにおいて、前記距
離計と前記向き変更手段と前記距離計の計測点位置を測
量する位置測量手段とを遠隔操作機械に取り付け、前記
座標算出手段と前記コンピュータグラフィック手段と前
記表示手段とを遠隔操作室に設け、前記遠隔操作機械と
前記遠隔操作室との間に前記距離計の計測点位置と計測
向きと距離計測値とが含まれるデータの伝送用の通信手
段を設けてなる遠隔施工支援画像システム。 - 【請求項３】請求項２の画像システムにおいて、前記距
離計を前記遠隔操作機械上の所定位置に取り付け、前記
位置測量手段に前記遠隔操作機械の三次元位置及び姿勢
を計測する位置測量装置及び姿勢計測装置を含め、前記
遠隔操作機械の三次元位置及び姿勢と前記遠隔操作機械
上の距離計の取付位置とから前記計測点位置を求めてな
る遠隔施工支援画像システム。 - 【請求項４】請求項２の画像システムにおいて、前記距
離計を前記遠隔操作機械の可動部位に取り付け、前記位
置測量手段に、前記距離計が見通せる前記遠隔操作機械
上の所定位置に取り付けたステレオ画像計測装置と、前
記遠隔操作機械の三次元座標及び姿勢を計測する位置測
量装置及び姿勢計測装置とを含め、前記画像計測装置に
対する前記距離計の相対位置をステレオ画像計測法で求
め、前記遠隔操作機械の三次元位置及び姿勢と前記遠隔
操作機械上の画像計測装置の取付位置と前記距離計の相
対位置とから前記計測点位置を求めてなる遠隔施工支援
画像システム。 - 【請求項５】請求項１〜４の何れかの画像システムにお
いて、前記向き変更手段に、前記距離計を計測向きと交
差方向に枢支する軸を有し且つ前記軸の回りに前記距離
計を回転させる回転駆動手段と、前記距離計の前記軸の
回りの回転角度を計測する角度計測手段とを設け、前記
軸の方向と前記距離計の回転角度とから前記距離計の計
測向きを求めてなる遠隔施工支援画像システム。 - 【請求項６】請求項１〜５の何れかの画像システムにお
いて、前記施工対象のステレオ操作画像対を所定視点と
所定光軸と所定画角とに応じて撮影する撮像機対、前記
施工対象の設計面のステレオ設計画像対を所定視点と所
定光軸と所定画角とに応じて作成する三次元グラフィッ
ク手段、前記ステレオ操作画像対と前記ステレオ設計画
像対とを重畳してステレオ重畳画像対を作成する重畳手
段、及び前記ステレオ重畳画像対と前記断面画像とを前
記表示手段にマルチウィンドウ表示するウィンドウ作成
手段を備えてなる遠隔施工支援画像システム。 - 【請求項７】請求項６の画像システムにおいて、前記施
工対象の設計面上に前記複数の対応設計点を表示し、前
記三次元グラフィック手段により前記表示後の設計面の
ステレオ設計画像対を作成してなる遠隔施工支援画像シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9098638A JP3014336B2 (ja) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | 遠隔施工支援画像システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9098638A JP3014336B2 (ja) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | 遠隔施工支援画像システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291187A JPH10291187A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3014336B2 true JP3014336B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=14225060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9098638A Expired - Lifetime JP3014336B2 (ja) | 1997-04-16 | 1997-04-16 | 遠隔施工支援画像システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3014336B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5574726B2 (ja) * | 2010-02-01 | 2014-08-20 | 新日鐵住金株式会社 | 原料ヤードの原料山計測システム、原料ヤードの原料山計測方法、及びコンピュータプログラム |
| JP7474024B2 (ja) * | 2018-03-23 | 2024-04-24 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| JP7301514B2 (ja) * | 2018-09-21 | 2023-07-03 | 日立建機株式会社 | 座標変換システム及び作業機械 |
-
1997
- 1997-04-16 JP JP9098638A patent/JP3014336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10291187A (ja) | 1998-11-04 |
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