JP3114923B2 - 地盤座標のリアルタイム測量装置 - Google Patents

地盤座標のリアルタイム測量装置

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JP3114923B2
JP3114923B2 JP08092656A JP9265696A JP3114923B2 JP 3114923 B2 JP3114923 B2 JP 3114923B2 JP 08092656 A JP08092656 A JP 08092656A JP 9265696 A JP9265696 A JP 9265696A JP 3114923 B2 JP3114923 B2 JP 3114923B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は地盤座標のリアルタイム
測量装置に関し、とくにGPS(Global Positioning S
ystem)の利用により地盤上の測点の三次元座標をリア
ルタイムで測量する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大規模な土工事や造成工事では、その出
来形や出来高、工事域全体の地形等を把握するため、縦
断測量や横断測量等の工事測量が行なわれている。縦断
測量とは、工事域の中心線に沿って設けた複数の測点
(以下、縦断測点という。)について適当な水準点から
の高さ(以下、地盤高という。)を測量し、前記中心線
が含まれる鉛直面による地盤の縦断面図を作成するもの
である。また横断測量とは、前記中心線に対して直角方
向の複数の測点(以下、横断測点という。)の地盤高を
測量し、前記中心線と直角な鉛直面による地盤の横断面
図を作成するものである。
【0003】図4は中心測量で設置された中心杭P7
P9、地形変化点に設置された杭Pa、Pb、及びその他の傾
斜変化点P71、P72等を縦断測点とした縦断測量の一例を
示す。図4の各縦断測点の上方に示すH7、H71等の符号
は各縦断測点における地盤高を示し、H7'、H8'等の符号
は杭高を示す。図4に示すように、縦断測量では、各縦
断測点における地盤高(杭高を含む、以下同じ。)の測
定と、中心杭P7〜P9以外の縦断測点に対する隣接中心杭
からの水平距離S71、S72等の測定とを行い、地盤高と水
平距離とから縦断面図を作成している。また図5は中心
杭P7、横断方向杭PR、PL、及びその他の点PR1、PL1等を
横断測点とした横断測量の一例を示す。図5の各横断測
点の上方に示すH7、HL1、HR1等の符号は各横断測点にお
ける地盤高を示す。図5に示すように、横断測量におい
ても各横断測点における地盤高の測定と、中心杭P7から
各横断測点までの水平距離SL1、SR1等の測定とを行い、
地盤高と水平距離とから横断面図を作成している。
【0004】従来の縦断測量や横断測量等の工事測量で
は、水平方向の距離測定にはエスロンテープを用い、各
測点の高さ測量にはレベルやトランシット等の測量器械
を用いている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のレベルや
トランシット等の測量器械による測量は、測量器械を測
点に向けて固定する作業員と、測点で標尺(staff)等
を読取り可能な高さで保持する作業員との少なくとも2
名の作業員を必要とする。測量器械と測点との高低差が
大きな場合は更に他の作業員が必要となることもある。
またレベルやトランシット等の測量器械は測点の標尺を
直接見通して測量するので、標尺の見通しができない場
所では、例えば見通しできる適当な場所に設けた見通し
用の杭を介して測点の高さ測量をしなければならず、測
量に手間がかかる。例えば図5の横断測量では、中心杭
P7からの見通しが困難な横断方向杭PRの高さ測量を行う
ため、横断測点PR4に見通し用の杭を設けて測量を行な
っている。要するに従来の縦断測量や横断測量等の工事
測量は人手と手間がかかる問題点がある。
【0006】そこで本発明の目的は、一人の作業員によ
る工事測量が可能であり且つ測点へ容易に持ち運び可能
地盤座標のリアルタイム測量装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者はGPSを利用
した測量・測位技術(以下、GPS測量という。)に注
目した。GPS測量とは、地球の周りの円軌道上の複数
のGPS衛星(以下、単に衛星ということがある。)か
らの電波を地球上の計測位置のGPSアンテナ(以下、
単にアンテナということがある。)で受信し、受信電波
に基づき計測位置の三次元座標を求める測量方法であ
る。従来、1台のアンテナで3以上の衛星からの電波を
受信することにより3以上の球面の交点として計測位置
の三次元座標を算出する一点測位が行われている。また
既知位置と計測位置とにそれぞれ設けた2台のアンテナ
の同時使用により計測位置の精確な三次元座標を算出す
る相対測位も行われている。
【0008】しかしGPS測量による工事測量を行なう
ためには、アンテナを地盤上の測点に精確に位置合せす
る必要がある。本発明者は測点への位置合せが簡単なア
ンテナの研究開発の結果、本発明の完成に至ったもので
ある。
【0009】図1を参照するに、本発明の地盤座標のリ
アルタイム測量装置は、GPS衛星からの電波受信用の
アンテナ5と地表3からの高さ計測用の下向き距離計14
とを該距離計14の計測方向軸線上において所定間隔d
け隔てて保持する保持部材15、可搬枠体16、距離計14が
常に鉛直下向きとなるように保持部材15の姿勢を維持し
つつ該保持部材15を可搬枠体16に保持させる姿勢維持手
段18、並びにアンテナ5及び距離計14に接続され且つ衛
星からの衛星信号と距離計14からの高さ信号hと所定間
隔dとに基づき該アンテナ5の鉛直下方地表位置の三次
元座標を算出する座標算出手段20を備えてなるものであ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】図1を参照するに、本発明の測量
装置の保持部材15は一端に距離計14を保持し、その距離
計14の計測方向軸線に沿って所定間隔dだけ隔ててアン
テナ5を保持する。従来のGPS測量技術により、衛星
からの電波信号を用いて、アンテナ5の受信位置の三次
元座標(以下、アンテナ座標という。)を算出すること
ができる。アンテナ座標が求まり且つ距離計14の計測方
向軸線が定まれば、アンテナ座標と所定距離dとから距
離計14の位置の三次元座標(以下、距離計座標とい
う。)が算出できる。距離計14は例えば光波距離計又は
超音波距離計とすることができる。なお図1は円柱形の
保持部材15を示すが、保持部材15の形状は図示例に限定
されない。また保持部材15はアンテナ5と一体形成され
たものとすることができる。
【0011】本発明は、距離計14の計測方向軸線を一定
に保つため、姿勢維持手段18により距離計14の計測向き
が鉛直下向きとなるように保持部材15の姿勢を維持す
る。本発明に利用できる姿勢維持手段18の一例を、アン
テナ取付け前の状態で、図2に示す。図2の姿勢維持手
段18は、距離計14の計測方向軸線と直角に保持部材15を
貫通する第1軸線L1に沿って保持部材15の対向側縁から
外向きに突出した第1軸対25a及び25bと、第1軸対25a
及び25bの両端を枢支する中間環状部材26と、距離計14
の計測方向軸線及び第1軸線L1と直角に中間環状部材26
を貫通する第2軸線L2に沿って中間環状部材26の対向側
縁から外向きに突出した第2軸対27a及び27bと、第2軸
対27a及び27bの両端を枢支する可搬枠体16上の軸受け28
a及び28bを有する。図2の姿勢維持手段18によれば、可
搬枠体16が鉛直方向から傾斜した場合でも、その傾斜の
方向に応じ、可搬枠体16に対して中間環状部材26が第2
軸線L2の回りに回転し、また中間環状部材26に対して保
持部材15が第1軸線L1の回りの回転するので、距離計14
の計測方向軸線を常に鉛直向きに維持することができ
る。なお姿勢維持手段18は図2の例に限定されるもので
はない。また、保持部材15の第1軸線L1の下方部位に重
錘15aを取付けて鉛直姿勢の確実化を図ることができ
る。
【0012】姿勢維持手段18によって距離計14の計測方
向軸線が鉛直に維持されるので、アンテナ座標と鉛直下
向きの所定距離dとから距離計座標が算出でき、この距
離計座標と距離計14の高さhとからアンテナ5の鉛直下
方の地表三次元座標が算出できる。この計算は、例えば
図1に示すように、所定距離dを記憶した座標算出手段
20に対してアンテナ5からの衛星信号と距離計14からの
高さhの信号とを入力することにより、自動的に行うこ
とができる。座標算出手段20の一例は上記計算用のプロ
グラムを内蔵したコンピュータである。
【0013】本発明の測量装置によれば、作業員がアン
テナ5を測点の鉛直上方に置くことにより当該測点の三
次元座標が効率的に計測できる。アンテナ5の測点の鉛
直上方へ位置付けは、例えば距離計14を光波距離計と
し、姿勢維持手段18で鉛直下向きに維持した光波距離計
の光波を可搬枠体16の移動により測点(例えば測量標上
の測点)へ入射させて行なうことができる。すなわち本
発明の測量装置は可搬枠体16を用いるので、例えば図4
や図5に示す工事測量の測点に容易に持ち運ぶことがで
きる。
【0014】こうして本発明の目的である「一人の作業
員による工事測量が可能であり且つ測点へ容易に持ち運
び可能な地盤座標のリアルタイム測量装置」の提供が達
成できる。本発明の測量装置は、GPS測量の一点測位
による測点の測量に用いることができる。また図1及び
図6に示すように本発明の測量装置に受信機10を接続
し、GPS測量の相対測位による測量を行なうことも可
能である。
【0015】
【実施例】図1及び図6は、GPS測量の相対測位を用
い、作業員2が本発明の測量装置を移動させながら測点
の測量を行なう実施例を示す。図6を参照するに、地表
既知座標Aの固定局1に、GPS衛星からの電波受信用
の固定局アンテナ4と該固定局アンテナ4の受信信号を
中継信号として送出する送信機6とを設け、さらに測量
装置の座標算出手段20に中継信号の受信機10と既知座標
Aの記憶用メモリ21とを接続する。座標算出手段20はメ
モリ21内の既知座標Aと、受信機10で受信した中継信号
と、アンテナ5で受信した衛星信号と、距離計14からの
高さhの信号とに基づき、相対測位によりアンテナ5の
鉛直下方地表位置の三次元座標を算出する。
【0016】また図6の実施例は、固定局1と作業員2
との間に中継装置8を設けている。すなわち固定局1の
送信機6から中継信号を第1中継チャンネルCH1の搬送
波で送出し、第1中継チャンネルCH1の搬送波の到達範
囲内に中継信号を受信して且つ該中継信号を固有の第2n
中継チャンネルCH2n(nは1以上の自然数)の搬送波で
送出するn個の中継装置81〜8nを設置している。座標算
出手段20は、受信機10により中継チャンネルCH1又はCH
2nの何れかの搬送波を選択的に受信して三次元座標の算
出に利用することができる。図6の実施例によれば、中
継装置8を適当に配置することにより、複雑な地形や気
象条件の変化の下でも適当な中継装置8を介して作業員
2の受信機10へ中継信号を確実に伝送することができる
ので、受信の中断や測量不能の発生を避けることができ
る。
【0017】図3を参照するに、図1の実施例の座標算
出手段20に対し、原点Oのある座標系を表示する表示手
段22、地表三次元座標における目標位置の座標を前記座
標系の原点Oとして表示装置22に入力する入力手段23、
及び測点の三次元座標を前記座標系の座標に換算し且つ
表示手段22に原点Oに対する相対位置Sとして表示する
換算手段24を設けている。目標位置とは例えば設計図上
で定めた測点の座標をいう。図3の例における表示手段
22には、入力手段23からの入力座標を原点OとするXY
座標系が表示され、換算手段24が測点の三次元座標をX
Y座標系に換算した相対位置Sに三角形が表示されてい
る。工事測量を行う作業員は、例えば表示手段22に表示
された三角形がXY座標の原点Oと重なるように可搬枠
体16を移動させることにより、アンテナ5を目標位置の
鉛直上方に効率的に位置付けることができる。表示手段
22の一例は図形データが表示可能なディスプレイ付きコ
ンピュータであり、入力手段23をキーボードとし、換算
手段24を前記コンピュータ上のプログラムとすることが
できる。また予め複数の目標位置の座標を入力手段23か
ら入力してメモリ21に記憶しておけば、メモリ21中の目
標位置の座標を所定順番で表示手段22へ呼出すことによ
り、工事測量の作業員を所定順番で目標位置へ案内する
ことができる。この案内方法によれば測量位置の欠損又
は欠落の防止が期待できる。
【0018】座標算出手段20により算出された測点の三
次元データは、例えばメモリ21に記憶して蓄積しておく
ことができる。従来の工事測量では測量結果から地盤の
断面図を作成するために長時間を要したが、本発明によ
ればメモリ21に測量結果を記憶しておき、測量中又は測
量後に断面図を直ちに表示手段22に表示して観察するこ
ともできる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明による地盤座
標のリアルタイム測量装置は、GPSアンテナと下向き
距離計とを姿勢維持手段により鉛直向きに維持し、衛星
からの衛星信号と距離計からの高さ信号とに基づいて座
標算出手段により地盤座標を測量するので、次の顕著な
効果を奏する。
【0020】(イ)作業員がアンテナを測点の鉛直上方
に置くことにより当該測点の三次元座標が効率的に計測
できるので、縦断測量や横断測量等の工事測量を作業員
一人で行なうことが可能であり、必要に応じ工事測量の
頻繁な実施も可能となる。 (ロ)三次元測量が可能な測量装置を測点間で移動させ
ることにより、測点間の水準測量と水平距離測量とを同
時に行うことができる。 (ハ)表示手段を設けて設計図上の目標位置と座標算出
手段の算出結果とを相対表示することにより、測量装置
を設計図上の目標位置へ効率的に移動させ且つ精確に位
置付けることができる。 (ニ)測量結果をメモリに記憶しておくことができ、測
量中又は測量後に断面図を直ちに表示手段等に表示して
観察し更にプリンタへ出力して印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明の一実施例の説明図である。
【図2】は、本発明における姿勢維持手段の説明図であ
る。
【図3】は、本発明における表示手段の説明図である。
【図4】は、従来の縦断測量の説明図である。
【図5】は、従来の横断測量の説明図である。
【図6】は、本発明の他の実施例の説明図である。
【符号の説明】
1…固定局 2…作業員 3…地表 4…GPSアンテナ 5…GPSアンテナ 6…送信機 8…中継装置 10…受信機 14…距離計 15…保持部材 15a…重錘 16…可搬枠体 18…姿勢維持手段 20…座標算出手段 21…メモリ 22…表示手段 23…入力手段 24…換算手段 25a、25b…第1軸対 26…中間環状部材 27a、27b…第2軸対 28…軸受け。
フロントページの続き (72)発明者 早崎 勉 東京都港区元赤坂一丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 木下 健二 東京都港区元赤坂一丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−86817(JP,A) 特開 平6−232615(JP,A) 特開 平5−332767(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 15/00 - 15/14 G01C 5/00 G01S 5/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GPS衛星からの電波受信用のアンテナと
    地表からの高さ計測用の下向き距離計とを該距離計の計
    測方向軸線上において所定間隔だけ隔てて保持する保持
    部材、可搬枠体、前記距離計が常に鉛直下向きとなるよ
    うに前記保持部材の姿勢を維持しつつ該保持部材を前記
    可搬枠体に保持させる姿勢維持手段、並びに前記アンテ
    ナ及び距離計に接続され且つ前記衛星からの衛星信号と
    前記距離計からの高さ信号と前記所定間隔とに基づき該
    アンテナの鉛直下方地表位置の三次元座標を算出する座
    標算出手段を備えてなる地盤座標のリアルタイム測量装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1の測量装置において、前記姿勢維
    持手段に、前記距離計の計測方向軸線と直角に前記保持
    部材を貫通する第1軸線に沿って該保持部材の対向側縁
    から外向きに突出した第1軸対、前記第1軸対の両端を
    枢支する中間環状部材、前記計測方向軸線及び第1軸線
    と直角に前記中間環状部材を貫通する第2軸線に沿って
    該中間環状部材の対向側縁から外向きに突出した第2軸
    対、並びに前記第2軸対の両端を枢支する前記可搬枠体
    上の軸受けを設けてなる地盤座標のリアルタイム測量装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2の測量装置において、地表
    既知座標の固定局に前記GPS衛星からの電波受信用の
    固定局アンテナと該固定局アンテナでの受信信号を中継
    信号として送出する送信機とを設け、前記座標算出手段
    に前記中継信号の受信機と前記既知座標の記憶用メモリ
    とを設け、前記可搬枠体の移動に応じた前記アンテナの
    鉛直下方地表位置の三次元座標を前記座標算出手段によ
    り前記既知座標と前記中継信号と前記衛星信号と前記高
    さ信号とに基づき算出してなる地盤座標のリアルタイム
    測量装置。
  4. 【請求項4】請求項1〜3の何れかの測量装置におい
    て、前記距離計を光波距離計としてなり、前記鉛直下方
    地表位置を前記距離計の光波が入射する地表位置として
    なる地盤座標のリアルタイム測量装置。
  5. 【請求項5】請求項1〜4の何れかの測量装置におい
    て、前記座標算出手段に、原点のある座標系を表示する
    表示手段、地表三次元座標における目標位置の座標を前
    記座標系の原点として前記表示装置に入力する入力手
    段、及び前記鉛直下方地表位置の三次元座標を前記座標
    系の座標に換算し且つ前記表示手段に前記原点に対する
    相対位置として表示する換算手段を設けてなる地盤座標
    のリアルタイム測量装置。
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