JP3676342B2 - 空間的測位 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
この発明は本質的に三次元位置情報を提供する空間的測位装置、及びこの位置情報を改善された測量、建設レイアウト、器具操作、製造制御及び自動車制御のために利用する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
最近、測量器具を使用するとき設置のために一人の人間を必要とするだけの複数のシステムが開発されている。
【０００３】
この発明の出願人と同じグループの会社内に出願人を持つＵＳ ５１００２２９及びＵＳ ５１１０２０２に記載されたかかる器具の一種は設置される領域の固定位置上の二つ、三つまたは四つの照合ステーションを含み、それぞれが関心場所を横切る垂直面に向かって垂直にまたは斜めに少なくとも一つの拡散ビームをスウィープする。好ましくは杭打ち棒上に設けられた少なくとも一つの携帯用位置センサが監視される領域内の設置または配置される種々の位置に動かされる。二つまたは三つの携帯用センサが作動中の機械の軌跡または位置と方向を管理するために作動機械上に配置されることができる。携帯用センサ（単数または複数）は各測定位置の位置を計算するコンピュータシステムを備えている。
【０００４】
売り出し中のＵＳ ５１００２２９とＵＳ ５１１０２０２に記載されたシステムを記載した、ＡＲＣＳＥＣＯＮＤ社により発行されたＶＵＬＣＡＮシステムに関する使用者マニュアル中に示されるように、照合ステーションから接近し難い測定点に機械的に置かれるのに適合した棒の延長部に先端を持つ棒上に二つのセンサが設けられる。延長棒は限定されたかなり短い長さを持ち、それが接近し難い点への測定がなされねばならないとき操作者が取ることのできる位置を制限する。
【０００５】
別の種類のかかる器具は測量される領域内の固定点に配置された測量器具、例えばSpectra Precision ＡＢにより製造されたトータルステーションを含む。かかる器具は例えば少なくとも一つの立方体コーナープリズムを備えた反射器に向けて器具を方向付ける人間を有することができる。しかし、大抵の場合測量器具は位置が決定される目標物を探索して自動的にそれに向けてロックする能力を持つ。かかる測量器具はロボット的トータルステーションと呼ばれることが多い。目標物は簡単な反射器または活動目標物（すなわち変調ＬＥＤ）と組み合わされた反射器のいずれかであることができる。この測定システムにおいて測定結果は例えば無線通信リンクにより棒に転送される。棒または器具内のコンピュータ装置は目標物の位置を計算する。棒の所の人間はまた、同じ無線リンクを介してトータルステーションに命令を転送することができる。この形式のシステムは従来技術の状態にあると考えられるので、更なる説明はここで与えられないであろう。
【０００６】
しかし、設置または配置される領域内にその領域内の木、建物または同様物のような邪魔物のため測量器具により直接到達されることのできない幾つかの点があることが多い。検出器または目標物により到達されない他の点がある。なぜならそれらは地上の上に高過ぎるかまたは壁のような幾つかの他の対象物に近過ぎるかまたはコーナー内にあるからである。従って第一種の器具により照合ステーションから接近し難い点へ、または検出器または目標物により到達されない点へもまた測定を可能とする要求がある。
【０００７】
接近し難い点に対する測定の問題への一つの解決は同時出願中のＵＳ出願０９／４０２２５８号（ＥＰ−９８９１４１８４．１に対応）に記載されたようなＧＰＳ技術を使用することであり、それは測量器具とＧＰＳアンテナを持つ杭打ち棒を準備することを意味する（ＧＰＳ＝全世界測位衛星）。しかし、このシステムは屋内では機能しないであろう。アンテナは通常大きく、他の対象物に接近して配置することは難しい。
【０００８】
この問題への別の解決はＥＰ ９０／９０６４０５．７に記載されており、そこでは測量器具は別の測量器具の位置を測定することができ、別の測定器具は逆に反射器配置に向けられる。この配置はうまく機能するが設置または杭打ち作業をする操作者（単数または複数）に対しては骨が折れることである。
【０００９】
この発明により解決される技術問題は、照合ステーションまたは測量器具から接近し難い位置または検出器または目標物により到達できない位置が容易な方法で測定されることができる比較的簡単で低費用の測量システムを提供することである。
【００１０】
発明の目的
この発明の目的は照合ステーションまたは同様物から検出器／目標物により接近し難いまたは到達できない対象物が容易に測定されることができる測量方法及び測量システムを提供することである。
【００１１】
この発明の別の目的はたった一人の人間で測量される全領域内の測定点を測定する測量操作を提供することができる測量方法及び測量システムを提供することである。
【００１２】
この発明のなお別の目的は唯一の携帯用器具により監視される領域内の測定点に向けての全測定を一人の操作者がなすことができる測量方法及び測量システムを提供することである。
【００１３】
発明の概要
この発明は測定されるフィールド内に配置されておりかつ設置または杭打ちされる領域内に照合サイト（単数または複数）を提供する少なくとも一つの静止ステーション手段と、少なくとも二つのセンサ素子を持つ携帯用位置センサ手段とを持つ空間的測位システムに関する。センサ素子は検出器または目標物とみなされることができ、その位置は直接決定されることができる。各センサ素子の位置はセンサ素子と前記少なくとも一つの静止ステーション手段間の共働操作により示される。この空間的測位システムは前記空間的測位システムを前記静止ステーション手段に対して、またはセンサにより到達できない測定点への測定を可能とするために、
− 測定される接近し難い点に向けられる可視ビームを前記点に向けて少なくとも整合操作時に発射することができかつ制御下のその点への測定をすることができる前記携帯用位置センサ手段内に設けられた距離メータ；
− 前記距離メータの位置及び制御下の前記距離メータに対して前記接近し難い点に向けて整合線の位置と方向を提供するために互いにかつ前記距離メータに関して予め決められた位置を持つ位置センサ手段内の前記センサ素子；
− 前記距離メータの測定、前記センサ素子の測定された位置及び距離メータと互いに関しての前記素子の空間的位置に基づいた接近し難い点の位置を計算するためのコンピュータ手段；
を含む。
【００１４】
センサ素子は二つであることができ、前記距離メータと一直線に設けられることができる。代替例として、センサ素子は面を構成する少なくとも三つであることができる。距離メータは前記センサ素子に関して予め決められた位置と方向を持つ。
【００１５】
少なくとも一つの静止ステーション手段は少なくとも二つの照合ステーションを含むことができ、そのそれぞれが前記関心領域を横切って少なくとも一つの拡散ビームをスウィープし、各センサ素子はコンピュータと共働する光感知検出器を含む。各センサ素子の空間的位置はそのとき前記照合ステーションからの各拡散レーザービームから受け前記コンピュータにより指示されたタイムマークに基づいた三角法技術を通して得られる。
【００１６】
少なくとも一つの静止ステーション手段はその代わりに測量器具を含むことができ、そのときは各センサ素子は少なくとも一つの目標物を含み、この目標物に対し測量器具はその位置を測定して計算するように自動的に向けられる。
【００１７】
発明の利点
この発明の利点はある領域内で杭打ちまたは設置作業をする操作者により取り扱うのが容易であることである。彼または彼女は接近し難いまたは到着できない点に向けて測定するために器具の種々の取り付けを準備する必要がない。杭打ち棒から測定される接近し難い点に向けての距離に関して正確度以外の制限はない。これは操作者にとって測定作業を容易とし、操作者は接近し難い点の位置を測定するときその点に近い位置に移動する必要がない。
【００１８】
図面の簡略説明
本発明のより完全な理解のため及び更なる目的及びその利点のために、添付図面に示されるような−その実施例の数例の以下の説明が参照させられる。図面において：
図１はこの発明の第一実施例を概略的に示し；
図２Ａ及び２Ｂはこの発明の第二実施例を概略的に示し；そして
図３はこの発明の第三実施例を概略的に示す。
【００１９】
好適実施例の詳細な説明
図１を参照するに、測量器具は設置される領域の固定位置に三つの照合ステーション１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃを含み、それぞれが関心場所を横切る垂直面に向けて垂直にまたは斜めに少なくとも一つの拡散ビームをスウィープする。この種の空間的測位及び測定システムは更に詳細にＵＳ特許５１００２２９号及び５１１０２０２号に記載されており、その内容はここに参照迄に組み込まれる。携帯用位置センサ装置２０は操作者により種々の測定点周りに運ばれそこに配置される。
【００２０】
この発明によれば携帯用センサ装置２０は少なくとも二つのセンサ素子、この実施例では二つのセンサ素子４０と４１を含み、それらは運搬台４２上に互いから予め決められた距離に設けられている。各センサ素子の空間的位置は照合ステーション１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃからの各拡散レーザービームから受けたタイムマークに基づいた三角法技術により得られる。これらの位置データはコンピュータ装置４４内で計算され、次いで以下に説明されるであろうように測定点の位置を計算するために同じコンピュータ装置により使用されることができる。距離メータ４３がまた運搬台４２上に設けられている。距離メータ４３はセンサ素子４０と４１を持つライン内に測定ビーム５０を持つ。
【００２１】
距離メータ４３は正確な測定結果を持つことができるべきでかつなお小さくて取扱いが容易であるべきである。この仕事のために適した距離メータの一種はＰＣＴ／ＳＥ９９／０１６１８に記載されており、この仕事のために適した別の距離メータはＥＰ ０７０１７０２−Ｂ１に記載されている。両方のこれらの種類の距離メータは可視測定ビームを用いることができる。第一に述べた距離メータはこれに代えて測定される点を指示するために可視ビームを用いることができ、次いで実際の距離測定のために赤外ビームを用いることができる。これらの特徴はＰＣＴ／ＳＥ９９／０１６１８に更に詳細に記載されており、その内容はここに参照までに組み込まれる。しかし、距離メータの種類は決定的ではない。重要なことはそれが正確な距離測定をなし、小さくて取扱いが容易であることである。
【００２２】
通常、携帯用センサ装置２０の位置が測定されるとき、センサ素子４０の位置は運搬台４２が取り付けられている棒４５上に設けられたコンピュータ装置４４により計算される。
【００２３】
測定が例えばハウス４７の表面４６上の接近し難い測定点５１に対して取られるべきとき、可視レーザービーム５０はその点に向けられる。位置決定はコンピュータ装置４４を介して開始される。コンピュータ装置は上述の技術を用いて照合ステーション１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃにより構成された座標系内のセンサ４０と４１の位置を計算し、測定点５１への距離メータ４３の距離測定を開始し、そして最後に距離メータ４３のセンサに関する既知の位置と一緒にこれらの決定の結果を用いて測定点の位置を計算し、その結果をディスプレイ上に表示し及び／またはメモリ中に記憶する。
【００２４】
素子４０，４１及び４３の位置は好ましくはそれらが棒４５に関して機械的に均衡がとれるようなものである。この方法で操作者は棒を動かし、それを各測定操作中静止状態に保つのが容易である。棒上のコンピュータ装置４４の位置は操作者により取り扱うのが人間工学的であるようなものであるべきである。
【００２５】
二つのセンサを持つ線内の距離測定ビームを持つ上述の配置において、センサを通る軸周りの運搬台の回転は重大ではない。何故ならそれは結果に影響せず、かつこれは通常好ましいからである。もしある理由のためこの配置が可能でないかまたは望ましくないなら、この原理はセンサと共通直線上に距離メータを置くという制限が排除される配置に広げられることができる。
【００２６】
かかる状況は図２Ａに示される。この場合センサ６０Ａ，６０Ｂ及び６０Ｃが面を構成することが必要である。距離メータ６２は二つのセンサに対して始めに述べたのと同じ方法でこれらのセンサに対して固定されかつ既知の関係で取り付けられるべきである。それはコンピュータ６４上の棒６３上に置かれたプラットホーム６１上に置かれて示されている。関心点６６を目指した測定点への距離を決定するために距離メータ６２を用いることにより設置の幾何学が完全に決定される。関心点の位置はコンピュータ６４により計算されることができる（これらの計算は純粋に幾何学に基づいており、当業者なら誰でも実行でき、従って更に説明される必要がない）。
【００２７】
図２Ａは垂直面内に置かれたセンサ６０Ａ，６０Ｂ及び６０Ｃを示す。それらは当然に如何なる面内にも置かれることができる。図２Ｂはそれらが水平面内に、ここでは距離メータ６２′の頂部に設けられたプラットホーム６１′上に、配置されている実施例を示す。距離メータ６２′は逆に杭打ち棒６３′の頂部に置かれている。
【００２８】
図３に示された第三実施例は測量器具７０を含み、それはいわゆるロボット工学的トータルステーションであることができる。それはその距離測定装置として電子距離メータ（ＥＤＭ）を含むことができ、また器具の目標物を向いた方向の水平及び垂直角度を自動的に測定する。かかる器具は単一の反射器または上述の如き変調ＬＥＤ発信器のような活動装置と組み合わされた反射器であることができる目標物を自動的に探索しそれに向けてロックすることができる。反射器または反射器／発信器組み合わせは目標物と呼ばれる。
【００２９】
通常の杭打ち操作では、すなわち棒７３上の目標物の実際の位置が測定されるとき、操作者は測量器具７０が目標物７１に追従しそれへの測定をなすことに注目する。各操作は棒の無線発信器８０により命令され器具７０の無線受信器８１により受信される。全ての他の種類の適当な発信及び受信器が用いられることができる。従って測量器具７０は棒７３に立っている人間７２により制御される。
【００３０】
しかし、接近し難い位置が測定されるとき、ステーション７０は棒７３に置かれた目標物７１または７４を探索し、それにロックする。目標物の発信器部分を電子制御することにより、または機械的に遮蔽することにより、または一つの目標物を見えなくする他の手段により、コンピュータ装置はロボット工学的トータルステーションを目標物７１にまずロックするように次いで目標物７４にロックするように向けることができ、それらの二つの位置を決定することができる。これをなしたら、またはこれと同時にさえ図１に関して検討したのと同じ種類のものである距離メータ７６から関心点７８への距離測定がなされることができる。二つの目標物の位置、距離メータ７６から点７８への距離及び距離メータと二つの目標物間の与えられた相対的位置関係を用いて点７８の位置が計算されることができ、始めに述べたのと同じ方法で表示され及び／またはメモリ中に記憶されることができる。
【００３１】
従って、他の実施例と同様に、携帯用位置センサ手段内の距離メータ７６は可視ビームを発射することができる。距離メータ７６からの可視ビームは測定される接近し難い点７８に向けての少なくとも整合操作時にはその点に向けられる。センサ素子７１と７４は互いに関してかつ距離メータ７６に関して予め決められた位置の位置センサ手段内に設けられる。距離メータ７６の位置及び距離メータのための前記接近し難い点に向いた整合線７７の位置と方向が決定され、その点への測定がなされる。コンピュータ７９は接近し難い点７８の位置を計算する。
【００３２】
ロボット工学的トータルステーションが上述されたとしても、その代わりに有人測量器具を有することはこの発明の範囲内にある。そこでは操作者は反射器に向けての測定を手動でなすことができる。
【００３３】
三つのセンサを用いる図２Ａと２Ｂの形はまたロボット工学的トータルステーションと三つの目標物を用いて実施されることができることは明らかである。
【００３４】
一般的に、この発明は例示的実施例に関して説明されたけれどもその範囲から逸脱することなく改変がなされることができることは理解されるべきである。従って、この発明は説明された実施例に限定されると考えられるべきではなく、全てのその均等物を包含することを意図する請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第一実施例を概略的に示す。
【図２】 図２Ａ及び２Ｂはこの発明の第二実施例を概略的に示す。
【図３】 この発明の第三実施例を概略的に示す。

Claims (12)

1. 測定されるフィールド内に静止的に配置されておりかつ設置または杭打ちされる領域内に照合サイト（単数または複数）を提供する少なくとも一つの静止ステーション手段（１０Ａから１０Ｃ；７０）と、少なくとも二つのセンサ素子を持つ携帯用位置センサ手段（２０，４１から４５；６０Ａから６０Ｃ，６２；７１，７４，７６，８１）とを用いる空間的測位方法であって、各センサ素子の位置がセンサ素子と前記少なくとも一つの静止ステーション手段との間の共働により指示される方法において；
   直接測定のためには接近し難い測定点に対して前記空間的測位方法を測定可能とするために、その方法が次の段階：
   − 前記携帯用位置センサ手段内に可視ビームを発射することのできる距離メータ（４３；６２；７６）を設ける；
   − 測定される接近し難い点に向けての少なくとも整合操作時に可視ビームをその点に向ける；
   − 位置センサ手段内の前記センサ素子（４０，４１；６０Ａから６０Ｃ；７１，７４）を互いにかつ前記距離メータに関して予め決められた位置に設ける；
   − 前記距離メータの位置及び前記距離メータのための前記接近し難い点に向けての整合線の位置と方向を指示する；
   − その点への測定をする；
   − 前記距離メータの測定、前記センサ素子の測定された位置及び距離メータと互いに関しての前記素子の空間的位置に基づいて接近し難い点の位置を計算する；
   を含むことを特徴とする空間的測位方法。
2. 前記センサ素子が二つであり、前記距離メータと一直線に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空間的測位方法。
3. 面を構成する少なくとも三つの前記センサ素子を設けること；前記距離メータを前記センサ素子に関して予め決められた位置と方向に設けることを特徴とする請求項１に記載の空間的測位方法。
4. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段として少なくとも二つの照合ステーションを設けること、そのそれぞれが前記関心領域を横切って少なくとも一つの拡散ビームをスウィープすること；及び各センサ素子がコンピュータと共働する光感知検出器を含むこと；前記照合ステーションからの各拡散レーザービームから受けかつ前記コンピュータにより指示されたタイムマークに基づいて三角法技術を通して各センサ素子の空間的位置を得ることを特徴とする請求項１に記載の空間的測位方法。
5. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段として測量器具を設けること；各センサ素子として少なくとも一つの目標物を設けること、その目標物に対して前記測量器具がその位置を測定しかつ計算するために自動的に向けられることを特徴とする請求項１に記載の空間的測位方法。
6. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段として測量器具を設けること；少なくとも一つの目標物を含む各センサ素子を設けること、その目標物に対して前記測量器具がその位置を測定しかつ計算するために手動的に向けられることを特徴とする請求項１に記載の空間的測位方法。
7. 測定されるフィールド内に静止的に配置されておりかつ設置または杭打ちされる領域内に照合サイト（単数または複数）を提供する少なくとも一つの静止ステーション手段（１０Ａから１０Ｃ；７０）と、少なくとも二つのセンサ素子を持つ携帯用位置センサ手段（２０，４１から４５；６０Ａから６０Ｃ，６２；７１，７４，７６，８１）を持つ空間的測位システムであって、各センサ素子の位置がセンサ素子と前記少なくとも一つの静止ステーション手段との間の共働により指示されるシステムにおいて；
   直接測定のためには接近し難い測定点に対して前記空間的測位システムを測定可能とするために、そのシステムが：
   − 測定される接近し難い点に向けての少なくとも整合操作時にその点に向けられる可視ビームを発射することができかつその点への測定をすることができる前記携帯用位置センサ手段内に設けられた距離メータ（４３；６２；７６）；
   − 前記距離メータの位置と前記距離メータのための前記接近し難い点に向けての整合線の位置と方向を提供するために互いにかつ前記距離メータに関して予め決められた位置を持つ位置センサ手段内の前記センサ素子（４０，４１；６０Ａから６０Ｃ；７１，７４）；
   − 前記距離メータの測定、前記センサ素子の測定された位置、及び距離メータと互いに関しての前記素子の空間的位置に基づいて接近し難い点の位置を計算するためのコンピュータ手段；
   を含むことを特徴とする空間的測位システム。
8. 前記センサ素子が二つであり、前記距離メータと一直線に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の空間的測位システム。
9. 前記センサ素子が面を構成する少なくとも三つであり、前記距離メータが前記センサ素子に関して予め決められた位置と方向を持つことを特徴とする請求項７に記載の空間的測位システム。
10. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段が少なくとも二つの照合ステーションを含み、そのそれぞれが前記関心領域を横切って少なくとも一つの拡散ビームをスウィープすること；及び各センサ素子がコンピュータと共働する光感知検出器を含むこと；前記照合ステーションからの各拡散レーザービームから受けかつ前記コンピュータにより指示されたタイムマークに基づいて三角法技術を通して各センサ素子の空間的位置が得られることを特徴とする請求項７に記載の空間的測位システム。
11. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段が測量器具を含むこと；各センサ素子が少なくとも一つの目標物を含み、その目標物に対して前記測量器具がその位置を測定しかつ計算するために自動的に向けられることを特徴とする請求項７に記載の空間的測位システム。
12. 前記少なくとも一つの静止ステーション手段が測量器具を含むこと；各センサ素子が少なくとも一つの目標物を含み、その目標物に対して前記測量器具がその位置を測定しかつ計算するために手動的に向けられることを特徴とする請求項７に記載の空間的測位システム。

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