JP3861095B2 - 三次元測量システム - Google Patents

Description

この発明は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を利用したＲＴＫ−ＯＴＦ（リアルタイム・キネマティック−オン・ザ・フライ）法を用いて対象領域内で必要となる複数個の観測点の三次元座標を計測する三次元測量システムに関するものである。

三次元測量の一例として、以下に横断測量の概略を述べる。例えば山林に道路が計画される場合、国土地理院が定めた公共測量作業規程に基づいて横断測量が実施される。図５はその横断測量の要領を示したものである。

まず、計画道路の中心線Ａに沿って２０ｍのピッチでセンター杭Ｂを打ち、中心線Ａを直角に横断する観測線Ｃを各杭Ｂの左右に所定の長さで設定する。この観測線Ｃの長さは計画領域の地形に応じて少なくとも３０ｍに選定される。次にセンター杭Ｂの上にレベル測量機やトランシット等の測量機械を据え、観測線Ｃの方向を視認しながらその方向の見通しを確保するために伐採を行う。その後、測量用のポールを持つ補助員が観測線Ｃに沿って移動しながら、測量員が測量機械の設置点から観測線Ｃ上の複数個の各観測点までの距離と高さを順次計測することにより、観測線Ｃに沿う横断面の形状に関する諸データを取得するのである。このような計測作業は測量機械で観測する測量員とポールを持つ補助員の二人一組で行われ、同じ作業が各観測線Ｃごとに繰り返される。
国土地理院制定 「公共測量作業規程」

しかしながら、山の斜面のように傾斜のある土地に道路が計画される場合、道路はほぼ等高線に沿って計画されるから、これに直角な観測線Ｃは必然的に斜面の上下方向を向いたものとなり、図５ではその上側が例えば高くなり、反対に下側が低くなる。このため、特に斜度の大きな斜面や、崖や岩などの障害物が多い現場では、補助員の移動が困難になる場合があるだけでなく、危険な目に遭う可能性が高くなる。しかも各観測線Ｃごとにこれに沿って登り降りを繰り返すために時間がかかると共に疲労が大きくなり、その結果、測量作業全体を効率よく進めることが困難になる場合もあった。

この発明はこのような点に着目し、観測線に沿って上下に移動する必要をなくし、しかも安全且つ効率的に必要な観測点の三次元座標のデータを取得できるようにすることを課題としてなされたものである。

上記の課題を達成するために、この発明の測量システムは、測量の対象領域を規定する区画線とこの区画線内に設定される複数の観測線の位置情報をあらかじめ入力し、これらの区画線と観測線を地形図上に表示する機能を有する表示手段と、現在地の三次元座標をGPSを用いて逐次取得する携帯型の移動局、とを備えた三次元測量システムにおいて、少なくとも上記移動局が観測線上に位置している状態、観測線を横切った状態、及び区画線外に位置している状態の時に、上記移動局の位置を記憶して上記表示手段に表示すると共に、信号音を発してそれぞれの状態であることを報知する機能を有する制御手段を備え、移動局が観測線上に位置している状態、観測線を横切った状態、区画線外に位置している状態をそれぞれ異なる信号音で報知するように構成されたことを特徴とする。

この発明によれば、移動局の軌跡が対象領域内をほぼ万遍なくカバーするように測量員が移動局を携行して移動することにより、軌跡上の各点の三次元座標のデータが逐次記憶される。そして、現在位置が目標とする観測点から外れている場合には、その観測点まで移動して自分の位置を修正すればよく、これによって所定の観測点のデータを順次取得できるのである。なお、測量が前述の傾斜地における横断測量の場合であれば、移動局を携帯した測量員が観測線を横切りながら例えば等高線に沿って斜面をほぼ水平な方向に移動し、次いで少し上に登って（あるいは下に降りて）逆方向に等高線に沿って戻るという動きを主として繰り返せばよいから、従来のように観測線に沿って急斜面の登り降りを繰り返す必要はなく、しかもこの作業は一人で行うことができる。従って、疲労が軽減されると共に作業の効率が向上し、人件費も大幅に低減されることになる。

ここで、移動局が観測線上に位置している時やこれを横切った時、あるいは区画線を横切って区画外に出た時には信号音が発せられるので、観測員はその時に表示手段を見て自分の現在位置や軌跡を確認し、方向の修正やこれから進むべき方向の決定をすればよく、表示手段を常に見ながら移動する必要はない。従って、危険な箇所や普通に歩けないような場所では表示手段から目を離したまま、足元や周囲の状況を目視により十分に把握しながら安全且つ確実に移動することが可能となり、作業時の安全性が向上する。

移動局が観測線上に位置している状態、観測線を横切った状態、区画線外に位置している状態を、それぞれ異なる信号音で報知するようにしたものでは、信号音によってその状態を知ることができる。このため、信号音が発せられるたびに表示手段を見る必要がなくなり、極めて便利であると共に安全性も向上する。

以下、この発明の一実施例について説明する。

図１は、この発明のシステムにより道路計画地において横断測量を行う場合の要領を示したものであり、１は計画道路の中心線、２は中心線上の２０ｍごとの位置を直角に横断して例えば片側３０ｍの長さで設定される観測線、３は観測線２の両端、すなわち中心線１から３０ｍの点を順次結んで中心線１の両側に設定される区画線である。また４は測量員の移動軌跡を例示したものである。図２にシステムの構成を示す。図２において、６はＧＰＳ用の受信アンテナ、７はＧＰＳ受信機、８はモバイルコンピュータであり、９はこれらを携行して移動する測量員を示している。このアンテナ６と受信機７がこの発明における携帯型の移動局を構成しており、モバイルコンピュータ８がこの発明における表示手段と制御手段を構成している。

アンテナ６と受信機７には、ＧＰＳ衛星と電子基準点網を活用して現在地の三次元座標のデータを一定の間隔、例えば１秒ごとに逐次取得する機能を備えたものが使用される。またコンピュータ８には、対象領域の地形図と、中心線１、複数の観測線２、２本の区画線３の各データをあらかじめ入力することにより、そのディスプレイにこれらを表示できる機能と、受信機７から入力される三次元座標のデータを逐次記憶し、これらの二次元座標の位置をディスプレイに表示すると共に、現在地の二次元座標の位置をリアルタイムで表示できる機能を備えたものが使用される。以上の各機器の機能は、従来から知られている機能である。この発明では、コンピュータ８に更に次の機能が備えられる。すなわち、受信機７から入力される現在地の座標データを用いて、現在地が観測線２上に一致している状態、観測線２を横切った状態、区画線３の外に位置した状態を検出し、それぞれ異なる信号音を発してその時の状態を報知する機能である。なおこのような機能は、要求される機能を発揮できるような適宜のソフトウェアの組み込みによって実現されている。

次に図３によって、現在地が観測線２上に位置している状態、これを横切った状態、あるいは区画線３の外に位置している状態の検出と、これらの状態の信号音による報知について説明する。観測線２及び区画線３は、図のように受信機７の感度と精度に応じたある幅ｗを持ったものとなっており、その幅ｗは例えば約１０ｃｍとなっている。

図において、矢印４１は現在地が矢印の方向に移動して来て観測線２内に留まっている状態を示しており、あらかじめ設定された時間だけその状態が持続すると、コンピュータ８は現在地が観測線２上に位置している状態であると判断し、その状態を表す信号音４１ａを発する。また矢印４２は、現在地が矢印の方向に移動して来てあらかじめ設定された時間内に観測線２を通過した状態であり、この時にはコンピュータ８は現在地が観測線２を横切ったと判断し、その状態を表す信号音４２ａを発する。また矢印４３は、現在地が矢印の方向に移動して区画線３を横切り、あらかじめ設定された時間その状態が持続した場合を示しており、この時にはコンピュータ８は現在地が区画線３の外側、つまり対象領域外に出たと判断し、その状態を表す信号音４３ａを発する。各矢印の黒い丸印は上記の判断がなされた時の現在地を例示している。

上記の判断を行うための時間としては、例えば受信機７が現在地の三次元座標を逐次取得する間隔（例えば１秒）あるいはその整数倍が用いられるが、その時間を必要に応じて適宜調整できるようにしてもよい。また、上記の信号音４１ａ、４２ａ及び４３ａはすべて同じものでもよいが、互いに異なるものにすれば、コンピュータ８のディスプレイを見なくてもその時の状態を識別できるので便利であり、安全性も向上する。なお、この信号音には例えば電子ブザー音が用いられるが、これ以外の他の適宜の音を使用してもよく、また音声信号を用いてそれぞれの状態を具体的に報知するようにしてもよい。このように音声を用いる場合には、各状態をより具体的に認識することが可能となる。

この発明のシステムは上述のように構成されているので、測量員９が受信アンテナ６と受信機７及びコンピュータ８を携行し、図１の移動軌跡４のように対象領域内を移動すると、アンテナ６の現在地の三次元座標のデータがコンピュータ８に逐次記憶される。そして観測線２上に位置した時やこれを横切った時、あるいは区画線３を横切って区画外に出た時には信号音が発せられるので、測量員９はその時にディスプレイの表示を見て自分の現在位置やこれまでの軌跡を確認し、方向を修正し、あるいはこれから進むべき方向を決めればよい。信号音が発せられた時の現在位置が目標とする観測点から外れている場合には、その観測点に達するようにそこまで移動して自分の位置を修正するのである。なお、このような修正に伴う軌跡は図１には示されていない。

横断測量以外では観測点は観測線２上にはないのが普通であり、また横断測量でも地形の変化点など追加的に観測しておきたい観測点が観測線２から外れた場所にある場合がある。この時には、その目標とする観測点まで移動すればよいのであり、それによってその位置のデータが自動的に取得される。

このようして、移動軌跡４が対象領域内をほぼ万遍なくカバーし、最終的には選定されたすべての観測点を通過するように観測員９が移動することにより、観測線２上やそれ以外の位置に設定されている各観測点の三次元座標のデータを取得できるのである。この時の測量員９の移動は、例えば複数の観測線２ごとに区間を区切り、一つの区間が終わると隣接区間に移るというような要領で行うことができる。

なお、ディスプレイへの地形図や現在地などの表示は常時行ってもよいが、例えば信号音が発せられた時には自動的に一定時間表示され、それ以外の時は測量員の手動操作に応じて必要な時間だけ表示されるようにしてもよく、これにより電源バッテリーの消耗が軽減される。また、図１に示した移動軌跡４は理想的な場合を例示したものであり、ここでは測量員９は等高線に沿って斜面をほぼ水平方向に移動し、次いで少し中心線１側に近付いて等高線に沿って戻るという動きを繰り返しているが、必ずしもこのような軌跡で移動する必要はなく、現場の状況に応じて臨機応変に移動ルートを選択すればよい。

以上の例は道路計画地に対する横断測量の場合の説明であるが、図４は横断測量以外の測量、例えば計画地が道路のように細長くはない宅地造成地などの場合を示したものである。この場合には、区画線１１は計画地を囲むようにその輪郭に対応する位置に設定されており、観測線１２は区画線１１内を複数の小区画に区分するように所定のピッチで縦横に碁盤の目状に設定される。そして、受信アンテナ６と受信機７及びコンピュータ８を携行した測量員９が区画線１１内を移動し、信号音が発せられるごとにディスプレイの表示を見て現在地やこれまでの軌跡を確認し、目標とする観測点（例えば、縦横の各観測線１２、１２の交点など）を網羅しながら区画線１１内を万遍なく移動することにより、必要な各観測点の三次元座標データを得ることができるのである。なお、公共測量作業規程の制約を受けない測量の場合には、中心線と観測線、あるいは縦横の観測線は必ずしも直交する必要はない。

この発明のシステムは、図１の実施例で説明した横断測量に限られるものではなく、図４のような広い地形での測量など各種の三次元測量に利用することができる。

この発明の一実施例の説明図である。 同実施例におけるシステムの構成を示す概略図である。 同実施例における現在地の判断についての説明図である。 この発明の他の実施例の説明図である。 従来の方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 中心線
２ 観測線
３ 区画線
４ 移動軌跡
６ ＧＰＳ用の受信アンテナ（移動局の一部）
７ ＧＰＳ受信機（移動局の一部）
８ モバイルコンピュータ（表示手段及び制御手段）
９ 測量員
１１ 区画線
１２ 観測線

Claims (1)

1. 測量の対象領域を規定する区画線とこの区画線内に設定される複数の観測線の位置情報をあらかじめ入力し、これらの区画線と観測線を地形図上に表示する機能を有する表示手段と、現在地の三次元座標をGPSを用いて逐次取得する携帯型の移動局、とを備えた三次元測量システムにおいて、少なくとも上記移動局が観測線上に位置している状態、観測線を横切った状態、及び区画線外に位置している状態の時に、上記移動局の位置を記憶して上記表示手段に表示すると共に、信号音を発してそれぞれの状態であることを報知する機能を有する制御手段を備え、移動局が観測線上に位置している状態、観測線を横切った状態、区画線外に位置している状態をそれぞれ異なる信号音で報知するように構成されたことを特徴とする三次元測量システム。

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