JP3974491B2

JP3974491B2 - 地形計測方法及び装置

Info

Publication number: JP3974491B2
Application number: JP2002286427A
Authority: JP
Inventors: 達典佐田; 愼一大津; 長谷川　　功
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004125452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元レーザスキャナーを用いた地形計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元レーザスキャナーによる地形計測は、三次元レーザスキャナーから投射されるレーザを、例えば、水平方向３３０度、垂直方向８０度の範囲でスキャニングさせ、計測対象物から反射してくるレーザを受信して、その方向と距離を計測することで、三次元レーザスキャナーの原点を基準とした座標系の位置データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）を求めるようになっている。なお、三次元レーザスキャナーの計測可能範囲は、例えば、三次元レーザスキャナーの軸心を基準として、２ｍから３５０ｍの範囲となる。また、５分間の計測で最大約２００万点の計測が可能である。また、計測対象物から反射してきたレーザは、ＲＧＢの色情報を持っているので、ディジタルカメラで撮影した写真のような立体画像を再現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような三次元レーザスキャナーにおける地形計測においては、複数の計測位置で計測した位置データを合成してレンダリング画像を生成するために、計測対象となる地形を現地座標（緯度、経度、高度）に変換した現地座標データが要求される。このため、通常は、前記レーザスキャナーのスキャニング領域内に、ＧＰＳシステム等で正確に計測された少なくとも３個所に現地座標データの基準点となるターゲットを配置し、三次元レーザスキャナーで計測した位置データを該ターゲットの現地座標に基づいて座標変換する必要があった。このため、計測位置を移動するたびに、ターゲットも移動させ、該ターゲットの位置を正確に計測しなければならず、作業性を低下させる要因になっている。
【０００４】
前記の事情に鑑み、本発明は、三次元レーザスキャナーを用いた地形計測における計測位置の移動を容易にして、地形計測作業の作業性を向上させることができる地形計測方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の計測位置で、それぞれ、三次元レーザスキャナー（１２）により、該三次元レーザスキャナー（１２）と一体に配置された少なくとも３個のターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を含む計測対象領域内の複数の計測点を、該三次元レーザスキャナー（１２）の原点を基準とする座標系の計測データとして取得し、
前記各ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と共体に配置されたＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）により受信した衛星波より、各計測位置における各ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の現地座標を計測し、
前記各計測位置で計測された各測定点の計測データを、それぞれ前記ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の現地座標に基づいて現地座標データに変換し、
変換された各現地座標データを合成してレンダリング画像を生成するようにした。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、
前記レンダリング画像の中から、予め指定された間隔で格子点データを抽出し、
前記格子点データに基づき、対象となる領域の容積を演算し、該演算結果に基づいて地山を掘削して排出される土量を演算するようにした。
【０００７】
請求項３に係る発明は、計測対象物に向けてレーザ光を投射し、該計測対象物からの反射光を受光して、計測対象物までの方向と距離を計測する三次元レーザスキャナー（１２）と、
それぞれ、前記三次元レーザスキャナー（１２）の走査領域に位置するように該三次元レーザスキャナー（１２）と共体に配置されたターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と、
それぞれ、前記各ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と一体に配置された少なくとも３個のＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）と、
前記ＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）で受信した衛星波に基づいて、前記各ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の現地座標を演算する現地座標演算装置（２０）と、
前記三次元レーザスキャナー（１２）で取得した計測データを、前記現地座標データに変換すると共に、各現地座標データを合成して、レンダリング画像を生成する主演算装置（２１）と、を設けて構成される。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の発明において、
自走車両（２）を有し、
前記三次元レーザスキャナー（１２）、ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）及びＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）と、
少なくとも、前記三次元レーザスキャナー（１２）で計測された計測データを記録する記録手段（２１）と、
前記ＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の現地座標を演算記録する演算記録手段（２０）と、を前記自走車輛（２）に搭載して構成される。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項３または４記載の発明において、
前記ＧＰＳアンテナ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を前記ターゲット（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に対し、前記三次元レーザスキャナー（１２）のレーザ光投射方向に揺動自在に支持させて構成される。
【００１０】
なお、括弧内の符号等は、図面と対照するためのものであり、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであって、特許請求の範囲に何等影響を及ぼすものではない。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、三次元レーザスキャナー、ターゲット及びＧＰＳアンテナを一体に配置しているので、該三次元レーザスキャナーによる現地の計測中に、該ターゲットの現地座標を計測することができ、作業性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、地山を掘削して排出される排土の土量を事前に計算することができ、地山の掘削工事における運搬用の車両の手配等、より正確な工程管理を行なうことができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、三次元レーザスキャナー、ターゲット及びＧＰＳアンテナを一体に配置しているので、該三次元レーザスキャナーによる現地の計測中に、該ターゲットの現地座標を計測することができ、作業性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によると、自走車輛により地形計測装置の移動が容易であり、計測作業の機動性を向上させ、作業性をより向上させることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明によると、ターゲットの位置を計測した後は、ＧＰＳアンテナをターゲットの陰に隠すことができ、ＧＰＳアンテナによる計測の死角を小さくして、より高精度のレンダリング画像を生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は、本発明による地形計測装置を自動車の搭載した状態を示す平面図、図２は、図１の地形計測装置の側面図、図３は、本発明による地形計測装置の構成を示すブロック線図、図４は、図３に示す各演算装置における処理過程を示すプログラムフローチャート、図５は、計測位置の設定方法を示す平面図、図６は、計測領域に対する各計測位地からの計測状態を示す平面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、地形計測装置１は、自動車２の屋根上に固定され、中央部から同一平面内に略等間隔で放射方向（図１では３方向）に突出する支持部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えたフレーム１１を有している。該フレーム１１の中央部に、三次元レーザスキャナー１２が固定されている。
【００１９】
前記三次元レーザスキャナー１２は、図示していないが、レーザ発振器と、該レーザ発振器で発振されたレーザ光の進行方向を計測対象物に向けて偏向させる反射鏡と、計測対象物で反射され、帰還したレーザ光を受光する受光手段と、前記反射鏡及び受光手段を水平方向（図１の矢印Ａ方向）に旋回させる水平走査手段と、前記反射鏡及び受光手段を垂直方向（図２の矢印Ｂ方向）に旋回させる垂直走査手段と、該三次元レーザスキャナー１２の原点からの水平方向の走査角度を検出する第１の検出手段と、同じく垂直方向の走査角度を検出する第２の検出手段と、レーザ光の出射タイミングと前記受光手段が計測対象物で反射された反射光を受光した受光タイミングに基づいて計測対象物（計測点）までの距離を計測する距離計測手段等を有している。
【００２０】
前記フレーム１１の支持部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端部には、それぞれ前記三次元レーザスキャナー１２と対向する面（正面）に反射シートで形成されるターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃを貼付したホルダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが固定されている。前記ターゲットホルダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃには、それぞれピン１５を介してアーム１６が揺動自在に支持され、該アーム１６にＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが固定されている。前記アーム１６は、それぞれ、図示しない駆動源により揺動駆動され、前記ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを,図２に実線で示す計測位置（ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの上方）と、図２に二点鎖線で示す退避位置（ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの背面）の間で矢印Ｃ方向に揺動するようになっている。
【００２１】
図３に示すように、前記ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃには、それぞれＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃが接続されている。該ＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、該ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで受信した衛星波から、各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標（緯度、経度、高度）を演算する。なお、ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標は、所定の時間間隔で複数回繰り返し計測し、その平均値を取ることによりＧＰＳシステムの誤差（２０ｍｍ程度）をより小さくすることができる。
【００２２】
ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等で構成される現地座標演算装置２０は、前記ＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃで演算したＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標を記録する。そして、所定の計測回数の計測が終了した後、各ＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃごとに演算された現地座標の平均値を演算し、該平均値をＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標として記録する。また、現地座標演算装置２０は、ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと前記ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃとの相対位置（三次元レーザスキャナー１２の軸心と平行な方向（垂直方向）の距離ｈと、三次元レーザスキャナー１２の軸心から放射方向（水平方向）の距離ｌ）に基づいて、前記ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標を演算し、その結果を記録する記録機能を有している。さらに、現地座標演算装置２０は、前記ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標を主演算装置２１２に送信する。
【００２３】
ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等で構成された主演算装置２１は、前記三次元レーザスキャナー１２と前記現地座標演算装置２０に接続されている。該主演算装置２１は、前記現地座標演算装置２０から送られてくる前記ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標（特に高さ方向の座標値）から、地形計測装置１の傾きと、該傾きによる計測データの補正式を演算する演算機能と、また、該主演算装置２１は、前記現地座標演算装置２０から送られてくる前記各ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標（緯度、経度、高さ）から、前記三次元レーザスキャナー１２の原点の現地座標を演算する演算機能を有している。
【００２４】
また、主演算装置２１は、前記三次元レーザスキャナー１２から送られてくる各計測点に対応する前記反射鏡（図示せず）と受光手段（図示せず）の水平方向の走査（揺動）角度と、垂直方向の走査（揺動）角度および距離等の計測データから、該三次元レーザスキャナー１２の原点を基準とする位置データ（三次元レーザスキャナー１２の原点を基準としたＸ、Ｙ、Ｚ座標）を演算する演算機能を有している。さらに、該主演算装置２１は、前述したように、前記三次元レーザスキャナー１２の原点の現地座標と、前記地形計測装置１の傾斜による計測データの補正式と、前記位置データに基づいて、各計測点の現地座標データを演算する演算機能を有している。
【００２５】
さらに、主演算装置２１は、複数の計測位置で計測された計測点の現地座標データを合成し、レンダリング画像データを生成する演算機能や、その他必要な演算機能を有している。
【００２６】
また、前記主演算装置２１は、該三次元レーザスキャナー１２から順次送られてくる個々の計測点における水平方向の走査角度と垂直方向の走査角度及び距離等の計測データ、該計測データから演算された個々の計測点の位置データ、各計測点の現地座標データ、合成されたレンダリング画像、その他必要なデータを記録する複数の記録エリアを備え、それぞれのデータを分離して記録する記録機能を備えている。
【００２７】
このような構成の地形測定装置における地形測定手順を、図４に示すプログラムフローチャートに従って説明する。
【００２８】
予め、計測対象となる現地を何個所から計測するか、その計測位置を設定しその数Ｎを指定する（図４のステップＳ１、以下、単にステップＳ○と言う）。なお、計測位置の数Ｎは、現地の地形に応じて、計測結果に死角が発生しないように適宜設定する。
【００２９】
前記計測位置の設定は、次のように行う。まず、図５に示すように、計測対象となる現地の地図２９（平面図）上に、計測対象となる計測領域３０を書き込む。次いで、該地図２９上に任意の点Ａａ（計測領域３０の外側だけでなく内側であっても良い）を設定する。該点Ａａを通る直線Ａと、該直線Ａと所定の間隔で平行な直線Ｂ〜Ｚを書きこむ。同様に、前記点Ａａを通り前記直線Ａと直交する直線ａと、該直線ａと所定の間隔で平行な直線ｂ〜ｎを書き込む。なお、直線Ａ〜Ｚと、直線ａ〜ｎのそれぞれの間隔は、前記三次元レーザスキャナー１２の計測可能な距離（前記の例では、半径３５０ｍ）と、計測領域３０内の地形によって設定する。以下、例えば、直線Ａ〜Ｚと、直線ａ〜ｎのそれぞれの間隔を、２５０ｍとした場合について説明する。
【００３０】
２５０ｍ間隔で引かれた直線Ａ〜Ｚと、直線ａ〜ｎの交点Ａａ、Ａｂ、・・、Ｚｍ、Ｚｎ（計３３８点）を、計測位置Ａａ、Ａｂ、・・、Ｚｍ、Ｚｎとして設定する。ただし、例えば、図５の右上に示すように、計測位置Ａｍ、Ａｎ、Ｂｍ、Ｂｎで囲まれる領域３１のように、その領域３１内に計測領域３０が存在しない場合には、計測位置Ａｎ、Ｂｎにおける計測を省略することができる。
【００３１】
計測位置Ａａ、Ａｂ、・・、Ｚｍ、Ｚｎを前記のように設定した場合、例えば、図６に示すように、計測位置Ａａでは、隣接する計測位置Ａｂ、Ｂａを含み、計測位置Ｂｂを通る円Ａａ１内の計測を行うことができる。また、計測位置Ａｂでは、隣接する計測位置Ａａ、Ａｃ、Ｂｂを含み、計測位置Ｂａ、Ｂｃを通る円Ａｂ１内の計測を行うことができる。また、計測位置Ｂａでは、隣接する計測位置Ａａ、Ｂｂ、Ｃａを含み、計測位置Ａｂ、Ｃｂを通る円Ｂａ１内の計測を行うことができる。また、計測位置Ｂｂでは、隣接する計測位置Ａｂ、Ｂａ、Ｂｃ、Ｃｂを含み、計測位置Ａａ、Ａｃ、Ｃａ、Ｃｂを通る円Ｂｂ１内の計測を行うことができる。
【００３２】
即ち、計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂで囲まれる領域３１内は、該領域を囲う４方向の計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂから計測されることになる。従って、一方向から計測した場合に、立ち木、岩石等により、前記三次元レーザスキャナー１２からは死角となる部分があっても、他の３方向から計測することにより前記死角部分の計測を行うことができる。
【００３３】
自動車２を走行させ、地形計測装置１を予め指定された計測位置Ａａ（又は、Ａｂ〜Ｚｎの何れか）へ移動させる。（ステップＳ２）。地形計測装置１を設置する計測位置Ａａ（又は、Ａｂ〜Ｚｎの何れか）は、地図上で指定された位置の付近（例えば、半径２５ｍ以内）であればよい。また、地形計測装置１は、必ずしも水平に設置する必要はなく、傾斜した状態であってもよい。
【００３４】
三次元レーザスキャナー１２と主演算装置２１に、１個所の計測位置Ａａ（又は、Ａｂ〜Ｚｎ）における計測点の数ｐを設定する（ステップＳ３）。三次元レーザスキャナー１２の走査範囲（水平方向３３０度、垂直方向８０度、距離２〜３５０ｍ）の中で、幾つの計測点の位置を計測するか、計測の目的に合わせその数ｐを設定する。三次元レーザスキャナー１２は、設定された計測点の数ｐに合わせ、前記走査範囲内に計測点が均等に分布するように、三次元レーザスキャナー１２の内部に配置された反射鏡の水平、垂直方向の揺動角を演算し設定する。
【００３５】
三次元レーザスキャナー１２は、設定された各計測点ごとの反射鏡の水平、垂直方向の揺動角に合わせ、反射鏡を駆動させ、３個のターゲットターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃを含む計測点の計測を行ない、その結果（計測データ）を主演算装置２１に送る。該主演算装置２１は、前記三次元レーザスキャナー１２から送られてきた計測データを記録部の所定のエリアに記録する（ステップＳ４）。計測点の計測は、各計測点ごとに、それぞれ三次元レーザスキャナー１２の原点位置に対する反射鏡の水平、垂直方向の各揺動角と計測点までの距離を、計測データとして検出することにより行なう。
【００３６】
主演算装置２１は、各計測点ごとに記録部の所定のエリアに記録した計測データを呼び出し、前記三次元レーザスキャナー１２の原点を基準とした位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）データに変換し、記録部の所定のエリアに記録する（ステップＳ５）。
【００３７】
主演算装置２１が、各計測点の位置データを記録するごとに、予め設定された計測点の数ｐから１づつ減算し（ステップＳ６）、計測点の数ｐが０であるか否かを判定（ステップＳ７）して、計測点の数ｐが０になるまで、前記ステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返す。
【００３８】
一方、前記ステップＳ３〜ステップＳ７と平行して、ＧＰＳシステムによるＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標の計測を行なう。まず、計測回数ｎを設定する（ステップＳ１１）。ＧＰＳシステムにおいては、その位置検出において数ｃｍの誤差が発生する。この誤差は、同一位置で複数回繰り返し計測を行ないその平均値を算出することで、小さくすることができる。
【００３９】
各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで衛星波を受信（ステップＳ１２）し、その衛星波をそれぞれ対応するＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃに送る。該ＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標（緯度、経度、高度）を演算し、その結果を、現地座標演算装置２０に送る。該現地座標演算装置２０は、該ＧＰＳ受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃから送られてきた各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標を記録部の所定のエリアに記録する（ステップＳ１３）。
【００４０】
現地座標演算装置２０が、各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標を記録するごとに、予め設定された計測回数ｎから１づつ減算し（ステップＳ１４）、計測回数ｎが０であるか否かを判定（ステップＳ１５）して、計測回数ｎが０になるまで、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１５を繰り返す。
【００４１】
所定回数の計測が終わると、現地座標演算装置２０は、記録部に記録した各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標を、それぞれ各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃごとに呼び出して、緯度、経度、高度についてそれぞれ平均値を演算し、該平均値を、それぞれ各ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標と決定し、記録部の所定のエリアに記録する。また、決定されたＧＰＳアンテナ１７ａ（又は、１７ｂ、１７ｃ）の現地座標と、前記ターゲット１３ａ（又は、１３ｂ、１３ｃ）との相対位置（図２に示す水平方向の距離ｌと、垂直方向の距離ｈ）に基づいて、前記ターゲット１３Ａ（又は、１３ｂ、１３ｃ）の現地座標を演算し、記録部の所定のエリアに記録する。さらに、該ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標を主制御装置２１へ送る（ステップＳ１６）。
【００４２】
なお、ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの現地座標の計測が終了したら、ＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃをターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの背面に移動させることにより、三次元レーザスキャナー１２から見て、ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃとＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの影になる部分（死角）の面積を減らすことができる。
【００４３】
即ち、図２に示すように、前記三次元レーザスキャナー１２から投射されるレーザ光が、前記ホルダ１４ａ（又は、１４ｂ、１４ｃ）とＧＰＳアンテナ１７ａ（又は、１７ｂ、１７ｃ）で反射される。このため、矢印Ｅの範囲では、常にホルダ１４ａ（又は、１４ｂ、１４ｃ）とＧＰＳアンテナ１７ａ（又は、１７ｂ、１７ｃ）の位置を計測することになる。従って、その後方の地形を計測することができず、三次元レーザスキャナー１２の死角となる。
【００４４】
前記のように、ＧＰＳアンテナ１７ａ（又は、１７ｂ、１７ｃ）をそれぞれホルダ１４ａ（又は、１４ｂ、１４ｃ）の後方の退避位置へ移動させることにより、該ＧＰＳアンテナ１７ａ（又は、１７ｂ、１７ｃ）で遮られていた矢印Ｆの範囲の地形の計測が可能になる。即ち、三次元レーザスキャナー１２の死角は、矢印Ｇの範囲（矢印Ｅの範囲−矢印Ｆの範囲）とすることができる。
【００４５】
主演算装置２１は、現地座標演算装置２０から送られてきた各ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標を、記録部の所定のエリアに記録させる。また、該各各ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標から、地形計測装置１の傾きと、該傾きによる位置データの補正式を演算し、記録部の所定のエリアに記録する。また、該ターゲット１３ａ、１３ｂ、１３ｃの現地座標から、前記三次元レーザスキャナー１２の原点の現地座標を演算し、記録部の所定のエリアに記録する（ステップＳ２１）。
【００４６】
主演算装置２１は、記録されている前記三次元レーザスキャナー１２の原点の現地座標と、各計測点の位置データと、補正式に基づいて、各計測点の位置データを、全ての計測位置Ａａ〜Ｚｎに共通する現地座標（緯度、経度、高さ）に基く現地座標データに変換し、該現地座標データを記録部の所定のエリアに記録させる（ステップＳ２２）。
【００４７】
１個所の計測位置Ａａ（又は、Ａｂ〜Ｚｎの何れか）における全ての計測点の計測が終了したら、先に設定した計測位置の数Ｎから１を減算し（ステップＳ２３）、計測位置の数Ｎが０であるか否かを判定（ステップＳ２４）する。主演算装置２１は、測定位置の数Ｎが０の場合には、計測作業の終了を表示する。また、計測位置の数Ｎが０でない場合には、計測位置の移動を表示する。計測位置の移動が表示された場合には、該表示に従い地形計測装置１を次の計測位置Ａｂ（又は、Ａｃ〜Ｚｎの何れか）に移動させ、前記ステップＳ２〜ステップＳ２４を繰り返す。
【００４８】
全ての計測位置Ａａ〜Ｚｎにおける計測が終了すると、主演算装置２１は、その記録部に記録された各計測位置Ａａ〜Ｚｎにおける各計測点の現地座標データを順次呼び出し、三次元（縦、横、高さ）の軸が設定された平面（主演算装置２１内に設定された仮想平面）に、現地座標データをプロットして計測領域３０内の地形を生成する。そして、全ての計測位置Ａａ〜Ｚｎで計測した計測点の現地座標データをプロットすることにより、レンダリング画像を生成する（ステップＳ２５）。
【００４９】
例えば、計測位置Ａａで計測した計測点の現地座標データを前記平面にプロットする。すると、該平面には、図６に示す円Ａａ１内の計測点に対応する現地座標データがプロットされることになる。即ち、計測位置Ａａで計測した計測点の現地座標データでは、計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂで囲まれた領域３１と、その周辺部の地形が生成される。
【００５０】
計測位置Ａａで計測した計測点の現地座標データがプロットされた前記平面に、計測位置Ａｂで計測した計測点の現地座標データをプロットする。すると、該平面には、図６に示す円Ａｂ１内の計測点に対応する現地座標データがプロットされる。即ち、計測位置Ａｂで計測した計測点の現地座標データでは、計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂで囲まれた領域３１と、計測位置Ａｂ、Ａｃ、Ｂｂ、Ｂｃで囲まれた領域３１、及びその周辺部の地形が生成される。
【００５１】
このとき、計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂで囲まれた領域３１には、計測位置Ａａで計測した計測点の現地座標データと、計測位置Ａｂで計測して計測点の現地座標データがプロットされ、計測位置Ａｂ、Ａｃ、Ｂｂ、Ｂｃで囲まれた領域３１に比べ約２倍の現地座標データがプロットされることになる。従って、計測位置Ａａで計測した際に発生した死角による現地座標データの空白域も、計測位置Ａｂで計測し計測点の現地座標データで埋めることができ、より正確な地形を生成することができる。
【００５２】
以下、同様にして、計測位置Ａｃ〜Ｚｎで計測した計測点の現地座標データを前記平面にプロットすることにより、各計測位置Ａａ〜Ｚｎにおける計測結果を合成して、計測領域３０内の地形を生成することができる。そして、前記平面にプロットされた現地座標データの、現地座標（特に、緯度、経度）上で互いに隣接する複数の点を線分で接続することにより地形モデリングし、該モデリングした地形からレンダリング画像を生成する。
【００５３】
このように、例えば、計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂで囲まれた領域３１には、少なくとも計測位置Ａａ、Ａｂ、Ｂａ、Ｂｂの４方向から計測された現地座標データがプロットされている。従って、地形計測装置１のホルダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃやＧＰＳアンテナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃによって発生する、前記三次元レーザスキャナー１２の死角による空白域の無い高精度なレンダリング画像を形成することができる。
【００５４】
生成されたレンダリング画像は、主演算装置２１のディスプレイに表示し、あるいはカラープリンタ等で印刷して表示する（ステップＳ２６）ことができる。このとき、各計測点における現地座標データに色彩情報が含まれるようにしておけば、デジタルカメラで撮影した写真のように表示させることもできる。
【００５５】
レンダリング画を生成したのち、土量の算出の要否を判定する（ステップＳ２７）。土量を算出する必要がない場合には、計測作業を終了する。
【００５６】
土量を算出する場合には、生成されたレンダリング画像に表示された地形の中から格子点を抽出し、各格子点の座標を記録する（ステップＳ２８）。前記格子点は、予め指定された高さに基づいて、レンダリング画像内に指定された高さの等高線を発生させ、該等高線の中の一点を基点とし、予め指定された間隔で緯度、経度、高さに沿った複数の平行線を発生させる。そして、各平行線とモデリングされた地形の図形とが交差する点を抽出して、格子点とする。なお、格子点の間隔は、必要に応じて、例えば、数ｃｍから数ｍの範囲で適宜設定する。
【００５７】
抽出された格子点に基づいて、地形の土量（容積）を演算し（土量の演算は、メッシュ法、断面法等により行なうことができる）、演算された土量に所定の係数を乗じて、地山を掘削したときに発生する排土量を演算する（ステップＳ２９）。前記係数は、地山を形成する土石を掘削したときに、掘削によりほぐされた土石の容積が膨張する比率であり、地山を構成する土石の種類により異なる。そして、演算結果を記録すると共に、主演算装置２１のディスプレイに表示し、あるいはプリンタ等で印刷して表示する（ステップＳ３０）。
【００５８】
前記の実施の形態においては、前記レンダリング画像の生成、あるいは、該レンダリング画像に基づく土量の演算について説明したが、生成されたレンダリング画像の内、所要の高度より高い部分を消去することにより、地山掘削後の地形を画像として生成することもできる。
【００５９】
なお、前記実施の形態においては、地形計測装置１が自動車２に搭載されている場合について説明したが、自動車２のような自走車輛に搭載すること無く、地形計測装置１を人手により移動させ、計測位置に設置するようにしてもよい。
【００６０】
また、前記実施の形態では、現地座標演算装置２０と主演算装置２１を地形計測装置１に接続したものについて説明したが、計測現場で地形計測装置１に、ＩＣメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ、磁気テープなどの記録部を接続し、計測現場では計測のみを行ない、計測現場とは全く別の事務所に演算装置を設置して演算処理を行なう等、計測と演算処理を分離して行なうようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地形計測装置の一例を自動車の搭載した状態を示す平面図。
【図２】図１の地形計測装置の側面図。
【図３】本発明による地形計測装置の構成の一例を示すブロック線図。
【図４】図３に示す各演算装置における処理過程の一例を示すプログラムフローチャート。
【図５】計測位置の設定方法の一例を示す平面図。
【図６】計測領域に対する各計測位地からの計測状態の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１…地形計測装置
２…自走車輛（自動車）
１２…三次元レーザスキャナー
１３ａ〜１３ｃ…ターゲット
１７ａ〜１７ｃ…ＧＰＳアンテナ
２０…現地座標演算装置
２１…主演算装置

Claims

複数の計測位置で、それぞれ、三次元レーザスキャナーにより、該三次元レーザスキャナーと一体に配置された少なくとも３個のターゲットを含む計測対象領域内の複数の計測点を、該三次元レーザスキャナーの原点を基準とする座標系の計測データとして取得し、
前記各ターゲットと共体に配置されたＧＰＳアンテナにより受信した衛星波より、各計測位置における各ターゲットの現地座標を計測し、
前記各計測位置で計測された各測定点の計測データを、それぞれ前記ターゲットの現地座標に基づいて現地座標データに変換し、
変換された各現地座標データを合成してレンダリング画像を生成する、ことを特徴とする、地形計測方法。
前記レンダリング画像の中から、予め指定された間隔で格子点データを抽出し、
前記格子点データに基づき、対象となる領域の容積を演算し、該演算結果に基づいて地山を掘削して排出される土量を演算する、ことを特徴とする、請求項１記載の地形測定方法。
計測対象物に向けてレーザ光を投射し、該計測対象物からの反射光を受光して、計測対象物までの方向と距離を計測する三次元レーザスキャナーと、
それぞれ、前記三次元レーザスキャナーの走査領域に位置するように該三次元レーザスキャナーと一体に配置された少なくとも３個のターゲットと、
それぞれ、前記各ターゲットと共体に配置されたＧＰＳアンテナと、
前記ＧＰＳアンテナで受信した衛星波に基づいて、前記各ターゲットの現地座標を演算する現地座標演算装置と、
前記三次元レーザスキャナーで取得した計測データを、前記現地座標データに変換すると共に、該現地座標データを合成して、レンダリング画像を生成する主演算装置と、を設けた、地形計測装置。
自走車両を有し、
前記三次元レーザスキャナー、ターゲット及びＧＰＳアンテナと、
少なくとも、前記三次元レーザスキャナーで計測された計測データを記録する記録手段と、
前記ＧＰＳアンテナの現地座標を演算記録する演算記録手段と、を前記自走車輛に搭載した、ことを特徴とする、請求項３記載の地形計測装置。
前記ＧＰＳアンテナを前記ターゲットに対し、前記三次元レーザスキャナーのレーザ光投射方向に対して退避自在に支持させた、ことを特徴とする、請求項３または４記載の地形計測装置。