JP4206568B2 - 自動測量システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲット側からの遠隔操作により自動測量機を制御して、測量を行う自動測量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動回転駆動機能及び自動視準機能を有するセオドライト、トータルステーションなどの自動測量機を、ターゲット側から無線で遠隔操作することができる自動測量システムが知られている。この自動測量システムによれば、ターゲット側にいるオペレータ一人の操作により測量が可能となる。
【０００３】
図１０は、従来の自動測量システムの概略構成図である。図１０において、自動測量機１は無線装置２と接続する。そして、ターゲット３側にいるオペレータ（図示せず）は、無線装置２’と接続するコントローラ５を用いて、自動測量機１を遠隔操作する。図１１は、従来の自動測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。図１１において、まず、ステップＳ１において、コントローラ５からの指示に従って、自動測量機１は少なくとも水平面で自動回転し、ターゲット３を自動捜索する。ターゲット３は例えばＬＥＤ（発光ダイオード）のような発光素子を備え、自動測量機１はＣＣＤ（電荷結合素子）のような受光素子を備える。そして、自動測量機１は回転中にターゲット３からの光を受光すると停止する。これで、自動捜索は完了し、自動測量機１はほぼターゲット３の方向へ向く。
【０００４】
次に、ステップＳ２において、自動測量機１は自動視準を行う。自動視準はターゲット３を正確（数秒以内）に視準する工程である。即ち、自動測量機１は、ターゲット３からの光を内部の受光素子で受光し、視準軸中心に合うまで微動旋回する。そして、ステップＳ３において、自動測量機１は、視準軸中心に合った位置で測量（測距、測角）を行う。さらに、ステップＳ４において、自動測量機１は、その測量データを内部の記憶装置に保存するとともに、無線装置２、２’を介してコントローラ５に転送する。このような手順により、ターゲット３側にいるオペレータ一人の操作により測量が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動測量システムでは、上記自動視準の視準精度（数秒以内）を確保するために、ターゲット３が自動測量機１の視野（数度程度）内に入ってから自動視準は行われる。そのため、自動視準を行う前に、ターゲット３からの光を検出するための自動捜索（ステップＳ１）が必要となる。
【０００６】
しかしながら、この自動捜索では、自動測量機１を無作為に回転させるため、ターゲット３からの光を検出するために多くの時間を要する。これは、結果的に、測量時間の増大を招く。また、オペレータが自動測量機１の回転方向や回転領域を指定可能な場合であっても、自動測量機１から遠隔（例えば数百メートル）のターゲット３側にいるオペレータの目視に基づく操作では、自動測量機１の向きを把握することは困難である。結局、自動測量機１は無作為な回転をしながら、ターゲット３からの光を自動捜索することとなり、上記と同様に、測量時間の増大を招く。
【０００７】
そのため、測量時間に関しては、自動測量機１側にもオペレータを配置し、そのオペレータがターゲット側のオペレータと交信しながら手動で自動測量機１を回転制御するほうが速い。このように、測量時間の増大が、ターゲット側にいる一人のオペレータの操作により測量を可能とする自動測量システムの普及の妨げとなっていた。
【０００８】
従って、本発明の目的は、測量時間を短縮できる自動測量システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の自動測量システムには、ターゲット側に照準器とその姿勢を検知する姿勢検知センサが設けられ、自動測量機にターゲットの概略方向が伝えられる。これにより、自動測量機はすぐにターゲットの存在する方向に回転することができ、素早くターゲットからの光を捕らえることが可能となる。従って、ターゲットを捜索する自動捜索工程の時間を短縮することができ、測量時間の短縮が達成される。また、自動捜索工程時間を短縮するために、自動測量機側にオペレータを配置する必要がなくなる。従って、ターゲット側のオペレータ一人によって、短時間で測量が可能な効率的な自動測量システムが実現される。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明の自動測量システムは、ターゲット側からの遠隔操作により自動測量機を制御して、測量を行う自動測量システムにおいて、照準器と、基準方向に対する前記照準器の照準方向の回転角を検知する姿勢検知センサとを備え、前記自動測量機は、前記照準器の照準方向が前記ターゲット側から前記自動測量機へ向いている状態において前記姿勢検知センサにより検知される回転角に応じて回転し、前記照準器及び姿勢検知センサは、前記ターゲット側から前記自動測量機を遠隔操作するオペレータの頭部に取り付けられることを特徴とする。これにより、自動測量器は、無作為に回転氏ながら、ターゲットのある方向を捜索することなく、ターゲット方向にすぐに向くことができる。
【００１１】
また、好ましくは、自動測量機は、回転角に応じて回転してもターゲットからの光を検出しない場合、回転角前後の所定範囲を回転してもよい。これにより、捜索する範囲を、ターゲットの存在する確率の高い範囲に限定することができるので、自動捜索にかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における自動測量システムの構成図である。図１において、自動測量機１は、自動回転駆動機能、自動視準機能を有するトータルステーションやセオドライトのような測量機である。自動測量機１は、マイクロコンピュータを内蔵し、所定の測量プログラムに従った演算処理を実行する。さらに、自動測量機１は、無線装置２と接続し、ターゲット３側で無線装置２’と接続するコントローラ５と双方向通信可能である。即ち、ターゲット３側にいるオペレータがコントローラ５を操作することにより、コントローラ５から制御指令が自動測量機１へ送信される。これにより、自動測量機１は遠隔操作される。一方、自動測量機１からコントローラ５へは測量データなどが転送される。
【００１４】
また、自動測量機１は、内蔵する受光素子によりターゲット３からの光を検出して視準を行う。ターゲット３は、プリズムのような光反射手段又はＬＥＤのような発光素子を備える。自動測量機１が発光素子を有する場合、自動測量機１から発光される光は、ターゲット３のプリズムなどで反射され、自動測量機１はターゲット３からの反射光を検出する。また、ターゲット３が発光素子を有する場合、自動測量機１はターゲット３から発光される光を検出する。さらに、ターゲット３を測量点上に正確に設置するために、ターゲット３は水準器（図示せず）を備え、一脚又は三脚に取り付けられる。ターゲット３側のオペレータは、水準器を見て、ターゲット３を正確に鉛直に立てる。
【００１５】
さらに、本発明の実施の形態における自動測量システムは、ターゲット３側に本発明に特徴的な姿勢検知センサ７及び照準器８を備える。
【００１６】
図２は、姿勢検知センサ７と照準器８の設置形態の第一の例を示す図である。図２において、姿勢検知センサ７は、オペレータ４がかぶるヘルメット６上に取り付けられる。姿勢検知センサ７は、例えば、少なくとも一軸（例えば水平面に垂直な軸）の回転角を検出することができるジャイロである。ジャイロは角速度を検出するセンサであって、検出される角速度を積分することにより、基準方向に対する回転角を求めることができる。本発明の実施の形態では、例えば、小型のセンサを実現できる振動型ジャイロが用いられる。
【００１７】
図３は、振動型ジャイロの原理を説明する図である。図３において、振動型ジャイロは、三角柱の３つの側面に右回転検出用圧電セラミックＲ、左回転検出用圧電セラミックＬ、帰還用圧電セラミックＦＢが貼り付けられた構成を有する。そして、差動アンプなどで圧電セラミックＲの出力信号と圧電セラミックＬの出力信号との差を検出することにより、回転方向に応じて極性の異なる角速度信号が得られるので、回転方向が求められる。さらに、マイクロコンピュータなどの演算装置でその角速度信号を積分することにより回転角が求められる。
【００１８】
図２に戻って、照準器８は、オペレータ４の目前に配置されるようにヘルメット６のつば部に固定される。照準器８は、十字線などのマーカーが遠距離空中像として見える所定倍率（１倍を含む）の光学系である。オペレータ４は、照準器８を通して、照準器８が向いている方向（照準方向）にある照準相手（ここでは自動測量機１の中心）をこの十字線の中心に重ねて見る。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態の自動測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。図４において、まず、ステップＳ１０において、基準方向設定処理を行う。基準方向設定処理について、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、本自動測量システムにおける自動測量機１、ターゲット３及びオペレータ４の位置関係を示す図であって、図５はその平面図、図６は側面図である。いま、これらが同一水平面内にある場合を仮定する。
【００２０】
図５（ａ）又は図６（ａ）に示されるように、測量を開始する前に、オペレータ４は、自動測量機１とターゲット３とを近い距離（例えば数メートル）で配置する。オペレータ４は、コントローラ５を使って、又は手動で自動測量機１をターゲット３に向け、自動視準させる。このとき、自動測量機１とターゲット３間の距離は非常に近いので、オペレータ４が自動測量機１をターゲット３の方向に向けることで、自動測量機１はターゲット３からの光を検出することができ、素早く自動視準を行うことができる。そして、オペレータは、図示されるように、ターゲット３の背後に立ち、照準器８で自動測量機１の中心を見る。即ち、照準器８の照準方向は、ターゲット３から自動測量機１への方向である。オペレータ４は、照準器８で自動測量機１の中心を見たまま、コントローラ５を操作して、姿勢検知センサ７をリセットする。さらに、自動測量機１もリセットする。これにより、姿勢検知センサ７は、図５（ａ）又は図６（ａ）のベクトルＡＢを水平面内の基準方向として記憶する。また、自動測量機１は、ベクトルＢＡを水平面内の基準方向として記憶する。これで、基準方向設定処理は完了する。
【００２１】
図４に戻って、基準方向設定処理完了後、ステップＳ１１において、オペレータ４はターゲット３を持って、測量点に移動する。姿勢検知センサ７は、オペレータ４が移動するに従って、基準方向に対する回転角を求め続け、その回転角をコントローラ５に出力している。そして、図５（ｂ）に示されるように、ステップＳ１２において、オペレータ４は、測量点に立てられたターゲット３の背後から、再び、照準器８を通して自動測量機１の中心を見る。そして、オペレータ４が測量点から自動測量機１の中心を見た状態で、コントローラ５に対して照準完了の操作を行うことにより、照準完了信号とともに、ターゲット３から自動測量機１への方向の基準方向に対する回転角θの情報信号がコントローラ５から自動測量機１に送信される（ステップＳ１３）。
【００２２】
ステップＳ１４において、自動測量機１は、情報信号を受信すると、自己の自動回転駆動機能により、回転角θだけ回転し、一旦停止する（図５（ｂ）参照）。自動測量機１は、回転角θだけ回転することにより、ほぼターゲット３の方向に向くので、ターゲット３からの光は、自動測量機１の視野内に入り、即座に検出することができる。このように、本発明の実施の形態では、自動測量機１を無作為に回転させず、ターゲット３の回転角θを自動測量機１に与えることにより、自発的にターゲット３のある方向へ回転することができる。
【００２３】
また、何らかの原因により、自動測量機１が回転角θだけ回転した位置でターゲット３からの光を検出しない場合が想定される。即ち、ステップＳ１５において、ターゲット光を検出できない場合は、その検出エラー回数が所定回数（Ｎ回）未満の間（ステップＳ１６）、回転角度θ±δ度（δは例えば５度）の範囲を自動捜索する（ステップＳ１７）。ターゲット３は、回転角θだけ回転した方向付近に必ず存在するので、その前後の所定範囲を捜索することで、ターゲット３からの光を検出できる確率はきわめて高い。従って、このような場合であっても、自動測量機１を無作為に回転させる必要はなく、捜索する範囲を、回転角θだけ回転した方向の前後の狭い範囲に限定することができるので、自動捜索にかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。なお、ステップＳ１６において、検出エラー回数がＮ回に達すると、自動測量機１は、警告をコントローラ５に対して送信する。
【００２４】
そして、ステップＳ１５において、自動測量機１は、ターゲット３からの光を検出すると、自動視準によってターゲット３を正確（数秒以内）に視準する（ステップＳ１９）。視準が完了すると、自動測量機１は測量を実行し（ステップＳ２０）、測量データをコントローラ５に転送する（ステップＳ２１）。 そして、ステップＳ２２において、全ての測量点に対する測量が終了していない場合は、終了するまでステップＳ１１乃至ステップＳ２１の手順が繰り返される。
【００２５】
また、上述の測量手順では、自動測量機１とターゲット３が同一水平面にある場合について説明したが、両者の水平面が異なる場合についても上述同様の測量手順が適用可能である。この場合、姿勢検知センサ７は、水平面内の回転角を求めるジャイロに加えて、さらに、高低方向の回転角を求めるジャイロを備える。これにより、図６（ｂ）に示されるように、オペレータ４が、上述同様に、ターゲット４の背後から照準器８を通して自動測量機１中心を見ることにより、姿勢検知センサ７は、高低方向の回転角φを求めることができる。
【００２６】
図７は、姿勢検知センサ７と照準器８の設置形態の第二の例を示す図である。図７では、姿勢検知センサ７と照準器８がターゲット３に取り付けられる。ターゲット３は、高低方向に回転可能であって、さらに、三脚に取り付けられる場合は、水平方向にも回転可能に取り付けられる。測量手順は、上述と同様であって、オペレータがターゲット３に取り付けられた照準器８を通して、遠隔にある自動測量機１の中心を見たときの方向を、姿勢検知センサ７は、回転角θ及びφとして求める。
【００２７】
図８は、視線検知センサを内蔵した照準器８の視野を示す図である。上述において、基準方向設定処理におけるリセット操作など、測量手順の各工程においてオペレータが照準器８をのぞきながらコントローラ５を操作する工程がある。このような工程では、オペレータは、照準器８から顔を動かせないので、手探りでコントローラ５を操作しなければならなくなり、操作をミスするおそれがある。そこで、図８に示すように、照準器８が視線検知センサを内蔵し、照準器８の視野内に、視線検知によって動作するスイッチが表示される。また、この場合、照準器８が無線装置２’と接続する。これにより、オペレータは、視線を所定のスイッチの方向に向けることで、各種制御指示を自動測量機１に与えることができ、操作の簡略化が図られる。
【００２８】
例えば、基準方向設定処理におけるリセット処理は、図８におけるリセットスイッチ８１をオペレータが見ることにより実行される。また、自動測量機１はターゲット３からの光を検出すると、それを無線装置２、２’を介して照準器８に伝え、例えば、視野内に設けられる測量可能表示ランプ８２を点灯させる。オペレータはランプ８２の点灯を確認すると、測量スイッチ８３を見る。これにより、自動視準が行われ、その後測量が実行される。測量データ８４も、視野内に表示されてもよい。オペレータは、表示された測量データを確認した後、記録スイッチ８５を見ることにより、測量データは自動測量機１内に記録される。
【００２９】
なお、上述の実施の形態において、自動測量機１が上記回転角θの方向を向いている状態において、別の測量点における別の回転角θ’が求められた場合、自動測量機１は、（θ’−θ）だけ回転する。
【００３０】
また、照準器８がターゲット３側から自動測量機１への方向以外の方向を向いている状態における回転角が、自動測量機１に送信されてもよい。
【００３１】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上、本発明の自動測量システムによれば、ターゲット側に照準器とその姿勢を検知する姿勢検知センサが設けられ、自動測量機にターゲットの概略方向が伝えられる。これにより、自動測量機はすぐにターゲットの方向に回転することができ、素早くターゲットからの光を捕らえることが可能となる。従って、ターゲットを捜索する自動捜索工程の時間を短縮することができ、測量時間の短縮が達成される。また、自動捜索工程時間を短縮するために、自動測量機側にオペレータを配置する必要がなくなる。従って、ターゲット側のオペレータ一人によって、短時間で測量が可能な効率的な自動測量システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における自動測量システムの構成図である。
【図２】姿勢検知センサ７と照準器８の設置形態の第一の例を示す図である。
【図３】振動型ジャイロの原理を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態の自動測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。
【図５】本自動測量システムにおける自動測量機１、ターゲット３及びオペレータ４の位置関係を示す平面図である。
【図６】本自動測量システムにおける自動測量機１、ターゲット３及びオペレータ４の位置関係を示す側面図である。
【図７】姿勢検知センサ７と照準器８の設置形態の第二の例を示す図である。
【図８】視線検知センサを内蔵する照準器８の視野を示す図である。
【図９】従来の自動測量システムの構成図である。
【図１０】従来の自動測量システムにおける測量手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 自動測量機
２、２’ 無線装置
３ ターゲット
５ コントローラ
７ 姿勢検知センサ
８ 照準器

Claims (3)

1. ターゲット側からの遠隔操作により自動測量機を制御して、測量を行う自動測量システムにおいて、
   照準器と、
   基準方向に対する前記照準器の照準方向の回転角を検知する姿勢検知センサとを備え、
   前記自動測量機は、前記照準器の照準方向が前記ターゲット側から前記自動測量機へ向いている状態において前記姿勢検知センサにより検知される回転角に応じて回転し、
   前記照準器及び姿勢検知センサは、前記ターゲット側から前記自動測量機を遠隔操作するオペレータの頭部に取り付けられることを特徴とする自動測量システム。
2. 請求項１において、
   前記照準器は、視線検出センサと、検出される視線によって動作する視線検出スイッチとを備え、前記視線検出スイッチの動作によって、前記自動測量機を制御することを特徴とする自動測量システム。
3. ターゲット側からの遠隔操作により自動測量機を制御して、測量を行う自動測量システムにおいて、
   照準器と、
   基準方向に対する前記照準器の照準方向 の回転角を検知する姿勢検知センサとを備え、
   前記自動測量機は、前記照準器の照準方向が前記ターゲット側から前記自動測量機へ向いている状態において前記 姿勢検知センサにより検知される回転角に応じて回転し、
   前記照準器は、視線検出センサと、検出される視線によって動作する視線検出スイッチとを備え、前記視線検出スイッチの動作によって、前記自動測量機を制御することを特徴とする自動測量システム。

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