JP4223634B2

JP4223634B2 - 測量装置

Info

Publication number: JP4223634B2
Application number: JP20567299A
Authority: JP
Inventors: 稔千葉; 崇司長尾; 勝村木
Original assignee: 株式会社ソキア・トプコン
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP2001033250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木測量等に用いられる測量装置に関する。
更に詳細には、測量装置本体の望遠鏡を自動的に回動させて、望遠鏡の視野内にターゲットを捕らえることのできる自動回動機構を備えた測量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測量装置本体の操作を担当する作業者と、測量地点を示す反射ターゲットの移動を担当する作業者の協同作業によって行われる測量装置を使用した土木測量においては、最近では自動視準機構や自動追尾機構を備えた測量装置が使用されている。
【０００３】
しかし、これらの測量装置では、測量装置本体の望遠鏡に設けられた光波距離計から出射される光をターゲットとなる反射プリズムで反射し、望遠鏡に戻ってくる反射光を利用してターゲットの位置を特定する技術的手段を採用しているため、常にターゲットを望遠鏡の視野（ファインダ）内に捉えている必要がある。
【０００４】
従って、もし、ターゲットが、移動途中に望遠鏡の視野から外れてしまった場合には、速やかにターゲットを探し出す（望遠鏡の視野内にターゲットを捉える）、いわゆるサーチ作業を行って、ターゲットを捕捉し直さなければならない。
【０００５】
しかしながら、このサーチ作業においては、望遠鏡の視野範囲が狭いことに起因して、ターゲットの発見が難しく、手間と時間がかかるため、測量作業の効率を著しく低下させていた。
【０００６】
従って、このサーチ作業を回避するためには、測量地点から測量地点へのターゲット移動を担当する作業者は、ターゲットが常に測量装置本体側の望遠鏡の視野内に入るようにするため、常に反射プリズムを望遠鏡に向けながら、望遠鏡がターゲットを追尾できるようなゆっくりとした速度でターゲットを動かす必要があった。更には、望遠鏡とターゲットの間に障害物が入って、測量装置本体とターゲットの間を結ぶ光が遮られないように注意しなければならなかった。
土木測量等の作業において、このような注意を常に払わなければならないことは、作業者にとって大きな負担となる。
【０００７】
そこで、この作業者の負担を解消するために、次の技術が開発され、採用されている。即ち、測量装置本体から光を出射してターゲット側でその光を受光する技術的手段を採用し、測量装置本体の望遠鏡の視野からターゲットが外れたときに、光を出射させながら測量装置本体を回転させ、ターゲット側では、その光を受光すると、受光信号を本体側に送信する。そして、測量装置本体が受光信号を受け取ると、その時点で本体の回転を止めて、ターゲットを発見するというサーチ技術である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術においては、装置本体の望遠鏡の視野に対してターゲットが左右何れの方向にずれているのか、または、ズレの大きさがどれくらいなのかに関係なく、常に一定方向側から装置本体を回転させ、ターゲット位置を発見するという構成を採用しているため、ターゲットを発見するまでに時間がかかり、最悪の場合は、略一周サーチ動作を行って、漸くターゲットが発見されるという場合も生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、ターゲットを追尾する作業や、ターゲット位置を探し出すための無駄なサーチ作業を回避し、ターゲット自体から発信されるターゲット移動情報を測量装置本体が受信して、速やかにターゲットを捕捉して正対し、視準作業を行うことができる、作業効率の良い測量装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明では、まず、測量地点に置かれる「ターゲット」と、前記ターゲットを視準する望遠鏡と、該望遠鏡を回動させる自動回動機構と、該自動回動機構により前記望遠鏡を前記ターゲットの方向に回転させて望遠鏡視野内にターゲットを捉え、該望遠鏡視野内に形成される十字線の中央に前記ターゲットを合わせる視準機構と、前記ターゲットとの通信機構と、を備えた「トータルステーション」と、から構成された測量装置とする。
そして、前記ターゲットに、該ターゲットの移動距離及び移動方向からなるターゲット移動情報を測定記憶する慣性機器と、該ターゲット移動情報を前記トータルステーションに送信する通信機構と、を設ける。
更に、前記トータルステーションは、受信した前記ターゲット移動情報に従って前記望遠鏡をターゲット方向へ自動的に回動し、視準して得たターゲット位置情報を前記ターゲットに返送する構成とすることによって、前記ターゲットが、前記ターゲット位置情報に基づいて前記ターゲット移動情報を補正して、現ターゲット位置を記録し、この現ターゲット位置を基準点として、次の測定地点のターゲット位置を測定するように構成する。
この発明によれば、ターゲットを追尾する作業や、ターゲット位置を探しだすための無駄なサーチ作業を行う必要がなく、ターゲット自体から発信されるターゲット移動情報を測量装置本体が受信してターゲット位置を算出し、該ターゲットに位置に従って、望遠鏡を回転させて速やかにターゲットを視野内に捉え、ターゲットを視準することが可能となる。
即ち、ターゲット自体からターゲット移動情報を発信する構成としたことにより、ターゲット移動を行う際に、ターゲットとなる反射プリズムからの反射光が常に望遠鏡に戻るように、反射プリズムを望遠鏡に向けながら測量装置本体の望遠鏡がターゲットを追尾できるようにゆっくりした速度でターゲットを動かす必要がない。すると、自由にターゲット移動を行うことができるため、作業者の負担が軽減されるとともに、予め算出してあるターゲット位置のデータに基づき、目標のターゲットを速やかに視野に捉えて視準を行うことができて、サーチ作業が省略されため、視準までの時間を短縮することができ、測量作業の効率が向上する。
また、ターゲットは、トータルステーションによって測定された直前の座標値を基準点として、次の測定地点のターゲット位置を測定するため、誤差の累積を起こすことがない。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の発明における視準機構を、前記望遠鏡の視野に形成される十字線の中央に前記ターゲットを自動で合わせる自動視準機構とする。この発明では、所定の自動制御に基づいて、ターゲットの視準を行うことができるため、作業効率、測量精度が向上する。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の発明におけるターゲットに、トータルステーションを視準するための視準望遠鏡を設ける。この発明によれば、トータルステーションとターゲットの座標軸合わせを行う初期化作業において、ターゲットの視準望遠鏡でトータルステーションを視準し、ターゲットをトータルステーションに正対させるとともに、トータルステーションもターゲットを視準して、その測点位置を記憶することができるので、トータルステーションと該測点を結ぶ直線を座標軸とし、該測点を座標の原点として定めることができる。即ち、一測点を測定するだけで、座標軸と座標原点を定めることができるので、初期化作業を簡略に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る測量装置の測量形態を簡略に示す図、図２は、前記測量装置のトータルステーションの外観斜視図、図３は、前記測量装置のターゲットの外観斜視図、図４は、前記トータルステーションのターゲット移動情報処理を行う構成を概略示すブロック図、図５は、前記ターゲットの移動情報を形成する慣性機器の構成を概略示すブロック図、図６は、前記測量装置におけるトータルステーションとターゲットの測量手順を示すフロー図、である。
【００１４】
本実施形態に示す測量装置は、土木測量等に使用される測量機器であって、測量装置本体を構成するトータルステーション（以下「ＴＳ部」という。）１とターゲット２によって構成される（図１参照）。
【００１５】
ここで、ＴＳ部１とターゲット２の構成について説明する。
図１，図２に示すＴＳ部１は、三脚１０２の上部に、水平回転自在に水平回転部１０７を取り付け、この水平回転部１０７に垂直回転自在に望遠鏡１０１を取り付け、垂直回転軸線と水平回転軸線の交点が望遠鏡１０１の光軸上に存在するようにした機構をもったものである。水平回転部１０７と望遠鏡１０１夫々には、回転角を求めるため、光学エンコーダ等のＨ測角部１０４１、Ｖ測角部１０４２が設けられ、求めた回転角は表示部１０３１で表示される。さらに、望遠鏡１０１には、光波距離計が設けられていて、ターゲット２と前記垂直回転軸線と前記水平回転軸線の交点との間の距離が計測できる。
【００１６】
また、ＴＳ部１は、ターゲット２との間で情報を相互に交換できる通信機構１０６を備えているとともに、ターゲット２から送信されてくるターゲット移動情報（Ｉ）を通信機構１０６で受信し、このターゲット移動情報（Ｉ）に基づき望遠鏡１０１を、ターゲット２の方向に回動させる自動回動機構１０４（図４，図６参照）と、望遠鏡１０１の視野（ファインダ）に捉えたターゲット２を、視野内に形成された十字線（図示せず）の中央にターゲット２が一致するように制御する自動視準機構１０５と、を備えている。尚、本実施形態では、視準機構を自動制御で行う手段を採用しているが、自動に限定するものではない。
【００１７】
また、図２に示す符号１０３は、座標データ、測距・測角データ、バッテリー残量、気象補正値等を表示する表示部１０３１と及び操作キーボード１０３２から構成されるコントロールパネルを表している。
【００１８】
一方、図３に示すターゲット２は、細長の棒形状のピンポール２０１と、該ピンポール２０１の上端部に支持体２０７を備え、この支持体２０７に反射プリズム枠２０８を水平軸２０９回りに垂直回転自在に取り付け、この反射プリズム枠２０８に反射プリズム２０２を固定している。さらに、支持体２０７にはターゲット板２１０を固定している。
【００１９】
ターゲット板２１０の中心は、反射プリズム２０２の中心と一致するように構成されているので、望遠鏡１０１の十字線でターゲット板２１０を視準することにより、反射プリズム２０２を視準することを容易にすることができる。
【００２０】
また、前記ターゲット板２１０を含む平面は、水平軸２０９を含み、かつ、反射プリズム２０２の仮想反射面と一致させている。
尚、反射プリズムに限定せず、反射鏡等を用いてもよい。
【００２１】
また、ターゲット２は、ピンポール２０１の上方側面に取り付けられた矩形のボックスケース内に収納され、三次元軸でターゲット移動情報（Ｉ）を割り出す慣性機器２０３を備える。
【００２２】
そして、ターゲット２は、慣性機器２０３によって割り出されたターゲット移動情報（Ｉ）を、前記ＴＳ部１に送信するとともに、ＴＳ部１で測定されたターゲット位置情報（II）をＴＳ部１から受信する通信機構２０４をも備えている。
【００２３】
以下、ＴＳ部１と慣性機器２０３の構成について更に詳述しながら、本実施形態に係る測量装置の測量手順について説明する。
まず、測量を始める前に、ＴＳ部１とターゲット２の座標軸合わせ作業（以下「初期化作業」という。）を行わなければならない。
【００２４】
具体的には、ＴＳ部１側の作業者は、最初にターゲット２を視準しその測点Ａ（水平角、高度角、および距離値）を記憶する。ターゲット２側では、その測点Ａ位置を座標の原点（０，０，０）とする。
【００２５】
次に、作業者はターゲット２を保持して次の測点Ｂに移動する。そして、ＴＳ部１側では、ターゲット２を視準して（視準動作については後述）、その測点Ｂ（水平角、高度角、および距離値）を記憶する。
この測点Ａ、Ｂ間を結ぶ直線Ｌ１を、以後の測定の基準となる座標軸として定める。
【００２６】
尚、別な座標系の設定として、ターゲット２に視準望遠鏡（図示せず）を設けると、上記初期化作業をより簡略化できる。即ち、ターゲット２の望遠鏡でＴＳ部１を視準し、ターゲット２をＴＳ部１に正対させるとともに、ＴＳ部１側もターゲット２を視準して、その測量地点（以下「測点」という。）Ａを記憶することができるので、ＴＳ部１の基準点Ｏと測点Ａを結ぶ直線Ｌ２を座標軸とし、測点Ａを座標原点として定めることができる。即ち、一測点Ａを測定するだけで、座標軸Ｌ２と座標原点Ａを定めることができるので、初期化作業を簡略化することができる。
尚、座標原点Ａは、ＴＳ部１のＣＰＵ１に記憶されている。
【００２７】
上記の初期化作業が完了したところで、以下の測量作業を開始する。
まず、作業者は、測点Ｂ（ターゲット２に視準望遠鏡を設けて初期化作業を行った場合は、測点Ａ）において、ターゲット２の測定スイッチ２０６をオンにし、ターゲット２を保持して測点Ｂ（又は測点Ａ）から次の測点Ｃ（測点Ａから始めた場合は測点Ｂ）へ移動を開始する。そして、測点Ｃに到着したら、測定スイッチ２０６をオフにして測定を停止し、測点Ｃにターゲット２を固定する。従って、ターゲット２は、慣性機器２０３によって、測点Ｂから測点Ｃへ移動する間の自らの移動距離、移動方向を測定する。尚、測点Ｃから測点Ｄへ移動する間についても同様であるので説明を割愛する。
【００２８】
具体的には、図５に示すように、点線で囲んで示す慣性機器２０３に設けられたＣＰＵ２に、それぞれ接続する加速度センサ２０７（加速度センサＸ２０７１、同センサＹ２０７２、同センサＺ２０７３）が、測点Ｂから測点Ｃに至るＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸各方向の加速度データを測定し、ＣＰＵ２へ送る。
【００２９】
該ＣＰＵ２は、前記各加速度データをそれぞれ時間積分して速度を求め、更にその速度を時間積分することにより、測点Ｂ（ａ₁，ｂ₁，ｃ₁）からのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のターゲット２の移動距離を求め、記憶する。
【００３０】
一方、前記慣性機器２０３に設けられたＣＰＵ２に、接続するジャイロ２０８（ジャイロθ２０８１、ジャイロφ２０８２、ジャイロγ２０８３）が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸まわりの角速度データを測定してＣＰＵ２へ送る。該ＣＰＵ２は、各角速度データを時間積分して角度を求め、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸各方向の角度に基づき、測点Ｂ（ａ₁，ｂ₁，ｃ₁）からのターゲット２の移動方向を求めて、記憶する。
【００３１】
このようにして、慣性機器２０３によって測定された移動距離、移動方向の各データは、測点Ｃの位置を概略示す情報として、ＴＳ部１で望遠鏡１０１の回動量を制御するために用いられる。
【００３２】
次に、測点Ｃにターゲット２を固定している作業者は、ターゲット２に設けられた通信機構２０４の送信開始スイッチをオンにすると、ＣＰＵ２に記憶された移動距離、移動方向の双方のデータが、まとめられてターゲット移動情報（Ｉ）とされ、通信機構２０４を介して、ＴＳ部１の通信機構１０６に送信される。尚、送信後は、ターゲット２のＣＰＵ２等は受信待ち状態となる。
【００３３】
次に、通信機構１０６により受信されたターゲット移動情報（Ｉ）は、ＴＳ部１に内蔵されたＣＰＵ１に入力されると、該ターゲット移動情報（Ｉ）に基づいて自動回動機構１０４が作動する。
即ち、Ｈ駆動部１０５１（水平方向に望遠鏡を駆動させる駆動部）とＶ駆動部１０５２の駆動によって、視野内にターゲット２を捉えるまで望遠鏡１０１を回動させる。
【００３４】
ここで、視野内にターゲット２を捉えたかどうかの認識は、ＣＰＵ１に接続するセンサー機能（例えば、ＣＣＤセンサー、四分割センサー等）を備えたターゲット検出部１０５３により行われる。このターゲット検出部１０５３が、ターゲット２を認識した場合は、その情報をＣＰＵ１に送って、Ｈ駆動部１０５１とＶ駆動部１０５２の駆動を制御する。
【００３５】
引き続いて、ＴＳ部１は、ターゲット２を望遠鏡１０１の視野内に捉えたことを認識すると、更にＨ駆動部１０５１とＶ駆動部１０５２の駆動によって自動視準、即ち、望遠鏡１０１の視野内に形成された十字線の中央位置にターゲット２を自動的に一致させる作業を実行する。
【００３６】
次に、ターゲット２の上記視準作業が完了した時点で、ＣＰＵ１が記憶している座標Ａを基準点として、水平方向の測角部（Ｈ測角部）１０４１と垂直方向の測角部（Ｖ測角部）１０４２、測距部１０４３により、測点Ｃの正確な位置を測定する。
【００３７】
この測定データは、ターゲット位置情報（II）とされて、ＴＳ部１の通信機構１０６を介して、ターゲット２側の通信機構２０４へ送信される。尚、送信終了後、ＴＳ部１は新たな測点Ｄに関する移動情報（Ｉ）の受信待ち状態となり、待機する。
【００３８】
一方、ターゲット２に設けられたＣＰＵ２は、ターゲット位置情報（II）に基づき、ターゲット２のＣＰＵ２に記憶している測点Ｃの位置情報の補正を行い、現測点Ｃの正確な位置を算出して、記憶する。尚、ターゲット位置情報（II）や現測点Ｃの位置データ等は、表示部２０５にその都度表示される。
続いて、作業者は、上記同様の手順で、次の測点Ｄへ移動して、測点Ｄ位置の測定を開始する。
【００３９】
ここで、ターゲット２は、記憶した直前の測点Ｃ（ａ₂，ｂ₂，ｃ₂）を基準点として、測点Ｄのターゲット位置を測定するように構成されている。
この構成によれば、ターゲット２は、直前の測定地点Ｃの座標値を基準点として、次の測点Ｄのターゲット位置を測定することから、誤差の累積が起こらないため、より正確なターゲット移動情報を得ることが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本願によって開示される発明の効果を列記して説明すれば以下の通りである。
（１）請求項１に係る発明の測量装置によれば、ターゲットを追尾する作業や、ターゲット位置を探し出すための無駄なサーチ作業を行う必要がなくなるため土木測量等の作業効率が向上する。具体的には、ターゲット自体からターゲット移動情報を発信する構成としたことにより、ターゲット移動を行う際に、トータルステーションの望遠鏡がターゲットを追尾できるようにゆっくりした速度でターゲットを動かす必要がなく、自由にターゲット移動を行うことができるため、作業者の負担が軽減されるとともに、予め算出してあるターゲット位置のデータに基づき、目標のターゲットを速やかに視野に捉えて視準を行う構成としたことから、サーチ作業が省略されため、視準までの時間を短縮することができるので、測量作業の効率を向上させることができる。
また、ターゲットは、トータルステーションによって測定された直前の測定地点の座標値を基準点として、次の測定地点のターゲット位置を測定することから、誤差の累積が起こらないため、より正確なターゲット移動情報を得ることができる。
（２）請求項２に係る発明の測量装置によれば、視準機構を自動視準機構としたため、所定の自動制御に基づいて、ターゲットの視準を行うことができるため、作業効率、測量精度を更に向上させることができる。
【００４１】
（３）請求項３に係る発明の測量装置によれば、ターゲットに、トータルステーションを視準するための視準望遠鏡を設けているため、トータルステーションとターゲットの座標軸合わせを行う初期化作業において、ターゲットの視準望遠鏡でトータルステーションを視準し、ターゲットをトータルステーションに正対させるとともに、トータルステーション側もターゲットを視準して、その測点位置を記憶することができるので、トータルステーションと該測点を結ぶ直線を座標軸とし、該測点を座標の原点として定めることができる。即ち、一測点を測定するだけで、座標軸と座標原点を定めることができるので、初期化作業を簡略に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測量装置の測量形態を簡略に示す図。
【図２】前記測量装置のトータルステーションの外観斜視図。
【図３】前記測量装置のターゲットの外観斜視図
【図４】前記トータルステーションのターゲット移動情報の処理を行う構成を概略示すブロック図
【図５】前記ターゲットの移動情報を形成する慣性機器の構成を概略示すブロック図。
【図６】前記測量装置におけるトータルステーションとターゲットの測量手順を示すフロー図。
【符号の説明】
１トータルステーション（ＴＳ部）
２ターゲット
１０１（ＴＳ部の）望遠鏡
１０４自動回動機構
１０５自動視準機構
１０６（ＴＳ部の）通信機構
２０３慣性機器
２０４（ターゲットの）通信機構
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ測定地点（測点）
（Ｉ）（ターゲットからＴＳ部に送信される）ターゲット移動情報
（II）（ＴＳ部からターゲットに送信される）ターゲット位置情報

Claims

測量地点に置かれるターゲットと、
前記ターゲットを視準する望遠鏡と、該望遠鏡を回動させる自動回動機構と、該自動回動機構により前記望遠鏡を前記ターゲットの方向に回転させて望遠鏡視野内にターゲットを捉え、該望遠鏡視野内に形成される十字線の中央に前記ターゲットを合わせる視準機構と、前記ターゲットとの通信機構と、を備えたトータルステーションと、
から構成された測量装置であって、
前記ターゲットには、該ターゲットの移動距離及び移動方向からなるターゲット移動情報を測定記憶する慣性機器と、該ターゲット移動情報を前記トータルステーションに送信する通信機構と、が設けられるとともに、
前記トータルステーションは、受信した前記ターゲット移動情報に従って前記望遠鏡をターゲット方向へ自動的に回動し、視準して得たターゲット位置情報を前記ターゲットに返送し、前記ターゲットは、前記ターゲット位置情報に基づいて前記ターゲット移動情報を補正して、現ターゲット位置を記録し、該現ターゲット位置を基準点として、次の測定地点のターゲット位置を測定することを特徴とする測量装置。
前記視準機構が、前記望遠鏡の視野に形成される十字線の中央に前記ターゲットを自動で合わせる自動視準機構であることを特徴とする請求項１記載の測量装置。
前記ターゲットは、前記トータルステーションを視準する視準望遠鏡を備えたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の測量装置。