JP4227475B2

JP4227475B2 - 測量システム

Info

Publication number: JP4227475B2
Application number: JP2003193797A
Authority: JP
Inventors: 滋若代; 忍上園; 雅実白井
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP2005030807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測量機を用いた測量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、杭打ち作業において、設計データに基づいて杭打ちを行なう測設点の位置と視準しているターゲットの位置を平面プロット図（測設点やターゲットの位置をプロット点などで示す平面図）として表示装置に表示し、杭打ち作業者に対する移動方向の指示を容易にしたものが知られている（特許文献１参照）。一方、通常の測量作業においては、測量終了後、測量された測点の平面プロット図が作成され、このプロット図に示されたプロット点を直線や曲線で結ぶことにより道路や建物が描かれた平面図が作成される。平面図は、測量された測点のデータリストとそのプロット図を表示装置の画面上に表示して、このプロット図を参照しながら作成される。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１３４５３７号公報
【０００４】
しかし、プロット図やデータリストのみでは、測量した測点が測量現場のどの点に対応するか判断し難く、どのプロット点同士を結べばよいかい分かり難いという問題がある。また、杭打ち作業においても、平面プロット図では、測量現場において測設点の位置を判別し難いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、測量と図面の作成を容易に行なえる測量システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の測量システムは、測量機と、測量機に対する位置が既知の撮像手段と、画像表示手段とを備え、画像表示手段が撮像手段により撮影された測量現場の画像を表示する画像表示領域と、測量現場の図面を表示する図面表示領域とを有する測量システムであって、画像上において図形を指定するための図形指定手段と、測量機を用いて測量される画像上で指定された図形に対応する物点の３次元座標に基づいて、図面表示領域に図形に対応する図面を作成表示する対応図面作成手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
図形は例えば複数の点と、これら複数の点を結ぶ線分とから構成される。また、図面は例えば測量において良く作成される平面図であることが好ましい。またより迅速にかつより簡便に測量と図面作成を結合するためには、測量システムは、画像上で指定された図形の画像座標に基づいて、測量機を用いて図形に対応する物点を自動的に測量する自動測量手段を備えることが好ましい。
【０００８】
図形指定手段は、画像上の任意の点を指定可能な入力手段を備えることが好ましく、更に図形指定手段は、画像上の特徴的な輪郭線に沿って自動トレースを行い、自動トレースに基づくベクターデータとして生成する自動トレース手段を備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の測量システムは、測量機と、撮像手段と、画像表示手段とを備え、画像表示手段が撮像手段により撮影された測量現場の画像を表示する画像表示領域と測量現場の図面を表示する図面表示領域とを有する測量システムであって、測量機と撮像手段との間の位置関係を算出する位置関係算出手段と、画像上において図形を指定するための図形指定手段と、測量機を用いて測量される画像上で指定された図形に対応する物点の３次元座標に基づいて、図面表示領域に図形に対応する図面を作成表示する対応図面作成手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である測量システムの電気的及び光学的な構成を示すブロック図である。以下、図１を参照して本実施形態の測量システムについて説明する。
【００１１】
本実施形態の測量システムは、例えば測量機１０及びコンピュータ３０から構成される。測量機１０は例えばデジタルカメラが内蔵されたトータルステーションである。測量機１０では、視準された方向の物点の３次元座標（測量座標）が測定可能であるとともに、測量現場の画像を内蔵カメラで撮影することができる。測量された各測点の測量データや内蔵カメラで撮影された測量現場の画像は、例えば図示しないインターフェースケーブルを介してコンピュータ３０に転送できる。
【００１２】
測量機１０は、測点に視準するための視準望遠鏡１７を備える。視準望遠鏡１７は、高度角θpを測定するために視準望遠鏡を俯仰させる水平軸Ｌhと、水平角θhを測定するために視準望遠鏡を水平方向に回転させる鉛直軸Ｌpとを有し、これらの軸の周りに回動可能である。水平軸Ｌhと鉛直軸Ｌpとは点Ｏ_S（以下視準原点Ｏ_Sと呼ぶ）において直交し、視準望遠鏡１７の光軸（視準線）Ｌ０は視準原点Ｏ_Sを通る。対物レンズ系ＬＳ１の光軸Ｌ０は、例えばプリズムＰＳ１において２分され、一方は接眼レンズ系ＬＳ２に導かれ他方は測距部１１に導かれる。測距部１１では視準された測点までの斜距離等が、例えば光波測距等により検出され、測角部１２ではこのときの水平角θh、高度角θp等が検出される。
【００１３】
測距部１１及び測角部１２はそれぞれシステムコンロール回路１３に接続されており、システムコントロール回路１３からの指令に基づき制御される。例えば測距部１１はシステムコントロール回路１３の指令に基づいて測距を行い、測定値をシステムコントロール回路１３に送出する。一方、測角部１２は常時水平角θh、高度角θp等を測定しておりシステムコントロール回路１３からの要求に応じてその測定値をシステムコントロール回路１３へ送出する。検出された斜距離、水平角、高度角等の測定値はシステムコントロール回路１３において処理される。
【００１４】
また、測量機１０は撮像光学系ＬＳ３及びＣＣＤ等の撮像素子を備えた撮像部１８を備え（内蔵カメラ）、撮像光学系ＬＳ３を介して視準方向の画像を撮像することができる。撮像部１８において取得された画像データは、システムコントロール回路１３に転送され、システムコントロール１３内に設けられた図示しないメモリに記録される。なお、システムコントロール回路１３には、この他にも、スイッチ群１４、表示器１５（例えばＬＣＤ）、インターフェース回路１６等が接続される。
【００１５】
インターフェース回路１６には、インターフェースケーブルを介して例えばノート型パーソナルコンピュータ等のコンピュータ３０が接続される。すなわち、測量機１０はインターフェースケーブルを介してコンピュータ３０等に測量データや画像データ等を送信できる。なお、インターフェース回路１６は、データコレクタ（図示せず）等の周辺機器にも接続可能である。
【００１６】
コンピュータ３０は、ＣＰＵ３１を中心にハードディスク、ＤＶＤ、ＭＯ、ＩＣカード等の不揮発性の記録媒体３２、マウス３３やキーボード３４等の入力装置や、ＬＣＤ、ＣＲＴ等の画像表示装置（モニタ）３５、及びインターフェース回路３６から概ねなる。インターフェース回路３６は上述したように、インターフェースケーブルを介して測量機１０のインターフェース回路１６に接続され、測量機１０との通信に用いられる。すなわち、測量機１０からの測量データや画像データは、インターフェース回路３６を介して入力される。
【００１７】
次に図２〜図４を参照して、本実施形態の測量システムの概要について説明する。なお図２〜図４は、測量システム実行時にコンピュータ３０の画像表示装置３５に表示される操作画面の一例である。
【００１８】
コンピュータ３０では、記録媒体３２にインストールされた図面自動作成用のプログラムが起動され、画像表示装置３５には、図面自動作成プログラムのウィンドウＷＩＮが表示される。ウィンドウＷＩＮ内には、測量機１０の撮像部１８で撮影された画像を表示するための画像表示領域ＩＭＡと、自動作成される測量現場の平面図（図３参照）を表示するための図面表示領域ＰＶＡが設けられる。また、画像表示領域ＩＭＡと図面表示領域ＰＶＡの上方には、操作ボタンエリアが配置され、画像ボタン４０、キャリブレーションボタン４１、印刷ボタン４２、自動ボタン４３、線ボタン４４、多角形ボタン４５、図形登録ボタン４６、計測ボタン４７、データ取得ボタン４８や、逐次／一括を選択するラジオボタン４９、５０が設けられる。なお、この他にもデータをファイルに記録、あるいは読み出すためのファイルメニューなど様々な項目に関するメニューが用意されるが、ここでは省略する。
【００１９】
画像ボタン４０は画像表示領域ＩＭＡに測量機１０の撮像部１８で撮影された画像を表示するためのボタンであり、このボタンがクリックされると画像データが記録媒体３２から、あるいは測量機１０から直接読み出され、画像表示領域ＩＭＡに表示される。図２には、撮影された測量現場全体の画像ＩＭが表示されており、図３、図４には画像ＩＭの左右の部分拡大画像ＩＭ１、ＩＭ２が表示されている。画像の拡大、縮小は図示しない拡縮ボタンにより操作される。
【００２０】
キャリブレーションボタン４１は、例えば従来周知の単写真標定等を用いて測量機１０と画像表示領域ＩＭＡに表示された画像ＩＭを撮影したカメラとの位置関係を算出するサブルーチンを起動するためのボタンである。なお、本実施形態のように、測量機１０内にカメラが内蔵され、その位置関係が既知の場合には、この位置関係を表わす各パラメータの値が自動又はオペレータの手入力により取得され、画像ＩＭと測量現場との間の射影関係を表わす変換式が確立される。
【００２１】
印刷ボタン４２は図面表示領域ＰＶＡの図面を印刷するためのボタンであり、自動ボタン４３は、画像ＩＭ上においてエッジ検出等の画像処理を用いて自動トレースを実行する自動トレースモードを選択するためのボタンである（後述）。また、線ボタン４４は、画像表示領域ＩＭＡにおける図形入力モードを連続した折線を描く連続折線入力モードとするボタンであり、多角形ボタン４５は図形入力モードを１つの閉じた多角形を描く多角形入力モードとするボタンである。各入力モードにおける図形の確定は図形登録ボタン４６を操作することにより行われる。また、計測ボタン４７は、図形入力モードを寸法線入力モードに設定するためのボタンであり、例えば図４の図面表示領域ＰＶＡに示されるように、指定された線分の両端に位置する２点の間を矢印や直線で結んで、矢印の中間部に２点間の距離や高さ、勾配等を記入する。なお、多角形で画定される領域に対応する水平投影面の面積を算出するようにしてもよい。
【００２２】
本実施形態の自動測量システムでは、画像表示領域ＩＭＡの画像ＩＭ上で入力された図形により指定される測点を各測点が指定される度に測量する逐次モードと、複数（全部）の測点が指定された後で一括して測量する一括モードが設けられる。逐次モードと一括モードとの間の切り替えは、ラジオボタン４９、５０を操作することにより行われる。なお、一括モードにおける測量は、データ取得ボタン４８が操作されることにより開始される。本実施形態では、線入力モードと多角形入力モードのみを例示したが、この他にも円、円弧、自由曲線等による入力モードを設けることも可能である。このように曲線で図形を指定する場合には、例えば曲線に沿って所定間隔で測量されるべき測点が確定される。
【００２３】
次に図２〜図６を参照して本実施形態の測量システムについて説明する。図５は、本実施形態における測量作業の手順を示すフローチャートであり、図６は、３次元の測量座標系と図面表示領域ＰＶＡの２次元座標系との関係を示す図である。なお、図５は、一括モードに対応したフローとなっている。
【００２４】
ステップＳ１０１では、測量機１０の撮像部１８において測量現場の概観が撮影され、その画像データはステップＳ１０２において、インターフェースケーブル（無線や光通信を用いても良い）を介してコンピュータ３０に転送され、記録媒体３２に保存される。コンピュータ３０の画像表示装置３５の画面には、図面自動作成プログラムのウィンドウＷＩＮが表示されている。初め画像表示領域ＩＭＡ、及び図面表示領域ＰＶＡには、何も表示されていないが、ステップＳ１０３において画像ボタン４０が操作されると、図２に示されるように、転送された測量現場全体の画像ＩＭが画像表示領域ＩＭＡに表示される。またこのとき、キャリブレーションボタン４１が操作され、画像ＩＭ上の各点と測量機１０が配置された測量現場との間の射影関係が確立される。
【００２５】
ステップＳ１０４では、画像表示領域ＩＭＡに表示された画像ＩＭ上において、マウス３３を用いて図形が描画（入力）される。図形は、連続折線入力モードや多角形入力モード、または自動トレースモードを用いて図３、図４に示されるように複数の点同士の間を結ぶ線分や多角形などから構成され（単独の点を含めても良い）、画像ＩＭ上の測量図として意味のある特徴的な線や曲線をなぞるように描かれる。図３の左側部分拡大画像ＩＭ１においては、連続折線入力モードにおいて、マウス３３を用いて縁石に沿った２点Ｐ１、Ｐ２を指定することにより線分Ｓ１が描画され、多角形入力モードにおいて横断歩道の１つの白線帯の四隅を囲む点Ｐ３〜Ｐ６が指定することにより四辺形Ｑ１が描画されている。また、図４の右側部分拡大画像ＩＭ２においては、連続折線入力モードにおいて、縁石に沿った２点Ｐ７、Ｐ８を指定することにより線分Ｓ２が描画されている。
【００２６】
図形の入力が終了し、データ取得ボタン４８が操作されると、図形入力により指定された各測点がステップ１０５において測量機１０を用いて測量される。測量機１０に自動測量システムが組み込まれている場合には、指定された各点の画像ＩＭ上の２次元画像座標から、測量機１０の視準望遠鏡１７が視準すべき方向（水平角θh、高度角θp）が算出され、それぞれの測点に対して測量が行われる。なお、画像ＩＭ上の２次元画像座標と視準望遠鏡１７の視準方向との間の関係はキャリブレーションボタン４１が操作されたときに確立された関係により算出される。
【００２７】
各測点（Ｐ１〜Ｐ８）の測量が終了すると、それぞれの３次元測量データが測量機１０からコンピュータ３０に転送され、記録媒体３２に記録されるとともに、図面自動作成プログラムにより読み出され、その３次元測量座標（３次元測量データ）に基づいて、各測点Ｐ１〜Ｐ８を水平面に投影したときのプロット点Ｐ１’〜Ｐ８’が算出され図面表示領域ＰＶＡにプロットされる。また、このとき測点Ｐ１〜Ｐ８により構成される線分や多角形の測点間の連結関係に基づいて、プロット点Ｐ１’〜Ｐ８’が線分で結ばれ、線分Ｓ１、Ｓ２や四辺形Ｑ１に対応する線分Ｓ１’、Ｓ２’、四辺形Ｑ１’が平面図として図面表示領域ＰＶＡに作成・表示される。なお、自動測量システムが組み込まれていない場合には、画像ＩＭ上において指定された各測点をオペレータが手動で視準して測量してもよい。
【００２８】
測量機１０における３次元測量座標と、図面表示領域ＰＶＡにおいて平面図を作成するに当たって参照される２次元座標との関係が図６に模式的に示される。３次元測量座標の原点は、測量機１０の視準原点Ｏｓに置かれ、例えば鉛直上向きをＺ軸とし、水平面内の所定の方向にＸ軸（又はＹ軸）を取った座標系であり、Ｘ軸は例えば画像ＩＭが撮影されたときの向きに合わせられる。図面表示領域ＰＶＡでは、画面上向きをＸ軸とし、画面右向きをＹ軸とし、画面上をＺ＝０として平面図を描く。
【００２９】
ステップＳ１０８では、画像ＩＭの画像データと図面表示領域ＰＶＡに表示された測量平面図が例えば記録媒体３２に保存され、本実施形態における図面自動作成プログラムを用いた測量作業は終了する。
【００３０】
次に図７を参照して、自動トレースモードにおける処理の概略について説明する。図７は、画像表示領域ＩＭＡに画像ＩＭが表示された状態で自動ボタン４３が操作されたときに実行される自動トレースモードのサブルーチンのフローチャートである。なお、自動トレース処理そのものは従来周知の方法を用い、以下の方法以外にも様々な方法を適用することができる。
【００３１】
ステップＳ２０１では、画像表示領域ＩＭＡに表示された画像ＩＭがメモリの作業領域にロードされ、ステップＳ２０２において、画像ＩＭがグレイスケーリングされ、モノクロ画像に変換される。ステップＳ２０３では、モノクロの画像ＩＭに対してエッジ検出処理が施されるとともに２値化処理が施される。その後ステップＳ２０４において細線化処理、ステップ２０５において折線近似処理が施され、ステップＳ２０６において雑音を除去するゴミ削除処理が施される。ステップＳ２０７では、得られた折線データに基づいて線図形がベクターデータとして求められ、画像表示領域ＩＭＡの画像ＩＭ上にスーパーインポーズされる。また、ベクターデータにおける線図形（折線）を構成する各頂点を測点とし、これに基づいて、連続折線入力モードや多角形入力モードのときと同様に、測量機による測量が実行され、以下同様に測量平面図が作成される。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、測量現場の画像上において画像の特徴点に沿って図形を入力するだけで、測量平面図（平面プロット図）を自動生成することができるので、測量現場において簡便かつ効率的に測量平面図を得ることができる。また、測量そのものも、画像上で指定された図形に基づいて自動的に測量することが可能なので、例えば杭打ち作業などの測設測量においても、測設点の探索を迅速かつ簡単に行なえる。
【００３３】
なお、上記説明（図５のフローチャート）では、一括モードを例に説明を行ったが、逐次モードでは、連続折線入力モードや多角形入力モードにおいて測点が指定される毎にステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理内容が実行される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、測量と図面の作成を容易に行なえる測量システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である測量システムの電気的及び光学的構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】測量システム実行時にコンピュータの画像表示装置に表示される操作画面の一例である。
【図３】測量システム実行時にコンピュータの画像表示装置に表示される操作画面の一例である。
【図４】測量システム実行時にコンピュータの画像表示装置に表示される操作画面の一例である。
【図５】本実施形態における測量作業の手順を示すフローチャートである。
【図６】３次元の測量座標系と図面表示領域の２次元座標系との関係を示す模式図である。
【図７】自動トレースモードのサブルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０測量機
１８撮像部
３０コンピュータ
ＩＭＡ画像表示領域
ＰＶＡ図面表示領域

Claims

測量機と、前記測量機に対する位置が既知の撮像手段と、画像表示手段とを備え、前記画像表示手段が前記撮像手段により撮影された測量現場の画像を表示する画像表示領域と、前記測量現場の図面を表示する図面表示領域とを有する測量システムであって、
前記画像上において図形を指定するための図形指定手段と、
前記測量機を用いて測量される前記画像上で指定された図形に対応する物点の３次元座標に基づいて、前記図面表示領域に前記図形に対応する図面を作成表示する対応図面作成手段と
を備えることを特徴とする測量システム。
前記図形が複数の点と、前記複数の点を結ぶ線分とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
前記図面が平面図であることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
前記画像上で指定された図形の画像座標に基づいて、前記測量機を用いて前記図形に対応する物点を自動的に測量する自動測量手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
前記図形指定手段が、前記画像上の任意の点を指定可能な入力手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
前記図形指定手段が、前記画像上の特徴的な輪郭線に沿って自動トレースを行い、前記自動トレースに基づくベクターデータとして生成する自動トレース手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
測量機と、撮像手段と、画像表示手段とを備え、前記画像表示手段が前記撮像手段により撮影された測量現場の画像を表示する画像表示領域と、前記測量現場の図面を表示する図面表示領域とを有する測量システムであって、
前記測量機と前記撮像手段との間の位置関係を算出する位置関係算出手段と、
前記画像上において図形を指定するための図形指定手段と、
前記測量機を用いて測量される前記画像上で指定された図形に対応する物点の３次元座標に基づいて、前記図面表示領域に前記図形に対応する図面を作成表示する対応図面作成手段と
を備えることを特徴とする測量システム。