JP5583371B2

JP5583371B2 - 出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法

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Publication number: JP5583371B2
Application number: JP2009178861A
Authority: JP
Inventors: 康弘佐藤; 享右野村; 慶明長瀧
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2011033438A

Description

本発明は、出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法に関し、特に仮想空間（バーチャルリアリティー）を利用したシステムと三次元計測機とを組み合わせてリアルタイムかつ高精度に出来型精度確認を行うことのできる出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法に関する。

近年、建設施工中の建物の精度管理を行ったり、山間部等の地形計測を行ったりするのに三次元計測機の中でも特に三次元レーザースキャナが多く利用されている。

また、複雑な形状をした歴史的建造物や、文化財等の保存や調査、ＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）コンテンツによるライブラリを作成する際の三次元計測データを取得するためにも、三次元レーザースキャナが多く活用されている。

このような三次元レーザースキャナに関連する発明として、例えば特許文献１に開示されるような施工管理システム及び施工管理方法や、特許文献２に開示されるような三次元レーザースキャナを用いた地形計測方法及び装置が開示されている。

特開２００５−２１３９７２号公報特開２００４−１２５４５２号公報

ところが、上記の特許文献１，２に開示されるような発明で用いられる三次元レーザースキャナは、一般的に計測後に複数の計測データの座標変換処理および合成処理を行うために、合成する基準位置、例えば目印となるターゲットマークを計測対象物に予め貼付しておく必要がある。

ここで、図１４を参照して、三次元レーザースキャナを用いて、計測対象物である建物を計測する際の計測方法を説明する。図１４は、三次元レーザースキャナを用いて、計測対象物である建物を計測する際の計測方法を示す模式図である。

図１４に示す計測対象物である建物１００の床面１０１には、一般的な三次元レーザースキャナ１１０が配置されている。図１４に示すように、計測対象物である建物１００の床面１０１、壁面１０２、天井面１０３に複数のターゲットマーク１２０ａ〜１２０ｆが貼付されている。

例えば、計測対象物の一部に柱部や梁部等の障害物があったり、計測対象物が広範囲であったりすると、三次元レーザースキャナ１１０は、計測対象物のうちの計測対象部分を１回の計測で全て計測することができないことがある。この際、複数回に分けて計測した計測結果データをターゲットマーク１２０ａ〜１２０ｆを基準にして合成し、計測対象物全体の計測データを作成する必要がある。このため、計測対象物である建物１００に複数のターゲットマーク１２０ａ〜１２０ｆを貼付しておく必要があった。

さらに、なるべく少ない回数で建物１００の計測すべき範囲全体を計測できることが好ましい。このため、現地で計測を開始する前に、三次元レーザースキャナを配置する位置を調査する配置計画が必要であった。当然、このような配置計画は、実際に計測を行う現地で行う必要がある。このため、計測箇所が例えば放射線管理区域であったり、高所の場所であったりするような作業員が容易に立ち入ることが困難である場所であると、現地調査を行うために多くの時間や費用が必要となるばかりでなく、計測自体を容易に行うことができなくなる場合があった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、三次元計測機と仮想空間データを利用したシステムとを組み合わせることによって、リアルタイムかつ高精度に出来型精度確認を行うことのできる出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法を提供することを目的とする。

本発明に係る出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

本発明に係る出来型精度確認システムは、三次元計測機と、前記三次元計測機の配置位置を計画する三次元計測機配置計画装置と、前記三次元計測機配置計画装置によって計画された前記配置位置に配置された前記三次元計測機によって計測される計測対象物の出来型精度確認を行う出来型精度確認装置と、を備える出来型精度確認システムであって、前記三次元計測機配置計画装置は、前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力手段と、前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得手段と、前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得手段と、前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定手段と、前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成手段と、を備え、前記出来型精度確認装置は、前記仮想空間データ上の前記三次元計測機の前記配置位置に対応する、前記計測対象物の位置に前記三次元計測機を実際に配置した際、当該三次元計測機によって実測された実測結果データの座標系データを、前記仮想空間データの座標系データに変換する実測結果データ座標変換処理手段と、前記仮想空間データの前記座標系データに変換された全ての前記実測データを合成する実測結果データ合成処理手段と、前記実測結果データ合成処理手段によって合成された前記実測データを出力する実測結果データ出力手段と、を備えることを特徴とする。

つまり、上記の出来型精度確認システムによれば、三次元レーザースキャナで計測すべき計測対象物の出来型精度確認を行う前に、三次元計測機配置計画装置の予測計測データ生成手段が仮想空間データ上でユーザーによって指定された三次元レーザースキャナの配置計画および座標系等に基づいて、三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成しておく。また、出来型精度確認装置の実測結果データ合成処理手段は、実測結果データの合成処理や座標変換処理をリアルタイムかつ高精度に行う。

これにより、最も計測回数の少ない計測パターンを事前に机上で計画することが可能となる。現地では、配置計画やターゲートマークの貼付作業を行わなくても計測を行うことが可能となる。

本発明に係る第１の三次元計測機配置計画装置は、三次元計測機と、前記三次元計測機によって計測される計測対象物の出来型精度確認を行う出来型精度確認装置と、を備えた出来型精度確認システムに用いられる前記三次元計測機の配置位置を計画する三次元計測機配置計画装置であって、前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力手段と、前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得手段と、前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記計測対象物を計測する前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得手段と、前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定手段と、前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成手段と、を備えることを特徴とする。

上記の三次元計測機配置計画装置によれば、出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置と同様の作用が得られる。

本発明に係る第２の三次元計測機配置計画装置は、前記仮想空間データ上で前記ユーザーによって指定された、前記計測対象物のうちの計測すべき計測範囲を示す計測範囲データを取得する計測範囲データ取得手段と、前記計測範囲データで示された前記計測すべき計測範囲と、前記予測計測データで示された前記予測した計測範囲とを比較して、当該予測した計測範囲内に当該計測すべき計測範囲の全てが含まれているか否かについて比較結果を出力する計測データ比較手段と、を備え、計測データ比較手段は、前記予測した計測範囲内に前記計測すべき計測範囲の全てが含まれていないと比較結果を出力した場合に、前記計測機配置位置データ取得手段は、前記ユーザーによって新たに指定された前記配置位置データを取得することを特徴とする。

つまり、上記の三次元計測機配置計画装置によれば、計測範囲データ取得手段は、計測予測時にユーザーによって設定された計測範囲を取得しておく。これにより、未計測の範囲を無くしたり、精度確認に必要な作業工程を合理化したりすることが可能となる。

本発明に係る三次元計測機配置計画プログラムは、三次元計測機と、出来型精度確認装置と共に出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置が実行する三次元計測機配置計画プログラムであって、前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力ステップ、前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得ステップ、前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記計測対象物を計測する前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得ステップ、前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定ステップ、前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成ステップを有する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

上記の三次元計測機配置計画プログラムによれば、コンピュータが、プログラムを読み取り、読み取られたプログラムに従って処理を実行すると、出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置と同様の作用が得られる。

本発明に係る三次元計測機配置計画方法は、三次元計測機と、出来型精度確認装置と共に出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置が実行する三次元計測機配置計画方法であって、前記三次元計測機配置計画装置は、仮想空間データ入力手段が、前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力ステップ、座標系データ取得手段が、前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得ステップ、計測機配置位置データ取得手段が、前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得ステップ、計測機情報設定手段が、前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定ステップ、予測計測データ生成手段が、前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成ステップを有し、前記出来型精度確認装置は、実測結果データ座標変換処理手段が、前記仮想空間データ上の前記三次元計測機の前記配置位置に対応する、前記計測対象物の位置に前記三次元計測機を実際に配置した際、当該三次元計測機によって実測された実測結果データの座標系データを、前記仮想空間データの座標系データに変換する実測結果データ座標変換処理ステップ、実測結果データ合成処理手段が、前記仮想空間データの前記座標系データに変換された全ての前記実測データを合成する実測結果データ合成処理ステップ、実測結果データ出力手段が、前記実測結果データ合成処理ステップによって合成された前記実測データを出力する実測結果データ出力ステップを有することを特徴とする。

上記の三次元計測機配置計画方法によれば、出来型精度確認システムと同様の作用が得られる。

本発明に係る出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法によれば、三次元レーザースキャナで計測すべき計測対象物の出来型精度確認を行う際に、事前に仮想空間データを利用したシステムを用いて三次元レーザースキャナの配置位置や座標系を指定しておくことができる。

これにより、計測開始前に、実際に現地に出向いて三次元レーザースキャナの配置計画を行う必要が無い上、計測対象物にターゲートマークを貼付する必要も無い。このため、計測を行いたいときに現地でリアルタイムに計測作業を行うことができる。同時に、スキャンした計測データの合成処理や座標変換処理を高精度に行うことができる。

また、被計測対象物に多くの障害物等がある場合であっても、最も計測回数の少ない計測パターンを事前に机上で把握して、現場での作業員の計測作業に係る負荷を大幅に少なくすることができる。

さらに、計測予測時に計測範囲を前もって設定しておくことができる。これにより、未計測の範囲を無くし、精度確認に必要な作業工程を合理化することができる。

上述したように、三次元レーザースキャナのみを用いて出来型精度確認を行う従来の計測作業と比較しても、各作業工程を大幅に合理化することができる。このため、出来高精度確認に要する作業期間を従来よりも短縮すると共に、工期全体の期間も短縮することができる。

本発明に係る三次元計測機配置計画装置を用いて構成される出来型精度確認システムの装置構成を示すブロック図である。本発明に係る三次元計測機配置計画装置を備えた出来型精度確認装置の機能構成を示すブロック図である。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データのイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて計測範囲データが設定されているイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて座標系データが設定されているイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて計測機の第１の配置位置が設定されているイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第１の配置位置による予測計測結果のイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第２の配置位置による予測計測結果のイメージである。計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第１および第２の配置位置による予測計測結果を合成したイメージである。出来型精度確認装置における一連の処理の流れを示すフローチャートである。三次元計測機配置計画装置における配置計画前処理の流れを示すフローチャートである。三次元計測機配置計画装置における配置計画処理の流れを示すフローチャートである。出来型精度確認装置における実測処理の流れを示すフローチャートである。三次元レーザースキャナを用いて、計測対象物である建物を計測する際の計測方法を示す模式図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の構成要素は同一符号によって示す。

(出来型精度確認装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明に係る三次元計測機配置計画装置を用いて構成される出来型精度確認システムの装置構成を説明する。図１は、本発明に係る三次元計測機配置計画装置を用いて構成される出来型精度確認システムの装置構成を示すブロック図である。

図１に示す出来型精度確認システム１０は、三次元レーザースキャナ１１、出来型精度確認装置１２および三次元計測機配置計画装置１３を備えて構成される。

三次元レーザースキャナ１１は、三次元レーザースキャナ本体部１１ａおよび三次元レーザースキャナ制御部１１ｂを備えて構成される。

三次元レーザースキャナ本体部１１ａは、三次元方向にレーザーを照射して、計測対象物から戻ってくるレーザーを受光する時間差等によって、三次元計測を行う三次元レーザースキャナの本体部である。

三次元レーザースキャナ制御部１１ｂは、三次元レーザースキャナ本体部１１ａによる計測処理等の全般の処理を統括して制御する。三次元レーザースキャナ制御部１１ｂは、例えばノート型パーソナルコンピューターに、三次元レーザースキャナ本体１１ａを制御するための制御アプリケーションとしてインストールされて、この制御アプリケーションを実行して三次元レーザースキャナ本体部１１ａの各処理を制御するものであっても良い。

出来型精度確認装置１２は、三次元レーザースキャナ１１によって計測される計測対象物の出来型精度確認を行う。

三次元計測機配置計画装置１３は、計測対象物の仮想空間データに基づいて、三次元レーザースキャナ１１の配置位置計画を行う。

（出来型精度確認装置の機能構成）
続いて、図２を参照して、本発明に係る三次元計測機配置計画装置を備えた出来型精度確認装置の機能構成を説明する。図２は、本発明に係る三次元計測機配置計画装置を備えた出来型精度確認装置の機能構成を示すブロック図である。

図２に示す出来型精度確認装置１２は、仮想空間データ入力部１２ａ、座標系データ取得部１２ｂ、計測機配置位置データ取得部１２ｃ、計測機情報設定部１２ｄ、予測計測データ生成部１２ｅ、予測計測データ記憶部１２ｆ、計測範囲データ取得部１２ｇ、計測データ比較部１２ｈ、実測結果データ座標変換処理部１２ｉ、実測結果データ補正処理部１２ｊ、実測結果データ記憶部１２ｋ、実測結果データ合成処理部１２ｌおよび実測結果データ出力部１２ｍを備えて構成される。

また、上記の仮想空間データ入力部１２ａ、座標系データ取得部１２ｂ、計測機配置位置データ取得部１２ｃ、計測機情報設定部１２ｄ、予測計測データ生成部１２ｅ、予測計測データ記憶部１２ｆ、計測範囲データ取得部１２ｇおよび計測データ比較部１２ｈの各処理部から三次元計測機配置計画装置１３を構成する。

仮想空間データ入力部１２ａは、計測対象物となる建物等の三次元の仮想空間データを入力する。この仮想空間データは、例えばＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）やＣＧ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓ）作成用のアプリケーションを用いて計測対象物の設計図データ等を基に作成すれば良い。また、仮想空間データ入力部１２ａは、一般的なデータ形式に変換された仮想空間データを入力することができれば良い。

勿論、上記の仮想空間データは、精度の高いデータを用いても構わないが、あくまでシミュレーションを行うために必要な基礎データとなるものである。このため、仮想空間データは、高精度な仮想空間データを必要としない。従って、既存の設計図面や簡易図形ツール等を基にして作成した仮想空間データであれば良い。また、設計図データ等をそのまま入力して、仮想空間データを自動生成する仮想空間データ生成部のような処理部を設けても良い。

座標系データ取得部１２ｂは、仮想空間データ上でユーザーが指定する、仮想空間データ上の計測結果データの座標変換処理等を行うためにＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の座標系を示す座標系データを取得する。なお、本実施形態に係る出来型精度確認装置１２においては直行座標系データを用いて座標変換処理等を行うが、これに限定されるものではなく、極座標系データを用いて各処理を行うことも可能である。

計測機配置位置データ取得部１２ｃは、仮想空間データ上でユーザーが指定する、三次元レーザースキャナを配置する位置を示す配置位置データを取得する。

計測機情報設定部１２ｄは、三次元レーザースキャナ１１の計測可能な範囲、計測精度、計測機仕様等の計測機情報を設定する。

予測計測データ生成部１２ｅは、計測機配置位置データ取得部１２ｃによって取得された三次元レーザースキャナ１１の配置位置データや、計測機情報設定部１２ｄに設定された計測機情報等に基づいて、仮想空間データ入力部１２ａによって入力された仮想空間データ上で、三次元レーザースキャナ１１によって計測可能な範囲を予測し、予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する。

予測計測データ記憶部１２ｆは、予測計測データ生成部１２ｅによって生成された予測計測データや配置位置データ等を記憶する。

計測範囲データ取得部１２ｇは、仮想空間データ上でユーザーが指定する、計測対象物のうちの計測すべき面等の計測範囲を示す計測範囲データを取得する。例えば建物であれば、一般的に床面や壁面、天井面等が三次元レーザースキャナによる計測範囲となる。

計測データ比較部１２ｈは、予測計測データ生成部１２ｅによって生成された予測計測データと、計測範囲データ取得部１２ｇによって取得された計測対象物の計測範囲データとを比較して、例えば予測した計測範囲内に、計測すべき計測範囲の全てが含まれているか否かを判断して、その比較結果をユーザーに対して比較結果データとして出力する。

実測結果データ座標変換処理部１２ｉは、三次元レーザースキャナ１１で実測した実測結果データを取得し、取得した実測結果データの座標を、仮想空間データ上の座標に変換する。仮想空間データ上で、三次元レーザースキャナ１１の配置位置や予測計測データを生成しているので、複数の実測結果データを取得した後、実測結果データ上の座標を仮想空間データ上の座標に変換して対応させれば、複数の実測結果データを仮想空間データ上と同様に合成することが可能となる。

実測結果データ補正処理部１２ｊは、例えば計測機情報設定部１２ｄに設定された計測機情報や、計測状況等に基づいて予め設定される実測結果データの許容誤差範囲等に基づいて補正データを算出し、この補正データを参照して実測結果データの補正処理を行う。

実測結果データ記憶部１２ｋは、実測結果データ補正処理部１２ｊによって補正された後の実測結果データを記憶する。

実測結果データ合成処理部１２ｌは、実測結果データ記憶部１２ｋに記憶されている複数の実測結果データを合成して、１つの実測結果データとして出力する。

実測結果データ出力部１２ｍは、実測結果データ合成処理部１２ｌによって合成された実測結果データを最終的な実測結果データとして出力する。

なお、出来型精度確認装置１２および三次元計測機配置計画装置１３は、三次元レーザースキャナ制御部１１ｂと同様に出来型精度確認アプリケーションおよび三次元計測機配置計画アプリケーションとして、制御アプリケーションと一緒にノート型パソコンにインストールされて動作するものであっても良い。

（三次元レーザースキャナの配置計画前処理）
続いて、図３〜図５を参照して、仮想空間データ上での三次元レーザースキャナの配置計画を行う配置計画処理の前処理として、三次元レーザースキャナの配置計画前処理を説明する。図３は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データのイメージであり、図４は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて計測範囲データが設定されているイメージであり、図５は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて座標系データが設定されているイメージである。

まず、図３に示す仮想空間データのイメージ２０は、計測対象物である建物２１の断面を表している。ここでは、説明上、計測対象物である建物２１の柱部分や梁部分は図示していないが、実際には例えば柱部分や梁部分があったり、天井部分が傾斜していたりする建物であっても構わない。

また、建物２１の床面２２には、直方体の障害物２３がある。この障害物２３は、上述したような柱部分や梁部分等であっても良いし、直方体以外の形状であっても良い。

続いて、図４に示す仮想空間データのイメージ３０は、計測対象物である建物２１と、その計測すべき面、つまり計測範囲３１とを表している。

この計測範囲３１を指定するには、ユーザーが、出来型精度確認システム１０として機能しているパーソナルコンピューターのマウス等で計測すべき箇所を選択すれば良い。ここでは、図中に網掛で示す建物２１の床面２２の他、天井面、壁面に相当する建物内側の全てが計測範囲３１として指定されている。また、図４では障害物２３によって隠れている障害物２３の裏側付近３２も、計測範囲３１として指定されているものとして説明する。

勿論、このように計測範囲３１を指定しておかなくても、三次元レーザースキャナの配置計画を行うことは可能である。但し、計測対象物が高層の建物や大型の建物等であれば、通常柱部や梁部等の障害物が多くあったり、計測対象面積が比較的広かったりする。よって、三次元レーザースキャナによって計測対象面を１回で計測することができない。このため、計測開始前に計測すべき面を予め指定しておくことで、例えば障害物２３によって計測範囲３１を１回で計測することができない場合であっても、未計測の箇所が無いように配置計画段階で計測すべき箇所を残さず把握しておくことが可能となる。これにより、現地での実測の際にも未計測の箇所を無くし、再計測の手間も確実に無くすことができるため、作業効率を一層高めることが可能となる。

続いて、図５に示す仮想空間データのイメージ４０は、計測対象物である建物２１に、その計測範囲３１と、実測する建物で計測を行うための基準となる座標系を示す座標系指定マーク４１とが重ねて設定されている状態を表しているイメージである。

この座標系指定マーク４１を指定するには、計測範囲３１と同様に、ユーザーがマウス等により選択すれば良い。この座標系ホインタ４１によって、座標系をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向で指定する。ここでは、建物２１が直方体であるので、Ｘ方向とＹ方向とによる二次元平面は本来建物の床面と並行になり、Ｘ方向またはＹ方向とＺ方向とによる二次元平面は本来建物の壁面と並行になるものとして説明する。

なお、本実施形態の説明では、１つの仮想空間データのみを用いて三次元レーザースキャナの配置計画前処理を説明したが、上述したように計測範囲が比較的広い場合等には、複数の仮想空間データを用いて配置計画前処理を行い、最後に処理データを合成しても良い。

（三次元レーザースキャナの配置計画処理）
続いて、図６〜図９を参照して、仮想空間データ上での三次元レーザースキャナの配置計画処理を説明する。図６は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて計測機の第１の配置位置が設定されているイメージであり、図７は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第１の配置位置による予測計測結果のイメージであり、図８は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第２の配置位置による予測計測結果のイメージであり、図９は計測対象物である建物の断面を示す仮想空間データにおいて第１および第２の配置位置による予測計測結果を合成したイメージである。

まず、図６に示す仮想空間データのイメージ５０は、仮想空間データ上の建物２１の床面２２に、実測する建物で三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置する位置である配置位置を示す三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１が重ねて設定されている状態を表しているイメージである。

この三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１を指定するには、計測範囲３１や座標系指定マーク４１と同様に、ユーザーがマウス等により選択すれば良く、仮想空間データのイメージ５０上における建物２１の床面２２等の任意の位置に三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１を指定することができる。

ここでは、障害物２３の図中左側に三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１が指定されている。具体的に、仮想空間データのイメージ５０に示されている三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１の配置されている位置が、実測する建物で三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置する位置に対応している。このようにして、実測する建物で三次元レーザースキャナ本体部１１ａの配置位置を、事前に仮想空間データのイメージ５０上で容易にシミュレーションすることができる。

そして、図７に示す仮想空間データのイメージ６０は、三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１の配置位置で、三次元レーザースキャナ１１ａによって実測可能な範囲６１（図中に網掛で示す部分）を予測計測データとして表している。また、これと同時に、予測計測データでは、障害物２３によって実測不可能な範囲６２を把握することができる。

この実測可能な範囲６１は、予測計測データ生成部１２ｅが、計測機配置位置データ取得部１２ｃによって取得された三次元レーザースキャナの配置位置や、計測機情報設定部１２ｄに設定された計測機情報等に基づいて予測および生成する。

同様に、図８に示す仮想空間データのイメージ７０は、図６に示した仮想空間データのイメージ５０と異なる位置に、三次元レーザースキャナ本体部１１ａの配置位置を示す三次元レーザースキャナ配置位置マーク７１が設定されている状態を表している。また、三次元レーザースキャナ配置位置マーク７１の配置位置で、三次元レーザースキャナ１１ａによって実測可能な範囲７３（図中に網掛で示す部分）を予測計測データとして表している。同時に、障害物２３によって実測不可能な範囲７４を把握することができる。

図７に示した予測計測データから、三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１の配置位置では、障害物２３によって実測不可能な範囲６２が存在することを把握することができた。その後、三次元レーザースキャナ配置位置マーク７１の配置位置に移動することで、障害物２３によって実測不可能な範囲６２が実測可能な範囲となることを把握することができる。

このように、仮想空間データ上で三次元レーザースキャナ配置位置マーク５１，７１をユーザーが任意に指定することができる。このため、建物２１にある障害物２３等の位置を考慮しながら、なるべく少ない回数で建物２１の計測範囲３１の全体を計測することができる三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置位置を机上で計画することができる。

そして、図９に示す仮想空間データのイメージ８０は、図７に示した仮想空間データ上の実測可能な範囲６１と、図８に示した仮想空間データ上の実測可能な範囲７３とを合成したイメージである。図９に示した仮想空間データのイメージ８０からわかるように、実測可能な範囲６１，７３（図中に２種類の網掛で示す部分）は、図４に示した計測対象物である建物２１の計測すべき計測範囲３１を全て含んでいる。つまり、２回に分けて行った予測計測によって、この通りに三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置して実測を行えば、許される誤差の範囲内で計測対象物である建物の計測範囲を全て計測可能であることがわかる。

このような手順で、実測前にユーザーは何度でも予測計測を行えることで、三次元レーザースキャナの配置計画を容易に行うことができる。さらに、事前に計測すべき計測範囲データを取得しておくことで、計測すべき範囲を確実に把握しておくことができる。よって、現場での未計測箇所が発生するのを未然に防止したり、計測後に計測範囲の確認作業を行う場合でも短時間で確認を行ったりすることができる。

勿論、障害物等が無く１回で全ての計測対象物を計測できる場合であったり、計測範囲が比較的狭い範囲である場合であったりすれば、１回だけ予測計測を行えば良い。

（出来型精度確認装置における一連の処理の流れ）
次に、図１０を参照して、出来型精度確認装置における一連の処理の流れを説明する。図１０は、出来型精度確認装置における一連の処理の流れを示すフローチャートである。

出来型精度確認システム１０は、まず仮想空間データを用いて三次元レーザースキャナ１１の三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置する位置を決定するための配置計画処理を実行する前の前処理として、配置計画前処理を実行する（ステップＳ１０１）。続いて、出来型精度確認システム１０は、配置計画処理を実行する（ステップＳ１０２）。

続いて、ステップＳ１０２で実行された配置計画処理に基づいて現地で三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置して、出来型精度確認システム１０は現地で実際に計測を行う実測処理を行う（ステップＳ１０３）。最後に、出来型精度確認システム１０は、実測処理に基づいて、計測対象物に対する設計・計画モデルとの照合や出来型精度確認に必要な結果出力等を行う（ステップＳ１０４）。

（配置計画前処理の流れ）
次に、図１１を参照して、三次元計測機配置計画装置における配置計画前処理の流れを説明する。図１１は、三次元計測機配置計画装置における配置計画前処理の流れを示すフローチャートである。

仮想空間データ入力部１２ａは、計測対象物となる建物等の仮想空間データを入力する（ステップＳ２０１）。次に、計測範囲データ取得部１２ｇは、仮想空間データ上で、計測対象物のうちの計測すべき計測範囲を示す計測範囲データを取得する（ステップＳ２０２）。次に、座標系データ取得部１２ｂは、仮想空間データ上でユーザーによって指定される、計測する際の基準となるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向で示される座標系指定マークに基づいて、計測対象物の座標系データを取得する（ステップＳ２０３）。

（出来型精度確認装置における配置計画処理の流れ）
続いて、図１２を参照して、三次元計測機配置計画装置における配置計画処理の流れを説明する。図１２は、三次元計測機配置計画装置における配置計画処理の流れを示すフローチャートである。

計測機配置位置データ取得部１２ｃは、仮想空間データ上でユーザーによって指定された三次元レーザースキャナ配置位置マークに基づいて、三次元レーザースキャナ１１の配置位置データを取得する（ステップＳ３０１）。次に、予測計測データ生成部１２ｅは、仮想空間データ上で、三次元レーザースキャナ本体部１１ａが配置された場合の予測計測データを生成する（ステップＳ３０２）。

計測データ比較部１２ｈは、予測計測データ生成部１２ｅによって生成された予測計測データと、計測範囲データ取得部１２ｇによって取得された計測範囲データとを比較する（ステップＳ３０３）。

計測データ比較部１２ｈは、予測計測データで示される予測計測範囲に、計測範囲データで示される計測すべき範囲が含まれていない場合には（ステップＳ３０４のＮＯ）、三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置する位置が計測範囲を計測不可能な位置であるため、ステップＳ３０１の処理に戻り、ユーザーに対して別の配置位置データを指定するように、ノート型パーソナルコンピューターのディスプレイにメッセージを表示して指示を促す。

また、計測データ比較部１２ｈは、予測計測データで示される予測計測範囲に、計測範囲データで示される計測すべき計測範囲が含まれている場合には（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置する位置が計測範囲を計測可能な位置であるため、予測計測データ記憶部１２ｆは計測機配置位置データ取得部１２ｃによって取得された配置位置データおよび、予測計測データ生成部１２ｅによって生成された予測計測データを記憶する（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）。

また、計測データ比較部１２ｈは、予測計測データ記憶部１２ｆに記憶されている全ての予測計測データを合成して、計測範囲データで示される計測範囲を全て予測計測できていない場合には、障害物等により未計測の部分が存在しているため（ステップＳ３０７のＹＥＳ）、ステップＳ３０１の処理に戻り、ユーザーに対して別の配置位置データを指定するように指示を促す。

また、計測データ比較部１２ｈは、ステップＳ３０７で、全ての予測計測データを合成して、計測範囲データで示される計測範囲を全て予測計測できている場合には、未計測の部分は存在していないので（ステップＳ３０７のＮＯ）、ユーザーに対して予測計測が完了したことを知らせて、本処理を終了する。

（実測処理の流れ）
次に、図１３を参照して、出来型精度確認装置における実測処理の流れを説明する。図１３は、出来型精度確認装置における実測処理の流れを示すフローチャートである。

現地で、配置計画処理に基づいて得られた配置位値データに基づいて、三次元レーザースキャナ本体部１１ａを計測対象物上に配置すると共に、実測結果データ補正処理部１２ｊに三次元レーザースキャナ１１の計測可能な範囲、計測精度および計測機仕様等の計測機情報に基づいて、実測結果データの許容誤差範囲等の補正データ等を設定しておく（ステップＳ４０１）。

実測結果データ座標変換処理部１２ｉは、三次元レーザースキャナ１１から実測結果データを取得し（ステップＳ４０２）、三次元レーザースキャナ本体部１１ａを配置した位置で計測した実測結果データの座標系を、仮想空間データ上の座標系に変換する（ステップＳ４０３）。実測結果データ補正処理部１２ｊは、補正データに基づいて、実測結果データ座標変換処理部１２ｉによって仮想空間データ上の座標系に変換された実測結果データを補正する（ステップＳ４０４）。実測結果データ記憶部１２ｋは、実測結果データ補正処理部１２ｊによって補正された後の実測結果データを記憶する（ステップＳ４０５）。

三次元レーザースキャナ１１から別の実測結果データが入力される場合（ステップＳ４０６のＹＥＳ）、ステップＳ４０３に戻り上述した処理を繰り返す。

また、ステップＳ４０６で、三次元レーザースキャナ１１から別の実測結果データが入力が無くなり、実測が終了した場合には（ステップＳ４０６のＮＯ）、実測結果データ記憶部１２ｋによって記憶されている全ての実測計測データを合成して最終的な実測計測データ出力して（ステップＳ４０７）、実測処理を終了する。
（変形例）
以上の実施形態は例示に過ぎず、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、様々な形態に変更することができる。

例えば、上記の実施形態で説明した計測対象物は、比較的面積の狭い建物を想定していたが、例えば面積が広い建物である場合には、１つの出来型精度確認装置と、複数の三次元レーザースキャナとを組み合わせても、リアルタイムかつ高精度に出来型精度確認を行うことも可能である。また、計測用途に合わせて、三次元レーザースキャナ以外の各種計測機も組み合わせて用いることも可能である。
（まとめ）
上記の出来型精度確認システム、三次元計測機配置計画装置、三次元計測機配置計画プログラムおよび三次元計測機配置計画方法では、実測開始前に机上で計測計画を行うことができる。このため、三次元レーザースキャナのみを用いて出来型精度確認を行う場合と比較して、精度確認に必要な作業工程を合理化することができる。同時に、作業工期、作業コストを抑えることができる。

また、計測予測時に計測範囲を前もって設定しておくことにより、未計測の範囲を無くし、精度確認に必要な作業工程を合理化することができる。

本発明は、三次元計測を行う前の三次元計測機の配置計画作業および現地での実測で、三次元レーザースキャナ等の三次元計測機と共に利用される。

１０出来型精度確認システム
１１三次元レーザースキャナ
１１ａ三次元レーザースキャナ本体部
１１ｂ三次元レーザースキャナ制御部
１２出来型精度確認装置
１２ａ仮想空間データ入力部
１２ｂ座標系データ取得部
１２ｃ計測機配置位置データ取得部
１２ｄ計測機情報設定部
１２ｅ予測計測データ生成部
１２ｆ予測計測データ記憶部
１２ｇ計測範囲データ取得部
１２ｈスキャンデータ比較部
１２ｉ実測結果データ座標変換処理部
１２ｊデータ補正処理部
１２ｋ実測結果データ記憶部
１２ｌ実測結果データ合成処理部
１２ｍ実測結果データ出力部
１３三次元計測機配置計画装置

Claims

三次元計測機と、前記三次元計測機の配置位置を計画する三次元計測機配置計画装置と、前記三次元計測機配置計画装置によって計画された前記配置位置に配置された前記三次元計測機によって計測される計測対象物の出来型精度確認を行う出来型精度確認装置と、を備える出来型精度確認システムであって、
前記三次元計測機配置計画装置は、
前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力手段と、
前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得手段と、
前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得手段と、
前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定手段と、
前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成手段と、
を備え、
前記出来型精度確認装置は、
前記仮想空間データ上の前記三次元計測機の前記配置位置に対応する、前記計測対象物の位置に前記三次元計測機を実際に配置した際、当該三次元計測機によって実測された実測結果データの座標系データを、前記仮想空間データの座標系データに変換する実測結果データ座標変換処理手段と、
前記仮想空間データの前記座標系データに変換された全ての前記実測データを合成する実測結果データ合成処理手段と、
前記実測結果データ合成処理手段によって合成された前記実測データを出力する実測結果データ出力手段と、
を備えることを特徴とする出来型精度確認システム。
三次元計測機と、前記三次元計測機によって計測される計測対象物の出来型精度確認を行う出来型精度確認装置と、を備えた出来型精度確認システムに用いられる前記三次元計測機の配置位置を計画する三次元計測機配置計画装置であって、
前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力手段と、
前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得手段と、
前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記計測対象物を計測する前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得手段と、
前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定手段と、
前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成手段と、
を備えることを特徴とする三次元計測機配置計画装置。
前記仮想空間データ上で前記ユーザーによって指定された、前記計測対象物のうちの計測すべき計測範囲を示す計測範囲データを取得する計測範囲データ取得手段と、
前記計測範囲データで示された前記計測すべき計測範囲と、前記予測計測データで示された前記予測した計測範囲とを比較して、当該予測した計測範囲内に当該計測すべき計測範囲の全てが含まれているか否かについて比較結果を出力する計測データ比較手段と、
を備え、
計測データ比較手段は、前記予測した計測範囲内に前記計測すべき計測範囲の全てが含まれていないと比較結果を出力した場合に、
前記計測機配置位置データ取得手段は、前記ユーザーによって新たに指定された前記配置位置データを取得することを特徴とする請求項２記載の三次元計測機配置計画装置。
三次元計測機と、出来型精度確認装置と共に出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置が実行する三次元計測機配置計画プログラムであって、
前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力ステップ、
前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得ステップ、
前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記計測対象物を計測する前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得ステップ、
前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定ステップ、
前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成ステップを有する処理をコンピュータに実行させるための三次元計測機配置計画プログラム。
三次元計測機と、出来型精度確認装置と共に出来型精度確認システムを構成する三次元計測機配置計画装置が実行する三次元計測機配置計画方法であって、
前記三次元計測機配置計画装置は、
仮想空間データ入力手段が、前記計測対象物の三次元の仮想空間データを入力する仮想空間データ入力ステップ、
座標系データ取得手段が、前記仮想空間データ上でユーザーによって指定された、当該仮想空間データの座標系データを取得する座標系データ取得ステップ、
計測機配置位置データ取得手段が、前記座標系データが指定された前記仮想空間データ上での前記三次元計測機の前記配置位置を示す配置位置データを取得する計測機配置位置データ取得ステップ、
計測機情報設定手段が、前記三次元計測機に係る計測機情報を設定する計測機情報設定ステップ、
予測計測データ生成手段が、前記三次元計測機の前記配置位置データおよび前記計測機情報に基づいて、前記仮想空間データ上で前記三次元計測機によって計測可能な範囲を予測し、当該予測した計測範囲を示す予測計測データを生成する予測計測データ生成ステップを有し、
前記出来型精度確認装置は、
実測結果データ座標変換処理手段が、前記仮想空間データ上の前記三次元計測機の前記配置位置に対応する、前記計測対象物の位置に前記三次元計測機を実際に配置した際、当該三次元計測機によって実測された実測結果データの座標系データを、前記仮想空間データの座標系データに変換する実測結果データ座標変換処理ステップ、
実測結果データ合成処理手段が、前記仮想空間データの前記座標系データに変換された全ての前記実測データを合成する実測結果データ合成処理ステップ、
実測結果データ出力手段が、前記実測結果データ合成処理ステップによって合成された前記実測データを出力する実測結果データ出力ステップを有することを特徴とする三次元計測機配置計画方法。