JP5616949B2 - 三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地表面上の対象物に係る三次元座標を測定する三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法に関するものである。

火器によって戦車や車両等の対象物を射撃するとき、火器から放たれた弾の初速がいくら速くても重力等の影響を受けて弾の軌跡は放物線を描くので、命中精度を上げるためには火器から対象物までの距離を求めることが重要である。

対象物までの距離を求める物として、レーザレンジファインダが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１０１３４２号公報

このようなレーザレンジファインダは、対象物に向かってレーザを射出し、そのレーザが対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測することで、レーザレンジファインダから対象物までの距離を求めることができる。
こうして求めた対象物までの距離に基づき、火器の俯仰角度等を決定し射撃することで、対象物により正確に命中させることができる。

しかしながら、レーザレンジファインダはレーザを対象物に対して射出する構造になっているので、敵（対象物）がレーザレンジファインダから出ているレーザを辿って、レーザレンジファインダがある場所が知られてしまうという問題がある。これでは、射撃しても敵に弾を避けられてしまうだけでなく、レーザレンジファインダのある場所が敵の攻撃の対象となってしまう。
また、より正確な弾道計算を行いさらに命中精度を高めるためには、対象物との距離だけではなく対象物の三次元座標を得ることが望ましい。なお、対象物と観測点の三次元座標を得られれば、対象物と観測点との距離は計算により容易に求めることができる。

そこで、本発明の目的とするところは、レーザを射出することなく対象物の三次元座標を得ることができる三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の三次元座標測定システムは、 地表面上の対象物（Ｔ）に係る三次元座標を測定する三次元座標測定システムにおいて、前記対象物（Ｔ）に照準が合わせられる照準手段（１１）と、前記照準手段（１１）を旋回可能な旋回手段（１２，３０）と、前記照準手段（１１）を俯仰可能な俯仰手段（１３，３０）と、前記旋回手段（１２，３０）及び前記俯仰手段（１３，３０）によって前記対象物（Ｔ）に前記照準手段（１１）を位置調整したときの、基準方角からの旋回角度（α）を測定する旋回角度測定手段（１４）と、前記対象物（Ｔ）に前記照準手段（１１）を位置調整したときの、水平面からの俯仰角度（β）を測定する俯仰角度測定手段（１５）を有する対物位置測定装置（１０）を備えるとともに、前記対物位置測定装置（１０）の三次元座標をＧＰＳにより取得する対物位置測定装置座標取得手段（１６）と、予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報を記憶する三次元地図記憶手段（３１）と、前記三次元地図情報上に、前記対物位置測定装置座標取得手段（１６）を介して取得した前記対物位置測定装置（１０）の三次元座標をプロットするとともに、そのプロットした点から、前記旋回角度測定手段（１４）、方位計（２４）及び前記俯仰角度測定手段（１５）を介して測定した前記旋回角度（α）及び前記俯仰角度（β）に基づいて仮想直線（３５）を引く仮想直線決定手段（３０）と、前記三次元地図情報における地表面に対して前記仮想直線（３５）を延長したときに最初に交わる点の三次元座標を取得する交点座標取得手段（３０）を備え、前記交点座標取得手段（３０）で取得した三次元座標を前記対象物（Ｔ）の現実の三次元座標としてメモリ（３１）に記憶させることを特徴とする。

また、請求項２に記載の三次元座標測定システムは、前記照準手段（１１）、前記旋回手段（１２，３０）、及び前記俯仰手段（１３，３０）を上載し支持する支持手段（１７）と、前記支持手段（１７）を水平に維持する姿勢制御手段（３２）を備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の三次元座標測定システムは、前記対象物（Ｔ）の移動に対応し、前記旋回手段（１２，３０）及び前記俯仰手段（１３，３０）を制御して前記照準手段（１１）が前記対象物（Ｔ）に照準を合わせ続ける自動追尾手段（３０）をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の三次元座標測定方法は、地表面上の対象物（Ｔ）に係る三次元座標を測定する三次元座標測定方法において、観測点の三次元座標を取得するとともに、前記観測点と前記対象物（Ｔ）との間には障害物が存在しないように前記対象物（Ｔ）に照準を合わせたときの、基準方角からの旋回角度（α）及び水平面からの俯仰角度（β）を測定し、予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報上に、取得した前記観測点の三次元座標をプロットし、さらにそのプロットした点から、測定した前記旋回角度（α）及び俯仰角度（β）に基づいて仮想直線（３５）を引いて、前記三次元地図情報における地表面に対して前記仮想直線（３５）を延長したときに最初に交わる点の三次元座標を取得し、その三次元座標を前記対象物（Ｔ）の現実の三次元座標とすることを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載の三次元座標測定システムによれば、対物位置測定装置の三次元座標をＧＰＳにより取得し、しかも予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報を記憶するので、三次元地図情報上に対物位置測定装置の三次元座標をプロットすることができる。
そして、対象物に照準手段を位置調整したときの、基準方角からの旋回角度を測定するとともに、水平面からの俯仰角度を測定するので、三次元地図情報上にプロットした点から、測定した旋回角度及び俯仰角度に基づいて仮想直線を引くことができ、三次元地図情報における地表面に対して仮想直線を延長したときに最初に交わる点を求めることができる。ここで、この点の三次元座標は対象物の現実の三次元座標であるので、このようにレーザを射出することなく対象物の三次元座標を得ることができる。

また、請求項２に記載の三次元座標測定システムによれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、照準手段、旋回手段、及び俯仰手段を上載し支持する支持手段を水平に維持するので、照準手段の姿勢を制御することができ、水平面からの俯仰角度を容易に測定することができる。よって、対象物のさらに正確な三次元座標を得ることができる。

また、請求項３に記載の三次元座標測定システムによれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、対象物の移動に対応し、対象物に照準を合わせ続けることができるので、移動している対象物の三次元座標を連続して得ることができる。よって、対象物が移動していても弾が対象物に届くまでの対象物の移動量を予測することができるので、対象物への命中精度が高くなる。

また、請求項４に記載の三次元座標測定方法によれば、観測点の三次元座標を取得するとともに、観測点と対象物との間には障害物が存在しないように対象物に照準を合わせたときの、基準方角からの旋回角度及び水平面からの俯仰角度を測定し、予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報上に、取得した観測点の三次元座標をプロットし、さらにそのプロットした点から、測定した旋回角度及び俯仰角度に基づいて仮想直線を引いて、三次元地図情報における地表面に対して仮想直線を延長したときに最初に交わる点の三次元座標を取得し、その三次元座標を対象物の現実の三次元座標とするので、レーザを射出することなく対象物の三次元座標を得ることができる。
また、実測された三次元地図情報、旋回角度、及び俯仰角度に基づいて対象物の三次元座標を算出するので、得られる三次元座標の信頼性は高い。

なお、本発明の三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法のように、三次元地図情報に三次元座標をプロットして、そのプロットした点から、測定した旋回角度及び俯仰角度に基づいて仮想直線を引き、交点を求めることで対象物の現実の三次元座標とする点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにおける対物位置測定装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムの電気的構成概要を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにおける水平制御ユニットの電気的構成概要を示すブロック図である。 図１に示す対物位置測定装置が姿勢制御を行っている概要を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにより測定した、地平座標（ＥＮＵ座標）系における対物位置測定装置のｅ座標，ｎ座標及び旋回角度を示すｅ−ｎ平面図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにより測定及び三次元地図情報上にプロットした、地平座標（ＥＮＵ座標）系における対物位置測定装置のｕ座標及び俯仰角度を示すｄ−ｕ平面図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにより測定及び三次元地図情報上にプロットした、地平座標（ＥＮＵ座標）系における他の対物位置測定装置のｕ座標及び俯仰角度を示すｄ−ｕ平面図である。 地平座標系を示す地球の概略図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにおいて、対象物の三次元座標を算出する制御に係る演算ユニットまわりの電気的構成概要を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにおいて、対象物に照準を合わせる様子を示すモニター図である。 本発明の実施形態に係る三次元座標測定システムにおいて、対象物に照準を合わせる制御に係る演算ユニットまわりの電気的構成概要を示すブロック図である。

図１乃至図１２を参照して、本発明の実施形態に係る三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法を説明する。
この三次元座標測定システムは、ヘリコプター等から車両等の対象物Ｔを射撃するときの命中精度を高めるために、地表面上の対象物Ｔに係る三次元座標を地表面上から測定するものである。

対物位置測定装置１０は、地表面に配置され自身の三次元座標を測定するとともに、対象物Ｔが対物位置測定装置１０を基準としてどの旋回角度α及び俯仰角度βに位置するかを測定するものである。そして対物位置測定装置１０は、視覚センサー１１、旋回軸サーボモータ１２、俯仰軸サーボモータ１３、旋回角度測定センサー（旋回絶対位置センサー）１４、俯仰角度測定センサー（俯仰絶対位置センサー）１５、位置検出器１６、二軸ジンバル（設置面）１７、二軸インクリノメータ１８等を備える。
本実施形態において、この対物位置測定装置１０は実際に射撃する火器とは離れた場所に設置されている。

視覚センサー１１は、対象物Ｔに照準が合わせられるカメラ等であって、視覚センサー１１で捉えた像を画像処理ユニット１９を介してモニター２１に映すことができる。そのモニター２１では対象物Ｔや風景とともにレチクル３８も同時に表示される。
俯仰軸サーボモータ１３は、視覚センサー１１を俯仰可能に支持しており、後述する二軸ジンバル１７を基準面として視覚センサー１１を俯仰させる。
視覚センサー１１を実際に俯仰させるときには、後述する演算ユニット３０が俯仰軸サーボアンプ２３を介して俯仰軸サーボモータ１３を作動させて行う。
一方、俯仰軸サーボモータ１３が作動しないときには視覚センサー１１はその俯仰角度βで固定されている。

旋回軸サーボモータ１２は、旋回軸サーボアンプ２２を介して、視覚センサー１１及び俯仰軸サーボモータ１３を一体的に旋回（水平方向に回転）可能に支持する。
その回転軸は二軸ジンバル１７に垂直となっている。
視覚センサー１１を実際に旋回させるときには、演算ユニット３０が旋回軸サーボアンプ２２を介して旋回軸サーボモータ１２を作動させて行う。
一方、旋回軸サーボモータ１２が作動しないときには視覚センサー１１はその旋回角度αで固定されている。

俯仰角度測定センサー１５は、対象物Ｔに視覚センサー１１を向けるように位置調整したときの、水平面からの俯仰角度βを測定する。
ここで、より正確には俯仰角度測定センサー１５は二軸ジンバル１７からの俯仰角度βを測定するものであるが、後述するように二軸ジンバル１７は水平に保たれるようになっているので、二軸ジンバル１７からの視覚センサー１１の俯仰角度βを測定することで、水平面からの視覚センサー１１の俯仰角度βを得ることができる。
旋回角度測定センサー１４は、旋回軸サーボモータ１２及び俯仰軸サーボモータ１３によって対象物Ｔに視覚センサー１１を向けるように位置調整したときの、車体基準軸３７からの旋回角度γを測定する。また、基準方角（ここでは北）からの車体基準軸３７の偏差角度δは方位計２４により測定される。

二軸ジンバル１７は、ＰＩＴＣＨ軸及びそれに直交するＹＡＷ軸３７を中心として回転可能な回転台であり、視覚センサー１１、旋回軸サーボモータ１２、俯仰軸サーボモータ１３、二軸インクリノメータ１８、方位計２４、位置検出器１６を上載し支持する。

二軸インクリノメータ１８は、二軸ジンバル１７に上載され、二軸ジンバル１７の水平面からの傾きを測定する傾斜計である。二軸ジンバル１７の傾きは、ＰＩＴＣＨ軸回転及びＹＡＷ軸回転の二成分につき得ることができる。
そして、図３に示すように、二軸インクリノメータ１８で測定された二軸ジンバル１７の傾き（ＰＩＴＣＨ軸回転成分及びＹＡＷ軸回転成分）に基づいて、水平制御ユニット３２は二軸ジンバル１７が水平になるように、フィードバック回路２９によりＰＩＴＣＨ軸サーボアンプ２５を介してＰＩＴＣＨサーボモータ２６を駆動させるとともに、ＹＡＷ軸サーボアンプ２７を介してＹＡＷ軸サーボモータ２８を駆動させる。
この後、再び二軸インクリノメータ１８で二軸ジンバル１７の傾きを測定し、ＰＩＴＣＨサーボモータ２６及びＹＡＷ軸サーボモータ２８を駆動させるといった、二軸ジンバル１７を水平に保つようにフィードバック制御を続けて行う。なお、対物位置測定装置１０が地表面に設置されている場合には、一旦、二軸ジンバル１７の水平を確保できれば二軸インクリノメータ１８で常時二軸ジンバル１７の傾きを監視する必要はない。
このフィードバック制御によって、図４に示すように、対物位置測定装置１０全体を支持する基台２０が水平になっていなくても、二軸ジンバル１７は水平となる。

位置検出器１６は、自己の三次元座標をＧＰＳ機能により測定する。
ここで、本当に必要な三次元座標というのは視覚センサー１１の水平及び俯仰回転の中心位置の三次元座標であるが、位置検出器１６ではその視覚センサー１１の水平及び俯仰回転の中心位置の三次元座標を直接測定することができない。そこで、視覚センサー１１の水平及び俯仰回転の中心位置と位置検出器１６の位置との位置ずれが事前に測定しておき、測定された位置検出器１６の三次元座標からその位置ずれ分だけパララックス補正（視差補正）することで、視覚センサー１１の水平及び俯仰回転の中心位置の三次元座標を求める。

演算ユニット３０は、ＣＰＵ等からなり、メモリ３１に記憶された制御プログラムに従ってシステム全体を制御する。演算ユニット３０は基台２０上に設けられている。
メモリ３１は、制御プログラムや各構成要素で測定されたそれぞれの数値や三次元地図情報等を記憶する。ここで、三次元地図情報は、予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成されるものである。この三次元地図情報は本システムのために特別に作成されたものでなくてもよく、対象物Ｔが現実に存在する地点の近辺の各緯度・経度における標高のデータを有していればよい。

以上のように構成された三次元座標測定システムを使用した三次元座標測定方法について、図５乃至図１２を参照して説明する。
まず、演算ユニット３０は、照準線３５のｅ−ｎ平面への正射影ｄの長さをゼロに設定するとともに、そのｄの微小増加量Δｄを設定する（ステップＳ１（以下、「ステップ」という語を省略する））。ｅ−ｎ平面とは、地平座標におけるいわゆるｘ−ｙ平面である。

次に、演算ユニット３０は旋回軸サーボモータ１２及び俯仰軸サーボモータ１３を作動させて対象物Ｔに視覚センサー１１を向けるように位置調整して、観測点Ｇ（対物位置測定装置１０）と対象物Ｔとの間には障害物が存在しないように対象物Ｔに照準を合わせる。このとき、観測者がモニター２１に映った映像を見ながら、視覚センサー１１をどの方向に向けるかを判断してジョイスティック３３等で操作し、それに基づいて演算ユニット３０が旋回軸サーボモータ１２等を制御する。

詳しくは、図１１及び図１２に示すように、ジョイスティック３３の操作だけで照準を合わせるのではなく、ジョイスティック３３の操作に加え、照準線３５（レチクル３８の中央交点）と対象物Ｔのモニター２１上の水平方向偏差Δｘ及び同垂直方向偏差Δｙを画像処理ユニット１９からフィードバックさせて演算ユニット３０が旋回軸サーボアンプ２２と俯仰軸サーボアンプ２３を制御する。

次に、このときの車体基準軸３７からの旋回角度γを旋回角度測定センサー１４によって測定するとともに、基準方角からの車体基準軸３７の偏差角度δを方位計２４によって測定する（Ｓ２）。さらに水平面からの俯仰角度βを俯仰角度測定センサー１５によって測定し、その値を演算ユニット３０が取得する（Ｓ２）。
なお、本実施形態においては、図７に示すように、対物位置測定装置１０は地表面上に設置され対象物Ｔは対物位置測定装置１０よりも高い位置にあるので、俯仰角度βは水平面から見上げた角度になる。

次に、位置検出器１６が自己の三次元座標をＧＰＳにより検出し、演算ユニット３０がその値Ｇ（Φ_g，λ_g，Ｕ_g）を取得する（Ｓ３）。この三次元座標はパララックス補正後のものとする。

次に、図６に示すように、演算ユニット３０は基準方角からの車体基準軸３７の偏差角度δ及び車体基準軸３７からの視覚センサーの旋回角度γに基づいて、基準方角からの視覚センサー１１の旋回角度αを求める（Ｓ４）。すなわち、δからγを減じてαを求める。

次に、観測点の座標であるΦ_g，λ_g及びｅ，ｎに基づき地平座標から測地座標に座標変換する（Ｓ５，Ｓ６）。ここで、ｅはｄの地平座標における東方向成分、ｎはｄの地平座標における北方向成分である（図６参照）。
なお、地平座標と測地座標との関係は図９に示すようになっており、地平座標では観測点Ｇが原点であって、測地座標においては地球の重心を原点としている。

次に、その測地座標に基づいてメモリ３１に記憶しているデーターベースから観測点Ｇ近傍の三次元地図情報を読み出してプロットする（Ｓ７）。

次に、三次元地図情報上に、対物位置測定装置１０の三次元座標をプロットし、さらにそのプロットした点から、旋回角度α及び俯仰角度βに基づいて仮想直線３５（照準線３５）を引き（Ｓ８）、その照準線３５をΔｄだけ延長する（Ｓ９）。

照準線３５を延長し続けて、照準線３５が三次元地図情報における地表面３６と最初に交わったとき（Ｓ１０）、その交点の三次元座標を取得する（Ｓ１２）。よって、Δｄを細かく設定しておくことで、繰り返しの計算量は増えるが、算出される座標の精度は上がる。
この交点の東方向成分（ｅ座標）Ｅｔはｄの東方向成分、北方向成分（ｎ座標）Ｎｔはｄの北方向成分、高さ方向成分（ｕ座標）Ｕｔはそのｄにおける照準線３５の値，すなわちＵｔ＝ｄ・ｔａｎβ＋Ｕ_gである。

最後に、その三次元座標Ｔ（Ｅ_t，Ｎ_t，Ｕ_t）を対象物Ｔの現実の三次元座標として記憶する。
この記憶された三次元座標Ｔ（Ｅ_t，Ｎ_t，Ｕ_t）は、通信ユニット３４を介して火器を有する機器・装置（例えばヘリコプター）に送られ、その三次元座標Ｔ（Ｅ_t，Ｎ_t，Ｕ_t）に基づいて射撃が行われる。

以上のように構成された三次元座標測定システム及び三次元座標測定方法によれば、対物位置測定装置１０の三次元座標をＧＰＳにより取得し、しかも予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報を記憶するので、三次元地図情報上に対物位置測定装置１０の三次元座標をプロットすることができる。
そして、対象物Ｔに視覚センサー１１を位置調整したときの、基準方角からの旋回角度αを測定するとともに、水平面からの俯仰角度βを測定するので、三次元地図情報上にプロットした点から、測定した旋回角度α及び俯仰角度βに基づいて照準線３５（仮想直線）を引くことができ、三次元地図情報における地表面３６に対して照準線３５を延長したときに最初に交わる点を求めることができる。
ここで、この点の三次元座標は対象物Ｔの現実の三次元座標であるので、このようにレーザを射出することなく対象物Ｔの三次元座標を得ることができる。

また、視覚センサー１１、旋回軸サーボモータ１２、及び俯仰軸サーボモータ１３を上載し支持する二軸ジンバル１７を水平に維持するので、視覚センサー１１の姿勢を制御することができ、水平面からの俯仰角度βを容易に測定することができる。よって、対象物のさらに正確な三次元座標を得ることができる。

また、実測された三次元地図情報、旋回角度α、及び俯仰角度βに基づいて対象物Ｔの三次元座標を算出するので、得られる三次元座標の信頼性は高い。

なお、本実施形態において、対象物Ｔの移動に対応し、旋回軸サーボモータ１２及び俯仰軸サーボモータ１３を制御して視覚センサー１１が対象物Ｔに照準を合わせ続けるように自動追尾可能であるとさらによい。もちろん、対象物Ｔに照準を合わせ続けるように観測者が補助してもよい。
このように所定時間間隔でその時々の対象物Ｔの三次元座標を求めて順次メモリ３１に記憶させることで、対象物Ｔが移動していても弾が対象物Ｔに届くまでの対象物Ｔの移動量を予測することができるので、対象物Ｔへの命中精度が高くなる。

また、対象物Ｔが対物位置測定装置１０よりも高い位置にあるとしたが、これに限られるものではなく、対象物Ｔが対物位置測定装置１０よりも低い位置にあってもよい。このとき俯仰角度βは水平面から見下ろした角度になる。

また、対象物Ｔは地表面上に存在する必要があるが対物位置測定装置１０は地表面上に設置する必要はなく、図８に示すように、対物位置測定装置１０を、火器を有するヘリコプターに搭載して対象物Ｔの三次元座標を測定するとともにそのヘリコプターから対象物Ｔに対して射撃してもよい。
このように対物位置測定装置１０をヘリコプターに搭載し、対物位置測定装置１０が移動する場合には、二軸ジンバル１７（対物位置測定装置１０）の姿勢制御を常時行う必要がある。

さらに、二軸ジンバル１７を水平に維持して視覚センサー１１の姿勢を制御したが、これに限られるものではなく、水平面を取得（確認）できる他の方法を採用することもできる。
また、水平制御ユニット３２で視覚センサー１１の姿勢を制御したが、これに限られるものではなく、演算ユニット３０が水平制御ユニット３２の役割を兼用してもよい。

また、基準方角を北としたが、これに限られるものではなく、他の方角を基準としてもよい。
この基準方角を測定する方位計２４には、ＧＰＳコンパス、磁気コンパス、ジャイロコンパス等があるが、これらに限られるものではない。

また、本実施形態に係る三次元座標測定方法において、旋回角度γ，偏差角度δ及び俯仰角度βを取得して（Ｓ２）から自己の三次元座標を取得したが（Ｓ３）、これに限られるものではなく、自己の三次元座標を取得した後に旋回角度γ，偏差角度δ及び俯仰角度βを取得してもよい。
また、位置検出器１６は対物位置測定装置１０に取付けられているとしたが、これに限られるものではなく、位置ずれの補正を行うことができれば対物位置測定装置１０から離れていてもよい。

また、二軸インクリノメータ１８を用いたが、これに限られるものではなく、二軸加速度計であってもよい。
また、演算ユニット３０は対物位置測定装置１０とは一体であるとしたが、これに限られるものではなく、対物位置測定装置１０とは別体でもよい。

また、基準方角からの視覚センサー１１の旋回角度αを、車体基準軸３７からの視覚センサー１１の旋回角度γ及び基準方角からの車体基準軸３７の偏差角度δから間接的に求めたが、これに限られるものではなく、直接求めることができればそれでもよい。

１０ 対物位置測定装置
１１ 視覚センサー（照準手段）
１２ 旋回軸サーボモータ（旋回手段）
１３ 俯仰軸サーボモータ（俯仰手段）
１４ 旋回角度測定センサー（旋回角度測定手段）
１５ 俯仰角度測定センサー（俯仰角度測定手段）
１６ 位置検出器（対物位置測定装置座標取得手段）
１７ 二軸ジンバル（支持手段）
１８ 二軸インクリノメータ
１９ 画像処理ユニット
２０ 基台
２１ モニター
２２ 旋回軸サーボアンプ
２３ 俯仰軸サーボアンプ
２４ 方位計
２５ ＰＩＴＣＨ軸サーボアンプ
２６ ＰＩＴＣＨサーボモータ
２７ ＹＡＷ軸サーボアンプ
２８ ＹＡＷ軸サーボモータ
２９ フィードバック回路
３０ 演算ユニット（旋回手段，俯仰手段，仮想直線決定手段，交点座標取得手段，自動追尾手段）
３１ メモリ（三次元地図記憶手段）
３２ 水平制御ユニット（姿勢制御手段）
３３ ジョイスティック
３４ 通信ユニット
３５ 照準線（仮想直線）
３６ 三次元地図情報における地表面（標高データ）
３７ 車体基準軸（旋回軸）
３８ レチクル
ｄ 照準線のｅ−ｎ平面への正射影
Ｇ 観測点
Ｔ 対象物
α 基準方角からの視覚センサーの旋回角度
β 水平面からの視覚センサーの俯仰角度
γ 車体基準軸からの視覚センサーの旋回角度
δ 基準方角からの車体基準軸の偏差角度

Claims (4)

1. 地表面上の対象物に係る三次元座標を測定する三次元座標測定システムにおいて、
   前記対象物に照準が合わせられる照準手段と、
   前記照準手段を旋回可能な旋回手段と、
   前記照準手段を俯仰可能な俯仰手段と、
   前記旋回手段及び前記俯仰手段によって前記対象物に前記照準手段を位置調整したときの、基準方角からの旋回角度を測定する旋回角度測定手段と、
   前記対象物に前記照準手段を位置調整したときの、水平面からの俯仰角度を測定する俯仰角度測定手段を有する対物位置測定装置を備えるとともに、
   前記対物位置測定装置の三次元座標をＧＰＳにより取得する対物位置測定装置座標取得手段と、
   予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報を記憶する三次元地図記憶手段と、
   前記三次元地図情報上に、前記対物位置測定装置座標取得手段を介して取得した前記対物位置測定装置の三次元座標をプロットするとともに、そのプロットした点から、前記旋回角度測定手段及び前記俯仰角度測定手段を介して測定した前記旋回角度及び前記俯仰角度に基づいて仮想直線を引く仮想直線決定手段と、
   前記三次元地図情報における地表面に対して前記仮想直線を延長したときに最初に交わる点の三次元座標を取得する交点座標取得手段を備え、
   前記交点座標取得手段で取得した三次元座標を前記対象物の現実の三次元座標としてメモリに記憶させることを特徴とする三次元座標測定システム。
2. 前記照準手段、前記旋回手段、及び前記俯仰手段を上載し支持する支持手段と、
   前記支持手段を水平に維持する姿勢制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元座標測定システム。
3. 前記対象物の移動に対応し、前記旋回手段及び前記俯仰手段を制御して前記照準手段が前記対象物に照準を合わせ続ける自動追尾手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元座標測定システム。
4. 地表面上の対象物に係る三次元座標を測定する三次元座標測定方法において、
   観測点の三次元座標を取得するとともに、
   前記観測点と前記対象物との間には障害物が存在しないように前記対象物に照準を合わせたときの、基準方角からの旋回角度及び水平面からの俯仰角度を測定し、
   予め地表面上の各地点について測定された三次元座標から作成された三次元地図情報上に、取得した前記観測点の三次元座標をプロットし、さらにそのプロットした点から、測定した前記旋回角度及び俯仰角度に基づいて仮想直線を引いて、前記三次元地図情報における地表面に対して前記仮想直線を延長したときに最初に交わる点の三次元座標を取得し、その三次元座標を前記対象物の現実の三次元座標とすることを特徴とする三次元座標測定方法。