JP6179880B2 - 測量用ターゲット、及びトータルステーション測量方法 - Google Patents

Description

本願発明は、トータルステーションによる測量で用いられる測量用ターゲットに関するものであり、より具体的には、２つの反射鏡を同軸上に配置した測量用ターゲットとこれを用いたトータルステーション測量方法に関するものである。

旧来、任意点の座標を求める場合、トランシットによって平面座標を計測し、水準器によって標高を計測するのが一般的であった。その後、測量機器の技術に伴いトータルステーションが汎用的となり、これ１台で平面座標と標高を計測できるようになった。

測量機械を用いて行う測量には、これまで様々な手法が採られてきた。例えば、２以上の既知点がありこれら以外の任意点を求める場合、既知点にトータルステーションを据えて他の既知点を捉え、その後求める任意点を捉えて角度と距離を取得する。ここで計測された角度と距離、さらに既知点座標を用いて任意点の座標を算出することができる。これがいわゆる前方交会法と呼ばれる測量手法である。

あるいは、３以上の既知点がありこれら以外の任意点を求める場合、この任意点にトータルステーションを据えて３以上の既知点を捉え、それぞれの角度と距離を取得する。ここで計測された角度と距離、さらに既知点座標を用いて任意点の座標を算出することができる。これがいわゆる後方交会法と呼ばれる測量手法である。

いずれにしろトータルステーションによって対象となる計測点を据える場合、ターゲットと呼ばれるものが用いられていた。つまり、トータルステーションで直接に計測点を睨むのではなく、計測点上に立てたターゲットを睨み、ターゲットの座標を介して計測点の座標を求めるわけである。このターゲットは、多くの場合、ピンポールに一つの反射鏡（「ミラー」ともいわれる）が設置されたものであり、ピンポールを計測点上に鉛直に立てることにより、ターゲットの平面座標を計測点の平面座標とみなし、ターゲットの標高から所定高さ（反射鏡の設置高さ）を差し引いた値を計測点の標高としていた。

このようにターゲット（ピンポール）は、測量作業の間、鉛直姿勢を維持することが求められる。ところが人によってターゲットを立てておくことは困難であるため、通常は三脚等によってターゲットを支えている。三脚等を利用すれば、ターゲットの鉛直姿勢が維持できるうえに、計測点付近に人を配置する必要がない。しかしながら、壁ぎわなど計測点が障害物に接近している場合には、三脚を立てることができないため、人によってターゲットを支える必要がある。人による支持では正確にターゲットの鉛直姿勢を維持することはできないし、入り隅や出隅の交点などが計測点となっている場合にはターゲット自身が障害となってターゲットを鉛直姿勢とすることができない。さらに、従来のターゲットを用いる限り（三脚を用いる場合を含めて）、鉛直平面上の任意点を計測することはそもそもできなかった。

壁やコーナー近傍の点を計測するため、特許文献１では測量器具の改良案を提案している。この測量器具は、自動追尾型のトータルステーションに対してターゲットの位置を知らしめるべくガイド光を出射するガイド光送光機であり、送光機本体部と送光部とがそれぞれ独立して回転しうることを特徴としている。

特開２００５−２２７１６６号公報

特許文献１のガイド光送光機はピンポールに取り付けて使用するものであり、同じくピンポールに取り付けた反射プリズムをトータルステーションが視準することでピンポールの地点の座標を求めることができる。この場合、反射プリズムの平面座標をピンポール地点の平面座標とするため、ピンポールは鉛直姿勢をとる必要がある。すなわち当該測量手法によれば、鉛直面上の任意点を計測することはできない。また、壁際にピンポールを立てる場合、三脚を用いることができないので人によってピンポールを支持することとなるが、このとき正確に鉛直姿勢を維持することは難しく、その結果正確な測量は難しくなる。

本願発明の課題は、ピンポールの鉛直姿勢を必要とせずに計測する技術を提供することであり、壁際や入り隅点・出隅点、あるいは鉛直面上の点などこれまで測量し難かった点の計測を可能にする測量用ターゲット及びトータルステーション測量方法を提供することにある。

本願発明は、同軸上に２つの反射鏡を設置し、これらの座標を計測することでピンポール先端の座標が求められるという点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明の測量用ターゲットは、トータルステーションで測量する際に計測点に設置される測量用ターゲットであり、主軸とこれに固定される２つの反射鏡を備えているものである。これら２つの反射鏡は、それぞれの反射鏡中心が同軸上となるように配置され、上下スライド可能となるように主軸に取り付けられる。

本願発明の測量用ターゲットは、主軸の軸方向にスライド可能な遮蔽具を備え、この遮蔽具をスライドさせることで２つの反射鏡のうち一方の反射鏡のみを遮蔽し得るものとすることもできる。

本願発明の測量用ターゲットは、主軸の軸方向にスライド可能な遮蔽具を備えるものとすることもできる。この遮蔽具は、上下開放で筒状の本体部と、本体中央部に設けられる面状のストッパで構成され、ストッパが一方の反射鏡に接触するまで遮蔽具をスライドさせると、その一方の反射鏡のみが遮蔽される。

本願発明の測量用ターゲットは、２つの反射鏡が任意方向からの光波を反射し得る全周型の反射鏡であるものとすることもできる。

本願発明のトータルステーション測量方法は、トータルステーションによって計測点に設置した測量用ターゲットの座標を計測する方法であり、ここで用いられる測量用ターゲットは、主軸と第１の反射鏡と第２の反射鏡を備える。これら２つの反射鏡はそれぞれの反射鏡中心が同軸上となるように、しかも上下スライド可能となるように主軸に取り付けられている。主軸の先端を計測点上に置き、反射鏡を主軸上でスライドさせ、トータルステーションで２つの反射鏡を計測し、それぞれ反射鏡中心の座標を求めることによって計測点の座標を算出する。

本願発明のトータルステーション測量方法は、主軸の軸方向にスライド可能な遮蔽具を備えた測量用ターゲットを用いることもできる。この遮蔽具は、上下開放で筒状の本体部と、本体中央部に設けられる面状のストッパで構成される。この場合、ストッパが第２の反射鏡に接触するまで遮蔽具をスライドさせて第２の反射鏡を遮蔽したうえで第１の反射鏡を計測し、ついでストッパが第１の反射鏡に接触するまで遮蔽具をスライドさせて第１の反射鏡を遮蔽し、その状態で第２の反射鏡を計測する。

本願発明のトータルステーション測量方法は、２つの反射鏡を全周型の反射鏡とし、トータルステーションとして自動追尾型のものを用いることもできる。

本願発明の測量用ターゲット、及びトータルステーション測量方法には、次のような効果がある。
（１）ピンポールなどの主軸を鉛直姿勢に保つ必要がないので、壁際や入り隅・出隅の交点、あるいは鉛直面上の点など、あらゆる計測点を測ることができる。
（２）遮蔽具を用いることにより、必要な反射鏡を的確に視準することができる。その結果、正確な計測結果を得ることができる。
（３）反射鏡として全周型のものを用いることにより、あらゆる方向から計測することができる。
（４）トータルステーションとして自動追尾型のものを用いることにより、測量作業の省力化を図ることができる。その結果、測量業務にかかるコストを低減することができる。

（ａ）は本願発明の測量用ターゲットを反射鏡の正面から見た正面図、（ｂ）は本願発明の測量用ターゲットを反射鏡の側方から見た側面図。 全周型の反射鏡を主軸に取り付けた測量用ターゲットを示す正面図。 スライド遮蔽具の一例を示す詳細図。 （ａ）はトータルステーションでスライド遮蔽具を具備する測量用ターゲットの第１反射鏡を視準した状態を示す説明図、（ｂ）はトータルステーションでスライド遮蔽具を具備する測量用ターゲットの第２反射鏡を視準した状態を示す説明図。

本願発明の測量用ターゲット及びトータルステーション測量方法の実施形態を、図に基づいて説明する。

（全体概要）
図１は本願発明の測量用ターゲット１０を示す図であり、（ａ）は反射鏡２０の正面側から見た正面図、（ｂ）は反射鏡２０の側面側から見た側面図である。この図に示すように測量用ターゲット１０は、２つの反射鏡２０と主軸３０で構成される。なお、２つの反射鏡２０を区別するために、便宜上、上方にある反射鏡２０を第１反射鏡２１、下方にある反射鏡２０を第２反射鏡２２ということとする。

測量用ターゲット１０を利用して計測点Ｐの座標を図る場合、その先端（以下、「主軸先端３０ａ」という。）を計測点Ｐに据え、トータルステーションによって第１反射鏡２１、第２反射鏡２２の順（あるいはその逆順）で視準し、それぞれの座標を求める。このとき、主軸３０姿勢は必ずしも鉛直である必要はなく、任意の角度で傾斜姿勢をとることができる。主軸先端３０ａから第１反射鏡２１、第２反射鏡２２までの距離がわかれば、計測の結果得られた第１反射鏡２１の座標、及び第２反射鏡２２の座標から、主軸先端３０ａの座標を算出することができ、すなわち計測点Ｐの座標を求めることができる。

以下、要素ごとに詳述する。

（主 軸）
主軸３０は、直線状（又は略直線状）の軸を有する棒状や管状の部材で構成され、断面の主要寸法（例えば直径など）に比して軸方向の寸法（長さ）が大きな形状を呈している。断面形状は、円形や四角形のほか任意の形状とすることができ、長さも任意に設定することができる。なお、その先端部である主軸先端３０ａは、尖鋭状とすることが望ましい。測量用ターゲット１０に用いる主軸３０は、専用品として作成することもできるし、従来から汎用されているピンポールを使用することもできる。

（反射鏡）
反射鏡２０は、トータルステーションからのレーザー光を反射するものであり、反射プリズム、あるいは反射ミラーと呼ばれるものである。測量用ターゲット１０に用いる反射鏡２０も、専用品として作成することもできるし、市販されている物を使用することもできる。

本願発明の測量用ターゲット１０には、少なくとも２つの反射鏡２０が主軸３０に取り付けられる。また、これらの反射鏡２０は、それぞれ中心が同軸上に並ぶように配置される。より望ましくは、第１反射鏡２１の中心と、第２反射鏡２２の中心が、それぞれ主軸３０の中心軸上となるように配置されるのがよい。なお、ここでは２つの反射鏡２０（第１反射鏡２１と第２反射鏡２２）の場合で説明しているが、３つ以上の反射鏡２０を備えたものも本願発明の範囲にあることはいうまでもない。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、第１反射鏡２１は主軸先端３０ａから所定の間隔をもって取り付けられ、第２反射鏡２２は第１反射鏡２１から間隔をもって取り付けられる。これらの間隔は、主軸３０の長さや、測量用ターゲット１０からトータルステーションまでの距離などに応じて適宜設計することができる。反射鏡２０は、上下に移動しないように主軸３０に固定することもできるし、段階的あるいは連続的に上下スライド可能となるように主軸３０に取り付けることもできる。

反射鏡２０は市販のものを利用することができると説明したが、従来から用いられている単反射面（一面のみの反射面）の反射鏡２０のほか、全周型の反射鏡２０を用いることもできる。図２は、全周型の反射鏡２０を主軸３０に取り付けた測量用ターゲット１０を示す正面図である。全周型の反射鏡２０は、任意の方向からレーザー光を反射することが可能であり、反射鏡２０の反射面を気にすることなく測量用ターゲット１０を据えられるので、あるいはトータルステーションを据え変える頻度を低減できるので好適である。

（遮蔽具）
本願発明の測量用ターゲット１０は、遮蔽具を備えたものとすることもできる。この遮蔽具は、反射鏡２０の一方を遮蔽してトータルステーションからのレーザー光を遮ることができるものである。レーザー光を遮ることができれば様々な遮蔽具を採用することが可能で、例えば、反射鏡２０の前面に遮蔽材を配置する機械式の遮蔽具とすることもできるし、あるいは液晶シャッター（液晶分子を、一定方向の溝を刻んだ板に接触させると、液晶分子がこの溝に沿って並び方を変える）の技術を応用するなど電子的に反射鏡２０へのレーザー光を遮ることもできる。さらに遮蔽具をスライド式のもの（以下、「スライド遮蔽具４０」という。）とすることもできる。このスライド遮蔽具４０は、主軸３０の軸上をスライドするものであり、反射鏡２０の一方を遮蔽してトータルステーションからのレーザー光を遮ることができるものである。

図３は、スライド遮蔽具４０の一例を示す詳細図である。この図に示すスライド遮蔽具４０は、上下開放で筒状の本体部４０ａと、円形面のストッパ４０ｂで構成される。ストッパ４０ｂには挿通孔４０ｃが設けられ、この挿通孔４０ｃに主軸３０が挿入される。本体部４０aの内径は、反射鏡２０を収容できる程度の寸法であり、主軸３０を挿通孔４０ｃに通してスライド遮蔽具４０を取り付けると、反射鏡２０の一方を覆い隠すことができる。

ストッパ４０ｂは、抜け落ち防止を目的とするものである。スライド遮蔽具４０を大きくスライドさせても、どちらかの反射鏡２０が障害となってストッパ４０ｂのスライドを規制するので、スライド遮蔽具４０の抜け落ちを防ぐことができる。スライド遮蔽具４０がどちらか一方の反射鏡２０を遮蔽するとき、他方の反射鏡２０はスライド遮蔽具４０の外側に現れる。例えば、ストッパ４０ｂが第１反射鏡２１に接触する程度にスライド遮蔽具４０をスライドさせると、第１反射鏡２１は遮蔽されるが第２反射鏡２２は表に現れる。逆に、ストッパ４０ｂが第２反射鏡２２に接触する程度にスライド遮蔽具４０をスライドさせると、第２反射鏡２２は遮蔽されるが第１反射鏡２１は表に現れる。

スライド遮蔽具４０の本体部４０ａは、トータルステーションからのレーザー光を遮ることができれば任意の材料を使用することができる。その材料を例示すれば、ＦＲＰ、合成樹脂、アルミ、鋼板、ガラス等を示すことができる。なお、スライド遮蔽具４０は、主軸３０上をスライドして、一方の反射鏡２０を遮蔽することができれば、図３の構成・形状に限らず種々のものを利用することができる。

スライド遮蔽具４０のスライド手段は、手動とすることもできるし、電動として遠隔操作可能とすることもできる。また、後述するようにトータルステーションを自動追尾型とした場合、一方の反射鏡２０が計測できたタイミングでトータルステーション側から信号を送信し、さらにこの信号を測量用ターゲット１０側で受信し、その信号に従って他方の反射鏡２０を遮蔽するまでスライド遮蔽具４０を自動スライドさせることもできる。

（トータルステーション）
本願発明のトータルステーション測量方法に用いるトータルステーションは、従来から用いられている汎用品を用いることができる。もちろん、自動追尾型のトータルステーションを使用することも可能で、この場合の反射鏡２０としては全周型のものを採用することが望ましい。

（トータルステーション測量方法）
本願発明のトータルステーション測量方法では、本願発明の測量用ターゲット１０が用いられる。トータルステーションで、第１反射鏡２１を視準し、測距・測角により第１反射鏡２１の中心座標を求める。次に同様の手順で、第２反射鏡２２の中心座標を求める。第１反射鏡２１と第２反射鏡２２の中心は同軸上にあるので、それぞれの座標と第１反射鏡２１・第２射鏡２２の設置間隔等によって主軸先端３０ａの座標（つまり計測点Ｐの座標）を算出することができる。

図４は、スライド遮蔽具４０を具備する測量用ターゲット１０を用いた場合のトータルステーション測量方法を示す説明図であり、（ａ）は第１反射鏡２１を視準した状態を示す説明図、（ｂ）は第２反射鏡２２を視準した状態を示す説明図である。この図に示すトータルステーション測量方法について説明する。

自動追尾型のトータルステーションＴＳを所定位置に据えつける。次に、主軸先端３０ａが計測点Ｐに置かれるように測量用ターゲット１０をセットする。このとき、測量用ターゲット１０の主軸３０は鉛直姿勢でなく傾斜している。そして、スライド遮蔽具４０を主軸３０上スライドさせて、第２反射鏡２２が遮蔽された状態とする。以上の準備が整うと、自動追尾型のトータルステーションＴＳによる計測を開始する。自動追尾型のトータルステーションＴＳは、第２反射鏡２２が遮蔽されているため的確に第１反射鏡２１を視準して計測する。第１反射鏡２１の計測を終えると、スライド遮蔽具４０を主軸３０上スライドさせて、第１反射鏡２１が遮蔽された状態とする。この状態で自動追尾型のトータルステーションＴＳによる計測を再開する。今度は、第１反射鏡２１が遮蔽されているため第２反射鏡２２が的確に視準される。このようにして、第１反射鏡２１と第２反射鏡２２の中心座標が計測され、主軸先端３０ａ、第１反射鏡２１、第２射鏡２２の位置関係に基づいて計測点Ｐの座標が算出される。

本願発明の測量用ターゲット、及びトータルステーション測量方法は、平面上の任意点はもとより、鉛直面上の任意点やオーバーハング傾斜面上の任意点など、様々な面上点の計測に利用することができる。また、入り隅や出隅の交点をはじめ、構造物や施設等の角部など、従来では計測困難であった交点の計測に利用することができる。

１０ 測量用ターゲット
２０ 反射鏡
２１ 第１反射鏡
２２ 第２反射鏡
３０ 主 軸
３０ａ （主軸の）主軸先端
４０ スライド遮蔽具
４０ａ （スライド遮蔽具の）本体部
４０ｂ （スライド遮蔽具の）ストッパ
４０ｃ （スライド遮蔽具の）挿通孔
Ｐ 計測点
ＴＳ トータルステーション

Claims (4)

1. トータルステーションで測量する際、計測点に設置される測量用ターゲットにおいて、
   主軸と、該主軸に固定される２つの反射鏡と、該主軸の軸方向にスライド可能な遮蔽具と、を備え、
   前記２つの反射鏡は、それぞれの反射鏡中心が同軸上となるように配置され、
   さらに前記２つの反射鏡が、上下スライド可能となるように主軸に取り付けられ、
   前記遮蔽具は、上下開放で筒状の本体部と、該本体中央部に設けられる面状のストッパで構成され、
   前記ストッパが一方の反射鏡に接触するまで前記遮蔽具をスライドさせると、該一方の反射鏡のみを遮蔽する、
   ことを特徴とする測量用ターゲット。
2. 前記２つの反射鏡が、任意方向からの光波を反射し得る全周型の反射鏡である、
   ことを特徴とする請求項１記載の測量用ターゲット。
3. 計測点に測量用ターゲットを設置し、トータルステーションによって該計測点の座標を計測するトータルステーション測量方法において、
   前記測量用ターゲットは、主軸と第１の反射鏡と第２の反射鏡を備えるとともに、これら２つの反射鏡はそれぞれの反射鏡中心が同軸上であって上下スライド可能となるように主軸に取り付けられ、さらに前記主軸の軸方向にスライド可能な遮蔽具を備え、
   前記遮蔽具は、上下開放で筒状の本体部と、該本体中央部に設けられる面状のストッパで構成され、
   前記主軸の先端を前記計測点上に置き、前記反射鏡を前記主軸上でスライドさせ、
   前記ストッパが第２の反射鏡に接触するまで前記遮蔽具をスライドさせて第２の反射鏡を遮蔽したうえで第１の反射鏡をトータルステーションによって計測し、
   ついで前記ストッパが第１の反射鏡に接触するまで前記遮蔽具をスライドさせて第１の反射鏡を遮蔽したうえで第２の反射鏡をトータルステーションによって計測し、
   第１の反射鏡と第２の反射鏡それぞれの反射鏡中心の座標を求めることによって、前記計測点の座標を算出する、
   ことを特徴とするトータルステーション測量方法。
4. 前記トータルステーションが、自動追尾型のトータルステーションであり、
   前記２つの反射鏡が、任意方向からの光波を反射し得る全周型の反射鏡である、
   ことを特徴とする請求項３記載のトータルステーション測量方法。

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