JP6346011B2 - 測量装置 - Google Patents

Description

本発明は真北を自動測量可能な測量装置に関するものである。

測量を実施する為に測量装置を設置した場合、測量装置の視準方向を設定する為に真北を測定する。設置場所に於ける方位を測定する方法の１つとして、太陽を利用して真北を測量する方法がある。

測量装置が設置された位置（緯度、経度）が既知であり、設置位置から太陽を望遠鏡で視準し、視準した際の太陽の方向角を求め、方向角と視準した時の時刻に基づき真北を測量することができる。

太陽を望遠鏡で直接視準するのは危険であり、又望遠鏡を介して取得した撮像素子の画像に基づき視準する場合は、撮像素子に大きな負担を掛けることになる。この為、通常は望遠鏡にフィルタを取付け、該フィルタにより減光して、太陽を視準している。

測量装置の通常の測量時には、減光用のフィルタは必要なく、真北測量する際に装着されるものである。従って、真北測量するには、減光用のフィルタを用意する必要があり、又忘れることなく測量装置に装着されなければならないという問題があった。

特開２００７−３２７８６２号公報 特開２００３−２４０５４８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、真北測量する際に減光用のフィルタの装着を忘れた場合でも、安全に且つ確実に真北測量が行える様にした測量装置を提供するものである。

本発明は、水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直方向に回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部及び前記望遠鏡部を回転駆動する駆動部と、前記托架部の水平角を検出する水平測角部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直測角部と、制御装置とを具備した測量装置であって、前記望遠鏡部は、測定対象物を視準する望遠鏡と、視準方向の画像を取得し、該望遠鏡より広画角の広角カメラとを有し、該広角カメラは受光素子上に太陽視準位置が設定され、該太陽視準位置は前記望遠鏡の視野から外れた既知の位置であり、前記制御装置は、前記広角カメラが取得した画像から太陽の像及び太陽の像の中心を検出し、該太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致する様、前記駆動部を制御し、前記太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致した時の時刻と、水平角と、鉛直角と、前記望遠鏡の光軸と太陽視準位置との偏差と、前記測量装置が設置されている位置の緯度、経度に基づき真北を測定する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記制御装置は、前記太陽の像の中心を前記太陽視準位置に合致させる経路が、前記受光素子上で前記望遠鏡の視野を通過しない様に、前記経路を設定した測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記望遠鏡部がシャッタを有し、前記制御装置は、前記望遠鏡を介して測定対象物を測定する通常測量モードと、前記広角カメラを用いて真北測量を行う真北測量モードとを有し、該真北測量モードが選択された場合には、前記シャッタにより前記望遠鏡の光路を遮断する様にした測量装置に係るものである。

本発明によれば、水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直方向に回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部及び前記望遠鏡部を回転駆動する駆動部と、前記托架部の水平角を検出する水平測角部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直測角部と、制御装置とを具備した測量装置であって、前記望遠鏡部は、測定対象物を視準する望遠鏡と、視準方向の画像を取得し、該望遠鏡より広画角の広角カメラとを有し、該広角カメラは受光素子上に太陽視準位置が設定され、該太陽視準位置は前記望遠鏡の視野から外れた既知の位置であり、前記制御装置は、前記広角カメラが取得した画像から太陽の像及び太陽の像の中心を検出し、該太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致する様、前記駆動部を制御し、前記太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致した時の時刻と、水平角と、鉛直角と、前記望遠鏡の光軸と太陽視準位置との偏差と、前記測量装置が設置されている位置の緯度、経度に基づき真北を測定する様構成されたので、測量者が太陽を視準することなく、真北測量が可能となり、作業性、安全性が向上する。

又本発明によれば、前記制御装置は、前記太陽の像の中心を前記太陽視準位置に合致させる経路が、前記受光素子上で前記望遠鏡の視野を通過しない様に、前記経路を設定したので、強い光が望遠鏡を透して入射することが防止され、安全性が向上すると共に望遠鏡を介して撮像する受光素子が保護される。

更に又本発明によれば、前記望遠鏡部がシャッタを有し、前記制御装置は、前記望遠鏡を介して測定対象物を測定する通常測量モードと、前記広角カメラを用いて真北測量を行う真北測量モードとを有し、該真北測量モードが選択された場合には、前記シャッタにより前記望遠鏡の光路を遮断する様にしたので、望遠鏡により太陽を視準できなくなり、安全性が向上すると共に強い光が望遠鏡を透して入射することが防止され、望遠鏡を介して撮像する受光素子が保護されるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る測量装置の概略外観図である。 該測量装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施例中の広角カメラの受光素子上に於ける望遠鏡の視野と太陽視準位置との関係を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１、図２は本発明が実施される測量装置１を示している。尚、用いられる測量装置１は、例えばトータルステーションであり、追尾機能を有している。測定点に対して測距光としてのパルスレーザ光線を照射し、測定点からの測距光の反射光（以下、反射光）を受光して、各パルス毎に測距を行い、測距結果を平均化して高精度の距離測定を行うものである。

図１に示される様に、前記測量装置１は主に、図示しない三脚に取付けられる整準部２、該整準部２に設けられた基盤部３、該基盤部３に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架部４、該托架部４に水平軸心を中心に回転可能に設けられた望遠鏡部５から構成されている。

前記托架部４は表示部６、操作入力部７を具備し、前記望遠鏡部５は、測定対象物を視準する望遠鏡８と該望遠鏡８の光学系を共有する測距部１１を有している。更に、前記望遠鏡８の光学系を透して視準方向の画像を取得する撮像部１２を有している。又、前記望遠鏡部５は広角カメラ９を具備している。該広角カメラ９は前記望遠鏡８と平行な光軸を有し、該望遠鏡８の視準方向、或は略視準方向の広角画像を取得可能である。

尚、前記望遠鏡８の画角は、例えば１゜であり、前記広角カメラ９の画角は、例えば１５゜〜３０゜である。又、前記望遠鏡８と前記広角カメラ９とは光軸が異なっているが、両光軸間の距離は既知であり前記広角カメラ９と前記望遠鏡８間の視準方向のずれは演算により修正が可能である。

前記広角カメラ９、前記撮像部１２は撮像画像をデジタル画像信号として出力する。前記広角カメラ９、前記撮像部１２が有する受光素子は、例えば画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等であり、受光する画素の位置が特定でき、又受光する画素の位置から画角が求められる様になっている。

図２により、前記測量装置１の基本構成について説明する。

上記した様に、前記望遠鏡部５は、前記望遠鏡８の光学系を共有する測距部１１を内蔵し、該測距部１１は測距光としてのパルスレーザ光線を前記光学系を介して射出すると共に測定対象物からの反射光を前記光学系を介して受光し、受光した反射光に基づき測定対象物迄の光波距離測定を行う。

尚、前記測距部１１は、測定対象物がプリズムであった場合はプリズム測定方式での測定が可能であり、又プリズムでない場合はノンプリズム測定方式での測定が可能であり、測定対象物に対応して測定方式の切換えが可能となっている。

前記托架部４には、該托架部４を水平方向に回転させる為の水平駆動部１５が設けられると共に前記托架部４の前記基盤部３に対する水平回転角を検出し、視準方向の水平角を検出する水平測角部１６が設けられる。又前記托架部４には、水平軸心を中心に前記望遠鏡部５を回転する鉛直駆動部１７が設けられると共に前記望遠鏡部５の鉛直角を検出し、視準方向の鉛直角を測角する鉛直測角部１８が設けられる。

又、前記托架部４には傾斜検出部１４が設けられ、該傾斜検出部１４は前記托架部４の傾き、或は水平を検出する。

前記托架部４には制御装置２１が内蔵されている。該制御装置２１は、前記傾斜検出部１４の検出結果に基づき、前記整準部２を制御し、前記托架部４を水平に整準する。

又、前記制御装置２１は、前記水平駆動部１５の駆動を制御して前記托架部４を水平方向に回転し、更に前記鉛直駆動部１７の駆動を制御して前記望遠鏡部５を高低方向に回転し、水平方向の回転と高低方向の回転の協働により、該望遠鏡部５を所定の方向に向ける。

更に、前記制御装置２１は、前記広角カメラ９が取得した画像に基づき太陽の追尾、検出、更に真北測量を実行し、前記撮像部１２が取得した画像に基づき測定対象物を追尾する制御を行う。更に、前記制御装置２１は、前記広角カメラ９が取得した画像、前記撮像部１２が取得した画像に基づき、追尾を開始する前に測定対象物を画像中（望遠鏡視野内）に捕捉する為のサーチを行い、或は追尾中に測定対象物が画像から外れた場合に再度画像中に捕捉する為のサーチを行う。

又、前記制御装置２１は、静止状態で或は追尾中に前記測距部１１を制御して所定の測定点の測距を行う。

図２を参照して、前記制御装置２１について更に説明する。

該制御装置２１は、制御演算部２２、記憶部２３、前記広角カメラ９が取得した画像を記録する第１画像記録部２４、前記撮像部１２が取得した画像を記録する第２画像記録部２５、前記広角カメラ９が取得した画像、前記撮像部１２が取得した画像に基づき測定点、或は測定対象物を特定する等の画像処理を行う画像処理部２６、測定結果、測定状態を表示する前記表示部６、測定開始等の各種指令を入力し、或は測定に必要なデータを入力する為の前記操作入力部７等から構成されている。

前記記憶部２３には測定を実行させる為のシーケンスプログラム、前記画像処理部２６に表示させる為の画像表示プログラム、測定に必要な計算を実行する為の演算プログラム、前記広角カメラ９及び前記撮像部１２で取得した画像について画像処理を行う為の画像処理プログラム、処理された画像から太陽の位置を演算し、真北測量を実行する真北測量プログラム、測定点を測距し、或は測定対象物を追尾して測距する測距プログラム、測定対象物を画像中に捕捉する為のサーチプログラム等のプログラムが格納されている。

又、前記制御演算部２２には、前記測距部１１、前記水平測角部１６、前記鉛直測角部１８からの測定結果が入力される。前記制御演算部２２はシーケンスプログラム、演算プログラム、測距プログラム等により距離測定、鉛直角、水平角の測定を実行し、又画像表示プログラム等により測定結果を前記記憶部２３に格納すると共に前記表示部６に表示する様になっている。

前記画像処理プログラムは、前記画像処理部２６に前記広角カメラ９が取得した画像、前記撮像部１２が取得した画像に基づき測定点、或は測定対象物を抽出する等の画像処理を実行させる。

又、前記制御演算部２２は測距プログラムによる測定対象物に対する通常測量モードと、真北測量プログラムによる真北測量を行う真北測量モードとを実行可能であり、前記操作入力部７から測量モードを選択することで、所要の測定を実行可能である。

以下、本実施例に係る前記測量装置１により、真北測量を行う場合の作用について説明する。

前記測量装置１を既知点、即ち緯度、経度が既知の点に設置し、前記整準部２により整準する。設置された位置の、緯度、経度は前記操作入力部７により前記制御装置２１に入力される。尚、前記測量装置１がＧＰＳを装備している場合は、ＧＰＳから前記測量装置１の設置座標を取得し、更にＧＰＳから測定時の時刻を取得してもよい。

前記操作入力部７より真北測量モードを選択する。

前記広角カメラ９が太陽を捉える様に、前記望遠鏡部５を太陽の方向に向ける。前記広角カメラ９の視野は広いので概略の方向が合っていれば、太陽は前記広角カメラ９に捉えることができる。

真北測量モードを選択した場合は、前記広角カメラ９が太陽を視準したとする視準位置は、前記望遠鏡８の視準位置（前記望遠鏡８の光軸）とはずらして設定してあり、前記広角カメラ９の太陽視準位置と前記望遠鏡８の視準位置との関係は、図３に示される様に、前記望遠鏡８の視野３１から完全に外れた位置となっている。又、太陽視準位置と前記望遠鏡８の視準位置とのずれ量は、既知であり、少なくとも前記望遠鏡８の視野３１からは外れる量とする。太陽視準位置と前記望遠鏡８の視準位置とのずれ量は既知であるので、太陽視準位置は演算により、前記望遠鏡８の視準位置に合致する様、補正することができる。

図３は、前記広角カメラ９の画像３０を示しており、又前記広角カメラ９が最終的に太陽を視準した状態を示している。前記望遠鏡８の視準位置に対して太陽視準位置はどちらの方向にずらしてもよいが、真北測量に於いては、水平角の精度が重要であるので、水平角のキャリブレーション誤差を少なくする為、鉛直方向にずらしている。

又、真北測量モードでは、前記広角カメラ９が撮像した画像が、前記表示部６に表示される様になっており、太陽を前記広角カメラ９で捕捉したかどうかは、前記画像処理部２６が前記第１画像記録部２４からの画像を処理することで判別すると共に前記表示部６の画像によっても容易に確認することができる。

前記画像処理部２６は、前記第１画像記録部２４からの画像を処理して太陽の像３２を抽出すると共に、太陽の像３２の中心位置を検出する。太陽の像３２の中心位置と前記太陽視準位置とを比較し、太陽の像３２の中心位置と前記太陽視準位置との間のずれ量、ずれている方向を演算し、演算結果を前記制御演算部２２に入力する。

前記整準部２は、前記画像処理部２６から入力された、ずれ量、ずれ方向に基づき前記水平駆動部１５、前記鉛直駆動部１７を駆動させ、検出した太陽の像３２の位置を、前記太陽視準位置に合致させる。尚、前記広角カメラ９が撮像した画像上の太陽の像３２の位置から前記望遠鏡８の視準位置との位置関係は演算によって求められるので、太陽の像３２を前記太陽視準位置に合致させる過程で、前記制御装置２１は前記望遠鏡８の視野３１に太陽が入らない様に旋回させる。

合致させた時の時刻と、前記水平測角部１６が検出した水平角及び前記鉛直測角部１８が検出した鉛直角が取込まれる。

而して、合致させた時の時刻と検出した水平角、鉛直角、更に設置位置の前記緯度、経度に基づき真北が測定される。

前記広角カメラ９の受光素子上には、前記望遠鏡８の前記視野３１に相当する範囲が受光禁止範囲として設定される。

前記制御演算部２２は、太陽の中心位置と前記太陽視準位置とから、太陽の像３２の中心位置を前記太陽視準位置迄移動させる為の経路を演算する。

更に、前記制御演算部２２は、受光素子上の太陽の中心位置を前記太陽視準位置に合致させる場合に、最短距離で移動させた場合に太陽の像３２の中心位置が前記望遠鏡８の視野３１を通過する様な場合は、前記望遠鏡８の視野３１を迂回して、前記太陽視準位置に到達する様な経路を演算し、演算した経路に基づき前記水平駆動部１５、前記鉛直測角部１８を駆動制御する。

或は、前記望遠鏡８の光学系に、電気式、機械式等の任意のシャッタを設け、前記広角カメラ９の真北測量モードでは、前記望遠鏡８の光路を遮断する様にしてもよい。

本実施例では、真北測量を行う場合に、前記広角カメラ９を概略太陽に向けるだけで、その後は自動で真北測量が可能である。又、真北測量の進行状態、真北測量の結果は前記表示部６により確認できるので、作業性に優れる。更に、作業者が不注意で前記望遠鏡８を覗いたとしても、太陽光が前記望遠鏡８に入射することはないので、安全である。

又、真北測量モードに設定することで、高倍率の望遠鏡８へは太陽光が入射することが防止されるので、強い光が前記撮像部１２の受光素子に入射することが抑止され、該受光素子の劣化、損傷を防止できる。

尚、測定開始時に、前記操作入力部７より通常測量モードを選択することで、測定対象物の測距、測角、或は測定対象物の追尾測定が可能であることは言う迄もない。

１ 測量装置
２ 整準部
３ 基盤部
５ 望遠鏡部
６ 表示部
７ 操作入力部
８ 望遠鏡
９ 広角カメラ
１１ 測距部
１２ 撮像部
１４ 傾斜検出部
１５ 水平駆動部
１６ 水平測角部
１７ 鉛直駆動部
１８ 鉛直測角部
２１ 制御装置
２２ 制御演算部
２３ 記憶部
２６ 画像処理部
３１ 視野
３２ 太陽の像

Claims (3)

1. 水平回転可能な托架部と、該托架部に鉛直方向に回転可能に設けられた望遠鏡部と、前記托架部及び前記望遠鏡部を回転駆動する駆動部と、前記托架部の水平角を検出する水平測角部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する鉛直測角部と、制御装置とを具備した測量装置であって、前記望遠鏡部は、測定対象物を視準する望遠鏡と、視準方向の画像を取得し、該望遠鏡より広画角の広角カメラとを有し、該広角カメラは受光素子上に太陽視準位置が設定され、該太陽視準位置は前記望遠鏡の視野から外れた既知の位置であり、前記制御装置は、前記広角カメラが取得した画像から太陽の像及び太陽の像の中心を検出し、該太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致する様、前記駆動部を制御し、前記太陽の像の中心と前記太陽視準位置とが合致した時の時刻と、水平角と、鉛直角と、前記望遠鏡の光軸と太陽視準位置との偏差と、前記測量装置が設置されている位置の緯度、経度に基づき真北を測定する様構成されたことを特徴とする測量装置。
2. 前記制御装置は、前記太陽の像の中心を前記太陽視準位置に合致させる経路が、前記受光素子上で前記望遠鏡の視野を通過しない様に、前記経路を設定した請求項１の測量装置。
3. 前記望遠鏡部がシャッタを有し、前記制御装置は、前記望遠鏡を介して測定対象物を測定する通常測量モードと、前記広角カメラを用いて真北測量を行う真北測量モードとを有し、該真北測量モードが選択された場合には、前記シャッタにより前記望遠鏡の光路を遮断する様にした請求項１の測量装置。

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