JP6441154B2 - トータルステーションを用いた測定方法およびトータルステーションの制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、トータルステーションを用いた測定方法およびトータルステーションの制御装置に関する。
測定対象物に設定された測点を測定する場合には、当該測点に設置されたターゲットを計測機（トータルステーション）により視準するのが一般的である。測点が多数存在する場合には、自動追尾型トータルステーションを用いるのが効率的である。
自動追尾型トータルステーションは、測量用のプリズムを自動視準することで測点を検知するものであるが、測定対象物にターゲットを設置することができない場合には、採用することができなかった。
自動追尾型トータルステーションは、測量用のプリズムを自動視準することで測点を検知するものであるが、測定対象物にターゲットを設置することができない場合には、採用することができなかった。
一方、ノンプリズム式トータルステーションを用いることで、ターゲットを設置することができない測定対象物を測定する場合がある。
ところが、ターゲット（プリズム）がない場合には、測点を指定するのが困難となる場合がある。そのため、特許文献１には、ディスプレイ上でターゲット（測点）を指定することで、トータルステーションを操作して測定する方法が開示されている。
ところが、ターゲット（プリズム）がない場合には、測点を指定するのが困難となる場合がある。そのため、特許文献１には、ディスプレイ上でターゲット（測点）を指定することで、トータルステーションを操作して測定する方法が開示されている。
また、本出願人は、各測点のターゲットを設置することが困難な場合の測定方法を開示している（特許文献２参照）。この測定方法は、測定対象物に設定された３点の基準点を測定し、３点の基準点のうちの１点を原点とした直交座標系を設定するとともに、当該座標系の３本の基準軸のうちのいずれか２本の基準軸により形成される平面上に配置されるように３点の基準点および測定対象物に設定された測点を座標変換し、座標変換後の測点の座標値を測定する方法である。
特許文献１の測定方法は、オペレータの操作によって各測点を指示するため、測点が多数ある場合には、トータルステーションの制御に手間がかかる。
また、特許文献２の測定方法は、測点毎に座標変換を行うため、測点が多数ある場合には、演算に時間がかかる場合がある。
また、特許文献２の測定方法は、測点毎に座標変換を行うため、測点が多数ある場合には、演算に時間がかかる場合がある。
このような観点から、本発明は、予め設定された測点を簡易に測定することを可能としたトータルステーションを用いた測定方法およびトータルステーションの制御装置を提案することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明のトータルステーションを用いた測定方法は、トータルステーションの設置点を原点とした第一直交座標系で測定対象物上に設定された二つの基準点を測定する工程と、前記二つの基準点のうちの一方の基準点を原点とし、前記二つの基準点を通る直線をＸ軸とした第二直交座標系を設定する工程と、前記第二直交座標系において、前記測定対象物の設計上の測点である設計測点を設定する工程と、前記第二直交座標系における前記設計測点の座標値を前記第一直交座標系における座標値に変換する工程と、前記第一直交座標系における設計測点の座標値を、前記トータルステーションの設置点を原点とする極座標系の極座標値に変換し、当該トータルステーションの制御角度を求める工程と、前記制御角度に設定したトータルステーションにより前記設計測点に対応する測点を測距する工程とを備えることを特徴としている。
また、本発明のトータルステーションの制御装置は、測定対象物上の二つの基準点をトータルステーションで視準して得られた座標値を、トータルステーションの設置点を原点とした第一直交座標系における座標値として記憶する手段と、前記測定対象物の設計測点の座標値を、前記二つの基準点の一方を原点とし且つ前記二つの基準点を通る直線をＸ軸とした第二直交座標系における座標値として記憶する手段と、他方の前記基準点を前記第二直交座標系のＸ軸上に移動させるためのＹ軸回りの回転角ｋｙおよびＺ軸回りの回転角ｋｚを算出する手段と、前記設計測点の座標値を、前記Ｙ軸回りの回転角−ｋｙおよび前記Ｚ軸回りの回転角−ｋｚで回転し、前記第一直交座標系内の座標値に変換する手段と、前記第一直交座標系における設計測点の座標値を、前記トータルステーションを原点とする極座標系の極座標値に変換し、当該トータルステーションの制御角度を求める手段と、前記制御角度を前記トータルステーションに出力する手段と、を備えることを特徴としている。
かかるトータルステーションを用いた測定方法およびトータルステーションの制御装置によれば、ターゲットを設置していない状況でも、予め設定された測定対象物上の測点をトータルステーションで視準することができる。
すなわち、測定対象物上に設定された２つの基準点を利用して、実測用の座標系（第二直交座標系）を設定し、この座標系に測定対象物の設計上の測点（設計測点）を重ね合わせることで、測定対象物上の設計測点をトータルステーションで視準することができる。
そのため、ターゲットを設置することができない場合であっても、複雑な演算を要することなく、所定の測点の測定を簡易に実施することができる。
すなわち、測定対象物上に設定された２つの基準点を利用して、実測用の座標系（第二直交座標系）を設定し、この座標系に測定対象物の設計上の測点（設計測点）を重ね合わせることで、測定対象物上の設計測点をトータルステーションで視準することができる。
そのため、ターゲットを設置することができない場合であっても、複雑な演算を要することなく、所定の測点の測定を簡易に実施することができる。
本発明のトータルステーションを用いた測定方法およびトータルステーションの制御装置によれば、ターゲットが設置されていない測定対象物上の測点を精度よく測定することが可能となる。
本実施形態では、図１に示すように、板状の壁ボード２に対し、トータルステーション１により品質検査を行う場合について説明する。
本実施形態のトータルステーションを用いた測定方法は、基準点測定工程と、第二座標系設定工程と、設計測点設定工程と、座標値変換工程と、制御角度設定工程と、計測工程とを備えている。本実施形態では、トータルステーションの制御装置（以下、単に「制御装置」という）を利用してトータルステーションを制御する。制御装置は、記憶部、演算部および制御部を備えている。
本実施形態のトータルステーションを用いた測定方法は、基準点測定工程と、第二座標系設定工程と、設計測点設定工程と、座標値変換工程と、制御角度設定工程と、計測工程とを備えている。本実施形態では、トータルステーションの制御装置（以下、単に「制御装置」という）を利用してトータルステーションを制御する。制御装置は、記憶部、演算部および制御部を備えている。
基準点測定工程は、図１に示すように、トータルステーション１の設置点ＴＳを原点とした第一直交座標系で壁ボード２上に設定された二つの基準点Ｔ１，Ｔ２を測定する工程である。
トータルステーション１の据付個所（設置点の位置）は限定されるものではないが、本実施形態では、壁ボード２からの距離（測距距離）Ｌが７〜１０ｍの位置となるようにする。なお、第一直交座標系のＸ軸およびＹ軸（ＸＹ平面）は、水平面内に設定するのが一般的であるが、必ずしも水平面内に設定する必要はない。
トータルステーション１の据付個所（設置点の位置）は限定されるものではないが、本実施形態では、壁ボード２からの距離（測距距離）Ｌが７〜１０ｍの位置となるようにする。なお、第一直交座標系のＸ軸およびＹ軸（ＸＹ平面）は、水平面内に設定するのが一般的であるが、必ずしも水平面内に設定する必要はない。
基準点Ｔ１，Ｔ２の測定は、壁ボードの上端角部にターゲット３，４として設置されたプリズムを、トータルステーション１により視準することにより行う。なお、基準点Ｔ１，Ｔ２の設置個所は限定されない。また、トータルステーション１による基準点Ｔ１，Ｔ２の測定は、必ずしも自動視準である必要はなく、測定者が手動で測定してもよい。
トータルステーション１による基準点Ｔ１，Ｔ２の測定結果（第一直交座標系における座標値）は、制御装置に入力されて、記憶部に記憶される。なお、基準点Ｔ１，Ｔ２の測定結果は、トータルステーション１から直接制御装置に送信してもよいし、手動で入力してもよい。
トータルステーション１による基準点Ｔ１，Ｔ２の測定結果（第一直交座標系における座標値）は、制御装置に入力されて、記憶部に記憶される。なお、基準点Ｔ１，Ｔ２の測定結果は、トータルステーション１から直接制御装置に送信してもよいし、手動で入力してもよい。
第二座標系設定工程では、基準点測定工程で測定した二つの基準点Ｔ１，Ｔ２のうちの一方の基準点Ｔ１を原点とし、二つの基準点Ｔ１，Ｔ２を通る直線（基準線）をＸ軸とした第二直交座標系を設定する。
すなわち、第二直交座標系は、壁ボード２の上辺５がＸ軸、左右の辺の一方の辺６（本実施形態では図１の左側の辺６）がＺ軸となるように設定する。
すなわち、第二直交座標系は、壁ボード２の上辺５がＸ軸、左右の辺の一方の辺６（本実施形態では図１の左側の辺６）がＺ軸となるように設定する。
具体的には、まず、視準された基準点Ｔ１，Ｔ２の第一直交座標系での座標値Ｔ１（ｘＴ１，ｙＴ１，ｚＴ１）、Ｔ２（ｘＴ２，ｙＴ２，ｚＴ２）を、Ｔ１点が原点となるように平行移動する。
平行移動された基準点Ｔ１，Ｔ２の座標値は、以下のようになる。
Ｔ１：（ｘ０Ｔ１，ｙ０Ｔ１，ｚ０Ｔ１）＝（０，０，０）
Ｔ２：（ｘ０Ｔ２，ｙ０Ｔ２，ｚ０Ｔ２）＝（ｘＴ２−ｘＴ１，ｙＴ２−ｙＴ１，ｚＴ２−ｚＴ１）
次に、式１〜３により、基準点Ｔ１，Ｔ２を第二直交座標系におけるＸＺ平面上の座標値となるように、Ｚ軸を回転させる。
平行移動された基準点Ｔ１，Ｔ２の座標値は、以下のようになる。
Ｔ１：（ｘ０Ｔ１，ｙ０Ｔ１，ｚ０Ｔ１）＝（０，０，０）
Ｔ２：（ｘ０Ｔ２，ｙ０Ｔ２，ｚ０Ｔ２）＝（ｘＴ２−ｘＴ１，ｙＴ２−ｙＴ１，ｚＴ２−ｚＴ１）
次に、式１〜３により、基準点Ｔ１，Ｔ２を第二直交座標系におけるＸＺ平面上の座標値となるように、Ｚ軸を回転させる。
続いて、基準点Ｔ２の座標値が第二直交座標系におけるＸ軸線上にのるように、式４〜６により、Ｙ軸を回転させる。
基準点Ｔ１，Ｔ２について、第二直交座標系のＺ軸の回転を経て、第二直交座標系のＹ軸の回転を行うことで、Ｔ２点が第二直交座標系のＸ軸上の点となる。
なお、演算部の回転角演算手段は、式１〜式６により、他方の基準点Ｔ２を第二直交座標系のＸ軸上に移動させるためのＹ軸回りの回転角ｋｙおよびＺ軸回りの回転角ｋｚを演算し、演算結果を記憶部に出力する。
なお、演算部の回転角演算手段は、式１〜式６により、他方の基準点Ｔ２を第二直交座標系のＸ軸上に移動させるためのＹ軸回りの回転角ｋｙおよびＺ軸回りの回転角ｋｚを演算し、演算結果を記憶部に出力する。
設計測点設定工程では、壁ボード２の設計上の測点（＝壁ボード２の設計モデル上において設定した視準目標点）である設計測点ＴＧを第二直交座標系内に設定する。
設計測点ＴＧの座標値は、壁ボード２の設計モデルを表現する際に用いる仮想空間上の直交座標系（以下「設計モデル用直交座標系」という。）で規定されていて、予め記憶部に記憶されている。なお、設計モデル用直交座標系は、第二直交座標系に対応するものであり、壁ボード２の設計モデル上の上端角部（基準点Ｔ１に対応する点）を原点とし、壁ボード２の設計モデル上の上辺（基準点Ｔ１，Ｔ２に対応する点を通る直線）をＸ軸としている。
したがって、壁ボード２の設計モデルの上端角部（基準点Ｔ１に対応する点）および上辺（基準点Ｔ１，Ｔ２に対応する点を通る直線）を、それぞれ第二直交座標系の原点およびＸ軸に擬似的に重ね合わせると、設計モデル上の視準目標点は、第二直交座標系内における設計測点ＴＧとなる。
設計測点ＴＧの座標値は、壁ボード２の設計モデルを表現する際に用いる仮想空間上の直交座標系（以下「設計モデル用直交座標系」という。）で規定されていて、予め記憶部に記憶されている。なお、設計モデル用直交座標系は、第二直交座標系に対応するものであり、壁ボード２の設計モデル上の上端角部（基準点Ｔ１に対応する点）を原点とし、壁ボード２の設計モデル上の上辺（基準点Ｔ１，Ｔ２に対応する点を通る直線）をＸ軸としている。
したがって、壁ボード２の設計モデルの上端角部（基準点Ｔ１に対応する点）および上辺（基準点Ｔ１，Ｔ２に対応する点を通る直線）を、それぞれ第二直交座標系の原点およびＸ軸に擬似的に重ね合わせると、設計モデル上の視準目標点は、第二直交座標系内における設計測点ＴＧとなる。
なお、測定対象物（壁ボード２）が設計図通りに誤差なく製造されていれば、設計測点ＴＧは測定対象物の表面上に設定されることになるが、測定対象物には通常は製造誤差が存在しているので、設計測点ＴＧは測定対象物の表面上に設定されない場合もある。
座標値変換工程では、座標値変換手段により、第二直交座標系における設計測点ＴＧの座標値を第一直交座標系における座標値に変換する。
設計測点ＴＧは、基準点Ｔ１を原点とした第二直交座標系上の座標値に設定されているため、設計測点ＴＧを視準するにあたり、設計測点ＴＧをトータルステーションの設置点を原点とする第一直交座標系の座標値に変換する。
設計測点ＴＧは、基準点Ｔ１を原点とした第二直交座標系上の座標値に設定されているため、設計測点ＴＧを視準するにあたり、設計測点ＴＧをトータルステーションの設置点を原点とする第一直交座標系の座標値に変換する。
設計測点ＴＧの第二直交座標系から第一直交座標系への変換は、Ｚ軸回転、Ｙ軸回転を第二座標系設定工程において行った回転角で逆回転させることにより行う。
具体的には、ｋｙ＝−ｋｙ、ｋｚ＝−ｋｚとして、式７の計算を行うことで、設計測点ＴＧの座標値を第一直交座標系の座標値に変換する。なお、式７は、設計座標値から観測座標値に変換する式である。
すなわち、座標値変換手段は、予め記憶部に記憶されている設計測点ＴＧ（＝壁ボード２の設計モデル上において設定した視準目標点）の座標値（ｘTGi，ｙTGi，ｚTGi）を読み出し、設計測点ＴＧの座標値（ｘTGi，ｙTGi，ｚTGi）をＹ軸回りの回転角−ｋｙおよび前記Ｚ軸回りの回転角−ｋｚで回転移動させるとともに、第二直交座標系設定工程で行った平行移動を逆に行うことで、設計測点ＴＧの座標値を第一直交座標系の座標値に変換する。
具体的には、ｋｙ＝−ｋｙ、ｋｚ＝−ｋｚとして、式７の計算を行うことで、設計測点ＴＧの座標値を第一直交座標系の座標値に変換する。なお、式７は、設計座標値から観測座標値に変換する式である。
すなわち、座標値変換手段は、予め記憶部に記憶されている設計測点ＴＧ（＝壁ボード２の設計モデル上において設定した視準目標点）の座標値（ｘTGi，ｙTGi，ｚTGi）を読み出し、設計測点ＴＧの座標値（ｘTGi，ｙTGi，ｚTGi）をＹ軸回りの回転角−ｋｙおよび前記Ｚ軸回りの回転角−ｋｚで回転移動させるとともに、第二直交座標系設定工程で行った平行移動を逆に行うことで、設計測点ＴＧの座標値を第一直交座標系の座標値に変換する。
制御角度設定工程では、制御角度算出手段により、第一直交座標系における設計測点ＴＧの座標値を、トータルステーションを原点とする極座標系の極座標値に変換し、トータルステーション１の制御角度を求める。
すなわち、設計測点ＴＧの直交座標値（ｘＴＧｍ，ｙＴＧｍ，ｚＴＧｍ）を、式８により、極座標値（斜距離長ＬＴＧｍ，鉛直角ＶＴＧｍ，水平角ＨＴＧｍ）に変換する。そして、鉛直角ＶＴＧｍ，水平角ＨＴＧｍが測点ＴＧを視準する際のトータルステーション１の制御角度となる。
すなわち、設計測点ＴＧの直交座標値（ｘＴＧｍ，ｙＴＧｍ，ｚＴＧｍ）を、式８により、極座標値（斜距離長ＬＴＧｍ，鉛直角ＶＴＧｍ，水平角ＨＴＧｍ）に変換する。そして、鉛直角ＶＴＧｍ，水平角ＨＴＧｍが測点ＴＧを視準する際のトータルステーション１の制御角度となる。
計測工程では、制御部（出力手段）から制御角度がトータルステーションに送信（出力）され、この制御角度に設定したトータルステーション１により測距する。
すなわち、壁ボード２の表面（またはその近傍）の各設計測点ＴＧについて、制御角度設定工程において算出された水平角ＨＴＧｍと鉛直角ＶＴＧｍでトータルステーション１を制御し、各設計測点ＴＧに対応する実測点までの距離を測定する。そして、距離の測定値と、斜距離長ＬＴＧｍ（計算値）とを比較することで、測定対象物の製造誤差を確認することができる。
すなわち、壁ボード２の表面（またはその近傍）の各設計測点ＴＧについて、制御角度設定工程において算出された水平角ＨＴＧｍと鉛直角ＶＴＧｍでトータルステーション１を制御し、各設計測点ＴＧに対応する実測点までの距離を測定する。そして、距離の測定値と、斜距離長ＬＴＧｍ（計算値）とを比較することで、測定対象物の製造誤差を確認することができる。
以上、本実施形態のトータルステーションを用いた測定方法によれば、ターゲットを設置していない状況でも、予め設定された測定対象物上の測点をトータルステーションで視準することができる。
すなわち、壁ボード２（測定対象物）上に設定された２点の基準点を利用して、実測用の座標系（第二直交座標系）を設定し、この座標系に壁ボード２の設計上の測点（設計測点）を重ね合わせることで、壁ボード２上の設計測点をトータルステーション１で視準することができる。
そのため、ターゲットを設置することができない場合であっても、複雑な演算を要することなく、所定の測点の測定を簡易に実施することができる。
すなわち、壁ボード２（測定対象物）上に設定された２点の基準点を利用して、実測用の座標系（第二直交座標系）を設定し、この座標系に壁ボード２の設計上の測点（設計測点）を重ね合わせることで、壁ボード２上の設計測点をトータルステーション１で視準することができる。
そのため、ターゲットを設置することができない場合であっても、複雑な演算を要することなく、所定の測点の測定を簡易に実施することができる。
各測点の測定は、トータルステーション１を原点とする極座標系の極座標値によって行うため、トータルステーションの設置状況や、トータルステーションの座標軸（第一直交座標系）と壁ボードの座標軸（第二直交座標系）との間にずれがあったとしても、高精度に測定することができる。
トータルステーション１を利用した自動視準が可能なため、測定点が多数ある場合であっても、比較的簡易に測定することができる。
トータルステーション１を利用した自動視準が可能なため、測定点が多数ある場合であっても、比較的簡易に測定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本発明のトータルステーションを用いた測定方法の用途は限定されるものではなく、例えば、既設構造物の変位計測等に用いてもよい。また、構造物に設置された治具等の位置確認や、構造物の形状の変化点の位置確認等に用いてもよい。
また、トータルステーションを利用して、同一箇所を繰り返し視準する場合に用いてもよい。このとき、トータルステーション１が設置されている架台に、日射等の日変化により傾斜が発生した場合であっても、測定用の基準線を設定認識することで、日変化の影響をキャンセルして、同一箇所の測定を高精度に行うことができる。
前記実施形態では、制御装置を利用してトータルステーションの制御角度を算出する場合について説明したが、制御角度を算出する手段は限定されるものではない。例えば、表計算ソフトを利用して算出してもよい。
本発明のトータルステーションを用いた測定方法の用途は限定されるものではなく、例えば、既設構造物の変位計測等に用いてもよい。また、構造物に設置された治具等の位置確認や、構造物の形状の変化点の位置確認等に用いてもよい。
また、トータルステーションを利用して、同一箇所を繰り返し視準する場合に用いてもよい。このとき、トータルステーション１が設置されている架台に、日射等の日変化により傾斜が発生した場合であっても、測定用の基準線を設定認識することで、日変化の影響をキャンセルして、同一箇所の測定を高精度に行うことができる。
前記実施形態では、制御装置を利用してトータルステーションの制御角度を算出する場合について説明したが、制御角度を算出する手段は限定されるものではない。例えば、表計算ソフトを利用して算出してもよい。
１ 基準点
２ 壁ボード（測定対象物）
Ｔ１，Ｔ２ 基準点
ＴＧ 設計測点
ＴＳ トータルステーションの設置点
２ 壁ボード（測定対象物）
Ｔ１，Ｔ２ 基準点
ＴＧ 設計測点
ＴＳ トータルステーションの設置点
Claims (2)
- トータルステーションの設置点を原点とした第一直交座標系で測定対象物上に設定された二つの基準点を測定する工程と、
前記二つの基準点のうちの一方の基準点を原点とし、前記二つの基準点を通る直線をＸ軸とした第二直交座標系を設定する工程と、
前記第二直交座標系において、前記測定対象物の設計上の測点である設計測点を設定する工程と、
前記第二直交座標系における前記設計測点の座標値を前記第一直交座標系における座標値に変換する工程と、
前記第一直交座標系における設計測点の座標値を、前記トータルステーションを原点とする極座標系の極座標値に変換し、当該トータルステーションの制御角度を求める工程と、
前記制御角度に設定したトータルステーションにより前記設計測点に対応する測点を測距する工程と、を備えることを特徴とする、トータルステーションを用いた測定方法。 - 測定対象物上の二つの基準点をトータルステーションで視準して得られた座標値を、トータルステーションの設置点を原点とした第一直交座標系における座標値として記憶する手段と、
前記測定対象物の設計測点の座標値を、前記二つの基準点の一方を原点とし且つ前記二つの基準点を通る直線をＸ軸とした第二直交座標系における座標値として記憶する手段と、
他方の前記基準点を前記第二直交座標系のＸ軸上に移動させるためのＹ軸回りの回転角ｋｙおよびＺ軸回りの回転角ｋｚを算出する手段と、
前記設計測点の座標値を、前記Ｙ軸回りの回転角−ｋｙおよび前記Ｚ軸回りの回転角−ｋｚで回転し、前記第一直交座標系内の座標値に変換する手段と、
前記第一直交座標系における設計測点の座標値を、前記トータルステーションを原点とする極座標系の極座標値に変換し、当該トータルステーションの制御角度を求める手段と、
前記制御角度を前記トータルステーションに出力する手段と、を備えることを特徴とする、トータルステーションの制御装置。
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