JP6479718B2 - Topographic measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、起伏を有する又は障害物の存在する地形を計測するための地形計測方法に関する。   The present invention relates to a terrain measurement method for measuring terrain having undulations or obstacles.

古墳の調査においては、その三次元形状を計測することが重要である。古墳の三次元形状の計測は、古くから、平板測量で行われていた。しかし、平板測量は、人為的な労力が膨大であることに加えて、計測精度も低いという欠点を有していた。このため、近年では、古墳の上空からレーザーを照射することにより、古墳の三次元形状を計測することも行われるようになっている(例えば、特許文献1の段落0036)。しかし、この方法は、樹冠等に覆われて上空から隠れた部分の地表の起伏を捉えることができないという欠点を有していた。したがって、レーザーを用いた上空からの計測は、飽くまで現地調査の補助として利用されるに過ぎず、古墳の三次元形状を正確に計測するためには、現地調査を要することに変わりはなかった。   It is important to measure the three-dimensional shape of the burial mound. The measurement of the three-dimensional shape of the burial mound has long been done by flat plate surveying. However, the flat plate survey has a drawback that the measurement accuracy is low in addition to the huge amount of manpower. For this reason, in recent years, a three-dimensional shape of a tomb is measured by irradiating a laser beam over the tomb (for example, paragraph 0036 of Patent Document 1). However, this method has a drawback in that it cannot capture the undulations of the ground surface that is covered with a tree canopy and hidden from the sky. Therefore, measurement from the sky using a laser was only used as an aid to the field survey until it was tired, and the field survey was still required to accurately measure the three-dimensional shape of the tomb.

特開2009−014643号公報JP 2009-014643 A

このような実状に鑑みて、本出願人は、地上に三次元スキャナーを設置して古墳の三次元形状を計測することを試みている。しかし、古墳の表面は、起伏に富んでいることに加えて、古墳の表面には、樹木や雑草等の障害物が多く存在しているため、1回の計測では、古墳全体の三次元形状を計測することができない。このため、三次元スキャナーによる計測を複数地点で行い、それぞれの計測で得られた三次元地形データを合成することによって、古墳全体の三次元形状を得ようとしている。   In view of such a situation, the present applicant has attempted to measure a three-dimensional shape of a tomb by installing a three-dimensional scanner on the ground. However, since the surface of the burial mound is rich in ups and downs, there are many obstacles such as trees and weeds on the surface of the burial mound. Cannot be measured. For this reason, it is trying to obtain the 3D shape of the entire old burial mound by performing measurement with a 3D scanner at a plurality of points and combining the 3D terrain data obtained by each measurement.

しかし、上記のように複数地点で計測された三次元地形データを合成しようとすると、それぞれの三次元地形データにおける三次元的な方向を特定する必要があり、そのためには、それぞれの三次元地形データにおける少なくとも3地点の座標(地球上の座標)を把握しておく必要がある。その3地点のうち、1地点の座標については、三次元スキャナーを設置した座標を用いることができるものの、残りの2地点の座標については、それぞれの三次元地形データにおける特定地点の座標とする必要がある。したがって、本出願人は、三次元スキャナーを設置した箇所の周囲の2地点にマーカーを設置して、それらのマーカーを設置した箇所の座標を記録するとともに、それらのマーカーが視野内に収まるように三次元スキャナーで三次元地形データを計測することを考えている。   However, when trying to synthesize 3D terrain data measured at multiple points as described above, it is necessary to specify the 3D direction in each 3D terrain data. It is necessary to grasp the coordinates (coordinates on the earth) of at least three points in the data. Of the three points, the coordinates of one point can use the coordinates where the 3D scanner is installed, but the coordinates of the remaining two points need to be the coordinates of a specific point in each 3D terrain data There is. Therefore, the applicant installs markers at two points around the place where the 3D scanner is installed, records the coordinates of the places where those markers are installed, and makes sure that the markers are within the field of view. I am thinking of measuring 3D terrain data with a 3D scanner.

ところが、既に述べたように、古墳の表面は、起伏に富んでいることに加えて、古墳の表面には、樹木等の障害物が存在するため、三次元スキャナーの視野内(計測範囲内)において、マーカーの設置に適した箇所は非常に限られている。このため、本出願人が検討している計測方法においても、古墳の全体形状を漏れなく計測するためには、三次元スキャナーによる計測箇所や設置するマーカーの個数を増やす必要があり、一連の作業に要する労力を思ったほど軽減できないという問題があった。   However, as already mentioned, in addition to the fact that the surface of the burial mound is rich in undulations, there are obstacles such as trees on the surface of the burial mound, so within the field of view of the 3D scanner (within the measurement range) However, there are very few places suitable for marker placement. For this reason, even in the measurement method considered by the present applicant, in order to measure the entire shape of the tomb without omission, it is necessary to increase the number of measurement points and the number of markers to be installed by a 3D scanner. There was a problem that the labor required for this could not be reduced as much as I thought.

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、地上に三次元スキャナーを設置することによって、起伏や障害物を有する地形(古墳等)の三次元形状を計測する地形計測方法において、三次元スキャナーによる計測箇所や、設置するマーカーの個数を削減し、人為的な労力を軽減することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and a terrain measurement method for measuring a three-dimensional shape of terrain (an old tomb, etc.) having undulations and obstacles by installing a three-dimensional scanner on the ground. The purpose of this is to reduce the number of measurement points by the three-dimensional scanner and the number of markers to be installed, thereby reducing human labor.

上記課題は、
起伏を有する又は障害物の存在する地形を計測するための地形計測方法であって、
計測対象区域における複数の地点P〜P(iは3以上のある整数)にマーカーを設置するマーカー設置工程と、
少なくとも2つのマーカーが視野に入る複数の地点Q〜Q(jは3以上のある整数)に三次元スキャナーを設置し、地点Q(kは1以上j以下の全ての整数)の周囲の三次元地形データDをスキャンする地形スキャン工程と、
三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定する方向決定工程と、
三次元地形データD〜Dを合成して計測対象区域における略全域の三次元地形データを得る地形データ合成工程と、
を経るとともに、
マーカー設置工程で設置するマーカーとして、
地面に立設するための支柱と、
支柱の上部に支持されたマーカー表示部と、
で構成されたものを用いる
ことを特徴とする地形計測方法
を提供することによって解決される。
The above issues
A terrain measurement method for measuring terrain having undulations or obstacles,
A marker installation step of installing markers at a plurality of points P 1 to P i (i is an integer of 3 or more) in the measurement target area;
A three-dimensional scanner is installed at a plurality of points Q 1 to Q j (j is an integer greater than or equal to 3) where at least two markers are in the field of view, and around the point Q k (k is an integer greater than or equal to 1 and less than j) A terrain scanning process for scanning the three-dimensional terrain data Dk of
Included in the three-dimensional topography data D k, and at least two and GPS coordinates of the point, the point Q k of GPS coordinates established a three-dimensional scanner for scanning three-dimensional topography data D k of the marker is installed, A direction determining step for determining a three-dimensional direction of the three-dimensional terrain data Dk ;
A terrain data synthesis step of synthesizing the three-dimensional terrain data D 1 to D j to obtain three-dimensional terrain data of substantially the entire area in the measurement target area;
And go through
As a marker to be installed in the marker installation process,
A column for standing on the ground;
A marker display supported on the top of the column;
It is solved by providing a terrain measurement method characterized by using the one constituted by.

ここで、「計測対象区域」とは、計測対象物上の区域だけでなく、その周辺区域も含まれる概念である。したがって、例えば、古墳の全体形状を計測する場合には、計測対象物である古墳内にマーカーを設置する場合だけでなく、古墳の周辺区域にマーカーを設置する場合や、その両方(古墳内及び古墳の周辺区域)にマーカーを設置する場合も、本発明の技術的範囲に含まれる。   Here, the “measurement target area” is a concept that includes not only the area on the measurement object but also the surrounding area. Therefore, for example, when measuring the overall shape of a burial mound, not only when placing a marker in the burial mound, which is the object to be measured, but also when placing a marker in the area around the burial mound, The case where a marker is installed in the area around the old tomb is also included in the technical scope of the present invention.

また、地形スキャン工程における「地点Q(kは1以上j以下の全ての整数)の周囲の三次元地形データDをスキャンする」とは、地点Qでは三次元地形データDをスキャンし、地点Qでは三次元地形データDをスキャンし、・・・、地点Qでは三次元地形データDをスキャンし、というように、地点Q〜Qのそれぞれにおいて、三次元地形データD〜Dをそれぞれスキャンしていくことを意味している。このため、地形スキャン工程が終わった際には、j個の三次元地形データD〜Dが得られた状態となっている。 In the terrain scanning process, “scan the 3D terrain data D k around the point Q k (k is an integer from 1 to j)” means that the 3D terrain data D 1 is scanned at the point Q 1. At the point Q 2 , the 3D terrain data D 2 is scanned, at the point Q j , the 3D terrain data D j is scanned, and so on at each of the points Q 1 to Q j. This means that each of the terrain data D 1 to D j is scanned. For this reason, when the terrain scanning process is finished, j pieces of three-dimensional terrain data D 1 to D j are obtained.

同様に、方向決定工程における「三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定する」とは、三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定し、三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定し、・・・、三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定し、というように、三次元地形データD〜Dのそれぞれの三次元的な方向を決定することを意味している。このため、方向決定工程が終わった際には、j個の三次元地形データD〜Dの三次元的な方向が決定された状態となっている。 Likewise, included in the "three-dimensional topography data D k in the direction determining step, point installed with GPS coordinates of at least two points of the marker is installed, three-dimensional scanner for scanning three-dimensional topography data D k “Determining the three-dimensional direction of the three-dimensional terrain data D k from the GPS coordinates of Q k ” means that the GPS coordinates of at least two points in the three-dimensional terrain data D 1 where markers are installed are The 3D terrain data D 1 is determined from the GPS coordinates of the point Q 1 where the 3D scanner is installed to scan the 3D terrain data D 1 , and the 3D terrain data D 2 is obtained. included, the GPS coordinates of at least two points marker is placed, the point Q 2 to which was placed a three-dimensional scanner for scanning three-dimensional topography data D 2 And a PS coordinates, to determine the three-dimensional direction of the three-dimensional topography data D 2, · · ·, are included in the three-dimensional topography data D j, and GPS coordinates of at least two points marker is installed, tertiary The three-dimensional terrain data D j is determined from the GPS coordinates of the point Q j where the three-dimensional scanner is installed to scan the original terrain data D j, and so on. This means that the three-dimensional directions of 1 to D j are determined. For this reason, when the direction determining step is finished, the three-dimensional directions of the j pieces of three-dimensional landform data D 1 to D j are determined.

本発明の地形計測方法では、三次元スキャナーを用いて計測対象区域の三次元形状を計測するため、平板測量等によって計測を行う場合と比較して、人為的な労力を大幅に軽減することができる。また、本発明の地形計測方法では、上空からではなく、地上に設置した三次元スキャナーを用いて計測対象区域の三次元形状を計測するため、計測対象区域が樹冠等で覆われている場合であっても、その部分の起伏を計測することができる。さらに、本発明の地形計測方法では、マーカーにおけるマーカー表示部(三次元スキャナーによって認識される部分)が支柱の上部に支持された構造としたため、マーカー表示部を地面よりも高い場所に配することが可能となっている。このため、計測対象区域に起伏や障害物がある場合であっても、マーカー表示部が遠くからでも視認できるようにし、設置するマーカーの個数を減らすことが可能になる。したがって、三次元スキャナーによる計測箇所を削減することも可能になる。   In the terrain measurement method of the present invention, since the three-dimensional shape of the measurement target area is measured using a three-dimensional scanner, it is possible to significantly reduce human labor compared to the case where measurement is performed by flat plate surveying or the like. it can. In the terrain measurement method of the present invention, since the three-dimensional shape of the measurement target area is measured using a three-dimensional scanner installed on the ground instead of from the sky, the measurement target area is covered with a tree crown or the like. Even if it exists, the undulation of that part can be measured. Furthermore, in the terrain measurement method of the present invention, since the marker display part (the part recognized by the three-dimensional scanner) in the marker is supported on the upper part of the support column, the marker display part is arranged at a place higher than the ground. Is possible. Therefore, even when there are undulations or obstacles in the measurement target area, the marker display unit can be viewed from a distance, and the number of markers to be installed can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the number of measurement points by the three-dimensional scanner.

本発明の地形計測方法においては、マーカー設置工程で設置するマーカーとして、そのマーカー表示部が、水平軸回りの角度が調節可能な状態で支柱の上部に支持されたものを用いることも好ましい。これにより、マーカーの支柱を鉛直方向から傾けることなく、マーカー表示部の正面が三次元スキャナーに向くようにすることが可能になり、三次元スキャナーがマーカー表示部を認識しやすくすることが可能になる。   In the terrain measurement method of the present invention, it is also preferable to use a marker that is supported on the upper part of the support column so that the angle around the horizontal axis can be adjusted as a marker to be installed in the marker installation step. This makes it possible for the marker display unit to face the 3D scanner without tilting the marker column from the vertical direction, making it easier for the 3D scanner to recognize the marker display unit. Become.

本発明の地形計測方法において、上記の方向決定工程や、地形データ合成工程は、通常、コンピュータ上でソフト的に行われる。この点、本発明の地形計測方法を、三次元地形データD〜Dに含まれる障害物をソフト的に除去する障害物除去工程を備えたものとすることも好ましい。これにより、計測対象区域の地表の三次元形状を把握しやすくすることが可能になる。障害物除去工程を実行するタイミングは、特に限定されない。障害物除去工程は、地形スキャン工程と同時に行ってもよいし、地形スキャン工程と方向決定工程との間に行ってもよいし、方向決定工程と地形データ合成工程との間に行ってもよいし、地形データ合成工程の完了後に行ってもよい。しかし、障害物除去工程を効率的に実行できるようにするためには、障害物除去工程は、地形データ合成工程の完了後に行うと好ましい。 In the terrain measurement method of the present invention, the direction determining step and the terrain data synthesizing step are usually performed in software on a computer. In this regard, it is also preferable that the terrain measurement method of the present invention includes an obstacle removal step of removing obstacles included in the three-dimensional terrain data D 1 to D j in a software manner. Thereby, it becomes possible to easily grasp the three-dimensional shape of the ground surface of the measurement target area. The timing for executing the obstacle removing step is not particularly limited. The obstacle removing process may be performed simultaneously with the terrain scanning process, may be performed between the terrain scanning process and the direction determining process, or may be performed between the direction determining process and the terrain data synthesizing process. However, it may be performed after the terrain data synthesis step is completed. However, in order to enable the obstacle removal process to be executed efficiently, the obstacle removal process is preferably performed after the completion of the topographic data synthesis process.

本発明の地形計測方法は、起伏及び障害物(樹木、雑草又は岩等)を有する地形を計測するものとして適している。本発明の地形計測方法の用途は、特に限定されないが、古墳の調査を行う場合(古墳の三次元形状を計測する場合)に採用すると好適である。このほか、ゴルフ場の建設予定地の調査を行う場合(ゴルフ場の建設予定地の三次元形状を計測する場合)や、ダムの建設予定地の調査を行う場合(ダムの建設予定地の三次元形状を計測する場合)にも、本発明の地形計測方法を好適に採用することができる。これらの地形は、いずれも、起伏に富んでいることに加えて、樹木や雑草や岩等の障害物が多く存在することが多く、本発明の地形計測方法を採用することによって得られるメリットが大きい。   The terrain measurement method of the present invention is suitable for measuring terrain having undulations and obstacles (such as trees, weeds or rocks). The application of the landform measurement method of the present invention is not particularly limited, but it is preferably employed when investigating a tomb (measuring the three-dimensional shape of a tomb). In addition, when investigating the planned construction site of a golf course (measuring the three-dimensional shape of the planned construction site of a golf course) or investigating the planned construction site of a dam (third-order of the planned construction site of a dam) In the case of measuring the original shape), the terrain measurement method of the present invention can be suitably employed. Each of these topography is rich in ups and downs, and there are many obstacles such as trees, weeds and rocks, and there is a merit obtained by adopting the topographic measurement method of the present invention. large.

以上のように、本発明によって、地上に三次元スキャナーを設置することによって、起伏や障害物を有する地形(古墳等)の三次元形状を計測する地形計測方法において、三次元スキャナーによる計測箇所や、設置するマーカーの個数を削減し、人為的な労力を軽減することが可能になる。   As described above, according to the present invention, in the terrain measurement method for measuring the three-dimensional shape of terrain (an old tomb, etc.) having undulations and obstacles by installing a three-dimensional scanner on the ground, It is possible to reduce the number of markers to be installed and reduce human labor.

本発明の地形計測方法の一例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed an example of the topographic measurement method of this invention. 本発明の地形計測方法によって得られた古墳の三次元形状の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the three-dimensional shape of the burial mound obtained by the landform measuring method of this invention. 本発明の地形計測方法における、マーカーの設置地点及び三次元スキャナーの設置地点の配置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of arrangement | positioning of the installation point of a marker and the installation point of a three-dimensional scanner in the topographic measurement method of this invention. 本発明の地形計測方法で使用するマーカーの一例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed an example of the marker used with the landform measuring method of this invention. 本発明の地形計測方法で使用するマーカーの他例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the other example of the marker used with the topography measuring method of this invention. 本発明の地形計測方法における地形スキャン工程を実施している様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that the topography scanning process in the topography measuring method of this invention is implemented. 本発明の地形計測方法における方向決定工程を説明する図である。It is a figure explaining the direction determination process in the topographic measurement method of this invention.

本発明の地形計測方法の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、説明の便宜上、古墳の三次元形状を計測する場合を例に挙げて本発明の地形計測方法を説明する。しかし、上述したように、本発明の地形計測方法の用途は、古墳の調査に限定されるものではなく、起伏や障害物を有する地形を計測する必要のある各種用途において好適に採用することができる。また、本発明の地形計測方法の技術的範囲は、以下で述べる実施態様に限定されることなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更を施すことができる。   A preferred embodiment of the landform measurement method of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Hereinafter, for convenience of explanation, the terrain measurement method of the present invention will be described by taking as an example the case of measuring the three-dimensional shape of a tomb. However, as described above, the application of the terrain measurement method of the present invention is not limited to the survey of ancient tombs, and can be suitably employed in various applications that need to measure terrain with undulations and obstacles. it can. In addition, the technical scope of the terrain measurement method of the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1.本発明の地形計測方法の基本的な流れ
図1は、本実施態様の地形計測方法の流れを示したフローチャートである。図2は、本実施態様の地形計測方法によって得られた古墳の三次元形状(合成後の三次元地形データD)の一例を示した図である。本実施態様の地形計測方法は、図1に示すように、マーカー設置工程と、地形スキャン工程と、方向決定工程と、地形データ合成工程と、障害物除去工程とを経ることによって、図2に示すように、古墳の三次元形状を得るためのものとなっている。
1. Basic Flow of Topographic Measurement Method of the Present Invention FIG. 1 is a flowchart showing the flow of the topographic measurement method of this embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an example of the three-dimensional shape of the tomb obtained by the topographic measurement method of the present embodiment (three-dimensional topographic data D after synthesis). As shown in FIG. 1, the terrain measurement method of this embodiment is shown in FIG. 2 through a marker installation process, a terrain scan process, a direction determination process, a terrain data synthesis process, and an obstacle removal process. As shown, it is for obtaining the three-dimensional shape of the old tomb.

2.マーカー設置工程
マーカー設置工程は、図3に示すように、計測対象区域αにおける互いに離散した地点P〜P(P〜P15)に、図4に示すようなマーカー10をそれぞれ設置していく工程である。図3は、本実施態様の地形計測方法における、マーカーの設置地点P〜P(P〜P15)及び三次元スキャナーの設置地点Q〜Q(Q〜Q31)の配置の一例を示した図である。図4は、本実施態様の地形計測方法で使用するマーカー10の一例を示した斜視図である。本実施態様の地形計測方法においては、計測対象物である古墳α(図3において目の小さい網掛けハッチングで示した領域)だけでなく、その周辺区域α(図3において目の大きな網掛けハッチングで示した領域)にも、マーカー10の設置地点P〜Pを設けている。
2. Marker installation process In the marker installation process, as shown in FIG. 3, markers 10 as shown in FIG. 4 are respectively installed at points P 1 to P i (P 1 to P 15 ) discrete from each other in the measurement target area α. It is a process to go. FIG. 3 shows the arrangement of marker installation points P 1 to P i (P 1 to P 15 ) and three-dimensional scanner installation points Q 1 to Q j (Q 1 to Q 31 ) in the terrain measurement method of this embodiment. It is the figure which showed an example. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the marker 10 used in the landform measurement method of the present embodiment. In the terrain measurement method of the present embodiment, not only the ancient tomb α 1 (the area indicated by the small hatching of the eyes in FIG. 3) which is the measurement object, but also the surrounding area α 2 (the mesh of the large eyes in FIG. 3). The installation points P 1 to P i of the markers 10 are also provided in the areas indicated by the hatching.

本実施態様の地形計測方法においては、地点P〜Pに設置するマーカー10として、図4に示すように、地面に立設するための支柱11と、支柱の上部に支持されたマーカー表示部12とで構成されたものを用いている。マーカー表示部12は、三次元スキャナー20(図6を参照)で認識される部分であるところ、このマーカー表示部12を支柱11によって地面よりも高い場所で支持することによって、マーカー表示部12と三次元スキャナー20との間に、樹木や雑草等の障害物がある場合であっても、三次元スキャナー20にマーカー表示部12を読み取らせることが可能となっている。本実施態様の地形計測方法においては、マーカー表示部12における前面の中心Cの座標が、地点P〜Pの座標(GPSで読み取る座標)となるようにしている。 In the terrain measurement method of this embodiment, as shown in FIG. 4, as the markers 10 installed at the points P 1 to P i , as shown in FIG. 4, the column 11 for standing on the ground and the marker display supported on the upper part of the column. What is comprised with the part 12 is used. The marker display unit 12 is a portion recognized by the three-dimensional scanner 20 (see FIG. 6). By supporting the marker display unit 12 at a place higher than the ground by the support column 11, the marker display unit 12 and Even when there are obstacles such as trees and weeds between the 3D scanner 20, the 3D scanner 20 can read the marker display unit 12. In terrain measuring method of the present embodiment, the coordinates of the front surface of the center C in the marker display section 12, so that the point P 1 to P i of coordinates (coordinates read by GPS).

マーカー10における支柱11の下端からマーカー表示部12の中心Cまでの高さH(図4)は、特に限定されない。しかし、高さHを低くしすぎると、マーカー表示部12を高い位置で支持できなくなる。このため、高さHは、通常、30cm以上とされる。高さHは、50cm以上であることが好ましく、70cm以上であることがより好ましく、90cm以上であることがさらに好ましい。一方、高さHを高くしすぎると、マーカー10が大型化して持ち運びや設置作業をしにくいものとなる虞がある。このため、高さHは、通常、300cm以下とされる。高さHは、250cm以下であることが好ましく、200cm以下であることがより好ましい。本実施態様の地形計測方法において、高さHは100cmとしている。   The height H (FIG. 4) from the lower end of the column 11 in the marker 10 to the center C of the marker display unit 12 is not particularly limited. However, if the height H is too low, the marker display unit 12 cannot be supported at a high position. For this reason, the height H is usually 30 cm or more. The height H is preferably 50 cm or more, more preferably 70 cm or more, and further preferably 90 cm or more. On the other hand, if the height H is too high, the marker 10 may become large and difficult to carry or install. For this reason, the height H is usually 300 cm or less. The height H is preferably 250 cm or less, and more preferably 200 cm or less. In the topographic measurement method of this embodiment, the height H is 100 cm.

マーカー10におけるマーカー表示部12には、三次元スキャナー20(図3)が識別可能な表示が施される。マーカー表示部12に施す表示は、通常、周囲の風景から浮き立つパターンや色彩が施される。本実施態様の地形計測方法においては、矩形状を為すマーカー表示部12を2行2列の矩形状の区画に分割し、それぞれの区画に白色と黒色を交互に配したパターンを上記の表示として施している。このパターンは、地面や樹木や雑草や岩や空の手前に位置する場合でも、三次元スキャナー20がそのパターンのみを容易に識別することができるものとなっている。   The marker display unit 12 in the marker 10 is displayed so that the three-dimensional scanner 20 (FIG. 3) can be identified. The display on the marker display unit 12 is usually given a pattern or color that stands out from the surrounding scenery. In the terrain measurement method of the present embodiment, the marker display unit 12 having a rectangular shape is divided into rectangular sections of 2 rows and 2 columns, and a pattern in which white and black are alternately arranged in each section is used as the above display. Has been given. Even when this pattern is positioned in front of the ground, trees, weeds, rocks, or the sky, the 3D scanner 20 can easily identify only the pattern.

マーカー10は、計測対象区域α(図3)における設置地点P〜Pの地面に直接打ち込むものとしてもよいが、この場合には、マーカー10の設置作業を行う際に、設置地点P〜PのGPS座標(マーカー表示部12の中心Cの座標)をその都度計測する必要が生じる等、マーカー設置工程の作業効率が低下する虞がある。このため、本実施態様の地形計測方法においては、マーカー10を用いて予めGPS座標を計測したマーカー表示部12の中心Cの真下となる箇所に、図6に示すように、基準点ブロック30を予め打ち込んでおき(事前の踏査の際等に打ち込んでおき)、マーカー設置工程を実際に行う際には、その基準点ブロック30の上面に設けられた凹部31に、支柱11の下端を嵌め込むことによって、マーカー10を設置するようにしている。これにより、実際のマーカー設置工程を行う際には、設置地点P〜PのGPS座標を計測する必要がなくなるため、マーカー設置工程の作業効率を向上することが可能になる。 Markers 10 may be but as implanting measurement target region α directly on the ground of the installation point P 1 to P i in (FIG. 3), in this case, when performing installation work of the marker 10, installation point P 1 etc. to P i of GPS coordinates (center C of the coordinates of the marker display section 12) must be measured each time occurs, it may deteriorate the working efficiency of the marker installation process. For this reason, in the landform measurement method of this embodiment, as shown in FIG. 6, the reference point block 30 is provided at a location directly below the center C of the marker display unit 12 in which the GPS coordinates are measured in advance using the marker 10. When the marker setting process is actually performed, the lower end of the column 11 is fitted into the recess 31 provided on the upper surface of the reference point block 30. Thus, the marker 10 is installed. Thus, when performing the actual marker installation process, it is not necessary to measure the GPS coordinates of the installation point P 1 to P i is eliminated, it is possible to improve the working efficiency of the marker installation process.

ところで、従来の地形計測方法では、マーカー10の設置地点P〜Pは、事前の踏査の際等に、よく吟味して決定する必要があり、それでもなお、マーカー10の設置地点P〜Pの数(iの値)がかなり多くなっていた。これに対し、本実施態様の地形計測方法では、上述したように、マーカー10(図4及び図5)として、マーカー表示部12が支柱11の上部に支持されたものを用いており、マーカー表示部12が広い範囲から認識(視認)できるようになっている。このため、本実施態様の地形計測方法では、マーカー10の設置地点P〜Pは、事前の踏査の際等に、「この辺りであれば、周囲の広い範囲から見えるだろう」というような位置に決定すればよく、事前の踏査の際に要する手間を大幅に軽減することができるようになっている。また、マーカー10の設置地点P〜Pの数(iの値)も少なく抑えることができるようになっている。 By the way, in the conventional terrain measurement method, the installation point P 1 ~P i of the marker 10, when the like of the prior survey, it is necessary to determine well-examined to, still, installation point P 1 of the marker 10 to the number of P i (the value of i) had become quite a lot. On the other hand, in the landform measurement method of the present embodiment, as described above, the marker 10 (FIGS. 4 and 5) is used in which the marker display unit 12 is supported on the upper portion of the support column 11, and the marker display is performed. The part 12 can be recognized (viewed) from a wide range. For this reason, in the terrain measurement method of the present embodiment, the installation points P 1 to P i of the marker 10 are, for example, in advance inspection, so that “there will be visible from a wide range around”. Therefore, it is possible to greatly reduce the labor required for the preliminary reconnaissance. Further, the number of installation points P 1 to P i (value of i) of the marker 10 can be reduced.

マーカー10は、その支柱11が鉛直方向(重力方向)に対して傾斜するように設置してもよいが、この場合には、マーカー表示部12の中心Cの水平座標(設置地点P〜Pの水平座標)と基準点ブロック30の凹部31の水平座標とにズレが生じ、そのズレを補正する必要が生じる。このため、マーカー10は、通常、その支柱11が鉛直方向に対して平行となるように設置される。本実施態様の地形計測方法においては、支柱11の方向を確認するための水準器(図示省略)をマーカー10に取り付けている。マーカー10における支柱11は、三脚等のマーカー支持手段40(図6を参照)によって鉛直方向に保つことができるようになっている。 The marker 10 may be installed such that its column 11 is inclined with respect to the vertical direction (gravity direction). In this case, the horizontal coordinate (installation points P 1 to P of the center C of the marker display unit 12 is used. i ) and a horizontal coordinate of the concave portion 31 of the reference point block 30 are displaced, and it is necessary to correct the displacement. For this reason, the marker 10 is normally installed so that the column 11 is parallel to the vertical direction. In the terrain measurement method of this embodiment, a level (not shown) for confirming the direction of the column 11 is attached to the marker 10. The column 11 in the marker 10 can be maintained in the vertical direction by a marker support means 40 (see FIG. 6) such as a tripod.

また、マーカー10としては、図4に示したもののほか、図5に示すものを使用することも好ましい。図5は、マーカー10の他例を示した斜視図である。図5のマーカー10は、支柱11とマーカー表示部12との間に、軸受手段13を有しており、水平軸Lを中心としてマーカー表示部12を上下方向(図5における矢印A又は矢印Aの向き)に回動させることによって、マーカー表示部12の水平軸L回りの角度を調節することができるものとなっている。この構成は、以下のような意味を有している。 In addition to the marker 10 shown in FIG. 4, it is also preferable to use the marker 10 shown in FIG. FIG. 5 is a perspective view showing another example of the marker 10. The marker 10 in FIG. 5 has a bearing means 13 between the support column 11 and the marker display unit 12, and the marker display unit 12 is moved in the vertical direction about the horizontal axis L 1 (arrow A 1 in FIG. 5 or by rotating the direction) of the arrow a 2, which is assumed to be able to adjust the horizontal axis L 1 about the angle of the marker display section 12. This configuration has the following meaning.

すなわち、マーカー表示部12の前面は、三次元スキャナー20から出射されるレーザー光(図6における太い破線の矢印を参照)に対して垂直又は垂直に近い状態となっていなければ、三次元スキャナー20に認識されにくくなるところ、図5のマーカー10では、マーカー表示部12を上下方向に回動させることによって、マーカー表示部12の前面を三次元スキャナー20から出射されるレーザー光に対して垂直又は垂直に近い状態となるように調節することができるようになっている。   That is, if the front surface of the marker display unit 12 is not perpendicular or nearly perpendicular to the laser light emitted from the three-dimensional scanner 20 (see the thick broken arrow in FIG. 6), the three-dimensional scanner 20 5, in the marker 10 of FIG. 5, the front surface of the marker display unit 12 is perpendicular to the laser beam emitted from the three-dimensional scanner 20 by rotating the marker display unit 12 in the vertical direction. It can be adjusted so that it is almost vertical.

軸受手段13は、上記のような機能を発揮できるのであれば、その具体的な構成を特に限定されない。図5のマーカー10においては、支柱11の上端部に固定される前面視「U」字状の支持フレーム13aと、マーカー表示部12の両側面に配される左右一対の側板部13bと、側板部13bを互いに連結してマーカー表示部12の背面側に固定される連結軸部13cと、左右の側板部13bに対して支持フレーム13aの左右のアーム部をそれぞれ回動可能な状態で連結する支軸部13dと、支持フレーム13aに対して側板部13bが回動できないよう(マーカー表示部12の角度を固定できるよう)に支軸部13dを締め付ける締付手段13eによって、軸受手段13を構成している。   The specific structure of the bearing means 13 is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions. In the marker 10 of FIG. 5, a front-view “U” -shaped support frame 13 a fixed to the upper end of the column 11, a pair of left and right side plates 13 b disposed on both sides of the marker display unit 12, and the side plates The connecting shaft portion 13c that connects the portions 13b to each other and is fixed to the back side of the marker display portion 12, and the left and right side plate portions 13b are connected to the left and right arm portions of the support frame 13a in a rotatable state. The bearing means 13 is constituted by the support shaft portion 13d and the tightening means 13e for tightening the support shaft portion 13d so that the side plate portion 13b cannot rotate with respect to the support frame 13a (so that the angle of the marker display portion 12 can be fixed). doing.

図5のマーカー10においては、マーカー表示部12を上下方向に回動させる際に、マーカー表示部12の前面の中心Cの座標が変化すると、後述する方向決定工程や地形データ合成工程を実行する際に誤差が生じ、計測対象区域αの正確な三次元地形データを取得できなくなるところ、側板部13bを設けることによって、マーカー表示部12の前面の中心Cが、マーカー表示部12の回動の中心軸L(支軸部13dの中心線)上となるように設定している。 In the marker 10 of FIG. 5, when the coordinate of the center C on the front surface of the marker display unit 12 is changed when the marker display unit 12 is rotated in the vertical direction, a direction determination process and a terrain data synthesis process described later are executed. However, when the side plate portion 13b is provided, the center C on the front surface of the marker display portion 12 is rotated by the rotation of the marker display portion 12. It is set to be on the center axis L 1 (center line of the support shaft portion 13d).

ところで、マーカー設置工程において、マーカー10は、設置地点P〜Pの全てに一度に設置してもよいが、この場合には、マーカー10の必要本数や、それに付帯するマーカー支持手段40の必要個数も増大する。このため、マーカー設置工程は、後述する地形スキャン工程と並行しながら行い、所望の設置地点(三次元スキャナー20の設置地点)でスキャンを行う場合に必要な設置地点(マーカー10の設置地点)にのみマーカー10を設置していき、これを三次元スキャナー20の設置地点を切り替えながら順次繰り返すようにすることが好ましい。これにより、マーカー10やマーカー支持手段40は、最低2つずつ用意しておけば、本実施態様の地形計測方法を実施することが可能になる。 By the way, in the marker installation step, the markers 10 may be installed at all of the installation points P 1 to P i at one time. In this case, the necessary number of markers 10 and the marker support means 40 attached thereto are used. The required number also increases. For this reason, the marker installation process is performed in parallel with the terrain scanning process to be described later, and is used as an installation point (installation point of the marker 10) necessary for scanning at a desired installation point (installation point of the three-dimensional scanner 20). It is preferable that only the marker 10 is installed and this is sequentially repeated while switching the installation point of the three-dimensional scanner 20. Thereby, if the marker 10 and the marker support means 40 are prepared at least two at a time, it becomes possible to implement the topographic measurement method of this embodiment.

マーカー10の設置地点P〜Pの数(iの値)は、3以上であれば、特に限定されない。設置地点P〜Pの数iは、通常、計測対象区域αが広くなればなるほど、起伏の程度が激しくなればなるほど、あるいは障害物が多ければ多いほど、増大する。設置地点P〜Pの数iは、5以上、10以上、15以上、あるいは20以上と多くなっても対応可能である。本実施態様の地形計測方法においては、図3に示すように、地点Pから地点P15までの15地点に、マーカー10を設置するようになっている。 The number of installation points P 1 to P i (value of i) of the marker 10 is not particularly limited as long as it is 3 or more. The number i of the installation points P 1 to P i usually increases as the measurement target area α becomes wider, the undulations become more severe, or the more obstacles there are. Even if the number i of the installation points P 1 to P i increases to 5 or more, 10 or more, 15 or more, or 20 or more, it can be handled. In the topographic measurement method of this embodiment, as shown in FIG. 3, the markers 10 are installed at 15 points from the point P 1 to the point P 15 .

一方、設置地点P〜Pの数iに特に上限はないが、通常、1000以下とされる。本実施態様の地形計測方法では、計測対象区域αの単位面積(1アール)当たりの設置地点P〜Pの数iを、1個以下とすることや、0.5個以下とすることや、0.3個以下とすることや、0.1個以下とすることや、0.05個以下とすることも可能である。地形や三次元スキャナー20の性能等によっては、0.01個以下(100アール当たりに1個)とすることも可能である。 On the other hand, the number i of the installation points P 1 to P i is not particularly limited, but is usually 1000 or less. In the landform measurement method of this embodiment, the number i of the installation points P 1 to P i per unit area (1 are) of the measurement target area α is set to 1 or less, or 0.5 or less. Alternatively, it may be 0.3 or less, 0.1 or less, or 0.05 or less. Depending on the topography and the performance of the three-dimensional scanner 20, the number may be 0.01 or less (1 per 100 are).

マーカー10の設置地点P〜Pの配置は、計測対象区域αの広さや地形、三次元スキャナー20の設置地点Q〜Qの配置、あるいは三次元スキャナー20の性能等によっても異なり、特に限定されない。ただし、設置地点Q〜Qのいずれに三次元スキャナー20を設置しても、必ず2つ以上のマーカー10がその三次元スキャナー20の視野(計測範囲)に収まるようにする。この条件を満たした上で、マーカー10の設置地点P〜Pの数iができるだけ少なくなるように、マーカー10の設置地点P〜Pの配置を決定する。 The placement of the marker 10 installation points P 1 to P i varies depending on the size and topography of the measurement target area α, the placement of the three-dimensional scanner 20 installation points Q 1 to Q j , or the performance of the three-dimensional scanner 20. There is no particular limitation. However, even if the three-dimensional scanner 20 is installed at any of the installation points Q 1 to Q j , the two or more markers 10 must be within the visual field (measurement range) of the three-dimensional scanner 20. While satisfying this condition, as the number i of installation point P 1 to P i of the marker 10 is as small as possible, determining the placement of the installation point P 1 to P i of the marker 10.

本実施態様の地形計測方法においても、地点Qに設置された三次元スキャナー20の計測範囲には、地点Pに設置されたマーカー10と地点P13に設置されたマーカー10とが入り、地点Qに設置された三次元スキャナー20の計測範囲には、地点P12に設置されたマーカー10と地点P13に設置されたマーカー10とが入り、地点Qに設置された三次元スキャナー20の計測範囲には、地点P13に設置されたマーカー10と地点P14に設置されたマーカー10とが入り、地点Qに設置された三次元スキャナー20の計測範囲には、地点Pに設置されたマーカー10と地点P14に設置されたマーカー10とが入り・・・というように、設置地点Q〜Q(設置地点Q〜Q31)のいずれに三次元スキャナー20を設置しても、その三次元スキャナー20の計測範囲には、2つ以上のマーカー10が入るようになっている。 Also in topography measuring method of the present embodiment, the measurement range of the three-dimensional scanner 20 installed at the point Q 1, it enters and a marker 10 disposed in the marker 10 and the point P 13 that is installed at a point P 1, the measurement range of the three-dimensional scanner 20 installed at the point Q 2, enters and a marker 10 disposed in the marker 10 and the point P 13 that is installed at a point P 12, the three-dimensional scanner installed at the point Q 3 the measurement range of 20 to enter and a marker 10 disposed in the marker 10 and the point P 14 which is installed at a point P 13, the measurement range of which is installed in a point Q 4 three-dimensional scanner 20, a point P 4 so on the installed marker 10 and the point P 14 in the installed marker 10 and enters ... to, in any three-dimensional installation point Q 1 ~Q j (installation point Q 1 ~Q 31) It is equipped with scanners 20, the measurement range of the three-dimensional scanner 20, so that the two or more markers 10 enters.

3.地形スキャン工程
地形スキャン工程は、図6に示すように、少なくとも2つのマーカー10が視野に入る地点Q(kは1以上j以下の全ての整数)に三次元スキャナー20を設置し、地点Qの周囲の三次元地形データD(図7(a)を参照)をスキャンしていく工程である。図6は、本実施態様の地形計測方法における、地形スキャン工程を実施している様子を示した図である。図6の例においては、地点Qに設置した三次元スキャナー20の計測範囲に、地点P(mは1以上i以下のある整数)に設置したマーカー10と、地点P(nは1以上i以下で且つm以外のある整数)に設置したマーカー10とが入るようになっている。地形スキャン工程では、図6に示したような計測を、三次元スキャナー20の設置地点を地点Qから地点Q31(地点Q)まで順次切り替えながら行っていく。このため、図6に示されるような計測は、計31回(計j回)行われる。したがって、地形スキャン工程を終えた段階では、計31個(計j個)の三次元地形データD〜D31(三次元地形データD〜D)がデジタルデータとして取得された状態となる。
3. Terrain Scanning Process As shown in FIG. 6, the terrain scanning process is performed by installing a three-dimensional scanner 20 at a point Q k (k is an integer from 1 to j) where at least two markers 10 enter the field of view. This is a step of scanning the three-dimensional terrain data D k (see FIG. 7A) around k . FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a terrain scanning process is performed in the terrain measurement method of the present embodiment. In the example of FIG. 6, the measurement range of the three-dimensional scanner 20 installed in the point Q k, the point P m (m is an integer of 1 or more i less) markers 10 installed in, the point P n (n 1 The marker 10 placed at i or less and a certain integer other than m) enters. In the terrain scanning process, the measurement as shown in FIG. 6 is performed while sequentially switching the installation point of the three-dimensional scanner 20 from the point Q 1 to the point Q 31 (point Q j ). For this reason, the measurement as shown in FIG. 6 is performed a total of 31 times (a total of j times). Therefore, at the stage where the terrain scan process is completed, a total of 31 (j total) three-dimensional terrain data D 1 to D 31 (three-dimensional terrain data D 1 to D j ) are obtained as digital data. .

三次元スキャナー20を設置する地点Q(地点Q〜Q31)の地面には、マーカー10の設置地点P(P〜P15)と同様、事前の踏査の際等に、予め基準点ブロック50(図6)を打ち込んでおき、地形スキャン工程を行う際には、この基準点ブロック50を参考に、三次元スキャナー20の設置地点Qを決定することもできる。しかし、本実施態様の地形計測方法では、上述したように、マーカー10(図4及び図5)として、マーカー表示部12が支柱11の上部に支持されたものを用いており、マーカー表示部12が広い範囲から認識(視認)できるようになっているため、三次元スキャナー20の設置地点Qは、事前の踏査の際等に、基準点ブロック50を予め設置しておかなくても、地形スキャン工程を行うその場で容易に決定することができる。また、三次元スキャナー20を設置する地点Qの数(kの値)を大幅に削減することも可能である。本実施態様の地形計測方法においては、地形スキャン工程を行う際(事前の踏査を行う際にはその踏査の際)に、三次元スキャナー20の設置地点QのGPS座標を測定するようにしている。 On the ground of the point Q k (points Q 1 to Q 31 ) where the three-dimensional scanner 20 is to be installed, a reference is made in advance at the time of prior reconnaissance or the like, as with the installation points P i (P 1 to P 15 ) of the marker 10. advance by implanting point block 50 (FIG. 6), when performing topographic scanning step, with reference to the reference point block 50 may determine the installation point Q k of the three-dimensional scanner 20. However, in the terrain measurement method of this embodiment, as described above, the marker 10 (FIGS. 4 and 5) is used in which the marker display unit 12 is supported on the upper portion of the support column 11, and the marker display unit 12 is used. Can be recognized (viewed) from a wide range, the installation point Q k of the three-dimensional scanner 20 can be used for the topography even if the reference point block 50 is not installed in advance during a reconnaissance or the like. It can be easily determined on the spot of the scanning process. Further, it is possible to greatly reduce the number of points Q k (value of k) where the three-dimensional scanner 20 is installed. In the topography measuring method of the present embodiment, when performing topographic scanning process (during its Exploratory when performing preliminary reconnaissance), so as to measure the GPS coordinates of the installation point Q k of the three-dimensional scanner 20 Yes.

三次元スキャナー20は、その周囲の地形の三次元形状を計測することができるものであれば、その種類を特に限定されるものではないが、通常、レーザー光等の光波を照射することによってその周囲の地形の三次元形状の計測を行う走査型の光波距離計(いわゆるレーザースキャナー)が用いられる。   The type of the three-dimensional scanner 20 is not particularly limited as long as it can measure the three-dimensional shape of the surrounding terrain. Usually, the three-dimensional scanner 20 is irradiated with a light wave such as a laser beam. A scanning lightwave distance meter (so-called laser scanner) that measures the three-dimensional shape of the surrounding terrain is used.

また、三次元スキャナー20の最大測定距離は、計測対象区域αの広さ等によっても異なり、特に限定されない。しかし、三次元スキャナー20の最大測定距離が短すぎると、計測対象区域αの略全域の三次元形状を計測するためには、三次元スキャナー20の設置地点Q(Q〜Q)の数を増大したり、マーカー10の設置地点P〜Pの数を増大したりする必要が生じる。このため、三次元スキャナー20の最大測定距離は、通常、10m以上とされる。三次元スキャナー20の最大測定距離は、30m以上であることが好ましく、50m以上であることがより好ましく、100m以上であるとさらに好ましい。三次元スキャナー20の最大測定距離の上限は、特に限定されるものではないが、通常、500〜1000m程度である。 In addition, the maximum measurement distance of the three-dimensional scanner 20 varies depending on the width of the measurement target area α and is not particularly limited. However, if the maximum measurement distance of the three-dimensional scanner 20 is too short, in order to measure the three-dimensional shape of substantially the entire measurement target area α, the installation point Q k (Q 1 to Q j ) of the three-dimensional scanner 20 is measured. It becomes necessary to increase the number or increase the number of installation points P 1 to P i of the marker 10. For this reason, the maximum measurement distance of the three-dimensional scanner 20 is usually 10 m or more. The maximum measurement distance of the three-dimensional scanner 20 is preferably 30 m or more, more preferably 50 m or more, and further preferably 100 m or more. The upper limit of the maximum measurement distance of the three-dimensional scanner 20 is not particularly limited, but is usually about 500 to 1000 m.

本実施態様の地形計測方法においては、FARO社製のレーザースキャナーである「FARO Laser Scanner Focus3D」(型式:Focus3DX330)を三次元スキャナー20として用いている。この三次元スキャナー20は、最大測定距離が330mで、測定速度が最大976000点/秒で、範囲誤差が最大±2mmのものとなっている。また、この三次元スキャナー20におけるレーザー光出射部21は、地点Qを通る鉛直軸Lを中心として矢印Aの向きに回転(走査)できるようになっており、その周囲360°の範囲が計測範囲に入るものとなっている。 In the landform measurement method of this embodiment, “FARO Laser Scanner Focus 3D ” (model: Focus 3D X330), which is a laser scanner manufactured by FARO, is used as the three-dimensional scanner 20. The three-dimensional scanner 20 has a maximum measuring distance of 330 m, a measuring speed of up to 976000 points / second, and a range error of up to ± 2 mm. The laser beam emitting unit 21 in the three-dimensional scanner 20 is adapted around the vertical axis L 2 passing through the point Q k to rotate (scan) in the direction of arrow A 3, the range of around 360 ° Is within the measurement range.

本実施態様の地形計測方法において、三次元スキャナー20は、そのレーザー光出射部21の回転軸Lが基準点ブロック30の凹部51の中心(基準点)を通る鉛直線に一致し、且つ、当該基準点からレーザー光出射部21までの高さが地点QのGPS座標を測定したときと同じとなるように、その姿勢や高さを設定している。 In terrain measuring method of the present embodiment, the three-dimensional scanner 20 is matched to the vertical line passing through the center (reference point) of the recess 51 of the rotary shaft L 2 is the reference point blocks 30 of the laser beam emitting unit 21, and, as the height from the reference point to the laser beam emitting unit 21 is the same as when measuring GPS coordinates of the point Q k, and sets the posture and height.

三次元スキャナー20の設置地点Q〜Qの数(jの値)は、3以上であれば、特に限定されない。設置地点Q〜Qの数jは、通常、計測対象区域αが広くなればなるほど、起伏の程度が激しくなればなるほど、あるいは障害物が多ければ多いほど、増大する。設置地点Q〜Qの数jは、5以上、10以上、15以上、あるいは20以上と多くなっても対応可能である。三次元スキャナー20の設置地点Q〜Qの数jは、マーカー10の設置地点P〜Pの数iよりも多くなる場合が多い。本実施態様の地形計測方法においては、図3に示すように、地点Qから地点Q31までの31地点に、三次元スキャナー20を設置するようになっている。 The number of installation points Q 1 to Q j (value of j) of the three-dimensional scanner 20 is not particularly limited as long as it is 3 or more. The number j of the installation points Q 1 to Q j usually increases as the measurement target area α becomes wider, the degree of undulation becomes more severe, or the number of obstacles increases. Even if the number j of the installation points Q 1 to Q j increases to 5 or more, 10 or more, 15 or more, or 20 or more, it can be handled. In many cases, the number j of the installation points Q 1 to Q j of the three-dimensional scanner 20 is larger than the number i of the installation points P 1 to P i of the marker 10. In the topography measuring method of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the 31 point from the point Q 1 to the point Q 31, it is adapted for locating the three-dimensional scanner 20.

一方、設置地点Q〜Qの数jに特に上限はないが、通常、1000以下とされる。本実施態様の地形計測方法では、計測対象区域αの単位面積(1アール)当たりの設置地点Q〜Qの数jを、1個以下とすることや、0.5個以下とすることや、0.3個以下とすることや、0.1個以下とすることや、0.05個以下とすることも可能である。地形や三次元スキャナー20の性能等によっては、0.01個以下(100アール当たりに1個)とすることも可能である。 On the other hand, the number j of the installation points Q 1 to Q j is not particularly limited, but is usually 1000 or less. In the terrain measurement method of this embodiment, the number j of the installation points Q 1 to Q j per unit area (1 are) of the measurement target area α is 1 or less, or 0.5 or less. Alternatively, it may be 0.3 or less, 0.1 or less, or 0.05 or less. Depending on the topography and the performance of the three-dimensional scanner 20, the number may be 0.01 or less (1 per 100 are).

4.方向決定工程
方向決定工程は、図7に示すように、三次元地形データD(kは1以上j以下の全ての整数)に含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点P,P(m,nは1以上j以下の互いに異なるある整数)のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナー20を設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定する工程である。図7は、本実施態様の地形計測方法における、方向決定工程を説明する図である。
4). Direction Determination Step As shown in FIG. 7, the direction determination step includes at least two points P m and P where markers are included, which are included in the three-dimensional landform data D k (k is an integer from 1 to j). From the GPS coordinates of n (m and n are different integers of 1 to j) and the GPS coordinates of the point Qk where the 3D scanner 20 is installed to scan the 3D terrain data Dk , 3D This is a step of determining the three-dimensional direction of the topographic data Dk . FIG. 7 is a diagram illustrating a direction determining step in the landform measurement method of the present embodiment.

すなわち、地形スキャン工程で取得された三次元地形データDにおいては、マーカー10が設置されていた2つの地点及び三次元スキャナー20が設置されていた1つの地点は、絶対的な座標(地球上のGPS座標。同図におけるxyz座標系での座標)上の点P,P,Qとしては認識されておらず、それぞれ、相対的な座標(同図におけるx’y’z’座標系での座標)上の点P’,P’,Q’として認識されている。このため、この段階における三次元地形データDは、GPS座標系(xyz座標系)に対する向きや位置が確定していない状態にある。この点、方向決定工程は、GPS座標系(xyz座標系)に対する三次元地形データDの三次元的な方向を決定する工程となっている。 That is, in the three-dimensional terrain data Dk acquired in the terrain scanning process, two points where the marker 10 is installed and one point where the three-dimensional scanner 20 is installed are absolute coordinates (on the earth). GPS coordinates (coordinates in the xyz coordinate system in the figure) are not recognized as points P m , P n , and Q k , and are relative coordinates (x'y'z 'coordinates in the figure). Coordinates in the system) are recognized as points P m ′, P n ′, and Q k ′. For this reason, the three-dimensional landform data Dk at this stage is in a state where the orientation and position with respect to the GPS coordinate system (xyz coordinate system) are not fixed. In this respect, the direction determining step is a step of determining the three-dimensional direction of the three-dimensional landform data Dk with respect to the GPS coordinate system (xyz coordinate system).

具体的には、方向決定工程では、図7(a),(b)に示すように、相対座標系(x’y’z’座標系)における三次元地形データD上の点P’,P’,Q’を、それぞれ、GPS座標系(xyz座標系)での点P,P,Qに一致させるためには、三次元地形データDを、x軸回り、y軸回り及びz軸回りにそれぞれどの角度(以下においては、点P’,P’,Q’をそれぞれ点P,P,Qに一致させるために必要な、x軸回りの回転角度を「θ」、y軸回りの回転角度を「θ」、z軸回りの回転角度を「θ」と表記する。)だけ回転させればよいかを演算し、当該演算によって得られた角度θ,θ,θに基づいて、三次元地形データDを、x軸回り、y軸回り及びz軸回りに回転させる。点P’,P’,Q’を結んでできる三角形P’P’Q’は、点P,P,Qを結んでできる三角形Pと合同であるため、上記の回転角度θ,θ,θは、数学的に一義的に求めることができる。 Specifically, in the direction determination step, as shown in FIGS. 7A and 7B, the point P m ′ on the three-dimensional terrain data D k in the relative coordinate system (x′y′z ′ coordinate system). , P n ′, Q k ′ to match the points P m , P n , Q k in the GPS coordinate system (xyz coordinate system), respectively, the three-dimensional terrain data D k is rotated around the x axis, Which angle around the y-axis and around the z-axis (in the following, the points around the x-axis required to make the points P m ′, P n ′, Q k ′ coincide with the points P m , P n , Q k , respectively) Is expressed as “θ x ”, the rotation angle around the y-axis as “θ y ”, and the rotation angle around the z-axis as “θ z ”). based on the obtained angle theta x, theta y, theta z by the three-dimensional topography data D k, around the x-axis, is rotated about the y-axis and z-axis . A triangle P m 'P n ' Q k 'formed by connecting points P m ', P n ', Q k ' is congruent with a triangle P m P n Q k formed by connecting points P m , P n , Q k Therefore, the rotation angles θ x , θ y , and θ z can be uniquely determined mathematically.

方向決定工程では、このような処理を、全ての三次元地形データD(三次元地形データD〜D)のそれぞれについてソフト的に行う。このため、方向決定工程を終えた後においては、GPS座標系(xyz座標系)に対する、全ての三次元地形データD(三次元地形データD〜D)の三次元的な方向が決定された状態となっている。 In the direction determination step, such processing is performed in software for each of all the three-dimensional terrain data D k (three-dimensional terrain data D 1 to D j ). For this reason, after finishing the direction determination step, the three-dimensional directions of all the three-dimensional landform data D k (three-dimensional landform data D 1 to D j ) with respect to the GPS coordinate system (xyz coordinate system) are determined. It has become a state.

5.地形データ合成工程
地形データ合成工程は、上記の方向決定工程で三次元的な方向が決定された三次元地形データD(三次元地形データD〜D)を合成して、計測対象区域αにおける略全域の三次元地形データD(図2を参照)を得る工程である。
5. Topographic data synthesis step The topographic data synthesis step synthesizes the three-dimensional topographic data D k (three-dimensional topographic data D 1 to D j ) whose three-dimensional direction has been determined in the above direction determination step, This is a step of obtaining three-dimensional terrain data D (see FIG. 2) for almost the entire area in α.

すなわち、既に述べたように、地形スキャン工程を終えた段階では、三次元地形データDは、GPS座標系(xyz座標系)に対する向き(三次元的な方向)や位置(三次元的な位置)が確定していない状態にあり、このうち、三次元地形データDの三次元的な方向については、上記の方向決定工程で決定されるところ、地形データ合成工程は、GPS座標系(xyz座標系)に対するそれぞれの三次元地形データDの位置(三次元的な位置)を決定することによって、三次元地形データD(三次元地形データD〜D)を1つの三次元地形データDに合成する工程となっている。 That is, as already described, at the stage where the terrain scanning process is completed, the three-dimensional terrain data Dk is in the direction (three-dimensional direction) and position (three-dimensional position) with respect to the GPS coordinate system (xyz coordinate system). ) Is not determined, and the three-dimensional direction of the three-dimensional terrain data Dk is determined by the above-mentioned direction determining step. The terrain data synthesizing step is performed by the GPS coordinate system (xyz). By determining the position (three-dimensional position) of each three-dimensional terrain data D k with respect to the coordinate system), the three-dimensional terrain data D k (three-dimensional terrain data D 1 to D j ) is converted into one three-dimensional terrain. This is a process of synthesizing the data D.

具体的には、地形データ合成工程では、図7(a),(b)に示すように、相対座標系(x’y’z’座標系)における三次元地形データD(方向決定工程を終えた状態の三次元地形データD)上の点P’,P’,Q’を、それぞれ、GPS座標系(xyz座標系)での点P,P,Qに一致させるためには、三次元地形データDを、x軸方向、y軸方向及びz軸方向にそれぞれどの距離(以下においては、点P’,P’,Q’をそれぞれ点P,P,Qに一致させるために必要な、x軸方向の移動距離を「d」、y軸方向の移動距離を「d」、z軸方向の移動距離を「d」と表記する。)だけ移動させればよいかを演算し、当該演算によって得られた移動距離d,d,dに基づいて、三次元地形データDを、x軸方向、y軸方向及びz軸方向に平行移動させる。上記の移動距離d,d,dは、数学的に一義的に求めることができる。 Specifically, in the terrain data synthesizing step, as shown in FIGS. 7A and 7B, the three-dimensional terrain data D k (direction determining step) in the relative coordinate system (x′y′z ′ coordinate system) is used. The points P m ′, P n ′, and Q k ′ on the finished three-dimensional terrain data D k ) coincide with the points P m , P n , and Q k in the GPS coordinate system (xyz coordinate system), respectively. In order to make the three-dimensional terrain data D k into the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, the distances (in the following, points P m ′, P n ′, Q k ′ are respectively set to the points P m , P n , Q k required to match the movement distance in the x-axis direction is “d x ”, the movement distance in the y-axis direction is “d y ”, and the movement distance in the z-axis direction is “d z ”. notation is.) by calculating how may be moved, the moving distance d x obtained by the arithmetic, d y, based on the d z The three-dimensional topography data D k, x-axis direction to move parallel to the y-axis direction and the z-axis direction. The above moving distances d x , dy , and d z can be uniquely determined mathematically.

地形データ合成工程では、このような処理を、全ての三次元地形データD(三次元地形データD〜D)のそれぞれについてソフト的に行う。このため、地形データ合成工程を終えた後においては、GPS座標系(xyz座標系)に対する、全ての三次元地形データD(三次元地形データD〜D)の三次元的な位置が決定された状態となっており、GPS座標系(xyz座標系)で全ての三次元地形データD〜Dが合成された状態となっている。 In the terrain data synthesizing step, such processing is performed in software for each of all the three-dimensional terrain data D k (three-dimensional terrain data D 1 to D j ). For this reason, after the terrain data synthesis step is finished, the three-dimensional positions of all the three-dimensional terrain data D k (three-dimensional terrain data D 1 to D j ) with respect to the GPS coordinate system (xyz coordinate system) are determined. The determined state is obtained, and all the three-dimensional terrain data D 1 to D j are synthesized in the GPS coordinate system (xyz coordinate system).

合成後の三次元地形データDは、欠損領域が存在していても(合成後の三次元地形データD〜Dに隙間が存在していても)よいが、できるだけ欠損領域のない連続した状態となっていることが好ましい。欠損領域は、計測対象区域αの全面積のうち、30%以下となっていることが好ましく、20%以下となっていることがより好ましく、10%以下となっていることがさらに好ましい。欠損領域は、上記の地形スキャン工程を行う際に、三次元スキャナー20を既に設置した地点にピン等の目印を設置して、その死角となる箇所を考慮に入れながら、その後に三次元スキャナー20を設置する地点を決定すること等によって、少なく抑えることができる。ただし、合成後の三次元地形データDの用途等によっては、上記の欠損領域の比率は、30%よりも高くなってもよい場合もある。 The combined three-dimensional terrain data D may have a missing region (a gap may exist in the combined three-dimensional terrain data D 1 to D j ), but it is continuous without a defective region as much as possible. It is preferable that it is in a state. The defective area is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less of the total area of the measurement target area α. When performing the above-described terrain scanning process, the defect area is set by placing a mark such as a pin at a point where the three-dimensional scanner 20 has already been installed, and taking into account the blind spot, and thereafter the three-dimensional scanner 20. Decrease the number of locations by determining the location where the device is installed. However, depending on the application of the three-dimensional terrain data D after synthesis, the ratio of the above-described missing area may be higher than 30%.

また、地形データ合成工程は、上記の方向決定工程を終えた後に実行するようにしてもよいが、方向決定工程と並行して行ってもよい。すなわち、三次元地形データDの三次元的な方向を決定するに、上記の平行移動も行う(三次元地形データDの三次元的な位置も決定する)ようにし、三次元地形データD〜Dの全てについて方向決定工程を終えた際に、三次元地形データD〜Dの合成が終わるようにすることもできる。 In addition, the terrain data synthesizing process may be performed after the direction determining process is completed, but may be performed in parallel with the direction determining process. That is, in order to determine the three-dimensional direction of the three-dimensional terrain data Dk , the above-described parallel movement is also performed (the three-dimensional position of the three-dimensional terrain data Dk is also determined), and the three-dimensional terrain data D is determined. when completing the direction determining step for all of 1 to D j, may be like the synthesis of three-dimensional topography data D 1 to D j ends.

6.障害物除去工程
障害物除去工程は、上記の地形スキャン工程においてデジタルデータとして取得された三次元地形データD〜D31(三次元地形データD〜D)から、樹木、雑草又は岩等の障害物をソフト的に(デジタル処理で)除去する工程である。これにより、三次元地形データD〜D31(三次元地形データD〜D)を、障害物を含まないもの(実質的に地表のみが表されたもの)とすることができる。既に述べた通り、障害物除去工程は、地形スキャン工程と同時に行ってもよいし、地形スキャン工程と上記の方向決定工程との間に行ってもよいし、方向決定工程と地形データ合成工程との間に行ってもよい。しかし、合成前の三次元地形データD〜D31のそれぞれに障害物除去工程を行うと、同じ障害物(隣り合う三次元地形データD〜D31で重複した箇所に存在する障害物)につき、障害物除去の処理が複数回重複して行われることがあり、非効率的である。このため、本実施態様の地形計測方法においては、地形データ合成工程の完了後に障害物除去工程を行うようにしており、障害物除去工程を効率的に行うことができるようになっている。
6). Obstacle removal step obstruction removal process, in the terrain scanning process from acquired as digital data three-dimensional topography data D 1 to D 31 (three-dimensional topography data D 1 to D j), trees, weeds or rocks, etc. This is a step of removing the obstacle in software (by digital processing). As a result, the three-dimensional terrain data D 1 to D 31 (three-dimensional terrain data D 1 to D j ) can be made to include no obstacles (substantially only the ground surface is represented). As described above, the obstacle removing process may be performed simultaneously with the terrain scanning process, or may be performed between the terrain scanning process and the direction determining process, or the direction determining process and the terrain data synthesizing process. You may go between. However, when the obstacle removal process is performed on each of the three-dimensional terrain data D 1 to D 31 before synthesis, the same obstacle (an obstacle existing in an overlapping place in the adjacent three-dimensional terrain data D 1 to D 31 ) However, the obstacle removal process may be performed a plurality of times, which is inefficient. For this reason, in the terrain measurement method of this embodiment, the obstacle removal step is performed after the completion of the terrain data synthesis step, so that the obstacle removal step can be performed efficiently.

障害物除去工程は、上記のような処理を行うことができるのであれば、その具体的な方法(ソフト)を特に限定されないが、通常、三次元で取得された点群のデータ(三次元点群データ)に処理を施すことのできる三次元点群データ処理ソフトが用いられる。本実施態様の地形計測方法においては、Elysium社製の三次元点群データ処理ソフト「InfiPoints」のノイズ除去機能(地面抽出機能)を用いてパソコン上で障害物除去工程を行っている。   The obstacle removal process is not particularly limited in its specific method (software) as long as the above-described processing can be performed. Usually, the point cloud data (three-dimensional points) acquired in three dimensions is used. 3D point cloud data processing software capable of processing the group data) is used. In the landform measurement method of this embodiment, the obstacle removal process is performed on the personal computer using the noise removal function (ground extraction function) of the 3D point cloud data processing software “InfiPoints” manufactured by Elysium.

7.その他
本実施態様の地形計測方法を用いると、計測対象物の三次元地形データD(図2を参照)の誤差を数mm程度に抑えることも可能であるため、得られた三次元地形データDは、計測対象物の各種分析や各種研究に有効に活用することができる。例えば、古墳の三次元地形データDからは、古墳の寸法形状や向き等の基本的な情報だけでなく、地面が削られた跡や土が盛られた場所を高精度に識別することも可能であるため、盗掘の痕跡等、詳細な情報を得ることも可能になる。本発明の地形計測方法は、古墳の調査だけでなく、ゴルフ場の建設予定地の調査や、ダムの建設予定地の調査等、土木分野等の各種分野において有効に用いることができる。
7). Others When the topographic measurement method of this embodiment is used, the error of the three-dimensional topographic data D (see FIG. 2) of the measurement target can be suppressed to about several millimeters. Can be effectively used for various analyzes and various studies of measurement objects. For example, from the three-dimensional terrain data D of a burial mound, it is possible to identify not only basic information such as the dimensional shape and direction of the burial mound, but also the location where the ground has been scraped and where the soil is piled up Therefore, it is also possible to obtain detailed information such as traces of burglary. The landform measurement method of the present invention can be used effectively in various fields such as the civil engineering field, such as a survey of a construction site of a golf course and a survey of a construction site of a dam, as well as a survey of ancient tombs.

10 マーカー
11 支柱
12 マーカー表示部
13 軸受手段
13a 支持フレーム
13b 側板部
13c 連結軸部
13d 支軸部
13e 締付手段
20 三次元スキャナー
21 レーザー光出射部
30 基準点ブロック
31 凹部
40 マーカー支持手段
50 基準点ブロック
51 凹部
D 三次元地形データ(合成後)
〜D 三次元地形データ(合成前)
〜P マーカーの設置地点
〜Q 三次元スキャナーの設置地点
α 計測対象区域
α 古墳(計測対象物)
α 周辺区域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Marker 11 Support | pillar 12 Marker display part 13 Bearing means 13a Support frame 13b Side plate part 13c Connection shaft part 13d Support shaft part 13e Tightening means 20 Three-dimensional scanner 21 Laser beam emitting part 30 Reference point block 31 Recess 40 Marker support means 50 Reference Point block 51 Concavity D 3D terrain data (after synthesis)
D 1 to D j 3D terrain data (before synthesis)
P 1 to P i marker installation point Q 1 to Q j dimensional scanner installation point alpha measurement target area alpha 1 Kofun (measurement object)
α 2 surrounding area

Claims (6)

起伏を有する又は障害物の存在する地形を計測するための地形計測方法であって、
計測対象区域における複数の地点P〜P(iは3以上のある整数)にマーカーを設置するマーカー設置工程と、
少なくとも2つのマーカーが視野に入る複数の地点Q〜Q(jは3以上のある整数)に三次元スキャナーを設置し、地点Q(kは1以上j以下の全ての整数)の周囲の三次元地形データDをスキャンする地形スキャン工程と、
三次元地形データDに含まれる、マーカーが設置された少なくとも2つの地点のGPS座標と、三次元地形データDをスキャンするために三次元スキャナーを設置した地点QのGPS座標とから、三次元地形データDの三次元的な方向を決定する方向決定工程と、
三次元地形データD〜Dを合成して計測対象区域における略全域の三次元地形データを得る地形データ合成工程と、
を経るとともに、
マーカー設置工程で設置するマーカーとして、
地面に立設するための支柱と、
支柱の上部に支持されたマーカー表示部と、
で構成されたものを用いる
ことを特徴とする地形計測方法。
A terrain measurement method for measuring terrain having undulations or obstacles,
A marker installation step of installing markers at a plurality of points P 1 to P i (i is an integer of 3 or more) in the measurement target area;
A three-dimensional scanner is installed at a plurality of points Q 1 to Q j (j is an integer greater than or equal to 3) where at least two markers are in the field of view, and around the point Q k (k is an integer greater than or equal to 1 and less than j) A terrain scanning process for scanning the three-dimensional terrain data Dk of
Included in the three-dimensional topography data D k, and at least two and GPS coordinates of the point, the point Q k of GPS coordinates established a three-dimensional scanner for scanning three-dimensional topography data D k of the marker is installed, A direction determining step for determining a three-dimensional direction of the three-dimensional terrain data Dk ;
A terrain data synthesis step of synthesizing the three-dimensional terrain data D 1 to D j to obtain three-dimensional terrain data of substantially the entire area in the measurement target area;
And go through
As a marker to be installed in the marker installation process,
A column for standing on the ground;
A marker display supported on the top of the column;
A terrain measurement method characterized by using the one constituted by.
マーカー設置工程で設置するマーカーとして、そのマーカー表示部が、水平軸回りの角度が調節可能な状態で支柱の上部に支持されたものを用いる請求項1記載の地形計測方法。   The terrain measurement method according to claim 1, wherein the marker display unit used in the marker installation step is one in which the marker display unit is supported on the upper part of the support column in a state where the angle around the horizontal axis is adjustable. 三次元地形データD〜Dに含まれる障害物をソフト的に除去する障害物除去工程を備えた請求項1又は2記載の地形計測方法。 The terrain measurement method according to claim 1, further comprising an obstacle removal step of removing obstacles included in the three-dimensional terrain data D 1 to D j in a software manner. 請求項1〜3いずれか記載の地形計測方法を用いて、古墳の調査を行う古墳調査方法。   A burial mound survey method for surveying a burial mound using the topographic measurement method according to claim 1. 請求項1〜3いずれか記載の地形計測方法を用いて、ゴルフ場の建設予定地の調査を行うゴルフ場建設予定地調査方法。   A golf course construction planned site survey method for surveying a golf course construction planned site using the topographic measurement method according to claim 1. 請求項1〜3いずれか記載の地形計測方法を用いて、ダムの建設予定地の調査を行うダム建設予定地調査方法。   A dam construction planned site survey method for surveying a dam construction site using the topographic measurement method according to claim 1.
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