JP6625030B2 - Three-dimensional measurement system and three-dimensional measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、測量・設計・施工計画・検査までを一貫して管理するための三次元計測システム及び三次元計測方法に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional measurement system and a three-dimensional measurement method for consistently managing processes from surveying, design, construction planning, and inspection.

平成28年3月、国土交通省は、建設現場におけるICT技術の全面導入、特に三次元データを用いることで、測量・設計・施工計画・検査までを一貫して管理する「i−Construction」を打ち出した。これをうけて、今後は建設業界全体で三次元データの価値がいっそう高まることが予想され、さらに言えば、三次元計測装置や三次元計測方法についても価値が高まると考えられる。   In March 2016, the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism introduced “i-Construction,” which fully manages surveying, design, construction planning, and inspection by using ICT technology at construction sites in full, especially using three-dimensional data. Hammered out. With this, it is expected that the value of three-dimensional data will further increase in the construction industry as a whole, and furthermore, the value of three-dimensional measuring devices and three-dimensional measuring methods will also increase.

例えば、特許文献1には、三次元画像計測方法として、計測対象のCAD図形形状を計測対象の輸郭上の点の集合として表現し、三次元の平行・回転移動量を直接与え、撮影映像との照合を行うに際して、CAD図形は各種座標変換を行い、CAD図面データをカメラの撮影過程が正確に模擬されるようにする技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a three-dimensional image measurement method, a CAD figure shape of a measurement target is expressed as a set of points on a translocation of a measurement target, and a three-dimensional parallel / rotational movement amount is directly given to obtain a captured image. A technique has been disclosed in which, when collating with CAD data, a CAD figure is subjected to various coordinate transformations so that the CAD drawing data can accurately simulate the photographing process of a camera.

このような三次元計測システムでは、計測方法として主に2つの方法がある。1つ目は、既知点に機械本体を設置し、1つ以上の既知点におかれているターゲットを観測する手法である。2つ目は、機械本体を任意の場所に設置し、2つ以上の既知点に置かれているターゲットを観測する手法である。   In such a three-dimensional measurement system, there are mainly two measurement methods. The first method is to install the machine body at a known point and observe a target located at one or more known points. The second method is to install the machine body at an arbitrary location and observe targets located at two or more known points.

特開平10−89960号公報JP-A-10-89960

しかしながら、従来の観測手法を用いた場合、複数回の計測のデータ結合での誤差(がみ違い)が生じる。この誤差は、数mmから数cmに及ぶことがある。構造物に対する点群取得では、この誤差が極めて小さい値となるような成果を作成する必要がある。   However, when the conventional observation method is used, an error (misalignment) occurs in combining data of a plurality of measurements. This error can range from a few mm to a few cm. In obtaining a point cloud for a structure, it is necessary to create a result in which this error has a very small value.

そこで、本発明は、誤差を極めて小さい値とすることができる三次元計測システム及び三次元計測方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement system and a three-dimensional measurement method that can reduce an error to an extremely small value.

前記目的を達成するために、本発明の三次元計測システムは、三次元レーザスキャナと、前記三次元レーザスキャナによって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲットであって、円形気泡管と筒状気泡管とを有する整準台上に設置されるターゲットと、を備えている。   In order to achieve the above object, a three-dimensional measurement system according to the present invention includes a three-dimensional laser scanner and a target placed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner, A target installed on a leveling table having a bubble tube and a cylindrical bubble tube.

また、本発明の三次元計測方法は、前記三次元計測システムを使用する三次元計測方法であって、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットの距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が、30度以上150度以下となるように前記ターゲットを設置するステップを備えている。   Further, the three-dimensional measurement method of the present invention is a three-dimensional measurement method using the three-dimensional measurement system, such that a distance between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 10 m or more and 120 m or less, And setting the target such that an internal angle between the three-dimensional laser scanner and the two targets is not less than 30 degrees and not more than 150 degrees.

このように、本発明の三次元計測システムは、三次元レーザスキャナと、前記三次元レーザスキャナによって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲットであって、円形気泡管と筒状気泡管とを有する整準台上に設置されるターゲットと、を備えている。このような構成によって、取得された点群データを結合する際に、ターゲットの座標誤差を小さくして結合不良を解消することができる。   As described above, the three-dimensional measurement system of the present invention includes a three-dimensional laser scanner, a target placed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner, and a circular bubble tube and a cylinder. And a target placed on a leveling table having a tubular bubble. With such a configuration, when combining the acquired point group data, it is possible to reduce the coordinate error of the target and eliminate the poor connection.

また、本発明の三次元計測方法は、前記三次元計測システムを使用する三次元計測方法であって、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットの距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が、30度以上150度以下となるように前記ターゲットを設置するステップを備えている。このような構成によって、取得された点群データを結合する際に、ターゲットの座標誤差を小さくして結合不良を解消することができる。   Further, the three-dimensional measurement method of the present invention is a three-dimensional measurement method using the three-dimensional measurement system, such that a distance between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 10 m or more and 120 m or less, And setting the target such that an internal angle between the three-dimensional laser scanner and the two targets is not less than 30 degrees and not more than 150 degrees. With such a configuration, when combining the acquired point group data, it is possible to reduce the coordinate error of the target and eliminate the poor connection.

三次元計測システム全体の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the composition of the whole three-dimensional measurement system. 整準台の平面図である。It is a top view of a leveling stand. 三次元計測方法の距離と角度の範囲について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the range of the distance and angle of a three-dimensional measuring method. 道路を計測する場合の手順を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the procedure in the case of measuring a road. 四角形構造物を計測する場合の機器の配置図(正方形配置)である。It is an arrangement | positioning figure (square arrangement) of the apparatus at the time of measuring a square-shaped structure. 四角形構造物を計測する場合の機器の配置図(対角線配置)である。It is an arrangement | positioning figure (diagonal arrangement | positioning) of the apparatus at the time of measuring a square-shaped structure. 四角形構造物の片面を計測する場合の機器の配置図である。It is an arrangement | positioning figure of the apparatus at the time of measuring one side of a square structure. 実験における機器の配置図である。FIG. 4 is a layout diagram of devices in an experiment. 実験結果の全体の点群データである。It is the whole point cloud data of an experiment result. 実験結果の橋脚の点群データである。It is point cloud data of a pier of an experiment result. 計測結果における誤差の一覧表である。It is a list of the error in a measurement result.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(構成)
まず、図1を用いて本発明の三次元計測システム1の全体構成を説明する。本発明の三次元計測システム1は、図1に示すように、三次元レーザスキャナ2と、2つのターゲット3、3と、によって構成されている。後述するように、本発明の三次元計測システム1および三次元計測方法では、三次元レーザスキャナ2によって2つのターゲット3、3とともに構造物90をスキャン(走査)することによって点群を取得し、取得した点群から構造物90の形状・位置を特定するようになっている。
(Constitution)
First, the overall configuration of the three-dimensional measurement system 1 of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a three-dimensional measurement system 1 according to the present invention includes a three-dimensional laser scanner 2 and two targets 3 and 3. As will be described later, in the three-dimensional measurement system 1 and the three-dimensional measurement method of the present invention, a point cloud is acquired by scanning (scanning) the structure 90 with the two targets 3 and 3 by the three-dimensional laser scanner 2. The shape and position of the structure 90 are specified from the acquired point cloud.

三次元レーザスキャナ2は、レーザ光線によって対象物(被測定物)を走査することで対象物の位置や形状を計測する装置であり、タイムオブフライト方式、位相差方式のいずれの方式であってもよい。以下では、タイムオブフライト方式の場合を例として説明する。タイムオブフライト方式の場合には、(1)レーザ光を発光、(2)対象物に反射(反射板は不要)、(3)戻ってくる時間を計測して距離に換算、(4)写真撮影(点群に現況の色を付ける場合)の順で計測作業が実施される。タイムオブフライト方式の装置であれば、360度×270度の範囲について毎秒50000点のデータ取得が可能である。   The three-dimensional laser scanner 2 is a device that measures the position and shape of an object by scanning the object (object to be measured) with a laser beam, and is either a time-of-flight method or a phase difference method. Is also good. Hereinafter, the case of the time-of-flight method will be described as an example. In the case of the time-of-flight method, (1) laser light is emitted, (2) reflection on the object (no reflector is required), (3) return time is measured and converted into a distance, (4) photograph The measurement work is performed in the order of photographing (when the current color is added to the point cloud). In the case of a time-of-flight system, data of 50,000 points per second can be obtained in a range of 360 degrees × 270 degrees.

このようにして三次元レーザスキャナ2によって取得された三次元の点群データに基づいてTINメッシュを作成し、二次元CAD図面の作成ができるようになっている。さらに、計画図面と現況点群データとを組み合わせることにより、モデリングデータとして利用することもできる。断面の切り出しなども行うことができる。   In this way, a TIN mesh is created based on the three-dimensional point cloud data acquired by the three-dimensional laser scanner 2, and a two-dimensional CAD drawing can be created. Further, by combining the plan drawing and the current point cloud data, it can be used as modeling data. A cross section can be cut out.

後述するように、三次元レーザスキャナ2によって、対象物の走査と同時に、少なくとも2つの既知点であるターゲット3、3を走査することによって、三次元レーザスキャナ2が設置された位置の座標が逆算して求められ、求められた三次元レーザスキャナ2の座標に基づいて、スキャンによって取得された点群データの座標が求められる。   As will be described later, the coordinates of the position where the three-dimensional laser scanner 2 is installed are calculated backward by scanning the targets 3 and at least two known points simultaneously with the scanning of the object by the three-dimensional laser scanner 2. Based on the obtained coordinates of the three-dimensional laser scanner 2, the coordinates of the point cloud data obtained by scanning are obtained.

ターゲット3は、青色の円形板の中央に、白色の円形を描いたものである。この図形を三次元レーザスキャナ2が走査することによってターゲット3であることが認識される。ターゲット3は、既知の座標点上に正確に設置する必要があるため、三脚5に取り付けられた整準台4の上に設置される。   The target 3 is a white circle drawn in the center of a blue circular plate. By scanning the figure with the three-dimensional laser scanner 2, the target 3 is recognized. Since the target 3 needs to be accurately set on a known coordinate point, the target 3 is set on a leveling table 4 attached to a tripod 5.

すなわち、本発明のターゲット3は、従来型の三脚よりも既知の座標点上に正確に設置することを可能とする整準台4上に設置されている。この整準台4は、円形気泡管41と筒状気泡管42とを有することで、座標点上の設置精度を高めている。すなわち、ターゲット3を設置する際に生じるヒューマンエラーを防止するために、ターゲット3は整準台4上に設置される。従来の(メーカーが示した)ターゲット3の設置方法では、1つの円形気泡管でターゲット3の水平を決定していた。本発明では、三脚5に整準台4を設置し、この整準台4上にターゲット3を設置する。整準台4に搭載されている円形気泡管41と筒状気泡管42の2つを使用することで、ターゲット3の水平誤差及び鉛直軸誤差を少なくできる。この手法を用いれば、取得された点群データを結合する際の、ターゲット3の座標誤差を小さくし、結合不良を解消できるようになる。   That is, the target 3 of the present invention is set on a leveling table 4 that can be set more accurately on a known coordinate point than a conventional tripod. The leveling table 4 has a circular bubble tube 41 and a cylindrical bubble tube 42, thereby increasing the installation accuracy on coordinate points. That is, the target 3 is installed on the leveling table 4 in order to prevent a human error occurring when the target 3 is installed. In the conventional method of setting the target 3 (as indicated by the manufacturer), the level of the target 3 is determined by one circular bubble tube. In the present invention, the leveling table 4 is set on the tripod 5, and the target 3 is set on the leveling table 4. By using the circular bubble tube 41 and the cylindrical bubble tube 42 mounted on the leveling table 4, the horizontal error and the vertical axis error of the target 3 can be reduced. If this method is used, it is possible to reduce the coordinate error of the target 3 at the time of combining the acquired point group data and eliminate the poor connection.

以下、図3〜図6を用いて、構造物を計測する際に観測誤差を軽減する手法について説明する。本発明では、1回の計測で、2つ以上のターゲット3、3を観測できるように位置関係を調整している。すなわち、本発明の三次元計測方法では、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3の距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3のなす内角が、30度以上150度以下となるようにターゲット3、3を設置する。ただし、下記の内容は、計測現場によっては、数値を緩和させて計測を行うことができる。以下、配置について具体的に説明する。   Hereinafter, a method for reducing an observation error when measuring a structure will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In the present invention, the positional relationship is adjusted so that two or more targets 3, 3 can be observed in one measurement. That is, in the three-dimensional measurement method of the present invention, the distance between the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3 and 3 is set to be 10 m or more and 120 m or less, and the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3 and 3 are set. The targets 3 and 3 are set so that the inner angle formed by the angle θ is not less than 30 degrees and not more than 150 degrees. However, the following contents can be measured by relaxing the numerical value depending on the measurement site. Hereinafter, the arrangement will be specifically described.

三次元レーザスキャナ2(以下、「機体本体2」という)(図3:白丸)とターゲット3、3(図3:黒四角)の位置関係は、以下の式(1)を満たす位置関係となるように留意する。
10m<L<120m・・・(1)
The positional relationship between the three-dimensional laser scanner 2 (hereinafter, referred to as “body body 2”) (FIG. 3: white circle) and the targets 3, 3 (FIG. 3: black square) is a positional relationship that satisfies the following equation (1). Be careful.
10m <L <120m (1)

構造物を測定する現場において、機械本体2と2点のターゲット3、3の内角(α)は以下の式(2)を満たす位置関係となるよう留意する。
30度<α<150度・・・(2)
At the site where the structure is measured, attention is paid so that the internal angle (α) between the machine body 2 and the two targets 3 and 3 has a positional relationship satisfying the following expression (2).
30 degrees <α <150 degrees (2)

より高い精度が要求される構造物を測定する現場では、機体本体2の頂点をOと2点のターゲット3、3の頂点をA、Bとした際、この内角(β)とOA、OB間の位置関係は以下の式を満たす位置関係となるよう留意する。
β=60度 かつ OA=OB・・・(3)
At a site where a structure requiring higher accuracy is measured, when the vertex of the body 2 is O and the vertices of the two targets 3 and 3 are A and B, the angle between the inner angle (β) and OA and OB It should be noted that the positional relationship of satisfies the following expression.
β = 60 degrees and OA = OB ... (3)

次に、上述した式(1)〜(3)に留意しつつ、構造物90とターゲット3、3と機体本体2の位置関係について説明する。   Next, the positional relationship between the structure 90, the targets 3, 3 and the body 2 will be described while paying attention to the above equations (1) to (3).

(道路の計測方法)
まず、図4を用いて、本発明の三次元計測方法を用いて道路を計測する場合について説明する。
[1]・・・先に記した式(1)〜(3)を意識し、機体本体2(図3:白丸)とターゲット3、3(図3:黒四角)を設置し、1回目の計測を行う。
[2]・・・2回目の計測では、1回目の計測で使用した1つのターゲット3に、機体本体2を設置し、上記で記した式(2)・(3)を意識して、新たなターゲット3を設置する。
[3]・・・[2]を繰り返す。この際、道路が満遍なく計測できていることを確認しながら、計測を進める。
(Method of measuring roads)
First, a case of measuring a road using the three-dimensional measuring method of the present invention will be described with reference to FIG.
[1] With the expressions (1) to (3) described above in mind, the main body 2 (FIG. 3: white circle) and the targets 3 and 3 (FIG. 3: black square) are installed and the first time. Perform measurement.
[2] In the second measurement, the airframe main body 2 is installed on one target 3 used in the first measurement, and a new one is taken in consideration of the equations (2) and (3) described above. A good target 3.
[3]... [2] are repeated. At this time, the measurement is proceeded while confirming that the road can be measured uniformly.

(四角形構造物の計測方法(正方形配置))
次に、図5を用いて、本発明の三次元計測方法を用いて四角形構造物(平面形状が略四角形である構造物)を計測する場合について説明する。本発明の四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の頂点すべてに接する正方形を描いて、正方形のいずれかの頂点に三次元レーザスキャナ2を設置するステップと、いずれかの頂点に設置された三次元レーザスキャナ2から、2つのターゲット3、3との距離が略同一となるように、2つのターゲット3、3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。以下、配置について具体的に説明する。
[1]・・・構造物(図5:中央の実線と破線で示された四角形)の頂点に、すべて接する正方形を描く。この正方形の頂点に機体本体2(図5:白丸)を設置する。
[2]・・・ターゲット3、3は、機体本体2の設置箇所から構造物を見た範囲の反対側に設置する(図5:黒四角)。この時に、頂点に設置された機体本体2と2つのターゲット3、3とを結ぶ線分は等距離になるようにする。また、機体本体2から2つの線分に伸びる角度は、4地点全てで同じ角度とする。
[3]・・・機体本体2の隣接する設置点からターゲット3、3までの距離は、2等辺三角形となるように設置する。
(Measurement method for square structures (square arrangement))
Next, a case of measuring a quadrangular structure (a structure having a substantially quadrangular planar shape) using the three-dimensional measurement method of the present invention will be described with reference to FIG. The three-dimensional measuring method for measuring a quadrangular structure according to the present invention includes the steps of: drawing a square in contact with all the vertices of the quadrangular structure; installing the three-dimensional laser scanner 2 at any of the vertices of the square; Setting the two targets 3 and 3 so that the distances between the two targets 3 and 3 are substantially the same from the three-dimensional laser scanner 2 installed in the three-dimensional laser scanner 2; Scanning the square structure together with the steps 3 and 3. Hereinafter, the arrangement will be specifically described.
[1] Draw a square all in contact with the vertices of the structure (FIG. 5: square indicated by solid line and broken line in the center). The fuselage body 2 (FIG. 5: white circle) is set at the top of this square.
[2] The targets 3 and 3 are installed on the opposite side of the range where the structure is viewed from the installation location of the body 2 (FIG. 5: black square). At this time, line segments connecting the body 2 installed at the apex and the two targets 3, 3 are set to be equidistant. The angle extending from the body 2 to two line segments is the same at all four points.
[3] The distance from the adjacent installation point of the body 2 to the targets 3 is set to be an isosceles triangle.

(四角形構造物の計測方法(対角線配置))
図6を用いて、本発明の三次元計測方法を用いて四角形構造物を計測する場合について説明する。本発明の四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の一方の対角線上に三次元レーザスキャナ2、2を設置するステップと、四角形構造物の他方の対角線上にターゲット3、3を設置するステップであって、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3のなす内角が90度となるように、ターゲット3、3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。以下、配置について具体的に説明する。
[1]・・・構造物(図6:中央の実線と破線で示された四角形)の対角線上にある頂点の延長上に、機体本体2(図6:白丸)とターゲット(図6:黒四角)を設置する。
[2]・・・この時に、機体本体2と2つのターゲット3、3間の角度は90度となるようにする。
(Measurement method for square structures (diagonal arrangement))
With reference to FIG. 6, a case where a rectangular structure is measured using the three-dimensional measurement method of the present invention will be described. The three-dimensional measuring method for measuring a quadrangular structure according to the present invention includes the steps of installing the three-dimensional laser scanners 2 and 2 on one diagonal line of the quadrangular structure, and setting the targets 3 and 3 on the other diagonal line of the quadrangular structure. And setting the targets 3 and 3 so that the interior angle between the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3 and 3 is 90 degrees. Scanning the rectangular structure with the targets 3,3. Hereinafter, the arrangement will be specifically described.
[1] ... The fuselage body 2 (Fig. 6: white circle) and the target (Fig. 6: black) extend on the diagonal vertices of the structure (Fig. 6: square indicated by the solid line and broken line in the center). Square).
[2] At this time, the angle between the body 2 and the two targets 3 is set to 90 degrees.

(四角形構造物の計測方法(片面計測))
図7を用いて、本発明の三次元計測方法を用いて四角形構造物を計測する場合について説明する。本発明の四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の一側面の中央から伸びる法線を対称軸として、法線の両側の対称ないずれかの位置に三次元レーザスキャナ2を設置するステップと、法線を対称軸として、法線の両側の対称な位置に2つのターゲット3、3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。そして、背面側からも同様の計測を実施して、正面側からの観測と背面側からの観測の点群データを結合することによって、四角形構造物の計測が完了する。以下、配置について具体的に説明する。
[1]・・・構造物(図7:中央の実線と破線で示された四角形)の1側面から垂線(法線)をひく。垂線上に、任意の点を設け、任意の点上を通る1側面と平行な線を設ける。
[2]・・・任意の点から平行線上に等距離に伸びる位置に機体本体2を設置する(図7:白丸)。
[3]・・・機体本体2からみえる位置に、ターゲット3、3(図7:黒四角)を設置する。このとき、ターゲット3、3の位置関係は、平行線上の任意の点を頂点とする2等辺三角形とする。
(Measurement method for square structures (single-sided measurement))
With reference to FIG. 7, a case where a rectangular structure is measured using the three-dimensional measuring method of the present invention will be described. The three-dimensional measurement method for measuring a rectangular structure according to the present invention uses the three-dimensional laser scanner 2 at any symmetric position on both sides of the normal, with the normal extending from the center of one side of the square structure as the axis of symmetry. Setting, setting the two targets 3, 3 at symmetrical positions on both sides of the normal with the normal as the axis of symmetry, and the three-dimensional laser scanner 2 and the quadrangular structure together with the two targets 3, 3 Scanning. Then, the same measurement is performed from the back side, and the point group data of the observation from the front side and the observation from the back side are combined to complete the measurement of the rectangular structure. Hereinafter, the arrangement will be specifically described.
[1] A perpendicular line (normal line) is drawn from one side surface of the structure (FIG. 7: a square indicated by a solid line and a broken line in the center). An arbitrary point is provided on the perpendicular, and a line parallel to one side surface passing on the arbitrary point is provided.
[2] The body 2 is installed at a position extending equidistantly on a parallel line from an arbitrary point (FIG. 7: white circle).
[3]... The targets 3 and 3 (FIG. 7: black squares) are installed at positions visible from the body 2. At this time, the positional relationship between the targets 3 and 3 is an isosceles triangle having an arbitrary point on the parallel line as a vertex.

(効果)
次に、本実施例の三次元計測システム1及び三次元計測方法が奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the three-dimensional measurement system 1 and the three-dimensional measurement method according to the present embodiment will be listed and described.

(1)上述してきたように、本発明の三次元計測システム1は、三次元レーザスキャナ2と、三次元レーザスキャナ2によって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲット3、3であって、円形気泡管41と筒状気泡管42とを有する整準台4上に設置されるターゲット3、3と、を備えている。このような構成によれば、取得された点群データを結合する際に、ターゲット3、3の座標誤差を小さくして結合不良を解消することができる。 (1) As described above, the three-dimensional measurement system 1 of the present invention includes a three-dimensional laser scanner 2 and a target 3 placed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner 2, 3 and targets 3 and 3 installed on a leveling table 4 having a circular bubble tube 41 and a cylindrical bubble tube 42. According to such a configuration, when combining the acquired point group data, it is possible to reduce the coordinate error of the targets 3 and 3 and eliminate the poor connection.

(2)また、本発明の三次元計測方法は、三次元計測システム1を使用する三次元計測方法であって、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3の距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3のなす内角が、30度以上150度以下となるようにターゲット3、3を設置するステップを備えている。より好ましくは、内角(β)を60度とし、かつ、三次元レーザスキャナ2から各ターゲット3、3までの距離を等しくすることが好ましい。このように配置することによって、誤差を小さくすることができる。 (2) The three-dimensional measurement method of the present invention is a three-dimensional measurement method using the three-dimensional measurement system 1, wherein the distance between the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3, 3 is 10 m or more and 120 m or less. And setting the targets 3 and 3 so that the interior angle between the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3 and 3 is not less than 30 degrees and not more than 150 degrees. More preferably, the internal angle (β) is set to 60 degrees, and the distances from the three-dimensional laser scanner 2 to the targets 3 are preferably equal. With such an arrangement, errors can be reduced.

(3)また、四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の頂点すべてに接する正方形を描いて、正方形のいずれかの頂点に三次元レーザスキャナ2を設置するステップと、いずれかの頂点に設置された三次元レーザスキャナ2から、2つのターゲット3、3との距離が略同一となるように、2つのターゲット3、3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。このため、ターゲット3、・・・の設置数を抑制しつつ、四角形構造物の各側面を1つずつ正面から正確に計測することで、データ全体の結合不良を解消することもできる。 (3) The three-dimensional measuring method for measuring a quadrilateral structure includes a step of drawing a square in contact with all the vertices of the quadrilateral structure and installing the three-dimensional laser scanner 2 at any of the vertices of the square. Setting two targets 3 and 3 from the three-dimensional laser scanner 2 installed at the apex so that the distance between the two targets 3 and 3 is substantially the same; Scanning a rectangular structure with the three targets 3,3. Therefore, by suppressing the number of targets 3 to be installed and accurately measuring each side surface of the rectangular structure one by one from the front, it is also possible to eliminate poor connection of the entire data.

(4)また、四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の対角線上に三次元レーザスキャナ2を設置するステップと、四角形構造物の対角線上にターゲット3、3を設置するステップであって、三次元レーザスキャナ2と2つのターゲット3、3のなす内角が90度となるように、ターゲット3,3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。このため、ターゲット3、・・・の設置数及び三次元レーザスキャナ2の据え換え回数を最少に抑制しつつ、四角形構造を正確に計測してデータ全体の結合不良を解消することもできる。 (4) The three-dimensional measuring method for measuring a quadrangular structure includes a step of setting the three-dimensional laser scanner 2 on a diagonal line of the quadrangular structure and a step of setting the targets 3 and 3 on a diagonal line of the quadrangular structure. And setting the targets 3 and 3 so that the interior angle between the three-dimensional laser scanner 2 and the two targets 3 and 90 is 90 degrees. Scanning the quadrilateral structure together with. .. And the number of replacements of the three-dimensional laser scanner 2 can be minimized, and the quadrangular structure can be accurately measured to eliminate the connection failure of the entire data.

(5)また、四角形構造物を計測する三次元計測方法は、四角形構造物の一側面の中央から伸びる法線を対称軸として、法線の両側の対称ないずれかの位置に三次元レーザスキャナ2を設置するステップと、法線を対称軸として、法線の両側の対称な位置に2つのターゲット3、3を設置するステップと、三次元レーザスキャナ2によって、2つのターゲット3、3とともに四角形構造物をスキャンするステップと、を備えている。このため、2つの三次元レーザスキャナ2の設置位置から、四角形構造物の一つの側面を正面方向から2回ずつ計測することで、特に重要な側面の計測精度を高めるとともに、データ全体の結合不良を解消することができる。 (5) A three-dimensional measuring method for measuring a quadrilateral structure is a three-dimensional laser scanner located at a symmetric position on either side of the normal with a normal extending from the center of one side of the quadrilateral as a symmetry axis. 2; setting the two targets 3, 3 at symmetrical positions on both sides of the normal with the normal as the axis of symmetry; and the three-dimensional laser scanner 2 forms a quadrangle with the two targets 3, 3. Scanning the structure. For this reason, by measuring one side of the quadrilateral structure twice from the front direction from the installation positions of the two three-dimensional laser scanners 2, the measurement accuracy of particularly important side is improved, and the connection failure of the entire data is improved. Can be eliminated.

以下、図8〜図11を用いて、本発明で提案する三次元計測システム1及び三次元計測方法の実証実験について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。   Hereinafter, a verification experiment of the three-dimensional measurement system 1 and the three-dimensional measurement method proposed in the present invention will be described with reference to FIGS. The same or equivalent parts as those described in the above embodiment will be described with the same reference numerals.

本実証実験の目的は、整準台4を用いたターゲット3による計測精度と、標準のターゲットによる計測精度を比較検証すること、及び、ターゲット3と機体本体2の角度や位置関係による計測精度を検証することである。計測精度を検証するために、2回の測定の結合誤差を比較した。現地では、橋脚の1側面(計測対象面)に対して、図8のような機体本体2とターゲット3の位置関係で測定を実施した。ターゲット3および機体本体2の位置関係は、図8に示す通りである。   The purpose of this demonstration experiment is to compare and verify the measurement accuracy of the target 3 using the leveling table 4 with the measurement accuracy of the standard target, and to evaluate the measurement accuracy based on the angle and positional relationship between the target 3 and the body 2 of the aircraft. It is to verify. To verify the measurement accuracy, the coupling error of the two measurements was compared. In the field, the measurement was performed on one side surface (measurement target surface) of the pier in a positional relationship between the body 2 and the target 3 as shown in FIG. The positional relationship between the target 3 and the body 2 is as shown in FIG.

実証実験では、以下の(1)〜(4)の場合について計測を実施した。
(1)整準台4を用いたターゲット3、3をTG1、TG2に設置し、機体本体2をK1に据え置いて計測。
(2)整準台4を用いたターゲット3、3をTG1、TG2に設置し、機体本体2をK2に据え置いて計測。
(3)標準のターゲットをTG1、TG2に設置し、機体本体2をK3に据え置き計測。
(4)標準のターゲットをTG1、TG2に設置し、機体本体2をK4に据え置き計測。
計測後日には、トータルステーションを用いて、TG1、TG2の正確な緯度経度および高さを観測した。
In the verification experiment, measurement was performed for the following cases (1) to (4).
(1) The targets 3 and 3 using the leveling table 4 are set on TG1 and TG2, and the measurement is performed with the body 2 set on K1.
(2) The targets 3 and 3 using the leveling table 4 are set on TG1 and TG2, and the measurement is performed with the body 2 set on K2.
(3) The standard targets are set on TG1 and TG2, and the body 2 is fixed on K3 for measurement.
(4) Standard targets are set on TG1 and TG2, and the body 2 is set on K4 for measurement.
On the day after the measurement, accurate latitude, longitude and height of TG1 and TG2 were observed using a total station.

実験結果の点群データを図9、図10に示す。なお、図9及び図10では、点群データはモノクロ出力されているが、実際には、点群データは反射強度に応じてカラー出力することができる。   9 and 10 show point cloud data of the experimental results. 9 and 10, the point cloud data is output in monochrome, but actually, the point cloud data can be output in color according to the reflection intensity.

それぞれの計測における、全体の計測誤差と3方向の計測誤差を図11に示す一覧表にまとめた。整準台4を用いることで、計測誤差を1mm以内とすることができた。一方で、標準のターゲットを用いると計測誤差が4mmとなった。本計測では、機体本体2と計測対象物、機体本体2とターゲットの距離が10m≦L<20mの範囲であったが、これらの距離がより遠く離れるほど、計測誤差の値が高まると考える。構造物の計測では、数cmの誤差がその後の工程に大きく影響してくる。本発明の計測手法を用いた高い精度は非常に重宝されると考えられる。   The total measurement error and the measurement error in three directions in each measurement are summarized in a table shown in FIG. The use of the leveling table 4 allowed the measurement error to be within 1 mm. On the other hand, when a standard target was used, the measurement error was 4 mm. In this measurement, the distance between the body 2 and the object to be measured and the distance between the body 2 and the target were in the range of 10 m ≦ L <20 m. However, it is considered that the value of the measurement error increases as the distance increases. In the measurement of a structure, an error of several centimeters greatly affects subsequent steps. High accuracy using the measurement method of the present invention is considered to be very useful.

なお、この他の構成および作用効果については、実施例1と略同様であるため説明を省略する。   The other configuration and operation and effect are substantially the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes that do not depart from the gist of the present invention may be applied to the present invention. included.

1 三次元計測システム
2 三次元レーザスキャナ
3 ターゲット
4 整準台
5 三脚
41 円形気泡管
42 筒状気泡管
90 構造物
Reference Signs List 1 3D measurement system 2 3D laser scanner 3 Target 4 Leveling table 5 Tripod 41 Circular bubble tube 42 Cylindrical bubble tube 90 Structure

Claims (3)

三次元レーザスキャナと、前記三次元レーザスキャナによって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲットであって、円形気泡管と筒状気泡管とを有する整準台上に設置されるターゲットと、を備える、三次元計測システムを使用して四角形構造物を計測する三次元計測方法であって、
前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットの距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が、30度以上150度以下となるように前記ターゲットを設置するステップを備え、さらに、
前記四角形構造物の頂点すべてに接する正方形を描いて、前記正方形のいずれかの頂点に前記三次元レーザスキャナを設置するステップと、
いずれかの頂点に設置された前記三次元レーザスキャナから、2つの前記ターゲットとの距離が略同一となるように、2つの前記ターゲットを設置するステップと、
前記三次元レーザスキャナによって、2つの前記ターゲットとともに前記四角形構造物をスキャンするステップと、を備える、三次元計測方法。
A three-dimensional laser scanner, and a target installed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner, the target being installed on a leveling table having a circular bubble tube and a cylindrical bubble tube. A three-dimensional measurement method for measuring a square structure using a three-dimensional measurement system, comprising:
The distance between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 10 m or more and 120 m or less, and the interior angle between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 30 degrees or more and 150 degrees or less. Setting the target , further comprising:
Drawing a square in contact with all the vertices of the quadrangular structure, and installing the three-dimensional laser scanner at any of the vertices of the square;
From the three-dimensional laser scanner installed at any of the vertices, installing two targets so that the distance between the two targets is substantially the same,
Scanning the rectangular structure with the two targets using the three-dimensional laser scanner.
三次元レーザスキャナと、前記三次元レーザスキャナによって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲットであって、円形気泡管と筒状気泡管とを有する整準台上に設置されるターゲットと、を備える、三次元計測システムを使用して四角形構造物を計測する三次元計測方法であって、
前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットの距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が、30度以上150度以下となるように前記ターゲットを設置するステップを備え、さらに、
前記四角形構造物の対角線上に前記三次元レーザスキャナを設置するステップと、
前記四角形構造物の対角線上に前記ターゲットを設置するステップであって、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が90度となるように、前記ターゲットを設置するステップと、
前記三次元レーザスキャナによって、2つの前記ターゲットとともに前記四角形構造物をスキャンするステップと、を備える、三次元計測方法。
A three-dimensional laser scanner, and a target installed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner, the target being installed on a leveling table having a circular bubble tube and a cylindrical bubble tube. A three-dimensional measurement method for measuring a square structure using a three-dimensional measurement system, comprising:
The distance between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 10 m or more and 120 m or less, and the interior angle between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 30 degrees or more and 150 degrees or less. Setting the target , further comprising:
Installing the three-dimensional laser scanner on a diagonal line of the rectangular structure,
Installing the target on a diagonal line of the quadrangular structure, wherein the three-dimensional laser scanner and the target make an internal angle of 90 degrees, the step of installing the target,
Scanning the rectangular structure with the two targets using the three-dimensional laser scanner.
三次元レーザスキャナと、前記三次元レーザスキャナによって観測される少なくとも2つの既知の座標点上に設置されるターゲットであって、円形気泡管と筒状気泡管とを有する整準台上に設置されるターゲットと、を備える、三次元計測システムを使用して四角形構造物を計測する三次元計測方法であって、
前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットの距離が、10m以上120m以下となるように、かつ、前記三次元レーザスキャナと2つの前記ターゲットのなす内角が、30度以上150度以下となるように前記ターゲットを設置するステップを備え、さらに、
前記四角形構造物の一側面の中央から伸びる法線を対称軸として、前記法線の両側の対称ないずれかの位置に前記三次元レーザスキャナを設置するステップと、
前記法線を対称軸として、前記法線の両側の対称な位置に2つの前記ターゲットを設置するステップと、
前記三次元レーザスキャナによって、2つの前記ターゲットとともに前記四角形構造物をスキャンするステップと、を備える、三次元計測方法。
A three-dimensional laser scanner, and a target installed on at least two known coordinate points observed by the three-dimensional laser scanner, the target being installed on a leveling table having a circular bubble tube and a cylindrical bubble tube. A three-dimensional measurement method for measuring a square structure using a three-dimensional measurement system, comprising:
The distance between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 10 m or more and 120 m or less, and the interior angle between the three-dimensional laser scanner and the two targets is 30 degrees or more and 150 degrees or less. Setting the target , further comprising:
A step of installing the three-dimensional laser scanner at any position symmetrical on both sides of the normal line, with a normal line extending from the center of one side surface of the square structure as a symmetry axis,
Setting the two targets at symmetrical positions on both sides of the normal with the normal as a symmetry axis;
Scanning the rectangular structure with the two targets using the three-dimensional laser scanner.
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