JP6788915B2 - 3D laser scanner, 3D laser scanner system, construction work machine and construction method - Google Patents

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Description

本発明は、3Dレーザスキャナ、3Dレーザスキャナシステム、建設作業機械及び建設工事方法に関する。 The present invention relates to a 3D laser scanner, a 3D laser scanner system, a construction work machine and a construction method.

近年、建設現場では、高齢化が進み、技術者が不足する、という問題がある。これらの問題を解決するため、i−Constructionと呼ばれる施策が推し進められている。i−Constructionによる建設工事は、基本的には、第1工程(初期測量工程)、第2工程(施工計画策定工程)、第3工程(施工工程)及び第4工程(検査工程)の4つの工程を経て遂行される。i−Constructionを用いた建設工事は、各工程において、3D設計データや3D測量データを活用することで、省力化が可能である(例えば、非特許文献1参照。)。 In recent years, there is a problem that the construction site is aging and there is a shortage of engineers. In order to solve these problems, a measure called i-Construction is being promoted. Construction work by i-Construction basically consists of four processes: 1st process (initial surveying process), 2nd process (construction planning process), 3rd process (construction process) and 4th process (inspection process). It is carried out through a process. Construction work using i-Construction can save labor by utilizing 3D design data and 3D survey data in each process (see, for example, Non-Patent Document 1).

3D測量データは、ドローンや3Dレーザスキャナ等を用いて建設現場における施工対象を測量して取得したデータを、ファイル単位毎(測量単位毎)に加工処理して生成される。特に、3Dレーザスキャナを用いて測量によれば、高精度の3D測量データが得られる。3D測量データは、表示画像や印刷画像において施工対象をわかりやすくするために、3Dレーザスキャナ等で生成した点群データは、カラーデータを重畳(マッピング)することでカラー化される(例えば特許文献1参照。)。建設現場では、点群データ及びカラーデータを生成できる3Dレーザスキャナが用いられている(例えば特許文献2参照。)。 The 3D survey data is generated by processing the data acquired by surveying the construction target at the construction site using a drone, a 3D laser scanner, or the like for each file unit (each survey unit). In particular, according to a survey using a 3D laser scanner, highly accurate 3D survey data can be obtained. The 3D survey data is colorized by superimposing (mapping) the point group data generated by a 3D laser scanner or the like in order to make it easier to understand the construction target in the display image or the printed image (for example, Patent Document). See 1.). At construction sites, 3D laser scanners capable of generating point cloud data and color data are used (see, for example, Patent Document 2).

従来の3Dレーザスキャナ900は、図15に示すように、支持体900Aと支持体900Aが支持する本体900Bとを備えている。支持体900Aは本体900Bを支持している。支持体900Aは、鉛直軸を中心に本体900Bを360°回転するモータ901を備えている。本体900Bは、レーザ計測部910と、撮像部920と、スキャナ処理部930を有する。スキャナ処理部930はスキャンデータ生成部931を含む。レーザ計測部910は、レーザ光を施工対象に照射し、施工対象で反射してきた戻り光を検出する。撮像部920はカメラ921を有する。カメラ921は、本体900Bの側面にその光軸を水平方向又は斜め上方に向けて配置されており、モータ901による回転に伴い全周囲の風景を撮像してカラー画像を取得する。スキャンデータ生成部931は、レーザ計測部910が検出した戻り光に基づき施工対象の座標位置情報である、複数の点データからなる点群データD910を生成する。スキャンデータ生成部931はまた、撮像部920が取得したカラー画像に基づき施工対象の色彩情報であるカラーデータD920を生成する。スキャンデータ生成部931は、点群データD910とカラーデータD920を含むスキャンデータファイルD930を生成する。3Dレーザスキャナ900は、スキャンデータ生成部931が生成したスキャンデータファイルD930を出力する。 As shown in FIG. 15, the conventional 3D laser scanner 900 includes a support 900A and a main body 900B supported by the support 900A. The support 900A supports the main body 900B. The support 900A includes a motor 901 that rotates the main body 900B 360 ° around a vertical axis. The main body 900B has a laser measuring unit 910, an imaging unit 920, and a scanner processing unit 930. The scanner processing unit 930 includes a scan data generation unit 931. The laser measurement unit 910 irradiates the construction target with the laser beam and detects the return light reflected by the construction target. The imaging unit 920 has a camera 921. The camera 921 is arranged on the side surface of the main body 900B with its optical axis directed horizontally or diagonally upward, and captures the entire surrounding landscape as the motor 901 rotates to acquire a color image. The scan data generation unit 931 generates point cloud data D910 composed of a plurality of point data, which is coordinate position information of the construction target based on the return light detected by the laser measurement unit 910. The scan data generation unit 931 also generates color data D920, which is color information of the construction target, based on the color image acquired by the imaging unit 920. The scan data generation unit 931 generates a scan data file D930 including the point cloud data D910 and the color data D920. The 3D laser scanner 900 outputs the scan data file D930 generated by the scan data generation unit 931.

3Dレーザスキャナ900と撮像部920を含む3Dレーザスキャナシステム1000では、点群データD910とカラーデータD920を含んだスキャンデータファイルD930が記憶媒体等を用いてファイル単位で情報処理装置980に受け渡される。スキャンデータファイルD930を受け取った情報処理装置980は、点群データD910とカラーデータD920とを組み合わせてカラー点群データに合成し、合成されたカラー点群データを含む3D測量データファイルD940を生成する。3D測量データファイルD940は、ディスプレイで表示可能な所定のフォーマットに変換されて表示装置990に3D画像として表示される。 In the 3D laser scanner system 1000 including the 3D laser scanner 900 and the imaging unit 920, the scan data file D930 including the point cloud data D910 and the color data D920 is delivered to the information processing device 980 in file units using a storage medium or the like. .. The information processing apparatus 980 that has received the scan data file D930 combines the point cloud data D910 and the color data D920 and synthesizes them into the color point cloud data, and generates a 3D survey data file D940 including the synthesized color point cloud data. .. The 3D survey data file D940 is converted into a predetermined format that can be displayed on the display and displayed as a 3D image on the display device 990.

特開2018−025553号公報JP-A-2018-025553 特開2017−003284号公報JP-A-2017-003284

国土交通省 i−Construction 〜建設現場の生産性革命〜 参考資料 平成28年3月 (12頁目)(URL:www.mlit.go.jp/common/001127740.pdf)Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism i-Construction-Productivity Revolution at Construction Site-Reference Material March 2016 (12th page) (URL: www.mlit.go.jp/common/0011274740.pdf)

建設工事の特に第3工程(施工工程)において3Dレーザスキャナを用いて生成される3D測量データはその精度の高さから極めて利用価値が高い。そのため、3D測量データを施工の進行に伴って適宜利用できれば、施工状態や進捗状況を高精度に把握できる。 The 3D survey data generated by using the 3D laser scanner in the construction work, especially in the third process (construction process), has extremely high utility value due to its high accuracy. Therefore, if the 3D survey data can be appropriately used as the construction progresses, the construction state and progress status can be grasped with high accuracy.

しかし、従来の3Dレーザスキャナにおいて、カラー画像を取得するためにはモータを回転させて複数回撮像する必要があり、そのために多くの撮像時間を要する。撮影された複数の画像を合成する必要があるため、多くの処理時間を要する。 However, in a conventional 3D laser scanner, in order to acquire a color image, it is necessary to rotate a motor to take an image a plurality of times, which requires a lot of imaging time. Since it is necessary to combine a plurality of captured images, a large amount of processing time is required.

また、従来の3Dレーザスキャナシステムを用いた3D測量データはファイル単位で処理される。加えて、その処理は、データ処理の専門業者に頼らざるを得ないことから、測量の開始から最終データの取得までに数日を要することもある。そのため、第3工程(施工工程)の作業を長時間停止させてしまう、という問題がある。 Further, the 3D survey data using the conventional 3D laser scanner system is processed in file units. In addition, the process may take several days from the start of the survey to the acquisition of the final data, as the process has to rely on a data processing specialist. Therefore, there is a problem that the work of the third process (construction process) is stopped for a long time.

そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、第3工程(施工工程)の作業を長時間停止させることなく、短時間で最終の3D測量データが得られる、3Dレーザスキャナ、3Dレーザスキャナシステム、およびそれらを用いた建設作業機械及び建設工事方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and a 3D scanner that can obtain the final 3D survey data in a short time without stopping the work of the third step (construction process) for a long time. It is an object of the present invention to provide a scanner, a 3D laser scanner system, and a construction work machine and a construction method using them.

[1]本発明の3Dレーザスキャナは、
建設現場における施工対象の3D測量データを生成するために用いる3Dレーザスキャナであって、
前記施工対象にレーザ光を照射し、前記施工対象での前記レーザ光の反射による戻り光を検出するレーザ計測部と、
全方位カメラから構成され、前記施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部と、
前記レーザ計測部が検出した前記戻り光から点群データを生成するとともに前記撮像部が取得したカラー画像からカラーデータを生成し、前記点群データと前記カラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、
前記スキャンデータ生成部に接続され、前記送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部と、
を備えることを特徴とする。
[1] The 3D laser scanner of the present invention is
A 3D laser scanner used to generate 3D survey data for construction at a construction site.
A laser measuring unit that irradiates the construction target with a laser beam and detects the return light due to the reflection of the laser beam on the construction target.
An imaging unit that is composed of an omnidirectional camera and acquires a color image by imaging the construction target,
Point cloud data is generated from the return light detected by the laser measuring unit, color data is generated from the color image acquired by the imaging unit, and scan data for each transmission unit is generated using the point cloud data and the color data. The scan data generator that generates
A scan data transmission unit that is connected to the scan data generation unit and transmits scan data for each transmission unit.
It is characterized by having.

本発明の3Dレーザスキャナによれば、全方位カメラから構成され、施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部を備えていることから、全方位カメラにより特に撮像部を回転移動させることなく施工対象のカラー画像を取得可能なため、撮像時間を短縮することができる。また、全方位カメラにより施工対象のカラー画像を一の画像として取得可能なため、従来では必要であった複数枚のカラー画像の合成時間を削減することができる。 According to the 3D laser scanner of the present invention, since it is composed of an omnidirectional camera and includes an imaging unit that acquires a color image by imaging a construction target, the imaging unit is particularly rotated and moved by the omnidirectional camera. Since it is possible to acquire a color image of the construction target without any problems, the imaging time can be shortened. Further, since the color image to be constructed can be acquired as one image by the omnidirectional camera, it is possible to reduce the time required for synthesizing a plurality of color images, which was conventionally required.

また、本発明の3Dレーザスキャナによれば、レーザ計測部が検出した戻り光に基づく点群データ及び撮像部が取得したカラー画像に基づくカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部を備えていることから、スキャンデータを生成するための点群データを送信単位毎にデータ量を小さくして扱うことが可能となるため、スキャンデータ生成時間を短くすることができる。 Further, according to the 3D laser scanner of the present invention, point group data based on the return light detected by the laser measuring unit and color data based on the color image acquired by the imaging unit are generated, and these point group data and color data are used. Since it is equipped with a scan data generator that generates scan data for each transmission unit, it is possible to handle point group data for generating scan data with a small amount of data for each transmission unit. The scan data generation time can be shortened.

また、本発明の3Dレーザスキャナによれば、送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部を備えていることから、スキャンデータ生成部が生成した送信単位毎のスキャンデータを逐次送信することが可能となるため、測量結果をすぐに3D測量データの生成のために用いることができる。 Further, since the 3D laser scanner of the present invention includes a scan data transmission unit that transmits scan data for each transmission unit, the scan data for each transmission unit generated by the scan data generation unit is sequentially transmitted. The survey results can be immediately used for the generation of 3D survey data.

その結果、本発明の3Dレーザスキャナは、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを生成するための測量に用いることができる3Dレーザスキャナとなる。 As a result, the 3D laser scanner of the present invention becomes a 3D laser scanner that can be used for surveying to generate 3D survey data in a short time without stopping the work for a long time in the third step (construction process).

[2]本発明の3Dレーザスキャナにおいては、前記スキャンデータ生成部は、前記点群データと前記カラーデータとを合成して前記スキャンデータを生成する合成部を有することが好ましい。 [2] In the 3D laser scanner of the present invention, it is preferable that the scan data generation unit has a synthesis unit that synthesizes the point cloud data and the color data to generate the scan data.

このように構成することで、データを受け取る側(例えば情報処理装置)が点群データとカラーデータとを合成する必要がなくスキャンデータを用いることができるため、外部機器のカラー化処理負担を低減可能な3Dレーザスキャナとなる。 With this configuration, the data receiving side (for example, an information processing device) does not need to synthesize the point cloud data and the color data, and the scan data can be used, so that the burden of color processing of the external device is reduced. It will be a possible 3D laser scanner.

[3]本発明の3Dレーザスキャナにおいては、前記撮像部は、一測量当り一のカラー画像を取得し、前記スキャンデータ生成部は、一測量当り前記一のカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成するように構成する場合がある。 [3] In the 3D laser scanner of the present invention, the imaging unit acquires one color image per survey, and the scan data generation unit uses the one color image per survey for each transmission unit. May be configured to generate scan data for.

例えば、測量中に施工現場の状況が変化しない場合であれば、一測量当りの点群データをカラー化する際には、一のカラー画像を用いれば足りる。このように構成することで、一測量当りの撮像回数が1回で済み、測量時間を短縮可能な3Dレーザスキャナとなる。 For example, if the situation at the construction site does not change during the survey, it is sufficient to use one color image when colorizing the point cloud data per survey. With this configuration, the number of imagings per survey is only one, and the surveying time can be shortened.

[4]本発明の3Dレーザスキャナにおいては、前記撮像部は、一測量当り複数のカラー画像を取得し、前記スキャンデータ生成部は、直近に取得されたカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成する場合がある。 [4] In the 3D laser scanner of the present invention, the imaging unit acquires a plurality of color images per survey, and the scan data generation unit uses the most recently acquired color image for each transmission unit. Scan data may be generated.

例えば、測量中に施工現場の状況が変化する場合であっても、スキャンデータ生成部がスキャンデータを生成する際に、状況変化後のカラー画像に基づくカラーデータを用いることが可能となる。このように構成することで、第3工程(施工工程)において作業を停止させることなく短時間でスキャンデータを生成可能な3Dレーザスキャナとなる。 For example, even when the situation at the construction site changes during the survey, the scan data generation unit can use the color data based on the color image after the situation change when generating the scan data. With this configuration, a 3D laser scanner capable of generating scan data in a short time without stopping the work in the third step (construction step) is obtained.

[5]本発明の3Dレーザスキャナにおいては、前記スキャンデータ生成部は、前記点群データを生成するに際して、一の点データと前記一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成することが好ましい。 [5] In the 3D laser scanner of the present invention, when the scan data generation unit generates the point cloud data, the difference between the one point data and the other point data located immediately before the one point data. It is preferable to generate point cloud data including difference point cloud data using values.

このように構成することで、点群データのサイズが小さくなり、その後スキャンデータ及び3D測量データを生成する過程でデータ授受がスムーズになり、測量結果をすぐに3D測量データの生成のために用いることができる3Dレーザスキャナとなる。 With this configuration, the size of the point cloud data becomes smaller, and then the data transfer becomes smoother in the process of generating scan data and 3D survey data, and the survey results are immediately used for generating 3D survey data. It becomes a 3D laser scanner that can be used.

[6]本発明の3Dレーザスキャナシステムは、建設現場における施工対象の3D測量データを生成するために用いる3Dレーザスキャナシステムであって、点群データ及びカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する3Dレーザスキャナと、前記3Dレーザスキャナに接続され、前記3Dレーザスキャナが生成した前記スキャンデータを用いて前記3D測量データを生成する情報処理装置と、前記情報処理装置に接続され、前記3D測量データに基づく出力データを出力する提示装置とを備え、前記3Dレーザスキャナは、本発明に係る3Dレーザスキャナであることを特徴とする。 [6] The 3D laser scanner system of the present invention is a 3D laser scanner system used for generating 3D survey data of a construction target at a construction site, and generates point group data and color data, and these point group data and A 3D laser scanner that generates scan data for each transmission unit using color data, and an information processing device that is connected to the 3D laser scanner and generates the 3D survey data using the scan data generated by the 3D laser scanner. The 3D laser scanner is the 3D laser scanner according to the present invention, which is connected to the information processing device and includes a presentation device that outputs output data based on the 3D survey data.

本発明の3Dレーザスキャナシステムによれば、点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する3Dレーザスキャナと、3Dレーザスキャナが生成したスキャンデータを用いて3D測量データを生成する情報処理装置とを備えることから、建設現場で3D測量データを生成することが可能となる。また、本発明の3Dレーザスキャナシステムによれば、3D測量データに基づく出力データを出力する提示装置を備えることから建設現場で測量結果を確認することが可能となる。この際、本発明の3Dレーザスキャナシステムは、本発明の3Dレーザスキャナを備えていることから、3Dレーザスキャナから送信される送信単位毎のスキャンデータを用いて逐次3D測量データを生成することが可能である。 According to the 3D laser scanner system of the present invention, a 3D laser scanner that generates scan data for each transmission unit using point cloud data and color data, and a 3D survey data that generates scan data using the scan data generated by the 3D laser scanner. It is possible to generate 3D survey data at the construction site because the information processing device is provided. Further, according to the 3D laser scanner system of the present invention, since the presenting device for outputting the output data based on the 3D survey data is provided, the survey result can be confirmed at the construction site. At this time, since the 3D laser scanner system of the present invention includes the 3D laser scanner of the present invention, it is possible to sequentially generate 3D survey data using scan data for each transmission unit transmitted from the 3D laser scanner. It is possible.

その結果、本発明の3Dレーザスキャナシステムは、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用可能とする3Dレーザスキャナシステムとなる。 As a result, the 3D laser scanner system of the present invention becomes a 3D laser scanner system that enables the use of 3D survey data in a short time without stopping the work for a long time in the third step (construction process).

[7]本発明の3Dレーザスキャナシステムにおいては、前記情報処理装置は、施工目標とする目標形状データを記憶する情報記憶部を含む情報処理部を有し、前記情報処理部は、前記スキャンデータに基づき前記3D測量データとしての現況形状データを生成するとともに、前記現況形状データと前記目標形状データとの比較結果に基づく提示データを生成することが好ましい。 [7] In the 3D laser scanner system of the present invention, the information processing device has an information processing unit including an information storage unit that stores target shape data to be constructed, and the information processing unit has the scan data. It is preferable to generate the current shape data as the 3D survey data based on the above, and to generate the presentation data based on the comparison result between the current shape data and the target shape data.

このように構成することで、目標に対する状況把握がしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 With this configuration, the 3D laser scanner system makes it easy to grasp the situation with respect to the target.

[8]その際、前記情報記憶部は、前記目標形状データとして複数の中間目標形状データを記憶可能であり、前記情報処理部は、前記現況形状データと前記中間目標形状データとの比較結果に基づく前記提示データとしての中間提示データを生成するようにしてもよい。 [8] At that time, the information storage unit can store a plurality of intermediate target shape data as the target shape data, and the information processing unit uses the comparison result between the current shape data and the intermediate target shape data. Interim presentation data as the presentation data based on the presentation data may be generated.

このように構成することで、最終目標のみならず、中間目標(例えば、日々の進捗目標)に対しても状況把握がしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 With this configuration, it becomes a 3D laser scanner system that makes it easy to grasp the situation not only for the final goal but also for the intermediate goal (for example, daily progress goal).

[9]本発明の3Dレーザスキャナシステムにおいては、前記提示装置は、ディスプレイであってもよい。 [9] In the 3D laser scanner system of the present invention, the presentation device may be a display.

このように構成することで、視覚でわかりやすく状況把握ができる3Dレーザスキャナシステムとなる。 With this configuration, it becomes a 3D laser scanner system that can visually grasp the situation in an easy-to-understand manner.

[10]その際、前記ディスプレイに比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示してもよい。 [10] At that time, a color-coded heat map may be displayed on the display based on the comparison result.

このように構成することで、状況把握が一目でしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 With this configuration, the 3D laser scanner system makes it easy to grasp the situation at a glance.

[11]本発明の建設作業機械は、建設作業機械本体と、前記建設作業機械本体に搭載した3Dレーザスキャナとを備え、前記3Dレーザスキャナは、本発明の3Dレーザスキャナであることを特徴とする。 [11] The construction work machine of the present invention includes a construction work machine main body and a 3D laser scanner mounted on the construction work machine main body, and the 3D laser scanner is the 3D laser scanner of the present invention. To do.

本発明の建設作業機械によれば、建設作業機械本体と、前記建設作業機械本体に搭載した3Dレーザスキャナとを備えるため、建設作業機械目線で3Dレーザスキャナによる測量を行うことができる。その際、本発明の建設作業機械によれば、3Dレーザスキャナとして本発明の3Dレーザスキャナを用いるため、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用することができる。 According to the construction work machine of the present invention, since the construction work machine main body and the 3D laser scanner mounted on the construction work machine main body are provided, it is possible to perform a survey by the 3D laser scanner from the viewpoint of the construction work machine. At that time, according to the construction work machine of the present invention, since the 3D laser scanner of the present invention is used as the 3D laser scanner, 3D survey data can be obtained in a short time without stopping the work for a long time in the third step (construction process). It can be used.

その結果、本発明の建設作業機械は、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用可能な建設作業機械となる。 As a result, the construction work machine of the present invention becomes a construction work machine that can use 3D survey data in a short time without stopping the work for a long time in the third process (construction process).

[12]本発明の建設工事方法は、測量を行い、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する第1工程と、前記初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する第2工程と、前記施工計画に従って、建設作業機械を用いて施工を行う第3工程とを含み、前記第3工程においては、本発明の3Dレーザスキャナシステムを使用して前記3Dレーザスキャナシステムが生成した3D測量データと前記目標形状データとを用いて作業を行うことを特徴とする。 [12] The construction method of the present invention includes a first step of performing a survey and acquiring initial shape data which is shape data of a construction target before construction, the initial shape data, and a target shape data as a construction target. Including the second step of formulating a construction plan based on the above construction plan and the third step of performing construction using a construction work machine according to the construction plan, the 3D laser scanner system of the present invention is used in the third step. Then, the work is performed using the 3D survey data generated by the 3D laser scanner system and the target shape data.

本発明の建設工事方法によれば、第3工程(施工工程)において、本発明に係る3Dレーザスキャナシステムを使用して、3D測量データと目標形状データとを用いて作業を行うことから、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用することができる。 According to the construction method of the present invention, in the third step (construction step), the work is performed using the 3D laser scanner system according to the present invention using the 3D survey data and the target shape data. 3D survey data can be used in a short time without stopping the work for a long time in the three processes (construction process).

その結果、本発明の建設工事方法は、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用可能な建設工事方法となる。 As a result, the construction work method of the present invention is a construction work method in which 3D survey data can be used in a short time without stopping the work for a long time in the third process (construction process).

[13]本発明の建設工事方法においては、前記第3工程の後に、施工後の前記施工対象の形状データである検査対象形状データが前記目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う第4工程をさらに含んでいてもよい。 [13] In the construction work method of the present invention, after the third step, an inspection is performed to check whether or not the inspection target shape data, which is the shape data of the construction target after the construction, conforms to the target shape data. A fourth step may be further included.

[14]その際、前記第4工程では、前記検査対象形状データとして、前記第3工程で前記3Dレーザスキャナシステムが最終的に生成した3D測量データを用いて検査を行うことが好ましい。 [14] At that time, in the fourth step, it is preferable to perform the inspection using the 3D survey data finally generated by the 3D laser scanner system in the third step as the inspection target shape data.

その結果、第4工程で検査対象形状データを取得するために別途測量を行う必要がなくなるため、検査時間が短縮可能な建設工事方法となる。 As a result, since it is not necessary to perform a separate survey in order to acquire the shape data to be inspected in the fourth step, the construction work method can shorten the inspection time.

[15]本発明の建設工事方法においては、前記第1工程では、前記第3工程で用いる前記3Dレーザスキャナと同等規格の3Dレーザスキャナを用いて測量を行うことが好ましい。 [15] In the construction method of the present invention, in the first step, it is preferable to perform a survey using a 3D laser scanner of the same standard as the 3D laser scanner used in the third step.

このようにすれば、工程ごとに異なる測量機器や異なる規格の3Dレーザスキャナを用いる場合と比較して、測定基準や精度を揃えることができ、その結果、工程戻りの発生を抑制可能な建設工事方法となる。 By doing so, it is possible to make the measurement standards and accuracy uniform as compared with the case where different surveying instruments and 3D laser scanners of different standards are used for each process, and as a result, construction work that can suppress the occurrence of process return. It becomes a method.

本発明の3Dレーザスキャナ、3Dレーザスキャナシステム、建設作業機械及び建設工事方法によれば、第3工程(施工工程)において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用することができる。 According to the 3D laser scanner, 3D laser scanner system, construction work machine and construction method of the present invention, it is possible to use 3D survey data in a short time without stopping the work for a long time in the third process (construction process). it can.

実施形態1に係る建設作業機械1の構成図である。It is a block diagram of the construction work machine 1 which concerns on Embodiment 1. 実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10のブロック図である。It is a block diagram of the 3D laser scanner system 10 which concerns on Embodiment 1. 実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100を説明するために示す図である。It is a figure which shows for demonstrating the 3D laser scanner 100 which concerns on Embodiment 1. 実施形態1に係る提示装置300によるイメージ図であり、ヒートマップとして表示されるイメージ図である。It is an image diagram by the presentation device 300 which concerns on Embodiment 1, and is an image diagram which is displayed as a heat map. 実施形態1に係る提示装置300によるイメージ図であり、作業状況のイメージ図である。FIG. 5 is an image diagram of the presentation device 300 according to the first embodiment, and is an image diagram of a work situation. 実施形態1に係る建設工事方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the construction construction method which concerns on Embodiment 1. 実施形態1の第3工程S3における測量の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the survey in the 3rd step S3 of Embodiment 1. 実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the surveying method using the 3D laser scanner system 10 which concerns on Embodiment 1. 従来における3D測量データの生成の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the generation of the conventional 3D survey data. 実施形態1における3D測量データD4の生成(逐次生成)の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the generation (sequential generation) of 3D survey data D4 in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における3D測量データD4の生成であって、3Dレーザスキャナシステム10が測定可能な全範囲よりも小さい範囲について3D測量データD4を生成する様子を説明するために示す図である。It is a figure which shows the generation of the 3D survey data D4 in Embodiment 1 to explain how the 3D laser scanner system 10 generates the 3D survey data D4 in the range smaller than the whole measurable range. 実施形態2における測量方法を示す図である。It is a figure which shows the surveying method in Embodiment 2. 実施形態2における測量方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the surveying method in Embodiment 2. 変形例1に係る3Dレーザスキャナ500を説明するために示す図である。It is a figure which shows for demonstrating the 3D laser scanner 500 which concerns on modification 1. 従来の3Dレーザスキャナ900を含む従来の3Dレーザスキャナシステム1000を説明する図である。It is a figure explaining the conventional 3D laser scanner system 1000 including the conventional 3D laser scanner 900.

以下、本発明の実施形態に係る3Dレーザスキャナ、3Dレーザスキャナシステム、およびそれらを用いて建設作業機械及び建設工事方法について、図面を参照して説明する。なお、各図面は実際の寸法や細部までを厳密に表すものではない。 Hereinafter, the 3D laser scanner and the 3D laser scanner system according to the embodiment of the present invention, and the construction work machine and the construction work method using them will be described with reference to the drawings. It should be noted that each drawing does not strictly represent the actual dimensions and details.

まず、実施形態に係る3Dレーザスキャナを備えた3Dレーザスキャナシステムを利用した、i−Constructionによる建設工事について説明する。i−Constructionによる建設工事は、第1工程(初期測量工程)、第2工程(施工計画策定工程)、第3工程(施工工程)、第4工程(検査工程)の4つの工程が、建設現場における施工対象を測量して取得した3D測量データ、及びCAD等を用いて作成された3D設計データ使って管理される。以下に説明する実施形態の中で用いられる3D測量データは、3Dレーザスキャナによって施工対象を測量して取得されたものである。 First, the construction work by i-Construction using the 3D laser scanner system including the 3D laser scanner according to the embodiment will be described. Construction work by i-Construction consists of four processes, the first process (initial survey process), the second process (construction plan formulation process), the third process (construction process), and the fourth process (inspection process). It is managed by using the 3D survey data obtained by surveying the construction target in the above and the 3D design data created by using CAD or the like. The 3D survey data used in the embodiments described below is obtained by surveying the construction target with a 3D laser scanner.

[実施形態1]
(1.建設作業機械1の構成)
図1は、実施形態1に係る建設作業機械1を示す。実施形態1の建設作業機械1は、例えば油圧ショベルで、オペレータ室の屋根に後述する3Dレーザスキャナシステム10が取り付けられている。これにより、建設作業機械1のオペレータは、オペレータ室に居ながら、3Dレーザスキャナシステム10の測量結果を確認しながら掘削作業を行うことが可能である。
[Embodiment 1]
(1. Configuration of construction work machine 1)
FIG. 1 shows a construction work machine 1 according to the first embodiment. The construction work machine 1 of the first embodiment is, for example, a hydraulic excavator, and a 3D laser scanner system 10 described later is attached to the roof of the operator's room. As a result, the operator of the construction work machine 1 can perform the excavation work while checking the survey result of the 3D laser scanner system 10 while staying in the operator's room.

(2.3Dレーザスキャナシステム10の構成)
図2は、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10のブロック図である。図2では、2点鎖線矢印が光路を示し、細い点線又は細い点線矢印が複数の部分の機械的接続又は電気的な接続を示し、楕円が各部で生成されるデータを示す。
(Configuration of 2.3D Laser Scanner System 10)
FIG. 2 is a block diagram of the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment. In FIG. 2, the two-dot chain arrow indicates the optical path, the thin dotted or thin dotted arrow indicates the mechanical or electrical connection of a plurality of parts, and the ellipse indicates the data generated in each part.

3Dレーザスキャナシステム10は、建設現場における施工対象の3D測量データを生成するために、3Dレーザスキャナ100と、情報処理装置200と、提示装置300とを備えている。3Dレーザスキャナ100は、施工対象の点群データD1とカラーデータD2を生成し、これら点群データD1とカラーデータD2を用いて送信単位毎にスキャンデータD3を生成する。 The 3D laser scanner system 10 includes a 3D laser scanner 100, an information processing device 200, and a presentation device 300 in order to generate 3D survey data to be constructed at a construction site. The 3D laser scanner 100 generates point cloud data D1 and color data D2 to be constructed, and uses these point cloud data D1 and color data D2 to generate scan data D3 for each transmission unit.

情報処理装置200は、有線又は無線(例えば、Wifi)によって3Dレーザスキャナ100に接続されており、3Dレーザスキャナ100が送信単位毎に生成したスキャンデータD3を用いて3D測量データD4を生成する。提示装置300は、有線又は無線(例えば、Wifi)によって情報処理装置200に接続されており、3D測量データD4に基づく出力データD8を出力する。 The information processing device 200 is connected to the 3D laser scanner 100 by wire or wirelessly (for example, Wifi), and 3D survey data D4 is generated using the scan data D3 generated by the 3D laser scanner 100 for each transmission unit. The presentation device 300 is connected to the information processing device 200 by wire or wirelessly (for example, Wifi), and outputs output data D8 based on 3D survey data D4.

「送信単位」とは、3Dレーザスキャナ100が、有線又は無線で外部機器と接続した際に、外部機器に送信する送信フレーム毎のデータである。例えば、送信単位毎のスキャンデータは、施工対象全範囲の内の一部の施工対象範囲のデータ、具体的には、施工対象全範囲に含まれる小区画、各ライン、又各点のデータである。そのため、施工対象全範囲の測量は、送信単位毎のスキャンデータが複数回、逐次送信されて完了する。すなわち、一回の測量の中で、送信単位毎のスキャンデータが複数回、逐次送信される。 The "transmission unit" is data for each transmission frame transmitted to the external device when the 3D laser scanner 100 is connected to the external device by wire or wirelessly. For example, the scan data for each transmission unit is the data of a part of the construction target range within the entire construction target range, specifically, the data of the small sections, each line, and each point included in the entire construction target range. is there. Therefore, the surveying of the entire construction target range is completed by sequentially transmitting the scan data for each transmission unit a plurality of times. That is, the scan data for each transmission unit is sequentially transmitted a plurality of times in one survey.

(2−1.3Dレーザスキャナ100の構成)
図3(図3(a)と図3(b))は、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100を示し、そこでは3Dレーザスキャナ100の内部に格納されている部品が破線で示され、光の進行経路が2点鎖線矢印で示され、各部の電気的な繋がりが細い点線で示されている。
(Configuration of 21-1.3D Laser Scanner 100)
FIG. 3 (FIGS. 3A and 3B) shows the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, in which the components housed inside the 3D laser scanner 100 are shown by broken lines and light. The traveling path of is indicated by a two-dot chain line arrow, and the electrical connection of each part is indicated by a thin dotted line.

3Dレーザスキャナ100は、建設現場における施工対象の3D測量データを生成するもので、支持体100Aとスキャナ本体100Bを備えている。 The 3D laser scanner 100 generates 3D survey data to be constructed at a construction site, and includes a support 100A and a scanner body 100B.

支持体100Aは、鉛直軸の周りを360°回転可能に、スキャナ本体100Bを支持している。そのために、支持体100Aは、モータ101、減速機102、及び回転軸103を備えており、モータ101の回転を減速機102から回転軸103に伝達することで、スキャナ本体100Bを回転させる。支持体100Aは、支持体100Aを建設作業機械1(図1参照)に着脱可能に固定するための取り付け部(不図示)を備えている。支持体100Aは、水平面に対する3Dレーザスキャナ100の傾きを示す水準器又はその傾きを検出する素子(不図示)を備えている。 The support 100A supports the scanner body 100B so as to be rotatable 360 ° around the vertical axis. Therefore, the support 100A includes a motor 101, a speed reducer 102, and a rotation shaft 103, and transmits the rotation of the motor 101 from the speed reducer 102 to the rotation shaft 103 to rotate the scanner body 100B. The support 100A includes a mounting portion (not shown) for detachably fixing the support 100A to the construction work machine 1 (see FIG. 1). The support 100A includes a spirit level indicating the inclination of the 3D laser scanner 100 with respect to a horizontal plane or an element (not shown) for detecting the inclination thereof.

スキャナ本体100Bは、略直方体状をしており、図3(a)に示すように中央部において上端から下方に伸びるとともに水平方向に向けてスキャナ本体100Bを貫通する溝状の入出射空間104が形成されている。好ましくは、スキャナ本体100Bの外面には、操作方法等の表示(不図示)が設けられている。 The scanner body 100B has a substantially rectangular parallelepiped shape, and as shown in FIG. 3A, a groove-shaped entrance / exit space 104 extending downward from the upper end at the central portion and penetrating the scanner body 100B in the horizontal direction is provided. It is formed. Preferably, the outer surface of the scanner body 100B is provided with a display (not shown) such as an operation method.

スキャナ本体100Bは、レーザ計測部110と、撮像部120と、スキャンデータ生成部131を含むスキャナ処理部130と、スキャンデータ送信部141を含む通信部140とを備えている。 The scanner body 100B includes a laser measurement unit 110, an imaging unit 120, a scanner processing unit 130 including a scan data generation unit 131, and a communication unit 140 including a scan data transmission unit 141.

3Dレーザスキャナ100は、3D測量データD4を生成するための点群データD1及びカラーデータD2を生成し、さらに、点群データD1とカラーデータD2を合成してスキャンデータD3を生成する。点群データD1は施工対象の3D座標位置情報を含み、カラーデータD2は施工対象の色彩情報を含むデータである。スキャンデータD3は、点群データD1とカラーデータD2の少なくともいずれかの情報を含み、3Dレーザスキャナ100の送信フォーマットに変換したデータである。実施形態1のスキャンデータD3は、点群データD1とカラーデータD2とを合成したカラー点群データである。3D測量データD4の生成過程は後述する。 The 3D laser scanner 100 generates point cloud data D1 and color data D2 for generating 3D survey data D4, and further synthesizes point cloud data D1 and color data D2 to generate scan data D3. The point cloud data D1 includes 3D coordinate position information of the construction target, and the color data D2 is data including the color information of the construction target. The scan data D3 is data that includes at least one of the information of the point cloud data D1 and the color data D2 and is converted into the transmission format of the 3D laser scanner 100. The scan data D3 of the first embodiment is color point cloud data obtained by synthesizing the point cloud data D1 and the color data D2. The process of generating the 3D survey data D4 will be described later.

レーザ計測部110は、施工対象にレーザ光を照射し、施工対象でのレーザ光の反射による戻り光を検出する。そのために、レーザ計測部110は、レーザダイオード111、孔あきミラー112、回転ミラー113、モータ114、集光レンズ115、及び、戻り光検出用フォトダイオード116を含む。 The laser measurement unit 110 irradiates the construction target with the laser beam and detects the return light due to the reflection of the laser beam on the construction target. Therefore, the laser measuring unit 110 includes a laser diode 111, a perforated mirror 112, a rotating mirror 113, a motor 114, a condenser lens 115, and a photodiode 116 for detecting return light.

レーザダイオード111は、レーザ光を発振する発光素子で、スキャナ処理部130と電気的に接続されており、計測時、スキャナ処理部130に制御され、溝状入出射空間104の延伸方向(図の表裏方向)と直交する水平方向(図の左右方向)に向けて、入出射空間104にレーザ光を発振する。孔あきミラー112は、レーザダイオード111と入出射空間104との間でレーザ光軸に45°傾斜させて配置されている。孔あきミラー112は、レーザ光軸上に小さな孔が形成されており、孔あきミラー112に入射するレーザ光の一部のみが孔を透過し、その他のレーザ光が反射するようにしてある。回転ミラー113は、円筒形のロッドミラーで、一端に中心軸と45°の角度をもって交差する傾斜反射面を有する。回転ミラー113は、傾斜反射面を入出射空間104に位置させ、レーザダイオード111から発振されて孔あきミラー112の孔を透過するレーザ光の光軸に中心軸を一致させた状態で配置されている。モータ114は回転ミラー113の他端に連結されている。また、モータ114は、スキャナ処理部130に電気的に接続されている。これにより、モータ114は、スキャナ処理部130からの信号に基づいてレーザ光軸を中心に回転ミラー113を回転し、回転ミラー113の傾斜反射面で反射されたレーザ光を垂直面内で走査する。集光レンズ115は、施工対象からの反射レーザ光で、回転ミラー113の傾斜反射面、さらに孔あきミラー113で反射したレーザ光を集光させるレンズである。戻り光検出用フォトダイオード116は、集光レンズ115で集光された戻りレーザ光を検出する受光素子である。戻り光検出用フォトダイオード116は、スキャナ処理部130内のスキャンデータ生成部131(図2参照)と電気的に接続されており、検出した戻り光を電気信号に変換してスキャンデータ生成部131に送る。 The laser diode 111 is a light emitting element that oscillates laser light, is electrically connected to the scanner processing unit 130, is controlled by the scanner processing unit 130 at the time of measurement, and extends in the extending direction of the groove-shaped inlet / output space 104 (in the figure). A laser beam is oscillated in the entrance / exit space 104 in the horizontal direction (left-right direction in the figure) orthogonal to the front-back direction. The perforated mirror 112 is arranged between the laser diode 111 and the entrance / exit space 104 at an angle of 45 ° with respect to the laser optical axis. The perforated mirror 112 has a small hole formed on the laser optical axis so that only a part of the laser light incident on the perforated mirror 112 passes through the hole and the other laser light is reflected. The rotary mirror 113 is a cylindrical rod mirror, and has an inclined reflecting surface at one end that intersects the central axis at an angle of 45 °. The rotating mirror 113 is arranged in a state where the inclined reflecting surface is located in the input / output space 104 and the central axis is aligned with the optical axis of the laser light oscillated from the laser diode 111 and transmitted through the hole of the perforated mirror 112. There is. The motor 114 is connected to the other end of the rotary mirror 113. Further, the motor 114 is electrically connected to the scanner processing unit 130. As a result, the motor 114 rotates the rotary mirror 113 around the laser optical axis based on the signal from the scanner processing unit 130, and scans the laser beam reflected by the inclined reflection surface of the rotary mirror 113 in the vertical plane. .. The condenser lens 115 is a lens that collects the reflected laser light from the construction target, the inclined reflecting surface of the rotating mirror 113, and the laser light reflected by the perforated mirror 113. The back light detection photodiode 116 is a light receiving element that detects the return laser light focused by the condenser lens 115. The back light detection photodiode 116 is electrically connected to the scan data generation unit 131 (see FIG. 2) in the scanner processing unit 130, and converts the detected return light into an electric signal to scan data generation unit 131. Send to.

このような構成を備えたレーザ計測部110は、レーザダイオード111で発振したレーザ光を、孔あきミラー112の孔と回転ミラー113を経由して施工対象に照射する一方、施工対象で反射してきた戻り光を、回転ミラー113、孔あきミラー112(中央の孔の周りの反射面)、及び集光レンズ115を経由して戻り光検出用フォトダイオード116で検出する。また、レーザ計測部110は、モータ101を駆動してスキャン本体100Bを鉛直軸の周りで回転しながら、モータ114を駆動して垂直面内でレーザ光を走査し、これにより、鉛直軸を中心とする360°全周についてほぼ全天方向からの戻り光を検出して、周囲の位置情報を取得する。 The laser measuring unit 110 having such a configuration irradiates the construction target with the laser light oscillated by the laser diode 111 via the holes of the perforated mirror 112 and the rotating mirror 113, while reflecting the laser light on the construction target. The return light is detected by the return light detection photodiode 116 via the rotating mirror 113, the perforated mirror 112 (reflecting surface around the central hole), and the condenser lens 115. Further, the laser measuring unit 110 drives the motor 101 to rotate the scanning body 100B around the vertical axis, and drives the motor 114 to scan the laser beam in the vertical plane, thereby centering on the vertical axis. The return light from almost the entire sky is detected for the entire circumference of 360 °, and the surrounding position information is acquired.

撮像部120は、全方位(全天球)カメラ121から構成され、施工対象を撮像してカラー画像を取得する。 The imaging unit 120 is composed of an omnidirectional (omnidirectional) camera 121, images a construction target, and acquires a color image.

全方位カメラ121は、一方の側を向く画角180°の魚眼レンズ121aと他方の側を向く画角180°の魚眼レンズ121bとを有しており、全方位の景色をカラー撮像することができる。全方位カメラ121は、スキャナ本体100Bの上部に、それぞれの魚眼レンズ121a,121bが水平方向を向くように取り付けられている。全方位カメラ121は、2つの魚眼レンズ121a,121bを通し、それぞれの魚眼レンズに対応する撮像素子(不図示)によって検出されたそれぞれの信号を合成して一つの全方位カラー画像を作成する。したがって、全方位カラー画像の各画素は色情報(例えば、RGB色情報)を含む。 The omnidirectional camera 121 has a fisheye lens 121a having an angle of view of 180 ° facing one side and a fisheye lens 121b having an angle of view of 180 ° facing the other side, and can perform color imaging of an omnidirectional landscape. The omnidirectional camera 121 is attached to the upper part of the scanner body 100B so that the fisheye lenses 121a and 121b face each other in the horizontal direction. The omnidirectional camera 121 passes through the two fisheye lenses 121a and 121b, and synthesizes the respective signals detected by the image sensor (not shown) corresponding to each fisheye lens to create one omnidirectional color image. Therefore, each pixel of the omnidirectional color image includes color information (for example, RGB color information).

スキャンデータ生成部131を含むスキャナ処理部130は、各種データ処理を行う他、3Dレーザスキャナ100の動作を制御する。そのために、スキャナ処理部130は、記憶部132を有し、記憶部132にデータを一時的又は恒久的に記憶する。 The scanner processing unit 130 including the scan data generation unit 131 performs various data processing and controls the operation of the 3D laser scanner 100. Therefore, the scanner processing unit 130 has a storage unit 132, and stores data in the storage unit 132 temporarily or permanently.

スキャンデータ生成部131は、レーザ計測部110と撮像部120に接続されており、レーザ計測部110が検出した戻り光をもとに全方位の点群データD1を生成するとともに撮像部120が取得したカラー画像をもとに全方位カラー画像を作成し全方位のカラーデータD2を生成する。また、スキャンデータ生成部131は、点群データD1とカラーデータD2を用いて、送信単位毎のスキャンデータD3を生成する。スキャンデータ生成部131は、点群データD1を生成する際、一の点データと当該一の点データの直前に取得した別の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成する。さらに、スキャンデータ生成部131は、合成部131aを有しており、合成部131aにおいて、点群データD1とカラーデータD2とを合成してスキャンデータD3を生成する。スキャンデータD3は適当な形式(例えば、zip形式)に圧縮してもよい。 The scan data generation unit 131 is connected to the laser measurement unit 110 and the image pickup unit 120, and generates point group data D1 in all directions based on the return light detected by the laser measurement unit 110 and is acquired by the image pickup unit 120. An omnidirectional color image is created based on the generated color image, and omnidirectional color data D2 is generated. Further, the scan data generation unit 131 uses the point cloud data D1 and the color data D2 to generate scan data D3 for each transmission unit. When the scan data generation unit 131 generates the point cloud data D1, the point cloud includes the difference point cloud data using the difference value between one point data and another point data acquired immediately before the one point data. Generate data. Further, the scan data generation unit 131 has a synthesis unit 131a, and the synthesis unit 131a combines the point cloud data D1 and the color data D2 to generate the scan data D3. The scan data D3 may be compressed into an appropriate format (for example, zip format).

点群データD1とカラーデータD2の合成について説明する。図3(a)及び図3(b)に示すように、レーザ計測部110と撮像部120は異なる場所に設置されている。したがって、スキャンデータ生成部131において生成された全方位の点群データの座標原点は全方位カメラ121において作成された全方位カラー画像の視点中心と異なることになる。(原点差異)
また、仮に全方位の点群データの座標原点と全方位カラー画像の視点中心が同一であるとしても、光学系の各種収差等が影響することにより、周囲に存在する物体に対する水平角情報および垂直角情報が全方位の点群データと全方位カラー画像とでは差異を生じてしまう場合があり、必ずしも一致しない。(座標誤差)
そのため、個々の3Dレーザスキャナ100において、製造時又は出荷前に、原点差異や座標誤差を解消させるための処理(キャリブレーション)が行われている。具体的に、キャリブレーションでは、3Dレーザスキャナ100の周囲にマーカと呼ばれる特徴点となるものを配置した上で周囲を走査し、得られた全方位の点群データと全方位カラー画像とにおいて、このマーカに対する水平角情報および垂直角情報を一致させる変換パラメーターを演算によって求める、といった処理を行う。この変換パラメーターは、例えば、全方位カラー画像での立体座標値を全方位の点群データの立体座標値に変換する際のマトリックス演算に用いる数列である。このような変換パラメーターを利用することによりカラーデータの座標系が較正されて、点群データの各点について該点に対応したカラーデータ画素が割り付けされている。
マーカは少なくとも3つ必要であるが、数が多いほど変換パラメーターの精度が向上する。マーカは形状や色彩のコントラストが強い物体であり、例えば市松模様に塗装された板状のものであったり、あるいは白色など高い反射率の球状のものであったりする。したがって、点群データD1の各点には適正なカラーデータD2が付与される。その結果、スキャンデータ生成部131は、点群データD1の各データに、これに対応するカラーデータD2の画素が有するカラー情報を加えて、スキャンデータD3を生成できる。
The composition of the point cloud data D1 and the color data D2 will be described. As shown in FIGS. 3A and 3B, the laser measuring unit 110 and the imaging unit 120 are installed at different locations. Therefore, the coordinate origin of the omnidirectional point cloud data generated by the scan data generation unit 131 is different from the viewpoint center of the omnidirectional color image created by the omnidirectional camera 121. (Origin difference)
Even if the coordinate origin of the omnidirectional point group data and the viewpoint center of the omnidirectional color image are the same, the horizontal angle information and the vertical with respect to the surrounding objects are affected by various aberrations of the optical system. The angle information may differ between the omnidirectional point group data and the omnidirectional color image, and they do not always match. (Coordinate error)
Therefore, in each 3D laser scanner 100, a process (calibration) for eliminating the origin difference and the coordinate error is performed at the time of manufacturing or before shipping. Specifically, in the calibration, after arranging feature points called markers around the 3D laser scanner 100, the surroundings are scanned, and the obtained omnidirectional point group data and the omnidirectional color image are obtained. Processing such as obtaining a conversion parameter that matches the horizontal angle information and the vertical angle information for this marker by calculation is performed. This conversion parameter is, for example, a sequence of numbers used in the matrix calculation when converting the stereoscopic coordinate value in the omnidirectional color image into the stereoscopic coordinate value of the point cloud data in the omnidirectional direction. By using such conversion parameters, the coordinate system of the color data is calibrated, and the color data pixels corresponding to the points are assigned to each point of the point cloud data.
At least three markers are required, but the larger the number, the better the accuracy of the conversion parameters. The marker is an object having a strong contrast in shape and color, for example, a plate-like object painted in a checkered pattern, or a spherical object having a high reflectance such as white. Therefore, appropriate color data D2 is assigned to each point of the point cloud data D1. As a result, the scan data generation unit 131 can generate the scan data D3 by adding the color information possessed by the pixels of the color data D2 corresponding to each data of the point cloud data D1.

スキャンデータ送信部141を含む通信部140は、外部機器とのデータの授受を行う。スキャンデータ送信部141は、スキャンデータ生成部131に接続され、スキャンデータ生成部131から送信単位毎のスキャンデータD3を受け取る。スキャンデータ送信部141は、有線又は無線(例えば、WiFi)により、外部機器に向けて、送信単位毎のスキャンデータD3を逐次送信する。 The communication unit 140 including the scan data transmission unit 141 exchanges data with and from an external device. The scan data transmission unit 141 is connected to the scan data generation unit 131, and receives scan data D3 for each transmission unit from the scan data generation unit 131. The scan data transmission unit 141 sequentially transmits scan data D3 for each transmission unit to an external device by wire or wirelessly (for example, WiFi).

(2−2.情報処理装置200の構成)
図2に戻り、情報処理装置200は、コンピュータであり、データ通信を行う情報通信部210とデータ処理を行う情報処理部220とを有している。情報処理装置200は、3Dレーザスキャナ100から送信されたスキャンデータD3を用いて3D測量データD4を生成する。
(2-2. Configuration of information processing device 200)
Returning to FIG. 2, the information processing device 200 is a computer, and has an information communication unit 210 that performs data communication and an information processing unit 220 that performs data processing. The information processing device 200 generates 3D survey data D4 using the scan data D3 transmitted from the 3D laser scanner 100.

情報通信部210は、情報受信部211と情報送信部212とを含み、有線又は無線(例えば、WiFi)によりデータの授受を行う。情報受信部211は、3Dレーザスキャナ100のスキャンデータ送信部141に接続され、3Dレーザスキャナ100からスキャンデータD3を受信する。情報送信部212は、情報処理部220がデータ処理したデータを送信する。 The information communication unit 210 includes an information reception unit 211 and an information transmission unit 212, and transfers data by wire or wirelessly (for example, WiFi). The information receiving unit 211 is connected to the scan data transmitting unit 141 of the 3D laser scanner 100, and receives the scan data D3 from the 3D laser scanner 100. The information transmission unit 212 transmits the data processed by the information processing unit 220.

情報処理部220は、情報演算部221と情報記憶部222とを含み、情報処理装置200の各部の制御やデータ処理等を行う。情報演算部221はCPUであり、情報処理装置200の各部の制御やデータ処理を司る。情報記憶部222は、メモリであり、情報受信部211で受信したデータ、情報演算部221が処理するデータを記憶する。情報記憶部222には、3Dレーザスキャナシステム10を測量に使用する際、事前に3D設計データ等の施工目標とする目標形状データD50を記憶させておく。情報処理部220は、3Dレーザスキャナシステム10を使った測量時、スキャンデータD3に基づき、3D測量データD4を生成する。なお、3D測量データD4のうち、施工現場の現況を示すデータを現況形状データD40という。 The information processing unit 220 includes an information calculation unit 221 and an information storage unit 222, and controls each unit of the information processing device 200, performs data processing, and the like. The information calculation unit 221 is a CPU, and controls each unit of the information processing device 200 and controls data processing. The information storage unit 222 is a memory, and stores data received by the information receiving unit 211 and data processed by the information calculation unit 221. When the 3D laser scanner system 10 is used for surveying, the information storage unit 222 stores the target shape data D50, which is a construction target such as 3D design data, in advance. The information processing unit 220 generates 3D survey data D4 based on the scan data D3 during surveying using the 3D laser scanner system 10. Of the 3D survey data D4, the data indicating the current state of the construction site is referred to as the current state shape data D40.

情報処理部220は現況形状データD40と目標形状データD50との比較結果を示す提示データD60を生成する。情報記憶部222は、目標形状データD50として複数の中間目標形状データを記憶可能である。情報処理部220は、現況形状データと中間目標形状データとの比較結果に基づく提示データD60として中間提示データを生成することも可能である。情報処理部220は、これら3D測量データD4としての現況形状データD40、目標形状データD50、及び提示データD60を基に、提示装置300に出力させるための出力データD8を生成する。 The information processing unit 220 generates presentation data D60 showing a comparison result between the current shape data D40 and the target shape data D50. The information storage unit 222 can store a plurality of intermediate target shape data as the target shape data D50. The information processing unit 220 can also generate the intermediate presentation data as the presentation data D60 based on the comparison result between the current shape data and the intermediate target shape data. The information processing unit 220 generates output data D8 to be output to the presentation device 300 based on the current shape data D40, the target shape data D50, and the presentation data D60 as the 3D survey data D4.

(2−3.提示装置300の構成)
提示装置は、ディスプレイやスピーカといった画像、映像、音、振動、等によるヒューマンインターフェイスデバイスである。実施形態1において、提示装置300はディスプレイである。提示装置300は、デバイス通信部310とデバイス処理部320とデータ出力(提示)を行うデバイス出力部330とを備えている。提示装置300は、情報処理装置200が生成する出力データD8を受信して、ディスプレイ画面上に測量結果を出力(表示)する。
(2-3. Configuration of presentation device 300)
The presenting device is a human interface device such as a display or a speaker that uses images, videos, sounds, vibrations, and the like. In the first embodiment, the presentation device 300 is a display. The presenting device 300 includes a device communication unit 310, a device processing unit 320, and a device output unit 330 that outputs (presents) data. The presentation device 300 receives the output data D8 generated by the information processing device 200 and outputs (displays) the survey result on the display screen.

デバイス通信部310は、デバイス受信部311を有しており、有線又は無線(例えば、WiFi)によりデータ通信を行う。デバイス受信部311は、情報処理装置200に接続され、情報処理装置200から出力データD8を受信する。 The device communication unit 310 has a device reception unit 311 and performs data communication by wire or wirelessly (for example, WiFi). The device receiving unit 311 is connected to the information processing device 200 and receives the output data D8 from the information processing device 200.

デバイス処理部320は、デバイス通信部310が受信したデータの処理や、提示装置300の各部の制御等を行う。 The device processing unit 320 processes the data received by the device communication unit 310, controls each unit of the presentation device 300, and the like.

デバイス出力部330は、モニター画面であり、デバイス処理部320の制御に従ってデバイス通信部310が受信した3D測量データD4である現況形状データや提示データを表示する。 The device output unit 330 is a monitor screen, and displays current shape data and presentation data which are 3D survey data D4 received by the device communication unit 310 under the control of the device processing unit 320.

図4は、実施形態1に係る提示装置300に表示されるヒートマップである。
図5は、実施形態1に係る提示装置300に表示される作業状況である。図5(a)は全体進捗状況が示し、図5(b)は特定断面の掘削状況を示す。
FIG. 4 is a heat map displayed on the presentation device 300 according to the first embodiment.
FIG. 5 is a work situation displayed on the presentation device 300 according to the first embodiment. FIG. 5 (a) shows the overall progress status, and FIG. 5 (b) shows the excavation status of a specific cross section.

提示装置300は、情報処理装置200によって現況形状データD40と目標形状データD50とを比較して得られた提示データD60に基づいて生成された出力データD8を用いて、図4に示すように、色分けされた(図4ではハッチングの違いとして示している。)ヒートマップを表示してもよい。ヒートマップは、例えば、目標形状データD50に対して、目標の高さ範囲よりも高い区画A1を青色(削り不足)、目標高さ範囲にある区画A2を緑色(適切な施工)、又は、目標高さ範囲よりも低い区画A3を赤色(削りすぎ)で表示した形状データである。
また、提示装置300は、情報処理装置200によって現況形状データD40、目標形状データD50、及び作業を行っている建設機械を示す建設作業機械形状データD70を重ね合わせた出力データD8を生成し、この出力データD8を用いて図5(a)に示す全体的な進捗状況を示す形状データを表示してもよい。
また、提示装置300は、出力データD8を使用して、図5(b)に示す、任意の断面の掘削状況を示す形状データを表示してもよい。
さらに、提示装置300は、出力データD8を、視覚用デバイス以外のデバイスに出力して提示してもよい。例えば、情報処理装置200によって、現況形状データの示す高さが目標形状データの示す高さよりも低くなったとき、出力データを用いてスピーカ等の発音装置から警告音を発してもよい。
As shown in FIG. 4, the presentation device 300 uses the output data D8 generated based on the presentation data D60 obtained by comparing the current shape data D40 and the target shape data D50 by the information processing device 200. A color-coded heat map (shown as a difference in hatching in FIG. 4) may be displayed. In the heat map, for example, for the target shape data D50, the section A1 higher than the target height range is blue (insufficient cutting), the section A2 in the target height range is green (appropriate construction), or the target. This is shape data in which the section A3 lower than the height range is displayed in red (over-cut).
Further, the presentation device 300 generates output data D8 by superimposing the current shape data D40, the target shape data D50, and the construction work machine shape data D70 indicating the construction machine performing the work by the information processing device 200. The output data D8 may be used to display shape data showing the overall progress shown in FIG. 5 (a).
Further, the presenting device 300 may use the output data D8 to display the shape data showing the excavation status of an arbitrary cross section shown in FIG. 5 (b).
Further, the presentation device 300 may output the output data D8 to a device other than the visual device and present it. For example, when the height indicated by the current shape data becomes lower than the height indicated by the target shape data by the information processing device 200, a warning sound may be emitted from a sounding device such as a speaker using the output data.

(3.実施形態1に係る建設工事方法)
図6は、実施形態1に係る建設工事方法を示すフローチャートである。図示するように、実施形態1に係る建設工事方法は、施工前の測量を行う第1工程S1と、施工計画を策定する第2工程S2と、施工を行う第3工程S3と、施工後の検査を行う第4工程S4をこの順序で実施する。実施形態1の建設工事方法では、全工程が3Dデータを活用して施工管理が行われる。
(3. Construction method according to the first embodiment)
FIG. 6 is a flowchart showing the construction work method according to the first embodiment. As shown in the figure, the construction method according to the first embodiment includes a first process S1 for conducting a survey before construction, a second process S2 for formulating a construction plan, a third process S3 for performing construction, and a post-construction method. The fourth step S4 for inspecting is carried out in this order. In the construction method of the first embodiment, the construction management is performed by utilizing the 3D data in all the processes.

第1工程S1では、ドローン、トータルステーション、3Dレーザスキャナシステム等を用いて、施工前の建設現場を3D測量し、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する。 In the first step S1, a drone, a total station, a 3D laser scanner system, or the like is used to perform a 3D survey of the construction site before construction, and acquire initial shape data which is shape data of the construction target before construction.

第2工程S2では、初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する。例えば、第2工程S2では、初期形状データと目標形状データである設計データとを用いて、初期形状データと目標形状データの差から切り土量と盛り土量の算出をし、工数、工期、及び費用の算出をし、具体的に施工計画を策定する。 In the second step S2, a construction plan is formulated based on the initial shape data and the target shape data as the construction target. For example, in the second step S2, the initial shape data and the design data which is the target shape data are used to calculate the cutting amount and the filling amount from the difference between the initial shape data and the target shape data, and the man-hours, the construction period, and the filling amount are calculated. Calculate the cost and formulate a concrete construction plan.

第3工程S3では、施工計画に従って、建設作業機械1を用いて施工を行う。このとき、建設作業機械1に搭載された3Dレーザスキャナシステム10が作成した3D測量データである現況形状データと目標形状データとを利用して作業を進める。 In the third step S3, construction is performed using the construction work machine 1 according to the construction plan. At this time, the work proceeds using the current shape data and the target shape data, which are 3D survey data created by the 3D laser scanner system 10 mounted on the construction work machine 1.

図7は、実施形態1の第3工程S3における測量の様子を示す図である。第3工程S3では、建設作業機械1のオペレータは、図7に示すように、施工対象に対して3Dレーザスキャナ100を含む3Dレーザスキャナシステム10を用いて施工対象を測量する。3Dレーザスキャナシステム10による3D測量においては、点群データを利用して3D測量データが生成される。3Dレーザスキャナシステム10による測量結果は、車内の提示装置300に、即時表示される。建設作業機械1のオペレータは、測量結果を参照しながら作業を進めることができる。3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法の詳細については、後述する。 FIG. 7 is a diagram showing a state of surveying in the third step S3 of the first embodiment. In the third step S3, as shown in FIG. 7, the operator of the construction work machine 1 surveys the construction target using the 3D laser scanner system 10 including the 3D laser scanner 100. In the 3D survey by the 3D laser scanner system 10, 3D survey data is generated using the point cloud data. The survey result by the 3D laser scanner system 10 is immediately displayed on the presentation device 300 in the vehicle. The operator of the construction work machine 1 can proceed with the work while referring to the survey result. Details of the surveying method using the 3D laser scanner system 10 will be described later.

第4工程S4では、施工後の施工対象について、3Dレーザスキャナ等を使用して検査対象の形状データを取得する。第4工程S4では、検査対象の形状データが目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う。検査に合格すれば、建設工事が終了となる。3Dレーザスキャナ(3Dレーザスキャナシステム)を用いた3D測量データの精度は高いことから、第4工程S4では、検査対象の形状データとして、第3工程S3で3Dレーザスキャナシステム10が最終的に生成した3D測量データD4を用いることが好ましい。 In the fourth step S4, the shape data of the inspection target is acquired by using a 3D laser scanner or the like for the construction target after the construction. In the fourth step S4, it is inspected whether or not the shape data to be inspected conforms to the target shape data. If the inspection is passed, the construction work will be completed. Since the accuracy of the 3D survey data using the 3D laser scanner (3D laser scanner system) is high, the 3D laser scanner system 10 is finally generated in the third step S3 as the shape data to be inspected in the fourth step S4. It is preferable to use the 3D survey data D4.

(4.実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法)
図8は、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法を示す。図示する測量作業は、第3工程S3中の作業の合間に行われ、建設作業機械1の移動や作業に伴って3Dレーザスキャナ100と施工対象との位置関係や施工対象の状況が変化する中で行われる。
3Dレーザスキャナ100の絶対位置(機械座標)を得るために、施工環境中に一つ又は複数のマーカを固定し、3Dレーザスキャナ100とマーカとの相対的位置関係を算出する。
グローバル・ポジショニング・システム(GPS)を用いて3Dレーザスキャナ100の絶対位置を把握してもよい。
その他、撮像部20の撮像によって得られた画像から3Dレーザスキャナ100の絶対位置を把握するようにしてもよい。
(4. Surveying method using the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment)
FIG. 8 shows a surveying method using the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment. The surveying work shown in the figure is performed between the work in the third step S3, and the positional relationship between the 3D laser scanner 100 and the construction target and the condition of the construction target change as the construction work machine 1 moves and works. It is done in.
In order to obtain the absolute position (machine coordinates) of the 3D laser scanner 100, one or more markers are fixed in the construction environment, and the relative positional relationship between the 3D laser scanner 100 and the markers is calculated.
The absolute position of the 3D laser scanner 100 may be determined using the Global Positioning System (GPS).
In addition, the absolute position of the 3D laser scanner 100 may be grasped from the image obtained by the imaging of the imaging unit 20.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法は、図8に示すように、3Dレーザスキャナ処理工程10、情報処理装置処理工程20、及び提示装置処理工程30を含む。実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10を用いた測量方法では、3Dレーザスキャナ処理工程10、情報処理装置処理工程20、提示装置処理工程30がそれぞれ、3Dレーザスキャナ100、情報処理装置200、及び提示装置300で実行される。 As shown in FIG. 8, the surveying method using the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment includes a 3D laser scanner processing step 10, an information processing device processing step 20, and a presentation device processing step 30. In the surveying method using the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment, the 3D laser scanner processing step 10, the information processing device processing step 20, and the presentation device processing step 30 are the 3D laser scanner 100, the information processing device 200, and the information processing device 200, respectively. It is executed by the presentation device 300.

3Dレーザスキャナ処理工程10では、撮像ステップS11、レーザ計測ステップS12、スキャンデータ生成ステップS13、スキャンデータ送信ステップS14及び測量終了判定ステップS15が、3Dレーザスキャナ100によって実行される。撮像ステップS11とレーザ計測ステップS12は、いずれのステップを先に実行してもよいし、同時に実行してもよい。 In the 3D laser scanner processing step 10, the imaging step S11, the laser measurement step S12, the scan data generation step S13, the scan data transmission step S14, and the survey completion determination step S15 are executed by the 3D laser scanner 100. The imaging step S11 and the laser measurement step S12 may be executed first, or may be executed at the same time.

撮像ステップS11では、撮像部120における全方位カメラ121によって、撮像部120を回転させることなく施工対象を撮像し、1度の撮像で施工対象全範囲のカラー画像を得る。得られたカラー画像は、スキャンデータ生成部131に送られて、スキャナ処理部130の記憶部132に記憶される。撮像ステップS11は、適宜のタイミングで繰り返し行われる。 In the imaging step S11, the omnidirectional camera 121 in the imaging unit 120 images the construction target without rotating the imaging unit 120, and a color image of the entire range of the construction target is obtained by one imaging. The obtained color image is sent to the scan data generation unit 131 and stored in the storage unit 132 of the scanner processing unit 130. The imaging step S11 is repeated at an appropriate timing.

レーザ計測ステップS12では、レーザ計測部110によって、施工対象にレーザを照射するとともに、施工対象で反射したレーザ光を検出する。検出された戻り光は電気信号に変換される。変換された信号は、順次スキャンデータ生成部131に送られ、スキャナ処理部130の記憶部132に記憶される。 In the laser measurement step S12, the laser measurement unit 110 irradiates the construction target with a laser and detects the laser beam reflected by the construction target. The detected return light is converted into an electrical signal. The converted signals are sequentially sent to the scan data generation unit 131 and stored in the storage unit 132 of the scanner processing unit 130.

スキャンデータ生成ステップS13では、レーザ計測ステップS12で得られた戻り光の信号を送信単位相当毎に区切り、そこに含まれる施工対象の所定の範囲内の位置情報を算出して送信単位毎の点群データD1を生成する。送信単位となる点群データは、1点の点データだけの場合もあり得る。次に、スキャンデータ生成ステップS13では、撮像ステップS11で直近に得られたカラー画像から、送信単位毎の点群データD1に対応する位置の色彩情報を取得してカラーデータD2を生成する。次に、スキャンデータ生成ステップS13では、送信単位毎の点群データD1とカラーデータD2とを合成し、送信単位毎のスキャンデータD3(カラー点群データ)を生成する。スキャンデータ生成ステップS13は、撮像ステップS11及びレーザ計測ステップS12を実行している最中でも、これら両ステップS11,S12実行途中で送られてくるカラー画像及び戻り光に基づく信号が揃えば開始できるため、これらステップS11,S12が並行して実行される。 In the scan data generation step S13, the return light signal obtained in the laser measurement step S12 is divided into units corresponding to transmission units, position information within a predetermined range of the construction target included therein is calculated, and points for each transmission unit are calculated. Group data D1 is generated. The point cloud data as a transmission unit may be only one point data. Next, in the scan data generation step S13, the color information of the position corresponding to the point cloud data D1 for each transmission unit is acquired from the color image recently obtained in the imaging step S11, and the color data D2 is generated. Next, in the scan data generation step S13, the point cloud data D1 and the color data D2 for each transmission unit are combined to generate the scan data D3 (color point cloud data) for each transmission unit. Since the scan data generation step S13 can be started even while the imaging step S11 and the laser measurement step S12 are being executed, if the signals based on the color image and the return light sent during the execution of both steps S11 and S12 are aligned. , These steps S11 and S12 are executed in parallel.

スキャンデータ送信ステップS14では、スキャンデータ生成ステップS13で得られた送信単位毎のスキャンデータD3を逐次情報処理装置200に送信する。 In the scan data transmission step S14, the scan data D3 for each transmission unit obtained in the scan data generation step S13 is sequentially transmitted to the information processing apparatus 200.

測量終了判定ステップS15では、測量が完了したかを判定する。この判定は、例えば、記憶部132に記憶された戻り光の信号がすべてスキャンデータD3に処理されたかを確認することによって行われる。測量が未完了であればスキャンデータ生成ステップS13に戻り、測量が完了すると3Dレーザスキャナ処理工程10を終了する。 In the survey end determination step S15, it is determined whether the survey is completed. This determination is performed, for example, by confirming whether all the return light signals stored in the storage unit 132 have been processed by the scan data D3. If the survey is not completed, the process returns to the scan data generation step S13, and when the survey is completed, the 3D laser scanner processing step 10 is completed.

情報処理装置処理工程20では、スキャンデータ受信ステップS21、3D測量データ生成ステップS22、提示データ生成ステップS23、出力データ生成ステップS24、出力データ送信ステップS25及び測量終了判定ステップS26が、この順序で情報処理装置200によって実行される。 In the information processing apparatus processing step 20, scan data reception step S21, 3D survey data generation step S22, presentation data generation step S23, output data generation step S24, output data transmission step S25, and survey end determination step S26 provide information in this order. It is executed by the processing device 200.

スキャンデータ受信ステップS21では、情報通信部210の情報受信部211が、スキャンデータ送信ステップS14で逐次送信された送信単位毎のスキャンデータD3を受信する。受信された送信単位毎のスキャンデータD3は、情報処理部220に送られる。 In the scan data reception step S21, the information reception unit 211 of the information communication unit 210 receives the scan data D3 for each transmission unit sequentially transmitted in the scan data transmission step S14. The received scan data D3 for each transmission unit is sent to the information processing unit 220.

3D測量データ生成ステップS22では、情報処理部220が送信単位毎のスキャンデータD3を用いて、送信単位毎の現況形状データD40を含む3D測量データD4を逐次生成する。 In the 3D survey data generation step S22, the information processing unit 220 sequentially generates 3D survey data D4 including the current shape data D40 for each transmission unit using the scan data D3 for each transmission unit.

ここで「逐次生成」とは、測量領域のデータがすべて揃うのを待たず、入力されてくるデータ(例えば、直近に取得したデータ)を逐次処理して3D測量データD4を生成することをいう。 Here, "sequential generation" means to generate 3D survey data D4 by sequentially processing the input data (for example, the most recently acquired data) without waiting for all the data in the survey area to be prepared. ..

3D測量データD4の逐次生成について、図9〜図11を用いてさらに説明する。
図9は、従来の3D測量データの生成処理を示す。
図10は、3D測量データD4の生成(逐次生成)処理を示す。特に、図10(a)は所定の数の点(例えば、1列分の点)ごとに3D測量データD4を生成する処理を示し、図10(b)は1点ごとに3D測量データD4を生成する処理を示す。
図11は、別の3D測量データD4の生成処理であって、3Dレーザスキャナシステム10が測定可能な全範囲よりも小さい範囲について、3D測量データD4を生成する処理を示す。
これらの図9〜図11において、白い四角形は生成処理が行われていない3D測量データを表し、黒い四角形は生成処理が行われた3D測量データを示す。
The sequential generation of the 3D survey data D4 will be further described with reference to FIGS. 9 to 11.
FIG. 9 shows a conventional 3D survey data generation process.
FIG. 10 shows the generation (sequential generation) processing of the 3D survey data D4. In particular, FIG. 10A shows a process of generating 3D survey data D4 for each predetermined number of points (for example, points for one column), and FIG. 10B shows 3D survey data D4 for each point. The process to be generated is shown.
FIG. 11 shows another 3D survey data D4 generation process for generating 3D survey data D4 for a range smaller than the entire measurable range of the 3D laser scanner system 10.
In these FIGS. 9 to 11, the white squares represent the 3D survey data that has not been generated, and the black squares represent the 3D survey data that has been generated.

3Dレーザスキャナによって得られる各点の情報は、垂直面内の回転角(高度角)θ、水平面内の回転角(水平角)φ、3Dレーザスキャナの機械座標から測定対象(施工対象)までの距離rを含む。ただし、理解を容易にするために、図9〜図11は、高度角θと水平角φだけを使って、3D測量データを平面に展開して示している。 The information of each point obtained by the 3D laser scanner is from the rotation angle (altitude angle) θ in the vertical plane, the rotation angle (horizontal angle) φ in the horizontal plane, to the mechanical coordinates of the 3D laser scanner to the measurement target (construction target). Includes distance r. However, for ease of understanding, FIGS. 9 to 11 show the 3D survey data expanded on a plane using only the altitude angle θ and the horizontal angle φ.

従来の測量方法においては、図9に示すように、3Dレーザスキャナが測定したすべてのデータを一度に処理して3D測量データを生成していた。この場合、当該測定点の数に相応する数の点群データが一度にまとめて処理される。 In the conventional surveying method, as shown in FIG. 9, all the data measured by the 3D laser scanner is processed at once to generate 3D survey data. In this case, a number of point cloud data corresponding to the number of measurement points are collectively processed at one time.

この方法によれば、3Dレーザスキャナは膨大な数の測定点の情報を取得するため、一測量あたりのデータ処理量が相当大きく、データ処理時間が相当長くなる(例えば、数時間程度から半日程度)。そのため、従来の測量方法では、建設工事の第3工程中(施工工程中)に行った測量の結果を、第3工程の作業に活用できなかった。 According to this method, since the 3D laser scanner acquires information on a huge number of measurement points, the amount of data processing per survey is considerably large, and the data processing time is considerably long (for example, about several hours to about half a day). ). Therefore, in the conventional surveying method, the result of the survey performed during the third process of the construction work (during the construction process) cannot be utilized for the work of the third process.

これに対し、実施形態1の測量方法では、図10(a)及び図10(b)に示すように、3Dレーザスキャナ100が取得したすべての点群データD1を一度に処理せず、所定量の点群データが取得される度に順次処理し、当該処理を行った部分について3D測量データD4の生成を行う。このようにすることで、一度に処理すべきデータの量を少なくでき、その結果、データ処理の時間を短縮できる。 On the other hand, in the surveying method of the first embodiment, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), all the point cloud data D1 acquired by the 3D laser scanner 100 is not processed at once, and a predetermined amount is used. Each time the point cloud data of No. 1 is acquired, the processing is sequentially performed, and the 3D survey data D4 is generated for the processed portion. By doing so, the amount of data to be processed at one time can be reduced, and as a result, the data processing time can be shortened.

なお、3Dレーザスキャナ100が走査可能なすべての範囲について距離測定を行ってもよいし、その範囲のうちの一部についてのみ(例えば、施工対象の範囲のみ。図11参照。)行ってもよい。 The distance may be measured in the entire range that can be scanned by the 3D laser scanner 100, or only a part of the range (for example, only the range to be constructed. See FIG. 11). ..

提示データ生成ステップS23では、情報処理部220が、3D測量データ生成ステップS22で生成された現況形状データD40と測量開始時に情報記憶部222に記憶されている目標形状データD50とを比較し、所望の目的に応じて提示データD60を生成する。例えば、図4に示すヒートマップを生成する。 In the presentation data generation step S23, the information processing unit 220 compares the current shape data D40 generated in the 3D survey data generation step S22 with the target shape data D50 stored in the information storage unit 222 at the start of the survey, and is desired. The presentation data D60 is generated according to the purpose of. For example, the heat map shown in FIG. 4 is generated.

出力データ生成ステップS24では、情報処理部220が現況形状データD40、目標形状データD50、及び提示データD60等に基づいて、提示装置300に提示させたいデータとして送信単位毎の出力データD8を生成する。 In the output data generation step S24, the information processing unit 220 generates output data D8 for each transmission unit as data to be presented to the presentation device 300 based on the current shape data D40, the target shape data D50, the presentation data D60, and the like. ..

出力データ送信ステップS25では、出力データ生成ステップS24で生成された送信単位毎の出力データD8が、情報送信部212によって逐次提示装置300に送信される。 In the output data transmission step S25, the output data D8 for each transmission unit generated in the output data generation step S24 is sequentially transmitted to the presentation device 300 by the information transmission unit 212.

測量終了判定ステップS26では、測量が完了したかを判定(例えば、最終の出力データD8が出力されたか否か判定)し、完了するとスキャンデータ受信ステップS21に戻り、完了すると情報処理装置処理工程20を終了する。 In the survey end determination step S26, it is determined whether the survey is completed (for example, whether or not the final output data D8 is output), and when completed, the process returns to the scan data receiving step S21, and when completed, the information processing apparatus processing step 20 To finish.

提示装置処理工程30では、出力データ受信ステップS31、出力データ提示ステップS32、更新判定ステップS33が順次提示装置300で実行される。 In the presentation device processing step 30, the output data reception step S31, the output data presentation step S32, and the update determination step S33 are sequentially executed by the presentation device 300.

出力データ受信ステップS31では、デバイス通信部310のデバイス受信部311が、出力データ送信ステップS25で逐次送信された送信単位毎の出力データD8を受信する。受信された送信単位毎の出力データD8は、デバイス処理部320に送られる。 In the output data reception step S31, the device reception unit 311 of the device communication unit 310 receives the output data D8 for each transmission unit sequentially transmitted in the output data transmission step S25. The received output data D8 for each transmission unit is sent to the device processing unit 320.

出力データ提示ステップS32では、送信単位毎の出力データD8に基づくデバイス処理部320の制御により、デバイス出力部330が施工対象の3D画像を表示する。 In the output data presentation step S32, the device output unit 330 displays the 3D image to be constructed by controlling the device processing unit 320 based on the output data D8 for each transmission unit.

更新判定ステップS33では、新たな出力データD8を受信すると、新たな出力データD8に基づくデバイス処理部320の制御によって、デバイス出力部330が表示画面を更新する。 In the update determination step S33, when the new output data D8 is received, the device output unit 330 updates the display screen under the control of the device processing unit 320 based on the new output data D8.

(5.実施形態1の効果)
実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100では、撮像部120は全方位カメラ121を備えており、この全方位カメラ121で施工対象を撮像してそのカラー画像を取得する。特に、全方位のカラー画像を取得する場合でも、撮像部120を回転移動させる必要がないため、撮像時間を短縮きる。また、全方位カメラ121は施工対象のカラー画像を一の画像として取得可能である。そのため、複数枚のカラー画像を合成する必要がなく、画像処理に要する時間を短縮できる。
(5. Effect of Embodiment 1)
In the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, the imaging unit 120 includes an omnidirectional camera 121, and the omnidirectional camera 121 captures an image of a construction target and acquires a color image thereof. In particular, even when acquiring a color image in all directions, it is not necessary to rotate the imaging unit 120, so that the imaging time can be shortened. Further, the omnidirectional camera 121 can acquire a color image to be constructed as one image. Therefore, it is not necessary to combine a plurality of color images, and the time required for image processing can be shortened.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100によれば、レーザ計測部110が検出した点群データD1と撮像部120が取得したカラーデータD2から送信単位毎のスキャンデータD3を生成するスキャンデータ生成部131を備えている。そのため、3Dレーザスキャナ100によれば、点群データD1を送信単位毎にデータ量を小さくして扱うことができるため、スキャンデータD3の生成時間を短くできる。 According to the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, the scan data generation unit 131 that generates scan data D3 for each transmission unit from the point cloud data D1 detected by the laser measurement unit 110 and the color data D2 acquired by the imaging unit 120. It has. Therefore, according to the 3D laser scanner 100, the point cloud data D1 can be handled with a small amount of data for each transmission unit, so that the generation time of the scan data D3 can be shortened.

また、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100によれば、送信単位毎のスキャンデータD3を送信するスキャンデータ送信部141を備えている。そのため、スキャンデータ生成部131が生成した送信単位毎のスキャンデータD3を逐次送信し、測量結果をすぐに3D測量データD4の生成のために利用できる。 Further, according to the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, the scan data transmission unit 141 for transmitting the scan data D3 for each transmission unit is provided. Therefore, the scan data D3 generated by the scan data generation unit 131 for each transmission unit is sequentially transmitted, and the survey result can be immediately used for generating the 3D survey data D4.

その結果、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100は、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく、短時間で3D測量データD4を生成できる。 As a result, the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment can generate the 3D survey data D4 in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100によれば、スキャンデータ生成部131は、点群データD1とカラーデータD2とを合成してスキャンデータD3を生成する合成部131aを有する。したがって、データを受け取る側(例えば情報処理装置200)が点群データD1とカラーデータD2とを合成することなくスキャンデータD3が得られるため、外部機器によるカラー化処理の負担を低減できる。 According to the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, the scan data generation unit 131 has a synthesis unit 131a that synthesizes the point cloud data D1 and the color data D2 to generate the scan data D3. Therefore, since the scan data D3 can be obtained without the data receiving side (for example, the information processing device 200) synthesizing the point cloud data D1 and the color data D2, the burden of the colorization process by the external device can be reduced.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100によれば、撮像部120が一測量当り複数のカラー画像を取得してもよい。この場合、測量中に施工現場の状況が変化しても、スキャンデータ生成部131がスキャンデータD3を生成する際に、状況変化後のカラーデータD2を用いることができる。その結果、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100は、第3工程S3において作業を停止させることなく短時間でスキャンデータD3を生成可能である。 According to the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, the imaging unit 120 may acquire a plurality of color images per survey. In this case, even if the situation at the construction site changes during the survey, the color data D2 after the situation change can be used when the scan data generation unit 131 generates the scan data D3. As a result, the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment can generate scan data D3 in a short time without stopping the work in the third step S3.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100によれば、スキャンデータ生成部131が点群データD1を生成するに際して、一の点データと一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データD1を生成する。したがって、点群データD1のサイズが小さくなり、その後スキャンデータD3及び3D測量データD4を生成する過程でデータ授受がスムーズになる。その結果、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100は、測量結果をすぐに3D測量データD4の生成のために用いることができる3Dレーザスキャナとなる。 According to the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment, when the scan data generation unit 131 generates the point cloud data D1, the difference value between the one point data and the other point data located immediately before the one point data. The point cloud data D1 including the difference point cloud data using the above is generated. Therefore, the size of the point cloud data D1 becomes small, and then the data transfer becomes smooth in the process of generating the scan data D3 and the 3D survey data D4. As a result, the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment becomes a 3D laser scanner that can immediately use the survey result for generating the 3D survey data D4.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10によれば、点群データD1及びカラーデータD2を用いて送信単位毎にスキャンデータD3を生成する3Dレーザスキャナ100と、3Dレーザスキャナ100が生成したスキャンデータD3を用いて3D測量データD4を生成する情報処理装置200とを備えることから、建設現場で3D測量データD4を生成することが可能となる。また、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10によれば、3D測量データD4に基づく出力データD8を出力する提示装置300を備えることから建設現場で測量結果を確認することが可能となる。この際、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、3Dレーザスキャナ100を備えていることから、3Dレーザスキャナ100から送信される送信単位毎のスキャンデータD3を用いて逐次3D測量データを生成することが可能である。 According to the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment, the 3D laser scanner 100 that generates scan data D3 for each transmission unit using the point cloud data D1 and the color data D2, and the scan data generated by the 3D laser scanner 100. Since the information processing device 200 for generating the 3D survey data D4 using the D3 is provided, it is possible to generate the 3D survey data D4 at the construction site. Further, according to the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment, since the presentation device 300 for outputting the output data D8 based on the 3D survey data D4 is provided, the survey result can be confirmed at the construction site. At this time, since the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment includes the 3D laser scanner 100, the scan data D3 for each transmission unit transmitted from the 3D laser scanner 100 is used to sequentially generate 3D survey data. It is possible to do.

その結果、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データD4を利用可能とする3Dレーザスキャナシステムとなる。 As a result, the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment becomes a 3D laser scanner system that enables the 3D survey data D4 to be used in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10によれば、情報処理装置200が施工目標とする目標形状データD50を記憶する情報記憶部222を含む情報処理部220を有し、情報処理部220がスキャンデータD3に基づき3D測量データD4としての現況形状データD40を生成し、現況形状データD40と目標形状データD50との比較結果に基づく提示データD60を生成することから、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、目標に対する状況把握がしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 According to the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment, the information processing device 200 has an information processing unit 220 including an information storage unit 222 that stores target shape data D50 as a construction target, and the information processing unit 220 scans. Since the current shape data D40 as the 3D survey data D4 is generated based on the data D3 and the presentation data D60 based on the comparison result between the current shape data D40 and the target shape data D50 is generated, the 3D laser scanner according to the first embodiment is generated. The system 10 is a 3D laser scanner system that makes it easy to grasp the situation with respect to the target.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10によれば、情報記憶部222が目標形状データD50として複数の中間目標形状データを記憶可能であり、情報処理部220が現況形状データD40と中間目標形状データとの比較結果に基づく提示データD60としての中間提示データを生成してもよいことから、実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、最終目標のみならず、中間目標(例えば、日々の進捗目標)に対しても状況把握がしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 According to the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment, the information storage unit 222 can store a plurality of intermediate target shape data as the target shape data D50, and the information processing unit 220 can store the current shape data D40 and the intermediate target shape data. Since the intermediate presentation data as the presentation data D60 based on the comparison result with the above may be generated, the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment has not only the final goal but also the intermediate goal (for example, the daily progress goal). ) Will be a 3D laser scanner system that makes it easy to grasp the situation.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、提示装置300がディスプレイであることから、視覚でわかりやすく状況把握ができる3Dレーザスキャナシステムとなる。 Since the presentation device 300 is a display, the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment is a 3D laser scanner system capable of visually and easily grasping the situation.

実施形態1に係る3Dレーザスキャナシステム10は、ディスプレイに比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示可能であるため、状況把握が一目でしやすい3Dレーザスキャナシステムとなる。 Since the 3D laser scanner system 10 according to the first embodiment can display a color-coded heat map on the display based on the comparison result, it is a 3D laser scanner system that makes it easy to grasp the situation at a glance.

実施形態1に係る建設作業機械1によれば、建設作業機械本体1Mと、建設作業機械本体1Mに搭載した3Dレーザスキャナとを備え、3Dレーザスキャナは、3Dレーザスキャナ100であるため、建設作業機械1目線で3Dレーザスキャナによる測量を行うことができる。その際、建設作業機械1は、3Dレーザスキャナ100を用いるため、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データD4を利用することができる。 According to the construction work machine 1 according to the first embodiment, the construction work machine main body 1M and the 3D laser scanner mounted on the construction work machine main body 1M are provided, and the 3D laser scanner is the 3D laser scanner 100. Surveying with a 3D laser scanner can be performed from the perspective of the machine. At that time, since the construction work machine 1 uses the 3D laser scanner 100, the 3D survey data D4 can be used in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

その結果、実施形態1に係る建設作業機械1は、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データD4を利用可能な測量機器となる。 As a result, the construction work machine 1 according to the first embodiment becomes a surveying instrument that can use the 3D survey data D4 in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

実施形態1に係る建設工事方法によれば、第3工程S3において、3Dレーザスキャナシステム10を使用して、3D測量データD4としての現況形状データD40と目標形状データD50とを用いて作業を行うことから、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データを利用することができる。 According to the construction work method according to the first embodiment, in the third step S3, the 3D laser scanner system 10 is used to perform the work using the current shape data D40 and the target shape data D50 as the 3D survey data D4. Therefore, the 3D survey data can be used in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

その結果、実施形態1に係る建設工事方法は、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データD4を利用可能な建設工事方法となる。 As a result, the construction work method according to the first embodiment is a construction work method in which the 3D survey data D4 can be used in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

実施形態1に係る建設工事方法においては、第3工程S3の後に、施工後の施工対象の形状データである検査対象形状データが目標形状データD50に適合しているか否かについて検査を行う第4工程S4をさらに含んでいる。第4工程S4において、検査対象形状データとして、第3工程S3で3Dレーザスキャナシステム10が最終的に生成した3D測量データD4を用いて検査を行う場合には、第4工程S4で検査対象形状データを取得するために別途測量を行う必要がなくなるため、検査時間が短縮可能な建設工事方法となる。 In the construction method according to the first embodiment, after the third step S3, the fourth step is to inspect whether or not the inspection target shape data, which is the shape data of the construction target after construction, conforms to the target shape data D50. Step S4 is further included. In the fourth step S4, when the inspection is performed using the 3D survey data D4 finally generated by the 3D laser scanner system 10 in the third step S3 as the inspection target shape data, the inspection target shape in the fourth step S4. Since it is not necessary to perform a separate survey to acquire the data, it is a construction work method that can shorten the inspection time.

[実施形態2]
図12は、実施形態2における測量方法を示す図である。図13は、実施形態2における測量方法を示すフローチャートである。なお、図13においては、実施形態1の測量方法と異なるステップ(3Dレーザスキャナ処理工程100)のみを示しており、実施形態2における測量方法においても、実施形態1における測量方法(図8参照。)と同様の情報処理装置処理工程20及び提示装置処理工程30は行われる。
[Embodiment 2]
FIG. 12 is a diagram showing a surveying method according to the second embodiment. FIG. 13 is a flowchart showing the surveying method according to the second embodiment. Note that FIG. 13 shows only the steps (3D laser scanner processing step 100) different from the surveying method of the first embodiment, and the surveying method of the second embodiment also shows the surveying method of the first embodiment (see FIG. 8). ), The information processing device processing step 20 and the presentation device processing step 30 are performed.

実施形態1の場合と同様に、実施形態2においても、図12に示すように、3Dレーザスキャナとして、実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100と同じ構成の3Dレーザスキャナシステム10を用いる。但し、実施形態2においては、3Dレーザスキャナ100を三脚2Mに固定した状態で用いて測量を行うこととしている。なお、実施形態2においては、3Dレーザスキャナ100を三脚2Mに固定したものを測量機器2ということにする。 Similar to the case of the first embodiment, in the second embodiment, as shown in FIG. 12, the 3D laser scanner system 10 having the same configuration as the 3D laser scanner 100 according to the first embodiment is used as the 3D laser scanner. However, in the second embodiment, the survey is performed by using the 3D laser scanner 100 in a state of being fixed to the tripod 2M. In the second embodiment, the 3D laser scanner 100 fixed to the tripod 2M is referred to as the surveying instrument 2.

実施形態2では、三脚2Mを地面にしっかり固定して測量することを前提とし、測量中に3Dレーザスキャナ100と施工対象との位置関係や施工対象の状況が大きく変化しない中での測量を想定している。この手の測量においては、測量精度が求められるためことが多く、測量の前準備として、3Dレーザスキャナ100の絶対位置を把握するために、施工環境中にマーカを固定配置し、そのマーカとの相対関係から算出することができるようにしておくことが好ましい。また、三脚2Mを地面に設置した際に、3Dレーザスキャナ100の位置、向きをしっかり把握しながら、三脚2Mによって調整しておくことが好ましい。 In the second embodiment, it is assumed that the tripod 2M is firmly fixed to the ground for the survey, and the survey is performed while the positional relationship between the 3D laser scanner 100 and the construction target and the condition of the construction target do not change significantly during the survey. doing. In this type of survey, survey accuracy is often required, and as a preparation for surveying, a marker is fixedly placed in the construction environment in order to grasp the absolute position of the 3D laser scanner 100, and the marker is used with the marker. It is preferable to be able to calculate from the relative relationship. Further, when the tripod 2M is installed on the ground, it is preferable to adjust the tripod 2M while firmly grasping the position and orientation of the 3D laser scanner 100.

実施形態2における測量方法は、実施形態1と同様(図8参照。)としてもよいが、測量時間を短縮するために3Dレーザスキャナ処理ステップを図13に示すような3Dレーザスキャナ処理工程100とすることとしている。測量中に施工現場の状況が変化しない場合においては、一測量当りの点群データをカラー化する際に一のカラー画像を用いれば足りるからである。 The surveying method in the second embodiment may be the same as that of the first embodiment (see FIG. 8), but in order to shorten the surveying time, the 3D laser scanner processing step is performed with the 3D laser scanner processing step 100 as shown in FIG. I'm supposed to do it. This is because if the situation at the construction site does not change during the survey, it is sufficient to use one color image when colorizing the point cloud data per survey.

3Dレーザスキャナ処理工程100は、図13に示すように、撮像ステップS110を一回のみ実施する。撮像ステップS110では、撮像部120における全方位カメラ121によって、撮像部120を回転させることなく施工対象を撮像し、1度の撮像で施工対象全範囲のカラー画像を得る。得られたカラー画像は、スキャンデータ生成部131に送られて、スキャナ処理部130における記憶部132に記憶される。その他のステップは、実施形態1で説明したものと同様となり、スキャンデータ生成部131が送信単位毎のスキャンデータD3を生成する。 In the 3D laser scanner processing step 100, as shown in FIG. 13, the imaging step S110 is performed only once. In the imaging step S110, the omnidirectional camera 121 in the imaging unit 120 images the construction target without rotating the imaging unit 120, and a color image of the entire range of the construction target is obtained by one imaging. The obtained color image is sent to the scan data generation unit 131 and stored in the storage unit 132 of the scanner processing unit 130. The other steps are the same as those described in the first embodiment, and the scan data generation unit 131 generates the scan data D3 for each transmission unit.

実施形態2における測量方法を含む建設工事方法によれば、撮像部120が一測量当り一のカラー画像を取得し、スキャンデータ生成部131が一測量当り一のカラー画像を用いて送信単位毎のスキャンデータD3を生成することから、一測量当りの撮像回数が1回で済むため、測量時間を短縮することができる。 According to the construction method including the survey method in the second embodiment, the imaging unit 120 acquires one color image per survey, and the scan data generation unit 131 uses one color image per survey for each transmission unit. Since the scan data D3 is generated, the number of times of imaging per survey is only one, so that the survey time can be shortened.

また、実施形態2における測量方法を含む建設工事方法によれば、3Dレーザスキャナ100を三脚2Mによって地面に安定させた状態で測量を行えることから、より精度の高い3D測量データD4を得ることができる。 Further, according to the construction method including the surveying method in the second embodiment, the 3D laser scanner 100 can be surveyed in a state of being stabilized on the ground by the tripod 2M, so that more accurate 3D surveying data D4 can be obtained. it can.

また、実施形態2における測量方法を含む建設工事方法によれば、3Dレーザスキャナ100が三脚2Mに設置された状態の測量機器2が持ち運び可能なサイズであることから、建設工事における第1工程(初期測量工程)S1で用いやすい建設工事方法となる。さらにまた、第1工程(初期測量工程)においても、第3工程(施工工程)で用いる3Dレーザスキャナと同等規格の3Dレーザスキャナを用いて測量を行えば、工程ごとに異なる測量機器や異なる規格の3Dレーザスキャナを用いる場合と比較して、測定基準や精度を揃えることができ、その結果、工程戻りの発生を抑制可能な建設工事方法となる。 Further, according to the construction work method including the surveying method in the second embodiment, since the surveying instrument 2 in the state where the 3D laser scanner 100 is installed on the tripod 2M has a size that can be carried, the first step in the construction work ( Initial surveying process) This is a construction method that is easy to use in S1. Furthermore, in the first step (initial surveying step), if surveying is performed using a 3D laser scanner of the same standard as the 3D laser scanner used in the third step (construction step), different surveying instruments and different standards are used for each step. Compared with the case of using the 3D laser scanner of No. 1, the measurement standard and the accuracy can be made uniform, and as a result, the construction work method can suppress the occurrence of process return.

[変形例1]
図14は、変形例1に係る3Dレーザスキャナ500を説明するために示す図である。図14(a)は正面図である。図14(b)は側面図である。
[Modification 1]
FIG. 14 is a diagram shown for explaining the 3D laser scanner 500 according to the first modification. FIG. 14A is a front view. FIG. 14B is a side view.

変形例1に係る3Dレーザスキャナ500は、基本的には実施形態に係る3Dレーザスキャナ100と同様の構成を有するが、撮像部の構成が実施形態に係る3Dレーザスキャナ100の場合と異なる。すなわち、図14に示すように、変形例1に係る3Dレーザスキャナ500においては、撮像部として、スキャナ本体500Bの両側面に配置された魚眼レンズ521a,521bを有する全方位カメラ521から構成される撮像部520を用いる。 The 3D laser scanner 500 according to the first modification basically has the same configuration as the 3D laser scanner 100 according to the embodiment, but the configuration of the imaging unit is different from the case of the 3D laser scanner 100 according to the embodiment. That is, as shown in FIG. 14, in the 3D laser scanner 500 according to the first modification, the imaging unit includes an omnidirectional camera 521 having fisheye lenses 521a and 521b arranged on both side surfaces of the scanner body 500B. Part 520 is used.

このように、変形例1に係る3Dレーザスキャナ500においては、撮像部が実施形態に係る3Dレーザスキャナ100の場合と異なるが、全方位カメラから構成される撮像部を備えていることから実施形態1に係る3Dレーザスキャナ100の場合と同様に、第3工程S3において長時間作業を停止させることなく短時間で3D測量データD4を生成するための測量に用いることができる3Dレーザスキャナとなる。 As described above, in the 3D laser scanner 500 according to the first modification, the imaging unit is different from the case of the 3D laser scanner 100 according to the embodiment, but the embodiment includes an imaging unit composed of an omnidirectional camera. Similar to the case of the 3D laser scanner 100 according to No. 1, the 3D laser scanner can be used for surveying to generate 3D survey data D4 in a short time without stopping the work for a long time in the third step S3.

以上、本発明を上記の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 Although the present invention has been described above based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. It can be carried out in various aspects within a range that does not deviate from the purpose, and for example, the following modifications are also possible.

(1)上記した各実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ、角度、光学特性等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。 (1) The number, shape, position, size, angle, optical characteristics, etc. of the components described in each of the above-described embodiments are examples, and can be changed within a range that does not impair the effects of the present invention.

(2)上記した各実施形態においては、点群データD1及びカラーデータD2を合成する合成部として、3Dレーザスキャナ100内に構成された合成部131aを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。情報処理装置200の情報処理部220内に構成した合成部を用いてもよい。すなわち、3Dレーザスキャナ100内では点群データD1及びカラーデータD2を合成せずにそれぞれに基づき別のスキャンデータを生成し、情報処理装置200に構成した合成部においてそれぞれのスキャンデータに含まれる点群データ成分(位置情報)及びカラーデータ成分(色彩情報)を抽出して、3D測量データとして合成してもよい。 (2) In each of the above-described embodiments, the synthesis unit 131a configured in the 3D laser scanner 100 is used as the synthesis unit for synthesizing the point cloud data D1 and the color data D2, but the present invention is limited thereto. It is not something that is done. A synthesis unit configured in the information processing unit 220 of the information processing device 200 may be used. That is, in the 3D laser scanner 100, different scan data is generated based on each of the point cloud data D1 and the color data D2 without being combined, and the points included in each scan data in the synthesis unit configured in the information processing apparatus 200. The group data component (position information) and the color data component (color information) may be extracted and combined as 3D survey data.

(3)上記した各実施形態においては、撮像部の取り付け方向は、全方位カメラ121の魚眼レンズ121a,121bが水平方向を向く方向としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像部の取り付け方向は、全方位カメラの魚眼レンズが垂直方向を向く方向としてもよい。 (3) In each of the above-described embodiments, the mounting direction of the imaging unit is such that the fisheye lenses 121a and 121b of the omnidirectional camera 121 face the horizontal direction, but the present invention is not limited thereto. For example, the mounting direction of the imaging unit may be the direction in which the fisheye lens of the omnidirectional camera faces the vertical direction.

(4)上記した各実施形態においては、測量によって得られた出力データD8の出力先として、建設現場における提示装置300としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、D8の出力先は、インターネット回線を介し、離れた地域におけるディスプレイとしてもよい。このようにすることで、建設作業現場にいなくても、工事状況をほぼリアルタイムで把握できるようにすることも可能である。 (4) In each of the above-described embodiments, the presentation device 300 at the construction site is used as the output destination of the output data D8 obtained by the survey, but the present invention is not limited thereto. For example, the output destination of the D8 may be a display in a remote area via an Internet line. By doing so, it is possible to grasp the construction status in almost real time without being at the construction work site.

(5)上記した実施形態1においては、第3工程S3で用いられる建設作業機械として、オペレータが操縦する建設作業機械であるとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第3工程S3で用いられる建設作業機械は、提示データD60を建設作業機械1に作業指示するデータとして生成し、これに基づく出力データにより、自動操縦で作業を進める建設作業機械としてもよい。 (5) In the above-described first embodiment, the construction work machine used in the third step S3 is a construction work machine operated by an operator, but the present invention is not limited to this. For example, the construction work machine used in the third step S3 may be a construction work machine that generates the presented data D60 as data for instructing the construction work machine 1 to work, and proceeds with the work by autopilot based on the output data based on the data. ..

1…建設作業機械
2…測量機器
2M…三脚
10…3Dレーザスキャナシステム
100,500…3Dレーザスキャナ
100A,500A…支持体
100B,500B…スキャナ本体
101…水平回転モータ
102…減速機
103…水平軸
104…入出射空間
110…レーザ計測部
111…レーザダイオード
112…孔あきミラー
113…回転ミラー
114…垂直回転モータ
115…集光レンズ
116…戻り光検出用フォトダイオード
120,520…撮像部
121,521…全方位カメラ
121a,121b,521a,521b…魚眼レンズ
130…スキャナ処理部
131…スキャンデータ生成部
131a…合成部
132…記憶部
140…通信部
141…スキャンデータ送信部
200…情報処理装置
210…情報通信部
211…情報受信部
212…情報送信部
220…情報処理部
221…情報演算部
222…情報記憶部
300…提示装置
310…デバイス通信部
311…デバイス受信部
320…デバイス処理部
330…デバイス出力部
D1…点群データ
D2…カラーデータ
D3…スキャンデータ
D4…3D測量データ
D8…出力データ
D40…現況形状データ
D50…目標形状データ
D60…提示データ
D70…建設作業機械形状データ
S1…第1工程
S2…第2工程
S3…第3工程
S4…第4工程
S10,S100…3Dレーザスキャナ処理ステップ
S11,S110…撮像ステップ
S12…レーザ計測ステップ
S13…スキャンデータ生成ステップ
S14…スキャンデータ送信ステップ
S15…測量終了判定ステップ
S20…情報処理装置処理ステップ
S21…スキャンデータ受信ステップ
S22…3D測量データ生成ステップ
S23…提示データ生成ステップ
S24…出力データ生成ステップ
S25…出力データ送信ステップ
S26…測量終了判定ステップ
S30…提示装置処理ステップ
S31…出力データ受信ステップ
S32…出力データ提示ステップ
S33…更新判定ステップ
1 ... Construction work machine 2 ... Surveying equipment 2M ... Tripod 10 ... 3D laser scanner system 100,500 ... 3D laser scanner 100A, 500A ... Support 100B, 500B ... Scanner body 101 ... Horizontal rotation motor 102 ... Reducer 103 ... Horizontal axis 104 ... Input / output space 110 ... Laser measuring unit 111 ... Laser diode 112 ... Perforated mirror 113 ... Rotating mirror 114 ... Vertical rotating motor 115 ... Condensing lens 116 ... Return light detection photodiode 120, 520 ... Imaging unit 121, 521 ... Omnidirectional camera 121a, 121b, 521a, 521b ... Fish-eye lens 130 ... Scanner processing unit 131 ... Scan data generation unit 131a ... Synthesis unit 132 ... Storage unit 140 ... Communication unit 141 ... Scan data transmission unit 200 ... Information processing device 210 ... Information Communication unit 211 ... Information reception unit 212 ... Information transmission unit 220 ... Information processing unit 221 ... Information calculation unit 222 ... Information storage unit 300 ... Presentation device 310 ... Device communication unit 311 ... Device reception unit 320 ... Device processing unit 330 ... Device output Part D1 ... Point group data D2 ... Color data D3 ... Scan data D4 ... 3D survey data D8 ... Output data D40 ... Current shape data D50 ... Target shape data D60 ... Presentation data D70 ... Construction work machine shape data S1 ... First step S2 ... Second step S3 ... Third step S4 ... Fourth step S10, S100 ... 3D laser scanner processing step S11, S110 ... Imaging step S12 ... Laser measurement step S13 ... Scan data generation step S14 ... Scan data transmission step S15 ... Survey end Judgment step S20 ... Information processing device processing step S21 ... Scan data reception step S22 ... 3D survey data generation step S23 ... Presentation data generation step S24 ... Output data generation step S25 ... Output data transmission step S26 ... Survey end judgment step S30 ... Presentation device Processing step S31 ... Output data reception step S32 ... Output data presentation step S33 ... Update determination step

Claims (16)

建設現場における施工対象の3D測量データを生成するために用いる3Dレーザスキャナであって、
前記施工対象にレーザ光を照射し、前記施工対象での前記レーザ光の反射による戻り光を検出するレーザ計測部と、
全方位カメラから構成され、前記施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部と、
前記レーザ計測部が検出した前記戻り光から点群データを生成するとともに前記撮像部が取得したカラー画像からカラーデータを生成し、前記点群データと前記カラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、
前記スキャンデータ生成部に接続され、前記送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部と、
を備えることを特徴とする3Dレーザスキャナ。
A 3D laser scanner used to generate 3D survey data for construction at a construction site.
A laser measuring unit that irradiates the construction target with a laser beam and detects the return light due to the reflection of the laser beam on the construction target.
An imaging unit that is composed of an omnidirectional camera and acquires a color image by imaging the construction target,
Point cloud data is generated from the return light detected by the laser measuring unit, color data is generated from the color image acquired by the imaging unit, and scan data for each transmission unit is generated using the point cloud data and the color data. The scan data generator that generates
A scan data transmission unit that is connected to the scan data generation unit and transmits scan data for each transmission unit.
A 3D laser scanner characterized by the above.
前記スキャンデータ生成部は、前記点群データと前記カラーデータとを合成して前記スキャンデータを生成する合成部を有することを特徴とする請求項1に記載の3Dレーザスキャナ。 The 3D laser scanner according to claim 1, wherein the scan data generation unit includes a synthesis unit that synthesizes the point cloud data and the color data to generate the scan data. 前記撮像部は、一測量当り一のカラー画像を取得し、
前記スキャンデータ生成部は、一測量当り前記一のカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の3Dレーザスキャナ。
The imaging unit acquires one color image per survey and obtains one color image.
The 3D laser scanner according to claim 1 or 2, wherein the scan data generation unit generates scan data for each transmission unit using the one color image per survey.
前記撮像部は、一測量当り複数のカラー画像を取得し、
前記スキャンデータ生成部は、直近に取得されたカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の3Dレーザスキャナ。
The imaging unit acquires a plurality of color images per survey and obtains a plurality of color images.
The 3D laser scanner according to claim 1 or 2, wherein the scan data generation unit generates scan data for each transmission unit using the most recently acquired color image.
前記スキャンデータ生成部は、前記点群データを生成するに際して、一の点データと前記一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の3Dレーザスキャナ。 When generating the point cloud data, the scan data generation unit includes a point cloud including the difference point cloud data using the difference value between the one point data and the other point data located immediately before the one point data. The 3D laser scanner according to any one of claims 1 to 4, wherein the data is generated. 建設現場における施工対象の3D測量データを生成するために用いる3Dレーザスキャナシステムであって、
点群データ及びカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する3Dレーザスキャナと、
前記3Dレーザスキャナに接続され、前記3Dレーザスキャナが生成した前記スキャンデータを用いて前記3D測量データを生成する情報処理装置と、
前記情報処理装置に接続され、前記3D測量データに基づく出力データを出力する提示装置とを備え、
前記3Dレーザスキャナは、請求項1〜5のいずれかに記載の3Dレーザスキャナであることを特徴とする3Dレーザスキャナシステム。
A 3D laser scanner system used to generate 3D survey data for construction sites at construction sites.
A 3D laser scanner that generates point cloud data and color data, and uses these point cloud data and color data to generate scan data for each transmission unit.
An information processing device connected to the 3D laser scanner and generating the 3D survey data using the scan data generated by the 3D laser scanner.
It is provided with a presentation device that is connected to the information processing device and outputs output data based on the 3D survey data.
The 3D laser scanner system according to any one of claims 1 to 5, wherein the 3D laser scanner is the 3D laser scanner.
前記情報処理装置は、施工目標とする目標形状データを記憶する情報記憶部を含む情報処理部を有し、
前記情報処理部は、前記スキャンデータに基づき前記3D測量データとしての現況形状データを生成するとともに、前記現況形状データと前記目標形状データとの比較結果に基づく提示データを生成することを特徴とする請求項6に記載の3Dレーザスキャナシステム。
The information processing device has an information processing unit including an information storage unit that stores target shape data as a construction target.
The information processing unit is characterized in that it generates current shape data as the 3D survey data based on the scan data and also generates presentation data based on a comparison result between the current shape data and the target shape data. The 3D laser scanner system according to claim 6.
前記情報記憶部は、前記目標形状データとして複数の中間目標形状データを記憶可能であり、
前記情報処理部は、前記現況形状データと前記中間目標形状データとの比較結果に基づく前記提示データとしての中間提示データを生成することを特徴とする請求項7に記載の3Dレーザスキャナシステム。
The information storage unit can store a plurality of intermediate target shape data as the target shape data.
The 3D laser scanner system according to claim 7, wherein the information processing unit generates intermediate presentation data as the presentation data based on a comparison result between the current shape data and the intermediate target shape data.
前記提示装置は、ディスプレイであることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の3Dレーザスキャナシステム。 The 3D laser scanner system according to any one of claims 6 to 8, wherein the presentation device is a display. 前記ディスプレイに前記比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示することを特徴とする請求項9に記載の3Dレーザスキャナシステム。 The 3D laser scanner system according to claim 9, wherein a color-coded heat map is displayed on the display based on the comparison result. 建設作業機械本体と、
前記建設作業機械本体に搭載した3Dレーザスキャナとを備え、
前記3Dレーザスキャナは、請求項1〜5のいずれかに記載の3Dレーザスキャナであることを特徴とする建設作業機械。
Construction work machine body and
It is equipped with a 3D laser scanner mounted on the main body of the construction work machine.
The construction work machine, wherein the 3D laser scanner is the 3D laser scanner according to any one of claims 1 to 5.
測量を行い、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する第1工程と、
前記初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する第2工程と、
前記施工計画に従って、建設作業機械を用いて施工を行う第3工程とを含み、
前記第3工程においては、請求項6〜10のいずれかに記載の3Dレーザスキャナシステムを使用して前記3Dレーザスキャナシステムが生成した3D測量データと前記目標形状データとを用いて作業を行うことを特徴とする建設工事方法。
The first process of conducting a survey and acquiring the initial shape data, which is the shape data of the construction target before construction,
The second process of formulating a construction plan based on the initial shape data and the target shape data as the construction target,
Including the third step of performing construction using a construction work machine according to the construction plan.
In the third step, the 3D laser scanner system according to any one of claims 6 to 10 is used, and the work is performed using the 3D survey data generated by the 3D laser scanner system and the target shape data. A construction method characterized by.
前記第3工程の後に、施工後の前記施工対象の形状データである検査対象形状データが前記目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う第4工程をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の建設工事方法。 A claim comprising, after the third step, a fourth step of inspecting whether or not the inspection target shape data, which is the shape data of the construction target after construction, conforms to the target shape data. Item 12. The construction method according to item 12. 前記第4工程では、前記検査対象形状データとして、前記第3工程で前記3Dレーザスキャナシステムが最終的に生成した3D測量データを用いて検査を行うことを特徴とする請求項13に記載の建設工事方法。 The construction according to claim 13, wherein in the fourth step, inspection is performed using the 3D survey data finally generated by the 3D laser scanner system in the third step as the inspection target shape data. Construction method. 前記第1工程では、前記第3工程で用いる前記3Dレーザスキャナと同等規格の3Dレーザスキャナを用いて測量を行うことを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の建設工事方法。 The construction method according to any one of claims 12 to 14, wherein in the first step, a survey is performed using a 3D laser scanner of the same standard as the 3D laser scanner used in the third step. 前記点群データに含まれる少なくとも3つの特徴点と前記カラーデータにおいて該特徴点に対応する対応特徴点が同一座標上で対応するように前記点群データの座標系又は前記カラーデータの座標系が較正されて、点群データの各点に該点に対応したカラーデータ画素が割り付けされていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の3Dレーザスキャナ。 The coordinate system of the point cloud data or the coordinate system of the color data so that at least three feature points included in the point cloud data and the corresponding feature points corresponding to the feature points correspond to each other on the same coordinates in the color data. The 3D laser scanner according to any one of claims 1 to 5, wherein the point cloud data is calibrated and color data pixels corresponding to the points are assigned to each point.
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