JP6857161B2 - 有効距離取得方法、及び、レーザ計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、有効距離取得方法、及び、レーザ計測方法に関する。

特許文献１には、路面上で計測車両を走行させてなされる計測作業が記載されている。計測車両には、モービルマッピング用の計測装置が搭載されている。この計測作業においては、計測車両の路面上での走行に伴って、所定距離間隔等で繰り返しカメラ等の各種計測装置を駆動させる。それにより得られた撮影画像等は、計測車両に搭載した記憶装置に記録される。これにより、道路長に沿って天頂方向を含む全方位が道路側から連続撮影されるとともに、同様にほぼ全周囲が連続してレーザ測距される。

特開２０１７−１００８２号公報

ところで、路面計測のためのモービルマッピングシステム（以下、「ＭＭＳ」という）においては、路面に描かれた区画線等のマーキングや、路面に存在するマンホール等の道路付帯物を座標既知点として、計測データの補正に使用することにより精度向上を図ることができる。

一方で、例えば道路工事等において整備される切土の法面といったように、路面から遠く離れた対象物の計測に対して、ＭＭＳを使用することが考えられる。この場合には、計測データの補正のために、法面に対する座標既知点の設置作業や、法面の測量作業が必要になるため、高精度な計測のための作業量が増加する。

そこで、本発明は、作業量を低減しつつ高精度な計測を可能とする有効距離取得方法、及び、レーザ計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る有効距離取得方法は、レーザ計測の有効距離を取得するための有効距離取得方法であって、移動体に搭載されたレーザ計測装置を用いて、移動体の移動に伴い、移動体の移動経路から離間した構造物を含むエリアへのレーザ光の走査を行う走査工程と、走査工程の後に、レーザ計測の計測誤差を取得する誤差取得工程と、誤差取得工程の後に、有効距離を取得する距離取得工程と、を備え、誤差取得工程は、レーザ光の反射点の集合である点群データを作成する第１工程と、点群データから、構造物の基準面に対応する反射点の集合である対象点群を抽出する第２工程と、対象点群に含まれる反射点と基準面との基準面の法線方向における離隔距離を計測誤差として取得する第３工程と、を含み、距離取得工程においては、計測誤差が第１基準値よりも小さくなるレーザ計測装置と構造物との距離を有効距離として取得する。

この有効距離取得方法においては、まず、移動体に搭載されたレーザ計測装置を用いて、移動体の移動経路から離間した構造物を含むエリアへのレーザ光の走査を行う。続いて、レーザ光の反射点の集合である点群データを生成し、その点群データから構造物の基準面に対応する対象点群を抽出する。そして、対象点群と基準面との離隔距離を計測誤差として取得する。これにより、移動体の移動経路から離間した箇所における計測誤差が把握される。その後、計測誤差が、第１基準値よりも小さくなる距離を有効距離として取得する。したがって、移動体の移動経路から離間した計測対象物の実際のレーザ計測に際して、この有効距離の範囲内の反射点を用いて計測データを作成することにより、計測誤差を第１基準値よりも小さくすることが可能となる。このように、この有効距離取得方法によれば、離れた箇所に立ち入っての計測対象物に対する座標既知点の設置作業や測量作業を要することなく、すなわち、作業量を低減しつつ、高精度な計測が可能となる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、誤差取得工程は、計測誤差に基づいてレーザ計測の精度を確認する第４工程をさらに含み、第４工程の結果、精度が第２基準値よりも低い場合には、レーザ計測装置の角度を含む装置パラメータのキャリブレーションを行うと共に、再び、誤差取得工程を行い、第４工程の結果、精度が第２基準値であるか第２基準値よりも高い場合には、距離取得工程を行ってもよい。この場合、点群データの精度が第２基準値となるか第２基準値よりも高くなる装置パラメータにおいて、有効距離を取得できる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、レーザ計測装置と構造物との間の複数の距離において、走査工程、誤差取得工程、及び距離取得工程を行うことにより、複数の距離のそれぞれに対して有効距離を取得してもよい。この場合、レーザ計測装置からの複数の距離のそれぞれに対して有効距離を取得できる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、走査工程におけるレーザ照射パラメータ及び移動体の移動速度を含む照射条件を変更しつつ、走査工程及び誤差取得工程を複数回行うことにより、照射条件と計測誤差との関係を取得してもよい。この場合、照射条件と計測誤差との関係を把握できる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、走査工程においては、移動体の移動経路の往路及び復路のそれぞれにおいて、レーザ光の走査を行ってもよい。この場合、往路及び復路との異なる照射条件下でレーザ光の走査を行うことにより、より正確に計測誤差及び有効距離を取得できる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、走査工程においては、移動体の互いに異なる位置に搭載された複数のレーザ計測装置のそれぞれを用いて、レーザ光の走査を行ってもよい。この場合、互いに異なる位置の複数のレーザ計測装置のそれぞれでのレーザ計測について、計測誤差及び有効距離を取得できる。

本発明に係る有効距離取得方法においては、誤差取得工程は、第１工程と第２工程との間において、移動経路に存在する座標既知点と、座標既知点に対応する反射点である基準点と、の誤差である基準誤差を確認する第５工程と、第５工程の結果、基準誤差が第３基準値よりも大きい場合に、基準誤差が第３基準値であるか第３基準値よりも小さくなるように、点群データを調整する第６工程と、をさらに含んでもよい。この場合には、移動体（レーザ計測装置）と比較的近い座標既知点との誤差（基準誤差）を用いた点群データの管理により、実際の遠方に対するレーザ計測の精度を担保できる。

本発明に係るレーザ計測方法は、上記のいずれかの有効距離取得方法を実施する準備工程と、移動体の移動経路から離間した計測対象物のレーザ計測を行う計測工程と、を備え、計測工程は、移動体の移動に伴い、計測対象物へのレーザ光の走査を行うことにより、レーザ光の反射点の集合である計測点群データを取得する第７工程と、計測点群データに含まれる反射点のうち、レーザ計測装置との距離が有効距離の範囲内の反射点を用いて計測データを作成する第８工程と、を含む。このレーザ計測装置においては、上述したいずれかの有効距離取得方法を用いて有効距離を取得する。したがって作業量を低減しつつ、高精度な計測が可能である。

本発明によれば、作業量を低減しつつ高精度な計測を可能とする有効距離取得方法、及び、レーザ計測方法を提供できる。

レーザ計測装置を示す模式図である。 レーザ計測装置におけるレーザ光の走査を説明するための図である。 有効距離取得方法の主な工程を示すフローチャートである。 図３に示された各工程を説明するための図である。 レーザ照射パラメータを説明するための図である。 従来のレーザ計測方法及び本実施形態に係るレーザ計測方法を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら一実施形態について詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明が省略される場合がある。

図１は、レーザ計測装置を示す模式図である。図１に示されるように、レーザ計測装置１は、車両（移動体）１００に搭載されている。車両１００には、ＭＭＳに用いられる各種の装置が搭載されている。具体的には、車両１００には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）３、撮像装置５，７、ＤＭＩ（distance measuring Instrument：走行距離計）９、及び、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機１１が設けられている。

レーザ計測装置１、ＩＭＵ３、及び、撮像装置５，７は、ここでは一例として車両１００の上部に設けられた架台に設置されているが、架台が用いられていなくてもよい。ＩＭＵ３は、車両１００（すなわちレーザ計測装置１）の角速度及び加速度を取得する。撮像装置５は、例えば全方位カメラであり、車両１００の全周囲を撮像する。撮像装置７は、例えばＨＤカメラである。撮像装置７は、一例として車両１００の前後に設けられており、車両１００の前後方向を撮像する。ただし、撮像装置７が設けられる位置、及び、撮像する方向は、車両１００の前後方向に限定されず、車両１００の左右上下等のいずれであってもよい。ＧＮＳＳ受信機１１は、車両１００（すなわちレーザ計測装置１）の位置情報を取得する。この例では、２つのＧＮＳＳ受信機１１が設けられているが、ＧＮＳＳ受信機１１の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。ＤＭＩ９は、車輪等に設けられており、車両１００の走行距離に関する情報を取得する。これらの各種の情報は、レーザ計測装置１に（直接的に或いは間接的に）提供される。なお、ＩＭＵ３、撮像装置５，７、ＤＭＩ９、及び、ＧＮＳＳ受信機１１は、設けられていなくてもよい。換言すれば、少なくとも後述する有効距離取得方法は、ＩＭＵ３、撮像装置５，７、ＤＭＩ９、及び、ＧＮＳＳ受信機１１を用いることなく実現可能である。

図２は、レーザ計測装置におけるレーザ光の走査を説明するための図である。図２の（ａ）は斜視図であり、図２の（ｂ）は平面図である。図１，２に示されるように、車両１００には、互いに異なる位置に複数のレーザ計測装置１が搭載されている。ここでは、一対のレーザ計測装置１が、車両１００の車幅方向に互いに離間して設けられている。レーザ計測装置１は、それぞれ、車両１００の移動に伴って所定面内に回転しながらレーザ光ＬＡ，ＬＢを出力する。これにより、レーザ計測装置１は、構造物ＯＢ，ＯＡを含む車両１００の周囲のエリアへのレーザ光ＬＡ，ＬＢの走査（スキャン）を行う。なお、レーザ計測装置１の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、レーザ計測装置１は、車両１００の車幅方向（左右方向）に限らず、車両１００の前後方向に互いに離間して設けられていてもよい。

また、レーザ計測装置１は、構造物ＯＡ，ＯＢを含む車両１００の周囲のエリアからのレーザ光ＬＡ，ＬＢの反射光を入力する。これにより、レーザ計測装置１は、レーザ光ＬＡ，ＬＢの複数の反射点Ｐを含む点群Ｇに関する情報を取得する。一方で、レーザ計測装置１は、ＩＭＵ３、ＤＭＩ９、及び、ＧＮＳＳ受信機１１等からの各種の情報を入力する。そして、レーザ計測装置１は、レーザ計測装置１の位置と方向から、反射点Ｐ（すなわち構造物ＯＡ，ＯＢ）の３次元位置を求める。これにより、車両１００の移動に伴ったレーザ計測が可能となる。なお、上述したようにＩＭＵ３やＧＮＳＳ受信機１１等を用いない場合には、一例として、レーザ計測装置１に内蔵された計時手段を用いた反射点Ｐの距離の取得や、オペレータによる点群データへの座標の設定等によって、レーザ計測を行うことができる。

引き続いて、図３，４を参照して本実施形態に係る有効距離取得方法について説明する。図３は、有効距離取得方法の主な工程を示すフローチャートである。図４は、図３に示された各工程を説明するための図である。図３に示される有効距離取得方法は、予め定めた有効距離取得用の構造物のレーザ計測を行うことにより、レーザ計測の有効距離を取得するための方法である。なお、以下では、レーザ計測可能な全ての構造物のうち、有効距離取得用の構造物を「取得用構造物」と称する。

取得用構造物ＯＣは、例えば、橋脚等であり、他の目的による測量によって予め位置及び寸法が既知となっている基準面（基準面ＢＰ：図４の（ｂ）参照）を含む構造物から選択される。なお、取得用構造物は、基準面が得られるものであればよく、人工物でもよいし自然物であってもよい。また、基準面は、そのサイズや形状について限定されず、平面、曲面、及び、平面と曲面との組み合わせであってもよい。また、有効距離とは、レーザ計測の計測誤差が第１基準値よりも小さくなるレーザ計測装置１と構造物（反射点）との距離である。第１基準値は、任意に設定され得るが、例えば、国土交通省により定められたi-Constructionにおける出来形計測に要求される誤差の値である。

有効距離取得方法は、レーザ光の走査（スキャン）を行う走査工程Ｓ０と、走査工程Ｓ０の後に、レーザ計測の計測誤差を取得する誤差取得工程Ｓ１と、誤差取得工程Ｓ１の後に、有効距離を取得する距離取得工程Ｓ２とを含む。走査工程Ｓ０においては、車両１００の移動に伴い、車両１００の移動経路から離間した取得用構造物ＯＣを含むエリアへのレーザ光の走査を行う。ここでは、例えば、車両１００が移動経路としての道路を走行しているときに、道路から水平方向（及び鉛直方向）に離れた位置に設けられている取得用構造物ＯＣを含むエリアへのレーザ光の走査を行う。

ここでは、車両１００の移動経路の往路及び復路のそれぞれにおいて、レーザ光の走査を行うことができる。ただし、車両１００の移動経路の往路及び復路のいずれか一方のみにおいて、レーザ光の走査を行うようにしてもよい。さらには、車両１００が移動経路を複数回往復する場合には、車両１００の移動経路の複数の往路及び複数の復路において、レーザ光の走査を行ってもよい。

続いて、誤差取得工程Ｓ１においては、レーザ光の反射点Ｐの集合である点群Ｇのデータ（３次元の点群データ）を作成する（工程Ｓ１１：第１工程）。ここでは、点群データは、当該エリア内に存在する（取得用構造物を含む）複数の構造物における反射点Ｐの集合である。続いて、工程Ｓ１２において作成された点群データから、取得用構造物ＯＣの基準面ＢＰに対応する反射点Ｐの集合である対象点群Ｇａを抽出する（工程Ｓ１２：第２工程）。基準面ＢＰに対応する反射点Ｐとは、例えば、基準面ＢＰの法線方向からみたときに基準面ＢＰに含まれる反射点である。

続いて、対象点群Ｇａに含まれる反射点Ｐのそれぞれと基準面ＢＰとの基準面ＢＰの法線方向における離隔距離Ｄを計測誤差として取得する（工程Ｓ１３：第３工程）。これにより、対象点群Ｇａに含まれる反射点Ｐのそれぞれについて、反射点Ｐの位置及び方向と当該反射点Ｐの計測誤差とが関連付けられて取得される。換言すれば、レーザ計測装置１から反射点Ｐまでの距離と、その反射点Ｐの計測誤差とが紐づけられることにより、レーザ計測の精度が把握されることになる。

続いて、工程Ｓ１３において取得された計測誤差に基づいて、レーザ計測の精度を確認する（第４工程：Ｓ１４）。ここでは、レーザ計測の精度が、第２基準値であるか、或いは、第２基準値よりも高いか否かを確認する。第２基準値は、第１基準値に関連して任意に設定可能であるが、例えば以下のように設定可能である。すなわち、第２基準値は、後の実際のレーザ計測において要求される計測距離での計測誤差が第１基準値よりも小さくなる反射点Ｐが、対象点群Ｇａに一定数含まれるように設定され得る。

より具体的には、後の実際のレーザ計測において要求される計測距離が１００ｍであり、且つ、第１基準値が５０ｍｍである場合には、精度が第２基準値であるか第２基準値よりも高い場合に、レーザ計測装置１との距離が１００ｍ以上であり、且つ、計測誤差が５０ｍｍよりも小さい反射点Ｐが一定数以上の対象点群Ｇａに含まれるように、第２基準値が設定される。この場合、少なくとも、レーザ計測装置１との距離が１００ｍ以上であり、且つ、計測誤差が５０ｍｍよりも小さい反射点Ｐが対象点群Ｇａに含まれない場合には、精度が第２基準値よりも低いと判断される。

ここで、レーザ計測装置１の計測結果は、レーザ計測装置１のＩＭＵ３に対する距離と角度とを使用して取得される。このため、装置パラメータは、レーザ計測の精度に影響する。そこで、続く工程においては、工程Ｓ１４の結果、精度が第２基準値よりも低い場合には、レーザ計測装置１の角度を含む装置パラメータのキャリブレーション（ボアサイトキャリブレーション）を行う（工程Ｓ１５）。装置パラメータとは、例えば、レーザ計測装置１のＩＭＵ３からの距離と角度とを含む。工程Ｓ１５においてキャリブレーションを行った後には、工程Ｓ１１に戻り、再び誤差取得工程Ｓ１を行う。

一方、工程Ｓ１４の結果、精度が第２基準値であるか第２基準値よりも高い場合には、距離取得工程Ｓ２を行う。すなわち、計測誤差が第１基準値よりも小さくなるレーザ計測装置１と取得用構造物ＯＣ（すなわち反射点Ｐ）との距離を有効距離として取得する。この点についてより詳細に説明する。対象点群Ｇａには、レーザ計測装置１からの距離が異なる複数の反射点Ｐが含まれる。一般に、レーザ計測装置１からの距離が大きな（遠い）反射点Ｐほど、計測誤差が大きくなる傾向にある。

したがって、例えば、レーザ計測装置１からの距離が異なる複数の反射点Ｐの計測誤差を参照することにより、計測誤差が第１基準値を上回る（或いは下回る）距離の閾値を把握することができる。ここでは、当該距離の閾値を有効距離として取得する。以上のように有効距離を取得することにより、後の実際のレーザ計測において、計測対象物からの反射点のうち、有効距離の範囲内の反射点のみを用いることにより、高精度なレーザ計測が可能となる。

ここで、以上の有効距離取得方法においては、走査工程Ｓ０において、レーザ照射パラメータ及び車両１００の移動速度を含む照射条件を変更しつつ、走査工程及び誤差取得工程を複数回行うことにより、照射条件と計測誤差との関係を取得してもよい。

図５は、レーザ照射パラメータを説明するための図である。図５に示されるように、まず、レーザ照射パラメータは、レーザ計測装置１の設定であって、例えば、スキャン周波数及び照射点数である。スキャン周波数は、レーザ計測装置１におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢのスキャンの周波数である。レーザ計測装置１は、１ラインのスキャンを繰り返し行っており、スキャン周波数が高いほど、スキャンラインＳＬの間隔ＳＰが狭くなる。照射点数は、レーザ計測装置１が照射するレーザ光ＬＡ，ＬＢの点数を意味する。照射点数が多ければ多いほど密な反射点Ｐを含む点群データを取得できる。

また、以上の有効距離取得方法においては、レーザ計測装置１と取得用構造物との間の複数の距離において、走査工程Ｓ０、誤差取得工程Ｓ１、及び、距離取得工程Ｓ２を行うことにより、複数の距離のそれぞれに対して有効距離を取得してもよい。この場合、一例として、レーザ計測装置１（車両１００）との距離が異なる複数の取得用構造物を設定し、その複数の取得用構造物のそれぞれを含むエリアへのレーザ光の走査、及び計測誤差の取得、及び、有効距離の取得を行うことができる。レーザ計測装置１との距離が異なる複数の取得用構造物は、例えば、互いに配列された複数の橋脚等である。

また、１つ取得用構造物を設定する場合であっても、車両１００の移動に伴ってレーザ計測装置１と取得用構造物との相対距離が変化するので、一定の時間間隔（距離間隔）ごとに、１つの取得用構造物を含むエリアに対してレーザ光の走査、計測誤差の取得、及び、有効距離の取得を行ってもよい。

引き続いて、本実施形態に係るレーザ計測方法について説明する。このレーザ計測方法は、上記の有効距離取得方法を用いて有効距離を取得した後に、実際に計測対象物のレーザ計測を行う方法である。すなわち、このレーザ計測方法においては、まず、上記の有効距離取得方法を行う。なお、計測対象物の１回のレーザ計測に対して有効距離取得方法を１回行う必要はなく、１回の有効距離取得方法の実施により取得された計測誤差及び有効距離に関する情報を保持しておき、複数回のレーザ計測方法の実施の際に用いることができる。

このように、このレーザ計測方法は、上記の有効距離取得方法を実施する準備工程と、車両１００の移動経路から離間した計測対象物のレーザ計測を行う計測工程と、を備える。計測工程は、車両１００の移動に伴い、計測対象物へのレーザ光の走査を行うことにより、レーザ光の反射点の集合である計測点群データを取得する（第７工程）。図６に示されるように、計測対象物は、例えば、車両１００の移動経路である道路から離間した切土部分ＯＤの法面ＮＳである。

計測工程においては、続いて、計測点群データに含まれる反射点のうち、レーザ計測装置１との距離が有効距離（先の有効距離取得方法において取得済みである）の範囲内の反射点を用いて計測データを作成する（第８工程）。これにより、計測誤差が第１基準値よりも小さい高精度な計測データが作成される。

なお、計測データを作成する際に、複数の条件下において計測点群データが取得されている場合には、それらの計測点群データの反射点を統合することにより計測データを作成することができる。この場合には、それぞれの計測点群データの反射点に対して、条件に応じて優先度を設定して統合することができる。すなわち、計測データの作成の際に、計測対象物のある位置に対して２つ以上の反射点が存在する場合には、優先度に応じて、より精度の高い反射点を採用することができる。

優先度の設定に用いられる条件の一例としては、入射角、計測距離、及び、角度分解能等のパラメータである。入射角とは、レーザ光が計測対象物へ入射する角度を意味する。入射角が浅い（大きい）ほど、反射してくるレーザ光のフットプリント（レーザ光の入射面でのスポットサイズ）が均一でなくなり、精度が低下する。計測距離とは、レーザ計測装置１から計測対象物までの距離を意味する。計測距離が長いほど、角度の精度により位置精度が低下する。角度分解能とは、レーザ計測装置１のレーザ光の照射面内での角度の分解能と、ＩＭＵ３の角度の分解能との両方を意味する。角度分解能が低いほど、位置精度が低下する。

引き続いて、上記の有効距離取得方法及びレーザ計測方法の作用・効果について説明する。上記のように、有効距離取得方法においては、まず、車両１００に搭載されたレーザ計測装置１を用いて、車両１００の移動経路から離間した取得用構造物ＯＣを含むエリアへのレーザ光の走査を行う。続いて、レーザ光の反射点Ｐの集合である点群データを生成し、その点群データから取得用構造物ＯＣの基準面ＢＰに対応する対象点群Ｇａを抽出する。

そして、対象点群Ｇａに含まれる反射点Ｐと基準面ＢＰとの離隔距離Ｄを計測誤差として取得する。これにより、車両１００の移動経路から離間した箇所における計測誤差が把握される。その後、計測誤差が、第１基準値よりも小さくなる距離を有効距離として取得する。そして、レーザ計測方法においては、車両１００の移動経路から離間した計測対象物の実際のレーザ計測に際して、この有効距離の範囲内の反射点Ｐを用いて計測データを作成する。この結果、計測誤差を第１基準値よりも小さくすることが可能となる。このように、この有効距離取得方法及びレーザ計測方法によれば、図６の（ａ）に示される従来の方法のように、計測対象物に実際に赴いて座標既知点ＣＰを設置する作業や測量作業を要することなく、作業量を低減しつつ、図６の（ｂ）に示されるように車両１００から遠く離れた計測対象物の高精度な計測が可能となる。

また、本実施形態に係る有効距離取得方法においては、誤差取得工程Ｓ１は、計測誤差に基づいてレーザ計測の精度を確認する工程Ｓ１４をさらに含む。そして、工程Ｓ１４の結果、精度が第２基準値よりも低い場合には、レーザ計測装置１の角度を含む装置パラメータのキャリブレーションを行うと共に、再び、誤差取得工程Ｓ１を行う。一方、工程Ｓ１４の結果、精度が第２基準値であるか第２基準値よりも高い場合には、距離取得工程Ｓ２を行う。このため、点群データの精度が第２基準値であるか第２基準値よりも高くなる装置パラメータにおいて、効率よく有効距離を取得できる。

また、本実施形態に係る有効距離取得方法においては、レーザ計測装置１と取得用構造物ＯＣとの間の複数の距離において、走査工程Ｓ０、誤差取得工程Ｓ１、及び距離取得工程Ｓ２を行うことにより、複数の距離のそれぞれに対して有効距離を取得してもよい。この場合、レーザ計測装置１からの複数の距離のそれぞれに対して有効距離を取得できる。

また、本実施形態に係る有効距離取得方法においては、走査工程Ｓ０におけるレーザ照射パラメータ及び車両１００の移動速度を含む照射条件を変更しつつ、走査工程Ｓ０及び誤差取得工程Ｓ１を複数回行うことにより、照射条件と計測誤差との関係を取得してもよい。この場合、照射条件と計測誤差との関係を把握できる。

また、本実施形態に係る有効距離取得方法においては、走査工程Ｓ０においては、車両１００の移動経路の往路及び復路のそれぞれにおいて、レーザ光の走査を行ってもよい。この場合、往路及び復路との異なる照射条件下でレーザ光の走査を行うことにより、より正確に計測誤差及び有効距離を取得できる。

さらに、本実施形態に係る有効距離取得方法においては、走査工程Ｓ０においては、車両１００の互いに異なる位置に搭載された複数のレーザ計測装置１のそれぞれを用いて、レーザ光の走査を行う。このため、互いに異なる位置の複数のレーザ計測装置１のそれぞれでのレーザ計測について、計測誤差及び有効距離を取得できる。また、複数のレーザ計測装置１（スキャンライン）が存在する場合には、その特性を考慮することができる。

なお、これまで測量では、誤差の範囲が図面縮尺によって定められていたため、適切な範囲にある誤差は結果として調整されることなく成果に残存した。しかし、本実施形態に係る方法によれば、微小な系統誤差も極力低減した上で機器そのものの誤差に近い誤差を実現し、さらに誤差の範囲を把握することで誤差の最大値を考慮した計測を実現できる。

また、本実施形態に係る方法は、現地作業の効率化・省力化を実現し、高精度に計測する適切な範囲を定義可能とするものであるが、品質確認やオンサイト調整にも適用可能であり、幅広い有用性を有する。

以上の実施形態は、本発明に係る有効距離取得方法及びレーザ計測方法の一例を説明したものである。したがって、本発明に係る有効距離取得方法及びレーザ計測方法は、上述した例に限定されず、任意に変形され得る。

例えば、誤差取得工程Ｓ１は、精度の管理を行うための別の工程をさらに含むことができる。すなわち、誤差取得工程Ｓ１は、工程Ｓ１１と工程Ｓ１２との間において、車両１００の移動経路に存在する座標既知点ＣＰと、その座標既知点ＣＰに対応する反射点である基準点と、の誤差である基準誤差を確認する第５工程をさらに含むことができる。また、誤差取得工程Ｓ１は、第５工程の結果、基準誤差が第３基準値よりも大きい場合に、基準誤差が第３基準値であるか第３基準値よりも小さくなるように点群データを調整する第６工程をさらに含むことができる。

この場合には、車両１００（レーザ計測装置１）と比較的近い座標既知点ＣＰとの誤差（基準誤差）を用いた点群データの管理により、実際の遠方に対するレーザ計測の精度を担保できる。すなわち、この場合には、まず、移動経路に存在する座標既知点ＣＰと対応する反射点との誤差が第３基準値であるか第３基準値よりも小さいことが担保される。この結果、実際に車両１００（レーザ計測装置１）から離れた遠方の計測対象物のレーザ計測の誤差も、第３基準値に応じた誤差の範囲であることが担保される。

一例として、レーザ計測装置１のレーザ計測の精度が、移動経路上の近傍箇所において１０ｍｍの誤差であるとき、移動経路から離間した所定の遠方箇所において４０ｍｍの誤差であるような精度であるとする。一方で、遠方の計測対象物の実際のレーザ計測において５０ｍｍよりも小さな誤差の範囲とすることが要求されているとする。その場合、近傍箇所での誤差が１０ｍｍよりも大きいと、遠方の計測対象物の実際のレーザ計測の誤差が５０ｍｍよりも小さいことが担保されないおそれがある。

これに対して、一例として第３基準値を１０ｍｍに設定し、上記の第５工程（及び第６工程）を実施することにより、遠方の計測対象物の実際のレーザ計測の誤差が５０ｍｍよりも小さいことが担保され得る。すなわち、第５工程において、移動経路に存在する座標既知点ＣＰと対応する反射点（基準点）との誤差（基準誤差）が１０ｍｍであるか１０ｍｍよりも小さいことが確認された場合には、点群データの調整を行うまでもなく、遠方の計測対象物の実際のレーザ計測の誤差が５０ｍｍよりも小さくなり得る。一方、第５工程において、基準誤差が１０ｍｍよりも大きい場合には、第６工程において、基準誤差が１０ｍｍであるか１０ｍｍよりも小さくなるように点群データを調整することにより、遠方の計測対象物の実際のレーザ計測の誤差が５０ｍｍよりも小さくなり得る。すなわち、車両１００（レーザ計測装置１）と比較的に近い座標既知点ＣＰとの誤差（基準誤差）を用いた点群データの管理により、実際の遠方の計測対象物に対して座標既知点ＣＰを設置することなく、レーザ計測の精度を担保できる。

なお、点群データの調整としては、一例として、座標既知点を用いた点群データの移動や、点群データの３次元座標変換を用いて行う方法、及び、座標既知点から車両１００の軌跡を算出し、点群データを再作成する方法等が挙げられる。

例えば、レーザ計測装置１が搭載される移動体は、車両に限定されず、他のものであってもよい。移動体の一例としては、無人・有人を問わず、船舶、潜水機、航空機、鉄道、動物等が挙げられる。また、取得用構造物ＯＣとしては、橋脚に限定されず、例えば、ビル、マンション、及び、道路に付随する看板等の他の建築物（人工物）や、地形及び地物（自然物）であってもよい。さらに、計測対象物としては、切土部分ＯＤの法面ＮＳに限定されない。すなわち、レーザ計測方法は、任意の計測対象物（例えば取得用構造物ＯＣと同様のもの）に対して適用され得る。

１…レーザ計測装置、１００…車両（移動体）、Ｇａ…対象点群、ＬＡ，ＬＢ…レーザ光、Ｐ…反射点、ＢＰ…基準面、ＯＣ…取得用構造物（構造物）。

Claims (8)

1. レーザ計測の有効距離を取得するための有効距離取得方法であって、
   移動体に搭載されたレーザ計測装置を用いて、前記移動体の移動に伴い、前記移動体の移動経路から離間した構造物を含むエリアへのレーザ光の走査を行う走査工程と、
   前記走査工程の後に、前記レーザ計測の計測誤差を取得する誤差取得工程と、
   前記誤差取得工程の後に、前記有効距離を取得する距離取得工程と、
   を備え、
   前記誤差取得工程は、
   前記レーザ光の反射点の集合である点群データを作成する第１工程と、
   前記点群データから、前記構造物の基準面に対応する前記反射点の集合である対象点群を抽出する第２工程と、
   前記対象点群に含まれる前記反射点と前記基準面との前記基準面の法線方向における離隔距離を前記計測誤差として取得する第３工程と、
   を含み、
   前記距離取得工程においては、前記計測誤差が第１基準値よりも小さくなる前記レーザ計測装置と前記構造物との距離を前記有効距離として取得する、
   有効距離取得方法。
2. 前記誤差取得工程は、前記計測誤差に基づいて前記レーザ計測の精度を確認する第４工程をさらに含み、
   前記第４工程の結果、前記精度が第２基準値よりも低い場合には、前記レーザ計測装置の角度を含む装置パラメータのキャリブレーションを行うと共に、再び、前記誤差取得工程を行い、
   前記第４工程の結果、前記精度が前記第２基準値であるか前記第２基準値よりも高い場合には、前記距離取得工程を行う、
   請求項１に記載の有効距離取得方法。
3. 前記レーザ計測装置と前記構造物との間の複数の距離において、前記走査工程、前記誤差取得工程、及び前記距離取得工程を行うことにより、前記複数の距離のそれぞれに対して前記有効距離を取得する、
   請求項１又は２に記載の有効距離取得方法。
4. 前記走査工程におけるレーザ照射パラメータ及び前記移動体の移動速度を含む照射条件を変更しつつ、前記走査工程及び前記誤差取得工程を複数回行うことにより、前記照射条件と前記計測誤差との関係を取得する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の有効距離取得方法。
5. 前記走査工程においては、前記移動体の前記移動経路の往路及び復路のそれぞれにおいて、前記レーザ光の走査を行う、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の有効距離取得方法。
6. 前記走査工程においては、前記移動体の互いに異なる位置に搭載された複数の前記レーザ計測装置のそれぞれを用いて、前記レーザ光の走査を行う、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の有効距離取得方法。
7. 前記誤差取得工程は、
   前記第１工程と前記第２工程との間において、前記移動経路に存在する座標既知点と、前記座標既知点に対応する反射点である基準点と、の誤差である基準誤差を確認する第５工程と、
   前記第５工程の結果、前記基準誤差が第３基準値よりも大きい場合に、前記基準誤差が前記第３基準値であるか前記第３基準値よりも小さくなるように、前記点群データを調整する第６工程と、
   をさらに含む、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の有効距離取得方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の有効距離取得方法を実施する準備工程と、
   前記移動体の移動経路から離間した計測対象物のレーザ計測を行う計測工程と、
   を備え、
   前記計測工程は、
   前記移動体の移動に伴い、前記計測対象物への前記レーザ光の走査を行うことにより、前記レーザ光の反射点の集合である計測点群データを取得する第７工程と、
   前記計測点群データに含まれる前記反射点のうち、前記レーザ計測装置との距離が前記有効距離の範囲内の前記反射点を用いて計測データを作成する第８工程と、
   を含む、
   レーザ計測方法。

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