JP7227534B2

JP7227534B2 - 絶対座標取得方法

Info

Publication number: JP7227534B2
Application number: JP2021528510A
Authority: JP
Inventors: 傑小口; 義弘杁山; 健至日吉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2023-02-22
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: US20220349710A1; WO2020255266A1; JPWO2020255266A1

Description

本発明は、地下管路の絶対座標取得方法に関する。

道路施設、河川や港湾施設、上下水道等地下埋設物、などの設置位置を正確に特定し、施設維持管理を効率的に行うことが求められている（例えば、非特許文献１参照）。これらの施設の座標計測にあたり、計測機材の水平設置が規定されている（例えば、非特許文献２参照）。

従来、図５Ａに示すように、作業者は、道路線形Ｒと地下管路Ｕとの距離Ｄに基づいて、地下管路ＵのルートＫを把握し、地下管路Ｕの維持管理業務を行ってきた。しかしながら、道路線形Ｒに対する地下管路Ｕの相対位置を測定する方法では、道路線形Ｒが変更された場合、地下管路ＵのルートＫを作業者が把握し難い。そこで、近年、図５Ｂに示すように、作業者は、地下管路Ｕの絶対座標Ｘに基づいて、地下管路ＵのルートＫを把握し、地下管路Ｕの維持管理業務を効率的に行っている。ＧＰＳ（Global Positioning System）などにより地下管路Ｕの絶対座標Ｘを測量する方法では、道路線形Ｒが変更された場合であっても、地下管路ＵのルートＫを作業者が正確に把握することができる。例えば、図６に示すように、作業者は、機材を持って掘削溝Ｓの内部に入り、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量機Ｇなどの機材を設置して地下管路Ｕの絶対座標Ｘを取得する。

「高精度位置情報測位道路維持管理分野への適用について」、 Kensetsu Denki Gijyutsu、 Vol.156、 2007. 1 「トータルステーションによる出来形管理技術の手引き」（国土交通省）、[online]、[2019年6月7日検索]、インターネット<https://www.kkr.mlit.go.jp/kingi/ict/h2603-02.pdf>

しかしながら、作業者が機材を持って掘削溝の内部に入り、機材を設置して地下管路の絶対座標を取得することは、作業者にとって危険であるのみならず、高精度な測量が困難であるという問題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、作業者が機材を持って掘削構の内部に入らずに、地下管路の位置を正確に把握することが可能な絶対座標取得方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る絶対座標取得方法は、地下管路の絶対座標を取得する絶対座標取得方法であって、路面に複数の基準点を設け、掘削溝の内部に設置される管路に測量点を設けるマーキングステップと、前記基準点の絶対座標を測量する測量ステップと、第１のカメラおよび第２のカメラを備えるステレオカメラによって、前記第１のカメラにより前記基準点および前記測量点を含む第１の画像を、前記第２のカメラにより前記基準点および前記測量点を含む第２の画像を、同時に撮影する撮影ステップと、基準位置を前記ステレオカメラの位置として、前記第１の画像および前記第２の画像に基づいて、前記ステレオカメラに対する前記基準点および前記測量点の相対位置を算出する算出ステップと、前記基準点の絶対座標、並びに、前記基準点および前記測量点の相対位置のみに基づいて、前記測量点の絶対座標を算出する絶対座標算出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、作業者が機材を持って掘削構の内部に入らずに、地下管路の位置を正確に把握することが可能となる。

第１実施形態に係る絶対座標取得方法の一例を示すフローチャートである。第１実施形態に係る絶対座標取得方法の一例を説明するための図である。第２実施形態に係る絶対座標取得方法の一例を示すフローチャートである。第２実施形態に係る絶対座標取得方法の一例を説明するための図である。従来の地下管路設備の管理方法について説明するための図である。従来の地下管路設備の管理方法について説明するための図である。従来の絶対座標取得方法の一例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１および図２を参照して、本実施形態に係る絶対座標取得方法について説明する。作業者は、例えば、ＧＮＳＳ測量機３０、ステレオカメラ４０、算出装置（不図示）、などを用いて、地下管路の絶対座標を取得する。

ＧＮＳＳ測量機３０は、人工衛星により地上における現在位置を決定する衛星測位システムを用いて、対象物の絶対座標（例えば、東経：Ｅ○○°、北緯：Ｎ○○°、高度：Ｈ○○°、など）を測量する。ＧＮＳＳとは、ＧＰＳ（米）、準天頂衛星システム、ＧＬＯＮＡＳＳ（露）、ＧＡＬＩＬＥＯ（ＥＵ計画中）、などを含む衛星測位システムの総称である。

ステレオカメラ４０は、作業者の左側に設置される第１のカメラ４０＿１により撮影された第１の画像に含まれる対象物の像の位置と、作業者の右側に設置される第２のカメラ４０＿２により撮影された第２の画像に含まれる対象物の像の位置と、の差を示す視差に基づいて、基準位置（例えば、ステレオカメラ４０の光学中心の位置）に対する対象物の相対位置を測定する。ステレオカメラ４０は、例えば、三脚４１により固定されている。

ステップＳ１０１：作業者は、路面Ａに２つの基準点（第１の基準点１１および第２の基準点１２）を設ける。そして、作業者は、掘削溝１の内部に設置される管路１０に、測量点２０を設ける。作業者は、例えば、光を反射しない赤色フェルト地に白色十字型が施された印で、測量点２０をマーキングする。

ステップＳ１０２：作業者は、路面ＡにＧＮＳＳ測量機３０を設置する。ＧＮＳＳ測量機３０は、第１の基準点１１および第２の基準点１２の絶対座標を測量する。ＧＮＳＳ測量機３０＿１は、第１の基準点１１の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．××°、北緯：Ｎ３６．××°、高度：Ｈ２５．××°、と測量する。ＧＮＳＳ測量機３０＿２は、第２の基準点１２の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．○○°、北緯：Ｎ３６．○○°、高度：Ｈ２５．○○°、と測量する。なお、作業者は、ステレオカメラ４０の撮影範囲などを考慮して、２つの基準点の位置を任意に決定してよい。

ステップＳ１０３：作業者は、路面Ａにステレオカメラ４０を設置する。そして、作業者は、ステレオカメラ４０の撮影範囲に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および測量点２０が入るように、ステレオカメラ４０を水平に設置する。

ステップＳ１０４：ステレオカメラ４０は、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および測量点２０を撮影する。作業者は、第１のカメラ４０＿１により撮影された第１の画像および第２のカメラ４０＿２により撮影された第２の画像に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および測量点２０が、含まれるように撮影されているか否かを判定する。すなわち、作業者は、第１のカメラ４０＿１および第２のカメラ４０＿２により撮影された２つの画像（第１の画像および第２の画像）に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および測量点２０が含まれているか否かを判定する。

作業者は、第１のカメラ４０＿１および第２のカメラ４０＿２により撮影された２つの画像に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および測量点２０が含まれていると判定する場合（ステップＳ１０４→ＹＥＳ）、ステップＳ１０５の処理へと進む。作業者は、第１のカメラ４０＿１および第２のカメラ４０＿２により撮影された２つの画像に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、又は、測量点２０が含まれていないと判定する場合（ステップＳ１０４→ＮＯ）、ステップＳ１０３の処理へと進む。

ステップＳ１０５：算出装置は、第１のカメラ４０＿１および第２のカメラ４０＿２により撮影された２つの画像に基づいて、基準位置に対する第１の基準点１１の相対位置、基準位置に対する第２の基準点１２の相対位置、および基準位置に対する測量点２０の相対位置を算出する。

具体的には、算出装置は、第１のカメラ４０＿１により撮影された第１の画像に含まれる第１の基準点１１の像の位置と第２のカメラ４０＿２により撮影された第２の画像に含まれる第１の基準点１１の像の位置との差を算出する。また、算出装置は、第１のカメラ４０＿１により撮影された第１の画像に含まれる第２の基準点１２の像の位置と、第２のカメラ４０＿２により撮影された第２の画像に含まれる第２の基準点１２の像の位置と、の差を算出する。また、算出装置は、第１のカメラ４０＿１により撮影された第１の画像に含まれる測量点２０の像の位置と、第２のカメラ４０＿２により撮影された第２の画像に含まれる測量点２０の像の位置と、の差を算出する。

そして、算出装置は、第１の画像に含まれる第１の基準点１１の像の位置と第２の画像に含まれる第１の基準点１１の像の位置との差に基づいて、ステレオカメラ４０と第１の基準点１１との距離を算出する。また、算出装置は、第１の画像に含まれる第２の基準点１２の像の位置と第２の画像に含まれる第２の基準点１２の像の位置との差に基づいて、ステレオカメラ４０と第２の基準点１２との距離を算出する。また、算出装置は、第１の画像に含まれる測量点２０の像の位置と第２の画像に含まれる測量点２０の像の位置との差に基づいて、ステレオカメラ４０と測量点２０との距離を算出する。

そして、算出装置は、ステレオカメラ４０と第１の基準点１１との距離に基づいて、基準位置に対する第１の基準点１１の相対位置を算出する。また、算出装置は、ステレオカメラ４０と第２の基準点１２との距離に基づいて、基準位置に対する第２の基準点１２の相対位置を算出する。また、算出装置は、ステレオカメラ４０と測量点２０との距離に基づいて、基準位置に対する測量点２０の相対位置を算出する。

ステップＳ１０６：算出装置は、第１の基準点１１の絶対座標、第２の基準点１２の絶対座標、基準位置に対する第１の基準点１１の相対位置、基準位置に対する第２の基準点１２の相対位置、および基準位置に対する測量点２０の相対位置に基づいて、測量点２０の絶対座標を算出する。算出装置は、測量点２０の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．△△°、北緯：Ｎ３６．△△°、高度：Ｈ２０．△△°、と算出する。

上述のように、路面Ａに２つの基準点を設けることで、作業者は、掘削溝１の内部に入らずに、ＧＮＳＳ測量機３０を路面Ａに設置して２つの基準点の絶対座標を取得する。これにより、ＧＮＳＳ測量機３０の測量棒が地上に出ない、作業者がＧＮＳＳ測量機３０を持って掘削溝１の内部に入るには手間がかかる、などの不具合が生じることなく、作業者は、２つの基準点の絶対座標を高精度に取得することができる。更に、算出装置が、これらの基準点の絶対座標を利用して測量点の絶対座標を算出することで、作業者は、測量点の絶対座標を高精度に取得することができる。

第１実施形態に係る絶対座標取得方法によれば、作業者が機材を持って掘削構の内部に入らずに、地下管路の位置を正確に把握することが可能となる。

＜第２実施形態＞
図３および図４を参照して、本実施形態に係る絶対座標取得方法について説明する。

第２実施形態に係る絶対座標取得方法が、第１実施形態に係る絶対座標取得方法と異なる点は、第１実施形態に係る絶対座標取得方法は、作業者が、路面Ａに第１の基準点１１および第２の基準点１２という２つの基準点を設けるのに対して、第２実施形態に係る絶対座標取得方法は、作業者が、路面Ａに第１の基準点１１、第２の基準点１２、および第３の基準点１３という３つの基準点を設ける点である。なお、その他の工程は、第１実施形態に係る絶対座標取得方法と第２実施形態に係る絶対座標取得方法とは同じであるため、重複した説明を省略する。

ステップＳ２０１：作業者は、路面Ａに３つの基準点（第１の基準点１１、第２の基準点１２、および第３の基準点１３）を設ける。そして、作業者は、掘削溝１の内部に設置される管路１０に、測量点２０を設ける。作業者は、例えば、光を反射しない赤色フェルト地に白色十字型が施されたしるしで、測量点２０をマーキングする。

ステップＳ２０２：作業者は、路面ＡにＧＮＳＳ測量機３０を設置する。ＧＮＳＳ測量機３０は、第１の基準点１１、第２の基準点１２、および第３の基準点１３の絶対座標を測量する。ＧＮＳＳ測量機３０＿１は、第１の基準点１１の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．××°、北緯：Ｎ３６．××°、高度：Ｈ２５．××°、と測量する。ＧＮＳＳ測量機３０＿２は、第２の基準点１２の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．○○°、北緯：Ｎ３６．○○°、高度：Ｈ２５．○○°、と測量する。ＧＮＳＳ測量機３０＿３は、第３の基準点１３の絶対座標を、例えば、東経：Ｅ１３９．□□°、北緯：Ｎ３６．□□°、高度：Ｈ２５．□□°、と測量する。なお、作業者は、ステレオカメラ４０の撮影範囲などを考慮して、３つの基準点の位置を任意に決定してよい。また、路面Ａに設ける基準点は、３つ以上であってもよい。

ステップＳ２０３：作業者は、路面Ａにステレオカメラ４０を設置する。そして、作業者は、ステレオカメラ４０の撮影範囲に、第１の基準点１１、第２の基準点１２、第３の基準点１３、および測量点２０が入るように、ステレオカメラ４０を前傾させる。

ここで、非特許文献２を参照すると、座標計測にあたり、機材（例えば、ステレオカメラ）の水平設置が規定されている。しかしながら、実際の現場において、傾斜や凹凸を有する路面Ａに対して、機材を水平に設置することが困難な場合もある。このような場合であっても、路面Ａに３つ以上の基準点を設けることで、作業者は、基準位置に対する第１の基準点１１の相対位置、基準位置に対する第２の基準点１２の相対位置、基準位置に対する第３の基準点１３の相対位置、および基準位置に対する測量点２０の相対位置を高精度に取得することができる。更に、算出装置が、これらの相対位置を利用して測量点の絶対座標を算出することで、作業者は、測量点の絶対座標を高精度に取得することができる。

ステップＳ２０４～ステップＳ２０６の工程は、ステップＳ１０４～ステップＳ１０６の工程と同じであるため、重複した説明を省略する。

第２実施形態に係る絶対座標取得方法によれば、作業者が機材を持って掘削構の内部に入らずに、地下管路の位置を正確に把握することが可能となる。また、ステレオカメラの設置位置の足場が悪いと正確な絶対座標の取得が困難であるという従来の問題を解消し、ステレオカメラを水平に設置しなくても、作業者は、測量点の絶対座標を高精度に取得することが可能となる。

＜変形例＞
第１実施形態では、ステップＳ１０１において、作業者が、路面Ａに基準点を２つ設け、第２実施形態では、ステップＳ２０１において、作業者は、路面Ａに基準点を３つ設ける場合を一例に挙げて説明したが、路面Ａに設ける基準点の数は、複数であれば特に限定されるものではない。

本実施形態では、管路１０における測量点が１つである場合を一例に挙げて説明したが、管路１０における測量点の数は、特に限定されるものではなく、単数であっても複数であってもよい。

本実施形態では、算出装置が、基準位置に対する第１の基準点１１の相対位置、基準位置に対する第２の基準点１２の相対位置、基準位置に対する第３の基準点１３の相対位置、および基準位置に対する測量点２０の相対位置を算出し、更に、測量点２０の絶対座標を算出する場合について説明したが、算出装置は、２つ以上の装置に分割されてもよい。また、算出装置の一部の機能をステレオカメラが有していてもよい。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態により制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態のフローチャートに記載の各工程の順序は、上記に限定されず適宜変更可能である。また、複数の工程を１つに組み合わせたり、あるいは１つの工程を分割したりすることが可能である。

１掘削溝
１０管路
１１基準点
１２基準点
１３基準点
２０測量点
３０ＧＮＳＳ測量機
４０ステレオカメラ

Claims

地下管路の絶対座標を取得する絶対座標取得方法であって、
路面に複数の基準点を設け、掘削溝の内部に設置される管路に測量点を設けるマーキングステップと、
前記基準点の絶対座標を測量する測量ステップと、
第１のカメラおよび第２のカメラを備えるステレオカメラによって、前記第１のカメラにより前記基準点および前記測量点を含む第１の画像を、前記第２のカメラにより前記基準点および前記測量点を含む第２の画像を、同時に撮影する撮影ステップと、
基準位置を前記ステレオカメラの位置として、前記第１の画像および前記第２の画像に基づいて、前記ステレオカメラに対する前記基準点および前記測量点の相対位置を算出する算出ステップと、
前記基準点の絶対座標、並びに、前記基準点および前記測量点の相対位置のみに基づいて、前記測量点の絶対座標を算出する絶対座標算出ステップと、
を含む、絶対座標取得方法。
前記基準点は、２つである、
請求項１に記載の絶対座標取得方法。
前記基準点は、３つ以上である、
請求項１に記載の絶対座標取得方法。