JP7297636B2 - Scanner device and surveying method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、スキャナ装置およびこれを用いた測量方法に関し、より詳細には、電子レベル用標尺を用いて測量を行うスキャナ装置およびこれを用いた測量方法に関する。 The present invention relates to a scanner device and a surveying method using the same, and more particularly to a scanner device for surveying using an electronic level staff and a surveying method using the same.
従来、測定対象物三次元データを取得する測定装置としてスキャナ装置が知られている(特許文献1)。該スキャナ装置は、測距光を測定対象物あるいは測定範囲に走査して、その反射光を受光して、測定対象物あるいは測定範囲の三次元点群データを取得する。 Conventionally, a scanner device is known as a measuring device that acquires three-dimensional data of an object to be measured (Patent Document 1). The scanner device scans a measuring object or measuring range with distance measuring light, receives the reflected light, and obtains three-dimensional point cloud data of the measuring object or measuring range.
三次元点群データの取得のために、測定対象物あるいは所望の測定範囲に応じて、複数地点から点群データを取得する場合がある。複数地点から取得した点群データは、その後同一座標系のデータとなるように、合体させる必要がある。このために、器械点(スキャナ装置の設置点)の座標値、器械高(地面からスキャナ装置の基準点までの高さ)およびスキャナ装置の方向角を求める必要がある。 In order to obtain three-dimensional point cloud data, point cloud data may be obtained from a plurality of points according to the measurement target or desired measurement range. The point cloud data obtained from multiple points must be merged so that they are in the same coordinate system. For this purpose, it is necessary to obtain the coordinate values of the instrument point (installation point of the scanner device), the instrument height (the height from the ground to the reference point of the scanner device), and the azimuth angle of the scanner device.
特許文献1のスキャナ装置を用いる場合、後視点や器械点にプリズム等の反射ターゲットを整準台付きの三脚に設置して、反射ターゲットの測距および測角を行う。この場合、反射ターゲットを設置するたびに、整準を行い、反射ターゲットの高さを手作業で測定する必要があり、作業が煩雑であるという問題があった。
When using the scanner device of
また、器械高も作業者が手作業で測定するため、この点でも作業が煩雑であるという問題があった。 In addition, since the operator manually measures the instrument height, the work is complicated in this respect as well.
本発明は、係る事情を鑑みてなされたものであり、作業者の手作業による高さの測定を必要とせずに、スキャナを用いて器械点座標を測量する技術を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique for surveying instrument point coordinates using a scanner without requiring manual height measurement by an operator. .
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係るスキャナ装置は、測距光を測定対象物に照射し、該測定対象物からの反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を鉛直回転走査する走査部、該走査部を水平回転する水平回転ユニット、前記測距光の照射方向を検出する水平角検出器および鉛直角検出器、および制御演算部を備えるスキャナ装置において、鉛直に設置された電子レベル用標尺を視準して、該標尺が示す高さを測定する標尺高さ測定手段と、前記標尺までの距離を測定する標尺距離測定手段と、前記スキャナ装置の器械高を測定する器械高測定手段とを備え、前記標尺高さ測定手段の視準方向と、前記測距光の照射方向との関係が既知である。 In order to achieve the above object, a scanner device according to a first aspect of the present invention is a rangefinder that irradiates an object to be measured with distance measuring light and receives reflected light from the object to measure the distance. a scanning unit that vertically rotates and scans the distance measuring light; a horizontal rotation unit that horizontally rotates the scanning unit; a horizontal angle detector and a vertical angle detector that detect the direction of irradiation of the distance measuring light; a staff height measuring means for collimating a vertically installed electronic level staff and measuring a height indicated by the staff; a staff distance measuring means for measuring a distance to the staff; An instrument height measuring means for measuring an instrument height of the scanner device is provided, and the relationship between the sighting direction of the staff height measuring means and the irradiation direction of the distance measuring light is known.
上記態様において、前記標尺高さ測定手段と、前記標尺距離測定手段とは、望遠鏡に格納された光学系と、望遠鏡で視準した標尺の画像データを取得するラインセンサとを備える電子レベルユニットとして構成され、前記電子レベルユニットの視準方向と、前記スキャナ装置の基準方向との水平方向の関係は既知とされており、前記制御演算部は、前記画像データに基づいて標尺の示す高さおよび標尺までの距離を算出することも好ましい。 In the above aspect, the staff height measuring means and the staff distance measuring means are an electronic level unit comprising an optical system housed in a telescope and a line sensor for acquiring image data of the staff collimated by the telescope. The horizontal relationship between the collimation direction of the electronic level unit and the reference direction of the scanner device is known, and the control operation unit determines the height and height indicated by the staff on the basis of the image data. It is also preferable to calculate the distance to the staff.
また、上記態様において、前記標尺高さ測定手段と、前記標尺距離測定手段とは光学系と、光学系を介して視準した標尺の画像データを取得する2次元の撮像素子を備えるカメラとして構成され、前記カメラの視準方向と、前記スキャナ装置の基準方向との水平方向の関係は既知とされており、前記制御演算部は、取得した画像データに基づいて標尺の示す高さおよび標尺までの距離を算出することも好ましい。 In the above aspect, the staff height measuring means and the staff distance measuring means are configured as a camera including an optical system and a two-dimensional imaging device for acquiring image data of the staff collimated via the optical system. The horizontal relationship between the sighting direction of the camera and the reference direction of the scanner device is known. It is also preferable to calculate the distance of
また、上記態様において、前記標尺高さ測定手段と、前記標尺距離測定手段とは、前記スキャナ装置により構成され、前記制御演算部は、前記測距光を前記標尺の周囲を走査した反射光の受光光量の分布に基づいて標尺の示す高さおよび標尺までの距離を算出することも好ましい。 Further, in the above aspect, the staff height measuring means and the staff distance measuring means are constituted by the scanner device, and the control calculation section measures the reflected light obtained by scanning the circumference of the staff with the distance measuring light. It is also preferable to calculate the height indicated by the staff and the distance to the staff based on the distribution of the amount of received light.
また、上記態様において、前記器械高測定手段は、EDMであることも好ましい。 Moreover, in the above aspect, it is also preferable that the instrument height measuring means is an EDM.
また、本発明の別の態様に係る測量方法は、上記態様に係るスキャナ装置を用いる測量方法であって、(a)前記器械高測定手段が、座標既知の器械点における前記スキャナ装置の器械高を測定するステップと、(b)前記標尺高さ測定手段が、3次元座標が既知の後視点に、鉛直に設置された標尺を視準して、前記標尺の高さを測定するステップと、(c)前記水平角検出器が、ステップ(b)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、(d)前記制御演算部が、前記後視点の座標、前記器械点の座標および前記水平角に基づいて、前記器械点の方向角を算出するステップとを備え、前記器械点の座標が、平面座標のみ既知の場合は、さらに、(e)前記制御演算部が、前記後視点の座標、前記標尺高さおよび前記器械高に基づいて、前記器械点の座標を算出するステップを備え、前記器械点の座標が、3次元座標既知の場合は、ステップ(e)を備えない。 A surveying method according to another aspect of the present invention is a surveying method using the scanner device according to the above aspect, wherein: (a) the instrument height measuring means measures the instrument height of the scanner device at an instrument point whose coordinates are known; (b) the staff height measuring means measures the height of the staff by collimating a staff vertically installed at a backsight point whose three-dimensional coordinates are known; (c) the horizontal angle detector detecting the horizontal angle of the sighting direction of the staff height measuring means collimating the staff in step (b); calculating the direction angle of the instrument point based on the coordinates of the backsight point, the coordinates of the instrument point, and the horizontal angle; (e) The control calculation unit includes a step of calculating the coordinates of the instrument point based on the coordinates of the backsight point, the height of the staff and the height of the instrument, and the coordinates of the instrument point are known three-dimensional coordinates. does not comprise step (e).
また本発明の別の態様に係る測量方法は、上記態様に係るスキャナ装置を用いる測量方法であって、(f)前記器械高測定手段が、座標未知の器械点における前記スキャナ装置の器械高を測定するステップと、(g)前記標尺高さ測定手段が、3次元座標既知の、2以上の後視点に鉛直に設置された標尺を視準して、それぞれの標尺高さを測定するステップと、(h)前記標尺距離測定手段が、前記2以上の後視点の標尺までの距離を測定するステップと、(i)前記水平角検出器が、前記2以上の後視点について、ステップ(g)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、(j)前記制御演算部が、前記2以上の後視点の座標、ならびに前記2以上の後視点についての前記器械高、前記標尺高さ、前記標尺までの距離、および前記水平角の値に基づいて、前記器械点の座標を算出するステップと、(k)前記制御演算部が、前記2以上の後視点の座標および前記2以上の後視点についての前記水平角に基づいて、前記器械点の方向角を算出するステップとを備える。 A surveying method according to another aspect of the present invention is a surveying method using the scanner device according to the above aspect, wherein (f) the instrument height measuring means measures the instrument height of the scanner device at an instrument point whose coordinates are unknown. (g) the staff height measuring means collimates staffs vertically installed at two or more backsight points with known three-dimensional coordinates, and measures the height of each staff; (h) said staff distance measuring means measuring the distance to staffs of said two or more backsight points; (j) the control and calculation unit determines the coordinates of the two or more backsight points and the two or more coordinates of the two or more backsight points; (k) calculating the coordinates of the instrument point based on the values of the instrument height, the staff height, the distance to the staff, and the horizontal angle with respect to the backsight; calculating a direction angle of the instrument point based on the coordinates of two or more backsight points and the horizontal angles for the two or more backsight points.
上記2つの態様に係る測量方法において、(l)前記標尺高さ測定手段が、座標未知の新点に鉛直に設置された標尺を視準して、標尺高さを測定するステップと、(m)前記標尺距離測定手段が、前記新点に設置された前記標尺までの距離を測定するステップと、(n)前記水平角検出器が、前記新点について、ステップ(l)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、(o)前記制御演算部が、前記器械点の座標、並びに、前記新点についての、前記標尺高さ、前記標尺までの距離、及び前記水平角に基づいて前記新点の座標を算出するステップと、をさらに備えることも好ましい。 In the surveying method according to the above two aspects, (l) the staff height measuring means collimates a staff vertically installed at a new point of unknown coordinates to measure the height of the staff; a) the staff distance measuring means measures the distance to the staff installed at the new point; a step of detecting a horizontal angle in a collimation direction of the collimating staff height measuring means; and calculating the coordinates of the new point based on the distance to the staff and the horizontal angle.
なお、本明細書において、標尺高さ(または標尺の高さ)とは、標尺の視準位置の示す高さであり、標尺高さ測定手段による読取り高さを意味する。 In this specification, the staff height (or the height of the staff) is the height indicated by the sighting position of the staff, and means the height read by the staff height measuring means.
上記態様によれば、作業者の手作業による高さの測定を必要とせずに、スキャナを用いて器械点座標を測定することが可能となる。 According to the above aspect, it is possible to measure instrument point coordinates using a scanner without requiring manual height measurement by an operator.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施の形態において、同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. Moreover, in each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.
(概要)
本発明に係る実施の形態は、三次元点群データを取得するためのスキャナ装置であって、電子レベル用標尺が示す高さを取得する標尺高さ測定手段と、前記標尺までの距離を取得する標尺距離測定手段と、スキャナ装置の器械高を測定する器械高測定手段とを備えるスキャナ装置として構成されている。
(overview)
An embodiment according to the present invention is a scanner device for acquiring three-dimensional point cloud data, comprising a staff height measuring means for acquiring a height indicated by an electronic level staff and a distance to the staff. It is configured as a scanner device comprising staff distance measuring means for measuring the height of the scanner device and instrument height measuring means for measuring the instrument height of the scanner device.
(実施の形態に係るスキャナ装置を用いた測量方法に用いる標尺)
まず、以下の実施の形態において、共通に用いる標尺LSについて説明する。標尺LSは、図1に示すように、所謂電子レベル用のバーコード標尺である。標尺LSは、アルミニウム製やカーボンファイバー製の真直な基体に、縦方向に所定の間隔で配置され、標尺の下端部からの長さ(高さ)を示すバーコードパターン2が印刷や刻印等により表示されている。また、標尺LSは、円形水準器等の水準器3を備え、標尺スタンド4等により、鉛直に自立するように設置される。
(Stage used for surveying method using scanner device according to embodiment)
First, a staff LS that is commonly used in the following embodiments will be described. The staff LS, as shown in FIG. 1, is a so-called barcode staff for an electronic level. The staff LS is arranged on a straight base made of aluminum or carbon fiber at predetermined intervals in the vertical direction, and a
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係るスキャナ装置Sの測定状態を示す外観概略図であり、図2は、スキャナ装置Sの構成ブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic external view showing a measurement state of the scanner device S according to the first embodiment, and FIG. 2 is a configuration block diagram of the scanner device S. As shown in FIG.
(スキャナ装置の構成)
スキャナ装置Sは、外観上、設置点に三脚5を用いて取り付けられた整準ユニット6、整準ユニット6に設けられた水平回転ユニット7、水平回転ユニット7に設けられた電子レベル筐体8、および電子レベル筐体8の上部に設けられたスキャナ筐体9を備える。整準ユニット6は、整準ネジおよび気泡管を備える所謂整準装置である。スキャナ筐体9は、中央に、前後方向および上方に開口する開口部が設けられており、開口部に、投光部9aを備える。すなわち、スキャナ装置Sは、所謂電子レベルに所謂レーザスキャナが組付け一体化された構成となっている。
(Structure of scanner device)
In appearance, the scanner device S consists of a
スキャナ装置Sは、後述する水平回転駆動部12により、水平回転ユニット7が鉛直に延びる軸H-H周りに360°回転するように構成されている。また、スキャナ装置Sは、後述する鉛直回転駆動部32により、投光部9aが軸H-Hと直交する軸V-V周りに360°回転するように構成されている。スキャナ筐体9は、投光部9aが、後述する電子レベルユニット20の視準光軸Oと直交して回転するように、電子レベル筐体8に取り付けられている。
The scanner device S is configured such that the
スキャナ筐体9と電子レベル筐体8との配置は、電子レベルユニット20とスキャナユニット30の器械中心が水平方向で一致し、鉛直方向で既知とされている。また電子レベルユニット20の視準方向と、スキャナユニットの基準方向の関係は、予め既知とされている。
The arrangement of the
特に限定されるわけではないが、図示のように、投光部9aが、電子レベルユニット20の視準光軸Oと直交して回転するように、電子レベル筐体8に取り付けられていると、電子レベル筐体8の短手方向に、鉛直スキャンすることになるので、電子レベル筐体8自体がスキャンデータに映り込むケラレが少なくなり有利である。ここで、スキャナ装置Sの基準方向とは、スキャナ装置Sの座標系の方向角が0となる方向である。
Although not particularly limited, it is assumed that the
図2は、スキャナ装置Sの構成を示すブロック図である。スキャナ装置Sは、整準部11、水平回転駆動部12、水平角検出器13、記憶部14、データ記憶部15、表示部16、操作部17、電子レベルユニット20、スキャナユニット30、および制御演算部40を備える。スキャナユニット30は、器械高測定手段として機能する。また、電子レベルユニット20は、標尺高さ測定手段および標尺距離測定手段として機能する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the scanner device S. As shown in FIG. The scanner device S includes a leveling
整準部11は、整準ユニット6に格納されており、整準機構(図示せず)および傾斜センサ(図示せず)を有する。整準機構は該傾斜センサの検出結果に基づいて、自動的に整準ユニット6を水平に整準する。整準部11は必須ではなく、整準部11を備えず、整準ユニット6が手動により整準するように構成されていてもよい。
The leveling
水平回転駆動部12は、モータである。また、制御演算部40に制御されて、水平回転ユニット7を軸H-H周りに回転駆動する。
The horizontal
水平角検出器13は、ロータリエンコーダである。水平角検出器13は、水平回転ユニット7の回転軸に対して設けられ、水平回転ユニット7の水平方向の回転角を検出する。
The
記憶部14は、例えば、ハードディスクドライブである。記憶部14には、後述する制御および演算を実行するためのプログラムおよびデータが格納されている。
The
データ記憶部15は、例えばSDカードであり、スキャナ装置Sで取得される種々の測定データおよび演算により算出されるデータを記憶する。
The
表示部16と操作部17は、スキャナ装置Sのユーザインターフェースである。図示の例では、電子レベル筐体8の外面に設けられている。表示部16は、液晶ディスプレイ等である。操作部17は、キーボタン等である。表示部16および操作部17は、作業者がこれらを介してスキャナ装置Sの動作に関する指令および設定、測定結果の確認、装置の調整が行えるように構成されている。
The
電子レベルユニット20は、鏡筒8a(図3)内に配置された、対物レンズ、合焦レンズ、コンペンセータ、ビームスプリッタ、焦点板、接眼レンズ等を備える視準光学系21と、CCD、CMOS等のラインセンサ22とから概略構成される望遠鏡として構成されている。電子レベルユニット20は、電子レベル筐体8に格納されている。
The
ラインセンサ22には、視準した風景の像が、視準光学系21を介して結像されるようになっている。ラインセンサ22は、受光した標尺LSの画像を電気信号に変換し、A/D変換器でデジタル信号に変換して制御演算部40へ出力する。上記の電子レベルユニット20の構成は、一例であり、例えば特開2018-34726号公報等に開示された公知の電子レベルの構成を適用してもよい。
A collimated image of the scenery is formed on the
スキャナユニット30は、鉛直角検出器31、鉛直回転駆動部32、走査部として機能する回動ミラー33および測距部34で概略構成されている。また、スキャナユニット30はスキャナ筐体に格納されている。
The
鉛直角検出器31はロータリエンコーダであり、回動ミラー33の鉛直回転角を検出する。
The
鉛直回転駆動部32は、モータであり、回動ミラー33を、軸V-V周りに回動する。
The vertical
回動ミラー33は、例えば両面ミラーであり、投光部9aの鉛直回転軸9b(図3)内に設けられており、投光部9aと一体に、鉛直回転駆動部32により、軸V-V周りに鉛直に回転する。また、回動ミラー33は、投光部9a内の、水平回転ユニット7の回転軸上に配置されており、スキャナユニット30と、電子レベルユニット20の筐体は一体に水平回転する。
The rotating
測距部34は、図示しないが、測距光送光部、測距光受光部、ビームスプリッタ、および集光レンズ等を備える測距光送受光光学系を備える。測距光送光部は、半導体レーザ等の発光素子を備え、スキャン光として、例えば赤外パルスレーザ光を出射する。測距光受光部は、例えばフォトダイオード等の受光素子で構成されている。
The
測距光送光部から出射された測距光Laは、測距光送受光光学系を介して回動ミラー33に反射されて測定対象物に照射される。測定対象物によって再帰反射された反射測距光Lbは、回動ミラー33および測距光走受光光学系を介して測距光受光部に入射する。
The distance measuring light La emitted from the distance measuring light transmitting unit is reflected by the
回動ミラー33の回転によって、測距光が、鉛直方向に走査されて測定対象物(範囲)に照射される。また、水平回転ユニット7の回転によって、測距光が水平方向に走査されることにより、測距光が鉛直方向および水平方向の全周に亘り走査される。
The rotation of the
また、測距光受光部は、入射した受光信号を制御演算部40に出力するように構成されている。測距光受光部には、ビームスプリッタにより分割された測距光の一部が内部参照光として入射するようになっており、反射測距光および内部参照光の受光信号に基づいて測距光の照射点までの距離が求められるようになっている。
Further, the distance measuring light receiving section is configured to output an incident light receiving signal to the
なお、上記スキャナユニット30の構成は一例であり、例えば、特開2014-178274号公報等に開示されているような公知のものを適用することもできる。
Note that the configuration of the
また、スキャナユニット30は、測距光Laを鉛直方向の地面に照射し、地面までの距離を測定することで、スキャナ装置Sの器械高を取得可能になっている。図3は、投光部9aが鉛直方向の地面を視準した状態のスキャナ装置Sの、軸V-Vに直交する方向の縦断面図である。また、理解の容易のために断面のハッチング、内部の構成部材および三脚5は適宜省略している。
Further, the
電子レベル筐体8の上面および下面には、投光部9aが鉛直下向きを向いたときに対向する位置、すなわちスキャナ装置Sの水平方向の中央位置に、円形の開口8bがそれぞれ設けられている。円形の開口8bは、透明樹脂板8cで閉塞されている。また、電子レベル筐体8の内部には電子レベルユニット20の鏡筒8aが配置されており、鏡筒8aの周囲に、4つの偏向ミラー35が配置されている。
水平回転ユニット7、整準ユニット6および三脚5の台座5aには、それぞれスキャナ装置Sの水平方向の中央位置に、円形の貫通孔5b,6a,6b,7aが設けられている。
Circular through-
そして、投光部9aが鉛直方向の地面を視準した状態で、測距部34から測距光Laが発されると、回動ミラー33で反射した光が、投光部の透明カバー9cおよび上側の透明樹脂板8cを介して、電子レベル筐体8に入射する。入射した光は、4つの偏向ミラー35で順次反射されて、鏡筒8aを避けるように鉛直下向きに導かれる。さらに、下側の透明樹脂板8c、貫通孔7a,6b,6a,5bを通過して、地面に照射される。
When the distance measuring light La is emitted from the
一方、地面により反射された反射測距光Lbは、同じ光路を逆向きに進行して、回動ミラー33に入射する。これにより、スキャナユニット30は、スキャナ装置Sの器械高を測定可能となっている。
On the other hand, the reflected distance measuring light Lb reflected by the ground travels in the opposite direction along the same optical path and is incident on the
制御演算部40は、演算処理を行うCPUと、画像メモリと、補助記憶部としてのROM(Read・Only・Memory)およびRAM(Randam・Access・Memory)等を備えるマイクロコンピュータである。制御演算部40は、制御部50と、データ処理部60とを備える。
The
制御演算部40は、各構成部と電気的に接続されており、各部を制御し、各部により取得されるデータを演算処理する。また、制御部50およびデータ処理部60の各機能は、プログラムによって実行可能に構成されていてもよく、回路により実行可能に構成されていてもよい、また、これらを組み合わせて実行可能に構成されていても良い。
The
制御部50は、レベル制御部51と、スキャナ制御部52とを備える。
レベル制御部51は、電子レベルユニット20を制御して、電子レベルユニット20が視準する標尺LSの画像を取得する。具体的には、操作部17の撮像スイッチがONにされると、ラインセンサ22に蓄積されている画素データを逐次読み出して画像メモリに記憶する。
The
The
スキャナ制御部52は、スキャナユニット30および水平回転駆動部12を制御して、測距光を鉛直方向および水平方向の全周(フルドームスキャン)あるいは予め定められた範囲で走査して、各点における測距光の照射点の距離を測定する。また、水平角検出器13および鉛直角検出器31から、各照射点における測距光の照射方向の水平角および鉛直角を取得する。
The
また、スキャナ制御部52は、スキャナユニット30を制御して、測距光を鉛直方向の地面に照射して、スキャナの座標中心から、鉛直方向の地面までの距離を測定する。
Further, the
データ処理部60は、器械高算出部61、標尺高さ算出部62、標尺距離算出部63、方向角算出部64、座標算出部65、点群データ取得部66を備える。
The
器械高算出部61は、スキャナの鉛直方向の地面までの距離の測定結果に基づいて、地面からスキャナ装置の中心座標までの距離、すなわち、スキャナ装置の器械高を算出する。
The
標尺高さ算出部62は、電子レベルユニット20で取得され画像メモリに記憶された標尺LSの画像データから、視準光軸O上のコードパターンを抽出し、予め記憶部14に記憶された基準コード(高さの値に対応するコードパターン)と照合して、標尺LS上の電子レベルユニット20の視準位置の高さを算出する。
The staff height calculator 62 extracts the code pattern on the collimation optical axis O from the image data of the staff LS acquired by the
標尺距離算出部63は、電子レベルユニット20で取得され画像メモリに記憶された標尺LSの画像データから、視準光軸Oの上側スタジア線に相当するコードパターンと、視準光軸Oの下側スタジア線に相当するコードパターンと抽出し、予め記憶部14に記憶された基準コードと照合して、それぞれに相当する距離の測定値を求める。
The staff distance calculator 63 calculates a code pattern corresponding to the upper stadia line of the collimation optical axis O and a code pattern corresponding to the upper stadia line of the collimation optical axis O and A code pattern corresponding to the side stadia line is extracted and compared with a reference code stored in advance in the
そして、標尺距離算出部63は、上側スタジア線に相当する上側高さ測定値と、下側スタジア線に相当する下側高さ測定値との差により、上下スタジア線間の長さを求める。求められた上下スタジア線間の長さに、スタジア定数を乗じて電子レベルユニット20の器械中心から標尺LSまでの水平距離を算出する。
Then, the staff distance calculator 63 calculates the length between the upper and lower stadia lines from the difference between the upper height measurement value corresponding to the upper stadia line and the lower height measurement value corresponding to the lower stadia line. The obtained length between the upper and lower stadia lines is multiplied by the stadia constant to calculate the horizontal distance from the instrument center of the
方向角算出部64は、水平角検出器13の検出結果に基づいて、スキャナ装置Sの基準方向の方向角を算出する。
The
座標算出部65は、既知点の座標、スキャナ装置Sの標尺LSまでの距離、スキャナ装置Sの基準方向の方向角に基づいて、未知点の座標を算出する。
The coordinate
点群データ取得部66は、スキャナユニット30により得られる、各照射点の測距データ、鉛直角の測角データおよび水平角検出器により得られる水平角の測角データに基づいて、各照射点の座標を算出し、三次元点群データを取得する。
The point cloud
(測量方法)
以下、本実施の形態に係るスキャナ装置を用いて、スキャナ装置の器械点を測量する方法について説明する。
(Surveying method)
A method of surveying the instrument points of the scanner device using the scanner device according to the present embodiment will be described below.
(測量方法1)
測量方法1は、後視点・器械点法による測量方法であり、図4は、測量方法1のフローチャート、図5は、測量方法1の手順を模式的に説明する図である。図中、作業者、標尺LS1,LS2の水準器3、標尺スタンド4等は省略する。
(Surveying method 1)
測量を開始すると、ステップS101では、作業者は、水準器3を確認しながら3次元座標が既知の後視点BS(x0,y0,z0)に標尺LS1を鉛直に設置する(図5(A))。 When surveying is started, in step S101, the operator vertically installs the staff LS 1 at the backpoint BS (x 0 , y 0 , z 0 ) whose three-dimensional coordinates are known while checking the level 3 (Fig. 5(A)).
次に、ステップS102で、作業者は、平面既知の、器械点OCC1(x1,y1)にスキャナ装置Sを設置して、整準する。 Next, in step S102, the operator installs the scanner device S at the instrument point OCC1 (x 1 , y 1 ) with a known plane and levels it.
次に、ステップS103で、スキャナ装置Sは、スキャナ装置Sの器械高IH1を測定する(図5(B))。具体的には、スキャナ制御部52は、スキャナユニット30を鉛直下向きに向けて、鉛直方向の地面までの測距を行う。器械高算出部61は、測距結果に基づいて、スキャナ装置Sの器械高IH1を算出し、得られた値を器械点OCC1と関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
Next, in step S103, the scanner device S measures the instrument height IH1 of the scanner device S (FIG. 5(B)). Specifically, the
器械高IH1の測定は、スキャナ装置Sが表示部16に、測定実行するか否かを確認表示し、これに対して作業者が操作部17から「OK」の指示を入力することで実行するようになっていてもよい。
The measurement of the instrument height IH 1 is executed when the scanner device S displays on the
次に、ステップS104で、スキャナ装置Sは、標尺LS1の標尺高さH0を測定する(図5(C))。具体的には、作業者が、電子レベルユニット20で、後視点BSに設置された標尺LS1を水平に視準し、測定スイッチをONにすることにより、電子レベルユニット20は視準位置における標尺LS1の画像を取得して、制御演算部40に出力する。標尺高さ算出部62は、標尺LS1の画像データから、標尺高さH0を算出し、得られた値を器械点OCC1と関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
Next, in step S104, the scanner device S measures the staff height H0 of the staff LS1 (Fig. 5(C)). Specifically, the operator horizontally collimates the staff LS 1 installed at the backsight point BS with the
同時に、ステップS105で、スキャナ装置Sは、器械点OCC1から後視点BSに設置された標尺LS1までの距離D0を測定する(図5(C))。具体的には、ステップS104で電子レベルユニット20が取得した標尺LSの画像データに基づいて、標尺距離算出部63が、器械点OCC1から後視点BSまでの距離D0を算出し、得られた値を器械点OCC1と関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
At the same time, in step S105, the scanner device S measures the distance D0 from the instrument point OCC1 to the staff LS1 installed at the backsight point BS (FIG. 5(C)). Specifically, based on the image data of the staff LS acquired by the
また同時に、ステップS106で、スキャナ装置Sは、電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ0を測定する(図5(C))。具体的には、水平角検出器13が電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ0を検出し、得られた値を測定点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
At the same time, in step S106, the scanner device S measures the horizontal angle θ 0 of the collimation direction of the electronic level unit 20 (FIG. 5(C)). Specifically, the
次に、ステップS107で、作業者は、新点である座標未知の前視点OCC2に、標尺LS1と同じ標尺LS2を鉛直に設置する。 Next, in step S107, the operator vertically installs the staff LS2, which is the same as the staff LS1 , at the new point, the foresight point OCC2 with unknown coordinates.
次に、ステップS108で、スキャナ装置Sは、ステップS104と同様に、標尺LS2の高さH2を測定・算出し、得られた値を前視点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図5(D))。
Next, in step S108, the scanner device S measures and calculates the height H2 of the staff LS2 in the same manner as in step S104, and stores the obtained value in the
同時に、ステップS109で、スキャナ装置Sは、ステップS105と同様に、器械点OCC1から前視点OCC2に設置された標尺LS2までの距離D2を測定・算出し、得られた値を前視点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図5(D))。 At the same time, in step S109, the scanner device S measures and calculates the distance D2 from the instrument point OCC1 to the level staff LS2 installed at the foresight point OCC2, similarly to step S105. , and stored in the data storage unit 15 (FIG. 5(D)).
同時に、ステップS110で、スキャナ装置Sは、電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ2を測定する。得られた値を器械点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。(図5(D))
At the same time, in step S110, the scanner device S measures the horizontal angle θ 2 of the collimation direction of the
次に、ステップS111で、座標算出部65は、既知の後視点BSの座標(x0,y0,z0)、既知の器械点OCC1の平面座標(x1,y1)、ならびに器械点OCC1に関して得られた標尺高さH0および器械高IH1に基づいて、器械点OCC1の座標(x1,y1,z1)を算出する。具体的には、後視点BSのz座標z0に標尺高さH0を加算し、器械高IH1を減算した値が、器械点OCC1のz座標z1である。該z座標z1と、既知の器械点OCC1の平面座標(x1,y1)とを用いて、器械点OCC1の3次元座標(x1,y1,z1)を算出し、得られた値を、器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
Next, in step S111, the coordinate
或いは、座標算出部65は、既知の後視点BSの座標(x0,y0,z0)、既知の器械点OCC1の平面座標(x1,y1)、ならびに器械点OCC1に関して得られた標尺高さH0および器械高IH1に加えて、ステップS105で取得した距離D0およびステップS106で取得した水平角θ0を用いて、器械点OCC1の3次元座標を算出してもよい。
Alternatively, the coordinate
或いは、座標算出部65は、上記2通りの方法で、器械点OCC1の3次元座標を算出してもよい。この場合、算出値と既知の値を用いて、座標の確認を行うことができる。
Alternatively, the coordinate
次に、ステップS112で、方向角算出部64は、既知の後視点BSの座標(x0,y0,z0)、器械点OCC1の座標(x1,y1,z1)および器械点OCC1における電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ0からスキャナ装置Sの基準方向の方向角(器械点の方向角)を算出し、得られた値を器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。電子レベルユニット20の視準方向とスキャナ装置Sの基準方向との関係は、上述の通り既知である。
Next, in step S112, the
次に、ステップS113で、座標算出部65は、前視点OCC2に関して得た電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ2、ステップS109で取得した標尺LS2までの距離D2、およびステップS111で算出した器械点OCC1の座標(x1,y1,z1)を用いて、器械点OCC2の座標を算出する。得られた座標値を器械点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶して、処理を終了する。
Next, in step S113, the coordinate
これにより、器械点OCC1について、座標(x1,y1,z1)、スキャナ装置Sの器械高IH1、およびスキャナ装置Sの基準方向の方向角(すなわち器械点OCC1の方向角)が、器械点OCC2については、座標(x2,y2,z2)が得られる。 As a result, for instrument point OCC1, the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ), the instrument height IH 1 of scanner device S, and the azimuth angle of the reference direction of scanner device S (that is, the azimuth angle of instrument point OCC1) are For instrument point OCC2, coordinates ( x2 , y2 , z2 ) are obtained.
次に、スキャナ装置Sを器械点OCC2に移動して設置し、器械点OCC1を新たな後視点、新たな器械点OCC3を前視点として、ステップS101~S113を繰り返すことで、次々に新たな器械点についての3次元座標、該器械点についてのスキャナ装置Sの器械高およびスキャナ装置Sの方向角が得られる。これらの値は、同じ複数の器械点において取得された点群データを合体させるために使用することができる。 Next, the scanner device S is moved to and installed at instrument point OCC2, and steps S101 to S113 are repeated with instrument point OCC1 as a new backsight point and new instrument point OCC3 as a foresight point. The three-dimensional coordinates for the point, the instrument height of the scanner device S and the azimuth angle of the scanner device S for that instrument point are obtained. These values can be used to combine point cloud data acquired at the same multiple instrument points.
なお、上記において、器械点OCC1のz座標が既知である場合には、後視点BSのz座標は未知であってもよい。また、器械点OCC1のz座標が既知である場合には、ステップS104の標尺高さH0の測定を省略できる。また、器械点OCC1の3次元座標が既知である場合は、さらに、ステップS105の距離D0の測定、およびステップS111の器械点OCC1の座標の算出を省略できる。 In the above, if the z-coordinate of the instrument point OCC1 is known, the z-coordinate of the backsight point BS may be unknown. Also, if the z-coordinate of the instrument point OCC1 is known, the measurement of the staff height H0 in step S104 can be omitted. Further, when the three-dimensional coordinates of the instrument point OCC1 are known, the measurement of the distance D0 in step S105 and the calculation of the coordinates of the instrument point OCC1 in step S111 can be omitted.
また、上記において、ステップS107の標尺LS2の設置は、必ずしもステップS103~S105の測定の後に行う必要はなく、ステップS108を開始するまでに行っていればよい。 Moreover, in the above description, the installation of staff LS2 in step S107 does not necessarily have to be performed after the measurements in steps S103 to S105, and may be performed before starting step S108.
また、上記において、ステップS107で設置する標尺LS2に代えて、ステップS103~S105で使用した標尺LS1を移動して用いても良い。このようにすれば、現場に持参する標尺LSの数を最小限とでき、作業準備の手間を低減できる。 Further, in the above, instead of the staff LS 2 installed in step S107, the staff LS 1 used in steps S103 to S105 may be moved and used. In this way, the number of rods LS to be brought to the site can be minimized, and the labor for work preparation can be reduced.
また、上記において、ステップS103、ステップS104~S105、ステップS106の順序は前後してもよい。またステップS108とS109との順序も前後してもよい。また、ステップS111~S113の演算は、演算に必要な値が揃った段階で実行してもよく、ステップS111~S113の中で順序が前後してもよい。 Further, in the above, the order of step S103, steps S104 to S105, and step S106 may be reversed. Also, the order of steps S108 and S109 may be reversed. Further, the calculations in steps S111 to S113 may be executed at the stage when the values required for the calculations have been obtained, and the order may be changed between steps S111 to S113.
また、実際の作業時には、各器械点について、座標、スキャナ装置Sの基準方向の方向角、およびスキャナ装置Sの器械高を取得した後、またはその前にスキャナ制御部52により点群データの観測を行うとよい。
During actual work, the
(測量方法2)
測量方法2は、後方交会法による測量方法であり、図6は、測量方法2のフローチャート、図7-1,7-2は測量方法2の手順を模式的に説明する図である。後方交会法では、座標既知の後視点を2点以上用意することが必要であるが、以下では後視点を2点用いた場合について説明する。
(Surveying method 2)
測量を開始すると、ステップS201では、作業者は、座標既知の後視点BS1(x01,y01,z01)に標尺LS1を鉛直に設置する(図7-1(A))。 When surveying is started, in step S201, the operator vertically installs staff LS 1 at backpoint BS1 (x 01 , y 01 , z 01 ) whose coordinates are known (FIG. 7-1(A)).
次にステップS202で、作業者は、座標既知の後視点BS2(x02,y02,z02)に標尺LS1と同じ標尺LS2を鉛直に設置する(図7-1(A))。
Next, in step S202, the operator vertically installs
次に、ステップS203で、作業者は、座標未知の器械点OCC1にスキャナ装置Sを設置して、整準する(図7-1(A))。 Next, in step S203, the operator installs the scanner device S at the instrument point OCC1 whose coordinates are unknown and levels it (FIG. 7-1(A)).
次に、ステップS204で、スキャナ装置Sは、ステップS103と同様に、器械高IH1を測定する(図7-1(B))。 Next, in step S204, the scanner device S measures the instrument height IH 1 as in step S103 (FIG. 7-1(B)).
次に、ステップS205で、スキャナ装置Sは、ステップS104と同様に、標尺LS1の視準位置を測定し、標尺高さH01を算出し、得られた値を器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-1(C))。 Next, in step S205, similarly to step S104, the scanner device S measures the collimation position of the staff LS1 , calculates the staff height H01 , and associates the obtained value with the instrument point OCC1 to obtain data. It is stored in the storage unit 15 (FIG. 7-1(C)).
同時に、ステップS206で、スキャナ装置Sは、ステップS105と同様に、器械点OCC1と後視点BS1の間の距離D01を測定・算出し、得られた値を器械点OCCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-1(C))。 At the same time, in step S206, the scanner device S measures and calculates the distance D01 between the instrument point OCC1 and the backsight point BS1 in the same manner as in step S105, associates the obtained value with the instrument point OCCC1, and stores it in the data storage unit. 15 (FIG. 7-1(C)).
同時に、ステップS207で、スキャナ装置Sの水平角検出器13は、電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ01を測定する(図7-1(C))。
At the same time, in step S207, the
次にステップS208では、スキャナ装置Sは、ステップS104と同様に、標尺LS2の視準位置を測定し、標尺高さH02を算出し、得られた値をデータ記憶部15に記憶する(図7-1(D))。
Next, in step S208, the scanner device S measures the sighting position of the staff LS2 , calculates the staff height H02 , and stores the obtained value in the
同時に、ステップS209では、スキャナ装置Sは、ステップS105と同様に、器械点OCC1から後視点BS2に設置した標尺LS2までの距離D02を測定・算出し、得られた値を器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-1(D))。 At the same time, in step S209, similarly to step S105, the scanner device S measures and calculates the distance D02 from the instrument point OCC1 to the staff LS2 installed at the backsight point BS2, and transfers the obtained value to the instrument point OCC1. They are associated and stored in the data storage unit 15 (FIG. 7-1(D)).
また同時に、ステップS210では、電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ02を測定し電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ02を測定し、得られた値を器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-1(D))。
At the same time, in step S210, the horizontal angle θ 02 of the collimation direction of the
次に、ステップS211で、作業者は、新点である座標未知の器械点OCC2に、標尺LS1,LS2と同じ標尺LS3を鉛直に設置する(図7-2(E))。 Next, in step S211, the operator vertically installs staff LS3, which is the same as staff LS1 and LS2 , at instrument point OCC2, which is a new point and whose coordinates are unknown (FIG. 7-2 (E)).
次に、ステップS212で、スキャナ装置Sは、ステップS104と同様に、標尺LS3を視準して、標尺LS3の視準高さH2を測定・算出し、得られた値をデータ記憶部15に記憶する(図7-2(E))。 Next, in step S212, the scanner device S collimates the staff LS3 , measures/calculates the collimation height H2 of the staff LS3 , and stores the obtained value as data in the same manner as in step S104. It is stored in the unit 15 (FIG. 7-2 (E)).
同時に、ステップS213で、スキャナ装置Sは、ステップS105と同様に、器械点OCC1から器械点OCC2に設置された標尺LS3までの距離D2を測定、算出し、得られた値を、器械点OCC2と関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-2(E))。
At the same time, in step S213, similarly to step S105, the scanner device S measures and calculates the distance D2 from the instrument point OCC1 to the level staff LS3 installed at the instrument point OCC2. It is stored in the
また同時に、ステップS214では、電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ2を測定し、得られた値を器械点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶する(図7-2(E))。
At the same time, in step S214, the horizontal angle θ2 of the collimation direction of the
次にステップS215で、座標算出部65は、後視点BS1,BS2の座標(x01,y01,z01),(x02,y02,z02)、後視点BS1から器械点OCC1に設置した標尺LS1までの距離D01,後視点BS2から器械点OCC1に設置した標尺LS2までの距離D02、および標尺高さH01,標尺高さH02、器械点OCC1の座標を算出する。得られた値を、器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
Next, in step S215, the coordinate
次にステップS216で、方向角算出部64が、後視点BS1,BS2の座標(x01,y01,z01)(x02,y02,z02),および水平角θ1から、器械点OCC1に設置したスキャナ装置の方向角を算出する。得られた値を、器械点OCC1に関連付けてデータ記憶部15に記憶する。
Next , in step S216 , the direction
次にステップS217で、器械点OCC2に関して得られた電子レベルユニット20の視準方向の水平角θ2、標尺高さH2、標尺LS3までの距離D2、および器械点OCC1の座標(x1,y1,z1)を用いて、器械点OCC2の座標(x2,y2,z2)を算出する。得られた座標値を器械点OCC2に関連付けてデータ記憶部15に記憶して、処理を終了する。
Next, in step S217, the horizontal angle θ 2 of the sighting direction of the
これにより、器械点OCC1について、座標(x1,y1,z1)、器械高IH1、およびスキャナ装置の方向角が、器械点OCC2については、座標(x2,y2,z2)が得られる。次に、スキャナ装置Sを器械点OCC2に移動して設置して整準し、器械点OCC1を新たな後視点、新たな器械点OCC3を未知の器械点としてステップS201~S216を繰り返すことで、次々に新たな器械点についての3次元座標、該器械点についてのスキャナ装置Sの器械高およびスキャナ装置Sの方向角が得られる。 As a result, the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ), the instrument height IH 1 , and the azimuth angle of the scanner device are obtained for the instrument point OCC1, and the coordinates (x 2 , y 2 , z 2 ) are obtained for the instrument point OCC2. can get. Next, the scanner device S is moved to the instrument point OCC2 and leveled, and steps S201 to S216 are repeated with the instrument point OCC1 as a new backsight point and the new instrument point OCC3 as an unknown instrument point. In turn, the three-dimensional coordinates for the new instrument point, the instrument height of the scanner device S and the azimuth angle of the scanner device S for the new instrument point are obtained.
或いは、スキャナ装置Sを器械点OCC2に移動して設置して整準し、器械点OCC1を新たな後視点、新たな器械点OCC3を前視点としてステップS101~S113を繰り返すことでも、次々に新たな器械点についての3次元座標、該器械点についてのスキャナ装置Sの器械高およびスキャナ装置Sの方向角が得られる。これらの値は、同じ複数の器械点において取得された点群データを合体させるために使用することができる。 Alternatively, the scanner device S may be moved to and placed on the instrument point OCC2 and leveled, and steps S101 to S113 may be repeated with the instrument point OCC1 as a new backsight point and the new instrument point OCC3 as a foresight point. The three-dimensional coordinates for an instrument point, the instrument height of the scanner device S and the azimuth angle of the scanner device S for that instrument point are obtained. These values can be used to combine point cloud data acquired at the same multiple instrument points.
なお、測量方法1の場合と同様に、同じ器械点における測定の順序は前後してもよい。また、ステップS215~S217の演算は、演算に必要な値が揃った段階で実行してもよく、ステップS215~S217の中で順序が前後してもよい。
As in
このように、本実施の形態に係る装置は、後視点・器械点法ばかりではなく、後方交会法による測量にも適用することができる。 Thus, the apparatus according to the present embodiment can be applied not only to the backsight/instrument point method but also to surveying by the posterior resection method.
本実施の形態に係る装置および方法によれば、器械点の設定ごとに後視点または前視点の測量を行う際、作業者は、水準器を確認しながら標尺を鉛直に設置するだけで良いので作業が容易になる。 According to the apparatus and method according to the present embodiment, when performing a backsight or foresight survey for each instrument point setting, the operator only needs to set the staff vertically while checking the level. work becomes easier.
特に、従来のトータルステーションにスキャナを一体化した測量装置やスキャナのみを用いた場合には、後視点または前視点の測量を行う際、プリズムを、整準台付き三脚の上に設置したうえで整準し、メジャー等の手段により作業者がプリズム高を測定しなければならなかった。また、器械高を測定する場合にも、メジャー等で測定しなければならず作業が煩雑であった。 In particular, when using only a surveying instrument that integrates a scanner into a conventional total station or using only a scanner, it is necessary to set the prism on a tripod with a leveling table and adjust it when performing a backsight or frontsight survey. Accordingly, the operator had to measure the prism height by means of a measure or the like. In addition, when measuring the height of the instrument, it was necessary to measure with a tape measure or the like, which was a cumbersome task.
本実施の形態に係る装置および方法によれば、作業者は、高さに関する測定を一切意識せずに器械点の測量を行うことができるので、作業が容易になり、作業時間も短縮できる。 According to the apparatus and method according to the present embodiment, the operator can survey the instrument points without being conscious of the height measurement, which facilitates the work and shortens the work time.
また従来、スキャナ装置の器械点の測量のためにトータルステーションを用いる場合、作業者が手作業で測定したプリズム高や器械高を、手作業でトータルステーションに入力したり、ノートに記録したりする必要があった。本実施の形態に係る装置および方法によれば、標尺高および器械高は、スキャナ装置S自体が測定し、その値は、スキャナ装置Sのデータ記憶部15に記憶されるため、別途の手作業による入力や記録等をする必要がない。
Conventionally, when a total station is used to survey the instrument points of a scanner device, it is necessary for the operator to manually enter the prism height and instrument height measured manually into the total station or record them in a notebook. there were. According to the apparatus and method according to the present embodiment, the staff height and instrument height are measured by the scanner device S itself, and the values are stored in the
さらに、従来、作業者が手作業でプリズム高や器械高を測定した場合、事務所にデータを持ち帰らなければ点群マッチングなどを行うことができず、観測現場での点群データの簡易な表示を行うことができなかった。簡易な表示を行うため後視点または前視点の測量を行電子レベルの測距精度は、距離値の0.2%程度、高さ測定の解像度はミリ単位であり、測定現場での簡易表示レベルとして改善される。 Furthermore, conventionally, when an operator manually measures the prism height and instrument height, it is not possible to perform point cloud matching unless the data is brought back to the office, and the point cloud data can be simply displayed at the observation site. could not do In order to perform a simple display, the backsight or foresight survey is performed. The accuracy of electronic level measurement is about 0.2% of the distance value, and the resolution of height measurement is in millimeters. improved as
なお、本実施の形態に係るスキャナ装置および測量方法により取得される、座標、および各器械点に設置したスキャナ装置の方向角、およびスキャナ装置の器械高は、複数地点からの観察で得られた点群データの合体以外のために用いてもよい。例えば、平面座標精度を必要としない簡易的な測量に利用することもできる。 The coordinates, the azimuth angle of the scanner device installed at each instrument point, and the instrument height of the scanner device obtained by the scanner device and the surveying method according to the present embodiment were obtained by observation from a plurality of points. It may be used for purposes other than merging point cloud data. For example, it can be used for simple surveying that does not require plane coordinate accuracy.
(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施の形態に係るスキャナ装置S1の構成ブロック図である。
第2の実施の形態に係るスキャナ装置S1は、概略第1の実施の形態に係るスキャナ装置Sと同じ構成を有する。しかし、標尺高さ測定手段と、標尺距離測定手段が、電子レベルユニットではなく、カメラ120で構成されている点で異なる。また、これに伴い、制御部150が、レベル制御部51に代えてカメラ制御部151を備える点、およびデータ処理部160が、標尺高さ算出部62、標尺距離算出部63に代えて、標尺高さ算出部162、標尺距離算出部163を備える点で異なる。
(Second embodiment)
FIG. 8 is a configuration block diagram of the scanner device S1 according to the second embodiment.
A scanner device S1 according to the second embodiment has substantially the same configuration as the scanner device S according to the first embodiment. However, it is different in that the staff height measuring means and staff distance measuring means are composed of a
カメラ120は、カメラとして公知の光学系121と、撮像素子122とを備える。撮像素子122としては、CCDセンサやCMOSセンサ等の2次元の受光素子を用いることができる。カメラ120は、光学系121を介して、視準する標尺LSの画像が撮像素子122上に結像するように構成されている。
The
また、カメラ120は、電子レベルユニット20と同様に、水平回転ユニット7と、スキャナ筐体9との間に配置されていても良い。また、スキャナ筐体9に一体的に設けられていても良い。またカメラ120の視準光軸と、スキャナユニット30の基準方向の関係は、予め既知とされている。
Also, the
カメラ制御部151は、カメラ120を制御して、カメラ120が視準する標尺LSの画像を撮像する。具体的には、操作部17の撮像スイッチがONにされると、撮像素子122に蓄積されている画素データを逐次読み出して画像メモリに記憶する。
The
標尺高さ算出部162は、カメラ120で取得され画像メモリに記憶された標尺LSの画像データから、視準光軸O上のコードパターンを抽出し、予め記憶部14に記憶された基準コードと照合して、標尺LS上のカメラ120の視準位置の高さを算出する。
The staff height calculation unit 162 extracts the code pattern on the collimation optical axis O from the image data of the staff LS acquired by the
標尺距離算出部163は、カメラ120で取得され画像メモリに記憶された標尺LSの像のデータから、視準光軸Oの上側スタジア線に相当するコードパターンと、視準光軸Oの下側スタジア線に相当するコードパターンと抽出し、予め記憶部14に記憶された基準コードと照合して、それぞれに相当する距離の測定値を求める。
The staff distance calculation unit 163 calculates the code pattern corresponding to the upper stadia line of the collimation optical axis O and A code pattern corresponding to a stadia line is extracted and compared with a reference code stored in advance in the
そして、標尺距離算出部163は、上側スタジア線に相当する上側高さ測定値と、下側スタジア線に相当する下側高さ測定値との差により、上下スタジア線間の長さを求める。求められた上下スタジア線間の長さに、スタジア定数を乗じてカメラ120の器械中心から標尺LSまでの距離を算出する。
Then, the staff distance calculator 163 calculates the length between the upper and lower stadia lines from the difference between the upper height measurement value corresponding to the upper stadia line and the lower height measurement value corresponding to the lower stadia line. The obtained length between the upper and lower stadia lines is multiplied by the stadia constant to calculate the distance from the instrument center of the
このように、スキャナ装置Sとスキャナ装置S1とは、受光素子が、ラインセンサ22であるか二次元センサであるかを除いて概略同様の構成である。したがって、測量方法も上記相違点を除いて同様であるので詳細な説明は省略する。
As described above, the scanner device S and the scanner device S1 have substantially the same configuration except that the light receiving element is the
このように、電子レベルユニット20に代えてカメラ120を用いても同様に、電子レベル用標尺LSの高さおよび標尺LSまでの距離を測定することができるので、本実施の形態に係るスキャナ装置によれば、第1の実施の形態に係るスキャナ装置および測量方法と同様の効果を奏することができる。
As described above, even if the
(第3の実施の形態)
図9は、第3の実施の形態に係るスキャナ装置S2の構成ブロック図である。
スキャナ装置S2は、概略第1の実施の形態に係るスキャナ装置Sと同じ構成を有する。しかし、器械高測定手段が、スキャナユニットではなく、EDM(Electro-optical・Distance・Measuring・Instrument,光波測距儀)70で構成されている点で異なる。また、これに伴い、制御部250が、さらにEDM制御部253を備える点、およびデータ処理部260が、器械高算出部61に代えて器械高算出部261を備える点で異なる。
(Third Embodiment)
FIG. 9 is a configuration block diagram of the scanner device S2 according to the third embodiment.
The scanner device S2 has substantially the same configuration as the scanner device S according to the first embodiment. However, it differs in that the instrument height measuring means is composed of an EDM (Electro-optical Distance Measuring Instrument) 70 instead of a scanner unit. Also, along with this, the difference is that the
EDM70は、発光素子、測距光学系および受光素子を備える。EDM70は、発光素子から測定対象物に対して測距光を出射し、測定対象物からの反射光を受光素子で受光して、測定対象物までの距離を測距する。EDM70は、電子レベル筐体8またはスキャナ筐体9の外側の、鉛直方向の地面への視通が妨げられない位置に、鉛直下向きを測定するように取り付けられている。また、EDM70の受光素子および発光素子の鉛直位置と、スキャナ装置の基準点との鉛直方向の位置関係は既知とされている。このためEDM70の測定値から、スキャナ装置の基準点の位置が求められる。
The
ここで、スキャナ装置Sでは、スキャナユニット30が地面を視準できるようにするため、図3のように、電子レベル筐体8、水平回転ユニット7、整準ユニット6、三脚の台座5aの全てに窓をあけている。また、偏向ミラー35を用いて測距光Laの光路が電子レベルユニット20の光路を通らないようにしている。
Here, in the scanner device S, in order to enable the
しかし、本実施の形態に係るスキャナ装置S2のように、EDM70を電子レベル筐体8またはスキャナ筐体9の外側に取り付けた場合には、EDM70で地面を測定するために図3のような構成を必要としない。すなわち開口や窓を設ける必要はない。
However, when the
スキャナ制御部252は、スキャナ制御部52と同様にスキャナユニット30および水平回転駆動部12を制御して、測距光を鉛直方向および水平方向の全周(フルドームスキャン)あるいは予め定められた範囲で走査して、各点における測距光の照射点の距離を測定する。また、水平角検出器13および鉛直角検出器31から、各照射点における測距光の照射方向の水平角および鉛直角を取得する。
The
EDM制御部253は、EDMを制御して、測距光を地面に照射して、その反射光を受光素子で受光して、鉛直方向の地面までの距離を測距する。
The
器械高算出部261は、EDMの鉛直方向の地面までの距離の測定結果に基づいて、地面からスキャナ装置の中心座標までの距離、すなわち、スキャナ装置の基準点を算出する。 The instrument height calculator 261 calculates the distance from the ground to the center coordinates of the scanner device, that is, the reference point of the scanner device, based on the measurement result of the distance to the ground in the vertical direction of the EDM.
スキャナ装置Sとスキャナ装置S2とは、器械高の測定にスキャナユニットを用いるか、EDMを用いるかを除いて概略同様の構成である。したがって、測量方法も上記相違点を除いて同様であるので説明を省略する。 The scanner device S and the scanner device S2 have substantially the same configuration except whether the scanner unit or the EDM is used to measure the instrument height. Therefore, the surveying method is also the same except for the above-mentioned difference, so the explanation is omitted.
このように、器械高の測定にEDMを用いても、同様に器械高を測定することができるので、本実施の形態に係るスキャナ装置S2によれば、第1の実施の形態に係るスキャナ装置および測量方法と同様の効果を奏することができる。 As described above, even if the EDM is used for measuring the instrument height, the instrument height can be similarly measured. And the same effect as the surveying method can be obtained.
(第4の実施の形態)
図10は、第4の実施の形態に係るスキャナ装置S3の構成ブロック図である。
第1の実施の形態のスキャナ装置Sでは、電子レベルユニット20が、標尺高さ測定手段および標尺距離測定手段として機能するのに対して、スキャナ装置S3では、スキャナユニット330が、標尺高さ測定手段および標尺距離測定手段として機能する。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a configuration block diagram of the scanner device S3 according to the fourth embodiment.
In the scanner device S of the first embodiment, the
即ち、スキャナ装置S3は、スキャナ装置S1と同様の構成を有するが、標尺高さ測定手段および標尺距離測定手段とがスキャナユニット330で構成されている点で異なる。
That is, the scanner device S3 has the same configuration as the scanner device S1, but differs in that the staff height measuring means and staff distance measuring means are configured by the
これに伴い、スキャナ装置S3では、制御演算部340の制御部350はレベル制御部を備えず、スキャナ制御部352を備える。また、データ処理部360は、標尺高さ算出部62および標尺距離算出部63に代えて、標尺高さ算出部362および標尺距離算出部363を備える。
Along with this, in the scanner device S3, the
スキャナ制御部352は、スキャナユニット330を制御して、測距光軸が水平である状態で、測距光を水平方向に回転走査し、標尺LSからの反射光を受光部で受光し、点群データを取得する。点群データから、画像解析により、標尺位置を特定し、標尺位置の範囲を再度詳細にスキャンして、受光光量分布を取得し、データ処理部360に出力する。
The
標尺高さ算出部362は、受光光量分布をコードパターンに変換し、予め記憶部14に記憶された基準コードを参照することにより、スキャナの水平光軸の示す高さを算出する。
The rod height calculator 362 converts the received light amount distribution into a code pattern, and refers to the reference code stored in advance in the
標尺距離算出部は363、画像解析により標尺LSと判断した部分の距離を、スキャナ装置S3から標尺LSまでの距離として算出する。 The staff distance calculation unit 363 calculates the distance of the portion determined to be the staff LS by the image analysis as the distance from the scanner device S3 to the staff LS.
このように、標尺高さ算出部および標尺距離算出部をスキャナユニットに代えて構成しても、電子レベルユニット20を用いた場合と同様に、電子レベル用標尺LSの高さおよび標尺LSまでの距離を測定することができるので、本実施の形態に係るスキャナ装置によれば、第1の実施の形態に係るスキャナ装置および測量方法と同様の効果を奏することができる。
In this way, even if the staff height calculator and the staff distance calculator are replaced by the scanner unit, the height of the staff LS for the electronic level and the distance to the staff LS are the same as when the
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are examples of the present invention, and it is possible to combine them based on the knowledge of those skilled in the art. included in the range of
S,S1,S2,S3 スキャナ装置
7 水平回転ユニット
13 水平角検出器
20 電子レベルユニット(標尺高さ測定手段,標尺距離測定手段)
22 ラインセンサ
30 スキャナユニット(器械高測定手段)
330スキャナユニット(器械高測定手段,標尺高さ測定手段,標尺距離測定手段)
31 鉛直角検出器
33 回動ミラー(走査部)
34 測距部
40 制御演算部
70 EDM
120 カメラ(標尺高さ測定手段,標尺距離測定手段)
122 撮像素子
S, S1, S2,
22
330 scanner unit (instrument height measuring means, staff height measuring means, staff distance measuring means)
31
34
120 camera (staff height measuring means, staff distance measuring means)
122 image sensor
Claims (8)
該スキャナユニットを水平回転する水平回転ユニットと、
該水平回転ユニットの水平回転角を検出する水平角検出器と、
制御演算部と、
を備えるスキャナ装置において、
鉛直に設置された電子レベル用標尺を視準して、該標尺が示す標尺高さを測定する標尺高さ測定手段と、
前記標尺までの距離を測定する標尺距離測定手段と、
前記スキャナ装置の器械高を測定する器械高測定手段とを備え、
前記標尺高さ測定手段の視準方向と、前記測距光の照射方向との水平方向の関係が既知であることを
特徴とするスキャナ装置。 A distance measuring unit that irradiates an object to be measured with distance measuring light and receives light reflected from the object to measure the distance, a scanning unit that vertically rotates and scans the distance measuring light, and a vertical rotation of the scanning unit. a scanner unit comprising a vertical angle detector for detecting angles;
a horizontal rotation unit that horizontally rotates the scanner unit ;
a horizontal angle detector for detecting the horizontal rotation angle of the horizontal rotation unit ;
a control calculation unit ;
In a scanner device comprising
staff height measuring means for collimating an electronic level staff installed vertically and measuring a staff height indicated by the staff;
a staff distance measuring means for measuring the distance to the staff;
and an instrument height measuring means for measuring the instrument height of the scanner device,
A scanner device, wherein a horizontal relationship between a collimation direction of the staff height measuring means and an irradiation direction of the distance measuring light is known.
望遠鏡に格納された光学系と、前記望遠鏡で視準した前記標尺の画像データを取得するラインセンサとを備える電子レベルユニットとして構成され、
前記制御演算部は、前記画像データに基づいて前記標尺高さおよび前記標尺までの距離を算出する請求項1に記載のスキャナ装置。 The staff height measuring means and the staff distance measuring means are
configured as an electronic level unit comprising an optical system housed in a telescope and a line sensor for acquiring image data of the staff collimated by the telescope;
2. The scanner device according to claim 1, wherein the control calculation unit calculates the height of the staff and the distance to the staff based on the image data.
光学系と、光学系を介して視準した前記標尺の画像データを取得する2次元の撮像素子を備えるカメラとして構成され、
前記制御演算部は、取得した画像データに基づいて前記標尺高さおよび前記標尺までの距離を算出する請求項1に記載のスキャナ装置。 The staff height measuring means and the staff distance measuring means are configured as cameras equipped with an optical system and a two -dimensional imaging device for acquiring image data of the staff collimated via the optical system,
2. The scanner device according to claim 1, wherein the control calculation unit calculates the height of the staff and the distance to the staff based on the acquired image data.
前記制御演算部は、前記測距光を前記標尺の周囲を走査した前記反射光の受光光量の分布に基づいて前記標尺高さおよび前記標尺までの距離を算出する請求項1に記載のスキャナ装置。 The staff height measuring means and the staff distance measuring means are configured by the scanner unit ,
2. The scanner device according to claim 1, wherein the control calculation unit calculates the height of the staff and the distance to the staff based on the distribution of the received light amount of the reflected light obtained by scanning the circumference of the staff with the distance measuring light. .
EDMであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のスキャナ装置。 The instrument height measuring means is
5. The scanner device according to claim 1, wherein the scanner device is an EDM.
(a)前記器械高測定手段が、座標既知の器械点における前記スキャナ装置の前記器械高を測定するステップと、
(b)前記標尺高さ測定手段が、3次元座標が既知の後視点に、鉛直に設置された前記標尺を視準して、前記標尺の高さを測定するステップと、
(c)前記水平角検出器が、ステップ(b)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、
(d)前記制御演算部が、前記後視点の座標、前記器械点の座標および前記水平角に基づいて、前記器械点の方向角を算出するステップと
を備え、
前記器械点の座標が、平面座標のみ既知の場合は、さらに、
(e)前記制御演算部が、前記後視点の座標、前記標尺高さおよび前記器械高に基づいて、前記器械点の座標を算出するステップを備え、
前記器械点の座標が、3次元座標既知の場合は、ステップ(e)を備えない、
ことを特徴とする測量方法。 A surveying method using a scanner device according to any one of claims 1 to 5, wherein: (a) the instrument height measuring means measures the instrument height of the scanner device at an instrument point whose coordinates are known;
(b) the staff height measuring means measures the height of the staff by collimating the staff installed vertically at a backsight point of which three-dimensional coordinates are known;
(c) the horizontal angle detector detecting the horizontal angle of the sighting direction of the staff height measuring means collimating the staff in step (b);
(d) calculating the direction angle of the instrument point based on the coordinates of the backsight point, the coordinates of the instrument point, and the horizontal angle;
When the coordinates of the instrument point are known only in plane coordinates,
(e) the control calculation unit calculating the coordinates of the instrument point based on the coordinates of the backsight station, the height of the staff, and the height of the instrument;
not comprising step (e) if the coordinates of the instrument point are known in three dimensions;
A surveying method characterized by:
(f)前記器械高測定手段が、座標未知の器械点における前記スキャナ装置の器械高を測定するステップと、
(g)前記標尺高さ測定手段が、3次元座標既知の、2以上の後視点に鉛直に設置された標尺を視準して、それぞれの標尺高さを測定するステップと、
(h)前記標尺距離測定手段が、前記2以上の後視点の標尺までの距離を測定するステップと、
(i)前記水平角検出器が、前記2以上の後視点について、ステップ(g)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、
(j)前記制御演算部が、前記2以上の後視点の座標、ならびに前記2以上の後視点についての前記器械高、前記標尺高さ、前記標尺までの距離、および前記水平角の値に基づいて、前記器械点の座標を算出するステップと、
(k)前記制御演算部が、前記2以上の後視点の座標および前記2以上の後視点についての前記水平角に基づいて、前記器械点の方向角を算出するステップと
を備えることを特徴とする測量方法。 A surveying method using the scanner device according to any one of claims 1 to 5,
(f) the instrument height measuring means measuring the instrument height of the scanner device at an instrument point of unknown coordinates;
(g) a step in which the staff height measuring means collimates a staff vertically installed at two or more backsight points with known three-dimensional coordinates, and measures the height of each staff;
(h) the staff distance measuring means measuring the distance to the staff of the two or more backsight points;
(i) the horizontal angle detector detecting the horizontal angle of the sighting direction of the staff height measuring means collimating the staff in step (g) for the two or more backsight points;
(j) based on the coordinates of the two or more backsight points, and the values of the instrument height, the staff height, the distance to the staff, and the horizontal angle for the two or more backsight points; calculating the coordinates of the instrument point using
(k) the control calculation unit calculating the direction angle of the instrument point based on the coordinates of the two or more backsight points and the horizontal angles of the two or more backsight points; surveying method.
(m)前記標尺距離測定手段が、前記新点に設置された前記標尺までの距離を測定するステップと、
(n)前記水平角検出器が、前記新点について、ステップ(l)における、前記標尺を視準する前記標尺高さ測定手段の視準方向の水平角を検出するステップと、
(o)前記制御演算部が、前記器械点の座標、並びに、前記新点についての、前記標尺高さ、前記標尺までの距離、及び前記水平角に基づいて前記新点の座標を算出するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の測量方法。 (l) the staff height measuring means collimating a staff vertically installed at a new point of unknown coordinates to measure the staff height;
(m) the staff distance measuring means measuring the distance to the staff installed at the new point;
(n) for the new point, the horizontal angle detector detects the horizontal angle of the sighting direction of the staff height measuring means collimating the staff in step (l);
(o) the step of calculating the coordinates of the new point based on the coordinates of the instrument point and the height of the staff, the distance to the staff, and the horizontal angle of the new point; 8. The surveying method according to claim 6 or 7, further comprising:
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