JP7300915B2

JP7300915B2 - 測量装置

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Inventors: 陽佐々木
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Description

本発明は、対象物の変状を検出する技術に関する。

橋の橋脚やコンクリートで補強された法面等では、変状の有無を定期的に検査する必要がある。ここで、変状とは、変形、欠損、ひび、脆化等が発生した状態のことをいう。例えば、特許文献１には、レーザースキャナを用いた３Ｄ計測により、地盤の変形を検出する技術が記載されている。

特許開２００８－１０７１７５号公報

通常は、レーザースキャナにより対象物の変状を検出した後、検査員による当該箇所の目視確認、あるいは当該箇所を撮影し、画像を用いての精密な検査が行なわれる。この際、変状部分を確認する作業の効率化が求められる。

このような背景において、本発明は、レーザースキャンを用いた対象物の変状箇所の検出に係る作業の効率化を目的とする。

本発明は、外部標定要素の関係が既知なトータルステーションとレーザースキャナを複合化した構成を備え、検査対象に対して時間差をおいて前記レーザースキャナによるレーザースキャンを行うことで得た第１の点群データと第２の点群データを取得する点群データ取得部と、前記第１の点群データと前記第２の点群データの差分を算出し、前記検査対象における位置情報に変化があった部分を詳細検査対象部分として検出する検出部と、前記詳細検査対象部分の位置を取得する位置取得部と、前記詳細検査対象部分の位置に基づき、前記詳細検査対象部分への前記トータルステーションの視準制御を行う視準制御部とを備える測量装置である。

本発明において、前記トータルステーションは、望遠鏡および該望遠鏡が捉えた画像を撮像する撮像手段を備え、前記視準制御により、前記望遠鏡の前記詳細検査対象部分への視準が行なわれ、前記撮像手段により、前記詳細検査対象部分の拡大画像の撮像が行なわれる態様は好ましい。また本発明において、前記トータルステーションは、マーキング光の照射を行う機能を有し、前記視準処理の後に、前記詳細検査対象部分への前記マーキング光の照射が行なわれる態様は好ましい。また本発明において、前記視準処理の後に、前記トータルステーションは、前記詳細検査対象部分の複数の点の測位を行う態様は好ましい。また本発明において、前記第１の点群データと前記第２の点群データの差分に基づき、変状の類型パターンの判定が行われる態様は好ましい。またこの態様において、前記判定された変状の類型パターンに応じて、その後の処理が決定される態様は好ましい。

本発明によれば、レーザースキャンを用いた対象物の変状箇所の検出に係る作業が効率化される。

変状部分を検出する原理を示す原理図である。実施の形態で利用されるレーザースキャナ付トータルステーションの外観図である。実施の形態で利用されるレーザースキャナ付トータルステーションの外観図である。実施の形態で利用されるレーザースキャナ付トータルステーションのブロック図である。処理の手順の一例を示すフローチャートである。変状の一例を示す図面代用写真（Ａ）および（Ｂ）である。変状の一例を示す図面代用写真（Ａ）および（Ｂ）である。変状の一例を示す図面代用写真（Ａ）および（Ｂ）である。

１．第１の実施形態
（概要）
図１には、実施形態の概要が示されている。符号１５０は、検査対象物であり、例えばコンクリートの壁面である。検査対象物としては、壁、建物、トンネル内壁、橋脚、コンクリート等で補強された法面や崖や土手、路面、ダム、その他の各種の壁面や天井面が挙げられるが特に限定されない。検査対象物の材質は特に限定されないが、コンクリート、モルタル、金属、木材、樹脂、各種のセラミック材料、これらの複合材料が挙げられる。検査対象物は塗装されていてもよい。また、土や岩等を検査の対象とすることもできる。例えば、落石や崩落につながる地盤の動き（変形）や石の動きをレーザースキャンによって監視することも可能である。

図１（Ａ）には、レーザースキャナ付トータルステーション（ＴＳ）のレーザースキャナ機能を用いてコンクリートの壁面１５０のレーザースキャンを行う状態が示されている。このレーザースキャンは、１年に一回や２年に一回という頻度で定期的に繰り返し行う。勿論、スキャンの間隔は適宜選択でき、また等間隔で行う場合に限定されない。

図６～図８に変状の具体的な例を示す。図６～図８は、国土交通省国土技術政策総合研究所の国土技術政策総合研究所資料（国土総研資料）７４８号（http://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/tnn0748.htm）から引用したものである。図６（Ａ）には、コンクリートの表面が剥離し、浮きが生じている場合が示されている。図６（Ｂ）および図７（Ａ）には、鉄骨に変形が生じた場合が示されている。図７（Ｂ）には、コンクリートの構造体に生じたひび割れの例が示されている。図８（Ａ）には、鉄板で被覆されたコンクリートの構造体に欠損が生じた場合が示されている。図８（Ｂ）には、鉄筋で補強されたコンクリートの表面が欠落し、鉄筋が露出した状態が示されている。

図１（Ｂ）には、変状部分の一例として、コンクリートの壁面１５０の表面に腐食等により欠損部分１５１が発生した場合が示されている。ここでは、欠損部分１５１において、コンクリートの一部が欠落し、凹型に窪んでいるとする。

窪みがあると、窪みがない場合に比較して、その部分におけるレーザースキャナ点（レーザースキャナ光の反射点）の三次元位置データが異なるものとなる。このレーザースキャン光の反射点の位置データの変化を検出することで、欠損部分１５１の発生の有無を検出する。

具体的には、Ｎ－１回目のレーザースキャンで得られた点群データとＮ回目のレーザースキャンで得られた点群データとを比較し、その差分を計算する。時間差をおいて行われたレーザースキャンの間に変状が生じていれば、２つの点群データにおいて、その部分の点群データに差異が生じる。そこで、閾値を用いて上記差異が生じた部分を変状が生じている可能性がある部分（要詳細検査対象部分）として検出する。なお、Ｎは、２以上の自然数である。

レーザースキャンで得られる点群データには、各レーザースキャン点の三次元座標と各点の反射光の強度が含まれる。レーザースキャンで得られる点の位置は、利用するレーザースキャナの光学原点を原点とするローカル座標系で得られる。ここで、利用するレーザースキャナの絶対座標系における外部標定要素（位置と姿勢）が既知であれば、絶対座標系における点の座標が取得できる。絶対座標系というのは、ＧＮＳＳや地図で用いられる座標系であり、例えば（緯度、経度、標高）によって位置の情報が記述される座標系である。

レーザースキャンによって得られる点群データには、スキャン光一つ一つの反射点の座標が含まれるので、上記の方法で得られる変状部分のＴＳ１００に対する位置を知ることができる。すなわち、Ｎ－１回目のレーザースキャンで得られた点群データとＮ回目のレーザースキャンで得られた点群データの差分データから、Ｎ－１回目とＮ回目のレーザースキャンの間に生じた欠損部分１５１の位置（ＴＳ１００に対する位置）を知ることができる。

具体的には、点群データに含まれる点の位置情報（３次元座標）を２つのレーザースキャンデータ（点群データ）で比較し、その差分を得る。前回（Ｎ－１回目）のレーザースキャン時と今回（Ｎ回目）のレーザースキャン時の間に欠損が生じた場合、その部分の点群位置データに差が生じ、それが上記の差分として表れる。この差分の程度を閾値で判定することで、この差分が出た点群の部分を欠損部分１５１として検出する。

ＴＳ１００は、レーザースキャナ付トータルステーションの一例である。ＴＳ１００は、トータルステーションとしての機能に加えて、望遠鏡による観察および撮像機能、更にレーザーマーキングを行う機能を有している。望遠鏡の光軸とレーザーマーキング光の光軸は一致しており、ＴＳの視準した位置の望遠画像の取得と当該位置のレーザーマーキングが行なえる。

この例では、レーザースキャンにより位置を特定した欠損部分１５１を対象に望遠鏡の視準を行い、更にその場所にレーザーマーキングを行う。これにより、欠損部分１５１の画像観察、更にレーザーマーキング光を目印とした検査員による欠損部分１５１の目視検査やＵＡＶ等を利用した欠損部分の拡大画像の撮影が行なわれる。

（レーザースキャナ付きトータルステーション）
図２には、発明を利用したレーザースキャナ付きＴＳ（トータルステーション）１００の斜視図が示されている。図３には、ＴＳ１００の正面図が示されている。ＴＳ１００は、後述するレーザースキャナ１０９とＴＳを複合化した構造を有している。ＴＳの機能は、通常のＴＳと同じである。ＴＳの詳細な構造については、例えば特開２００９－２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。

ＴＳ１００は、ＴＳ本体１５０とレーザースキャナ１０９を結合（複合化）した構造を有している。ＴＳ１００は、本体部１１を有している。本体部１１は、台座１２上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。本体部１１は、Ｙ軸の方向から見て上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に可動部１３が鉛直角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。

本体部１１は、台座１２に対して電動で水平回転する。すなわち、本体部１１は、本体部１１に内蔵された水平角制御用のモータにより駆動され、台座１２に対して水平回転する。可動部１３は、本体部１１に内蔵された鉛直角制御用のモータにより本体部１１に対して鉛直回転する。これら水平回転と鉛直回転の制御は、本体部１１に内蔵された鉛直・水平回転駆動部１０６（図４のブロック図を参照）により行われる。

本体部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと鉛直角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、本体部１１（可動部１３）の水平回転角の調整が行なわれ、鉛直角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、可動部１３の鉛直角の調整が行なわれる。位置データを入力し、ＴＳ１００の光軸をその方向に自動で指向させる動作も可能である。

可動部１３の上部には、大凡の照準を付ける角筒状の照準器１５ａが配置されている。また、可動部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂと、より精密な視準が可能な望遠鏡１６が配置されている。

照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６は、測距用の赤外帯域のレーザー光（レーザー測位部１０３からの測距光）、測距対象（例えばターゲットとなる専用の反射プリズム）を追尾および捕捉するための追尾光、およびレーザーマーキングを行う可視帯域のマーキング用レーザー光の光学系を兼ねている。測距光、追尾光およびマーキング用レーザー光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。

測距用のレーザー光とマーキング用のレーザー光を一つのレーザー光で兼ねることも可能である。この場合、可視帯域のレーザー光を測距用のレーザー光兼マーカ用レーザー光として利用する。可動部１３の光学系とレーザースキャナ１０９の外部標定要素の関係は、設計データとして予め取得されており既知である。

本体部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部１０１と一体化されている。操作部１０１には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、ＴＳ１００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、ＴＳ１００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に２つディスプレイがあるのは、本体部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。

本体部１１の上部には、レーザースキャナ１０９が固定されている。レーザースキャナ１０９は、第１の塔部３０１と第２の塔部３０２を有している。第１の塔部３０１と第２の塔部３０２は、結合部３０３で結合され、結合部の上方の空間（第１の塔部３０１と第２の塔部３０２の間の空間）は、スキャンレーザー光を透過する部材で構成された保護ケース３０４で覆われている。保護ケース３０４の内側には、第１の塔部３０１からＸ軸方向に突出した回転部３０５が配置されている。回転部３０５の先端は、斜めに切り落とされた形状を有し、その先端部には、斜めミラー３０６が固定されている。

回転部３０５は、第１の塔部３０１に納められたモータにより駆動され、Ｘ軸を回転軸として回転する。第１の塔部３０１には、上記のモータに加え、このモータを駆動する駆動回路と、その制御回路、回転部３０５の回転角を検出するセンサ、該センサの周辺回路が納められている。

第２の塔部３０２の内部には、レーザースキャン光を発光するための発光部、対象物から反射してきたスキャン光を受光する受光部、発光部と受光部に関係する光学系、スキャン点（スキャン光の反射点）までの距離を算出する距離算出部が納められている。また、レーザースキャナ１０９は、回転部３０５の回転角度位置（鉛直回転角）、本体部１１の水平回転角およびスキャン点までの距離に基づきスキャン点の三次元座標を算出するスキャン点位置算出部を有している。

レーザースキャナ１０９の光学系の外部標定要素と可動部１３内部の光学系（レーザー測位部１０３の光学系）の外部標定要素の関係は設計データとして既知である。すなわち、レーザースキャナ１０９の光学原点とレーザー測位部１０３の光学原点の位置関係は既知であり、レーザースキャナ１０９の姿勢とレーザー測位部１０３の姿勢の関係も既知である。

レーザースキャン光は、第２の塔部３０２の内部から斜めミラー３０６に向けて照射され、そこで反射され、透明なケース３０４を介して外部に照射される。また、対象物から反射したスキャン光は、照射光と逆の経路を辿り、第１の塔部３０２内部の受光部で受光される。

スキャン光の発光タイミングと受光タイミング、さらにその際の回転部３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角により、スキャン点（スキャンレーザー光の反射点）の測位が行なわれる。この測位の原理は、通常のレーザー測距の原理と同じである。

以下、レーザースキャナ１０９におけるレーザー測距の原理を簡単に説明する。まず、光速度は不変なので、測距光の飛翔時間とその方向が判れば、光学系の光学原点を起点としたベクトルが設定でき、光学原点に対する測距光の反射点の位置が計算できる。この原理は、レーザー測位部１０３におけるレーザー測位も同じである。

測距光の飛翔時間は、発光と受光のタイミング差や、距離が既知の基準光路を伝搬した基準光の受光タイミングと測距光の受光タイミングの差（位相差）から知ることができる。

測距光の照射方向は、発光時における回転部材３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角から知ることができる。ここで、回転部材３０５の鉛直回転角と本体部１１の水平回転角は、鉛直・水平回転角度検出部１０７により検出される。

レーザースキャン用のパルスレーザー光は、パルス発光され、斜めミラー３０６で反射され、保護ケース３０４から外部に向かって間欠的に出射される。この際、回転部３０５が回転しながらレーザースキャン光の照射が行われる。これにより、鉛直面（Ｙ―Ｚ面（Ｘ軸回り））におけるレーザースキャン、つまり鉛直面に沿ったレーザースキャンが行なわれる。また、同時に本体部１１を水平回転（Ｚ軸回りに回転）させることで、水平方向のレーザースキャンも行われ、結果として周囲全体（あるいは必要とする範囲）のレーザースキャンが行なわれる。レーザースキャン光は、１条の形態も可能であるし、同時に複数条を照射する形態も可能である。

なお、レーザースキャナに係る技術については、特開２０１０－１５１６８２号公報、特開２００８－２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報、ＵＳ７９６９５５８号公報、ＵＳ２０１７－０２６９１９７号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているような、スキャンを電子式に行う形態も採用可能である。

（ブロック図）
図４には、ＴＳ（トータルステーション）１００のブロック図が示されている。ＴＳ１００のトータルステーションとしての基本的な機能は、従来のものと同じである。ＴＳ１００が従来のトータルステーションと異なるのは、レーザースキャナ１０９と複合化されている点、レーザースキャンによって変状部分を検出できる点、更にマーキング用のレーザー光を照射できる点である。

ＴＳ１００は、操作部１０１、撮像部（カメラ）１０２、ディスプレイ１８，１９、レーザー測位部１０３、鉛直・水平回転駆動部１０６、鉛直・水平回転角検出部１０７、視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８、レーザースキャナ１０９、点群データ取得部１１０、点群データマッチング部１１１、マーキング光発光部１１２、変状部分検出部１１３、変状部分位置取得部１１４、変状部分の方向算出部１１５、動作制御部１２１、記憶部１２２、光学系２０１（望遠鏡１６）を備える。

レーザー測位部１０３は、ＴＳの基本機能であるレーザー光を用いた三次元測位を行う。測位の原理は、レーザースキャナ１０９と同じである。光学系２０１は、照準器１５ｂ（図３参照）、望遠鏡１６（図３参照）、レーザー測位部２００の光学系、撮像部１０２の光学系、図示省略した追尾光の光路を構成する光学系、およびマーキング光発光部１１２から発光されるマーキング光（マーキング光）の光路を構成する光学系を含んでいる。レーザー測位部１０３からの測距光と、マーキング光発光部１１２からのマーキング光は、望遠鏡１６の対物レンズから望遠鏡１６の光軸上で出射される。

光学系２０１は、各種のレンズ、ミラー、光路の分離や合成のためのダイクロイックミラー、ハーフミラー、偏光ミラー等を有している。光学系２０１により、測距用のレーザー光が望遠鏡１６を介して測位対象に照射され、測位対象から反射された測距用レーザー光が望遠鏡１６を介して受光される。また、光学系２０１により望遠鏡１６が捉えた像が接眼部１７に導かれると共に撮像部１０２に導かれる。また、光学系２０１を介して、マーキング光発光部１１２から発光されたマーキング光がマーキングの対象となる位置に照射される。

また、ＴＳ１００は、ターゲット（例えば反射プリズム）を追尾するための追尾光を発光する追尾光発光部、ターゲットで反射した追尾光を受光する追尾光受光部、追尾光が望遠鏡１６の視野の視準位置にくるように鉛直・水平回転駆動部１０６に制御信号を出力する追尾制御部を備える。このあたりの構成は、現在市場に供給されている製品と同じであるので、詳細な説明は省略する。ＴＳの追尾光に係る構成については、例えば日本国特許第５１２４３１９号公報に記載されている。

操作部１０１は、オペレータによるＴＳ１００の操作の内容を受け付ける。この操作には、レーザースキャナ１０９を用いたレーザースキャンに係る操作、レーザースキャナ１０９を用いた検査対象の変状部分の検出、この検出した変状部分へのマーキング光の照射に係る操作が含まれる。ＴＳ１００の操作は、ＴＳ１００が備えるボタンスイッチ等により行われる。タブレットやスマートフォンを操作部として利用する形態も可能である。この場合、専用のアプリケーションソフトウェアをタブレットやスマートフォンにインストールすることで、タブレットやスマートフォンをＴＳ１００の操作手段として機能させる。

撮像部１０２は、望遠鏡１６が捉えた画像を撮像する。撮像は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサにより行われる。ディスプレイ１８，１９は、撮像部１０２が撮像した画像、ＴＳ１００の操作に必要な情報、ＴＳ１００の動作に係る情報（測距データやターゲットの方位等）等が表示される。ディスプレイ１８，１９としては、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ等が用いられる。

鉛直・水平回転駆動部１０６は、本体部１１の水平回転の駆動および可動部１３の鉛直回転の駆動を行う。鉛直・水平回転駆動部１０６は、上記駆動のためのモータ、ギア機構および駆動回路を備えている。

鉛直・水平回転角度検出部１０７は、本体部１１の水平回転角の検出、可動部１３の鉛直角（仰角および俯角）の値を検出する。角度の検出は、ロータリーエンコーダによって行われる。水平回転角は、例えば北を基準（０°）として、上方から見た時計回り方向の角度で測られる。鉛直角（仰角および俯角）は、水平方向を基準（０°）として仰角方向を＋、俯角方向を－として測角する。

視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８は、変状部分位置取得部１１４が取得した変状部分の位置（ＴＳ１００に対する位置）に基づき、望遠鏡１６の光軸を当該変状部分に指向させる制御（視準制御）を行う。望遠鏡１６の光軸は、レーザー測位部１０３からの測距用レーザー光の光軸およびマーキング光発光部１１２からのマーキング光の光軸と一致している。よって、望遠鏡１６の視準を行うことで、レーザー測位部１０３からの測距用レーザー光の照射方向（照射位置）の調整、およびマーキング光発光部１１２からのマーキング光の照射方向（照射位置）の調整が同時に行なわれる。

具体的には、望遠鏡１６の光軸の向きを決める制御信号が、マーキング光照射位置制御部１０８で生成され、それが鉛直・水平回転駆動部１０６に送られ、本体部１１の水平角度位置の調整と、可動部１３の鉛直回転角の調整が行なわれる。

レーザースキャナ１０９は、レーザースキャンを行いレーザースキャンにより得られた点群データ（レーザースキャン点群））の取得を行う。レーザースキャンの範囲は、希望する範囲で設定可能である。

スキャンデータ取得部１１０は、レーザースキャナ１０９が得た点群データを取得する。この例では、レーザースキャナ１０９が取得した点群データは、記憶部１２２に記憶される。そして、変状部分を検出する処理に際して、記憶部１２２から読み出され、点群データ取得部１１０で取得される。適当な記憶媒体や記憶装置にスキャンデータ（レ―ザースキャナで得た点群データ）を記憶し、そこから取得する形態も可能である。

点群データマッチング部１１１は、２つの点群データの対応関係を求める。例えば、特定の対象物に対するＴＳ１００を用いたレーザースキャナが時間差をおいて複数回行われる場合を考える。この場合、例えばＮ－１回目とＮ回目の点群データの対応関係の特定（マッチング）が行なわれる。マッチングの手法としては、例えばテンプレートマッチングが利用される。点群データのマッチングを行うためのアルゴリズムは各種のものが開発されている。点群データのマッチングについては、例えば、国際公開番号ＷＯ２０１２／１４１２３５号公報、特開２０１４－３５７０２号公報、特開２０１５－４６１２８号公報、特開２０１７－１５５９８号公報等に記載されている。なお、比較する点群データの時間軸上における間隔は限定されない。また、Ｎ回目とＮ＋３回目の点群データの対応関係を求めるようなことも可能である。

マーキング光発光部１１２は、レーザーマーキングを行うためのレーザー光（レーザーマーキング光）を発光する。レーザーマーキング光は、可視光であり、照射点の輝点を利用したマーキングを行う。

変状部分検出部１１３は、時間差をもって取得された同一対象物を対象としたレーザースキャンデータ（レ―ザースキャン点群）の比較に基づき、当該対象物の変状部分を検出する。具体的には、比較するレーザースキャンデータの位置情報を比較し、その差分を算出する。欠損や変形が生じると、その部分の点群位置情報に変化が生じる。この変化は上記２つのレーザースキャン点群の差分データとして得られる。そして、予め定めた閾値を超える差分が検出された場合に、その点で変状が生じたものと推認する判定を行う。この処理が変状部分検出部１１３で行われる。

変状部分位置取得部１１４は、変状部分検出部１１３が検出した変状部分の位置を取得する。変状部分は、２つの点群データの位置データの差分を計算することで得られる。よって、この差分に関係する点群データの位置を調べることで、変状部分の位置を知ることができる。

変状部分の方向算出部１１５は、変状部分位置取得部１１４が取得した位置の情報に基づき、ＴＳ１００から見た変状部分の方向を算出する。ＴＳ１００に対する変状部分の位置が判れば、ＴＳ１００から見た変状部分の方向が判る。この処理が変状部分の方向算出部１１５で行われる。

動作制御部１２１は、ＴＳ１００の動作の制御を統括する。例えば、図５に係る処理の制御は、動作制御部１２１で行なわれる。記憶部１２２は、ＴＳ１００の動作に必要なデータやプログラム、ＴＳ１００の動作の結果得られた測量データを記憶する。

（処理の一例）
図５は、ＴＳ１００を用いて行なわれる検査対象物の変状部分の検出に係る処理の手順の一例を示すフローチャートである。図５の処理を実行するプログラムは、記憶部１２２や適当な記憶媒体に記憶される。この処理の手順は、動作制御部１２１により制御されて実行される。このプログラムを適当な記憶媒体や通信回線を介してアクセス可能な記憶装置（データサーバ等）に記憶させ、そこからダウンロードする形態も可能である。また、図５の処理をＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバ等で行う形態も可能である。

ここでは、検査対象物としてコンクリートで補強された崖や斜面を想定する。また、レーザースキャナ時において、使用するＴＳ１００の絶対座標系における外部標定要素は取得され、既知であるとする。

まず、時間差をおいて検査対象物に対するレーザースキャンを、ＴＳ１００を用いて行う。例えば、三か月毎や半年毎にＴＳ１００を用いた検査対象物に対するレーザースキャンを行い、定期的に点群データを得る。なお、各レーザースキャン時におけるレーザースキャナの位置は同じであってもよいし、同じでなくてもよい。

以下、時期Ｔ_１において行われたＮ－１回目のレーザースキャンで得た点群データ１と、Ｔ_１の後の時期Ｔ_２において行われたＮ回目のレーザースキャンで得た点群デー２とに基づく、時期Ｔ_１とＴ_２の間に生じた変状部分の検出、および変状部分への誘導に係る処理を説明する。なお、Ｎは、２以上の自然数である。

まず、点群データ１と点群データ２を取得する（ステップＳ１０１）。この処理は、点群データ取得部１１０で行われる。次に、点群データ１と点群データ２の対応関係の特定（マッチング）を行う（ステップＳ１０２）。この処理は、点群データマッチング部１１１で行われる。

次に、点群データ１と点群データ２を比較し、各点の位置データの差分を計算し（ステップＳ１０３）、更にステップ１０３で得た差分データに基づき、変状部分（正確には、変状の発生が疑われる部分）を検出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０３とＳ１０４の処理は、変状部分検出部１１３で行われる。なお、変状部分が無ければ処理を終了する。

変状部分を検出したら、その部分の位置を取得する（ステップＳ１０５）。この処理では、変状部分の点群データから変状部分の位置を取得する。この処理は、変状部分位置取得部１１４で行われる。変状部分の位置を取得したら、ＴＳ１００から見たその方向を算出する（ステップＳ１０６）。この処理は、変状部分の方向算出部１１５で行なわれる。

変状部分の方向を算出したら、その方向に望遠鏡１６の狙いを付ける自動視準処理を行う（ステップＳ１０７）。この処理では、自動視準制御部（マーキング光照射位置制御部）１０８で制御信号が生成され、この制御信号により鉛直・水平回転駆動部１０６による可動部１３の上下方向における角度位置の調整、更に本体部１１の水平方向における角度位置の調整が行なわれる。望遠鏡１６の視準を行なったら、撮像部１０２により変状部分の撮影を行う（ステップＳ１０８）。

次に、マーキング光発光部１１２からマーキング光の発光を行う（ステップＳ１０９）。この処理により、レーザースキャンにより検出した変状部分にマーキング光の照射が行なわれる。このマーキング光によるマーキングを利用して変状部分の目視での確認やＵＡＶを用いた変状部分の撮影が行なわれる。自動視準による撮影およびマーキングを行うことで、レーザースキャンを用いた対象物の変状箇所の検出に係る作業が効率化される。

（その他）
比較する点群データの取得時期の組み合わせは任意である。例えば、半年ごとにレーザースキャンを行うとする。その場合に、１年前と現在の点群データ（レーザースキャンにより得た点群データ）を比較する、２年前と現在の点群データを比較する、といった処理が可能である。

また、対象とする点群の取得時期の差は、どのような対象を検査するかによって自由に決めることができる。例えば、上記の例のようなコンクリートの壁面における変状を検査する場合は、数カ月単位や年単位のスパンであるが、対象によっては、数時間の間隔で変状を監視する場合も有り得る。

マーキング光の発光部を望遠鏡１６と同軸の構造とせず、可動部１３の望遠鏡１６とは別の場所に配置する構成も可能である。この場合、望遠鏡１６の視準点とマーキング光のマーキング一は少しずれが生じる。

２．第２の実施形態
レーザースキャンの間隔に比較して、変状の進行が緩やかである場合が有り得る。この場合、Ｎ－１回目とＮ回目のレーザースキャンデータの比較では、検出できないが、Ｎ－２回目とＮ回目のレーザースキャンデータの比較では、変状が検出できる可能性がある。このような場合に対応する方法として、Ｎ－１回目とＮ回目のレーザースキャンデータの比較、Ｎ－２回目とＮ回目のレーザースキャンデータの比較、Ｎ－３回目とＮ回目のレーザースキャンデータの比較、・・・を行い、変状の進行を検出する形態も可能である。

３．第３の実施形態
本実施形態では、ステップＳ１０４で検出された変状部分の再検査のためのデータを、トータルステーション１００が備える本来のＴＳとしての測位機能を用いて取得する。以下、一例を説明する。まず、図５のステップＳ１０５において、変状が疑われる部分が検出されたとする。この場合、当該部分を中心に９点×９点や１５点×１５点といったマトリクス点を設定し、これらマトリクス点に対するレーザー測位部１０３の機能を利用した測位を行う。

点の間隔は、複数のパターンを用意しておき、その中から選択する。例えば、点群密度として、メッシュ間隔５ｃｍ、メッシュ間隔１０ｃｍ、メッシュ間隔２０ｃｍといったマトリクスパターンを予め用意しておき、その中から選択される。

レーザー測位部１０３による点群データの取得は、一つの計測点に対して、（１）本体部１１の水平回転と可動部１３の鉛直回転による望遠鏡１６の光軸の設定、（２）当該計測点に対する複数回のレーザー測位、によって行われる。この方法は、計測に必要な時間が、レーザースキャナ１０９を用いた場合よりも長くなるが、測位の精度は高くなる。

レーザー測位部１０３を用いて点群データを得たら、当該点群データを解析し、変状の状態を判定する。例えば、設計データや事前に取得しておいた三次元モデルデータとレーザー測位部１０３を用いて取得した点群データとを比較することで、対象物の僅かな変形を評価することができる。

ＴＳ（トータルステーション）とレーザースキャナは、レーザー測位という点で共通する。しかしながら、測位精度がＴＳの方が上である。これは、以下の理由による。

まず、ＴＳ１００のレーザー測位部１０３を用いた点群データの取得では、本体部１１と可動部１３を静止させ、その上でレーザー測位が行なわれる。更にレーザー測位部１０３を用いた測位では、１点に測位レーザー光を複数回（例えば、３回～１５回）照射し、複数回の測位を行い、その平均値が測位データとして採用される。

これに対して、レーザースキャナ１０９を用いたレーザースキャンでは、測位レーザー光を走査しながら照射する関係で、照射方向の揺らぎがあり、またそれ故に１点に複数回の測位レーザーの照射を行うことができない。このため、点群データを構成する各点の測位精度はレーザー測位部１０３を用いた場合より劣るものとなる。

本実施形態によれば、レーザースキャンによって変状の発生が予見された（疑われた）部分の精密測位が行なわれる。この方法は、目視による確認が難しい場所における変状の検出や、視認や画像観察からでは判断し難い変状の検出に有効である。レーザースキャナのレーザースキャン機能とＴＳの精密な測位機能を組み合わせることで、レーザースキャンを用いた対象物の変状箇所の検出に係る作業が効率化される。

４．第４の実施形態
変状部分の点群データの類型パターンを機械学習により予め学習しておき、取得した変状部分の点群が何れの類型パターンに相当するのか判定する態様も可能である。この場合、時間差をおいて取得された第１の点群データと第２の点群データの差分から類型パターンを判定する。

例えば、機械学習技術を用いて、変状部分の類型パターンとして、ひび割れを特徴づける点群データの変化を予め調べておく。そして、その特徴が見いだせる点群データの変化が検出された場合に、この変化が生じた部分をひび割れが発生した部分として抽出する。同様な方法で、欠落や鉄筋の露出といった変状の類型パターンの判定が行われる。

判定された類型パターンはユーザに提示される。また、判定の結果が当該変状部分に係る点群データ、写真画像、その他の関連情報と共に関連付けされてデータとして記憶される。勿論、データの内容は修正可能である。

変状の類型パターンとしては、コンクリートの浮き、欠損や欠落、ひび割れ、脆化、膨張、鉄筋の露出、鉄骨の座屈等の変形等が挙げられる。この態様によれば、参考情報として疑いのある類型パターンが判定され、それがユーザに提示され、また記憶される。なお、複数の類型の複合パターンを判定することもできる。例えば、変形とひび割れが複合した状態を判定することもできる。

また、判定された変状の類型パターンに応じて、その後の処理を決める態様も可能である。この場合、例えば、剥離変状の場合はマーキング光の照射、ひび割れの場合は拡大画像撮影、変形の場合は密度を上げた再度のレーザースキャン点群の取得あるいはトータルステーションを用いた高精度のレーザースキャンデータの取得といった処理が行なわれる。

１００…レーザースキャナ付ＴＳ（トータルステーション）、１０９…レーザースキャナ、１５０…ＴＳ本体、１１…本体部、１２…台座、１３…可動部、１４ａ…水平回転角制御ダイヤル、１４ｂ…鉛直角制御ダイヤル、１５ａ…照準器、１５ｂ…光学式の照準器、１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ、３０１…第１の塔部、３０２…第２の塔部、３０３…結合部、３０４…保護ケース、３０５…回転部、３０６…斜めミラー、１１１…変状部分、１５０…検査対象物、

Claims

外部標定要素の関係が既知なトータルステーションとレーザースキャナを複合化した構成を備え、
検査対象に対して時間差をおいて前記レーザースキャナによるレーザースキャンを行うことで得た第１の点群データと第２の点群データを取得する点群データ取得部と、
前記第１の点群データと前記第２の点群データの差分を算出し、前記検査対象における位置情報に変化があった部分を詳細検査対象部分として検出する検出部と、
前記詳細検査対象部分の位置を取得する位置取得部と、
前記詳細検査対象部分の位置に基づき、前記詳細検査対象部分への前記トータルステーションの視準制御を行う視準制御部と
を備える測量装置。
前記トータルステーションは、望遠鏡および該望遠鏡が捉えた画像を撮像する撮像手段を備え、
前記視準制御により、前記望遠鏡の前記詳細検査対象部分への視準が行なわれ、前記撮像手段により、前記詳細検査対象部分の拡大画像の撮像が行なわれる請求項１に記載の測量装置。
前記トータルステーションは、マーキング光の照射を行う機能を有し、
前記視準処理の後に、前記詳細検査対象部分への前記マーキング光の照射が行なわれる請求項１または２に記載の測量装置。
前記視準処理の後に、前記トータルステーションは、前記詳細検査対象部分の複数の点の測位を行う請求項１～３のいずれか一項に記載の測量装置。
前記第１の点群データと前記第２の点群データの差分に基づき、変状の類型パターンの判定が行われる請求項１～４のいずれか一項に記載の測量装置。
前記判定された変状の類型パターンに応じて、その後の処理が決定される請求項５に記載の測量装置。