JP7303651B2

JP7303651B2 - レーザースキャン用警報システムおよびレーザースキャン用警報方法

Info

Publication number: JP7303651B2
Application number: JP2019063173A
Authority: JP
Inventors: 徹太郎糀
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-07-05
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP2020165652A

Description

本発明は、レーザースキャンの技術に関する。

レーザースキャナが知られている。レーザースキャナの動作として、水平回転しつつ全周あるいはある角度範囲をレーザースキャンする動作がある。ところで、工事現場や建設現場等でレーザースキャナを用いた点群データンの取得の際、他の作業を行いたい場合が有る。

この場合、他の作業を行う作業員がレーザースキャンの対象とならないようにすることが求められる。特許文献１には、画像解析から歩く人等の動体を検出し、当該動体のレーザースキャンデータを利用しないようにする技術が記載されている。

特許開２０１２－２０７９２９号公報

特許文献１の技術では、人等の動体のレーザースキャンデータの利用を制限する技術であるが、動体の影になった部分のレーザースキャンは改めて行う必要がある。このような背景において、本発明では、より簡便な方法で人がレーザースキャンの対象とならないようにする技術の提供を目的とする。

本発明は、水平回転する本体を備えたレーザースキャナと、前記本体が水平回転しつつ照射されるレーザースキャン光の照射が予定される範囲をスキャン警告範囲とし、当該スキャン警告範囲に対して、レーザースキャン光の照射が予定される旨を警告する警告電波信号の放射を行うレーザースキャン用警報装置と、前記レーザースキャン用警報装置からの前記警告電波信号を受信可能な端末とを有し、前記端末は、前記警告電波信号を受信した場合に前記レーザースキャナの動作の停止を指示する信号を出力するレーザースキャン用警報システムである。

本発明において、前記スキャン警告範囲は、レーザースキャン光が照射されている水平角度位置から特定の水平角度の範囲である態様が挙げられる。本発明において、前記スキャン警告範囲は、レーザースキャン光の水平スキャン回転に伴って水平回転する態様が挙げられる。本発明において、前記スキャン警告範囲が複数の範囲に分割されており、前記警告は、前記複数の範囲毎に異なる内容が設定されている態様が挙げられる。

本発明は、水平回転する本体を備えたレーザースキャナにおけるレーザースキャン用警報方法であって、前記本体が水平回転しつつレーザースキャン光の照射が行われ、前記レーザースキャン光の照射が予定される範囲に対して、レーザースキャン光の照射が予定される旨を警告する警告電波信号の放射を行い、前記警告電波信号を受信した端末に前記レーザースキャナの動作の停止を指示する信号を出力させるレーザースキャン用警報方法である。

本発明によれば、簡便な方法で人がレーザースキャンの対象とならないようにする技術が得られる。

実施形態のレーザースキャナの斜視図である。実施形態の原理を示す上面図である。実施形態の原理を示す斜視図である。実施形態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。実施形態の概念図である。

１．第１の実施形態
（装置の概要）
図１には、レーザースキャナ１００が示されている。レーザースキャナ１００は、三脚１０２の上に固定された台座１０１を有している。三脚１０２が地上や床等の上に設置され、それにより、レーザースキャナ１００の設置が行なわれる。台座１０１上には、本体１０３が回転自在な状態で保持されている。本体１０３は、台座１０１上で水平回転する。この水平回転は、本体１０３に内蔵された水平回転モーターによって行われる。

本体１０３は、双頭構造の略逆Ｕ字形状を有し、双頭構造の間の部分に鉛直回転部１０４を備える。鉛直回転部１０４は、水平方向を回転軸とした鉛直回転を行う。鉛直回転部１０４は、本体１０３の内部に配置された鉛直回転モーターによって駆動され、鉛直回転する。

鉛直回転部１０４には、測距用のレーザー光の発光と受光を行う光学部１０５が設けられている。光学部１０５から測距用レーザー光（出射光）が外部へ向けて照射される。そして対象物で反射した測距光（計測光：入射光）が光学部１０５から鉛直回転部１０４に取り込まれる。この例では、１条の測距用レーザー光が照射される。もちろん、複数条の測距光を照射する形態も可能である。

本体１０３は、スキャン警告光発光部１０６を備えている。このスキャン警告光は、水平回転しつつ照射されるレーザースキャン光の照射が予定される範囲に選択的に照射される。このレーザースキャン光の照射が予定される範囲がスキャン警告範囲となる。

スキャン警告範囲に選択的にスキャン警告光が放射されるように、スキャン警告光発光部１０６の光学系が調整されている。スキャン警告光は、人間が視認できる波長のものが選択される。スキャン警告光は、連続光であってもよいし、パルス光（点滅光）であってもよい。

（警告光について）
図２は、レーザースキャナ１００を鉛直上方から見た状態が示されている。レーザースキャナ１００は、本体１０３の水平回転と鉛直回転部１０４の鉛直回転を同時に行ないつつ、光学部１０５から１０ｋＨｚ～１ＭＨｚの間隔で間欠的に測距光が放射されることで、周囲全体に対するレーザースキャンを行う。勿論、スキャン範囲を限定したレーザースキャンも可能である。

図２の視点（鉛直上方から見た視点）から見ると、スキャン光（測距光）が１８０°異なる双方向に照射され、それが水平回転する。この例では、鉛直上方から見て本体１０３が時計回り方向（右回り）に回転する。この水平回転は、例えば３０秒～１８０秒で半回転する速度で行なわれる。

スキャン警告光は、レーザースキャン光の掃引予定となるある角度範囲に対して行われる。すなわち、スキャン警告光は、水平方向におけるレーザースキャン光のスキャン予定範囲にレーザースキャン光の照射に先立って照射される。水平方向におけるレーザースキャン光のスキャン予定範囲は、図２のように水平回転する。スキャン警告光もレーザースキャン光と共に同様に水平回転する。スキャン警告範囲の角度範囲は、例えば１５°～４５°程度である。この角度範囲は所望する範囲で設定可能である。レーザースキャン光は、鉛直上方から見て双方向に照射されるので、スキャン警告範囲も同様に上方から見て双方向に設定される。

図３にレーザースキャナ光１１０とスキャン警告光１２０のビーム形状を示す。スキャンビームは、鉛直回転するので鉛直３６０°の範囲に渡って行われる（なお下方は、本体１０３があるので、有効なスキャン点は取得できない）。これに対して、上下角方向のスキャナ警告光１２０のビーム範囲は、上角方向（仰角方向）＋１５°～＋３０°、下角方向（俯角方向）－５°～－１０°といった程度に設定される。これは、レーザースキャナ１００から見て、極端な上方向や下方向に人がいる状況を想定していないからである。

（制御ブロック図）
図４にレーザースキャナ１００の制御ブロック図を示す。図４には、スキャン警告光発光部１０６、測距光送光部２０２、測距光受光部２０３、測距計算部２０４、水平駆動モーター／エンコーダ２０５、鉛直駆動モーター／エンコーダ２０６、記憶部２０７、受信部２０８、ＣＰＵ２０９が示されている。

スキャン警告光発光部１０６は、図２、図３に示すスキャン警告光１２０を発光する。測距光送光部２０２は、測距光の発光素子、その周辺回路、光学系を有している。測距光受光部２０３は、対象物（反射点）から反射してきた測距光（検出光）を受光する受光素子、その周辺回路、光学系を有している。

これら光学系には、出射光と入射光を分離する光学系が含まれている。レーザースキャナの光学系については、通常のレーザースキャナと同じである。

測距計算部２０４は、本体１０３内に設けられた基準光路を伝搬してきた基準光と検出光（入射光）との到達時間差または位相差から測距対象物（反射点）までの距離を算出する。

水平駆動モーター／エンコーダ２０５は、本体１０３の水平回転を行うためのモーター、本体１０３の水平回転の角度を計測するエンコーダ、およびそれの周辺回路を有する。鉛直駆動モーター／エンコーダ２０６は、鉛直回転部１０４の鉛直回転を行うためのモーター、鉛直回転部の鉛直回転の角度を計測するエンコーダ、およびそれらの周辺回路を有する。記憶部２０７は、半導体メモリや各種の記憶媒体により構成され、レーザースキャナ１００の動作に必要なプログラム、設定データ、レーザースキャンの結果得られる三次元点群データを記憶する。

受信部２０８は、外部の機器からの通信を受信する。通信は、無線ＬＡＮ回線やBluetooth（登録商標）が利用されるが、電話回線、各種の無線回線、光通信回線等であってもよい。ＣＰＵ２０９は、レーザースキャナ１００の動作全体を統括する。また、後述する処理を実行する。

この例において、レーザースキャナ１００のレーザースキャンの予定範囲に入る可能性のある人は、レーザースキャナ１００のスキャン動作の一時停止および再開を指示できる携帯機器を携帯している。この携帯機器は、専用のものでもよいし、当該機能を実行するプログラムをインストールしたスマートフォンでもよい。

例えば、レーザースキャナ１００のスキャン範囲で何かの作業を行う作業員がいるとする。この場合、当該作業員に上記の携帯機器を携帯させる。そして、当該作業員がスキャン警告光を認識したら、上記の携帯機器を操作し、レーザースキャナ１００のスキャン動作を一時停止させる。もちろん、レーザースキャン１００の一時停止を行わずに、当該作業員がレーザースキャンの予定範囲から退避する場合も有り得る。

（処理の一例）
以下、処理の手順の一例を示す。以下に示す処理を実行するプログラムは、記憶部２０７または適当な記憶領域や記憶媒体に記憶され、ＣＰＵ２０９により実行される。このプログラムをサーバに記憶させ、そこからダウンロードして利用する形態も可能である。

図５は、処理の一例の手順を示すフローチャートである。レーザースキャナ１００によるレーザースキャンが開始されると（ステップＳ１０１）、警告処理が開始される（ステップＳ１０２）。この例では、図２，３に示す状態でスキャン警告光１２０がレーザースキャナ１００から放射（照射）される。

例えば、スキャン警告範囲の角度範囲を、レーザースキャン光を起点として４２°とする。また、スキャン速度は３０秒で本体１０３が水平方向に半回転する速度であるとする。この場合、１秒で６°つまりω＝６°／秒の角速度で水平方向のスキャンが行なわれることになる。

上記の場合のスキャン警告範囲の角度範囲は、４２°であるので、水平スキャンの角速度がω＝６°／秒であるとすると、スキャン警告範囲の時間範囲が４２°／６°＝７秒となる。これは、レーザースキャナ１００のスキャン光が届く範囲にいる人が、スキャン警告光を認識した時点から７秒後に、スキャン光の照射に遭遇することを意味する。

この場合、警告光を認識した人は、７秒以内にレーザースキャン光が当たらない場所に退避する、あるいはレーザースキャンの停止操作を行うことで、当該作業員がレーザースキャンの対象となる問題を回避できる。

例えば、何らかの作業を行う作業員がレーザースキャナ１００のスキャン動作の一時停止および再開を指示できる携帯機器を携帯しているとする。そして、当該作業員がスキャン警告光を認識した段階で当該携帯機器を操作し、レーザースキャナ１００の動作の停止を指示したとする。この結果、当該携帯機器からレーザースキャナ１００のレーザースキャンを停止させる停止信号が出力される。

レーザースキャナ１００が、上記の停止信号を受信すると（ステップＳ１０３）、スキャン動作を停止する（ステップＳ１０４）。そして、当該作業員の退避が終了した後、上記携帯機器が操作され、スキャン開始の信号が送信され、それをレーザースキャナ１００が受信すると（ステップＳ１０５）、スキャンが再開される（ステップＳ１０６）。なお、停止信号を受け、スキャンを停止してから規定の期間（例えば、１０秒～２０秒程度）が経過後にスキャンを自動で再開する設定も可能である。

２．第２の実施形態
警告手段として、光でなく音を利用する形態も可能である、この場合、指向性のスピーカを用いて図２，３に示すスキャン警告光１２０の範囲にスキャン警告音を放射する。

３．第３の実施形態
警告手段として、電波（スキャン警告電波）を利用する形態も可能である。図６に一例を示す。この場合、指向性のアンテナを用いてスキャン警告電波１３０がレーザースキャナ１００から放射される。放射の範囲は、図２，３のスキャン警告光１２０の場合と同じである。このスキャン警告電波１２０が、レーザースキャナ１００の周囲にいるユーザ１４０が携帯する携帯機器（例えば、スマートフォン）１５０で受信されると、当該携帯機器１５０が警告の報知を行う。報知の方法としては、携帯機器１５０の振動や携帯機器１５０から発せられる警告音による方法が挙げられる。

携帯機器１５０がスキャン警告電波を受信した段階で、携帯機器１５０からレーザースキャナ１００に一時停止信号の送信を行ってもよい。この信号は、無線ＬＡＮ回線等を用いて送信される。レーザースキャナ１００は、この一時停止信号を受信し、レーザースキャンを一時停止する。

レーザースキャナ１００のレーザースキャンの再開は、携帯機器１５０からの再開を指示する信号の受信、停止から予め定めた時間が経過した段階での自動再開が挙げられる。

４．第４の実施形態
警告範囲を複数に分割し、警告の内容に重みづけを与えても良い。例えば、レーザースキャン光から２０°～４０°の第１の角度範囲では相対的に弱い警告が行なわれ、２０°未満の第２の角度範囲では、相対的に強い警告が行なわれる。

例えば、スキャン警告光を利用する場合において、第１の角度範囲では、０．２秒間隔のパルス発光のスキャン警告光１２０の放射がレーザースキャナ１００から行なわれ、第２の角度範囲では、０．１秒間隔のパルス発光のスキャン警告光１２０の放射がレーザースキャナ１００から行なわれる。警告を受けるユーザは、パルス発光の間隔の違いから、レーザースキャンの対象となるタイミングを推し量ることができる。

上記の警告内容の重み付けとしては、スキャン警告光の強度の差、スキャン警告音の音程や音の大きさの違い、パルス発生されるスキャン警告音のパルス間隔の違い、スキャン警告電波に警報の程度の違いの情報を含ませる場合等が挙げられる。

５．第５の実施形態
市場で入手できるレーザースキャナにスキャン警告光発光部を外付けで装着した構成も可能である。これは、スキャン警告音やスキャン警告電波を利用する場合も同様である。

６．第６の実施形態
第１～第４の実施形態の複数を組み合わせてもよい。

１００…レーザースキャナ、１０２…三脚、１０３…本体、１０４…鉛直回転部、１０５…光学部、１０６…スキャン警告光発光部、１１０…スキャンビーム、１２０…スキャン警告光、１３０…スキャン警告電波、１４０…作業員、１５０…携帯機器。

Claims

水平回転する本体を備えたレーザースキャナと、
前記本体が水平回転しつつ照射されるレーザースキャン光の照射が予定される範囲をスキャン警告範囲とし、当該スキャン警告範囲に対して、レーザースキャン光の照射が予定される旨を警告する警告電波信号の放射を行うレーザースキャン用警報装置と、
前記レーザースキャン用警報装置からの前記警告電波信号を受信可能な端末と
を有し、
前記端末は、前記警告電波信号を受信した場合に前記レーザースキャナの動作の停止を指示する信号を出力するレーザースキャン用警報システム。
前記スキャン警告範囲は、レーザースキャン光が照射されている水平角度位置から特定の水平角度の範囲である請求項１に記載のレーザースキャン用警報システム。
前記スキャン警告範囲は、レーザースキャン光の水平スキャン回転に伴って水平回転する請求項１または２に記載のレーザースキャン用警報システム。
前記スキャン警告範囲が複数の範囲に分割されており、
前記警告は、前記複数の範囲毎に異なる内容が設定されている請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザースキャン用警報システム。
水平回転する本体を備えたレーザースキャナにおけるレーザースキャン用警報方法であって、
前記本体が水平回転しつつレーザースキャン光の照射が行われ、
前記レーザースキャン光の照射が予定される範囲に対して、レーザースキャン光の照射が予定される旨を警告する警告電波信号の放射を行い、
前記警告電波信号を受信した端末に前記レーザースキャナの動作の停止を指示する信号を出力させるレーザースキャン用警報方法。