JPH01314912A - 線路測量システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネル、道路などの各種線形構造物の線路
測置５をレーザ光およびジャイロスコープを用いて高精
度に行うことができる自動ｆｉ量装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

トンネル、道路などの線形構造物の線形測量に電子計器
類を用いた電子測量法のほかに、レーザ光を用いたレー
ザ［を法がある。レーザ゛１ｌｌ１１量法はレーザの集
束直進特権により極めて精度のよい側聞が行なえ、それ
を実行するための装置がいくつか提案されている。たと
えば、特開昭５９−２１４７０３号、特開昭５９−２１
４７０４号公報で提案されたレーザ光を用いた測量装置
は、７１１１量基準点から発振されたレーザ光を被測量
線路上の任意の点で２枚並設したターゲットで受光し、
ターゲット上のレーザ光スポットの位置変位を測定する
ことで、被１量線路の曲率を求めるものである。

ほかに、レーザ光を用いた測定装置としては、特開昭６
０−２４３５０８号公報で提案されたものもある、この
提案の装置は、屈折可能に連結した筒体の一方にレーザ
発振器を内蔵し、他方の筒体にターゲットを設けたもの
で、一対の筒体の屈折角度によってターゲット上のレー
ザスポット位置が変化することを利用して被測定線路の
測定を行うようにしたものである。

いずれも、レーザ光の基準直進性を利用しているため、
線路の曲率、角度位置などの微少変化でも高精度で測定
が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したレーザ光を利用した従来の測量装置は、比較的
長い距離を隔てた地点における微少な変位でも極めて正
確に測定でき、その最小測定限界は検出不可能なほど精
度は高い、しかし、最大測定限界はレーザ光を受けるタ
ーゲットの大きさによって決まる。つまり、ターゲット
上のレーザスボー２トがターゲットから逸脱すると測定
不能になる。したがって、レーザ発振器からターゲット
までの離間距離が大きくなればなるほど最大測定限界は
小さくなる。

たとえば、　ｌＯｍ　＠れた距離を３００ｍｍの大きさ
のターゲットを用いて測定すると、レーザ光の変位角は
僅か１°４０′のみ１１定角度範囲しか確保できない、
ターゲットの受光面積を大きくすれば、勿論、測定限界
を大きくできる。しかし、ターゲットの広面積化は装置
の大型化を招き、取扱い性を損なうなどの問題が生じる
。

実際の運用には、ターゲット受光面からレーザ光スポッ
トが逸脱する前に、レーザ発振部の方向を修正し、その
偏向修正角を積算しながら線路測定を行なうが、修正角
度の積算演算は複雑面倒であった。

本発明は上記した従来装置の問題点を解決すべくなされ
たものであり、トンネル、道路等の線路測定において、
被測量線路の曲率乃至角度位置の微少変位を高精度に測
定できると共に、比較的大きな変位でも正確に測定でき
、しかも、基準位置にあるレーザ発振器のレーザ発振方
向を修正変化させても容易に修正値を自動積算でき、ど
のような線路曲率でも正確に把握できる自動測量装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的を解決するために、本発明による自動測量
装置は、測量基準点に定位配置されレーデ光を基準方向
に向けて発振出射するレーザ発振部と、前記レーザ発振
部からのレーザ光を受光しながら被測量線路に沿って移
動するターゲット部とからなり、ターゲット部における
レーザ発振部からのレーザ光の受光スポット位置で前記
被測量線路の曲率を求めると共に、前記レーザ発振部お
よびターゲット部の夫々にジャイロスコープを設けて基
準線路に対する方向を計測するものである。

前記ターゲット部に反射ターゲットを固定すると共に、
前記反射ターゲットに光を照射してその反射光を受けて
距離測定する光測距器を前記レーザ発振部に設けてもよ
い。

〔作用〕

レーザ発振器からのレーザ光を離間配置したターゲット
部に向けて照射し、ターゲット部におけるレーザ光の受
光スイットを検出することで、レーザ発振器に対するタ
ーゲット部の相対位置を求めることができる。ターゲッ
ト部を被測部、線路に沿って移動させながらターゲット
部におけるレーザ受光スポット位置の変化を解析するこ
とで、被測量線路の曲率乃至角度位置の変位状況を認識
することができる。

ターゲット部にジャイロスコープを設けているので、線
路に沿って移動するターゲット部の位置変化に逐次、ジ
ャイロスコープからの検出角度情報を対応させて演算処
理することで、被測定線路の大きな曲率変化箇所も正確
に測定することができる。

上記レーザ発振部とターゲット部との間が一定でない場
合は、レーザ発振部に設けた光測距塁からターゲット部
に設けた反射ターゲットに光を照射してその反射光を受
光演算することでレーザ発ＦＭ部とターゲット部との距
離を測定でき、前記の測定データと共に解析することで
所期の測量を実行することができる。

また、線路の曲率が大きく、レーザ光スポットがターゲ
ット受光面から外れないように、レーザ発振部の方向を
変化させた場合、レーザ発振部およびターゲット部に設
けたジャイロスコープからの角度変化値を精算すること
で、容易に線路曲率を演算でき、線路測量の自動化を可
能にする。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図面第１図は本発明による自動測量装置の構成を示す一
部欠截側面図である。　　′ 図中、１はレーザ発振部である。このレーザ発振部１は
、一方向にレーザ光すを放射するレーザ発振器２と、前
記レーザ発振器２を旋回および伏抑０■能に支持した固
定台３とからなる。固定台３に対してレーザ発振器２を
遠隔制御で水平方向に旋回駆動できる旋回モータ４と、
垂直方向に伏抑駆動できる伏抑モータ５を具えている。

７は、方向変位を検出するジャイロスコープである。こ
のジャイロスコープ７は電動回転体を内蔵し、レーザ発
振器２を前記旋回モータ４で水平に角運動させると、そ
の角変位を電気信号として出力できるものである。

８は、光ｒを出射してその反射光との時間差から反射体
までの距離を求める光測距器である。

、Ｌ記ジャイロスコープ、光測距器はこの発明において
特徴のある構成のものでなく、どのような種類の装置を
用いてもよい。

１０はターゲット部である。このターゲット部１０はケ
ーシング１１内に２枚のターゲットスクリーン１２．１
３を有し、夫々のスクリーン１２．１３を撮像する撮像
装置１４．１５を具え・ている、ターゲットスクリーン
１２．１３は平行に対設しており、少なくとも入射側の
スクリーン１２は半透明である。測量に際して、入射側
スクリーン１２を上記レーザ発振部１に向けて、レーザ
発振器２からのレーザ光すを入射側スクリーン１２で受
け、更に、その一部透過光を後方スクーン１３で受光す
る。この時、夫々のスクリーン１２．１３で形成される
レーザ光スポッ）５１　。

Ｓ２を前記撮像装置１４．１５で撮像して光電変換した
上で電気信号として出力する。これら撮像装置１４．１
５として小型軽量なＣＣＤ撮像素子を用いるとよいが、
特にこれに限るものではない。

１７はターゲット側のジャイロスコープである。このジ
ャイロスコープ１７は前記のジャイロスコープ７と等価
なものである。

１８は前記光測距器８からの出射光ｒを反射させて光測
距器８に帰還させるもので、光測距器８からの光ｒに対
して常に直交するよう自動方向装置１９を具えている。

２０は演算処理間ｖ４部である。この演算処理部は、測
定データを収集して演算すると共に、前記固定台３の旋
回モータ４および伏仰モータ５を駆動制御する追従コン
トローラ２１あるいは他の出力装置などを制御する機能
を有するホストコンピュータを中枢とする制御システム
である。前記出力装置としては、モニターデイスプレィ
、プリンタ、記憶装置、各種インタフェースを含むシス
テムが一般的構成であり、特に構成を限定するものでは
ない、また、上記ホストコンピュータとしてはパーソナ
ルコンピュータ、汎用ミニコンピユータなどのように入
出カキ−ボードから制御指令をマニュアルで行なえるも
のがよい。

上記構成の目動０量装置を用いて線路測量を行なう場合
の演算処理過程を第２図および第３図に従って以下に説
明する。

被測Ｎ線路Ｒの任意基準点ＰＯにレーザ発振部ｌを定位
配詮させると共に線路Ｒの任意測定点ＰＩにターゲット
部ｌＯを配置する。レーザ発振部ｌのレーザ発振器２を
発振駆動させ、ターゲット部１０に向けてレーザ光すを
出射させる。ターゲット部ｌＯのターゲットスクリーン
１２．１３で前記レーザ光すを受けてスクリーン上に形
成されたレーザ光スポッ）Ｓｌ、Ｓ２を撮像装置１４．
１５で撮像する。撮像装！！１４．１５はスクリーンと
のレーザ光スボッ）Ｓｔ、Ｓ２の座標位置を電気信号と
して演算処理制御部２０に出力して演算処理制御部２０
でスポットの位置座標データをメモリに蓄える。この動
作処理は、線路Ｒに沿って移動するターゲット部ｌＯの
移動距離と共に制御部２０に１ｌＦＪｉする（第３図に
おける過程１、ＩＩ）。

ターゲット移動に伴なってターゲット部ｌＯに設けたジ
ャイロスコープ１７でターゲット部ｌＯの方位と光測距
器８によるターゲット部１０までの距離を演算処理制御
部２０に積算しておく（過程■）。

曲率を持つ線路をターゲット部１０が移動していくうち
に、ターゲットスクリーン上からレーザ光スポットが逸
脱すると、レーザ光による位置測定は不能になる（第２
図におけるターゲット位置１０’）、そこで、ターゲッ
トスクリーン上のレーザスポットが検出可能かどうかを
確認する（過程■）、レーザスポットが正常に検出回旋
であれば、ターゲット位置を逐次演算しく過程■）、こ
の一連の動作を繰り返犬す、ターゲット部１０に設けた
ジャイロ値および光測距器８によるターゲットまでの距
離データと共に解析することで容易に被測量線路の曲率
を認識することができる。

−・方、上記過程■でターゲットスクリーンの測定領域
からレーザ光スポットが外れる前に、レーザ光スポット
検出不可の判定を下し、演算処理制御部２０から追従コ
ントローラ２１に駆動信号を出力する。これによって、
追従コントローラ２１は、第２図で仮想線２°で示した
ようにレーザ発振部ｌの旋回モータ４を作動させてレー
ザ発振器２をターゲットスクリーン１２°、１３゛に向
ケる（過程Ｖ）。

レーザ発振部ｌの追従動作はジャイロスコープ７によっ
て変位角を演算処理部２０に送山して積算しておく（過
程Ｖｌ）、このジャイ０積算値を上記したターゲット位
置の演算（過程ＶｒＩ）に含めることで、基準点（レー
ザ発振位置に対するターゲラｌの位置）を正確に求める
ことができる。

基墾点に対するターゲット位置はレーザ光がターゲット
？Ａｔｏのターゲットスクリー／１２゜１３の双方に当
ることが条件で上記の演算処理が可能となるが、線路の
曲率が大きいレーザ光がターゲット上−プに追従できな
い場合があり、レーザ光スポット検出による位置測定が
不可能になる。こうした場合は、ターゲット部１０に搭
載したジャイロスコープ１７による角度変位の蓄積デー
タと光測距器８による距離データから基準点に対するタ
ーゲットの位置、更には、被測量線路の曲率を容易に算
出することができる。

ターゲット部ｌＯの移動に伴なって基準点であるレーザ
発振部１をターゲット部１０に接近させる必要がある場
合（過程■−■）、ターゲット部ｌＯに対するレーザ発
振部１の方向１位置を光測距器８およびジャイロスコー
プ５によって求めて積算する（過程ｘ）、このｌｌｉ算
データを基準にして（過程Ｉ）、引続き実行するターゲ
ット移動に従う位置測定を上記した同じプロセスを繰返
す。

したがって、被測量線路Ｒに沿ってターゲット部ｌＯを
連続的に移動させながら逐次、ターゲット上のレーザ光
スポット位置データと距離データをコンピュータで演算
処理することでリアルタイムに線路測量が可能になる。

また、レーザ発振部１とターゲット部１０の夫々に設け
たジャイロスコープ７．１７からのジャイロ方向データ
を含めることで、レーザ光で追従できなくても、連続的
な測量データを収集することが可能となる。

丑記実施例は水平方向の変位演算について説明したが、
伏仰モータ５を制御してそれによる方向データを演算す
ることで垂直方向の線路データをを同様に求めるができ
る。

（発明の効果） 以と説明した本発明の構成によって次のような効果を奏
する。

測量基準点に設置したレーザ発振部からのレーザ光をタ
ーゲット部で受光して、レーザ発振部に対するターゲッ
ト部の相対位置を測定することに加えて、レーザ発振部
およびターゲット部の夫々にジャイロスコープを設けて
方向変位を計測するようにしたので、曲率を持つ線路に
沿って移動するターゲットの角度位置及び線路の曲率を
高精度に１１１１１定できる。レーザ発振部とターゲッ
ト部に設けたジャイロスコープからの角度変位を蓄積し
て演算費素に加えることで、レーザ光で追従できないほ
ど大きい曲率を持つ線路や、基準点であるレーザ発振部
を移動させた場合の基点修正演算を容易に行うことがで
きる。しかも、ジャイロ測定値を積算して演算要素とし
て用いることで、あらゆる状態の線路を自動的に連続し
た曲率データとしてコンピュータで表現することが可能
となる。これによって、被測祉線路の全域に亘る絶対位
置データを簡単、且つ、高精度に測定することができる
。光測距器を用いたことで線路測量の完全自動化が達成
〒きる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明による自動測量装置の一実施例の概
略構成を示す一部欠截側面図、第２図は同じくその測量
原理を説明するための概略平面図、第３図は測量プロセ
スを説明するためのフローチャートである。 ■・・・レーザ発振部、　　７・・・ジャイロスコープ
、８・・・光測距器、　　　　１０・・・ターゲット部
。 １７・・・ジャイロスコープ、 １８・・・反射グーゲット、 Ｒ・・・被［Ｗｔ線路、　　　ｂ・・・レーザ光、Ｓｔ
、Ｓ２・・・レーザ光スポット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測量基準点に定位配置されレーザ光を基準方向に向
   けて発振出射するレーザ発振部 と、該レーザ発振部からのレーザ光を受光しながら被測
   量線路に沿って移動するターゲット部とからなり、ター
   ゲット部におけるレーザ発振部からのレーザ光の受光ス
   ポット位置で該被測量線路の曲率を求めると共に、該レ
   ーザ発振部および該ターゲット部の夫々にジャイロスコ
   ープを設けて基準線路に対する方向を計測する自動測量
   装置。 ２、該ターゲット部に反射ターゲットを固設し、前記反
   射ターゲットに光を照射してその反射光を受けて距離測
   定する光測距器を該レーザ発振部に設けた請求項１記載
   の自動測量装置。