JPH02153406A - テレビ・トータルステーションを用いた三次元追尾装置 - 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〕 この発明は、土木工事等において作業船や打設中の杭の
進入具合等を自動追尾することにより、その挙動を把握
し、工事を効率的に行うための施工管理情報を得るため
のテレビ・トータルステーションを用いた三次元追尾装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、浚渫工事における作業船の位置決めや杭打作業
における杭の挙動、あるいは施工にともなって移動変位
する各種建設機械などを計測する場合、従来はＣＯＤカ
メラ（計測用テレビカメラ）を用いたり、光波を利用し
たセオドライトや、測角、測距の計測値をディジクル表
示するとともに、その計測データをパソコンなどの電算
機に入力し、被測定物の座標位置を計測する通称トータ
ルステーションと呼ばれる電子式タキオメータ等を駆使
して行っているのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記ＣＯＤカメラによる方法にしても、また
電子式タキオメータによる場合でも、計測にあたっては
、計測者がいちいち規準線を手動概作して被測定物に当
て計測するように構成されているため、高速に移動する
被測定物を連続的に追尾して計測することは困難である
。

周知のように、土木工事は高低差のある野外で、地上、
地下、海上など作業者が立ち入ることのできない広い領
域において各種建設機械を用いて行われる。したがって
、これらの施工現場を効率的に管理するには、広角度、
広範囲にわたって被測定物を追尾して計測できることが
好ましい。

しかし、前記したように従来の計測機器は、スタティッ
クな被測定物を対象として計測することを原則としてい
るため、移動する被測定物を追尾して計測し、適確な施
工情報を把握することができない。

そのため、移動する被測定物を捉え、適確な施工情報を
得ることのできる計測機器の開発が要請されている。

この発明は、このような要請に対応するため、移動する
被測定物を連続的に追尾して、被測定物の位置（Ｘ、Ｙ
、Ｚ）、速度、方向、高低差などを計測し、その計測デ
ータを解析し、適確な施工情報を迅速に把握することの
できるテレビ・トータルステーションによる三次元追尾
装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する手段として、本発明はまず、測角度
、測距の計測値をディジタル表示する電子式タキオメー
タに、計測用テレビカメラを双方の規準線が平行するよ
うにして組み付け、計測用テレビカメラを装備するテレ
ビ・トータルステーションを構成した。

ついでこのテレビ・トータルステーションにおける前記
計測用テレビカメラで、発光性標的（発光点）を付けた
移動する被測定物の画像を捉え、この画像データより前
記被測定物の位置を座標系（Ｘ、Ｙ）で検出する計測ユ
ニットを接続するとともに、この計測ユニットより検出
した被測定物の画像中心からの変位量（ｄ　ｘ、　　ｄ
　ｙ）と前記電子式タキオメータによる被測定物の測角
、測距の計測データを入力し、被測定物の移動方向（Ｘ
。

Ｙ）と速度を算出する電算機を接続した。そしてこの電
算機より演算出力された被測定物の移動方向（Ｘ、Ｙ）
と速度データに基づいて、テレビ・トータルステーショ
ンにおける望遠鏡の向き（Ｘ。

Ｙ）を被測定物の移動に追従させる誘導制御装置を前記
テレビ・トータルステーションに組み付けた構成とした
ことにある。

また、その誘導制御装置としては、テレビ・トータルス
テーションにおける望遠鏡の支軸より作動レバーを張り
出し、この作動レバーに、左右水平方向（Ｘ方向）と上
下鉛直方向（Ｙ方向）とにそれぞれモータの駆動により
作動する駆動機構を連係し、この駆動機構におけるＸ方
向およびＹ方向駆動の前記モータに、それぞれ被測定物
の移動方向（Ｘ、　Ｙ）と速度データに基づく制御信号
（パルス信号）を送り、その回転量（回転角度）と回転
速度を制御するように構成したことを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

この発明によるテレビ・トータルステーションを用いた
三次元追尾装置は、以上説明したようにテレビ・トータ
ルステーションを構成するテレビカメラにより撮影した
被測定物の画像から、まず被測定物の座標系を検出する
。すなわち画像情報を計測ユニットに送り込むことによ
り、被測定物の位置（Ｘ、Ｙ）を検出する。ついで、検
出した画像座標と被測定物の移動による変位量（ｄｘ。

ｃｔｙ）を電３Ｅａに入力するとともに、同じくテレビ
・カメラトータルステーションの電子式タキオメータに
より計測した測角、測距の計測データを前記電算機に入
力すると被測定物の移動方向（Ｘ。

Ｙ方向）と速度が算出される。

さらにテレビ・トータルステーションの望遠鏡には、そ
の向きを被測定物の移動に追従して誘導する誘導制御装
置が組み付けであるため、その作動にともなって被測定
物の移動を追尾することができる。

同時に、その動きは、電子式タキオメータに計測される
ので、その測角（水平角、鉛直角）、測距の計測データ
と、さらに被測定物を追尾するテレビカメラによる画像
データを順次電算機に転送すれば、被測定物の位置（Ｘ
、Ｙ、Ｚ）、速度。

方向、高低差等を知ることができる。

〔実施例〕

次に図面に示す実施例に基づいて本発明によるテレビ・
カメラトータルステーションを用いた三次元追尾装置の
構成を説明する。

まず、第１図は測角、測距の計測値をディジタル表示す
る電子式タキオメータ（電子式セオドライトと呼称され
る場合もある）八に、ＣＯＤカメラＢ、すなわち計測用
テレビカメラＢを組み合わせたテレビ・トータルステー
ションを構成した。

図面は、さらに前記電子式タキオメータＡにおける望遠
ｍ、Ｃに、望遠鏡Ｃの向きを水平方向および鉛直方向に
作動させるための作動機構りを組み付けて示す側面図で
ある。

なおこのテレビ・トータルステーションにおける電子式
タキオメータＡの望遠鏡Ｃと、計測用テレビカメラＢの
規準線は、常に平行を保持するように構成しである。図
中１は計測値の表示窓である。

第２図および第３図は、前記テレビ・トータルステーシ
ョンにおける望遠鏡Ｃの向きを水平方向と鉛直方向とに
、それぞれ作動させるための作動機ｌ１ｌＩＤの概要を
示す。

まず、前記第１の側面図で示したように、望遠Ｉｃの回
転軸２の中心から放射方向に作動アーム３を張り出し、
この作動アーム３の先端部４を、断面Ｃ型のチャンネル
材からなる水平方向ガイドフレーム５に沿って摺動する
摺動子６に係合させている。

すなわち、この摺動子６を第２図で示す水平方向ガイド
フレーム５に沿って左右方向に移動させることによって
作動アーム３を介して、望遠鏡Ｃの向きを回転軸２を中
心として左右方向に旋回させることができるように構成
している。

次に望遠鏡Ｃを鉛直方向に作動する手段としては、前記
第２図で示した水平方向ガイドフレーム５の両端部５ａ
、５ａを、この水平方向ガイドフレーム５と同様なチャ
ンネル材で構成した鉛直方向ガイドフレーム７および７
に、それぞれ摺動自在に係合させた摺動子８および８に
連係させ、この摺動子８および８を鉛直方向ガイドフレ
ーム７および７に沿って上下させることにより、前記水
平方向ガイドフレーム５が水平状態のまま上下し、その
結果望遠鏡Ｃの向きを第１図で示すように支点９を中心
に鉛直方向に府仰させることができるように構成してい
る。

さらに前記水平方向ガイドフレーム５に係合させた摺動
子６には、第３図で示すように、ベルト又はチェノを連
係し、このベルト又はチェノを駆動させることにより摺
動子６を左右水平方向に移動させることができる構成と
している。実施例ではベル）１０を前記水平方向ガイド
フレーム５のＣ型内部に組み込んで、このベルト１０に
摺’Ｍｔ子６を係合させている。そして、このベルト１
０に駆動用のモータを連係している。実施例においては
ステンピングモータ１１　（パルスモータ）を連係し、
このステンピングモータ１１に適宜制御信号を送り込む
ことにより、ベルト１０を駆動し、その結果として望遠
鏡Ｃの向きが水平方向にＫＭ　翼制御される構成とし°
ζいる。

同様に望遠鏡Ｃの向きを鉛直方向に誘導制御する手段も
、第２図で示す左右の鉛直方向ガイドフレーム７および
７の内部に、第３図で示すようなベルト１２を掛けまわ
している。そして掛けまわしたベルト１２の左右に、前
記摺動子８および８を係合させ、この摺動子８および８
を介して前記水平方向ガイドフレーム５の両端部５ａお
よび５ａを連係し、さらに水平方向の誘導制御の場合と
同様、ベルト１２にステッピングモータ１３を連係させ
た構成としている。

すなわち、望遠鏡Ｃの向きを水平方向に旋回作動させる
には、ステッピングモータ１１に、また鉛直方向の上下
作動にはステッピングモータ１３に、それぞれ制御信号
（パルス信号）、を送り込むことにより誘導制御する構
成としている。

なお、第３図で示す１４・・・はそれぞれベルト１０お
よび１２のガイドローラであり、１５は前記鉛直方向ガ
イドフレーム７．７および水平方向ガイドフレーム５を
支持するための保持架枠である。

次に第４図は前記望遠鏡Ｃの誘導制御機構を備えたテレ
ビ・トータルステーションを被測定物を追尾して計測す
るいわゆる三次元追尾装置とじて構成したシステム概要
を示すものである。

まず実施例においては、この図で示すように、テレビ・
トータルステーションにおける計測用テレビカメラＢに
よって撮影した画像から被測定物の位置、すなわち被測
定物に取り付けた発光性標的（発光点・・・ライト、ミ
ラーボール等）の座標位置（Ｘ、　Ｙ）と移動に伴う変
位量（ｄ　ｘ、　　ｄ　ｙ）を座標系で検出する計測ユ
ニットＥを前記計測用テレビカメラに接続している。そ
して、この計測ユニットＥからの画像データをデータ中
継装置Ｆを介して小型コンピュータＧに送り込むよう接
続構成している。

同じくテレビ・トータルステーションにおける電子式タ
キオメータＡによる測角、測距の計測データを前記デー
タ中継装置Ｆ　Ｉ　＋　ＦＺを介して同じく前記小型コ
ンピュータＧに入力させるように構成している。

すなわちテレビ・トータルステーションによって、まず
移動する被測定物の画像を捉え、この画像から被測定物
の座標データを検出するとともに、同時に測角、測距デ
ータを刻々に検出し、この座標データと測角、測距デー
タに基づいて移動する被測定物の移動方向（Ｘ、Ｙ方向
）と速度とを小型コンピュータで算出させるように構成
している。

次に、この算出した被測定物の移動方向（Ｘ。

Ｙ方向）と速度データに基づいて、テレビ・トータルス
テーションに組み付けた望遠鏡Ｃの水平方向および鉛直
方向の向きを制御する前記作動機構りにおける２つのス
テッピングモータ１１および１３に、それぞれ制御信号
を送り込むように構成している。

すなわち、前記小型コンピュータＧによって算出した被
測定物の移動方向（Ｘ、Ｙ方向）と速度データとを、デ
ータ中継装置Ｆ、、Ｆ、を介して第４図で示すステンビ
ングモータ作動、制御装置Ｈに転送し、このステンピン
グモータ作動、制御装置Ｈよりステッピングモータ１１
および１３に制御信号としてのパルスを発信するように
構成している。

なお第４図において計測ユニットＥに接続した■は被測
定物の画像をモニターするテレビである。

また、第５図は前記追尾装置による追尾方法のシステム
をフローチャートで示したものである。

さらに第４図において点線で囲む部分は、データ中継装
置Ｆ、からのデータを本社等に設けた小型コンピュータ
Ｇ′に転送し、センター管理方式による施工管理を行う
場合を例示するシステム構成を示すものである。

本発明によるテレビ・トータルステーションを用いた三
次元追尾装置は、以上実施例をもって説明したように構
成しているため、例えば海上における作業船の位置を計
測するような場合は、次のような要領で計測作業を行う
。

まず作業船に発光性標的（発光点）、すなわち第４図で
示すランプおよびミラーボールを取り付ける。

ついで陸上に設置したテレビ・トータルステーションの
望遠ｖＡｃをもって前記作業船上の発光性標的を規準す
るとともに、計測用テレビカメラをもって被測定物であ
る作業船を撮影する。

撮影された画像から被測定物である作業船、具体的には
発光性標的からその画像座標を検出する。

すなわち計測ユニットＥにより検出する。ついで作業船
はその間移動するので、その移動量すなわち変位１（ｄ
ｘ、ｄｙ）を画像を通して計測ユニットＥをもって検出
する。この検出したデータと、前記テレビ・トータルス
テーションによる測角。

測距データを、それぞれデータ中継装置Ｆｌを介して小
型コンピュータＧに入力させ、作業船の移動方向（Ｘ、
Ｙ方向）と速度を演算して出力させる。

その出力された移動方向（Ｘ、Ｙ方向）と速度データを
、データ中継装置Ｆ２を介してステッピングモータ作動
制御装置Ｈに転送する。ステッピングモータ作動制御装
置Ｈは、その転送データに基づいて、テレビ・トータル
ステーションに組み込まれた望遠鏡Ｃの誘導制御機構を
構成するステッピングモータ１１および１３にパルス信
号からなる制御信号を送り込む。

その結果、望遠鏡Ｃは、その制御信号に基づくステッピ
ングモータ１１および１３の作動により、その向きを移
動する被測定物に追従させることになる。望遠鏡Ｃが被
測定物を追尾している間、テレビ・トータルステーショ
ンは、常に被測定物までの距離、水平角、鉛直角のいわ
ゆる測距、測角データと、計測用テレビカメラによる映
像から画像座標（Ｘ、Ｙ）データを、小型コンピュータ
に転送するので、移動する作業ｐｌｉ（被測定物）の位
置（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）　、速度、方向、高低差等が迅
速に、しかも正確な数値をもって把握される。

〔発明の効果〕

この発明によるテレビ・トータルステーションを利用し
た三次元追尾装置は、移動する物体を追尾しながら計測
することができるため、従来の計測手段によっては把握
することの困難であった作業船をはじめ移動する建設機
械等の挙動を迅速に把握でき、広範囲にわたる土木施工
現場の施工状況を適確に把握することが可能である。

また計測用テレビカメラのレンズを作業領域の大きさに
応じ選択すれば、より広域の測定ができ、かつ高い精度
要求にも対応することができる。

さらに計測された画像データや測角、測距データを光フ
ァイバー等からなる搬送用ケーブル回線を用いて転送す
るように構成すれば中央管理システムによる施工管理も
可能であり、大型プロジェクトの土木施工管理が容易と
なる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明によるテレビ・トータルステーションを
用いた三次元追尾装置の実施例を示すもので、第１図は
テレビ・トータルステーションに望遠鏡の作動機構を組
み付けて示す側面図、第２図は望遠鏡の向きを水平方向
、鉛直方向に作動させるための作動機構の概要を示す構
成図、第３図は同じくその駆動機構を形成するベルト又
はチェノと作動用ステッピングモータの取り付は概要を
示す構成図、第４図はテレビ・トータルステーションを
用いた三次元追尾装置としてのシステムを示す概要図、
第５図は追尾装置による追尾方法のフローチャートを示
すものである。 Δ・・・電子式タキオメータ Ｂ・・・計測用テレビカメラ Ｃ・・・望遠１１　　　　　　Ｄ・・・望遠鏡の作動機
構Ｅ・・・計測ユニン）　（Ｘ、Ｙ） ｒｒ、、Ｆｔ・・・データ中継装置 Ｇ・・・小型コンピュータ Ｈ・・・ステッピングモータ作動、制御装置Ｉ・・・モ
ニターテレビ ト・・計測値表示窓　　　２・・・望遠鏡の回転軸３・
・・作動アーム ４・・・作動アームの先端部 ５・・・水平方向ガイドフレーム ６・・・摺動子 ７・・・鉛直方向ガイドフレーム ８・・・摺動子　　　　　　９・・・望遠鏡の支点１０
・・・ベルト １１・・・ステッピングモータ １２・・・ベルト １３・・・ステッピングモータ １４・・・ガイドローラ　　１５・・・保持架枠第４図 Ｌ　　　　　　　　　−Ｊ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測角、測距の計測値をディジタル表示する電子式
   タキオメータに、計測用テレビカメラを双方の規準線が
   平行するようにして組み付け、計測用テレビカメラを装
   備するテレビ・トータルステーションを構成し、このテ
   レビ・トータルステーションに前記計測用テレビで捉え
   た被測定物の画像データより、その被測定物の位置を座
   標系で検出する計測ユニットを接続し、この計測ユニッ
   トにより検出した被測定物の画像中心からの変位量と前
   記電子式タキオメータによる被測定物の測角、測距の計
   測データに基づいて、被測定物の移動方向と速度を算出
   する電算機を接続し、さらにこの電算機により算出され
   た被測定物の移動方向と速度データに基づいて、前記テ
   レビ・トータルステーションにおける望遠鏡の向きを被
   測定物の移動に追従させる誘導制御装置をテレビ・トー
   タルステーションに組み付けたことを特徴とするテレビ
   ・トータルステーションを用いた三次元追尾装置。
2. （２）前記誘導制御装置は、テレビ・トータルステーシ
   ョンにおける望遠鏡の支軸より作動レバーを張り出し、
   この作動レバーに、左右水平方向と上下鉛直方向とに、
   それぞれモータ駆動により作動する駆動機構を連係し、
   この駆動機構における前記水平方向と鉛直方向の駆動モ
   ータに、それぞれ被測定物の移動方向と速度データに基
   づく制御信号を送り、その回転量と回転速度を制御する
   ように構成したことを特徴とするテレビ・トータルステ
   ーションを用いた三次元追尾装置。