JPH0424508A - Subtense bar for three-dimensional measurement - Google Patents

Subtense bar for three-dimensional measurement

Info

Publication number
JPH0424508A
JPH0424508A JP12958990A JP12958990A JPH0424508A JP H0424508 A JPH0424508 A JP H0424508A JP 12958990 A JP12958990 A JP 12958990A JP 12958990 A JP12958990 A JP 12958990A JP H0424508 A JPH0424508 A JP H0424508A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
point
subtense
observation
points
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12958990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Izawa
井澤 信雄
Ritsuo Sakimura
律雄 先村
Hiroya Katsume
啓谷 勝目
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Corp filed Critical Topcon Corp
Priority to JP12958990A priority Critical patent/JPH0424508A/en
Priority to PCT/JP1991/000663 priority patent/WO1991018258A1/en
Priority to EP19910909369 priority patent/EP0483383A4/en
Publication of JPH0424508A publication Critical patent/JPH0424508A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the occurrence of accumulated errors by providing three targets at specified intervals in a subtense bar which is used in measurement for obtaining the position of each point based on the observations at least of three points. CONSTITUTION:One theodolite 1 is provided at coordinate origin (0, 0, 0). Then a subtense bar 2 is disposed in S2. Three fixed points are set. Then, the fixed points S1, S2 and S3 of the subtense bar 2 are sighted from the theodolite 1, and their horizontal angles and elevation angles are measured. Error equations are formed based on the horizontal angle and the elevation angle from the observed data and the distances between the fixed points of the subtense bar 2. Then, the approximate values are obtained from the observed data and substituted into the error equations. There are 11 error equations for the eight unknown values. Therefore, when the method of least squares is utilized, the unknown coordinates can be theoretically operated. Since the three targets can be formed in spherical shapes furthermore, the sighting errors can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は大型構造物等の形状・寸法等を計測するための
3次元測定に使用するサブテンスバーに係わり、特に、
七オドライトを1台使用するだけで、能率的かつ高精度
な計測を行うことのできる3次元測定に使用するための
サブテンスバーに関するものである。
Detailed Description of the Invention "Field of Industrial Application" The present invention relates to a subtense bar used for three-dimensional measurement to measure the shape and dimensions of large structures, etc.
The present invention relates to a subtense bar for use in three-dimensional measurement, which allows efficient and highly accurate measurement by using only one heptadrite.

「従来の技術」 従来から行われている3次元測定は、両端にり−ゲット
が設けられたサブテンスバーを水平に整準して基準点に
配置し、2つの観測器械(トランシット)を用い、以下
の手順により既知点から求点を求めていた。
``Conventional technology'' Conventionally, three-dimensional measurements are performed by leveling a subtense bar with grooves on both ends horizontally and placing it at a reference point, using two observation instruments (transits), and using the following method: The points were found from the known points using the following procedure.

(a)まず、基準点から観測点の位置を求める。(a) First, find the position of the observation point from the reference point.

即ち、両端にターゲットを設けたサブテンスバーを水平
に基準点に配置する。ここで、サブテンスバーを水平に
配置したのは、観測点の位置を求める計算を簡略化する
ためである。そして、2台のトランシットを2つの観測
点に設置する。この状態で第1のトランシットから、水
平に配置したサブテンスバーの両端と第2の観測点に配
置された第2のトランシットの3点を規準し、水平角・
高度角を計測する。
That is, a subtense bar with targets provided at both ends is placed horizontally at a reference point. Here, the subtense bar is arranged horizontally in order to simplify the calculation for determining the position of the observation point. Then, two transits will be installed at two observation points. In this state, from the first transit, the two ends of the subtense bar placed horizontally and the second transit placed at the second observation point are referenced, and the horizontal angle
Measure the altitude angle.

次に第2のトランシットから、水平に配置したサブテン
スバーの両端と第1の観測点に配置された第1ののトラ
ンシットの3点を規準し、水平角・高度角を計測する。
Next, from the second transit, the horizontal angle and altitude angle are measured by measuring three points: both ends of the subtense bar placed horizontally and the first transit placed at the first observation point.

更に、基準点位置、上記観測データを用いて第1及び第
2の観測点の座標を幾何学的方法で求める。
Furthermore, the reference point position and the coordinates of the first and second observation points are determined by a geometric method using the above observation data.

(b)次に求点を求める。(b) Next, find the point.

上記(a)の工程により演算された第1及び第2の観測
点の座標にトランシットを設置した状態で、第1のトラ
ンシットから求点を規準し、水平角・高度角を計測する
With the transit installed at the coordinates of the first and second observation points computed in step (a) above, a point to be sought is determined from the first transit, and the horizontal angle and altitude angle are measured.

次に第2のトランシットから求点を規準し、水平角・高
度角を計測する。
Next, the desired point is determined from the second transit, and the horizontal angle and altitude angle are measured.

そして第1及び第2の観測点位置、観測データを用いて
求点の座標を幾何学的方法で求めていた。
Then, the coordinates of the desired point were determined by a geometric method using the first and second observation point positions and observation data.

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記従来の計測方法では、−旦基準点から
観測点位置を求め、求点をこの観測点位置から求めてい
なので、測定誤差が累積し精度が低下するという問題点
があった。
``Problems to be Solved by the Invention'' However, in the conventional measurement method described above, the observation point position is first determined from the reference point, and the desired point is determined from this observation point position, so measurement errors accumulate and accuracy decreases. There was a problem.

そして観測位置が2カ所のため、誤差を少なくするため
には同時観測が要求され、作業が煩雑になるという問題
点があった。
Since there are two observation positions, simultaneous observation is required to reduce errors, which makes the work complicated.

また観測点の規準対象は、トランシットとなっており、
規準し難く規準誤差を含みやすいという問題点があった
In addition, the reference target for observation points is transit,
The problem is that it is difficult to standardize and tends to include standard errors.

更にサブテンスバーを水平としなければならないため、
作業箇所に制約があるという問題点があった。
Furthermore, since the subtense bar must be horizontal,
There was a problem in that there were restrictions on where to work.

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくとも
3点の間の観測から各点の位置を求める測定に用いられ
るサブテンスバーにおいて所定の間隔で3個のターゲッ
トが設けられたことを特徴としている。
"Means for Solving the Problems" The present invention has been devised in view of the above problems, and is based on three points at predetermined intervals in a subtense bar used for measurement to determine the position of each point from observation between at least three points. It is characterized by a target.

更に本発明は、3個のターゲットを球形に形成すること
もできる。
Furthermore, in the present invention, the three targets can also be formed into spherical shapes.

「作用」 以上の様に構成された本発明は、サブテンスバーに、所
定の間隔で3個のターゲットを形成することにより、少
なくとも3点の間の観測から各点の位置を求めることが
できる。
"Operation" According to the present invention configured as described above, by forming three targets at predetermined intervals on the subtense bar, the position of each point can be determined from observation between at least three points.

更に、3個のターゲットの形状を球形にすることもでき
る。
Furthermore, the shapes of the three targets can also be made spherical.

「実施例」 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。"Example" An embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

本発明のサブテンスバー2を使用する測定方法は、それ
ぞれが独立な未知量と特定の関係にある他の幾つかの数
量を直接測定し、この測定値を使用して未知量を間接的
に求める方法を採用している。
The measurement method using the subtense bar 2 of the present invention is a method in which each independent unknown quantity and several other quantities in a specific relationship are directly measured, and the unknown quantities are indirectly determined using these measured values. is adopted.

ここで、X、Y、Z・・・・Tを未知lとし、M、、M
l、・・・・MNを直接測定する量とすれば、下記の量
体式から未知量を演算することになる。
Here, X, Y, Z...T are unknown l, and M, , M
If l, . . . MN are quantities to be directly measured, the unknown quantity will be calculated from the following quantity formula.

M、=  f、(X、Y、Z、・ ・ ・ ・T)Ml
 =  fa (X、Y、Z、・ ・ ・ ・T)Ml
、=  fo(X、Y、Z、・ ・ ・ ・T)・ ・
 ・ ・ (1) この第1式を誤差方程式(lE?1方程式)ことにする
M, = f, (X, Y, Z, ・ ・ ・ ・T) Ml
= fa (X, Y, Z, ・ ・ ・ ・T) Ml
, = fo(X, Y, Z, ・ ・ ・ ・T)・ ・
・ ・ (1) Let this first equation be the error equation (lE?1 equation).

そしてXを真の値とし、X′を近似値、と呼ぶ Xを補 正量とすれば、 X=x’ +x となり、同様に、 y=y’ +y T=t’十t ・ ・ ・ ・ ・ (2) と表すことができる。Then let X be the true value and call X' the approximate value. Complement X If it is a positive amount, X=x'+x And similarly, y=y'+y T=t'tent ・ ・ ・ ・ ・(2) It can be expressed as.

また第1式は、第2式を利用して f、<X−Y、Z ・ ・ ・ Tン =f+(x’ 十x、y’ +y、z’ 十z −−−
−t’ +t)    (i =1  ・ −・ ・n
)・ ・ −(3) と書くことができる。そして第3式をテーラ−展開し、
2次項以降を省略(線形化)すれば、f、(x’+x+
 y’+y+ z’+z−−−−t’ +t) ζ ft (x’ 、y’ −z’  ・ ・ ・1/
)3t’ となる。
Also, the first equation uses the second equation to obtain f,<X-Y,Z ・ ・ ・ Tn=f+(x'
−t' +t) (i = 1 ・ −・ ・n
)・・−(3) It can be written as Then, the third equation is expanded by Taylor,
If we omit (linearize) the quadratic terms and subsequent terms, we get f, (x'+x+
y'+y+ z'+z---t' +t) ζ ft (x', y'-z' ・ ・ ・1/
)3t'.

ここで、M1’ =fl (X’ 、y’ 、Z’ ・
・・・ t′ とすれば、 M。
Here, M1' = fl (X', y', Z' ・
...If t', then M.

M H’ + a IX+ b 13/ + CtZ 。M H’ + a IX + b 13/ + CtZ.

と表すことができる。It can be expressed as.

本発明は、x / 、y / 、z /  ・・・t’
 (近似値)に、幾何学的な手法により求めた近似値を
代入し、補正量であるx、y、z・・・tは連立方程式
を解くことにより求める。
The present invention provides x/, y/, z/...t'
(approximate value) is substituted with an approximate value obtained by a geometric method, and the correction amounts x, y, z...t are obtained by solving simultaneous equations.

ところが、未知量x、y、z・・・tの数と、誤差方程
式(第1式)の数(n)では、誤差方程式の数(n)の
方が大きい、そこで最小2乗法を採用することにより、
x、y、z・・tを求めることができる。更に最小2乗
法で求めた補正量X、y、z・・・tを第2式に代入す
ることにより、真の値を演算することができる。
However, between the number of unknown quantities x, y, z...t and the number (n) of error equations (first equation), the number of error equations (n) is larger, so the method of least squares is adopted. By this,
x, y, z...t can be found. Further, by substituting the correction amounts X, y, z, . . . t obtained by the least squares method into the second equation, the true value can be calculated.

次に具体的な測定方法を説明する。Next, a specific measurement method will be explained.

測定には七オドライト1とサブテンスバー2を使用する
。七オドライト1はトランシットの一種であり、上部運
動のみ可能な精密単軸型である。
Heptaodolite 1 and Subtense Bar 2 are used for measurement. Seven Odolite 1 is a type of transit, and is a precision single-axis type that can only move upward.

なお、セオドライト1は観測器械に該当するものであり
、少なくとも水平角、高度角が求めることができる計測
器械であれば足りる。
Note that the theodolite 1 corresponds to an observation instrument, and it is sufficient if it is a measuring instrument that can determine at least the horizontal angle and the altitude angle.

またサブテンスバー2は基準尺又は測桿と呼ばれるもの
であり、第1図に示す様に、第1のターゲット(測定ポ
イント)21、第2のターゲット22、第3のターゲッ
ト23の3個のターゲットが形成されている。これらの
第1、第2、第3のターゲット21.22.23は、そ
れぞれ所定の間隔で形成され、ターゲットの形状は全て
球状に形成されている。
The subtense bar 2 is also called a standard standard or measuring rod, and as shown in FIG. It is formed. These first, second, and third targets 21, 22, and 23 are each formed at predetermined intervals, and all of the targets are spherical in shape.

そしてサブテンスバー2は、jIlj張俤数の小さい材
料で形成することが望ましく、適宜の基台に取り付けて
設置することができる。
The subtense bar 2 is desirably made of a material with a small tensile strength, and can be installed by being attached to an appropriate base.

本実施例のサブテンスバー2を規準するための七オドラ
イト1のレクチル11.11・・は、第2図(a)に示
す様に同心円状に複数形成することが望ましい。複数レ
クチル11.11・・・を形成するのは、設置スペース
等との関係から七オドライト1とサブテンスバー2の距
離は常に一定とはならないため、レクチル11に結像す
るターゲットの大きさに差が生じるからである。従って
七オドライト1とサブテンスバー2とが遠V巨離の場合
には、第2図(b)の様に結像し、七オドライト1とサ
ブテンスバー2とが近距離の場合には、第2図(c)の
様に結像する。更に、第1、第2、第3のターゲット2
1.22.23が球形であるから、サブテンスバー2が
傾斜している場合でも、第2図(d)の様に正確に規準
することができる。
It is desirable that a plurality of reticles 11, 11, . . . of the heptaodolite 1 for standardizing the subtense bar 2 of this embodiment are formed concentrically as shown in FIG. 2(a). The reason why multiple reticles 11, 11... are formed is that the distance between the heptaodolite 1 and the subtense bar 2 is not always constant due to the installation space, etc., so there is a difference in the size of the target imaged on the reticle 11. This is because it occurs. Therefore, when the heptaodolite 1 and the subtense bar 2 are far apart, an image is formed as shown in FIG. The image is formed as shown in c). Furthermore, the first, second, and third targets 2
1.22.23 are spherical, even if the subtense bar 2 is inclined, it can be accurately referenced as shown in FIG. 2(d).

また、従来のターゲットは、円錐形状や平面にマークを
形成したものが使用されていた。このため、サブテンス
バー2が傾いた場合には使用することができなかった。
Furthermore, conventional targets have been used that have marks formed in a conical shape or a flat surface. Therefore, it could not be used if the subtense bar 2 was tilted.

しかし従来の方法では、サブテンスバー2を傾かせるこ
とができないので問題点となっていなかった9これに対
して本実施例は後述する様に、サブテンスバー2が傾い
た状態でも計測することができる。従ってターゲットを
球形にすることにより、サブテンスバー2が傾いた場合
でも容易に規準することができるという効果がある。
However, in the conventional method, it was not possible to tilt the subtense bar 2, so this did not pose a problem9.In contrast, in this embodiment, as will be described later, measurement can be performed even when the subtense bar 2 is tilted. Therefore, by making the target spherical, even if the subtense bar 2 is tilted, it can be easily measured.

次に測定方法を詳述する。家ず目標点の座標を知るため
には、七オドライト1自身の位置(座標)を知らなけれ
ばならない。そこで、七オドライト1の数、サブテンス
バー2の数、観測数を決定する、そしてセオドライト1
の位置決めを行う。この七オドライト1の位置決めをオ
リエンテーションと呼ぶことにする9本実施例では、七
オドライト1の数をthとし、サブテンスバー2の数を
Subとする。
Next, the measurement method will be explained in detail. In order to know the coordinates of the target point, we must know the position (coordinates) of Seven Odorite 1 itself. Therefore, determine the number of heptadite 1, the number of subtense bars 2, and the number of observations, and theodolite 1.
positioning. In this embodiment, the positioning of the heptaodolites 1 will be referred to as orientation, the number of heptaodolites 1 is th, and the number of subtense bars 2 is sub.

次に、各セオドライト1.1・・からサブテンスバー2
を観測する。この場合のサブテンスバー2の規準には、
水平角と高度角を同時に観測する。
Next, from each theodolite 1.1... to subtense bar 2
Observe. In this case, the criteria for subtense bar 2 are:
Observe horizontal angle and altitude angle at the same time.

ここで水平角、高度角、サブテンスバー2の間隔に関す
る観測方程式を説明する。
Here, observation equations regarding the horizontal angle, altitude angle, and spacing of the subtense bars 2 will be explained.

(水平角に対する観測方程式) セオドライトi=1〜thまで、それぞれiから方向(
OBi)を観測する時、水子角H工、OBiとすれば水
平角に対する観測方程式は、Hi、oat xoB、   xi (高度角に対する[測方程合) 水平角と同様に高度角を■工。8.とすれば、Vl、O
Bi ・ ・ ・ ・ ・ ・ (8) となる。
(Observation equation for horizontal angle) For theodolite i = 1 to th, direction (
OBi) When observing Mizuko angle H, OBi, the observation equation for the horizontal angle is Hi, oat 8. Then, Vl, O
Bi ・ ・ ・ ・ ・ ・ (8)

(サブテンスバー2の長さに対する観測方程式)サブテ
ンスバー2の数はsubであるから、ポイントNo、は
、サブテンスバー2の数がi=1〜subの時、 5b(th+(2i−1)、th+2i)・・・・・・
(9) で表すことができる。従って観測方程式は、i=1〜s
ubの時、 + (Ys+)(th+2t)  Y&btth+t□
1−1)l) 2+ (Zab(th+2++  Zs
b+th++2+−t++) 2・ ・ ・ ・ ・ 
・ (10) となる。
(Observation equation for the length of subtense bar 2) Since the number of subtense bars 2 is sub, point No. is 5b(th+(2i-1), th+2i) when the number of subtense bars 2 is i=1 to sub.・・・・・・
(9) It can be expressed as follows. Therefore, the observation equation is i=1~s
When ub, + (Ys+) (th+2t) Y&btth+t□
1-1)l) 2+ (Zab(th+2++ Zs
b+th++2+-t++) 2・ ・ ・ ・ ・
・(10) becomes.

(固定点間の直線性に対する観測方程式)サブテンスバ
ー2の直線性は、3つの固定点がなす空間角について観
測方程式を立てるものであるが、これらの3つの固定点
を水平面上に投影した時の水平角Haと鉛直面上(x−
z平面又はy−z平面)に投影したときの高度角Vaに
分けて考えることができる。
(Observation equation for linearity between fixed points) The linearity of subtense bar 2 is an observation equation for the spatial angle formed by three fixed points, but when these three fixed points are projected onto a horizontal plane, Horizontal angle Ha and vertical plane (x-
It can be considered separately as the altitude angle Va when projected onto the z plane or the yz plane.

なお、これらの誤差方程式は、以下に示す水平角−高度
角のものと同じ形となる。
Note that these error equations have the same form as the horizontal angle-altitude angle equation shown below.

次に、水平角、高度角、サブテンスバー2の間隔に関す
る誤差方程式を説明する。
Next, error equations regarding the horizontal angle, altitude angle, and spacing of the subtense bars 2 will be explained.

(水平角に対する誤差方程式) ここで観測値を[□。□とし、観測誤差をΔHi、0I
Iiとすれば、 LHI 01!I= Q Ht、ogi+JMi、o旧
・ ・ ・ ・ ・ (11) となる。第11式のiは、セオドライト1の数であり、
i=1からthである。OBiはセオドライト1のポイ
ントNO9がiの時の観測数である。
(Error equation for horizontal angle) Here, the observed value is [□. □, and the observation error is ΔHi, 0I
If Ii, LHI 01! I=Q Ht, ogi+JMi, o old... (11). i in equation 11 is the number of theodolites 1,
i=1 to th. OBi is the number of observations when point No. 9 of theodolite 1 is i.

従って線形化を行えば、 Q 14i、 081+ΔHi、OBi”fHj。Bj
 (X ’ OBi、Y’ oat、 X’ 、、Y′
1)となる。
Therefore, if linearization is performed, Q 14i, 081+ΔHi, OBi”fHj.Bj
(X' OBi, Y' oat, X' ,, Y'
1).

そして、第7式(観測方程式) たものを0 ’ +4i、OBi とすると、Q10.
。8゜ を近似値で求め となり第13式は、 第12式のfHl と同一と なる。
Then, if the seventh equation (observation equation) is 0' + 4i, OBi, then Q10.
. 8° is obtained as an approximate value, and the 13th equation is the same as fHl in the 12th equation.

従って水平角に対する誤差方程式は、 ΔMl +w、1 となる。Therefore, the error equation for the horizontal angle is ΔMl +w, 1 becomes.

なお、  H1 Q′□ OBi   QH4 である。In addition, H1 Q′□ OBi QH4 It is.

ここで、 変微分の項を以下に示すことにする。here, The terms of variable differentiation are shown below.

0f□ θX’0Bi (Y’oa+  Y’ I) (x’。□−X1)2 十 (Y’ oat  Yt) ” θf Hi、 oat ’dY’oBs X’oai X’ (X’ 081  Xs) 2 + (Y’ ass  Yt) 2 afH* 0X′ Y′oBi−Y′ (X’ osiXt) 2 + (Y’O□−Yl) θf Hr、 oat 8Y′ (X’ asI Xs) 2+ (Y’ □Bi  Y
t)”・ ・ ・ ・ ・ ・ (19) となる。
0f□ θX'0Bi (Y'oa+ Y' I) (x'.□-X1) 2 10 (Y' oat Yt) ” θf Hi, oat 'dY'oBs X'oai X'(X' 081 Xs) 2 + (Y' ass Yt) 2 afH* 0X'Y'oBi-Y'(X' osiXt) 2 + (Y'O□-Yl) θf Hr, oat 8Y'(X' asI Xs) 2+ (Y' □ Bi Y
t)”・ ・ ・ ・ ・ ・ (19)

(高度角に対する誤差方程式) 水平角と同様に、高度角に対する誤差方程式を導くこと
にする。高度角の観測数は水平角と同様である。
(Error equation for altitude angle) As with the horizontal angle, we will derive an error equation for the altitude angle. The number of observations for altitude angle is the same as for horizontal angle.

高度角を■、。□とすれば、観測方程式は第8式となる
。観測値をQ v+、 oatとし、観測誤差をΔい0
8.とすれば、 Lvi、ogt= Q v+、oat+ΔVi、OBI
・ ・ (20) となる。
■ the altitude angle. If □, the observation equation becomes Equation 8. The observed value is Q v+, oat, and the observation error is Δ0
8. Then, Lvi, ogt= Q v+, oat+ΔVi, OBI
・ ・ (20) becomes.

従って誤差方程式は、 Ov+、oBt+ΔVi、 OI f Vl、 081 (X ’ oai、Y’oat、
Z’onIX’i、Y′工、z’ *) ・ ・ ・ ・ ・ (21) に変形することができる。
Therefore, the error equation is Ov+, oBt+ΔVi, OI f Vl, 081 (X' oai, Y'oat,
Z'onIX'i, Y'technique, z' *) ・ ・ ・ ・ ・ (21) It can be transformed into.

更に、第8式を近似値で求めたものを σ Vi。■とすれば、 Q ’ vs =tan” となり、高度角に対する誤差方程式は、ΔV五、0Bi GZ′ ・ ・ ・ ・ ・ (23) となる。Furthermore, the approximate value of Equation 8 is σ Vi. ■If it is, Q ’ vs =tan” Therefore, the error equation for the altitude angle is ΔV5,0Bi GZ′ ・ ・ ・ ・ ・(23) becomes.

ここで、Wvs、ogt= Q ’ vt、oat  
Q vs、oBIである。
Here, Wvs,ogt=Q'vt,oat
Q vs. oBI.

なお、第23式の全微分の項も水平角同様に計算可能で
あるが、省略する。
Note that although the total differential term in Equation 23 can be calculated in the same way as the horizontal angle, it will be omitted.

(サブテンスバー2の長さに対する誤差方程式)次に、
サブテンスバー2の長さに対する誤差方程式を導出する
(Error equation for the length of subtense bar 2) Next,
An error equation for the length of subtense bar 2 is derived.

観測値をQ、1とし、観測誤差をΔci とすれば、L
 gt   =  Q  =j   +  J  S 
 1・ ・ ・ ・ ・ (24) となる。
If the observed value is Q, 1, and the observation error is Δci, then L
gt = Q = j + J S
1・ ・ ・ ・ ・ (24)

QEi+JS。QEi+JS.

−f ci (X’ cb(th41i)、Y ’ 5
b(thユ2i)、Z ’ cb(th+2i)、X 
’ cb(th−2i )Y/、わ。h−2i)、Z 
/6ゎ。h−2i))θX’Gt+Tth◆21ン ”3f□ 次に第1O式(l[?11方式)から近似値を求め、こ
の近似値をQ’si とすれば、 Q’5i となる。
-f ci (X' cb(th41i), Y' 5
b(thyu2i), Z' cb(th+2i),X
'cb(th-2i)Y/, wow. h-2i), Z
/6ゎ. h-2i)) θX'Gt+Tth◆21n''3f□ Next, an approximate value is obtained from the first O equation (l[?11 method), and if this approximate value is set as Q'si, then Q'5i is obtained.

従って、 サブテンスバー2の長さに対する誤差 方程式は、 Δs1 θX′ cbTth◆(2i−11) θf□ + VV s t ・ ・ ・ ・ (27) となる。Therefore, Error in length of subtense bar 2 The equation is Δs1 θX' cbTth◆(2i-11) θf□ + VV s t ・ ・ ・ ・(27) becomes.

ここで、 W、”  Q ’ si −QcI ・ ・ ・ ・ ・ (28) である。here, W,”           si -QcI ・ ・ ・ ・ ・(28) It is.

なお、第27式の変微分の項も水平角同様に計算可能で
あるが、省略する。
Note that although the variable differential term in Equation 27 can be calculated in the same way as the horizontal angle, it will be omitted.

以上において、固定間の直線性を水平角・高度角に変換
し誤差方程式を作成したが、3つの固定点が空間でなす
角(空間角)について直接誤差方程式を作成してもよい
In the above, an error equation was created by converting the linearity between fixed points into a horizontal angle and an altitude angle, but an error equation may be created directly for the angle (spatial angle) formed by three fixed points in space.

次に第2式に用いる近似値の演算方法を説明する。本実
施例では、2つの近似値計算方法を説明する。
Next, a method of calculating the approximate value used in the second equation will be explained. In this embodiment, two approximate value calculation methods will be explained.

(第1の方法) 第7図(a)において、T1、Sl、S2、S3によっ
て作られる空間上の平面を取り出せば、第7図(b)の
様な平面上の3角形が得られる。
(First method) In FIG. 7(a), if a plane in the space created by T1, Sl, S2, and S3 is taken out, a triangle on the plane as shown in FIG. 7(b) can be obtained.

3角形T1、Sl、S2、S3に後方交会法を適用して
ψ1、ψ2を求める。
The backward intersection method is applied to the triangles T1, Sl, S2, and S3 to find ψ1 and ψ2.

(ψl+ψ2)=π−(θ1□+023)(ψ□−ψ2
)/2=jan−” (jan ((ψ1+ψ2)/2
>/ (j an−1(L、−s i nH2/L2−
 s i nHl)+π/4)) ・ ・ ・ ・ ・ (30) 以上の様に、三角形TI、Sl、S2、S3の全ての角
と辺長が求まれば、T1.5l−32、S3の何れかを
既知点とし、その点を通る方向を座標軸として固定すれ
ば、他の各点の3次元位置が確定する。
(ψl+ψ2)=π−(θ1□+023)(ψ□−ψ2
)/2=jan-” (jan ((ψ1+ψ2)/2
>/ (j an-1(L, -s i nH2/L2-
sinHl)+π/4)) ・ ・ ・ ・ ・ ・ (30) As described above, if all angles and side lengths of triangles TI, Sl, S2, and S3 are found, then T1.5l-32, S3 If any one of the points is set as a known point and the direction passing through that point is fixed as a coordinate axis, the three-dimensional positions of the other points can be determined.

(第2の方法) この方法は第8図に示す様に、2個の方向線を各々の観
測点を通る平面に投影し、平面座標X、Yを求めた後、
高度角によって標高Zを求めることができる。
(Second method) As shown in Figure 8, this method projects two direction lines onto a plane passing through each observation point, calculates the plane coordinates X and Y, and then
The altitude Z can be determined from the altitude angle.

即ち、観測点TIから測定点Qまでの距離は、xq=I
)、・cosHl yq=I)1・s i nHI Zq=D1− tanVl ・ ・ (31) となり、観測点T2から測定点Qまでの距離は、Xq=
D2・C08H2 Yq=[)z・s i n)(2 Zq=D2・tanV2 ・ (32) となる9 従って、上記方法で求めた近似値を誤差方程式に代入し
、補正量を最小2乗法により演算することにより、測定
点の3次元座標を演算することが可能となる。
That is, the distance from observation point TI to measurement point Q is xq=I
), ・cosHl yq=I)1・sinHI Zq=D1− tanVl ・ ・ (31) The distance from observation point T2 to measurement point Q is Xq=
D2・C08H2 Yq=[)z・s i n) (2 Zq=D2・tanV2 ・ (32) 9 Therefore, substitute the approximate value obtained by the above method into the error equation, and calculate the correction amount by the least squares method. By performing the calculation, it becomes possible to calculate the three-dimensional coordinates of the measurement point.

「作業」 埜ず、第3図及び第4図に基づいて、観測点が1点の場
合の基本的な計測方法を説明する9サブテンスバー2に
は3点の固定点(測定ポイント)が備えられており、そ
の固定点座標を 5l(X、、Yl、 Zl) 、S2
 (X2、T2、Z2)−33(X3、T3、Z3)と
する。そしてサブテンスバー2の固定点間の距離は任意
の値に定めである。!た本実施例ではS2を基準点とし
て説明することにし、ここではY2=Oとする。
``Work'' Nozu explains the basic measurement method when there is only one observation point based on Figures 3 and 4. 9 The subtense bar 2 is equipped with three fixed points (measurement points). The fixed point coordinates are 5l(X,, Yl, Zl), S2
(X2, T2, Z2)-33(X3, T3, Z3). The distance between the fixed points of the subtense bar 2 is determined to be an arbitrary value. ! In this embodiment, the explanation will be made using S2 as a reference point, and here it is assumed that Y2=O.

まず第3図に示す様にステップ1(以下S1と略する)
で七オドライト1を、座標原点(0,0,0)に1台設
定する。(既知点とする)即ち、im測点にWA測器械
を配置する。
First, as shown in Figure 3, step 1 (hereinafter abbreviated as S1)
Set one Seven Odolite 1 at the coordinate origin (0, 0, 0). (It is assumed to be a known point) That is, the WA measurement instrument is placed at the im measurement point.

次に82て′サブテンスバー2を配置し、3つの固定点
を設定する6本実施例のサブテンスバー2は規準ターゲ
ットに該当するものである9七オドライト1とサブテン
スバー2が設定された後、S3で、セオドライト1から
サブテンスバー2の固定点S1、S2、S3をそれぞれ
規準し、水平角、高度角を測定する。
Next, 82' place the subtense bar 2 and set three fixed points.6 The subtense bar 2 of this embodiment corresponds to the standard target.97 After the odorite 1 and the subtense bar 2 are set, in S3, The fixed points S1, S2, and S3 of the subtense bar 2 are respectively referenced from the theodolite 1, and the horizontal angle and altitude angle are measured.

次に84で、観測データから水平角と高度角(固定点の
直線性に対応したものを含む)、更に、サブテンスバー
2の固定点間の距離から誤差方程式を作成する。
Next, in step 84, an error equation is created from the horizontal angle and altitude angle (including those corresponding to the linearity of the fixed points) from the observation data, and the distance between the fixed points of the subtense bar 2.

水平角の誤差方程式としては、以下のものがある。The horizontal angle error equation is as follows:

七オドライト1からみて固定点Slと固定点S2とがな
す水平角H12、固定点S2と固定点S3とがなす水平
角82B、固定点S3と固定点Slとがなす水平角H3
1、並びに固定点Slと固定点S2と固定点S3がなす
空間角を水平面上に投影した場合の水平角Haの4つに
ついて誤差方程式を作成する。
Seen from the heptadrite 1, the horizontal angle H12 between fixed points Sl and S2, the horizontal angle 82B between fixed points S2 and S3, and the horizontal angle H3 between fixed points S3 and S1.
1, and a horizontal angle Ha when the spatial angle formed by the fixed point Sl, the fixed point S2, and the fixed point S3 is projected onto a horizontal plane.

高度角の誤差方程式としては、以下のものがある。The error equation for altitude angle is as follows.

七オドライト1からみて固定点Slと固定点S2とがな
す高度角■□2、固定点S2と固定点S3とがなす高度
角v23、固定点Slと固定点S2とがなす高度角V3
1、並びに固定点S1と固定点S2と固定点S3がなす
空間角を銘直面上に投影した場合の高度角Vaの4つに
ついて誤差方程式を作成する。
Seen from the seventh odolite 1, the altitude angle between the fixed point Sl and the fixed point S2 ■□2, the altitude angle between the fixed point S2 and the fixed point S3 v23, the altitude angle between the fixed point Sl and the fixed point S2 V3
1, and the altitude angle Va when the spatial angle formed by the fixed points S1, S2, and S3 are projected onto the monument plane.

但し、水平角Ha、高度角Vaは固定点S2でなす角度
であるため、その誤差方程式(第14式、第23式)に
代入する座標値は、それぞれ固定点S2の座標値を引い
たものとする必要がある。
However, since the horizontal angle Ha and the altitude angle Va are the angles formed by the fixed point S2, the coordinate values substituted into the error equations (Equations 14 and 23) are obtained by subtracting the coordinate values of the fixed point S2, respectively. It is necessary to do so.

固定点3点間の距離の誤差方程式としては、以下のもの
がある。
The following is an error equation for the distance between three fixed points.

固定点$1と固定点S2との距iLl、固定点S2と固
定点S3との距HL2及び固定点S3と固定点S1との
距HL3の3つについて誤差方程式な作成する。
Error equations are created for three points: distance iLl between fixed point $1 and fixed point S2, distance HL2 between fixed point S2 and fixed point S3, and distance HL3 between fixed point S3 and fixed point S1.

以上の様に観測点が1つの場合、未知数が8つであるた
め、この未知数の数より多い9種類以上の誤差方程式を
作成すれば本発明を適用できる。
As described above, when there is one observation point, there are eight unknowns, so the present invention can be applied by creating nine or more types of error equations, which are greater than the number of unknowns.

次に85で、上述した方法により観測データから近似値
を求め、誤差方程式に代入する。
Next, at 85, approximate values are determined from the observed data using the method described above and substituted into the error equation.

そして第4図に示すように、未知数が8個に対して誤差
方程式は11本であるから、S6で最小2乗法を利用す
れば、理論的に未知の座標を演算することができる。
As shown in FIG. 4, since there are 8 unknowns and 11 error equations, the unknown coordinates can be calculated theoretically by using the method of least squares in S6.

本実施例は、従来の方法の様に2台の七オドライトを使
用して交互に規準するする必要がなく、1台の七オドラ
イトで測定が可能となる9なお既知点は、WA測点でも
固定点でも自由に定めることができるが、未知蓋の数が
誤差方程式の数より少なくなる必要がある。
In this example, there is no need to use two heptaodolites for standardization alternately as in the conventional method, and measurements can be made with one heptaodolite. Fixed points can also be freely determined, but the number of unknowns must be smaller than the number of error equations.

次に第5図及び第6図に基づいて、観測点が2点の場合
の本測定方法の応用例を説明する。
Next, an application example of this measurement method in the case where there are two observation points will be explained based on FIGS. 5 and 6.

まず第5図に示す探に、Slで第1の観測点T1にセオ
ドライト1を設定する。次に82でサブテンスバー2を
設置して、3つの固定点を設定する。
First, as shown in FIG. 5, the theodolite 1 is set at the first observation point T1 using Sl. Next, at 82, the subtense bar 2 is installed to set three fixing points.

更に83で測定すべき任意の求点P、を設定する。Further, in step 83, an arbitrary desired point P to be measured is set.

そしてS4で、七オドライト1からサブテンスバー2の
3つの固定点と任意の位置にある求点P、を規準し、各
々の水平角及び高度角を測定する。
Then, in S4, three fixed points from the heptadrite 1 to the subtense bar 2 and a desired point P located at an arbitrary position are determined, and the horizontal angle and altitude angle of each are measured.

次に、S5で第1のa測点T1から第2の観測点T2に
セオドライト1を移動させ、S6で再び、サブテンスバ
ー2の3つの固定点と任意の位置にある求点P、を規準
し、各々の水平角及び高度角を測定する。
Next, in S5, the theodolite 1 is moved from the first observation point T1 to the second observation point T2, and in S6, the three fixed points of the subtense bar 2 and the desired point P at an arbitrary position are again referenced. , measure each horizontal and altitude angle.

そしてS7で、観測された水平角と高度角(固定点の直
線性に対応したものを合む)、更に、サブテンスバー2
の固定点間の距離から誤差方程式この場合には、以下の
誤差方程式を作成することができる。
Then, in S7, the observed horizontal angle and altitude angle (including those corresponding to the linearity of the fixed point), and the subtense bar 2
Error equation from the distance between fixed points of In this case, the following error equation can be created.

水平角の誤差方程式としては、以下のものがある。The horizontal angle error equation is as follows:

−の観測点からみて固定点S1と固定点S2とがなす水
平角、固定点S2と固定点S3とがなす水平角、固定点
S1と固定点S2とがなす水平角、並びに他の観測点か
らみて固定点S1と固定点S2とがなす水平角、固定点
S2と固定点S3とがなす水平角、固定点Slと固定点
S2とがなす水平角、並びに固定点S1と固定点S2と
固定点S3がなす空間角を水平面上に投影した場合の水
平角について誤差方程式を作成する9 高度角の誤差方程式としては、以下のものがある。
- The horizontal angle between fixed points S1 and S2, the horizontal angle between fixed points S2 and S3, the horizontal angle between fixed points S1 and S2, and other observation points when viewed from the observation point - The horizontal angle between fixed points S1 and S2, the horizontal angle between fixed points S2 and S3, the horizontal angle between fixed points S1 and S2, and the horizontal angle between fixed points S1 and S2 when viewed from Create an error equation for the horizontal angle when the spatial angle formed by the fixed point S3 is projected onto the horizontal plane.9 Error equations for the altitude angle include the following.

−の観測点からみて固定点Slと固定点S2とがなす高
度角、固定点S2と固定点S3とがなす高度角、固定点
S】と固定点S2とがなす高度角、並びに他の観測点か
らみて固定点S1と固定点S2とがなす高度角、固定点
S2と固定点S3とがなす高度角、固定点Slと固定点
S2とがなす高度角、並びに固定点S1と固定点S2と
固定点S3がなす空間角を鉛直面上に投影した場合の高
度角の7つについて誤差方程式を作成する。
The altitude angle between fixed points Sl and S2 when viewed from the observation point -, the altitude angle between fixed points S2 and S3, the altitude angle between fixed points S] and S2, and other observations. The altitude angle between fixed point S1 and fixed point S2 when viewed from the point, the altitude angle between fixed point S2 and fixed point S3, the altitude angle between fixed point Sl and fixed point S2, and the fixed point S1 and fixed point S2 Error equations are created for seven altitude angles when the spatial angles formed by the fixed point S3 and the fixed point S3 are projected onto the vertical plane.

但し、水平角Ha、高度角Vaは固定点S2でなす角度
であるため、その誤差方程式(第14式、第23式)に
代入する座標値は、それぞれ固定点S2の座標値を引い
たものとする必要がある。
However, since the horizontal angle Ha and the altitude angle Va are the angles formed by the fixed point S2, the coordinate values substituted into the error equations (Equations 14 and 23) are obtained by subtracting the coordinate values of the fixed point S2, respectively. It is necessary to do so.

固定点3点間の距離の誤差方程式は、観測点が1の場合
に述べたものと同じであるので説明を省略する。
The error equation for the distance between the three fixed points is the same as that described for the case where there is one observation point, so the explanation will be omitted.

以上の様に観測点が2つの場合、未知数が11つである
ためこの未知数の数より多い12種類以上の誤差方程式
を作成すれば本発明を適用できる。
As described above, when there are two observation points, there are 11 unknowns, so the present invention can be applied by creating 12 or more types of error equations, which are greater than the number of unknowns.

なお、第1の観測点 T1又は第2の観測点T2、或は
サブテンスバー2の位置が既知の場合には、上述の観測
で充分であるが、全て未知である場合には第6図に示す
任意4点(既知点)を与えて、第1の観測点T、及び第
2の観測点T2からセオドライト1により規準する必要
がある。
Note that if the positions of the first observation point T1, the second observation point T2, or the subtense bar 2 are known, the above-mentioned observation is sufficient, but if all are unknown, the positions shown in Fig. 6 are used. It is necessary to give four arbitrary points (known points) and standardize them using the theodolite 1 from the first observation point T and the second observation point T2.

そしてS8では観測データから近似値を求める。Then, in S8, an approximate value is obtained from the observed data.

更に89では、近似値を誤差方程式に代入し、最小2乗
法を適用して求点P、のMlを求めることができる。
Furthermore, in step 89, the approximate value is substituted into the error equation, and the least squares method is applied to obtain Ml of the sought point P.

以上の様に構成された本実施例は、航空機や船舶の3次
元測定や、急傾斜崩壊地形の観測、大型槽遺物の変形試
験等に使用することができる。
This embodiment configured as described above can be used for three-dimensional measurement of aircraft and ships, observation of steeply sloping collapsed topography, deformation tests of large tank relics, and the like.

「効果」 以上の様に構成された本発明は、少なくとも3点の間の
観測から各点の位置を求める測定に用いられるサブテン
スバーにおいて所定の間隔で3個のターゲットが設けら
れているので、累積誤差を生じることがない3次元測定
方法を実行することができるという効果がある9そして
観測器械と正対する必要がなく、サブテンスバーを水平
にする必要もないので、任意の場所にサブテンスバーを
設定することができるという効果がある。特にサブテン
スバーの設定位置に制約がないので、悪条件の場所でも
容易に配置することができるという卓越した効果がある
9 更に本発明は、3個のターゲットを球形に形成すること
もできるので、サブテンスバーを傾けて配置した場合で
も、規準誤差を少なくすることができるという卓越した
効果がある。
``Effects'' The present invention configured as described above has three targets provided at predetermined intervals on the subtense bar used for measurement to determine the position of each point from observation between at least three points, so that the cumulative This method has the effect of being able to perform a three-dimensional measurement method that does not cause errors.9 Furthermore, since there is no need to face the observation instrument directly, and there is no need for the subtense bar to be horizontal, the subtense bar can be set at any location. It has the effect of being able to. In particular, since there are no restrictions on the setting position of the subtense bar, it has the outstanding effect that it can be easily placed even in places with poor conditions. It has the outstanding effect of reducing the standard error even when it is placed at an angle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は本発明の一実施例を示すものであり、第1図は本実
施例のサブテンスバーを説明する図であり、第2図は七
オドライトのレクチルを説明した図、第3図は本実施例
の基本原理の構成を説明する図、第4図は基本原理を説
明するための座標系であり、第5図は本実施例の応用計
測の構成を説明する図、第6図は応用計測を説明する図
、第7図及び第8図は近似値の演算方法を説明する図で
ある9■・・・・セオドライ1〜 2 ・ ・ 21 ・ 22 ・ 23 ・ ・サブテンスバー ・第1のターゲラ1〜 ・第2のターゲット ・第3のターゲット
The figures show one embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a diagram explaining the subtense bar of this embodiment, FIG. 2 is a diagram explaining a heptaodolite reticle, and FIG. 3 is a diagram explaining this embodiment. Figure 4 is a coordinate system for explaining the basic principle, Figure 5 is a diagram explaining the configuration of applied measurement in this embodiment, and Figure 6 is a diagram for explaining the configuration of applied measurement. The explanatory diagrams, FIGS. 7 and 8, are diagrams for explaining the calculation method of approximate values.・Second target ・Third target

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも3点の間の観測から各点の位置を求め
る測定に用いられるサブテンスバーにおいて所定の間隔
で3個のターゲットが設けられたことを特徴とする三次
元測定用サブテンスバー。
(1) A subtense bar for three-dimensional measurement, characterized in that three targets are provided at predetermined intervals on a subtense bar used for measurement to determine the position of each point from observation between at least three points.
(2)3個のターゲットが球形となっている請求項1記
載の三次元測定用サブテンスバー。
(2) The subtense bar for three-dimensional measurement according to claim 1, wherein the three targets are spherical.
JP12958990A 1990-05-19 1990-05-19 Subtense bar for three-dimensional measurement Pending JPH0424508A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12958990A JPH0424508A (en) 1990-05-19 1990-05-19 Subtense bar for three-dimensional measurement
PCT/JP1991/000663 WO1991018258A1 (en) 1990-05-19 1991-05-17 Method of tridimensional measuring, reference scale and self-illuminating reference scale for tridimensional measuring
EP19910909369 EP0483383A4 (en) 1990-05-19 1991-05-17 Method of tridimensional measuring, reference scale and self-illuminating reference scale for tridimensional measuring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12958990A JPH0424508A (en) 1990-05-19 1990-05-19 Subtense bar for three-dimensional measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0424508A true JPH0424508A (en) 1992-01-28

Family

ID=15013182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12958990A Pending JPH0424508A (en) 1990-05-19 1990-05-19 Subtense bar for three-dimensional measurement

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0424508A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fraser Network design considerations for non-topographic photogrammetry
Estler et al. Large-scale metrology–an update
US8138938B2 (en) Hand-held positioning interface for spatial query
US7325320B2 (en) Method for estimating the accuracy of azimuthal orientations and portable sighting device
ES2530264T3 (en) Procedure for determining the geographic coordinates of pixels in SAR images
CN110849338B (en) Control network measuring method
CN102538825B (en) Optical axis orientation calibrating method of star sensor probe assembly
CN108106637A (en) A kind of the precision calibration method and device of distribution POS
Heinz et al. Analysis of different reference plane setups for the calibration of a mobile laser scanning system
Pirti et al. Evaluation of some levelling techniques in surveying application
JPH0424508A (en) Subtense bar for three-dimensional measurement
US4510695A (en) Method of calibration for the measuring of objects by pairs of theodolites
CN114353802A (en) Robot three-dimensional space positioning method based on laser tracking
JPH0470508A (en) Three-dimensional measuring method and reference scale for three-dimensional measurement
Jacobsen Exterior orientation parameters
Gao et al. Integrated calibration of a 3D attitude sensor in large-scale metrology
Ming et al. Research on calibration technology of vehicle laser scanning system
Lewis et al. Determination of misalignment and angular scale errors of a laser tracker using a new geometric model and a multi-target network approach
JPH0424504A (en) Three-dimensional measuring method
JPH03293505A (en) Three-dimensional measuring method and apparatus therefor
RU2251720C2 (en) Method of ajustment of on-helmet viewfinder system
Mokarrami et al. Evaluation of geometrical accuracy in displacement monitoring of engineering structures using close-range photogrammetry
US20240044642A1 (en) Orbital Goniometer Autocollimation Device
Ali et al. Accuray analysis for new close-range photogrammetric systems
Jinjiang et al. A surface measurement system from China for large antennas