JPH08145668A

JPH08145668A - 走査型レーザ測量装置

Info

Publication number: JPH08145668A
Application number: JP28172394A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Hosokawa; 哲夫細川; Kazumitsu Nakajima; 一光中島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型レーザ測量装置により到達困難な場所等
の絶対位置の測量を行う。【構成】レーザ発振器１、送受信光学系２、光走査装置
３、及び表示装置７等から構成され３次元情報が得られ
るレーザ測量装置１０と、該レーザ測量装置の設置位置
に置かれたＧＰＳ装置２０と、既知の位置に置かれたＧ
ＰＳ装置２１と、真北測定装置３０と、計算機４０とか
らなり、各測量情報から目標物４の絶対位置を計算す
る。方位情報は既知の２地点の情報等から決定できるの
で、真北測定装置は省略することもできる。航空機搭載
の場合は１次元走査により測量を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型レーザ測量装
置、特に、測量機器を設置できない物体、標的、場所等
の測量対象について、その絶対位置を正確に計測、又は
測量（観測）し得る走査型レーザ測量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、離れた位置より物体までの距離を
測定する手段としてレーザ測距装置が利用されている
が、この装置では自己の位置からの距離や相対方位を求
めることは可能であったが、緯度、経度、高度等で表さ
れる絶対位置情報を求めることはできなかった。

【０００３】また、近年、絶対位置情報を求める方法と
して、衛星航法の一つであり、数個の衛星から電波を受
けて受信アンテナのある位置を算出するＧＰＳ（Ｇｌｏ
ｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ：全世
界測位システム）が利用されてきており、この方法は受
信システムの改良により絶対位置の計測精度も向上して
きている。しかし、この方法による絶対位置の計測に
は、計測地点等にＧＰＳ装置（受信機）を設置しなけれ
ばならないので、測量機器の設置が不可能な地点、例え
ば、足場の悪い地点や危険を伴う地点等、計測者の立ち
入れない地点の測量、或いは多数の点の速やかな測量に
利用することは実質上不可能であった。また、当然のこ
ととしてポール等を立てて既知の２地点から指準する従
来の測量方法も同様の問題点を有し測量速度の点でも限
界があった。

【０００４】現状では、立ち入れない地点の測量や高度
の測量方法として、航空機から撮った立体写真により等
高線を描く方法が採用されているが、これも細かい地形
を精密に測量するには限界があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ測距装置
では、前記のように立ち入れない地点で測量情報を取得
することは可能であったが、得られる測量情報は測量装
置の設置位置からの距離、方位といった相対位置及び相
対方位等の相対的測量情報であり、緯度、経度、高度等
の絶対測量情報を高速に求めることはできなかった。

【０００６】本発明の第１の目的は、計測する物体、標
的、地点等、対象の絶対位置を正確に測量することが可
能な走査型レーザ測量装置を提供することにある。

【０００７】本発明の第２の目的は、計測する多数の物
体、標的、地点等の絶対位置を高速且つ正確に測量する
ことが可能な走査型レーザ測量装置を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の第３の目的は、対象の形状、地形
等についての測量乃至観測を行い、３次元の絶対位置情
報を取得することを可能とする走査型レーザ測量装置を
提供することにある。

【０００９】本発明の第４の目的は、上空から地上の地
形等についての測量乃至観測を行い３次元の絶対位置情
報を取得することを可能とする走査型レーザ測量装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、レーザ光を走査し反射光から測量対象の相
対位置情報を計測する走査型のレーザ測量手段と、ＧＰ
Ｓ衛星を利用して前記レーザ測量手段の絶対位置情報を
計測するＧＰＳ手段と、計算手段を具備し、前記ＧＰＳ
手段により計測した前記レーザ測量手段の絶対位置情報
と、前記レーザ測量手段により計測した測量対象の相対
位置情報から、測量対象の絶対位置情報を算出する構成
を採用している。また、方位情報の取得には、複数のＧ
ＰＳ装置又はレーザ反射器等を利用し、２以上の既知の
地点を参考にして行う構成を採用している。

【００１１】

【実施例】本発明について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例のブロック図である。本発明は
レーザ測量装置１０、２個のＧＰＳ装置２０、２１、真
北測定装置３０、及び計算機（ＣＰＵ）４０から構成さ
れ、更に、レーザ測量装置１０は、レーザ発振器１、送
受信光学系２、光走査装置３、光検出器５、及び到達時
間検出回路６から構成される。

【００１２】最初にレーザ測量装置１０について説明す
る。

【００１３】パルス個体レーザ等を用いたレーザ発振器
１からはレーザ光を周期的に発振する。このレーザ光は
送受信光学系２において所定のビーム拡がり角に絞ら
れ、光走査装置３を介して空間に発射される。レーザ光
は、光走査装置３において目標方向の範囲の左右、上下
方向に走査される。レーザ光が目標物４に当たり反射さ
れると、この反射光は光走査装置３を経由し送受信光学
系２に入射し集光される。送受信光学系２にて集光され
たレーザ光は光検出器５において電気信号に変換され
る。光検出器５からの信号とレーザ発振器１からのレー
ザ光の発生と同期した発振信号とは到達時間検出回路６
に入力される。到達時間検出回路６においては、光検出
器５からの信号と発振信号との位相差を検出し、レーザ
光の発射から反射光の受光までの到達時間を計測して、
レーザ測量装置から目標物までの距離情報を出力する。
また、一方で光走査装置３はレーザ光の走査方向の走査
角度情報を出力する。このようにして、レーザ測量装置
１０からは目標方向の３次元情報（左右方向、上下方向
の角度及び距離）が得られる。

【００１４】次に、レーザ測量装置１０を設置した場所
の絶対位置の計測についてはＧＰＳ装置を用いて行われ
る。ＧＰＳ装置は１台では絶対位置の計測精度が不十分
であるという問題があることから、既知の位置に２台目
のＧＰＳ装置を設置したシステムを利用する。即ち、既
知の地点に置かれたＧＰＳ装置２１で受信し計測した当
該地点の計測絶対位置情報と、既知の絶対位置情報との
誤差により、レーザ測量装置１０の地点に設置したＧＰ
Ｓ装置２０における計測情報を補正して高精度に絶対位
置を求める構成とする。ＧＰＳ装置１台では１０ｍオー
ダーの計測誤差がでるが、２台を使用することにより誤
差を数ｃｍオーダーに改善することができる。２台目の
ＧＰＳ装置２１を設置する既知の地点としては三角点又
はその地点から測量された地点等が好適である。

【００１５】また、レーザ測量装置１０の絶対位置が解
っても方位の絶対値は確定できないことから、ゼオライ
ト等の真北測定装置３０を用いて真北方位を計測する。
更に、俯仰角の絶対値は装置に内蔵された水準器等によ
り求められる。

【００１６】このようにして、ＧＰＳ装置等から得られ
たレーザ測量装置１０の絶対位置及び絶対方位情報等
と、レーザ測量装置１０から得られた目標物までの前記
距離情報と走査角度情報等を計算機（ＣＰＵ）４０に入
力し、演算処理を行い目標物の絶対位置情報を求める。

【００１７】以上の動作を詳しく整理すると、１、緯度、経度、高度が既知の地点、例えば三角点等に
ＧＰＳ装置２１を置く。

【００１８】２、レーザ測量装置１０の設置予定地点に
ＧＰＳ装置２０を置き、無線にてこれとリンクされたＧ
ＰＳ装置２１のデータを取得し、レーザ測量装置の設置
位置情報を補正してその絶対位置を求める。

【００１９】３、真北測定装置３０のデータによりレー
ザ測量装置１０の指向方向の絶対値を校正する。

【００２０】４、到達困難な地点に対してレーザ測量装
置１０を用いて３次元測量を行う。

【００２１】５、計算機（ＣＰＵ）４０に前記測量デー
タ、絶対値データを格納するとともに、それら取得デー
タを処理して等高線等を描かせる。

【００２２】以上、２台のＧＰＳ装置と真北測定装置と
を使用したレーザ測量装置について説明したが、次に、
必要な精度の真北測定装置が利用できない場合等の実施
例について説明する。

【００２３】この場合レーザ測量装置の指向方向の絶対
値が不明であるのでこれを求める必要がある。指向方向
の求め方は、例えば、絶対位置が既知の見通しのきく地
点（第２の地点）を利用し、該既知の地点と前記指向方
向との角度を計測すればよい。また、絶対位置について
は前記実施例と同様に２台のＧＰＳ装置２０、２１を用
いて計測する。このようにして得た角度情報とその地点
の絶対位置データを計算機に入力することにより、計測
対象の絶対位置を算出することができる。

【００２４】また、同様の状況にあり絶対位置が既知の
第２の地点があるものの、その地点の見通しがきかない
場合は、無線送信機を備えた３台目のＧＰＳ装置を見通
しの良い地点に設置する。該ＧＰＳ装置により該地点の
絶対位置を計測し、無線でこの情報を取得するとともに
するとともに、レーザ測量装置により該地点とレーザ測
量装置の指向方向との角度を求める。そして該地点の絶
対位置情報と角度情報を計算機に入力して計測対象の絶
対位置を算出する。また、この場合、もし２台目のＧＰ
Ｓ装置の設置位置の見通しがよければ前記３台目のＧＰ
Ｓ装置は省略可能である。

【００２５】以上の実施例においてはレーザ測量装置の
位置に設置したＧＰＳ装置の校正に第２のＧＰＳ装置２
１を利用する構成を説明したが、レーザ測量装置の位置
のＧＰＳ装置２０の校正は、限られた地域、時間の範囲
であれば常に繰返し行う必要がない。また、このような
状況では、第２のＧＰＳ装置２１の設置に替え見通しの
きく既知の２地点を利用し、レーザ測量装置により絶対
位置情報をもとめＧＰＳ装置２０の絶対位置情報の校正
に利用するように構成すれば、１台のＧＰＳ装置２０の
みでの測量を行うことができる。

【００２６】位置が既知の２地点のデータから、レーザ
測量装置の位置及び指向方向を求める方法を図２により
説明する。既知の２地点Ａ、ＢからＸの位置を求める方
法は、まず、レーザ測量装置によりその設置位置Ｘから
Ａ点までの距離と相対方位を測量し、求められた距離を
ａとする。同様にＢ点までの距離方位を測量し距離ｂを
求める。Ｘ点はＡ点から半径ａの円上にあり、同時にＢ
点から半径ｂの円上にある。２つの円のクロス点は２カ
所あるが、方位データにより１カ所に限定でき、Ｘ点の
絶対位置がもとめられる。詳しくは、球面三角形として
計算する必要があるが近似的に平面三角形と考えて良い
（高さ方向は求められている）。また、Ａ点とＸ点のデ
ータからＸ点からＡ点を見たときの方位θ１が算出でき
る。（仮の基準方向からの方位はθ１と測量されている
が、実際は方位θであるので方位θ＋θ１が仮の基準方
向の方位となる。）このようにしてレーザ測量装置の絶対位置と指向方向
（仮の基準方向）がわかるので、これをもとにＧＰＳ装
置からの絶対位置情報を校正した後、所望の対象の測量
を行う。

【００２７】以上は測量を行う地域等にレーザ測量装置
及びＧＰＳ装置２０の受信アンテナ等を設置することが
可能な場合であるが、火山、土砂崩れ等の危険を伴いレ
ーザ測量装置等が設置できない地域では、装置を航空機
に搭載し航空機測量を行う。

【００２８】この場合もＧＰＳ装置は２台利用する方法
と、ＧＰＳ装置を１台とし既知の２地点のデータをも利
用する方法とがあり、適宜いづれかを採用する。航空機
搭載の場合の特徴として、ヘリコプターのように停止又
は低速飛行が可能な場合は別として、航空機の位置は時
々刻々変化することから正確な時間等を基準に自己の位
置の情報と測量データとを関連づける必要がある。ま
た、レーザ測量装置が移動することを積極的に利用し、
レーザ光の走査を、航空機の進行方向と異なる方向、例
えば直角方向の１次元走査（真下左右方向、前方左右方
向又は後方左右方向への扇状走査）で行うようにすれば
実質的に２次元走査が実現できる。

【００２９】特に、航空機測量では、航空機内という環
境に適したシステム及び測量方法を選択する必要があ
る。例えば、航空機の種類により移動速度に違いがある
等のことから、（１）航空機位置情報が測量に必要な精
度でリアルタイムに得られるか、（２）方位情報が所要
の精度で得られるか、といった条件に応じて測量及び得
られるデータの処理方法が異なる。前記（１）を満た
し、且つ航空機内のジャイロコンパス等を用いることに
より前記（２）をも満たす場合は、航空機位置、方位情
報とレーザ測量装置の生データをリアルタイムで記録
し、飛行後に計算処理を行い必要な測量情報を得るよう
なシステムを採用するのが好適である。また、（１）、
（２）の何れかが満たされない場合は、地上の何カ所か
の既知の地点にコーナリフレクタ（コーナキューブ）
等、レーザ光を強く反射するプリズムを置き、測量目標
よりはるかに強い反射光を生ずるようにし、これを検出
可能としその受光データを絶対位置、方位情報の測量の
基準に使用する。他に航空機上にスタビライズされたプ
ラットホームの使用や姿勢データ等の取込と該データに
よる補正等が必要になろう。

【００３０】航空機による測量方法としては、例えば、
図３に示すように航空機の飛行途中の既知の地点５０、
５１の近くの通過時に、自己位置、方位情報を取得し、
航空機に搭載されたＧＰＳ装置の校正データとする。そ
の後、測量エリア５２においてレーザビームを照射して
測量を行ば３次元の絶対位置情報が取得できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、レーザ測量装置を使用し測量
対象の相対位置情報を取得するとともに、ＧＰＳ装置を
使用しレーザ測量装置の絶対位置情報を取得し、測量対
象の緯度、経度、高度等の絶対位置情報を求めるもので
あるから、本発明によれば、火山、土砂崩れの現場等の
危険な場所のように、直接人が行くことができない地点
の測量を行ったり、細かい起伏の多い地形の測量等を速
やかに行うことができる。また、絶対位置や方位が解
り、一定時間経過した後に再測量した場合でも位置の照
合が可能となるため、地形の変化等を長期間にわたって
計測する場合に有用である。

【００３２】詳しくは、本発明によれば、計測する物
体、標的、地点等の絶対位置、又は計測する多数の物
体、標的、地点等の絶対位置を高速且つ正確に測量する
ことができる。また、対象の形状、地形等についての測
量乃至観測を行い、３次元の絶対位置情報を取得するこ
とが可能である。更に、本発明によれば、上空から地上
の地形等についての測量乃至観測を行い等高線等の３次
元情報を絶対位置情報として取得することが可能であ
る。

【００３３】現状でもＧＰＳ装置の精度は良い条件で２
ｃｍ程度、レーザ測量装置の精度は１ｋｍ先で３乃至５
ｃｍ程度であり、上記測量に十分耐え得るものである。
航空機に搭載した場合は、航空機の速度誤差その他によ
り精度は低下するが、広い範囲を巨視的に観察する場合
は好都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。

【図２】図２は、既知の２地点のデータからレーザ測量
装置の位置、方位を求める方法を説明するための図であ
る。

【図３】図３は、航空機からの測量方法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２送受信光学系３光走査装置４目標物５光検出器６到達時間検出回路７表示装置９ピーク位置検出部１０レーザ測量装置２０、２１ＧＰＳ装置３０真北測定装置４０計算機（ＣＰＵ）５０、５１既知の地点５２測量エリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を走査し反射光から測量対象の
相対位置情報を計測する走査型のレーザ測量手段と、Ｇ
ＰＳ衛星を利用して前記レーザ測量手段の絶対位置情報
を計測するＧＰＳ手段と、計算手段を具備し、ＧＰＳ手
段により計測したレーザ測量手段の絶対位置情報と、前
記レーザ測量手段により計測した測量対象の相対位置情
報から、測量対象の絶対位置を算出することを特徴とす
る走査型レーザ測量装置。
【請求項２】前記ＧＰＳ手段は前記レーザ測量手段の
設置位置に設置する第１のＧＰＳ手段と、少なくても１
つの既知の位置に設置する第２のＧＰＳ手段とを具備す
ることを特徴とする請求項１記載の走査型レーザ測量装
置。
【請求項３】２以上の既知の位置を参考にして、前記
レーザ測量手段の指向方向を決定することを特徴とする
請求項１、２記載の走査型レーザ測量装置。
【請求項４】真北測定手段を具備し、前記絶対位置の
算出のための絶対方位情報を取得することを特徴とする
請求項１、２記載の走査型レーザ測量装置。
【請求項５】前記レーザ測量手段及び前記第１のＧＰ
Ｓ手段を航空機に搭載することを特徴とする請求項１、
２、４記載の走査型レーザ測量装置。
【請求項６】前記レーザ光の走査の走査方向を１次元
とし航空機の進行に合わせて３次元情報を取得すること
を特徴とする請求項５記載の走査型レーザ測量装置。
【請求項７】前記真北測定手段に替えて航空機のジャ
イロコンパス又は慣性誘導手段の情報により前記レーザ
測量手段の指向方向を決定することを特徴とする請求項
５、６記載の走査型レーザ測量装置。
【請求項８】前記真北測定手段に替えて地上の既知の
位置にレーザ反射手段を設置し、前記レーザ反射手段か
らの反射信号に基づき、レーザ測量手段の指向方向の決
定及び前記第１のＧＰＳ手段からの絶対位置情報の校正
を行うことを特徴とする請求項５、６記載の走査型レー
ザ測量装置。