JPH09159448A - 測地システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測地場所の判断を容易にし、しかも正確な測
地を行う。 【解決手段】 地上面に対する位置データを出力するＧ
ＰＳアンテナ１３等の検知手段を、土木機械１１等の作
業車両に搭載し、この作業車両の地上面への接地時の検
知手段のデータを収集することにより地上面の地形を測
地する測地システムであって、上記作業車両の接地部分
をモニタ２４に表示させるとともに、同一モニタ２４に
測地予定ポイントを表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ受信機を
搭載した土木機械等の車両によって測地するシステムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニ
ング・システム）アンテナを、工事着手前，工事途中，
工事完了後に、地上面の所定ポイントにセットして、こ
の地上面の各ポイント毎の３次元座標位置データを抽出
して測地し、この測地データに基づいて、工事前，後，
途中の地形を測量するようにしていた。このシステムで
は、測地担当者が、ポール先端にＧＰＳアンテナを取付
けたものを把持し、地上面の所定ポイントに上記ポール
下端が地上面に触れるようにポールを立て、この立てた
時の上記ＧＰＳアンテナの３次元座標位置を抽出する。
この場合、固定局側には固定局ＧＰＳアンテナが設けら
れており、実質的に測地担当者により地上面に立てられ
るＧＰＳアンテナからは、上記固定局側アンテナの位置
を基準とする３次元座標位置のデータが出力される。こ
のようにして、各ポイント毎に求めた３次元位置データ
にポールの長さ分の所定の補正を加えたものを測地デー
タとしてコンピュータのモニタに表示すれば、地上面出
来形の地形を正確に知ることができ、しかも工事の経過
を迅速に知ることができ、工事が正確に行われているか
どうかを評価できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来はいずれ
の場所の測地を行うのか容易に判断しづらい欠点があ
り、しかも測地担当者が測地したときに、データが測地
データとして出力されても、これを正式なデータとして
取り込んでしまい、測地が正確に行えないという不都合
を有していた。

【０００４】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、測地場所の判断を容易にし、しかも正確な
測地を行うことができる測地システムを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
地上面に対する位置データを出力するＧＰＳアンテナ等
の検知手段を、直接またはポール等を介して間接的に地
上面に接地し、この地上面への接地時の検知手段のデー
タを収集することにより地上面の地形を測地する測地シ
ステムであって、上記検知手段の接地部分をモニタに表
示させるとともに、同一モニタに測地予定ポイントを表
示させたことを特徴とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、地上面に対する位
置データを出力するＧＰＳアンテナ等の検知手段を、土
木機械等の作業車両に搭載し、この作業車両の所定部分
の地上面への接地時の検知手段のデータを収集すること
により地上面の地形を測地する測地システムであって、
上記作業車両の接地部分をモニタに表示させるととも
に、同一モニタに測地予定ポイントを表示させたことを
特徴とする。

【０００７】請求項３記載の発明は、上記作業車両の所
定部分の接地時のデータのうち所定の範囲内のデータだ
けをフィルタリングで抽出して測地データとして出力す
るようにしたことを特徴とする。

【０００８】請求項４記載の発明は、上記測地予定ポイ
ントを、２点間を結ぶ直線ラインまたは円弧ラインを複
数に分割した位置に設定可能としたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１，図２，図３は本発明による測地シ
ステムの一実施形態を示す図、図４はコンピュータの構
成図、図５，図６，図７は動作説明図、図８はアンテナ
の取付状態を示す図であり、各図において、符号１１は
作業車両としてのバックホウから成るラジコン遠隔操縦
型の土木機械であり、１２は監視局である。該土木機械
１１は例えばバックホウから成る移動局を構成するもの
で、これにはＧＰＳのアンテナ１３及びＧＰＳ用の受信
機１４（図３参照）を搭載してあり、この受信機１４に
て約２２０００ｋｍ上空の米国の人工衛星（現在２４個
の衛星が使用可能）の電波を受信し、コード情報をコン
ピュータ１５にて解析することにより、上記ＧＰＳのア
ンテナ１３の位置（実際には後述する処理によってバケ
ットＢの甲面Ｂａ）を３次元座標のデータとしてリアル
タイムに検出する。

【００１０】本実施の形態１では図３に示すように土木
機械１１に搭載した受信機１４とは別個に、図３に示す
ように地上に設けた固定局４０に、ＧＰＳのアンテナ１
６及びＧＰＳ用の受信機１７を設置してある。該受信機
１７にて受信した人工衛星の電波信号は、無線送信機１
８によりアンテナ１８ａから、土木機械１１のアンテナ
１９ａを介して土木機械１１へ送られ、土木機械１１に
搭載した無線受信機（送受信機）１９によって受信され
る。そして、ＧＰＳの受信機１４，１７にて受信したコ
ード情報に基づき、コンピュータ１５によって該土木機
械１１に搭載したＧＰＳのアンテナ１３の正確な３次元
座標位置を検出する。

【００１１】また、土木機械１１には磁気方位センサま
たはジャイロコンパス（図示せず）と搭載し、この磁気
方位センサの回転角に基づいて土木機械１１の車体の方
位角（進行方向）を検出する。上記ＧＰＳのアンテナ１
３の位置データは、アンテナ２１ａから監視局１２のア
ンテナ２２ａを介して無線受信機２２にて、上記土木機
械１１から送られたデータを受信し、このデータを図４
に示す制御部であるコンピュータ２３にて処理する。該
コンピュータ２３のメモリにはあらかじめ工事予定計画
図のデータが記録されており、このデータに基づき監視
局１２内のモニタ２４には、図４のコンピュータ２３の
工事予定計画管理手段２３ａの出力に基づき、図５に示
すような工事予定計画図２４ａが表示される。また、Ｇ
ＰＳアンテナ１３の３次元座標位置のデータはコンピュ
ータ２３内のＧＰＳアンテナ位置検出手段２３ｂで検出
され、このＧＰＳアンテナ位置検出手段２３ｂの信号を
処理するバケット甲部位置検出手段２３ｃにより、バケ
ットＢの甲面部Ｂａの位置を示す位置表示部１３ａが表
示される。監視局１２中には、図４に示すクリックスイ
ッチ１２ｋが設けられ、このクリックスイッチ１２ｋ
を、上記甲面部Ｂａが地上面の所定ポイントＰ１に接地
したときにオンすることにより、測地データ管理手段２
３ｄの出力に基づき、図５に示すように、接地位置のポ
イントＰ１を（図中、△印）表示し、しかも、甲面部Ｂ
ａの接地位置の３次元座標位置データ（ｘ１，ｙ１，ｚ
１）をピックアップして表示ＦとしてポイントＰ１の近
傍に画面表示できる。他のポイントＰ２，Ｐ３に接地し
た場合も同様に、そのポイントＰ２，Ｐ３とともに、そ
の近傍に座標位置データがピックアップして表示され
る。これら、ポイントＰ１〜Ｐ３に対する座標位置デー
タＦは図７に示すようにテーブルで記憶保存される。こ
の測地データ管理手段２３ｄは正規データ抽出手段７０
を含み、この正規データ抽出手段７０は図１２に示すよ
うに所定の範囲Ｑ内のデータのみを抽出して、外部に出
力する。図５において、モニタ２４に、工事予定計画図
２４ａを表示する工事予定計画管理手段２３ａは、図示
の如く工事予定計画図２４ａのＸＹ画面を表示できる
が、例えば、２点２４ｂ，２４ｃをカーソルで指定する
ことで、この２点間を結ぶ線分の断面形状も表示できる
ようにした通常のＣＡＤシステムであってもよい。

【００１２】図２に示すように土木機械１１にはバケッ
トＢ近傍全体を撮像する監視カメラ１１ｆが装着されて
おり、この監視カメラ１１ｆで撮像された画面は監視局
１２側に備えられた監視モニタ１２ｐに送られて表示さ
れる。監視局１２としては、図１に示すように本実施の
形態１では複数の作業員，制御機器を収容し得るように
大型車両が用いられ、この車両を監視局１２として用
い、その中の図外のラジコン制御部に基づいて工事現場
内の土木機械１１を操作できる。図１に示す場合、作業
現場としては、例えば火山現場近くを想定できる。この
ような現場に近接して走行道路Ｊを設け、走行道路Ｊを
監視局１２が走行し得るもので、万が一の火山活動発生
時には走行道路Ｊ上を走行して安全地域まで容易に退避
できる。

【００１３】図８（ａ），（ｂ）はバケットＢへのＧＰ
Ｓアンテナ１３の取付け状態を示す図であり、同図にお
いて、アーム６０，ロッド６１で支承されるバケットＢ
は、その甲面部Ｂａが地上面に接地した状態において、
垂直なポール６２がブラケット６３を介して側面６４に
固定され、ポール６２の先端に検知手段としてのＧＰＳ
アンテナ１３が取付けられる。

【００１４】この場合、コンピュータ２３内のバケット
甲部位置検出手段２３ｃは、あらかじめ測定して求めら
れている甲面部Ｂａに対するアンテナ１３の実際の取付
け位置の座標位置データ分だけ、ＧＰＳアンテナ位置検
出手段２３ｂで求められたＧＰＳのアンテナ１３の３次
元座標位置データから相殺したデータを、甲面部Ｂａの
位置データとして出力し、この位置データで位置表示部
１３ａが表示される。すなわち、通常はＧＰＳアンテナ
１３の３次元位置座標データが出力され、甲面部Ｂａの
位置データは出力されないのであるが、ＧＰＳアンテナ
１３の座標位置データに対してＧＰＳアンテナ１３の取
付け位置の座標に基づく修正を加えて、甲面部Ｂａの３
次元座標位置データを割り出し出力し、これによりモニ
タ２４には甲面部Ｂａに対応するポイント１３ａが表示
される。また、監視モニタ１２ｐでバケットＢ近傍の状
況を見ながら、土木機械１１をラジコンで運転し、バケ
ットＢを前後，左右，回転方向に振りながら調整した
後、バケットＢを下降させて、その甲面部Ｂａが図５，
図６に示すように地上面の所定の測地ポイントＰ１に接
地したときに、クリックスイッチ１２ｋをオンすること
により、この測地ポイントＰ１に相当する３次元位置座
標データＦをポイントＰ１とともに表示することができ
る。

【００１５】この場合、工事予定計画図２４ａにおける
測地ポイントＰ１近傍の計画ポイントＰａをカーソルで
クリックして３次元位置座標データＦｍを表示すること
により、これ等表示された３次元位置座標データＦ，３
次元位置座標データＦｍに基づき実際の工事出来形の計
画図に対するずれ量を判断でき、工事の監理が可能とな
る。

【００１６】工事の経過に伴い、測地ポイントＰ２，Ｐ
３で同様の測定を行えば、工事経過を把握できるので、
工事の進捗を知ることができる。しかも、本実施の形態
１では、測地が完了した測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３
を画面にポイントを表示するようにしているので、測地
が重複して行われないようにすることができる。

【００１７】以上の構成において、動作は次のとおりで
ある。すなわち、図５に示すようにモニタ２４に工事予
定計画図２４ａが表示されている状態において、モニタ
２４中にはバケットＢの甲面部Ｂａに対応する位置表示
部１３ａが表示されている。いま、例えば測地ポイント
Ｐ１の位置の測地データを知りたいときは、測地ポイン
トＰ１の近傍まで土木機械１１を運転する。この運転は
モニタ２４中の位置表示部１３ａを見ながら、あるいは
監視モニタ１２ｐに表示される、土木機械１１のバケッ
トＢ近傍（土木機械１１の前方）を見ながら行われるの
であるが、土木機械１１が遠くないときは監視局１２の
車両の中から直接土木機械１１を見ながら運転してもよ
い。次に監視モニタ１２ｐで土木機械１１のバケットＢ
近傍を見ながら、測地ポイントＰ１を探し出し（この場
合では、測地ポイントＰ１は何も目印が有るわけではな
いので、監視モニタ１２ｐで、地形を見ながら探し出さ
れる。）、ラジコン操作でバケットＢを上向きにして甲
面を下向きにし、このバケットＢを下降させ、測地ポイ
ントＰ１の接地位置で停止させ、クリックスイッチ１２
ｋをクリックして、この測地ポイントＰ１の位置におけ
る３次元座標位置データを取込んで、測地ポイントＰ１
とともに、その近傍にこのデータＦを表示する。この３
次元座標位置データＦで土砂の処理（本例では埋めた
て）が計画通りの高さ及び量分だけなされているかどう
かを知ることができる。

【００１８】なお、必要ならば、測地ポイントＰ１に対
応する工事予定計画図２４ａ中の計画ポイントＰａを図
外のカーソルで指定してクリックして、３次元位置座標
データＦｍを表示することにより、測地ポイントＰ１の
出来形が、計画に対し、どの程度ずれているかを比較の
上知ることができる。このような操作を、一定期間の工
事の経過毎に、例えば、Ｐ２，Ｐ３でも行えば、工事の
進捗状況を判断できる。しかも、本実施の形態１では測
地データ管理手段２３ｄに基づいてモニタ２４中に測地
完了の測地ポイントＰ，Ｐ２，Ｐ３を表示するようにし
ているので、測地が重複して行われるのを防止できる。

【００１９】なお、測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３のそ
れぞれの近傍に、甲面部Ｂａの接地位置の３次元座標位
置を表示するとして説明したが、これを表示することに
より画面の表示内容が繁雑になるときは、図７に示すテ
ーブルを工事予定計画図２４ａとは別の画面に、あるい
は工事予定計画図と同一の画面上の離れたウインドに表
示してもよい。また、工事の計画毎に、計画ポイントＰ
ａに相当する測地ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３を測地する
として説明したが、図９に示すように工事前，後，途中
において複数のポイントＰ１ａを測地して、このポイン
トＰａ１を表示することにより、出来形（地形）Ｗを知
ることができる。このように、目的に合わせて上述の測
地を組合せて行うことにより、出来形，進捗等を正確に
知ることができる。

【００２０】この図９に示すように、複数個所の測地を
行うときは、キー操作，マウス操作の入力に基づきコン
ピュータ２３内の測地予定ポイント表示手段２３ｅを働
かせて、あらかじめ測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ・・・
・をモニタ２４内の画面上に１個づつ表示しておけば良
い。 これによれば、画面上の測地予定ポイントＭａ，
Ｍｂ，Ｍｃ・・・・に合うように土木機械１１を誘導し
て、位置表示部１３ａを測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ，
Ｍｃ・・・・に合致させてクリックスイッチ１２ｋをク
リックして行えば、測地予定ポイントＭａ，Ｍｂ，Ｍｃ
・・・・毎に３次元位置座標データを得ることができ
る。

【００２１】この場合、測地予定ポイント表示手段２３
ｅには分割表示手段２３ｆが設けられている。これは図
１０に示すように２個の測地予定ポイントＭａ，Ｍｅを
キー操作，マウス操作の入力に基づき表示したときに、
測地予定ポイントＭａ，Ｍｅを結ぶ直線ラインを、例え
ば４分割してこの分割地点に他の測地予定ポイントＭｂ
〜Ｍｄを表示するような機能を有するものである。これ
によれば、２点を結ぶ直線ラインを等間隔に自動的に分
割した地点に測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを表示できる
ので、１個づつ等間隔に測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを
表示する手間を省くことが可能となる。なお、上記分割
数は選択自在である。

【００２２】分割表示手段２３ｆは、以上のように直線
ラインを分割する機能の他に、キー操作等の制御に基づ
き、選択切換えされることに基づき、図１１に示すよう
に２点の測地予定ポイントＭａ，Ｍｅ間を結ぶ円弧ライ
ン上を例えば４分割して、分割点に測地予定ポイントＭ
ｂ〜Ｍｄを表示する機能も有する。これによれば、円弧
ライン上に、測地予定ポイントＭａ〜Ｍｅを自由に設定
でき、図１０に示す直線ラインの分割表示のものと組合
せることにより、種々の態様の測地予定ポイントを設定
できる。この場合、ラインは直線と円弧に限らず、他の
曲線であっても良い。

【００２３】図４において、７０は正規データ抽出手段
である。これは、バケットＢの甲面部Ｂａが接地したと
きに３次元座標位置データＦを、Ｆ１〜Ｆ６と時分割し
て発生するようにし、図１２に示すように第１回目のデ
ータＦ１を基準に設けた所定の幅のフィルタ領域Ｑに含
まれるデータＦ２，Ｆ３，Ｆ４のみを平均化したものを
正規の３次元座標位置データとして抽出する。このフィ
ルタ領域Ｑに含まれないデータＦ５，Ｆ６はカットす
る。これによれば、ＧＰＳ衛星からの電波の途絶、送電
線からの外乱、固定局からの電波の途絶によって誤った
データＦ５，Ｆ６が発生してもこの誤ったデータが抽出
されることがない。特に、土表面が軟弱な地面のとき
は、バケットＢが地面に沈んでしまって動いてしまい、
誤ったデータが抽出されることにもなるが、正規データ
抽出手段７０によりバケットＢが沈んで安定化したとき
のデータが抽出されることになるので、出力データの信
頼性が増すことになる。

【００２４】以上説明したように、新たに開発したこの
測地システムは、ＧＰＳ受信機を搭載した土木機械１１
の正確な位置を、遠く離れた場所においてコンピュータ
を通してリアルタイムに把握できるもので、火山現場等
での土石流除石工事に採用したとき、大きな成果を得る
ことができる。

【００２５】この通常、火山現場工事の無人化施工区域
は終日立ち入りが禁じられており、出来形地形を人力で
測量するこができない。このため、ラジコン操作による
無人の土木機械（例えばバックホウ）にＧＰＳ受信機を
搭載し、無人土木機械を移動させながらこの位置データ
を無線送信することにより移動局のコンピュータでリア
ルタイムに測定を行うことができる。

【００２６】通常のリアルタイムキネマティック測量で
は、１秒間に１回程度の測位データが連続的に出力され
るため、膨大な測位データとなり、データ解析に多大な
労力を要していたが、本システムでは双方向通信による
対話型となっており、必要とする場所のデータのみを測
定することができるため、出来形測量に必要なのり肩や
のり尻などの地形の変化点を選択して測量することがで
きる。

【００２７】また、その際データ通信に無指向性の特定
小電力無線を使用し、ＧＰＳアンテナを土木機械（バッ
クホウ）のバケットに設置すれば、ブームの旋回・伸縮
機能を利用してバケットを自由に動かし地形の変化点を
精度よく捉えることができる。

【００２８】本システムにより、着工前の現況地形測
量、施工中の出来形地形測量を実施し、得られた出来形
情報は、土工量管理システムに取り込まれ、出来高数量
の算出、出来形地形の断面図、等高線図等を出力し、掘
削計画や出来高管理に大きな成果をあげることができ
る。なお、本発明はバックホウに限らずショベルロー
ダ，ホイールエキスカベータにも適用できる。

【００２９】また、ＧＰＳアンテナはバケットに取り付
けることに限定されず、通常の車両（例えば四輪駆動
車）の屋根に搭載し、このＧＰＳアンテナよりタイヤの
接地面の位置のデータでＧＰＳアンテナの取付位置デー
タに補正を加え、実質的にタイヤの接地面を検出しても
良い。

【００３０】また、手で持てる軽量のポール上端にＧＰ
Ｓアンテナを取付け、このポール下端を接地するように
し、下端を表示しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す図である。

【図２】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す図である。

【図３】 この発明の測地システムの一実施の形態を示
す構成図である。

【図４】 この発明の測地システムの一実施の形態のコ
ンピュータを示す構成図である。

【図５】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図６】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図７】 この発明の測地システムの一実施の形態のモ
ニタ画面を示す図である。

【図８】 この発明の測地システムの一実施の形態のバ
ケットのＧＰＳアンテナの取付け状態を示す図である。

【図９】 この発明の測地システムの一実施の形態の測
地を示す図である。

【図１０】 この発明の測地システムの一実施の形態の
測地を示す図である。

【図１１】 この発明の測地システムの一実施の形態の
測地を示す図である。

【図１２】 この発明の測地システムの一実施の形態の
測地時におけるデータ値とフィルタリングの関係を示す
図である。

【符号の説明】

１１ 土木機械 １１ｆ 監視カメラ １２ 監視局 １２ｋ クリックスイッチ １２ｐ 監視モニタ １３，１６ ＧＰＳアンテナ １４，１７，１９ 受信機 １５，２３ コンピュータ １８ 無線送信機 １８ａ，１９ａ，２２ａ アンテナ ２２ 無線受信機 ２３ａ 工事予定計画管理手段 ２３ｂ ＧＰＳアンテナ位置検出手段 ２３ｃ バケット背部位置検出手段 ２３ｄ 測地データ管理手段 ２３ｅ 測地予定ポイント表示手段 ２３ｆ 分割表示手段 ２４ モニタ ２４ａ 工事予定計画図 ４０ 固定局 ５０ 移動局 ６０ アーム ６１ ロッド ６２ ポール ６３ ブラケット ６４ 側面 Ｂ バケット Ｂａ 甲面部 Ｊ 走行道路 ７０ 正規データ抽出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上面に対する位置データを出力するＧ
   ＰＳアンテナ等の検知手段を、直接またはポール等を介
   して間接的に地上面に接地し、この地上面への接地時の
   検知手段のデータを収集することにより地上面の地形を
   測地する測地システムであって、 上記検知手段の接地部分をモニタに表示させるととも
   に、同一モニタに測地予定ポイントを表示させたことを
   特徴とする測地システム。
2. 【請求項２】 地上面に対する位置データを出力するＧ
   ＰＳアンテナ等の検知手段を、土木機械等の作業車両に
   搭載し、この作業車両の所定部分の地上面への接地時の
   検知手段のデータを収集することにより地上面の地形を
   測地する測地システムであって、 上記作業車両の接地部分をモニタに表示させるととも
   に、同一モニタに測地予定ポイントを表示させたことを
   特徴とする測地システム。
3. 【請求項３】 上記作業車両の所定部分の接地時のデー
   タのうち所定の範囲内のデータだけをフィルタリングで
   抽出して測地データとして出力するようにしたことを特
   徴とする請求項２に記載の測地システム。
4. 【請求項４】 上記測地予定ポイントを、２点間を結ぶ
   直線ラインまたは円弧ラインを複数に分割した位置に設
   定可能としたことを特徴とする請求項２に記載の測地シ
   ステム。