WO2024029163A1 - 測量システム及び測量方法及び測量プログラム - Google Patents

測量システム及び測量方法及び測量プログラム Download PDF

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WO2024029163A1
WO2024029163A1 PCT/JP2023/018934 JP2023018934W WO2024029163A1 WO 2024029163 A1 WO2024029163 A1 WO 2024029163A1 JP 2023018934 W JP2023018934 W JP 2023018934W WO 2024029163 A1 WO2024029163 A1 WO 2024029163A1
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WO
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measurement
surveying
target
measurement point
accuracy
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/018934
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English (en)
French (fr)
Inventor
信幸 西田
崇 田中
将宏 重田
Original Assignee
株式会社トプコン
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00

Definitions

  • the present invention relates to a surveying system, a surveying method, and a surveying program that can measure the three-dimensional coordinates of a desired measurement point.
  • the survey is generally performed using a prism or the like that has retroreflectivity.
  • a prism for example, a pole with a prism at a known position is installed at the measurement point, the prism is leveled via a bubble tube, etc. so that it is located vertically above the measurement point, and then a total station, etc. The prism is being measured using a surveying device.
  • the pole when measuring at the corner of a room, the pole cannot be leveled vertically. Surveying using a prism is difficult if the prism cannot be installed vertically to the measurement point.
  • a surveying device that can measure the corners of a room by installing an inclination angle detector on the pole, detecting the inclination angle of the pole with the inclination angle detector, and correcting the measured value based on the detected inclination angle.
  • a surveying device that can measure the corners of a room by installing an inclination angle detector on the pole, detecting the inclination angle of the pole with the inclination angle detector, and correcting the measured value based on the detected inclination angle.
  • the present invention provides a surveying system, a surveying method, and a surveying program that enable prism surveying even when a prism cannot be installed vertically to a measurement point.
  • the present invention provides a surveying system including a pole, a target device having a known distance from the bottom end of the pole, and a surveying device capable of measuring the target, the bottom end of the pole being set at a predetermined distance. While the pole is aligned with the measurement point, the pole is swung, the surveying device measures the target at at least three points, calculates the three-dimensional coordinates of the virtual measurement point based on the measurement results of each target, and
  • the present invention relates to a surveying system configured to calculate the degree of coincidence between a measurement point and the virtual measurement point as accuracy, and perform a measurement completion operation when the accuracy satisfies a preset threshold.
  • the surveying device takes the distance from the lower end of the pole to the target as a radius, calculates the center of a sphere that fits each measurement result as the measurement point, and normalizes the radius of the sphere as 1.
  • the reference sphere the area of the smallest curved surface including all the points on the surface of the reference sphere is calculated, and the accuracy is calculated based on a comparison between the curved surface and a preset reference curved surface. It is related to the surveying system.
  • the surveying device takes the distance from the lower end of the pole to the target as a radius, calculates the center of a sphere that fits each measurement result as the measurement point, and normalizes the radius of the sphere as 1.
  • calculate the reference sphere convert the point group on the surface of the reference sphere into polar coordinates centered on the average position of the point group, project the point group on the polar coordinates onto a polar coordinate plane, and transform the polar coordinate plane into a circle.
  • Divide into a predetermined number of divided areas in the circumferential direction select the point farthest from the center of the polar coordinate plane from the point group in each divided area, calculate a plane from each selected point group, and compare it with the plane in advance.
  • the present invention relates to a surveying system configured to calculate the accuracy based on comparison with a set reference plane.
  • the surveying device calculates the radius of a sphere that fits the measurement results of at least four points, compares the radius with the distance from the lower end of the pole to the target, and calculates the radius of the sphere that fits the measurement results of at least four points.
  • This relates to a surveying system configured to calculate the accuracy based on the difference with the radius.
  • the surveying device calculates a sphere that fits each measurement result every time the target is measured, and calculates the accuracy based on the distance between the center of the sphere and the center of the previously calculated sphere.
  • This relates to a surveying system configured as follows.
  • the present invention also relates to a surveying system in which the surveying device is configured to calculate a standard deviation based on the distance between the center of the sphere and each measurement result, and correct the accuracy based on the standard deviation. .
  • the present invention also relates to a surveying system in which the surveying device further has a tracking function, and the surveying device is configured to be able to measure the target while tracking it.
  • each time the surveying device measures the target it sequentially calculates spheres that fit the measurement results of at least three consecutively measured targets, and the distance between the centers of each sphere is determined in advance.
  • the present invention relates to a surveying system configured to determine whether the target device is installed at the measurement point based on whether the measurement point converges within a set threshold value.
  • the surveying device measures the target at predetermined time intervals, and each time the target is measured, determines the center of a sphere that fits the measurement results of at least three consecutively measured targets.
  • the present invention relates to a surveying system configured to calculate the virtual measurement point and determine that the target device is installed at the measurement point when the accuracy of the virtual measurement point satisfies the threshold value.
  • the surveying device measures the target at predetermined time intervals, and each time the target is measured, the center of a sphere that fits the measurement result of the target a predetermined time ago is set to the virtual measurement point.
  • the accuracy of the virtual measurement point satisfies the threshold, it is determined that the target device is installed at the measurement point, and the center of the sphere that fits the latest measurement result is calculated as the measurement point. It is related to the constructed surveying system.
  • the surveying device calculates the distance between the targets or the speed of the target based on the measurement result of the target and the measurement result of the target measured one time before, and calculates the distance or speed.
  • This relates to a surveying system configured to compare measurement results with a preset threshold and discard measurement results determined to be equal to or greater than the threshold.
  • the present invention also provides a step of swinging the pole with the lower end of the pole aligned with a predetermined measurement point, and a step of swinging the pole with the lower end of the pole aligned with a predetermined measurement point, and a surveying device provided with at least three points at positions where distances from the lower end of the pole are known. a step of causing the surveying device to calculate three-dimensional coordinates of a virtual measurement point based on the measurement results of each target; and a step of calculating the degree of coincidence between the measurement point and the virtual measurement point as accuracy. and a step of notifying the surveying device of a measurement completion alarm when the accuracy satisfies a preset threshold.
  • the distance between the measurement results of the target measured at the three points and the measurement result of the target measured one time before the three points or This relates to a surveying method in which the speed is less than a preset threshold.
  • the present invention also provides a surveying method in which, in the step of swinging the pole, the pole is swinged so that the target traces a trajectory passing through the three points and one point within a triangle formed by the three points. This is related.
  • the present invention provides a process of measuring a target at least three points, which is set at a position with a known distance from the lower end of the pole, and is swung with the lower end of the pole aligned with the measurement point; A process of calculating the three-dimensional coordinates of a virtual measurement point based on the measurement results, a process of calculating the degree of coincidence between the measurement point and the virtual measurement point as accuracy, and when the accuracy satisfies a preset threshold.
  • This relates to a surveying program that causes a surveying device to execute a process of notifying measurement completion.
  • a surveying system including a pole, a target device having a known distance from the lower end of the pole, and a surveying device capable of measuring the target,
  • the pole is swung while aligned with a predetermined measurement point, and the surveying device measures the target at at least three points, and calculates three-dimensional coordinates of a virtual measurement point based on the measurement results of each target.
  • the degree of coincidence between the measurement point and the virtual measurement point is calculated as accuracy, and when the accuracy satisfies a preset threshold value, the measurement is completed. There is no need to level the target device so that the target is positioned, and it is possible to reduce working time and improve measurement accuracy.
  • the step of swinging the pole with the lower end of the pole aligned with a predetermined measurement point, and the step of causing the surveying device to position the pole at a known distance from the lower end of the pole at at least three points a step of causing the surveying device to measure the provided target; a step of causing the surveying device to calculate three-dimensional coordinates of a virtual measurement point based on the measurement results of each target; and a step of determining the degree of coincidence between the measurement point and the virtual measurement point. and a step of notifying the surveying device of a measurement completion alarm when the accuracy satisfies a preset threshold value, so there is no need to position the target vertically of the measurement point, It is possible to reduce working time and improve measurement accuracy.
  • a process of measuring a target that is provided at a position with a known distance from the lower end of the pole and is swung with the lower end of the pole aligned with the measurement point at at least three points;
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a surveying system according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic block diagram showing a surveying device according to a first embodiment of the present invention.
  • (A) is an explanatory diagram showing the swinging of the target device
  • (B) is an explanatory diagram showing a sphere to be fitted to the measurement results.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating how to determine the accuracy of measurement points according to the first embodiment of the present invention. It is a flowchart explaining the measurement of the surveying system concerning the 1st example of the present invention.
  • (A) and (B) are explanatory diagrams illustrating how to obtain the accuracy of measurement points according to the second embodiment of the present invention.
  • (A) and (B) are explanatory diagrams illustrating how to determine the accuracy of a measurement point according to a third embodiment of the present invention.
  • (A) and (B) are explanatory diagrams illustrating how to obtain the accuracy of a measurement point according to a fourth embodiment of the present invention.
  • (A) and (B) are explanatory diagrams illustrating a method for correcting the accuracy of measurement points according to a fifth embodiment of the present invention.
  • (A), (B), and (C) are explanatory diagrams showing modified examples of the target device. It is an explanatory view showing rocking of a target device concerning a 6th example of the present invention. It is a flowchart explaining the measurement of the surveying system concerning the 6th example of the present invention.
  • FIG. 1 a surveying system according to a first embodiment of the present invention will be described.
  • the surveying system 1 includes a surveying device 2 and a target device 3.
  • the surveying device 2 is, for example, a total station having a tracking function, and includes a leveling section 5 attached to a tripod 4, and a surveying device main body attached to the leveling section 5 and capable of horizontal rotation with respect to the leveling section 5. It consists of 6.
  • the surveying device 2 is installed at a reference point having known three-dimensional coordinates.
  • the leveling unit 5 includes a sensor (not shown) for detecting the inclination of the leveling unit 5 and a motor (not shown) for driving a leveling screw for leveling the leveling unit 5.
  • the leveling section 5 is automatically leveled based on the detection result of the sensor.
  • the surveying device main body 6 has a telescope section 7 that is vertically rotatable with respect to the surveying device main body 6.
  • the telescope section 7 also incorporates a distance measuring section 8 (described later) and a tracking section 9.
  • the distance measuring section 8 is configured to emit distance measuring light 11 onto the distance measuring optical axis and measure the distance to the measuring object based on the reflected distance measuring light reflected by the measuring object.
  • the tracking section 9 emits a tracking light 12 on a tracking optical axis coaxial with the distance measuring light 11 (on the ranging optical axis), and performs tracking based on the reflected tracking light reflected by the object to be measured. It is structured like this.
  • the target device 3 has a rod-shaped pole 14 installed at a measurement point 13, and a prism 15 as a target (measurement object) provided at the upper end of the pole 14.
  • the lower end of the pole 14 has a conical shape whose diameter decreases downward, and the lower end is a pointed tip.
  • the prism 15 is, for example, a full-circle prism having retroreflectivity.
  • the optical center of the prism 15 is located on the axis of the pole 14, and the distance from the lower end of the pole 14 to the optical center of the prism 15 is known.
  • the surveying device 2 includes a horizontal rotation drive section 16 for rotating the surveying device main body 6 with respect to the leveling section 5, and a horizontal angle detector for detecting the rotation angle (horizontal angle) of the surveying device main body 6. 17, a vertical rotation drive unit 18 for rotating the telescope section 7 with respect to the surveying device main body 6, and a vertical angle detector 19 for detecting the rotation angle (vertical angle) of the telescope section 7. have.
  • the surveying device 2 also includes a calculation control section 21, a storage section 22, a display section 23, and an operation section 24.
  • the horizontal rotation drive unit 16 and the vertical rotation drive unit 18 constitute a drive unit of the surveying device 2, and the horizontal angle detector 17 and the vertical angle detector 19 form a drive unit for the distance measuring light 11.
  • An angle measurement unit is configured to detect the direction of irradiation.
  • a CPU specialized for this embodiment a general-purpose CPU, an embedded CPU, a microprocessor, or the like is used.
  • the storage section 22 semiconductor storage memories such as RAM, ROM, Flash ROM, and DRAM, magnetic storage memories such as HDD, optical storage memories such as CDROM, etc. are used.
  • the storage unit 22 stores a sequence program for controlling the measurement operation, a distance measurement program for calculating the distance by the distance measurement operation, and a sequence program for controlling the measurement operation, a distance measurement program for calculating the distance by the distance measurement operation, and a sequence program for controlling the measurement operation based on the detection results of the horizontal angle detector 17 and the vertical angle detector 19.
  • An angle measurement program for calculating the irradiation direction (angle) of the distance measuring light 11 and the tracking light 12 a measurement program for calculating the three-dimensional coordinates of the prism 15 based on the distance and angle, and the leveling section 5.
  • a calculation program for calculating the three-dimensional coordinates of the measurement point an accuracy calculation program for calculating the degree of coincidence between the measurement point 13 and the virtual measurement point as accuracy, a threshold value in which the calculated accuracy is set in advance.
  • Various programs are stored.
  • the storage unit 22 stores data such as measurement data (distance measurement data and angle measurement data) when the prism 15 is measured, and three-dimensional coordinate data of the measurement point 13 calculated based on the measurement data. be done. Further, a threshold value for determining the accuracy of the center position of the sphere with respect to the measurement point 13, which will be described later, is stored. Note that the accuracy indicates how well the position of the virtual measurement point obtained by calculation matches the measurement point 13, that is, the degree of coincidence between the measurement point 13 and the virtual measurement point 13a. There is.
  • the arithmetic control unit 21 develops and executes various programs stored in the storage unit 22, and executes various processes.
  • the arithmetic control unit 21 sights the prism 15 at the telescope unit 7 and starts measuring and tracking the prism 15.
  • the surveying device 2 tracks the prism 15 and performs measurements (distance measurement, angle measurement) of the prism 15 at predetermined intervals, for example, at 20 Hz intervals. Therefore, the three-dimensional coordinates (point group) of a plurality of locations along the locus 25 of the prism 15 are determined. Note that the measurement interval is not limited to 20 Hz, and any appropriate interval such as 10 Hz or 30 Hz can be selected.
  • the timing of distance measurement and the timing of angle measurement with respect to the prism 15 may deviate.
  • the measurement accuracy of the prism 15 can be improved by discarding the measurement results whose timing has shifted.
  • the distance (offset length R) from the lower end of the pole 14 to the optical center of the prism 15 is known.
  • the calculation control unit 21 calculates a sphere 26 whose radius is the offset length R, and fits the sphere 26 to a preset group of at least three consecutive points. As shown in FIG. 3(B), for example, when fitting the sphere 26 based on four points, in the n-th measurement, the prism 15n measured the n-th time, and the prism 15n measured the The prism 15n-1 measured at Fitting the ball 26. That is, the sphere 26 is fitted to the four consecutively measured points one after another.
  • the calculation control unit 21 calculates the sphere 26 that passes through the three-dimensional coordinates of the four measured prisms 15n, 15n-1, 15n-2, and 15n-3, with the offset length R as the radius. do.
  • the calculation control unit 21 sequentially calculates the sphere 26 that fits the four points, and calculates the center of the sphere 26.
  • the calculation control unit 21 determines whether there is a sphere 26 that fits the four points, and whether the distance between the centers of the spheres 26 that are sequentially calculated converges to a preset threshold or less. to decide.
  • the calculation control unit 21 controls the target device 3 to move. It is determined that it is within the range, and the measurement results are discarded. After discarding the measurement results, calculations for the sphere 26 and the center of the sphere 26 are continued.
  • the calculation control unit 21 causes the target device 3 to reach the measurement point 13. It is determined that the lower end of the installed pole 14 matches the measurement point 13.
  • STEP: 05 After installing the target device 3, the operator swings the target device 3 in a predetermined direction at a predetermined angle with the lower end of the pole 14 aligned with the measurement point 13. For example, as shown in FIG. 3(A), the target device 3 is oscillated at ⁇ 15° in a cross shape.
  • the swinging of the target device 3 is not limited to a cross shape; for example, the target device 3 may be tilted so that the prism 15 draws a circle, or the prism 15 draws a figure eight.
  • the target device 3 may be tilted in the same manner. That is, it is sufficient that the swing direction has a two-dimensional spread.
  • the tilting angle of the target device 3 is not limited to ⁇ 15°, and may be larger than 15° or smaller than 15°.
  • the calculation control unit 21 sequentially stores and accumulates the measurement results of the prism 15 as a point group in the storage unit 22 from the time when it is determined that the target device 3 is installed at the measurement point 13.
  • the calculation control unit 21 calculates the sphere 26 that fits the accumulated point group, and calculates the center of the sphere 26 as the virtual measurement point 13a.
  • the calculation control section 21 calculates the accuracy A of the virtual measurement point 13a.
  • the accuracy A of the virtual measurement point 13a is a value indicating the degree of agreement between the calculated virtual measurement point 13a and the actual measurement point 13.
  • the arithmetic control unit 21 controls the prism 15 at four consecutive points on the sphere 26 with the virtual measurement point 13a as the center and the offset length R as the radius, as shown in FIG. 3(B), for example.
  • the accuracy A of the measurement point 13 is calculated based on the spread of the measurement results (point group). That is, after the target device 3 is installed, the calculation control unit 21 calculates the accuracy A of the virtual measurement point 13a based on the spread of all the point groups stored in the storage unit 22.
  • the calculation control unit 21 normalizes the sphere 26 to a reference sphere 27, as shown in FIG.
  • the calculation control unit 21 calculates the area S of the smallest curved surface 29 that includes all the points 28 located on the surface of the reference sphere 27.
  • the curved surface 29 is a curved surface that forms a part of the surface of the reference sphere 27.
  • the storage unit 22 stores a reference curved surface 31 for comparison with the area S.
  • the reference curved surface 31 is a curved surface that forms a part of the surface of the reference sphere 27 and has an area B.
  • the area B has a size that allows desired fitting accuracy to be obtained when the reference sphere 27 is fitted to the point group 28.
  • the calculation control unit 21 calculates the accuracy A of the virtual measurement point 13a based on the area S of the curved surface 29 and the area B of the reference curved surface 31.
  • the calculation control unit 21 determines whether the accuracy A of the virtual measurement point 13a satisfies a predetermined threshold, for example, whether it is 1 or more. to judge. That is, the calculation control unit 21 determines whether the area S is greater than or equal to the area B. When the accuracy is 1 or more, it can be determined that the reference sphere 27 has been fitted to the point group 28 with the desired fitting accuracy.
  • the target device 3 is swung more greatly so that the area S becomes larger, and STEP is performed again. : Execute the process from 05 to STEP: 08. That is, each time the prism 15 is measured, the fitting of the sphere 26 is performed for each measurement result, and the calculation of the virtual measurement point 13a and the fitting of the sphere 26 are performed until the accuracy becomes 1 or more. repeated.
  • the calculation control unit 21 determines that the virtual measurement point 13a is the measurement point It is determined that the result matches or substantially matches 13.
  • the arithmetic control section 21 performs an operation to complete the measurement. Further, the arithmetic control section 21 stores the three-dimensional coordinates of the virtual measurement point 13a whose accuracy A is 1 or more in the storage section 22 as the three-dimensional coordinates of the measurement point 13.
  • the operator is notified of the completion of the measurement by an audible alarm.
  • the accuracy A is from 1, the lower the sound, and the closer the accuracy A is to 1, the higher the sound.
  • the sound may be generated intermittently, and the further the accuracy A is from 1, the higher the sound interval. may be made wider, and the interval between sounds may be made narrower as the accuracy A approaches 1.
  • a light alarm may be used as the measurement completion operation.
  • the light may be blinked, and the frequency of blinking may be increased as the accuracy A deviates from 1, and the frequency of blinking may be decreased as the accuracy A approaches 1. You can change the color of the light at that point.
  • each of the above-mentioned alarms may be issued from the surveying device 2, or may be issued from an alarm notification mechanism separately provided in the target device.
  • the value of area S/area B may be displayed as a percentage on the display section 23, and the value becomes 100% when area S/area B ⁇ 1. Further, as an operation for completing the measurement, the measurement may be simply ended when the accuracy A satisfies the threshold value, or the measurement result may be displayed on the display unit 23. It goes without saying that various measurement completion operations such as sound, light, and display may be combined.
  • the surveying device 2 is tracking and measuring the prism 15
  • the lower end of the pole 14 is aligned with the measurement point 13
  • the target device 3 is The three-dimensional coordinates of the measurement point 13 can be calculated by simply swinging the measurement point 13 so as to have a spread of .
  • the arithmetic control unit 21 determines whether or not there is a sphere 26 that fits at least three consecutively measured points, and whether or not the center of the sphere 26 converges. It is automatically determined whether the target device 3 is installed at the measurement point 13 or not.
  • the sphere 26 is fitted to three points, two three-dimensional coordinates of the center of the sphere 26, that is, the measurement point 13 where the target device 3 is installed, are obtained.
  • the three-dimensional coordinates of the measurement point 13 can be uniquely determined.
  • the first embodiment it is possible to calculate the accuracy indicating how much the virtual measurement point 13a obtained by calculation matches the actual measurement point 13, and the accuracy satisfies the threshold (1 or more). Since only the calculation result (that is, .
  • the arithmetic control unit 21 is configured to notify the operator of a predetermined alarm when the accuracy satisfies the threshold, measurement results that do not satisfy the accuracy threshold will not be obtained, improving measurement accuracy. can be achieved. Moreover, since there is no need to perform measurement processing even after a measurement result with an accuracy that satisfies the threshold value is obtained, it is possible to reduce working time and improve working efficiency.
  • an alarm is notified via the display unit 23, but the worker carries a mobile terminal capable of communicating with the surveying device 2 together with the target device 3, and sends an alarm to the mobile terminal. may be notified.
  • the worker carries a mobile terminal capable of communicating with the surveying device 2 together with the target device 3, and sends an alarm to the mobile terminal. may be notified.
  • the prism 15 when a start instruction is input, measurement and tracking are continued even when the target device 3 is moved and installed.
  • only tracking of the prism 15 may be performed when the target device 3 is moving, and measurement of the prism 15 may be performed after the target device 3 is installed.
  • the sphere 26 that fits a group of at least three consecutive points, or the sphere 26 is fitted to the three points sequentially every time the prism 15 is measured. It is determined whether the target device 3 is moving or installed at the measurement point 13 based on whether the center of the target device 3 converges to a predetermined threshold value or less.
  • the surveying device 2 measures the prism 15 at predetermined time intervals, for example, every 2 seconds, and the calculation control unit 21 continuously measures the prism 15 every time it measures the prism 15.
  • the center of the sphere 26 that fits the measurement results of the at least three prisms 15 measured by the method is calculated as the virtual measurement point 13a, and the accuracy A of the virtual measurement point 13a satisfies a preset threshold. At times, it may be determined that the target device 3 is installed at the measurement point 13.
  • the surveying device 2 measures the prism 15 at predetermined time intervals, and the calculation control unit 21 measures the prism 15 before a predetermined time or a predetermined number of times each time it measures the prism 15.
  • the center of the sphere 26 that fits the measurement result (for example, 5 seconds ago or 5 times ago) is calculated as the virtual measurement point 13a, and the accuracy A of the virtual measurement point 13a satisfies a preset threshold.
  • measurement at the measurement point 13 may be started after a predetermined period of time has elapsed. That is, after a predetermined period of time has elapsed, the arithmetic control section 21 may perform the processing from STEP:05 to STEP:09.
  • FIGS. 6(A) and 6(B) the same parts as those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
  • the method of determining accuracy is different from the first example.
  • the other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the arithmetic control unit 21 converts the point group
  • the average position of 28 points on the reference sphere 27 is calculated, and the three-dimensional coordinates of each point group 28 are converted into polar coordinates ( ⁇ , ⁇ ) with the average position as the pole.
  • the calculation control unit 21 projects the point group 28 onto a polar coordinate plane 32.
  • the calculation control unit 21 divides the polar coordinate plane 32 into n parts in the longitudinal direction ⁇ (n is an integer), and extracts the point farthest from the pole (center) in each of the n divided polar coordinate planes 32, The area S of the plane 33 obtained by connecting the extracted points is calculated.
  • the plane 33 is a part of the polar coordinate plane 32 onto which the point group 28 is projected.
  • the reference plane 34 which has an area B and is compared with the plane 33, is also a plane.
  • a predetermined threshold value for example, 1 or more. determine whether there is.
  • the plane 33 and the reference plane 34 for determining accuracy are both planes. Therefore, regardless of the position in the longitude direction, the angular difference in latitude can be expressed as an equivalent distance. That is, for example, since the distances of 10 degrees (latitude) near the poles and 10 degrees (latitude) near the equator on the reference sphere 27 can be made approximately equal, errors in determining the spread of the point group 28 can be reduced. , the accuracy of accuracy A can be improved.
  • the accuracy of the virtual measurement point 13a is calculated, the accuracy is compared with a threshold value, and only the virtual measurement point 13a when the accuracy satisfies the threshold value (1 or more) is calculated. is adopted. Therefore, the measurement accuracy of the measurement point 13 can be improved.
  • the point group 28 of the reference sphere 27 is converted into polar coordinates and the point group is projected onto the polar coordinate plane 32, but the method for projecting onto the plane is the same as the above method. It is not limited. For example, a projection method in which the intervals in the latitudinal direction are not equal can also be used, such as the azimuth stereographic projection.
  • FIGS. 7(A) and 7(B) 7(A) and 7(B) that are equivalent to those in FIG. 6(A) and FIG. 6(B) are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.
  • the arithmetic control unit 21 controls each A sphere 36 that fits the point group 35 which is the measurement result of the prism 15 is calculated.
  • the point group 35 includes at least four points, and the radius r of the sphere 36 is unknown.
  • the calculation control unit 21 calculates the three-dimensional coordinates of the center of the sphere 36 as the three-dimensional coordinates of the measurement point 13. Note that the measurement point 13 at this time is a virtual measurement point 13a, and does not necessarily match the measurement point 13 described above.
  • the length of the offset length R which is the length of the pole 14 (see FIG. 1), is known.
  • the calculation control unit 21 calculates the accuracy of the virtual measurement point 13a based on the radius r of the sphere 36 and the known offset length R.
  • the accuracy in the third embodiment is based on the fact that the closer the radius r of the sphere 36 and the offset length R become, the higher the accuracy of the virtual measurement point 13a becomes. be. Therefore, the closer the accuracy A approaches 1, the higher the measurement accuracy of the measurement point 13 can be.
  • the calculation control unit 21 determines whether the accuracy A satisfies a preset threshold. For example, the arithmetic control unit 21 determines whether the difference between accuracy A and 1 is less than or equal to a threshold value. If the difference between accuracy A and 1 is determined to be less than or equal to a predetermined threshold, an alarm is sent to notify the completion of the measurement.
  • the accuracy of the virtual measurement point 13a is calculated, the accuracy is compared with a threshold value, and the three-dimensional coordinates of the virtual measurement point 13a whose accuracy satisfies the threshold value are calculated from the measurement point 13a.
  • the three-dimensional coordinates of Therefore, the measurement accuracy of the measurement point 13 can be improved.
  • FIGS. 8(A) and 8(B) 8(A) and 8(B) that are equivalent to those in FIG. 6(A) and FIG. 6(B) are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.
  • the calculation control unit 21 calculates the three-dimensional coordinates P(n) of the virtual measurement point 13a calculated the nth time, and the previous virtual measurement point calculated the previous time (n-1st time). The accuracy of the virtual measurement point 13a is calculated based on the three-dimensional coordinate P(n-1) of the virtual measurement point 13b.
  • the accuracy in the fourth embodiment is based on the fact that the smaller the distance between the virtual measurement point 13a and the previous virtual measurement point 13b, the higher the accuracy of the virtual measurement point 13a. This is what I did.
  • the calculation control unit 21 determines whether the accuracy A satisfies a preset threshold. For example, the calculation control unit determines whether the accuracy A is less than or equal to a threshold value (distance T). If the accuracy A is determined to be less than or equal to a predetermined threshold, the arithmetic control unit 21 stores the virtual measurement point 13a in the storage unit 22 as the measurement result of the measurement point 13, and also stores the virtual measurement point 13a as the measurement result of the measurement point 13. Notify alarm.
  • a threshold value distance T
  • the accuracy of the virtual measurement point 13a is calculated, the accuracy is compared with a threshold value, and the virtual measurement point 13a whose accuracy is determined to satisfy the threshold value is selected as the measurement point 13a. It is said that Therefore, the measurement accuracy of the measurement point 13 can be improved.
  • the virtual measurement point 13a is compared with the virtual measurement point 13b measured one time before, but the virtual measurement point 13a and the virtual measurement point 13b measured a predetermined number of times ago are compared. Needless to say, it may be compared with point 13n.
  • the accuracy of the virtual measurement point 13a may be determined not only by area or distance, but also by using aspect ratio (distribution bias), whether the vicinity of the center is measured, etc., or a combination thereof. .
  • FIGS. 9(A) and 9(B) 9(A) and 9(B) that are equivalent to those in FIG. 6(A) and FIG. 6(B) are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.
  • the fifth embodiment corrects the calculated accuracy A to reduce the factors that reduce the accuracy of the accuracy A, and is combined with the accuracy calculations in the first to fourth embodiments. It is carried out together.
  • the calculation control unit 21 (see FIG. 2) corrects the accuracy A calculated by any of the methods of the first to fourth embodiments, and corrects the virtual measurement point 13a.
  • the calculated accuracy A' is calculated.
  • the distances between the calculated virtual measurement point 13a and each point group 39 are determined. Further, the distance difference d between the determined distance and the offset length R is expressed as ⁇ , and the standard deviation ⁇ R is determined based on the variance of each point group 39.
  • a total station having a tracking function is used as the surveying device 2, but the present invention is not limited to this.
  • the prism 15 at three or more points may be manually measured using a total station that does not have a tracking function, and the virtual measurement point 13a and the accuracy A may be calculated based on the plurality of measurement results. .
  • a three-dimensional laser scanner In addition to the total station, a three-dimensional laser scanner, distance measuring camera, stereo camera, etc. can be used as a surveying device.
  • the surveying device 2 has a tracking section 9 that emits tracking light 12 and performs tracking based on the reflected tracking light reflected by the target, but it is also possible to track the target with a camera, or The object to be measured may be tracked based on coordinate signals of GPS or GNSS provided separately in the target device 3.
  • the target may be a one-element prism or a reflective sheet wound around the pole 14.
  • the target when using a laser scanner or a distance measuring camera, the target may be a reflector having a characteristic shape such as a sphere, cube, or disk provided on the pole 14, as shown in Patent Document 2. You can.
  • the target when using a camera or a stereo camera, the target may be a recognition pattern such as an AR marker or a QR code (registered trademark) provided on the pole 14.
  • the prism 15 is provided on the rod-shaped pole 14 such as a cylinder or a square column, but the pole 14 is not limited to the rod-shape.
  • the distance from the lower end of the pole 14 that coincides with the measurement point 13 to the optical center of the prism 15, that is, the offset length R, is known, and it is sufficient that the offset length R does not change. Therefore, the pole 14 provided with the prism 15 may be a curved rigid body, as shown in FIG. 10(A), for example.
  • a prism unit 42 detachable from the shaft end of a general-purpose writing instrument 41 as shown in FIG. 10(B) may be used.
  • the prism unit 42 has an attachment part 43 for attaching to and detaching from the writing instrument 41, and a prism 15 fixed to the attachment part 43.
  • the writing instrument 41 acts as a pole. do. Therefore, the writing instrument 41 and the prism unit 42 can be used in the same way as the target device 3.
  • the prism 15, which is a full-circumference prism, is fixedly provided on the pole 14, but as shown in FIG. 10(C), a gimbal mechanism is used. 44 may be provided to the pole 14.
  • the gimbal mechanism 44 By using the gimbal mechanism 44, the prism 15 can be provided so as to always face in a substantially horizontal direction regardless of the inclination of the pole 14, so even if the prism 15 is a one-element prism, The surveying device 2 can constantly measure and track the prism 15.
  • the gimbal mechanism 44 described above is configured to maintain the substantially horizontal position regardless of the inclination of the pole 14, a gimbal mechanism that maintains the orientation (direction) as well as the horizontal position may be used.
  • the measurement result (three-dimensional coordinates) obtained when the prism 15 is oscillated at a high speed, that is, when the distance measurement position and the angle measurement position are far apart, is used for measurement with low accuracy.
  • the configuration is such that only the highly accurate measurement results are discarded and used for calculation of the measurement points 13.
  • STEP: 11 to STEP: 14 are the same as STEP: 01 to STEP: 04 in FIG. 5, and STEP: 17 to STEP: 20 are the same as STEP: 06 to STEP: 09. Since there is, I will omit the explanation.
  • the moving speed, moving distance, or acceleration of the prism 15 is 0 at least at any three points.
  • the target device 3 is swung so that the value is less than a preset threshold.
  • the target device 3 is swung so that the direction vectors 51 when the prisms 15 move to adjacent points intersect with each other at a predetermined angle of 0° or more. .
  • the target device 3 is swung so that the prism 15 draws a triangular locus passing through the first point 52a to the third point 52c.
  • the prism 15 moves from the second point 52b to the third point 52c.
  • the moving speed becomes 0 or less than the threshold value.
  • a direction vector 51a from the first point 52a to the second point 52b and a direction vector 51b from the second point 52b to the third point 52c form a predetermined angle and intersect at the second point 52b.
  • the direction vector 51b and the direction vector 51c from the third point 52c toward the first point 52a form a predetermined angle and intersect at the third point 52c.
  • the direction vector 51c and the direction vector 51a form a predetermined angle and intersect at the first point 52a.
  • the target device 3 is oscillated so that the prism 15 traces a triangular locus passing through three points (vertices) from the first point 52a to the third point 52c.
  • the target device 3 may be swung so that the prism 15 draws a rectangular trajectory passing through four arbitrary points, or may be swung so that the prism 15 draws a pentagonal trajectory passing through five arbitrary points. You can.
  • the target device 3 may be oscillated so as to start from any one point and draw a trajectory passing through at least four points surrounding the one point with three triangles.
  • the target device 3 is oscillated so as to draw a trajectory starting from an arbitrary point and passing through at least four points, including three points including the one point and one point within a triangle formed by the three points. You can. Note that it is desirable that one point within the triangle is at or near the center of the triangle.
  • the target device 3 may be swung in a cross shape. When the target device 3 is swung crosswise, the direction vector 51 is reversed at four points. Alternatively, the acceleration of the prism 15 is reversed at four points of the cross.
  • the calculation control unit 21 determines whether the speed or distance obtained based on the measurement result of the prism 15 is less than a predetermined threshold. , only measurement results that are less than the threshold (measurement results that satisfy the threshold) are acquired, and measurement results that are greater than or equal to the threshold (measurement results that do not satisfy the threshold) are discarded.
  • the arithmetic control unit 21 outputs the nth measurement result (three-dimensional coordinates) of the prism 15 and the n-1th measurement result of the previous measurement. It is configured to determine whether the distance from the measured result (three-dimensional coordinates) of the prism 15 is equal to or greater than a predetermined threshold, and to discard the measured result equal to or greater than the threshold.
  • the calculation control unit 21 is stored in the storage unit 22 (see FIG. 2) as a highly accurate measurement result. Further, if the distance between the n-th measurement result and the (n-1)th measurement result is 5 mm or more, the calculation control section 21 discards the n-th measurement result as a measurement result with low accuracy. Note that the speed may be calculated based on the measurement interval and distance, and the speed may be used as a threshold value.
  • the surveying device 2 may be provided with a timer (not shown), and the calculation control unit 21 may set the timer to the time from the start of tracking of the prism 15 to the end of tracking. Have them measure the running time. Furthermore, each time the calculation control unit 21 executes the measurement of the prism 15, the calculation control unit 21 associates the measurement result of the prism 15 with the time of measurement, and stores it in the storage unit 22. Further, the arithmetic control unit 21 calculates the distance based on the distance between the n-th measurement result and the (n-1)th measurement result, and the time difference between the n-th measurement time and the n-1th measurement time. The speed of the prism 15 is calculated.
  • the calculation control unit 21 is configured to determine whether the calculated speed of the prism 15 is greater than or equal to a predetermined threshold, and to discard measurement results that are greater than or equal to the threshold.
  • the arithmetic control unit 21 uses the n-th measurement result to achieve a high precision that satisfies the threshold. It is stored in the storage unit 22 as a measurement result. Further, if the speed of the prism 15 from the (n-1)th measurement position to the n-th measurement position is greater than or equal to the threshold value, the calculation control unit 21 determines that the n-th measurement result is a measurement result with low accuracy. will be discarded as
  • the distance and speed thresholds can be satisfied. That is, in FIG. 11, only the measurement results of the first point 52a to the third point 52c or the measurement results around the first point 52a to the third point 52c are obtained, and STEP 17 to It is used for the calculation in STEP:19.
  • the position of the prism 15 at the time of distance measurement and the position of the prism 15 at the time of angle measurement are determined. Even if the timing of distance measurement and angle measurement is different, the measurement result that satisfies the threshold value is discarded. Only measurement results in which there is no distance from the position of the prism 15 are acquired.
  • the center of the sphere 26, that is, the three-dimensional coordinates of the measurement point 13 can be calculated using only highly accurate measurement results, the calculation accuracy of the measurement point 13 can be improved.
  • the target device 3 is oscillated so that the prism 15 draws a triangular trajectory passing through three points, the first point 52a to the third point 52c. That is, the target device 3 is oscillated so that the moving time of the prism 15 is minimized while securing the three-dimensional coordinates of the points necessary for calculation of the sphere 26.
  • the measurement time for determining the three-dimensional coordinates of the measurement point 13 can be shortened, and work efficiency can be improved.
  • the sixth embodiment has a configuration in which the swinging method in STEP: 15 and the acquisition of only measurement results that satisfy the threshold in STEP: 16 are added to the measurement method of the first embodiment. It goes without saying that the sixth embodiment may be applied to the embodiments to the fifth embodiment.

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Abstract

ポール（１４）と、該ポールの下端からの距離が既知であるターゲット（１５）とを有するターゲット装置（３）と、前記ターゲットを測定可能な測量装置（２）とを有する測量システム（１）であって、前記ポールの下端を所定の測定点（１３）に合致させた状態で、前記ポールを揺動させ、前記測量装置は少なくとも３点で前記ターゲットを測定し、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算し、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算し、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了の動作を行う様構成された。

Description

測量システム及び測量方法及び測量プログラム
　本発明は、所望の測定点の３次元座標を測量可能な測量システム及び測量方法及び測量プログラムに関するものである。
　所望の測定点の測量を行う際には、一般的に再帰反射性を有するプリズム等を用いて測量が行われている。プリズムを用いるプリズム測量では、例えば、既知の位置にプリズムを設けたポールを測定点に設置し、気泡管等を介してプリズムが測定点の鉛直上に位置する様整準した後、トータルステーション等の測量装置によりプリズムを測定している。
　然し乍ら、複数の測定点でプリズム測量を行う場合、測定点を移動する毎に整準を行う必要がある為、測定に時間を要し、作業性が悪い。
　又、部屋の角を測定点とする場合等、ポールを鉛直に整準できない。プリズムを測定点の鉛直上に設置できない場合には、プリズムを用いた測量が困難である。
　更に、ポールに傾斜角検出器を設け、傾斜角検出器によってポールの傾斜角を検出し、検出した傾斜角に基づき測定値を補正することで、部屋の角等を測定可能とする測量装置もある。然し乍ら、該測量装置は、どの方向に傾斜するかによって測定結果に誤差を生じる場合があり、更にプリズムが隠れてプリズムを視準できなくなる場合がある。
特開２００２－２２４４３号公報 特開２０２０－３８１８０号公報
　本発明は、プリズムを測定点の鉛直上に設置できない場合であっても、プリズム測量を可能とする測量システム及び測量方法及び測量プログラムを提供するものである。
　本発明は、ポールと、該ポールの下端からの距離が既知であるターゲットとを有するターゲット装置と、前記ターゲットを測定可能な測量装置とを有する測量システムであって、前記ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させ、前記測量装置は少なくとも３点で前記ターゲットを測定し、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算し、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算し、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了の動作を行う様構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離を半径とし、各測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算し、前記球の半径を１として規格化した基準球を演算し、該基準球の表面の点群を全て含む最小の曲面の面積を演算し、該曲面と予め設定された基準曲面との比較に基づき前記確度を演算する様構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離を半径とし、各測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算し、前記球の半径を１として規格化した基準球を演算し、該基準球の表面の点群を該点群の平均位置を中心とする極座標へと変換し、該極座標上の点群を極座標平面に投影し、該極座標平面を円周方向に所定数の分割エリアに分割し、各分割エリア内の点群からそれぞれ前記極座標平面の中心から最も離れた点を選択し、選択した各点群により平面を演算し、該平面と予め設定された基準面との比較に基づき前記確度を演算する様に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、少なくとも４点の測定結果にフィッティングする球の半径を演算し、該半径と前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離とを比較し、該距離と前記球の半径との差に基づき前記確度を演算する様に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記ターゲットを測定する毎に各測定結果にフィッティングする球を演算し、該球の中心と前回演算された球の中心との距離に基づき前記確度を演算する様に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記球の中心と各測定結果との距離に基づき標準偏差を演算し、該標準偏差に基づき前記確度を補正する様構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、追尾機能を更に有し、前記測量装置は前記ターゲットを追尾しつつ測定可能に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記ターゲットを測定する毎に、連続して測定された少なくとも３つの前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球を順次演算し、各球の中心間の距離が予め設定された閾値の範囲内に収束するかに基づき、前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたかどうかを判断する様構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、所定時間間隔毎に前記ターゲットを測定し、該ターゲットを測定する毎に、連続して測定された少なくとも３つの前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球の中心を前記仮想の測定点として演算し、該仮想の測定点の確度が前記閾値を満たした時に前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたと判断する様に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、所定時間間隔毎に前記ターゲットを測定し、該ターゲットを測定する毎に、所定時間前の前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球の中心を前記仮想の測定点として演算し、該仮想の測定点の確度が前記閾値を満たした時に前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたと判断し、最新の測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算する様構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、前記測量装置は、前記ターゲットの測定結果と、１回前に測定された前記ターゲットの測定結果に基づき該ターゲット間の距離又は該ターゲットの速度を演算し、前記距離又は速度を予め設定した閾値と比較し、閾値以上と判断された測定結果を破棄する様に構成された測量システムに係るものである。
　又本発明は、ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させる工程と、測量装置に少なくとも３点で前記ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられたターゲットを測定させる工程と、前記測量装置に各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算させる工程と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算させる工程と、前記測量装置に前記確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了のアラームを通知させる工程とを有する測量方法に係るものである。
　又本発明は、前記ポールを揺動させる工程では、前記３点で測定された前記ターゲットの測定結果と、前記３点の１回前に測定された前記ターゲットの測定結果との間の距離又は速度が予め設定された閾値未満となる測量方法に係るものである。
　又本発明は、前記ポールを揺動させる工程では、前記ターゲットが前記３点と、該３点で形成される三角形内の１点を通る軌跡を描く様に前記ポールを揺動させる測量方法に係るものである。
　更に又本発明は、ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられ、該ポールの下端が測定点と合致した状態で揺動されるターゲットを少なくとも３点で測定する処理と、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算する処理と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算する処理と、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了を通知する処理とを測量装置に実行させる測量プログラムに係るものである。
　本発明によれば、ポールと、該ポールの下端からの距離が既知であるターゲットとを有するターゲット装置と、前記ターゲットを測定可能な測量装置とを有する測量システムであって、前記ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させ、前記測量装置は少なくとも３点で前記ターゲットを測定し、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算し、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算し、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了の動作を行う様構成されたので、前記測定点の鉛直上に前記ターゲットが位置する様前記ターゲット装置を整準する必要がなくなり、作業時間の短縮及び測定精度の向上を図ることができる。
　又本発明によれば、ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させる工程と、測量装置に少なくとも３点で前記ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられたターゲットを測定させる工程と、前記測量装置に各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算させる工程と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算させる工程と、前記測量装置に前記確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了のアラームを通知させる工程とを有するので、前記測定点の鉛直上に前記ターゲットを位置させる必要がなくなり、作業時間の短縮及び測定精度の向上を図ることができる。
　更に又本発明によれば、ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられ、該ポールの下端が測定点と合致した状態で揺動されるターゲットを少なくとも３点で測定する処理と、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算する処理と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算する処理と、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了を通知する処理とを測量装置に実行させるので、前記測定点の鉛直上に前記ターゲットを位置させる必要がなくなり、作業時間の短縮及び測定精度の向上を図ることができる。
本発明の第１の実施例に係る測量システムを示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係る測量装置を示す概略ブロック図である。 （Ａ）はターゲット装置の揺動を示す説明図であり、（Ｂ）は測定結果にフィッティングさせる球を示す説明図である。 本発明の第１の実施例に係る測定点の確度の求め方を説明する説明図である。 本発明の第１の実施例に係る測量システムの測定を説明するフローチャートである。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第２の実施例に係る測定点の確度の求め方を説明する説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第３の実施例に係る測定点の確度の求め方を説明する説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第４の実施例に係る測定点の確度の求め方を説明する説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の第５の実施例に係る測定点の確度の補正方法を説明する説明図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、ターゲット装置の変形例を示す説明図である。 本発明の第６の実施例に係るターゲット装置の揺動を示す説明図である。 本発明の第６の実施例に係る測量システムの測定を説明するフローチャートである。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
　先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る測量システムについて説明する。
　測量システム１は、測量装置２と、ターゲット装置３とを有している。前記測量装置２は、例えば追尾機能を有するトータルステーションであり、三脚４に取付けられる整準部５と、該整準部５に取付けられ、該整準部５に対して水平回転可能な測量装置本体６とから構成される。前記測量装置２は、既知の３次元座標を有する基準点に設置されている。
　前記整準部５は、該整準部５の傾斜を検出する為のセンサ（図示せず）と、該整準部５を整準する整準ネジを駆動する為のモータ（図示せず）を有しており、前記センサの検出結果に基づき自動で前記整準部５の整準を行う様になっている。
　前記測量装置本体６は、該測量装置本体６に対して垂直回転可能な望遠鏡部７を有している。又、該望遠鏡部７は測距部８（後述）と追尾部９とを内蔵している。該測距部８は測距光軸上に測距光１１を射出し、測定対象物で反射された反射測距光に基づき測定対象物迄の距離を測定する様に構成されている。又、前記追尾部９は、前記測距光１１と同軸な追尾光軸上（測距光軸上）に追尾光１２を射出し、測定対象物で反射された反射追尾光に基づき追尾を行う様に構成されている。
　前記ターゲット装置３は、測定点１３に設置された棒状のポール１４と、該ポール１４の上端に設けられたターゲット（測定対象物）としてのプリズム１５とを有している。前記ポール１４の下端部は、下方に向って縮径する錐状であり、下端は尖端となっている。前記プリズム１５は、例えば再帰反射性を有する全周プリズムである。該プリズム１５の光学中心は前記ポール１４の軸心上に位置し、該ポール１４の下端から前記プリズム１５の光学中心迄の距離は既知となっている。
　次に、図２に於いて、前記測量装置２の構成について説明する。
　該測量装置２は、前記測量装置本体６を前記整準部５に対して回転させる為の水平回転駆動部１６と、前記測量装置本体６の回転角（水平角）を検出する水平角検出器１７と、前記望遠鏡部７を前記測量装置本体６に対して回転させる為の鉛直回転駆動部１８と、前記望遠鏡部７の回転角（鉛直角）を検出する為の鉛直角検出器１９とを有している。又、前記測量装置２は、演算制御部２１、記憶部２２、表示部２３、操作部２４を有している。
　尚、前記水平回転駆動部１６と前記鉛直回転駆動部１８とにより、前記測量装置２の駆動部が構成され、前記水平角検出器１７と前記鉛直角検出器１９とにより前記測距光１１の照射方向を検出する為の測角部が構成される。
　前記演算制御部２１としては、本実施例に特化されたＣＰＵ、或は汎用性ＣＰＵ、埋込みＣＰＵ、マイクロプロセッサ等が用いられる。又、前記記憶部２２としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ、ＤＲＡＭ等の半導体記憶メモリ、ＨＤＤ等の磁気記憶メモリＣＤＲＯＭ等の光学記憶メモリ等が用いられる。
　前記記憶部２２には、測定作動を制御する為のシーケンスプログラム、測距作動により距離を演算する為の測距プログラム、前記水平角検出器１７と前記鉛直角検出器１９の検出結果に基づき前記測距光１１と前記追尾光１２の照射方向（角度）を演算する為の測角プログラム、距離と角度に基づき前記プリズム１５の３次元座標を演算する為の測定プログラム、前記整準部５に整準を行わせる為の整準プログラム、前記追尾部９に前記プリズム１５を追尾させる為の追尾プログラム、前記プリズム１５の少なくとも異なる３箇所の測定結果（測距結果及び測角結果）に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算する為の演算プログラム、前記測定点１３と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算する為の確度演算プログラム、演算された確度が予め設定された閾値を満たすことを通知する為の通知プログラム、前記水平回転駆動部１６、前記鉛直回転駆動部１８等を制御する為の駆動制御プログラム、測定結果等を前記表示部２３に表示させる為の表示プログラム等の各種プログラムが格納される。
　又、前記記憶部２２には、前記プリズム１５を測定した際の測定データ（測距データ及び測角データ）、測定データに基づき演算された前記測定点１３の３次元座標データ等のデータが格納される。又、後述する前記測定点１３に対する球の中心位置の確度を判断する為の閾値が格納される。尚、前記確度とは、演算により求められた仮想の測定点の位置が前記測定点１３とどれだけ合致しているか、即ち該測定点１３と前記仮想の測定点１３ａとの一致度を示している。前記演算制御部２１は、前記記憶部２２に格納された各種プログラムを展開、実行し、各種処理を実行する。
　次に、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４及び図５のフローチャートを参照して、前記測量システムを用いた測定について説明する。
　ＳＴＥＰ：０１　先ず、前記演算制御部２１は、前記望遠鏡部７に前記プリズム１５を視準し、該プリズム１５に対する測定と追尾を開始させる。
　前記測量装置２は、前記プリズム１５を追尾しつつ、所定の間隔、例えば２０Ｈｚ間隔で前記プリズム１５の測定（測距、測角）を実行する。従って、前記プリズム１５の軌跡２５に沿った複数箇所の３次元座標（点群）が求められる。尚、測定の間隔は２０Ｈｚに限定されるものではなく、１０Ｈｚ、３０Ｈｚ等適宜な間隔を選択することができる。
　尚、前記プリズム１５の測定に於いて、該プリズム１５に対する測距のタイミングと測角のタイミングとがずれる場合がある。この場合、タイミングがずれた測定結果を破棄することで、前記プリズム１５の測定精度の向上が図れる。
　ＳＴＥＰ：０２　前記測量装置２に前記プリズム１５を追尾させた状態で、作業者は前記ターゲット装置３を所定の前記測定点１３に向って搬送する。
　ＳＴＥＰ：０３　前記ポール１４の下端から前記プリズム１５の光学中心迄の距離（オフセット長Ｒ）は既知となっている。前記演算制御部２１は、オフセット長Ｒを半径とする球２６を演算し、予め設定された少なくとも連続する３点の点群に対して該球２６をフィッティングさせる。図３（Ｂ）に示される様に、例えば４点に基づき前記球２６をフィッティングさせる場合、ｎ回目の測定に於いてはｎ回目に測定された前記プリズム１５ｎ、１回前のｎ－１回目に測定された前記プリズム１５ｎ-1、２回前のｎ－２回目に測定された前記プリズム１５ｎ-2、３回前のｎ－３回目に測定された前記プリズム１５ｎ-3の４点に前記球２６をフィッティングさせる。即ち、連続して測定された４点に前記球２６を順次フィッティングさせる。
　或は、前記演算制御部２１は、前記オフセット長Ｒを半径とし、測定された４点の前記プリズム１５ｎ，１５ｎ-1，１５ｎ-2，１５ｎ-3の３次元座標を通る前記球２６を演算する。
　又、前記演算制御部２１は、前記プリズム１５が測定される毎に、４点にフィッティングする前記球２６を順次演算すると共に、前記球２６の中心を演算する。
　ＳＴＥＰ：０４　前記演算制御部２１は、前記４点にフィッティングする前記球２６が存在するか、又順次演算される該球２６の中心間の距離が予め設定された閾値以下に収束するかどうかを判断する。
　前記４点にフィッティングする前記球２６が演算できなかった場合、或は順次演算した前記球２６の中心が前記閾値以下に収束しない場合には、前記演算制御部２１は、前記ターゲット装置３が移動中であると判断し、測定結果を破棄する。測定結果の破棄後は、前記球２６の演算及び該球２６の中心の演算を続行する。
　又、前記４点にフィッティングする前記球が存在し、前記球２６の中心が予め設定された閾値以下に収束する場合には、前記演算制御部２１は、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置された、即ち前記ポール１４の下端が前記測定点１３に合致していると判断する。
　ＳＴＥＰ：０５　前記ターゲット装置３の設置後、前記ポール１４の下端を前記測定点１３に合致させた状態で、作業者は所定の方向に所定の角度で前記ターゲット装置３を揺動させる。例えば、図３（Ａ）に示される様に、十字状に、±１５°で前記ターゲット装置３を揺動させる。
　尚、該ターゲット装置３の揺動は十字状に限られるものではなく、例えば前記プリズム１５が円を描く様に前記ターゲット装置３を傾動させてもよいし、前記プリズム１５が８の字を描く様に前記ターゲット装置３を傾動させてもよい。即ち、揺動方向が２次元の広がりを持っていればよい。更に、該ターゲット装置３の傾動角度は±１５°に限られるものではなく、１５°よりも大きくてもよいし、１５°よりも小さくてもよい。
　前記演算制御部２１は、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置されたと判断した時点から、前記プリズム１５の測定結果を点群として順次前記記憶部２２に格納し、蓄積する。
　ＳＴＥＰ：０６　前記演算制御部２１は、蓄積された点群にフィッティングする前記球２６を演算し、該球２６の中心を仮想の測定点１３ａとして演算する。
　ＳＴＥＰ：０７　前記仮想の測定点１３ａの演算後、前記演算制御部２１は、前記仮想の測定点１３ａの確度Ａを演算する。ここで、前記仮想の測定点１３ａの確度Ａとは、演算された前記仮想の測定点１３ａが実際の前記測定点１３とどれだけ一致しているか一致度を示す値である。
　前記演算制御部２１は、例えば図３（Ｂ）に示される様な、前記仮想の測定点１３ａを中心とし、オフセット長Ｒを半径とする前記球２６上での連続する４点の前記プリズム１５の測定結果（点群）の広がりに基づき、前記測定点１３の確度Ａを演算する。即ち、前記演算制御部２１は、前記ターゲット装置３の設置後に、前記記憶部２２に格納された全ての点群の広がりに基づき前記仮想の測定点１３ａの確度Ａを求める。
　上記の方法では、先ず前記演算制御部２１は、図４に示される様に、前記球２６を基準球２７へと規格化する。該基準球２７は、オフセット長Ｒ＝１として規格化し、前記仮想の測定点１３ａを中心とし、１を半径とする球である。即ち、前記プリズム１５を測定して得られると共に、前記球２６の表面に位置する前記点群の３次元座標を、前記仮想の測定点１３ａを中心とし、前記基準球２７の表面に位置する点群２８へと変換する。
　次に、前記演算制御部２１は、前記基準球２７の表面に位置する全ての点群２８を含む最小の曲面２９の面積Ｓを演算する。該曲面２９は、前記基準球２７の表面の一部をなす曲面となっている。尚、前記記憶部２２には、前記面積Ｓとの比較を行う為の基準曲面３１が格納される。該基準曲面３１は、面積Ｂを有する前記基準球２７の表面上の一部をなす曲面である。ここで、面積Ｂは、前記点群２８に前記基準球２７をフィッティングさせた際に、所望のフィッティング精度が得られる大きさとなっている。
　前記仮想の測定点１３ａの確度Ａは、確度Ａ＝面積Ｓ／面積Ｂで表すことができる。前記演算制御部２１は、前記曲面２９の面積Ｓと前記基準曲面３１の面積Ｂとに基づき、前記仮想の測定点１３ａの確度Ａを演算する。
　ＳＴＥＰ：０８　前記仮想の測定点１３ａの確度Ａが演算されると、前記演算制御部２１は、前記仮想の測定点１３ａの確度Ａが所定の閾値を満たしたかどうか、例えば１以上であるかどうかを判断する。即ち、前記演算制御部２１は、面積Ｓが面積Ｂ以上かどうかを判断する。確度が１以上となることで、前記点群２８に対して前記基準球２７を所望のフィッティング精度でフィッティングできたと判断することができる。
　確度Ａが１未満、即ち面積Ｓの大きさが面積Ｂよりも小さく、閾値を満たさないと判断された場合には、面積Ｓが大きくなる様前記ターゲット装置３をより大きく揺動させ、再度ＳＴＥＰ：０５～ＳＴＥＰ：０８の処理を実行する。即ち、前記プリズム１５の測定が行われる毎に、各測定結果に対して前記球２６のフィッティングが実行され、確度が１以上となる迄前記仮想の測定点１３ａの演算及び前記球２６のフィッティングが繰返される。
　ＳＴＥＰ：０９　確度Ａが１以上、即ち面積Ｓの大きさが面積Ｂ以上であり、閾値を満たすと判断された場合には、前記演算制御部２１は、前記仮想の測定点１３ａが前記測定点１３と一致又は略一致したと判断する。前記演算制御部２１は、測定完了の動作を行う。又、前記演算制御部２１は、確度Ａが１以上となった前記仮想の測定点１３ａの３次元座標を前記測定点１３の３次元座標として前記記憶部２２に格納する。
　測定完了の動作としては、例えば、音によるアラームによって作業者に測定完了を通知する。例えば、確度Ａが１から離れる程音を低くし、確度Ａが１に近づく程音が高くなる様にしてもよいし、断続的に音を発生させ、確度Ａが１から離れる程音の間隔を広くし、確度Ａが１に近づく程音の間隔を狭くしてもよい。
　或は、測定完了の動作として、光によるアラームを用いてもよい。光を用いる場合には、例えば光を点滅させ、確度Ａが１から離れる程点滅の周波数を大きくし、確度Ａが１に近づく程点滅の周波数を小さくしてもよいし、確度Ａが１となった時点で光の色を変えてもよい。尚、上記した各アラームは、前記測量装置２から発せられてもよいし、前記ターゲット装置に別途設けたアラーム通知機構から発せられてもよい。
　又、測定完了の動作として、面積Ｓ／面積Ｂの値を百分率で前記表示部２３に表示し、面積Ｓ／面積Ｂ≦１となった時に１００％となる様にしてもよい。更に、測定完了の動作として、確度Ａが閾値を満たした時に、単に測定を終了してもよいし、前記表示部２３に測定結果を表示してもよい。尚、音や光、表示等の種々の測定完了の動作を組合わせてもよいのは言う迄もない。
　作業者は、アラームの通知に基づき、他にも測定すべき測定点が存在する場合には、ＳＴＥＰ：０２～ＳＴＥＰ：０９の処理を繰返す。又、他に測定すべき測定点が存在しない場合には、測定処理を終了する。
　上述の様に、第１の実施例では、前記測量装置２により前記プリズム１５を追尾及び測定させた状態で、前記ポール１４の下端を前記測定点１３に合致させ、前記ターゲット装置３を２次元の広がりを持つ様に揺動させるだけで、前記測定点１３の３次元座標を演算することができる。
　従って、前記測定点１３の鉛直上に前記プリズム１５が位置する様、前記ターゲット装置３を整準する必要がないので、作業時間の短縮及び作業効率の向上を図ることができる。
　又、第１の実施例では、前記演算制御部２１は、連続して測定した少なくとも３点にフィッティングする前記球２６が存在するかどうか、該球２６の中心が収束するかどうかに基づき、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置されたかどうかを自動で判断している。
　従って、前記ターゲット装置３を前記測定点１３に設置する毎に、設置完了を前記測量装置２に通知する必要がないので、作業時間の短縮及び作業時間の向上を図ることができる。
　尚、３点に前記球２６をフィッティングさせた場合、該球２６の中心、即ち前記ターゲット装置３が設置された前記測定点１３の３次元座標が２つ求められる。一方で、床を測定する場合等、前記プリズム１５と前記ポール１４の下端との上下が明確である場合には、前記測定点１３の３次元座標を一意に決めることができる。
　又、第１の実施例では、演算により求められた前記仮想の測定点１３ａが実際の前記測定点１３とどの程度合致しているかを示す確度が演算でき、確度が閾値を満たした（１以上となった）演算結果のみを採用しているので、高精度な前記測定点１３の測定を行うことができる。
　又、確度が閾値を満たした時点で、前記演算制御部２１が作業者に所定のアラームを通知する構成であるので、確度が閾値を満たさない測定結果が得られることがなく、測定精度の向上を図ることができる。又、閾値を満たす確度の測定結果が得られた後も測定処理を行う必要がないので、作業時間の短縮及び作業効率の向上を図ることができる。
　尚、第１の実施例では、前記表示部２３を介してアラームを通知しているが、作業者が前記ターゲット装置３と共に前記測量装置２と通信可能な携帯端末を携帯し、携帯端末にアラームを通知する様にしてもよい。該携帯端末を介してアラームを通知することで、一人作業での測定が可能となり、作業性を向上させることができる。
　又、第１の実施例では、開始指示が入力されると、前記ターゲット装置３の移動時及び設置時も継続して測定及び追尾を行っている。一方で、前記ターゲット装置３の移動時には前記プリズム１５の追尾のみを実行し、前記ターゲット装置３の設置後に前記プリズム１５の測定を行う様にしてもよい。
　又、第１の実施例では、連続する少なくとも３点の点群にフィッティングする前記球２６が存在するか、或は前記プリズム１５が測定される毎に前記３点に順次フィッティングされる前記球２６の中心が所定の閾値以下に収束するかにより、前記ターゲット装置３が移動中か前記測定点１３に設置されたかを判断している。
　一方で、前記プリズム１５の追尾中、前記測量装置２が所定時間間隔毎に、例えば２秒毎に前記プリズム１５を測定し、前記演算制御部２１は前記プリズム１５を測定する毎に、連続して測定された少なくとも３つの前記プリズム１５の測定結果にフィッティングする前記球２６の中心を前記仮想の測定点１３ａとして演算し、該仮想の測定点１３ａの確度Ａが予め設定された閾値を満たした時に、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置されたと判断してもよい。
　或は、前記プリズム１５の追尾中、前記測量装置２が所定時間間隔毎に前記プリズム１５を測定し、前記演算制御部２１は前記プリズム１５を測定する毎に、所定時間前或は所定回数前（例えば５秒前或は５回前）の測定結果にフィッティングする前記球２６の中心を前記仮想の測定点１３ａとして演算し、該仮想の測定点１３ａの確度Ａが予め設定された閾値を満たした時に、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置されたと判断し、最新の測定結果にフィッティングする前記球２６の中心を前記測定点１３として演算してもよい。
　何れの場合も、前記ターゲット装置３を前記測定点１３に設置するだけで、自動で該測定点１３の測定が実行されるので、前記ターゲット装置３の設置後、前記測量装置２に対する測定開始指示が不要となり、作業性を向上させることができる。
　尚、前記ターゲット装置３が前記測定点１３に設置されたと判断されると、所定時間経過後に前記測定点１３の測定を開始する様にしてもよい。即ち、所定時間経過後に、前記演算制御部２１がＳＴＥＰ：０５～ＳＴＥＰ：０９の処理を行う様にしてもよい。
　次に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図６中、図４中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
　第２の実施例では、確度の求め方が第１の実施例とは異なっている。他の構成については第１の実施例と同様である。
　図６（Ａ）に示される様に、第２の実施例では、球２６（図３（Ｂ）参照）を基準球２７に変換した後、演算制御部２１（図２参照）は、点群２８の前記基準球２７上での平均位置を演算し、各点群２８の３次元座標を前記平均位置を極とする極座標（λ，φ）へと変換する。
　又、前記演算制御部２１は、前記点群２８を極座標平面３２に投影する。前記演算制御部２１は、前記極座標平面３２を経度方向λにｎ分割（ｎは整数）し、ｎ分割された各極座標平面３２に於いて、極（中心）から最も遠い点をそれぞれ抽出し、抽出した点を結んで得られた平面３３の面積Ｓを演算する。この時、前記平面３３は、前記点群２８が投影された前記極座標平面３２の一部となっている。又、面積Ｂを有し、前記平面３３と比較される基準平面３４も平面となる。
　第２の実施例に於いても、前記演算制御部２１は、確度Ａ＝面積Ｓ／面積Ｂで表される確度Ａを演算し、確度Ａが所定の閾値を満たすかどうか、例えば１以上であるかどうかを判断する。他の方法については第１の実施例と同様である。
　第２の実施例では、確度を求める為の前記平面３３と前記基準平面３４とは共に平面である。従って、経度方向の位置に拘らず、緯度の角度差を同等の距離で表すことができる。即ち、例えば前記基準球２７に於ける極付近の１０°（緯度）と赤道付近の１０°（緯度）の距離を略同等とできるので、前記点群２８の広がりを求める際の誤差を低減でき、確度Ａの精度を向上させることができる。
　又、第２の実施例に於いても、前記仮想の測定点１３ａの確度を演算し、確度と閾値とを比較し、確度が閾値を満たす（１以上）場合の前記仮想の測定点１３ａのみを採用している。従って、前記測定点１３の測定精度を向上させることができる。
　尚、第２の実施例では、前記基準球２７の点群２８を極座標に変換し、該点群を前記極座標平面３２に投影しているが、平面へ投影する為の方法は上記の方法に限られるものではない。例えば、平射方位図法等、緯度方向の間隔が等間隔ではない投影法も使用することができる。
　次に、図７（Ａ）、図７（Ｂ）を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図７（Ａ）、図７（Ｂ）中、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
　第３の実施例では、ターゲット装置３（図１参照）の設置後、該ターゲット装置３を２次元の広がりを有する様に揺動する過程で、演算制御部２１（図２参照）は、各プリズム１５の測定結果である点群３５にフィッティングする球３６を演算する。この時、前記点群３５は少なくとも４点であり、前記球３６の半径ｒは未知となっている。
　該球３６のフィッティング後、前記演算制御部２１は、前記球３６の中心の３次元座標を測定点１３の３次元座標として演算する。尚、この時の該測定点１３は、仮想の測定点１３ａであり、前記測定点１３とは必ずしも一致していない。
　一方で、ポール１４（図１参照）の長さであるオフセット長Ｒの長さは既知である。前記演算制御部２１は、前記球３６の半径ｒと既知のオフセット長Ｒとに基づき、前記仮想の測定点１３ａの確度を演算する。
　第３の実施例に於いては、確度Ａは、確度Ａ＝１－｜１－（ｒ／Ｒ）｜で表すことができる。第３の実施例に於ける確度は、前記球３６の半径ｒの長さとオフセット長Ｒの長さとが近い値となる程、前記仮想の測定点１３ａの精度が高くなることを利用したものである。従って、確度Ａが１に近づく程前記測定点１３の測定精度を高めることができる。
　前記仮想の測定点１３ａの確度Ａが演算されると、前記演算制御部２１は、確度Ａが予め設定された閾値を満たすかどうかを判断する。例えば、前記演算制御部２１は、確度Ａと１の差が閾値以下であるかどうかを判断する。確度Ａと１との差が所定の閾値以下と判断された場合には、測定完了を知らせる為のアラームを通知する。
　第３の実施例に於いても、前記仮想の測定点１３ａの確度を演算し、確度と閾値とを比較し、確度が閾値を満たす前記仮想の測定点１３ａの３次元座標を前記測定点１３の３次元座標としている。従って、前記測定点１３の測定精度を向上させることができる。
　次に、図８（Ａ）、図８（Ｂ）を参照して、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図８（Ａ）、図８（Ｂ）中、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
　第４の実施例では、ターゲット装置３（図１参照）を揺動させ、プリズム１５（図１参照）を測定する毎に、球３７を点群３８にフィッティングさせ、仮想の測定点１３ａを演算している。演算制御部２１（図２参照）は、ｎ回目に演算された前記仮想の測定点１３ａの３次元座標Ｐ（ｎ）と、前回（ｎ－１回目）に演算された前回の仮想の測定点１３ｂの３次元座標Ｐ（ｎ－１）とに基づき、前記仮想の測定点１３ａの確度を演算する。
　第４の実施例に於いては、確度Ａ＝√（Ｐ（ｎ）－Ｐ（ｎ－１））2 で表すことができる。第４の実施例に於ける確度は、前記仮想の測定点１３ａと前記前回の仮想の測定点１３ｂとの間の距離が小さくなる程、前記仮想の測定点１３ａの精度が高くなることを利用したものである。
　前記仮想の測定点１３ａの確度Ａが演算されると、前記演算制御部２１は、確度Ａが予め設定された閾値を満たすかどうかを判断する。例えば、前記演算制御部が、確度Ａが閾値（距離Ｔ）以下であるかどうかを判断する。確度Ａが所定の閾値以下と判断された場合には、前記演算制御部２１は、前記仮想の測定点１３ａを測定点１３の測定結果として記憶部２２に格納すると共に、測定完了を知らせる為のアラームを通知する。
　第４の実施例に於いても、前記仮想の測定点１３ａの確度を演算し、確度と閾値とを比較し、確度が閾値を満たすと判断された前記仮想の測定点１３ａを前記測定点１３としている。従って、前記測定点１３の測定精度を向上させることができる。
　尚、第４の実施例では、前記仮想の測定点１３ａと１回前に測定された仮想の測定点１３ｂとを比較しているが、前記仮想の測定点１３ａと所定回数前の仮想の測定点１３ｎとを比較してもよいのは言う迄もない。
　更に、前記仮想の測定点１３ａの確度として、面積や距離だけではなく、縦横比（分布の偏り）や、中心付近が測定されているか等を用い、或は組合わせて確度を求めてもよい。
　次に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を参照して、本発明の第５の実施例について説明する。尚、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、図６（Ａ）、図６（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
　第５の実施例は、演算された確度Ａを補正し、確度Ａの精度低下要因を低減するものとなっており、第１の実施例～第４の実施例に於ける確度の演算と組合わされて実行されるものである。
　第５の実施例では、演算制御部２１（図２参照）により第１の実施例～第４の実施例のいずれかの方法で演算された確度Ａを補正し、仮想の測定点１３ａの補正された確度Ａ′を演算する。
　第５の実施例に於いては、演算された前記仮想の測定点１３ａと、各点群３９との距離をそれぞれ求める。又、求めた距離とオフセット長Ｒとの距離差ｄをそれぞれ±で表し、各点群３９の分散に基づき標準偏差σＲを求める。
　標準偏差σＲを用いることで、確度Ａを補正することができ、補正された確度Ａ′＝Ａ－（σＲ／Ｒ）で表すことができる。標準偏差を用いて確度Ａを補正し、補正した確度Ａ′を用いることで、球をフィッティングさせる際の精度の低下を抑制することができるので、前記測定点１３の測定精度をより向上させることができる。
　尚、第１の実施例～第５の実施例では、測量装置２として追尾機能を有するトータルステーションを用いているが、これに限られるものではない。例えば、追尾機能を有さないトータルステーションを用いて、手動で３点以上の前記プリズム１５を測定し、複数の測定結果に基づき前記仮想の測定点１３ａの演算や確度Ａの演算を行ってもよい。
　又、トータルステーション以外にも、測量装置として３次元レーザスキャナや測距カメラ、ステレオカメラ等を用いることができる。
　又、前記測量装置２は、追尾光１２を射出し、ターゲットで反射された反射追尾光に基づき追尾を行う追尾部９を有しているが、カメラによりターゲットを追尾してもよいし、前記ターゲット装置３に別途設けたＧＰＳやＧＮＳＳの座標信号に基づき測定対象物を追尾してもよい。
　又、ターゲットとして、全周プリズムである前記プリズム１５を用いているが、ターゲットは１素子のプリズムであってもよいし、ポール１４に巻設された反射シートであってもよい。或は、レーザスキャナや測距カメラを用いる場合には、特許文献２に示される様な、ターゲットは前記ポール１４に設けられた球や立方体、円盤等の特徴的な形状を有する反射体であってもよい。更に、カメラやステレオカメラを用いる場合には、ターゲットは前記ポール１４に設けられたＡＲマーカやＱＲコード（登録商標）等の認識用パターンであってもよい。
　又、第１の実施例～第５の実施例では、円柱や角柱等の棒状のポール１４に前記プリズム１５を設けているが、前記ポール１４は棒状に限られるものではない。前記測定点１３と合致するポール１４の下端から前記プリズム１５の光学中心迄の距離、即ちオフセット長Ｒが既知であり、オフセット長Ｒが変化しなければよい。従って、前記プリズム１５を設ける前記ポール１４は、例えば図１０（Ａ）に示される様に、湾曲した剛体であってもよい。
　或は、図１０（Ｂ）に示される様な、汎用の筆記具４１の軸尻部に着脱可能なプリズムユニット４２を用いてもよい。該プリズムユニット４２は、前記筆記具４１に対して着脱する為の取付け部４３と、該取付け部４３に固着されたプリズム１５とを有している。前記筆記具４１に前記プリズムユニット４２を取付けた際の、前記筆記具４１の下端から前記プリズム１５の光学中心迄の長さ（オフセット長Ｒ）を計測しておくことで、前記筆記具４１がポールとして作用する。従って、前記筆記具４１と前記プリズムユニット４２とを前記ターゲット装置３と同様に使用することができる。
　又、第１の実施例～第５の実施例では、全周プリズムである前記プリズム１５が前記ポール１４に固定的に設けられているが、図１０（Ｃ）に示される様に、ジンバル機構４４を介して前記ポール１４に設けられてもよい。前記ジンバル機構４４を介することで、前記ポール１４の傾きに拘らず、前記プリズム１５が常に略水平方向を向く様に設けることができるので、該プリズム１５が１素子のプリズムであったとしても、前記測量装置２で前記プリズム１５を常に測定及び追尾することができる。尚、上記した前記ジンバル機構４４は、前記ポール１４の傾きに拘らず、略水平を維持する構成となっているが、水平と共に方位（方向）を維持するジンバル機構を用いてもよい。
　次に、図１１及び図１２のフローチャートを参照して、本発明の第６の実施例について説明する。尚、図１１中、図３（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
　第１の実施例～第５の実施例では、ターゲット装置３を揺動させた際に、プリズム１５の軌跡に沿って所定時間間隔で測定結果が得られ、得られた各測定結果に基づき球２６（図３（Ｂ）参照）及び測定点１３を演算している。
　一方で、測距のタイミングと測角のタイミングが一致していないシステムも考えられる。その場合、測距が行われる位置と測角が行われる位置が離れる程、測定精度が低下する。従って、測定精度が低下した測定結果に基づき演算された前記測定点１３の演算精度も低下する。
　本実施例では、前記プリズム１５を揺動する際の速度が速かった場合、即ち測距位置と測角位置が離れていた場合に取得された測定結果（３次元座標）を、精度が低い測定結果として破棄し、高精度な測定結果のみを前記測定点１３の演算に用いる様に構成されている。
　次に、図１２のフローチャートを参照して、第６の実施例に係る測量システムを用いた測定について説明する。尚、図１２中、ＳＴＥＰ：１１～ＳＴＥＰ：１４は、図５中のＳＴＥＰ：０１～ＳＴＥＰ：０４と同様であり、ＳＴＥＰ：１７～ＳＴＥＰ：２０は、ＳＴＥＰ：０６～ＳＴＥＰ：０９と同様であるので説明を省略する。
　ＳＴＥＰ：１５　第６の実施例では、ポール１４の下端を前記測定点１３に合致させた状態で、少なくとも任意の３点に於いて、前記プリズム１５の移動速度又は移動距離、或は加速度が０又は予め設定された閾値未満となる様に、前記ターゲット装置３を揺動させる。或は、少なくとも任意の３点に於いて、前記プリズム１５が隣接する点に移動する際の方向ベクトル５１同士が０°以上の所定の角度で交差する様に、前記ターゲット装置３を揺動させる。
　例えば、図１１に示される様に、前記プリズム１５が第１点５２ａ～第３点５２ｃを通る三角形の軌跡を描く様に、前記ターゲット装置３を揺動させる。図１１に於いては、前記第１点５２ａから前記第２点５２ｂに向って前記プリズム１５の移動方向を変化させる時、該第２点５２ｂから前記第３点５２ｃに向って前記プリズム１５の移動方向を変化させる時、該第３点５２ｃから前記第１点５２ａに向って前記プリズム１５の移動方向を変化させる時に、それぞれ移動速度が０又は閾値未満となる。
　又、前記第１点５２ａから前記第２点５２ｂに向う方向ベクトル５１ａと、前記第２点５２ｂから第３点５２ｃに向う方向ベクトル５１ｂは所定の角度をなし、前記第２点５２ｂで交差する。又、前記方向ベクトル５１ｂと、前記第３点５２ｃから前記第１点５２ａに向う方向ベクトル５１ｃは所定の角度をなし、前記第３点５２ｃで交差する。更に、前記方向ベクトル５１ｃと前記方向ベクトル５１ａは、所定の角度をなし、前記第１点５２ａで交差する。
　尚、図１１中では、前記プリズム１５が前記第１点５２ａ～前記第３点５２ｃの３点を通る（頂点とする）三角形の軌跡を描く様に前記ターゲット装置３を揺動させている。一方で、該ターゲット装置３は、前記プリズム１５が任意の４点を通る四角形の軌跡を描く様に揺動させてもよいし、任意の５点を通る五角形の軌跡を描く様に揺動させてもよい。或は、任意の１点から出発し、該１点を３点の三角形で囲む少なくとも４点を通る軌跡を描く様に前記ターゲット装置３を揺動させてもよい。又、任意の１点から出発し、該１点を含む３点と、該３点で形成される三角形内の１点の少なくとも４点を通る軌跡を描く様に前記ターゲット装置３を揺動させてもよい。尚、前記三角形内の１点は、該三角形の中心又は中心近傍とするのが望ましい。更に、図３（Ａ）の様に、十字状に前記ターゲット装置３を揺動させてもよい。該ターゲット装置３を十字に揺動させる場合には、前記方向ベクトル５１は４点に於いて逆向きに反転する。或は、前記プリズム１５の加速度が十字の４点に於いて反転する。
　ＳＴＥＰ：１６　前記ターゲット装置３を揺動させると、演算制御部２１（図２参照）は、前記プリズム１５の測定結果に基づき得られた速度又は距離が所定の閾値未満となったかどうかを判断し、閾値未満の測定結果（閾値を満たす測定結果）のみを取得し、閾値以上の測定結果（閾値を満たさない測定結果）を破棄する。
　例えば、一定の間隔で前記プリズム１５の測定が行われる場合、前記演算制御部２１は、ｎ回目の前記プリズム１５の測定結果（３次元座標）と、１回前のｎ－１回目に測定された前記プリズム１５の測定結果（３次元座標）との距離が所定の閾値以上であるかどうかを判断し、閾値以上の測定結果を破棄する様に構成されている。
　例えば、測定間隔を１０Ｈｚ、閾値を５ｍｍとすると、ｎ回目の測定結果とｎ－１回目の測定結果との距離が５ｍｍ未満であった場合には、前記演算制御部２１はｎ回目の測定結果を高精度な測定結果として記憶部２２（図２参照）に保存する。又、ｎ回目の測定結果とｎ－１回目の測定結果との距離が５ｍｍ以上であった場合には、前記演算制御部２１はｎ回目の測定結果は精度が低い測定結果として破棄する。尚、測定間隔と距離に基づき速度を演算し、速度を閾値としてもよい。
　或は、前記プリズム１５の測定間隔が一定ではない場合、前記測量装置２にタイマー（図示せず）を設け、前記演算制御部２１は、前記タイマーに前記プリズム１５の追尾開始から追尾終了までの通し時刻を計測させる。又、前記演算制御部２１は、前記プリズム１５の測定を実行する毎に、該プリズム１５の測定結果と測定時の通し時刻とを関連付け、前記記憶部２２に保存する。更に、前記演算制御部２１は、ｎ回目の測定結果とｎ－１回目の測定結果の距離と、ｎ回目の測定時の時刻とｎ－１回目の測定時の時刻との時間差に基づき、前記プリズム１５の速度を演算する。
　この時、前記演算制御部２１は、演算された前記プリズム１５の速度が所定の閾値以上であるかどうかを判断し、閾値以上の測定結果を破棄する様に構成されている。
　例えば、ｎ－１回目の測定位置からｎ回目の測定位置迄の前記プリズム１５の速度が閾値未満であった場合には、前記演算制御部２１は、ｎ回目の測定結果を閾値を満たす高精度な測定結果として前記記憶部２２に保存する。又、ｎ－１回目の測定位置からｎ回目の測定位置迄の前記プリズム１５の速度が閾値以上であった場合には、前記演算制御部２１は、ｎ回目の測定結果は精度が低い測定結果として破棄される。
　上記した様に、ＳＴＥＰ：１５に於ける各種揺動方法を実行することで、距離や速度の閾値を満たすことができる。即ち、図１１に於いては、前記第１点５２ａ～前記第３点５２ｃの測定結果、又は前記第１点５２ａ～前記第３点５２ｃの周辺の測定結果のみが取得され、ＳＴＥＰ：１７～ＳＴＥＰ：１９の演算に用いられる。
　第６の実施例では、閾値を満たさない測定結果、即ち測距のタイミングと測角のタイミングとがずれた際に、測距実行時の前記プリズム１５の位置と測角実行時の前記プリズム１５の位置とに距離が生じた測定結果を破棄し、閾値を満たす測定結果、即ち測距と測角のタイミングがずれた際でも、測距実行時の前記プリズム１５の位置と測角実行時の前記プリズム１５の位置とに距離が生じていない測定結果のみを取得している。
　従って、高精度な測定結果のみを用いて球２６の中心の演算、即ち前記測定点１３の３次元座標を演算できるので、該測定点１３の演算精度を向上させることができる。
　又、第６の実施例では、前記プリズム１５が前記第１点５２ａ～前記第３点５２ｃの３点を通る三角形状の軌跡を描く様に、前記ターゲット装置３を揺動させている。即ち、前記球２６の演算に必要な点の３次元座標を確保しつつ、前記プリズム１５の移動時間が最短となる様に、前記ターゲット装置３を揺動させている。
　従って、前記測定点１３の３次元座標を求める為の測定時間を短縮でき、作業性を向上させることができる。
　尚、第６の実施例では、第１の実施例の測定方法にＳＴＥＰ：１５の揺動方法とＳＴＥＰ：１６の閾値を満たす測定結果のみの取得を追加した構成となっているが、第２の実施例～第５の実施例に第６の実施例を適用してもよいのは言う迄もない。
　　　　１　　　　　　　測量システム
　　　　２　　　　　　　測量装置
　　　　３　　　　　　　ターゲット装置
　　　　６　　　　　　　測量装置本体
　　　　８　　　　　　　測距部
　　　　９　　　　　　　追尾部
　　　　１１　　　　　　測距光
　　　　１２　　　　　　追尾光
　　　　１３　　　　　　測定点
　　　　１４　　　　　　ポール
　　　　１５　　　　　　プリズム
　　　　２１　　　　　　演算制御部
　　　　２６　　　　　　球
　　　　２７　　　　　　基準球
　　　　２８　　　　　　点群
　　　　２９　　　　　　曲面
　　　　３１　　　　　　基準曲面

Claims (15)

  1. 　ポールと、該ポールの下端からの距離が既知であるターゲットとを有するターゲット装置と、前記ターゲットを測定可能な測量装置とを有する測量システムであって、前記ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させ、前記測量装置は少なくとも３点で前記ターゲットを測定し、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算し、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算し、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了の動作を行う様構成された測量システム。
  2. 　前記測量装置は、前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離を半径とし、各測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算し、前記球の半径を１として規格化した基準球を演算し、該基準球の表面の点群を全て含む最小の曲面の面積を演算し、該曲面と予め設定された基準曲面との比較に基づき前記確度を演算する様構成された請求項１の測量システム。
  3. 　前記測量装置は、前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離を半径とし、各測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算し、前記球の半径を１として規格化した基準球を演算し、該基準球の表面の点群を該点群の平均位置を中心とする極座標へと変換し、該極座標上の点群を極座標平面に投影し、該極座標平面を円周方向に所定数の分割エリアに分割し、各分割エリア内の点群からそれぞれ前記極座標平面の中心から最も離れた点を選択し、選択した各点群により平面を演算し、該平面と予め設定された基準面との比較に基づき前記確度を演算する様に構成された請求項１の測量システム。
  4. 　前記測量装置は、少なくとも４点の測定結果にフィッティングする球の半径を演算し、該半径と前記ポールの下端から前記ターゲット迄の距離とを比較し、該距離と前記球の半径との差に基づき前記確度を演算する様に構成された請求項１の測量システム。
  5. 　前記測量装置は、前記ターゲットを測定する毎に各測定結果にフィッティングする球を演算し、該球の中心と前回演算された球の中心との距離に基づき前記確度を演算する様に構成された請求項１の測量システム。
  6. 　前記測量装置は、前記球の中心と各測定結果との距離に基づき標準偏差を演算し、該標準偏差に基づき前記確度を補正する様構成された請求項２～請求項４のうちのいずれか１項の測量システム。
  7. 　前記測量装置は、追尾機能を更に有し、前記測量装置は前記ターゲットを追尾しつつ測定可能に構成された請求項１～請求項５のうちのいずれか１項の測量システム。
  8. 　前記測量装置は、前記ターゲットを測定する毎に、連続して測定された少なくとも３つの前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球を順次演算し、各球の中心間の距離が予め設定された閾値の範囲内に収束するかに基づき、前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたかどうかを判断する様構成された請求項７の測量システム。
  9. 　前記測量装置は、所定時間間隔毎に前記ターゲットを測定し、該ターゲットを測定する毎に、連続して測定された少なくとも３つの前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球の中心を前記仮想の測定点として演算し、該仮想の測定点の確度が前記閾値を満たした時に前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたと判断する様に構成された請求項７の測量システム。
  10. 　前記測量装置は、所定時間間隔毎に前記ターゲットを測定し、該ターゲットを測定する毎に、所定時間前の前記ターゲットの測定結果にフィッティングする球の中心を前記仮想の測定点として演算し、該仮想の測定点の確度が前記閾値を満たした時に前記ターゲット装置が前記測定点に設置されたと判断し、最新の測定結果にフィッティングする球の中心を前記測定点として演算する様構成された請求項７の測量システム。
  11. 　前記測量装置は、前記ターゲットの測定結果と、１回前に測定された前記ターゲットの測定結果に基づき該ターゲット間の距離又は該ターゲットの速度を演算し、前記距離又は速度を予め設定した閾値と比較し、閾値以上と判断された測定結果を破棄する様に構成された請求項１の測量システム。
  12. 　ポールの下端を所定の測定点に合致させた状態で、前記ポールを揺動させる工程と、測量装置に少なくとも３点で前記ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられたターゲットを測定させる工程と、前記測量装置に各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算させる工程と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算させる工程と、前記測量装置に前記確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了のアラームを通知させる工程とを有する測量方法。
  13. 　前記ポールを揺動させる工程では、前記３点で測定された前記ターゲットの測定結果と、前記３点の１回前に測定された前記ターゲットの測定結果との間の距離又は速度が予め設定された閾値未満となる請求項１２の測量方法。
  14. 　前記ポールを揺動させる工程では、前記ターゲットが前記３点と、該３点で形成される三角形内の１点を通る軌跡を描く様に前記ポールを揺動させる請求項１３の測量方法。
  15. 　ポールの下端からの距離が既知の位置に設けられ、該ポールの下端が測定点と合致した状態で揺動されるターゲットを少なくとも３点で測定する処理と、各ターゲットの測定結果に基づき仮想の測定点の３次元座標を演算する処理と、前記測定点と前記仮想の測定点との一致度を確度として演算する処理と、該確度が予め設定した閾値を満たした時に測定完了を通知する処理とを測量装置に実行させる測量プログラム。
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US20130253871A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Hurco Companies, Inc. Method for measuring a rotary axis of a machine tool system
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