三次元点群計測方法、三次元点群計測プログラム
【課題】ＧＰＳ測位演算によりＦｉｘ解が得られている場合であっても、ＧＰＳ衛星が元々有する測位誤差要因により測位精度の劣化が生じている。静止測量では長時間の静止によって平均的な解を求めることで精度の劣化を低減できるが、移動体測量では静止ができない、あるいは低速で走れないことが通常であるので、静止測量のように時間平均により精度劣化を抑えることができない。
【解決手段】同じ走行路を複数回走行し、各走行でのレーザ点群の結果において位置が変化しない固定物を基準点とし、基準点が重ね合わさるように点群を伸縮する。この際、位置精度の信頼度で重み付けを行い、その平均的な結果を真値として扱う。また、走行中は常にＧＰＳ衛星の状態が変化するので、一点で補正するのではなく一定間隔ごとに固定物を特定して、各走行ごとに位置補正量を算出する。
【解決手段】同じ走行路を複数回走行し、各走行でのレーザ点群の結果において位置が変化しない固定物を基準点とし、基準点が重ね合わさるように点群を伸縮する。この際、位置精度の信頼度で重み付けを行い、その平均的な結果を真値として扱う。また、走行中は常にＧＰＳ衛星の状態が変化するので、一点で補正するのではなく一定間隔ごとに固定物を特定して、各走行ごとに位置補正量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、レーザースキャナやカメラを搭載し、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）とジャイロ（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とを組み合わせた移動体計測車両により収集した移動体計測車両周辺の三次元点群のデータを用いて、後処理により、精度の高い三次元点群データを生成する三次元点群計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両にレーザースキャナやカメラを搭載し、車両周辺の位置情報を収集する移動体計測車両が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
航空機等にレーザースキャナを搭載し地上にある建物等の位置情報を取得する場合、位置の精度を向上させる方法として、ＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）を利用する方法が知られている。
ＧＣＰを利用する方法は、予め精密測量や基準点など既知の座標点を用い、計測したデータの対応する点を探し出し、そのずれ量を補正する方法である。ずれ量を補正する方法としては、単純な場合はある一定区画を区切って点群を平行移動させることで行い、より複雑な場合は台形変換等をすることにより行う（例えば、特許文献３参照）。
ＧＣＰを利用する手法ではＧＣＰ点が多いほど精度が高められるが、ＧＣＰポイントの計測には静止測量等を用いるため、時間と費用がかかるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０/０２４２１２号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−１７５４２３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザスキャナを搭載しＧＰＳとジャイロを組み合わせた計測車両で収集した三次元点群データの位置を標定する場合、三次元点群データの標定位置精度は主に（１）ＧＰＳによる計測車両の位置精度、（２）ＩＭＵやＧＰＳジャイロ等を用いて推定される計測車両の姿勢角精度、により決定される。
【０００６】
（１）ＧＰＳによる計測車両の位置精度に関しては、計測車両に搭載したＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信し測位演算によりＦｉｘ解が得られた場合であっても、ＧＰＳが元々有している測位誤差要因によって位置精度の劣化が生じる。静止測量の分野では、長時間静止した状態で計測しその時間平均的な解を求めることで、より高精度な測位結果を得ることが行われている。しかしながら移動体である計測車両による位置計測の場合は、静止測量の場合と異なり、静止した状態での計測ができない、あるいは低速で走ることができないため、高精度化に対して静止測量で行われている手法は適用できないという課題があった。
【０００７】
また、（２）計測車両の姿勢角精度に関しては、ＧＰＳジャイロの計測が有効な場合、すなわち計測車両に搭載した複数のＧＰＳアンテナにより車両の姿勢角が予測できる場合であっても、ＧＰＳジャイロが元々有する測位誤差要因によって姿勢角精度の劣化が生じる。静止測量であれば、長時間静止し時間平均することで測位精度を向上させることができるが、移動体測量の場合は静止ができない、あるいは低速で走れないことが通常であるため、高精度化に対して静止測量で行われている手法は適用できないという課題があった。
【０００８】
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、計測車両による移動体測量の場合であっても、後処理により、位置精度の高い三次元点群データを生成可能な三次元点群計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る三次元点群計測方法は、レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、前記車両が同一の走行路を複数回走行して取得した走行毎のデータ群を用い、各々のデータ群の信頼度に基き前記データ群に重み付けして前記三次元点群の座標位置を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る三次元点群計測方法によれば、後処理により、三次元点群についての高精度な座標位置を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図２】実施の形態２に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図３】実施の形態３に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図４】実施の形態４に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図５】実施の形態５に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図６】実施の形態６に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図７】実施の形態７に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図８】実施の形態１〜７に係る計測車両の構成を説明する図である。
【図９】実施の形態１〜７に係る自己位置計測装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明に係る三次元点群計測方法は、以下で説明する実施の形態１〜７に記載された内容の少なくとも１つの方法を用いて三次元点群（三次元座標の点の集合）の位置を計測する。実施の形態１〜７に記載された計測方法のうち、いずれか１つの計測方法だけを実行してもよいし、複数の計測方法を併用して実行するようにしてもよい。
【００１３】
図８は、本発明に係る実施の形態１〜７において、三次元点群のデータを収集する計測車両１００の概略構成を示す図である。この計測車両１００は特許文献２に記載された計測車両と機能が同様のものである。
図９は、後処理により、三次元点群の座標位置を高精度に計測する移動体自己位置計測装置（単に計測装置ともいう）２００の構成を示す図である。
実施の形態１〜７では、特許文献２に記載の計測車両と同等の計測車両を用いて三次元点群のデータ収集を行い、特許文献２に記載された自己位置計測装置２００に備えられた地物位置計測部２１３が、カメラ映像２８１に投影された三次元点群２９２に基づいてカメラ映像２８１に写っている地物（計測対象地域に位置している地物）の三次元点群の座標をＣＰＵを用いて算出する。計測車両１００や移動体自己位置計測装置２００の構成の詳細については特許文献２に記載があり、ここではそれらの概略について説明する。
【００１４】
図８の計測車両１００は、計測対象地域を走行し、計測対象地域の例えば三次元地図を生成するために必要な各種データを取得する。
【００１５】
計測車両１００は、天板に計測ユニット１１０が取り付けられている。また、計測車両１００はユニット記憶部１９０（記憶装置）を備える。
計測ユニット１１０は、前方用カメラ１１１、路面用カメラ１１２、ＧＰＳ１１３、上面用レーザースキャナ１１４、下面用レーザースキャナ１１５、ＩＭＵ１１６および配線中継ＢＯＸ１１７を備える。
【００１６】
前方用カメラ１１１は、水平に取り付けられ、計測車両１００の前方を撮像する。路面用カメラ１１２は、斜め下方に向けて取り付けられ、路面を撮像する。
【００１７】
ＧＰＳ１１３は、３か所に設置される。各ＧＰＳ１１３は、ＧＰＳ衛星から発信された測位信号（衛星軌道情報などを示す）を受信し、受信結果（ＧＰＳ観測値）に基づいてＧＰＳ測位を行う装置である。
【００１８】
上面用レーザースキャナ１１４は、斜め上方に向けて取り付けられ、計測ユニット１１０より高い場所に位置する地物（例えば、道路標識）を対象に距離方位の計測を行う。
下面用レーザースキャナ１１５は、斜め下方に向けて取り付けられ、計測ユニット１１０より低い場所に位置する地物（例えば、路面）を対象に距離方位の計測を行う。
距離方位とは、上面用レーザースキャナ１１４または下面用レーザースキャナ１１５から地物までの距離および方位を意味する。
距離方位の計測において、上面用レーザースキャナ１１４と下面用レーザースキャナ１１５とは、左右に首降りしながら左真横から前方および前方から右真横の１８０度の方向にレーザーを順次出射し、出射したレーザーが地物で反射して戻ってくるまでの時間を計測する。上面用レーザースキャナ１１４と下面用レーザースキャナ１１５とは、計測した時間に基づいてレーザーを反射した地物との距離を算出し、算出した距離とレーザーの出射方向とを地物の距離方位とする。
レーザースキャナは、ＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）ともいう。
【００１９】
ＩＭＵ１１６（ＩＭＵ：慣性航法装置）は、３軸方向（ｘ、ｙ、ｚ）の角速度を計測する。例えば、ＩＭＵ１１６としてジャイロが用いられる。
【００２０】
上記の各機器は取得したデータを取得時刻（計測時刻）と共に配線中継ＢＯＸ１１７に出力する。
【００２１】
図９において、取得データ記憶部２８０は、計測車両１００により取得された各データを記憶媒体を用いて記憶する記憶装置である。記憶部２８０には配線中継ＢＯＸ１１７に出力されたデータが格納される。
計測データ記憶部２９０は、車両位置姿勢２９１、三次元点群２９２および地物位置２９３を記憶媒体を用いて記憶する記憶装置である。
地物位置計測部２１３は、カメラ映像２８１に投影された三次元点群２９２に基づいて、カメラ映像２８１に写っている地物（計測対象地域に位置している地物）の三次元座標（座標位置）をＣＰＵを用いて算出する。
【００２２】
以下の実施の形態１〜７では、地物位置計測部２１３が実行する三次元点群の座標位置の計測方法について説明する。
【００２３】
実施の形態１．
実施の形態１に係る三次元点群計測方法は、計測対象となる道路を複数回走行し、走行毎に各種データを収集する。そして、走行毎の三次元点群の計測結果を平均処理するなどにより計測精度の向上を図る。あるいは、走行毎の測位情報の信頼度に応じて重み付けをした座標位置を算出することで、計測精度の向上を図る。
【００２４】
図１は、実施の形態１に係る三次元点群計測方法の計測方法を説明する図である。
計測車両１００は同じ走行路（例えば、位置Ａ〜位置Ｂの間）を複数回走行する。走行する方向は同一方向（位置Ａから位置Ｂに向かう方向）であってもよいし、逆の方向（位置Ｂから位置Ａに向かう方向）であってもよい。
【００２５】
レーザスキャナ１１４、１１５が複数回の走行で収集したレーザ点群（三次元点群２９２）において、位置が変化しない固定物に対応した三次元点群のデータを抽出する。
【００２６】
位置が変化しない固定物の例としては、電柱や信号機、建物等が挙げられる。一方、位置が変化するものの例としては、車両や人、自転車等が挙げられる。ここでは、位置が変化しない固定物に対応する三次元点群のデータを抽出する。
次に、複数回の走行により取得された三次元点群のデータで、位置が変化しない固定物に対応する三次元点群の座標位置を、各回の走行ごとに算出する。各回の走行で算出された固定物の座標位置を用いて平均処理を行うなどして、その結果を固定物に対応する三次元点群の真の座標位置とみなす。
【００２７】
図１に記載した例では、１度目の走行で、計測車両が位置Ａにいるときに取得した三次元点群の中から位置が変化しない固定物（例えば電柱）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
また、１度目の走行で、計測車両が位置Ｂにいるときに取得した三次元点群の中から位置が変化しない固定物（例えば信号機）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
２度目の走行でも同様にして、計測車両が位置Ａにいるときに取得した三次元点群の中から一度目の時と同一の固定物（電柱）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。また、計測車両が位置Ｂにいるときに取得した三次元点群の中から一度目の時と同一の固定物（信号機）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
【００２８】
１度目の走行と２度目の走行で取得した共通の固定物（電柱、信号機）の座標位置のデータを用い、これらのデータの平均処理を行うなどして、その結果を位置Ａでの固定物（電柱）の真の座標位置とみなし、また位置Ｂでの固定物（信号機）の真の座標位置とみなす。
真の座標位置との差分をとることにより１度目の走行における位置Ａでの補正量と位置Ｂでの補正量が求められる。同様にして、２度目の走行における位置Ａでの補正量と位置Ｂでの補正量が求められる。
【００２９】
このようにして１度目の走行で取得した座標位置のデータについて２点（電柱と信号機）の補正量が算出されたため、この２点の補正量に基いて補正量を比例配分することにより、１度目の走行で取得した三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
同様にして、２度目の走行で取得した三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
このように、変化しない固定物（電柱、信号機）が重ね合わさるように各走行で計測したレーザ点群を伸縮して、三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
【００３０】
このようにして補正した１度目走行による座標位置のデータと、２度目の走行による座標位置のデータを用いて平均処理を行うことにより、計測車両１００が位置Ａ〜位置Ｂの間を走行して取得した三次元点群の座標位置を、より精度の高いデータにすることができる。
【００３１】
図１では、同じ走行路を２度走行して各種データを収集した例を説明しているが、３度以上（ｎ度（ｎ＝３、４、・・・））走行した場合も同様にして、変化しない固定物が重ね合わさるように各走行で計測したレーザ点群を伸縮することで、三次元点群の座標位置を補正できる。
【００３２】
なお、１度目の走行と２度目の走行で取得したデータの信頼度が異なる場合は、各々のデータに重み付けをして、最終的な三次元点群の座標位置を算出するようにしてもよい。
例えば１度目の走行結果の信頼度が低く、２度目の走行結果の信頼度が高い場合は、２度目の走行結果に重み付けをして、最終的な三次元点群の座標位置を算出するようにしてもよい。
【００３３】
データの信頼度については、例えばＧＰＳ信号を用いた測位演算により演算結果がＦｉｘした場合であっても、測位演算に用いたＧＰＳ衛星数が多かったり、ＤＯＰが少ないことにより位置計測の結果の信頼性は変化する。そこで、ＤＯＰの結果にしたがって信頼性の高低を求め、位置精度の信頼度で重み付けを行い、その平均的な結果を真値として扱うようにしてもよい。
【００３４】
このように、実施の形態１に係る三次元点群計測方法では、測定車両の走行中に常に衛星の状態が変化するため、１つの固定物を基準として補正するのではなく、一定間隔ごとに位置が変化しない固定物を特定して、各走行ごとの位置補正量を決定する。
【００３５】
そして、ＧＰＳによる位置計測で元々発生し得る誤差を平均化することによってＧＰＳの測位誤差を減少させ、全体の測位精度を向上することができる。すなわち、一度のＧＰＳ計測ではその計測ごとに誤差が生じるのに対して、複数回の走行結果を平均化することによって誤差を減少させ、より高精度な計測結果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、同じ走行路を複数回走行することで誤差の減少を図ったが、実施の形態２では計測に使用する電子基準点を複数選択し、各々の電子基準点のデータに基き移動体の位置計測を行う。
【００３７】
図２は、実施の形態２に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
具体的には、近傍に複数の電子基準点がある場合、複数の電子基準点を用いて各電子基準点について移動体位置計測の後処理演算を行う。そして、電子基準点毎に得られた位置計測の結果を平均化して、平均後の結果を真の値とみなす。
図２の例では、計測エリアの近傍に３つの電子基準点があり、電子基準点１のデータを用いて取得した測位解（基準点１の測位解）、電子基準点２のデータを用いて取得した測位解（基準点２の測位解）、電子基準点３のデータを用いて取得した測位解（基準点３の測位解）が各々算出される。そして、基準点１の測位解と、基準点２の測位解と、基準点３の測位解を平均処理することで、最終の三次元点群の座標位置を取得する。
【００３８】
ＧＰＳによる位置計測は電子基準点に起因する誤差を持っているが、実施の形態２に係る三次元点群計測方法では、複数の電子基準点を用いて演算し平均化することにより、電子基準点に起因する誤差を減少させることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態２では、近傍にある複数の電子基準点を利用して得られた測位結果につき、その平均をとるようにしたが、実施の形態３では、計測対象となる経路（位置Ａ〜位置Ｂの経路）の近傍に新たに静止の私設測定局を設置し、新たに設置した静止の測定局の測位結果の経時変動に応じて、計測車両による三次元点群の座標位置を補正する。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態３に係る３次元点群計測方法を説明する図である。
図３（ａ）は計測車両による３次元点群の計測結果（測値）と、補正後の計測結果（補正値）を時間ごとに示した図である。図３（ｂ）は、新たに設置した静止の私設測定局で静止計測した計測結果（測値）であり、予め真の位置（真値）が判っている電柱などの固定物の計測結果（測値）を時間ごとに示した図である。
【００４１】
図３（ｂ）のように、予め正確な位置（真値）が判っている静止点における静止測量を、計測車両による計測と同時間帯に行い、静止測量における各時刻（時刻Ｔ＝Ｔ１、Ｔ２、・・・、Ｔ６）における計測結果（測値）と真値の差から、補正値(真値と測値の差)３１〜３６を算出する。
【００４２】
次に、各時刻ごとに算出した補正値３１〜３６の分だけ、計測車両による同時刻の計測結果（測値）に補正することにより、計測車両による三次元点群の計測結果を補正する。
【００４３】
このように実施の形態３に係る三次元点群計測方法は、静止の私設測定局を移動する計測車両の近傍に設けるようにした。そして、同時刻に発生する静止の私設測定局による測量誤差と計測車両による計測誤差の発生要因が同一であるとして、計測車両による計測結果から、静止の施設測定局による同時刻の測量誤差の分を補正するようにした。
実施の形態３に係る三次元点群計測方法によれば、計測車両を用いた三次元点群の計測誤差を低減することができる。
【００４４】
なお、近傍に設けた静止の私設測定局は計測車両と共通の衛星を受信し、また電離層等の影響も同様であると考えらるため、全ての計測点につき補正を行うことが可能である。
【００４５】
実施の形態４．
実施の形態３では、計測車両の近傍に新たに静止の私設測定局を設置し、得られた測位結果に基き計測車両による三次元点群の座標位置の補正を行うようにした。実施の形態４では、時間ごとに受信状況が変化するＧＰＳ衛星群において共通のＧＰＳ衛星だけを用いて３次元点群計測を行うようにする。
【００４６】
ＧＰＳ信号を受信して測位解または方位角を演算する場合、計測車両（移動体）の走行時には、位置計測に必要とされる衛星数よりも、より多くの数のＧＰＳ衛星を捉えられている場合がある。例えば、位置計測に最低必要とされる衛星数が５である場合に、計測車両（移動体）が８以上の衛星を捉えているような場合がある。
【００４７】
図４は、実施の形態４に係る三次元点群計測方法を説明する図である。一般に、計測車両（移動体）の走行時には、計測車両が搭載するＧＰＳ受信機が捉えるＧＰＳ衛星の数は変化する。例えば図４（ａ）に示すように、ＧＰＳ受信機が電波を捉えたＧＰＳ衛星の数（確保衛星数）は、５機、６機、７機、６機、・・・と経時変化する。
一般に、測位演算に用いるＧＰＳ衛星が変わると測位演算の結果が変動し、三次元点群計測の誤差要因となる。図４（ｂ）は、電波を受信した衛星と受信した電波による測位結果を模式的に示したものである。このように、測位結果は、測位演算に用いる衛星によっても変化する。
【００４８】
そこで、実施の形態４に係る三次元点群計測方法では、測位演算を行う際に共通のＧＰＳ衛星のみを用いて演算を行うようにする。すなわち、計測車両が移動しながら各種データを取得している時間内で、連続してＧＰＳ衛星からの電波を捉えているＧＰＳ衛星のみを用いるようにする。図４（ａ）で示した各衛星の受信状況の例では、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈからの電波が計測中に常時受信可能であるため、図４（ｃ）に示すように、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈからの電波のみを用いて測位結果を得るようにする。
これにより、測位演算に用いるＧＰＳ衛星数の増減による位置の変動（変化）を低減することができる。
【００４９】
実施の形態５．
実施の形態４では共通のＧＰＳ衛星を用いて三次元点群の計測を行うようにした。実施の形態５では、２周波ＧＰＳをＧＰＳジャイロに搭載することで測位演算の誤差を低減させる。
【００５０】
図５は、計測車両の天板に設置されたＧＰＳアンテナの位置関係を説明する図である。 図５において、計測車両の天板に設置された３つのＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ１〜ＧＰＳ３）の位置関係は事前に計測されており既知とする。なお、ＧＰＳアンテナ１〜３はいずれも２周波ＧＰＳアンテナであるとする。
【００５１】
次に、図５のＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果を既知の位置関係に基きＧＰＳ１の位置に移動させる。ＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果をＧＰＳ１の位置に移動させたとき、測位誤差分だけＧＰＳ１の位置から外れて一致しないことになる。
このＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果を既知の位置関係に基きＧＰＳ１の位置に移動させる動作を繰返し行い、ＧＰＳ１の位置からのずれ量を平均化することで誤差を求めることができる。
【００５２】
このように、実施の形態５に係る三次元点群計測方法は、複数の２周波受信機をＧＰＳジャイロに搭載する。ＧＰＳジャイロでは元々、ＧＰＳアンテナ間の距離は精密に計測されているので、複数の２周波受信機の測位結果を原点に位置補正して、平均化することにより、時間平均と類似の効果を得ることができる。
【００５３】
実施の形態６．
実施の形態５では複数の２周波ＧＰＳをＧＰＳジャイロに搭載することで測位演算の誤差を低減させるようにした。実施の形態６では、一定距離を走行する毎に車両を一定時間静止させて静止測量を行い、ＧＣＳポイントとして代用することで位置精度を向上させる。
【００５４】
図６は、実施の形態６に係る三次元点群計測方法を説明する図である。実施の形態６では、一定距離ごとに車両を一定時間静止させ、静止状態で所定の時間、三次元点群の計測を行う。そして、計測結果の時間平均をとる（図６（ａ）参照）。平均化されたポイントを、例えばＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）ポイントとして代用する（図６（ｂ）参照）。
【００５５】
一般に、計測車両であっても、移動をせず計測車両を静止させて静止状態で測量を行うことで、加算平均による位置精度の向上が可能となる。このことは、測位に関しても姿勢においても同様である。静止している時間分だけ加算平均することで、ＧＰＳによる静止測量と同様に位置精度を向上させることができる。このように、車両を静止させ平均の位置姿勢から得たレーザ点の３次元データは、走行時のデータよりも精度が高いと考えられる。
【００５６】
このように、実施の形態６に係る三次元点群計測方法によれば、予めＧＣＰを用意することなく、時間平均処理したレーザ点をＧＣＰとして用いることによって、三次元点群の位置精度を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態７．
実施の形態７では、通常は３つのＧＰＳアンテナで構成されるＧＰＳジャイロをより多くのアンテナで構成する。
【００５８】
図７は、計測車両の上面に配置されたＧＰＳアンテナの一例を示したもので、実施の形態７に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
図７では、４つのＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ１〜ＧＰＳ４）が車両天板上に搭載されている。この場合のＧＰＳジャイロの構成としては、（１）ＧＰＳ１−ＧＰＳ２−ＧＰＳ３の組合せ（組合せ１）、（２）ＧＰＳ１−ＧＰＳ２−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ２）、（３）ＧＰＳ１−ＧＰＳ３−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ３）、（４）ＧＰＳ２−ＧＰＳ３−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ４）の４つの３角形が構成できる。各々の３角形により姿勢角を計算しその平均的な値を用いて姿勢角を算出することにより、一つのＧＰＳジャイロでの姿勢角結果と比較して、精度を向上させることができる。
【００５９】
このように、ＧＰＳアンテナを２個以上搭載して位置だけでなく姿勢を計測するのがＧＰＳジャイロの考え方であるが、ＧＰＳアンテナを３個搭載すれば、ヨー角（Ｙａｗ）、ロール角（Ｒｏｌｌ）、ピッチ角（Ｐｉｔｃｈ）の３つの姿勢角を計測できる。更に、ＧＰＳアンテナを４個搭載すれば３角形が４個形成できる。５個搭載すれば１０個の３角形が形成できる。これらの三角形を用いてそれぞれ姿勢角を計算しその平均等を用いて姿勢角予測を行うことによって、時間平均と同様の平均効果を得ることができる。
【００６０】
なお、実施の形態１〜７では測位衛星としてＧＰＳ衛星を用いて説明したが、ＧＰＳ衛星は一例でありＧＬＯＮＡＳＳやガリレオなどの衛星であっても本発明は同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６１】
１、２、３、４ ＧＰＳアンテナ、３１〜３６ 実施の形態３における各補正量、１００ 計測車両、１１１、１１２ カメラ、１１３ ＧＰＳアンテナ、１１４、１１５ レーザースキャナ、１１６ ＩＭＵ、２００ 移動体自己位置計測装置、２１３ 地物位置計測部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、レーザースキャナやカメラを搭載し、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）とジャイロ（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とを組み合わせた移動体計測車両により収集した移動体計測車両周辺の三次元点群のデータを用いて、後処理により、精度の高い三次元点群データを生成する三次元点群計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両にレーザースキャナやカメラを搭載し、車両周辺の位置情報を収集する移動体計測車両が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
航空機等にレーザースキャナを搭載し地上にある建物等の位置情報を取得する場合、位置の精度を向上させる方法として、ＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）を利用する方法が知られている。
ＧＣＰを利用する方法は、予め精密測量や基準点など既知の座標点を用い、計測したデータの対応する点を探し出し、そのずれ量を補正する方法である。ずれ量を補正する方法としては、単純な場合はある一定区画を区切って点群を平行移動させることで行い、より複雑な場合は台形変換等をすることにより行う（例えば、特許文献３参照）。
ＧＣＰを利用する手法ではＧＣＰ点が多いほど精度が高められるが、ＧＣＰポイントの計測には静止測量等を用いるため、時間と費用がかかるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０/０２４２１２号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−１７５４２３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザスキャナを搭載しＧＰＳとジャイロを組み合わせた計測車両で収集した三次元点群データの位置を標定する場合、三次元点群データの標定位置精度は主に（１）ＧＰＳによる計測車両の位置精度、（２）ＩＭＵやＧＰＳジャイロ等を用いて推定される計測車両の姿勢角精度、により決定される。
【０００６】
（１）ＧＰＳによる計測車両の位置精度に関しては、計測車両に搭載したＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号を受信し測位演算によりＦｉｘ解が得られた場合であっても、ＧＰＳが元々有している測位誤差要因によって位置精度の劣化が生じる。静止測量の分野では、長時間静止した状態で計測しその時間平均的な解を求めることで、より高精度な測位結果を得ることが行われている。しかしながら移動体である計測車両による位置計測の場合は、静止測量の場合と異なり、静止した状態での計測ができない、あるいは低速で走ることができないため、高精度化に対して静止測量で行われている手法は適用できないという課題があった。
【０００７】
また、（２）計測車両の姿勢角精度に関しては、ＧＰＳジャイロの計測が有効な場合、すなわち計測車両に搭載した複数のＧＰＳアンテナにより車両の姿勢角が予測できる場合であっても、ＧＰＳジャイロが元々有する測位誤差要因によって姿勢角精度の劣化が生じる。静止測量であれば、長時間静止し時間平均することで測位精度を向上させることができるが、移動体測量の場合は静止ができない、あるいは低速で走れないことが通常であるため、高精度化に対して静止測量で行われている手法は適用できないという課題があった。
【０００８】
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、計測車両による移動体測量の場合であっても、後処理により、位置精度の高い三次元点群データを生成可能な三次元点群計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る三次元点群計測方法は、レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、前記車両が同一の走行路を複数回走行して取得した走行毎のデータ群を用い、各々のデータ群の信頼度に基き前記データ群に重み付けして前記三次元点群の座標位置を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る三次元点群計測方法によれば、後処理により、三次元点群についての高精度な座標位置を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図２】実施の形態２に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図３】実施の形態３に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図４】実施の形態４に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図５】実施の形態５に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図６】実施の形態６に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図７】実施の形態７に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
【図８】実施の形態１〜７に係る計測車両の構成を説明する図である。
【図９】実施の形態１〜７に係る自己位置計測装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明に係る三次元点群計測方法は、以下で説明する実施の形態１〜７に記載された内容の少なくとも１つの方法を用いて三次元点群（三次元座標の点の集合）の位置を計測する。実施の形態１〜７に記載された計測方法のうち、いずれか１つの計測方法だけを実行してもよいし、複数の計測方法を併用して実行するようにしてもよい。
【００１３】
図８は、本発明に係る実施の形態１〜７において、三次元点群のデータを収集する計測車両１００の概略構成を示す図である。この計測車両１００は特許文献２に記載された計測車両と機能が同様のものである。
図９は、後処理により、三次元点群の座標位置を高精度に計測する移動体自己位置計測装置（単に計測装置ともいう）２００の構成を示す図である。
実施の形態１〜７では、特許文献２に記載の計測車両と同等の計測車両を用いて三次元点群のデータ収集を行い、特許文献２に記載された自己位置計測装置２００に備えられた地物位置計測部２１３が、カメラ映像２８１に投影された三次元点群２９２に基づいてカメラ映像２８１に写っている地物（計測対象地域に位置している地物）の三次元点群の座標をＣＰＵを用いて算出する。計測車両１００や移動体自己位置計測装置２００の構成の詳細については特許文献２に記載があり、ここではそれらの概略について説明する。
【００１４】
図８の計測車両１００は、計測対象地域を走行し、計測対象地域の例えば三次元地図を生成するために必要な各種データを取得する。
【００１５】
計測車両１００は、天板に計測ユニット１１０が取り付けられている。また、計測車両１００はユニット記憶部１９０（記憶装置）を備える。
計測ユニット１１０は、前方用カメラ１１１、路面用カメラ１１２、ＧＰＳ１１３、上面用レーザースキャナ１１４、下面用レーザースキャナ１１５、ＩＭＵ１１６および配線中継ＢＯＸ１１７を備える。
【００１６】
前方用カメラ１１１は、水平に取り付けられ、計測車両１００の前方を撮像する。路面用カメラ１１２は、斜め下方に向けて取り付けられ、路面を撮像する。
【００１７】
ＧＰＳ１１３は、３か所に設置される。各ＧＰＳ１１３は、ＧＰＳ衛星から発信された測位信号（衛星軌道情報などを示す）を受信し、受信結果（ＧＰＳ観測値）に基づいてＧＰＳ測位を行う装置である。
【００１８】
上面用レーザースキャナ１１４は、斜め上方に向けて取り付けられ、計測ユニット１１０より高い場所に位置する地物（例えば、道路標識）を対象に距離方位の計測を行う。
下面用レーザースキャナ１１５は、斜め下方に向けて取り付けられ、計測ユニット１１０より低い場所に位置する地物（例えば、路面）を対象に距離方位の計測を行う。
距離方位とは、上面用レーザースキャナ１１４または下面用レーザースキャナ１１５から地物までの距離および方位を意味する。
距離方位の計測において、上面用レーザースキャナ１１４と下面用レーザースキャナ１１５とは、左右に首降りしながら左真横から前方および前方から右真横の１８０度の方向にレーザーを順次出射し、出射したレーザーが地物で反射して戻ってくるまでの時間を計測する。上面用レーザースキャナ１１４と下面用レーザースキャナ１１５とは、計測した時間に基づいてレーザーを反射した地物との距離を算出し、算出した距離とレーザーの出射方向とを地物の距離方位とする。
レーザースキャナは、ＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）ともいう。
【００１９】
ＩＭＵ１１６（ＩＭＵ：慣性航法装置）は、３軸方向（ｘ、ｙ、ｚ）の角速度を計測する。例えば、ＩＭＵ１１６としてジャイロが用いられる。
【００２０】
上記の各機器は取得したデータを取得時刻（計測時刻）と共に配線中継ＢＯＸ１１７に出力する。
【００２１】
図９において、取得データ記憶部２８０は、計測車両１００により取得された各データを記憶媒体を用いて記憶する記憶装置である。記憶部２８０には配線中継ＢＯＸ１１７に出力されたデータが格納される。
計測データ記憶部２９０は、車両位置姿勢２９１、三次元点群２９２および地物位置２９３を記憶媒体を用いて記憶する記憶装置である。
地物位置計測部２１３は、カメラ映像２８１に投影された三次元点群２９２に基づいて、カメラ映像２８１に写っている地物（計測対象地域に位置している地物）の三次元座標（座標位置）をＣＰＵを用いて算出する。
【００２２】
以下の実施の形態１〜７では、地物位置計測部２１３が実行する三次元点群の座標位置の計測方法について説明する。
【００２３】
実施の形態１．
実施の形態１に係る三次元点群計測方法は、計測対象となる道路を複数回走行し、走行毎に各種データを収集する。そして、走行毎の三次元点群の計測結果を平均処理するなどにより計測精度の向上を図る。あるいは、走行毎の測位情報の信頼度に応じて重み付けをした座標位置を算出することで、計測精度の向上を図る。
【００２４】
図１は、実施の形態１に係る三次元点群計測方法の計測方法を説明する図である。
計測車両１００は同じ走行路（例えば、位置Ａ〜位置Ｂの間）を複数回走行する。走行する方向は同一方向（位置Ａから位置Ｂに向かう方向）であってもよいし、逆の方向（位置Ｂから位置Ａに向かう方向）であってもよい。
【００２５】
レーザスキャナ１１４、１１５が複数回の走行で収集したレーザ点群（三次元点群２９２）において、位置が変化しない固定物に対応した三次元点群のデータを抽出する。
【００２６】
位置が変化しない固定物の例としては、電柱や信号機、建物等が挙げられる。一方、位置が変化するものの例としては、車両や人、自転車等が挙げられる。ここでは、位置が変化しない固定物に対応する三次元点群のデータを抽出する。
次に、複数回の走行により取得された三次元点群のデータで、位置が変化しない固定物に対応する三次元点群の座標位置を、各回の走行ごとに算出する。各回の走行で算出された固定物の座標位置を用いて平均処理を行うなどして、その結果を固定物に対応する三次元点群の真の座標位置とみなす。
【００２７】
図１に記載した例では、１度目の走行で、計測車両が位置Ａにいるときに取得した三次元点群の中から位置が変化しない固定物（例えば電柱）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
また、１度目の走行で、計測車両が位置Ｂにいるときに取得した三次元点群の中から位置が変化しない固定物（例えば信号機）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
２度目の走行でも同様にして、計測車両が位置Ａにいるときに取得した三次元点群の中から一度目の時と同一の固定物（電柱）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。また、計測車両が位置Ｂにいるときに取得した三次元点群の中から一度目の時と同一の固定物（信号機）を抽出し、抽出した固定物に対応する三次元点群の座標位置を求める。
【００２８】
１度目の走行と２度目の走行で取得した共通の固定物（電柱、信号機）の座標位置のデータを用い、これらのデータの平均処理を行うなどして、その結果を位置Ａでの固定物（電柱）の真の座標位置とみなし、また位置Ｂでの固定物（信号機）の真の座標位置とみなす。
真の座標位置との差分をとることにより１度目の走行における位置Ａでの補正量と位置Ｂでの補正量が求められる。同様にして、２度目の走行における位置Ａでの補正量と位置Ｂでの補正量が求められる。
【００２９】
このようにして１度目の走行で取得した座標位置のデータについて２点（電柱と信号機）の補正量が算出されたため、この２点の補正量に基いて補正量を比例配分することにより、１度目の走行で取得した三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
同様にして、２度目の走行で取得した三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
このように、変化しない固定物（電柱、信号機）が重ね合わさるように各走行で計測したレーザ点群を伸縮して、三次元点群の座標位置のデータの全体を補正することができる。
【００３０】
このようにして補正した１度目走行による座標位置のデータと、２度目の走行による座標位置のデータを用いて平均処理を行うことにより、計測車両１００が位置Ａ〜位置Ｂの間を走行して取得した三次元点群の座標位置を、より精度の高いデータにすることができる。
【００３１】
図１では、同じ走行路を２度走行して各種データを収集した例を説明しているが、３度以上（ｎ度（ｎ＝３、４、・・・））走行した場合も同様にして、変化しない固定物が重ね合わさるように各走行で計測したレーザ点群を伸縮することで、三次元点群の座標位置を補正できる。
【００３２】
なお、１度目の走行と２度目の走行で取得したデータの信頼度が異なる場合は、各々のデータに重み付けをして、最終的な三次元点群の座標位置を算出するようにしてもよい。
例えば１度目の走行結果の信頼度が低く、２度目の走行結果の信頼度が高い場合は、２度目の走行結果に重み付けをして、最終的な三次元点群の座標位置を算出するようにしてもよい。
【００３３】
データの信頼度については、例えばＧＰＳ信号を用いた測位演算により演算結果がＦｉｘした場合であっても、測位演算に用いたＧＰＳ衛星数が多かったり、ＤＯＰが少ないことにより位置計測の結果の信頼性は変化する。そこで、ＤＯＰの結果にしたがって信頼性の高低を求め、位置精度の信頼度で重み付けを行い、その平均的な結果を真値として扱うようにしてもよい。
【００３４】
このように、実施の形態１に係る三次元点群計測方法では、測定車両の走行中に常に衛星の状態が変化するため、１つの固定物を基準として補正するのではなく、一定間隔ごとに位置が変化しない固定物を特定して、各走行ごとの位置補正量を決定する。
【００３５】
そして、ＧＰＳによる位置計測で元々発生し得る誤差を平均化することによってＧＰＳの測位誤差を減少させ、全体の測位精度を向上することができる。すなわち、一度のＧＰＳ計測ではその計測ごとに誤差が生じるのに対して、複数回の走行結果を平均化することによって誤差を減少させ、より高精度な計測結果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、同じ走行路を複数回走行することで誤差の減少を図ったが、実施の形態２では計測に使用する電子基準点を複数選択し、各々の電子基準点のデータに基き移動体の位置計測を行う。
【００３７】
図２は、実施の形態２に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
具体的には、近傍に複数の電子基準点がある場合、複数の電子基準点を用いて各電子基準点について移動体位置計測の後処理演算を行う。そして、電子基準点毎に得られた位置計測の結果を平均化して、平均後の結果を真の値とみなす。
図２の例では、計測エリアの近傍に３つの電子基準点があり、電子基準点１のデータを用いて取得した測位解（基準点１の測位解）、電子基準点２のデータを用いて取得した測位解（基準点２の測位解）、電子基準点３のデータを用いて取得した測位解（基準点３の測位解）が各々算出される。そして、基準点１の測位解と、基準点２の測位解と、基準点３の測位解を平均処理することで、最終の三次元点群の座標位置を取得する。
【００３８】
ＧＰＳによる位置計測は電子基準点に起因する誤差を持っているが、実施の形態２に係る三次元点群計測方法では、複数の電子基準点を用いて演算し平均化することにより、電子基準点に起因する誤差を減少させることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態２では、近傍にある複数の電子基準点を利用して得られた測位結果につき、その平均をとるようにしたが、実施の形態３では、計測対象となる経路（位置Ａ〜位置Ｂの経路）の近傍に新たに静止の私設測定局を設置し、新たに設置した静止の測定局の測位結果の経時変動に応じて、計測車両による三次元点群の座標位置を補正する。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態３に係る３次元点群計測方法を説明する図である。
図３（ａ）は計測車両による３次元点群の計測結果（測値）と、補正後の計測結果（補正値）を時間ごとに示した図である。図３（ｂ）は、新たに設置した静止の私設測定局で静止計測した計測結果（測値）であり、予め真の位置（真値）が判っている電柱などの固定物の計測結果（測値）を時間ごとに示した図である。
【００４１】
図３（ｂ）のように、予め正確な位置（真値）が判っている静止点における静止測量を、計測車両による計測と同時間帯に行い、静止測量における各時刻（時刻Ｔ＝Ｔ１、Ｔ２、・・・、Ｔ６）における計測結果（測値）と真値の差から、補正値(真値と測値の差)３１〜３６を算出する。
【００４２】
次に、各時刻ごとに算出した補正値３１〜３６の分だけ、計測車両による同時刻の計測結果（測値）に補正することにより、計測車両による三次元点群の計測結果を補正する。
【００４３】
このように実施の形態３に係る三次元点群計測方法は、静止の私設測定局を移動する計測車両の近傍に設けるようにした。そして、同時刻に発生する静止の私設測定局による測量誤差と計測車両による計測誤差の発生要因が同一であるとして、計測車両による計測結果から、静止の施設測定局による同時刻の測量誤差の分を補正するようにした。
実施の形態３に係る三次元点群計測方法によれば、計測車両を用いた三次元点群の計測誤差を低減することができる。
【００４４】
なお、近傍に設けた静止の私設測定局は計測車両と共通の衛星を受信し、また電離層等の影響も同様であると考えらるため、全ての計測点につき補正を行うことが可能である。
【００４５】
実施の形態４．
実施の形態３では、計測車両の近傍に新たに静止の私設測定局を設置し、得られた測位結果に基き計測車両による三次元点群の座標位置の補正を行うようにした。実施の形態４では、時間ごとに受信状況が変化するＧＰＳ衛星群において共通のＧＰＳ衛星だけを用いて３次元点群計測を行うようにする。
【００４６】
ＧＰＳ信号を受信して測位解または方位角を演算する場合、計測車両（移動体）の走行時には、位置計測に必要とされる衛星数よりも、より多くの数のＧＰＳ衛星を捉えられている場合がある。例えば、位置計測に最低必要とされる衛星数が５である場合に、計測車両（移動体）が８以上の衛星を捉えているような場合がある。
【００４７】
図４は、実施の形態４に係る三次元点群計測方法を説明する図である。一般に、計測車両（移動体）の走行時には、計測車両が搭載するＧＰＳ受信機が捉えるＧＰＳ衛星の数は変化する。例えば図４（ａ）に示すように、ＧＰＳ受信機が電波を捉えたＧＰＳ衛星の数（確保衛星数）は、５機、６機、７機、６機、・・・と経時変化する。
一般に、測位演算に用いるＧＰＳ衛星が変わると測位演算の結果が変動し、三次元点群計測の誤差要因となる。図４（ｂ）は、電波を受信した衛星と受信した電波による測位結果を模式的に示したものである。このように、測位結果は、測位演算に用いる衛星によっても変化する。
【００４８】
そこで、実施の形態４に係る三次元点群計測方法では、測位演算を行う際に共通のＧＰＳ衛星のみを用いて演算を行うようにする。すなわち、計測車両が移動しながら各種データを取得している時間内で、連続してＧＰＳ衛星からの電波を捉えているＧＰＳ衛星のみを用いるようにする。図４（ａ）で示した各衛星の受信状況の例では、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈからの電波が計測中に常時受信可能であるため、図４（ｃ）に示すように、ＧＰＳ衛星Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈからの電波のみを用いて測位結果を得るようにする。
これにより、測位演算に用いるＧＰＳ衛星数の増減による位置の変動（変化）を低減することができる。
【００４９】
実施の形態５．
実施の形態４では共通のＧＰＳ衛星を用いて三次元点群の計測を行うようにした。実施の形態５では、２周波ＧＰＳをＧＰＳジャイロに搭載することで測位演算の誤差を低減させる。
【００５０】
図５は、計測車両の天板に設置されたＧＰＳアンテナの位置関係を説明する図である。 図５において、計測車両の天板に設置された３つのＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ１〜ＧＰＳ３）の位置関係は事前に計測されており既知とする。なお、ＧＰＳアンテナ１〜３はいずれも２周波ＧＰＳアンテナであるとする。
【００５１】
次に、図５のＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果を既知の位置関係に基きＧＰＳ１の位置に移動させる。ＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果をＧＰＳ１の位置に移動させたとき、測位誤差分だけＧＰＳ１の位置から外れて一致しないことになる。
このＧＰＳ２、ＧＰＳ３の測位結果を既知の位置関係に基きＧＰＳ１の位置に移動させる動作を繰返し行い、ＧＰＳ１の位置からのずれ量を平均化することで誤差を求めることができる。
【００５２】
このように、実施の形態５に係る三次元点群計測方法は、複数の２周波受信機をＧＰＳジャイロに搭載する。ＧＰＳジャイロでは元々、ＧＰＳアンテナ間の距離は精密に計測されているので、複数の２周波受信機の測位結果を原点に位置補正して、平均化することにより、時間平均と類似の効果を得ることができる。
【００５３】
実施の形態６．
実施の形態５では複数の２周波ＧＰＳをＧＰＳジャイロに搭載することで測位演算の誤差を低減させるようにした。実施の形態６では、一定距離を走行する毎に車両を一定時間静止させて静止測量を行い、ＧＣＳポイントとして代用することで位置精度を向上させる。
【００５４】
図６は、実施の形態６に係る三次元点群計測方法を説明する図である。実施の形態６では、一定距離ごとに車両を一定時間静止させ、静止状態で所定の時間、三次元点群の計測を行う。そして、計測結果の時間平均をとる（図６（ａ）参照）。平均化されたポイントを、例えばＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）ポイントとして代用する（図６（ｂ）参照）。
【００５５】
一般に、計測車両であっても、移動をせず計測車両を静止させて静止状態で測量を行うことで、加算平均による位置精度の向上が可能となる。このことは、測位に関しても姿勢においても同様である。静止している時間分だけ加算平均することで、ＧＰＳによる静止測量と同様に位置精度を向上させることができる。このように、車両を静止させ平均の位置姿勢から得たレーザ点の３次元データは、走行時のデータよりも精度が高いと考えられる。
【００５６】
このように、実施の形態６に係る三次元点群計測方法によれば、予めＧＣＰを用意することなく、時間平均処理したレーザ点をＧＣＰとして用いることによって、三次元点群の位置精度を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態７．
実施の形態７では、通常は３つのＧＰＳアンテナで構成されるＧＰＳジャイロをより多くのアンテナで構成する。
【００５８】
図７は、計測車両の上面に配置されたＧＰＳアンテナの一例を示したもので、実施の形態７に係る三次元点群計測方法を説明する図である。
図７では、４つのＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ１〜ＧＰＳ４）が車両天板上に搭載されている。この場合のＧＰＳジャイロの構成としては、（１）ＧＰＳ１−ＧＰＳ２−ＧＰＳ３の組合せ（組合せ１）、（２）ＧＰＳ１−ＧＰＳ２−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ２）、（３）ＧＰＳ１−ＧＰＳ３−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ３）、（４）ＧＰＳ２−ＧＰＳ３−ＧＰＳ４の組合せ（組合せ４）の４つの３角形が構成できる。各々の３角形により姿勢角を計算しその平均的な値を用いて姿勢角を算出することにより、一つのＧＰＳジャイロでの姿勢角結果と比較して、精度を向上させることができる。
【００５９】
このように、ＧＰＳアンテナを２個以上搭載して位置だけでなく姿勢を計測するのがＧＰＳジャイロの考え方であるが、ＧＰＳアンテナを３個搭載すれば、ヨー角（Ｙａｗ）、ロール角（Ｒｏｌｌ）、ピッチ角（Ｐｉｔｃｈ）の３つの姿勢角を計測できる。更に、ＧＰＳアンテナを４個搭載すれば３角形が４個形成できる。５個搭載すれば１０個の３角形が形成できる。これらの三角形を用いてそれぞれ姿勢角を計算しその平均等を用いて姿勢角予測を行うことによって、時間平均と同様の平均効果を得ることができる。
【００６０】
なお、実施の形態１〜７では測位衛星としてＧＰＳ衛星を用いて説明したが、ＧＰＳ衛星は一例でありＧＬＯＮＡＳＳやガリレオなどの衛星であっても本発明は同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６１】
１、２、３、４ ＧＰＳアンテナ、３１〜３６ 実施の形態３における各補正量、１００ 計測車両、１１１、１１２ カメラ、１１３ ＧＰＳアンテナ、１１４、１１５ レーザースキャナ、１１６ ＩＭＵ、２００ 移動体自己位置計測装置、２１３ 地物位置計測部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が同一の走行路を複数回走行して取得した走行毎のデータ群を用い、各々のデータ群の信頼度に基き前記データ群に重み付けして前記三次元点群の座標位置を算出することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項２】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から測位信号を受信すると共に、所定の間隔で地上に設置された複数の基準局から各々配信される補正情報を受信し、
各々の基準局から配信された補正情報に基いてそれぞれ計測された三次元点群の座標位置を用いて、前記三次元点群の座標位置を算出することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項３】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が走行するエリアの近傍に設けられた静止の測定局が計測した前記測定局の計測結果の経時変化に基き、前記三次元点群の座標位置を補正することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項４】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
三次元点群の計測開示から計測終了までの間に前記ＧＰＳ受信機が受信した測位信号のうち同一のＧＰＳ衛星からの測位信号のみを用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項５】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が一旦停止して、停止した状態で静止測量した前記車両の位置をＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）ポイントとして用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項６】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記姿勢角検出器はＧＰＳジャイロであって、４個以上のＧＰＳアンテナから抽出した３個のＧＰＳアンテナの組合せで各々算出される前記車両の姿勢角データを用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれか記載の三次元点群計測方法により前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測プログラム。
【請求項１】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が同一の走行路を複数回走行して取得した走行毎のデータ群を用い、各々のデータ群の信頼度に基き前記データ群に重み付けして前記三次元点群の座標位置を算出することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項２】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から測位信号を受信すると共に、所定の間隔で地上に設置された複数の基準局から各々配信される補正情報を受信し、
各々の基準局から配信された補正情報に基いてそれぞれ計測された三次元点群の座標位置を用いて、前記三次元点群の座標位置を算出することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項３】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が走行するエリアの近傍に設けられた静止の測定局が計測した前記測定局の計測結果の経時変化に基き、前記三次元点群の座標位置を補正することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項４】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
三次元点群の計測開示から計測終了までの間に前記ＧＰＳ受信機が受信した測位信号のうち同一のＧＰＳ衛星からの測位信号のみを用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項５】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記車両が一旦停止して、停止した状態で静止測量した前記車両の位置をＧＣＰ（Ｇｒａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）ポイントとして用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項６】
レーザースキャナと、ＧＰＳ受信機と、姿勢角検出器を搭載した車両が走行中に収集したデータ群であって、前記レーザースキャナで走査されたレーザー光により計測された前記車両の周囲の地物までの距離と前記地物への方位とからなる距離方位データと、前記ＧＰＳ受信機により取得された前記車両の位置データと、前記姿勢角検出器により取得された前記車両の姿勢角データと、前記距離方位データ、前記位置データ、前記姿勢角データの各データを取得した時の取得時刻とが関連付けされたデータ群を用いて、前記レーザー光が照射された前記地物の照射点からなる三次元点群の座標位置を計測する三次元点群計測方法であって、
前記姿勢角検出器はＧＰＳジャイロであって、４個以上のＧＰＳアンテナから抽出した３個のＧＰＳアンテナの組合せで各々算出される前記車両の姿勢角データを用いて、前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測方法。
【請求項７】
前記請求項１〜６のいずれか記載の三次元点群計測方法により前記三次元点群の座標位置を計測することを特徴とする三次元点群計測プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４０８８６（Ｐ２０１３−４０８８６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９２８２（Ｐ２０１１−１７９２８２）
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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