地上レーザスキャナ測量装置、測量装置及び測量方法
【課題】装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付け可能にする。
【解決手段】地上レーザスキャナ測量装置Ａは、レーザを計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する装置であって、装置本体１とＰＣとを有している。装置本体１には、傾きを測定する傾斜計１０２と、求心用の可視ポイントレーザ光を発する求心レーザ１０５と、可視ラインレーザ光を発するラインレーザ１０３と、ラインレーザ１０３とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光を水平に発するポイントレーザ１０４と、計測対象物の座標点に色を付けるためにスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラ１０６等が備えられている。
【解決手段】地上レーザスキャナ測量装置Ａは、レーザを計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する装置であって、装置本体１とＰＣとを有している。装置本体１には、傾きを測定する傾斜計１０２と、求心用の可視ポイントレーザ光を発する求心レーザ１０５と、可視ラインレーザ光を発するラインレーザ１０３と、ラインレーザ１０３とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光を水平に発するポイントレーザ１０４と、計測対象物の座標点に色を付けるためにスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラ１０６等が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標データを取得する地上レーザスキャナ測量装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上レーザスキャナ測量装置については、地上に設置した光波測距儀の一種であって、発射したレーザ光が物体に反射して戻ってくるまでの時間を距離に換算して地形・地物をあるがままの状態で３次元計測する基本機能を有している。最近ではスキャニング範囲を撮影するカメラが搭載され、計測された３次元座標にカメラの撮影画像を重ね合せて表示出力する機能を有するものが一般的となっている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９４１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例による場合、ａ）測量の前準備として装置の自位置座標及び方位等を多数の既知点を利用しつつ測量することが必要不可欠であり、その作業が大変である点、ｂ）装置の自位置座標及び方位等に加えて装置の器械高を測定する作業が煩わしい点、ｃ）カメラにプリズム等の光学系可動部が内蔵されており、取り扱いを慎重に行なうことが要求される点等、の理由により装置を測量現場に簡単に素早く据え付けることが困難という問題がある。これは地上レーザスキャナ測量装置だけの特有の問題ではなく、トータルステーション等の一般的に測量装置についても一部同様の問題が指摘されている。
【０００５】
本発明は上記背景に鑑みて創作されたものであり、その目的とするところは、上記した問題を改善することが可能な地上レーザスキャナ測量装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る地上レーザスキャナ測量装置は、レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する装置であって、装置本体の傾きを測定する傾斜計と、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発する第１ポイントレーザ発生部と、装置本体からその周りの一方向に向けて垂直方向に延びた可視ラインレーザ光を発するラインレーザ発生部とを備えている。
【０００７】
なお、傾斜計については、装置本体の傾きが測定可能であれば足り、測定形式や表示出力の形態が問われない。第１ポイントレーザ発生部については、プリズムやミラー等を介して可視ポイントレーザ光を下方の既知点に向けて発する形態でも良い。ラインレーザ発生部については、可視ラインレーザ光の発せられる角度等が任意であり、可視ラインレーザ光の延びる範囲を可変にしても良い。
【０００８】
上記発明によると、傾斜計を通じて装置本体の傾きが測定可能であることから、装置本体を水平に簡単に据え付けることが可能となる。また、ポイントレーザ発生部から発せられた可視ポイントレーザ光を下方に位置する既知点に当てて位置合わせすることにより装置本体の自位置座標を把握することができ、ラインレーザ発生部から発せられた可視ラインレーザ光を周りに位置する既知点に当てて位置合わせすることにより装置本体の方位を把握することができる。このように装置本体の自位置座標及び方位等を簡単に測量することができ、その測量精度も周りの既知点の数や分布等に無関係である。よって、装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、この点で良好な測量作業を円滑に行なうことが可能となる。
【０００９】
上記装置において、装置本体のヘッド部を回転駆動させる回転駆動部と、同装置の周辺に位置する既知点に配置されたターゲットセンサから送信された可視ラインレーザ光の同センサへの受光の有無を示すセンサ信号を受信する受信部と、前記ヘッド部の向きを当該既知点の方向にするために受信部を通じて入力されたセンサ信号に基づいて回動駆動部を動作させる自動追尾制御部とを更に備えるようにすることが好ましい。
【００１０】
上記発明によると、可視ラインレーザ光がターゲットセンサに受光されるまで装置本体のヘッド部の向きが自動的に変わり、これに伴って可視ラインレーザ光が上記既知点に位置合わせされる。可視ラインレーザ光を上記既知点に当てて位置合わせする作業が不要となることから、この点で、装置本体を測量現場により一層簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【００１１】
上記装置において、ラインレーザ発生部とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光を水平に発する第２ポイントレーザ発生部を更に備えると良い。
【００１２】
上記発明によると、下方に既知点がないような測量場所、例えば、トンネル内や建築物内等であっても左右の２箇所の既知点を用いて装置本体の自位置座標を測量することが可能となる。従来とは異なり多数の既知点を用いて装置本体の自位置座標を測量する必要がないことから、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【００１３】
本発明に係る他の地上レーザスキャナ測量装置は、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を測定する姿勢測定部と、装置本体の自位置座標を測定するＧＰＳ（Global Positioning System）測定部と、装置本体のヘッド部の方位を測定する電子コンパスとを備え、少なくともＧＰＳ測定部及び電子コンパスの各測定結果が計測対象物の座標データとともに出力可能になっている。
【００１４】
なお、姿勢測定部については、傾斜計やチルトセンサ等があり、電子コンパス等に内蔵のチルトセンサを利用しても良く、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を単に表示出力する形態でもかまわない。ＧＰＳ測定部及び電子コンパスについては、これらの測定結果を計測対象物の座標点データと関連付けて出力可能である限り、出力形態等が問われず、単に表示出力する形態でもかまわない。
【００１５】
上記発明によると、姿勢測定部を通じて装置本体の姿勢を測定することが可能になる他、ＧＰＳ測定部、電子コンパスを通じて装置本体の自位置座標、方位等を測定することが可能になる。このように装置本体の自位置座標及び方位等を簡単に測量することができる。よって、装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、この点で円滑で良好な測量作業を行なうことが可能となる。
【００１６】
上記装置において、計測対象物の座標データにはＧＰＳ測定部にて得られた座標点データ取得時のＧＰＳ時間をスタンプすると良い。
【００１７】
なお、計測対象物の座標データに対するＧＰＳ時間のスタンプについては、レーザスキャナによる座標点データ取得時の日時を示すＧＰＳ時間を計測対象物の座標点データと関連付けて出力すれば足り、その出力形態が問われない。
【００１８】
上記発明によると、座標点データにＧＰＳ時間がスタンプされているので、他機との間で測定上の同期を取ることができ、これに伴って正確な時間軸で測定することでができ、測量の高精度化を図ることが可能になる。
【００１９】
本発明に係る他の地上レーザスキャナ測量装置は、計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラを備え、複数の電子カメラが装置本体のヘッド部に互いに向きを変えて固定されている。
【００２０】
なお、電子カメラについては、レーザスキャナによる少なくともスキャンニング範囲を複数台で分担して撮影可能である限り、カメラの種類、数、配置上のピッチ間隔及び配列等が問われない。
【００２１】
上記発明によると、電子カメラには従来装置とは異なり可動部がないことから測定の高精度化を図ることができる。また、耐久性に強いことから、装置本体を慎重に取り扱う必要がなくなり、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。さらに、装置の構造が単純となり故障も少なくなるという別のメリットもある。
【００２２】
上記装置において、複数の電子カメラのうち隣り合う同電子カメラにより画像をオーバーラップして撮影可能にすると良い。
【００２３】
上記発明によると、隣り合う２台の電子カメラの撮影画像によりステレオ写真測量を行なうことも可能となり、装置としての高性能化が図られる。
【００２４】
本発明に係る測量装置は、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発するポイントレーザ発生部を備え、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用され、当該レーザ距離計の測定結果が装置本体の器械高として出力可能になっている。
【００２５】
なお、上記発明は地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、トータルステーションその他の一般的な測量装置にも同様に適用可能である。ポイントレーザ発生部については、プリズムやミラー等を介して可視ポイントレーザ光を下方の既知点に向けて発する形態でも良い。また、装置本体の器械高を単に表示出力する形態でもかまわない。
【００２６】
上記発明によると、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用されていることから装置本体の器械高を簡単に測定することができ、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。また、ポイントレーザ発生部がレーザ求心と器械高の測定との双方を行なえることから、構成が単純となるという別のメリットもある。
【００２７】
本発明に係る他の測量装置は、装置本体の外面上には別の測量装置による位置測定用の目印が設けられている。また、本発明に係る測量方法は、上記他の測量装置が地上レーザスキャナ測量装置である場合の方法であって、ターゲットセンサを別の測量装置に配置し、当該装置により位置測定用の目印を利用して地上レーザスキャナ測量装置の少なくとも自位置座標を測量するようにした。
【００２８】
なお、上記他の測量装置は地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、トータルステーションその他の一般的な測量装置にも同様に適用可能である。位置測定用の目印については、目印が印字されたターゲットシート、プリズムシート等の他、装置本体の外面に形成された凹凸等があり、ターゲット台座や素子プリズムを用いてもかまわない。別の測量装置としては、トータルステーション、光波測距離儀、セオドライド又は地上レーザスキャナ測量装置等がある。使用する測量装置の種類や採用する測量方法については任意であり、これに応じて位置測定用の目印の数や配置等を適宜設定すれば良い。
【００２９】
上記発明によると、適当な既知点がないような測定場所、例えば、トンネル内や建築物内等であっても別の測定装置により装置本体の自位置座標や器械高等を測量することが可能となる。従来とは異なり２箇所以上の既知点を用いて装置本体の自位置座標等を測定する必要がないことから、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の地上レーザスキャナ測量装置の実施形態を説明するための図であって、同装置の装置本体の外観を示す右斜視図である。
【図２】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す一部省略右斜視図である。
【図３】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す一部省略左斜視図である。
【図４】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す平面図である。
【図５】同装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】同装置の装置本体により取得される測定データの内容を示す説明図である。
【図７】同装置の動作を説明するための装置本体の模式的正面図である。
【図８】同装置の電子カメラの各々の撮影範囲を模式的に示す説明図である。
【図９】同装置の使用方法の一例としてトンネル内を測量する場合を説明するための模式的説明図であって、（ａ）はトンネル内を示す断面図、（ｂ）はトンネル内の平面図である。
【図１０】本発明の測量方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図９を参照して説明する。なお、本発明の構成要件と実施例装置及び方法の構成要素との間で対応関係が不明なものについては、後記する符号の説明の欄において併せて示すものとする。
【００３２】
ここに例として挙げられる地上レーザスキャナ測量装置Ａは、図１に示すようにレーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データ等を取得する装置であって、測量現場に実際に据え付けられる座標点データ等を計測する装置本体１と、装置本体１に図外のケーブルを通じて外部接続可能であり且つ装置本体１にて取得された座標点データ等を処理して計測対象物を３次元表示等をするＰＣ（Personal Computer ）２( 図５参照)とを有している。なお、ＰＣ２を省略して、その機能を装置本体１に移した形態であってもかまわない。
【００３３】
装置本体１は、レーザスキャナ１０１等が備えられたヘッド部１００と、ベース部１００を回転自在及び傾き自在に支持するベース部２００を有している。
【００３４】
ベース部２００については、測量用三脚であり、測量現場に合わせて簡易型三脚、エレベータ三脚等を選択して使用すれば良い。図１に示されたベース部２００は簡易型三脚である。図中２１０は表面にヘッド部１００が着脱自在に装着される整準台、２２０は整準台２１０を図中Ｑ方向を回転軸として旋回可能に支持する底板、２３０は底板２２０の下側外寄り位置に１２０度ピッチ間隔に合計３本設けられた脚である。整準台２１０の外側には旋回ストッパ２１１が設けられ、整準台２１０の上面には回転用の歯車２１２（図２参照）が設けられている。底板２２０の外側には旋回微動ねじ２２１が設けられ脚２３０の各下端部には傾斜調整ねじ２３１が設けられている。
【００３５】
旋回微動ねじ２２１を回転させると、整準台２１０が旋回微動ねじ２２１の回転に応じた方向にその回転量に応じた角度だけ回転する。即ち、旋回微動ねじ２２１を通じてベース部２００の方位が調整可能になっている。一方、傾斜調整ねじ２３１を回転させると、当該脚２３０及び傾斜調整ねじ２３１を含めた全長が傾斜調整ねじ２３１の回転に応じて変化する。各傾斜調整ねじ２３１を独立し調整すると、整準台２１０の傾き及び高さが調整される。即ち、傾斜調整ねじ２３１を通じてヘッド部２００の姿勢及び器械高が調整可能になっている。
【００３６】
なお、ベース部２００として簡易型三脚ではなく一般的な測量用三脚を用いた場合も同様であって、この場合は同三脚の整準ねじ等や昇降レバー等を通じてヘッド部２００の向きや器械高が調整可能となる。
【００３７】
ヘッド部１００については、ディスプレイ１３０と本体１７０とを有する。ディスプレイ１３０は本体１７０に対して角度調整可能に設けられ、液晶表示器１３１及びコントローラ１４０が設けられている。ディスプレイ１３０の下方位置にはフラッシュメモリ１４２を入れるための角穴が形成され、その奥側には同メモリ１４２の接続端子（図外）が設けられている。液晶表示器１３１には下記傾斜計１０２により測定された装置本体１の傾き、下記求心レーザ１０５により測定されたヘッド部１００の器械高等の各種データが表示出力可能となっている。液晶表示器１３１の画面中にはタッチ入力方式の操作ボタン１４４が設けられている。
【００３８】
本体１７０には、レーザスキャナ１０１の他、ラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４、求心レーザ１０５、電子カメラ１０６、センサ受信器１１１、回転駆動部１２０、バッテリー１５０等が設けられている。図中１６０はレーザスキャナ１０１等を一部を除いて保護するハウジング、１６１はハウジング１６０に取り付けられた把手である。
【００３９】
レーザスキャナ１０１については、図１中Ｐ方向を軸として図外のレーザ送受信ユニットが所定角度範囲（本実施形態では２７０°）で回転可能であり、同ユニットから発せられるレーザ光をスキャニングする構成となっている。同ユニットの角度やヘッド部１００の向きはコントローラ１４０により制御されて変化する。と同時にレーザスキャナ１０１からレーザ光が発せられる。その後、計測対象物等に反射して戻ってきたレーザ光をレーザスキャナ１０１にて受光する。このような過程でレーザスキャナ１０１から導かれた受信データに基づいてコントローラ１４０により周知方法により計測対象物の座標データ（Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値）に変換される。なお、図１中示すＰＱＲの直交座標は装置本体１に割り当てられており、その原点は同ユニットの位置に設定されている。
【００４０】
傾斜計１０２については、ヘッド部１００の傾きを測定する傾斜センサであって、装置本体１７０の電子カメラ１０６の奥側位置に固定されている（図３参照）。
【００４１】
なお、装置本体１を測量現場に据え付ける際のヘッド部１００の傾きを機械的に測定するために本体１７０の上方位置には丸型の気泡管１０８が設けられている。
【００４２】
ラインレーザ１０３については、装置本体１７０に設けられ且つ垂直方向に所定角度範囲延びた可視ラインレーザ光Ｒ１を発する半導体レーザ素子であり、−Ｒ方向に対して１００°斜め上向きに配置され、本体１７０の下方位置に固定されている（図７参照）。
【００４３】
ポイントレーザ１０４については、ヘッド部１００にラインレーザ１０３とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光Ｒ２を水平（Ｒ方向に平行）に発する半導体レーザ素子であって、本体１７０の下方位置に固定されている（図７参照）。
【００４４】
求心レーザ１０５については、装置本体１から下方（−Ｑ方向）に求心用の可視ポイントレーザ光Ｒ３を発する半導体レーザ素子てあって、本体１７０のレーザスキャナ１０１の真下位置に−Ｑ方向に向けて固定されている（図７参照）。本実施形態では求心レーザ１０５としてレーザ距離計が使用されている。求心レーザ１０５によりレーザ求心と器械高Ｈ（装置本体１が据え付けられた地点の地球面から上記ＰＱＲ座標の原点までの距離）の測定との双方を行なっている。
【００４５】
なお、求心レーザ１０５に係るレーザ距離計は、地球面から求心レーザ１０５までの距離を測定しているが、求心レーザ１０５から上記ＰＱＲ座標の原点までの距離をオフセットとして加算し、当該加算結果を器械高Ｈとして出力するようになっている。
【００４６】
電子カメラ１０６については、レーザスキャナ１０１により得られた計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を分担して撮影する合計６台のＣＣＤ(Charge Coupled Device Image Sensor)カメラであり、装置本体１７０にＰ方向の軸回りに互いに向きを変えて固定されている。本実施形態では電子カメラ１０６を図８に示すように４５°ピッチ間隔で取り付けられている。特に隣り合う電子カメラ１０６により画像がオーバーラップして撮影可能になっている。図８中の斜線部分はオーバーラップ部分を仮想的に示したものである。
【００４７】
センサ受信器１１１については、ターゲットセンサ３０１から近赤外線等を用いて送信されたセンサ信号を受信する受信器であり、本体１７０の上方位置に固定されている。
【００４８】
なお、ターゲットセンサ３０１は、例えば図７に示すように既知点Ｔ１上等に配置して使用されるレーザ受光センサであって、装置本体１のラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１を受光したか否かの情報を近赤外線等のセンサ信号として送信する機能と、可視ラインレーザ光Ｒ１を受光するとＬＥＤランプを点灯させる機能を併有している。
【００４９】
回転駆動部１２０については、装置本体１のヘッド部１００を回転駆動させる装置本体１７０に設けられたモータ機構であって、モータ１２１と、モータ１２１に連結された減速用のギアボックス１２２と、ギアボックス１２２の出力側に接続され且つ歯車１２３に噛み合う歯車１２３とを有している。回転駆動部１２０を動作させるのは、主としてレーザスキャナ１０１によるレーザスキャニング等を行なう場合であるが、後記するターゲットセンサ３０１を用いた自動追尾機能を発揮させる場合についても同様である。
【００５０】
コントローラ１４０については、マイクロコンピュータを主とした制御回路であって、その入出力ポートには図５に示すようにレーザスキャナ１０１、傾斜計１０２、ラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４、求心レーザ１０５、電子カメラ１０５、モータ１２１、センサ受信器１１１、操作ボタン１４４、液晶表示器１３１、通信インターフェイス１４５等が接続されている。
【００５１】
メモリ１４１のうち不揮発性メモリに相当する部分には装置本体１を制御するための制御プログラム４や各種変換処理等を行なうプログラム等が記録されている。また、メモリ１４１のうち揮発性メモリに相当する部分には、レーザスキャナ１０１から取り込んだ計測対象物の座標点データ（図６中測量データ２参照）、電子カメラ１０６により取得された撮影画像データ（図６中測量データ３参照）の他、傾斜計１０２から取り込んだヘッド部１００の傾きを示す傾きデータ、求心レーザ１０５から取り込んだ器械高を示す器械高データ等が一時記録可能になっている。また、操作ボタン１４４の操作によりメモリ４１に保持された測量データ等がフラッシュメモリ１４２に転送可能になっている。
【００５２】
さらに、コントローラ１４０は、操作ボタン１４４を通じてターゲットセンサ３０１を用いた自動追尾が選択されると受信部１１１により受信されたターゲットセンサ３０１のセンサ信号に基づいて回動駆動部１２０を動作させる。これにより自動追尾機能が発揮されるようになっている。この場合、ヘッド部１００のラインレーザ１０３側の側面がターゲットセンサ３０１に自動的に向き、ポイントレーザ１０４とラインレーザ１０３とを結ぶ光軸がターゲットセンサ３０１に位置合わせされる。
【００５３】
次に、上記のように構成された地上レーザスキャナ測量装置Ａの使用方法について説明する。
【００５４】
まず、図７に示すように装置本体１を地上に設置された既知点Ｔ０上に置く。そして、液晶表示器１３１に表示された装置本体１の傾きや気泡管１０８を見ながら、ヘッド部１００が水平になるように傾斜調整ねじ２３１を微調整し、求心レーザ１０５から発せられた可視ポイントレーザ光Ｒ３が既知点Ｔ０に位置合わせされるように整準台２１０等を微調整する。すると、装置本体１の自位置座標が既知点Ｔ１の座標に一致することになる。その後、ラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１が既知点Ｔ１に位置合わせされるように旋回微動ねじ２２１を微調整する。
【００５５】
特に既知点Ｔ１にターゲットセンサ３０１が取り付けられた場合、上記自動追尾が操作ボタン１４４を通じて選択されると、旋回微動ねじ２２１を微調整する手間をかけることなく、ヘッド部１００が自動的に回転し、その方位が既知点Ｔ１に位置合わされる。これで装置本体１の据え付けが完了となる。
【００５６】
もっとも、測量場所がトンネル内のように地面に既知点Ｔ０がないような場合、図９に示すようにして装置本体１を据え付けると良い。この場合、トンネルの両壁面に取り付けられた既知点Ｔ２、Ｔ３を使用し、装置本体１を既知点Ｔ２と既知点Ｔ３との間に置く。そして、ヘッド部１００が水平になるように傾斜調整ねじ２３１を微調整する。この状態で、ラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１が既知点Ｔ３に位置合せされ且つポイントレーザ１０４から発せられた可視ポイントレーザ光Ｒ２が既知点Ｔ２に位置合わせされるように、整準台２１０及び上記昇降レバー等を微調整する。これで装置本体１の据え付けが完了となる。
【００５７】
この場合、既知点Ｔ２の座標を基準とし、ヘッド部１００が向く方向に測量本体１と既知点Ｔ２との間の距離の分だけ位置変位させた座標が装置本体１の自位置座標となる。測量本体１と既知点Ｔ２との間の距離はメジャー等を用いて測定すれば良い。測定場所が建築物内等である場合についても同様の方法で装置本体１を据え付けると良い。
【００５８】
このようにして装置本体１を据え付けた後、操作ボタン１４４を通じて測量開始が選択されると、レーザスキャナ１０１及び電子カメラ１０６が動作し、ヘッド部１００の向きが自動的に変わり、レーザスキャニング等が行なわれる。このレーザスキャニング等の過程で得られた測量データがメモリ１４１等に記録される。メモリ１４１等に記録された測量データ等を用いて周知の変換処理を行なれると、測定対象物の三次元座標点に色が付けられた３次元表示を行なうことが可能となる。特に隣り合う電子カメラ１０６により撮影された両画像にはオーバーラップ部分が含まれていることから、両画像を用いてステレオ写真測量を行なうことも可能となる。
【００５９】
上記のように構成された地上レーザスキャナ測量装置Ａによる場合、ラインレーザ１０３及びポイントレーザ１０４を利用することにより装置本体１の自位置座標及び方位等を簡単に測定することができ、その測定精度も周りの既知点の数や分布等に無関係である。よって、装置本体１を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、良好な測量作業を円滑に行なうことが可能となる。
【００６０】
ただ、測量場所がトンネル内や建築物内等であるときには適当な既知点がない場合には、装置本体１の自位置座標や器械高さ等を簡単に測量することが困難となる。この場合は、図１０に示すように装置本体１の外面上（ラインレーザ１０３側の側面）に位置測定用の目印１７０を各々設け、トータルステーションＴＳ等を用いて装置本体１の自位置座標や器械高さ等を測量すると良い。
【００６１】
具体的には、トータルタステーションＴＳの上にターゲットセンサ３０１を取り付けるようにする。そしてトータルタステーションＴＳを既知点Ｔ４上に据え付け、装置本体１の自動追尾機能を利用してヘッド部１００をトータルステーションＴＳの方向に自動的に向ける。その後、トータルステーションＴＳにより目印１７０を視準して既知点Ｔ４の座標点を用いて周知の測量方法により装置本体１の自位置座標や器械高さ等を測量する。この測量を行なう前提として装置本体１の上記ＰＱＲ座標の原点に対する目印１７０の方向や距離の位置関係が予め求められているものとする。
【００６２】
上記測量方法によっては、装置本体１に設ける目印１７０の数（２〜３が好ましい。）や位置を適宜設計変更すると良い。特に装置本体１の自動追尾機能を活用していることから、図１０に示すように装置本体１を高い位置に据え付けることが必要な場合であっても特に問題なく測量を行なうことが可能となる。この測量方法は、次に説明する装置本体１’（但し、ラインレーザ１０３が備えられているものとする。）にも適用可能であり、地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、あらゆる測量装置に同様に適用可能である。
【００６３】
次に装置本体１の変形例を図１乃至図５を借りて説明する。装置本体１とは機能の一部が異なることから装置本体１’として表すものとする。装置本体１’については、上記したラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４及び求心レーザ１０５の代わりに、ＧＰＳアンテナ１０７及び電子コンパス１０８が使用されている。装置本体１と異なる部分を中心として説明し、共通する部分については説明を省略する。
【００６４】
ＧＰＳアンテナ１０７については、ＧＰＳ受信器１１０に接続されたアンテナであり、本体１７０の上方位置に固定されている。ＧＰＳ受信器１１０及びＧＰＳアンテナ１０７によりＧＰＳ（Global Positioning System）ユニットが構成され、装置本体１のヘッド部１００の自位置座標（Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値）が測定されるようになっている。
【００６５】
電子コンパス１０８については、装置本体１のヘッド部１の向きである方位θを測定する地磁気センサであり、本体１７０の上方位置に固定されている。電子コンパス１０８にはチルトセンサが内蔵され、チルトセンサがヘッド部１００の傾斜を測定している。即ち、傾斜計１０２及び同チルトセンサによりヘッド部１００の姿勢情報（ヘッド部１００の地球面に対する傾きを示すピッチ角ｐ・ロール角ｒ・ヨー角ｙ）が測定されるようになっている。
【００６６】
コントローラ１４０の入出力ポ―トには図５に示されているようにレーザスキャナ１０１、傾斜計１０２、電子カメラ１０５、モータ１２１等の他、電子コンパス１０８及びＧＰＳ受信機１１０等が接続されている。メモリ１４１の揮発性部分には図６に示す測量データ１、２が保持可能になっている。コントローラ１４０は、測量中においてＧＰＳ受信器１１０等から測定データ等を取り込み、下記の測量データ１、２及び３をメモリ１４１に保持させるようになっている。また、測量データ１に含まれるデータの一部を液晶表示器１３１に表示出力可能になっている。
【００６７】
測量データ１については、図６中上段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器
１１０から取り込んだ位置データ取得時のＧＰＳ時間を示す取得時刻と、電子コンパス１０８から取り込んだヘッド部１００の自位置座標を示す位置データと、電子コンパス１０８から取り込んだ装置本体１のヘッド部１００の方位を示す方位データと、傾斜計１０２及び上記チルトセンサから取り込んだヘッド部１００の姿勢情報を示す姿勢データと、求心レーザ１０５から取り込んだ器械高を示す器械高データを有している。
【００６８】
測量データ２については、図６中段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器１１０から取り込んだＧＰＳ時間を示す取得時刻と、レーザスキャナ１０１から取り込み所定変換して得た計測対象物の座標データとを有している。
【００６９】
測量データ３については、図６中下段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器１１０から取り込んだＧＰＳ時間を示す取得時刻と、電子カメラ１０６から各々取り込んだ撮影画像（画像１〜６）とを有している。
【００７０】
上記のように構成された装置本体１’を用いた場合、上記ＧＰＳユニットが使用可能な測量場所である限り、ヘッド部１００の自位置座標、方位、姿勢及び機械高さ等が自動的に測定される。そして、この測定結果を用いて電子コンパス１０８により取得された位置データ及び電子カメラ１０６により取得された撮影画像に対して補正を行なうことが可能となる。よって、測量場所や装置本体１’を据え付ける際の姿勢や高さ等を問うことなく、良好な測量作業を行なうことが可能となる。また、測量データ１、２及び３に取得時刻がスタンプされていることから、測量データ同士又は他械との間で測定上の同期を取ることができ、これに伴って正確な時間軸で測定することでき、測量の高精度化を図ることが可能となる。それ故、装置本体１’を測量現場に簡単に素早く据え付ることが可能となる。
【００７１】
なお、本発明に係る地上レーザスキャナ測量装置は、レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標データを取得する機能を有する限り、いかなるタイプにも同様に適用可能である。スキャニング範囲を撮影するカメラを有しないものでも適用可能である。また、上記装置本体の全ての機能を実現する必要はなくその一部に止めて良く、三脚としてエレベータ三脚を使用したり、上記ＰＣの機能を装置本体に含める形態にしてもかまわない。
【符号の説明】
【００７２】
Ａ 地上レーザスキャナ測量装置
１（１’） 装置本体
１００ ヘッド部
１０１ レーザスキャナ
１０２ 傾斜計（姿勢測定部の一部）
１０３ ラインレーザ（ラインレーザ発生部）
１０４ ポイントレーザ（第２ポイントレーザ発生部）
１０５ 求心レーザ（第１ポイントレーザ発生部）
１０６ 電子カメラ
１０７ ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ測定部の一部）
１０８ 電子コンパス（姿勢測定部の一部）
１０９ 気泡管
１１０ ＧＰＳ受信器（ＧＰＳ測定部の一部）
１１１ センサ受信器（受信部）
１２０ 回転駆動部
１２１ モータ
１２２ ギアボックス
１２３，１２４ ギア
１４０ コントローラ（自動追尾制御部としての機能を含む）
１４１ メモリ
１４２ フラッシュメモリ
１４４ 操作ボタン
１４５ 通信インターフェイス
１５０ バッテリー
１６０ ハウジング
１６１ 把手
１７０ 本体
２００ ベース部
２１０ 整準台
２１１ 旋回ストッパ
２２０ 底板
２２１ 旋回微動ねじ
２３０ 脚
２３１ 傾斜調整ねじ
２ ＰＣ
３０１ ターゲットセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標データを取得する地上レーザスキャナ測量装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上レーザスキャナ測量装置については、地上に設置した光波測距儀の一種であって、発射したレーザ光が物体に反射して戻ってくるまでの時間を距離に換算して地形・地物をあるがままの状態で３次元計測する基本機能を有している。最近ではスキャニング範囲を撮影するカメラが搭載され、計測された３次元座標にカメラの撮影画像を重ね合せて表示出力する機能を有するものが一般的となっている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９４１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例による場合、ａ）測量の前準備として装置の自位置座標及び方位等を多数の既知点を利用しつつ測量することが必要不可欠であり、その作業が大変である点、ｂ）装置の自位置座標及び方位等に加えて装置の器械高を測定する作業が煩わしい点、ｃ）カメラにプリズム等の光学系可動部が内蔵されており、取り扱いを慎重に行なうことが要求される点等、の理由により装置を測量現場に簡単に素早く据え付けることが困難という問題がある。これは地上レーザスキャナ測量装置だけの特有の問題ではなく、トータルステーション等の一般的に測量装置についても一部同様の問題が指摘されている。
【０００５】
本発明は上記背景に鑑みて創作されたものであり、その目的とするところは、上記した問題を改善することが可能な地上レーザスキャナ測量装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る地上レーザスキャナ測量装置は、レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する装置であって、装置本体の傾きを測定する傾斜計と、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発する第１ポイントレーザ発生部と、装置本体からその周りの一方向に向けて垂直方向に延びた可視ラインレーザ光を発するラインレーザ発生部とを備えている。
【０００７】
なお、傾斜計については、装置本体の傾きが測定可能であれば足り、測定形式や表示出力の形態が問われない。第１ポイントレーザ発生部については、プリズムやミラー等を介して可視ポイントレーザ光を下方の既知点に向けて発する形態でも良い。ラインレーザ発生部については、可視ラインレーザ光の発せられる角度等が任意であり、可視ラインレーザ光の延びる範囲を可変にしても良い。
【０００８】
上記発明によると、傾斜計を通じて装置本体の傾きが測定可能であることから、装置本体を水平に簡単に据え付けることが可能となる。また、ポイントレーザ発生部から発せられた可視ポイントレーザ光を下方に位置する既知点に当てて位置合わせすることにより装置本体の自位置座標を把握することができ、ラインレーザ発生部から発せられた可視ラインレーザ光を周りに位置する既知点に当てて位置合わせすることにより装置本体の方位を把握することができる。このように装置本体の自位置座標及び方位等を簡単に測量することができ、その測量精度も周りの既知点の数や分布等に無関係である。よって、装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、この点で良好な測量作業を円滑に行なうことが可能となる。
【０００９】
上記装置において、装置本体のヘッド部を回転駆動させる回転駆動部と、同装置の周辺に位置する既知点に配置されたターゲットセンサから送信された可視ラインレーザ光の同センサへの受光の有無を示すセンサ信号を受信する受信部と、前記ヘッド部の向きを当該既知点の方向にするために受信部を通じて入力されたセンサ信号に基づいて回動駆動部を動作させる自動追尾制御部とを更に備えるようにすることが好ましい。
【００１０】
上記発明によると、可視ラインレーザ光がターゲットセンサに受光されるまで装置本体のヘッド部の向きが自動的に変わり、これに伴って可視ラインレーザ光が上記既知点に位置合わせされる。可視ラインレーザ光を上記既知点に当てて位置合わせする作業が不要となることから、この点で、装置本体を測量現場により一層簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【００１１】
上記装置において、ラインレーザ発生部とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光を水平に発する第２ポイントレーザ発生部を更に備えると良い。
【００１２】
上記発明によると、下方に既知点がないような測量場所、例えば、トンネル内や建築物内等であっても左右の２箇所の既知点を用いて装置本体の自位置座標を測量することが可能となる。従来とは異なり多数の既知点を用いて装置本体の自位置座標を測量する必要がないことから、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【００１３】
本発明に係る他の地上レーザスキャナ測量装置は、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を測定する姿勢測定部と、装置本体の自位置座標を測定するＧＰＳ（Global Positioning System）測定部と、装置本体のヘッド部の方位を測定する電子コンパスとを備え、少なくともＧＰＳ測定部及び電子コンパスの各測定結果が計測対象物の座標データとともに出力可能になっている。
【００１４】
なお、姿勢測定部については、傾斜計やチルトセンサ等があり、電子コンパス等に内蔵のチルトセンサを利用しても良く、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を単に表示出力する形態でもかまわない。ＧＰＳ測定部及び電子コンパスについては、これらの測定結果を計測対象物の座標点データと関連付けて出力可能である限り、出力形態等が問われず、単に表示出力する形態でもかまわない。
【００１５】
上記発明によると、姿勢測定部を通じて装置本体の姿勢を測定することが可能になる他、ＧＰＳ測定部、電子コンパスを通じて装置本体の自位置座標、方位等を測定することが可能になる。このように装置本体の自位置座標及び方位等を簡単に測量することができる。よって、装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、この点で円滑で良好な測量作業を行なうことが可能となる。
【００１６】
上記装置において、計測対象物の座標データにはＧＰＳ測定部にて得られた座標点データ取得時のＧＰＳ時間をスタンプすると良い。
【００１７】
なお、計測対象物の座標データに対するＧＰＳ時間のスタンプについては、レーザスキャナによる座標点データ取得時の日時を示すＧＰＳ時間を計測対象物の座標点データと関連付けて出力すれば足り、その出力形態が問われない。
【００１８】
上記発明によると、座標点データにＧＰＳ時間がスタンプされているので、他機との間で測定上の同期を取ることができ、これに伴って正確な時間軸で測定することでができ、測量の高精度化を図ることが可能になる。
【００１９】
本発明に係る他の地上レーザスキャナ測量装置は、計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラを備え、複数の電子カメラが装置本体のヘッド部に互いに向きを変えて固定されている。
【００２０】
なお、電子カメラについては、レーザスキャナによる少なくともスキャンニング範囲を複数台で分担して撮影可能である限り、カメラの種類、数、配置上のピッチ間隔及び配列等が問われない。
【００２１】
上記発明によると、電子カメラには従来装置とは異なり可動部がないことから測定の高精度化を図ることができる。また、耐久性に強いことから、装置本体を慎重に取り扱う必要がなくなり、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。さらに、装置の構造が単純となり故障も少なくなるという別のメリットもある。
【００２２】
上記装置において、複数の電子カメラのうち隣り合う同電子カメラにより画像をオーバーラップして撮影可能にすると良い。
【００２３】
上記発明によると、隣り合う２台の電子カメラの撮影画像によりステレオ写真測量を行なうことも可能となり、装置としての高性能化が図られる。
【００２４】
本発明に係る測量装置は、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発するポイントレーザ発生部を備え、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用され、当該レーザ距離計の測定結果が装置本体の器械高として出力可能になっている。
【００２５】
なお、上記発明は地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、トータルステーションその他の一般的な測量装置にも同様に適用可能である。ポイントレーザ発生部については、プリズムやミラー等を介して可視ポイントレーザ光を下方の既知点に向けて発する形態でも良い。また、装置本体の器械高を単に表示出力する形態でもかまわない。
【００２６】
上記発明によると、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用されていることから装置本体の器械高を簡単に測定することができ、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。また、ポイントレーザ発生部がレーザ求心と器械高の測定との双方を行なえることから、構成が単純となるという別のメリットもある。
【００２７】
本発明に係る他の測量装置は、装置本体の外面上には別の測量装置による位置測定用の目印が設けられている。また、本発明に係る測量方法は、上記他の測量装置が地上レーザスキャナ測量装置である場合の方法であって、ターゲットセンサを別の測量装置に配置し、当該装置により位置測定用の目印を利用して地上レーザスキャナ測量装置の少なくとも自位置座標を測量するようにした。
【００２８】
なお、上記他の測量装置は地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、トータルステーションその他の一般的な測量装置にも同様に適用可能である。位置測定用の目印については、目印が印字されたターゲットシート、プリズムシート等の他、装置本体の外面に形成された凹凸等があり、ターゲット台座や素子プリズムを用いてもかまわない。別の測量装置としては、トータルステーション、光波測距離儀、セオドライド又は地上レーザスキャナ測量装置等がある。使用する測量装置の種類や採用する測量方法については任意であり、これに応じて位置測定用の目印の数や配置等を適宜設定すれば良い。
【００２９】
上記発明によると、適当な既知点がないような測定場所、例えば、トンネル内や建築物内等であっても別の測定装置により装置本体の自位置座標や器械高等を測量することが可能となる。従来とは異なり２箇所以上の既知点を用いて装置本体の自位置座標等を測定する必要がないことから、この点で装置本体を測量現場に簡単に素早く据え付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の地上レーザスキャナ測量装置の実施形態を説明するための図であって、同装置の装置本体の外観を示す右斜視図である。
【図２】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す一部省略右斜視図である。
【図３】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す一部省略左斜視図である。
【図４】同装置のハウジングを外した状態の装置本体の内部構造を示す平面図である。
【図５】同装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】同装置の装置本体により取得される測定データの内容を示す説明図である。
【図７】同装置の動作を説明するための装置本体の模式的正面図である。
【図８】同装置の電子カメラの各々の撮影範囲を模式的に示す説明図である。
【図９】同装置の使用方法の一例としてトンネル内を測量する場合を説明するための模式的説明図であって、（ａ）はトンネル内を示す断面図、（ｂ）はトンネル内の平面図である。
【図１０】本発明の測量方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図９を参照して説明する。なお、本発明の構成要件と実施例装置及び方法の構成要素との間で対応関係が不明なものについては、後記する符号の説明の欄において併せて示すものとする。
【００３２】
ここに例として挙げられる地上レーザスキャナ測量装置Ａは、図１に示すようにレーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データ等を取得する装置であって、測量現場に実際に据え付けられる座標点データ等を計測する装置本体１と、装置本体１に図外のケーブルを通じて外部接続可能であり且つ装置本体１にて取得された座標点データ等を処理して計測対象物を３次元表示等をするＰＣ（Personal Computer ）２( 図５参照)とを有している。なお、ＰＣ２を省略して、その機能を装置本体１に移した形態であってもかまわない。
【００３３】
装置本体１は、レーザスキャナ１０１等が備えられたヘッド部１００と、ベース部１００を回転自在及び傾き自在に支持するベース部２００を有している。
【００３４】
ベース部２００については、測量用三脚であり、測量現場に合わせて簡易型三脚、エレベータ三脚等を選択して使用すれば良い。図１に示されたベース部２００は簡易型三脚である。図中２１０は表面にヘッド部１００が着脱自在に装着される整準台、２２０は整準台２１０を図中Ｑ方向を回転軸として旋回可能に支持する底板、２３０は底板２２０の下側外寄り位置に１２０度ピッチ間隔に合計３本設けられた脚である。整準台２１０の外側には旋回ストッパ２１１が設けられ、整準台２１０の上面には回転用の歯車２１２（図２参照）が設けられている。底板２２０の外側には旋回微動ねじ２２１が設けられ脚２３０の各下端部には傾斜調整ねじ２３１が設けられている。
【００３５】
旋回微動ねじ２２１を回転させると、整準台２１０が旋回微動ねじ２２１の回転に応じた方向にその回転量に応じた角度だけ回転する。即ち、旋回微動ねじ２２１を通じてベース部２００の方位が調整可能になっている。一方、傾斜調整ねじ２３１を回転させると、当該脚２３０及び傾斜調整ねじ２３１を含めた全長が傾斜調整ねじ２３１の回転に応じて変化する。各傾斜調整ねじ２３１を独立し調整すると、整準台２１０の傾き及び高さが調整される。即ち、傾斜調整ねじ２３１を通じてヘッド部２００の姿勢及び器械高が調整可能になっている。
【００３６】
なお、ベース部２００として簡易型三脚ではなく一般的な測量用三脚を用いた場合も同様であって、この場合は同三脚の整準ねじ等や昇降レバー等を通じてヘッド部２００の向きや器械高が調整可能となる。
【００３７】
ヘッド部１００については、ディスプレイ１３０と本体１７０とを有する。ディスプレイ１３０は本体１７０に対して角度調整可能に設けられ、液晶表示器１３１及びコントローラ１４０が設けられている。ディスプレイ１３０の下方位置にはフラッシュメモリ１４２を入れるための角穴が形成され、その奥側には同メモリ１４２の接続端子（図外）が設けられている。液晶表示器１３１には下記傾斜計１０２により測定された装置本体１の傾き、下記求心レーザ１０５により測定されたヘッド部１００の器械高等の各種データが表示出力可能となっている。液晶表示器１３１の画面中にはタッチ入力方式の操作ボタン１４４が設けられている。
【００３８】
本体１７０には、レーザスキャナ１０１の他、ラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４、求心レーザ１０５、電子カメラ１０６、センサ受信器１１１、回転駆動部１２０、バッテリー１５０等が設けられている。図中１６０はレーザスキャナ１０１等を一部を除いて保護するハウジング、１６１はハウジング１６０に取り付けられた把手である。
【００３９】
レーザスキャナ１０１については、図１中Ｐ方向を軸として図外のレーザ送受信ユニットが所定角度範囲（本実施形態では２７０°）で回転可能であり、同ユニットから発せられるレーザ光をスキャニングする構成となっている。同ユニットの角度やヘッド部１００の向きはコントローラ１４０により制御されて変化する。と同時にレーザスキャナ１０１からレーザ光が発せられる。その後、計測対象物等に反射して戻ってきたレーザ光をレーザスキャナ１０１にて受光する。このような過程でレーザスキャナ１０１から導かれた受信データに基づいてコントローラ１４０により周知方法により計測対象物の座標データ（Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値）に変換される。なお、図１中示すＰＱＲの直交座標は装置本体１に割り当てられており、その原点は同ユニットの位置に設定されている。
【００４０】
傾斜計１０２については、ヘッド部１００の傾きを測定する傾斜センサであって、装置本体１７０の電子カメラ１０６の奥側位置に固定されている（図３参照）。
【００４１】
なお、装置本体１を測量現場に据え付ける際のヘッド部１００の傾きを機械的に測定するために本体１７０の上方位置には丸型の気泡管１０８が設けられている。
【００４２】
ラインレーザ１０３については、装置本体１７０に設けられ且つ垂直方向に所定角度範囲延びた可視ラインレーザ光Ｒ１を発する半導体レーザ素子であり、−Ｒ方向に対して１００°斜め上向きに配置され、本体１７０の下方位置に固定されている（図７参照）。
【００４３】
ポイントレーザ１０４については、ヘッド部１００にラインレーザ１０３とは反対向きに設けられ且つ可視ポイントレーザ光Ｒ２を水平（Ｒ方向に平行）に発する半導体レーザ素子であって、本体１７０の下方位置に固定されている（図７参照）。
【００４４】
求心レーザ１０５については、装置本体１から下方（−Ｑ方向）に求心用の可視ポイントレーザ光Ｒ３を発する半導体レーザ素子てあって、本体１７０のレーザスキャナ１０１の真下位置に−Ｑ方向に向けて固定されている（図７参照）。本実施形態では求心レーザ１０５としてレーザ距離計が使用されている。求心レーザ１０５によりレーザ求心と器械高Ｈ（装置本体１が据え付けられた地点の地球面から上記ＰＱＲ座標の原点までの距離）の測定との双方を行なっている。
【００４５】
なお、求心レーザ１０５に係るレーザ距離計は、地球面から求心レーザ１０５までの距離を測定しているが、求心レーザ１０５から上記ＰＱＲ座標の原点までの距離をオフセットとして加算し、当該加算結果を器械高Ｈとして出力するようになっている。
【００４６】
電子カメラ１０６については、レーザスキャナ１０１により得られた計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を分担して撮影する合計６台のＣＣＤ(Charge Coupled Device Image Sensor)カメラであり、装置本体１７０にＰ方向の軸回りに互いに向きを変えて固定されている。本実施形態では電子カメラ１０６を図８に示すように４５°ピッチ間隔で取り付けられている。特に隣り合う電子カメラ１０６により画像がオーバーラップして撮影可能になっている。図８中の斜線部分はオーバーラップ部分を仮想的に示したものである。
【００４７】
センサ受信器１１１については、ターゲットセンサ３０１から近赤外線等を用いて送信されたセンサ信号を受信する受信器であり、本体１７０の上方位置に固定されている。
【００４８】
なお、ターゲットセンサ３０１は、例えば図７に示すように既知点Ｔ１上等に配置して使用されるレーザ受光センサであって、装置本体１のラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１を受光したか否かの情報を近赤外線等のセンサ信号として送信する機能と、可視ラインレーザ光Ｒ１を受光するとＬＥＤランプを点灯させる機能を併有している。
【００４９】
回転駆動部１２０については、装置本体１のヘッド部１００を回転駆動させる装置本体１７０に設けられたモータ機構であって、モータ１２１と、モータ１２１に連結された減速用のギアボックス１２２と、ギアボックス１２２の出力側に接続され且つ歯車１２３に噛み合う歯車１２３とを有している。回転駆動部１２０を動作させるのは、主としてレーザスキャナ１０１によるレーザスキャニング等を行なう場合であるが、後記するターゲットセンサ３０１を用いた自動追尾機能を発揮させる場合についても同様である。
【００５０】
コントローラ１４０については、マイクロコンピュータを主とした制御回路であって、その入出力ポートには図５に示すようにレーザスキャナ１０１、傾斜計１０２、ラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４、求心レーザ１０５、電子カメラ１０５、モータ１２１、センサ受信器１１１、操作ボタン１４４、液晶表示器１３１、通信インターフェイス１４５等が接続されている。
【００５１】
メモリ１４１のうち不揮発性メモリに相当する部分には装置本体１を制御するための制御プログラム４や各種変換処理等を行なうプログラム等が記録されている。また、メモリ１４１のうち揮発性メモリに相当する部分には、レーザスキャナ１０１から取り込んだ計測対象物の座標点データ（図６中測量データ２参照）、電子カメラ１０６により取得された撮影画像データ（図６中測量データ３参照）の他、傾斜計１０２から取り込んだヘッド部１００の傾きを示す傾きデータ、求心レーザ１０５から取り込んだ器械高を示す器械高データ等が一時記録可能になっている。また、操作ボタン１４４の操作によりメモリ４１に保持された測量データ等がフラッシュメモリ１４２に転送可能になっている。
【００５２】
さらに、コントローラ１４０は、操作ボタン１４４を通じてターゲットセンサ３０１を用いた自動追尾が選択されると受信部１１１により受信されたターゲットセンサ３０１のセンサ信号に基づいて回動駆動部１２０を動作させる。これにより自動追尾機能が発揮されるようになっている。この場合、ヘッド部１００のラインレーザ１０３側の側面がターゲットセンサ３０１に自動的に向き、ポイントレーザ１０４とラインレーザ１０３とを結ぶ光軸がターゲットセンサ３０１に位置合わせされる。
【００５３】
次に、上記のように構成された地上レーザスキャナ測量装置Ａの使用方法について説明する。
【００５４】
まず、図７に示すように装置本体１を地上に設置された既知点Ｔ０上に置く。そして、液晶表示器１３１に表示された装置本体１の傾きや気泡管１０８を見ながら、ヘッド部１００が水平になるように傾斜調整ねじ２３１を微調整し、求心レーザ１０５から発せられた可視ポイントレーザ光Ｒ３が既知点Ｔ０に位置合わせされるように整準台２１０等を微調整する。すると、装置本体１の自位置座標が既知点Ｔ１の座標に一致することになる。その後、ラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１が既知点Ｔ１に位置合わせされるように旋回微動ねじ２２１を微調整する。
【００５５】
特に既知点Ｔ１にターゲットセンサ３０１が取り付けられた場合、上記自動追尾が操作ボタン１４４を通じて選択されると、旋回微動ねじ２２１を微調整する手間をかけることなく、ヘッド部１００が自動的に回転し、その方位が既知点Ｔ１に位置合わされる。これで装置本体１の据え付けが完了となる。
【００５６】
もっとも、測量場所がトンネル内のように地面に既知点Ｔ０がないような場合、図９に示すようにして装置本体１を据え付けると良い。この場合、トンネルの両壁面に取り付けられた既知点Ｔ２、Ｔ３を使用し、装置本体１を既知点Ｔ２と既知点Ｔ３との間に置く。そして、ヘッド部１００が水平になるように傾斜調整ねじ２３１を微調整する。この状態で、ラインレーザ１０３から発せられた可視ラインレーザ光Ｒ１が既知点Ｔ３に位置合せされ且つポイントレーザ１０４から発せられた可視ポイントレーザ光Ｒ２が既知点Ｔ２に位置合わせされるように、整準台２１０及び上記昇降レバー等を微調整する。これで装置本体１の据え付けが完了となる。
【００５７】
この場合、既知点Ｔ２の座標を基準とし、ヘッド部１００が向く方向に測量本体１と既知点Ｔ２との間の距離の分だけ位置変位させた座標が装置本体１の自位置座標となる。測量本体１と既知点Ｔ２との間の距離はメジャー等を用いて測定すれば良い。測定場所が建築物内等である場合についても同様の方法で装置本体１を据え付けると良い。
【００５８】
このようにして装置本体１を据え付けた後、操作ボタン１４４を通じて測量開始が選択されると、レーザスキャナ１０１及び電子カメラ１０６が動作し、ヘッド部１００の向きが自動的に変わり、レーザスキャニング等が行なわれる。このレーザスキャニング等の過程で得られた測量データがメモリ１４１等に記録される。メモリ１４１等に記録された測量データ等を用いて周知の変換処理を行なれると、測定対象物の三次元座標点に色が付けられた３次元表示を行なうことが可能となる。特に隣り合う電子カメラ１０６により撮影された両画像にはオーバーラップ部分が含まれていることから、両画像を用いてステレオ写真測量を行なうことも可能となる。
【００５９】
上記のように構成された地上レーザスキャナ測量装置Ａによる場合、ラインレーザ１０３及びポイントレーザ１０４を利用することにより装置本体１の自位置座標及び方位等を簡単に測定することができ、その測定精度も周りの既知点の数や分布等に無関係である。よって、装置本体１を測量現場に簡単に素早く据え付けることができ、良好な測量作業を円滑に行なうことが可能となる。
【００６０】
ただ、測量場所がトンネル内や建築物内等であるときには適当な既知点がない場合には、装置本体１の自位置座標や器械高さ等を簡単に測量することが困難となる。この場合は、図１０に示すように装置本体１の外面上（ラインレーザ１０３側の側面）に位置測定用の目印１７０を各々設け、トータルステーションＴＳ等を用いて装置本体１の自位置座標や器械高さ等を測量すると良い。
【００６１】
具体的には、トータルタステーションＴＳの上にターゲットセンサ３０１を取り付けるようにする。そしてトータルタステーションＴＳを既知点Ｔ４上に据え付け、装置本体１の自動追尾機能を利用してヘッド部１００をトータルステーションＴＳの方向に自動的に向ける。その後、トータルステーションＴＳにより目印１７０を視準して既知点Ｔ４の座標点を用いて周知の測量方法により装置本体１の自位置座標や器械高さ等を測量する。この測量を行なう前提として装置本体１の上記ＰＱＲ座標の原点に対する目印１７０の方向や距離の位置関係が予め求められているものとする。
【００６２】
上記測量方法によっては、装置本体１に設ける目印１７０の数（２〜３が好ましい。）や位置を適宜設計変更すると良い。特に装置本体１の自動追尾機能を活用していることから、図１０に示すように装置本体１を高い位置に据え付けることが必要な場合であっても特に問題なく測量を行なうことが可能となる。この測量方法は、次に説明する装置本体１’（但し、ラインレーザ１０３が備えられているものとする。）にも適用可能であり、地上レーザスキャナ測量装置だけの適用に止まらず、あらゆる測量装置に同様に適用可能である。
【００６３】
次に装置本体１の変形例を図１乃至図５を借りて説明する。装置本体１とは機能の一部が異なることから装置本体１’として表すものとする。装置本体１’については、上記したラインレーザ１０３、ポイントレーザ１０４及び求心レーザ１０５の代わりに、ＧＰＳアンテナ１０７及び電子コンパス１０８が使用されている。装置本体１と異なる部分を中心として説明し、共通する部分については説明を省略する。
【００６４】
ＧＰＳアンテナ１０７については、ＧＰＳ受信器１１０に接続されたアンテナであり、本体１７０の上方位置に固定されている。ＧＰＳ受信器１１０及びＧＰＳアンテナ１０７によりＧＰＳ（Global Positioning System）ユニットが構成され、装置本体１のヘッド部１００の自位置座標（Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値）が測定されるようになっている。
【００６５】
電子コンパス１０８については、装置本体１のヘッド部１の向きである方位θを測定する地磁気センサであり、本体１７０の上方位置に固定されている。電子コンパス１０８にはチルトセンサが内蔵され、チルトセンサがヘッド部１００の傾斜を測定している。即ち、傾斜計１０２及び同チルトセンサによりヘッド部１００の姿勢情報（ヘッド部１００の地球面に対する傾きを示すピッチ角ｐ・ロール角ｒ・ヨー角ｙ）が測定されるようになっている。
【００６６】
コントローラ１４０の入出力ポ―トには図５に示されているようにレーザスキャナ１０１、傾斜計１０２、電子カメラ１０５、モータ１２１等の他、電子コンパス１０８及びＧＰＳ受信機１１０等が接続されている。メモリ１４１の揮発性部分には図６に示す測量データ１、２が保持可能になっている。コントローラ１４０は、測量中においてＧＰＳ受信器１１０等から測定データ等を取り込み、下記の測量データ１、２及び３をメモリ１４１に保持させるようになっている。また、測量データ１に含まれるデータの一部を液晶表示器１３１に表示出力可能になっている。
【００６７】
測量データ１については、図６中上段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器
１１０から取り込んだ位置データ取得時のＧＰＳ時間を示す取得時刻と、電子コンパス１０８から取り込んだヘッド部１００の自位置座標を示す位置データと、電子コンパス１０８から取り込んだ装置本体１のヘッド部１００の方位を示す方位データと、傾斜計１０２及び上記チルトセンサから取り込んだヘッド部１００の姿勢情報を示す姿勢データと、求心レーザ１０５から取り込んだ器械高を示す器械高データを有している。
【００６８】
測量データ２については、図６中段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器１１０から取り込んだＧＰＳ時間を示す取得時刻と、レーザスキャナ１０１から取り込み所定変換して得た計測対象物の座標データとを有している。
【００６９】
測量データ３については、図６中下段に示すような内容になっており、ＧＰＳ受信器１１０から取り込んだＧＰＳ時間を示す取得時刻と、電子カメラ１０６から各々取り込んだ撮影画像（画像１〜６）とを有している。
【００７０】
上記のように構成された装置本体１’を用いた場合、上記ＧＰＳユニットが使用可能な測量場所である限り、ヘッド部１００の自位置座標、方位、姿勢及び機械高さ等が自動的に測定される。そして、この測定結果を用いて電子コンパス１０８により取得された位置データ及び電子カメラ１０６により取得された撮影画像に対して補正を行なうことが可能となる。よって、測量場所や装置本体１’を据え付ける際の姿勢や高さ等を問うことなく、良好な測量作業を行なうことが可能となる。また、測量データ１、２及び３に取得時刻がスタンプされていることから、測量データ同士又は他械との間で測定上の同期を取ることができ、これに伴って正確な時間軸で測定することでき、測量の高精度化を図ることが可能となる。それ故、装置本体１’を測量現場に簡単に素早く据え付ることが可能となる。
【００７１】
なお、本発明に係る地上レーザスキャナ測量装置は、レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標データを取得する機能を有する限り、いかなるタイプにも同様に適用可能である。スキャニング範囲を撮影するカメラを有しないものでも適用可能である。また、上記装置本体の全ての機能を実現する必要はなくその一部に止めて良く、三脚としてエレベータ三脚を使用したり、上記ＰＣの機能を装置本体に含める形態にしてもかまわない。
【符号の説明】
【００７２】
Ａ 地上レーザスキャナ測量装置
１（１’） 装置本体
１００ ヘッド部
１０１ レーザスキャナ
１０２ 傾斜計（姿勢測定部の一部）
１０３ ラインレーザ（ラインレーザ発生部）
１０４ ポイントレーザ（第２ポイントレーザ発生部）
１０５ 求心レーザ（第１ポイントレーザ発生部）
１０６ 電子カメラ
１０７ ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ測定部の一部）
１０８ 電子コンパス（姿勢測定部の一部）
１０９ 気泡管
１１０ ＧＰＳ受信器（ＧＰＳ測定部の一部）
１１１ センサ受信器（受信部）
１２０ 回転駆動部
１２１ モータ
１２２ ギアボックス
１２３，１２４ ギア
１４０ コントローラ（自動追尾制御部としての機能を含む）
１４１ メモリ
１４２ フラッシュメモリ
１４４ 操作ボタン
１４５ 通信インターフェイス
１５０ バッテリー
１６０ ハウジング
１６１ 把手
１７０ 本体
２００ ベース部
２１０ 整準台
２１１ 旋回ストッパ
２２０ 底板
２２１ 旋回微動ねじ
２３０ 脚
２３１ 傾斜調整ねじ
２ ＰＣ
３０１ ターゲットセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体の傾きを測定する傾斜計と、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発する第１ポイントレーザ発生部と、装置本体からその周りの一方向に向けて垂直方向に延びた可視ラインレーザ光を発するラインレーザ発生部とを備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項２】
請求項１記載の地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体のヘッド部を回転駆動させる回転駆動部と、同装置の周辺に位置する既知点に配置されたターゲットセンサから送信された可視ラインレーザ光の同センサへの受光の有無を示すセンサ信号を受信する受信部と、前記ヘッド部の向きを当該既知点の方向にするために受信部を通じて入力されたセンサ信号に基づいて回動駆動部を動作させる自動追尾制御部とを更に備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項３】
請求項１記載の地上レーザスキャナ測量装置において、前記ラインレーザ発生部とは反対向きに設けられ且つ装置本体から可視ポイントレーザ光を水平に発する第２ポイントレーザ発生部を更に備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項４】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を測定する姿勢測定部と、装置本体の自位置座標を測定するＧＰＳ測定部と、装置本体のヘッド部の方位を測定する電子コンパスとを備え、少なくとも前記ＧＰＳ測定部及び電子コンパスの各測定結果が計測対象物の座標点データとともに出力可能になっていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項５】
請求項４記載の地上レーザスキャナ測量装置において、計測対象物の座標点データには前記ＧＰＳ測定部にて得られた座標点データ取得時のＧＰＳ時間がスタンプされていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項６】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラを備え、複数の電子カメラが装置本体のヘッド部に互いに向きを変えて固定されていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項７】
請求項６記載の地上レーザスキャナ測量装置において、前記複数の電子カメラのうち隣り合う同電子カメラにより前記画像がオーバーラップして撮影可能になっていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項８】
地上レーザスキャナ測量装置、トータルステーションその他の測量装置において、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発するポイントレーザ発生部を備え、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用され、当該レーザ距離計の測定結果が装置本体の器械高として出力可能になっていることを特徴とする測量装置。
【請求項９】
地上レーザスキャナ測量装置、トータルステーションその他の測量装置において、装置本体の外面上には別の測量装置による位置測定用の目印が設けられていることを特徴とする測量装置。
【請求項１０】
請求項９の測量装置が請求項２の地上レーザスキャナ測量装置である場合の測量方法において、前記ターゲットセンサを前記別の測量装置に配置し、当該装置により前記位置測定用の目印を利用して地上レーザスキャナ測量装置の少なくとも自位置座標を測量したことを特徴とする測量方法。
【請求項１】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体の傾きを測定する傾斜計と、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発する第１ポイントレーザ発生部と、装置本体からその周りの一方向に向けて垂直方向に延びた可視ラインレーザ光を発するラインレーザ発生部とを備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項２】
請求項１記載の地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体のヘッド部を回転駆動させる回転駆動部と、同装置の周辺に位置する既知点に配置されたターゲットセンサから送信された可視ラインレーザ光の同センサへの受光の有無を示すセンサ信号を受信する受信部と、前記ヘッド部の向きを当該既知点の方向にするために受信部を通じて入力されたセンサ信号に基づいて回動駆動部を動作させる自動追尾制御部とを更に備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項３】
請求項１記載の地上レーザスキャナ測量装置において、前記ラインレーザ発生部とは反対向きに設けられ且つ装置本体から可視ポイントレーザ光を水平に発する第２ポイントレーザ発生部を更に備えたことを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項４】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、装置本体の姿勢を表わす姿勢情報を測定する姿勢測定部と、装置本体の自位置座標を測定するＧＰＳ測定部と、装置本体のヘッド部の方位を測定する電子コンパスとを備え、少なくとも前記ＧＰＳ測定部及び電子コンパスの各測定結果が計測対象物の座標点データとともに出力可能になっていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項５】
請求項４記載の地上レーザスキャナ測量装置において、計測対象物の座標点データには前記ＧＰＳ測定部にて得られた座標点データ取得時のＧＰＳ時間がスタンプされていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項６】
レーザ光を計測対象物に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャンニングを行い計測対象物の座標点データを取得する地上レーザスキャナ測量装置において、計測対象物の座標点に色を付けるために少なくともスキャンニング範囲の画像を撮影する電子カメラを備え、複数の電子カメラが装置本体のヘッド部に互いに向きを変えて固定されていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項７】
請求項６記載の地上レーザスキャナ測量装置において、前記複数の電子カメラのうち隣り合う同電子カメラにより前記画像がオーバーラップして撮影可能になっていることを特徴とする地上レーザスキャナ測量装置。
【請求項８】
地上レーザスキャナ測量装置、トータルステーションその他の測量装置において、装置本体から下方に求心用の可視ポイントレーザ光を発するポイントレーザ発生部を備え、ポイントレーザ発生部としてレーザ距離計が使用され、当該レーザ距離計の測定結果が装置本体の器械高として出力可能になっていることを特徴とする測量装置。
【請求項９】
地上レーザスキャナ測量装置、トータルステーションその他の測量装置において、装置本体の外面上には別の測量装置による位置測定用の目印が設けられていることを特徴とする測量装置。
【請求項１０】
請求項９の測量装置が請求項２の地上レーザスキャナ測量装置である場合の測量方法において、前記ターゲットセンサを前記別の測量装置に配置し、当該装置により前記位置測定用の目印を利用して地上レーザスキャナ測量装置の少なくとも自位置座標を測量したことを特徴とする測量方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０３１９６（Ｐ２０１１−２０３１９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２８４６（Ｐ２０１０−７２８４６）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０８０１７５８２）ビジュアツール株式会社 (3)
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０８０１７５８２）ビジュアツール株式会社 (3)
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