JP2019090653A - 測量装置、測量装置の校正確認方法および測量装置の校正確認用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザースキャナを備えたＴＳ（トータルステーション）において、測量現場で校正の状態の確認が可能な技術を提供する。【解決手段】測位対象の視準に利用される光学系２０１と、光学系２０１を介してレーザー光を前記測位対象に照射し、前記測位対象の測位を行うレーザー測位部２００と、立体構造物を構成する複数の面の交差位置をレーザー測位部２００の測位結果に基づき特定する面の交差位置特定部１１１と、前記立体構造物の前記面の交差位置を含む領域のレーザースキャンを行うレーザースキャナ１０９と、レーザースキャナ１０９のレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する面の交差位置算出部１１３と、面の交差位置特定部１１１が特定した第１の位置と面の交差位置算出部１１３が算出した第２の位置とを比較する比較部１１４とを備えるレーザースキャナ付きＴＳ１００。【選択図】図３

Description

本発明は、測量装置の校正に係る技術に関する。

測量装置としてＴＳ（トータルステーション）が知られている（例えば、特許文献１および２を参照）。

特開２００９−２２９１９２号公報 特開２０１２―２０２８２１号公報

ところで、ＴＳのレーザー測距機能を利用したレーザースキャナが知られている。この場合、ＴＳの光学系を上下左右に振り、点々とレーザー測距を行うことでレーザースキャンが行われる。この方法は、簡易的なものであり、スキャン速度やスキャン密度の点で、専用のレーザースキャナに比べて見劣りする。他方で、レーザースキャナも原理はレーザー測距であるが、測位精度はＴＳが備えるレーザー測位機能に及ばない。これは、スキャンが高速に行われる関係で、レーザー測距光を用いた測距のタイミングと、当該レーザー測距光の照射方位の検出タイミングとにズレが生じ、それが測位精度の誤差となるからである。そこで、両者の優位性を共に得る構成として、ＴＳが備える精密なレーザー測距装置とレーザースキャナとを別構成とし、それらを複合化したものが考えられる。

この場合、両者の光学的な原点の位置が物理的にずれる。このずれは、オフセット値として設計時に予め設定され、測位データが補正されるようにされているが、完全ではなく、製品の完成後に校正が必要である。通常、校正は、製品の出荷時に行なわれる。また、この校正は、販売後も製造メーカやメンテナンス会社のサービスとして行うことができる。しかしながら、上記の校正は、専用の設備が必要であり、また煩雑な手順を踏まなくてはならない。

ところで、上記の校正は、予め想定した特定の環境で行われるものであり、実際に測量が行なわれる環境では、校正の状態にズレが生じる場合がある。また、経時変化により校正の状態に変化が生じる場合がある。

このような背景において、本発明は、レーザースキャナを備えたＴＳにおいて、測量現場等で校正の状態の確認が可能な技術の提供を目的とする。

本発明は、測位対象の視準に利用される光学系と、前記光学系を介してレーザー光を前記測位対象に照射し、前記測位対象の測位を行うレーザー測位部と、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を前記レーザー測位部の測位結果に基づき特定する面の交差位置特定部と、前記立体構造物の前記面の交差位置を含む領域のレーザースキャンを行うレーザースキャナと、前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する面の交差位置算出部と、前記面の交差位置特定部が特定した第１の位置と前記面の交差位置算出部が算出した第２の位置とを比較する比較部とを備える測量装置である。

本発明において、前記第１の位置と前記第２の位置との差が閾値以内であるか否かに基づき、前記レーザー測位部と前記レーザースキャナとの間に係る校正の状態を判定する判定部を備える態様が挙げられる。

本発明において、前記面の交差位置特定部における前記複数の面の交差位置の特定は、前記レーザー測位部を用いた前記複数の面それぞれにおける複数の点の測位データに基づき行われる態様が挙げられる。

他の本発明は、レーザー測位部とレーザースキャナを複合化した測量装置の校正確認方法であって、前記レーザー測位部の測位結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定し、前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出し、前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する測量装置の校正確認方法である。

他の本発明は、レーザー測位部とレーザースキャナを複合化した測量装置における前記レーザー測位部と前記レーザースキャナの校正の状態の確認をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、コンピュータに前記レーザー測位部の測位結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定させ、前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出させ、前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較させる測量装置の校正確認用プログラムである。

他の本発明は、測位対象を視準する視準手段と、前記視準された位置の測位を行う測位手段と、レーザースキャナと、前記測位手段による測位の結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定する特定手段と、前記レーザースキャンのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する算出手段と、前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する比較手段とを備える測量装置である。

他の本発明は、測位対象を視準する視準手段と、前記視準された位置の測位を行う測位手段と、レーザースキャナとを備えた測量装置の校正確認方法であって、前記測位手段により立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定し、前記レーザースキャンのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出し、前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する測量装置の校正確認方法である。

本発明によれば、レーザースキャナを備えたＴＳにおいて、測量現場等で校正の状態の確認が可能な技術が得られる。

発明を利用したＴＳ（トータルステーション）の斜視図である。 発明を利用したＴＳの正面図である。 発明を利用したＴＳのブロック図である。 校正処理時に利用する立体構造物の概念図である。 校正処理時に利用する立体構造物の概念図である。 処理の手順の一例を示すフローチャートである。 室内の角の部分を利用して校正状態の確認処理を行う場合の一例を示す図である。

１．第１の実施形態
（概要）
図１には、発明を利用したレーザースキャナ付きＴＳ（トータルステーション）１００の斜視図が示されている。図２には、ＴＳ１００の正面図が示されている。ＴＳ１００の機能は、後述するレーザースキャナ１０９を備えている点、およびＴＳの機能（レーザー測位部２００）とレーザースキャナ１０９の校正に係る処理を行う機能以外は、通常のＴＳと同じである。ＴＳの詳細な構造については、例えば特開２００９−２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。

ＴＳ１００は、本体部１１を有している。本体部１１は、台座１２に水平回転可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。本体部１１は、Ｙ軸の方向から見て上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に可動部１３が鉛直角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。

本体部１１はモータにより台座１２に対する水平回転角の角度制御が行われる。また、可動部１３は、モータにより鉛直角の角度制御が行なわれる。この水平回転角と鉛直角の角度制御のための駆動は、本体部１１に内蔵された鉛直・水平回転駆動部１０６（図３のブロック図を参照）により行われる。

本体部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと鉛直角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、本体部１１（可動部１３）の水平回転角の調整が行なわれ、鉛直角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、可動部１３の鉛直角の調整が行なわれる。

可動部１３の上部には、大凡の照準を付ける角筒状の照準器１５ａが配置されている。また、可動部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂと、より精密な視準が可能な望遠鏡１６を有している。

照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６は、測距用のレーザー光と測距対象（例えばターゲットとなる専用の反射プリズム）を追尾および捕捉するための追尾光の光学系を兼ねている。測距光と追尾光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。この部分の構造は、市販されているＴＳと同じである。

本体部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部１０１と一体化されている。操作部１０１には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、ＴＳ１００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、ＴＳ１００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。２つディスプレイがあるのは、本体部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。

本体部１１の上部には、一対の部材で構成されるレーザースキャナ保持部２０が固定されている。イメージスキャナ保持部２０を構成する一対の部材の間には、レーザースキャナ１０９が固定されている。レーザースキャナ１０９は、略円筒構造を有し、Ｘ軸を回転軸として回転する回転部１０９ａを備えている。回転部１０９ａには、光学窓１０９ｂが設けられている。光学窓１０９ｂの内部には、複数の発光部と受光部が設けられ、回転部１０９ａが回転しながら光学窓１０９ｂから複数条のパルス状のレーザースキャン光が外部に照射される。

レーザースキャン用の複数条のパルスレーザー光は、回転部１０９ａの回転軸の延在方向に沿った開き角が２０°〜４５°程度の扇状に光学窓１０９ｂから間欠的に出射される。この際、回転部１０９ａが回転しながらレーザースキャン光の照射が行われる。これにより、回転部１０９ａの回転軸の延在方向においてある程度の幅を持ったレーザースキャン光が、Ｘ軸回りでスキャンされつつレーザースキャナ１０９から出射される。ここで、本体部１１を水平回転（Ｚ軸回りの回転）させながら上記のレーザースキャン光の出射を行うことで、周囲全体（あるいは必要とする範囲）のレーザースキャンが行なわれる。

レーザースキャナ１０９は、市販されているものを利用している。レーザースキャナ１０９に係る技術については、特開２０１０−１５１６８２号公報、特開２００８−２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報等に記載されている。なお、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているような、スキャンを電子式に行う形態も採用可能である。

（ブロック図）
図２には、ＴＳ（トータルステーション）１００のブロック図が示されている。ＴＳ１００のトータルステーションとしての基本的な機能は、従来ものと同じである。ＴＳ１００が従来のトータルステーションと異なるのは、別構成のレーザースキャナ１０９と複合化されている点、さらにこの複合化されたレーザースキャナ１０９とＴＳ１００が有する測位機能（レーザー測位部２００の機能）との間における校正の状態を判定する機能を備える点にある。

ＴＳ１００は、操作部１０１、撮像部１０２、ディスプレイ１８，１９、レーザー測位部２００、レーザースキャナ１０９、校正状態判定部１１０、動作制御部１２１、記憶部１２２、校正処理部１２３、光学系２０１を備える。

レーザー測位部２００は、ＴＳ本来の測位を行う部分である。レーザー測位部２００は、測距光発光部１０４、測距光受光部１０５、鉛直・水平回転駆動部１０６、鉛直・水平回転角検出部１０７、三次元位置算出部１０８を有している。光学系２０１は、照準器１５ｂ（図２参照）、望遠鏡１６（図２参照）、レーザー測位部２００の光学系、撮像部１０２の光学系、図示省略した追尾光の光路を構成する光学系を含んでいる。

光学系２０１の校正は、同様の構成を有する通常のＴＳと同じであり、各種のレンズ、ミラー、光路の分離や合成のためのダイクロイックミラー、ハーフミラー、偏光ミラー等を有している。光学系２０１により、測距光発光部１０４からの測距用レーザー光が望遠鏡１６を介して測位対象に照射され、測位対象から反射された測距用レーザー光が望遠鏡１６を介して測距光受光部１０５で受光される。また、光学系２０１により望遠鏡１６が捉えた像が接岸部１７に導かれると共に撮像部１０２に導かれる。

また、ＴＳ１００は、ターゲット（例えば反射プリズム）を追尾する追尾光発光部、ターゲットで反射した追尾光を受光する追尾光受光部、追尾光が望遠鏡１６の視野の視準位置にくるように鉛直・水平回転駆動部１０７に制御信号を出力する追尾制御部を備える。このあたりの構成は、現在市場に供給されている製品と同じであるので、詳細な説明は省略する。ＴＳの追尾光に係る構成については、例えば日本国特許第５１２４３１９号公報に記載されている。

操作部１０１は、オペレータによるＴＳ１００の操作の内容を受け付ける。ＴＳ１００の操作は、ＴＳ１００が備えるボタンスイッチ等により行われる。タブレットやスマートフォンを操作部として利用する形態も可能である。この場合、専用のアプリケーションソフトウェアをタブレットやスマートフォンにインストールすることで、タブレットやスマートフォンをＴＳ１００の操作手段として機能させる。

撮像部１０２は、望遠鏡１６が捉えた画像を撮像する。撮像は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサにより行われる。ディスプレイ１８，１９は、撮像部１０２が撮像した画像、ＴＳ１００の操作に必要な情報、ＴＳ１００の動作に係る情報（測距データやターゲットの方位等）が表示される。ディスプレイ１８，１９としては、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ等が用いられる。また、ディスプレイ１８，１９には、レーザースキャナ１０９が取得した点群データの３Ｄ表示画面が表示される。点群データの３Ｄ表示に関しては、例えば特願２０１６−１７３４６８号に記載されている。

測距光発光部１０４は、測距用のレーザー光（測距光）を発光する。測距用のレーザー光は、望遠鏡１６を介して望遠鏡１６の光軸と同軸の方向に照射される。測距光受光部１０５は、対象物（例えば反射プリズム）で反射され望遠鏡を介して受け入れた測距光を受光する。測距光受光部１０５は、フォトダイオード等の光検出デバイスを用いて構成されている。

測距光発光部１０４から出射する測距光の光軸と測距光受光部１０４に入射する測距光（対象物から反射されＴＳ１００に戻ってきた測距光）の光軸とは、光学系（例えば、ダイクロイックミラー、ハーフミラー、偏光ミラー等）を用いて合成される。

鉛直・水平回転駆動部１０６は、本体部１１の水平回転の駆動および可動部１３の鉛直回転の駆動を行う。鉛直・水平回転駆動部１０６は、上記駆動のためのモータ、ギア機構および駆動回路を備えている。

鉛直・水平回転角検出部１０７は、本体部１１の水平回転角の検出、可動部１３の鉛直角（仰角および俯角）の値を検出する。水平回転角は、例えば北を基準（０°）として、上方から見た時計回り方向の角度で測られる。仰角および俯角は、水平方向を基準（０°）として仰角方向を＋、俯角方向を−として測角する。

三次元位置算出部１０８は、測距光発光部１０４からの測距光の飛翔時間に基づき算出される測距対象までの距離と測距光の照射方向とから、ＴＳ１００を原点とした対象物（測距光の反射点：例えば反射プリズム）の三次元座標の値を算出する。測距対象の三次元座標は、ＴＳ１００を原点とした座標系（以下、ＴＳ座標系）上での値として得られる。

通常、ＴＳ１００は、絶対座標系上における既知の位置に設置されるので、ＴＳ座標系で得られた位置データは、平行移動および必要であれば回転させることで絶対座標系に座標変換される。絶対座標系というのは、地上に固定されたグローバル座標系のことである。例えば、ＧＮＳＳ等で用いられる座標系が絶対座標系である。一般的に地図を記述するための座標系が絶対座標系である。絶対座標系では、例えば経度，緯度，標高（平均海面に対する高度）によって位置が特定される。

ＴＳ１００から測距対象までの距離は、以下のようにして算出される。ＴＳ１００の内部には、測距光発光部１０４から発光された光が導かれる光路長が既知の基準光路が設けられている。測距光発光部１０４からの光は２分され、一方は、望遠鏡１６→測位点→望遠鏡１６→測距光受光部１０５の光路を進み、他方は、基準光路→測距光受光部１０５と進む。測距光はパルス光であり、上記一方の光路を進んだ測距光と他方の光路を進んだ測距光は、測距光受光部１０５で受光されるタイミングにズレが生じ、測距光受光部１０５での検出波形に位相差を生じる。この位相差から反射点までの距離が算出される。

他方で、ＴＳ１００から見た測距光の反射点の方向は、鉛直・水平回転角度検出部１０７により測角される。そして、距離と方向が判ることでＴＳ１００を基準（原点）とした反射点（測距光の反射点）の三次元位置が求まる。以上の処理が三次元位置算出部１０８で行なわれる。以上のようにして、レーザー測位部２００での測位対象点の位置の測定が行われる。

レーザースキャナ１０９は、レーザースキャンによる点群データの取得を行う。レーザースキャンの範囲は、希望する範囲で設定可能である。

校正状態判定部１１０は、レーザー測位部２００が測位した点（三次元位置算出部１０８が算出する測位点）と、レーザースキャナ１０９が取得するレーザースキャン点のズレを解消する校正データあるいは校正用計算式の妥当性を確認する。この校正データあるいは校正用計算式を得るための校正処理は、ＴＳ１００の製造会社や販売会社で予め行なわれている。

校正が行なわれることで、計測値を補正する補正値や補正式が最適化され、それを用いてレーザー測位部２００の測位値とレーザースキャナ１０９が取得した点群データの値の一方または両方が補正される。しかしながら、上記の予め行なわれる校正処理は、特定の環境で行われるので、環境が異なれば最適な校正の状態が変わる可能性がある。また、経時変化により最適な補正条件が変わる可能性もある。校正状態判定部１１０は、後述する方法により、校正された状態の良否（妥当性）を判定する。

以下、校正状態判定部１１０およびそこで行われる処理の詳細について説明する。校正状態を確認する処理では、頂点および／または縁（辺）を有する立体構造物を利用する。校正状態判定部１１０は、エッジ座標取得部１１１、面の方程式算出部１１２、面の交差位置算出部１１３、比較部１１４、良否判定部１１５を備えている。

エッジ座標取得部１１１は、立体構造物のエッジの位置を取得する。エッジ座標取得部１１１は、面の交差位置特定部の一例である。立体構造物としては、建物等の人工構造物やターゲットとして用意した立方体ターゲットが用いられる。立体構造物として自然の造形物を用いることも可能である。

ここでいうエッジには、立体構造物の頂点と縁が含まれる。つまり、面の交差位置には、頂点と縁（輪郭）が含まれる。頂点は、交差する３つ以上の面が交差する部分として定義される。縁は、交差する２つの面の線状の交差位置として定義される。頂点の位置は、ＴＳ１００の望遠鏡１６を用いて視準し、レーザー測位部２００により測位される。縁の位置は、ＴＳ１００の望遠鏡１６を用いて縁上の複数の点を視準し、レーザー測位部２００を用いて該複数点の測位を行い、この複数の測位点にフィッティングする直線の方程式を算出することで取得される。

図４および図５には、立方体３００が示されている。図４および図５の座標系は、ＴＳ１００を原点とし、東をＸ軸正方向、北をＹ軸正方向、鉛直上方をＺ軸正方向とした直線直交座標系（ＴＳ座標系）である。勿論、座標系として絶対座標系を用いることもできる。

図４，図５には、立方体３００を構成する互いに直交する３の面３１１，３１２，３１３、これら３つの面の交差する点となる頂点３０１（○印の部分）が示されている。ここで、面３１１，３１２，３１３は平面であるが、簡単にモデル化でき数学的に取り扱いが容易な曲面であってもよい。図４の場合、頂点３０１が望遠鏡１６で視準され、レーザー測位部２００により測位される。このレーザー測位部２００により測位された頂点３０１の座標がエッジ座標取得部１１１で取得される。

縁の場合は、望遠鏡１６を用いて立体形状の縁（辺）の部分を視準し、レーザー測位部２００により縁の部分の２点以上の測位を行い、この２点以上の測位点にフィッティングする直線の方程式を求める。この直線で特定される位置が縁の位置となる。この処理は、エッジ座標取得部１１１で行われる。

図５には、立方体３００の面３１２と３１３が交差する縁３２０が示されている。また、縁３２０上の○印で示される３点３２１，３２２，３２３が示されている。この場合、３点３２１，３２２，３２３が望遠鏡１６を用いて視準され、レーザー測位部２００により測位される。そして、この３点３２１，３２２，３２３にフィッティングする直線が縁３２０として算出される。

面の方程式算出部１１２は、レーザースキャナ１０９が取得したレーザースキャン点群（点群データ）に基づき、点群がフィッティングする面の方程式を求める。なお、広い範囲で見れば、取得した点群に面でない部分の点群も含まれるので、予め定めた数や範囲の点群から面を構成する複数の点を抽出し、そこから面の方程式を求める。

例えば図４の場合、平面上に分布するレーザースキャン点群３１１ａにフィッティングする平面を求め、この平面を面３１１と見なし、その面の方程式を求める。この面の方程式が、レーザースキャナ１０９が捉えた面３１１を表すデータとなる。同様にして、レーザースキャナ１０９が得たレーザースキャンデータから、面３１２，３１３の面の方程式を求める。

面の交差位置算出部１１３は、面の方程式算出部１１２で算出された複数の面の交差位置を算出する。図４に示す面３１１，３１２，３１３の交差位置は、頂点３０１となる。この場合、頂点３０１の座標が面３１１，３１２，３１３の交差位置として算出される。なお、対象物の立体構造によっては、交差する面が４面以上出る場合も有り得る（例えば、四角錐の頂点）。

また例えば、図５における面３１２と面３１３の交差位置は、線状の縁３２０である。この場合、面３１２と面３１３の交差位置として、縁３２０を数学的に記述する直線の方程式が算出される。

比較部１１４は、レーザー測位部２００により位置が計測されたエッジ（頂点および／または縁）の位置（データ１）とレーザースキャナ１０９が得たレーザースキャン点群に基づき算出したエッジの位置（データ２）とを比較する。本明細書で問題とする校正が完全であれば、データ１とデータ２の差は許容値以下となる。校正の状態に誤差があれば、それに応じてデータ１とデータ２には差異が生じる。比較部１１４によりこの差異についての情報が得られる。

良否判定部１１５は、比較部１１４の比較の結果（上述したデータ１とデータ２の比較の結果）の良否を判定する。ここでは、予め設定した閾値を用い、データ１とデータ２の差が閾値以下であれば、「校正の状態が良」と判定する。また、データ１とデータ２の差が閾値を超える場合、「校正の状態が不良」と判定する。判定の閾値は、求められる測量精度によって決まるので、予め実験的に求めておき、その値を使用する。判定の閾値を複数用意し、要求される精度に応じて使い分ける形態も可能である。

動作制御部１２１は、ＴＳ１００の動作の制御を行う。また、後述する図６の処理に係る制御を行う。記憶部１２２は、ＴＳ１００の動作に必要なデータ、動作プログラム、測量結果等を記憶する。

校正処理部１２３は、良否判定部１１５において「否」の判定が下された場合に、ＴＳ１００の測位機能（レーザー測位部２００による測位機能）とレーザースキャナ１０９との間の校正処理を行う。以下、一例として図４の頂点３０１を利用した校正処理の例を説明する。まず、レーザー測位部２００を用いて頂点３０１の測位を行い、頂点３０１の位置データ１を得る。他方で、レーザースキャナ１０９からのレーザースキャンにより、面３１１，３１２，３１３を特定し、この３つの面が交差する点として頂点３０１の位置を算出し、頂点３０１の位置データ２を得る。

校正処理部１２３は、頂点３０１の位置データ１と位置データ２の差に基づき、校正処理を行う。設計時において、レーザー測位部２００とレーザースキャナ１０９との間の位置のずれはオフセット値として設定されており、更に製品出荷前における校正処理により、このオフセット値は最適化されている。このオフセット値を用いることで、位置データ１と位置データ２の差が許容値以下となるように計測値の補正や計算が行なわれる。

校正が行なわれることで、上記オフセット値が最適化され、それに基づき、位置データ１または位置データ２の一方または両方が修正されており、同一点を計測した場合における位置データ１と位置データ２の差が閾値以下となるようにされている。

しかしながら、様々な理由により、上記オフセット値に最適値からのずれが生じ、位置データ１と位置データ２の差異が許容できない場合が生じる可能性がある。この位置データ１と位置データ２の差異が許容できない場合（閾値を超える場合）に、その時点で設定されている上記のオフセット値を再修正する。この処理が校正処理部１２３で行なわれる。

例えば、位置データ１を（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）、位置データ２を（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）とした場合に、Ｘ_１−Ｘ_２＝ΔＸ、Ｙ_１−Ｙ_２＝ΔＹ、Ｚ_１−Ｚ_２＝ΔＺであるとする。ここで、（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が許容できない値である場合、（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が許容値以下となるように上記オフセット値を修正する。

例えば、レーザー測位部２００とレーザースキャナ１０９との間の位置のずれであるオフセット値が（δＬｘ，δＬｘ，δＬｘ）であるとする。この場合、レーザー測位部２００の測位データとレーザースキャナ１０９が得る点群データの少なくとも一方が、上記オフセット値を考慮した計算により取得、あるいは補正され、オフセットの存在に起因する誤差が許容値以下となるように調整される。この調整の設定に係る処理が事前に行なわれる校正処理となる。

上記の（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が許容値以下とならない場合、（δＬｘ，δＬｘ，δＬｘ）が最適でないと判定される。この場合、（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が許容値以下となるように、（δＬｘ，δＬｘ，δＬｘ）を調整する。具体的には、（δＬｘ＋ｄｘ，δＬｘ＋ｄｙ，δＬｘ＋ｄｚ）と調整用の補正項を設定し、（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）が許容値以下となるように、補正項（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を調整し、オフセット値の最適化を行う。この処理が校正処理部１２３で行なわれる。校正処理として、レーザー測位部２００およびレーザースキャナ１０９の一方または両方の外部標定要素の修正（例えば、姿勢の修正）を行う形態も可能である。

また、ＴＳ１００は図示しないインターフェース回路を備え、外部の機器との間で通信が可能である。例えば、外部の機器へのデータの送信、外部の機器からのデータの受信、外部の機器を用いたＴＳ１００の操作や動作制御が可能である。

（処理の一例）
測距光発光部１０４から望遠鏡１６を介して対象物に照射される測距光による測位機能（レーザー測位部２００の機能）とレーザースキャナ１０９との間の校正の状態を確認する処理の一例を説明する。図６にこの処理を実行するためのフローチャートの一例を示す。図６の処理を実行するためのプログラムは、記憶部１２２に記憶され、動作制御部１２１により実行される。このプログラムを適当な記憶媒体に格納し、そこから提供される形態も可能である。

ここでは、図４の立方体３００を用いて、レーザー測位部２００の測位機能とレーザースキャナ１０９との間の校正の状態の確認を行う。

この処理では、まず望遠鏡１６を用いた頂点３０１の視準を行う（ステップＳ１０１）。この作業は、操作者が接眼部１７を覗き、水平回転角制御ダイヤル１４ａと鉛直角制御ダイヤル１４ｂを操作して望遠鏡１６を介して頂点３０１に狙いを付けることで行われる。

次に、測距光発光部１０４からの測距光を用いた頂点３０１の測位を行う（ステップＳ１０２）。ここで得られる測位データをデータ１とする。次に、レーザースキャナ１０９のレーザースキャン範囲の設定を行う（ステップＳ１０３）。ここでは、頂点３０１を中心とする特定の範囲がスキャン範囲として設定される。この際、頂点３０１を含む３つの面３１１，３１２，３１３が含まれるように、レーザースキャン範囲を設定する。

次いで、設定された範囲を対象にレーザースキャナ１０９によるレーザースキャンを行う（ステップＳ１０４）。次に、ステップＳ１０４で得たレーザースキャンデータに基づき、面３１１，３１２，３１３の面の方程式を算出する（ステップＳ１０５）。次に、ステップＳ１０５で算出した面３１１，３１２，３１３の交差位置として頂点３０１の位置を算出する（ステップＳ１０６）。ここで、面３１１，３１２，３１３の交差位置として、ステップＳ１０６で算出した頂点３０１の位置をデータ２とする。

次に、データ１とデータ２を比較する（ステップＳ１０７）。すなわち、頂点３０１を視準後に、測距光発光部１０４からの測距光を用いて三次元位置算出部１０８が算出した頂点３０１の測位データ（データ１）と、レーザースキャナ１０９によるスキャンデータから面の交差位置として算出した頂点３０１の測位データ（データ２）とを比較する。

ステップＳ１０７における比較の結果、その差が予め定めた閾値以下であるか否かの判定が行われ（ステップＳ１０８）、差が閾値以下であれば、校正の状態が良好、すなわちレーザー測位部２００が得た位置情報とレーザースキャナ１０９が得た点群データの位置情報の差が、許容できる範囲にあると判定される（ステップＳ１０９）。

他方で、データ１とデータ２の差が予め定めた閾値を超える場合、校正の状態が不良、すなわちレーザー測位部２００が得た位置情報とレーザースキャナ１０９が得た位置情報の差が、許容できない状態にあると判定する（ステップＳ１１０）。この場合、上記の差を規定の範囲内に納めるための校正処理が校正処理部１２３で行なわれる（ステップＳ１１１）。

（処理の変形例）
縁３２０を用いて校正の状態を確認する方法も可能である。この場合、縁（辺）３２０上の点３２１，３２２，３２３の各点において、望遠鏡１６を用いた視準およびレーザー測位部２００を用いた測位が行なわれる。そして、この３点にフィッティングする直線の方程式を算出し、それをデータ１として取得する。

他方で、縁３２０を含む面３１２と３１３のレーザースキャンがレーザースキャナ１０９によって行われ、面３１２と３１３の面の方程式が算出される。そして、面３１２と３１３の面の方程式の交差する線状の位置が縁３２０の位置データ（データ２）として算出される。データ１とデータ２を得たら、両者の差を評価する。後は、図６の処理と同じである。

（優位性）
専用の設備がなくてもレーザースキャナを搭載した（レーザースキャナと複合化した）ＴＳにおける測位機能とレーザースキャン機能の間における校正の状態を確認できる。例えば、測量の現場で上記の校正状態の確認が可能となる。

２．第２の実施形態
望遠鏡１６を用いて視準を行うことで立体構造物の頂点の測位を行う方法として、当該頂点の周辺の複数の点の測位を行い、この複数の点の位置に基づき、頂点の位置を特定する方法がある。この方法は、レーザースキャナ１０９が得たレーザースキャンデータに基づき立体構造物の頂点の位置を算出する方法と基本原理は同じである。

以下、図４の場合を例に挙げ説明する。この場合、望遠鏡１６を用いて頂点３０１の周囲における複数の点の視準、更にレーザー測位部２００を用いてこの複数の視準点の測位を行う。

具体的には、頂点３０１の周囲における面３１１，３１２，３１３のそれぞれにおける３点以上の点について、望遠鏡１６を用いた視準、および当該視準点のレーザー測位部２００を用いた測位を行う。

そして、面３１１，３１２，３１３の面それぞれにおいて、測位した各３点以上の点にフィッティングする面の方程式を算出する。算出される面の方程式は、面３１１，３１２，３１３に対応したものとなる。

面３１１，３１２，３１３のそれぞれに対応した３つの面の方程式を求めたら、３つの方程式で表される３面の交差点を算出する。この交差点の位置情報をデータ１（望遠鏡１６を用いて視準し、測距光発光部１０４からの測距光を用いたレーザー測位に基づき特定された頂点３０１の位置データ）として取得する。ここで、３面の算出およびその交差位置の算出、更に該交差位置の取得は、エッジ座標取得部１１１で行なわれる。

データ２（レーザースキャナ１０９が取得したレーザースキャンデータに基づく頂点３０１の算出値）に関しては、第１の実施形態の場合と同じである。

３．第３の実施形態
望遠鏡１６を用いて視準を行うことで立体構造物の縁（辺）の測位を行う方法として、当該縁周辺の複数の点の測位を行い、この複数の点の位置に基づき、縁の位置を得る方法も可能である。この方法は、レーザースキャナ１０９が得たレーザースキャンデータに基づき立体構造物の縁の位置を算出する方法と基本原理は同じである。

以下、図５の場合を例に挙げ説明する。この場合、望遠鏡１６を用いて縁３２０の周囲における複数の点の視準、更にレーザー測位部２００を用いてこの複数の視準点の測位を行う。

具体的には、縁３２０を境に隣接する面３１２と３１３のそれぞれにおける３点以上の点について、望遠鏡１６を用いた視準、および当該視準点のレーザー測位部２００を用いた測位を行う。

そして、面３１２，３１３の面それぞれにおいて、測位した各３点以上の点にフィッティングする面の方程式を算出する。算出される面の方程式は、面３１２，３１３に対応したものとなる。

面３１２，３１３のそれぞれに対応した２つの面の方程式を求めたら、２つの方程式で表される２つの面の交差位置を算出する。そして、この交差位置の位置情報をデータ１（望遠鏡１６を用いて視準し、測距光発光部１０４からの測距光を用いたレーザー測位に基づき特定された縁３２０の位置データ）として取得する。ここで、２つの面の算出およびその交差位置の算出、更に該交差位置の取得は、エッジ座標取得部１１１で行なわれる。

データ２（レーザースキャナ１０９が取得したレーザースキャンデータに基づく縁３２０の算出値）に関しては、第１の実施形態の場合と同じである。

（その他１）
校正の状態を確認する際に、頂点と縁の情報を用いた判定を組み合わせる態様、実施形態１〜３の２以上の形態を組み合わせる態様も可能である。また、縁を利用する場合、２以上の縁の位置データを利用して校正の状態を判定する態様も可能である。

（その他２）
頂点の代わりに立体構造物の内側の角の部分を利用する形態も可能である。この場合の例を図７に示す。図７には、室内の交差する２面の壁（壁面１と壁面２）と天井面とが交差する角の部分７０１（部屋の角の部分）が示されている。また、天井面と壁面１が交差する線状の部分７０２や壁面１と壁面２が交差する線状の部分７０３が示されている。

角の部分７０１を利用して、頂点３０１を用いた場合と同様の方法により、ＴＳ１００の測位機能（レーザー測位部２００による測位機能）とレーザースキャナ１０９との間の校正の状態を確認することができる。また、線状の部分７０１や７０２を利用して、縁３２０を用いた場合と同様の方法により、ＴＳ１００の測位機能（レーザー測位部２００による測位機能）とレーザースキャナ１０９との間の校正の状態を確認することができる。

（その他３）
ＴＳ１００は、（１）測位対象を視準する視準手段である望遠鏡１６と、（２）視準された位置の測位を行う測位手段であるレーザー測位部２００と、（３）レーザースキャナ１０９と、（４）レーザー測位部２００による測位の結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定する特定手段であるエッジ座標取得部１１１と、（５）レーザースキャナ１０９によるレーザースキャンのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する算出手段である面の交差位置算出部１１３と、（６）前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する比較手段である比較部１１４とを備える測量装置と捉えることもできる。

本発明は、ＴＳとレーザースキャナを統合した機能を有する測量装置に利用できる。

１００…レーザースキャナ付ＴＳ（トータルステーション）
１１…本体部、１２…台座、１３…可動部
１４ａ…水平回転角制御ダイヤル
１４ｂ…鉛直角制御ダイヤル
１５ａ…照準器、１５ｂ…光学式の照準器
１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ
２０…レーザースキャナ保持部、１０１…操作部
３００…立方体、３０１…頂点、３１１，３１２，３１３…面
３１１ａ…レーザースキャン点群、３２０…縁、３２１，３２２，３２３…視準点
７０１…天井面と壁面１と壁面２が交差する位置（点）
７０２…天井面と壁面１とが交差する位置（線状の交差部）
７０３…壁面１と壁面２とが交差する位置（線状の交差部）

Claims (7)

1. 測位対象の視準に利用される光学系と、
   前記光学系を介してレーザー光を前記測位対象に照射し、前記測位対象の測位を行うレーザー測位部と、
   立体構造物を構成する複数の面の交差位置を前記レーザー測位部の測位結果に基づき特定する面の交差位置特定部と、
   前記立体構造物の前記面の交差位置を含む領域のレーザースキャンを行うレーザースキャナと、
   前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する面の交差位置算出部と、
   前記面の交差位置特定部が特定した第１の位置と前記面の交差位置算出部が算出した第２の位置とを比較する比較部と
   を備える測量装置。
2. 前記第１の位置と前記第２の位置との差が閾値以内であるか否かに基づき、前記レーザー測位部と前記レーザースキャナとの間に係る校正の状態を判定する判定部を備える請求項１に記載の測量装置。
3. 前記面の交差位置特定部における前記複数の面の交差位置の特定は、前記レーザー測位部を用いた前記複数の面それぞれにおける複数の点の測位データに基づき行われる請求項１または２に記載の測量装置。
4. レーザー測位部とレーザースキャナを複合化した測量装置の校正確認方法であって、
   前記レーザー測位部の測位結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定し、
   前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出し、
   前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する測量装置の校正確認方法。
5. レーザー測位部とレーザースキャナを複合化した測量装置における前記レーザー測位部と前記レーザースキャナの校正の状態の確認をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
   コンピュータに
   前記レーザー測位部の測位結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定させ、
   前記レーザースキャナのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出させ、
   前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較させる測量装置の校正確認用プログラム。
6. 測位対象を視準する視準手段と、
   前記視準された位置の測位を行う測位手段と、
   レーザースキャナと、
   前記測位手段による測位の結果に基づき、立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定する特定手段と、
   前記レーザースキャンのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出する算出手段と、
   前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する比較手段と
   を備える測量装置。
7. 測位対象を視準する視準手段と、
   前記視準された位置の測位を行う測位手段と、
   レーザースキャナと
   を備えた測量装置の校正確認方法であって、
   前記測位手段により立体構造物を構成する複数の面の交差位置を特定し、
   前記レーザースキャンのレーザースキャンデータに基づき、前記立体構造物の前記面の交差位置を算出し、
   前記特定した前記複数の面の交差位置と前記算出した前記複数の面の交差位置とを比較する測量装置の校正確認方法。
   

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