(57)【要約】【課題】第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用可能とする３Ｄレーザスキャナを提供する。【解決手段】３Ｄ測量データＤ４を生成するために用いる３Ｄレーザスキャナであって、施工対象でのレーザ光の反射による戻り光を検出するレーザ計測部１１０と、全方位カメラ１２１から構成され、施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部１２０と、検出した戻り光に基づく点群データＤ１及び取得したカラー画像に基づくカラーデータＤ２を生成し、点群データＤ１及びカラーデータＤ２を用いて送信単位毎のスキャンデータＤ３を生成するスキャンデータ生成部１３１と、送信単位毎のスキャンデータＤ３を送信するスキャンデータ送信部１４１とを備える３Ｄレーザスキャナ１００。【選択図】図２
2020003484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するために用いる３Ｄレーザスキャナであって、
前記施工対象にレーザ光を照射し、前記施工対象での前記レーザ光の反射による戻り光を検出するレーザ計測部と、
全方位カメラから構成され、前記施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部と、
前記レーザ計測部が検出した前記戻り光から点群データを生成するとともに前記撮像部が取得したカラー画像からカラーデータを生成し、前記点群データと前記カラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、
前記スキャンデータ生成部に接続され、前記送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部と、
を備えることを特徴とする３Ｄレーザスキャナ。
【請求項２】
前記スキャンデータ生成部は、前記点群データと前記カラーデータとを合成して前記スキャンデータを生成する合成部を有することを特徴とする請求項１に記載の３Ｄレーザスキャナ。
【請求項３】
前記撮像部は、一測量当り一のカラー画像を取得し、
前記スキャンデータ生成部は、一測量当り前記一のカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄレーザスキャナ。
【請求項４】
前記撮像部は、一測量当り複数のカラー画像を取得し、
前記スキャンデータ生成部は、直近に取得されたカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄレーザスキャナ。
【請求項５】
前記スキャンデータ生成部は、前記点群データを生成するに際して、一の点データと前記一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナ。
【請求項６】
建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するために用いる３Ｄレーザスキャナシステムであって、
点群データ及びカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する３Ｄレーザスキャナと、
前記３Ｄレーザスキャナに接続され、前記３Ｄレーザスキャナが生成した前記スキャンデータを用いて前記３Ｄ測量データを生成する情報処理装置と、
前記情報処理装置に接続され、前記３Ｄ測量データに基づく出力データを出力する提示装置とを備え、
前記３Ｄレーザスキャナは、請求項１〜５のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナであることを特徴とする３Ｄレーザスキャナシステム。
【請求項７】
前記情報処理装置は、施工目標とする目標形状データを記憶する情報記憶部を含む情報処理部を有し、
前記情報処理部は、前記スキャンデータに基づき前記３Ｄ測量データとしての現況形状データを生成するとともに、前記現況形状データと前記目標形状データとの比較結果に基づく提示データを生成することを特徴とする請求項６に記載の３Ｄレーザスキャナシステム。
【請求項８】
前記情報記憶部は、前記目標形状データとして複数の中間目標形状データを記憶可能であり、
前記情報処理部は、前記現況形状データと前記中間目標形状データとの比較結果に基づく前記提示データとしての中間提示データを生成することを特徴とする請求項７に記載の３Ｄレーザスキャナシステム。
【請求項９】
前記提示装置は、ディスプレイであることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナシステム。
【請求項１０】
前記ディスプレイに前記比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示することを特徴とする請求項９に記載の３Ｄレーザスキャナシステム。
【請求項１１】
建設作業機械本体と、
前記建設作業機械本体に搭載した３Ｄレーザスキャナとを備え、
前記３Ｄレーザスキャナは、請求項１〜５のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナであることを特徴とする建設作業機械。
【請求項１２】
測量を行い、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する第１工程と、
前記初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する第２工程と、
前記施工計画に従って、建設作業機械を用いて施工を行う第３工程とを含み、
前記第３工程においては、請求項６〜１０のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナシステムを使用して前記３Ｄレーザスキャナシステムが生成した３Ｄ測量データと前記目標形状データとを用いて作業を行うことを特徴とする建設工事方法。
【請求項１３】
前記第３工程の後に、施工後の前記施工対象の形状データである検査対象形状データが前記目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う第４工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の建設工事方法。
【請求項１４】
前記第４工程では、前記検査対象形状データとして、前記第３工程で前記３Ｄレーザスキャナシステムが最終的に生成した３Ｄ測量データを用いて検査を行うことを特徴とする請求項１３に記載の建設工事方法。
【請求項１５】
前記第１工程では、前記第３工程で用いる前記３Ｄレーザスキャナと同等規格の３Ｄレーザスキャナを用いて測量を行うことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の建設工事方法。
【請求項１６】
前記点群データに含まれる少なくとも３つの特徴点と前記カラーデータにおいて該特徴点に対応する対応特徴点が同一座標上で対応するように前記点群データの座標系又は前記カラーデータの座標系が較正されて、点群データの各点に該点に対応したカラーデータ画素が割り付けされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の３Ｄレーザスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄレーザスキャナ、３Ｄレーザスキャナシステム、建設作業機械及び建設工事方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設現場では、高齢化が進み、技術者が不足する、という問題がある。これらの問題を解決するため、ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎと呼ばれる施策が推し進められている。ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎによる建設工事は、基本的には、第１工程（初期測量工程）、第２工程（施工計画策定工程）、第３工程（施工工程）及び第４工程（検査工程）の４つの工程を経て遂行される。ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎを用いた建設工事は、各工程において、３Ｄ設計データや３Ｄ測量データを活用することで、省力化が可能である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
３Ｄ測量データは、ドローンや３Ｄレーザスキャナ等を用いて建設現場における施工対象を測量して取得したデータを、ファイル単位毎（測量単位毎）に加工処理して生成される。特に、３Ｄレーザスキャナを用いて測量によれば、高精度の３Ｄ測量データが得られる。３Ｄ測量データは、表示画像や印刷画像において施工対象をわかりやすくするために、３Ｄレーザスキャナ等で生成した点群データは、カラーデータを重畳（マッピング）することでカラー化される（例えば特許文献１参照。）。建設現場では、点群データ及びカラーデータを生成できる３Ｄレーザスキャナが用いられている（例えば特許文献２参照。）。
【０００４】
従来の３Ｄレーザスキャナ９００は、図１５に示すように、支持体９００Ａと支持体９００Ａが支持する本体９００Ｂとを備えている。支持体９００Ａは本体９００Ｂを支持している。支持体９００Ａは、鉛直軸を中心に本体９００Ｂを３６０°回転するモータ９０１を備えている。本体９００Ｂは、レーザ計測部９１０と、撮像部９２０と、スキャナ処理部９３０を有する。スキャナ処理部９３０はスキャンデータ生成部９３１を含む。レーザ計測部９１０は、レーザ光を施工対象に照射し、施工対象で反射してきた戻り光を検出する。撮像部９２０はカメラ９２１を有する。カメラ９２１は、本体９００Ｂの側面にその光軸を水平方向又は斜め上方に向けて配置されており、モータ９０１による回転に伴い全周囲の風景を撮像してカラー画像を取得する。スキャンデータ生成部９３１は、レーザ計測部９１０が検出した戻り光に基づき施工対象の座標位置情報である、複数の点データからなる点群データＤ９１０を生成する。スキャンデータ生成部９３１はまた、撮像部９２０が取得したカラー画像に基づき施工対象の色彩情報であるカラーデータＤ９２０を生成する。スキャンデータ生成部９３１は、点群データＤ９１０とカラーデータＤ９２０を含むスキャンデータファイルＤ９３０を生成する。３Ｄレーザスキャナ９００は、スキャンデータ生成部９３１が生成したスキャンデータファイルＤ９３０を出力する。
【０００５】
３Ｄレーザスキャナ９００と撮像部９２０を含む３Ｄレーザスキャナシステム１０００では、点群データＤ９１０とカラーデータＤ９２０を含んだスキャンデータファイルＤ９３０が記憶媒体等を用いてファイル単位で情報処理装置９８０に受け渡される。スキャンデータファイルＤ９３０を受け取った情報処理装置９８０は、点群データＤ９１０とカラーデータＤ９２０とを組み合わせてカラー点群データに合成し、合成されたカラー点群データを含む３Ｄ測量データファイルＤ９４０を生成する。３Ｄ測量データファイルＤ９４０は、ディスプレイで表示可能な所定のフォーマットに変換されて表示装置９９０に３Ｄ画像として表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−０２５５５３号公報
【特許文献２】特開２０１７−００３２８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】国土交通省  ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  〜建設現場の生産性革命〜  参考資料  平成２８年３月  （１２頁目）（ＵＲＬ：ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｃｏｍｍｏｎ／００１１２７７４０．ｐｄｆ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
建設工事の特に第３工程（施工工程）において３Ｄレーザスキャナを用いて生成される３Ｄ測量データはその精度の高さから極めて利用価値が高い。そのため、３Ｄ測量データを施工の進行に伴って適宜利用できれば、施工状態や進捗状況を高精度に把握できる。
【０００９】
しかし、従来の３Ｄレーザスキャナにおいて、カラー画像を取得するためにはモータを回転させて複数回撮像する必要があり、そのために多くの撮像時間を要する。撮影された複数の画像を合成する必要があるため、多くの処理時間を要する。
【００１０】
また、従来の３Ｄレーザスキャナシステムを用いた３Ｄ測量データはファイル単位で処理される。加えて、その処理は、データ処理の専門業者に頼らざるを得ないことから、測量の開始から最終データの取得までに数日を要することもある。そのため、第３工程（施工工程）の作業を長時間停止させてしまう、という問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、第３工程（施工工程）の作業を長時間停止させることなく、短時間で最終の３Ｄ測量データが得られる、３Ｄレーザスキャナ、３Ｄレーザスキャナシステム、およびそれらを用いた建設作業機械及び建設工事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】
【００１２】
［１］本発明の３Ｄレーザスキャナは、
建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するために用いる３Ｄレーザスキャナであって、
前記施工対象にレーザ光を照射し、前記施工対象での前記レーザ光の反射による戻り光を検出するレーザ計測部と、
全方位カメラから構成され、前記施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部と、
前記レーザ計測部が検出した前記戻り光から点群データを生成するとともに前記撮像部が取得したカラー画像からカラーデータを生成し、前記点群データと前記カラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、
前記スキャンデータ生成部に接続され、前記送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の３Ｄレーザスキャナによれば、全方位カメラから構成され、施工対象を撮像することでカラー画像を取得する撮像部を備えていることから、全方位カメラにより特に撮像部を回転移動させることなく施工対象のカラー画像を取得可能なため、撮像時間を短縮することができる。また、全方位カメラにより施工対象のカラー画像を一の画像として取得可能なため、従来では必要であった複数枚のカラー画像の合成時間を削減することができる。
【００１４】
また、本発明の３Ｄレーザスキャナによれば、レーザ計測部が検出した戻り光に基づく点群データ及び撮像部が取得したカラー画像に基づくカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎のスキャンデータを生成するスキャンデータ生成部を備えていることから、スキャンデータを生成するための点群データを送信単位毎にデータ量を小さくして扱うことが可能となるため、スキャンデータ生成時間を短くすることができる。
【００１５】
また、本発明の３Ｄレーザスキャナによれば、送信単位毎のスキャンデータを送信するスキャンデータ送信部を備えていることから、スキャンデータ生成部が生成した送信単位毎のスキャンデータを逐次送信することが可能となるため、測量結果をすぐに３Ｄ測量データの生成のために用いることができる。
【００１６】
その結果、本発明の３Ｄレーザスキャナは、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを生成するための測量に用いることができる３Ｄレーザスキャナとなる。
【００１７】
［２］本発明の３Ｄレーザスキャナにおいては、前記スキャンデータ生成部は、前記点群データと前記カラーデータとを合成して前記スキャンデータを生成する合成部を有することが好ましい。
【００１８】
このように構成することで、データを受け取る側（例えば情報処理装置）が点群データとカラーデータとを合成する必要がなくスキャンデータを用いることができるため、外部機器のカラー化処理負担を低減可能な３Ｄレーザスキャナとなる。
【００１９】
［３］本発明の３Ｄレーザスキャナにおいては、前記撮像部は、一測量当り一のカラー画像を取得し、前記スキャンデータ生成部は、一測量当り前記一のカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成するように構成する場合がある。
【００２０】
例えば、測量中に施工現場の状況が変化しない場合であれば、一測量当りの点群データをカラー化する際には、一のカラー画像を用いれば足りる。このように構成することで、一測量当りの撮像回数が１回で済み、測量時間を短縮可能な３Ｄレーザスキャナとなる。
【００２１】
［４］本発明の３Ｄレーザスキャナにおいては、前記撮像部は、一測量当り複数のカラー画像を取得し、前記スキャンデータ生成部は、直近に取得されたカラー画像を用いて前記送信単位毎のスキャンデータを生成する場合がある。
【００２２】
例えば、測量中に施工現場の状況が変化する場合であっても、スキャンデータ生成部がスキャンデータを生成する際に、状況変化後のカラー画像に基づくカラーデータを用いることが可能となる。このように構成することで、第３工程（施工工程）において作業を停止させることなく短時間でスキャンデータを生成可能な３Ｄレーザスキャナとなる。
【００２３】
［５］本発明の３Ｄレーザスキャナにおいては、前記スキャンデータ生成部は、前記点群データを生成するに際して、一の点データと前記一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成することが好ましい。
【００２４】
このように構成することで、点群データのサイズが小さくなり、その後スキャンデータ及び３Ｄ測量データを生成する過程でデータ授受がスムーズになり、測量結果をすぐに３Ｄ測量データの生成のために用いることができる３Ｄレーザスキャナとなる。
【００２５】
［６］本発明の３Ｄレーザスキャナシステムは、建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するために用いる３Ｄレーザスキャナシステムであって、点群データ及びカラーデータを生成し、これら点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する３Ｄレーザスキャナと、前記３Ｄレーザスキャナに接続され、前記３Ｄレーザスキャナが生成した前記スキャンデータを用いて前記３Ｄ測量データを生成する情報処理装置と、前記情報処理装置に接続され、前記３Ｄ測量データに基づく出力データを出力する提示装置とを備え、前記３Ｄレーザスキャナは、本発明に係る３Ｄレーザスキャナであることを特徴とする。
【００２６】
本発明の３Ｄレーザスキャナシステムによれば、点群データ及びカラーデータを用いて送信単位毎にスキャンデータを生成する３Ｄレーザスキャナと、３Ｄレーザスキャナが生成したスキャンデータを用いて３Ｄ測量データを生成する情報処理装置とを備えることから、建設現場で３Ｄ測量データを生成することが可能となる。また、本発明の３Ｄレーザスキャナシステムによれば、３Ｄ測量データに基づく出力データを出力する提示装置を備えることから建設現場で測量結果を確認することが可能となる。この際、本発明の３Ｄレーザスキャナシステムは、本発明の３Ｄレーザスキャナを備えていることから、３Ｄレーザスキャナから送信される送信単位毎のスキャンデータを用いて逐次３Ｄ測量データを生成することが可能である。
【００２７】
その結果、本発明の３Ｄレーザスキャナシステムは、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用可能とする３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【００２８】
［７］本発明の３Ｄレーザスキャナシステムにおいては、前記情報処理装置は、施工目標とする目標形状データを記憶する情報記憶部を含む情報処理部を有し、前記情報処理部は、前記スキャンデータに基づき前記３Ｄ測量データとしての現況形状データを生成するとともに、前記現況形状データと前記目標形状データとの比較結果に基づく提示データを生成することが好ましい。
【００２９】
このように構成することで、目標に対する状況把握がしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【００３０】
［８］その際、前記情報記憶部は、前記目標形状データとして複数の中間目標形状データを記憶可能であり、前記情報処理部は、前記現況形状データと前記中間目標形状データとの比較結果に基づく前記提示データとしての中間提示データを生成するようにしてもよい。
【００３１】
このように構成することで、最終目標のみならず、中間目標（例えば、日々の進捗目標）に対しても状況把握がしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【００３２】
［９］本発明の３Ｄレーザスキャナシステムにおいては、前記提示装置は、ディスプレイであってもよい。
【００３３】
このように構成することで、視覚でわかりやすく状況把握ができる３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【００３４】
［１０］その際、前記ディスプレイに比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示してもよい。
【００３５】
このように構成することで、状況把握が一目でしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【００３６】
［１１］本発明の建設作業機械は、建設作業機械本体と、前記建設作業機械本体に搭載した３Ｄレーザスキャナとを備え、前記３Ｄレーザスキャナは、本発明の３Ｄレーザスキャナであることを特徴とする。
【００３７】
本発明の建設作業機械によれば、建設作業機械本体と、前記建設作業機械本体に搭載した３Ｄレーザスキャナとを備えるため、建設作業機械目線で３Ｄレーザスキャナによる測量を行うことができる。その際、本発明の建設作業機械によれば、３Ｄレーザスキャナとして本発明の３Ｄレーザスキャナを用いるため、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用することができる。
【００３８】
その結果、本発明の建設作業機械は、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用可能な建設作業機械となる。
【００３９】
［１２］本発明の建設工事方法は、測量を行い、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する第１工程と、前記初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する第２工程と、前記施工計画に従って、建設作業機械を用いて施工を行う第３工程とを含み、前記第３工程においては、本発明の３Ｄレーザスキャナシステムを使用して前記３Ｄレーザスキャナシステムが生成した３Ｄ測量データと前記目標形状データとを用いて作業を行うことを特徴とする。
【００４０】
本発明の建設工事方法によれば、第３工程（施工工程）において、本発明に係る３Ｄレーザスキャナシステムを使用して、３Ｄ測量データと目標形状データとを用いて作業を行うことから、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用することができる。
【００４１】
その結果、本発明の建設工事方法は、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用可能な建設工事方法となる。
【００４２】
［１３］本発明の建設工事方法においては、前記第３工程の後に、施工後の前記施工対象の形状データである検査対象形状データが前記目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う第４工程をさらに含んでいてもよい。
【００４３】
［１４］その際、前記第４工程では、前記検査対象形状データとして、前記第３工程で前記３Ｄレーザスキャナシステムが最終的に生成した３Ｄ測量データを用いて検査を行うことが好ましい。
【００４４】
その結果、第４工程で検査対象形状データを取得するために別途測量を行う必要がなくなるため、検査時間が短縮可能な建設工事方法となる。
【００４５】
［１５］本発明の建設工事方法においては、前記第１工程では、前記第３工程で用いる前記３Ｄレーザスキャナと同等規格の３Ｄレーザスキャナを用いて測量を行うことが好ましい。
【００４６】
このようにすれば、工程ごとに異なる測量機器や異なる規格の３Ｄレーザスキャナを用いる場合と比較して、測定基準や精度を揃えることができ、その結果、工程戻りの発生を抑制可能な建設工事方法となる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の３Ｄレーザスキャナ、３Ｄレーザスキャナシステム、建設作業機械及び建設工事方法によれば、第３工程（施工工程）において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態１に係る建設作業機械１の構成図である。
【図２】実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０のブロック図である。
【図３】実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００を説明するために示す図である。
【図４】実施形態１に係る提示装置３００によるイメージ図であり、ヒートマップとして表示されるイメージ図である。
【図５】実施形態１に係る提示装置３００によるイメージ図であり、作業状況のイメージ図である。
【図６】実施形態１に係る建設工事方法を示すフローチャートである。
【図７】実施形態１の第３工程Ｓ３における測量の様子を示す図である。
【図８】実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法を示すフローチャートである。
【図９】従来における３Ｄ測量データの生成の様子を示す図である。
【図１０】実施形態１における３Ｄ測量データＤ４の生成（逐次生成）の様子を示す図である。
【図１１】実施形態１における３Ｄ測量データＤ４の生成であって、３Ｄレーザスキャナシステム１０が測定可能な全範囲よりも小さい範囲について３Ｄ測量データＤ４を生成する様子を説明するために示す図である。
【図１２】実施形態２における測量方法を示す図である。
【図１３】実施形態２における測量方法を示すフローチャートである。
【図１４】変形例１に係る３Ｄレーザスキャナ５００を説明するために示す図である。
【図１５】従来の３Ｄレーザスキャナ９００を含む従来の３Ｄレーザスキャナシステム１０００を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態に係る３Ｄレーザスキャナ、３Ｄレーザスキャナシステム、およびそれらを用いて建設作業機械及び建設工事方法について、図面を参照して説明する。なお、各図面は実際の寸法や細部までを厳密に表すものではない。
【００５０】
まず、実施形態に係る３Ｄレーザスキャナを備えた３Ｄレーザスキャナシステムを利用した、ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎによる建設工事について説明する。ｉ−Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎによる建設工事は、第１工程（初期測量工程）、第２工程（施工計画策定工程）、第３工程（施工工程）、第４工程（検査工程）の４つの工程が、建設現場における施工対象を測量して取得した３Ｄ測量データ、及びＣＡＤ等を用いて作成された３Ｄ設計データ使って管理される。以下に説明する実施形態の中で用いられる３Ｄ測量データは、３Ｄレーザスキャナによって施工対象を測量して取得されたものである。
【００５１】
［実施形態１］
（１．建設作業機械１の構成）
図１は、実施形態１に係る建設作業機械１を示す。実施形態１の建設作業機械１は、例えば油圧ショベルで、オペレータ室の屋根に後述する３Ｄレーザスキャナシステム１０が取り付けられている。これにより、建設作業機械１のオペレータは、オペレータ室に居ながら、３Ｄレーザスキャナシステム１０の測量結果を確認しながら掘削作業を行うことが可能である。
【００５２】
（２．３Ｄレーザスキャナシステム１０の構成）
図２は、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０のブロック図である。図２では、２点鎖線矢印が光路を示し、細い点線又は細い点線矢印が複数の部分の機械的接続又は電気的な接続を示し、楕円が各部で生成されるデータを示す。
【００５３】
３Ｄレーザスキャナシステム１０は、建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するために、３Ｄレーザスキャナ１００と、情報処理装置２００と、提示装置３００とを備えている。３Ｄレーザスキャナ１００は、施工対象の点群データＤ１とカラーデータＤ２を生成し、これら点群データＤ１とカラーデータＤ２を用いて送信単位毎にスキャンデータＤ３を生成する。
【００５４】
情報処理装置２００は、有線又は無線（例えば、Ｗｉｆｉ）によって３Ｄレーザスキャナ１００に接続されており、３Ｄレーザスキャナ１００が送信単位毎に生成したスキャンデータＤ３を用いて３Ｄ測量データＤ４を生成する。提示装置３００は、有線又は無線（例えば、Ｗｉｆｉ）によって情報処理装置２００に接続されており、３Ｄ測量データＤ４に基づく出力データＤ８を出力する。
【００５５】
「送信単位」とは、３Ｄレーザスキャナ１００が、有線又は無線で外部機器と接続した際に、外部機器に送信する送信フレーム毎のデータである。例えば、送信単位毎のスキャンデータは、施工対象全範囲の内の一部の施工対象範囲のデータ、具体的には、施工対象全範囲に含まれる小区画、各ライン、又各点のデータである。そのため、施工対象全範囲の測量は、送信単位毎のスキャンデータが複数回、逐次送信されて完了する。すなわち、一回の測量の中で、送信単位毎のスキャンデータが複数回、逐次送信される。
【００５６】
（２−１.３Ｄレーザスキャナ１００の構成）
図３（図３（ａ）と図３（ｂ））は、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００を示し、そこでは３Ｄレーザスキャナ１００の内部に格納されている部品が破線で示され、光の進行経路が２点鎖線矢印で示され、各部の電気的な繋がりが細い点線で示されている。
【００５７】
３Ｄレーザスキャナ１００は、建設現場における施工対象の３Ｄ測量データを生成するもので、支持体１００Ａとスキャナ本体１００Ｂを備えている。
【００５８】
支持体１００Ａは、鉛直軸の周りを３６０°回転可能に、スキャナ本体１００Ｂを支持している。そのために、支持体１００Ａは、モータ１０１、減速機１０２、及び回転軸１０３を備えており、モータ１０１の回転を減速機１０２から回転軸１０３に伝達することで、スキャナ本体１００Ｂを回転させる。支持体１００Ａは、支持体１００Ａを建設作業機械１（図１参照）に着脱可能に固定するための取り付け部（不図示）を備えている。支持体１００Ａは、水平面に対する３Ｄレーザスキャナ１００の傾きを示す水準器又はその傾きを検出する素子（不図示）を備えている。
【００５９】
スキャナ本体１００Ｂは、略直方体状をしており、図３（ａ）に示すように中央部において上端から下方に伸びるとともに水平方向に向けてスキャナ本体１００Ｂを貫通する溝状の入出射空間１０４が形成されている。好ましくは、スキャナ本体１００Ｂの外面には、操作方法等の表示（不図示）が設けられている。
【００６０】
スキャナ本体１００Ｂは、レーザ計測部１１０と、撮像部１２０と、スキャンデータ生成部１３１を含むスキャナ処理部１３０と、スキャンデータ送信部１４１を含む通信部１４０とを備えている。
【００６１】
３Ｄレーザスキャナ１００は、３Ｄ測量データＤ４を生成するための点群データＤ１及びカラーデータＤ２を生成し、さらに、点群データＤ１とカラーデータＤ２を合成してスキャンデータＤ３を生成する。点群データＤ１は施工対象の３Ｄ座標位置情報を含み、カラーデータＤ２は施工対象の色彩情報を含むデータである。スキャンデータＤ３は、点群データＤ１とカラーデータＤ２の少なくともいずれかの情報を含み、３Ｄレーザスキャナ１００の送信フォーマットに変換したデータである。実施形態１のスキャンデータＤ３は、点群データＤ１とカラーデータＤ２とを合成したカラー点群データである。３Ｄ測量データＤ４の生成過程は後述する。
【００６２】
レーザ計測部１１０は、施工対象にレーザ光を照射し、施工対象でのレーザ光の反射による戻り光を検出する。そのために、レーザ計測部１１０は、レーザダイオード１１１、孔あきミラー１１２、回転ミラー１１３、モータ１１４、集光レンズ１１５、及び、戻り光検出用フォトダイオード１１６を含む。
【００６３】
レーザダイオード１１１は、レーザ光を発振する発光素子で、スキャナ処理部１３０と電気的に接続されており、計測時、スキャナ処理部１３０に制御され、溝状入出射空間１０４の延伸方向（図の表裏方向）と直交する水平方向（図の左右方向）に向けて、入出射空間１０４にレーザ光を発振する。孔あきミラー１１２は、レーザダイオード１１１と入出射空間１０４との間でレーザ光軸に４５°傾斜させて配置されている。孔あきミラー１１２は、レーザ光軸上に小さな孔が形成されており、孔あきミラー１１２に入射するレーザ光の一部のみが孔を透過し、その他のレーザ光が反射するようにしてある。回転ミラー１１３は、円筒形のロッドミラーで、一端に中心軸と４５°の角度をもって交差する傾斜反射面を有する。回転ミラー１１３は、傾斜反射面を入出射空間１０４に位置させ、レーザダイオード１１１から発振されて孔あきミラー１１２の孔を透過するレーザ光の光軸に中心軸を一致させた状態で配置されている。モータ１１４は回転ミラー１１３の他端に連結されている。また、モータ１１４は、スキャナ処理部１３０に電気的に接続されている。これにより、モータ１１４は、スキャナ処理部１３０からの信号に基づいてレーザ光軸を中心に回転ミラー１１３を回転し、回転ミラー１１３の傾斜反射面で反射されたレーザ光を垂直面内で走査する。集光レンズ１１５は、施工対象からの反射レーザ光で、回転ミラー１１３の傾斜反射面、さらに孔あきミラー１１３で反射したレーザ光を集光させるレンズである。戻り光検出用フォトダイオード１１６は、集光レンズ１１５で集光された戻りレーザ光を検出する受光素子である。戻り光検出用フォトダイオード１１６は、スキャナ処理部１３０内のスキャンデータ生成部１３１（図２参照）と電気的に接続されており、検出した戻り光を電気信号に変換してスキャンデータ生成部１３１に送る。
【００６４】
このような構成を備えたレーザ計測部１１０は、レーザダイオード１１１で発振したレーザ光を、孔あきミラー１１２の孔と回転ミラー１１３を経由して施工対象に照射する一方、施工対象で反射してきた戻り光を、回転ミラー１１３、孔あきミラー１１２（中央の孔の周りの反射面）、及び集光レンズ１１５を経由して戻り光検出用フォトダイオード１１６で検出する。また、レーザ計測部１１０は、モータ１０１を駆動してスキャン本体１００Ｂを鉛直軸の周りで回転しながら、モータ１１４を駆動して垂直面内でレーザ光を走査し、これにより、鉛直軸を中心とする３６０°全周についてほぼ全天方向からの戻り光を検出して、周囲の位置情報を取得する。
【００６５】
撮像部１２０は、全方位（全天球）カメラ１２１から構成され、施工対象を撮像してカラー画像を取得する。
【００６６】
全方位カメラ１２１は、一方の側を向く画角１８０°の魚眼レンズ１２１ａと他方の側を向く画角１８０°の魚眼レンズ１２１ｂとを有しており、全方位の景色をカラー撮像することができる。全方位カメラ１２１は、スキャナ本体１００Ｂの上部に、それぞれの魚眼レンズ１２１ａ，１２１ｂが水平方向を向くように取り付けられている。全方位カメラ１２１は、２つの魚眼レンズ１２１ａ，１２１ｂを通し、それぞれの魚眼レンズに対応する撮像素子（不図示）によって検出されたそれぞれの信号を合成して一つの全方位カラー画像を作成する。したがって、全方位カラー画像の各画素は色情報（例えば、ＲＧＢ色情報）を含む。
【００６７】
スキャンデータ生成部１３１を含むスキャナ処理部１３０は、各種データ処理を行う他、３Ｄレーザスキャナ１００の動作を制御する。そのために、スキャナ処理部１３０は、記憶部１３２を有し、記憶部１３２にデータを一時的又は恒久的に記憶する。
【００６８】
スキャンデータ生成部１３１は、レーザ計測部１１０と撮像部１２０に接続されており、レーザ計測部１１０が検出した戻り光をもとに全方位の点群データＤ１を生成するとともに撮像部１２０が取得したカラー画像をもとに全方位カラー画像を作成し全方位のカラーデータＤ２を生成する。また、スキャンデータ生成部１３１は、点群データＤ１とカラーデータＤ２を用いて、送信単位毎のスキャンデータＤ３を生成する。スキャンデータ生成部１３１は、点群データＤ１を生成する際、一の点データと当該一の点データの直前に取得した別の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データを生成する。さらに、スキャンデータ生成部１３１は、合成部１３１ａを有しており、合成部１３１ａにおいて、点群データＤ１とカラーデータＤ２とを合成してスキャンデータＤ３を生成する。スキャンデータＤ３は適当な形式（例えば、ｚｉｐ形式）に圧縮してもよい。
【００６９】
点群データＤ１とカラーデータＤ２の合成について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、レーザ計測部１１０と撮像部１２０は異なる場所に設置されている。したがって、スキャンデータ生成部１３１において生成された全方位の点群データの座標原点は全方位カメラ１２１において作成された全方位カラー画像の視点中心と異なることになる。（原点差異）
また、仮に全方位の点群データの座標原点と全方位カラー画像の視点中心が同一であるとしても、光学系の各種収差等が影響することにより、周囲に存在する物体に対する水平角情報および垂直角情報が全方位の点群データと全方位カラー画像とでは差異を生じてしまう場合があり、必ずしも一致しない。（座標誤差）
そのため、個々の３Ｄレーザスキャナ１００において、製造時又は出荷前に、原点差異や座標誤差を解消させるための処理（キャリブレーション）が行われている。具体的に、キャリブレーションでは、３Ｄレーザスキャナ１００の周囲にマーカと呼ばれる特徴点となるものを配置した上で周囲を走査し、得られた全方位の点群データと全方位カラー画像とにおいて、このマーカに対する水平角情報および垂直角情報を一致させる変換パラメーターを演算によって求める、といった処理を行う。この変換パラメーターは、例えば、全方位カラー画像での立体座標値を全方位の点群データの立体座標値に変換する際のマトリックス演算に用いる数列である。このような変換パラメーターを利用することによりカラーデータの座標系が較正されて、点群データの各点について該点に対応したカラーデータ画素が割り付けされている。
マーカは少なくとも３つ必要であるが、数が多いほど変換パラメーターの精度が向上する。マーカは形状や色彩のコントラストが強い物体であり、例えば市松模様に塗装された板状のものであったり、あるいは白色など高い反射率の球状のものであったりする。したがって、点群データＤ１の各点には適正なカラーデータＤ２が付与される。その結果、スキャンデータ生成部１３１は、点群データＤ１の各データに、これに対応するカラーデータＤ２の画素が有するカラー情報を加えて、スキャンデータＤ３を生成できる。
【００７０】
スキャンデータ送信部１４１を含む通信部１４０は、外部機器とのデータの授受を行う。スキャンデータ送信部１４１は、スキャンデータ生成部１３１に接続され、スキャンデータ生成部１３１から送信単位毎のスキャンデータＤ３を受け取る。スキャンデータ送信部１４１は、有線又は無線（例えば、ＷｉＦｉ）により、外部機器に向けて、送信単位毎のスキャンデータＤ３を逐次送信する。
【００７１】
（２−２.情報処理装置２００の構成）
図２に戻り、情報処理装置２００は、コンピュータであり、データ通信を行う情報通信部２１０とデータ処理を行う情報処理部２２０とを有している。情報処理装置２００は、３Ｄレーザスキャナ１００から送信されたスキャンデータＤ３を用いて３Ｄ測量データＤ４を生成する。
【００７２】
情報通信部２１０は、情報受信部２１１と情報送信部２１２とを含み、有線又は無線（例えば、ＷｉＦｉ）によりデータの授受を行う。情報受信部２１１は、３Ｄレーザスキャナ１００のスキャンデータ送信部１４１に接続され、３Ｄレーザスキャナ１００からスキャンデータＤ３を受信する。情報送信部２１２は、情報処理部２２０がデータ処理したデータを送信する。
【００７３】
情報処理部２２０は、情報演算部２２１と情報記憶部２２２とを含み、情報処理装置２００の各部の制御やデータ処理等を行う。情報演算部２２１はＣＰＵであり、情報処理装置２００の各部の制御やデータ処理を司る。情報記憶部２２２は、メモリであり、情報受信部２１１で受信したデータ、情報演算部２２１が処理するデータを記憶する。情報記憶部２２２には、３Ｄレーザスキャナシステム１０を測量に使用する際、事前に３Ｄ設計データ等の施工目標とする目標形状データＤ５０を記憶させておく。情報処理部２２０は、３Ｄレーザスキャナシステム１０を使った測量時、スキャンデータＤ３に基づき、３Ｄ測量データＤ４を生成する。なお、３Ｄ測量データＤ４のうち、施工現場の現況を示すデータを現況形状データＤ４０という。
【００７４】
情報処理部２２０は現況形状データＤ４０と目標形状データＤ５０との比較結果を示す提示データＤ６０を生成する。情報記憶部２２２は、目標形状データＤ５０として複数の中間目標形状データを記憶可能である。情報処理部２２０は、現況形状データと中間目標形状データとの比較結果に基づく提示データＤ６０として中間提示データを生成することも可能である。情報処理部２２０は、これら３Ｄ測量データＤ４としての現況形状データＤ４０、目標形状データＤ５０、及び提示データＤ６０を基に、提示装置３００に出力させるための出力データＤ８を生成する。
【００７５】
（２−３.提示装置３００の構成）
提示装置は、ディスプレイやスピーカといった画像、映像、音、振動、等によるヒューマンインターフェイスデバイスである。実施形態１において、提示装置３００はディスプレイである。提示装置３００は、デバイス通信部３１０とデバイス処理部３２０とデータ出力（提示）を行うデバイス出力部３３０とを備えている。提示装置３００は、情報処理装置２００が生成する出力データＤ８を受信して、ディスプレイ画面上に測量結果を出力（表示）する。
【００７６】
デバイス通信部３１０は、デバイス受信部３１１を有しており、有線又は無線（例えば、ＷｉＦｉ）によりデータ通信を行う。デバイス受信部３１１は、情報処理装置２００に接続され、情報処理装置２００から出力データＤ８を受信する。
【００７７】
デバイス処理部３２０は、デバイス通信部３１０が受信したデータの処理や、提示装置３００の各部の制御等を行う。
【００７８】
デバイス出力部３３０は、モニター画面であり、デバイス処理部３２０の制御に従ってデバイス通信部３１０が受信した３Ｄ測量データＤ４である現況形状データや提示データを表示する。
【００７９】
図４は、実施形態１に係る提示装置３００に表示されるヒートマップである。
図５は、実施形態１に係る提示装置３００に表示される作業状況である。図５（ａ）は全体進捗状況が示し、図５（ｂ）は特定断面の掘削状況を示す。
【００８０】
提示装置３００は、情報処理装置２００によって現況形状データＤ４０と目標形状データＤ５０とを比較して得られた提示データＤ６０に基づいて生成された出力データＤ８を用いて、図４に示すように、色分けされた（図４ではハッチングの違いとして示している。）ヒートマップを表示してもよい。ヒートマップは、例えば、目標形状データＤ５０に対して、目標の高さ範囲よりも高い区画Ａ１を青色（削り不足）、目標高さ範囲にある区画Ａ２を緑色（適切な施工）、又は、目標高さ範囲よりも低い区画Ａ３を赤色（削りすぎ）で表示した形状データである。
また、提示装置３００は、情報処理装置２００によって現況形状データＤ４０、目標形状データＤ５０、及び作業を行っている建設機械を示す建設作業機械形状データＤ７０を重ね合わせた出力データＤ８を生成し、この出力データＤ８を用いて図５（ａ）に示す全体的な進捗状況を示す形状データを表示してもよい。
また、提示装置３００は、出力データＤ８を使用して、図５（ｂ）に示す、任意の断面の掘削状況を示す形状データを表示してもよい。
さらに、提示装置３００は、出力データＤ８を、視覚用デバイス以外のデバイスに出力して提示してもよい。例えば、情報処理装置２００によって、現況形状データの示す高さが目標形状データの示す高さよりも低くなったとき、出力データを用いてスピーカ等の発音装置から警告音を発してもよい。
【００８１】
（３．実施形態１に係る建設工事方法）
図６は、実施形態１に係る建設工事方法を示すフローチャートである。図示するように、実施形態１に係る建設工事方法は、施工前の測量を行う第１工程Ｓ１と、施工計画を策定する第２工程Ｓ２と、施工を行う第３工程Ｓ３と、施工後の検査を行う第４工程Ｓ４をこの順序で実施する。実施形態１の建設工事方法では、全工程が３Ｄデータを活用して施工管理が行われる。
【００８２】
第１工程Ｓ１では、ドローン、トータルステーション、３Ｄレーザスキャナシステム等を用いて、施工前の建設現場を３Ｄ測量し、施工前の施工対象の形状データである初期形状データを取得する。
【００８３】
第２工程Ｓ２では、初期形状データと、施工目標とする目標形状データとに基づいて施工計画を策定する。例えば、第２工程Ｓ２では、初期形状データと目標形状データである設計データとを用いて、初期形状データと目標形状データの差から切り土量と盛り土量の算出をし、工数、工期、及び費用の算出をし、具体的に施工計画を策定する。
【００８４】
第３工程Ｓ３では、施工計画に従って、建設作業機械１を用いて施工を行う。このとき、建設作業機械１に搭載された３Ｄレーザスキャナシステム１０が作成した３Ｄ測量データである現況形状データと目標形状データとを利用して作業を進める。
【００８５】
図７は、実施形態１の第３工程Ｓ３における測量の様子を示す図である。第３工程Ｓ３では、建設作業機械１のオペレータは、図７に示すように、施工対象に対して３Ｄレーザスキャナ１００を含む３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いて施工対象を測量する。３Ｄレーザスキャナシステム１０による３Ｄ測量においては、点群データを利用して３Ｄ測量データが生成される。３Ｄレーザスキャナシステム１０による測量結果は、車内の提示装置３００に、即時表示される。建設作業機械１のオペレータは、測量結果を参照しながら作業を進めることができる。３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法の詳細については、後述する。
【００８６】
第４工程Ｓ４では、施工後の施工対象について、３Ｄレーザスキャナ等を使用して検査対象の形状データを取得する。第４工程Ｓ４では、検査対象の形状データが目標形状データに適合しているか否かについて検査を行う。検査に合格すれば、建設工事が終了となる。３Ｄレーザスキャナ（３Ｄレーザスキャナシステム）を用いた３Ｄ測量データの精度は高いことから、第４工程Ｓ４では、検査対象の形状データとして、第３工程Ｓ３で３Ｄレーザスキャナシステム１０が最終的に生成した３Ｄ測量データＤ４を用いることが好ましい。
【００８７】
（４．実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法）
図８は、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法を示す。図示する測量作業は、第３工程Ｓ３中の作業の合間に行われ、建設作業機械１の移動や作業に伴って３Ｄレーザスキャナ１００と施工対象との位置関係や施工対象の状況が変化する中で行われる。
３Ｄレーザスキャナ１００の絶対位置（機械座標）を得るために、施工環境中に一つ又は複数のマーカを固定し、３Ｄレーザスキャナ１００とマーカとの相対的位置関係を算出する。
グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）を用いて３Ｄレーザスキャナ１００の絶対位置を把握してもよい。
その他、撮像部２０の撮像によって得られた画像から３Ｄレーザスキャナ１００の絶対位置を把握するようにしてもよい。
【００８８】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法は、図８に示すように、３Ｄレーザスキャナ処理工程１０、情報処理装置処理工程２０、及び提示装置処理工程３０を含む。実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いた測量方法では、３Ｄレーザスキャナ処理工程１０、情報処理装置処理工程２０、提示装置処理工程３０がそれぞれ、３Ｄレーザスキャナ１００、情報処理装置２００、及び提示装置３００で実行される。
【００８９】
３Ｄレーザスキャナ処理工程１０では、撮像ステップＳ１１、レーザ計測ステップＳ１２、スキャンデータ生成ステップＳ１３、スキャンデータ送信ステップＳ１４及び測量終了判定ステップＳ１５が、３Ｄレーザスキャナ１００によって実行される。撮像ステップＳ１１とレーザ計測ステップＳ１２は、いずれのステップを先に実行してもよいし、同時に実行してもよい。
【００９０】
撮像ステップＳ１１では、撮像部１２０における全方位カメラ１２１によって、撮像部１２０を回転させることなく施工対象を撮像し、１度の撮像で施工対象全範囲のカラー画像を得る。得られたカラー画像は、スキャンデータ生成部１３１に送られて、スキャナ処理部１３０の記憶部１３２に記憶される。撮像ステップＳ１１は、適宜のタイミングで繰り返し行われる。
【００９１】
レーザ計測ステップＳ１２では、レーザ計測部１１０によって、施工対象にレーザを照射するとともに、施工対象で反射したレーザ光を検出する。検出された戻り光は電気信号に変換される。変換された信号は、順次スキャンデータ生成部１３１に送られ、スキャナ処理部１３０の記憶部１３２に記憶される。
【００９２】
スキャンデータ生成ステップＳ１３では、レーザ計測ステップＳ１２で得られた戻り光の信号を送信単位相当毎に区切り、そこに含まれる施工対象の所定の範囲内の位置情報を算出して送信単位毎の点群データＤ１を生成する。送信単位となる点群データは、１点の点データだけの場合もあり得る。次に、スキャンデータ生成ステップＳ１３では、撮像ステップＳ１１で直近に得られたカラー画像から、送信単位毎の点群データＤ１に対応する位置の色彩情報を取得してカラーデータＤ２を生成する。次に、スキャンデータ生成ステップＳ１３では、送信単位毎の点群データＤ１とカラーデータＤ２とを合成し、送信単位毎のスキャンデータＤ３（カラー点群データ）を生成する。スキャンデータ生成ステップＳ１３は、撮像ステップＳ１１及びレーザ計測ステップＳ１２を実行している最中でも、これら両ステップＳ１１，Ｓ１２実行途中で送られてくるカラー画像及び戻り光に基づく信号が揃えば開始できるため、これらステップＳ１１，Ｓ１２が並行して実行される。
【００９３】
スキャンデータ送信ステップＳ１４では、スキャンデータ生成ステップＳ１３で得られた送信単位毎のスキャンデータＤ３を逐次情報処理装置２００に送信する。
【００９４】
測量終了判定ステップＳ１５では、測量が完了したかを判定する。この判定は、例えば、記憶部１３２に記憶された戻り光の信号がすべてスキャンデータＤ３に処理されたかを確認することによって行われる。測量が未完了であればスキャンデータ生成ステップＳ１３に戻り、測量が完了すると３Ｄレーザスキャナ処理工程１０を終了する。
【００９５】
情報処理装置処理工程２０では、スキャンデータ受信ステップＳ２１、３Ｄ測量データ生成ステップＳ２２、提示データ生成ステップＳ２３、出力データ生成ステップＳ２４、出力データ送信ステップＳ２５及び測量終了判定ステップＳ２６が、この順序で情報処理装置２００によって実行される。
【００９６】
スキャンデータ受信ステップＳ２１では、情報通信部２１０の情報受信部２１１が、スキャンデータ送信ステップＳ１４で逐次送信された送信単位毎のスキャンデータＤ３を受信する。受信された送信単位毎のスキャンデータＤ３は、情報処理部２２０に送られる。
【００９７】
３Ｄ測量データ生成ステップＳ２２では、情報処理部２２０が送信単位毎のスキャンデータＤ３を用いて、送信単位毎の現況形状データＤ４０を含む３Ｄ測量データＤ４を逐次生成する。
【００９８】
ここで「逐次生成」とは、測量領域のデータがすべて揃うのを待たず、入力されてくるデータ（例えば、直近に取得したデータ）を逐次処理して３Ｄ測量データＤ４を生成することをいう。
【００９９】
３Ｄ測量データＤ４の逐次生成について、図９〜図１１を用いてさらに説明する。
図９は、従来の３Ｄ測量データの生成処理を示す。
図１０は、３Ｄ測量データＤ４の生成（逐次生成）処理を示す。特に、図１０（ａ）は所定の数の点（例えば、１列分の点）ごとに３Ｄ測量データＤ４を生成する処理を示し、図１０（ｂ）は１点ごとに３Ｄ測量データＤ４を生成する処理を示す。
図１１は、別の３Ｄ測量データＤ４の生成処理であって、３Ｄレーザスキャナシステム１０が測定可能な全範囲よりも小さい範囲について、３Ｄ測量データＤ４を生成する処理を示す。
これらの図９〜図１１において、白い四角形は生成処理が行われていない３Ｄ測量データを表し、黒い四角形は生成処理が行われた３Ｄ測量データを示す。
【０１００】
３Ｄレーザスキャナによって得られる各点の情報は、垂直面内の回転角（高度角）θ、水平面内の回転角（水平角）φ、３Ｄレーザスキャナの機械座標から測定対象（施工対象）までの距離ｒを含む。ただし、理解を容易にするために、図９〜図１１は、高度角θと水平角φだけを使って、３Ｄ測量データを平面に展開して示している。
【０１０１】
従来の測量方法においては、図９に示すように、３Ｄレーザスキャナが測定したすべてのデータを一度に処理して３Ｄ測量データを生成していた。この場合、当該測定点の数に相応する数の点群データが一度にまとめて処理される。
【０１０２】
この方法によれば、３Ｄレーザスキャナは膨大な数の測定点の情報を取得するため、一測量あたりのデータ処理量が相当大きく、データ処理時間が相当長くなる（例えば、数時間程度から半日程度）。そのため、従来の測量方法では、建設工事の第３工程中（施工工程中）に行った測量の結果を、第３工程の作業に活用できなかった。
【０１０３】
これに対し、実施形態１の測量方法では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、３Ｄレーザスキャナ１００が取得したすべての点群データＤ１を一度に処理せず、所定量の点群データが取得される度に順次処理し、当該処理を行った部分について３Ｄ測量データＤ４の生成を行う。このようにすることで、一度に処理すべきデータの量を少なくでき、その結果、データ処理の時間を短縮できる。
【０１０４】
なお、３Ｄレーザスキャナ１００が走査可能なすべての範囲について距離測定を行ってもよいし、その範囲のうちの一部についてのみ（例えば、施工対象の範囲のみ。図１１参照。）行ってもよい。
【０１０５】
提示データ生成ステップＳ２３では、情報処理部２２０が、３Ｄ測量データ生成ステップＳ２２で生成された現況形状データＤ４０と測量開始時に情報記憶部２２２に記憶されている目標形状データＤ５０とを比較し、所望の目的に応じて提示データＤ６０を生成する。例えば、図４に示すヒートマップを生成する。
【０１０６】
出力データ生成ステップＳ２４では、情報処理部２２０が現況形状データＤ４０、目標形状データＤ５０、及び提示データＤ６０等に基づいて、提示装置３００に提示させたいデータとして送信単位毎の出力データＤ８を生成する。
【０１０７】
出力データ送信ステップＳ２５では、出力データ生成ステップＳ２４で生成された送信単位毎の出力データＤ８が、情報送信部２１２によって逐次提示装置３００に送信される。
【０１０８】
測量終了判定ステップＳ２６では、測量が完了したかを判定（例えば、最終の出力データＤ８が出力されたか否か判定）し、完了するとスキャンデータ受信ステップＳ２１に戻り、完了すると情報処理装置処理工程２０を終了する。
【０１０９】
提示装置処理工程３０では、出力データ受信ステップＳ３１、出力データ提示ステップＳ３２、更新判定ステップＳ３３が順次提示装置３００で実行される。
【０１１０】
出力データ受信ステップＳ３１では、デバイス通信部３１０のデバイス受信部３１１が、出力データ送信ステップＳ２５で逐次送信された送信単位毎の出力データＤ８を受信する。受信された送信単位毎の出力データＤ８は、デバイス処理部３２０に送られる。
【０１１１】
出力データ提示ステップＳ３２では、送信単位毎の出力データＤ８に基づくデバイス処理部３２０の制御により、デバイス出力部３３０が施工対象の３Ｄ画像を表示する。
【０１１２】
更新判定ステップＳ３３では、新たな出力データＤ８を受信すると、新たな出力データＤ８に基づくデバイス処理部３２０の制御によって、デバイス出力部３３０が表示画面を更新する。
【０１１３】
（５.実施形態１の効果）
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００では、撮像部１２０は全方位カメラ１２１を備えており、この全方位カメラ１２１で施工対象を撮像してそのカラー画像を取得する。特に、全方位のカラー画像を取得する場合でも、撮像部１２０を回転移動させる必要がないため、撮像時間を短縮きる。また、全方位カメラ１２１は施工対象のカラー画像を一の画像として取得可能である。そのため、複数枚のカラー画像を合成する必要がなく、画像処理に要する時間を短縮できる。
【０１１４】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００によれば、レーザ計測部１１０が検出した点群データＤ１と撮像部１２０が取得したカラーデータＤ２から送信単位毎のスキャンデータＤ３を生成するスキャンデータ生成部１３１を備えている。そのため、３Ｄレーザスキャナ１００によれば、点群データＤ１を送信単位毎にデータ量を小さくして扱うことができるため、スキャンデータＤ３の生成時間を短くできる。
【０１１５】
また、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００によれば、送信単位毎のスキャンデータＤ３を送信するスキャンデータ送信部１４１を備えている。そのため、スキャンデータ生成部１３１が生成した送信単位毎のスキャンデータＤ３を逐次送信し、測量結果をすぐに３Ｄ測量データＤ４の生成のために利用できる。
【０１１６】
その結果、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００は、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく、短時間で３Ｄ測量データＤ４を生成できる。
【０１１７】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００によれば、スキャンデータ生成部１３１は、点群データＤ１とカラーデータＤ２とを合成してスキャンデータＤ３を生成する合成部１３１ａを有する。したがって、データを受け取る側（例えば情報処理装置２００）が点群データＤ１とカラーデータＤ２とを合成することなくスキャンデータＤ３が得られるため、外部機器によるカラー化処理の負担を低減できる。
【０１１８】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００によれば、撮像部１２０が一測量当り複数のカラー画像を取得してもよい。この場合、測量中に施工現場の状況が変化しても、スキャンデータ生成部１３１がスキャンデータＤ３を生成する際に、状況変化後のカラーデータＤ２を用いることができる。その結果、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００は、第３工程Ｓ３において作業を停止させることなく短時間でスキャンデータＤ３を生成可能である。
【０１１９】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００によれば、スキャンデータ生成部１３１が点群データＤ１を生成するに際して、一の点データと一の点データの直前に位置する他の点データとの差分値を用いた差分点群データを含む点群データＤ１を生成する。したがって、点群データＤ１のサイズが小さくなり、その後スキャンデータＤ３及び３Ｄ測量データＤ４を生成する過程でデータ授受がスムーズになる。その結果、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００は、測量結果をすぐに３Ｄ測量データＤ４の生成のために用いることができる３Ｄレーザスキャナとなる。
【０１２０】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０によれば、点群データＤ１及びカラーデータＤ２を用いて送信単位毎にスキャンデータＤ３を生成する３Ｄレーザスキャナ１００と、３Ｄレーザスキャナ１００が生成したスキャンデータＤ３を用いて３Ｄ測量データＤ４を生成する情報処理装置２００とを備えることから、建設現場で３Ｄ測量データＤ４を生成することが可能となる。また、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０によれば、３Ｄ測量データＤ４に基づく出力データＤ８を出力する提示装置３００を備えることから建設現場で測量結果を確認することが可能となる。この際、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、３Ｄレーザスキャナ１００を備えていることから、３Ｄレーザスキャナ１００から送信される送信単位毎のスキャンデータＤ３を用いて逐次３Ｄ測量データを生成することが可能である。
【０１２１】
その結果、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データＤ４を利用可能とする３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【０１２２】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０によれば、情報処理装置２００が施工目標とする目標形状データＤ５０を記憶する情報記憶部２２２を含む情報処理部２２０を有し、情報処理部２２０がスキャンデータＤ３に基づき３Ｄ測量データＤ４としての現況形状データＤ４０を生成し、現況形状データＤ４０と目標形状データＤ５０との比較結果に基づく提示データＤ６０を生成することから、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、目標に対する状況把握がしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【０１２３】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０によれば、情報記憶部２２２が目標形状データＤ５０として複数の中間目標形状データを記憶可能であり、情報処理部２２０が現況形状データＤ４０と中間目標形状データとの比較結果に基づく提示データＤ６０としての中間提示データを生成してもよいことから、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、最終目標のみならず、中間目標（例えば、日々の進捗目標）に対しても状況把握がしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【０１２４】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、提示装置３００がディスプレイであることから、視覚でわかりやすく状況把握ができる３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【０１２５】
実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナシステム１０は、ディスプレイに比較結果に基づき色分けされたヒートマップを表示可能であるため、状況把握が一目でしやすい３Ｄレーザスキャナシステムとなる。
【０１２６】
実施形態１に係る建設作業機械１によれば、建設作業機械本体１Ｍと、建設作業機械本体１Ｍに搭載した３Ｄレーザスキャナとを備え、３Ｄレーザスキャナは、３Ｄレーザスキャナ１００であるため、建設作業機械１目線で３Ｄレーザスキャナによる測量を行うことができる。その際、建設作業機械１は、３Ｄレーザスキャナ１００を用いるため、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データＤ４を利用することができる。
【０１２７】
その結果、実施形態１に係る建設作業機械１は、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データＤ４を利用可能な測量機器となる。
【０１２８】
実施形態１に係る建設工事方法によれば、第３工程Ｓ３において、３Ｄレーザスキャナシステム１０を使用して、３Ｄ測量データＤ４としての現況形状データＤ４０と目標形状データＤ５０とを用いて作業を行うことから、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データを利用することができる。
【０１２９】
その結果、実施形態１に係る建設工事方法は、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データＤ４を利用可能な建設工事方法となる。
【０１３０】
実施形態１に係る建設工事方法においては、第３工程Ｓ３の後に、施工後の施工対象の形状データである検査対象形状データが目標形状データＤ５０に適合しているか否かについて検査を行う第４工程Ｓ４をさらに含んでいる。第４工程Ｓ４において、検査対象形状データとして、第３工程Ｓ３で３Ｄレーザスキャナシステム１０が最終的に生成した３Ｄ測量データＤ４を用いて検査を行う場合には、第４工程Ｓ４で検査対象形状データを取得するために別途測量を行う必要がなくなるため、検査時間が短縮可能な建設工事方法となる。
【０１３１】
［実施形態２］
図１２は、実施形態２における測量方法を示す図である。図１３は、実施形態２における測量方法を示すフローチャートである。なお、図１３においては、実施形態１の測量方法と異なるステップ（３Ｄレーザスキャナ処理工程１００）のみを示しており、実施形態２における測量方法においても、実施形態１における測量方法（図８参照。）と同様の情報処理装置処理工程２０及び提示装置処理工程３０は行われる。
【０１３２】
実施形態１の場合と同様に、実施形態２においても、図１２に示すように、３Ｄレーザスキャナとして、実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００と同じ構成の３Ｄレーザスキャナシステム１０を用いる。但し、実施形態２においては、３Ｄレーザスキャナ１００を三脚２Ｍに固定した状態で用いて測量を行うこととしている。なお、実施形態２においては、３Ｄレーザスキャナ１００を三脚２Ｍに固定したものを測量機器２ということにする。
【０１３３】
実施形態２では、三脚２Ｍを地面にしっかり固定して測量することを前提とし、測量中に３Ｄレーザスキャナ１００と施工対象との位置関係や施工対象の状況が大きく変化しない中での測量を想定している。この手の測量においては、測量精度が求められるためことが多く、測量の前準備として、３Ｄレーザスキャナ１００の絶対位置を把握するために、施工環境中にマーカを固定配置し、そのマーカとの相対関係から算出することができるようにしておくことが好ましい。また、三脚２Ｍを地面に設置した際に、３Ｄレーザスキャナ１００の位置、向きをしっかり把握しながら、三脚２Ｍによって調整しておくことが好ましい。
【０１３４】
実施形態２における測量方法は、実施形態１と同様（図８参照。）としてもよいが、測量時間を短縮するために３Ｄレーザスキャナ処理ステップを図１３に示すような３Ｄレーザスキャナ処理工程１００とすることとしている。測量中に施工現場の状況が変化しない場合においては、一測量当りの点群データをカラー化する際に一のカラー画像を用いれば足りるからである。
【０１３５】
３Ｄレーザスキャナ処理工程１００は、図１３に示すように、撮像ステップＳ１１０を一回のみ実施する。撮像ステップＳ１１０では、撮像部１２０における全方位カメラ１２１によって、撮像部１２０を回転させることなく施工対象を撮像し、１度の撮像で施工対象全範囲のカラー画像を得る。得られたカラー画像は、スキャンデータ生成部１３１に送られて、スキャナ処理部１３０における記憶部１３２に記憶される。その他のステップは、実施形態１で説明したものと同様となり、スキャンデータ生成部１３１が送信単位毎のスキャンデータＤ３を生成する。
【０１３６】
実施形態２における測量方法を含む建設工事方法によれば、撮像部１２０が一測量当り一のカラー画像を取得し、スキャンデータ生成部１３１が一測量当り一のカラー画像を用いて送信単位毎のスキャンデータＤ３を生成することから、一測量当りの撮像回数が１回で済むため、測量時間を短縮することができる。
【０１３７】
また、実施形態２における測量方法を含む建設工事方法によれば、３Ｄレーザスキャナ１００を三脚２Ｍによって地面に安定させた状態で測量を行えることから、より精度の高い３Ｄ測量データＤ４を得ることができる。
【０１３８】
また、実施形態２における測量方法を含む建設工事方法によれば、３Ｄレーザスキャナ１００が三脚２Ｍに設置された状態の測量機器２が持ち運び可能なサイズであることから、建設工事における第１工程（初期測量工程）Ｓ１で用いやすい建設工事方法となる。さらにまた、第１工程（初期測量工程）においても、第３工程（施工工程）で用いる３Ｄレーザスキャナと同等規格の３Ｄレーザスキャナを用いて測量を行えば、工程ごとに異なる測量機器や異なる規格の３Ｄレーザスキャナを用いる場合と比較して、測定基準や精度を揃えることができ、その結果、工程戻りの発生を抑制可能な建設工事方法となる。
【０１３９】
［変形例１］
図１４は、変形例１に係る３Ｄレーザスキャナ５００を説明するために示す図である。図１４（ａ）は正面図である。図１４（ｂ）は側面図である。
【０１４０】
変形例１に係る３Ｄレーザスキャナ５００は、基本的には実施形態に係る３Ｄレーザスキャナ１００と同様の構成を有するが、撮像部の構成が実施形態に係る３Ｄレーザスキャナ１００の場合と異なる。すなわち、図１４に示すように、変形例１に係る３Ｄレーザスキャナ５００においては、撮像部として、スキャナ本体５００Ｂの両側面に配置された魚眼レンズ５２１ａ，５２１ｂを有する全方位カメラ５２１から構成される撮像部５２０を用いる。
【０１４１】
このように、変形例１に係る３Ｄレーザスキャナ５００においては、撮像部が実施形態に係る３Ｄレーザスキャナ１００の場合と異なるが、全方位カメラから構成される撮像部を備えていることから実施形態１に係る３Ｄレーザスキャナ１００の場合と同様に、第３工程Ｓ３において長時間作業を停止させることなく短時間で３Ｄ測量データＤ４を生成するための測量に用いることができる３Ｄレーザスキャナとなる。
【０１４２】
以上、本発明を上記の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【０１４３】
（１）上記した各実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ、角度、光学特性等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
【０１４４】
（２）上記した各実施形態においては、点群データＤ１及びカラーデータＤ２を合成する合成部として、３Ｄレーザスキャナ１００内に構成された合成部１３１ａを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。情報処理装置２００の情報処理部２２０内に構成した合成部を用いてもよい。すなわち、３Ｄレーザスキャナ１００内では点群データＤ１及びカラーデータＤ２を合成せずにそれぞれに基づき別のスキャンデータを生成し、情報処理装置２００に構成した合成部においてそれぞれのスキャンデータに含まれる点群データ成分（位置情報）及びカラーデータ成分（色彩情報）を抽出して、３Ｄ測量データとして合成してもよい。
【０１４５】
（３）上記した各実施形態においては、撮像部の取り付け方向は、全方位カメラ１２１の魚眼レンズ１２１ａ，１２１ｂが水平方向を向く方向としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮像部の取り付け方向は、全方位カメラの魚眼レンズが垂直方向を向く方向としてもよい。
【０１４６】
（４）上記した各実施形態においては、測量によって得られた出力データＤ８の出力先として、建設現場における提示装置３００としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｄ８の出力先は、インターネット回線を介し、離れた地域におけるディスプレイとしてもよい。このようにすることで、建設作業現場にいなくても、工事状況をほぼリアルタイムで把握できるようにすることも可能である。
【０１４７】
（５）上記した実施形態１においては、第３工程Ｓ３で用いられる建設作業機械として、オペレータが操縦する建設作業機械であるとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第３工程Ｓ３で用いられる建設作業機械は、提示データＤ６０を建設作業機械１に作業指示するデータとして生成し、これに基づく出力データにより、自動操縦で作業を進める建設作業機械としてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１…建設作業機械
２…測量機器
２Ｍ…三脚
１０…３Ｄレーザスキャナシステム
１００，５００…３Ｄレーザスキャナ
１００Ａ，５００Ａ…支持体
１００Ｂ，５００Ｂ…スキャナ本体
１０１…水平回転モータ
１０２…減速機
１０３…水平軸
１０４…入出射空間
１１０…レーザ計測部
１１１…レーザダイオード
１１２…孔あきミラー
１１３…回転ミラー
１１４…垂直回転モータ
１１５…集光レンズ
１１６…戻り光検出用フォトダイオード
１２０，５２０…撮像部
１２１，５２１…全方位カメラ
１２１ａ，１２１ｂ，５２１ａ，５２１ｂ…魚眼レンズ
１３０…スキャナ処理部
１３１…スキャンデータ生成部
１３１ａ…合成部
１３２…記憶部
１４０…通信部
１４１…スキャンデータ送信部
２００…情報処理装置
２１０…情報通信部
２１１…情報受信部
２１２…情報送信部
２２０…情報処理部
２２１…情報演算部
２２２…情報記憶部
３００…提示装置
３１０…デバイス通信部
３１１…デバイス受信部
３２０…デバイス処理部
３３０…デバイス出力部
Ｄ１…点群データ
Ｄ２…カラーデータ
Ｄ３…スキャンデータ
Ｄ４…３Ｄ測量データ
Ｄ８…出力データ
Ｄ４０…現況形状データ
Ｄ５０…目標形状データ
Ｄ６０…提示データ
Ｄ７０…建設作業機械形状データ
Ｓ１…第１工程
Ｓ２…第２工程
Ｓ３…第３工程
Ｓ４…第４工程
Ｓ１０，Ｓ１００…３Ｄレーザスキャナ処理ステップ
Ｓ１１，Ｓ１１０…撮像ステップ
Ｓ１２…レーザ計測ステップ
Ｓ１３…スキャンデータ生成ステップ
Ｓ１４…スキャンデータ送信ステップ
Ｓ１５…測量終了判定ステップ
Ｓ２０…情報処理装置処理ステップ
Ｓ２１…スキャンデータ受信ステップ
Ｓ２２…３Ｄ測量データ生成ステップ
Ｓ２３…提示データ生成ステップ
Ｓ２４…出力データ生成ステップ
Ｓ２５…出力データ送信ステップ
Ｓ２６…測量終了判定ステップ
Ｓ３０…提示装置処理ステップ
Ｓ３１…出力データ受信ステップ
Ｓ３２…出力データ提示ステップ
Ｓ３３…更新判定ステップ
【図１】
2020003484.tif 000003
【図２】
2020003484.tif 000004
【図３】
2020003484.tif 000005
【図４】
2020003484.tif 000006
【図５】
2020003484.tif 000007
【図６】
2020003484.tif 000008
【図７】
2020003484.tif 000009
【図８】
2020003484.tif 000010
【図９】
2020003484.tif 000011
【図１０】
2020003484.tif 000012
【図１１】
2020003484.tif 000013
【図１２】
2020003484.tif 000014
【図１３】
2020003484.tif 000015
【図１４】
2020003484.tif 000016
【図１５】
2020003484.tif 000017