(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物上に設けた複数の基準点にそれぞれターゲットを設置し，３以上の基準点を頂点とする第１多角形の各頂点が見通せる中央部に前記ターゲットを視準してターゲットまでの三次元ベクトルを出力する三次元計測器を設置し，前記計測器で視準した第１多角形の各頂点の三次元ベクトルから所定座標系における第１多角形上の各基準点の三次元座標を計測したのち，３以上の座標計測済み基準点と１以上の座標未計測基準点とを頂点とする第ｎ多角形（ｎは２以上の整数）の各頂点が見通せる中央部に前記計測器を移動させ，前記計測器で視準した第ｎ多角形の各頂点の三次元ベクトルから前記座標系における当該計測器の移動位置座標と第ｎ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標とを計測し，前記計測器の第ｎ多角形の中央部への移動から前記第ｎ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標の計測までのサイクルを繰返すことにより構造物上の全ての基準点の三次元座標を計測し，前記全ての基準点の計測座標に基づく網平均計算により各基準点の三次元座標を定めてなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項２】
請求項１の測量方法において，前記各多角形を，全ての多角形が順次隣接して環状に並ぶように選択してなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項３】
請求項２の測量方法において，前記各多角形の各頂点の三次元ベクトルから当該多角形の周囲各辺に対応する基準点間ベクトルを算出して記憶しておき，前記全ての基準点の三次元座標を計測したのち，前記各多角形の基準点間ベクトルのうち隣接する多角形の基準点間ベクトルと重複するものを相互に置換したうえで各多角形の周囲の環閉合差を点検計算してなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの測量方法において，前記構造物上に見通しを妨げる隔壁が存在する場合に，前記隔壁に貫通孔を穿ち，前記隔壁の片側において前記計測器の出力三次元ベクトルから各基準点の三次元座標を計測したのち，前記隔壁の反対側において貫通孔を介して隔壁片側の３以上の座標計測済み基準点が見通せる第ｍ多角形（ｍは２以上の整数）の中央部に前記計測器を移動させ，前記隔壁の反対側において前記計測器の出力三次元ベクトルから第ｍ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標を計測してなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの測量方法において，前記三次元計測器をレーザートラッカー又は三次元トータルステーションとしてなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れかの測量方法において，前記ターゲットに，球形又は半球形の外殻を有するターゲット本体と，当該外殻が取り外し可能に嵌合する半球形の溝付き取り付け台とを含めてなる構造物上の基準点測量方法。
【請求項７】
構造物上に設けた複数の基準点にそれぞれ設置するターゲット；前記ターゲットを視準してターゲットまでの三次元ベクトルを出力する三次元計測器；３以上の基準点を頂点とする第１多角形の各頂点が見通せる中央部に設置した前記計測器で視準した第１多角形の各頂点の三次元ベクトルを入力して所定座標系における第１多角形上の各基準点の三次元座標を計測したのち，３以上の座標計測済み基準点と１以上の座標未計測基準点とを頂点とする第ｎ多角形（ｎは２以上の整数）の各頂点が見通せる中央部に移動した前記計測器で視準した第ｎ多角形の各頂点の三次元ベクトルを入力して前記座標系における当該計測器の移動位置座標と第ｎ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標とを計測し，前記第ｎ多角形の各頂点の三次元ベクトルの入力から前記第ｎ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標の計測までのサイクルを繰返すことにより構造物上の全ての基準点の三次元座標を計測する座標計測手段；及び前記全ての基準点の計測座標に基づく網平均計算により各基準点の三次元座標を定める網平均手段を備えてなる構造物上の基準点測量システム。
【請求項８】
請求項７の測量システムにおいて，前記各多角形を，全ての多角形が順次隣接して環状に並ぶように選択してなる構造物上の基準点測量システム。
【請求項９】
請求項８の測量システムにおいて，前記各多角形の各頂点の三次元ベクトルから当該多角形上の周囲各辺に対応する基準点間ベクトルを算出して記憶しておき，前記全ての基準点の三次元座標を計測したのち，前記各多角形の基準点間ベクトルのうち隣接する多角形の基準点間ベクトルと重複するものを相互に置換したうえで各多角形の周囲の環閉合差を点検計算する点検計算手段を設けてなる構造物上の基準点測量システム。
【請求項１０】
請求項７から９の何れかの測量システムにおいて，前記構造物上に見通しを妨げる隔壁が存在する場合に，前記隔壁に貫通孔を穿ち，前記隔壁の片側において前記計測器の出力三次元ベクトルを入力して各基準点の三次元座標を計測したのち，前記隔壁の反対側において貫通孔を介して隔壁の片側の３以上の座標計測済み基準点が見通せる第ｍ多角形（ｍは２以上の整数）の中央部に移動させた前記計測器の出力三次元ベクトルを入力して当該第ｍ多角形上の座標未計測基準点の三次元座標を計測してなる構造物上の基準点測量システム。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れかの測量システムにおいて，前記三次元計測器をレーザートラッカー又は三次元トータルステーションとしてなる構造物上の基準点測量システム。
【請求項１２】
請求項７から１１の何れかの測量システムにおいて，前記ターゲットに，球形又は半球形の外殻を有するターゲット本体と，当該外殻が取り外し可能に嵌合する半球形の溝付き取り付け台とを含めてなる構造物上の基準点測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物上の基準点測量方法及びシステムに関し，とくに土木・建築構造物（以下，単に構造物ということがある）上に設定した複数の基準点を測量する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木・建築構造物上に複数の装置・機器等を精密に位置合わせしながら据え付ける場合に，施工・管理の効率化を図るため，予め構造物上に位置合わせ（アライメント）のための基準点を設定しておくことがある。例えば浮上式鉄道（リニアモーターカー）の走行路では，コンクリート・鋼材等の構造部材によってガイドウェイを構築すると共に，そのガイドウェイ上に車両を浮上させながら推進するための複数の地上コイル（超電導コイル）を長さ方向に沿って据え付ける。コンクリート等で施工されるガイドウェイ等の構造物は一般に２〜３ｃｍ程度の施工誤差が許されるのに対し，高速で走行する浮上式車両の乗り心地や安全性を確保するために，地上コイルは誤差２〜３ｍｍ以下の高い精度で施工することが要求される。このため，構造物であるガイドウェイの中央部に予め長さ方向に沿って三次元座標が既知の複数の基準点を高い精度で設定しておき，その基準点からの相対位置や高度差を管理しながら地上コイルを施工することにより，地上コイルを所要精度で施工する方式が採用されている（非特許文献１参照）。【０００３】
また，例えば図９に示すように，研究施設・医療施設等の建屋構造物１内に高エネルギー加速器，陽子線がん治療装置，重粒子線がん治療装置等のような複数の大型機器５（加速器５ａ，搬送管路５ｂ，照射機器５ｃ，治療台５ｄ等）を据え付ける場合は，品質の高いエネルギー線，陽子線，重粒子線等を得るために，各機器を誤差０．０１〜０．１ｍｍ（１０〜１００μｍ）程度の極めて高い精度で据え付けることが要求される（非特許文献２，３参照）。このため，機器を据え付ける構造物１の床面に（必要に応じて壁面，天井面にも）適当な間隔で三次元座標が既知の複数の基準点Ｓ１〜Ｓ２４を予め高い精度で設定しておき，その基準点Ｓ１〜Ｓ２４からの相対位置や高低差を管理しながら各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを位置決めして据え付ける方法が採用されている。【０００４】
図９に示す基準点Ｓ１〜Ｓ２４を用いた機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの据え付け方法を本発明の理解に必要な限度で説明する。（１）先ず，構造物１の所定域に複数の基準点Ｓ１〜Ｓ２４を選定して測量用ターゲットを設置する。（２）次いで，測量機器により各基準点Ｓの三次元座標を測量する。測量機器として通常は，位相差検出方式の光波距離計とセオドライト（角度計測器）とを一体化したトータルステーションが使用されている。具体的には，基準点Ｓ１上に測量機器の中心を位置合わせし，その基準点Ｓ１の測量機器で基準点Ｓ２のターゲットを視準して測線の水平角・鉛直角・距離を求めることにより，基準点Ｓ１を原点とする座標系で基準点Ｓ２の三次元座標を測定する。続いて，基準点Ｓ２上に測量機器を移動して中心を位置合わせし，その基準点Ｓ２の測量機器で基準点Ｓ３のターゲットを視準して測線の水平角・鉛直角・距離を求めることにより同じ座標系で基準点Ｓ３の三次元座標を測定する。同様に，基準点Ｓｎ上に位置合わせした測量機器で基準点Ｓ（ｎ＋１）のターゲットを視準して三次元座標を測定するサイクルを順次繰り返すことにより，全ての基準点Ｓの三次元座標を同じ座標系で測定する。最後に網平均計算によって各基準点Ｓの測定座標に含まれる誤差を最小化することにより，基準点Ｓ１〜Ｓ２４の三次元座標を決定する（開放トラバース測量法）。【０００５】
（３）各基準点Ｓの三次元座標を測量したのち，三次元計測器で各基準点Ｓに対する相対位置や高低差を計測しながら，各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを構造物１内の所要位置に据え付ける。具体的には，各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ上にもターゲットを取り付け，三次元計測器で各ターゲットを視準して計測器の中心（機器中心）から各ターゲットまでの三次元ベクトルを求める。例えば，同じ位置の三次元計測器で基準点Ｓのターゲットまでの三次元ベクトルと各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ上のターゲットまでの三次元ベクトルとをそれぞれ求め，その両者により各基準点Ｓと各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとの相対位置や高低差を精密に計測しながら据え付ける。そのような三次元計測器の一例は，光干渉方式のレーザー距離計とセオドライトとを一体化したレーザートラッカー，或いは位相差検出方式の光波距離計とセオドライトとを一体化した三次元トータルステーションである。レーザートラッカー又は三次元トータルステーションを使用することにより，各基準点Ｓに対する各機器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの相対位置や高低差を誤差１０〜１００μｍ以下の高い精度で計測することができる（特許文献１，２，非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５０６６９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８９９２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】橋本渉一「研究展望・浮上式鉄道ガイドウェイの研究と技術開発」土木学会論文集，Ｎｏ．６１９／Ｉ−４７，１９９９年４月，ｐｐ．１−１２，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｌｉｂｒａｒｙ．ｊｓｃｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｊｓｃｅ／ｏｐｅｎ／０００３７／１９９９／ｍｇ０２．ｈｔｍ＃６１９＞
【非特許文献２】井関康ほか「重粒子線治療用照射システムの高効率・高精度化と患者負担の軽減への取組み」東芝レビュー，Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．１，２０１３年，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｓｈｉｂａ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈ／ｒｅｖｉｅｗ／２０１３／０１／ｉｎｄｅｘ＿ｊ．ｈｔｍ＞
【非特許文献３】木村洋昭・松井佐久夫「Ｘ線自由電子レーザーの性能を支える建屋変位計測技術」精密工学会誌，Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１２，２００９年，インターネット＜ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔａｇｅ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｂｒｏｗｓｅ／ｊｊｓｐｅ／７５／１２／＿ｃｏｎｔｅｎｔｓ／−ｃｈａｒ／ｊａ／＞
【非特許文献４】原田健久「測量計測法  行列最小二乗法から網平均まで」鹿島出版会，２００１年６月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし，従来のトータルステーション等の測量機器を用いた基準点測量方法（開放トラバース測量法）は，各基準点Ｓを順番に測線でつなぎながら測距・測角を繰り返して三次元座標を測定する方法であり，基準点Ｓをつなぐたびに誤差が累積する問題点がある。具体的には，測量機器の機器中心を各基準点Ｓ上に位置合わせする必要があり，その位置合わせの際に発生する誤差が累積されて三次元座標の測定誤差が大きくなる。このため，網平均計算によって測定誤差を最小化しても，各基準点Ｓの測量座標に含まれる誤差を１ｍｍ以下に抑えることができないおそれがある。各基準点Ｓの測量誤差が大きくなると，上述したように三次元計測器で各基準点Ｓに対する相対位置や高低差を精密に計測しながら据え付けたとしても，複数の機器５の据え付け誤差を１０〜１００μｍ以下に抑えることができなくなる。複数の機器５を精密に位置合わせしながら据え付けるためには，構造物上の各基準点Ｓの三次元座標も同程度の精度で精密に測量することが必要である。【０００９】
そこで本発明の目的は，構造物上の複数の基準点の三次元座標を精密に測量できる方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は，上述したレーザートラッカー，三次元トータルステーションのような三次元計測器に注目した。三次元計測器は，測量機器ではないが，任意位置からターゲットまでの三次元ベクトルを精密に計測することができ，計測器の中心（機器中心）の位置合わせを必要としない。従来は，三次元計測器をターゲット相互間の相対位置や高低差を計測するために使用しているが，このような三次元計測器を用いて構造物上の基準点Ｓの三次元座標を測量するために使用できれば，上述した測量機器の位置合わせの際に発生する誤差の累積を避け，基準点Ｓの三次元座標に含まれる誤差を小さく抑えることが期待できる。本発明は，この着想に基づく研究開発により完成に至ったものである。【００１１】
図１の実施例及び図２の流れ図を参照するに，本発明による構造物上の基準点測量方法は，構造物１（図９参照）上に設けた複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれターゲット１０（図１（Ｂ）参照）を設置し，３以上の基準点（例えばＳ１〜Ｓ６）を頂点とする第１多角形Ｇ１の各頂点が見通せる中央部Ｏにターゲット１０を視準してターゲット１０までの三次元ベクトルを出力する三次元計測器１８を設置し，その計測器１８で視準した第１多角形Ｇ１の各頂点の三次元ベクトルから所定座標系における第１多角形Ｇ１上の各基準点（例えばＳ１〜Ｓ６）の三次元座標を計測したのち，３以上の座標計測済み基準点（例えばＳ４，Ｓ５，Ｓ６）と１以上の座標未計測基準点（例えばＳ７，Ｓ８，Ｓ９）とを頂点とする第ｎ多角形Ｇ（ｎ）（ｎは２以上の整数）の各頂点が見通せる中央部Ｐ（ｎ）に三次元計測器１８を移動させ，その計測器１８で視準した第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点の三次元ベクトルから所定座標系における計測器１８の移動位置Ｐ（ｎ）の三次元座標と第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点（例えばＳ７，Ｓ８，Ｓ９）の三次元座標とを計測し，三次元計測器１８の第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の中央部への移動から第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点の三次元座標の計測までのサイクルを繰返すことにより構造物１上の全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を計測し，全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の計測座標に基づく網平均計算により各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を定めてなるものである。【００１２】
また，図１のブロック図を参照するに，本発明による構造物上の基準点測量システムは，構造物１（図９参照）上に設けた複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれ設置するターゲット１０（図１（Ｂ）参照）；そのターゲット１０を視準してターゲット１０までの三次元ベクトルを出力する三次元計測器１８；３以上の基準点（例えばＳ１〜Ｓ６）を頂点とする第１多角形Ｇ１の各頂点が見通せる中央部Ｏに設置した計測器１８で視準した第１多角形Ｇ１の各頂点の三次元ベクトルを入力して所定座標系における第１多角形Ｇ１上の各基準点（例えばＳ１〜Ｓ６）の三次元座標を計測したのち，３以上の座標計測済み基準点（例えばＳ４，Ｓ５，Ｓ６）と１以上の座標未計測基準点（例えばＳ７，Ｓ８，Ｓ９）とを頂点とする第ｎ多角形Ｇ（ｎ）（ｎは２以上の整数）の各頂点が見通せる中央部Ｐ（ｎ）に移動させた計測器１８で視準した第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点の三次元ベクトルを入力して所定座標系における計測器１８の移動位置Ｐ（ｎ）の三次元座標と第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点（例えばＳ７，Ｓ８，Ｓ９）の三次元座標とを計測し，第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点の三次元ベクトルの入力から第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点の三次元座標の計測までのサイクルを繰返すことにより構造物１上の全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を計測する座標計測手段２３；及び全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の計測座標に基づく網平均計算により各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を定める網平均手段２５を備えてなるものである。【００１３】
好ましくは，図１に示す多角形Ｇ１〜Ｇ４のように，各多角形Ｇ（ｋ）を，全ての多角形Ｇ（ｋ）が順次隣接して環状に並ぶように選択する。望ましくは，各多角形Ｇ（ｋ）の各頂点の三次元ベクトルからその多角形Ｇ（ｋ）上の周囲各辺に対応する基準点間ベクトルを算出して記憶しておき，全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を計測したのち，図８に示すように，各多角形Ｇ（ｋ）の基準点間ベクトルのうち隣接する多角形Ｇ（ｋ−１），Ｇ（ｋ＋１）の基準点間ベクトルと重複するものを相互に置換したうえで各多角形Ｇ（ｋ）の周囲の環閉合差を点検計算する点検計算手段２４を設ける。【００１４】
更に好ましくは，図３に示すように構造物１上に見通しを妨げる隔壁６が存在する場合に，隔壁６に貫通孔７を穿ち，隔壁６の片側において計測器１８の出力三次元ベクトルを入力して各基準点（例えばＳ２１〜Ｓ３０）の三次元座標を計測したのち，隔壁６の反対側において貫通孔７を介して隔壁６の片側の３以上の座標計測済み基準点（例えばＳ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）が見通せる第ｍ多角形Ｇ（ｍ）（ｍは２以上の整数）の中央部に移動させた三次元計測器１８の出力三次元ベクトルを入力して第ｍ多角形Ｇ（ｍ）上の座標未計測基準点（例えばＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４）の次元座標を計測する。【００１５】
望ましい実施例では，三次元計測器１８をレーザートラッカー又は三次元トータルステーションとする。また，図１（Ｂ）に示すように，前記ターゲット１０には，球形又は半球形の外殻を有するターゲット本体１１と，その外殻が取り外し可能に嵌合する半球形の溝付き取り付け台１２とを含めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による構造物上の基準点測量方法及びシステムは，構造物１上の複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれターゲット１０を設置し，先ず３以上の基準点Ｓを頂点とする第１多角形Ｇ１の中央部Ｏにターゲット１０までの三次元ベクトルを出力する三次元計測器１８を設置し，その計測器１８で視準した第１多角形Ｇ１の各頂点の三次元ベクトルから所定座標系における第１多角形Ｇ１上の各基準点Ｓ１〜Ｓ６の三次元座標を計測したのち，３以上の座標計測済み基準点と１以上の座標未計測基準点とを頂点とする第ｎ多角形Ｇ（ｎ）（ｎは２以上の整数）の中央部Ｐ（ｎ）に三次元計測器１８を移動させ，その計測器１８で視準した第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点の三次元ベクトルから所定座標系における計測器１８の移動位置Ｐ（ｎ）の三次元座標と第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点の三次元座標とを計測し，第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の中央部への三次元計測器１８の移動から第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点の三次元座標の計測までのサイクルを繰返すことにより構造物１上の全ての基準点Ｓの三次元座標を計測し，全ての基準点Ｓの計測座標に基づく網平均計算により各基準点Ｓの三次元座標を定めるので，次の効果を奏する。【００１７】
（イ）水平角・鉛直角・距離を求める測量機器ではなく，ターゲットまでの三次元ベクトルを計測する三次元計測器１８を用いて基準点を測量することにより，基準点Ｓ上に機器を位置合わせする必要がなくなり，位置合わせの誤差の累積を避けられるので，各基準点Ｓの三次元座標の精密な測量が可能となる。
（ロ）例えば，三次元計測器１８としてレーザートラッカー又は三次元トータルステーションを用いることにより，各基準点Ｓの三次元座標を計測距離１０ｍあたり誤差６〜１０μｍ程度の高い精度で測量することができる。
（ハ）構造物上の複数の基準点Ｓを複数の多角形Ｇにグループ分けし，多角形Ｇごとに中央部Ｐの三次元計測器１８で各頂点の三次元座標を計測することにより，複数の基準点Ｓに対する計測器１８の計測距離を同程度の大きさに揃えることができ，基準点Ｓごとの誤差のバラツキを防いで測量精度を高めることができる。【００１８】
（ニ）また，複数の基準点Ｓを含む多角形Ｇごとに三次元計測器１８を移動させるので，基準点Ｓごとに測量機器を移動させる従来の開放トラバース測量法に比して，多数の基準点Ｓの三次元座標を効率的に測量できる。
（ホ）各多角形Ｇを，全ての多角形Ｇが順次隣接して環状に並ぶように選択し，各多角形Ｇの周囲の環閉合差又は最短辺閉合差を求めることにより，各基準点Ｓの計測精度を適宜点検することができる。
（ヘ）更に，構造物上に見通しを妨げる隔壁６が存在する場合でも，片側の３以上の座標計測済み基準点を反対側から見通せるように隔壁６に貫通孔７を穿つことにより，隔壁両側の各基準点Ｓの三次元座標を同じ座標系で測量することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】は，本発明による基準点測量システムの構成を示すブロック図の一例である。
【図２】は，本発明による基準点測量方法を示す流れ図の一例である。
【図３】は，隔壁のある構造物上における本発明の基準点測量方法の説明図である。
【図４】は，本発明の測量方法を用いて位置調整可能な基準点を設定する方法の流れ図の一例である
【図５】は，本発明で用いるターゲットの一例の説明図である。
【図６】は，本発明で用いるターゲットの他の一例の説明図である。
【図７】は，本発明で用いるターゲットの更に他の一例の説明図である。
【図８】は，本発明の基準点測量方法における点検計算ステップ（図２のステップＳ２０９）の説明図である。
【図９】は，従来の建築物上に設定された基準点の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は，図９と同様に複数の大型機器５を設置する建屋，ビル等の構造物１に設けた複数の基準点Ｓの測量に本発明を適用した実施例を示す。図示例のシステムは，構造物１上の所定域に設けた複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれ設置するターゲット１０と，各ターゲット１０を視準して機器中心からターゲット１０までの三次元ベクトルを出力する三次元計測器１８と，その計測器１８の出力する三次元ベクトルを入力して各ターゲット１０の三次元座標を測量するコンピュータ２０とにより構成されている。
【００２１】
図示例の三次元計測器１８は，例えばレーザー距離計とセオドライトとを一体化したレーザートラッカー，又は光波距離計とセオドライトとを一体化した三次元トータルステーションとすることができる。これらの計測器１８は，任意位置からターゲット１０を視準することにより，計測器中心（機器中心）からターゲットまでの三次元ベクトルを高い精度で出力することができる。ただし，機器中心とターゲットとの距離に応じて三次元ベクトルの計測精度が変わるので，図１のように所定域に分散した多数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元ベクトルを高い精度で計測するためには，計測器１８を適宜移動させ，計測器１８の機器中心と各基準点Ｓとの計測距離を同程度に揃えることが有効である。本発明では，後述するように，各基準点Ｓとの計測距離が同程度の大きさとなるように計測器１８を移動させながら各基準点Ｓまでの三次元ベクトルを計測することができる。
【００２２】
基準点Ｓに設置するターゲット１０は，例えば反射鏡，反射プリズム，又は反射シートとすることができ，使用する三次元計測器１８に応じて適宜選択できる。例えば計測器１８としてレーザートラッカーを使用する場合は，ターゲット１０をコーナーキューブ反射鏡又は反射プリズムとする。また，計測器１８を三次元トータルステーションとする場合は，ターゲット１０を反射鏡，反射プリズム，反射シートの何れもしてもよい。好ましくは，図１（Ｂ）に示すように，ターゲット１０に，球形又は半球形の外殻を有するターゲット本体１１と，その外殻が取り外し可能に嵌合する半球形の溝１４付き取り付け台１２とを含め，各基準点Ｓに取り付け台１２を固定し，その取り付け台１２の半円形溝１４にターゲット本端１１の半円形外殻を嵌合させて載置する。
【００２３】
図１（Ｂ）のように球形又は半球形のターゲット本体１１を取り付け台１２の半球形溝１４に嵌合させることにより，ターゲット本体１１の中心点Ｍを移動させずに反射面（球断面）の反射向きを簡単に変更することができる。また，図示例のようにターゲット本体１１を取り付け台１２から簡単に取り外し可能とし，取り外したターゲット本体１１を取り付け台１２に載置する際に，ターゲット本体１１の中心点Ｍを基準点Ｓに簡単に位置合わせすることができる。図示例では，本体１１の外殻を金属製とし，取り付け台１２の溝底部に磁石１５を埋め込むことにより，取り付け台１１が傾斜して又は垂直であってもターゲット本体１１を保持できるようにしているが，磁石１５は必須のものではない。
【００２４】
なお，図示例のターゲット１０は，位置調整機構３０上に載置されており，位置調整機構３０によって取り付け台１２及びターゲット本体１１の中心点Ｍの位置を調整できるようになっている。ターゲット１０を位置調整機構３０に載置したうえで基準点Ｓに設置することにより，例えばコンクリートの乾燥収縮・環境伸縮・地震等の荷重応力等によって構造物１に歪みが生じ，ターゲット１０の初期位置（初期座標）が変動したような場合でも，位置調整機構３０により基準点Ｓの初期位置を再現することができる。ただし，位置調整機構３０は本発明に必須のものではなく，ターゲット１０は基準点Ｓに直接設置することも可能である。位置調整機構３０の詳細については後述する（実施例２参照）。
【００２５】
図示例のコンピュータ２０は，ディスプレイ等の出力装置２８と，キーボード・マウス等の入力装置（図示せず）と，一次記憶装置又は二次記憶装置等の記憶手段２１とを有している。また内蔵プログラムとして，三次元計測器１８の出力する三次元ベクトルを入力して各ターゲット１０の三次元座標Ｃを測量する測量手段２２を有している。図示例のコンピュータ２０は，上述したように何らかの理由で構造物１の歪みが生じた際に各基準点Ｓの初期三次元座標を再現するため，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の初期三次元座標Ｃ０と時刻ｔにおける三次元座標Ｃｔとの偏差ΔＣ（＝Ｃｔ−Ｃ０）を検出する偏差検出手段２６，及びその偏差に応じて各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の位置調整機構３０を制御する位置調整手段２９を有している。ただし，偏差検出手段２６及び位置調整手段２９も本発明に必須のものではない。偏差検出手段２６及び位置調整手段２９の詳細な機能については後述する（実施例２参照）。
【００２６】
図２は，図１のシステムを用いて構造物１上の所定域に設けた複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標を測量する方法の流れ図を示す。以下，図２の流れ図を参照して図１のシステムを説明するが，本発明はビル，建屋等への適用に限定されるわけではなく，上述した浮上式鉄道の走行路であるガイドウェイその他の土木・建築構造物上に設けた基準点の測量に広く適用可能である。
【００２７】
先ず，設計図等に基づき構造物１上の所定域に複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６を選定し，各基準点Ｓにそれぞれターゲット１０を設置したのち，図２のステップＳ２０１において所定域の３以上の基準点Ｓを頂点とする第１多角形Ｇ１を選択し，ステップＳ２０２において第１多角形Ｇ１の各頂点が見通せる中央部Ｏに三次元計測器１８を設置する。例えば図１に示すように，６つの基準点Ｓ１〜Ｓ６を頂点とする第１多角形Ｇ１を選択し，その第１多角形Ｇ１の各頂点Ｓ１〜Ｓ６が見通せる中央部Ｏに三次元計測器１８を設置する。
【００２８】
次いで，図２のステップＳ２０３において，三次元計測器１８で第１多角形Ｇ１の各頂点Ｓ１〜Ｓ６のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，取得した各頂点Ｓ１〜Ｓ６の三次元ベクトルをコンピュータ２０の測量手段２２の座標計測手段２３へ入力する。座標計測手段２３は，入力された三次元ベクトルから，例えば計測器１８の設置位置Ｏを原点とする所定座標系における第１多角形Ｇ１上の各基準点Ｓ１〜Ｓ６の三次元座標を計測する。ただし，所定座標系の原点は設置位置Ｏに限らず，例えば基準点Ｓ１を原点とすることも可能である。
【００２９】
例えば基準点Ｓ１の三次元ベクトルは，基準点１のターゲット本体１１を取り付け台１２から取り外し，設置位置Ｏの計測器１８に近付けで視準させたのち，計測器１８で自動視準（追尾）しながらターゲット本体１１を徐々に遠ざけて基準点Ｓ１の取り付け台１２へ戻すことにより取得できる。或いは，設計図等に基づき選定した基準点Ｓ１の概略の三次元座標を計測器１８に入力し，取り付け台１２に載置させたままターゲット本体１１を計測器１８により自動視準させることにより，基準点Ｓ１の三次元ベクトルを取得することも可能である。他の基準点Ｓ２〜Ｓ６の三次元ベクトルの取得方法も同様である。
【００３０】
その後，図２のステップＳ２０４に進み，構造物１上の所定域の３以上の座標計測済み基準点と１以上の座標未計測基準点とを頂点とする第ｎ多角形Ｇ（ｎ）（ｎは２以上の整数）を選択し，ステップＳ２０５において第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点が見通せる中央部Ｐ（ｎ）に三次元計測器１８を移動させる。例えば図１に示すように，３つの座標計測済み基準点Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６と３つの座標未計測基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９とを頂点とする第２多角形Ｇ２を選択し，その第２多角形Ｇ２の各頂点Ｓ４〜Ｓ９が見通せる中央部Ｐ１に三次元計測器１８を移動する。図示例のように第２多角形Ｇ２は第１多角形Ｇ１と隣接させることができ，第２多角形Ｇ２上の３以上の座標計測済み基準点は隣接する多角形（例えば第１多角形Ｇ１）上の３以上の基準点Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６と重複させることができる。
【００３１】
次いで，ステップＳ２０６において，三次元計測器１８で第２多角形Ｇ２の各頂点Ｓ４〜Ｓ９のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，取得した各頂点Ｓ４〜Ｓ９の三次元ベクトルを座標計測手段２３へ入力する。座標計測手段２３は，入力された三次元ベクトルのうち，先ず３つの座標計測済み基準点Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の三次元ベクトルから，後方交会法によって位置Ｏを原点とする座標系における計測器１８の移動位置Ｐ１の三次元座標を計測する。後方交会法とは，３以上の既知座標（この場合は基準点Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）から新たな未知座標（この場合は移動位置Ｐ１）を求める測量上の手法である。
【００３２】
そのうえで，ステップＳ２０７において，座標計測手段２３により，移動位置Ｐ１の三次元座標と３つの座標未計測基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の三次元ベクトルとから，それらの基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の所定座標系（第１多角形Ｇ１上の各基準点Ｓ１〜Ｓ６と同じ座標系）における三次元座標を計測する。ステップＳ２０６〜Ｓ２０７における三次元ベクトルの取得も，例えば取り付け台１２から取り外したターゲット本体１１を計測器１８により自動視準（追尾）させるか，又は取り付け台１２に載置させたままターゲット本体１１を計測器１８により自動視準させることにより，各基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の三次元ベクトルを得ることができる。
【００３３】
その後，ステップＳ２０８において，構造物１上の所定域の全ての基準点Ｓの三次元座標の計測が終了したか否かを判断し，座標未計測基準点が残っている場合はステップＳ２０４へ戻り，上述したステップＳ２０４〜２０７を繰り返す。例えば図１に示すように，３つの座標計測済み基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９と４つの座標未計測基準点Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３とを頂点とする第３多角形Ｇ３を選択し，その第３多角形Ｇ３の各頂点Ｓ７〜Ｓ１３が見通せる中央部Ｐ２に三次元計測器１８を移動する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）。
【００３４】
第３多角形Ｇ３は，図示例のように第２多角形Ｇ２と隣接させることができ，第３多角形Ｇ３上の３以上の座標計測済み基準点は隣接する多角形（例えば第２多角形Ｇ２）上の３以上の基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９と重複させることができる。そして，三次元計測器１８で第３多角形Ｇ３の各頂点Ｓ７〜Ｓ１３のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，そのうち座標計測済み基準点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の三次元ベクトルから後方交会法により計測器１８の移動位置Ｐ２の三次元座標を計測する。次いで，移動位置Ｐ２の三次元座標と座標未計測基準点Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の三次元ベクトルとから所定座標系（基準点Ｓ１〜Ｓ９と同じ座標系）における各々の三次元座標を計測する（ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）。
【００３５】
図１の実施例では，更に４つの座標計測済み基準点Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３と３つの座標未計測基準点Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６とを頂点とする第４多角形Ｇ４を選択し，その第４多角形Ｇ４の各頂点Ｓ１，Ｓ１１〜Ｓ１６が見通せる中央部Ｐ３に三次元計測器１８を移動する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）。そして，三次元計測器１８で第４多角形Ｇ４の各頂点Ｓ１，Ｓ１１〜Ｓ１６のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，そのうち座標計測済み基準点Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の三次元ベクトルから後方交会法により計測器１８の移動位置Ｐ３の三次元座標を計測し，次いで移動位置Ｐ３の三次元座標と座標未計測基準点Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１６の三次元ベクトルとから各々の三次元座標を計測している（ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）。
【００３６】
図１に示すように，各多角形Ｇ１〜Ｇ４は，全ての多角形Ｇ１〜Ｇ４が順次隣接して閉じた環状に並ぶように選択することが望ましい。図２の流れ図において，全ての多角形Ｇ１〜Ｇ４を開放された列状に並べることも可能であるが，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の計測結果を点検することが難しくなり，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標に予想外の誤差を生じる可能性がある。各多角形Ｇ１〜Ｇ４を一部の基準点Ｓが重複するように順次隣接させると共に，最後の第４多角形Ｇ４を最初の第１多角形Ｇ１と一部の基準点Ｓ（図示例では基準点Ｓ１）が重複するように隣接させて閉じた環状に並べることにより，以下に述べるように各基準点１の計測精度の点検が容易になる（ステップＳ２０９〜Ｓ２１０）。
【００３７】
図２のステップＳ２０８において，構造物１上の所定域の全ての基準点Ｓの三次元座標の計測が終了した場合はステップＳ２０９へ進み，コンピュータ２０の測量手段２２の点検計算手段２４によって，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標の計測が正しく行われたか否かを点検する。各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の計測精度は，構造物１上の所定域で選択した多角形Ｇごとに，各頂点の三次元ベクトルから周囲各辺に対応する基準点間ベクトルを求め，多角形Ｇ１〜Ｇ４ごとに基準点間ベクトルの環閉合差を求めることにより点検することができる。或いは，環状に閉じた各多角形Ｇ１〜Ｇ４の最短辺閉合差（図１の基準点Ｓ１，Ｓ６，Ｓ５，Ｓ９Ｓ１３，及びＳ１６を頂点とする内周多角形の環閉合差）を求めることにより点検することも可能である。
【００３８】
多角形Ｇ（ｋ）（例えば第２多角形Ｇ２）の環閉合差は，その多角形Ｇ（ｋ）上の特定の基準点Ｓｉ（例えば基準点Ｓ４）を出発し，周囲各辺の基準点間ベクトルを順次加えて一周したときの合計である（すなわち，第２多角形Ｇ２の環閉合差＝（Ｓ４〜Ｓ６）＋（Ｓ６〜Ｓ５）＋（Ｓ５〜Ｓ９）＋（Ｓ９〜Ｓ８）＋（Ｓ８〜Ｓ７）＋（Ｓ７〜Ｓ４））。この場合において，各多角形Ｇの中央部の三次元計測器１８で視準した各頂点の三次元ベクトルから求めた基準点間ベクトルの環閉合差は理論的にゼロとなるので，そのような環閉合差から各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の計測精度を点検することはできない。このため，図１のように各多角形Ｇ（ｋ）を一部の基準点Ｓが重複するように順次隣接させて環状に並べ，各多角形Ｇ（ｋ）の基準点間ベクトルのうち隣接する多角形Ｇ（ｋ−１），Ｇ（ｋ＋１）の基準点間ベクトルと重複するものを相互に置換したうえで各多角形Ｇ（ｋ）の環閉合差を計算する。
【００３９】
例えば図８に示すように，構造物１上の全ての基準点Ｓの三次元座標を計測したのち，第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の頂点Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７が第（ｎ−１）多角形Ｇ（ｎ−１）と重複しており，第（ｎ＋１）多角形Ｇ（ｎ＋１）の頂点Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９が第ｎ多角形Ｇ（ｎ）と重複している場合に，図２のステップＳ２０９において，第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の基準点間ベクトル（Ｓ４〜Ｓ５，Ｓ４〜Ｓ６，Ｓ５〜Ｓ６）を第（ｎ−１）多角形Ｇ（ｎ−１）の基準点間ベクトルと置換し，第（ｎ＋１）多角形Ｇ（ｎ＋１）の基準点間ベクトル（Ｓ７〜Ｓ８，Ｓ７〜Ｓ９，Ｓ８〜Ｓ９）を第ｎ多角形Ｇ（ｎ）と置換する。そのうえで，ステップＳ２１０において第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の周囲の基準点間ベクトルの環閉合差（基準点間ベクトル（Ｓ４〜Ｓ６）＋（Ｓ６〜Ｓ５）＋（Ｓ５〜Ｓ９）＋（Ｓ９〜Ｓ８）＋（Ｓ８〜Ｓ７）＋（Ｓ７〜Ｓ４））を計算し，ステップＳ２１１において計算した環閉合差が所定許容値（例えば０．１ｍｍ＝１００μｍ）を超えるか否かを判断する。
【００４０】
同様に，構造物１上の所定域で選択した全ての多角形Ｇ（ｎ）において，隣接する多角形Ｇ（ｎ−１），Ｇ（ｎ＋１）の基準点間ベクトルと重複するものを相互に置換したうえで周囲の環閉合差を点検計算し（ステップＳ２０９〜Ｓ２１０），その環閉合差が所定許容値を超えるか否かを判断する（ステップＳ２１１）。そして，何れかの多角形の環閉合差が所定許容値を超えるときに計測器１８の三次元座標の計測に誤りがあったと判断し，ステップＳ２０１又はステップＳ２０４に戻って計測をやり直す。例えばステップＳ２０４に戻って誤りが検出された多角形以降の計測をやり直すが，ステップＳ２０１に戻って全ての基準点Ｓの計測をやりなしてもよい。このようなステップＳ２０９〜２１１の点検計算により，ステップＳ２１２の網平均計算の前に三次元計測器１８による観測の良否を点検し，測量誤差の発生を未然に防止することができる。
【００４１】
計測器１８の三次元座標の計測が正しく行われたことを点検したのち，ステップＳ２１２において全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標の計測値に基づく網平均計算により各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標Ｃを決定する。すなわち，三次元計測器１８の出力三次元ベクトルから計測された三次元座標は誤差を含んだ近似値であるから，コンピュータ２０の測量手段２２の網平均計算手段２５において，全ての基準点Ｓの三次元座標に含まれる誤差が最小となるような測量値（平均値）Ｃを最小二乗法により決定する。網平均計算とは，このような誤差が最小となる測量上の最小二乗法である（非特許文献４参照）。
【００４２】
例えば，複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６のうち何れか（例えば基準点Ｓ１）を不動点とみなすことができる場合は，その基準点Ｓ１の計測値を固定したうえで，他の基準点Ｓ２〜１６の三次元座標に含まれる誤差が最小となるような固定網平均計算によって各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標Ｃを決定する。或いは，何れの基準点Ｓ１〜Ｓ１６も不動点とみなることができない場合は，全ての基準点Ｓ１の計測値を固定しない自由網平均計算によって，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標Ｃを決定することも可能である。ステップＳ２１２で測量した各基準点Ｓのターゲット１０の三次元座標Ｃは，コンピュータ２０の記憶手段２１に記憶しておくことができる。
【００４３】
図２の流れ図によれば，測量機器ではなく三次元計測器１８を用いて基準点を測量することができ，基準点Ｓ上に機器を位置合わせする必要がないので，位置合わせによる誤差の累積を避けることができ，例えば計測距離１０ｍあたり誤差６〜１０μｍ程度の高い精度で各基準点Ｓの三次元座標を測量することができる。また，複数の基準点Ｓを複数の多角形Ｇにグループ分けし，多角形Ｇごとに中央部Ｐの三次元計測器１８で各頂点の三次元座標を計測するので，各基準点Ｓに対する計測器１８の計測距離を同程度に揃えるによって基準点Ｓごとの誤差のバラツキ防止が期待できる。更に，多角形Ｇを単位として各頂点の三次元座標を求めるので，基準点Ｓごとに測量機器を移動させる従来の開放トラバース測量方法に比して，多数の基準点Ｓの三次元座標を効率的に測量することができる。
【００４４】
こうして本発明の目的である「三次元計測器を用いて構造物上の基準点の三次元座標を精密に測量できる方法及びシステム」の提供を達成することができる。
【実施例１】
【００４５】
図３は，構造物１上に見通しを妨げる隔壁６が存在する場合に，その隔壁６の両側の基準点Ｓの三次元座標を同じ座標系で測量する本発明の実施例を示す。すなわち，図２の流れ図では，ステップＳ２０４〜Ｓ２０７において第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点の座標計測済み基準点と座標未計測基準点とを中央部Ｐ（ｎ）の三次元計測器１８から見通す必要があるので，例えば図９のように空間２と空間３（又は空間４）との間に隔壁６が存在すると，隔壁６の片側（空間２）の座標計測済み基準点を反対側（空間３又は空間４）から見通すことができず，隔壁６をまたがる多角形Ｇを選択できなくなる。図３の実施例は，隔壁６に１以上の貫通孔７を穿つことにより，隔壁６をまたがる多角形Ｇ（ｍ）の選択を可能としたものである。【００４６】
図３の実施例では，先ず隔壁６の片側（例えば隔壁左側の空間２）において図２のステップＳ２０４〜２０７を繰り返すことにより，三次元計測器１８の出力三次元ベクトルから各基準点Ｓ（図示例では基準点Ｓ２１〜Ｓ３０）の三次元座標をそれぞれ計測する。例えば，３つの座標計測済み基準点Ｓ２３〜Ｓ２５と４つの座標未計測基準点Ｓ２７〜Ｓ３０とを頂点とする第（ｍ−１）多角形Ｇ（ｍ−１）を選択し，その第（ｍ−１）多角形Ｇ（ｍ−１）の各頂点Ｓ２３〜Ｓ３０が見通せる中央部Ｐ（ｍ−１）に三次元計測器１８を移動する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）。そのうえで，その三次元計測器１８で各頂点Ｓ２３〜Ｓ３０のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，座標計測済み基準点Ｓ２３〜Ｓ２５の三次元ベクトルから後方交会法により計測器１８の移動位置Ｐ（ｍ−１）の三次元座標を計測し，次いで移動位置Ｐ（ｍ−１）の三次元座標と座標未計測基準点Ｓ２７〜Ｓ３０の三次元ベクトルとから各々の三次元座標を計測する（ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）。【００４７】
その後，隔壁６の反対側（例えば隔壁右側の空間３）において，貫通孔７を介して隔壁片側の３以上の座標計測済み基準点Ｓ（例えば基準点Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）が見通せる第ｍ多角形（ｍは２以上の整数）の中央部に三次元計測器１８を移動させ，隔壁６の反対側において計測器１８の出力三次元ベクトルから第ｍ多角形上の座標未計測基準点Ｓ（例えば基準点Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４）の三次元座標を計測する。具体的には，３つの座標計測済み基準点Ｓ２８〜Ｓ３０と４つの座標未計測基準点Ｓ３１〜Ｓ３４とを頂点とする第ｍ多角形Ｇ（ｍ）を選択し，貫通孔７を介して頂点Ｓ２８〜Ｓ３０が見通せると共に頂点Ｓ３１〜Ｓ３４が見通せる第ｍ多角形Ｇ（ｍ）の中央部Ｐ（ｍ）に三次元計測器１８を移動する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０５）。そして，三次元計測器１８で第４多角形Ｇ４の各頂点Ｓ２８〜Ｓ３０のターゲット１０を視準して三次元ベクトルを取得し，そのうち隔壁６の片側の座標計測済み基準点Ｓ２８〜Ｓ３０の三次元ベクトルから後方交会法により隔壁６の反対側の移動位置Ｐ（ｍ）の三次元座標を計測し，次いでその移動位置Ｐ（ｍ）の三次元座標と座標未計測基準点Ｓ３１〜Ｓ３４の三次元ベクトルとから隔壁６の反対側の各基準点Ｓ３１〜Ｓ３４の三次元座標を計測する（ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）。【００４８】
図３のように，隔壁６に穿った貫通孔７を介して座標計測済み基準点Ｓを見通す方法によれば，隔壁６の有無に拘わらず，図２の流れ図に沿って構造物１上の複数の基準点Ｓの三次元座標を同じ座標系で測量することができる。例えば，図９のように空間２，空間３，空間４に分散している複数の基準点Ｓの三次元座標を同じ座標系で計測することが可能となり，構造物１上の異なる空間に別々に据え付ける複数の大型機器５（加速器５ａ，搬送管路５ｂ，照射機器５ｃ，治療台５ｄ等）を高い精度で位置合わせすることができる。
【実施例２】
【００４９】
図４は，位置調整機構３０に載置されたターゲット１０を使用した本発明の実施例を示す。例えば大型機器５の搬入時の荷重応力等によって構造物１に歪みが生じ，ターゲット１０の位置が変動した場合でも，図４の流れ図により各基準点Ｓの初期位置（初期三次元座標）を再現することができる。この場合は，図４のステップＳ１０１において，構造物１上の所定域に選定した複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれ位置調整機構３０を固定してターゲット１０（ターゲット本体１１及び取り付け台１２）を載置する。例えば図５に示すように，水平な構造物表面（床面や天井等）Ｆに蓋５１付き固定孔５０を穿ち，その固定孔５０の底の設置板５２上に位置調整機構３０を固定して基準点Ｓとする。この場合は，位置調整機構３０上に取り付け台１２のみを固定し，必要時にのみ固定孔５０の蓋５１を開放してターゲット本体１１を位置調整機構３０（取り付け台１２）上に載置し，必要時以外はターゲット本体１１を取り外した位置調整機構３０（取り付け台１２）を固定孔５０内に収容して平らな構造物表面Ｆとすることができる（図５の一点鎖線参照）。【００５０】
或いはステップＳ１０１において，図６に示すように，垂直な構造物表面Ｆ（壁面等）に固定ネジ５３付き設置板５２を平行に取り付け，その設置板５２上に位置調整機構３０を固定して基準点Ｓとしてもよい。この場合は，位置調整機構３０を囲むケース５４を設け，必要時にのみケース５４を開放してターゲット本体１１を位置調整機構３０（取り付け台１２）上に載置し，必要時以外はケース５４を閉じておくことができる（図６の一点鎖線参照）。図６から分かるように，本発明においてターゲット１０は，必ずしも位置調整機構３０の上方に載置する必要はなく，例えば磁石１５等で係止することにより，位置調整機構３０の側方に載置することもできる。【００５１】
図５は，各基準点Ｓに固定する位置調整機構３０付きターゲット１０の一例を示す。同図の位置調整機構３０は，ターゲット１０を載せる載置台３５と，その載置台３５を構造物表面Ｆと平行なＸ軸方向及びＹ軸方向に案内する案内台３１，３４と，その案内台３１，３４上で載置台３５をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に所定大きさだけ滑動させる送り機構４０ａ，４０ｂとを備えており，水平な構造物表面Ｆと平行な直交２軸方向にターゲット１０の座標（Ｘ座標とＹ座標）を調整可能としたものである。【００５２】
図５の位置調整機構３０において，案内台３１は設置板５２上に固定されている。案内台３１の頂面にはＸ軸方向の水平ガイド手段３２，３３が形成されており（図５（Ｄ）参照），その案内台３１上に案内台３４が積層されている。案内台３１の水平ガイド手段３２，３３は，Ｘ軸方向に配置したリニアボール３２ａ，３３ａの回転によって案内台３４をＸ軸方向に案内する機構とし（図５（Ｆ）参照），又はＸ軸方向に形成した突起３２ｂ，３３ｂと溝３２ｃ，３３ｃとの噛み合わせによって案内台３４をＸ軸方向に案内する機構とすることができる（図５（Ｇ）参照）。案内台３４の側面には張出し部３６が形成されている（図５（Ａ）及び（Ｃ）参照）。【００５３】
また，図５の位置調整機構３０において，案内台３４の頂面にはＹ軸方向の水平ガイド手段５８，５９が形成されており（図５（Ｅ）参照），その案内台３４上に載置台３５が積層されている。案内台３４の水平ガイド手段５８，５９も，Ｙ軸方向に配置したリニアボール５８ａ，５９ａの回転によって載置台３５をＹ軸方向に案内する機構とし（図５（Ｈ）参照），又はＹ軸方向に形成した突起５８ｂ，５９ｂと溝５８ｃ，５９ｃとの噛み合わせによって案内台３４をＹ軸方向に案内する機構とすることができる（図５（Ｉ）参照）。載置台３５の側面には張出し部３７が形成されている（図５（Ａ）及び（Ｂ）参照）。【００５４】
図５の位置調整機構３０は，送り機構４０ａ，４０ｂを，それぞれ保持部４１ａ，４１ｂによってＸ軸方向及びＹ軸方向に支持されたマイクロメータヘッドとしている。Ｘ軸方向のマイクロメータヘッド４０ａは，図５（Ｃ）に示すようにスピンドル４２ａが案内台３４の張出し部３６の当接部３６ａに接続されており，シンブル４３ａに内蔵の精密なネジ機構によりネジ部４５ａの回転角をＸ軸方向の変位に置き換えてスピンドル４２ａに伝達することにより，案内台３４を水平ガイド手段３２，３３に沿って１μｍ単位で滑動させることができる。必要に応じて送り機構４０ａに係止クランプ３８を含め（図５（Ａ）参照），クランプ３８によって水平ガイド手段３２，３３に沿った案内台３４の滑りを抑え，マイクロメータヘッド４０ａによる案内台３４の滑動時にはクランプ３８を解除するようにしてもよい。ただし，送り機構４０ａはマイクロメータヘッドに限定されず，例えば案内台３４を水平ガイド手段３２，３３に沿って精度よく滑動させることができる送りネジ等としてもよい。【００５５】
また，Ｙ軸方向のマイクロメータヘッド４０ｂは，図５（Ｂ）に示すようにスピンドル４２ｂが載置台３５の張出し部３７の当接部３７ａに接続されており，シンブル４３ｂに内蔵の精密なネジ機構によりネジ部４５ｂの回転角をＹ軸方向の変位に置き換えてスピンドル４２ｂに伝達することにより，載置台３５を水平ガイド手段５８，５９に沿って１μｍ単位で滑動させることができる。必要に応じて送り機構４０ｂに係止クランプ３９を含め（図５（Ａ）参照），クランプ３９によって水平ガイド手段５８，５９に沿った載置台３５の滑りを抑え，マイクロメータヘッド４０ｂによる載置台３５の滑動時にはクランプ３９を解除するようにしてもよい。ただし，送り機構４０ｂもマイクロメータヘッドに限定されず，例えば載置台３５を水平ガイド手段５８，５９に沿って精度よく滑動させる送りネジ等としてもよい。【００５６】
図６は，各基準点Ｓに固定する位置調整機構３０付きターゲット１０の他の一例を示す。同図の位置調整機構３０は，上述したように垂直な構造物表面Ｆ（壁面等）に固定されるものであり，ターゲット１０を載せる載置台３５と，その載置台３５を構造物表面Ｆと平行なＺ軸方向に案内する案内台３１と，その案内台３上で載置台３５をＺ軸方向に所定大きさだけ滑動させる送り機構４０ｂとを有しており，垂直な構造物表面Ｆと平行な１軸方向にターゲット１０の座標（Ｚ座標）を調整可能としたものである。【００５７】
図６の位置調整機構３０において，案内台３１，載置台３５，送り機構４０ｂは，それぞれ図５を参照して上述したものと同様である。従って，図６（Ｂ）に示すように，マイクロメータヘッド４０ｂのスピンドル４２ｂを載置台３５の張出し部３７の当接部３７ａに接続し，シンブル４３ｂに内蔵の精密なネジ機構によりネジ部４５ｂの回転角をＺ軸方向の変位に置き換えてスピンドル４２ｂに伝達することにより，載置台３５をガイド手段３２，３３に沿って１μｍ単位で滑動させることができる。また，必要に応じて送り機構４０ｂに係止クランプ３９を含めることができる。【００５８】
図４の流れ図では，ステップＳ１０１において構造物１上の所定域の全ての基準点Ｓに位置調整機構３０付きターゲット１０を固定したのち，ステップＳ１０２〜Ｓ１０３において上述した図２の流れ図に沿って各基準点Ｓのターゲット１０の初期三次元座標Ｃ０を測量してコンピュータ２０の記憶手段２１に記憶する。その後，ステップＳ１０４において，例えば構造物１の所定域に大型機器５を搬入して所定位置に据え付けるが，その際に大型機器５の大きな荷重の応力によって構造物１に歪みが生じうる。ステップＳ１０５〜Ｓ１０６は，構造物１に歪みを生じさせうる事象ｔ（大型機器５の搬入・据え付け後）の後に各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の三次元座標Ｃｔを再測量し，その三次元座標Ｃｔと初期三次元座標Ｃ０との間に偏差ΔＣが生じている場合に，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の初期三次元座標Ｃ０を再現する処理を示す。【００５９】
図４のステップＳ１０５は，図２の流れ図に沿ってコンピュータ２０の測量手段２２により各ターゲット１０の三次元座標Ｃｔを再測量する処理を示し，ステップＳ１０６は，コンピュータ２０の偏差検出手段２６により各ターゲット１０の三次元座標ＣｔとステップＳ１０３で記憶した初期三次元座標Ｃ０との偏差ΔＣ（＝Ｃｔ−Ｃ０）を検出する処理を示す。例えば，図２のステップ２１２において固定網平均計算を採用した場合は，不動点とみなせる基準点（例えば基準点Ｓ１）以外の他の基準点Ｓ２〜１６についてそれぞれ偏差ΔＣが検出できる。また，図２のステップ２１２において自由網平均計算を採用した場合は，全ての基準点Ｓ１〜Ｓ１６についてそれぞれ偏差ΔＣが検出できる。【００６０】
図４のステップＳ１０７は，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の位置調整機構３０により，それぞれターゲット１０を検出された偏差ΔＣに応じて移動させて初期三次元座標Ｃ０に復帰させることにより，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の初期三次元座標Ｃ０を再現する処理を示す。例えば図５の位置調整機構３０を固定した基準点Ｓにおいて，Ｘ軸方向及びＹ軸方向の偏差ΔＸ，ΔＹが検出された場合は，送り機構４０ａ，４０ｂによって案内台３４及び載置台３５をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に−ΔＸ，−ΔＹだけ滑動させることにより，載置台３５上のターゲット１０を初期三次元座標Ｃ０に復帰させることができる。また図６の位置調整機構３０を固定した基準点Ｓにおいて，Ｚ軸方向の偏差ΔＺが検出された場合は，送り機構４０ｂによって載置台３５をＺ軸方向に−ΔＺだけ滑動させることにより，載置台３５上のターゲット１０を初期三次元座標Ｃ０に復帰させることができる。【００６１】
なお，図５の位置調整機構３０を固定した基準点Ｓは，水平な構造物表面Ｆと平行な直交２軸方向（ＸＹ軸方向）の位置合わせを目的としているので，Ｚ軸方向の位置調整機能を必要としない。また，図６の位置調整機構３０を固定した基準点Ｓは，垂直な構造物表面Ｆと平行な１軸方向（Ｚ軸方向）の位置合わせを目的としているので，Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置調整機能を必要としない。ただし，必要に応じて，例えば図５の位置調整機構５と後述する図７の位置調整機構（後述の実施例１参照）とを組み合わせることにより，直交３軸方向（ＸＹＺ軸方向）の位置合わせを目的とする基準点Ｓの位置調整機構３０を構成することも可能である。【００６２】
また，図１のように各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の位置調整機構３０を制御する位置調整手段２９をコンピュータ２０に接続することにより，図３のステップＳ１０７において，例えば位置調整手段２９によって検出偏差ΔＣを制御信号に変換したうえで各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の位置調整機構３０へ伝送することにより，各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の位置調整機構３０を偏差ΔＣに応じて自動的に調整することも可能である。【００６３】
図４のステップＳ１０５〜Ｓ１０６において初期三次元座標Ｃ０を再現した基準点Ｓ１〜Ｓ１６を利用して各大型機器５の据え付け位置が許容範囲内（誤差１０〜１００μｍ以下）であることを確認・管理することにより，複数の大型機器５を構造物１上で確実に位置合わせ（アライメント）することができる。また，据え付け位置が許容範囲を超えている場合は，ステップＳ１０８からステップＳ１０４へ戻り，大型機器５の据え付け位置を調整することができる。そのような据え付け位置の調整時にも構造物１が歪みを生じうるので，ステップＳ１０５〜Ｓ１０６において各基準点Ｓ１〜Ｓ１６の初期三次元座標Ｃ０を再現したうえで，調整後の各大型機器５の据え付け位置が許容範囲内であることを再確認する。このようなステップＳ１０４〜１０８を繰り返しながら大型機器５を据え付けることにより，構造物１上の大型機器５の据え付け作業の信頼性を高めることができる。【００６４】
また，図４の流れ図によれば，大型機器５等の荷重による構造物１の歪みだけでなく，コンクリートの乾燥収縮や環境伸縮によって構造物１に歪みが生じた場合においても，歪みが生じる前の初期三次元座標Ｃ０を再現することで基準点Ｓの安定化を図ることができる。すなわち，構造物１上に基準点Ｓを設置したのち，コンクリートの乾燥収縮・環境伸縮・荷重応力等によって構造物１に歪みが生じた場合でも，基準点Ｓの初期三次元座標Ｃ０を再現することにより，予め設置した基準点Ｓを用いた構造物１上の精密な位置合わせが可能となる。また，構造物１上に据え付けた装置・機器が構造物１の乾燥収縮・環境伸縮・荷重応力等によって変動した場合も，初期三次元座標Ｃ０を再現した基準点Ｓを利用することで歪み前後の装置・機器のズレを精確に確認・把握することができ，位置合わせ（アライメント）の再調整の容易化・効率化を図ることができる。
【実施例３】
【００６５】
図７は，各基準点Ｓに設置する位置調整機構３０付きターゲット１０の他の一例を示す。同図の位置調整機構３０は，ターゲット１０を載せる載置台６８と，その載置台３５を構造物表面Ｆと垂直なＺ軸方向に案内する案内台６１，６２と，その案内台６１，６２上で載置台６８をＺ軸方向に所定大きさだけ昇降させる送り機構４０ｃとを備えており，構造物表面Ｆと垂直な１軸方向にターゲット１０の座標（Ｚ座標）を調整可能としたものである。図７のターゲット１０も，ターゲット本体１１と取り付け台１２とにより構成されているが，取り付け台１２のみを位置調整機構３０上に固定し，ターゲット本体１１は必要時にのみ位置調整機構３０（取り付け台１２）上に載置すればよい。【００６６】
図７の位置調整機構３０において，案内台６１は設置板５２上に固定されており，案内台６１の頂面にはＸ軸方向の水平ガイド手段６３，６４とＺ軸方向の垂直ガイド手段６７とが形成されており（図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照），その案内台６１上に案内台６２が積層されている。案内台６１の水平ガイド手段６３，６４は，Ｘ軸方向に配置したリニアボール６３ａ，６４ａの回転によって案内台６２をＸ軸方向に案内する機構（図７（Ｂ）参照），又はＸ軸方向に形成した突起６３ｂ，６４ｂと溝６３ｃ，６４ｃとの噛み合わせによって案内台６２をＸ軸方向に案内する機構とすることができる（図７（Ｃ）参照）。また，垂直ガイド手段６７は，案内台６２に設けた貫通孔を貫いて，その上の積層された載置台６８に連結されている。【００６７】
また，図７の位置調整機構３０において，案内台６２の頂面はＸ軸方向に所定角度で傾斜しており，その傾斜頂面にＸ軸方向の水平ガイド手段６５，６６が形成されている（図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。また，載置台６８の底面は，案内台６２の頂面と同じ所定角度でＸ軸方向に傾斜しており，その案内台６２の傾斜頂面上に積層されている。案内台６２のガイド手段６５，６６も，Ｘ軸方向に配置したリニアボール６５ａ，６６ａの回転によって載置台６８をＹ軸方向に案内する機構（図７（Ｂ）参照），又はＸ軸方向に形成した突起６５ｂ，６６ｂと溝６５ｃ，６６ｃとの噛み合わせによって案内台６８をＹ軸方向に案内する機構とすることができる（図７（Ｃ）参照）。上述したように，案内台６２には垂直ガイド手段６７の貫通孔が設けられており，案内台６２は垂直ガイド手段６７を貫通させたまま水平ガイド手段６３，６４，６５，６６に沿ってＸ軸方向に滑動することができる。他方，垂直ガイド手段６７に連結された載置台６８は，案内台６２のＸ軸方向の滑動時に，案内台６２の傾斜頂面上で滑ることによりＺ軸方向に昇降するように構成されている。【００６８】
図７の位置調整機構３０は，送り機構４０ｃを，図５及び図６の場合と同様に，保持部４１ｃによってＸ軸方向に支持されたマイクロメータヘッドとしている。図７のマイクロメータヘッド４０ｃは，スピンドル４２ｃが案内台６２の張出し部６９に接続されており，シンブル４３ｃに内蔵の精密なネジ機構によりネジ部４５ｃの回転角をＸ軸方向の変位に置き換えてスピンドル４２ｃに伝達することにより，水平ガイド手段６３，６４，６５，６６に沿って案内台６２をＸ軸方向に滑動させ，それに応じて載置台６８をＺ軸方向に１μｍ単位で昇降させることができる。また，必要に応じて送り機構４０ｃに係止クランプを含めることができる。【００６９】
図７の位置調整機構３０を用いることにより，例えば図４のステップＳ１０７においてＺ軸方向の偏差ΔＺが検出された場合に，送り機構４０ｃによって載置台６８をＺ軸方向に−ΔＺだけ昇降させることにより，載置台６８上のターゲット１０を初期三次元座標Ｃ０に復帰させることができる。また，図７の位置調整機構３０と図５の位置調整機構５とを組み合わせることにより，ターゲット１０を直交３軸方向（ＸＹＺ軸方向）の位置合わせ可能な位置調整機構３０とすることも可能である。【００７０】
更に，図７に一点鎖線で示すように，位置調整機能３０の載置台６８上にターゲット１０に代えて，レーザー光を回転しながら水平に放射するデジタルレベル７０を載置することにより，Ｚ軸方向に１μｍ単位で高さを調節できるデジタルレベルを構成することも可能である。すなわち，従来から構造物１内に装置・機器等を据え付ける場合に，デジタルレベルにより水平に放射（墨出し）されるレーザー光を利用して作業の効率化を図っているが，レーザー光の放射高さ（墨出し高さ）を精確に調節できるデジタルレベルが開発されていないことから，例えば高エネルギー加速器，陽子線がん治療装置，重粒子線がん治療装置等のように誤差１０〜１００μｍ程度の高い精度で大型機器５を据え付ける作業では利用することが難しかった。図７のような１μｍ単位で高さを調節できる位置調整機能３０にデジタルレベル７０を載置し，精密に高さ調節されたレーザー光の水平放射（墨出し）を利用することにより，構造物１上における大型機器５の据え付け作業の効率化を図ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…構造物（建屋）                  ２，３，４…設置空間（部屋）
５…重粒子線治療装置                ５ａ…加速器
５ｂ…輸送管路                      ５ｃ…照射機器
５ｄ…治療台                        ６…隔壁
７…貫通孔                          １０…ターゲット
１１…ターゲット本体                １２…取り付け台
１４…半球形溝                      １５…磁石
１８…三次元計測器                  ２０…コンピュータ
２１…記憶手段                      ２２…測量手段
２３…座標計測手段                  ２４…点検計算手段
２５…網平均計算手段                ２６…偏差検出手段
２８…出力装置（ディスプレイ）      ２９…位置調整手段
３０…位置調整機構                  ３１，３４…案内台
３２，３３…（水平）ガイド手段      ３５…載置台
３６，３７…張出し部                ３６ａ，３７ａ…当接部
３８，３９…係止クランプ            ５８，５９…（水平）ガイド手段
４０…送り機構                      ４１…保持部
４２…スピンドル                    ４３…シンブル
４４…スリーブ                      ４５…ネジ部
４７…読み取り目盛                  ５０…固定孔
５１…蓋                            ５２…設置板
５３…固定ネジ                      ５４…ケース
６１，６２…案内台                  ６３，６４…（水平）ガイド手段
６５，６６…（水平）ガイド手段      ６７…（垂直）ガイド手段
６８…載置台                        ６９…張出し部
６９ａ…当接部                      ７０…デジタルレベル
Ｃｔ…（歪み発生後の）三次元座標    Ｃ０…初期三次元座標
Ｆ…構造物表面                      Ｇ…多角形
Ｓ…基準点                          Ｐ…移動位置
【要約】
構造物１上の所定域の複数の基準点Ｓ１〜Ｓ１６にそれぞれターゲット１０を固定し，先ず３以上の基準点Ｓを頂点とする第１多角形Ｇ１の中央部Ｏに設置した三次元計測器１８で第１多角形Ｇ１の各頂点までの三次元ベクトルを求めて所定座標系における第１多角形Ｇ１上の各基準点Ｓ１〜Ｓ６の三次元座標を計測する。次いで，３以上の座標計測済み基準点と１以上の座標未計測基準点とを頂点とする第ｎ多角形Ｇ（ｎ）（ｎは２以上の整数）の各頂点が見通せる中央部Ｐ（ｎ）に移動させた三次元計測器１８で視準した第ｎ多角形Ｇ（ｎ）の各頂点までの三次元ベクトルを求めて所定座標系における計測器１８の移動位置Ｐ（ｎ）の三次元座標と第ｎ多角形Ｇ（ｎ）上の座標未計測基準点の三次元座標とを計測するサイクルを繰返すことにより所定域の全ての基準点Ｓの三次元座標を計測したのち，網平均計算により各基準点Ｓの三次元座標を定める。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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