(57)【要約】【課題】  視界条件が厳しく、４点以上の基準点を確保することができない現場においても、高精度に測定を行うことが可能な、トータルステーションを用いた測定方法を提案する。【解決手段】  ３点の基準点１，２，３と少なくとも１点の測点４をトータルステーションで測定し、前記３点の基準点１，２，３のうち任意の１点を原点として、前記３点の基準点１，２，３が、前記原点で互いに直交する３本の基準軸のうちいずれか２本の基準軸により形成される基準平面上に配置されるように、前記３点の基準点１，２，３及び前記測点４の座標変換をマトリックス演算により行い、前記測点４の座標値を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３点の基準点と少なくとも１点の測点をトータルステーションで測定し、
前記３点の基準点のうち任意の１点を原点として、前記３点の基準点が、前記原点で互いに直交する３本の基準軸のうちいずれか２本の基準軸により形成される基準平面上に配置されるように、前記３点の基準点及び前記測点を座標変換して、
前記測点の座標値を測定することを特徴とする、トータルステーションを用いた測定方法。
【請求項２】
前記座標変換をマトリックス演算により行うことを特徴とする、請求項１に記載のトータルステーションを用いた測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物等の変位測定等に有効な、トータルステーションを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物等の変位の測定について、トータルステーションを据え付けて定期的に測定を行う場合がある。
【０００３】
このように、トータルステーションを常時据え付けて測定を行うと、測点は移動していないにも関わらず、計測結果は周期的に変動して誤差が生じる場合がある。これは、トータルステーションを取り付けた架台やその取付具の温度膨張や日射等の自然要因の影響等による微妙な傾斜や変位、照度の変化等が原因になっていると考えられている。
【０００４】
このような誤差を修正する方法として、同一平面上にない４点の基準点を用いて、トータルステーションの位置のずれ（すなわち座標系のずれ）を初期状態に戻すための三次元座標の補正マトリックスを算出し、この補正マトリックスを用いて任意の測点の測定精度を向上させる、トータルステーションによる測定精度の向上方法（以下単に「測定精度向上方法」という場合がある）を開発し、実用化に至っている（特許文献１又は特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２３５２７号公報（［０００７］−［００１６］）
【特許文献２】特開２００１−２２１６３５号公報（［００１１］−［００１９］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、例えば、トンネルの坑内や障害物の多い都市部のように、視界条件の厳しい現場における測定では、有効な４点の基準点を確保できない場合がある、という問題点を有している。つまり、前記の測定精度向上方法は、４点の基準点を設定することが可能な広くて見晴らしのいい現場では有効であるが、視界条件の厳しい現場における測定では、４点の基準点を確保することが困難であるために、適用することができない場合があった。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、視界条件が厳しく、立体的に配置される４点の基準点を確保することができない現場においても、高精度に測定を行うことが可能な、トータルステーションを用いた測定方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、請求項１に記載のトータルステーションを用いた測定方法は、３点の基準点と少なくとも１点の測点をトータルステーションで測定し、前記３点の基準点のうち任意の１点を原点として、前記３点の基準点が前記原点で互いに直交する３本の基準軸のうちいずれか２本の基準軸により形成される基準平面上に配置されるように、前記３点の基準点及び前記測点を座標変換して、前記測点の座標値を測定することを特徴としている。
【０００８】
かかるトータルステーションを用いた測定方法は、トータルステーションに自然要因等が原因による微小な傾斜や移動が生じた場合でも、３点の基準点を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる基準軸のうち、いずれか２本の基準軸により形成される基準平面（Ｘ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面又はＺ−Ｘ平面）上に配置されるように移動することで、座標系を初期状態に修正するため、高精度に測点の座標値を測定することが可能となる。そのため、近接施工等に伴う構造物の変位計測などに関しても、正確にその変位を測定することができる。また、３点の基準点によりその測定が可能なため、障害物の多い都市部やトンネル等の限られた空間内での測定に関しても、必要な数の基準点を容易に設定することが可能である。
ここで、トータルステーションとは、測距と測角を同時に測定するとともに、その結果を自動記録することが可能な測量機械である。また、コンピュータやプロッタ等を組み合わせることによりシステム化し、大量に計算値を処理することを可能としている。
【０００９】
また、前記トータルステーションを用いた測定方法において、各基準点及び測点の座標変換をマトリックス演算により行えば、複数の点の座標変換を容易に行うことが可能なため、好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のトータルステーションを用いた測定方法により、視界条件が厳しく、立体的に配置される４点以上の基準点を確保することができない現場においても、自然要因等により生じるトータルステーションの傾斜や移動等からなる誤差（座標系のずれ）を修正して、高精度に測定を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係るトータルステーションを用いた測定方法説明図である。
【００１２】
本実施の形態では、近接施工における既設構造物の変位計測を、本発明のトータルステーションを用いた測定方法により行う場合について説明する。
【００１３】
＜基準点及び測点の測定＞
まず、トータルステーションを据え付ける機械点と、３点の基準点を設定する。ここで、機械点と基準点は移動することのない、不動の位置に設定するものとする。また、機械点は、トータルステーションにより各基準点と各測点を見渡すことができる位置に設定するものとする。
【００１４】
次に、機械点にトータルステーションを据え付けて、各基準点１，２，３及び測点４を測定し、その座標を得る（図１（ａ）参照）。ここで、本実施の形態では、測点４として、既設構造物の任意の１点について測定するものとする。
ここで、測定により得られた各基準点１，２，３及び測点４の測定座標値を、それぞれ、基準点１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、基準点２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、基準点３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、測点４（ｘ４，ｙ４，ｚ４）とする。
【００１５】
＜座標変換＞
次に、各基準点１，２，３が同一の基準平面上（本実施の形態ではＸ−Ｙ平面）に配置されるように各基準点１，２，３及び測点４の座標変換を行う。
【００１６】
（１）平行移動
まず、下式（式１）により、基準点１を原点として、基準点１の測定座標値（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各基準軸の交点である原点（０，０，０）に配置されるように、全測定座標値を平行移動させる（図１（ａ）参照）。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
（２）Ｚ軸による回転移動
次に、基準点２がＹ軸とＺ軸により形成されるＹ−Ｚ平面上に配置されるようにＺ軸を軸として基準点２，３と測点４を回転移動する。
図１（ａ）に示すように、基準点１と基準点２とを結ぶ線分がＹ−Ｚ平面となす角度ｋｚを式２により求めて、Ｚ軸を軸としてこの角度ｋｚだけ、基準点２，３と測点４を回転移動させる。この作業により、図１（ｂ）に示すように、基準点２がＹ−Ｚ平面上に配置される。なお、各座標値は、式４に示すように、式３に示すＺ軸の回転マトリックスｍｚにより算出する。なお、基準点１（ｘ０１，ｙ０１，ｚ０１）は原点なので、回転移動しない。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
（３）Ｘ軸による回転移動
続いて、基準点２がＹ軸の軸線上に配置されるように、Ｘ軸を軸として、基準点２，３と測点４を回転移動する。
図１（ｂ）に示すように、基準点１と基準点２とを結ぶ線分がＸ−Ｙ平面となす角度ｋｘを式５により求めて、Ｘ軸を軸としてこの角度ｋｘだけ、基準点２，３と測点４を回転移動させる。この作業により、図１（ｃ）に示すように、基準点２がＹ軸上に配置される。なお、各座標値は、式７に示すように、式６に示すＸ軸の回転マトリックスｍｘにより算出する。また、基準点１（ｘ０１，ｙ０１，ｚ０１）は原点なので、回転移動しない。
【００２１】
【数３】
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【００２２】
（４）Ｙ軸による回転移動
さらに、基準点３がＸ軸とＹ軸により形成されるＸ−Ｙ平面上に配置されるように、Ｙ軸を軸として回転移動する。
図１（ｃ）に示すように、基準点３とＸ−Ｙ平面となす角度ｋｙを式８により求めて、Ｙ軸を軸としてこの角度ｋｙだけ基準点３及び測点４を回転移動させる。この作業により、図１（ｄ）に示すように、基準点１，２，３の３点がＸ−Ｙ平面上に配置される。なお、各座標値は、式１０に示すように、式９に示すＹ軸の回転マトリックスｍｙにより算出する。なお、基準点１及び基準点２はＹ軸の軸線上にあるため、回転移動しない。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
式１０により、基準点１，２，３を基準とした測点４の測定時の座標値（ｘ０４ｚｘｙ，ｙ０４ｚｘｙ，ｚ０４ｚｘｙ）が算出される。
【００２５】
以上の作業を繰り返し定期的に行い、測点４の初期値や過去に算出された座標値と比較することで、構造物の変位の確認を行うことができる。
【００２６】
＜基準点の移動の確認＞
前記の方法により、測定された各基準点１，２，３間の直線長を算出して、初期段階の各直線長と比較することにより、基準点の移動の確認を行う。
【００２７】
本発明に係るトータルステーションを用いた測定方法は、基準点１，２，３を同一の基準平面（Ｘ−Ｙ平面）上に移動して、常に同じ状態（初期状態）に変換した後、測点４の座標を測定するため、トータルステーションが何らかの原因により傾斜や移動した場合でも、測定値に影響を及ぼすことがない。
【００２８】
また、トータルステーションの移動などにより生じる誤差を、３点の基準点１，２，３を利用することで修復することが可能なため、トンネル坑内や都市部等、限られた視界条件内において測定を行うために多数の基準点を設けることができない箇所においても、高精度な測定が可能である。
【００２９】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、座標変換に関する回転の順番は限定されるものではなく、最終的に３点の基準点が同一の基準平面上に変換することが可能であればよいことはいうまでもない。
【００３０】
また、前記実施の形態では、近接施工に伴う、既設構造物の変位測定に本発明に係るトータルステーションを用いた測定方法を採用するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えばトンネル内における内空変位測定や供用後の構造物の変位測定等に使用してもよく、任意の点にトータルステーションを据え付けて、定期的に各測点の経時的変化を測定する必要がある測定に有効である。
また、前記実施の形態では、常設したトータルステーションにより測定を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、測定時にその都度トータルステーションを据え付けて行う場合でも、当該トータルステーションを用いた測定方法を適用することが可能である。
【００３１】
また、本発明のトータルステーションを用いた測定方法に使用するトータルステーションの機種は限定されるものではなく、例えば自動追尾式トータルステーションやノンプリズム搭載型トータルステーション等を使用してもよい。
【００３２】
また、原点に設定される基準点は限定されるものではなく、変位測定の期間中、同一の基準点を使用するのであれば、３点のうちどの基準点を使用してもよい。
また、前記実施の形態では、測点を１点としたが、測点の数は限定されるものではなく、前記実施の形態と同様の方法により、複数点について測定を行ってもよい。
【００３３】
また、前記実施の形態では、基準点の移動の確認を行うものとしたが、基準点の移動の確認は必要に応じて行えばよく、基準点の移動が生じないことが確信されていれば、行わなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係るトータルステーションを用いた測定方法の各段階を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２，３  基準点
４          測点
【図１】
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