(57)【要約】【課題】  正確な立体図が作成できる測量方法、立体図作成方法及び測量用ターゲットを提供する。【解決手段】  トータルステーションをＩＳに設置して構造物に複数設けたＴ１〜Ｔ５に立てられた測量用ターゲットを測角・測距して座標を計算する。次に、３次元レーザスキャナー測定機を設置してＴ１、Ｔ３、Ｔ４に立てられた測量用ターゲット及び構造物の表面上の点を測定する。精度よく測定できるよう基準点を変えて構造物の表面上の点を測定する。このようにして取得した座標をコンピュータに取り込み、３次元座標における立体図形を２次元座標に投影してコンピュータの画面に描画する。【選択図】  図１
2006162444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の立体図を作成する立体図作成方法において、
複数の前視点に設けられた測量用ターゲットをトータルステーションによって測角・測距して前記複数の前視点の座標を求めることによって複数の基準点をつくる第１の過程と、
前記複数の基準点の中から３つの基準点を選択する第２の過程と、
選択された前記３つの基準点に設けられた測量用ターゲットの表面と前記構造物の表面とを３次元レーザスキャナー測定機によって測定し、これら測量用ターゲットの表面上と前記構造物の表面上の複数の点の座標を求める第３の過程と、
を有する立体図作成方法であって、
前記第２の過程においては、選択される３つの基準点のうちの少なくとも２つの基準点間の鉛直方向の座標の差が、前記３次元レーザスキャナー測定機を設けた場所から前記構造物までの距離の１００分の１以上となるように、３つの基準点を選択する
ことを特徴とする立体図作成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の立体図作成方法において、
前記第２の過程で３つの基準点を選ぶ際に、前記３次元レーザスキャナー測定機の設置場所を基準として、対象とする前記構造物に近い側の２つの基準点と、当該構造物から遠い側の１つの基準点を選択することを特徴とする立体図作成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の立体図作成方法において、
前記第３の過程で求めた前記構造物の表面上の複数の点の座標と、外部から与えられる面とに基づき、これら複数の点から当該面に降ろした垂線の足の座標を求める計算処理を行う第４の過程をさらに有することを特徴とする立体図作成方法。
【請求項４】
複数の前視点に設けられた測量用ターゲットを座標が既知である器械点に設置されたトータルステーションによって測角・測距して前記複数の基準点の座標を求める基準点座標算出方法であって、
前記トータルステーションの望遠鏡が第１の方向の状態で、座標が既知である後視点を視準し、
次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第１の方向の状態で、前記望遠鏡を一方向に旋回させることによって前記前視点を順次測角・測距し、
次に、前記望遠鏡を反転させて第２の方向の状態とし、
次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第２の方向の状態で、前記望遠鏡を逆方向に旋回させることによって前記前視点を順次測角・測距し、
次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第２の方向の状態で、前記後視点を視準する
ことを特徴とする基準点座標算出方法。
【請求項５】
器械点からトータルステーションによって、構造物における第１のコーナーおよび第２のコーナーの座標を測量するコーナー座標測量方法であって、
前記器械点から前記第１のコーナーへの方向を視準し、水平角と鉛直角とを求める第１の過程と、
前記器械点から前記第２のコーナーへの方向を視準し、水平角と鉛直角とを求める第２の過程と、
前記第１のコーナーと前記第２のコーナーを結ぶ線分上で、前記第１のコーナーと前記第２のコーナーより内側に、第１の測距点の水平角と鉛直角とを定め、第２の測距点の水平角と鉛直角とを定め、前記器械点からこれら第１の測距点と第２の測距点までのそれぞれの距離を測量する第３の過程と、
前記第１の測距点の水平角と鉛直角および前記器械点から前記第１の測距点までの距離に基づき前記第１の測距点の座標を求め、前記第２の測距点の水平角と鉛直角および前記器械点から前記第２の測距点までの距離に基づき前記第２の測距点の座標を求める第４の過程と、
前記第１の測距点の座標と前記第２の測距点の座標とに基づき、前記第１の測距点の座標と前記第２の測距点とを結ぶ線を求める第５の過程と、
当該線上において前記第１の角度と前記第２の角度とに基づく第１のコーナーの座標を求めるとともに、当該線上において前記第３の角度と前記第４の角度とに基づく第２のコーナーの座標を求める第６の過程と、
を有することを特徴とするコーナー座標測量方法。
【請求項６】
器械点からトータルステーションによって、構造物における点の座標を測量する立体図作成方法であって、
前記構造物における面に属する３つの点を測角・測距し、これら３つの点の座標を求める第１の過程と、
前記器械点から前記面に属する点を測角し、水平角と鉛直角とを求め、前記第１の過程において求めた３つの点の座標を通る平面と、前記第１の角度と第２の角度とに基づく直線との交点の座標を求める過程を複数回繰り返すことによって立体図を作成する第２の過程と
を有することを特徴とする立体図作成方法。
【請求項７】
後視点の座標、器械点の座標、構造物上の第１のコーナーへの水平角と鉛直角及び第２のコーナーへの水平角と鉛直角、前記第１のコーナーと前記第２のコーナーを結ぶ線分上の第１の点の座標及び第２の点の座標を入力する処理と、
前記第１の点の座標と前記第２の点の座標とに基づき、前記第１の点の座標と前記第２の点とを結ぶ線を求める処理と、
前記線上において前記第１のコーナーへの水平角と鉛直角とに基づく前記第１のコーナーの座標を求めるとともに、当該線上において前記第２のコーナーの水平角と鉛直角とに基づく前記第２のコーナーの座標を求める処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
後視点の座標、器械点の座標、構造物における面に属する３つの点の座標、前記面に属する点への水平角と鉛直角を入力する処理と、
前記３つの点の座標を通る平面を求め、前記平面と、前記水平角と鉛直角とに基づく直線との交点の座標を求める処理を複数回繰り返すことによって立体図を作成する処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
反射鏡と基準物と測点部とを備え、前記基準球の中心と前記測点部とを結ぶ軸上において、または、前記軸上の近傍に所定のプリズム定数だけ隔てて、前記反射鏡を配置したことを特徴とする測量用ターゲット。
【請求項１０】
２つの反射鏡と１つの測点部とを軸線上に配置した測量用ターゲットであって、
前記２つの反射鏡を備えた反射鏡支持部と、
前記１つの測点部を備えた測点支持部と、
前記反射鏡支持部と前記測点支持部とを前記軸線から離れた位置において相互に連結する連結部と、
を備えた測量用ターゲット。
【請求項１１】
前記測点支持部は前記軸線上に前記１つの測点部と逆向きにさらにもう１つの測点部を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の測量用ターゲット。
【請求項１２】
ターゲット板と、前記ターゲット板に連結された反射鏡ユニットとを備えた測量用ターゲットであって、
前記反射鏡ユニットは、
反射鏡本体と、
前記反射鏡本体を水平軸線を中心に回転可能とする第１の回転手段と、
前記反射鏡本体を鉛直軸線を中心に回転可能とする第２の回転手段と、
を備えた測量用ターゲット。
【請求項１３】
前記反射鏡ユニットの少なくとも一部が前記ターゲット板の側面から外方に露出していることを特徴とする請求項１２に記載の測量用ターゲット。
【請求項１４】
請求項５に記載のコーナー座標測量方法により求めた構造物のコーナーの座標を用いて構造物の立体図を作成する第１の過程と、
請求項６に記載の立体図作成方法により求めた構造物における点の座標を用いて構造物の立体図を作成する第２の過程と、
請求項３に記載の立体図作成方法を用いて構造物の立体図を作成する過程と、
を有する立体図作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造物の外部の形状または内部の空間について正確な立体図を作成するための測量方法、立体図作成方法及び測量用ターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地形、構造物等の測量においては、特許文献１に記載されているように、既知点の座標を基に地形、構造物等に沿って距離及び角度（水平角及び鉛直角）を測量して座標を計算し、その座標を結線して作図する。既知点とは、測量の基準とされる座標においてＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の値が既知である点である。
【特許文献１】特開２００１−１３３２６０号公報
【０００３】
上記のような地形、構造物等の測量において、従来用いられている測量用機器及び測量方法について説明する。以下、測量装置であるトータルステーションの構成、測量の目標物である測量用ターゲットの構成、これらを用いた基準点の測量方法、３次元レーザスキャナー測定機による構造物の測定方法の順に説明する。
【０００４】
まず、図８を参照して従来の測量装置であるトータルステーション１００について説明する。トータルステーション１００の本体１０３は、望遠鏡１０４を測量用ターゲットに向けるため、台１０９の上を回転軸１０１のまわりに３６０度回転する。また、望遠鏡１０４は本体１０３に対して回転軸１０２のまわりを３６０度回転する。測量用ターゲットに向けられた望遠鏡１０４はレーザー部１０７からレーザーを発光し、測量用ターゲットの反射鏡による反射光を受光して測角・測距する。なお、測量の目標物までの距離が近い場合は、測量用ターゲットを設けなくても測角・測距することができる。操作制御部１０８はＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ディスプレイ、操作ボタン、データ出力手段を備え、操作ボタンからの指示に基づき各部を制御し、また、測角・測距によって得た角度及び距離から座標を計算し記憶する。記憶された座標データは記憶媒体を介してパソコンに取り込むことができる。三脚１１０は本体１０３等を設置するために用いられる。
【０００５】
次に、前述のトータルステーション１００による測量の目標物である測量用ターゲットについて説明する。以下、図９、図１５を参照して２種類の測量用ターゲットの構成を説明する。
図９は測量用ターゲット２１０を示す。これは図１０に示すピンポール２１６、プリズム支持部２１７、石突き２１８がねじで接合されたものである。ピンポール２１６は軸線２１１上において棒状に成形されており、片側にねじ山２２５を有する。プリズム支持部２１７は、プリズム取付部２２７、水準器２２４、ねじ孔２２６及び２２８を有する。プリズム取付部２２７には、反射鏡である図１１に示す１素子プリズム２１２が取り付けられ、プリズム取付部２２７は鉛直方向に向きを変えることができる。これにより、プリズム取付部２２７の向きを鉛直方向に調整して、トータルステーション１００からレーザーが入射する方向に１素子プリズム２１２を向けることができる。
１素子プリズム２１２は中心２１３で３つの面が直交するよう成形され、正面から左右４５度の範囲の角度で入射するレーザーを、入射する方向に関わらず入射方向へ１８０度折り返すコーナーキューブプリズムである。石突き２１８は軸線２１１上において棒状に成形されており、ねじ山２２９と基準点に接触させる測点部２１４を有する。
【０００６】
図９に示す測量用ターゲット２１０は、１素子プリズム２１２の中心２１３と石突き２１８の測点部２１４は軸線２１１上に配置され、測量用ターゲット２１０のプリズム取付部２２７の向きを鉛直方向に変えても、１素子プリズム２１２の中心２１３の位置は変わらない。これはプリズム定数が０の場合であり、このプリズム定数が０でない場合、すなわち、１素子プリズム２１２の中心２１３と軸線２１１とがプリズム定数の示す距離だけずれた位置にあってもよい。例えば、３ｃｍのプリズム定数を有する場合とは、１素子プリズム２１２の正面をトータルステーション１００に向けたときに、トータルステーション１００に近づく方向に軸線２１１から３ｃｍずれていることを表す。このような測量用ターゲットを用いて測量を行った場合には、トータルステーション１００から１素子プリズム２１２の中心２１３を測距し、その結果に３ｃｍを加算する。
【０００７】
測量用ターゲット２１０のプリズム支持部２１７は、１素子プリズム２１２とは異なる反射鏡である図１２に示す３６０度プリズム３０で置き換えてもよい。３６０度プリズム３０の反射部３３は、図１３に示すように６つの面から構成される。これは、１素子プリズム２１２（図１１）と同様にコーナーキューブプリズムである１素子プリズム３４（図１４）が６個用いられそれぞれの中心３５が１点で接するように接合されている。したがって、軸線１１のまわりに３６０度のどの方向からレーザーが入射しても６つのプリズムのいずれかが入射方向へ１８０度折り返す。測量用ターゲット２１０のプリズム支持部２１７は１素子プリズム２１２の正面から左右４５度の範囲の角度でレーザーを入射する必要があったが、プリズム支持部２１７を３６０度プリズム３０で置き換えることで、測量用ターゲット２１０の反射鏡の向きは意識する必要がなくなる。
【０００８】
図１５は測量用ターゲット２５０を示す。これは、例えば三脚の取付台２５３の上に設置される。プリズム取付部２５１は水平軸線２５５のまわりに向きを変えることができる。プリズム取付部２５１には、図１１の１素子プリズム２１２が取り付けられている。これにより、プリズム取付部２５１の向きを鉛直方向に調整して、１素子プリズム２１２をトータルステーション１００からレーザーが入射する方向に向けることができる。ターゲット板２５２は、後述する３次元レーザスキャナー測定機により表面上の複数の点の座標を取得して、トータルステーション１００により取得した１素子プリズム２１２の中心２１３の座標と位置合せをするときに用いられる。
【０００９】
次に、図１、図８、図９、図１０を参照して、トータルステーション１００を用いた従来の基準点座標算出方法を説明する。図１は測量装置及び測量用ターゲットの配置を示す平面図である。この図においてＢＳを後視点といい、座標が既知である点を用いる。
まず、ＩＳはトータルステーション１００が設置される位置であり、この点を器械点という。この座標も既知とする。次に、後視点ＢＳ及び前視点Ｔ１にそれぞれ測量用ターゲット２１０（図９）の測点部２１４を立て、水準器２２４（図１０）により鉛直に立っていることを確認し、トータルステーション１００の操作制御部１０８（図８）を操作して望遠鏡１０４をＢＳ及びＴ１に立てた測量用ターゲット２１０の１素子プリズム２１２に向け、それぞれの方向をトータルステーション１００に記憶させる。
【００１０】
次に、操作制御部１０８から測量開始を指示すると、トータルステーション１００はレーザー部１０７からレーザーを発光してＢＳに立てた測量用ターゲット２１０の１素子プリズム２１２を視準する。次に、トータルステーション１００の本体１０３は、軸１０１のまわりを回転するとともに軸１０２のまわりを回転し、望遠鏡１０４の方向をＴ１に立てた測量用ターゲット２１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。
【００１１】
次に、距離と角度を正確に測量するため、望遠鏡１０４を対回（ついかい）させる。すなわち、本体１０３を軸１０１のまわりに１８０度回転させるとともに望遠鏡１０４を軸１０２のまわりに１８０度回転させる。これにより望遠鏡１０４の上下が反転することになる。この状態でＴ１に立てた測量用ターゲット２１０を再度測角・測距した後、ＢＳに立てた測量用ターゲット２１０を視準した方向に戻して再度視準する。トータルステーション１００の操作制御部１０８は、このようにして得られた角度及び距離と後視点及び器械点の座標から前視点の座標を計算する。
【００１２】
以上はトータルステーション１００による自動測量である。操作制御部１０８を操作して手動で測量する場合は次のように行われる。まず、トータルステーション１００及び測量用ターゲット２１０を上記と同様に設置する。次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４のレーザー部１０７からレーザーを発光してＢＳに立てた測量用ターゲット２１０の１素子プリズム２１２を視準する。次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４の方向をＴ１に立てた測量用ターゲット２１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。
【００１３】
次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４を対回させる。この状態で操作制御部１０８を操作して、Ｔ１に立てた測量用ターゲット２１０の再度測角・測距した後、ＢＳに立てた測量用ターゲット２１０の方向に戻して再度視準する。操作制御部１０８は、このようにして得られた距離及び角度と後視点及び前視点の座標から前視点の座標を計算する。
【００１４】
上記のトータルステーション１００は前視点を測角・測距してその座標を取得するものであるが、これに対し、構造物の表面上の点の座標を大量に取得できる３次元レーザスキャナー測定機が知られている。この測定機の動作は一例として水平方向３６０度、上下方向６０度について角度読取分解能０．００１８度の精度でレーザーを照射して構造物の表面上の点の座標及び色（ＲＧＢと照度）を毎秒５０００点の速度で取得することができる。取得した座標データは記憶媒体を介してパソコンに取り込むことができる。なお、ここで取得することができる座標は、３次元レーザスキャナー測定機を基準とする相対座標である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のトータルステーションは１点づつ測角・測距して、主に地形、構造物等の平面図を作成するために用いられている。また、上記の３次元レーザスキャナー測定機は、主に建築物、橋梁、ダム等の構造物をある地点から見たときの外部の形状を測定して、ある特定の構造物の立体図を作成するために用いられている。したがって、これらの技術によれば、地下街、トンネル等の構造物の内部の空間、あるいは、構造物の外部の形状を作図するには平面図を作成するか、または、ある地点から見通せる範囲での立体図を作成するしかなかった。
この発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、構造物の外部の形状または内部の空間について正確な立体図を作成するための測量方法、立体図作成方法及び測量用ターゲットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、構造物の立体図を作成する立体図作成方法において、複数の前視点に設けられた測量用ターゲットをトータルステーションによって測角・測距して前記複数の前視点の座標を求めることによって複数の基準点をつくる第１の過程と、前記複数の基準点の中から３つの基準点を選択する第２の過程と、選択された前記３つの基準点に設けられた測量用ターゲットの表面と前記構造物の表面とを３次元レーザスキャナー測定機によって測定し、これら測量用ターゲットの表面上と前記構造物の表面上の複数の点の座標を求める第３の過程と、を有する立体図作成方法であって、前記第２の過程においては、選択される３つの基準点のうちの少なくとも２つの基準点間の鉛直方向の座標の差が、前記３次元レーザスキャナー測定機を設けた場所から前記構造物までの距離の１００分の１以上となるように、３つの基準点を選択することを特徴とする立体図作成方法である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の立体図作成方法において、前記第２の過程で３つの基準点を選ぶ際に、前記３次元レーザスキャナー測定機の設置場所を基準として、対象とする前記構造物に近い側の２つの基準点と、当該構造物から遠い側の１つの基準点を選択することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の立体図作成方法において、前記第３の過程で求めた前記構造物の表面上の複数の点の座標と、外部から与えられる面とに基づき、これら複数の点から当該面に降ろした垂線の足の座標を求める計算処理を行う第４の過程をさらに有することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、複数の前視点に設けられた測量用ターゲットを座標が既知である器械点に設置されたトータルステーションによって測角・測距して前記複数の基準点の座標を求める基準点座標算出方法であって、前記トータルステーションの望遠鏡が第１の方向の状態で、座標が既知である後視点を視準し、次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第１の方向の状態で、前記望遠鏡を一方向に旋回させることによって前記前視点を順次測角・測距し、次に、前記望遠鏡を反転させて第２の方向の状態とし、次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第２の方向の状態で、前記望遠鏡を逆方向に旋回させることによって前記前視点を順次測角・測距し、次に、前記トータルステーションの望遠鏡が第２の方向の状態で、前記後視点を視準することを特徴とする基準点座標算出方法である。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、器械点からトータルステーションによって、構造物における第１のコーナーおよび第２のコーナーの座標を測量するコーナー座標測量方法であって、前記器械点から前記第１のコーナーへの方向を視準し、水平角と鉛直角とを求める第１の過程と、前記器械点から前記第２のコーナーへの方向を視準し、水平角と鉛直角とを求める第２の過程と、前記第１のコーナーと前記第２のコーナーを結ぶ線分上で、前記第１のコーナーと前記第２のコーナーより内側に、第１の測距点の水平角と鉛直角とを定め、第２の測距点の水平角と鉛直角とを定め、前記器械点からこれら第１の測距点と第２の測距点までのそれぞれの距離を測量する第３の過程と、前記第１の測距点の水平角と鉛直角および前記器械点から前記第１の測距点までの距離に基づき前記第１の測距点の座標を求め、前記第２の測距点の水平角と鉛直角および前記器械点から前記第２の測距点までの距離に基づき前記第２の測距点の座標を求める第４の過程と、前記第１の測距点の座標と前記第２の測距点の座標とに基づき、前記第１の測距点の座標と前記第２の測距点とを結ぶ線を求める第５の過程と、当該線上において前記第１の角度と前記第２の角度とに基づく第１のコーナーの座標を求めるとともに、当該線上において前記第３の角度と前記第４の角度とに基づく第２のコーナーの座標を求める第６の過程と、を有することを特徴とするコーナー座標測量方法である。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、器械点からトータルステーションによって、構造物における点の座標を測量する立体図作成方法であって、前記構造物における面に属する３つの点を測角・測距し、これら３つの点の座標を求める第１の過程と、前記器械点から前記面に属する点を測角し、水平角と鉛直角とを求め、前記第１の過程において求めた３つの点の座標を通る平面と、前記第１の角度と第２の角度とに基づく直線との交点の座標を求める過程を複数回繰り返すことによって立体図を作成する第２の過程とを有することを特徴とする立体図作成方法である。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、後視点の座標、器械点の座標、構造物上の第１のコーナーへの水平角と鉛直角及び第２のコーナーへの水平角と鉛直角、前記第１のコーナーと前記第２のコーナーを結ぶ線分上の第１の点の座標及び第２の点の座標を入力する処理と、前記第１の点の座標と前記第２の点の座標とに基づき、前記第１の点の座標と前記第２の点とを結ぶ線を求める処理と、前記線上において前記第１のコーナーへの水平角と鉛直角とに基づく前記第１のコーナーの座標を求めるとともに、当該線上において前記第２のコーナーの水平角と鉛直角とに基づく前記第２のコーナーの座標を求める処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、後視点の座標、器械点の座標、構造物における面に属する３つの点の座標、前記面に属する点への水平角と鉛直角を入力する処理と、前記３つの点の座標を通る平面を求め、前記平面と、前記水平角と鉛直角とに基づく直線との交点の座標を求める処理を複数回繰り返すことによって立体図を作成する処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、反射鏡と基準物と測点部とを備え、前記基準球の中心と前記測点部とを結ぶ軸上において、または、前記軸上の近傍に所定のプリズム定数だけ隔てて、前記反射鏡を配置したことを特徴とする測量用ターゲットである。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、２つの反射鏡と１つの測点部とを軸線上に配置した測量用ターゲットであって、前記２つの反射鏡を備えた反射鏡支持部と、前記１つの測点部を備えた測点支持部と、前記反射鏡支持部と前記測点支持部とを前記軸線から離れた位置において相互に連結する連結部と、を備えた測量用ターゲットである。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の測量用ターゲットにおいて、前記測点支持部は前記軸線上に前記１つの測点部と逆向きにさらにもう１つの測点部を設けたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、ターゲット板と、前記ターゲット板に連結された反射鏡ユニットとを備えた測量用ターゲットであって、前記反射鏡ユニットは、反射鏡本体と、前記反射鏡本体を水平軸線を中心に回転可能とする第１の回転手段と、前記反射鏡本体を鉛直軸線を中心に回転可能とする第２の回転手段と、を備えた測量用ターゲットである。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の測量用ターゲットにおいて、前記反射鏡ユニットの少なくとも一部が前記ターゲット板の側面から外方に露出していることを特徴とする。
【００２９】
請求項１４に記載の発明は、請求項５に記載のコーナー座標測量方法により求めた構造物のコーナーの座標を用いて構造物の立体図を作成する第１の過程と、請求項６に記載の立体図作成方法により求めた構造物における点の座標を用いて構造物の立体図を作成する第２の過程と、請求項３に記載の立体図作成方法を用いて構造物の立体図を作成する過程と、を有する立体図作成方法である。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、３次元レーザスキャナー測定機による測定に用いる基準点を複数の基準点の中から適切に選択することにより、３次元レーザスキャナー測定機の設置位置や測定方向を変えて構造物の測定を行っても誤差を抑えて構造物の表面上の点の座標を取得することができる。また、このときに必要となる複数の基準点座標を効率的に算出することができる。また、構造物の正確な立体図を作成するために必要となる座標の取得や作図、すなわち、構造物の角の点（コーナー）の正確な座標の取得、測角のみの簡易な測量による点の座標の取得、物陰に隠れた点の座標の取得、天井や壁面等の微妙な凹凸を除外した平面の作図をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態における測量装置及び測量用ターゲットの配置を示す平面図である。図１のＢＳは前述の通り、座標が既知である後視点、Ｔ１からＴ５は測量によって座標を求める複数の前視点、ＩＳはトータルステーション１００の設置位置である器械点である。前視点は、構造物の形状に沿って適宜配置するが、座標を求めた後は基準点として用いられ、この座標は後で説明するように、３次元レーザスキャナー測定機による測定に適した位置関係に配置されていることが望ましい。
【００３２】
ＢＳ及びＴ１からＴ５には、図２、図４、図５、図１５に示すいずれかの測量用ターゲットを立てる。図１５に示す測量用ターゲット２５０については既に説明したので、図２、図４、図５に示す測量用ターゲットについて説明する。
【００３３】
図２は測量用ターゲット１０を示す。これは図３に球体部１５、ピンポール１６、プリズム支持部１７、石突き１８がねじで接合されたものである。
球体部１５は、中心１２を中心とする基準球１９、基準球１９を支持する支持部２０及び円盤２１、円盤２１の下部に設けられたねじ孔２２から構成される。基準球１９は３次元レーザスキャナー測定機がその表面上の点を測定し、中心１２の座標を計算するために用いられる基準物である。基準物としては基準球１９に代えてターゲット板を用いてもよい。基準物の中心とは、基準球の場合はその中心であり、ターゲット板の場合は重心、あるいは、形状が長方形の場合は対角線の交点としてもよい。円盤２１は球体部１５のみ単体で３次元レーザスキャナー測定機による測量用ターゲットとして設置するときに使用される。基準球１９の中心１２とねじ孔２２は軸線１１上にある。
【００３４】
ピンポール１６は軸線１１上において棒状に成形されており、両端にねじ山２３及び２５を有し、上部には水準器２４を有する。プリズム支持部１７は、水準器がない点を除き、図１０のプリズム支持部２１７と同様である。石突き１８は図１０の石突き２１８と同様である。図２に示す測量用ターゲット１０は、基準球１９の中心１２、１素子プリズム２１２の中心２１３、石突き１８の測点部１４は全て軸線１１上に配置され、プリズム取付部２７の向きを鉛直方向に変えても、１素子プリズム２１２の中心２１３の位置は変わらない。これはプリズム定数が０の場合であり、このプリズム定数が０でない場合、すなわち、軸線１１上からこのプリズム定数だけ隔てて反射鏡である１素子プリズム２１２を配置したものであってもよい。この場合の使い方は前述した通りである。
【００３５】
図４に示す測量用ターゲット２３０は、ターゲット板２３２と、これに連結された反射鏡ユニット２３６とを備える。反射鏡ユニット２３６は、プリズム取付部２３１が有する左右の突起を軸受けで支持することにより、プリズム取付部２３１を水平軸線２３５を中心に回転可能とする回転手段を備える。さらに、反射鏡ユニット２３６は、その上下に設けられた突起とターゲット板２３２に設けられた軸受けにより、鉛直軸線２３４を中心に回転可能とする回転手段を備える。プリズム取付部２３１は、１素子プリズム２１２を取り付けた反射鏡本体である。
この測量用ターゲット２３０は、図１５に示す従来の測量用ターゲット２５０とは異なり、プリズム取付部２３１を水平軸線２３４を中心に回転させることができる。これにより水平軸線２３４のまわりにプリズム取付部２３１の向きを変えるときには、測量用ターゲット２３０を持ち上げて置き直すことなく反射鏡ユニット２３６の向きを変えるだけでよい。
【００３６】
反射鏡ユニット２３６のプリズム取付部２３１に取り付けられている１素子プリズム２１２は、前述の通り、所定の範囲の角度で入射するレーザーを、入射する方向に関わらず入射方向へ１８０度折り返すので、この１素子プリズム２１２に対して必ずしも正面からレーザーを入射させる必要はない。しかし、１素子プリズム２１２の中心２１３から外れてレーザーが入射して折り返す場合には、トータルステーション１００の望遠鏡１０４で測角される角度に誤差が生じる。そこで、プリズム取付部２３１を鉛直軸線２３４を中心に回転させて、１素子プリズム２１２の正面にレーザーを入射させることにより誤差を抑えることができる。
また、測量用ターゲット２３０は、反射鏡ユニット２３６の一部がターゲット板２３２の側面から外方に露出している。これにより、ターゲット板２３２の側方から容易に反射鏡ユニット２３６に手で触れて向きを変えることができる。
図５に示す測量用ターゲット２４０は、ターゲット板２４２の形状が異なる他は測量用ターゲット２３０と同様である。
【００３７】
次に、図１及び図８を参照して、この発明の実施形態による測量方法及び立体図作成方法を説明する。まず、ＩＳにトータルステーション１００を設置し、その周囲に設けられた複数の前視点Ｔ１からＴ５を測角・測距して座標を求め基準点をつくる。
ＢＳは座標が既知の点である。ＩＳにトータルステーション１００を設置し、ＢＳ及び前視点Ｔ１からＴ５に測量用ターゲット１０を立て、これらを測角・測距する。なお、ここでは地下街、トンネル等の内部に空間を有する構造物において、その内部の空間の立体図を作成するものとし、図１において設けた各点の周囲には壁面や天井があるものとして説明する。
【００３８】
ＢＳ及びＴ１からＴ５に測量用ターゲット１０の測点部１４を立て、水準器２４により鉛直に立っていることを確認し、トータルステーション１００の操作制御部１０８を操作して望遠鏡１０４をＢＳ及び複数の前視点Ｔ１からＴ５に設けられた各測量用ターゲットの１素子プリズム２１２に向け、それぞれの方向をトータルステーション１００に記憶させる。なお、ここで使用する測量用ターゲットは、測量用ターゲット１０のプリズム支持部１７を前述した図１２の３６０度プリズム３０で置き換えたものでもよく、また、測量用ターゲット２３０、２４０、２５０のうちいずれかを用いてもよい。
【００３９】
次に、操作制御部１０８から測量開始を指示すると、トータルステーション１００は望遠鏡１０４を一方向に旋回させることによって複数の前視点を順次測角・測距する。すなわち、トータルステーション１００の望遠鏡１０４はレーザー部１０７からレーザーを発光してＢＳに立てた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２を視準する。次に、本体１０３が軸１０１のまわりに回転するとともに、望遠鏡１０４が軸１０２のまわりを回転し、望遠鏡１０４の方向をＴ１に立てられた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。次に、本体１０３が軸１０１のまわりに回転するとともに、望遠鏡１０４が軸１０２のまわりを回転し、望遠鏡１０４の向きをＴ２に立てられた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。Ｔ３からＴ５についても同様に測角・測距する。
【００４０】
Ｔ５まで測角・測距が終わると、正確な測量のためトータルステーション１００は望遠鏡１０４を対回させる。すなわち、本体１０３を軸１０１のまわりに１８０度回転させるとともに望遠鏡１０４を軸１０２のまわりに１８０度回転させることにより、望遠鏡１０４の上下を反転させる。そして、トータルステーション１００は望遠鏡１０４の上下が反転した状態で、Ｔ１からＴ５を順次測角・測距したときと逆方向に望遠鏡１０４を旋回させることによって複数の前視点を順次測角・測距する。すなわち、Ｔ５に立てられた測量用ターゲットを測角・測距した後、Ｔ４に立てられた測量用ターゲット１０の方向に旋回して再度測角・測距する。続いて、Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１の順に、これらの前視点に立てられた測量用ターゲット１０の方向に旋回して再度測角・測距した後、ＢＳに立てられた測量用ターゲット１０の方向に旋回して再度視準する。
前視点を測角・測距する従来の方法によれば、座標が既知のＢＳを基に前視点を１つづつ測角・測距するので、前視点が複数の場合は、前視点の数だけ望遠鏡１０４の対回及びＢＳと前視点の間の往復が発生する。しかし、上記の方法によれば、望遠鏡１０４の旋回は１往復で済み、望遠鏡１０４の上下を反転させる対回も１回で済むので、多数の前視点の測角・測距においては要する時間が短縮される。
【００４１】
以上で、Ｔ１からＴ５に立てられた測量用ターゲット１０が測角・測距されたので、操作制御部１０８において後視点ＢＳ及び器械点ＩＳの座標を基に複数の前視点Ｔ１からＴ５の座標を求める。各前視点の座標は、測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２の中心２１３の座標が求まると、中心２１３と測点部１４との距離から求めることができる。測量用ターゲット１０が前述のプリズム定数を有する場合は、トータルステーション１００と中心２１３との距離に中心２１３と軸線１１との距離を加算して、中心２１３を軸線１１上に補正した点と測点部１４との距離から前視点の座標を求める。
【００４２】
以上はトータルステーション１００による自動測量である。操作制御部１０８を操作して手動で測量する場合は次のように行われる。まず、トータルステーション１００及び測量用ターゲット１０を上記と同様に設置する。次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４のレーザー部１０７からレーザーを発光してＢＳに立てた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２を視準する。
次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４の方向をＴ１に立てられた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４の向きをＴ２に立てられた測量用ターゲット１０の１素子プリズム２１２に合わせて測角・測距する。Ｔ３からＴ５についても同様に測角・測距する。
【００４３】
Ｔ５まで測角・測距が終わると、次に、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４を対回させる。そして、操作制御部１０８を操作して、望遠鏡１０４の上下が反転した状態で、Ｔ１からＴ５を順次測角・測距したときと逆方向に望遠鏡１０４を旋回させることによって複数の前視点を順次測角・測距する。すなわち、操作制御部１０８を操作して、Ｔ５に立てられた測量用ターゲットを測角・測距した後、操作制御部１０８を操作して、Ｔ４に立てられた測量用ターゲット１０の方向に旋回して再度測角・測距する。続いて、操作制御部１０８を操作して、Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１、ＢＳの順に、これらの前視点に立てられた測量用ターゲット１０の方向に旋回して再度測角・測距する。
以上で、Ｔ１からＴ５に立てられた測量用ターゲット１０が測角・測距されたので、操作制御部１０８においてＢＳの座標を基に複数の前視点Ｔ１からＴ５の座標を求める。
このようにして前視点Ｔ１からＴ５は座標が既知の後視点ＢＳから座標が求められると、それ以後は基準点と呼ばれる。以下の説明においてはＴ１からＴ５は基準点として説明する。
【００４４】
Ｔ１からＴ５の座標が求められたので、次に、３次元レーザスキャナー測定機によって構造物の表面上の複数の点を測定する。前述の通り３次元レーザスキャナー測定機により水平方向に３６０度について構造物の表面上の複数の点を測定するが、測定の誤差を小さくするため、基準点を変えて複数回測定し、基準点の選択の仕方により精度よく測定される範囲をつなぎ合わせる。
【００４５】
基準点の選択の仕方は、選択される３つの基準点のうちの少なくとも２つの基準点間の鉛直方向の座標の差が、３次元レーザスキャナー測定機を設けた場所から構造物までの距離の１００分の１以上となるように選択する。ここで構造物までの距離とは、３次元レーザスキャナー測定機の設置場所から、構造物において測定する範囲を見たときの、当該設置場所から構造物までの距離である。
さらに、３つの基準点を選ぶ際に、３次元レーザスキャナー測定機の設置場所を基準として、対象とする構造物に近い側の２つの基準点と、当該構造物から遠い側の１つの基準点を選択する。すなわち、３次元レーザスキャナー測定機の設置場所から、構造物において測定する範囲を見たときに、構造物から近い側の２つの基準点と、構造物から遠い側の１つの基準点を選択する。
【００４６】
図１において器械点ＩＳまたはこの付近に３次元レーザスキャナー測定機を設置し、基準点Ｔ３からＴ４にかけての方向について構造物の表面上の座標を測定する場合、構造物に近い側の２つの基準点はＴ３、Ｔ４であるが、構造物から遠い側の１つの基準を選択する必要がある。３次元レーザスキャナー測定機の設置場所から構造物までの距離を求め、その１００分の１の値を計算する。Ｔ３、Ｔ４のＺ座標の差がこの値以上でない場合は、もう１つの基準点とＴ３またはＴ４のＺ座標の差はこの値以上である必要がある。Ｔ１がこれらの条件を満たしているとして、ここではもう１つの基準点としてＴ１を選択する。３次元レーザスキャナー測定機は、これら３つの基準点Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４を結んでできる三角形の内側に設置する。Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４に測量用ターゲット１０を設け、３次元レーザスキャナー測定機によって測量用ターゲット１０の表面と構造物の表面を測定し、測量用ターゲット１０の表面上と構造物の表面上の複数の点の座標を求める。これは前述の通り、３次元レーザスキャナー測定機からレーザーを照射して自動測定することにより行う。このとき３次元レーザスキャナー測定機が設置された位置から見て、Ｔ３からＴ４にかけての方向について、精度よく測定できるので、立体図作成においてはこの範囲の方向について取得した構造物の表面上の点の座標を立体図作成に用いる。
【００４７】
このとき測量用ターゲット１０の基準球１９の表面上の複数の点の座標も取得される。この座標から基準球１９の中心１２の座標を計算する。次に、測量用ターゲット１０の基準球１９の中心１２と１素子プリズム２１２の中心２１３との距離から中心１２の座標を計算し、これをもとに測定によって得られた構造物の表面上の点の座標を求める。
同様に測量用ターゲット２３０、２４０、２５０のいずれかを用いた場合は、それぞれターゲット板２３２、２４２、２５２の表面上の点の座標からプリズムの中心２１３の座標を計算する。次に、３次元レーザスキャナー測定機で得られた座標を、トータルステーション１００で測量して座標を取得した基準点Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４に立てられた測量用ターゲット２３０、２４０、２５０のプリズムの中心２１３と位置合せする。すなわち、中心２１３の座標はトータルステーション１００によって既に求めた座標であるので、これを用いて構造物の表面上の点の座標を求める。
【００４８】
次に、図１において器械点ＩＳまたはこの付近に３次元レーザスキャナー測定機を設置し、基準点Ｔ４からＴ５にかけての方向について構造物の表面上の座標を測定する場合、構造物に近い側の２つの基準点はＴ４、Ｔ５であるが、構造物から遠い側の１つの基準を選択する必要がある。上記と同様にもう１つの基準点としてＴ２を選択し、３次元レーザスキャナー測定機は、これら３つの基準点Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５を結んでできる三角形の内側に設置する。Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５に測量用ターゲット１０を設け、３次元レーザスキャナー測定機によって測量用ターゲット１０の表面と構造物の表面を測定し、測量用ターゲット１０の表面上と構造物の表面上の複数の点の座標を求める。このとき３次元レーザスキャナー測定機が設置された位置から見て、Ｔ４からＴ５にかけての方向について、精度よく測定できるので、立体図作成においてはこの範囲の方向について取得した構造物の表面上の点の座標を立体図作成に用いる。
【００４９】
同様に、基準点Ｔ１からＴ５にかけての方向について構造物の表面上の座標を測定するため、もう１つの基準点としてＴ２を選択して３次元レーザスキャナー測定機によって測定し、Ｔ１からＴ５にかけての方向について取得した構造物の表面上の点の座標を立体図作成に用いる。また同様に、基準点Ｔ１からＴ２にかけての方向について構造物の表面上の座標を測定するため、もう１つの基準点としてＴ５を選択して３次元レーザスキャナー測定機によって測定し、Ｔ１からＴ２にかけての方向について取得した構造物の表面上の点の座標を立体図作成に用いる。また同様に、基準点Ｔ２からＴ３にかけての方向について構造物の表面上の座標を測定するため、もう１つの基準点としてＴ５を選択して３次元レーザスキャナー測定機によって測定し、Ｔ２からＴ３にかけての方向について取得した構造物の表面上の点の座標を立体図作成に用いる。このようにして全方向において構造物の表面上の点の測定を行う。
【００５０】
上記のようにして求めた構造物の表面上の複数の点の座標をもとに、次のようにして立体図の作成を行う。まず、コンピュータに上記で測定した複数の点の座標を取り込む。そして、数値データとして与えられた構造物の表面上の座標を３次元の座標空間にプロットし、線でつないだり、面を作成したりしてできる立体図形を、コンピュータの画面に投影して画像を描画する。立体図形を２次元座標に投影する手法として等角投影図法、斜投影図法等がある。
【００５１】
このようにして立体図を作成したとき、例えば壁や天井には微妙な凹凸があるので、これらの壁や天井に沿って必ずしも純粋な平面が形成されるわけではない。このような微妙な凹凸の除去は、以下のように、壁や天井に対応する平面を定め、この平面に対して上記で得られた座標から垂線を下ろすことにより行うことができる。
【００５２】
まず、壁や天井に対応する平面を定める。器械点ＩＳにトータルステーション１００を設置し、例えば天井の１点に合わせてレーザー部１０７よりレーザーを照射して測角・測距する。なお、壁や天井までの距離は短いので、測量用ターゲットを使用せずにトータルステーション１００からレーザーの反射光を検出して測角・測距することができる。このようにして得た角度及び距離から座標の計算を行う。これを天井の３点について行い３つの座標を計算する。これら３点の座標、及び、３次元レーザスキャナー測定機で求めた構造物の表面上の複数の点をコンピュータに取り込む。次に、この３点を通る平面を作図する。この平面は、３次元レーザスキャナー測定機で求めた構造物の表面上の複数の点の座標に対して、外部から与えられる面である。
【００５３】
次に、この平面に対して３次元レーザスキャナー測定機で求めた構造物の表面上の複数の点から垂線を降ろしたときの平面との交点である垂線の足の座標を求める計算処理を行う。この計算処理は、３点で特定される平面と他の１点が与えられたときに、その１点を通り平面に直交する直線と平面との交点の座標を求めるものであり、これを構造物の表面上の複数の点について繰り返し行う。
なお、３次元レーザスキャナー測定機では構造物の表面上の点の座標と色が測定できるので、この色を構造物の表面上の点から降ろした垂線の足の座標に着色すれば、平面上に構造物の色を再現することができる。
【００５４】
次に、構造物の正確なコーナーの座標を測量する方法を説明する。すなわち、３次元レーザスキャナー測定機で得られた座標そのものは、構造物のコーナーをねらって測量したものではなく、また、コーナーにねらいを合わせようとしてもコーナー自体が丸みを帯びている場合もあるので、正確な座標の取得は困難である。そこで、以下のようにして、器械点に設けられたトータルステーション１００によって、構造物におけるコーナーの座標を測量する。
【００５５】
図６は壁及び天井の一部の断面図である。後視点ＢＳ、器械点ＩＳの座標は図６に示す通りとし、コーナーＰ１、Ｐ２の座標がここで求めるものである。まず、器械点ＩＳに設けられたトータルステーション１００によって２つのコーナーＰ１、Ｐ２への方向を測量し、それぞれの水平角及び鉛直角を求める。ＩＳとＰ１を結ぶ直線の極座標系における水平角はθ１、鉛直角はφ１、ＩＳとＰ２を結ぶ直線の水平角はθ２、鉛直角はφ２であったとする。
次に、コーナーＰ１、Ｐ２を結ぶ線分上で、これらのコーナーより内側に、下記のようにして、測距点Ｐ１’の水平角と鉛直角を定め、測距点Ｐ２’の水平角と鉛直角を定める。
θ１’＝{（ｎ−１）×θ１＋θ２}／ｎ・・・Ｐ１’の水平角
φ１’＝{（ｎ−１）×φ１＋φ２}／ｎ・・・Ｐ１’の鉛直角
θ２’＝{θ１＋（ｎ−１）×θ２}／ｎ・・・Ｐ２’の水平角
φ２’＝{φ１＋（ｎ−１）×φ２}／ｎ・・・Ｐ２’の鉛直角
なお、Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線分上におけるＰ１’、Ｐ２’の位置は、Ｐ１及びＰ２がなす水平角及び鉛直角をｎ等分した内側の点である。トータルステーション１００は、操作制御部１０８から指定されたｎの値に基づき、上記のθ１’、φ１’、θ２’、φ２’を計算して望遠鏡１０４を自動旋回させ、器械点から測距点Ｐ１’、Ｐ２’までの距離を求める。そして、Ｐ１’の水平角、鉛直角、器械点から測距点Ｐ１’までの距離に基づき測距点Ｐ１’の座標を求め、Ｐ２’ の水平角、鉛直角、器械点から測距点Ｐ２’までの距離に基づき測距点Ｐ２’の座標を求める。この座標を図６のように表す。
ここで、測距点Ｐ１’の座標と測距点Ｐ２’の座標に基づき、これらを結ぶ直線は、ｓをパラメータとして、［数１］のように表すことができる。
【００５６】
【数１】
2006162444.tif 000003
また、ＩＳとＰ１を結ぶ直線及びＩＳとＰ２を結ぶ直線は、ｕをパラメータ、｜Ｂｌ｜ｘｙをＢＳ−ＩＳ間のＸＹ平面上の距離として、それぞれ［数２］、［数３］のように表すことができる。
【００５７】
【数２】
2006162444.tif 000004
【００５８】
【数３】
2006162444.tif 000005
ただし、これらの直線は、φ１、φ２が０又はπのときに限り、それぞれ［数４］、［数５］のように表される。ここで、±の符号は、φ＝０のとき＋、φ＝πのとき−である。
【００５９】
【数４】
2006162444.tif 000006
【００６０】
【数５】
2006162444.tif 000007
一般に、［数１］と［数２］（または［数４］）の交点Ｐ１は、これらの連立方程式を解いてパラメータｓ、ｕの値を求めることにより得られる。同様に［数１］と［数３］（または［数５］）の交点Ｐ２は、これらの連立方程式を解いてパラメータｓ、ｖの値を求めることにより得られる。以下、［数１］と［数２］の連立方程式を解くが、［数１］と［数３］の連立方程式を解く手順も同様である。すなわち、下記のようにして、測距点Ｐ１’、Ｐ２’を結ぶ直線上において、水平角θ１及び鉛直角φ１に基づくコーナーＰ１の座標を求める。同様にして、測距点Ｐ１’、Ｐ２’を結ぶ直線上において、水平角θ２及び鉛直角φ２に基づくコーナーＰ２の座標を求めることができる。ここで、［数６］のように変数を置き換える。
【００６１】
【数６】
2006162444.tif 000008
［数２］の左辺に［数１］の右辺を代入し、この両辺に［数６］を代入すると、［数７］、［数８］、［数９］となる。
【００６２】
【数７】
2006162444.tif 000009
【００６３】
【数８】
2006162444.tif 000010
【００６４】
【数９】
2006162444.tif 000011
ここで、
ｔａｎ（π／２−φ１）＝ｓｉｎ（π／２−φ１）／ｃｏｓ（π／２−φ１）
＝ｃｏｓφ１／ｓｉｎφ１
＝１／ｔａｎφ１
と変形できるので、［数９］をｕについて解くと［数１０］となる。
【００６５】
【数１０】
2006162444.tif 000012
これを［数７］の右辺に代入すると［数１１］が得られる。
【００６６】
【数１１】
2006162444.tif 000013
さらに［数１１］について、右辺の［数１２］を右辺の第１番目の括弧内に展開することにより［数１３］が得られる。
【００６７】
【数１２】
2006162444.tif 000014
【００６８】
【数１３】
2006162444.tif 000015
ここで、ｌｘ、ｌｙ、θ１、φ１は既知の値であるので、［数１４］に示す定数Ａを求めることができる。
【００６９】
【数１４】
2006162444.tif 000016
この定数を［数１３］に代入すると［数１５］となる。
【００７０】
【数１５】
2006162444.tif 000017
これをｓについて解くと［数１６］となる。
【００７１】
【数１６】
2006162444.tif 000018
このｓを［数１］に代入するとコーナーＰ１の座標を求めることができる。
【００７２】
上記のコーナー座標測量において、コンピュータが行う処理は次の通りである。まず、コンピュータに、後視点の座標（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、器械点の座標（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、構造物上の第１のコーナーＰ１への水平角θ１と鉛直角φ１、及び第２のコーナーＰ２への水平角θ２と鉛直角φ２、及び、第１のコーナーと第２のコーナーを結ぶ線分上の第１の点Ｐ１’の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び第２の点Ｐ２’の座標（ｘ２、ｙ２、ｚ２）が入力されるとこれをコンピュータの記憶装置に記憶する。
次に、コンピュータのＣＰＵは、第１の点Ｐ１’の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）と第２の点Ｐ２’の座標（ｘ２、ｙ２、ｚ２）を用いて［数１］により、第１の点Ｐ１’の座標と第２の点Ｐ２’とを結ぶ線を定める（ｘ２−ｘ１、ｙ２−ｙ１、ｚ２−ｚ１）の値を計算する。
次に、この線上において第１のコーナーＰ１への水平角θ１と鉛直角φ１とに基づく前記第１のコーナーＰ１の座標を求める。これは、コンピュータのＣＰＵが、後視点の座標（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、器械点の座標（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、第１の点Ｐ１’の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、第２の点Ｐ２’の座標（ｘ２、ｙ２、ｚ２）を用いて［数６］によりＬｘ、Ｌｙ、Ｌｚ、ｌｘ、ｌｙを計算し、ｌｘ、ｌｙを用いて［数１４］によりＡを計算し、これらの値を用いて［数１６］によりｓを計算し、これを用いて［数１］により（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。同様に、コンピュータのＣＰＵは、この線上において第２のコーナーＰ２の水平角θ２と鉛直角φ２とに基づく第２のコーナーＰ２の座標を計算する。
【００７３】
次に、トータルステーション１００を用いて平面上に作図を行う方法を説明する。既に、平面を作図する方法、例えば、部屋の内部から壁や天井に属する点を測角・測距してこれらをもとに平面を作図する方法について説明したが、さらに、壁として定めた平面上に窓を作図したいような場合には窓の４点の座標を求めて作図する。これを行うには壁として定めた平面上の４点が定まればよい。このような場合には、トータルステーション１００から窓の４角に１つづつレーザーで方向を合わせることにより点を指定し、それらを測角し、下記のようにして平面上の点の座標を計算する。これを４点について行い、これらを結線して窓を作図する。
【００７４】
図１の後視点ＢＳと器械点ＩＳの座標は［数１７］に示す通りとする。
【００７５】
【数１７】
2006162444.tif 000019
ＩＳとＢＳを結ぶ直線に対して、ＩＳと、トータルステーション１００を用いてレーザーで方向を合わせることにより指定した点を結ぶ直線の方向について測角して得られた水平角をθ、鉛直上方からの角度をφとする。また、構造物における面に属する３つの点をＱ１、Ｑ２、Ｑ３とする。これら３つの点の座標は器械点ＩＳに設けられたトータルステーション１００によって測角・測距して求めるが、ここでこれらの座標は［数１８］に示す通りとする。
【００７６】
【数１８】
2006162444.tif 000020
このとき、ｓ、ｔをパラメータとして、３点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を通る平面は［数１９］のように表すことができる。
【００７７】
【数１９】
2006162444.tif 000021
このとき、器械点ＩＳと構造物における面に属する点を通る直線上の点は、ｕをパラメータ、｜Ｂｌ｜ｘｙをＢＳ−ＩＳ間のＸＹ平面上の距離とし、前述の水平角θ及び鉛直角φを用いて［数２０］のように表すことができる。なお、前記の構造物における面に属する点の極座標系における水平角θ及び鉛直角φは、器械点からトータルステーション１００によって測角して求める。
【００７８】
【数２０】
2006162444.tif 000022
ただし、この直線は、φ＝０又はπのときに限り、［数２１］のように表される。ここで、［数２１］の±の符号は、φ＝０のとき＋、φ＝πのとき−である。
【００７９】
【数２１】
2006162444.tif 000023
一般に、［数１９］と［数２０］（または［数２１］）の交点は、これらの連立方程式を解いて、パラメータｓ、ｔ、ｕの値を求めることにより得られる。以下、［数１９］と［数２０］の連立方程式を解く。すなわち、以下のようにして、前記の３つの点の座標を通る平面と、前記の水平角θ及び鉛直角φに基づく直線の交点の座標を求める。ここで、［数２２］のように変数を置き換える。
【００８０】
【数２２】
2006162444.tif 000024
［数２０］の左辺に［数１９］の右辺を代入し、この両辺に［数２２］を代入すると、［数２３］、［数２４］、［数２５］となる。
【００８１】
【数２３】
2006162444.tif 000025
【００８２】
【数２４】
2006162444.tif 000026
【００８３】
【数２５】
2006162444.tif 000027
ここで、
ｔａｎ（π／２−φ）＝ｓｉｎ（π／２−φ）／ｃｏｓ（π／２−φ）
＝ｃｏｓφ／ｓｉｎφ
＝１／ｔａｎφ
と変形できるので、［数２５］をｕについて解くと［数２６］となる。
【００８４】
【数２６】
2006162444.tif 000028
これを［数２３］、［数２４］の右辺に代入すると、それぞれ［数２７］、［数２８］が得られる。
【００８５】
【数２７】
2006162444.tif 000029
【００８６】
【数２８】
2006162444.tif 000030
さらに［数２７］、［数２８］について、それぞれの右辺の［数２９］を、それぞれの右辺の第１番目の括弧内に展開することにより、［数３０］、［数３１］が得られる。
【００８７】
【数２９】
2006162444.tif 000031
【００８８】
【数３０】
2006162444.tif 000032
【００８９】
【数３１】
2006162444.tif 000033
ここで、ｌｘ、ｌｙ、θ、φは既知の値であるので、［数３２］、［数３３］に示す定数Ａ、Ｂを求めることができる。
【００９０】
【数３２】
2006162444.tif 000034
【００９１】
【数３３】
2006162444.tif 000035
これらの定数を［数３０］、［数３１］に代入すると、［数３４］、［数３５］となる。
【００９２】
【数３４】
2006162444.tif 000036
【００９３】
【数３５】
2006162444.tif 000037
［数３４］、［数３５］それぞれについて、パラメータｓ、ｔを含む項を左辺に移項し、ｓ、ｔを括り出す変形を行うと、［数３６］、［数３７］となる。
【００９４】
【数３６】
2006162444.tif 000038
【００９５】
【数３７】
2006162444.tif 000039
これらをｓ、ｔについて解くと、［数３８］、［数３９］となる。
【００９６】
【数３８】
2006162444.tif 000040
【００９７】
【数３９】
2006162444.tif 000041
このｓ、ｔを［数１９］に代入すると、３点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を通る平面上の点の座標を求めることができる。
【００９８】
上記ように座標を求めるときに、コンピュータが行う処理は次の通りである。まず、コンピュータに、後視点の座標（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、器械点の座標（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、構造物における面に属する３つの点の座標（ｘ１、ｘ２、ｘ３）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、この面に属する点への水平角θと鉛直角φが入力されるとこれをコンピュータの記憶装置に記憶する。構造物における面に属する複数の点についての水平角θと鉛直角φが入力された場合は、これらを記憶する。
次に、コンピュータのＣＰＵは、３つの点の座標（ｘ１、ｘ２、ｘ３）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を用いて［数１９］により、３つの点を通る面を定める（ｘ２−ｘ１、ｙ２−ｙ１、ｚ２−ｚ１）の値及び（ｘ３−ｘ１、ｙ３−ｙ１、ｚ３−ｚ１）の値を計算する。
次に、この平面と、水平角θと鉛直角φとに基づく直線との交点の座標を求める。これは、コンピュータのＣＰＵが、後視点の座標（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、器械点の座標（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、３つの点の座標（ｘ１、ｘ２、ｘ３）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を用いて［数２２］によりＬｘ、Ｌｙ、Ｌｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ、ｌｘ、ｌｙを計算し、ｌｘ、ｌｙ、θ、φを用いて［数３２］及び［数３３］によりＡ、Ｂを計算し、これらの値を用いて［数３８］及び［数３９］によりｓ、ｔを計算し、これを用いて［数１９］により（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。
構造物における面に属する複数の点についての水平角θと鉛直角φが入力された場合は、３つの点の座標を通る平面を求め、この平面と、前記水平角と鉛直角とに基づく直線との交点の座標を求める処理を複数回繰り返す。
【００９９】
以上で説明したのは、構造物がトータルステーション１００または３次元レーザスキャナー測定機から直接見通せるような場合である。これらの機器から直接見通すことができず、物陰に隠れた点の座標を求めるには次のようにして行うことができる。
ここでは、図７に示す測量用ターゲット４０を用いる。測量用ターゲット４０は、反射鏡である前述の３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂを備える。ピンポール４１の両端には３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂが接続されている。この３６０度プリズム３０ａ、ピンポール４１、３６０度プリズム３０ｂは、２つの反射鏡を備えた反射鏡支持部を形成する。
連結部４５は一方において３６０度プリズム３０ｂと接続され、もう一方において、互いに逆向きに石突き４３ｂ及び４３ｃが接続されている。石突き４３ｂ及び４３ｃは測点部４４ｂ、測点部４４ｃを備えた測点支持部を形成する。測点部４４ｂ、測点部４４ｃは必ずしも両方を備える必要はなく、どちらか一方のみでもよい。
３６０度プリズム３０ａの中心３５ａ、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂ、測点部４４ｂ、測点部４４ｃは全て軸線１１上に配置されており、連結部４５は、軸線１１から離れた位置において、前述の反射鏡支持部と測点支持部とを相互に連結する。
【０１００】
この測量用ターゲット４０の２つの測点部である測点部４４ｂ及び測点部４４ｃの使い方を順に説明する。まず、測点部４４ｂの使い方を説明する。例えば、部屋の中に壁とキャビネットが隙間を空けて設置されているときに、キャビネットの裏側の点に測点部４４ｂを接触させる。測点部４４ｂはキャビネットの陰に隠れて見えなくても、２つの３６０度プリズム３０ａ、３０ｂをトータルステーション１００から見通せるように設置し、これらを測角・測距して座標を求める。このとき、測点部４４ｂは３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂを含む反射鏡支持部と連結部４５によって軸線１１から離れた位置において連結されているので、障害物に遮られることなく３６０度プリズム３０ｂと測点部４４ｂとの間にある障害物をまたいで、座標を求めたい点に測点部４４ｂを接触させることができ、なおかつ、トータルステーション１００から３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂを測角・測距することができる。
【０１０１】
ここで、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａ、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂ、測点部４４ｂは、前述の通り軸線１１上に配置され、ピンポール４１及び連結部４５で接続されている。したがって、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａと３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂの間の距離、及び、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂと測点部４４ｂとの間の距離は固定されている。そこで、前述の通りトータルステーション１００によって測角・測距して求めた２つの座標、すなわち、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａの座標と３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂの座標を通る直線上において、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂと測点部４４ｂとの距離から測点部４４ｂの座標を求めることができる。
【０１０２】
次に、測点部４４ｃの使い方を説明する。測点部４４ｃは上記の測点部４４ｂと逆向きに設けられており、座標を求めたい点と障害物との位置関係により、前述の測点部４４ｂと使い分ける。例えば、部屋の中に壁とキャビネットが隙間を空けて設置されているときに、キャビネットに隠れた壁の点に測点部４４ｃを接触させる。また、別の例としては、屋外で電柱または樹木の陰に隠れた構造物の壁面の点に測点部４４ｃを接触させる。測点部４４ｃは障害物の陰に隠れて見えなくても、２つの３６０度プリズム３０ａ、３０ｂをトータルステーション１００から見通せるように設置し、これらの座標を求める。このとき、測点部４４ｃは３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂを含む反射鏡支持部と連結部４５によって軸線１１から離れた位置において連結されているので、障害物に遮られることなく３６０度プリズム３０ｂと測点部４４ｃとの間にある障害物をまたいで、座標を求めたい点に測点部４４ｃを接触させることができ、なおかつ、トータルステーション１００から３６０度プリズム３０ａ及び３６０度プリズム３０ｂを測角・測距することができる。
【０１０３】
ここで、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａ、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂ、測点部４４ｃは、前述の通り軸線１１上に配置され、ピンポール４１及び連結部４５で接続されている。したがって、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａと３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂの間の距離、及び、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂと測点部４４ｃとの間の距離は固定されている。そこで、前述の通りトータルステーション１００によって測角・測距して求めた２つの座標、すなわち、３６０度プリズム３０ａの中心３５ａの座標と３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂの座標を通る直線上において、３６０度プリズム３０ｂの中心３５ｂと測点部４４ｃとの距離から測点部４４ｃの座標を求めることができる。
【０１０４】
上記のキャビネットの裏側の座標を求める例においては、３６０度プリズム３０ａ、ピンポール４１、３６０度プリズム３０ｂ、連結部４５、測点部４４ｂで構成された測量用ターゲットで隠れた点の座標を求めることができ、また、上記のキャビネットに隠れた壁の点の座標を求める例においては、３６０度プリズム３０ａ、ピンポール４１、３６０度プリズム３０ｂ、連結部４５、測点部４４ｃで構成された測量用ターゲットで隠れた点の座標を求めることができる。したがって、必ずしも測点部４４ｂ、測点部４４ｃの両方を備える必要はない。しかし、これら両方を備えることで、３６０度プリズム３０ａ、ピンポール４１、３６０度プリズム３０ｂ、連結部４５を共用し、２種類の測量用ターゲットを用意することなく、座標を求めたい点と障害物との位置関係により、２つの測点部４４ｂと測点部４４ｃを使い分けることができる。
【０１０５】
以上で説明した測量方法、立体図作図方法を適宜併用することにより、構造物の正確な立体図を作成することができる。すなわち、構造物の正確なコーナーの座標を測量する方法により求めた座標を用いて構造物の立体図を作成し、その立体図に加えて、トータルステーション１００を用いて平面上に作図を行う方法を用いて立体図を作成し、さらにその立体図に加えて、３次元レーザスキャナー測定機によって構造物の表面上の複数の点を測定して求めた座標を用いて立体図を作成してもよい。
また、地下街、トンネル等、構造物の立体形状が複雑で、トータルステーション１００及び３次元レーザスキャナー測定機で一度に見通せないような場合には、トータルステーション１００及び３次元レーザスキャナー測定機の設置位置を移動しながら上記の手順を繰り返すことによって、構造物の全部の立体図を作成することができる。このような場合に新たに前視点を設置してその座標を求めることにより基準点をつくって行く必要があるが、このとき既に座標を求めた基準点を後視点として、トータルステーション１００により測角・測距を行い座標を求める。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
この発明は、地下街、トンネル等の構造物の立体図を作成するときに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】測量装置及び測量用ターゲットの配置を示す平面図である。
【図２】測量用ターゲット１０の構成を示す図である。
【図３】測量用ターゲット１０の各部の構成を示す図である。
【図４】測量用ターゲット２３０の構成を示す図である。
【図５】測量用ターゲット２４０の構成を示す図である。
【図６】コーナー測量における基準点、測量点等を示す図である。
【図７】測量用ターゲット４０の構成を示す図である。
【図８】トータルステーション１００の構成を示す図である。
【図９】測量用ターゲット２１０の構成を示す図である。
【図１０】測量用ターゲット２１０の各部の構成を示す図である。
【図１１】１素子プリズム２１２の構成を示す図である。
【図１２】３６０度プリズム３０の構成を示す図である。
【図１３】３６０度プリズム３０の反射部３３の構成を示す図である。
【図１４】反射部３３を構成する１素子プリズム３４を示す図である。
【図１５】測量用ターゲット２５０の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…測量用ターゲット
１１…軸線
１２…中心
１４…測点部
１５…球体部
１６…ピンポール
１７…プリズム支持部
１８…石突き
１９…基準球
２０…支持部
２１…円盤
２２…ねじ孔
２３、２５…ねじ山
２４…水準器
２６、２８…ねじ孔
２７…プリズム取付部
２９…ねじ山
３０、３０ａ、３０ｂ…３６０度プリズム
３３…反射部
３４…１素子プリズム
３５、３５ａ、３５ｂ…中心
４０…測量用ターゲット
４１…ピンポール
４３ｂ、４３ｃ…石突き
４４ｂ、４４ｃ…測点部
４５…連結部
１００…トータルステーション
１０１、１０２…回転軸
１０３…本体
１０４…望遠鏡
１０７…レーザー部
１０８…操作制御部
１０９…台
１１０…三脚
２１０…測量用ターゲット
２１１…軸線
２１２…１素子プリズム
２１３…中心
２１４…測点部
２１６…ピンポール
２１７…プリズム支持部
２１８…石突き
２２４…水準器
２２６、２２８…ねじ孔
２２７…プリズム取付部
２２９…ねじ山
２３０、２４０、２５０…測量用ターゲット
２３１、２４１、２５１…プリズム取付部
２３２、２４２、２５２…ターゲット板
２３３、２４３、２５３…三脚の取付台
２３４、２４４、２５４…鉛直軸線
２３５、２４５、２５５…水平軸線
２３６、２４６…反射鏡ユニット
ＢＳ…後視点
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５…前視点
ＩＳ…器械点
【図１】
2006162444.tif 000042
【図２】
2006162444.tif 000043
【図３】
2006162444.tif 000044
【図４】
2006162444.tif 000045
【図５】
2006162444.tif 000046
【図６】
2006162444.tif 000047
【図７】
2006162444.tif 000048
【図８】
2006162444.tif 000049
【図９】
2006162444.tif 000050
【図１０】
2006162444.tif 000051
【図１１】
2006162444.tif 000052
【図１２】
2006162444.tif 000053
【図１３】
2006162444.tif 000054
【図１４】
2006162444.tif 000055
【図１５】
2006162444.tif 000056