(57)【要約】【課題】位置を測定する点に移動しなくても、やや離れた場所から、目的とする点の空間座標を精度よく測定する空間座標測定システムを提供する。【解決手段】測定対象にレーザ光を照射し、測定対象の空間座標を測定する空間座標測定システムであって、位置および傾きを計測し、位置の情報および傾きの情報を送信する機能を有するレーザポインタ１０と、レーザポインタ１０から送信された、異なる位置で計測された位置および傾きの情報を、計測情報として記憶し、計測情報に基づいて、レーザポインタで測定対象に２回以上照射したレーザ光の直線から近い点を求めて空間座標を算出し、これを測定対象の空間座標とする空間座標測定処理部とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象にレーザ光を照射し、前記測定対象の空間座標を測定する空間座標測定方法であって、
位置および傾きを計測し、前記位置の情報および前記傾きの情報を送信する機能を有するレーザポインタにより、異なる位置から２回以上、前記測定対象にレーザ光を照射し、
空間座標測定処理部により、前記レーザポインタから送信された、異なる位置で計測された前記位置および前記傾きの情報を、計測情報として記憶し、前記計測情報に基づいて、前記レーザポインタで前記測定対象に２回以上照射したレーザ光の直線から近い点を求めて空間座標を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする、
空間座標測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の空間座標測定方法において、
前記計測情報は、どの対象の計測かを示す情報を有し、
前記レーザポインタは、どの対象の計測かを設定する機能を有し、設定した前記どの対象の計測かを示す情報を送信する、
空間座標測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、２回の前記レーザポインタによる前記レーザ光の照射の測定結果を用いて、前記レーザ光の直線の交点の空間座標、または、共通垂線の中点の空間座標を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする、
空間座標測定方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、３回以上の前記レーザポインタによる前記レーザ光の照射の測定結果を用いて、複数の前記レーザ光の直線からの距離の二乗和が最も小さい格子点を抽出して空間座標を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする、
空間座標測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、予め定められた定数と比較して空間座標の計算精度が充足された場合に、充足された旨を出力する、
空間座標測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の空間座標測定方法において、
前記充足された旨を出力は、音を鳴らすことである、
空間座標測定方法。
【請求項７】
請求項５に記載の空間座標測定方法において、
前記充足された旨を出力は、文字情報を出力することである、
空間座標測定方法。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、３回以上の前記レーザポインタによる前記レーザ光の照射の測定結果から、３以上で照射回数以下の数の組み合わせの測定結果を選び、その選んだ測定結果のみから空間座標を計算する、
空間座標測定方法。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、直近の計測対象に加えて、過去の計測対象のデータも記憶し、計測順序によらず、計測対象ごとに空間座標を計算する、
空間座標測定方法。
【請求項１０】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の空間座標測定方法において、
前記空間座標測定処理部により、直近の計測対象に加えて、過去の計測対象のデータも記憶し、計測順序によらず、計測対象ごとに空間座標を計算し、
計測対象ごとの空間座標の計算において、計測対象ごとに計算精度が予め定めた値を充足するかを判断し、充足した場合に充足した旨の情報を出力し、または未だ計算精度が予め定めた値を充足していない場合に、充足していない前記計測対象の情報を出力する、
空間座標測定方法。
【請求項１１】
測定対象にレーザ光を照射し、前記測定対象の空間座標を測定する空間座標測定システムであって、
位置および傾きを計測し、前記位置の情報および前記傾きの情報を送信する機能を有するレーザポインタと、
前記レーザポインタから送信された、異なる位置で計測された前記位置および前記傾きの情報を、計測情報として記憶し、前記計測情報に基づいて、前記レーザポインタで前記測定対象に２回以上照射したレーザ光の直線から近い点を求めて空間座標を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする空間座標測定処理部とを備えた、
空間座標測定システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記計測情報は、どの対象の計測かを示す情報を有し、
前記レーザポインタは、どの対象の計測かを設定する機能を有し、設定した前記どの対象の計測かを示す情報を送信する、
空間座標測定システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、２回の前記レーザポインタによる前記レーザ光の照射の測定結果を用いて、前記レーザ光の直線の交点の空間座標、または、共通垂線の中点の空間座業を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする、
空間座標測定システム。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、３回以上の前記レーザポインタによる前記レーザ光の照射の測定結果を用いて、複数の前記レーザ光の直線からの距離の二乗和が最も小さい格子点を抽出して空間座標を算出し、これを前記測定対象の空間座標とする、
空間座標測定システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、予め定められた定数と比較して空間座標の計算精度が充足された場合に、充足された旨を出力する、
空間座標測定システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、前記充足された旨を出力を、前記レーザポインタに送信し、
前記レーザポインタは、前記充足された旨を出力に基づいて、音を鳴らす、
空間座標測定システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、前記充足された旨を出力を、前記レーザポインタに送信し、
前記レーザポインタは、前記充足された旨を出力に基づいて、文字情報を出力する、
空間座標測定システム。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の空間座標測システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、３回以上の前記レーザポインタの照射の測定結果から３以上で照射回数以下の数の組み合わせの測定結果を選び、その選んだ測定結果のみから空間座標を計算する、
空間座標測定システム。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、直近の計測対象に加えて、過去の計測対象のデータも記憶し、計測順序によらず、計測対象ごとに空間座標を計算する、
空間座標測定方法。
【請求項２０】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の空間座標測定システムにおいて、
前記空間座標測定処理部は、直近の計測対象に加えて、過去の計測対象のデータも記憶し、計測順序によらず、計測対象ごとに空間座標を計算し、
計測対象ごとの空間座標の計算において、計測対象ごとに計算精度が予め定めた値を充足するかを判断し、充足した場合に充足した旨の情報を出力し、または未だ計算精度が予め定めた値を充足していない場合に、充足していない前記計測対象の情報を出力する、
空間座標測定システム。
【請求項２１】
測定対象にレーザ光を照射し、前記測定対象の空間座標を測定するために、情報処理装置を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の空間座標測定処理部として機能させる、
空間座標測定プログラム。
【請求項２２】
前記測定対象にレーザ光を照射する発光部と、
ＧＰＳ受信部と、
加速度センサと、
地磁気センサと、
異なる位置から２回以上、前記測定対象にレーザ光を照射し、前記ＧＰＳ受信部、前記加速度センサ、および前記地磁気センサで計測された計測情報に基づいて算出された、前記レーザ光を照射した点の空間座標を出力表示する表示部と、
を備えた、レーザポインタ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のレーザポインタにおいて、
前記表示部は、前記異なる位置から２回以上のレーザ光の照射により算出された空間座標の計算精度が充足された場合に、充足された旨の文字情報を出力表示する、
レーザポインタ。
【請求項２４】
請求項２２に記載のレーザポインタにおいて、
前記異なる位置から２回以上のレーザ光の照射により算出された空間座標の計算精度が充足された場合に、充足された旨の音を鳴らすブザーを、
備えた、レーザポインタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元空間での物体の空間座標を測定する空間座標測定方法および空間座標測定システムに関し、特に、橋梁や道路等の公物の維持管理において、損傷位置を特定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空間位置の特定には古くから三角測量が用いられている。非特許文献１にあるように、これは、三角形の一辺を基線として距離を測量し、他の二辺の長さは角測量によって求める測量法である。この考え方を用いれば、緯度・経度が既知の２つの基準点があれば、角度の計測によって三点目の位置座標が計算できる。
【０００３】
さらに、近年では非特許文献２にあるようにＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）による位置計測が知られている。これは、衛星からの電波の送受信の時刻の差を用いて衛星と計測点との距離を求めることを複数の衛星で行うことで位置を計算する。
【０００４】
一方で、橋梁や道路の劣化を作業者が巡回して目視点検をするような場合、それがどこの劣化なのかを記録する必要があるが、非特許文献３にあるように、距離標や、その他なんらかの目印が場所の特定に用いられる。
【０００５】
さらに、三角測量の考え方を用いて、レーザポインタによって照射された点をカメラで撮影することで３次元位置を推定する方法が非特許文献４に開示されている。
【０００６】
一方、自分の空間位置を求める方法として、特許文献１が開示されている。これは、位置が既知の３点をレーザポインタで照射し、その方向ベクトルを求め、連立一次方程式を解くことで空間位置を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１２−５０７０１１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】測量学  第１２回講義資料  三角測量、［ｏｎｌｉｎｅ］、山口大学  大学院理工学研究科  社会建設工学専攻  構造設計工学グループ、［平成２５年１１月１４日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｒｉｄｇｅ．ｃｉｖｉｌ．ｙａｍａｇｕｃｈｉ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｌｅｃｔｕｒｅ／ｓｕｒｖｅｙ／ｓｕｒｖｅｙ０１２．ｐｄｆ＞
【非特許文献２】ＧＰＳの概要、［ｏｎｌｉｎｅ］、国土交通省、［平成２５年１１月１４日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｉｎｇｉｋａｉ／ｋｏｕｔｕｓｉｎ／ｋｏｋｕ／ｈｏａｎ／２／ｉｍａｇｅｓ／ｓａｎｋｏｕ２＿４．ｐｄｆ＞
【非特許文献３】道路橋に関する基礎データ収集要領（案）、Ｐ．１２「調査橋梁の記録」、［ｏｎｌｉｎｅ］、国土交通省  国土技術政策総合研究所、［平成２５年１１月１４日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｏａｄ／ｉｒ／ｉｒ−ｃｏｕｎｃｉｌ／ｐｄｆ／ｙｏｂｏ３＿１＿７．ｐｄｆ＞
【非特許文献４】カメラとレーザポインタを使って木の位置を測る、［ｏｎｌｉｎｅ］、独立行政法人  森林総合研究所、［平成２５年１１月１４日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｆｐｒｉ．ａｆｆｒｃ．ｇｏ．ｊｐ／ｐｕｂｓ／ｓｅｉｋａｓｅｎｓｈｕ／２００２／１５．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１にある三角測量をそのまま使うには、予め位置座標が決まった基準点が必要となる。したがって、そのような前提情報のない状況での利用は困難である。
【００１０】
非特許文献２にあるＧＰＳによる位置計測をそのまま使うと、ＧＰＳの受信機を測定する場所に持っていく必要があり、やや離れた地点を計測するには移動の手間がかかる。
【００１１】
非特許文献３にある距離標などの目印を用いると、例えば、１００ｍ等に位置計測の精度が限定されるという問題がある。
【００１２】
非特許文献４にあるレーザポインタの照射をカメラで撮影する方法では、測定にレーザポインタに加えて必ずカメラが必要な上、位置計測をする点が別の場所になるたびにカメラのキャリブレーションを行ってカメラ視線ベクトルの同定を行う必要があるため、空間的に分散している多数の点を計測する作業に向かない。
【００１３】
特許文献１にある方法では、離れた位置にある点の空間座標を求めるためにはその位置まで移動して計測しなければならない。また、空間座標が既知の複数の点が必要となる。また、１点から同時に別の３点への直線が１つでも障害物に隠れた場合には適用できない。また、線形方程式からの解析解によるので、結果が測定誤差に左右される。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、位置を測定する点に移動しなくても、やや離れた場所から、目的とする点の空間座標を精度よく測定する空間座標測定方法および空間座標測定システムを提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００１７】
すなわち、代表的なものの概要は、測定対象にレーザ光を照射し、測定対象の空間座標を測定する空間座標測定システムであって、位置および傾きを計測し、位置の情報および傾きの情報を送信する機能を有するレーザポインタと、レーザポインタから送信された、異なる位置で計測された位置および傾きの情報を、計測情報として記憶し、計測情報に基づいて、レーザポインタで測定対象に２回以上照射したレーザ光の直線から近い点を求めて空間座標を算出し、これを測定対象の空間座標とする空間座標測定処理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００１９】
すなわち、位置を測定する点に移動しなくても、やや離れた場所から、目的とする点の空間座標を測定することができる。また、操作を繰り返すことで位置計測精度を高められる。また、必要な精度に達したときに知らせられるので操作を終えることができる。また、複数の点を測定する際でも、場所の移動を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタの構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタの入力部を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタで測定されるデータ形式を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける、２回の照射による方法で、２直線が交わる場合を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける、２回の照射による方法で、２直線がねじれの位置にある場合を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける、ねじれの位置にある場合の解法の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける、ねじれの位置にある場合の２直線の共通垂線の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムで使用される直線の式のデータ形式を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムで表示される測定結果の出力例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムで表示される測定結果の出力例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、３回以上の照射による方法の処理のフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、３回以上の照射による方法の初期設定の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、格子点の説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、点と直線との距離の計算の説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、格子上の２７点と直線の距離に関するデータである。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、小格子の説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、１つの格子の中の辺の長さ半分の８つの小格子の説明図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける、小格子選択に用いるデータ例である。
【図２１】本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで使用されるＮ個からＲ個をとる組み合わせを生成する際の内部データ構造を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで表示される精度充足の表示を含めた出力例を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで表示される精度充足の表示を含めた出力例を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムのレーザポインタの変更例である。
【図２７】本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャートある。
【図２８】本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで使用される精度充足管理テーブルを示す図ある。
【図２９】本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムで表示される精度未充足の対象の出力例を示す図である。
【図３０】本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムで表示される精度未充足の対象の出力例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
＜空間座標測定システムの構成＞
図１〜図４により、本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの全体構成を示す構成図、図２は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタの構成を示す構成図、図３は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタの入力部を示す図、図４は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムのレーザポインタで測定されるデータ形式を示す図である。
【００２３】
図１において、空間座標測定システムは、通信部１１、計測結果管理部１２、直線管理部１３、処理部１４、出力部１５、およびデータ記憶部１６がバス１７を介して相互接続されている。また、通信部１１とレーザポインタ１０が無線通信によって接続されている。通信部１１、計測結果管理部１２、直線管理部１３、処理部１４、出力部１５、およびデータ記憶部１６で空間座標測定処理部を構成している。
【００２４】
図２において、レーザポインタ１０は、発光部１９、表示部２０、ＧＰＳ受信部２１、地磁気センサ２２、入力部２３、加速度センサ２５、通信装置２６、処理装置２７、電源２８、電力線２９、および情報バス３０から構成されている。入力部２３は、複数のボタン２４を含む。
【００２５】
本実施の形態では、４つのボタンを想定しており、図３に示すように、４つのボタンを、ボタン１（３１）、ボタン２（３２）、ボタン３（３３）、ボタン４（３４）と称する。
【００２６】
発光部１９、表示部２０、ＧＰＳ受信部２１、地磁気センサ２２、入力部２３、加速度センサ２５、通信装置２６、および処理装置２７は、電力線２９を介して電源２８から給電される。
【００２７】
また、発光部１９、表示部２０、ＧＰＳ受信部２１、地磁気センサ２２、入力部２３、加速度センサ２５、通信装置２６、および処理装置２７は、情報バス３０を介して相互接続されている。発光部１９はレーザ光１８を発する。
【００２８】
ボタン１（３１）は、トグルスイッチとなっており、発光部を含めこのレーザポインタのすべての電源のＯＮとＯＦＦをボタンの押下によって状態遷移できる。ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ情報を受信し、レーザポインタ自体の空間座標位置とタイムスタンプのデータを生成する。
【００２９】
地磁気センサ２２は、３軸磁気センサ出力値のデータを生成する。加速度センサ２５は、加速度のデータを生成する。通信装置２６は、データを無線で通信部１１に送信する。電源２８は、レーザポインタの各部位に電源を供給するものであり、典型的には電池である。
【００３０】
入力部２３のボタン１（３１）以外の残りのボタンについて説明する。
【００３１】
ボタン２（３２）は計測ボタンである。これを押下したときにセンサの値が計測され処理装置２７を介して通信装置２６にデータが送られる。
【００３２】
ボタン３（３３）はメニューボタンである。これはトグルスイッチとなっており、対象と回数とを交互に指定できる。複数の対象を複数の回数だけ照射できるため、当該の計測がどの対象でどの回数の計測かを合わせて記録するために、対象と回数をそれぞれ指定するためのボタンの１つである。
【００３３】
ボタン４（３４）は数値入力ボタンである。これを押下するたびに表示部２０の数値が変わり、該当する番号のところで押下をやめることでその数値が設定できる。典型的には、１から１０までの数字をボタン４の押下をもとに順にかつサイクリックに表示するなどが考えられる。
【００３４】
ボタン３（３３）とボタン４（３４）を用いれば、例えば、対象「４」の２回目の計測をしたい場合には、ボタン１（３１）がＯＮになっている状態で、ボタン３（３３）を押すことで「対象」に設定した後、ボタン４（３４）を必要なだけ押して表示部２０に「４」の表示を出し、その時点でボタン３（３３）を押して「回数」に設定した後、ボタン４（３４）を必要なだけ押して表示部２０に「２」の表示を出し、その時点でボタン２（３２）を押す。
【００３５】
処理装置２７は、入力部２３の各ボタンの状態をもとにセンサデータにしかるべき「対象」と「回数」の値を付加してデータを通信装置２６に送る。表示部２０は、文字、数字を出力するディスプレイである。
【００３６】
ここで、処理装置２７で作成され、通信装置２６から送信されるデータの形式を、図４に示す。１つのデータは、対象、回数、日時、ＧＰＳ（緯度、経度、標高）、加速度（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、地磁気（Ｘ、Ｙ、Ｚ）からなる。対象、回数は入力部２３の状態を処理装置２７が判断した値であり、日時はＧＰＳのデータから取得した値である。その他の値は、各センサからの出力値である。
【００３７】
＜空間座標測定方法の原理＞
ここで、図５〜図８により、本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける空間座標測定方法の原理について説明する。図５〜図８は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムにおける空間座標測定方法の原理を示す説明図であり、２本の直線から最も近い点を算出する方法を示している。図５は２回の照射による方法で、２直線が交わる場合を示す説明図、図６は２回の照射による方法で、２直線がねじれの位置にある場合を示す説明図、図７はねじれの位置にある場合の解法の説明図、図８はねじれの位置にある場合の２直線の共通垂線の説明図である。
【００３８】
まず、図５にあるように、空間座標を測定したい点３５を、レーザポインタ１０を用いて異なる２つの場所から照射することを考える。レーザポインタ１０にＧＰＳ受信部２１と加速度センサ２５と地磁気センサ２２がついていれば、図５の（１）のケース、図５の（２）のケースのそれぞれで、レーザポインタ１０の位置、傾きが公知の手法によって得られるので、レーザの直線が通る１点の空間座標と、直線の方向ベクトルがわかることから、図５にあるようにレーザポインタ１０が照射するレーザの直線の式がそれぞれ導出される。
【００３９】
（１）の直線３６の式は、ｘ＝ｓａ＋αで、（２）の直線３７の式はｘ＝ｔａ’＋α’である。
【００４０】
ここで、ｘは直線上の点を表す３次元ベクトル、ａは（１）の直線３６の方向ベクトル、αは（１）の直線３６が通るある点の３次元ベクトル、ｓはスカラー量、ａ’は（２）の直線３７の方向ベクトル、α’は（２）の直線３７上が通るある点の３次元ベクトル、ｔはスカラー量を表す。
【００４１】
図５に示す例は、理想的に、２つの場所から照射されたレーザの直線の式が３次元的に交わっているケースを示している。この場合、測定すべき座標はこの交点であると考えてよい。
【００４２】
図６は、一般に人間が異なる２つの場所を選んで手作業でレーザポインタ１０の照射を実施することを考えて、レーザポインタ１０を照射することで生成された２直線が厳密な意味では交わらない可能性があることを考慮し、２直線がねじれの位置にあるケースを表している。
【００４３】
この場合、測定すべき座標は、２本の直線から最も近い点３８であると考えてよい。ねじれの位置にある２本の直線から最も近い点は公知の幾何学の知識より、２本の直線の共通の垂線の中点である。
【００４４】
ここで、図７にあるように、２本の直線のベクトル方程式を、（１）の直線４０の式をｘ＝ｓａ＋α、（２）の直線４１の式をｘ＝ｔａ’＋α’とし、始点と終点がそれぞれの直線上にある共通垂線のベクトルをｐとし、Ｍを共通垂線の中点３９とする。
【００４５】
ベクトルｐとベクトルａが直交すること、ベクトルｐとベクトルａ’が直交すること、ベクトルｐの始点と終点がそれぞれの直線上にあることを条件にすると、内積記号「・」を用いて、
ｐ・ａ＝０・・式（１）
ｐ・ａ’＝０・・式（２）
ｔａ’＋α’＝ｓａ＋α＋ｐ・・式（３）
の３つの式ができる。
【００４６】
式（１）と式（２）はスカラーの条件式である。一方、式（３）はベクトル方程式であり、３次元空間ではｘ成分、ｙ成分、ｚ成分の３つの方程式となる。したがって、ｐのｘ成分、ｐのｙ成分、ｐのｚ成分、ｔ、ｓの合計５つの未知数を５つの方程式で解くことになる。これは既知の連立一次方程式の解法を利用して解くことができる。
【００４７】
これにより、ａ、α、ａ’、α’を用いて、ｔ、ｓ、ベクトルｐを表すことができる。このときのｔ、ｓ、ｐを簡単のため、ｔ０、ｓ０、ｐ０と置く。Ｍは定義よりＭ＝ｓ０ａ＋α＋１／２ｐと書ける。これが、２直線がねじれの位置にある場合の求める点の空間座標である。
【００４８】
ここで、中点Ｍの座標だけではなく、ねじれの位置にある２直線間の距離Ｌの計算方法についても述べる。ここで、Ｌはベクトルｐの長さである。
【００４９】
ｐの単位ベクトルｐｅを考えたとき、ｐｅは、ａ、ａ’とそれぞれ直交することから、外積記号「×」を使って、
ｐｅ＝（ａ×ａ’）／（｜ａ×ａ’｜）・・式（４）
と書ける。
【００５０】
ここで、図８にあるように、直線（１）４２と直線（２）４３に対してその両方に垂直で、始点と終点がそれぞれの直線上にある共通垂線４４を考える。さらに、直線（１）４２を含む平面の中で共通垂線４４を法線ベクトルとする平面４５と、直線（２）４３を含む平面の中で共通垂線４４を法線ベクトルとする平面４６を考える。
【００５１】
このとき、上記、直線（１）４２と直線（２）４３の２直線間の距離Ｌは、平面４５と平面４６との距離である。この距離は、平面４５上の任意の点α４７と平面４６上の任意の点α’４８を結ぶ線分の共通垂線への正射影の距離に等しい。もちろん、点α４７は直線（１）４２上にあっても、点α’４８は直線（２）４３上にあってもこれは成り立つ。
【００５２】
したがって、距離Ｌは、直線（１）４２、直線（２）４３にそれぞれ始点、終点があるベクトルの、ベクトルｐｅへの正射影の長さである。内積記号「・」を用いて、
Ｌ＝｜（α−α’）・ｐｅ｜・・式（５）
この計算は、図５で示したような、２本の直線が交わる場合にも計算ができる。したがって、２回の照射による方法では、まず、この距離Ｌを計算し、これが０の場合には２直線が交わる場合の計算をし、０でない場合には２直線がねじれの位置にある計算をする。なお、異なる場所からレーザポインタ１０で照射しているので２直線は平行にはならない。
【００５３】
２直線が交わる場合には、２直線の連立方程式を解くことでその交点は算出できる。２直線がねじれの位置にある場合には上述した通り、２直線の共通垂線の中点を計算する。以上により、２本の直線から最も近い点を算出することができる。
【００５４】
＜空間座標測定装置の動作＞
次に、図９〜図１２により、本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの動作について説明する。本実施の形態では、２つの場所からレーザポインタを照射して、点の空間座標を求めている。図９は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャート、図１０は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムで使用される直線の式のデータ形式を示す図、図１１および図１２は本発明の実施の形態１に係る空間座標測定システムで表示される測定結果の出力例を示す図である。
【００５５】
まず、ステップＳ１００では、レーザポインタ１０を用いて点の計測を行う。ここでは、２か所から１点の計測を行う。したがって、図４に示すデータ形式では、対象が１種類で、回数が「１」の行と「２」の行の合計２行分のデータが生成される。
【００５６】
そして、ステップＳ１０１では、レーザポインタ１０の通信装置２６から通信部１１にデータが送信される。さらに、送信されたデータを計測結果管理部１２がデータ記憶部１６に記録する。この際に、対象の値を変換して固有のＩＤにしてもよい。レーザポインタ１０では、例えば１０種類の対象しか識別できないが、計測結果管理部１２でこれを任意の種類の数まで増やすことが可能である。データ記憶部１６に記憶する計測結果の形式は図４で示したデータ形式と同様である。
【００５７】
そして、ステップＳ１０２では、直線管理部１３が、データ記憶部１６に格納されたデータを読み込んで、１行のデータごとに対応する直線の式を生成する。これは、図５で説明したように、通る点と方向ベクトルが決まれば、直線の式は決まる。直線の式のデータは、通る点の座標と方向ベクトルの成分で表現される。このデータ形式を図１０に示す。
【００５８】
図１０に示すように、データは対象と回数ごとに、日時、通る点のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標、直線の方向ベクトルのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で示される。この形式で直線データをデータ記憶部１６に格納する。なお、加速度センサ２５と地磁気センサ２２の出力から方向ベクトルを算出する方法は公知の手法を利用する。
【００５９】
そして、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で生成された２つの直線の方向ベクトルが一致するか否かを判定する。ステップＳ１０３で、一致すれば、求める点の空間座標を算出できないので終了する。また、ステップＳ１０３で一致しないのであれば、ステップＳ１０４に移る。
【００６０】
ここで、方向ベクトルが一致するとは、一方のベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分のスカラー倍と、他方のベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ成分が同じかどうかを判定する。したがって、成分がそれぞれで完全一致しなくても、定数倍のベクトルになっていれば方向ベクトルは一致とみなされる。同様に、まったく正反対の向きを向いている場合も同様に一致とみなされる。
【００６１】
なお、この一致を、値が一致する場合としてもよいし、ある小さな定数を予め定め、それより小さい差であることをもって一致とみなして、算出を不可能とみなしてもよい。２つの直線の方向ベクトルの向きがほぼ同じであると計算の誤差が大きくなるためである。
【００６２】
そして、ステップＳ１０４では、処理部１４が、前述した、２直線の共通垂線の距離Ｌを式（４）および式（５）を用いて計算する。この値は、２直線が交わる場合でも計算できる。
【００６３】
そして、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で計算した距離が０であるか否かを判定する。ステップＳ１０５で、０である場合には２直線は交わると判定し、ステップＳ１０６に移り、ステップＳ１０５で、０でない場合には、２直線はねじれの位置にあると判定し、ステップＳ１０７に移る。
【００６４】
なお、距離が０であるか否かを、距離が実数値の０であるかどうかをもって判定してもよいし、ある小さな定数を予め定め、それより小さい値であれば距離０と判定してもよい。
【００６５】
そして、ステップＳ１０６では、処理部１４が、前述の方法に従い、交わる２直線の交点を求め、ステップＳ１０８に移る。また、ステップＳ１０７では、処理部１４が、前述の方法にしたがい、ねじれの位置にある２直線の共通垂線の中点を求め、ステップＳ１０８に移る。ステップＳ１０８では、２直線から最も近い点を出力部１５が出力する。
【００６６】
図１１に出力部１５の出力例を示す。図１１にあるように、日時、対象、緯度、経度、標高を出力する。あるいは、これを次のように変えることも可能である。
【００６７】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図１２に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されている。
【００６８】
このように、実施の形態１では、１つの点に対して、場所を変えて２回のレーザポインタの照射によってその点の座標を測定することができる。
【００６９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、３回以上のレーザポインタの照射によって１つの点の座標を測定するものである。なお、実施の形態２の空間座標測定装置の構成は図１〜図３に示す実施の形態１と同様である。
【００７０】
＜空間座標測定方法の原理＞
ここで、図１３〜図２０により、本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける空間座標測定方法の原理について説明する。図１３〜図２０は本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムにおける空間座標測定方法の原理を示す説明図であり、３次元空間の互いに平行ではない３本以上の直線から、最も近い点を算出する方法を示している。図１３は３回以上の照射による方法の処理のフローチャート、図１４は３回以上の照射による方法の初期設定の説明図、図１５は格子点の説明図、図１６は点と直線との距離の計算の説明図、図１７は格子上の２７点と直線の距離に関するデータ、図１８は小格子の説明図、図１９は１つの格子の中の辺の長さ半分の８つの小格子の説明図、図２０は小格子選択に用いるデータ例を示している。
【００７１】
ここでは、まず、解に初期値を与え、二分法を用いてより誤差の小さい解の候補を求める繰り返し計算を行い、定められた終了条件によって終了する方法を示す。図１３のフローチャートを用いて処理を説明する。
【００７２】
まず、ステップＳ１１０では、初期設定を行う。格子の中心座標と、格子の幅を設定し、繰り返し回数を０に設定する。ここで、格子とは３次元空間内の立方体のことで、初期設定する格子には、少なくとも測定すべき点が含まれるように、中心座標と格子の幅を設定する。
【００７３】
例えば、レーザポインタ１０にＧＰＳ受信部２１があるので、レーザポインタ１０の位置座標はわかるし、さらに、レーザポインタ１０と測定すべき点までのおおよその距離が推定できれば、レーザポインタ１０自身の座標を格子の中心座標とし、推定した距離からやや安全をみて長くとった長さを格子の幅とすれば、測定すべき点を含む格子を設定することは可能である。
【００７４】
図１４に示すように、格子は、点の初期値Ｐ１  ５０と、幅の初期値ｗ１  ４９の２つの情報で設定される。格子は空間座標の３軸に平行な立方体とし、３軸は例えば、緯度、経度、標高を選ぶ。
【００７５】
そして、ステップＳ１１１では、格子内の２７点と、全直線との距離をそれぞれ計算する。まず、格子内の２７点とは、格子の８つの頂点、１２個の辺の中点、６つの面の中点、中心の合計２７点である。これを図１５に示す。
【００７６】
次に、３次元空間内の点と直線との距離の計算の方法を、図１６を用いて説明する。ここでは、３次元空間内の点Ｘ０  ５１と、直線（１）５２との距離を考える。直線（１）５２のベクトル方程式はｘ＝ｓａ＋αである。ここで、ｘは直線上の点を表す３次元ベクトル、ａは直線（１）５２の方向ベクトル５５、αは直線（１）５２が通るある点５４の３次元ベクトル、ｓはスカラー量である。
【００７７】
ここで、点Ｘ０から直線（１）５２におろした垂線５６の足５３を、直線のベクトル方程式を用いて、
ｘｈ＝ｓｈ  ａ＋αと書ける。
【００７８】
垂線のベクトルと直線の方向ベクトルが直交する条件から、内積記号「・」を用いて、
（ｓｈ  ａ＋α−Ｘ０）・ａ＝０
と書ける。
【００７９】
これはスカラー量ｓｈのみが未知数の一元一次方程式である。これは公知の方法で解くことができる。この解を用いて、垂線の距離Ｌは、
Ｌ＝√（（ｓｈ  ａ＋α−Ｘ０）＾２）
で計算ができる。ここで、「＾」記号はべき乗を表す。
【００８０】
２７点と直線との距離は、図１７に示すようなデータ構造に記録できる。ここでは、２７個の点を簡単のために、ｘ、ｙ、ｚのそれぞれの方向で、−１と０と１の３つでインデクスをつけて整理してい書いている。それぞれの点に対して実際の空間座標があり、さらに、それぞれの点と直線との距離が計算され、記載される。
【００８１】
そして、ステップＳ１１２では、全直線との距離の二乗和が最小の点を抽出する。図１７の表の一番右に二乗和というカラムがあるが、その点ごとに、すべての直線との距離の二乗和を計算してその平均値（直線の数の３で割る）をこのカラムに記録する。次に、２７点のうちでこの値が最も小さいものを選ぶ。
【００８２】
そして、ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２で抽出された最小の二乗和の平均値を、予め定めておいた閾値と比較し、終了か否かを判定する。ステップＳ１１３で閾値より小さく終了の場合は、ステップＳ１１６に移る。ステップＳ１１３で閾値より小さなく終了でなければステップＳ１１４に移る。
【００８３】
そして、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で抽出された点を頂点の１つとして含み、８つの頂点の二乗和が最小になる小格子を抽出する。
【００８４】
ここで、図１８に示すように、小格子５７とは、現在の格子の幅を半分にして、元の格子の頂点方向にずらした格子である。ここで、小格子の頂点５８は必ず、元の格子の２７点のどれかになる。図１９に示すように、小格子は８種類作ることができる。小格子選択のために、図２０に示すようなデータ構造を用いる。
【００８５】
小格子のカラムには、図１９で記したどの小格子かを示す番号が書かれる。中心座標には、小格子の中心座標が記される。幅には小格子の幅が記される。これは元の格子の半分の値である。次の８頂点のカラムは１つの小格子ごとに８行があり、小格子の８つの頂点が元の格子の２７点のどの点かを示す。
【００８６】
次の二乗和のカラムには、図１７に示す点と直線の距離のデータから二乗和の平均値が転記される。次の二乗和平均のカラムは小格子１つに対して１つの値が入り、ここには、８つの頂点の二乗和の平均値（ここでは頂点の数８で割る）が記される。
【００８７】
以上を小格子（１）から小格子（８）まで繰り返す。その後、二乗和平均が最も小さい小格子を選ぶ。
【００８８】
そして、ステップＳ１１５では、二分法の繰り返し計算のための設定変更を行う。格子の中心座標を、ステップＳ１１４で選んだ小格子の中心座標に変更し、格子の幅を半分にし、二分法の繰り返し回数を１だけカウントアップする。この後、ステップＳ１１１に戻る。
【００８９】
ステップＳ１１６では、抽出された最小の二乗和の点を出力する。この点が、予め決められた精度を満足するだけ十分誤差の少ない、全直線から距離が最も小さい点となる。以上で、３本以上の直線から最も近い点を算出することができる。
【００９０】
＜空間座標測定装置の動作＞
次に、図２１により、本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムの動作について説明する。図２１は本発明の実施の形態２に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャートである。
【００９１】
まず、ステップＳ１２０では、レーザポインタ１０を用いて点の計測を行う。ここでは、３か所以上から１点の計測を行う。測定されるデータ形式は、実施の形態１と同様に図４で示すデータ形式となる。図４のデータ形式で説明すると、対象が１種類で、回数が「１」から、「３」以上のデータが計測されることになり、データは合計３行以上のデータが生成される。
【００９２】
そして、ステップＳ１２１では、レーザポインタ１０の通信装置２６から通信部１１にデータが送信される。さらに、送信されたデータを計測結果管理部１２がデータ記憶部１６に記録する。この際に、対象の値を変換して固有のＩＤにしてもよい。レーザポインタ１０では例えば１０種類の対象しか識別できないが、計測結果管理部１２でこれを任意の種類の数まで増やすことが可能である。データ記憶部１６に記憶する計測結果の形式は図４で示したデータ形式と同様である。
【００９３】
そして、ステップＳ１２２では、直線管理部１３が、データ記憶部１６に格納されたデータを読み込んで、１行のデータごとに対応する直線の式を生成する。これは、図５で説明したように、通る点と方向ベクトルが決まれば、直線の式は決まる。直線の式のデータは、通る点の座標と方向ベクトルの成分で表現される。
【００９４】
このデータ形式は、実施の形態１で示した図１０の形式と同等である。図１０に示すように、データは対象と回数ごとに、日時、通る点のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標、直線の方向ベクトルのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で示される。この形式で直線データをデータ記憶部１６に格納する。なお、加速度センサ２５と地磁気センサ２２の出力から方向ベクトルを算出する方法は公知の手法を利用する。
【００９５】
そして、ステップＳ１２３では、図１３のフローチャートで説明した方法を用いて、３本以上の直線から最も近い点を計算する。
【００９６】
そして、ステップＳ１２４では、３本以上の直線から最も近い点を出力部１５が出力する。図１１に出力部１５の出力例を示す。図１１にあるように、日時、対象、緯度、経度、標高を出力する。あるいは、これを次のように変えることも可能である。
【００９７】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図１２に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されている。
【００９８】
このように、実施の形態２では、１つの点に対して、場所を変えて３回以上のレーザポインタの照射によってその点の座標を測定することができる。
【００９９】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１や実施の形態２のようにすべての計測結果が揃ってから座標位置を計算するのではなく、最初の２回まではデータをためておき、３回目からは、計測ごとに座標位置を計算し、必要な精度を満たした場合にはその情報を出力することで計測をやめられるようにするものである。なお、実施の形態３の空間座標測定装置の構成は図１〜図３に示す実施の形態１と同様である。
【０１００】
＜空間座標測定装置の動作＞
次に、図２２〜図２６により、本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムの動作について説明する。図２２は本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャート、図２３は本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで使用されるＮ個からＲ個をとる組み合わせを生成する際の内部データ構造を示す図、図２４および図２５は本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで表示される精度充足の表示を含めた出力例を示す図、図２６は本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムのレーザポインタの変更例である。
【０１０１】
まず、ステップＳ１３０では、計測回数の初期化を行う。ここでは計測回数を示す変数Ｎに０を代入する。
【０１０２】
そして、ステップＳ１３１では、レーザポインタ１０を用いて点の計測を行う。ここでは、決められた点に対して１回の計測を行う。測定されるデータ形式は実施の形態１および実施の形態２と同様に、図４で示すデータ形式となる。図４のデータ形式で説明すると、データは１行分のデータが生成される。
【０１０３】
そして、ステップＳ１３２では、レーザポインタ１０の通信装置２６から通信部１１にデータが送信される。さらに、送信されたデータを計測結果管理部１２がデータ記憶部１６に記録する。この際に、対象の値を変換して固有のＩＤにしてもよい。レーザポインタ１０では、例えば１０種類の対象しか識別できないが、計測結果管理部１２でこれを任意の種類の数まで増やすことが可能である。データ記憶部１６に記憶する計測結果の形式は図４で示したデータ形式と同様である。
【０１０４】
そして、ステップＳ１３３では、直線管理部１３が、データ記憶部１６に格納されたデータを読み込んで、ステップＳ１３２で受信したデータに対応する直線の式を生成する。これは、図５で説明したように、通る点と方向ベクトルが決まれば、直線の式は決まる。直線の式のデータは、通る点の座標と方向ベクトルの成分で表現される。
【０１０５】
このデータ形式は、実施の形態１および実施の形態２で示した図１０の形式と同等である。図１０に示すように、データは、日時、通る点のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標、直線の方向ベクトルのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で示される。この形式で直線データをデータ記憶部１６に格納する。なお、加速度センサと地磁気センサの出力から方向ベクトルを算出する方法は公知の手法を利用する。
【０１０６】
そして、ステップＳ１３４では、計測回数Ｎを１だけインクリメントする。そして、ステップＳ１３５では、Ｎが３以上か否かを判定する。ステップＳ１３５で、３以上の場合には、ステップＳ１３６に移り、ステップＳ１３５で、３以上でない場合にはステップＳ１３１に戻る。
【０１０７】
そして、ステップＳ１３６では、Ｎ個の直線からＲ個の直線をとる組み合わせを生成する。ただし、ここで、３≦Ｒ≦Ｎの条件でＲをとる。３以上でＮ以下であるすべてのＲについて網羅的に、Ｎ個からＲ個をとる組み合わせを生成する。
【０１０８】
ここで、内部データ構造を図２３で説明する。ここでは、ステップＳ１３６で、Ｎ＝４である場合を例にとって説明する。
【０１０９】
Ｎ＝４のとき、３≦Ｒ≦Ｎを満たすＲは３と４である。Ｒ＝４のとき、４個から４個をとる組み合わせは１種類である。そのとき、すべての直線を採用することになる。図２３にあるように、Ｒのカラムには４が入り、組み合わせ通番には１が入り、直線（回数）は行が４行分（Ｒ＝４であるため）生成され、それぞれの行に採用された直線が記載される。
【０１１０】
ここでは、直線は、図１０の直線の式のデータ形式にある「回数」の値を直線の指定に使う。したがって、１から４までの値がそれぞれの行に入る。
【０１１１】
Ｒ＝３のとき、４個から３個をとる組み合わせは４種類ある。組み合わせ通番は２から５までが採番される。それぞれの組み合わせ通番ごとに、採用される直線の数である３個ずつ行がとられる。例えば、組み合わせ通番２のときには、３本の直線は、「回数」で言うと２と３と４であることが図２３に示されている。同様に、組み合わせ通番が３，４，５のときもそれぞれ、採用される直線が「回数」で指定されている。
【０１１２】
ここでは、３≦Ｒ≦Ｎ（ただし、Ｎ＝４）を満たすＲで、Ｎ本の直線からＲ本をとる組み合わせは５種類あり、そのそれぞれの５種類に対して採用される直線が決定された。
【０１１３】
そして、ステップＳ１３７では、すべての組み合わせの計算が尽くされたか否かを判定する。ステップＳ１３７で、すべての組み合わせを尽くした場合には、ステップＳ１３１に戻り、ステップＳ１３７で、すべての組み合わせを尽くしてはいない場合には、ステップＳ１３８に移る。
【０１１４】
そして、ステップＳ１３８では、まだ選んでいない組み合わせを１つ選ぶ。そして、ステップＳ１３９では、Ｒ本の直線から最も近い点を選ぶ。ここで、Ｒ≧３であることから、図１３を用いて前述した３本以上の直線から最も近い点を計算する方法がそのまま使える。これによって、Ｒ本の直線から最も近い点とその距離の二乗和の平均が得られる。
【０１１５】
そして、ステップＳ１４０では、予め定めた定数より二乗和の平均が小さいかにより、精度がＯＫか否かを判定する。ステップＳ１４０で、精度がＯＫの場合には、ステップＳ１４１に移り、ステップＳ１４０で、精度がＯＫでない場合には、ステップＳ１３７に戻る。
【０１１６】
そして、ステップＳ１４１では、予め定めた定数より距離の二乗和の平均が小さい値をとった点の情報を出力し、さらに、加えて、精度が十分であったことを出力する。
【０１１７】
図２４に出力部１５の出力例を示す。図２４にあるように、精度充足している旨の表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高を出力する。あるいは、これを次のように変えることも可能である。
【０１１８】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図２５に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、精度充足している表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されている。
【０１１９】
また、レーザポインタ１０を、図２６に示すように若干変更して実施することも可能である。図２６に示すレーザポインタ１０は、図２に示すレーザポインタ１０にブザー５９を追加し、さらに、これを、情報バス３０に接続し、さらに、電力線２９に接続したものである。
【０１２０】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図２５に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、表示部２０には、精度充足している表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されているとともに、ブザー５９からビープ音が出力され、それによって、精度が充足していることが示される。
【０１２１】
このように、実施の形態３では、１つの点に対して、場所を変えて３回以上のレーザポインタ１０の照射によってその点の座標を測定する際に、精度が充足するように必要なだけ測定を増やして計測ができ、精度が充足したときにその旨を知ることができ測定をやめることができる。
【０１２２】
また、実施の形態３によれば、人間の操作によりレーザポインタの照射位置や傾きが不適切なまま照射をしてしまった場合にでも、そのレーザ照射に関わるデータを除いた他のデータの組み合わせで高精度な座標位置の計算が実現できるため、計測回数を増やすことが精度悪化につながらない。
【０１２３】
（実施の形態４）
実施の形態４は、複数の計測対象の点を複数回ずつ計測する際に、直近の計測対象に加えて、過去の計測対象のデータも記憶し、任意の順序で計測するものである。なお、実施の形態４の空間座標測定装置の構成は図１〜図３に示す実施の形態１や、図２６に示す実施の形態３と同様である。
【０１２４】
＜空間座標測定装置の動作＞
次に、図２７〜図３０により、本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムの動作について説明する。図２７は本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムの動作を示すフローチャート、図２８は本発明の実施の形態３に係る空間座標測定システムで使用される精度充足管理テーブルを示す図、図２９および図３０は本発明の実施の形態４に係る空間座標測定システムで表示される精度未充足の対象の出力例を示す図である。
【０１２５】
まず、ステップＳ１５０では、対象を示す変数と、計測回数を示す配列の初期化を行う。ここで、当該の対象をｍ、対象ｍの計測回数をｎ［ｍ］とする。ここでは、ｍの値と、配列ｎ［ｍ］を初期化する。
【０１２６】
そして、ステップＳ１５１では、レーザポインタ１０を用いて点の計測を行う。ここでは、決められた点に対して１回の計測を行う。測定されるデータ形式は、実施の形態１と同様に図４で示すデータ形式となる。図４のデータ形式で説明すると、データは１行分のデータが生成される。また、図４で示す「対象」に入る値を変数ｍに代入する。また、ここであわせて、精度充足管理テーブルを必要に応じて更新する。
【０１２７】
図２８により精度充足管理テーブルのデータ構造を説明する。このテーブルは、「対象」項目と、「精度充足」項目を持つ。「対象」には、ｍの値が書かれる。「精度充足」には、この対象ｍに対して、精度を充足する３本以上の直線の組が既に見つかったか否かの情報が書かれる。既に精度を充足する３本以上の直線の組が見つかっている場合、ここに１が書かれ、まだ見つかっていない場合には０が書かれる。
【０１２８】
ここでは、ステップＳ１５１で「対象」として指定されたｍが、図２８にある精度充足管理テーブルに既に「対象」としてエントリがあるかないかを調べ、ない場合には、「対象」にｍの値を入れ、「精度充足」に初期値である０を書き込む。既に「対象」欄に当該のｍの値がある場合には精度充足管理テーブルに対しては、ここでは何もしない。
【０１２９】
そして、ステップＳ１５２では、レーザポインタ１０の通信装置２６から通信部１１にデータが送信される。さらに、送信されたデータを計測結果管理部１２がデータ記憶部１６に記録する。この際に、対象の値を変換して固有のＩＤにしてもよい。レーザポインタ１０では、例えば１０種類の対象しか識別できないが、計測結果管理部１２でこれを任意の種類の数まで増やすことが可能である。データ記憶部１６に記憶する計測結果の形式は図４で示したデータ形式と同様である。
【０１３０】
そして、ステップＳ１５３では、直線管理部１３が、データ記憶部１６に格納されたデータを読み込んで、ステップＳ１５２で受信したデータに対応する直線の式を生成する。これは、図５で説明したように、通る点と方向ベクトルが決まれば、直線の式は決まる。直線の式のデータは、通る点の座標と方向ベクトルの成分で表現される。
【０１３１】
このデータ形式は、実施の形態１で示した図１０の形式と同等である。図１０に示すように、データは、日時、通る点のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標、直線の方向ベクトルのＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で示される。この形式で直線データをデータ記憶部１６に格納する。なお、加速度センサ２５と地磁気センサ２２の出力から方向ベクトルを算出する方法は公知の手法を利用する。
【０１３２】
そして、ステップＳ１５４では、対象ｍに対する計測回数ｎ［ｍ］を１だけインクリメントする。そして、ステップＳ１５５では、ステップＳ１５４でインクリメントされた計測回数が３以上か否かを判定する。ステップＳ１５５で、３以上であれば、ステップＳ１５６に移り、ステップＳ１５５で、３以上でなければ、ステップＳ１６３に移る。
【０１３３】
そして、ステップＳ１５６では、ｎ［ｍ］個の直線からＲ個の直線をとる組み合わせを生成する。ただし、３≦Ｒ≦ｎ［ｍ］の条件でＲをとる。３以上でｎ［ｍ］以下であるすべてのＲについて網羅的に、ｎ［ｍ］個からＲ個をとる組み合わせを生成する。
【０１３４】
ここで、内部データ構造を図２３で説明する。ここでは、ステップＳ１５６でｎ［ｍ］＝４である場合を例にとって説明する。
【０１３５】
ｎ［ｍ］＝４のとき、３≦Ｒ≦ｎ［ｍ］を満たすＲは３と４である。
【０１３６】
Ｒ＝４のとき、４個から４個をとる組み合わせは１種類である。そのとき、すべての直線を採用することになる。図２３にあるように、Ｒのカラムには４が入り、組み合わせ通番には１が入り、直線（回数）は行が４行分（Ｒ＝４であるため）生成され、それぞれの行に採用された直線が記載される。ここでは、直線は、図１０の直線の式のデータ形式にある「回数」の値を直線の指定に使う。したがって、１から４までの値がそれぞれの行に入る。
【０１３７】
Ｒ＝３のとき、４個から３個をとる組み合わせは４種類ある。組み合わせ通番は２から５までが採番される。それぞれの組み合わせ通番ごとに、採用される直線の数である３個ずつ行がとられる。例えば、組み合わせ通番２のときには、３本の直線は、「回数」で言うと２と３と４であることが図２３に示されている。同様に、組み合わせ通番が３，４，５のときもそれぞれ、採用される直線が「回数」で指定されている。
【０１３８】
ここでは、３≦Ｒ≦ｎ［ｍ］（ただし、ｎ［ｍ］＝４）を満たすＲで、ｎ［ｍ］本の直線からＲ本をとる組み合わせは５種類あり、そのそれぞれの５種類に対して採用される直線が決定された。
【０１３９】
そして、ステップＳ１５７では、ステップＳ１５６で列挙されたすべての組み合わせの計算が尽くされたか否かを判定する。ステップＳ１５７で、すべての組み合わせを尽くした場合には、ステップＳ１６３に移り、ステップＳ１５７で、すべての組み合わせを尽くしていない場合には、ステップＳ１５８に移る。
【０１４０】
そして、ステップＳ１５８では、まだ選んでいない組み合わせを１つ選ぶ。そして、ステップＳ１５９では、Ｒ本の直線から最も近い点を選ぶ。ここで、Ｒ≧３であることから、図１３を用いて前述した方法がそのまま使える。これによって、Ｒ本の直線から最も近い点とその距離の二乗和の平均が得られる。
【０１４１】
そして、ステップＳ１６０では、予め定めた定数より二乗和の平均が小さいかにより、精度がＯＫか否かを判定する。ステップＳ１６０で、精度がＯＫの場合には、ステップＳ１６１に移り、ステップＳ１６０で、精度がＯＫでない場合には、ステップＳ１５７に戻る。
【０１４２】
そして、ステップＳ１６１では、予め定めた定数より小さい値をとった点の情報を出力し、さらに、加えて、当該の対象に対しては、精度が十分であったことを出力する。また、図２８で示した精度充足管理テーブルの該当する「対象」の行の、「精度充足」の欄に１を書き込む。
【０１４３】
図２４に出力部１５の出力例を示す。実施の形態３と同様に、図２４にあるように、精度充足している旨の表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高を出力する。あるいは、これを次のように変えることも可能である。
【０１４４】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、実施の形態３と同様に、図２５に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、精度充足している表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されている。
【０１４５】
また、レーザポインタ１０を、実施の形態３の図２６に示すように若干変更して実施することも可能である。図２６に示すレーザポインタ１０は、図２に示すレーザポインタ１０にブザー５９を追加し、さらに、これを、情報バス３０に接続し、さらに、電力線２９に接続したものである。
【０１４６】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図２５に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、表示部２０には、精度充足している表示、および、日時、対象、緯度、経度、標高が表示されているとともに、ブザー５９からビープ音が出力され、それによって、精度が充足していることが示される。
【０１４７】
そして、ステップＳ１６２では、すべてのｍで精度を満たしているか否かを判定し、ステップＳ１６２で、すべてのｍで精度を満たしていれば終了し、ステップＳ１６２ですべてのｍで精度を満たしていない場合は、ステップＳ１６３に移る。
【０１４８】
ここで、すべてのｍで精度を満たしているかどうかの判定は、図２８で示した精度充足管理テーブル内のすべての「対象」に対して、「精度充足」に１が入っているか否かで判定する。
【０１４９】
そして、ステップＳ１６３では、まだ精度充足に至っていない対象を列挙して出力する。具体的には、図２８で示した精度充足管理テーブル内で、「精度充足」に０が入っている「対象」の値を出力し、この後、ステップＳ１５１に戻る。
【０１５０】
図２９に出力部１５の出力例を示す。図２９にあるように、精度未充足の対象の番号を列挙する。あるいは、これを次のように変えることも可能である。
【０１５１】
出力部１５は通信部１１を介してデータをレーザポインタ１０に送信し、図３０に示すように、レーザポインタ１０の表示部２０に結果を出力する。ここで、精度未充足の対象の番号が列挙されている。
【０１５２】
このように、実施の形態４では、複数の計測対象の点を複数回ずつ計測する際に、任意の順序で計測することができる。これにより、複数の計測対象を計測する際に、ある点から複数の計測対象を計測し、別の点に移って計測を継続することができ、計測者の移動を少なくできる。また、精度が未充足の計測対象をその都度知ることができるため、必要な計測対象のみの計測を継続できる。
【０１５３】
なお、実施の形態１〜４では、レーザポインタ１０が、ＧＰＳ受信部２１と加速度センサ２５と地磁気センサ２２を用いて、その位置と傾きを求めたが、位置と傾きがわかれば他の任意の方法で代替してもよい。例えば、十分に長いレーザポインタ１０であれば、ＧＰＳ受信部２１が２か所についていれば、それによって位置と傾きがわかる。
【０１５４】
また、実施の形態１〜４で示した方法を実行可能な形式にし、情報処理装置などで実行させる空間座標測定プログラム、および、それを格納した記憶媒体、および、空間座標測定プログラムを実行可能にしたサービス等の形式で実施することも可能である。
【０１５５】
また、実施の形態１〜４では、レーザポインタ１０から通信部１１にデータを送信して空間座標測定を行っているが、レーザポインタ１０内で計測結果管理部１２、直線管理部１３、および処理部１４の各処理を行うことも可能である。この場合、レーザポインタ１０単体での空間座標測定を行うことが可能である。
【０１５６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１５７】
１０…レーザポインタ、１１…通信部、１２…計測結果管理部、１３…直線管理部、１４…処理部、１５…出力部、１６…データ記憶部、１７…バス、１８…レーザ光、１９…発光部、２０…表示部、２１…ＧＰＳ受信部、２２…地磁気センサ、２３…入力部、２４…ボタン、２５…加速度センサ、２６…通信装置、２７…処理装置、２８…電源、２９…電力線、３０…情報バス、３１…ボタン１、３２…ボタン２、３３…ボタン３、３４…ボタン４、５９…ブザー。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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