(57)【要約】【課題】本発明の目的は、装置構成を複雑にすることが無く、一人で容易に基準点に対する測定点の高さ・距離を測量できるレーザーを用いた測量装置を提供することにある。【解決手段】本発明の測量装置１０は、基準点Ａと測定点Ｂに機材を配置して測量をおこなうものである。基準点ＡからレーザーＬを発振して、測定点ＢでレーザーＬを受光する。レーザーＬを受光する時間、レーザーＬが移動する角度から受光器２０ａ、２０ｂの角度が求まり、さらに基準点Ａと測定点Ｂの距離および標高の差が求められる。基準点Ａには人手は不要で測定点Ｂに人手が必要となり、一人で測量をおこなうことができる。【選択図】図１
2008076052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準点に対する測定点の距離と高さを求める測量装置であって、
前記基準点の上方に配置されるレーザーの発振器と、
前記レーザーを鉛直方向に一定の角速度で且つ一定の角度を往復移動させる縦方向運動装置と、
前記測定点の上方に配置され、鉛直方向に一定の間隔を有する２つのレーザーの受光器と、
２つの前記受光器のそれぞれにおいて、該受光器がレーザーを受光してから該レーザーが前記角度の上限に到達して戻ってくるまでの第１時間、および該受光器がレーザーを受光してから該角度の下限に到達して戻ってくるまでの第２時間を計時する計時手段と、
前記角度、角速度、第１時間、および第２時間を使用して、前記発振器と受光器とを結ぶ線と水平線とでなす鋭角を算出する角度算出手段と、
前記２つの受光器の間隔および算出された前記鋭角から、基準点と測定点の距離を求める距離算出手段と、
前記基準点に対する発振器の高さ、前記測定点に対する２つの受光器の内の一方の高さ、前記基準点と測定点の距離、および算出された前記鋭角から、基準点に対する測定点の高さを求める高さ算出手段と、
を含む測量装置。
【請求項２】
基準点と測定点との距離を求める測量装置であって、
前記基準点の上方に配置されるレーザーの発振器と、
前記レーザーを鉛直方向に一定の角速度で且つ一定の角度を往復移動させる縦方向運動装置と、
前記測定点の上方に配置され、鉛直方向に一定の間隔を有する２つのレーザーの受光器と、
２つの前記受光器のそれぞれにおいて、該受光器がレーザーを受光してから該レーザーが前記角度の上限に到達して戻ってくるまでの第１時間、および該受光器がレーザーを受光してから該角度の下限に到達して戻ってくるまでの第２時間を計時する計時手段と、
前記角度、角速度、第１時間、および第２時間を使用して、前記発振器と受光器とを結ぶ線と水平線とのなす鋭角を算出する角度算出手段と、
前記２つの受光器の間隔および算出された前記鋭角から、基準点と測定点の距離を求める距離算出手段と、
を含む測量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一人で実質誤差のない測量をおこなうための測量装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
標高を求める測量として水準測量がある。図６に一般的な水準測量装置６０を示す。水準測量装置６０は、レベル（望遠鏡）６２を挟んで目盛りのついた棒である標尺６４を２点に配置する。レベル６２で目盛りを読み取って、読み取った目盛り同士を減算することによって既設水準点Ａと測定点Ｂの標高の差が求まる。既設水準点Ａの標高に計算した標高の差を加算または減算することによって、測定点Ｂの標高を求めることができる。
【０００３】
しかし、正確に目盛りを読むためには、熟練した１名の技師と標尺６４を立てる者が必要である。人材育成のための時間的、経済的負担が大きい。読み取った目盛りはノートに書き込み、ミスがないように２回行うのが普通であり、作業効率も悪い。また、水準測量と同時に、平板測量の様に水平距離を求められると何かと便利である。
【０００４】
そこで、一人でも水準測量が可能なように、下記の特許文献１はレーザーを使用した水準測量機を開示している。しかし、角柱に複数の受光センサーを取り付ける必要があり、装置の構成や製造が複雑化するおそれがある。また、特許文献１の構成は水平距離を求めることはできない。
【０００５】
下記の特許文献２は、レーザーを用いて距離を測定する装置を開示している。しかし、距離を測定することはできても水準測量をおこなうことはできない。また、標尺に対して横方向に受光器を並べるため、装置が縦横に大きくなり、持ち運びに不便である。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１３３３０号公報（図１）
【特許文献２】特開平１−２５９２１４号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、装置構成を複雑にすることが無く、一人で容易に基準点に対する測定点の高さ・距離を測量できるレーザーを用いた測量装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の測量装置は、基準点で発振したレーザーを測定点で受光し、この受光する時間を計時し、種々の演算によって基準点に対する測定点の距離と高さを求める装置である。基準点に設置される測量装置の構成は、基準点の上方に設置されるレーザーの発振器と、レーザーを鉛直方向に一定の角速度で且つ一定の角度を往復移動させる縦方向運動装置とを含む。また、測定点に設置される測量装置の構成は、測定点の上方に設置され、鉛直方向に一定の間隔を有する２つのレーザーの受光器と、受光器がレーザーを受光する時間を計時する計時手段と、上記の角度などを使用して発振器と受光器とを結ぶ線と水平線とでなす鋭角を算出する角度算出手段と、基準点に対する発振器の高さなどから基準点と測定点の距離を求める距離算出手段と、求められた基準点と測定点との距離などから基準点に対する測定点の高さを求める高さ算出手段とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、基準点ではレーザーを発振するだけであるので、測定点に技師がいれば測量できる。装置に設ける受光器は２つであり、多数の受光器を設ける必要がないので、装置が複雑化しない。また、受光器がレーザーを受光する時間を計時して所定の演算をおこなうだけで２点間の距離と高さの差が求められるため、水準測量と距離測量を同時に簡単におこなうことができる。レベルで目盛りを読み取る必要がないので、技師の熟練度が低くても実質的に誤差のない測量が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係るレーザーを使用した測量装置について図面を用いて説明する。なお、説明中、種々の演算をおこなう手段については、所望の演算をおこなうための回路、ソフト、またはその両方で構成されるものであり、必要に応じてメモリなどの記憶手段が設けられる。
【００１１】
図１に示すように、本発明の測量装置１０は、既設水準点（基準点）Ａと測定点Ｂに機材を配置して測量をおこなうものである。基準点ＡからレーザーＬを発振して、測定点ＢでレーザーＬを受光する。基準点Ａおよび測定点Ｂには、図２および図３の手段が設置される。
【００１２】
基準点Ａに設置される測量装置１０の構成は、基準点Ａの上方に設置されるレーザーＬの発振器１２と、レーザーＬを鉛直方向に一定の角速度で且つ一定の角度を往復運動させる縦方向運動装置１４とを含む。これらの手段は、三脚１５または台に取り付けられる。
【００１３】
発振器１２が運動させられることによって、レーザーＬが一定の角速度（２θ／Ｔ）で且つ一定の角度（２θ）を移動することとなる（図４）。この角度を２等分する中心線（図４中の点線）が水平を向くようにする。これは、後述する演算をおこなうための直角三角形を形成するためである。また、予め基準点Ａの地表面から上記中心線までの高さが既知であるようにして、後述の測定点Ｂとの標高の差が算出できるようにする。レーザーＬが回転する角度は１８０°以下である。
【００１４】
レーザーＬを往復移動させるための縦方向運動装置１４は、発振器１２を運動させる機構であっても良いし、レーザーＬの光路に鏡またはプリズムを設けて、その鏡またはプリズムを運動させる機構であっても良い。発振器１２や鏡などの動作によって、レーザーＬが上記の往復運動をするようにする。また、レーザーＬが往復移動するときの要となる部分が図４の点Ｏになるようにする。したがって、発振器１２を運動させる場合には、発振器１２の任意の点に点Ｏが存在する場合もあるが、レーザーＬを延長させると点ＯをレーザーＬが通過するため、説明ではレーザーＬが延長しているとする。点Ｏは基準点Ａの上方である。
【００１５】
上述の中心線が水平方向を向くように水準器１６を設けたり、レーザーＬの水平方向の角度調整をおこなうために発振器１２を水平方向に回転させる機構１８を設けてもよい。
【００１６】
測定点Ｂに設置される測量装置１０の構成は、測定点Ｂの上方に設置され、鉛直方向に一定の間隔を有する２つのレーザーＬの受光器２０ａ，２０ｂと、受光器２０ａ，２０ｂがレーザーＬを受光する時間を計時する計時手段２２と、上記の角度などを使用して発振器１２と受光器２０ａ，２０ｂとを結ぶ線と中心線とでなす鋭角を算出する角度算出手段と、基準点Ａに対する発振器１２の高さなどから基準点Ａと測定点Ｂの距離を求める距離算出手段と、求められた基準点Ａと測定点Ｂとの距離などから基準点Ａに対する測定点Ｂの高さを求める高さ算出手段とを含む。図３における演算手段２４に、角度算出手段、距離算出手段、高さ算出手段が含まれる。
【００１７】
棒体２６に受光器２０ａ，２０ｂなどを取り付ける。即ち、従来の標尺と呼ばれる棒体に目盛りが設けられていたが、本発明では棒体２６に受光器２０ａ，２０ｂなどを設ける。上側の受光器を第１受光器２０ａとし、下側の受光器を第２受光器２０ｂとする。
【００１８】
計時手段２２は、それぞれの受光器２０ａ，２０ｂに対して、受光器２０ａ，２０ｂがレーザーＬを受光してからレーザーＬが上記角度の上限に到達して戻ってくるまでの第１時間、および受光器２０ａ，２０ｂがレーザーＬを受光してから上記角度の下限に到達して戻ってくるまでの第２時間を計時する（図４参照）。図４では、第１時間は、レーザーＬが受光器２０ａから上限の照射点Ｘを経由して再び帰ってくる時間である２Ｔ1である。第２時間は受光器レーザーＬが受光器２０ａから下限の照射点Ｙを経由して再び帰ってくる時間である２Ｔ2である。第２受光器２０ｂについても同様である。なお、レーザーＬが上限Ｌｘから下限Ｌｙまで移動する時間をＴとしている。
【００１９】
上述の計時は複数回行うのが好ましい。即ち、第１時間Ｔ1と第２時間Ｔ2とを繰り返し計時する。この第１時間Ｔ1と第２時間Ｔ2は一回おきに計時されることとなるため、第１時間Ｔ1同士または第２時間Ｔ2同士を比較し、同じであるかを確認する手段を設ける。同じであれば、装置１０が正常に動作していることが確認でき、正確な測量が行える。
【００２０】
受光器２０ａ，２０ｂはレーザーを受光しているだけなので、計時手段は計時した時間が第１時間Ｔ1であるか第２時間Ｔ2であるかの区別がつかない。そこで、第１受光器２０ａと第２受光器２０ｂとからのレーザーＬの受信信号のタイミングを利用する。例えば、レーザーＬが下がるときに第１受光器２０ａ、第２受光器２０ｂの順に受光し、その後レーザーＬが上昇し、第２受光器２０ｂ、第１受光器２０ａの順に受光する。第２受光器２０ｂ、第１受光器２０ａの順にレーザーＬの受信信号を得れば、レーザーＬが上昇しているのがわかる。したがって、第１受光器２０ａおよび第２受光器２０ｂがレーザーＬを受光してから次に第１受光器２０ａおよび第２受光器２０ｂがレーザーＬを受光するまでの時間は第１時間Ｔ1であることがわかる。第２時間Ｔ2については、この逆である。そこで、計時手段には、第１受光器２０ａおよび第２受光器２０ｂからのレーザーＬの受信信号のタイミングによって、計時する時間が第１時間Ｔ1または第２時間Ｔ2であるかを区別する手段を設ける。
【００２１】
角度算出手段などで演算をおこなうために、角度（２θ）、角速度（２θ／Ｔ）、および時間Ｔは既知として、メモリなどに記憶させておく。
【００２２】
角度算出手段は、上記角度、角速度、第１時間、および第２時間を使用して、発振器１２と受光器２０ａ，２０ｂとを結ぶ線（レーザーＬ）と中心線とでなす鋭角を算出する。なお、第１受光器２０ａによる鋭角を第１鋭角θ1、第２受光器２０ｂによる鋭角を第２鋭角θ2として説明する場合がある。鋭角を算出するための数式は、下の数式１である。数式１には第１時間および第２時間を半分にしたものを使用しているが、数式１に２を乗算してもよい。
【００２３】
【数１】
2008076052.tif 000003
【００２４】
第１鋭角θ1については数式１で求められたが、第２鋭角θ2についても同じ数式で求められる。数式１の第２項の分子で時間Ｔ1を使用すると、中心線より上の鋭角はプラスとなり、下の鋭角はマイナスになる。このプラスまたはマイナスの数値を使用して後の計算もおこなわれる。なお、数式１の第２項で時間Ｔ1をＴ2に変更すれば、中心線より上の鋭角はマイナスとなり、下の鋭角はプラスになる。
【００２５】
第１時間と第２時間を加算し、半分にした値と時間Ｔとを比較して、縦方向運動装置１４が正確に動いているかをチェックする手段を設けても良い。正確な測量が可能となる。
【００２６】
距離算出手段は、図５で示す三角形を使用して、２つの受光器２０ａ，２０ｂの間隔Ｗ、および算出された鋭角θ1、θ2から基準点Ａと測定点Ｂの距離Ｄを求める。２つの受光器２０ａ，２０ｂの間隔Ｗは既知であるため、距離Ｄは数式２により求まる。なお、図４と図５で示す鋭角が異なるが、上述したように中心線を基準に上の鋭角をプラス、下の鋭角をマイナスと統一すれば、各数式の結果は同じとなる。
【００２７】
【数２】
2008076052.tif 000004
【００２８】
高さ算出手段は、２つの受光器２０ａ，２０ｂの間隔Ｗおよび算出された鋭角θ1、θ2から、基準点Ａと測定点Ｂとの標高の差Ｈを求める。基準点Ａの地面に対する発振器１２の高さＳ１と測定点Ｂの地面に対する２つの受光器２０ａ，２０ｂの内の一方の高さＳ２は同じになるようにする。ここで発振器１２の高さは、レーザーＬを発振する中心である。図５では上側にある第１受光器２０ａが中心線の高さと同じになっている。この場合、図５より標高の差Ｈは数式３により求まる。なお、受光器２０が中心線より下に位置した場合、標高の差Ｈはマイナスとなる。
【００２９】
【数３】
2008076052.tif 000005
【００３０】
本発明は、計時手段２２が得た時間や上述した演算によって得られてデータを記憶する記憶装置２８を含む。記憶装置２８はメモリカードやＦＤなどの携行可能なものである。このメモリからコンピュータにデータを転送することによって、製図をおこなうためのソフトなどで利用できるようにする。
【００３１】
標高の差Ｈが求められており、基準点Ａの標高が既知であるため、この基準点Ａの標高と求めた差Ｈを加算することによって測定点Ｂの標高が求まる（数式４）。数式４を実行するために、本発明は、基準点Ａの標高を入力する手段と、この標高と求めた差Ｈを加算することによって、測定点Ｂの標高を求める手段を含める。これらの手段は、距離算出手段などと一緒に設けても良いし、メモリのデータが転送されるコンピュータに記憶されたソフトウェアであってもよい。
【００３２】
【数４】
2008076052.tif 000006
【００３３】
測量装置１０を用いた測量の手順を説明すると、（１）基準点ＡにレーザーＬの発振器１２などを配置し、測定点ＢにレーザーＬの受光器２０ａ，２０ｂなどを配置する。（２）レーザーＬが測定点Ｂを向くように調節し、さらに鉛直方向に一定の角度で運動するように調節する。このとき、この角度を二等分する中心線が水平方向を向くようにする。（３）レーザーＬを受光器２０ａ，２０ｂで受光し、受光した時間を計時する。この時間は、一度受光してから次の受光までの時間である。受光および計時は複数回行って、計時した時間が１回おきに同じになることを確認する。（４）レーザーＬを受光した時間の計時後、上述した数式１〜３の演算をおこない、基準点Ａと測定点Ｂと距離および標高の差を求める。（５）最後に、上述した数式４で測定点Ｂの標高を求める。
【００３４】
以上のように、基準点ＡではレーザーＬが発振されるだけであるので無人である。したがって、測量をおこなう技師が、基準点ＡでレーザーＬの角度などを調節し、後は測定点Ｂに移動すれば測量可能である。従来はレベルで目盛りを読み取っていたが、本発明の装置１０であればその必要もなく、測量をおこなう技量の差による測量誤差が小さくなる。また、受光器２０ａ，２０ｂは２つであり、引用文献１のように複数の受光器を並べる必要はなく、利用する演算も複雑なものではないため、構成を複雑にはしない。１回の測量によって測定点Ｂの標高だけではなく、基準点Ａと測定点Ｂとの距離Ｄも算出でき、測量を簡素化できる。
【００３５】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、標高を求める必要が無いのであれば、上記の高さ算出手段を使用しない態様であってもよい。上記の式３および式４の水準測量はおこなわれず、式１および式２の距離測量のみおこなう。これは、本発明が距離測量をおこない、その結果を基に水準測量がおこなえるからである。
【００３６】
また、本発明の装置１０によって水準測量および距離測量の両方をおこない、どちらか一方のみを後の製図などに利用してもよい。
【００３７】
発振器１２を水平方向に回転させる機構を用いて、複数の地点の測量を順次おこなってもよい。発振器１２を基準点Ａに置いたまま回転させることにより、複数の測定点Ｂを測量できる。この回転は自動でおこなってもよいし、手動であってもよい。複数の測定点Ｂの測量時に、各地点で得たデータを区別しながらメモリに記憶して、コンピュータで利用できるようにする。測量から製図までを簡単におこなうことができる。また、複数の測定点Ｂに同時に受光器２０ａ，２０ｂを配置し、発振器１２を回転させて測量してもよい。
【００３８】
発振器１２を自動で水平回転させるために、測定点Ｂに電磁波の発振器を設け、基準点Ａに電磁波の受信機を設け、電磁波を受信した方向にレーザーＬの方向が向くように発振器１２を自動的に回転させる機構を設けてもよい。技師が基準点ＡでレーザーＬの水平方向を調節する必要はない。また、複数人が測定点Ｂに受光器２０ａ、２０ｂを持って立っても、順番に測量をおこなうことができる。
【００３９】
図５において高さＳ１とＳ２が同じとして説明したが、この高さＳ１とＳ２が異なっていてもよい。両者の高さの差を予め求めておくことによって、式３によって求まった差に対して加算または減算して実際の基準点Ａと測定点Ｂの標高の差が求まる。
【００４０】
なお、同じ結果が得られるのあれば、説明で用いた複数の式は他の式に置き換えてもよく、その式に合わせて演算をおこなう手段を構成する。
【００４１】
第１時間Ｔ1と第２時間Ｔ2は、受光器２０ａ，２０ｂがレーザーＬを受光してから次にレーザーＬを受光するまでの時間を計時手段が計時して求めたが、受光器２０ａ，２０ｂがレーザーＬを受光した現実の時間を計時し、計時した時間から第１時間Ｔ1と第２時間Ｔ2とを計算によって求めても良い。
【００４２】
棒体２６に演算手段２４を設けたが、演算手段２４はコンピュータのソフトにしても良い。その場合、計時手段２２が計時した時間をメモリに記憶し、コンピュータに転送させる。
【００４３】
既設水準点Ａに対する標高の差から測定点Ｂの標高を求める以外に、任意の地点を基準点Ａとして、単に基準点Ａと測定点Ｂとの標高の差を求めるだけに使用しても良い。
【００４４】
図１では棒体２６に受光器２０ａ、２０ｂを取り付けているが、２つの受光器２０ａ、２０ｂが鉛直方向に一定間隔で配置されるのであれば、他の物に受光器２０ａ、２０ｂを取り付けても良い。
【００４５】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の測量装置の一態様を示す側面図である。
【図２】基準点に設けられる構成を示したブロック図である。
【図３】測定点に設けられる構成を示したブロック図である。
【図４】基準点から見た受光器の角度を求めるための一態様を示す図である。
【図５】基準点に対する測定点の距離および高さを求めるための一態様を示す図である。
【図６】従来の測量装置の一態様を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：測量装置
１２：発振器
１４：縦方向運動装置
２０ａ，２０ｂ：受光器
２２：計時手段
２４：演算手段
２８：記憶装置
【図１】
2008076052.tif 000007
【図２】
2008076052.tif 000008
【図３】
2008076052.tif 000009
【図４】
2008076052.tif 000010
【図５】
2008076052.tif 000011
【図６】
2008076052.tif 000012