(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測車両（１）の周囲の構造物の表面の形状を計測する構造物計測装置であって、
前記計測車両（１）の位置および姿勢をセンシングする位置姿勢センサと、
前記計測車両（１）と共に移動する第１の計測面（２６）内を走査することによって複数の第１の計測点の前記計測車両（１）からの相対位置をセンシングする第１の点群センサ（１４）と、
前記計測車両（１）と共に移動し前記第１の計測面（２６）と異なる第２の計測面（２８）内を走査することによって複数の第２の計測点の前記計測車両（１）からの相対位置をセンシングする第２の点群センサ（１５）と、
前記第１の点群センサ（１４）によってセンシングされた前記複数の第１の計測点の相対位置と、前記複数の第１の計測点の各々がセンシングされた時刻において前記計測車両（１）が有すると見積もられる位置および姿勢とから、前記複数の第１の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第１の計測座標点を算出し、かつ、前記第２の点群センサ（１５）によってセンシングされた前記複数の第２の計測点の相対位置と、前記複数の第２の計測点の各々がセンシングされた時刻において前記計測車両（１）が有すると見積もられる位置および姿勢とから、前記複数の第２の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第２の計測座標点を算出する計測座標点算出部（１６）と、
前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点を各計測時刻と共に記憶する記憶部（２１）と、
前記記憶部（２１）に記憶された前記複数の第１の計測座標点から、前記構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群を抽出し、かつ前記記憶部（２１）に記憶された前記複数の第２の計測座標点から、前記構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群を抽出する比較部分抽出部（２２）と、
前記構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する前記第１の比較点群と前記第２の比較点群との間の差異を算出する差異算出部（２３）と、
前記差異算出部（２３）によって算出された差異に基づいて、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差を算出する誤差算出部（２４）と、
前記誤差算出部（２４）によって算出された誤差に基づいて前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する座標値補正部（２５）と、
を備える、構造物計測装置。
【請求項２】
前記第１の点群センサ（１４）の前記第１の計測面（２６）と、前記第２の点群センサ（１５）の前記第２の計測面（２８）との各々の法線ベクトルの、前記計測車両（１）の左右軸に沿う成分は、ゼロである、請求項１に記載の構造物計測装置。
【請求項３】
前記第１の点群センサ（１４）の前記第１の計測面（２６）は、前記計測車両（１）の前後軸（２７）に直交している、請求項２に記載の構造物計測装置。
【請求項４】
第２の点群センサ（１５）の前記第２の計測面（２８）の法線ベクトルは、前記計測車両（１）の前後軸（２７）から３０度傾いている、請求項３に記載の構造物計測装置。
【請求項５】
前記誤差算出部（２４）は、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差として、少なくとも高さ誤差を算出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の構造物計測装置。
【請求項６】
前記差異算出部（２３）は、前記第１の比較点群の高さと、前記第２の比較点群の高さとの差異を算出する、請求項５に記載の構造物計測装置。
【請求項７】
前記誤差算出部（２４）は、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差として、少なくともロール誤差を算出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の構造物計測装置。
【請求項８】
比較部分抽出部（２２）は、前記第１の比較点群の近似直線の傾きと、前記第２の比較点群の近似直線の傾きとを算出する、請求項７に記載の構造物計測装置。
【請求項９】
前記誤差算出部（２４）は、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差として、少なくともピッチ誤差を算出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の構造物計測装置。
【請求項１０】
前記比較部分抽出部（２２）は、前記第１の比較点群としての第１の下方比較点群および第１の上方比較点群と、前記第２の比較点群としての第２の下方比較点群および第２の上方比較点群とを抽出する、請求項９に記載の構造物計測装置。
【請求項１１】
前記第１の点群センサ（１４）の前記第１の計測面（２６）と、前記第２の点群センサ（１５）の前記第２の計測面（２８）とは、互いに平行である、請求項１から３または請求項５から８のいずれか１項に記載の構造物計測装置。
【請求項１２】
比較部分抽出部（２２）は、前記第１の比較点群が描くパターンの重心と、前記第２の比較点群が描くパターンの重心とを算出する、請求項１１に記載の構造物計測装置。
【請求項１３】
前記誤差算出部（２４）は、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差として、少なくとも左右誤差を算出する、請求項１１または１２に記載の構造物計測装置。
【請求項１４】
相対的な位置関係を保ちながら共に移動する第１の計測面（２６）および第２の計測面（２８）内のそれぞれを走査することによって得られた、構造物の表面の形状を表す複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する計測点補正装置（１７）であって、
前記複数の第１の計測座標点から、前記構造物の表面のうちの比較部分を表す第１の比較点群を抽出し、かつ前記複数の第２の計測座標点から、前記構造物の表面のうちの比較部分を表す第２の比較点群を抽出する比較部分抽出部（２２）と、
前記構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する前記第１の比較点群と前記第２の比較点群との間の差異を算出する差異算出部（２３）と、
前記差異算出部（２３）によって算出された差異に基づいて、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差を算出する誤差算出部（２４）と、
前記誤差算出部（２４）によって算出された誤差に基づいて前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する座標値補正部（２５）と、
を備える、計測点補正装置（１７）。
【請求項１５】
相対的な位置関係を保ちながら共に移動する第１の計測面（２６）および第２の計測面（２８）内のそれぞれを走査することによって得られた、構造物の表面の形状を表す複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する計測点補正方法であって、
前記複数の第１の計測座標点から、前記構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群を抽出し、かつ前記複数の第２の計測座標点から、前記構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群を抽出する工程と、
前記構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する前記第１の比較点群と前記第２の比較点群との間の差異を算出する工程と、
前記差異に基づいて、前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差を算出する工程と、
前記誤差に基づいて前記複数の第１の計測座標点および前記複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する工程と、
を備える、計測点補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物計測装置、計測点補正装置、および計測点補正方法に関するものであり、特に、構造物の表面の形状を計測する構造物計測装置と、構造物の表面の形状を表す計測座標点を補正する計測点補正装置と、構造物の表面の形状を表す計測座標点を補正する計測点補正方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
道路および線路など、経路に沿って存在する構造物、およびそれに設置された構造物の安全性の点検においては、ある時点でのその表面の凹凸の状況、または、時をおいての当該凹凸の変形の状況を、長い経路にわたって詳細に計測することが求められる。具体的には、道路、線路、トンネル、橋梁、および柱状接地物などの構造物の表面を計測することが求められる。特にトンネルについては、数が多くかつ総延長も長いため、効率的な点検方法が特に求められている。上記計測のために、モービルマッピングシステム（ＭＭＳ）とよばれる移動体測量による方式が提案されており、例えば、以下のような技術が提案されている。【０００３】
特開２０１６−２０６１３１号公報（特許文献１）によれば、ＭＭＳは、レーザスキャナが取り付けられた計測車両が道路を走行することによって道路を計測する。レーザスキャナは、レーザ光を照射し、照射されたレーザ光を反射した地点までの距離を計測し、計測された距離を含んだスキャンデータを生成する。スキャンデータと、それが得られたときの計測車両の標定位置とを用いて、道路の形状を表す三次元点群データが生成される。さらに上記公報によれば、ＭＭＳの計測精度が標定位置の精度に依存するところ、トンネル内においてはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を使用することができないことから、ＭＭＳの計測精度を上げることが困難であることが指摘されている。そこで上記公報で開示されている技術によれば、道路およびトンネルが計測される際に、道路およびトンネルを横断方向にスキャンして得られる横断スキャンデータが、路面縦断スキャンデータを用いて補正される。路面縦断スキャンデータは、路面縦断レーザスキャナによって計測されるものであり、道路およびトンネルの縦断方向に並んだ複数の路面縦断点それぞれの位置情報を含む。路面縦断点とは、路面縦断レーザスキャナから照射されたレーザ光が反射した地点のことである。【０００４】
特開２０１２−２７８３号公報（特許文献２）の技術によれば、位置座標を検知するエンコーダと、測距データを出力する第１および第２のセンサとが、車両によって、トンネルなどの管体の軸方向に移動させられる。第１のセンサは、鉛直方向にレーザビームを走査させる。第２のセンサは、鉛直方向に対して所定の角度に傾けられた方向にレーザビームを走査させる。第１および第２のセンサの測距データに基づいて、管体の軸線と車両との傾き角度が算出される。エンコーダによって検知された位置座標が、上記傾き角度に基づいて補正される。この傾き角度は、予め管体の軸線との傾きがゼロのときの第１および第２のセンサにより検出されたデータを基準値とし、該基準値に対する変化量に基づいて算出される。【０００５】
特開２００５−６９７００号公報（特許文献３）によれば、三次元データ取得装置が開示されている。この装置は、計測断面が鉄道車両の進行方向に対して鉛直面をなすように鉄道車両に搭載された第１のレーザスキャナと、上記計測断面に対して所定角度上向きの計測断面を形成するように鉄道車両に搭載された第２のレーザスキャナとを有している。また上記公報によれば、同一対象物について第１および第２のレーザスキャナのデータの平均化したものを使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−２０６１３１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２７８３号公報
【特許文献３】特開２００５−６９７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の技術によれば、補正のために用いられる路面縦断スキャンデータによって表される測定領域は、道路およびトンネルの幅方向においては広がりを有していない。そのように限定的なデータでは、高い精度での補正が難しい場合がある。【０００８】
上記特許文献２の技術によれば、管体の軸線と車両との傾き角度がゼロのときのデータを必要とする。また、そのようなデータを得ることは、通常、困難であると考えられる。【０００９】
上記特許文献３の技術によれば、第１および第２のレーザスキャナのデータを平均化することが提案されている。しかしながら、単純に平均を取るだけでは、計測誤差の抑制に限りがある。【００１０】
以上のように、上記従来の技術では、計測誤差を十分に補正することが困難である。計測誤差が生じる大きな原因のひとつは、レーザスキャナなどを用いての表面についての各計測が行われた時点での、車両の位置および姿勢の少なくともいずれかの情報の精度が十分でないことである。表面についての計測は、通常、非常に短い周期で行われることから、車両の位置および姿勢の情報の精度は、ほぼ常時、高く保たれる必要がある。しかしながら、路面上には、目地、舗装境界、補修跡、部分的陥没、および（白線および道路標示などのための）塗料などに起因した起伏があり、その影響で車両が振動することによって、車両の位置および姿勢は変動し得る。よって、車両の位置および姿勢の情報を常時高精度に認識しておくことは困難である。さらに、車両の位置および姿勢は、通常、間欠的にしか計測されないので、たとえ車両の位置および姿勢の計測精度が高くても、この間欠的な計測の瞬間以外は、車両の位置および姿勢を、ある程度の誤差を許容しつつ見積もらざるをえない。【００１１】
例えば、車両の位置および姿勢の情報を得るための慣性センサの計測周期が０．１秒であったとすると、車両の速度が時速４０ｋｍ場合、車両の位置および姿勢の計測は、車両が約１ｍ走行するごとにしか得られない。よって、１ｍ未満の精度で構造物の凹凸を計測するためには、車両の位置および姿勢を、ある程度の誤差を許容しつつ見積もらざるをえない。例えばトンネルの維持管理では、通常、覆工面（内壁）上のｍｍ単位の変状（凹凸の変形）を考慮する必要があるので、上記のような見積もりが必要である。一方で路面上の上記起伏の大きさは、しばしば、１ｃｍ程度またはそれを超える。よって、路面上の起伏に起因しての車両の位置および姿勢の乱れの大きさも、１ｃｍ程度またはそれを超える。その結果、経路上の約１ｍの範囲での構造物の凹凸の計測において、１ｃｍ程度またはそれを超える、本来は存在しない凹凸が表れてしまう。【００１２】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両からの計測によって構造物の表面の凹凸についての状況を高精度で計測することができる構造物計測装置、計測点補正装置、および計測点補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の構造物計測装置は計測車両の周囲の構造物の表面の形状を計測するものである。構造物計測装置は、位置姿勢センサと、第１の点群センサと、第２の点群センサと、計測座標点算出部と、記憶部と、比較部分抽出部と、差異算出部と、誤差算出部と、座標値補正部とを有している。位置姿勢センサは計測車両の位置および姿勢をセンシングする。第１の点群センサは、計測車両と共に移動する第１の計測面内を走査することによって、複数の第１の計測点の計測車両からの相対位置をセンシングする。第２の点群センサは、計測車両と共に移動し第１の計測面と異なる第２の計測面内を走査することによって、複数の第２の計測点の計測車両からの相対位置をセンシングする。計測座標点算出部は、第１の点群センサによってセンシングされた複数の第１の計測点の相対位置と、複数の第１の計測点の各々がセンシングされた時刻において計測車両が有すると見積もられる位置および姿勢とから、複数の第１の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第１の計測座標点を算出する。また計測座標点算出部は、第２の点群センサによってセンシングされた複数の第２の計測点の相対位置と、複数の第２の計測点の各々がセンシングされた時刻において計測車両が有すると見積もられる位置および姿勢とから、複数の第２の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第２の計測座標点を算出する。記憶部は、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点を各計測時刻と共に記憶する。比較部分抽出部は、記憶部に記憶された複数の第１の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群を抽出する。また比較部分抽出部は、記憶部に記憶された複数の第２の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群を抽出する。差異算出部は、構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との間の差異を算出する。誤差算出部は、差異算出部によって算出された差異に基づいて、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差を算出する。座標値補正部は、誤差算出部によって算出された誤差に基づいて複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する。【００１４】
本発明の計測点補正装置は、相対的な位置関係を保ちながら共に移動する第１の計測面および第２の計測面内のそれぞれを走査することによって得られた、構造物の表面の形状を表す複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正するものである。計測点補正装置は、比較部分抽出部と、差異算出部と、誤差算出部と、座標値補正部とを有している。比較部分抽出部は、複数の第１の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群を抽出する。また比較部分抽出部は、複数の第２の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群を抽出する。差異算出部は、構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との間の差異を算出する。誤差算出部は、差異算出部によって算出された差異に基づいて、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差を算出する。座標値補正部は、誤差算出部によって算出された誤差に基づいて複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正する。【００１５】
本発明の計測点補正方法は、相対的な位置関係を保ちながら共に移動する第１の計測面および第２の計測面内のそれぞれを走査することによって得られた、構造物の表面の形状を表す複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかを補正するものであって、次の工程を有している。複数の第１の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群が抽出され、かつ複数の第２の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群が抽出される。構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との間の差異が算出される。差異に基づいて、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点に含まれる時間依存性の誤差が算出される。誤差に基づいて複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点の少なくともいずれかが補正される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構造物計測装置によれば、構造物の表面上の共通の比較部分が、第１の計測面上で第１の時刻に第１の比較点群として認識され、かつ第２の計測面上で第２の時刻に第２の比較点群として認識される。そして、共通の比較部分に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との差異が算出される。第１の比較点群および第２の比較点群のそれぞれの座標は、センシングされた比較部分の真の座標に第１の時刻での計測誤差および第２の時刻での計測誤差が加わったものである。よって第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータは、第１の時刻での計測誤差と第２の時刻での計測誤差との差異を表している。ここで、計測車両の速度が既知であれば、第１の時刻と第２の時刻とのずれも既知である。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータから、特定の時刻での計測誤差と、当該時刻から既知の時間ずれた時刻での計測誤差との差異を知ることができる。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異の時間依存性のデータに基づいて、計測誤差の時間依存性を知ることができる。これによって既知となった計測誤差を補正することで、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。【００１７】
本発明の計測点補正装置によれば、構造物の表面上の共通の比較部分が、第１の計測面上で第１の時刻に第１の比較点群として認識され、かつ第２の計測面上で第２の時刻に第２の比較点群として認識されている場合において、共通の比較部分に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との差異が算出される。第１の比較点群および第２の比較点群のそれぞれの座標は、センシングされた比較部分の真の座標に第１の時刻での計測誤差および第２の時刻での計測誤差が加わったものである。よって第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータは、第１の時刻での計測誤差と第２の時刻での計測誤差との差異を表している。ここで、計測車両の速度が既知であれば、第１の時刻と第２の時刻とのずれも既知である。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータから、特定の時刻での計測誤差と、当該時刻から既知の時間ずれた時刻での計測誤差との差異を知ることができる。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異の時間依存性のデータに基づいて、計測誤差の時間依存性を知ることができる。これによって既知となった計測誤差を補正することで、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。【００１８】
本発明の計測点補正方法によれば、構造物の表面上の共通の比較部分が、第１の計測面上で第１の時刻に第１の比較点群として認識され、かつ第２の計測面上で第２の時刻に第２の比較点群として認識されている場合において、共通の比較部分に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との差異が算出される。第１の比較点群および第２の比較点群のそれぞれの座標は、センシングされた比較部分の真の座標に第１の時刻での計測誤差および第２の時刻での計測誤差が加わったものである。よって第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータは、第１の時刻での計測誤差と第２の時刻での計測誤差との差異を表している。ここで、計測車両の速度が既知であれば、第１の時刻と第２の時刻とのずれも既知である。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異のデータから、特定の時刻での計測誤差と、当該時刻から既知の時間ずれた時刻での計測誤差との差異を知ることができる。よって、第１の比較点群と第２の比較点群との差異の時間依存性のデータに基づいて、計測誤差の時間依存性を知ることができる。これによって既知となった計測誤差を補正することで、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。【００１９】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が設けられた計測車両構成の例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する計測点補正装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第１の点群センサを説明する側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第２の点群センサを説明する側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第１の点群センサの、トンネル内での動作を説明する斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第２の点群センサの、トンネル内での動作を説明する斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する記憶部が格納する、第１の点群センサによって計測された点群データを示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第１および第２の点群センサの、トンネル内での動作を説明する斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第１の点群センサによる計測座標点の上下誤差の発生を説明する斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が有する第１の点群センサの上下誤差と第２の点群センサの上下誤差との関係を説明する斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が高さ誤差を求めるアルゴリズムを説明するためのグラフ図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が高さ誤差を求めるアルゴリズムを説明するためのグラフ図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による構造物計測装置が高さ誤差を求めるアルゴリズムを説明するためのグラフ図である。
【図１４】本発明の実施の形態１による構造物計測装置の動作における計測座標点の高さ誤差の補正方法を説明する斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態１による構造物計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態２による構造物計測装置が有する第１の点群センサによる計測座標点のロール誤差を説明する斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態２による構造物計測装置が有する第１の点群センサのロール誤差と第２の点群センサのロール誤差との関係を説明する模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による構造物計測装置の動作における計測座標点のロール誤差の補正方法を説明する正面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２による構造物計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態３による構造物計測装置が有する第１の点群センサによる計測座標点のピッチ誤差を説明する斜視図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による構造物計測装置が有する第２の点群センサによる計測座標点のピッチ誤差を説明する斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態３による構造物計測装置が有する第１の点群センサおよび第２の点群センサによる計測座標点の差を説明する側面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による構造物計測装置の動作における計測座標点のピッチ誤差の算出方法を説明する側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３による構造物計測装置の動作における計測座標点のピッチ誤差の補正方法を説明する側面図である。
【図２５】本発明の実施の形態３による構造物計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図２６】本発明の実施の形態４による構造物計測装置が設けられた計測車両の構成の例を示す側面図である。
【図２７】本発明の実施の形態４による構造物計測装置が有する第１の点群センサおよび第２の点群センサによる計測座標点を説明する側面図である。
【図２８】本発明の実施の形態４による構造物計測装置の動作における計測座標点の誤差の算出方法を説明する側面図である。
【図２９】本発明の実施の形態４による構造物計測装置の動作における計測座標点の高さ誤差および左右誤差の補正方法を説明する正面図である。
【図３０】本発明の実施の形態４による構造物計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図３１】本発明の各実施の形態による計測座標点算出部および計測点補正装置の各要素のハードウェア構成の例を示す図である。
【図３２】本発明の各実施の形態による計測座標点算出部および計測点補正装置の各要素のハードウェア構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２２】
＜実施の形態１＞
（構成の概要）
図１は、本実施の形態１による構造物計測装置が設けられた計測車両１の構成の例を示す側面図である。図２は、構造物計測装置が有する計測点補正装置１７の構成を概略的に示すブロック図である。図３および図４のそれぞれは、構造物計測装置が有する第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５を説明する側面図である。
【００２３】
構造物計測装置は計測車両１（図１）の周囲の構造物の表面の形状を計測するものである。構造物計測装置は、位置姿勢センサと、第１のレーザスキャナ１４（第１の点群センサ）と、第２のレーザスキャナ１５（第２の点群センサ）と、計測座標点算出部１６と、計測点補正装置１７（図２にその詳細を図示）とを有している。
【００２４】
位置姿勢センサは計測車両１の位置および姿勢をセンシングする。ここで、「位置」は、計測車両１の３次元的な代表位置のことである。具体的には、「位置」は、例えば、後述するように３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）によって表される。「姿勢」は、計測車両１の３次元的な方位のことである。具体的には、「姿勢」は、計測車両１の前後軸２７（図３および図４）周りの方位（ロール）と、計測車両１の左右軸（図１、図３および図４における、紙面に垂直な方向に沿った軸）周りの方位（ピッチ）と、計測車両１の上下方向（図１、図３および図４における縦方向に沿った軸）周りの方位（ヨー）とによって表される。よって、「位置」および「姿勢」が決定されることにより、計測車両１の３次元的な配置が一義的に決定される。位置姿勢センサは、位置および姿勢を直接的にセンシングするものに限定されるわけではなく、位置および姿勢を算出するための情報をセンシングするものであればよい。言い換えれば、位置姿勢センサは、位置および姿勢を直接的または間接的にセンシングするものである。
【００２５】
位置姿勢センサとして、図示されている例においては、３つのＧＰＳ受信機１２、慣性センサ１３、オドメータ１８および速度検出装置１９が設けられている。３つのＧＰＳ受信機１２が異なる位置に配置されることによって、ＧＰＳ受信機１２のみによって、位置および姿勢の両方をセンシングすることができる。ただし、トンネル内などのようにＧＰＳ衛星からの電波を受信することが困難な場合は、他のセンシング方法の併用または代替が必要となる。トンネル内での位置および姿勢の計測は、典型的には、トンネルに入る直前にＧＰＳによって計測された位置および姿勢を基準として、この基準からの変位が、ＧＰＳ受信機以外のセンサによって計測される。図示されている例においては、慣性センサ１３と、オドメータ１８と、速度検出装置１９とが設けられている。なお、これらは位置姿勢センサの構成の例であり、位置姿勢センサは、上述したように、「位置」および「姿勢」を計測することができるものであればよい。
【００２６】
第１のレーザスキャナ１４（図３）は、計測車両１と共に移動する第１の計測面２６内を走査することによって、計測車両１からの複数の第１の計測点の相対位置をセンシングする。第２のレーザスキャナ１５（図４）は、計測車両１と共に移動する第２の計測面２８内を走査することによって、計測車両１からの複数の第２の計測点の相対位置をセンシングする。なお、以下において、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のことを、総称して単に「レーザスキャナ」と称することがある。また第１の計測面２６および第２の計測面２８のことを、総称して単に「計測面」と称することがある。また第１の計測点および第２の計測点のことを、総称して単に「計測点」と称することがある。
【００２７】
レーザスキャナの周囲の構造物の表面と、計測面との交線に沿って、レーザスキャナのレーザパルスが計測点を計測する。計測される表面のうち、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５による計測結果が相互に比較される部分のことを、以下において「比較部分」とも称する。この比較は、計測結果に対してのさらなるデータ処理、具体的には計測結果の補正処理、のために必要な情報を得るためのものである。特に、上記交線の少なくとも一部であって線状に存在する比較部分のことを、以下において「線状部分」とも称する。よって「線状部分」は「比較部分」の一種である。本実施の形態においては、構造物の表面のうち、平坦な路面３について、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５による計測結果が相互に比較される。よって本実施の形態においては、比較部分は、計測車両の前後軸２７に垂直な直線に沿って延びる線状部分である。なお、本明細書における「線状部分」の語それ自体は、直線に沿って延びることを含意するものではなく、曲線に沿って延びることを排除するものではない。
【００２８】
第２の計測面２８は第１の計測面２６と異なっている。第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５は共通の計測車両１に取り付けられているので、第１の計測面２６および第２の計測面２８は、相対的な位置関係を保ちながら共に移動する。本実施の形態においては、第１の計測面２６と、第２の計測面２８との各々の法線ベクトルの、計測車両１の左右軸に沿う成分は、ゼロである。好ましくは、第１の計測面２６は、計測車両１の前後軸２７に直交している。言い換えれば、第１の計測面２６の法線ベクトルは計測車両１の前後軸２７に沿っている。より好ましくは、第２の計測面２８の法線ベクトルは、後述する理由により、計測車両１の前後軸２７から約３０度傾いている。
【００２９】
計測座標点算出部１６は、第１のレーザスキャナ１４によってセンシングされた複数の第１の計測点の相対位置と、これら第１の計測点の各々がセンシングされた時刻において計測車両１が有すると見積もられる位置および姿勢とから、これら複数の第１の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第１の計測座標点を算出する。また計測座標点算出部１６は、第２のレーザスキャナ１５によってセンシングされた複数の第２の計測点の相対位置と、これら複数の第２の計測点の各々がセンシングされた時刻において計測車両１が有すると見積もられる位置および姿勢とから、これら複数の第２の計測点を表す３次元点群を構成する複数の第２の計測座標点を算出する。
【００３０】
計測点補正装置１７は、第１の計測面２６および第２の計測面２８内のそれぞれを走査することによって得られた、構造物の表面の形状を表す複数の第１の計測座標点の集合および複数の第２の計測座標点の集合の少なくともいずれかを補正するものである。計測点補正装置１７は、記憶部２１と、比較部分抽出部２２と、差異算出部２３と、誤差算出部２４と、座標値補正部２５とを有している。
【００３１】
記憶部２１は、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点を各計測時刻と共に記憶する。なお計測時刻は、実質的に同時刻に計測されたと見なすことができる複数の計測座標点の組ごとに記憶されてもよい。例えば、レーザスキャナの走査が計測面内で１回転する期間に含まれる時刻は、通常、実質的に同時刻と見なすことができる。
【００３２】
比較部分抽出部２２は、記憶部２１に記憶された複数の第１の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第１の比較点群を抽出する。また比較部分抽出部２２は、記憶部２１に記憶された複数の第２の計測座標点から、構造物の表面のうち比較部分を表す第２の比較点群を抽出する。具体的には、複数の第１の計測座標点および複数の第２の計測座標点から、計測車両１の位置および姿勢の情報の誤差を補正するために用いられることになる部分が抽出される。本実施の形態においては、計測座標点のうち路面３上の線状部分に対応すると見なすことができる部分が抽出される。特に、線状部分を表す比較点群のことを、以下において「線状点群」とも称する。よって「線状点群」は「比較点群」の一種である。比較点群は少なくとも１つの計測座標点を有している。線状点群は複数の計測座標点を有しており、これらは、線状部分の形状に対応して線状に並んでいる。さらに、比較部分抽出部２２は、本実施の形態においては、各比較点群の配置について、上記誤差の算出に用いるための特徴的な数値を計算する。具体的には、線状点群ごとに平均高さが計算される。
【００３３】
差異算出部２３は、構造物の表面上の共通の比較部分の計測に対応する第１の比較点群と第２の比較点群との間の差異を算出する。本実施の形態においては、差異算出部２３は、第１の比較点群である線状点群の平均高さと、第２の比較点群である線状点群の平均高さとを算出する。
【００３４】
誤差算出部２４は、差異算出部２３によって算出された差異に基づいて、複数の第１の計測座標点の座標値および複数の第２の計測座標点の座標値に含まれる時間依存性の誤差を算出する。本実施の形態においては、この時間依存性の誤差として、高さ誤差が算出される。
【００３５】
座標値補正部２５は、誤差算出部２４によって算出された誤差に基づいて複数の第１の計測座標点の集合および複数の第２の計測座標点の集合の少なくともいずれかの座標値を補正する。
【００３６】
（構成の詳細および動作）
図１を参照して、計測車両１は、車体１０と、その上に設けられた天板１１とを有している。車体１０に計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７が搭載されている。天板１１上にＧＰＳ受信機１２および慣性センサ１３が搭載されている。また天板１１上に第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が搭載されている。天板１１は、ＧＰＳ受信機１２および慣性センサ１３の搭載位置と、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の搭載位置との基準となる台部を構成している。
【００３７】
計測座標点算出部１６は、位置姿勢センサによって計測された計測車両１の位置および姿勢から、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５自体の位置を算出する。さらに、計測座標点算出部１６は、算出された第１のレーザスキャナ１４の位置と、第１のレーザスキャナ１４によって計測された複数の第１の計測点へのレーザパルスの照射方向および距離とから、第１の計測座標点を算出する。また同様に、計測座標点算出部１６は、算出された第２のレーザスキャナ１５の位置と、第２のレーザスキャナ１５によって計測された複数の第２の計測点へのレーザパルスの照射方向および距離とから、第２の計測座標点を算出する。
【００３８】
図２を参照して、計測点補正装置１７は、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによって得られる第１および第２の計測座標点の集合である点群データ２０を基に、各計測時点における点群データ２０の座標値への補正量を推定し、これにより点群データ２０の座標値を補正する。記憶部２１は点群データ２０を格納する。比較部分抽出部２２は、点群データ２０中から、比較部分に対応する計測座標点、すなわち比較点群、を抽出する。
【００３９】
図３を参照して、第１のレーザスキャナ１４は、レーザパルスを繰り返し照射する。また第１のレーザスキャナ１４は、レーザパルスの照射方向を、自身からみて一の軸周りに回転させる。言い換えれば、第１のレーザスキャナ１４は、レーザパルスの照射方向を、自身からみて一の面内で回転させる。この一の面が第１の計測面２６である。第１のレーザスキャナ１４が取り付けられた計測車両１は運動しているので、静止座標系から見ればレーザパルスは螺旋状に照射される。しかしながら、第１のレーザスキャナ１４の回転周期は非常に短いため、照射方向が１回転する時間は非常に短い。よって、レーザスキャナの１回転の期間に照射方向がなす面は、静止座標系から見ても平面と見なすことができる。よって、照射方向が１回転する間に、第１のレーザスキャナ１４は、実質的に、平面である第１の計測面２６内で走査を行う。これにより、第１のレーザスキャナ１４の周囲の構造物の表面のうち、第１の計測面２６との交線部分が、レーザパルスによって走査される。この交線のうち、さらなるデータ処理のために着目される部分が、第１のレーザスキャナ１４に関連しての比較部分（本実施の形態においては線状部分）である。第１のレーザスキャナ１４による複数の第１の計測座標点のうち比較部分に対応するものは、比較部分抽出部２２（図２）によって、第１の比較点群（本実施の形態においては線状点群）として抽出されることになる。さらに第１のレーザスキャナ１４は、レーザパルスが照射された構造物の表面からの反射光を検出する。この反射光の受光時刻または位相情報により距離が算出される。この距離と照射方向とにより第１のレーザスキャナ１４は、自身からの、反射光が生じた箇所の相対位置を計測する。言い換えれば、第１のレーザスキャナ１４は、自身の位置からの、第１の計測点の相対座標値を計測する。
【００４０】
図示されている例においては、第１のレーザスキャナ１４は、第１の計測面２６が計測車両１の前後軸２７に直交するように配置されている。よって、第１の計測面２６の法線ベクトルは計測車両１の前後軸２７に沿っている。好ましくは、第１のレーザスキャナ１４は、走査回りの全周囲、言い換えれば第１の計測面２６内の全方向、について計測が行えるように設置されている。図示されている例では、第１のレーザスキャナ１４は天板１１の後部に設置されている。なお図３においては、前後軸２７は、計測車両１の代表位置としての慣性センサ１３の位置を通るように描かれている。
【００４１】
図４を参照して、第２のレーザスキャナ１５も、その取付方向は異なるものの、第１のレーザスキャナ１４と同様の動作を行う。これにより、第２のレーザスキャナ１５の周囲の構造物の表面のうち、第２の計測面２８との交線部分が、レーザパルスによって走査される。この交線部分のうち、さらなるデータ処理のために着目される部分が、第２のレーザスキャナ１５に関連しての比較部分（本実施の形態においては線状部分）である。第２のレーザスキャナ１５による複数の第２の計測座標点のうち比較部分に対応するものは、比較部分抽出部２２（図２）によって、第２の比較点群（本実施の形態においては線状点群）として抽出されることになる。さらに第２のレーザスキャナ１５は、レーザパルスが照射された構造物の表面からの反射光を検出する。この反射光の受光時刻または位相情報により距離が算出される。この距離と照射方向とにより第２のレーザスキャナ１５は、自身からの、反射光が生じた箇所の相対位置を計測する。言い換えれば、第２のレーザスキャナ１５は、自身の位置からの、第２の計測点の相対座標値を計測する。好ましくは、第２のレーザスキャナ１５は、走査回りの全周囲、言い換えれば第２の計測面２８内の全方向、について計測が行えるように設置されている。図示されている例では、第２のレーザスキャナ１５は天板１１の後部に設置されている。なお図４においても、図３と同様、前後軸２７は、計測車両１の代表位置としての慣性センサ１３の位置を通るように描かれている。
【００４２】
第２のレーザスキャナ１５は、第２の計測面２８と第１の計測面２６（図３）とが相異するように、計測車両１に取り付けられている。第２の計測面２８の法線ベクトルは、計測車両の前後軸２７（図３における横方向に沿う軸）と上下軸（図３における縦方向に沿う軸）とがなす平面内のベクトルである。具体的には、第２の計測面２８の法線ベクトルは計測車両１の前後軸２７から傾斜角度θ傾いている。傾斜角度θは、０度よりも大きく９０度よりも小さい。図示されているように第２のレーザスキャナ１５が計測車両１の後部に取り付けられている場合は、第２の計測面２８の法線ベクトルは、計測車両１の後方向を基準として上方へ傾斜角度θ傾く。変形例として、第２のレーザスキャナ１５が計測車両１の前部に取り付けられている場合は、第２の計測面２８の法線ベクトルは、計測車両１の前方向を基準として上方へ傾斜角度θ傾く。
【００４３】
このような配置によって、実質的に同じ時刻で比較した場合に、第２のレーザスキャナ１５が照射方向の１回転によって走査する線状部分７は、第１のレーザスキャナ１４が照射方向の１回転によって走査する線状部分４とは異なるものとなる。具体的には、両者は計測車両１の前後方向において距離Ｄだけ互いに離れたものとなる。一方で、ある時刻において走査される線状部分７は、異なる時刻において走査される線状部分４と一致し得る。図示されている例では、線状部分４と、線状部分４が走査された後に計測車両１が距離Ｄだけ走行した時点で走査される線状部分７とが一致する。変形例として、第２のレーザスキャナ１５が計測車両１の前部に取り付けられている場合は、線状部分７と、線状部分７が走査された後に計測車両１が距離Ｄだけ走行した時点で走査される線状部分４とが一致する。
【００４４】
構造物の表面としての路面３からの第２のレーザスキャナ１５の高さをＬとすれば、図４に示した計測車両１の構成によれば、同時刻に計測される線状部分４と線状部分７との距離Ｄは、Ｄ＝Ｌ・ｔａｎθとなる。計測車両１の速度をｖとすると、計測車両１が距離Ｄを進むのに要する時間ＴｄはＴｄ＝Ｄ／ｖとなる。この時間Ｔｄが位置姿勢センサの計測周期程度であれば、位置姿勢センサの計測タイミングに合致して第１のレーザスキャナ１４で計測された線状部分は、位置姿勢センサの１計測周期後の計測タイミングに合致して第２のレーザスキャナ１５で計測されることになる。この場合、位置および姿勢の計測誤差は位置姿勢センサとして用いられている慣性センサ１３のドリフト程度となる。このドリフトが１計測周期で大きく変化することがないとすれば、この線状部分を、以下で説明する安定区間として用いることができる。計測周期は一般的には０．１秒程度である。よって、上記時間Ｔｄを計測周期と同様の０．１秒とし、計測車両１の典型的なパラメータとして、Ｌが２ｍ、かつｖが時速４０ｋｍ、とすると、前述した式から、θは２９°と求まる。１度程度は十分に誤差と見なし得るので、傾斜角度θは約３０度が好ましいといえる。この条件においては、計測周期の時間の間に計測車両１が約１１ｍ進む。計測対象の典型例であるトンネルは、一般に、スパンと呼ばれる長さ１０．５ｍの範囲を単位に評価されるため、上記条件によれば、誤差を精度よく求めることができる。速度ｖが大きいほど距離Ｄを進むのに要する時間は短くて済むので、より大きい速度ｖが用いられても精度は確保される。よって高速道路の評価に適した、時速４０ｋｍよりも大きな速度が用いられてもよい。
【００４５】
図５および図６のそれぞれは、トンネル２内での第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の動作を説明する斜視図である。これらの図を参照しつつ、以下、トンネル２（図５および図６）の計測について説明する。座標系としては、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とを有する直交座標系を用いる。ｘ軸はトンネル２の軸方向とする。ｙ軸は、水平方向であり、ｘ軸を基準として左方向であるとする。ｚ軸は鉛直上方向とする。計測車両１がトンネル２中を走行するときは計測車両１の前後軸２７の方向がｘ軸に一致するので、これを前提として説明する。また、計測時刻をｔとする。なお、この座標系は説明のための一例であり、緯度、経度および高度などによる他の座標系を用いても、適切な変換により、以下のものと同等の処理を実行することができる。
【００４６】
第１のレーザスキャナ１４（図５）は、路面３のうち第１の計測面２６との交線部分である線状部分４をレーザパルスにより走査する。線状部分４はｘ軸に垂直である。線状部分４上において連続的に計測される複数の計測点５（第１の計測点）に対応して、複数の計測座標点Ｐ１ｉ（第１の計測座標点）が得られる。「Ｐ１ｉ」は、第１のレーザスキャナ１４によって得られた点群データを構成する計測座標点のうちｉ番目のものを意味する。計測座標点Ｐ１ｉの座標値を（ｘ１ｉ，ｙ１ｉ，ｚ１ｉ）とし、その計測時刻をτ１ｉとする。ある１つの線状部分４は非常に短い時間で走査されるので、当該線状部分上の計測点５の計測時刻は１つの時刻で代表されてもよい。なお、以下において、第１の計測座標点のことを意味する総称としてＰ１ｉと表記することもある。計測座標点Ｐ１ｉの蓄積によって、第１のレーザスキャナ１４に関しての点群データが構成される。
【００４７】
第２のレーザスキャナ１５（図６）は、路面３のうち第２の計測面２８との交線部分である線状部分７をレーザパルスにより走査する。線状部分７はｘ軸に垂直である。線状部分７上において連続的に計測される複数の計測点８（第２の計測点）に対応して、複数の計測座標点Ｐ２ｉ（第２の計測座標点）が得られる。「Ｐ２ｉ」は、第２のレーザスキャナ１５によって得られた点群データを構成する計測座標点のうちｉ番目のものを意味する。計測座標点Ｐ２ｉの座標値を（ｘ２ｉ，ｙ２ｉ，ｚ２ｉ）とし、その計測時刻をτ２ｉとする。ある１つの線状部分７は非常に短い時間で走査されるので、当該線状部分上の計測点８の計測時刻は１つの時刻で代表されてもよい。なお、以下において、第２の計測座標点のことを意味する総称としてＰ２ｉと表記することもある。計測座標点Ｐ２ｉの蓄積によって、第２のレーザスキャナ１５に関しての点群データが構成される。
【００４８】
図７は、第１のレーザスキャナ１４によって計測された点群データ２０を示す模式図である。図中、添字「Ｋ」は、計測座標点Ｐ１ｉの個数に対応している。この点群データ２０は記憶部２１（図２）に格納される。第２のレーザスキャナ１５についても、同様の点群データが格納される。
【００４９】
第１の計測面２６（図５）は、計測車両１の前後軸２７（図３）に直交しているので、トンネル走行時にはｘ軸に直交する。よって、第１の計測面２６が計測車両１と交差しないように第１のレーザスキャナ１４が取り付けられていれば、トンネル２の横断面６の全体に沿った計測座標点Ｐ１ｉを１走査で得ることができる。ここで、トンネル２の内壁は、横断面を底面とする柱体とみなせるため、計測車両１の姿勢の誤差、特にヨーおよびピッチ、の誤差が、凹凸として内壁表面の計測結果に表れてしまうことが抑えられる。レーザスキャナの走査は、例えば毎秒２００回転程度の高速回転によって行われるので、１走査（１回転）の時間は非常に短い。このため、計測車両１の振動は１走査中の各計測座標点に対して同様の誤差を与えると考えることができる。よって、１走査で得られる複数の計測座標点間の相対位置は、横断面６の形状を正確に表していると考えることができる。
【００５０】
なお前述したように、第２のレーザスキャナ１５（図６）の取付方向は、第１のレーザスキャナ１４（図５）の取付方向に対して、前後に傾いている。このため、第２のレーザスキャナ１５によって走査される路面３上の線状部分７は、第１のレーザスキャナ１４によって走査される路面３上の線状部分４から離れて平行になる。第２のレーザスキャナ１５の走査も第１のレーザスキャナ１４と同様に高速であるため、１走査で得られる計測座標点Ｐ２ｉ間の相対位置は正確なものとなる。
【００５１】
図８は、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の、トンネル２内での動作を説明する斜視図である。第１のレーザスキャナ１４が路面３上のひとつの線状部分４をセンシングしたとする。１つの線状部分４の計測は、実質的に瞬間的なものである。その後、計測車両１が距離Δｘだけ進んだ時点で、第２のレーザスキャナ１５が線状部分７をセンシングする。この距離Δｘが距離Ｄ（図４）に等しい場合、線状部分４と線状部分７とが同じものとなる。よって本実施の形態によれば、路面３上の共通の線状部分が、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５によって、異なる時刻にセンシングされる。上記のように共通してセンシングされる線状部分を線状部分ｘとし、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれからの情報に基づいて算出された線状部分ｘの平均高さを高さｚ１（ｘ）および高さｚ２（ｘ）とする。高さｚ１（ｘ）および高さｚ２（ｘ）は、同じ線状部分ｘの平均高さを表しているが、両者の間に差異が生じることがある。このことについて、以下に説明する。
【００５２】
高さｚ１（ｘ）および高さｚ２（ｘ）の計測時刻は異なっている。時刻が異なれば、計測車両１の位置および姿勢についての情報の誤差に差異が存在し得る。例えば、位置姿勢センサから情報が出力された瞬間の時刻においては位置および姿勢の情報が直接的に得られるが、それ以外の時刻においては、位置および姿勢を、ある程度の誤差を許容しつつ見積もらざるを得ない。高さｚ１（ｘ）および高さｚ２（ｘ）の算出において計測車両１の位置および姿勢の情報が用いられることから、結果的に、高さｚ１（ｘ）と高さｚ２（ｘ）との間にも差異が含まれ得る。
【００５３】
なお厳密にいえば、各レーザスキャナがセンシングする複数の線状領域は路面３上において間隔を有するので、第１のレーザスキャナ１４と第２のレーザスキャナ１５とが厳密に同じ線上をセンシングすることは一般にないが、前述したように走査の周期は非常に短いため上記間隔は非常に小さく、よって実質的に同じ線上でのセンシングが行われると見なすことができる。より精度を高めるための変形例として、１つの線状部分４のデータを用いる代わりに、線状部分７の前後に位置する２つの線状部分４間での補完（例えば平均化）によって得たデータが用いられてもよい。
【００５４】
図９は、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉの誤差の発生を説明する斜視図である。路面３上に凹凸があった場合、計測車両１に上下の振動が発生する。位置姿勢センサの計測周期よりも細かく高さが変動する場合、位置姿勢センサからの情報だけでは、高さをすべての時刻ｔにおいて高精度で知ることはできない。よって、時刻ｔにおける計測座標点Ｐ１ｉについて、高さ誤差ε（ｔ）が無視できなくなる。すなわち、時刻ｔにおける計測座標点Ｐ１ｉのｚ座標値が、計測点の真のｚ座標値から、ε（ｔ）だけ大きな座標値として計測されることになる。図中、時刻ｔがｔａ、ｔｂ、ｔｃおよびｔｄへと進行するにつれて高さ誤差ε（ｔ）が変動し、それに応じて、線状部分４上の計測点のセンシングによって算出される線状点群５Ｃは、線状部分４から上下にずれて認識される。計測車両１の位置姿勢センサによって計測車両１の位置が出力された時刻をｔαおよびｔβとすると、当該時刻においては計測車両１の位置を誤差なく認識することができる。すなわち、ε（ｔα）＝ε（ｔβ）＝０である。このときは、線状点群５Ｃが線状部分４上の計測点の真の位置を表している。一方、位置姿勢センサは、ｔα＜ｔ＜ｔβの期間中における位置（ここでは特に高さ）を出力しない。このため位置を、時刻ｔαでの位置３６ａと時刻ｔβでの位置３６ｂとから近似的に求める必要があり、典型的には、位置３６ａおよび３６ｂを結んだ経路３７を計測車両１が通過したと仮定される。経路３７には、実際の路面の起伏３８に沿った真の経路３９からの高さ誤差ε（ｔ）が含まれ、これがそのまま計測座標点Ｐ１ｉの誤差となる。図中では、時刻ｔαとｔβとの間の時刻ｔ＝ｔａ、ｔｂ、ｔｃおよびｔｄで、高さ誤差ε（ｔ）が変動する様子が示されている。
【００５５】
図１０は、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉの誤差と、第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉの誤差との関係を説明する斜視図である。ある線状部分９が、第１のレーザスキャナ１４によって時刻ｔａに線状点群５Ｃとして計測され、かつ第２のレーザスキャナ１５によって時刻ｔｂに線状点群８Ｃとして計測されたとする。高さ誤差ε（ｔａ）とε（ｔｂ）との差に起因して、線状点群５Ｃの高さと線状点群８Ｃの高さとは、互いに異なって計測される。
【００５６】
以下、共通の線状部分ｘが、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによって、互いに異なる時刻ｔ１およびｔ２に計測されているとする。線状部分ｘの高さの平均を考え、その真の高さをｚ＊（ｘ）とする。また、線状部分ｘが第１のレーザスキャナ１４によって計測されることによって得られた計測座標点Ｐ１ｉから算出された平均高さをｚ１（ｘ）とし、線状部分ｘが第２のレーザスキャナ１５によって計測されることによって得られた計測座標点Ｐ２ｉから算出された平均高さをｚ２（ｘ）とする。この場合、
ｚ１（ｘ）＝ｚ＊（ｘ）＋ε（ｔ１）
ｚ２（ｘ）＝ｚ＊（ｘ）＋ε（ｔ２）
が成り立つ。ここでは、例として、線状部分ｘが路面上のものであるとする。その場合、線状部分ｘに対応する線状点群としては、例えば、計測車両１の走行する車線内を計測することによって得られた計測座標点が選択され得る。そのためには、例えば、計測車両１の左右方向において計測車両１の中心を含む２．７５〜３．５ｍの範囲内の計測座標点が選択され得る。変形例として、複数車線を有する道路の場合には、両車線を含む範囲内の計測座標点が選択され得る。
【００５７】
ここで、
Δｚ（ｘ）＝ｚ２（ｘ）−ｚ１（ｘ）
と定義すると、
Δｚ（ｘ）＝ε（ｔ２）−ε（ｔ１）
が成り立つ。左辺Δｚ（ｘ）は、線状部分ｘに対応しての第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉと、線状部分ｘに対応しての第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉとの差から得ることができる。よって、時刻ｔ＝ｔ１のときと時刻ｔ＝ｔ２のときとの間でのε（ｔ）の変化量を知ることができ、これに基づいて関数ε（ｔ）を求めていくことができる。線状部分を指定するｘの値は、当該線状部分が第１のレーザスキャナ１４によって計測された時刻ｔと１対１に対応している。そこで、ｘに関する関数Δｚ（ｘ）を、対応するｔに関する関数Δｚ（ｔ）に置き換えることができる。第１のレーザスキャナ１４によって線状部分ｘが時刻ｔ１にて計測されたとすると、上式は、
Δｚ（ｔ１）＝ε（ｔ２）−ε（ｔ１）
に書き換えられる。
【００５８】
共通する線状部分ｘを第１のレーザスキャナ１４が計測する時刻ｔ１と第２のレーザスキャナ１５が計測する時刻ｔ２とは、計測車両１の進行方向が反転しない限り１対１で対応しており、計測車両１の実際の速度に基づいて算出したり、予定速度に基づいて予め算出しておいたりすることができる。また、点群の計測時刻からの算出も可能である。特に計測車両１が一定速度で走行している場合、
ｔ２＝ｔ１＋Δｔ    （Δｔは一定値）
が成り立つ。なお、Δｔが位置姿勢センサの計測周期以内であれば、時刻ｔ１および時刻ｔ２の計測データを組み合わせて用いるに際して、位置姿勢センサの計測値のドリフトの影響が小さくなる。
【００５９】
以下、図１１から図１３を用いて、関数ε（ｔ）の求め方の一例を示す。まず、図１１を参照して、時刻ｔに高さ誤差ε（ｔ）が生じるとする。特に、時刻ｔ０にて計測車両１が路面の起伏等によって振動を受けたことに起因して、誤差２９が生じるとする。誤差２９が生じ始めるときに、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれが線状部分Ｘ１および線状部分Ｘ２を計測しているとする。線状部分Ｘ１および線状部分Ｘ２は、互いに異なる線状部分である。このため、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによって計測される高さｚ１（ｘ）およびｚ２（ｘ）の差分によって算出されるΔｚ（ｘ）には、高さ誤差ε（ｔ）が反映される。
【００６０】
さらに図１２の上段のグラフを参照して、上記Δｚ（ｘ）が、時刻ｔによる関数Δｚ（ｔ）に置き換えられる。次に、関数Δｚ（ｔ）において、同一の線状部分を第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が計測するときの時間差に比べて十分に長い時間にわたってΔｚ（ｔ）＝０が成り立っている時刻ｔの区間［Ｔｓ，Ｔｅ］が抽出される。この区間を安定区間３０とも称する。安定区間３０においては、高さ誤差ε（ｔ）が変化しない。そこで、安定区間３０における誤差値は定数ｃで表される。つまり、
ε（ｔ）＝ｃ    （Ｔｓ≦ｔ≦Ｔｅ）
が成り立つ。時刻ｔ１が安定区間３０に含まれるものとすると、
ε（ｔ２）＝ε（ｔ１）＋Δｚ（ｔ１）＝ｃ＋Δｚ（ｔ１）
が成り立つので、ε（ｔ２）を求めることができる。さらに、上式でのｔ２を新たなｔ１と見なして、
ε（ｔ２）＝ε（ｔ１）＋Δｚ（ｔ１）
を算出する処理が繰り返される。これにより、ｔ≧ｔ１における関数ε（ｔ）が得られる。なお、この新たなｔ１に対応する新たなｔ２は、このｔ１にて第１のレーザスキャナ１４によって走査された線状部分を第２のレーザスキャナ１５が走査する時刻である。ここで、計測車両１が一定速度で走行している場合は、上述したようにｔ２＝ｔ１＋Δｔが成り立つので、上記の式は、
ε（ｔ＋Δｔ）＝ε（ｔ）＋Δｚ（ｔ）
と書き換えられる。この場合、ｔ←ｔ＋Δｔと置き換えることで、順次ε（ｔ＋Δｔ）を算出していくことができる。
【００６１】
図１２の下段のグラフは、ｃ＝０の場合における上記算出を説明するものである。安定区間３０内の時刻ｔ１についてε（ｔ１）にΔｚ（ｔ１）を加算することで、ε（ｔ１＋Δｔ）が求められる。そしてこのε（ｔ１＋Δｔ）にΔｚ（ｔ１＋Δｔ）を加算することで、ε（ｔ１＋２Δｔ）が求められる。そしてこのε（ｔ１＋２Δｔ）にΔｚ（ｔ１＋２Δｔ）を加算することで、ε（ｔ１＋３Δｔ）が求められる。そしてこのε（ｔ１＋３Δｔ）にΔｚ（ｔ１＋３Δｔ）を加算することで、ε（ｔ１＋４Δｔ）が求められる。
【００６２】
上記においては時刻の正方向に向かって繰り返し算出が進められるが、同様の方法によって、以下のように、逆方向に向かって繰り返し算出を進めることもできる。
【００６３】
図１２の上段のグラフを参照して、前述した理由で、
ε（ｔ２）＝ｃ    （Ｔｓ≦ｔ２≦Ｔｅ）
が成り立つことから、
ε（ｔ１）＝ε（ｔ２）−Δｚ（ｔ１）＝ｃ−Δｚ（ｔ１）
が成り立つ。よってε（ｔ１）を求めることができる。さらに、上式でのｔ１を新たなｔ２と見なして、
ε（ｔ１）＝ε（ｔ２）−Δｚ（ｔ１）
を算出する処理が繰り返される。これにより、ｔ≦ｔ２における関数ε（ｔ）が得られる。なお、この新たなｔ２に対応する新たなｔ１は、このｔ２にて第２のレーザスキャナ１５によって走査された線状部分を第１のレーザスキャナ１４が走査する時刻である。ここで、計測車両１が一定速度で走行している場合は、上述したようにｔ２＝ｔ１＋Δｔが成り立つので、上記の式は、
ε（ｔ−Δｔ）＝ε（ｔ）−Δｚ（ｔ−Δｔ）
と書き換えられる。この場合、ｔ←ｔ−Δｔと置き換えることで、順次ε（ｔ−Δｔ）を算出していくことができる。
【００６４】
図１３の下段のグラフは、ｃ＝０の場合における上記算出を説明するものである。安定区間３０内の時刻ｔ２についてε（ｔ２）にΔｚ（ｔ２−Δｔ）を減算することで、ε（ｔ２−Δｔ）が求められる。そしてこのε（ｔ２−Δｔ）にΔｚ（ｔ２−２Δｔ）を減算することで、ε（ｔ２−２Δｔ）が求められる。
【００６５】
上述した関数ε（ｔ）は、未確定の定数ｃを含み得る。しかしながら、トンネルの凹凸計測においては、絶対的な座標値が必要な訳ではなく、計測される位置が相対的に正確であればよい。定数ｃは関数ε（ｔ）に一様に加算され、また後述する補正においては全点群データのｚ座標値から一様に減算されることになるので、相対位置の正確さには影響しない。そこで、定数ｃを０として補正の処理を行ってよい。
【００６６】
以上、上記図１２および図１３で説明したアルゴリズムによって、トンネル２の区間全域にわたる範囲において関数ε（ｔ）を決定することができる。なお上記においては１つの安定区間３０を選定する場合について説明したが、複数の安定区間３０を選択し、それぞれの前後に関数ε（ｔ）を決定していくようにしてもよい。また、得られた関数ε（ｔ）にノイズ削減のための平滑化など、フィルタ処理をかけるようにしてもよい。関数Δｚ（ｔ）についても同様である。関数ε（ｔ）を求めるにあたり、Δｚ（ｔ）に平滑化などのフィルタ処理をかけてもよい。上記説明では、関数ε（ｔ）は、路面３上の線状部分ｘが走査される時刻に限って離散的に得られることになるが、補正においては、例えば一次の線形補間を用いるなどして、連続的に扱うことができる。
【００６７】
また上記においては、十分に長い時間にわたってΔｚ（ｔ）＝０が成り立っている区間、すなわち幅を持つ区間、として安定区間３０が抽出されるが、安定区間３０は、幅を持たない区間として抽出されてもよく、Δｚ（ｔ）＝０となる瞬間的な時刻ｔとして抽出されてもよい。特に、Δｔと位置姿勢センサの計測周期とが合致している場合は、ある線状部分ｘが第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれで計測される２つのタイミングの両方を位置姿勢センサの計測のタイミングに合致させることができる。その場合、当該タイミングに対応する時刻ｔでΔｚ（ｔ）が０になると期待される。このため、その時刻ｔを安定区間３０とすることができる。また、連続する当該タイミングを安定区間３０の候補とし、それら区間でのΔｚ（ｔ）を順次調べることによって、単純なアルゴリズムで最適な安定区間３０を抽出することができる。
【００６８】
なお関数ε（ｔ）を求めるアルゴリズムは、上述したものに限定されるものではない。例えば、位置姿勢センサによって時刻Ｔにて計測車両１の位置および姿勢が計測されて出力されているとする。このとき、時刻Ｔでは誤差がないと考えて、Δｚ（Ｔ）が０かどうかにかかわらずε（Ｔ）＝０としてもよい。この場合、安定区間３０内の時刻に対して行ったように、この時刻Ｔをｔ１とみて、ε（ｔ２）＝ε（Ｔ）＋Δｚ（Ｔ）のように高さ誤差ε（ｔ）を求めていくことができる。あるいは、ある時刻Ｔにてε（Ｔ）＝０として高さ誤差を求めていってもよい。この場合、ε（ｔ）は、全体的に一定の誤差が加算されて算出される。しかし、これは相対的な凹凸検出には影響がない。時刻Ｔとｔ２との間ではε（ｔ）の補間が行われる。
【００６９】
あるいは、関数ε（ｔ）を求めるアルゴリズムは、フーリエ変換を用いて下記のように構成されてもよい。以下、関数ｆに対するフーリエ変換をＦ｛ｆ｝で表し、関数ｆに対するフーリエ逆変換をＦ−１｛ｆ｝で表す。前述の式ε（ｔ＋Δｔ）＝ε（ｔ）＋Δｚ（ｔ）のフーリエ変換によって、以下の式が得られる。
【００７０】
【数１】
0006641535.tif 000002
【００７１】
ここで左辺は、ωを角周波数として、以下のように変形できる。
【００７２】
【数２】
0006641535.tif 000003
【００７３】
これより、以下の数式が得られる。
【００７４】
【数３】
0006641535.tif 000004
【００７５】
上式を変形していくと、以下のようになる。
【００７６】
【数４】
0006641535.tif 000005
【００７７】
Ｆ｛Δｚ（ｔ）｝は、線状部分の高さの差から得られたΔｚ（ｔ）を連続に補間し、それをフーリエ変換することで求まる。またΔｔは既知である。例えば、複数の安定区間の間で、上記数式により関数ε（ｔ）を求めることができる。
【００７８】
あるいは、ε（ｔ）が多項式で表されるものとしてε（ｔ）の決定が進められてもよい。ε（ｔ）が、未知の係数を有する多項式と仮定されれば、Δｚ（ｔ）も未知数を含む多項式として導かれる。計測結果から得たΔｚ（ｔ）をその多項式に当てはめることで、未知数を決定することができる。例えば、ε（ｔ）を、４個の未知数を含む３次の多項式とすれば、Δｚ（ｔ）はそのうち定数項を表す未知数を除く３個の未知数を含む２次の多項式となり、これをΔｚ（ｔ）に当てはめることで３個の未知数の値が得られる。最後の定数項は本変形例においても０としてよく、これによってε（ｔ）を得ることができる。多項式の次数はこれに限らない。またε（ｔ）は他の数式によって表されてもよい。この方法は、安定区間にかかわらず、任意の時間範囲で実行することができる。
【００７９】
図１４は、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉの高さ誤差の補正方法を説明する斜視図である。前述した方法によって、上下振動に起因しての高さ誤差ε（ｔ）が得られるので、この誤差を各計測座標点Ｐ１ｉから除去する補正が行われる。計測座標点Ｐ１ｉのｚ座標ｚ１ｉについては、補正
ｚ１ｉ  ←  ｚ１ｉ−ε（τ１ｉ）
が行われる。第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉのｚ座標ｚ２ｉについても同様に、補正
ｚ２ｉ  ←  ｚ２ｉ−ε（τ２ｉ）
が行われる。図中では、第１のレーザスキャナ１４の１走査について、補正前の計測座標点Ｐ１ｉが黒丸で、補正後の計測座標点Ｐ１ｉが白丸で示されている。高さ誤差ε（τ１ｉ）は路面３の線状部分４上の計測点５から得られる線状点群５Ｃ全体を使って求められたものであることから、それを用いて線状点群５Ｃ全体を高い精度で補正することができる。ここで、線状部分４上の計測点５は、１横断面６Ｃ内の複数の計測点５のうち、ある程度の大きな割合を占める。例えば、路面３が幅７ｍの複数車線を有し、レーザスキャナが路面３から高さ２ｍに設定されているならば、レーザスキャナの１回転のうち１２０°の部分にわたって、走査が路面３上へ行われる。すなわち、路面３上へ走査が行われる割合は１／３に達する。路面３が幅３．５ｍの単一車線であっても、この割合は約２３％に達する。さらに、路面３上の計測点５だけでなくトンネル２の壁面上の計測点５も含む１横断面６Ｃ内の複数の計測点５が短時間で計測される。このため、１横断面６内の複数の計測座標点Ｐ１ｉを全体的に、高い精度で補正することができる。言い換えれば、計測によって認識された横断面６を、真の横断面６Ｃへと、高い精度で補正することができる。
【００８０】
（計測点補正方法のまとめ）
次に、図２の計測点補正装置１７と、図１５のフローチャートとを参照して、計測点補正装置１７による上述した動作の実行について説明する。
【００８１】
ステップＳＴ１では、比較部分抽出部２２において、比較部分である、路面３の線状部分ｘに対応するものとして、第１のレーザスキャナ１４による複数の計測座標点Ｐ１ｉのうち線状に並んでいる部分が、第１の線状点群として抽出される。そして各線状部分ｘに関して、抽出された計測座標点Ｐ１ｉの平均高さｚ１（ｘ）が計算される。同様に、路面３の線状部分ｘに対応するものとして、第２のレーザスキャナ１５による複数の計測座標点Ｐ２ｉのうち線状に並んでいる部分が、第２の線状点群として抽出される。そして各線状部分ｘに関して、抽出された計測座標点Ｐ２ｉの平均高さｚ２（ｘ）が計算される。
【００８２】
線状点群の抽出は、例えば、次のように行われる。まず、各走査において計測車両１の下方で連続して計測された計測座標点が１つのグループとされる。各グループについて近似直線が算出され、当該近似直線から所定の値よりも外れた点が、ノイズとして除去される。ノイズが所定の大きさよりも大きければ（言い換えれば、高さばらつきが大きければ）、再度近似直線が算出され、当該近似直線から所定の値よりも外れた点が、ノイズとして除去される。状況に応じてこの処理が繰り返される。以上の処理によって最終的に残存した計測座標点（言い換えれば、最終的な近似直線が算出される際に用いられた計測座標点）が線状点群とされる。
【００８３】
ステップＳＴ２では、差異算出部２３において、線状部分ｘの計測に対応する計測座標点Ｐ１ｉの線状点群と、同一の線状部分ｘの計測に対応する計測座標点Ｐ２ｉの線状点群との間の差異が算出される。具体的には、上記ステップＳＴ１によって得られた結果を用いて、関数Δｚ（ｘ）＝ｚ２（ｘ）−ｚ１（ｘ）が求められる。すなわち、第１のレーザスキャナ１４が、ある線状部分ｘを測定することによって得られる平均高さと、第２のレーザスキャナ１５が同一の線状部分ｘを測定することによって得られる平均高さとの差が算出される。そして、Δｚ（ｘ）がΔｚ（ｔ）に変換される。本例においては、時刻ｔとして、第１のレーザスキャナ１４が線状部分ｘを計測した時刻を用いる。
【００８４】
ステップＳＴ３では、誤差算出部２４において、関数Δｚ（ｔ）が実質的に値０を有する時刻ｔの区間である安定区間［Ｔｓ，Ｔｅ］が抽出される。ステップＳＴ４では、誤差算出部２４において、安定区間３０内の時刻ｔについて、高さ誤差ε（ｔ）が値０とされる。
【００８５】
ステップＳＴ５では、誤差算出部２４において、計測座標点Ｐ１ｉの線状点群と、計測座標点Ｐ２ｉの線状点群との間の差異を表すΔｚ（ｔ）に基づいて、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性の誤差が算出される。具体的には、安定区間３０内の時刻ｔについてのε（ｔ）＝０を基に、ε（ｔ）にΔｚ（ｔ）を加算することで、ε（ｔ＋Δｔ）を求める動作が実行される。また、ε（ｔ）に−Δｚ（ｔ−Δｔ）を加算することで、ε（ｔ−Δｔ）を求める動作が実行される。これらを繰り返すことで、必要とされる全ての時刻ｔの範囲において関数ε（ｔ）が求められる。ステップＳＴ６では、誤差算出部２４において、得られた関数ε（ｔ）が補間および平滑化される。
【００８６】
ステップＳＴ７では、座標値補正部２５において、高さ誤差ε（ｔ）に基づいて計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉが補正される。具体的には、計測座標点Ｐ１ｉのｚ座標から当該計測の時刻における高さ誤差ε（τ１ｉ）が減算され、また計測座標点Ｐ２ｉのｚ座標から当該計測の時刻における高さ誤差ε（τ２ｉ）が減算される。
【００８７】
以上により、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の計測座標点の高さ誤差が補正される。
【００８８】
（効果のまとめ）
本実施の形態の構造物計測装置によれば、路面３上の共通の線状部分ｘが、第１の計測面２６上で時刻ｔ１に第１の線状点群として認識され、かつ第２の計測面２８上で時刻ｔ２に第２の線状点群として認識される。そして、共通の線状部分ｘに対応する第１の線状点群と第２の線状点群との間の平均高さの差異Δｚ（ｘ）が算出される。第１の線状点群および第２の線状点群のそれぞれの平均高さｚ１（ｘ）およびｚ２（ｘ）は、センシングされた線状部分ｘの真の平均高さｚ＊（ｘ）に、時刻ｔ１での高さ誤差ε（ｔ１）および時刻ｔ２での高さ誤差ε（ｔ２）が加わったものである。よって第１の線状点群と第２の線状点群との平均高さの差異Δｚ（ｘ）は、時刻ｔ１での高さ誤差ε（ｔ１）と時刻ｔ２での高さ誤差ε（ｔ２）との差異を表している。ここで、計測車両１の速度が既知であれば、時刻ｔ１と時刻ｔ２とのずれΔｔも既知である。よって、Δｚ（ｔ）から、特定の時刻ｔでの高さ誤差ε（ｔ）と、当該時刻ｔから既知の時間Δｔずれた時刻での高さ誤差ε（ｔ±Δｔ）との差異を知ることができる。よって、第１の線状点群と第２の線状点群との平均高さの差異の時間依存性のデータΔｚ（ｔ）に基づいて、時間依存性の高さ誤差ε（ｔ）を知ることができる。これによって既知となった高さ誤差ε（ｔ）を補正することで、構造物の表面の形状を表す計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉの精度を高めることができる。
【００８９】
上述したように本実施の形態においては、計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉに含まれる時間依存性の誤差として、高さ誤差ε（ｔ）が算出される。これにより、ＭＭＳにおける計測誤差として特に発生しやすい誤差である高さ誤差ε（ｔ）を抑制することができる。特に、第１の線状点群の平均高さｚ１（ｘ）と、第２の線状点群の平均高さｚ２（ｘ）とが算出され、この結果を用いることによって、高さ誤差ε（ｔ）を容易に算出することができる。
【００９０】
第１の計測面２６と、第２の計測面２８との各々の法線ベクトルの、計測車両１の左右軸に沿う成分は、ゼロである。これにより第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の各々が、路面３上の、走行方向に直交する線状部分を走査することができる。これにより、補正の精度を高めることができる。好ましくは、第１のレーザスキャナ１４の第１の計測面２６は、計測車両１の前後軸２７に直交している。これにより、計測車両１の予期しない姿勢変化が第１のレーザスキャナ１４による計測に及ぼす影響を抑えることができる。より好ましくは、第２の計測面２８の法線ベクトルは、計測車両１の前後軸２７から約３０度傾いている。これにより、位置姿勢センサのドリフト誤差による影響を抑えることができる。
【００９１】
本実施の形態の計測点補正装置１７およびそれを用いた計測点補正方法によれば、路面３上の共通の線状部分ｘが、第１の計測面２６上で時刻ｔ１に第１の線状点群として認識され、かつ第２の計測面２８上で時刻ｔ２に第２の線状点群として認識されている場合において、共通の線状部分ｘに対応する第１の線状点群と第２の線状点群との間の平均高さの差異Δｚ（ｘ）が算出される。第１の線状点群および第２の線状点群のそれぞれの平均高さｚ１（ｘ）およびｚ２（ｘ）は、センシングされた線状部分ｘの真の平均高さｚ＊（ｘ）に、時刻ｔ１での高さ誤差ε（ｔ１）および時刻ｔ２での高さ誤差ε（ｔ２）が加わったものである。よって第１の線状点群と第２の線状点群との平均高さの差異Δｚ（ｘ）は、時刻ｔ１での高さ誤差ε（ｔ１）と時刻ｔ２での高さ誤差ε（ｔ２）との差異を表している。ここで、計測車両１の速度が既知であれば、時刻ｔ１と時刻ｔ２とのずれΔｔも既知である。よって、Δｚ（ｔ）から、特定の時刻ｔでの高さ誤差ε（ｔ）と、当該時刻ｔから既知の時間Δｔずれた時刻での高さ誤差ε（ｔ±Δｔ）との差異を知ることができる。よって、第１の線状点群と第２の線状点群との平均高さの差異の時間依存性のデータΔｚ（ｔ）に基づいて、時間依存性の高さ誤差ε（ｔ）を知ることができる。これによって既知となった高さ誤差ε（ｔ）を補正することで、構造物の表面の形状を表す計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉの精度を高めることができる。
【００９２】
（比較部分抽出部および差異算出部の変形例）
上記実施の形態においては、比較部分抽出部２２は、線状部分を表す第１および第２の線状点群を抽出するが、比較部分抽出部２２は、比較部分を表す第１および第２の比較点群を抽出するように構成されていればよく、上記比較部分は線状部分に限定されない。また、上記実施の形態においては、差異算出部２３は、第１の線状点群の平均高さと、第２の線状点群の平均高さとの差異を算出するが、差異算出部２３は、第１の比較点群の高さと、第２の比較点群の高さとの差異を算出するように構成されていればよく、算出される差異は平均高さ間の差異に限定されない。以下、第１および第２の線状点群の各々の平均高さの算出をともなわない動作の例について、図１５のフローチャートを再び参照しつつ、以下に説明する。
【００９３】
比較部分抽出部２２は、上記ステップＳＴ１で、第１のレーザスキャナ１４による複数の計測座標点から、路面３上の比較部分に対応する少なくとも１つの第１の比較点群を抽出する。例えば、上記実施の形態において述べた例と同様に、計測車両１の左右方向において計測車両１の中心を含む２．７５〜３．５ｍの範囲内の計測座標点が抽出され得る。ここでは、第１の比較点群としてｍ個の計測座標点Ｐ１１〜Ｐ１ｍが抽出されるとする。続いて比較部分抽出部２２は、第２のレーザスキャナ１５による複数の計測座標点から、比較点群として少なくとも、計測座標点Ｐ１１〜Ｐ１ｍのうちのある一つの計測座標点Ｐ１ｉに最も近い、１つの計測座標点Ｐ２ｊを抽出する。
【００９４】
差異算出部２３は上記ステップＳＴ２で、計測座標点Ｐ１ｉと計測座標点Ｐ２ｊとの高さの差Δｚを求める。これが、計測座標点Ｐ１ｉの計測時刻τ１ｉの関数として表されることによって、Δｚ（τ１ｉ）＝ｚ２ｊ−ｚ１ｉとされる。計測座標点Ｐ２ｊとしては、第２のレーザスキャナ１４による複数の計測座標点のうち計測座標点Ｐ１ｉに最も近いものが選択されているので、計測誤差が存在しないとすれば計測座標点Ｐ２ｊの高さは計測座標点Ｐ１ｉの高さと実質的に同じとなる。計測誤差が存在すれば、Δｚ（τ１ｉ）は、計測座標点Ｐ１ｉの高さ誤差ε（τ１ｉ）と、計測座標点Ｐ２ｉの高さ誤差ε（τ２ｊ）との差を表す。計測座標点Ｐ１ｉと計測座標点Ｐ２ｉとの相違は、大きくても計測誤差程度であることから、計測座標点Ｐ１ｉと計測座標点Ｐ２ｉとは、路面３上の実質的に同じ計測点を計測することによって得られたものと見なすことができる。よって、計測時刻の差τ２ｊ−τ１ｉは、上記実施の形態で説明した線状部分ｘについての第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナによる計測時刻の差Δｔに等しいとみなせる。
【００９５】
以上より、Δｚ（τ１ｉ）＝ε（τ１ｉ＋Δｔ）−ε（τ１ｉ）が満たされる。τ１ｉを時刻ｔで置き換えれば、上記実施の形態と同様の形式、Δｚ（ｔ）＝ε（ｔ＋Δｔ）−ε（ｔ）が得られる。よって本変形例においても関数ε（ｔ）を算出することができる。
【００９６】
上記の動作によるΔｚ（ｔ）は１つの計測座標点Ｐ１ｉで求めたものである。このため、計測座標点Ｐ１ｉの計測時にたまたまノイズが存在したりするなどといった理由に起因して、Δｚ（ｔ）は高さ誤差の差ε（ｔ＋Δｔ）−ε（ｔ）と一致しなくなり関数ε（ｔ）の算出精度が低くなり得る。よって、ｍが２以上の場合は、より高い算出精度を得るために、例えば、１つの計測座標点Ｐ１ｉについてのみではなく、ｍ個の計測座標点Ｐ１１〜Ｐ１ｍの各々について算出したΔｚ（ｔ）の値を平均化してもよい。これには、例えばｔが前後する一定の範囲内でΔｚ（ｔ）の値の平均をとるいわゆる移動平均処理を行う。Δｚ（ｔ）の値がその前後の値と平均化されることによって、ノイズ等の影響が低減されるので、関数ε（ｔ）の算出精度が高められる。これをレーザスキャナの走査の周期内の範囲での平均とした場合、線状部分内の計測座標点に対するΔｚ（ｔ）の平均をとることになり、これは実施の形態１における線状点群の平均高さの差異と同等の値になる。したがって、関数ε（ｔ）の算出精度は、実施の形態１におおよそ近いものとなる。なお、移動平均ではなく、２つ以上の一部の計測座標点に関して、Δｚ（ｔ）の平均化処理が行われてもよい。なお、これら２つ以上の計測座標点は、連続的に計測されたものに限定されない。
【００９７】
本変形例によれば、１つの線状点群を構成する１組の計測座標点についての平均高さを算出する処理を行うことなく、計測座標点を補正することができる。
【００９８】
（その他の変形例）
上記実施の形態においては、第１のレーザスキャナ１４の第１の計測面２６が計測車両１の前後軸２７に直交し、かつ第２のレーザスキャナ１５の第２の計測面２８が鉛直から前後に傾いているが、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の向きはこれに限るものではない。
【００９９】
また、上記実施の形態においては、計測車両１はＧＰＳ受信機１２を装着しているが、ＧＰＳ受信機１２は必須ではない。特にトンネル２内ではＧＰＳ受信機１２による計測が行えないため、トンネル内での計測に特化された場合には、位置姿勢センサとして、ＧＰＳ受信機１２以外のセンサの有用性が高い。
【０１００】
また、上記実施の形態においては、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７が計測車両１に装備されている図１を示したが、計測点補正装置１７は計測車両１から分離されていてもよく、さらに計測座標点算出部１６も計測車両１から分離されていてよい。その場合、計測車両１に、位置姿勢センサおよびレーザスキャナなどの出力データを一旦記憶しておく出力データ記憶部が設けられる。そして計測終了後に出力データが計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７に転送される。あるいは、無線通信または計算機ネットワークのシステムを用いて、位置姿勢センサおよびレーザスキャナなどの出力データが、随時、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７に送信されてもよい。
【０１０１】
計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７は、パーソナルコンピュータなどにおいてアプリケーションソフトウェアとして動作するように構成してもよい。このような形態の詳細については後述する。
【０１０２】
また、上記実施の形態においては、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉの集合と第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉの集合との両方が補正されるが、いずれか一方が補正されてもよい。その場合、計測車両１の前後軸２７に直交する第１の計測面２６を有する第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉの集合が補正されることが好ましい。なぜならば、第１の計測面２６の計測座標点Ｐ１ｉには、計測車両１の姿勢の誤差、特にヨーおよびピッチ、の誤差が、トンネル２の内壁表面の計測結果に凹凸として表れにくいためである。
【０１０３】
また、上記実施の形態においては、線状部分が直線上にあるが、線状部分は必ずしも直線でなくてもよい。ただし、線状部分が直線状にある方が、複雑な近似処理などを要することなく、データ処理を容易に行うことができる。
【０１０４】
また、上記実施の形態においては、線状部分として路面３上のものが用いられるが、他の線状部分が用いられてもよい。特に、設備などがほとんど設置されていないトンネルが計測される場合は、トンネル２の天井上の線状部分が用いられてもよい。特に、トンネルがボックスカルバート型の場合、天井部分にもｘ軸に直交する直線上の線状部分を設定することができる。
【０１０５】
また、上記実施の形態においては、トンネル２の計測について詳しく説明したが、同様の動作によって、トンネルに限らず路面および橋梁など一般の構造物の計測を実行することができ、例えば鉄道の沿線設備の計測を実行することもできる。鉄道の場合、路面上に線路が設けられているため、直線上の線状部分を用いるためには、路面のうち平坦な領域が着目される。例えば、道床がコンクリート製のスラブ軌道の場合は、線路の幅内に線状部分が設定される。バラスト軌道の場合は、線路の幅内における枕木上の線状部分を用いることができる。そのためには、例えば、各走査についての線路の幅内における線状部分の計測座標点の高さのばらつきが算出され、それが予め定められた値に比して小さければ、当該走査が枕木上の線状部分に対して行われたと判定されればよい。また鉄道の場合は線状部分として駅のプラットフォームが着目されてもよい。
【０１０６】
＜実施の形態２＞
上記実施の形態１においては計測車両１の上下振動に起因しての計測座標点の高さ誤差ε（ｔ）が補正されるが、本実施の形態においては、さらに、計測車両１の前後軸２７まわりの傾きの誤差、すなわちロール誤差ρ（ｔ）、が補正される。以下、この補正の方法について説明する。なお、構造物計測装置の基本的な構成（図１〜図４）は実施の形態１またはその変形例とほぼ同様であることから、以下の説明において必要に応じて実施の形態１の図面を流用する。
【０１０７】
時刻ｔにおける計測車両１の車両位置Ｑ（ｔ）が位置姿勢センサによって計測される。Ｑ（ｔ）は、時刻ｔにおける計測車両１の車両原点の三次元座標を含んでいる。車両原点、すなわち計測車両１の基準位置、は、例えば、慣性センサ１３の原点位置であってよい。計測されたＱ（ｔ）は、計測点補正装置１７（図２）の記憶部２１に格納される。
【０１０８】
図１６は、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉのロール誤差を説明する斜視図である。路面３上において、計測車両１の左右の車輪位置に異なる凹凸があった場合、計測車両１の姿勢に左右の傾き（ロール）が発生する。位置姿勢センサの計測周期よりも細かくロール値が変動する場合、位置姿勢センサからの情報だけでは、すべての時刻ｔにおいて真のロール値を高精度で知ることはできない。よって、時刻ｔにおけるレーザスキャナの計測値について、ロール誤差ρ（ｔ）が無視できなくなる。すなわち、レーザスキャナの時刻ｔにおける計測点が、真の座標値から、計測車両１の前後軸２７回りに、言い換えればトンネル軸方向であるｘ方向周りに、ロール誤差ρ（ｔ）だけ回転した座標値として計測されることになる。このロール誤差ρ（ｔ）に起因して、路面３の線状部分４上の計測点のセンシングから算出された線状点群５Ｃは、線状部分４の延在方向からロール誤差ρ（ｔ）だけ傾いた方向に並んでいる。
【０１０９】
図１７は、第１のレーザスキャナ１４のロール誤差と第２のレーザスキャナ１５のロール誤差との関係を説明する模式図である。路面３上の同一の線状部分ｘを第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれが計測することによって、複数の線状点群５Ｃおよび複数の線状点群８Ｃが得られる。
【０１１０】
線状部分ｘのロール値について、真の値をｒ＊（ｘ）とし、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉおよび第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉのそれぞれから算出されたロール値をｒ１（ｘ）およびｒ２（ｘ）とし、線状部分ｘが第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによって時刻ｔ１およびｔ２によって計測されたとすると、
ｒ１（ｘ）＝ｒ＊（ｘ）＋ρ（ｔ１）
ｒ２（ｘ）＝ｒ＊（ｘ）＋ρ（ｔ２）
が成り立つ。ｒ１（ｘ）は、例えば、線状点群５Ｃを近似直線３１ａで近似したときの近似直線３１ａの傾きまたは角度によって表される。この処理においては、線状点群５Ｃのｘ座標成分は無視される。言い換えれば、線状点群５Ｃがｙｚ平面内に射影されることによって得られた座標点を用いて、上記の近似処理と、傾き（または角度）の算出とが行われる。同様に、ｒ２（ｘ）は、例えば、線状点群８Ｃを近似直線３１ｂで近似したときの近似直線３１ｂの傾きまたは角度によって表される。ｒ１（ｘ）からのｒ２（ｘ）の差をΔｒ（ｘ）とすると、
Δｒ（ｘ）＝ｒ２（ｘ）−ｒ１（ｘ）＝ρ（ｔ２）−ρ（ｔ１）
が成り立つ。実施の形態１において、ｘに関する関数Δｚ（ｘ）が、ｔに関する関数Δｚ（ｔ）に置き換えて扱われることについて説明したが、ここでは、同様に、ｘに関する関数Δｒ（ｘ）が、ｔに関する関数Δｒ（ｔ）に置き換えて扱われる。これより、
Δｒ（ｔ１）＝ρ（ｔ２）−ρ（ｔ１）
が導かれる。左辺Δｒ（ｔ１）は、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉから求めたロール値ｒ（ｔ１）と、第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉから求めたロール値ｒ（ｔ２）とから得られる。図１７においては、時間に依存してのロール誤差ρ（ｔ）の変動により、同一の線状部分ｘに対する第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５による計測座標点の列の傾きが、Δｒ（ｔ１）だけ異なっている状況が示されている。
【０１１１】
ロール誤差ρ（ｔ）の求め方は、実施の形態１において詳述した高さ誤差ε（ｔ）の求め方とほぼ同様である。具体的には、関数Δｒ（ｔ）において、同一の線状部分を第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が計測するときの時間差に比べて十分に長い時間にわたってΔｒ（ｔ）＝０が成り立っている時刻ｔの区間［Ｔｒｓ，Ｔｒｅ］が抽出される。この区間を、Δｒ（ｔ）に関して、安定区間とも称する。安定区間においてはロール誤差ρ（ｔ）が変化しない。よって安定区間においてはロール誤差ρ（ｔ）は定数で表されるが、実施の形態１において誤差ε（ｔ）＝０と見なしたのと同様の理由で、ρ（ｔ）＝０（Ｔｒｓ≦ｔ≦Ｔｒｅ）と見なすことができる。そして、関数ε（ｔ）が決定される方法と同様の方法で、関数ρ（ｔ）が決定される。具体的には、Ｔｒｓ≦ｔ１≦Ｔｒｅにおけるρ（ｔ１）＝０を基にρ（ｔ２）＝ρ（ｔ１）＋Δｒ（ｔ１）が決定されていき、Ｔｒｓ≦ｔ２≦Ｔｒｅにおけるρ（ｔ２）＝０を基にρ（ｔ１）＝ρ（ｔ２）−Δｒ（ｔ１）が決定されていく。
【０１１２】
以上のアルゴリズムによって関数ρ（ｔ）を決定することができる。なお、関数ε（ｔ）の場合と同様に、複数の安定区間を選択し、それぞれの前後に関数ρ（ｔ）を決定していくようにしてもよい。また、得られた関数ρ（ｔ）にノイズ削減のための平滑化など、フィルタ処理をかけるようにしてもよい。
【０１１３】
図１８は、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉのロール誤差の補正方法を説明する正面図である。前述した方法によって、ロール誤差ρ（ｔ）が得られるので、この誤差を第１のレーザスキャナ１４の各計測座標点Ｐ１ｉから除去する補正が行われる。ここでは、計測車両１の前後軸２７方向にｘ軸を採っているので、ロール誤差の除去は、ｙｚ平面における車両位置３２を中心としての−ρ（ｔ）の回転変換によって行われる。ある計測座標点Ｐに対してのこの回転変換をＲ（ｔ）｛Ｐ｝で表し、時刻ｔでの車両位置をＱ（ｔ）とする。なおＱ（ｔ）は高さ誤差を含んでいる。計測座標点Ｐ１ｉのロール補正は、
Ｐ１ｉ  ←  Ｒ（τ１ｉ）｛Ｐ１ｉ−Ｑ（τ１ｉ）｝＋Ｑ（τ１ｉ）
によって行われる。さらに、そのｚ座標値の補正、すなわち高さ誤差ε（ｔ）の補正が、
ｚ１ｉ  ←  ｚ１ｉ−ε（τ１ｉ）
によって行われる。
【０１１４】
第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉについても同様に、まず
Ｐ２ｉ  ←  Ｒ（τ２ｉ）｛Ｐ２ｉ−Ｑ（τ２ｉ）｝＋Ｑ（τ２ｉ）
が行われ、次に、
ｚ２ｉ  ←  ｚ２ｉ−ε（τ２ｉ）
が行われる。
【０１１５】
以上により、計測座標点のロール値および高さの補正が完了される。図１８は、特に、第１のレーザスキャナ１４による路面３（図１６）上の計測座標点Ｐ１ｉについて、その計測時刻τ１ｉにおけるロール誤差ρ（τ１ｉ）の補正を示している。回転変換によって、補正前の計測座標点（図中、黒丸）が、補正後の計測座標点（図中、白丸）へと変換される。さらに、路面３上の計測座標点だけでなく、１横断面６内の複数の計測座標点を全体的に、高い精度で補正することができる。言い換えれば、計測された横断面６を、より正確な横断面６Ｃへと、高い精度で補正することができる。
【０１１６】
次に、計測点補正装置１７（図２）と、図１９のフローチャートとを参照して、計測点補正装置１７による上述した動作の実行について説明する。本実施の形態においては、ロール誤差ρ（ｔ）が補正された後、実施の形態１と同様の方法によって高さ誤差ε（ｔ）が補正される。なお実施の形態１と同様のステップについては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１７】
ステップＳＴ２１では、比較部分抽出部２２において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉから、各走査について、路面３の線状部分ｘに対応する計測座標点（第１の比較点群である第１の線状点群）が抽出される。この第１の線状点群がｙｚ平面上で近似直線３１ａ（図１７）で近似される。近似直線３１ａの傾きが、ロール値ｒ１（ｘ）として算出される。同様に、第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉから、各走査について、路面３の線状部分ｘに対応する計測座標点（第２の比較点群である第２の線状点群）が抽出される。この第２の線状点群がｙｚ平面上で近似直線３１ｂ（図１７）で近似される。近似直線３１ｂの傾きが、ロール値ｒ２（ｘ）として算出される。
【０１１８】
ステップＳＴ２２では、差異算出部２３において、関数Δｒ（ｘ）＝ｒ２（ｘ）−ｒ１（ｘ）が求められる。すなわち、第１のレーザスキャナ１４が、ある線状部分ｘを測定することによって得られたロール値と、第２のレーザスキャナ１５が同一の線状部分ｘを測定することによって得られたロール値との差が算出される。そして、Δｒ（ｘ）がΔｒ（ｔ）に変換される。本例においては、時刻ｔとして、第１のレーザスキャナ１４が線状部分ｘを計測した時刻を用いる。
【０１１９】
ステップＳＴ２３では、誤差算出部２４において、関数Δｒ（ｔ）が実質的に値０を有する時刻ｔの区間である安定区間［Ｔｒｓ，Ｔｒｅ］が抽出される。ステップＳＴ２４では、誤差算出部２４において、安定区間［Ｔｒｓ，Ｔｒｅ］内の時刻ｔについて、関数ρ（ｔ）が値０とされる。
【０１２０】
ステップＳＴ２５では、誤差算出部２４において、当該安定区間内の時刻ｔにおけるρ（ｔ）＝０を基に、ρ（ｔ）にΔρ（ｔ）を加算することで、ρ（ｔ＋Δｔ）を求める動作が実行される。また、ρ（ｔ）に−Δρ（ｔ−Δｔ）を加算することで、ρ（ｔ−Δｔ）を求める動作が実行される。これらを繰り返すことで、必要とされる全ての時刻ｔの範囲において、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性のロール誤差ρ（ｔ）が算出される。ステップＳＴ２６では、誤差算出部２４において、得られた関数ρ（ｔ）が補間および平滑化される。
【０１２１】
ステップＳＴ２７では、座標値補正部２５において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉおよび第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉのロール誤差の補正が行われる。すなわち、前述した回転変換によって、ロール誤差が補正された座標値が求められる。
【０１２２】
以上により、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の計測座標点のロール誤差が補正される。その後、実施の形態１と同様にステップＳＴ１〜ＳＴ７が行われれば、高さ誤差も補正される。なおステップＳＴ２１とステップＳＴ１とは、共通して、各走査について、路面３の線状部分ｘに対応する計測座標点を抽出する処理を有する。よって当該処理の結果を記憶しておく場合、重複した処理を省略することができる。
【０１２３】
本実施の形態によれば、計測座標点に含まれる時間依存性の誤差として、ロール誤差ρ（ｔ）が算出される。このロール誤差ρ（ｔ）が補正されることにより、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。
【０１２４】
また、ロール誤差ρ（ｔ）を算出するために、近似直線３１ａの傾きと近似直線３１ｂの傾きとが算出される。この結果を用いることによって、ロール誤差ρ（ｔ）を容易に算出することができる。なお、近似直線３１ａおよび近似直線３１ｂは路面３上の線状部分に対応するものであるが、各横断面内では計測座標点は相対的に正確であるので、路面３の線状部分全体のロールが正確となるような補正により、１横断面内の計測座標点全体のロールを正確に補正することができる。
【０１２５】
＜実施の形態３＞
上記実施の形態１においては計測車両１の上下振動に起因しての計測座標点の高さ誤差ε（ｔ）が補正されるが、本実施の形態においては、さらに、計測車両１の左右軸まわりの傾きの誤差、すなわちピッチ誤差φ（ｔ）、が補正される。以下、この補正の方法について説明する。なお、構造物計測装置の基本的な構成（図１〜図４）は実施の形態１またはその変形例と同様であることから、以下の説明において必要に応じて実施の形態１の図面を流用する。
【０１２６】
図２０および図２１のそれぞれは、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによる計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉのピッチ誤差を説明する斜視図である。路面３上に細かな凹凸があった場合、計測車両１の前後の車輪にてその影響が異なることによって、左右の軸回りの傾き（ピッチ）が変動する。言い換えれば、上向きの傾き（仰角）または下向きの傾き（俯角）が変動する。位置姿勢センサの計測周期よりも細かくピッチ値が変動する場合、位置姿勢センサからの情報だけでは、すべての時刻ｔにおいてピッチ値を高精度で知ることはできない。よって、時刻ｔにおけるレーザスキャナの計測値について、ピッチ誤差φ（ｔ）が無視できなくなる。すなわち、レーザスキャナの時刻ｔにおける計測点が、真の座標値から、計測車両１の左右軸回りに、言い換えればトンネル幅方向であるｙ方向周りに、ピッチ誤差φ（ｔ）だけ回転した座標値として計測されることになる。
【０１２７】
実施の形態１および２においては比較部分抽出部２２（図２）が、トンネル２の路面３上の線状部分に対応する線状点群を抽出するが、本実施の形態においては、ピッチ誤差を補正するために、比較部分抽出部２２はさらに、トンネル壁面上の線状部分に対応する線状点群を抽出する。路面３上の線状部分とトンネル壁面上の線状部分とが第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の各々によって計測され、これら計測結果の差から、高さ誤差ε（ｔ）とピッチ誤差φ（ｔ）とが求められる。
【０１２８】
トンネル壁面上の線状部分としては、トンネル覆工面の天井部分３３が選択される。天井部分３３のうち線状部分とされる範囲は、例えば、路面３の線状部分の幅位置と同じとされる。言い換えれば、路面３の線状部分の鉛直上方の部分が、トンネル壁面上の線状部分とされる。ボックスカルバート型など、断面が矩形のトンネルでは、路面３上の線状部分だけでなく、天井部分３３上の線状部分３４も直線状になる。一方、断面が略円形のトンネルにおいては、線状部分３４は曲線状になるため、線状部分３４の範囲をより狭くしてもよい。
【０１２９】
比較部分抽出部２２（図２）は、実施の形態１において述べたように、第１の比較点群として、計測座標点Ｐ１ｉから、線状に並んでいる第１の線状点群を抽出し、第２の比較点群として、計測座標点Ｐ２ｉから、線状に並んでいる第２の線状点群を抽出する。上記第１の線状点群としては、図２０に示されているように、路面３上の線状部分４に対応する第１の下方線状点群５Ｃと、天井部分３３の線状部分３４に対応する第１の上方線状点群５Ｄとが抽出される。なお第１の計測面２６がトンネル２の延在方向に垂直であることから、ピッチ誤差φ（ｔ）に起因しての計測誤差は小さく、図中では表されていない。上記第２の線状点群としては、図２１に示されているように、路面３上の線状部分４に対応する第２の下方線状点群８Ｃと、天井部分３３の線状部分３４に対応する第２の上方線状点群８Ｄとが抽出される。第２の計測面２８はトンネル２の延在方向に対して傾いているので、ピッチ誤差φ（ｔ）に起因しての計測誤差が生じやすい。
【０１３０】
以下、ピッチ誤差φ（ｔ）による計測結果の影響について説明する。路面３から天井部分３３までの高さがＨであったとする。レーザスキャナの計測面が鉛直面とのなす角が角度θのとき、時刻ｔにおける１回転の走査によって観測される高さｈ（ｔ）は、以下のようになる。
【０１３１】
【数５】
0006641535.tif 000006
【０１３２】
なお上記においては、ピッチ誤差φ（ｔ）が十分に小さいと仮定しての近似が行われている。また、レーザスキャナの１回転の走査は非常に短い時間で計測されるので、各走査中の時刻およびピッチ誤差は、１対のｔおよびφ（ｔ）で代表させることができる。
【０１３３】
図２２を参照して、第１のレーザスキャナ１４は、ｘ軸に直交する計測面を有しているので、角度θは０である。よって、上式で算出される高さｈ（ｔ）はピッチ誤差φ（ｔ）の影響を受けない。一方、第２のレーザスキャナ１５は、ｘ軸から傾いた計測面を有しているので、角度θは０ではない。よって、上式で算出される高さｈ（ｔ）はピッチ誤差φ（ｔ）の影響を有意に受ける。そこで本実施の形態においては、第２のレーザスキャナ１５の計測結果を第１のレーザスキャナ１４の計測結果と比較することによってピッチ誤差φ（ｔ）を求め、それを用いてピッチを補正する。
【０１３４】
具体的には、まず、実施の形態１で説明したように、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによって計測される路面３上の同一の線状部分ｘの高さｚ１（ｘ）およびｚ２（ｘ）の差を利用することで、計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉの高さ誤差が補正される。以下、高さ補正後の計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉを用いて処理が行われる。言い換えれば、路面３の計測座標点の高さ誤差が除去された状態で処理が行われる。
【０１３５】
図２３を参照して、計測座標点Ｐ１ｉおよびＰ２ｉのそれぞれから、天井部分３３の同一の線状部分３４の高さＺ１（ｘ）およびＺ２（ｘ）が計測される。例えば、高さＺ１（ｘ）は、天井部分３３の線状部分３４に対応する計測座標点Ｐ１ｉの列の平均高さとされる。高さＺ２（ｘ）も同様である。この方法は、天井部分３３の線状部分３４が直線となるボックスカルバート型トンネルの場合に特に好適である。一方、略円形の断面を有する一般のトンネルの場合、天井部分３３の線状部分を、円弧などの予め定められた曲線によって近似し、当該曲線の最大高さが採用されてもよい。
【０１３６】
高さＺ１（ｘ）からのＺ２（ｘ）の差をΔＺ（ｘ）とする。すなわち
ΔＺ（ｘ）＝Ｚ２（ｘ）−Ｚ１（ｘ）
と定義する。また、天井部分３３の線状部分３４を含む第２の計測面２８に含まれる路面３上の線状部分４が第２のレーザスキャナ１５によって計測されることによって得られる第２の下方線状点群８Ｃ（図２１）の高さ位置と、天井部分３３の線状部分３４が第１のレーザスキャナ１４によって計測されることによって得られた第１の上方線状点群５Ｄ（図２０）の高さ位置との差を、高さＨ（図２３）と定義する。また同じ第２の計測面２８（図２１）で、天井部分３３の線状部分３４が計測されることによって得られた第２の上方線状点群８Ｄ（図２１）と、路面３の線状部分４が計測されることによって得られた第２の下方線状点群８Ｃ（図２１）との間のｘ方向における差を距離Ｌ（図２３）と定義する。
【０１３７】
図２４は計測座標点のピッチ誤差を補正する方法を示す側面図である。本実施の形態においては、第２の上方線状点群８Ｄを、第２の下方線状点群８Ｃを中心に角度φ回転させることによって、ΔＺ（ｘ）が解消されることになる。以下この方法について詳しく説明する。
【０１３８】
前述した定義から、ピタゴラスの定理により、次の式が成り立つ。
【０１３９】
【数６】
0006641535.tif 000007
【０１４０】
よってφが十分に小さければ、以下のようにφが求められる。
【０１４１】
【数７】
0006641535.tif 000008
【０１４２】
前述したように第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉはピッチ誤差の影響を受けず、かつ、第２の下方線状点群８Ｃの高さは、路面３の計測座標点の高さに相当するものであって既に補正済みであることから、高さＨ（図２３）はトンネル２の高さを正確に反映している。角度θは、計測車両１への第２のレーザスキャナ１５の設置時において第２の計測面２８が鉛直面となす角度と、第２のレーザスキャナ１５によって線状部分３４（図２１）が計測された時刻ｔ２において構造物計測装置が認識している計測車両１のピッチの角度との和である。構造物計測装置が認識しているピッチの角度は、前述したようにピッチ誤差φ（ｔ２）を有する。よって、高さ誤差の補正後における第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の計測座標点に対して、ｙ軸周りの角度φ（ｔ２）の回転変換を施すことによって、ピッチ誤差の補正を行うことができる。
【０１４３】
図示されているように、第２の上方線状点群８Ｄが、その同一走査にて計測された第２の下方線状点群８Ｃを中心に、ｙ軸周りにφ（ｔ）回転させられる。同様に、第２の上方線状点群８Ｄ以外の他の計測座標点Ｐ２ｉも回転させられる。なお補正に用いられるピッチ誤差φ（ｔ）に対して、予め平滑化などのフィルタ処理が行われてもよい。
【０１４４】
同様の補正が第１のレーザスキャナ１４についても可能である。なお、上記のとおり、第１のレーザスキャナ１４の計測面はｘ軸に直交して鉛直であるので、ピッチ誤差が高さへ及ぼす影響は小さく、路面３の線状部分と天井部分３３の線状部分との間の高さはほとんど変化しない。よって、このピッチ誤差の補正に起因して高さ誤差が再度発生することは実質的にない。
【０１４５】
次に、計測点補正装置１７（図２）と、図２５のフローチャートとを参照して、計測点補正装置１７による上述した動作の実行について説明する。本実施の形態においては、実施の形態１と同様にステップＳＴ１〜ＳＴ７が行われることによって高さ誤差ε（ｔ）が補正された後に、ピッチ誤差φ（ｔ）が補正される。なお実施の形態１と同様のステップについては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１４６】
ステップＳＴ３１では、比較部分抽出部２２において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉから、各走査について、トンネル壁面の天井部分３３の線状部分３４に対応する計測座標点、すなわち第１の上方線状点群５Ｄ、が抽出される。そして各走査の線状部分３４の代表高さＺ１（ｘ）が計算される。同様に、第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉから、各走査について、トンネル壁面の天井部分３３の線状部分３４に対応する計測座標点、すなわち第２の上方線状点群８Ｄ、が抽出される。そして各走査の線状部分３４の代表高さＺ２（ｘ）が計算される。
【０１４７】
ステップＳＴ３２では、差異算出部２３において、天井部分３３の線状部分３４を第１のレーザスキャナ１４が計測することによって得られた代表高さＺ１（ｘ）と、同一の線状部分３４を第２のレーザスキャナ１５が計測することによって得られた代表高さＺ２（ｘ）との差ΔＺ（ｘ）＝Ｚ２（ｘ）−Ｚ１（ｘ）が求められる。
【０１４８】
ステップＳＴ３３では、誤差算出部２４において、上記ΔＺ（ｘ）に基づいて、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性のピッチ誤差φ（ｔ）が算出される。ステップＳＴ３４では、誤差算出部２４において、得られたφ（ｔ）が補間および平滑化される。
【０１４９】
ステップＳＴ３５では、座標値補正部２５において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉおよび第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉのピッチ誤差の補正が行われる。すなわち、上記ピッチ誤差φ（ｔ）を除くことによって、ピッチ誤差が補正された計測座標点が求められる。
【０１５０】
本実施の形態によれば、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性の誤差として、ピッチ誤差φ（ｔ）が算出される。このピッチ誤差φ（ｔ）が補正されることにより、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。
【０１５１】
また、ピッチ誤差φ（ｔ）を算出するために、第１の下方線状点群５Ｃ、第１の上方線状点群５Ｄ、第２の下方線状点群８Ｃおよび第２の上方線状点群８Ｄが算出される。これらの結果を用いることによって、ピッチ誤差φ（ｔ）を容易に算出することができる。
【０１５２】
なお、図２３に示された方法は、ピッチ誤差を算出する一例であり、ピッチ誤差を算出することができれば、他の方法が用いられてもよい。例えば、差異算出部２３（図２）が、図２０に示されている第１の下方線状点群５Ｃと第１の上方線状点群５Ｄとの間の高さと、図２１に示されている第２の下方線状点群８Ｃと第２の上方線状点群８Ｄとの間の高さとが算出されてもよい。そして、前者の高さに対する後者の高さのずれから、ピッチ誤差が算出されてもよい。
【０１５３】
また上記実施の形態においては、第１の計測面２６が計測車両１の前後軸２７に直交する第１のレーザスキャナ１４と、第２の計測面２８が鉛直から前後に傾いた第２のレーザスキャナ１５とが用いられるが、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の向きは、路面３および天井部分３３の各々における同一の線状部分を測定可能であれば、これに限るものではない。
【０１５４】
＜実施の形態４＞
図２６は、本実施の形態４による構造物計測装置が設けられた計測車両１の構成の例を示す側面図である。本実施の形態においては、図１に示された実施の形態１またはその変形例による構成と比して、第２のレーザスキャナ１５の配置が異なっている。すなわち、第１のレーザスキャナ１４の第１の計測面２６と、第２のレーザスキャナ１５の第２の計測面２８とが、互いに平行である。具体的には、第１のレーザスキャナ１４の第１の計測面２６だけでなく、第２のレーザスキャナ１５の第２の計測面２８も計測車両１の前後軸２７に直交するように、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が配置されている。
【０１５５】
前後軸２７の方向において、第１のレーザスキャナ１４と第２のレーザスキャナ１５とは互いに離されている。好ましくは、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の一方が計測車両１の前部に設けられており他方が後部に設けられており、図示された例においては、第１のレーザスキャナ１４が計測車両１の後部に設けられており、第２のレーザスキャナ１５が前部に設けられている。実施の形態１と同様、第１のレーザスキャナ１４は、走査回りの全周囲、言い換えれば第１の計測面２６内の全方向、について計測が行えるように設置されていることが好ましい。また第２のレーザスキャナ１５は、走査回りの全周囲、言い換えれば第２の計測面２８内の全方向、について計測が行えるように設置されていることが好ましい。
【０１５６】
図２７は、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれによる計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉを説明する側面図である。路面３上に細かな凹凸があった場合、計測車両１に上下の振動および左右の振動が発生することがある。これによって計測車両１の上下位置（すなわち高さ）および左右位置の少なくともいずれかが位置姿勢センサの計測周期よりも細かく変動する場合、位置姿勢センサからの情報だけでは、すべての時刻ｔにおいて計測車両１の位置を高精度で知ることはできない。よって、時刻ｔにおけるレーザスキャナの計測値について、高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）が無視できなくなる。すなわち、レーザスキャナの時刻ｔにおける計測点が、真の座標値から、計測車両１の上下方向に、言い換えればトンネル高さ方向であるｚ方向にε（ｔ）だけ大きな座標値として計測され、計測車両１の左右方向に、言い換えればトンネル幅方向であるｙ方向に、υ（ｔ）だけ大きな座標値として計測されることになる。本実施の形態によれば、計測車両１の高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）が補正される。
【０１５７】
高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）を求めるために、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が、異なる断面を同時に計測する動作を継続する。これにより、トンネル２の鉛直断面（図２７の視野に垂直な断面）上の同一の線状部分３５が、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の両方によって、異なる時刻に計測される。これらの計測結果を比較することによって、高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）を求めることができ、それらを用いて補正を行なうことができる。
【０１５８】
第１のレーザスキャナ１４により、比較部分である、あるひとつの線状部分３５が時刻ｔ１に計測されたとする。なお、線状部分３５は非常に短時間に計測されるため、例えば、その中央の点の計測時刻を、線状部分３５の計測時刻として代表させることにする。また、同一の線状部分３５が第２のレーザスキャナ１５により時刻ｔ２に計測されたとする。なお実施の形態１においても述べたように、厳密にいえば、レーザスキャナの走査領域が路面３上で間隔を有するために、厳密に同じ線上を第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が走査することは一般にはないが、走査の周期は非常に短いので、実質的に同じ線上での走査が行われると考え得る。時刻ｔ１と時刻ｔ２とでは、計測車両１が受けている振動の影響が異なることがあり、その場合、同一の線状部分３５の計測結果が、第１のレーザスキャナ１４と第２のレーザスキャナ１５との間で相違する。すなわち、共通の線状部分３５のセンシングに関して、第１のレーザスキャナ１４から得られる線状点群５Ｃと、第２のレーザスキャナ１５から得られる線状点群８Ｃとが相異する。
【０１５９】
図２８を参照して、本実施の形態においては、第１のレーザスキャナ１４の周囲の構造物の表面のうち、第１の計測面２６（図２６）との交線部分の全体を線状部分とする。同様に、第２のレーザスキャナ１５の周囲の構造物の表面のうち、第２の計測面２８（図２６）との交線部分の全体を線状部分とする。第１の計測面２６および第２の計測面２８は共にｙｚ平面に平行であるため、同一の線状部分を第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の各々で計測することができる。同一の線状部分の計測に基づいても、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉの集合（すなわち線状点群５Ｃ）がｙｚ面上で描くパターン４３と、第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉの集合（すなわち線状点群８Ｃ）がｙｚ面上で描くパターン４４とは、計測車両１の振動に起因して、互いにずれたものとなり得る。本実施の形態においては、このずれが評価される。
【０１６０】
同一の線状部分に対応するパターン４３およびパターン４４が、それぞれ時刻ｔ１および時刻ｔ２に計測されたとする。ｙｚ面内において、パターン４３の重心５０の座標を（ｙ１ｃ（ｔ１），ｚ１ｃ（ｔ１））とし、ｙｚ面内におけるパターン４４の重心５１の座標を（ｙ２ｃ（ｔ２），ｚ２ｃ（ｔ２））とする。ｙｚ面内における重心５０と重心５１との差を（Δｙ（ｔ１），Δｚ（ｔ１））とすると、
Δｙ（ｔ１）＝ｙ２ｃ（ｔ２）−ｙ１ｃ（ｔ１）
Δｚ（ｔ１）＝ｚ２ｃ（ｔ２）−ｚ１ｃ（ｔ１）
と定義される。一方で、高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）を用いれば、Δｙ（ｔ１）およびΔｚ（ｔ１）は、
Δｙ（ｔ１）＝υ（ｔ２）−υ（ｔ１）
Δｚ（ｔ１）＝ε（ｔ２）−ε（ｔ１）
と表される。よって、Δｙ（ｔ）およびΔｚ（ｔ）のそれぞれから関数υ（ｔ）および関数ε（ｔ）を求めていくことができる。関数ε（ｔ）の決定方法は実施の形態１において説明したものと同様である。関数υ（ｔ）も同様のアルゴリズムによって決定することができる。以下、そのことについて具体的に説明する。
【０１６１】
関数Δｙ（ｔ）において、同一の線状部分を第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５が計測するときの時間差に比べて十分に長い時間にわたってΔｙ（ｔ）＝０が成り立っている時刻ｔの区間［Ｔｙｓ，Ｔｙｅ］が抽出される。この区間を、Δｙ（ｔ）に関して、安定区間とも称する。安定区間においては左右誤差υ（ｔ）が変化しない。よって安定区間においては左右誤差υ（ｔ）は定数で表されるが、実施の形態１において誤差ε（ｔ）＝０と見なしたのと同様の理由で、υ（ｔ）＝０（Ｔｙｓ≦ｔ≦Ｔｙｅ）と見なすことができる。そして、関数ε（ｔ）が決定される方法と同様に、関数υ（ｔ）が決定される。具体的には、Ｔｙｓ≦ｔ１≦Ｔｙｅについてのυ（ｔ１）＝０を基にυ（ｔ２）＝υ（ｔ１）＋Δｙ（ｔ１）が決定されていき、Ｔｙｓ≦ｔ２≦Ｔｙｅについてのυ（ｔ２）＝０を基にυ（ｔ１）＝υ（ｔ２）−Δｙ（ｔ１）が決定されていく。
【０１６２】
以上のアルゴリズムによって、トンネル２の計測区間全域にわたる範囲において、関数υ（ｔ）を決定することができる。なお、関数ε（ｔ）の場合と同様に、複数の安定区間を選択し、それぞれの前後に関数υ（ｔ）を決定していくようにしてもよい。また、得られた関数υ（ｔ）にノイズ削減のための平滑化など、フィルタ処理をかけるようにしてもよい。
【０１６３】
図２９は、第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉの高さ誤差および左右誤差の補正方法を説明する正面図である。前述した方法によって、高さ誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）が得られるので、この誤差を第１のレーザスキャナ１４の各計測座標点Ｐ１ｉから除去する補正が行われる。第１のレーザスキャナ１４の計測座標点Ｐ１ｉのｙ座標値の補正は、
ｙ１ｉ  ←  ｙ１ｉ−υ（τ１ｉ）
によって行われる。さらにｘ座標も補正されることで、計測座標点Ｐ１ｉが補正される。各計測座標点Ｐ１ｉについて補正が行なわれることによって、パターン４３がパターン４５へと補正される。
【０１６４】
同様に、第２のレーザスキャナ１５の計測座標点Ｐ２ｉのｙ座標の補正は、
ｙ２ｉ  ←  ｙ２ｉ−υ（τ２ｉ）
によって行われる。さらにｘ座標も補正されることで、計測座標点Ｐ２ｉが補正される。
【０１６５】
以上の動作により、計測座標点の補正が完了される。
【０１６６】
次に、本実施の形態における計測点補正装置１７（図２を参照）と、図３０のフローチャートとを参照して、計測点補正装置１７による上述した動作の実行について説明する。
【０１６７】
ステップＳＴ４１では、比較部分抽出部２２において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉから、トンネル２の断面全体を計測する１走査、すなわち第１のレーザスキャナ１４の１回転による走査、によって計測される線状部分３５（断面線状部分）に対応する計測座標点（第１の線状点群）が抽出される。そして各走査におけるこれら計測座標点が描くパターン４３の重心５０の座標が計算される。第２のレーザスキャナ１５についても、同様の方法によって、パターン４４の重心５１の座標が計算される。
【０１６８】
ステップＳＴ４２では、差異算出部２３において、断面の線状部分３５を計測することによって得られたパターン４３の重心５０と、同一の線状部分３５を計測することによって得られたパターン４４の重心５１との差が、第１のレーザスキャナ１４による計測時刻ｔの関数（Δｙ（ｔ），Δｚ（ｔ））として求められる。
【０１６９】
次に、実施の形態１と同様に、ステップＳＴ３〜ＳＴ６が行われる。これにより関数ε（ｔ）が決定される。
【０１７０】
ステップＳＴ４３では、誤差算出部２４において、関数Δｙ（ｔ）が実質的に値０を有する時刻ｔの区間である安定区間［Ｔｙｓ，Ｔｙｅ］が抽出される。ステップＳＴ２４では、誤差算出部２４において、安定区間［Ｔｙｓ，Ｔｙｅ］内の時刻ｔについて、関数υ（ｔ）が値０とされる。
【０１７１】
ステップＳＴ４５では、誤差算出部２４において、安定区間［Ｔｙｓ，Ｔｙｅ］内の時刻ｔについてのυ（ｔ）＝０を基に、υ（ｔ）にΔυ（ｔ）を加算することで、υ（ｔ＋Δｔ）を求める動作が実行される。また、υ（ｔ）に−Δυ（ｔ−Δｔ）を加算することで、υ（ｔ−Δｔ）を求める動作が実行される。これらを繰り返すことで、必要とされる全ての時刻ｔの範囲において、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性の左右誤差υ（ｔ）が算出される。ステップＳＴ４６では、誤差算出部２４において、得られた関数υ（ｔ）が補間および平滑化される。
【０１７２】
ステップＳＴ４７では、座標値補正部２５において、第１のレーザスキャナ１４による計測座標点Ｐ１ｉおよび第２のレーザスキャナ１５による計測座標点Ｐ２ｉの高さ誤差および上下誤差の補正が行われる。具体的には、計測座標点Ｐ１ｉのｚ座標から当該計測の時刻における高さ誤差ε（τ１ｉ）が減算され、ｙ座標から当該計測の時刻における左右誤差υ（τ１ｉ）が減算される。同様に、計測座標点Ｐ２ｉのｚ座標から当該計測の時刻における高さ誤差ε（τ２ｉ）が減算され、ｙ座標から当該計測の時刻における左右誤差υ（τ２ｉ）が減算される。
【０１７３】
以上により、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の計測座標点の高さ誤差および左右誤差が補正される。
【０１７４】
本実施の形態によれば、第１のレーザスキャナ１４の第１の計測面２６と、第２のレーザスキャナ１５の第２の計測面２８とは、互いに平行である。これにより、第１のレーザスキャナ１４と第２のレーザスキャナ１５との両方で走査される線状部分の範囲を広く設定することができる。よって、計測誤差に対する補正の精度をより高めることができる。最大限の設定として、当該範囲を計測面上の全周にわたって設定することもでき、その場合、補正の精度を一層高めることができる。
【０１７５】
また、図２８に示されているように、第１の線状部分が描くパターン４３の重心５０と、第２の線状部分が描くパターン４４の重心５１とが算出される。この結果を用いることによって、計測面に平行な面内における誤差を容易に算出することができる。
【０１７６】
また計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性の誤差として上下誤差ε（ｔ）が算出される。この上下誤差ε（ｔ）が補正されることにより、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。また、計測座標点Ｐ１ｉおよび計測座標点Ｐ２ｉに含まれる時間依存性の誤差として、左右誤差υ（ｔ）が算出される。この左右誤差υ（ｔ）が補正されることにより、構造物の表面の形状を表す計測座標点の精度を高めることができる。上下誤差ε（ｔ）および左右誤差υ（ｔ）の両方が補正されることによって、前後軸２７（図２６）に垂直な面内において計測座標点の精度をより高めることができる。
【０１７７】
また、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５のそれぞれが、計測車両１の後部および前部に設置されている（図２６参照）。これにより、双方の計測面は計測車両１と交差しなくなり、双方のレーザスキャナは共にトンネル２の鉛直断面をすべて計測することができる。なお、一方のレーザスキャナの計測面が計測車両１または他方のレーザスキャナと交差することによって断面の一部を計測することができなくても差し支えがない場合は、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の設置方法は、上述したものに限定されない。
【０１７８】
なお、本実施の形態に上記実施の形態２が組み合わされることによって、さらにロール誤差ρ（ｔ）が補正されてもよい。また、上記実施の形態３が組み合わされることによって、さらにピッチ誤差φ（ｔ）が補正されてもよい。また、本実施の形態においては断面線状部分に対応する計測座標点を用いて左右誤差υ（ｔ）が求められるが、路面３または上記実施の形態３で説明した天井部分３３のように断面内の部分的な線状部分に対応する計測座標点が抽出され、これを用いて左右誤差υ（ｔ）が求められてもよい。
【０１７９】
上記各実施の形態では、第１のレーザスキャナ１４および第２のレーザスキャナ１５の計測座標点の座標が補正されるが、代わりに、計測車両１の車両位置Ｑ（ｔ）の座標値が補正されてもよい。時刻ｔにおける車両位置Ｑ（ｔ）の座標値を（ｑｘ（ｔ），ｑｙ（ｔ），ｑｚ（ｔ））とすると、ｚ座標について、
ｑｚ（ｔ）  ←  ｑｚ（ｔ）−ε（ｔ）
のように補正が行なわれ得る。さらにυ（ｔ）も得ているならば、ｙ座標について、
ｑｙ（ｔ）  ←  ｑｙ（ｔ）−υ（ｔ）
のように補正が行なわれ得る。また、計測車両１の姿勢も計測されている場合、そのロール値およびピッチ値のそれぞれがρ（ｔ）およびφ（ｔ）によって補正されてもよい。
【０１８０】
また、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７（図２）の各要素は、例えば図３１に示す処理回路１５０により実現される。処理回路１５０には、専用のハードウェアが適用されてもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ））が適用されてもよい。処理回路１５０が専用のハードウェアである場合、処理回路１５０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７の各要素の機能のそれぞれは、複数の処理回路で実現されてもよいし、それらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。図３２は、処理回路１５０がプロセッサを用いて構成されている場合における、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７のハードウェア構成を示している。この場合、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７の各要素の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ１５２に格納される。処理回路１５０としてのプロセッサ１５１は、メモリ１５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。換言すれば、このプログラムは、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７の各要素の動作の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ１５２には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）およびそのドライブ装置等、あらゆる記憶媒体が該当する。以上、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７の各要素の機能が、ハードウェアおよびソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７の一部の要素を専用のハードウェアで実現し、別の一部の要素をソフトウェア等で実現する構成であってもよい。例えば、一部の要素については専用のハードウェアとしての処理回路１５０でその機能を実現し、他の一部の要素についてはプロセッサ１５１として��処理回路１５０がメモリ１５２に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。以上のように、計測座標点算出部１６および計測点補正装置１７は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【０１８１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１８２】
４，７，９，３４，３５  線状部分、１  計測車両、２  トンネル、３  路面、５，８  計測点、５Ｃ  線状点群（第１の下方線状点群）、５Ｄ  第１の上方線状点群、８Ｃ  線状点群（第２の下方線状点群）、８Ｄ  第２の上方線状点群、１０  車体、１１  天板、１２  ＧＰＳ受信機、１３  慣性センサ、１４  第１のレーザスキャナ（第１の点群センサ）、１５  第２のレーザスキャナ（第２の点群センサ）、１６  計測座標点算出部、１７  計測点補正装置、１８  オドメータ、１９  速度検出装置、２０  点群データ、２１  記憶部、２２  比較部分抽出部、２３  差異算出部、２４  誤差算出部、２５  座標値補正部、２６  第１の計測面、２７  前後軸、２８  第２の計測面、３３  天井部分、１５０  処理回路、１５１  プロセッサ、１５２  メモリ。
【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】
0006641535.tif 000019
【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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【図３１】
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【図３２】
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