(57)【要約】【課題】測量者の作業負担を軽減し、より正確に測量を行うことが可能であり、視覚的に測量位置を確認可能となる３次元設計座標作成方法及び自動測量システムを提供する。【解決手段】造形物の平面線形データ、縦断線形データ、標準横断形状データとを用いて、３次元形状データ作成装置１により、造形物の３次元形状データを作成した後、測量機２が撮影する画像データを測量データ処理装置３に送信し、測量データ処理装置３が３次元形状データ作成装置１で作成した３次元形状データから、対象とする造形物の領域対応３次元形状データを作成し、測量機１から送信された画像データを解析して、領域対応３次元形状データを画像データに一致させ、３次元形状データ表示実行部３７３ｂにより表示部３１に表示させる。【選択図】    図１
2004177382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物の中心線の平面線形データと、前記造形物の中心線に沿った高さ位置と横断距離を示す縦断線形データと、前記平面線形データと前記縦断線形データとにおける中心線を法線方向に横断する標準横断形状データとを用いて、前記中心線上の所定間隔で前記造形物の３次元座標を連続的に算出することを特徴とする３次元設計座標算出方法。
【請求項２】
前記平面線形データ、前記縦断線形データ及び前記標準横断形状データが、各造形物の種類毎に定められており、
前記造形物の種類毎に３次元座標を算出することが可能となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元設計座標算出方法。
【請求項３】
測量機と、測量データ処理装置と、を備える自動測量システムであって、
前記測量機は、
測定対象である標的の３次元測点データを計測する測量部と、前記標的の周囲の画像データを撮影するための撮影部と、前記３次元測点データと前記画像データを前記測量データ処理装置に送信するための送受信部とを有し、
前記測量データ処理装置は、
表示部と、
請求項１に記載の前記３次元設計座標算出方法により作成された前記造形物の３次元座標から、対象とする造形物の領域対応３次元形状データを作成する領域対応３次元形状データ作成部と、
前記３次元測点データと、前記画像データと、前記領域対応３次元形状データとを前記表示部に重ね合わせて表示させる３次元形状データ表示実行部と、
を備えることを特徴とする自動測量システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面線形データ、縦断線形データ、標準横断形状データから造形物の３次元座標を算出する３次元設計座標作成方法及びこの３次元設計座標算出方法を用いた自動測量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の測量方法は、特定の位置に備えてある測量機が測量機から離れている測量者の持つ標的を測定して、該測量機の基準位置から標的の位置までの距離を測量し、測量位置の３次元座標の情報を得ている。
しかし、測量位置を判断する際には、測量位置の平面図データや縦断面図データ、横断面図データ、側面図データ等の種々の２次元形状データを利用せざるをえないので、この３次元座標の情報から２次元形状データへ変換処理され、例えば、横座標（Ｘ座標）と縦座標（Ｙ座標）、又は、これらのうちの一つの座標と標高座標（Ｚ座標）で表される測量したデータを測量者の選択により計算機の表示部に画面表示させて、その判断を行っていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４５１８号公報（第４−７頁、第４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測量方法を使用する場合は、作業効率が悪く、測量位置の判断も困難な場合があり、例えば、２次元形状データの視覚的な判断ができず、それを行おうとすると、２次元データから３次元データへの変換に膨大な時間がかかるという問題があった。また、決定した３次元で存在する測量位置において行う測量は、種々の２次元形状データで表されているため、測量位置の３次元座標の計算を誤り、正確な測量ができない問題があった。
さらに、測量位置の確認作業には、種々の２次元形状データが用いられ、各２次元形状データにおける各造形物の２次元座標の確認を行うのみであった。
【０００５】
そこで本発明は、測量者の作業負担を軽減し、より正確に測量を行うことが可能であり、視覚的に測量位置を確認可能となる自動測量システム及びその自動測量システムの実現を支援するための３次元設計座標算出方法を提供することを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、造形物の中心線の平面線形データと、前記造形物の中心線に沿った高さ位置と横断距離を示す縦断線形データと、前記平面線形データと前記縦断線形データとにおける中心線を法線方向に横断する標準横断形状データとを用いて、前記中心線上の所定間隔で前記造形物の３次元座標を連続的に算出することを特徴とする。
【０００７】
ここで、造形物とは、土地の造成による掘削地形や盛土地形、土木及び建築の構造物等の形状を有するものをいう。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、平面線形データと縦断線形データとを用いて、平面線形データから平面座標を、縦断線形データから高さ座標を算出し、造形物の各対象点の３次元座標を決定する。
【０００９】
これにより、２次元座標系で表現された造形物の各部分における形状から、３次元座標を算出することが可能となることから、当該３次元座標を用いることにより測量を容易に行うことができる。そのため、後述する自動測量システムの利便性を高めることができる。
【００１０】
そして、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記平面線形データ、前記縦断線形データ及び前記標準横断形状データが、各造形物の種類毎に定められており、
前記造形物の種類毎に３次元座標を算出することが可能となるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、造形物の種類ごとに３次元座標を算出することができるので、さらに利便性を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、測量機と、測量データ処理装置と、を備える自動測量システムであって、前記測量機は、測定対象である標的の３次元測点データを計測する測量部と、前記標的の周囲の画像データを撮影するための撮影部と、前記３次元測点データと前記画像データを前記測量データ処理装置に送信するための送受信部とを有し、前記測量データ処理装置は、表示部と、請求項１に記載の前記３次元設計座標算出方法により作成された前記造形物の３次元座標から、対象とする造形物の領域対応３次元形状データを作成する領域対応３次元形状データ作成部と、前記３次元測点データと、前記画像データと、前記領域対応３次元形状データとを前記表示部に重ね合わせて表示させる３次元形状データ表示実行部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、測量機が撮影する画像データを測量データ処理装置に送信する。そして、測量データ処理装置は、前記３次元設計座標算出方法により作成された造形物の３次元座標から、対象とする造形物の領域対応３次元形状データを作成し、測量機から送信された画像データを解析して、領域対応３次元形状データを画像データに一致させるように重ね合わせて、３次元形状データ表示実行部により一致させた領域対応３次元形状データと画像データと３次元測点データとを表示部に表示させる。これにより、表示画面上で測量機が視準する方向に造形物の３次元形状を現すことができるので、測量対象物を視覚的に確認しながらその作業を行うことができ、測量する位置の決定を迅速に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の自動測量システム１００は、３次元形状データ作成装置１と、標的Ｈと、測量機２と、測量データ処理装置３とから構成され、３次元設計座標算出方法を用いて自動で測量を行うものである。
【００１６】
［３次元形状データ作成装置］
３次元形状データ作成装置１は、造形物の平面線形データと、縦断線形データと、標準横断形状データを用いて、前記造形物の３次元形状を算出するための装置であり、図２に示すように、２次元形状データデータベース１１と、対象点座標算出部１２と、横断面図点座標算出部１４と、３次元形状データデータベース１５を主要部としている。
【００１７】
ここで、平面線形データと縦断線形データは、造形物に対して同一の基準点Ｐ０を基準とした位置座標のデータである。平面線形データは、造形物の中心線の平面線形（平面座標（Ｘ，Ｙ））を示す２次元座標データである。また、縦断線形データは、造形物の中心線に沿った高さ座標（Ｚ）と、横断面軸に沿った水平座標（Ｙ）を示す２次元座標データである。
【００１８】
さらに、標準横断形状データは、平面線形データにおける造形物の断面形状が変化する所定の対象点について作成されており、当該造形物の横断面形状を示す２次元座標データである。この標準横断形状データは、縦軸（Ｚ軸）は造形物の高さ座標（Ｚ）に対応するように定められているが、横軸（水平軸）（Ｕ軸）は、前記中心線に直交する直交線に対応するように定められている。
【００１９】
（２次元形状データデータベース）
２次元形状データデータベース１１は、造形物の前記平面線形データ、前記縦断線形データ及び前記標準横断形状データを記憶しているデータベースであり、必要に応じて、任意の造形物のデータを抽出することができるようになっている。
【００２０】
例えば、図３に示すように、２次元形状データデータベース１１に記憶されている平面線形データ及び縦断線形データは、基準点Ｐ０を基準とした２次元座標系に従って示されている位置座標を持っている。この２次元形状データは、造形物の各対象点Ｐ１〜Ｐ５の２次元座標のデータを有しており、造形物の形状を算出できるようになっている。また、標準横断形状データは、各造形物の対象点Ｐ１〜Ｐ５における造形物の断面形状が変化する点（以下、「造形点」という。）ＰｎＬ１〜ＰｎＬ２（ｎ＝１〜５）及び、造形点ＰｎＲ１〜ＰｎＲ２（ｎ＝１〜５）の３次元座標を記憶している。
【００２１】
（対象点座標算出部）
対象点座標算出部１２は、各対象点における平面座標（平面線形データ）と、高さ座標（縦断線形データ）から、当該各対象点における３次元座標を決定するための役割を果たす。
【００２２】
この対象点座標算出部１２では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、対象点Ｐ１〜対象点Ｐ５が平面線形データ及び縦断線形データに現されている場合に、縦断線形データから、前記高さ座標（Ｚ）と水平座標（Ｘ）とを変数とする当該各対象点の近傍における縦断面形状の直線（又は曲線）を算出し、各対象点における平面座標（Ｘ、Ｙ）のうちの水平座標（Ｘ）を代入して、高さ位置を算出することにより、各対象点における３次元座標を決定することができるようになっている。
【００２３】
（３次元形状データ作成部）
３次元形状データ作成部１４は、図４に示すように、各対象点に対する標準横断形状データで示されている造形物の所定の各造形点における３次元座標を算出して、対象点座標算出部１２で算出した各対象点における３次元座標と、算出した各造形点の３次元座標とを用いて、造形物の３次元形状を作成する役割を果たす。各造形点の３次元座標の算出は、標準横断形状データに含まれる対象点の３次元座標を基準にして、各造形点までの距離を算出することにより行われる。
【００２４】
なお、３次元形状データ作成部１４は、３次元形状データ作成装置１の作動時ごとに作動させてもよいが、通常は、各造形物の平面線形データ、縦断線形データ及び標準横断形状データの記憶が完了した時点で一度３次元形状データ作成部１４を作動させて、各造形物の３次元形状データを作成し、後述する３次元形状データデータベース１５又は図示しない外部記憶媒体に記憶させて、測量データ処理装置３に読み出させてもよい。
【００２５】
（３次元形状データデータベース）
３次元形状データデータベース１５は、このようにして算出された３次元形状データを記憶しているデータベースであり、造形物の種類に応じて、記憶することができるようになっている。
【００２６】
ここで、算出された各対象点及び各造形点の３次元形状データを用いて、造形物の立体形状を表示させることができる。例えば、図５に示すように、求められた各対象点及び各造形点の３次元座標を用いて、各点における少なくとも２方向に伸びる直線を作成し、その直線からそれぞれ異なる２つの方向ベクトルを求め、この方向ベクトルから法線ベクトルを求める。この求めた法線ベクトルを用いて、方向ベクトルを求めるのに用いた各点を含む平面の方程式を求めることにより、方向ベクトルを求めるために用いた各点で囲まれた範囲における面を形成することができる。これを各基準点及び各点について繰り返し行うことにより、造形物の形状を現すことができる。
【００２７】
なお、前記３次元形状データ作成装置１において、前記平面線形データ、縦断線形データ及び標準横断形状データは、各造形物の種類毎にデータ化されており、当該造形物の種類毎（例えば、道路、橋梁、トンネル、側溝、造成地形等）に３次元形状を算出することが可能となるように構成されており、後記測量システムにおいて、利用可能となっている。
【００２８】
従って、３次元形状データ作成装置１による各造形物の３次元形状データの作成は、後述する造形物種別選択部３７１により選択された造形物の種類ごとに行うようになっている。
【００２９】
［標的］
標的Ｈは、測量位置に標的Ｈの支持体を垂直に配置して測量機２から発信された信号を受信して、配置された位置における３次元座標を測量機に計測させるようになっている。
【００３０】
［測量機］
測量機２は、撮影部２１と、測量部２２と、送受信部２３とから構成され、測量機２から離れた標的Ｈの位置を追尾し、測量機２から標的Ｈまでの距離および標的Ｈの３次元座標を測定する役割を果たす。測量部２２により計測された測量データ及び撮影部２１により撮影された画像データは、後述する測量データ処理装置に送受信部２３によって送信される。
【００３１】
撮影部２１は、図示しないＣＣＤ広角カメラとＣＣＤ望遠カメラとで構成されており、ＣＣＤ広角カメラは、標的Ｈの位置を広角の視野で所定の範囲内に収まるように撮影し、ＣＣＤ望遠カメラで、標的Ｈの正確な３次元座標を拡大して撮影する役割を果たす。
【００３２】
測量部２２は、設置位置されている位置を基準として測量機２から標的Ｈまでの距離および標的Ｈの３次元座標を計測し、標的Ｈの方向に視準できるように、設置されている位置を中心に視準方向に対して左右方向および上下方向に回動可能になっている。
【００３３】
送受信部２３は、測量部２２により計測された、標的Ｈが配置されている測量位置における３次元座標を、後述する測量データ処理装置３に送信し、測量データ処理装置３から送信される制御信号を受信して測量機２を標的Ｈが設置されている方向に回動させ測量位置の３次元座標を測量する役割を果たす。
【００３４】
［測量データ処理装置］
測量データ処理装置３は、表示部３１と、入力部３２と、送受信部３３と、測量結果データベース３４と、制御部３６と、情報処理部３７と、から構成され、測量機２が計測する標的Ｈの配置位置における３次元座標と、３次元形状データ作成装置１により作成した造形物における寸法と各点とを比較し、測量位置の決定及び標的Ｈの配置位置の誤差を確認する役割を果たす。
【００３５】
（表示部）
図７に示すように、表示部３１は、後述する領域対応２次元形状データ作成部３７２ａにより作成した領域対応２次元形状データを２次元形状データ表示実行部３７３ａにより表示し、若しくは、領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂにより作成した領域対応３次元形状データを３次元形状データ表示実行部３７３ｂにより表示することができるようになっている。また、後述する計測結果出力部３７８により算出された結果を表示することもできる。
【００３６】
また、表示部３１は、図示しないが、後述する入力部３２に外部から接続可能なものであってもよく、例えば、眼鏡式の表示部を入力部３２に接続して使用することもできる。
【００３７】
（入力部）
入力部３２は、後述する造形物種別選択部３７１による測量をする造形物の選択をした結果を領域対応形状データ作成部３７２に入力する役割を果たし、指示点決定部３７４の画像表示選択部３７４ａによる画像表示の選択をした結果と、指示点選択部３７４ｂによる指示点の選択をした結果を計測部３７５に入力する役割を果たす。
【００３８】
（送受信部）
送受信部３３は、入力部３２から入力される測量機２を制御部３６により制御するための制御信号を測量機２に送信し、測量機２から送信される標的Ｈの３次元座標に関する３次元測点データを受信し、測量結果データベースに測量結果を出力する役割を果たす。
【００３９】
（測量結果データベース）
測量結果データベース３４は、測量機２が計測した標的Ｈの配置された３次元の測量位置である３次元測点データを記憶しており、記憶している３次元測点データが、測量位置として入力部３２により指示された指示点を３次元造形物データベース３４ｂと関連させて記憶されている。
【００４０】
（制御部）
制御部３６は、後述する情報処理部３７を制御し、情報処理部３７で処理及び決定される測量位置に関する情報を、表示部３１及び送受信部３３に出力し、送受信部３３から測量機２に情報を送信することにより、標的Ｈが配置された方向に測量機２の視準する方向を向かせ、目的毎に測量を行う役割を果たす。
【００４１】
（情報処理部）
情報処理部３７は、造形物種別選択部３７１と、領域対応形状データ作成部３７２と、画面表示実行部３７３と、指示点決定部３７４と、計測部３７５と、誤差算出部３７６と、予想形状算出部３７７と、計測結果出力部３７８とから構成される。
【００４２】
造形物種別選択部３７１は、入力部３２により入力された造形物を選択した信号を入力し、３次元形状データ作成装置１により作成した造形物の３次元形状データを読み込み、後述する領域対応形状データ作成部３７２へ出力する役割を果たす。
【００４３】
この造形物種別選択部３７１は、様々な種類の造形物を記憶している３次元形状データ作成装置１の２次元形状データデータベースから、測量を行う造形物を選択することができるようになっている。
【００４４】
領域対応形状データ作成部３７２は、領域対応２次元形状データ作成部３７２ａと、領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂとから構成されており、測量機２が撮影した画像データと合致するように造形物種別選択部３７１で選択した造形物の３次元形状データを処理する役割を果たす。
【００４５】
図示しないが、領域対応形状データ作成部３７２は、測量機２が撮影部２１により撮影した画像データと、２次元形状データ若しくは３次元形状データ作成装置１が作成した３次元形状データとを合致させるために、画像データ上の基準とする距離と２次元形状データ若しくは３次元形状データ上の基準とする距離を比較することにより、撮影されている空間における基準位置間の距離や画像データにおける位置に対して２次元形状データ若しくは３次元形状データを変換することにより、領域対応２次元形状データ又は領域対応３次元形状データを作成し、画像データと合致させることができるようになっている。
【００４６】
領域対応２次元形状データ作成部３７２ａは、造形物種別選択部３７１で選択した造形物に対する３次元形状データを入力し、測量機２が撮影して表示部３１に表示している画像データの領域と合致するように、対象とする領域対応２次元形状データを作成する役割を果たす。
【００４７】
例えば、図３（ａ）に示すように、対象点Ｐ３におけるＣ−Ｃ断面の形状が図３（ｃ）となる標準横断形状データの場合であって、Ｃ−Ｃ断面が図６に示すように画像データに写されている場合、この標準横断形状データを用いて、造形点Ｐ３Ｌ２と造形点Ｐ３Ｒ２の距離及び造形点Ｐ３Ｌ１と点Ｐ３Ｌ２の距離、若しくは、対象点Ｐ３と造形点Ｐ３Ｒ２との距離を算出する。また、画像データ上の対象点Ｐ３及び造形点Ｐ３Ｌ１、Ｐ３Ｌ２、Ｐ３Ｒ１、Ｐ３Ｒ２を用いて、標準横断形状データから距離を算出した各点と同一の点における画像データ上での距離を算出する。そして、２次元形状データで算出した距離と画像データ上での距離を比較し、画像データ上の距離と同一となるように２次元形状データで算出した距離を変換することにより画像データと一致する領域対応２次元形状データを作成することができるようになっている。
【００４８】
領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂは、造形物種別選択部３７１で選択した造形物に対する３次元形状データを入力し、測量機２が撮影した画像データの領域と合致するように、対象とする領域対応３次元形状データを作成する役割を果たす。
【００４９】
例えば、図３（ａ）に示すように、対象点Ｐ１から対象点Ｐ５までのそれぞれの間隔がＬ１であり、かつ、画像データに対象点Ｐ１から対象点Ｐ５が写っている場合、画像データ上の対象点Ｐ１から対象点Ｐ５までの各間隔を計測する。その間隔を図６に示すようにＬ２からＬ５とした場合、画像データ上の対象点Ｐ１から対象点Ｐ５までの各間隔Ｌ２からＬ５までと、３次元形状データ上の間隔Ｌ１とを比較して、画像データ上の距離と同一となるように３次元形状データで算出した各距離を変換することにより画像データと一致する領域対応３次元形状データを作成することができるようになっている。
【００５０】
このとき、図３（ｃ）に示すように、対象点Ｐ１から対象点Ｐ５までの各断面（Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面）における３次元形状データも変換することとなる。
【００５１】
画面表示実行部３７３は、２次元形状データ表示実行部３７３ａと、３次元形状データ表示実行部３７３ｂとから構成されており、領域対応形状データ作成部３７２で作成された領域対応３次元形状データ又は領域対応２次元形状データを表示部３１に表示させる役割を果たす。
【００５２】
２次元形状データ表示実行部３７３ａは、領域対応形状データ作成部３７２の領域対応２次元形状データ作成部３７２ａにより作成された領域対応２次元形状データを、また、３次元形状データ表示実行部３７３ｂは、領域対応形状データ作成部３７２の領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂにより作成された領域対応３次元形状データを表示部３１に表示させる役割を果たす。
【００５３】
例えば、図７に示すように、造形物の対象点Ｐ５〜Ｐ９までの領域の領域対応３次元形状データは、領域対応２次元形状データを切り替えて表示部３１に画像データと共に表示させることができるようになっている。
【００５４】
指示点決定部３７４は、画像表示選択部３７４ａと、指示点選択部３７４ｂとから構成されており、入力部３２より入力された測量を行う点（以下、「指示点」という。）の３次元座標又は２次元座標を、領域対応形状データ作成部３７２により作成した領域対応３次元形状データ又は領域対応２次元形状データより決定し、後述する計測部３７５に出力する役割を果たす。なお、選択する指示点は、対象点又は造形点のうちいずれでもよい。
【００５５】
例えば、図７に示すように、カーソルＣＳＬは、表示部３１上を移動可能であり、このカーソルＣＳＬは、キーボード５ａ若しくはマウス５ｂで制御することができるようになっている。このカーソルＣＳＬにより指示点として造形物の対象点Ｐ３を選択することによって、指示点決定部３７４は、対象点Ｐ３の３次元座標を領域対応３次元形状データから決定することができるようになっている。
【００５６】
画像表示選択部３７４ａは、標的Ｈの位置が表示されている前記画像データ中に、領域対応３次元形状データ又は領域対応２次元形状データの表示のさせ方を選択する役割を果たす。
領域対応３次元形状データ等の表示は、施工後評価及び施工予測の２通りに使用することができる。
施工後評価は、施工後の造形物の実測位置を表示させた画像データ中に、領域対応３次元形状データ等を表示させて、両者を対比させることにより、施工誤差を把握することを目的とする。
施工予測は、施工中の造形物について数箇所の測量を行い、測定された各実測位置を表示させた画像データ中に、設計図の情報をあてはめることにより、継続して施工した場合の造形物の完成予想形状を表示させることを目的とする。
画像表示選択部３７４ａにより選択された表示のさせ方の情報は、後述する計測部３７５に入力される。
【００５７】
指示点選択部３７４ｂは、画像表示選択部３７４ａで選択された画像の表示のやり方に応じた領域対応３次元形状データ又は領域対応２次元形状データを用いて、画面表示実行部３７３により表示部３１に表示されている造形物の領域対応３次元形状データ又は領域対応２次元形状データから指示点を選択する役割を果たす。指示点の選択は、カーソルＣＳＬにより領域対応３次元形状データ上又は領域対応２次元形状データ上の所定の指示点を選択することにより行うことができるようになっている。選択された指示点の情報は、後述する計測部３７５に入力される。
【００５８】
計測部３７５は、指示点決定部３７４からの情報を入力し、標的Ｈの３次元座標と、測量機２と標的Ｈとの距離を計算する役割を果たす。計測部３７５では、測量機２により測量位置である標的Ｈの３次元座標を算出する際に、測量開始時に行われる前視での基準とした方向に対しての水平角度と、垂直角度を求め、測量機２が位置している基準位置の３次元座標を用いて、測量機２から標的Ｈまでの距離を算出することにより、標的Ｈが位置する３次元座標を算出することができる。
【００５９】
誤差算出部３７６は、指示点決定部３７４の画像表示選択部３７４ａによる施工予測の画像表示が選択されたという情報と、指示点選択部３７４ｂによる指示点の情報と、測量結果データベース３４に記憶されている各測量位置における３次元座標とを入力して、計測部３７５の計測結果から、標的Ｈの３次元座標と指示点の３次元座標とを比較して、誤差を算出する役割を果たす。
【００６０】
誤差の算出は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば、標的Ｈの配置位置ＴＧの３次元座標を計測部３７５によって計測し、指示点とする対象点Ｐ３の３次元座標と測量結果データベース３４に記憶されている各測量位置における３次元座標とを用いて、長さ方向に距離Ｌ、幅方向に距離Ｗ、高さ方向に距離Ｈを指示点を中心として造形物の各造形点について誤差算出部３７６により算出することができる。そして、図９（ａ）に示すように、計測をした各点を領域対象３次元形状データ等と重ねて表示させ、計測した各点の３次元座標での造形物の３次元形状データを算出することもできる。
【００６１】
予想形状算出部３７７は、指示点決定部３７４の画像表示選択部３７４ａによる施工後評価の画像表示が選択されたという情報と、測量結果データベース３４に記憶されている各測量位置における３次元座標とを入力して、計測部３７５の計測結果から、造形物の予想形状を算出する役割を果たす。
【００６２】
予想形状の算出は、例えば、図９（ｂ）に示すように、施工途中である造形物において、計測を行った各測量位置の３次元座標と造形物のまだ施工されていない部位における対象点及び造形点を３次元形状データの各点の３次元座標を用いて、施工中の造形物の３次元形状を算出し、施工後の造形物の形状の状態を算出することができる。
【００６３】
計測結果出力部３７８は、計測部３７５により計測された標的Ｈの３次元座標を、撮影部２１により撮影された画像データ中に表示させ、かつ、誤差算出部３７６及び予想形状算出部３７７による算出結果を表示させる役割を果たす。
【００６４】
例えば、図６に示すように、画像データ中に計測された標的Ｈの３次元座標を表示させた後、図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、計測部３７５によって対象点Ｐ３の３次元座標と標的Ｈの配置位置ＴＧの３次元座標との距離を、長さ方向に距離Ｌを、幅方向に距離Ｗを、高さ方向に距離Ｈを表示させることができる。
【００６５】
［使用方法］
次に、図１０を用いて本発明の自動測量システム１００の使用方法を説明する。
初めに、造形物の３次元座標の算出を、３次元設計座標算出方法を用いて行う。３次元設計座標算出方法は、造形物の中心線形上における対象点の３次元座標を平面線形データと縦断線形データから算出する対象点座標算出ステップと、標準横断形状データにおける造形物の造形点の３次元座標を算出する造形点座標算出ステップと、算出された各対象点及び各造形点の３次元座標を３次元形状データデータベースに記憶する算出座標記憶ステップと、３次元形状データデータベースに記憶されている各対象点及び各造形点の３次元座標から造形物の３次元形状を作成する３次元形状作成ステップとから構成されている。
【００６６】
測量機２を基準座標が付与された所定の位置に設置し、予め測量しておいた複数の基準点に基準座標を付与しておく。そして、測量機２と各基準点のうちのいずれか１点若しくは２点を用いて、測量機２の視準方向を基準として各測量位置の座標及び距離を計測することができるようにする。そして、測量者は、標的Ｈを所持して測量位置付近に移動し、測量を開始する。
【００６７】
まず、３次元形状データ作成装置１により造形物の３次元形状データを作成する（Ｓ１）。ここで、３次元形状データの作成について詳細に説明する。
【００６８】
（対象点座標算出ステップ）
初めに、各対象点の３次元座標を決定する（Ｓ１０１）。各対象点の３次元座標の決定は、対象点座標算出部１２により、２次元形状データデータベース１１に記憶されている平面線形データと縦断線形データから、前記高さ座標（Ｚ）と水平座標（Ｘ）とを変数とする当該各対象点の近傍における縦断面形状の直線（又は曲線）を算出し、各対象点における平面座標（Ｘ、Ｙ）のうちの水平座標（Ｘ）を代入して、高さ位置を算出することにより決定する。
【００６９】
（造形点座標算出ステップ）
３次元形状データ作成部１４により、各対象点に対する、２次元形状データデータベース１１に記憶されている標準横断形状データで示されている造形物の所定の各造形点における３次元座標を算出する（Ｓ１０２）。つまり、各対象点に対する造形物の所定の各点と、各対象点に対する高さ方向及び横軸（Ｕ軸）方向の相対的な位置関係を求めて、対前記象点座標算出部で決定された当該対象点における３次元座標と水平軸の方程式を用いて、前記各点おける３次元座標を算出することができる。
【００７０】
（算出座標記憶ステップ）
３次元形状データ作成部１４で算出した前記各点おける３次元座標を３次元形状データデータベース１５に記憶する（Ｓ１０３）。
【００７１】
（３次元形状作成ステップ）
そして、３次元形状データデータベース１５に記憶されている各造形物における３次元形状データを、算出された各対象点及び各造形点の３次元座標から３次元形状データ作成部１４により算出する（Ｓ１０４）。
【００７２】
次に、本発明の自動測量システム１００を起動させ（Ｓ２）、表示部３１に選択項目を表示させる（Ｓ３）。その選択項目には、指示点決定部３７４の画像表示選択部３７４ａによる画像表示の選択と指示点選択部３７４ｂによる指示点選択と造形物種別選択部３７１による測量を行う造形物の選択があり、まず測量を行う造形物の選択を入力部３２により行う（Ｓ４）。すると、３次元形状データ作成装置１の３次元形状データデータベースに記憶されている選択された造形物の３次元形状データを読み込む。
【００７３】
そして、画像表示選択部３７４ａにおける画像表示のやり方の選択を入力部３２により行う（Ｓ５）。ここまでの選択項目の入力を終えた後、測量の対象となる造形物が位置する方向に測量機を回動させ、撮影部２１により造形物が位置する方向を撮影する（Ｓ６）。
【００７４】
撮影機１の撮影部２１により撮影された画像データと合致するように、領域対応２次元形状データ作成部３７２ａ及び領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂにより、３次元形状データ作成装置１の３次元形状データデータベースに記憶されている選択された造形物の３次元形状データから領域対応２次元形状データ及び領域対応３次元形状データの作成が行われる（Ｓ７）。ここで、領域対応２次元形状データ及び領域対応３次元形状データは、各造形物について作成される。
【００７５】
画面表示実行部３７３により表示された領域対応２次元形状データ及び領域対応３次元形状データの所定の点を指示点として入力部３２により選択する場合、入力部３２による指示点の選択の情報が、制御部３６と指示点選択決定部３７４に入力され、入力部３２の情報を入力した指示点選択決定部３７４により、入力部３２により選択された指示点が測量位置として決定される（Ｓ８）。
【００７６】
指示点を決定した後に、標的Ｈを表示部３１に表示されている領域対応２次元形状データ及び領域対応３次元形状データ上の指示点に対応する測量位置付近に配置して（Ｓ９）測量が行われる（Ｓ１０）。この測量は、制御部３６による標的Ｈの配置位置を追尾する自動追尾で行われ（Ｓ１１）、測量機２の設置位置と標的Ｈの配置位置との距離と、標的Ｈの配置位置における３次元座標を計測部３７５により計測を行う（Ｓ１２）。
【００７７】
計測部３７５での計測は、画像表示選択部３７４ａで選択された施工後評価又は施工予測における画像表示を区別して行われる。
【００７８】
指示点決定部３７４の画像表示選択部３７４ａによる画像表示の選択が画像表示の選択が施工後評価である場合は（Ｓ１３）、造形物種別選択部３７１で選択した造形物について、表示部３１に施工後のその造形物の実測位置を表示させた画像データ中に領域対応３次元形状データ等を画像表示実行部３７３により表示させ（Ｓ１４）、画像表示選択部３７４ａでの施工後評価の指示情報を入力することにより計測部３７５が計測した標的Ｈの３次元座標と、測量結果データベースに記憶している選択された造形物における測量結果である測量位置の３次元座標とを、計測結果出力部３７８により表示部３１に表示させる（Ｓ１５）。
【００７９】
なお、領域対応２次元形状データ作成部３７２ａ及び領域対応３次元形状データ作成部３７２ｂで作成した領域対応２次元形状データ及び領域対応３次元形状データは、画面表示実行部３７３の２次元形状データ表示実行部３７３ａ及び３次元形状データ表示実行部３７３ｂにより表示部３１に表示される。
【００８０】
その後、誤差算出部３７６により、指示点選択部３７４ｂによる指示点の情報と、測量結果データベース３４に記憶されている各測量位置における３次元座標と、計測部３７５の計測結果とから、標的Ｈの３次元座標と指示点の３次元座標とを比較して、誤差を算出する（Ｓ１６）。誤差の算出結果は、図８（ｂ）〜（ｃ）に示すように２次元で表され、計測結果出力部３７８により表示部３１に表示される（Ｓ１７）。このとき、２次元で表される誤差の結果は、平面方向、縦断面方向、横断面方向の２次元座標を設け、そこに誤差を表示させることができるようになっている。
【００８１】
画像表示の選択が施工予測である場合は（Ｓ１３）、造形物種別選択部３７１で選択した造形物について、表示部３１に施工中の造形物について数箇所の測定された各実測位置を計測結果出力部３７８により表示させた画像データ中に設計図の情報をあてはめ、かつ、領域対応３次元形状データ等を画像表示実行部３７３により表示させる（Ｓ１８）。
【００８２】
その後、予想形状算出部３７７により、測量結果データベース３４に記憶されている各測量位置における３次元座標を入力して、計測部３７５の計測結果から、造形物の予想形状を算出する（Ｓ１９）。このとき、予想形状の算出は、施工途中である造形物において、計測を行った各測量位置の３次元座標と造形物のまだ施工されていない部位における対象点及び造形点を３次元形状データの各点の３次元座標を用いて、施工中の造形物の３次元形状を算出することにより、施工後の造形物の形状の状態を算出する。この施工後の造形物の形状の状態の算出の結果は、計測結果出力部３７８により表示部３１に表示される（Ｓ２０）。
これにより測量が終了する。
【００８３】
このように本発明の自動測量システム１００を使用することで、測量を必要とする造形物について用いることができる。また、本発明の使用方法において、標的Ｈを測量機２に追尾させて標的Ｈの測量位置の３次元座標を計測する場合において、造形物の形状と標的Ｈの測量位置が表示部３１に表示されているので、誤差算出部３７６を用いて、誤差がなくなる位置に標的を移動させて測量位置を決定することもできる。このようにすると、施工前における造形物の正確な位置を決定することができる。
【００８４】
【発明の効果】
造形物の形状が測量機が撮影する画像データに合致するように３次元形状データで現され、表示部において表示されるため、視覚的に測量位置を確認することができ、正確な測量を行うことができる。
【００８５】
また、造形物の形状が視覚的に現されることにより、測量位置の把握が容易となり、迅速な測量を行うことができるので、測量者の測量負荷を軽減することができる。
【００８６】
また、造形物の形状が２次元形状データで現される場合であっても、測量機が撮影する画像データに合致するように２次元形状データを処理し、表示部において表示されるため、視覚的に測量位置を確認することができ、正確な測量を行うことができ、また、施工管理を容易にし、測量者の作業負荷を軽減することができる。
【００８７】
表示部に指示点と標的の距離の誤差が表示されているので、測量位置までの距離を視覚的に把握することができ、指示点まで迅速に標的の配置位置を変位させることができ、かつ、正確な測量をすることができる。
【００８８】
表示部に指示点と標的の距離の誤差が表示されているので、施工誤差を視覚的に測量位置で確認することができるので、造形物の施工管理を容易にすることができる。
【００８９】
なお、本発明は、土地の造成における造成位置の測量や、構造物の構築位置の測量、および、造成された位置や構築された構造物の位置の誤差を算出する測量に用いることができる。
【００９０】
さらに、吹き付けコンクリートの打設を行う場合や、構造物の屋根部又は基礎部のコンクリートの打設を行う場合にも、本発明を用いて打設されたコンクリートの厚さを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動測量システムを示す模式図である。
【図２】本発明の３次元形状データ作成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、造形物の対象点Ｐ１〜Ｐ５を結んだ状態を示す平面図である。（ｂ）は、造形物の対象点Ｐ１〜Ｐ５を結んだ状態を示す縦断面図である。（ｃ）は、造形物の対象点Ｐ１〜Ｐ５における横断面を示す横断面図である。
【図４】３次元形状データの一例を示す模式図である。
【図５】図３の３次元形状データに造形物の平面を作成する状態を示す模式図である。
【図６】画像データと３次元形状データとを合致させる状態を示す模式図である。
【図７】表示部への表示例を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、指示点の位置と標的の配置位置とを示す概略図である。（ｂ）は、指示点の位置と標的の配置位置との平面視での誤差を示す概略図である。（ｃ）は、指示点の位置と標的の配置位置との断面視での誤差を示す概略図である。
【図９】（ａ）は、造形物に対する施工後評価の状態を示す模式図である。（ｂ）は、造形物に対する施工予測の状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の自動測量システムの使用方法を示すフローチャートである。
【図１１】３次元形状データを作成する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００    自動測量システム
１        ３次元形状データ作成装置
１１      ２次元形状データデータベース
１２      対象点座標算出部
１４      ３次元形状データ作成部
１５      ３次元形状データデータベース
２        測量機
２１      撮影部
２２      測量部
２３      送受信部
３        測量データ処理装置
３１      表示部
３２      入力部
３３      送受信部
３４      測量結果データベース
３６      制御部
３７      情報処理部
３７１    造形物種別選択部
３７２    領域対応形状データ作成部
３７２ａ  領域対応２次元形状データ作成部
３７２ｂ  領域対応３次元形状データ作成部
３７３    画面表示実行部
３７３ａ  ２次元形状データ表示実行部
３７３ｂ  ３次元形状データ表示実行部
３７４    指示点決定部
３７４ａ  画像表示選択部
３７４ｂ  指示点選択部
３７５    計測部
３７６    誤差算出部
３７７    予想形状算出部
３７８    計測結果出力部
Ｈ        標的
【図１】
2004177382.tif 000003
【図２】
2004177382.tif 000004
【図３】
2004177382.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004177382.tif 000008
【図７】
2004177382.tif 000009
【図８】
2004177382.tif 000010
【図９】
2004177382.tif 000011
【図１０】
2004177382.tif 000012
【図１１】
2004177382.tif 000013