(57)【要約】【課題】変位前後の計測で三次元点群データを取得することにより、多数の計測点の変位を簡易かつ省力的に測定する。【解決手段】三次元スキャナー１により測定対象物の三次元点群データを取得する第１ステップと、前記三次元点群データに基づき測定対象物のＴＩＮモデルを作成し、これを変位前の初期ＴＩＮモデルとして設定する第２ステップと、変位計測時に、三次元スキャナー１により測定対象物の変位後の三次元点群データを取得する第３ステップと、前記変位後の各三次元点群データを前記初期ＴＩＮモデルに重ね合わせ、前記変位後の各三次元点群データから初期ＴＩＮモデルの最も近接するＴＩＮ三角形メッシュ面に垂線を降ろし、この垂線長さを変位量としてその分布状態を把握する第４ステップとからなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元計測機器により測定対象物の三次元点群データを取得する第１ステップと、
前記三次元点群データに基づき測定対象物のＴＩＮモデルを作成し、これを変位前の初期ＴＩＮモデルとして設定する第２ステップと、
変位計測時に、三次元計測機器により測定対象物の変位後の三次元点群データを取得する第３ステップと、
前記変位後の各三次元点群データを前記初期ＴＩＮモデルに重ね合わせ、各三次元点群データから初期ＴＩＮモデルの最も近接するＴＩＮメッシュ面に垂線を降ろし、この垂線長さを変位量としてその分布状態を把握する第４ステップとからなることを特徴とする三次元変位計測方法。
【請求項２】
前記第１ステップにおいて、三次元点群データの間引きを行う請求項１記載の三次元変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の計測点の変位を簡易かつ省力的に測定する三次元変位計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造物の構築・管理、土工事又は土構造物の構築・管理、地滑り対策等、多くの建設工事や管理においては、変位計測が重要な管理項目となっており、計測の簡素化、簡略化、省力化、精度向上等を目的として種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、基地に設置されたタンクの形状の変化を管理するためのタンク形状管理用自動計測方法において、タンク上空に設置した２つの既知点より、タンクの計測点に設置した計測ターゲットを走査し、各既知点から計測点までの斜距離と高度角を計測し、該計測点の斜距離及び高度角と前記２つの既知点間の水平距離とから前記計測点の座標値を演算するタンク形状管理用自動計測方法が提案されている。
【０００４】
また、下記特許文献２では、予め、地盤上に複数の測定点を設置し、該測定点の位置を任意の期間をおいて繰り返し測定した後に、既に測定した測定点の位置と今回測定した測定点の位置とを比較することにより、各測定点の位置の時間経過に伴う変位を計測する地盤変位計測方法であって、上記既に測定した測定点の位置と今回測定した測定点の位置とを比較するに際し、既に測定した各測定点の位置と今回測定した各測定点の位置との距離を順次求めるとともに、既に測定した一つの測定点の位置と今回測定した一つの測定点の位置との距離が、予め決められた値より小さい場合に、上記既に測定された一つの測定点の位置と今回測定した一つの測定点の位置とを同一の測定点の位置とみなし、これら測定点間の距離を測定点の位置の時間経過に伴う変位とする地盤変位計測方法が提案されている。
【０００５】
さらに、下記特許文献３では、基準点から測定点に向けて発光された基準光を利用して、前記基準点を基準とした前記測定点の位置変動量を測定することにより、前記測定点を含む所定地域の地盤変動量を把握する地盤変動量測定方法において、前記基準点の位置変動量を、別個に設定した不動点を基準として測定し、この位置変動量を用いて前記測定点の位置変動量を補正する地盤変動量測定方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１３２５６４号公報
【特許文献２】特開平７−４９６５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した計測方法はもちろん、その他の一般的な位置計測（座標計測）においては、計測機器として、光波測距儀と電子式セオドライトとを組み合わせたトータルステーション（電子式タキオメーター）が多く使用され、測定点（視準点）にプリズム等のターゲットを設置して測量が行われている。すなわち、測定点を設定し、この測定点の座標位置をトータルステーションで測定し、その座標を特定し、例えば変位計測ならば、所定時間毎にこの作業を繰り返し、その差分を演算して変位量としていた。
【０００７】
しかしながら、測定点が着目した１乃至複数点である場合には、このような測量方法であっても短時間に測量を終えることができるが、視準点が多数設置される地盤変位や構造物変位計測等の３次元測量の場合は、測量に多くの時間と手間を要するようになる。また、地滑り面へのターゲット設置は、多くの危険が伴うなどの問題があった。
【０００８】
他方、近年は三次元スキャナーやステレオ画像処理などの三次元計測機器を用い、三次元モデルを作成する方法が種々提案されている。前記三次元スキャナー（レーザレーダ装置）は、対象物が内側に含まれるように水平レンジ角及び垂直レンジ角を設定するとともに、これによって特定された矩形範囲内に任意数の実測点を均等に配置し、三次元スキャナーから各実測点までの距離を計測することによって距離データ及び角度データから対象物の三次元データ（三次元点群データ）を取得するものであり、取得した三次元点群データから形状を特定する各種の処理を行い、三次元モデルが生成される。前記ステレオ画像処理は、光軸が平行乃至その交角が既知である複数台のＣＣＤカメラ等の撮像装置を配置し、三角測量の原理により対象点の座標を特定するものである。これらは、三次元空間における形状特定或いは座標特定の一法として利用されている技術である。
【０００９】
そこで本発明の主たる課題は、三次元スキャナーやステレオ画像処理などの三次元計測機器を用い、少なくとも変位前後の計測で三次元点群データを取得することにより、多数の計測点の変位を簡易かつ省力的に測定する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、三次元計測機器により測定対象物の三次元点群データを取得する第１ステップと、
前記三次元点群データに基づき測定対象物のＴＩＮモデルを作成し、これを変位前の初期ＴＩＮモデルとして設定する第２ステップと、
変位計測時に、三次元計測機器により測定対象物の変位後の三次元点群データを取得する第３ステップと、
前記変位後の各三次元点群データを前記初期ＴＩＮモデルに重ね合わせ、各三次元点群データから初期ＴＩＮモデルの最も近接するＴＩＮメッシュ面に垂線を降ろし、この垂線長さを変位量としてその分布状態を把握する第４ステップとからなることを特徴とする三次元変位計測方法が提供される。
【００１１】
請求項２に係る本発明として、前記第１ステップにおいて、三次元点群データの間引きを行う請求項１記載の三次元変位計測方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上詳説のとおり本発明によれば、三次元スキャナーやステレオ画像処理などの三次元計測機器を用い、１回の計測で大量の三次元点群データを取得することにより、多数の計測点変位を簡易かつ省力的に測定できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１〜図５は本発明に係る三次元変位測量の測量手順図(その１)〜(その５)である。
【００１４】
本発明に係る三次元変位計測方法は、三次元スキャナー１と、得られた三次元点群データのデータ処理を行うコンピューター２とを用い、以下の手順に従って行われる。
【００１５】
〈第１ステップ〉
先ず、図１に示されるように、三次元スキャナー１を任意位置に設置し、予め設置してある２つの基準点（既知点）を視準することにより、或いは、既知点上に前記三次元スキャナー１を据え付けることにより、当該三次元スキャナー１の据付け座標（Xa,Ya,Za）を得る。なお、この三次元座標（Xa,Ya,Za）は測量座標系(X、Y、Z)で行われ、コンピューター２に記憶される。
【００１６】
その後、前記三次元スキャナー１により測定対象物をスキャンし、対象物の三次元データ（三次元点群データ）を取得する。この場合、三次元点群データのデータ量が膨大な場合や及びノイズを除去するために、三次元点群データの間引きを行うようにするのが望ましい。三次元点群データの間引き方法としては、種々の方法が提案されているが、例えば特開平６−９４４２８号公報、特開２０００−２４３５号公報に示される方法などがある。前者の特開平６−９４４２８号公報に記載されるデータ量縮減方法は、得られた三次元点群データを指定された精度まで繰り返し近似を行い曲面のパラメトリック関数に変換し、入力先システムのデータフォーマットにより記述する技術であり、後者の特開２０００−２４３５号公報に記載されるデータ量縮減方法は、予めユーザー設定で縮減度（間引き比率）設定し、ある点について着目する処理をすべての点について繰り返し行い、何点目の処理をしているかのカウンタを点番号とし、これとそれまでに残した点のカウンタを持つようにし、１つの点を取り出した時、（残した点数）／（点番号）を判定値として計算し、その値が縮減度よりも小さい場合には間引き、そうでない場合には残すようにする処理を繰り返し行うものである。なお、詳しくは同公報を参照されたい。
【００１７】
なお、前記三次元点群データの取得は、死角を補間するために２箇所以上で計測を行うようにしてもよい。
【００１８】
〈第２ステップ〉
図２に示されるように、上記第１ステップで取得した三次元点群データに基づき、測定対象物のＴＩＮモデルを作成する。ここで、ＴＩＮとは、「三角形不規則ネットワーク」（Triangulated Irregular Network）と呼ばれるもので、ＴＩＮモデルとはランダムに配置された座標情報を持つ多数の点群を三角網で結合し、多数の三角形メッシュによって測定対象物を表現したモデルである。なお、ＴＩＮモデルの作成に当たっては、各節点に番号と座標を与え、例えば公知のボロノイ分割法によって三角形メッシュに分割することができるが、データ量が多い場合などは、地形が緩やかな部分は三角形メッシュを大きくし、凹凸のある地形部分では三角形メッシュを小さく設定するのが望ましい。
【００１９】
以上の要領によって得られた三次元ＴＩＮモデルを変位前の初期ＴＩＮモデルとして設定し、コンピューター２に記憶する。なお、得られた三次元点群データに基づきＴＩＮモデルを作成する手法は、三次元空間における形状特定方法として公知のものである。
【００２０】
〈第３ステップ〉
その後の変位計測時に、上記第１ステップと同様に、三次元スキャナー１により測定対象物の変位後の三次元点群データを取得する。
【００２１】
〈第４ステップ〉
上記第３ステップで得られた変位計測時の三次元点群データは、図３に示されるように、第２ステップで得た三次元ＴＩＮモデルに重ね合わせ、図４において１つの三角網メッシュ例で示されるように、各三次元点群データ（k,k+1,k+2）から初期ＴＩＮモデルの最も近接するＴＩＮ三角形メッシュ面に垂線を降ろし、この垂線長さｈ１〜ｈ３を計算し変位量とする。この場合、各ＴＩＮ三角形メッシュ面ごとに変位量は平均値を採るようにしてもよい。
【００２２】
そして、変位量の分布状態を、例えば図５に示されるように、等高線図で表現したり、色コンター図（変位量を０〜５mm、５〜１０mm、１０〜１５mm……のように区分するとともに、各レンジ毎に色を設定し、当該変位量に応じて着色を施した図）で表現することにより、変位量を把握する。
【００２３】
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、三次元計測機器として三次元スキャナー１を用いて点群データを取得するようにしたが、光軸が平行乃至その交角が既知である複数台のＣＣＤカメラ等の撮像装置を配置した機器を用い、ステレオ画像処理により点群データを取得するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る三次元変位測量の測量手順図（その１）である。
【図２】本発明に係る三次元変位測量の測量手順図（その２）である。
【図３】本発明に係る三次元変位測量の測量手順図（その３）である。
【図４】本発明に係る三次元変位測量の測量手順図（その４）である。
【図５】本発明に係る三次元変位測量の測量手順図（その５）である。
【符号の説明】
【００２５】
１…三次元スキャナー、２…コンピューター、３…変位計測面
【図１】
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【図２】
2007170821.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年3月28日(2006.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
その後、前記三次元スキャナー１により測定対象物をスキャンし、対象物の三次元データ（三次元点群データ）を取得する。この場合、三次元点群データのデータ量が膨大な場合や及びノイズを除去するために、三次元点群データの間引きを行うようにするのが望ましい。三次元点群データの間引き方法としては、種々の方法が提案されているが、例えば特開平６−９４４２８号公報、特開２００１−２４３５００号公報に示される方法などがある。前者の特開平６−９４４２８号公報に記載されるデータ量縮減方法は、得られた三次元点群データを指定された精度まで繰り返し近似を行い曲面のパラメトリック関数に変換し、入力先システムのデータフォーマットにより記述する技術であり、後者の特開２００１−２４３５００号公報に記載されるデータ量縮減方法は、予めユーザー設定で縮減度（間引き比率）設定し、ある点について着目する処理をすべての点について繰り返し行い、何点目の処理をしているかのカウンタを点番号とし、これとそれまでに残した点のカウンタを持つようにし、１つの点を取り出した時、（残した点数）／（点番号）を判定値として計算し、その値が縮減度よりも小さい場合には間引き、そうでない場合には残すようにする処理を繰り返し行うものである。なお、詳しくは同公報を参照されたい。