角度測定装置（特願2019-076279）を検証する

角度測定装置（特願2019-076279）を検証する
川口俊雄＊, 中谷年成＊, 阪本吉一＊＊, 阿南豊美＊＊
Verification Experiment Of Angle Survey SystemToshio KAWAGUCHI＊, Toshinori NAKATANI＊, Yoshikazu SAKAMOTO＊＊, Toyomi ANAN＊＊
要旨
角度測定装置（特願2019-076279）の検証を行ったので報告する。大阪府大高専北側ハンドボールコート付近に検査場を設営し、検証を行った。また、淀川堤防上から生駒山鉄塔、飯盛山（大東市）、電波塔（寝屋川市）、あべのハルカスを前方交会法により座標値を算出し、さらに、後方交会法により、撮影地点のデジタルカメラの位置座標を算出し、算出データをそれぞれ比較し検証した。
キーワード: Digital Photograph, Angle, Survey, System, CAD, トランシット, コンパス
１．はじめに従来からのトランシット、コンパスによる角度の観測とは異なり、基本的には「 デジタルカメラ + CAD 」による、新しい考え方の角度測定装置（特願2019-076279）
は、トランシットを扱う技術に比べて、はるかに習得しやすい技術であると考えられる。様々な検証で確認した。
２．角度測定装置の概要
基本的には、角度測定装置によって撮影されたデジタル写真を CAD 上に配置して、また CAD 上に引かれた補助線と観測点（撮影地点）によって、角度は観測点での角度として読み取られる。したがって、従来から使われているトランシットやコンパスとは、原理が異なり、デジタル写真時代の新しい考え方の角観測技術である。
写真撮影から角度表示に至るプロセスは、プログラミングが可能なシステムになっており、求める角度をタッチパネルによる 2 点の入力操作で、簡単に得ることが出来るシステムである。今後の画像認識技術によっては、容易（自動的）に角度の観測が行える構造となっている。
３．角度測定装置の応用
2019年8月19日受理* 総合工学システム学科 都市環境コース(Dep.of TechnologicalSystems:Civil Engineering and Environment Course)** 総合工学システム学科 技術支援室(Dep.of Technological Systems:Technical Experts)① 距離測定装置
長さが既知のマーカまでの距離を、測った角度から求める。単眼（単体）での測距を最大の特徴とする。
② 速度測定装置①によって測られた距離と、時間を置いて再度測った距離と時刻の差から相対速度を求める。
③ 標高測定装置
鉛直角（バーチカル）を測って、鉛直角と距離から高低差を求めて、標高を求める。
④ 座標測定装置
測定した水平角と水平距離から座標値を求める。
ざっと以上のような応用が考えられる。また、水中での深度測定装置のようなものとしても応用ができる。
距離測定装置は、宇宙船のドッキング装置として利用できる。これは、長さのわかったマーカを相手側に貼り付けておいて、その両側の角度から距離を求める装置として利用する。同じくこの宇宙船で速度測定装置を解説すると、今、宇宙船が「月moon」まで行って、帰還してくることを考える。目標点は、地球であるので、宇宙船に取り付けたカメラ（距離測定装置）は、地球を捉えている。地球の直径は既知のデータであるから、搭載されたカメラ（距離測定装置）によって、上述のドッキング装置と同様に、マーカとして地球の直径の両端の角度を測れば、地球までの距離が算出される。さらに時間をおいて、地球までの距離を測ると、その距離の差と時刻の差から、宇宙船の速度が算出される。
これが「カメラ速度測定装置」の原理である。

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川口俊雄,

中谷年成,

次に、地球上での応用を考えてみることにする。
人 、自転車、車、鉄道、ドローン、飛行機など対象とするものは、歩測から動くもの全てである。
上述の宇宙船の様に無限に遠い目標物は数多くない。
地球上の移動体では、目標物があってもすぐに通り過ぎてしまう。しかし、短時間でも目標物として考えた場合、上述の移動距離と時刻の差から、短時間の間の速度が求まる。また再度、目標物を変更して短時間の速度を計測できたとしたら、それを繰り返すことで、継続した速度を表示することが可能であるものと考えられる。
固定されたカメラ（速度測定装置）に向かって飛んでくる、野球のボールとかピンポン玉の速度を測ることができる。しかも、間にガラス板の障害物があっても測定できる。人では、両目の間隔とかランナーのゼッケンをマーカにすれば良い。顔の大きさ、肩幅なども利用できる。車の車間距離はナンバープレートを活用できる。
建物の中では、貼り紙や掲示物（A4 サイズ）をよく見かけるので、この A4 サイズの用紙をマーカにすると、距離が測れる。スマートフォンを使えば厚みがわずかなので、壁と壁との間の距離測定には誤差も少なくて済む。
この角度測定装置、距離測定装置、速度測定装置を使って、目の不自由な人の道案内（ナビゲート）が出来るかも知れない。また、外科医が使う内視鏡にも応用可能である。この場合のマーカは、臓器の大きさである。

阪本吉一,

阿南豊美

大阪府立大学高専研究紀要 第 53 巻

寝屋川市にある電波塔（高さ124ｍ）の座標値は、2010
年以来高専内からの観測結果として座標値 X＝-137,486.989 Y＝-33,970.060 が存在する。
今回の写真測量結果で、座標値 X＝-137,492.995 Y＝-33,972.034 が得られた。
６．前方交会法によるあべのハルカスの距離の確認
高専～あべのハルカス 距離 20.8 km 写真観測値
距離 20.2 km 歩測データ（図4 参照）
７．後方交会法によるデジタルカメラの位置の確認（付録 P.4 表3、P.10 4.多角点観測簿 参照）
対岸にある距離標L22.0km、L21.6 km、及び電波塔（高さ124ｍ）の座標値から後方交会法によりデジタルカメラの撮影位置を求めた。距離標R22.0 kmの座標データは、座標値 X＝-134,102.462 Y＝-36,014.836 が存在する。
（表3 参照）今回の写真測量結果で、座標値 X＝-134,104.322 Y＝-36,013.309 が得られた。
８．応用例 偏心点測量（付録 5. 偏心点計算書 参照）
フェンスの支柱をマーカにして偏心点として測量した場合の実例を示した。道路上での電柱（直径が既知）をマーカにして、自動車の速度を測るのも可能である。

４．角度測定検査場での検査結果の確認（表1 表2 参照）
９．今後の展望
角度の誤差がある主な理由は、下記のような事柄である。
① デジタルカメラのイメージセンサの係数の違い② デジタルカメラのレンズの歪み③ ゴースト（影）による、読み取り誤差
1. ①については、現在の決定値が、甘く決定されていて誤差が存在する。
2. ②については、これは解決が少し困難である。
3. 1 ピクセル単位まで拡大するのであるが、読み取りに 2 ～ 3 ピクセルの誤差が生じる。
以上について考察してみると、③が一番の原因ではないかと考えている。
表2 は A3 用紙（幅 420mm）をマーカにしている場合である。 A3 用紙の左右の端を CAD で読み取る場合に、1 ピクセル単位のゴースト（影）が現れる。端を指示して A3 用紙の端と決定しなければならないのであるが、無意識で平均値を選んで決定している傾向が強いと考えられる。測定した角度は、左右両側で、 2 ～ 3ピクセル程度、大きく出ているものと考えられる。
５．前方交会法による電波塔の座標値の確認（表3 参照）

角度測定装置（特願2019-076279）は、従来のトランシットとコンパスの中間に位置する測定技術として今後期待される。また、近年のタブレット端末やスマートフォン端末に見受けられるように、タッチパネルでの操作が、発展していくものと考えられる。液晶画面上の2 点をタッチすることによって、角度の観測ができたら、従来とは違った角度の観測が行えるものと期待できる。

謝辞
大阪府立大学工業高等専門学校技術支援室において、本写真測量計画・実施、及び確認を快く引き受けていただいた。感謝申し上げる。
参考文献
１）Android-BASIC プログラミング報告 Ⅰ
大阪府立大学高専研究紀要第 50 巻
２）高専野球場測量設計報告書
大阪府立大学高専研究紀要第 51 巻
３）位置測定装置（特許第3845102号）

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中谷年成,

2. 表3 図1 ～図3－38－

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阿南豊美

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