特開 2022-145442 測量システム、測量方法、及び測量プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022145442

(43)【公開日】2022-10-04

(54)【発明の名称】測量システム、測量方法、及び測量プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103Z

G01C15/00 103A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021160941

(22)【出願日】2021-09-30

(31)【優先権主張番号】P 2021045487

(32)【優先日】2021-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 剛

(57)【要約】

【課題】三次元空間の点群を測定する測量システムにおいて、三次元点群データの必要量を満たしていないエリアを補完するようにデータ取得を行うこと。
【解決手段】情報処理装置と、測量装置と、を備え、測量装置の三次元点群データを取得するための測定を行うスキャナ部と、三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定部と、測量装置の自己位置を取得する位置取得部と、測量装置の姿勢を駆動すべき駆動量を演算する駆動演算部と、測量装置のスキャナ部を計測位置へ向けて駆動する姿勢駆動部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

情報処理装置と、測量装置と、を備えた三次元点群データを取得する測量システムであって、
前記測量装置の三次元点群データを取得するための測定を行うスキャナ部と、
三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定部と、
前記測量装置の自己位置を取得する位置取得部と、
前記自己位置から前記計測位置の計測を行うための演算をする計測演算部と、
を備える測量システム。

【請求項2】

前記測量装置を搭載する移動体を備え、
前記スキャナ部が、前記移動体の移動中または静止中に三次元点群データを取得する、請求項１に記載の測量システム。

【請求項3】

前記測量装置から位置情報が紐づけられた三次元点群データを含む測量情報を取得する測量情報取得部と、
点群量管理範囲を設定する範囲設定部と、
前記管理範囲を所定の単位区分に分割する区分設定部と、
前記単位区分ごとに空間に含まれる点群量を算出する点群量算出部と、
前記管理範囲内の各区分のうち、前記点群量が所定の必要点群量に達していない区分を検出する点群管理部と、をさらに備え
前記計測位置指定部は、前記点群管理部が、点群量が不足していると判断した区分を計測位置として指定する、請求項１又は２に記載の測量システム。

【請求項4】

前記移動体は建設機械であり、
前記移動体の作業量を計測する作業量センサと、
前記作業量センサの計測した情報に基づいて作業位置情報を含む作業データを生成する作業データ生成部と、
前記作業位置情報に基づいて、前記計測位置指定部が過去に作業が行われた位置を計測位置として指定する、請求項２に記載の測量システム。

【請求項5】

前記測量装置は慣性計測部を備え、
前記慣性計測部により測定される振動量の少ないタイミングにおける三次元点群データを抽出するデータ選別部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の測量システム。

【請求項6】

前記測量装置は慣性計測部を備え、
前記慣性計測部により測定される振動量が所定の値より少ないタイミングで前記スキャナ部が三次元点群データを生成する点群データ生成部を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の測量システム。

【請求項7】

情報処理装置と、測量装置と、を用いて三次元点群データを取得する測量方法であって、
計測位置指定部が三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定ステップと、
前記測量装置の位置取得部が自己位置を取得する自己位置取得ステップと、
計測演算部が、前記自己位置から前記計測位置の計測を行うための演算をする計測演算ステップと、
スキャナ部が三次元点群データを取得するための計測を行う測定ステップと、
を含む測量方法。

【請求項8】

情報処理装置と、測量装置と、を用いて三次元点群データを取得する測量プログラムであって、
計測位置指定部が三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定ステップと、
前記測量装置の位置取得部が自己位置を取得する自己位置取得ステップと、
計測演算部が、前記自己位置から前記計測位置の計測を行うための演算をする計測演算ステップと、
スキャナ部が三次元点群データを取得するための計測を行う計測ステップと、
をコンピュータに実行させるための測量プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測量システム、測量方法、及び測量プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、建設現場においてもＩＣＴ技術を活用した工事が行われている。人手不足や、また最近の伝染病の感染対策なども含めてＩＣＴ技術による作業の効率化、省人化が求められている。

【0003】

このようなＩＣＴ技術を活用した地形、地物等の三次元データを取得するシステムとして、地上設置型の三次元スキャナ装置を用いて複数地点から対象物を測定し、三次元点群データを取得し、それを端末に表示するシステムが知られている（特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－５６６１６号公開公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、三次元点群データは必要量を満たすまで測定を繰り返す必要がある。しかし、三次元点群データは仮想空間上での分布を確認する方法が主流であり、現場においてどこで不足しているか確認して、そこへ向けて測定を行うのは大変煩雑である。

【0006】

以上により、本発明の目的は、三次元空間の点群を測定する測量システムにおいて、三次元点群データの必要量を満たしていないエリアを補完するようにデータ取得を行うことができる、測量システム、測量方法、及び測量プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記した目的を達成するために、本開示の実施形態に係る測量システムは、情報処理装置と、測量装置と、を備えた三次元点群データを取得する測量システムであって、測量装置の三次元点群データを取得するための測定を行うスキャナ部と、三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定部と、測量装置の自己位置を取得する位置取得部と、自己位置から計測位置の計測を行うための演算をする計測演算部と、を備える。

【0008】

また、上記した目的を達成するために、本開示の実施形態に係る測量方法は、情報処理装置と、測量装置と、を用いて三次元点群データを取得する測量方法であって、計測位置指定部が三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定ステップと、測量装置の位置取得部が自己位置を取得する自己位置取得ステップと、計測演算部が、自己位置から計測位置の計測を行うための演算をする計測演算ステップと、スキャナ部が三次元点群データを取得するための計測を行う測定ステップと、を含む。

【0009】

また、上記した目的を達成するために、本開示の実施形態に係る測量プログラムは、情報処理装置と、測量装置と、を用いて三次元点群データを取得する測量プログラムであって、計測位置指定部が三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定ステップと、測量装置の位置取得部が自己位置を取得する自己位置取得ステップと、計測演算部が、自己位置から計測位置の計測を行うための演算をする計測演算ステップと、スキャナ部が三次元点群データを取得するための計測を行う計測ステップと、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、三次元点群データを効率的に取得でき、抜けがあった場合にはその場所のデータ取得だけを行うことにより測定や移動回数を削減できる。また、移動体に搭載させることによって自動でもデータを取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態に係る測量システムの構成を示すシステム構成図である。

【図2】測量装置を移動体に搭載した例のシステムの構成を示すシステム構成図である。

【図3】本開示の測量システムに係るネットワーク構成図である。

【図4】本開示の実施形態に係る処理の流れを示すシーケンス図である。

【図5】情報処理装置の端末表示部に表示される画面の一例である。

【図6】情報処理装置の端末表示部に表示される画面の一例である。

【図7】情報処理装置の端末表示部に表示される画面の一例である。

【図8】情報処理装置の端末表示部に表示される画面の一例である。

【図9】情報処理装置の端末表示部に表示される画面の一例である。

【図10】本開示の実施形態に係る処理の流れを示すシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜概要＞
例えば土木工事等の屋外の現場においては、工事の開始前や起工などの逐次において現況把握等の目的で、三次元スキャナ等の測量装置を用いて計測がなされ、必要な量の三次元点群データを取得がなされる。このようなデータの取得は、管理すべき範囲の全ての領域、場所において必要な量の三次元点群データを取得できるまで繰り返し行われる。三次元点群データが必要な量取得できているか否かは、例えば情報処理装置と測量装置からなる測量システムを用いて確認することができる。

【0013】

三次元点群データが不足している場合、情報処理装置、より具体的には、作業者が手元で閲覧できるスマートフォン、タブレット、ＰＣ等の情報処理装置のディスプレイ等に出力される画像等の情報をもとに、三次元点群データが不足している場所を把握し、その場所へ移動して三次元スキャナ装置により測定を行う必要性がある。そのため、点群が不足している領域への移動、そして不足している方向を把握しての測定、という２つの点において作業の人的負担が大きかった。

【0014】

また、別の問題として、工事の現況把握には最新の状況を反映させたいという要望もあった。例えば、前日に建設機械で地面を掘った場所などは地形が変わっており、その場所は新たに計測して三次元点群データを取得する必要がある。そのように三次元点群データを最新の状況に更新したいという要望もあり、さらに、状況の更新もなるべく負担を軽減したいという要望があった。

【0015】

以上のような事象の各々の側面に対応する方策として、本開示に係る発明者らは、点群の補完スキャンというコンセプトを発想し、点群の抜けがあった場合には、自動的にその場所に向けて測定が行われる、あるいは、移動体にスキャナを搭載し移動の最中あるいは静止した状態でスキャナがその場所だけのデータ取得を行うことにより、測定回数も移動回数も削減し、より効率的に三次元点群データを取得できることを企図した。

【0016】

以下、本開示の実施形態を図面に基づき説明する。図１は、本開示の実施形態に係る測量システムの構成を示すシステム構成図である。

【0017】

＜システムの構成＞
測量システム１は、作業者２が使用する情報処理装置１００と、測量装置２００と、を備えている。作業者２はこれらの構成を備えた測量システム１を用いて、例えば土木工事現場等の屋外において三次元点群データの取得、及びデータの確認を行う。

【0018】

地形を計測して三次元点群データを取得するための測量装置２００の一実施例は、例えば三次元スキャナ装置であり、より具体的には例えば三次元レーザスキャナ装置である。測量装置２００は、計測器記憶部２２０、スキャナ部２６０、姿勢駆動部２８１、姿勢検出部２８２、慣性計測部２５０、計測器ＵＩ部２４０、計測器通信部２３０、計測器処理部２１０、位置取得部２７０を有し、これらの各構成はそれぞれ電気的に接続され制御される。その他に、図示しないが現場におけるパノラマ写真を撮影するカメラ部等を備えていてもよい。

【0019】

計測器記憶部２２０は、メモリや磁気ディスクによる記憶装置であり、現場における各種設計情報等が記憶されている。この設計情報としては例えばＢＩＭ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）等が含まれている。なお、設計情報は、ＢＩＭに限られず、例えば三次元ＣＡＤデータであってもよい。また、画像ファイルにスケールが付加された画像的な図面であってもよい。

【0020】

スキャナ部２６０は、例えばレーザスキャナであり、測距部２６１と偏向部２６２を有している。測距部２６１は測距光であるレーザ光を照射して、その反射光を受光すること測定範囲内の測距及び測角行う機能を有している。偏向部２６２は測距光を所望の方向に偏向させる機能を有している。

【0021】

また、より具体的なレーザスキャナの一例としては偏向部２６２としてリズレープリズムを用いたレーザスキャナである。この場合、偏向部２６２は、測距部２６１よりも対物側に設けられており、一対のリズレープリズム２６２ａ、２６２ｂを有している。一対のリズレープリズム２６２ａ、２６２ｂは、一面が凹凸面をなし、他面が平滑面をなしており、凹凸面を互いに対向させて配設されている。また、一対のリズレープリズム２６２ａ、２６２ｂは中心軸Ｏの周りを相対的に回転できるように、各リズレープリズム２６２ａ、２６２ｂは図示しない回転角を検出可能なモータが設けられている。これにより、一対のリズレープリズム２６２ａ、２６２ｂは測距光を任意の方向に偏向可能であり、且つ当該任意の方向から戻ってくる反射光を測距部２６１に受光させることができる。また、モータの回転角を検出することにより、測距光における照射方向、反射光の受光方向を検出可能である。

【0022】

姿勢駆動部２８１は、スキャナ部２６０を水平方向及び鉛直方向に回転駆動するアクチュエータである。当該姿勢駆動部２８１を駆動することでスキャナ部２６０の向きを変更可能である。

【0023】

姿勢検出部２８２は、姿勢駆動部２８１により駆動した水平角及び鉛直角を検出可能な回転角センサ（エンコーダ）である。また、姿勢検出部２８２は測量装置２００の傾斜角等の角度を検出する傾斜測定器（チルトセンサ）を有していてもよい。当該姿勢検出部２８２により、スキャナ部２６０が指向している向きを検出可能である。

【0024】

計測器ＵＩ部２４０は、作業者２が測量装置２００を操作するためのＵＩ（ユーザインターフェース）に当たる部分であり、スキャナ部２６０による計測、姿勢駆動部２８１の駆動等の設定や操作をするボタンやタッチパネルである入力部と、計測器記憶部２２０に記憶された設計情報に基づく仮想空間や、スキャナ部２６０にて測定した結果、計測器処理部２１０にて解析した結果等の各種情報を表示可能なディスプレイである表示部がある。

【0025】

計測器通信部２３０は、少なくとも種々の情報端末と相互に通信可能な通信機である。例えば、インターネット等のネットワークと接続可能な通信機や、無線や有線で情報処理装置１００と接続して通信を行うものであってもよい。

【0026】

位置取得部２７０は、測量装置２００が静止又は移動中の測量装置２００自体の測量装置位置（計測位置と差別化のため自己位置という）を取得する機能を有する。具体的には例えば測量装置２００自体の器械点設置により位置を取得する機能を有し、既知の位置に設置された再帰性反射プリズム等のターゲットを測量することにより自身の位置を取得することができる。または、位置取得部２７０はＧＮＳＳ受信装置であってもよい。

【0027】

慣性計測部２５０は、３軸方向の加速度センサ、角速度センサ等のセンサデバイスを備えたセンサユニットであり、測量装置２００自体にかかる加速度、角速度を測定することができる。これにより測量装置２００の振動量をリアルタイムに測定することができる。

【0028】

計測器処理部２１０は、測量装置２００における各種制御を行う中央演算処理装置にあたる部分であり、計測器記憶部２２０に記憶されているプログラムにより実現する機能として、点群データ生成部２２１、実測位置算出部２２２、計測演算部２２３、データ選別部２２４を有している。

【0029】

点群データ生成部２２１は、スキャナ部２６０により測定した各測距点（点群）の距離や、姿勢検出部２８２により検出された水平角、鉛直角、から三次元点群データを生成する機能を有している。

【0030】

また、点群データ生成部２２１は、姿勢検出部２８２が検出している測量装置２００の角度と、慣性計測部２５０がリアルタイムに測定している振動量に基づいて、水平な状態での三次元点群データを生成することができる。例えば、振動量が所定の値より大きい時に計測された結果に基づく点群データの生成をしないことができ、また、振動量が所定の値より小さい時に計測された結果に基づく点群データの生成を行う機能を有する。また、三次元点群データに測定時の振動量を紐づけて記憶させることができる。

【0031】

実測位置算出部２２２は、点群データ生成部２２１により生成された三次元点群データの実測位置を算出する機能を有している。すなわち、三次元点群データの各点群に紐づけられた点群の位置のみならず、その点群を測量した測量装置２００の位置、自己位置も紐づけて記憶させることができる。

【0032】

計測演算部２２３は、後述する計測位置指定部１２７により指示された計測位置の情報と、位置取得部２７０により取得された測量装置２００自体の自己位置の情報とを用いて、計測位置と自己位置の差分を算出して、自己位置における現在の姿勢から、指定された計測位置を測定するためには、どの方向に測量装置２００の姿勢を向けるよう測量装置２００を回転駆動すればよいか、どの方向に偏向部２６２により測距光を向ければよいか、駆動量と偏向量を総合的に勘案、考慮した演算をする。これにより演算された駆動方向と駆動量、偏向方向と偏向量で測量装置２００を駆動及び偏向することにより、測定すべき位置へ測量装置２００を向けて測量することができる。

【0033】

データ選別部２２４は、点群データ生成部２２１が生成した三次元点群データに紐づけられた振動量が、所定の値より大きいものを削除、廃棄することができるか、又は所定の値より振動量が小さいものを抽出して保存、記憶することができる。

【0034】

測量装置２００は、その他の測量機能を有するものであってもよい。例えば、トータルステーション（ＴＳ）に三次元スキャナ機能を有するものであってもよい。また、自律して所定の航路を航行する移動機能を有していてもよいし、遠隔操作により移動経路を操作可能なものであってもよい。移動体の例をあげると、車両、ロボット、無人航空機（ＵＡＶ）等である。車両には現場内を行き来する建設機械、いわゆる重機も含まれる。建設機械には、例えばショベル、ホイールローダ、ダンプトラック、ブルドーザ、モータグレーダ、振動ローラ等が含まれる。

【0035】

情報処理装置１００は、例えば、スマートフォン、フィーチャーフォン、タブレット、ハンドヘルドコンピュータデバイス（例として、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等）、ウェアラブル端末（メガネ型デバイス、時計型デバイスなど）、等を含む。汎用の端末にアプリケーションソフトウェアをインストールすることで本実施形態にかかる情報処理装置１００として用いることができる。これらの情報処理装置１００は、端末表示部１５０を備え、工事現場に携帯して容易に持ち運びできる。また、ハンズフリーや、片手での保持により端末表示部１５０を視認することができる。また、電池等の内部電源を備え、外部電源を必要とすることなく一定時間動作することができる。

【0036】

情報処理装置１００は、端末通信部１３０、端末記憶部１２０、端末処理部１１０、端末入力部１４０、端末表示部１５０を有している。

【0037】

端末処理部１１０は、図示しないが端末記憶部１２０に記憶されるプログラムに含まれるコード又は命令によって実現する機能、及び／又は方法を実行する。端末処理部１１０は、例として、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＭＰＵ、ＧＰＵ、マイクロプロセッサ、プロセッサコア、マルチプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を含み、集積回路等に形成された論理回路や専用回路によって各実施形態に開示される各処理を実現してもよい。また、これらの回路は、１又は複数の集積回路により実現されてよく、各実施形態に示す複数の処理を１つの集積回路により実現されることとしてもよい。また、図示しないが、端末記憶部１２０から読み出したプログラムを一時的に記憶し、端末処理部１１０に対して作業領域を提供する主記憶部を備えてもよい。

【0038】

端末通信部１３０は、測量装置２００の計測器通信部２３０と通信可能であり、測量装置２００により測定され算出された三次元点群データ、及び測量装置２００の位置情報を受信可能である。三次元点群データについての実測位置情報の演算は、測量装置２００側で行ってもよく、情報処理装置１００側で行ってもよい。通信は、有線、無線のいずれで実行されてもよく、互いの通信が実行できるのであれば、どのような通信プロトコルを用いてもよい。

【0039】

端末入力部１４０は、ユーザすなわち作業者２からの入力を受け付けて、その入力に係る情報を端末処理部１１０に伝達できる全ての種類の装置のいずれか、又は、その組み合わせにより実現される。例えば、ボタン等によるハードウェア入力手段に加え、タッチパネル等の表示部上に表示されたソフトウェア入力手段、リモートコントローラ、マイク等の音声入力手段を含む。

【0040】

端末表示部１５０は、画面を表示することができる全ての種類の装置のいずれか又はその組み合わせにより実現される。例えば、液晶やＯＬＥＤ等の平面ディスプレイ、曲面ディスプレイ、折畳可能なフォルダブル端末に設けられた折畳画面、ヘッドマウントディスプレイ、又は小型プロジェクタを用いた物質への投影により表示可能な装置を含む。

【0041】

端末記憶部１２０は、必要とする各種プログラムや各種データを記憶する機能を有する。その他、端末通信部１３０にて受信した測量情報（三次元点群データ、測量装置２００の位置情報）を記憶可能である。例えば、端末記憶部１２０には、建築現場において使用する土地の情報（標高等）や法面の設計情報を含む設計情報等が記憶されている。端末記憶部１２０は、ＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリなど各種の記憶媒体により実現される。

【0042】

設計情報は、建築工事において必要な設計図を含む情報である。建築工事とは、例えば建築物、道路、線路、トンネル、橋梁、溝、水路、河川等の構造物の工事である。設計図には、平面図、縦断面図、横断面図、及びこれらに含まれる線形データ、点のデータ、各点や線分の位置、座標等、標高等が含まれている。

【0043】

端末記憶部１２０には、アプリケーションソフトウェアのプログラムとして、各種機能を実現する測量情報取得部１２１、範囲設定部１２２、区分設定部１２３、点群量算出部１２４、点群量表示部１２５、点群管理部１２６、計測位置指定部１２７が記憶されている。また、端末記憶部１２０には、測量装置２００に記憶されている点群データ生成部２２１、実測位置算出部２２２の機能の実現プログラムが記憶されていてもよく、それらを端末処理部１１０で実行することにより機能を実現してもよい。

【0044】

測量情報取得部１２１は、測量装置２００から位置情報が紐づけられた点群データ、測量装置２００の自己位置情報を含む測量情報を取得する機能を有する。より具体的には、測量装置２００のスキャナ部２６０の測定により、点群データ生成部２２１で三次元点群データが生成される。その三次元点群データの各点群に、その点群の位置情報が実測位置算出部２２２において付与され紐づけられる。その位置情報が紐づけられた点群データを、計測器通信部２３０と、端末通信部１３０のとの通信により取得する。

【0045】

範囲設定部１２２は、点群量の管理範囲を設定する機能を有する。より具体的には、建設現場の地図上の所定の範囲を、点群量を管理すべき管理範囲として設定する。範囲の設定は作業者２が情報処理装置１００の端末入力部１４０を用いて点群量の管理範囲を指定する入力を行うことにより指定してもよいし、範囲設定部１２２が端末記憶部１２０に記憶されている設計情報等に含まれている管理エリア情報を読み込んで指定してもよい。また、情報処理装置１００が端末通信部１３０により通信してアクセスすることができる、所定の情報処理管理サーバにインストールされ、実行することができる、現場を管理するソフトウェア等を用いて入手してもよい。管理範囲は、例えば地図上で範囲内と範囲外とを仕切る境界線で囲まれるように指定することができる。また、設定された管理範囲については、地図上に範囲が設定され、地図、又は設計図とリンクして表示できるように地図上における位置情報も付与される。

【0046】

区分設定部１２３は、管理範囲を所定の単位区分に分割する機能を有する。より具体的には、範囲設定部１２２によって設定された管理範囲を所定の単位面積区分によって区切られた複数の単位区分の集合に分割する。限定ではなく最も典型的な例としては同じ面積の正方形の区画、いわゆるグリッド単位に区切ることができる。正方形以外にも六角形や三角形など、管理範囲内を隙間なく連続した複数の単位区分に分割することができる全ての形状を採用することができる。また、各単位区分のサイズも自由に設定することができる。境界線と交差する各単位区分は、境界線をはみ出すものを含んでいてもよいし、境界線をはみ出さないように一部が欠けた形状になっていてもよい。また、各単位区分については、管理範囲に付与された地図上の位置情報を用いて、位置情報が付与される。

【0047】

点群量算出部１２４は、単位区分ごとの空間に含まれる点群量を算出する機能を有する。より具体的には、点群量算出部１２４は、取得した三次元点群データに紐づけられている位置情報を用いて、各単位区分の位置情報と比較して、各単位区分の空間内に含まれる点群量を算出することができる。「点群量」とは、点群の数、単位面積当たりの点群の数、単位体積当たりの点群の数、単位区分に含まれる点群の標高値の平均値その他統計量、を含む、点群に関する量的な指標であり、単なる点群の数に限られるものではない。点群量の算出には所定の条件の点群のみを算出の対象にすることができる。具体的には、測量装置２００から所定の距離以内の点群のみを算出するように用いることができ、例えば、測量装置２００から半径３０ｍ以内の点群のみを算出の用に供する、といったことができる。また、点群量算出部１２４は、取得した点群データの精度を算出し、当該精度が所定の精度を満たす点群のみを算出の用に供するように、つまり所定の精度を満たさない三次元点群データは除外するようにしてもよい。点群データの精度は、例えば測量装置２００の仕様情報から算出したり、位置が重複する点群データがある場合にはそれとの比較から算出したり、反射強度から算出したり、すればよい。

【0048】

また、点群量算出部１２４は、単位区分ごとの所定の標高範囲内の空間に含まれる点群量を算出する機能を有していてもよい。より具体的には、標高値の上限値と下限値を設定し、その標高範囲内の単位区分の空間に含まれる点群量を算出する。

【0049】

また、点群量算出部１２４は、さらに管理範囲又は単位区分の必要点群量に対する充足に関する指標（充足率等）を算出する機能を有していてもよい。より具体的には、端末記憶部１２０の設計情報に含まれて記憶されている単位区分あたりの必要点群量を読み込み、それと実際に算出された点群量とを比較して、必要点群量に対する充足に関する指標を算出することができる。必要点群量に対する充足に関する指標とは、必要点群量に対する充足率（例えば「８０％充足する」）であってもよいし、必要点群量に対する不足率（例えば「２０％不足する」）であってもよい。数字で示すものであってもよいし、高、中、低などランクで示すもの、所定の閾値を設け充足か不足のみを示すもの、であってもよい。また、全ての単位区分について充足率等を算出して、管理範囲全体の充足率等を算出してもよい。管理範囲全体の充足率等は、例えば全単位区分についての充足率等の平均値であってもよいし、必要な充足率等を満たしている単位区分の数を、全単位区分数で割ったものでもよい。

【0050】

点群量表示部１２５は、管理範囲の各区分について、算出された単位区分ごとの点群量に応じて情報処理装置１００に表示させる機能を有する。より具体的には、上記した算出された点群量等の点群の取得状況がわかるように点群量の高低に応じて異なる表示することができる。限定ではなく最も典型的には色分け表示であり、例えば、点群量の高い単位区分を赤く、点群量の低い単位区分を青く、間に黄色などとなるような色の分布により表示させることができる。

【0051】

点群管理部１２６は、管理範囲内の各区分のうち、点群量が所定の必要点群量に達しているかどうかを判断する機能を有する。必要点群量に区分があるときは、その区分を、三次元点群データを取得すべき位置として計測位置指定部に指示させることができる。より具体的には、上記した一例のように、予め端末記憶部１２０に記憶されている、点群量について所定の閾値を用いて、点群量が充足しているか不足しているかを単位区分ごとに判断する。また、不足している単位区分について、不足している旨の表示を、いわゆるアラートとして作業者２にわかるように情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示させることもできる。

【0052】

また、点群管理部１２６は、後述する重機の作業量センサより受信した作業データに基づいて、三次元点群データを取得して状況を更新すべき位置について判断する機能を有する。より具体的には、例えば、作業データに含まれる作業位置情報、作業時刻情報を用いて、既に記憶し保存している三次元点群データの取得時刻と比較し、三次元点群データの取得時刻よりも作業時刻の方が新しい時刻である場合に、三次元点群データは古いデータであると判断して、作業位置の三次元点群データを新たに取得するように、計測位置指定部１２７に指定させることができる。

【0053】

計測位置指定部１２７は、点群管理部１２６により指定された位置を測定すべき位置として、測量装置２００に指示する機能を有する。

【0054】

図２は、測量装置を移動体に搭載して三次元点群データを取得する場合における、移動体の例について示す図である。この図の例において、移動体４００は建設機械であり、より具体的にはマシンコントロール、マシンガイダンスが可能な建設機械のうち、例えばショベルである。ショベルは走行するための駆動源であるモータを有し、モータを回転させることによりキャタピラで移動することができる。

【0055】

移動体４００は、例えば情報処理装置である移動体端末４１０、この移動体４００に搭載する測量装置４２０、標的装置４３０、ＧＮＳＳ受信装置４４０、移動体記憶部４５０、移動体通信部４６０、移動体制御部４７０、作業量センサ４８０を備えていてよい。これらは互いに電気的に接続され制御される。

【0056】

移動体端末４１０は、図示しないが例えば画面や入力装置を備えた情報処理装置であり、移動体４００の座席などに設置されて建設機械の操縦者が作業状況を把握できるもの、移動体４００の操作の一部を司るものである。例えば、建設機械の作業状況を作業量センサ４８０の検知した作業量をモニタリングすることや、装備によっては移動体端末４１０で建設機械自体を操作することもできる。

【0057】

測量装置４２０は、測量装置２００と同様のものであり、図示の位置に限らず、移動体４００の前方に搭載してもよいし、後方に搭載してもよいし、複数搭載してもよく、３６０°方向を測定できるように自由に設置することができる。

【0058】

標的装置４３０は、例えば測量装置４２０より放射された光を再び測量装置４２０へ反射する光学素子を備えたものであり、光学素子はいわゆる再帰反射プリズムである。また、ＧＮＳＳ受信装置４４０は、ＧＰＳ等の衛星より測位信号を受信、処理して衛星－受信装置の距離を測定し、これにより位置を計算する。ＧＮＳＳ受信装置４４０と標的装置４３０とは同一の位置とみなせる位置にともに設置されており、測量装置４２０とＧＮＳＳ受信装置４４０及び標的装置４３０との位置の差、いわゆるオフセットを測量装置４２０で測定することにより、測量装置４２０の自己位置は取得可能である。ＧＮＳＳ受信装置４４０と標的装置４３０とのオフセットは事前に測定されている。

【0059】

移動体通信部４６０は、例えば無線通信モデムであり、情報処理装置１００の端末通信部１３０や、測量装置２００の計測器通信部２３０や、情報処理サーバと情報通信を行うことができる。

【0060】

移動体制御部４７０は、コントローラであり、作業量センサ４８０の各種センサの計測情報を用いて建設機械である移動体４００の操作制御することができる。

【0061】

作業量センサ４８０は、例えばストロークセンサ、油圧センサ、チルトセンサ、加速度センサ等のセンサである。これらのセンサの計測情報を用いて、移動体制御部４７０は建設機械である移動体４００の作業データ（作業履歴データ）を生成することができる。

【0062】

作業データには、例えば作業時刻情報、作業位置情報が含まれている。作業位置はＧＮＳＳ受信装置４４０により測定した移動体４００の位置と、各作業量センサ４８０のセンシングデータと移動体４００の各構成の既知の寸法により算出される作業先端位置を用いて算出可能である。具体的には、例えばショベルであれば、既知のアームの長さと、アームの旋回中心位置の３次元座標、アームの回転角等を用いて、バケットの先端などの作業位置を算出可能である。これらの作業データは、移動体記憶部４５０に記憶し、また移動体通信部４６０により、情報処理装置１００や、情報処理サーバ３００へ送信し、記憶させることができる。

【0063】

図３は、測量システム１の測量装置４２０を移動体４００に搭載し、移動しながら補完スキャンを行う例のネットワーク構成図である。情報処理サーバ３００は、情報処理装置１００と同様の構成を備えることにより同等の機能を備えるサーバであってよく、情報処理装置１００による現場の指示によらずとも、同様の機能を備えた情報処理サーバ３００より測量装置４２０に計測指示をすることにより、三次元点群データの取得が可能である。

【0064】

この図において、測量装置４２０、移動体４００、情報処理サーバ３００（情報処理装置１００）はネットワークＮＷで互いに通信が可能である。なお、この例において、情報処理装置１００、情報処理サーバ３００の指示により移動体４００が移動する必要はなく、指示の対象はあくまで測量装置４２０である。後述するが、移動体４００が建設現場で作業を行い、移動中又は静止しているついでに測量装置４２０を操作して計測を行うことで効率化することができる。

【0065】

＜処理の流れ＞
図４に本開示の実施形態にかかる測量システムを用いた測量方法、測量プログラムの処理の流れを説明するフローチャートを示す。この例においては、主に測量システム１により管理している点群量の不足に基づいて計測位置を指示する形態について説明する。なお、この例における処理の流れは、図１に示したように測量システム１が作業者２の所持する情報処理装置１００と測量装置２００から構成され、作業者２が測量装置２００の現場内の移動を自ら搬送することで行う最小単位での運用と、図３に示したように、測量装置４２０が移動体４００に搭載され、移動体４００が現場内を移動するついでに測量装置４２０も移動する場合の運用の両方に対応している。

【0066】

まずステップＳ１０１では、範囲設定部１２２が、点群量管理範囲を設定する。図５は、情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示される画面の一例を示すものである。この図の例において、情報処理装置１００はいわゆるタブレット端末であり、端末表示部１５０は例えば液晶ディスプレイ又はＯＬＥＤディスプレイ、端末入力部１４０はこれらのディスプレイのタッチパネル機能により実現される入力部である。この図において、端末表示部１５０には地図又は航空写真等の地図表示（不図示）が表示されている。この地図表示の上に、作業者２は地図表示を参考にしながら管理範囲を入力して、範囲設定部１２２がその入力をもとに管理範囲を設定する。入力は指やタッチペン等を用いて境界線を自由に描画してもよいし、対角線となる２点を設定して矩形範囲を設定する等の種々の方法により可能である。この図においては、地図表示上に管理範囲ＤＭＡが表示されている。そして、この時点で管理範囲ＤＭＡにも位置情報が付与される。

【0067】

次に、ステップＳ１０２では、区分設定部１２３が、管理範囲を所定の単位区分に分割する。図６は、情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示される画面の一例を示すものである。端末表示部１５０への表示は必ずしも必要ではないが、わかりやすさのために説明する。この図の例において、管理範囲ＤＭＡが複数の単位区分ＧＵに分割され区切られている。なお、図面ではわかりやすさのために単位区分は誇張して大きめに表現しているが、実際には１ドットや１ピクセルといった単位で高精細とするとわかりやすくなる。また、この図においては、管理範囲ＤＭＡの境界線が交差する領域について、境界線よりも外側の単位区分を表示しているが、境界線の外側は表示しなくてもよい。なお、表示範囲で囲まれているか囲まれていないかに関わらず、取得した三次元点群データは管理可能である。

【0068】

ステップ１０３では、測量装置２００による三次元点群データの取得がなされる。なお、このステップは、ステップＳ１０１、Ｓ１０２に先立って行われても構わない。

【0069】

ステップＳ１０４では、測量情報取得部１２１が、測量装置２００から、位置情報が紐づけられた点群データを含む測量情報を取得する。なお、この点群データの取得は、上記のステップＳ１０１の範囲設定、及びステップＳ１０２の区分設定に先立って行っても構わない。

【0070】

ステップＳ１０５では、点群量算出部１２４が、単位区分ごとに空間に含まれる点群量を算出する。点群量は上記した単位区分の全てについて算出される。

【0071】

ここで、点群量表示部１２５が、管理範囲の各区分について、算出された単位区分ごとの点群量に応じて、情報処理装置１００に表示させる。なお、この処理は作業者２の作業把握のしやすさのために実行され、本実施形態においては省略しても構わない。図７は、情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示される画面の一例を示すものである。この図の例において、測量装置２００が位置ＳＰの単位区分に設置されて点群データは取得済であり、この測量装置位置ＳＰにおいて取得した三次元点群データによる点群量が、位置ＳＰの周囲の単位区分が点群量に応じて濃淡色分け表示で示されている。なお、実際には測量装置２００が設置されている位置やその直下の点群は取得されないので点群量は低くなるが、この図においては、わかりやすさのために測量装置位置ＳＰに近いほど点群量が高いように表示させている。例えば、単位区分ＧＵ２と、単位区分ＧＵ１では、単位区分ＧＵ２のほうが濃い色で表示されており、取得した点群量が高いことが直感的に理解できる。このように、点群の取得状況を色分けなどでわかりやすく表示し、管理範囲が一覧できるので、作業者２は、三次元点群データが、管理すべき管理範囲内の各区分において必要な点群量を取得できているかどうかを容易に確認することができ、現場において効率よくスキャニングを行うことができ、また視覚的にスキャニングの状況、データの取得の確認結果を行うことができる。

【0072】

図８は、三次元点群データの取得がある程度進んだ状態での情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示される画面の一例を示すものである。この図に示された管理範囲ＤＭＡに含まれる単位区分は、領域のほぼ全体で密度が高くなっているが、画面の左上に「抜け５％」と示されるように、いくつかの区分で点群量が低くなっている。例えば単位区分ＧＵ５は点群量が必要点群量に達していない単位区分であり、このような単位区分を他の単位区分とは異なるように、例えばハッチングによるアラート表示を行っている。点群が必要点群量に達しているかどうかは、予め記憶されている必要点群量と比較してこの単位区分の点群量の高低により点群管理部１２６により判断される。

【0073】

ここでステップＳ１０６として、点群管理部１２６が、必要点群量に達していない単位区分、例えば単位区分ＧＵ５を測定すべき位置として指定する。そしてステップＳ１０７において計測位置指定部１２７が単位区分ＧＵ５を測定すべき位置として測量装置２００に指示する。

【0074】

ステップＳ１０８では、測量装置２００は、位置取得部２７０により自己の位置を指定する。そして、ステップＳ１０９において、現在の自己の位置と、測定すべき位置の関係から、どのように測量装置２００本体を駆動して姿勢、及び偏向方向を変えればよいか計測演算部２２３が演算を行う。その演算結果にもとづき、ステップＳ１１０では測量装置２００を駆動、スキャナ部２６０の偏向を行い、ステップＳ１１１において、測定すべき位置の三次元点群データの取得を行う。

【0075】

図９は、情報処理装置１００の端末表示部１５０に表示される画面の一例を示すものである。この図は、例えば上記のステップＳ１１１における点群の測定を行っている状況を作業者２が把握しやすくするために表示してもよい画面の一例である。この図において、測量装置２００の位置が、位置ＳＰで示され、矢印で示すように単位区分ＧＵ５の方を向いて測定していることを直感的に把握することができる。また、測量装置が移動体に搭載されている場合には、移動体及び測量装置の向きと、測定の向きの両方が表示されていてもよい。

【0076】

以上のステップＳ１０３～Ｓ１１０の処理工程は、管理範囲内の点群量が必要な量取得できるまで繰り返し実行されてよい。点群量が必要な量取得できたか否かは点群管理部１２６が判断して処理を終了してよい。

【0077】

図１０に、本開示の実施形態にかかる測量システムを用いた測量方法、測量プログラムの処理の流れを説明するフローチャートを示す。この例においては、図４に示した点群量管理に基づく補完スキャンとは異なり、主に作業データを用いて、三次元点群データの更新を行う計測位置の指示形態について説明する。したがって、この例における処理の流れは、図３に示したネットワーク構成図のように、移動体４００と、移動体４００に搭載された測量装置４２０、情報処理装置１００又は情報処理サーバ３００、とから構成される例に対応する。

【0078】

図１０において、ステップＳ２０１と、ステップＳ２０２については、図４において示したステップＳ１０３、ステップＳ１０４と同様であるから説明を省略する。

【0079】

ステップＳ２０３において、移動体４００の作業を作業量センサ４８０が計測することにより、作業データ生成部４７１から作業データが生成される。具体的には、例えば移動体４００が建設機械のうちショベルである場合、ショベルの動作により、バケットが掘った位置、掘った時刻などを含む作業データが生成される。

【0080】

ステップＳ２０４において、作業データが移動体４００の移動体通信部４６０より、情報処理装置１００、又は情報処理サーバ３００へ送信される。

【0081】

ステップＳ２０５において、点群管理部１２６が、作業履歴データに含まれる、作業位置情報と、作業時刻情報とを用いて、作業位置と同じ位置における三次元点群データの取得時刻を参照し、三次元点群データの取得時刻が、作業時刻よりも古い場合は、新たに三次元点群データを取得すべき位置と判断する。

【0082】

ステップＳ２０６において、計測位置指定部１２７が、点群管理部１２６が判断した点群を更新すべき作業位置を、測定すべき位置として、測量装置２００に送信する。

【0083】

これ以降のステップＳ２０７～ステップＳ２１１については、図４に示したステップＳ１０８～ステップＳ１１２と同様の内容であるから、説明を省略する。

【0084】

このように、計測位置指定部１２７が指定する計測位置は、点群量を基準とした管理によらずとも、作業データに基づいて指定することもできる。

【0085】

以上説明したように、本開示の実施形態によれば、情報処理装置１００と、測量装置２００と、を備えた三次元点群データを取得する測量システム１であって、測量装置２００の三次元点群データを取得するための測定を行うスキャナ部２６０と、三次元点群データを取得すべき計測位置を指定する計測位置指定部１２７と、測量装置２００の自己位置を取得する位置取得部２７０と、自己位置から計測位置の計測を行うための演算をする計測演算部２２３と、備えることにより、三次元点群データを効率的に取得でき、抜けがあった場合にはその場所のデータ取得だけを行うことにより測定や移動回数を削減できる。

【0086】

また、測量装置２００（４２０）を搭載する移動体４００を備え、スキャナ部２６０が、移動体４００の移動中または静止中に三次元点群データを取得することにより、作業者２が測量装置２００を自ら搬送せずとも、移動体４００に搭載させることによって、移動体４００が移動するついでにデータを取得することができる。

【0087】

また、測量装置２００から位置情報が紐づけられた三次元点群データを含む測量情報を取得する測量情報取得部１２１と、点群量管理範囲を設定する範囲設定部１２２と、管理範囲を所定の単位区分に分割する区分設定部１２３と、単位区分ごとに空間に含まれる点群量を算出する点群量算出部１２４と、管理範囲内の各区分のうち、点群量が所定の必要点群量に達していない区分を検出する点群管理部１２６と、をさらに備え、計測位置指定部１２７は、点群管理部１２６が、点群が不足していると判断した区分を計測位置として指定することにより、点群が不足している区分を計測位置として、不足している区分を補完するように三次元スキャンを行うことができ、効率よく三次元点群データを取得することができる。

【0088】

移動体４００は建設機械であり、移動体４００の作業量を計測する作業量センサ４８０と、作業量センサ４８０の計測した情報に基づいて作業位置情報を含む作業データを生成する作業データ生成部４７１と、作業位置情報に基づいて、計測位置指定部１２７が過去に作業が行われた位置を計測位置として指定することにより、建設機械によって作業が行われて地形が変化している位置について、その更新状況を補完するようにスキャンを行うことで、三次元点群データを最新の状況に更新することができる。

【0089】

測量装置２００は慣性計測部２５０を備え、慣性計測部２５０により測定される振動量の少ないタイミングにおける三次元点群データを抽出するデータ選別部２２４を備えることにより、振動量の多いタイミングで測定された測定誤差を含む可能性のある三次元点群データを取り除くことができる。

【0090】

測量装置２００は慣性計測部２５０を備え、慣性計測部２５０により測定される振動量が所定の値より少ないタイミングでスキャナ部２６０が計測し、三次元点群データを生成する点群データ生成部２２１を備えることにより、そもそも測定誤差を含む可能性のあるものを含まずに三次元点群データを取得することができる。

【0091】

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

【0092】

例えば、上記実施形態では、測量装置２００、４２０のスキャナ部２６０をレーザスキャナとしているが、三次元点群データを取得するための測定を行うスキャナ部はこれに限られるものではない。例えば、スキャナ部として、パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定することで測距を行うLIDAR（Light Detection and Ranging）を用いてもよい。又は、スキャナ部としてカメラ等の撮像部を備え、点群データ生成部がいわゆるＳｆＭ（Structure from Motion）や写真測量の手法を用いて、撮像部により撮像した１又は複数の画像から点群データを生成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１ 測量情報管理システム
２ 作業者
１００ 情報処理装置
１１０ 端末処理部
１２０ 端末記憶部
１２１ 測量情報取得部
１２２ 範囲設定部
１２３ 区分設定部
１２４ 点群量算出部
１２５ 点群量表示部
１２６ 点群管理部
１２７ 計測位置指定部
１３０ 端末通信部
１４０ 端末入力部
１５０ 端末表示部
２００ 測量装置
２１０ 計測器処理部
２２０ 計測器記憶部
２２１ 点群データ生成部
２２２ 実測位置算出部
２２３ 表示制御部
２３０ 計測器通信部
２４０ 計測器操作部
２５０ 計測器表示部
２６０ スキャナ部
２６１ 測距部
２６２ 偏向部
２７０ 位置取得部
２８１ 姿勢駆動部
２８２ 姿勢検出部
３００ 情報処理サーバ
４００ 移動体
４１０ 移動体端末
４２０ 測量装置
４３０ 標的装置
４４０ ＧＮＳＳ受信装置
４５０ 慣性計測装置
４６０ 移動体通信部
４７０ 移動体制御部
４８０ 作業量センサ
ＤＭＡ 管理範囲
ＧＵ 単位区分
ＳＰ 測量装置位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】