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(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】P2023172978
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】建築限界測定装置及び建築限界測定方法
(51)【国際特許分類】
G01S 17/42 20060101AFI20231130BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
G01S17/42
G01C3/06 120Q
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022081702
(22)【出願日】2022-05-18
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-11-29
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】503147125
【氏名又は名称】ユタカ電業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304020177
【氏名又は名称】国立大学法人山口大学
(74)【代理人】
【識別番号】100163267
【弁理士】
【氏名又は名称】今中 崇之
(72)【発明者】
【氏名】植木 順也
(72)【発明者】
【氏名】中島 翔太
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112AD03
2F112BA01
2F112CA08
2F112DA15
2F112DA25
2F112DA28
2F112FA03
2F112FA41
5J084AA05
5J084AA10
5J084AB17
5J084AC01
5J084AD01
5J084AD03
5J084BA03
5J084BA31
5J084BA50
5J084EA01
(57)【要約】
【課題】より高い精度で構造物までの距離が測定できる建築限界測定装置及び建築限界測定方法を提供する。
【解決手段】建築限界測定装置１０は、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心としてレーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲ４０と、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制する処理部６０と、を備える。処理部６０は、クラスタ解析に基づいて標準偏差をクラスタリングし、予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
【選択図】図１
【解決手段】建築限界測定装置１０は、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心としてレーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲ４０と、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制する処理部６０と、を備える。処理部６０は、クラスタ解析に基づいて標準偏差をクラスタリングし、予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲと、
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備えた建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備えた建築限界測定装置。
【請求項2】
請求項１記載の建築限界測定装置において、
前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する建築限界測定装置。
前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する建築限界測定装置。
【請求項3】
請求項２記載の建築限界測定装置において、
前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される建築限界測定装置。
前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される建築限界測定装置。
【請求項4】
請求項３記載の建築限界測定装置において、
前記教師なし学習が、ｋ－平均法である建築限界測定装置。
前記教師なし学習が、ｋ－平均法である建築限界測定装置。
【請求項5】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の建築限界測定装置において、
前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備えた建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備えた建築限界測定装置。
【請求項6】
請求項５記載の建築限界測定装置において、
前記昇降部が、モータと、
前記モータによって駆動されるボールねじと、
前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する建築限界測定装置。
前記昇降部が、モータと、
前記モータによって駆動されるボールねじと、
前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する建築限界測定装置。
【請求項7】
請求項６記載の建築限界測定装置において、
前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備えた建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備えた建築限界測定装置。
【請求項8】
ＬｉＤＡＲが、レーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するステップと、
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、
予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含む建築限界測定方法。
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、
予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含む建築限界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築限界測定装置及び建築限界測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、測定器に特別な機能の追加を行わなくても、線路周辺の構造物の精密な形状測定を行うことのできる三次元形状測定装置が記載されている。
この三次元形状測定装置は、レール上を移動可能な台車と、台車の移動方向の一方と逆方とにそれぞれ設けられ、レール上を走行する動力車と連結可能な第１連結部および第２連結部と、進行方向に対して斜めのスキャン面に沿って順次光線を照射し、周囲の構造物の形状を測定する測定器と、台車に固定されて測定器が搭載される載置台と、を備え、載置台が、測定器の前後の向きを変更可能な回転テーブルを有することを特徴としている。
この三次元形状測定装置は、レール上を移動可能な台車と、台車の移動方向の一方と逆方とにそれぞれ設けられ、レール上を走行する動力車と連結可能な第１連結部および第２連結部と、進行方向に対して斜めのスキャン面に沿って順次光線を照射し、周囲の構造物の形状を測定する測定器と、台車に固定されて測定器が搭載される載置台と、を備え、載置台が、測定器の前後の向きを変更可能な回転テーブルを有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－１３３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、より高い精度で構造物までの距離が測定できる建築限界測定装置及び建築限界測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項１に記載の発明は、一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲと、前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備えた建築限界測定装置である。
【0006】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の建築限界測定装置において、前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する。
【0007】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の建築限界測定装置において、前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される。
【0008】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の建築限界測定装置において、前記教師なし学習が、ｋ－平均法である。
【0009】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の建築限界測定装置において、前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備える。
【0010】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の建築限界測定装置において、前記昇降部が、モータと、前記モータによって駆動されるボールねじと、前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する。
【0011】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の建築限界測定装置において、前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備える。
【0012】
請求項８に記載の発明は、ＬｉＤＡＲが、レーザー光を照射し、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するステップと、前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含む建築限界測定方法である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、より高い精度で構造物までの距離が測定できる建築限界測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施の形態に係る建築限界測定装置の説明図である。
【図2】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲの測定範囲を示す説明図である。
【図3】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、測定誤差が発生する第１の要因及び第２の要因を示す説明図である。
【図4】同建築限界測定装置が備える昇降部の動作を示す説明図であって、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＬｉＤＡＲを固定した場合を示す説明図及びＬｉＤＡＲを上昇させた場合の説明図である。
【図5】（Ａ）は、測定対象となるトンネル内部の入り口を示す写真であり、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、測定誤差を除去する前の測定データを示すグラフ及び測定誤差を除去した後の測定データを示すグラフである。
【図6】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲを昇降させることによる効果を確認するための試験装置の説明図である。
【図7】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲを昇降させることによる効果を示すグラフであって、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＬｉＤＡＲを上昇させずに固定した場合の測定データを示すグラフ及び上昇させた場合の測定データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【0016】
本発明の一実施の形態に係る建築限界測定装置１０は、図１に示すように、ベース部２０、昇降部３０、ＬｉＤＡＲ４０、制御部５０、処理部６０及び無線通信部を備えている。
【0017】
ベース部２０は、鉄道の軌道上に設置される部材であり、支持部材２０２及び固定部材２０４を有している。
支持部材２０２は、軌間よりも長い板状の部材であり、レール１２の上に、一対のレール１２と交差するように設置される。支持部材２０２の下側の面には、軌間よりも僅かに狭い間隔で配置され、それぞれ下方へと延びる一対の位置決め部材２０６が設けられている。
固定部材２０４は、板状の部材であり、支持部材２０２から上方に延びるように配置されている。
支持部材２０２は、軌間よりも長い板状の部材であり、レール１２の上に、一対のレール１２と交差するように設置される。支持部材２０２の下側の面には、軌間よりも僅かに狭い間隔で配置され、それぞれ下方へと延びる一対の位置決め部材２０６が設けられている。
固定部材２０４は、板状の部材であり、支持部材２０２から上方に延びるように配置されている。
【0018】
昇降部３０は、ＬｉＤＡＲ４０を昇降させることができ、固定部材２０４に設けられ、モータ３０２、ボールねじ３０４及び昇降部材３０６を有している。
モータ３０２は、例えば、ステッピングモータであり、モータシャフトが上下方向に延びるように配置され、支持部材２０２に固定されたモータドライバ（不図示）にケーブルを介して接続されている。
ボールねじ３０４は、回転中心軸ＡＸＶが上下方向に延びるように設けられ、カップリング３０８を介してモータ３０２によって駆動される。
昇降部材３０６は、ボールねじ３０４に対応したナット３１０を有し、ボールねじ３０４の回転に応じて昇降できる。
なお、昇降部材３０６の昇降動作は、ボールねじ３０４に沿って延びるリニアガイド（ガイドの一例）３１２によって案内される。
モータ３０２は、例えば、ステッピングモータであり、モータシャフトが上下方向に延びるように配置され、支持部材２０２に固定されたモータドライバ（不図示）にケーブルを介して接続されている。
ボールねじ３０４は、回転中心軸ＡＸＶが上下方向に延びるように設けられ、カップリング３０８を介してモータ３０２によって駆動される。
昇降部材３０６は、ボールねじ３０４に対応したナット３１０を有し、ボールねじ３０４の回転に応じて昇降できる。
なお、昇降部材３０６の昇降動作は、ボールねじ３０４に沿って延びるリニアガイド（ガイドの一例）３１２によって案内される。
【0019】
ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）４０は、周囲の構造物までの距離を測定するためのセンサであり、昇降部材３０６に固定されている。
ＬｉＤＡＲ４０は、軌道（レール１２）が延びる方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした放射状にレーザー光を照射し、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式に基づいて、軌道の周囲に設置された構造物までの距離の情報を出力できる。
ＬｉＤＡＲ４０の測定範囲は、図２に示すように、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした、下方を除く中心角θの扇形の範囲であり、複数のステップ（例えば、同図２に示すように０～１０８０ステップ）に分割された各角度位置について、測定対象までの距離が測定される。
ＬｉＤＡＲ４０は、軌道（レール１２）が延びる方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした放射状にレーザー光を照射し、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式に基づいて、軌道の周囲に設置された構造物までの距離の情報を出力できる。
ＬｉＤＡＲ４０の測定範囲は、図２に示すように、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした、下方を除く中心角θの扇形の範囲であり、複数のステップ（例えば、同図２に示すように０～１０８０ステップ）に分割された各角度位置について、測定対象までの距離が測定される。
【0020】
ＬｉＤＡＲ４０は、構造物に反射したレーザー光を受光する受光素子（不図示）を有しており、この受光素子にて受光した光の強さである反射強度（受光強度）の情報を出力することもできる。
すなわち、ＬｉＤＡＲ４０は、構造物までの距離の情報及びレーザー光の反射強度の情報のうち、少なくとも一方の情報を出力できる。
すなわち、ＬｉＤＡＲ４０は、構造物までの距離の情報及びレーザー光の反射強度の情報のうち、少なくとも一方の情報を出力できる。
【0021】
ここで一般に、ＬｉＤＡＲ４０による測定値には、測定対象物の形状の境目に測定誤差が生じる。この測定誤差は、２つの要因により生じると考えられる。
第１の要因は、ＬｉＤＡＲ４０から照射されたレーザーが拡散し、反射光が複数生じることである。図３（Ａ）に示すように、複数の反射光ＲＬ１、ＲＬ２によって、Ａ部に示すような測定誤差が発生する。
第２の要因は、同一ステップにおいて、ＬｉＤＡＲのレーザーが同一地点に照射されないことである。図３（Ｂ）に示すように、ｎー２回目、ｎ－１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目及びｎ＋２回目の同一ステップにおいて、照射範囲にずれが存在するため、測定誤差が発生する。
第１の要因は、ＬｉＤＡＲ４０から照射されたレーザーが拡散し、反射光が複数生じることである。図３（Ａ）に示すように、複数の反射光ＲＬ１、ＲＬ２によって、Ａ部に示すような測定誤差が発生する。
第２の要因は、同一ステップにおいて、ＬｉＤＡＲのレーザーが同一地点に照射されないことである。図３（Ｂ）に示すように、ｎー２回目、ｎ－１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目及びｎ＋２回目の同一ステップにおいて、照射範囲にずれが存在するため、測定誤差が発生する。
【0022】
これら第１の要因及び第２の要因により、測定対象である構造物までの距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差が大きくなり、実環境では測定されない値が測定誤差として発生すると考えられる。換言すると、同一ステップ内において距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差が大きくなったときに測定誤差が発生すると考えられる。
【0023】
制御部５０は、図１に示す処理部６０から受信した指令に基づいて、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２を制御できる。
制御部５０は、支持部材２０２に設けられており、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２に駆動電流を供給するためのモータドライバ（不図示）にそれぞれケーブルを介して接続されている。
制御部５０は、支持部材２０２に設けられており、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２に駆動電流を供給するためのモータドライバ（不図示）にそれぞれケーブルを介して接続されている。
【0024】
処理部６０は、作業員が測定現場にて操作できるコンピュータであり、例えば、タブレットＰＣやノートＰＣである。
処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制できる。
詳細には、処理部６０は、教示なしデータ分類手法であるｋ－平均法（クラスタ解析の一例）に基づいて、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングし、設定された閾値以上の大きさの標準偏差（予め決められた大きさ以上の標準偏差）に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
なお、クラスタ解析は、ｋ－平均法に限定されるものではなく、これ以外の教師なし学習により実行されてもよい。
処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制できる。
詳細には、処理部６０は、教示なしデータ分類手法であるｋ－平均法（クラスタ解析の一例）に基づいて、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングし、設定された閾値以上の大きさの標準偏差（予め決められた大きさ以上の標準偏差）に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
なお、クラスタ解析は、ｋ－平均法に限定されるものではなく、これ以外の教師なし学習により実行されてもよい。
【0025】
無線通信部は、ＬｉＤＡＲ４０及び処理部６０が互いに無線通信するための通信装置であり、対となる第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂにより構成される。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に接続され、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈにより互いに無線通信できる。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に内蔵されていてもよい。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に接続され、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈにより互いに無線通信できる。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に内蔵されていてもよい。
【0026】
次に、建築限界測定装置１０の動作（使用方法）について説明する。建築限界測定装置１０は、次のステップＳ１～Ｓ４に従って動作する。
【0027】
（ステップＳ１）
建築限界測定装置１０が、測定現場に搬入される。測定現場は、例えば、新規に構造物が設置された場所である。
建築限界測定装置１０が、測定現場に搬入される。測定現場は、例えば、新規に構造物が設置された場所である。
【0028】
（ステップＳ２）
一対の位置決め部材２０６（図１参照）がレール１２の内側に位置するように、建築限界測定装置１０が設置される。建築限界測定装置１０は、位置決め部材２０６によってレール１２の幅方向に位置決めされ、走査軸ＡＸＳが、軌道が延びる方向に延びるようにＬｉＤＡＲ４０が配置される。
一対の位置決め部材２０６（図１参照）がレール１２の内側に位置するように、建築限界測定装置１０が設置される。建築限界測定装置１０は、位置決め部材２０６によってレール１２の幅方向に位置決めされ、走査軸ＡＸＳが、軌道が延びる方向に延びるようにＬｉＤＡＲ４０が配置される。
【0029】
（ステップＳ３）
作業員の操作により処理部６０から測定を開始する指令が送信される。制御部５０が、第２の送受信器７０ｂ及び第１の送受信器７０ａを介してこの指令を受信すると、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２の制御を開始する。
その結果、ＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。測定が完了した後、モータ３０２によってボールねじ３０４が駆動され、ボールねじ３０４の回転に応じてＬｉＤＡＲ４０が予め決められた高さ位置まで上昇する。上昇後、再びＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。
ＬｉＤＡＲ４０は、この測定と上昇の動作を予め設定された高さ位置まで繰り返す。
なお、ＬｉＤＡＲ４０は、高さを変えて測定すればよく、測定と上昇の動作に代えて測定と下降の動作を繰り返してもよい。
作業員の操作により処理部６０から測定を開始する指令が送信される。制御部５０が、第２の送受信器７０ｂ及び第１の送受信器７０ａを介してこの指令を受信すると、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２の制御を開始する。
その結果、ＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。測定が完了した後、モータ３０２によってボールねじ３０４が駆動され、ボールねじ３０４の回転に応じてＬｉＤＡＲ４０が予め決められた高さ位置まで上昇する。上昇後、再びＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。
ＬｉＤＡＲ４０は、この測定と上昇の動作を予め設定された高さ位置まで繰り返す。
なお、ＬｉＤＡＲ４０は、高さを変えて測定すればよく、測定と上昇の動作に代えて測定と下降の動作を繰り返してもよい。
【0030】
ここで、ＬｉＤＡＲ４０が、昇降と距離の測定を繰り返すことによる作用について説明する。
図４（Ａ）は、測定対象Ｔ１がＬｉＤＡＲ４０から距離ｄ０だけ離れた位置にある平面の場合であって、ＬｉＤＡＲ４０が固定され昇降せずに測定する状態を示している。第ｎステップ目の測定点Ｐｎと第ｎ＋１ステップ目の測定点Ｐｎ＋１との上下方向の間隔はｈｎである。
一方、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した状態からＬｉＤＡＲがｈｎ／２だけ上昇して測定する状態を示している。各測定点ＰＡｎ、ＰＢｎ、ＰＡｎ＋１、ＰＢｎ＋１の上下方向の間隔はｈｎ／２となり、昇降しない場合の１／２となる。
このように、ＬｉＤＡＲ４０が昇降しながら測定した方が、固定された状態で測定する場合と比較して、測定点の間隔が密になり、測定対象Ｔ１の形状がより高い精度で測定される。
図４（Ａ）は、測定対象Ｔ１がＬｉＤＡＲ４０から距離ｄ０だけ離れた位置にある平面の場合であって、ＬｉＤＡＲ４０が固定され昇降せずに測定する状態を示している。第ｎステップ目の測定点Ｐｎと第ｎ＋１ステップ目の測定点Ｐｎ＋１との上下方向の間隔はｈｎである。
一方、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した状態からＬｉＤＡＲがｈｎ／２だけ上昇して測定する状態を示している。各測定点ＰＡｎ、ＰＢｎ、ＰＡｎ＋１、ＰＢｎ＋１の上下方向の間隔はｈｎ／２となり、昇降しない場合の１／２となる。
このように、ＬｉＤＡＲ４０が昇降しながら測定した方が、固定された状態で測定する場合と比較して、測定点の間隔が密になり、測定対象Ｔ１の形状がより高い精度で測定される。
【0031】
（ステップＳ４）
ＬｉＤＡＲ４０によって得られた距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報は、無線通信部を介して処理部６０に送信される。処理部６０は、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差を算出し、前述のｋ－平均法に基づいて、算出された標準偏差をクラスタリングする。予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報は測定誤差として除去される。その後、処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０を原点としたＸＹ直交座標系におけるデータとして、測定誤差が除去された距離の情報をプロットし、構造物の形状を示すグラフを生成する。
生成されたグラフは、測定された距離とともにディスプレイに表示され、作業員がこれを確認することにより、構造物が建築限界を侵していないことが視覚的に把握される。
ＬｉＤＡＲ４０によって得られた距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報は、無線通信部を介して処理部６０に送信される。処理部６０は、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差を算出し、前述のｋ－平均法に基づいて、算出された標準偏差をクラスタリングする。予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報は測定誤差として除去される。その後、処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０を原点としたＸＹ直交座標系におけるデータとして、測定誤差が除去された距離の情報をプロットし、構造物の形状を示すグラフを生成する。
生成されたグラフは、測定された距離とともにディスプレイに表示され、作業員がこれを確認することにより、構造物が建築限界を侵していないことが視覚的に把握される。
【0032】
次に、実施例を示し、建築限界測定装置１０について更に説明する。
発明者らは、建築限界測定装置１０の測定誤差を除去する効果を確認するため、建築限界測定装置１０に相当する試験装置を製作し、図５（Ａ）に示すようなトンネル内部の入り口部分を測定する試験を行った。なお、トンネル内部の入口部分には、トロリ線、各種の電線及びこれらの電線を固定するためのブラケットが配置されている。
試験に使用したＬｉＤＡＲは、北陽電機製のＵＳＴ－１０ＬＸであり、検出距離は１０ｍ、測距精度は±４０ｍｍ、走査角度は２７０度、角度分解能は０．２５度、走査時間は２５ｍｓｅｃ、繰り返し精度は３０ｍｍ以下である。
発明者らは、建築限界測定装置１０の測定誤差を除去する効果を確認するため、建築限界測定装置１０に相当する試験装置を製作し、図５（Ａ）に示すようなトンネル内部の入り口部分を測定する試験を行った。なお、トンネル内部の入口部分には、トロリ線、各種の電線及びこれらの電線を固定するためのブラケットが配置されている。
試験に使用したＬｉＤＡＲは、北陽電機製のＵＳＴ－１０ＬＸであり、検出距離は１０ｍ、測距精度は±４０ｍｍ、走査角度は２７０度、角度分解能は０．２５度、走査時間は２５ｍｓｅｃ、繰り返し精度は３０ｍｍ以下である。
【0033】
ＬｉＤＡＲは昇降させずに上下方向の位置を固定した状態で測定し、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すような測定データを得た。
図５（Ｂ）は、処理部６０により測定誤差が除去される前の測定データであり、Ｘ印で示した測定データが測定誤差を示している。図５（Ｃ）は、処理部６０により測定誤差が除去された測定データを示している。
図５（Ｂ）は、処理部６０により測定誤差が除去される前の測定データであり、Ｘ印で示した測定データが測定誤差を示している。図５（Ｃ）は、処理部６０により測定誤差が除去された測定データを示している。
【0034】
図５（Ｃ）に示す測定データは、特に側方において、測定誤差が抑制され、実環境に近い形状を示していることが明らかとなった。
【0035】
続いて発明者らは、建築限界測定装置１０が備えるＬｉＤＡＲ４０を昇降させることによる効果を確認するため、図６に示す試験装置を製作した。
測定対象Ｔ２は、ダンボールにて形成された板状の物体であり、ＬｉＤＡＲ４０から１０００ｍｍ離れた位置に配置されている。この測定対象に対し、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍから２３４ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで上昇させ、各高さで測定を行い、ステップごとに測定データの平均値を算出した。
測定対象Ｔ２は、ダンボールにて形成された板状の物体であり、ＬｉＤＡＲ４０から１０００ｍｍ離れた位置に配置されている。この測定対象に対し、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍから２３４ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで上昇させ、各高さで測定を行い、ステップごとに測定データの平均値を算出した。
【0036】
図７（Ａ）は、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍの位置にて固定した場合の測定データを示し、図７（Ｂ）は、ＬｉＤＡＲを上昇させた場合の測定データを示している。
各図を対比すると明らかなように、図７（Ａ）よりも図７（Ｂ）の方が、より測定点が密であり、測定対象物の形状がより明確となった。
各図を対比すると明らかなように、図７（Ａ）よりも図７（Ｂ）の方が、より測定点が密であり、測定対象物の形状がより明確となった。
【0037】
このように、建築限界測定装置１０によれば、より高い精度で構造物までの距離が測定できる。
【0038】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
建築限界測定装置は、鉄道の軌道上で使用されることに限定されるものではなく、自動車や歩行者が通行する道路上で使用されてもよい。
建築限界測定装置は、鉄道の軌道上で使用されることに限定されるものではなく、自動車や歩行者が通行する道路上で使用されてもよい。
【符号の説明】
【0039】
１０ 建築限界測定装置
１２ レール
２０ ベース部
３０ 昇降部
５０ 制御部
６０ 処理部
７０ａ 第１の送受信器
７０ｂ 第２の送受信器
２０２ 支持部材
２０４ 固定部材
２０６ 位置決め部材
３０２ モータ
３０６ 昇降部材
３０８ カップリング
３１０ ナット
ＡＸＶ 回転中心軸
ＡＸＳ 走査軸
Ｔ１、Ｔ２ 測定対象
１２ レール
２０ ベース部
３０ 昇降部
５０ 制御部
６０ 処理部
７０ａ 第１の送受信器
７０ｂ 第２の送受信器
２０２ 支持部材
２０４ 固定部材
２０６ 位置決め部材
３０２ モータ
３０６ 昇降部材
３０８ カップリング
３１０ ナット
ＡＸＶ 回転中心軸
ＡＸＳ 走査軸
Ｔ１、Ｔ２ 測定対象
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、複数のステップに分割された各角度位置について、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲと、
前記ＬｉＤＡＲから得られた同一の前記ステップにおける前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備え、
前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲから得られた同一の前記ステップにおける前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備え、
前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する建築限界測定装置。
【請求項2】
請求項１記載の建築限界測定装置において、
前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される建築限界測定装置。
前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される建築限界測定装置。
【請求項3】
請求項２記載の建築限界測定装置において、
前記教師なし学習が、ｋ－平均法である建築限界測定装置。
前記教師なし学習が、ｋ－平均法である建築限界測定装置。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建築限界測定装置において、
前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備えた建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備えた建築限界測定装置。
【請求項5】
請求項４記載の建築限界測定装置において、
前記昇降部が、モータと、
前記モータによって駆動されるボールねじと、
前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する建築限界測定装置。
前記昇降部が、モータと、
前記モータによって駆動されるボールねじと、
前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する建築限界測定装置。
【請求項6】
請求項５記載の建築限界測定装置において、
該建築限界測定装置を鉄道の軌道上にあるレールの幅方向に位置決めする位置決め部材を更に備え、
前記走査軸の延びる方向が前記軌道が延びる方向となるように、前記ＬｉＤＡＲが配置される建築限界測定装置。
該建築限界測定装置を鉄道の軌道上にあるレールの幅方向に位置決めする位置決め部材を更に備え、
前記走査軸の延びる方向が前記軌道が延びる方向となるように、前記ＬｉＤＡＲが配置される建築限界測定装置。
【請求項7】
請求項６記載の建築限界測定装置において、
前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備えた建築限界測定装置。
前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備えた建築限界測定装置。
【請求項8】
ＬｉＤＡＲが、一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、複数のステップに分割された各角度位置について、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するステップと、
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、
予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含み、
前記測定誤差が、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる誤差である建築限界測定方法。
前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、
予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含み、
前記測定誤差が、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる誤差である建築限界測定方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建築限界測定装置及び建築限界測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、測定器に特別な機能の追加を行わなくても、線路周辺の構造物の精密な形状測定を行うことのできる三次元形状測定装置が記載されている。
この三次元形状測定装置は、レール上を移動可能な台車と、台車の移動方向の一方と逆方とにそれぞれ設けられ、レール上を走行する動力車と連結可能な第１連結部および第２連結部と、進行方向に対して斜めのスキャン面に沿って順次光線を照射し、周囲の構造物の形状を測定する測定器と、台車に固定されて測定器が搭載される載置台と、を備え、載置台が、測定器の前後の向きを変更可能な回転テーブルを有することを特徴としている。
この三次元形状測定装置は、レール上を移動可能な台車と、台車の移動方向の一方と逆方とにそれぞれ設けられ、レール上を走行する動力車と連結可能な第１連結部および第２連結部と、進行方向に対して斜めのスキャン面に沿って順次光線を照射し、周囲の構造物の形状を測定する測定器と、台車に固定されて測定器が搭載される載置台と、を備え、載置台が、測定器の前後の向きを変更可能な回転テーブルを有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－１３３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、より高い精度で構造物までの距離が測定できる建築限界測定装置及び建築限界測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
請求項１に記載の発明は、一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、複数のステップに分割された各角度位置について、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するＬｉＤＡＲと、前記ＬｉＤＡＲから得られた同一の前記ステップにおける前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差に基づいて、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる前記距離の情報の測定誤差を抑制する処理部と、を備え、前記処理部が、クラスタ解析に基づいて前記標準偏差をクラスタリングし、前記距離の情報から、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を除外する建築限界測定装置である。
【0006】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の建築限界測定装置において、前記クラスタ解析が、教師なし学習により実行される。
【0007】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の建築限界測定装置において、前記教師なし学習が、ｋ－平均法である。
【0008】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建築限界測定装置において、前記ＬｉＤＡＲを昇降させる昇降部を更に備える。
【0009】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の建築限界測定装置において、前記昇降部が、モータと、前記モータによって駆動されるボールねじと、前記ＬｉＤＡＲが固定され、前記ボールねじの回転に応じて昇降する昇降部材と、を有する。
【0010】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の建築限界測定装置において、該建築限界測定装置を鉄道の軌道上にあるレールの幅方向に位置決めする位置決め部材を更に備え、前記走査軸の延びる方向が前記軌道が延びる方向となるように、前記ＬｉＤＡＲが配置される。
【0011】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の建築限界測定装置において、前記ＬｉＤＡＲと前記処理部とが互いに無線で通信するための無線通信部を更に備える。
【0012】
請求項８に記載の発明は、ＬｉＤＡＲが、一方向に延びる走査軸を中心としてレーザー光を照射し、複数のステップに分割された各角度位置について、構造物までの距離の情報又は該レーザー光の反射強度の情報を出力するステップと、前記ＬｉＤＡＲから得られた前記距離の情報又は前記反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングするステップと、予め決められた大きさ以上の前記標準偏差に対応する前記距離の情報を測定誤差として前記距離の情報から除外するステップと、を含み、前記測定誤差が、同一の前記ステップにて前記レーザー光が同一地点に照射されないことに起因して前記構造物の形状の境目に生じる誤差である建築限界測定方法である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、より高い精度で構造物までの距離が測定できる建築限界測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施の形態に係る建築限界測定装置の説明図である。
【図2】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲの測定範囲を示す説明図である。
【図3】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、測定誤差が発生する第１の要因及び第２の要因を示す説明図である。
【図4】同建築限界測定装置が備える昇降部の動作を示す説明図であって、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＬｉＤＡＲを固定した場合を示す説明図及びＬｉＤＡＲを上昇させた場合の説明図である。
【図5】（Ａ）は、測定対象となるトンネル内部の入り口を示す写真であり、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、測定誤差を除去する前の測定データを示すグラフ及び測定誤差を除去した後の測定データを示すグラフである。
【図6】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲを昇降させることによる効果を確認するための試験装置の説明図である。
【図7】同建築限界測定装置が備えるＬｉＤＡＲを昇降させることによる効果を示すグラフであって、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＬｉＤＡＲを上昇させずに固定した場合の測定データを示すグラフ及び上昇させた場合の測定データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【0016】
本発明の一実施の形態に係る建築限界測定装置１０は、図１に示すように、ベース部２０、昇降部３０、ＬｉＤＡＲ４０、制御部５０、処理部６０及び無線通信部を備えている。
【0017】
ベース部２０は、鉄道の軌道上に設置される部材であり、支持部材２０２及び固定部材２０４を有している。
支持部材２０２は、軌間よりも長い板状の部材であり、レール１２の上に、一対のレール１２と交差するように設置される。支持部材２０２の下側の面には、軌間よりも僅かに狭い間隔で配置され、それぞれ下方へと延びる一対の位置決め部材２０６が設けられている。
固定部材２０４は、板状の部材であり、支持部材２０２から上方に延びるように配置されている。
支持部材２０２は、軌間よりも長い板状の部材であり、レール１２の上に、一対のレール１２と交差するように設置される。支持部材２０２の下側の面には、軌間よりも僅かに狭い間隔で配置され、それぞれ下方へと延びる一対の位置決め部材２０６が設けられている。
固定部材２０４は、板状の部材であり、支持部材２０２から上方に延びるように配置されている。
【0018】
昇降部３０は、ＬｉＤＡＲ４０を昇降させることができ、固定部材２０４に設けられ、モータ３０２、ボールねじ３０４及び昇降部材３０６を有している。
モータ３０２は、例えば、ステッピングモータであり、モータシャフトが上下方向に延びるように配置され、支持部材２０２に固定されたモータドライバ（不図示）にケーブルを介して接続されている。
ボールねじ３０４は、回転中心軸ＡＸＶが上下方向に延びるように設けられ、カップリング３０８を介してモータ３０２によって駆動される。
昇降部材３０６は、ボールねじ３０４に対応したナット３１０を有し、ボールねじ３０４の回転に応じて昇降できる。
なお、昇降部材３０６の昇降動作は、ボールねじ３０４に沿って延びるリニアガイド（ガイドの一例）３１２によって案内される。
モータ３０２は、例えば、ステッピングモータであり、モータシャフトが上下方向に延びるように配置され、支持部材２０２に固定されたモータドライバ（不図示）にケーブルを介して接続されている。
ボールねじ３０４は、回転中心軸ＡＸＶが上下方向に延びるように設けられ、カップリング３０８を介してモータ３０２によって駆動される。
昇降部材３０６は、ボールねじ３０４に対応したナット３１０を有し、ボールねじ３０４の回転に応じて昇降できる。
なお、昇降部材３０６の昇降動作は、ボールねじ３０４に沿って延びるリニアガイド（ガイドの一例）３１２によって案内される。
【0019】
ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）４０は、周囲の構造物までの距離を測定するためのセンサであり、昇降部材３０６に固定されている。
ＬｉＤＡＲ４０は、軌道（レール１２）が延びる方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした放射状にレーザー光を照射し、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式に基づいて、軌道の周囲に設置された構造物までの距離の情報を出力できる。
ＬｉＤＡＲ４０の測定範囲は、図２に示すように、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした、下方を除く中心角θの扇形の範囲であり、複数のステップ（例えば、同図２に示すように０～１０８０ステップ）に分割された各角度位置について、測定対象までの距離が測定される。
ＬｉＤＡＲ４０は、軌道（レール１２）が延びる方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした放射状にレーザー光を照射し、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式に基づいて、軌道の周囲に設置された構造物までの距離の情報を出力できる。
ＬｉＤＡＲ４０の測定範囲は、図２に示すように、一方向に延びる走査軸ＡＸＳを中心とした、下方を除く中心角θの扇形の範囲であり、複数のステップ（例えば、同図２に示すように０～１０８０ステップ）に分割された各角度位置について、測定対象までの距離が測定される。
【0020】
ＬｉＤＡＲ４０は、構造物に反射したレーザー光を受光する受光素子（不図示）を有しており、この受光素子にて受光した光の強さである反射強度（受光強度）の情報を出力することもできる。
すなわち、ＬｉＤＡＲ４０は、構造物までの距離の情報及びレーザー光の反射強度の情報のうち、少なくとも一方の情報を出力できる。
すなわち、ＬｉＤＡＲ４０は、構造物までの距離の情報及びレーザー光の反射強度の情報のうち、少なくとも一方の情報を出力できる。
【0021】
ここで一般に、ＬｉＤＡＲ４０による測定値には、測定対象物の形状の境目に測定誤差が生じる。この測定誤差は、２つの要因により生じると考えられる。
第１の要因は、ＬｉＤＡＲ４０から照射されたレーザーが拡散し、反射光が複数生じることである。図３（Ａ）に示すように、複数の反射光ＲＬ１、ＲＬ２によって、Ａ部に示すような測定誤差が発生する。
第２の要因は、同一ステップにおいて、ＬｉＤＡＲのレーザーが同一地点に照射されないことである。図３（Ｂ）に示すように、ｎ－２回目、ｎ－１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目及びｎ＋２回目の同一ステップにおいて、照射範囲にずれが存在するため、測定誤差が発生する。
第１の要因は、ＬｉＤＡＲ４０から照射されたレーザーが拡散し、反射光が複数生じることである。図３（Ａ）に示すように、複数の反射光ＲＬ１、ＲＬ２によって、Ａ部に示すような測定誤差が発生する。
第２の要因は、同一ステップにおいて、ＬｉＤＡＲのレーザーが同一地点に照射されないことである。図３（Ｂ）に示すように、ｎ－２回目、ｎ－１回目、ｎ回目、ｎ＋１回目及びｎ＋２回目の同一ステップにおいて、照射範囲にずれが存在するため、測定誤差が発生する。
【0022】
これら第１の要因及び第２の要因により、測定対象である構造物までの距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差が大きくなり、実環境では測定されない値が測定誤差として発生すると考えられる。換言すると、同一ステップ内において距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差が大きくなったときに測定誤差が発生すると考えられる。
【0023】
制御部５０は、図１に示す処理部６０から受信した指令に基づいて、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２を制御できる。
制御部５０は、支持部材２０２に設けられており、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２に駆動電流を供給するためのモータドライバ（不図示）にそれぞれケーブルを介して接続されている。
制御部５０は、支持部材２０２に設けられており、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２に駆動電流を供給するためのモータドライバ（不図示）にそれぞれケーブルを介して接続されている。
【0024】
処理部６０は、作業員が測定現場にて操作できるコンピュータであり、例えば、タブレットＰＣやノートＰＣである。
処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制できる。
詳細には、処理部６０は、教示なしデータ分類手法であるｋ－平均法（クラスタ解析の一例）に基づいて、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングし、設定された閾値以上の大きさの標準偏差（予め決められた大きさ以上の標準偏差）に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
なお、クラスタ解析は、ｋ－平均法に限定されるものではなく、これ以外の教師なし学習により実行されてもよい。
処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０から得られた距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差に基づいて測定誤差を抑制できる。
詳細には、処理部６０は、教示なしデータ分類手法であるｋ－平均法（クラスタ解析の一例）に基づいて、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差をクラスタリングし、設定された閾値以上の大きさの標準偏差（予め決められた大きさ以上の標準偏差）に対応する距離の情報を測定誤差として距離の情報から除外する。
なお、クラスタ解析は、ｋ－平均法に限定されるものではなく、これ以外の教師なし学習により実行されてもよい。
【0025】
無線通信部は、ＬｉＤＡＲ４０及び処理部６０が互いに無線通信するための通信装置であり、対となる第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂにより構成される。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に接続され、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈにより互いに無線通信できる。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に内蔵されていてもよい。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に接続され、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈにより互いに無線通信できる。
第１の送受信器７０ａ及び第２の送受信器７０ｂは、それぞれ、制御部５０及び処理部６０に内蔵されていてもよい。
【0026】
次に、建築限界測定装置１０の動作（使用方法）について説明する。建築限界測定装置１０は、次のステップＳ１～Ｓ４に従って動作する。
【0027】
（ステップＳ１）
建築限界測定装置１０が、測定現場に搬入される。測定現場は、例えば、新規に構造物が設置された場所である。
建築限界測定装置１０が、測定現場に搬入される。測定現場は、例えば、新規に構造物が設置された場所である。
【0028】
（ステップＳ２）
一対の位置決め部材２０６（図１参照）がレール１２の内側に位置するように、建築限界測定装置１０が設置される。建築限界測定装置１０は、位置決め部材２０６によってレール１２の幅方向に位置決めされ、走査軸ＡＸＳが、軌道が延びる方向に延びるようにＬｉＤＡＲ４０が配置される。
一対の位置決め部材２０６（図１参照）がレール１２の内側に位置するように、建築限界測定装置１０が設置される。建築限界測定装置１０は、位置決め部材２０６によってレール１２の幅方向に位置決めされ、走査軸ＡＸＳが、軌道が延びる方向に延びるようにＬｉＤＡＲ４０が配置される。
【0029】
（ステップＳ３）
作業員の操作により処理部６０から測定を開始する指令が送信される。制御部５０が、第２の送受信器７０ｂ及び第１の送受信器７０ａを介してこの指令を受信すると、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２の制御を開始する。
その結果、ＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。測定が完了した後、モータ３０２によってボールねじ３０４が駆動され、ボールねじ３０４の回転に応じてＬｉＤＡＲ４０が予め決められた高さ位置まで上昇する。上昇後、再びＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。
ＬｉＤＡＲ４０は、この測定と上昇の動作を予め設定された高さ位置まで繰り返す。
なお、ＬｉＤＡＲ４０は、高さを変えて測定すればよく、測定と上昇の動作に代えて測定と下降の動作を繰り返してもよい。
作業員の操作により処理部６０から測定を開始する指令が送信される。制御部５０が、第２の送受信器７０ｂ及び第１の送受信器７０ａを介してこの指令を受信すると、ＬｉＤＡＲ４０及びモータ３０２の制御を開始する。
その結果、ＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。測定が完了した後、モータ３０２によってボールねじ３０４が駆動され、ボールねじ３０４の回転に応じてＬｉＤＡＲ４０が予め決められた高さ位置まで上昇する。上昇後、再びＬｉＤＡＲ４０がレーザー光を照射し、周囲にある構造物まで距離を測定する。
ＬｉＤＡＲ４０は、この測定と上昇の動作を予め設定された高さ位置まで繰り返す。
なお、ＬｉＤＡＲ４０は、高さを変えて測定すればよく、測定と上昇の動作に代えて測定と下降の動作を繰り返してもよい。
【0030】
ここで、ＬｉＤＡＲ４０が、昇降と距離の測定を繰り返すことによる作用について説明する。
図４（Ａ）は、測定対象Ｔ１がＬｉＤＡＲ４０から距離ｄ０だけ離れた位置にある平面の場合であって、ＬｉＤＡＲ４０が固定され昇降せずに測定する状態を示している。第ｎステップ目の測定点Ｐｎと第ｎ＋１ステップ目の測定点Ｐｎ＋１との上下方向の間隔はｈｎである。
一方、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した状態からＬｉＤＡＲがｈｎ／２だけ上昇して測定する状態を示している。各測定点ＰＡｎ、ＰＢｎ、ＰＡｎ＋１、ＰＢｎ＋１の上下方向の間隔はｈｎ／２となり、昇降しない場合の１／２となる。
このように、ＬｉＤＡＲ４０が昇降しながら測定した方が、固定された状態で測定する場合と比較して、測定点の間隔が密になり、測定対象Ｔ１の形状がより高い精度で測定される。
図４（Ａ）は、測定対象Ｔ１がＬｉＤＡＲ４０から距離ｄ０だけ離れた位置にある平面の場合であって、ＬｉＤＡＲ４０が固定され昇降せずに測定する状態を示している。第ｎステップ目の測定点Ｐｎと第ｎ＋１ステップ目の測定点Ｐｎ＋１との上下方向の間隔はｈｎである。
一方、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した状態からＬｉＤＡＲがｈｎ／２だけ上昇して測定する状態を示している。各測定点ＰＡｎ、ＰＢｎ、ＰＡｎ＋１、ＰＢｎ＋１の上下方向の間隔はｈｎ／２となり、昇降しない場合の１／２となる。
このように、ＬｉＤＡＲ４０が昇降しながら測定した方が、固定された状態で測定する場合と比較して、測定点の間隔が密になり、測定対象Ｔ１の形状がより高い精度で測定される。
【0031】
（ステップＳ４）
ＬｉＤＡＲ４０によって得られた距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報は、無線通信部を介して処理部６０に送信される。処理部６０は、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差を算出し、前述のｋ－平均法に基づいて、算出された標準偏差をクラスタリングする。予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報は測定誤差として除去される。その後、処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０を原点としたＸＹ直交座標系におけるデータとして、測定誤差が除去された距離の情報をプロットし、構造物の形状を示すグラフを生成する。
生成されたグラフは、測定された距離とともにディスプレイに表示され、作業員がこれを確認することにより、構造物が建築限界を侵していないことが視覚的に把握される。
ＬｉＤＡＲ４０によって得られた距離の情報又はレーザー光の反射強度の情報は、無線通信部を介して処理部６０に送信される。処理部６０は、距離の情報の標準偏差又は反射強度の情報の標準偏差を算出し、前述のｋ－平均法に基づいて、算出された標準偏差をクラスタリングする。予め決められた大きさ以上の標準偏差に対応する距離の情報は測定誤差として除去される。その後、処理部６０は、ＬｉＤＡＲ４０を原点としたＸＹ直交座標系におけるデータとして、測定誤差が除去された距離の情報をプロットし、構造物の形状を示すグラフを生成する。
生成されたグラフは、測定された距離とともにディスプレイに表示され、作業員がこれを確認することにより、構造物が建築限界を侵していないことが視覚的に把握される。
【0032】
次に、実施例を示し、建築限界測定装置１０について更に説明する。
発明者らは、建築限界測定装置１０の測定誤差を除去する効果を確認するため、建築限界測定装置１０に相当する試験装置を製作し、図５（Ａ）に示すようなトンネル内部の入り口部分を測定する試験を行った。なお、トンネル内部の入口部分には、トロリ線、各種の電線及びこれらの電線を固定するためのブラケットが配置されている。
試験に使用したＬｉＤＡＲは、北陽電機製のＵＳＴ－１０ＬＸであり、検出距離は１０ｍ、測距精度は±４０ｍｍ、走査角度は２７０度、角度分解能は０．２５度、走査時間は２５ｍｓｅｃ、繰り返し精度は３０ｍｍ以下である。
発明者らは、建築限界測定装置１０の測定誤差を除去する効果を確認するため、建築限界測定装置１０に相当する試験装置を製作し、図５（Ａ）に示すようなトンネル内部の入り口部分を測定する試験を行った。なお、トンネル内部の入口部分には、トロリ線、各種の電線及びこれらの電線を固定するためのブラケットが配置されている。
試験に使用したＬｉＤＡＲは、北陽電機製のＵＳＴ－１０ＬＸであり、検出距離は１０ｍ、測距精度は±４０ｍｍ、走査角度は２７０度、角度分解能は０．２５度、走査時間は２５ｍｓｅｃ、繰り返し精度は３０ｍｍ以下である。
【0033】
ＬｉＤＡＲは昇降させずに上下方向の位置を固定した状態で測定し、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すような測定データを得た。
図５（Ｂ）は、処理部６０により測定誤差が除去される前の測定データであり、Ｘ印で示した測定データが測定誤差を示している。図５（Ｃ）は、処理部６０により測定誤差が除去された測定データを示している。
図５（Ｂ）は、処理部６０により測定誤差が除去される前の測定データであり、Ｘ印で示した測定データが測定誤差を示している。図５（Ｃ）は、処理部６０により測定誤差が除去された測定データを示している。
【0034】
図５（Ｃ）に示す測定データは、特に側方において、測定誤差が抑制され、実環境に近い形状を示していることが明らかとなった。
【0035】
続いて発明者らは、建築限界測定装置１０が備えるＬｉＤＡＲ４０を昇降させることによる効果を確認するため、図６に示す試験装置を製作した。
測定対象Ｔ２は、ダンボールにて形成された板状の物体であり、ＬｉＤＡＲ４０から１０００ｍｍ離れた位置に配置されている。この測定対象に対し、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍから２３４ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで上昇させ、各高さで測定を行い、ステップごとに測定データの平均値を算出した。
測定対象Ｔ２は、ダンボールにて形成された板状の物体であり、ＬｉＤＡＲ４０から１０００ｍｍ離れた位置に配置されている。この測定対象に対し、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍから２３４ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで上昇させ、各高さで測定を行い、ステップごとに測定データの平均値を算出した。
【0036】
図７（Ａ）は、ＬｉＤＡＲ４０を高さ２３０ｍｍの位置にて固定した場合の測定データを示し、図７（Ｂ）は、ＬｉＤＡＲを上昇させた場合の測定データを示している。
各図を対比すると明らかなように、図７（Ａ）よりも図７（Ｂ）の方が、より測定点が密であり、測定対象物の形状がより明確となった。
各図を対比すると明らかなように、図７（Ａ）よりも図７（Ｂ）の方が、より測定点が密であり、測定対象物の形状がより明確となった。
【0037】
このように、建築限界測定装置１０によれば、より高い精度で構造物までの距離が測定できる。
【0038】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
建築限界測定装置は、鉄道の軌道上で使用されることに限定されるものではなく、自動車や歩行者が通行する道路上で使用されてもよい。
建築限界測定装置は、鉄道の軌道上で使用されることに限定されるものではなく、自動車や歩行者が通行する道路上で使用されてもよい。
【符号の説明】
【0039】
１０ 建築限界測定装置
１２ レール
２０ ベース部
３０ 昇降部
５０ 制御部
６０ 処理部
７０ａ 第１の送受信器
７０ｂ 第２の送受信器
２０２ 支持部材
２０４ 固定部材
２０６ 位置決め部材
３０２ モータ
３０６ 昇降部材
３０８ カップリング
３１０ ナット
ＡＸＶ 回転中心軸
ＡＸＳ 走査軸
Ｔ１、Ｔ２ 測定対象
１２ レール
２０ ベース部
３０ 昇降部
５０ 制御部
６０ 処理部
７０ａ 第１の送受信器
７０ｂ 第２の送受信器
２０２ 支持部材
２０４ 固定部材
２０６ 位置決め部材
３０２ モータ
３０６ 昇降部材
３０８ カップリング
３１０ ナット
ＡＸＶ 回転中心軸
ＡＸＳ 走査軸
Ｔ１、Ｔ２ 測定対象