特開 2024-147984 自動追尾測量システム

(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】P2024147984

(43)【公開日】2024-10-17

(54)【発明の名称】自動追尾測量システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20241009BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 104C

G01C15/00 103E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060799

(22)【出願日】2023-04-04

(71)【出願人】

【識別番号】503295448

【氏名又は名称】計測ネットサービス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(74)【代理人】

【識別番号】110001759

【氏名又は名称】弁理士法人よつ葉国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】篠塚 卓

(57)【要約】      （修正有）

【課題】自動追尾機能によって計測された座標点群について測量器の座標体系の傾きに起因する計測誤差を補正することが可能な自動追尾測量システムを提供する。
【解決手段】区間長Ｄに渡るプリズム２を計測した後に、測量器１をプリズム２の間近に近付け、目標座標ＰＧ（Ｘｇ）を取得する。次に、座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を、縦軸をプリズムＸ座標値と、横軸をプリズム積算距離とする二次元座標系上に配置する。次に、座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を初期座標点Ｐ０の回りに回転角θで回転させた回転座標点群｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝について、最遠方座標点Ｐｎ’を含む部分回転座標点群｛Ｐｋ’,・・・、Ｐｎ’｝についての最小二乗直線Ｌを求め、最小二乗直線Ｌと目標座標ＰＧとの距離Ｖを求める。距離Ｖが最小となるときの回転角θminと回転Ｘ座標群｛Ｘ０min,・・・,Ｘｎmin｝を求める。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測量器（１）とターゲット（２）を別個の移動体（１０、２０）に搭載し、被測定対象物（５０）に対し前記測量器（１）を静止させ且つ前記ターゲット（２）を所定の区間長（Ｄ）ずつ移動させながら測量器（１）の自動追尾機能によって前記ターゲット（２）の座標値を計測する自動追尾測量システムであって、
前記自動追尾測量システムは前記測量器（１）を制御する制御装置（３）を備え、
前記制御装置（３）は、前記測量器（１）と前記ターゲット（２）との間の相対距離が前記区間長（Ｄ）に等しくなったときに、前記ターゲット（２）を停止し前記測量器（１）を前記ターゲット（２）の方向に移動させ、前記測量器（１）を前記ターゲット（２）に最大限近接させた時の前記ターゲット（２）の計測座標値を目標座標（ＰＧ）とする目標座標設定プロセス（Ｓ１）と、
前記ターゲット（２）の前記区間長（Ｄ）毎の座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）を、前記ターゲット（２）の初期位置に係る初期座標点（Ｐ０）を中心に所定の回転角（θ）で回転させた、回転座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝）を求める座標点群回転プロセス（Ｓ４）と、
前記回転座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝）について最遠方座標点（Ｐｎ’）を含む部分回転座標点群（｛Ｐｋ’,・・・,Ｐｎ’｝）を対象にして最小二乗直線（Ｌ）を引き、該最小二乗直線（Ｌ）と前記目標座標（ＰＧ）との距離（Ｖ）を求める距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）と、
前記距離（Ｖ）を最小にするときの最小回転角（θmin）と、その時の回転座標点群（｛Ｐ０min,Ｐ１min,・・・,Ｐｎmin｝）を求める最小回転角算出プロセス（Ｓ９）と、を備える
ことを特徴とする自動追尾測量システム。

【請求項2】

請求項１に記載の自動追尾測量システムにおいて、
前記制御装置（３）は、前記座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）をＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標の３つの基底座標の点群（｛Ｘ０,Ｘ１,・・・,Ｘｎ｝,｛Ｙ０,Ｙ１,・・・,Ｙｎ｝,｛Ｚ０,Ｚ１,・・・,Ｚｎ｝）に分解し、各基底座標の点群毎に前記座標点群回転プロセス（Ｓ４）、前記距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）および前記最小角算出プロセス（Ｓ９）を実行する
ことを特徴とする自動追尾測量システム。

【請求項3】

請求項２に記載の自動追尾測量システムにおいて、
前記制御装置（３）は、前記各基底座標の点群について縦軸を前記ターゲット（２）の座標値と、横軸を前記ターゲット（２）の積算距離とする二次元座標系に配置し、前記座標点群回転プロセス（Ｓ４）、前記距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）および前記最小角算出プロセス（Ｓ９）を実行する
ことを特徴とする自動追尾測量システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は自動追尾測量システムに関し、より詳細には測量器の自動追尾機能によって計測された座標点群について測量器の座標体系の傾きに起因する計測誤差を補正することが可能な自動追尾測量システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

トータルステーションは、光波による測距機能とエンコーダによる測角機能を有する測量器である。また、トータルステーションは、座標の分かっている既知点（基準点）を２つ視準することにより、前回と同じ座標体系を構築することができる。トータルステーションの中には、自動的にターゲットを探索・視準してターゲットの座標値を計測する自動視準機能、ならびにターゲットが移動する場合に自動的にターゲットを追尾しながらターゲットの座標値を計測する自動追尾機能を有する機種も存在する。

【0003】

このトータルステーションの自動追尾機能を利用してボーリングマシーンの位置、姿勢を正確に測定することができるとする自動追尾式測量装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この自動追尾式測量装置では、ボーリング施工後に順次継ぎ足される環状のセグメントに対し、セグメントの内部を自由に移動可能な台車を設定し、その台車にトータルステーションを固定することとしている。そして各セグメントの内周面にはトータルステーションが視準するターゲット（反射シート）がボーリング施工後に順次貼着されることになっている。

【0004】

その結果、牽引移動される台車にトータルステーションを搭載する場合であっても、トータルステーションが視準可能な座標値が既知のターゲット（反射シート）を３以上確保することが可能となり、座標値が既知のターゲットに基づいて移動後のトータルステーションの座標値を高精度に求めることができることとしている。従って、台車が移動する場合であっても、トータルステーションがセグメントの内周面に貼着されたそのターゲット（反射シート）、並びにボーリングマシーンに取り付けられたターゲットをそれぞれ自動視準することにより、ボーリングマシーンの位置、方向を正確に測定することができることとしている。

【0005】

ところで、測量器を搭載した台車とターゲット（プリズム）を搭載した台車をレールに別々に設置し、測量器の台車を静止させ且つターゲットの台車を移動させながら測量器の自動追尾機能によってターゲットの座標値を所定の区間長毎に計測する自動追尾測量システムが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。この自動追尾測量システムでは、測量器がレール上を移動するターゲットを自動追尾しながらターゲットの座標値を所定の区間長だけ計測する。区間長の計測が終了した後に、ターゲットの台車を静止させ且つ測量器の台車をターゲットの台車の間近まで移動させた後に、再び測量器の台車を静止させ且つターゲットの台車を移動させながら測量器の自動追尾機能によってターゲットの座標値を所定の区間長だけ計測する。以後、測量器の自動追尾機能による所定の区間長毎のターゲットの座標値計測を繰り返すことになる。これにより、レールについての長距離に渡る連続した三次元座標を取得することができることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１－９４５４９号公報

【特許文献2】特開２０１６－２０５０５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図８は、測量器の座標体系の傾きが計測値に与える影響を示す説明図である。図８（ａ）は測量器が水平に対し傾いていない状態を表し、図８（ｂ）は測量器が水平に対し僅かに傾いている状態を表している。
図８（ａ）に示されるように、トータルステーション等の測量器の器械点（座標体系の原点）を設定する場合、測量器は底面が実際の水平方向Ｈａに対し平行になるように水平気泡管等によって設定される。この場合、プリズムの計測座標Ｐｍとプリズムの実座標Ｐａは等しくなる。

【0008】

しかし、測量器を厳密に水平に設定することは、殆ど不可能である。実際は、図８（ｂ）に示されるように、測量器は水平に対し僅かに傾いた状態（傾斜角θ）で設定されている。この傾斜角θは、０.０１度レベルの極微小な量であるが、測量器とプリズム（ターゲット）との距離が数十メートル或いは数百メートルになると、数センチメートルの計測誤差Δを生じる原因となる。傾斜角θは無視できなくなる。

【0009】

図９は、測量器を静止させ且つターゲットを移動させながら測量器の自動追尾機能によってプリズムを長距離にわたり自動追尾した際のプリズムのＸ座標値についての計測結果を示す説明図である。図９（ａ）は横軸がプリズムの積算移動距離を示し、縦軸がプリズムのＸ座標値を示すグラフである。図９（ｂ）は測量器とプリズムの計測形態を示す説明図である。

【0010】

図９（ｂ）に示されるように、測量器とプリズムの計測形態については、プリズム（ターゲット）が載ったプリズム台車と測量器が載った測量台車を、被測定対象物である同一レール上に設定し、プリズム台車を所定の区間長（通信可能距離）だけ移動させながら測量器の自動追尾機能によってプリズムの座標値を計測する。プリズム台車が所定の区間長だけ移動した後は、プリズム台車の走行を１度止め、測量台車をプリズム台車の間近まで移動させ、その後再びプリズム台車を所定の区間長（通信可能距離）だけ移動させながら測量器の自動追尾機能によってプリズムの座標値を計測している。

【0011】

図９（ａ）に示されるように、プリズム台車を停止させた状態で測量台車をプリズム台車の間近まで移動させる場合、プリズムは静止しているため、測量器がプリズムから所定の区間長離れた位置から計測した際のプリズムのＸ座標値と、プリズムの間近から計測した際のプリズムのＸ座標値は、等しくなるはずである。しかしながら、実際は、測量器は水平から僅かに傾いた状態で設定されているため、プリズムから所定の区間長離れた位置から計測した際のプリズムのＸ座標値と、測量器がプリズムの間近から計測した際のプリズムのＸ座標値は等しくはならず、段差が生じていることが分かる。

【0012】

上記のことは、プリズムのＸ座標値だけでなく、プリズムのＹ座標値及びＺ座標値についても同様に言えることである。つまり、測量器が水平に対し僅かに傾いた状態で設定されている場合、測量器の自動追尾機能によって計測されたプリズムの座標値（座標点群）については、測量器の水平に対する傾きに起因した誤差が含まれることを意味している。座標値に含まれる誤差は、区間長が長くなるほど大きくなる。特に、測量器の自動追跡機能によってプリズム（ターゲット）を長距離にわたり計測する場合、座標値に含まれる誤差は無視できなくなる。

【0013】

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、測量器の自動追尾機能によってターゲットについての所定の区間長当たりの座標点群を自動計測する自動追尾測量システムにおいて、計測された座標点群について測量器の座標体系の傾きに起因する計測誤差を補正することが可能な自動追尾測量システム自動追尾測量システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するための本発明に係る自動追尾測量システムは、測量器（１）とターゲット（２）を別個の移動体（１０、２０）に搭載し、被測定対象物（５０）に対し前記測量器（１）を静止させ且つ前記ターゲット（２）を所定の区間長（Ｄ）ずつ移動させながら測量器（１）の自動追尾機能によって前記ターゲット（２）の座標値を計測する自動追尾測量システムであって、前記自動追尾測量システムは前記測量器（１）を制御する制御装置（３）を備え、前記制御装置（３）は、前記測量器（１）と前記ターゲット（２）との間の相対距離が前記区間長（Ｄ）に等しくなったときに、前記ターゲット（２）を停止し前記測量器（１）を前記ターゲット（２）の方向に移動させ、前記測量器（１）を前記ターゲット（２）に最大限近接させた時の前記ターゲット（２）の計測座標値を目標座標（ＰＧ）とする目標座標設定プロセス（Ｓ１）と、前記ターゲット（２）の前記区間長（Ｄ）毎の座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）を、前記ターゲット（２）の初期位置に係る初期座標点（Ｐ０）を中心に所定の回転角（θ）で回転させた、回転座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝）を求める座標点群回転プロセス（Ｓ４）と、前記回転座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝）について最遠方座標点（Ｐｎ’）を含む部分回転座標点群（｛Ｐｋ’,・・・,Ｐｎ’｝）を対象にして最小二乗直線（Ｌ）を引き、該最小二乗直線（Ｌ）と前記目標座標（ＰＧ）との距離（Ｖ）を求める距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）と、前記距離（Ｖ）を最小にするときの最小回転角（θmin）と、その時の回転座標点群（｛Ｐ０min,Ｐ１min,・・・,Ｐｎmin｝）を求める最小回転角算出プロセス（Ｓ９）とを備えることを特徴とする。

【0015】

上記構成では、先ず初期座標点（Ｐ０）と目標座標（ＰＧ）は、測量器（１）をターゲット（２）に最大限近接させたときの座標点であるから、この２点については測量器の座標体系の傾きに起因した計測誤差を含んでいないと見なすことができる。従って、初期座標点（Ｐ０）と目標座標（ＰＧ）を座標値補正の基準点に設定することができる。

【0016】

また、座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）は、実際の水平方向Ｈａ（図８）に対し一律に傾いた測量器の水平方向Ｈｍ（図８）を基準にして計測されている。従って、座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）については、初期座標点（Ｐ０）を中心として実際の水平方向Ｈａと測量器の水平方向Ｈｍとの成す角度（θ）だけ回転させれば良いことになる。なお、この成す角度（θ）については、回転座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝）について最遠方座標点（Ｐｎ’）を含む部分回転座標点群（｛Ｐｋ’,・・・,Ｐｎ’｝）を対象にして最小二乗直線（Ｌ）を引き、その最小二乗直線（Ｌ）と上記目標座標（ＰＧ）との距離（Ｖ）を求め、その距離（Ｖ）を最小にする最小回転角（θmin）とすることができる。

【0017】

本発明に係る自動追尾測量システムの第２の特徴は、前記制御装置（３）は、前記座標点群（｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）をＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標の３つの基底座標の点群（｛Ｘ０,Ｘ１,・・・,Ｘｎ｝,｛Ｙ０,Ｙ１,・・・,Ｙｎ｝,｛Ｚ０,Ｚ１,・・・,Ｚｎ｝）に分解し、各基底座標の点群毎に前記座標点群回転プロセス（Ｓ４）、前記距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）および前記最小角算出プロセス（Ｓ９）を実行することである。

【0018】

上記構成では、測量器の水平方向Ｈｍ（図８）が、鉛直軸（Ｚ軸）および水平面（Ｘ軸、Ｙ軸）のそれぞれについて傾斜していることに考慮して、座標点群回転プロセス（Ｓ４）、距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）および最小角算出プロセス（Ｓ９）は３つの基底座標の点群（｛Ｘ０,Ｘ１,・・・,Ｘｎ｝,｛Ｙ０,Ｙ１,・・・,Ｙｎ｝,｛Ｚ０,Ｚ１,・・・,Ｚｎ｝）毎に行われる。

【0019】

本発明に係る自動追尾測量システムの第３の特徴は、前記制御装置（３）は、前記各基底座標の点群について縦軸を前記ターゲット（２）の座標値と、横軸を前記ターゲット（２）の積算距離とする二次元座標系に配置し、前記座標点群回転プロセス（Ｓ４）、前記距離算出プロセス（Ｓ５、Ｓ６）および前記最小角算出プロセス（Ｓ９）を実行することである。

【0020】

上記構成では、測量器の座標体系の傾きに起因する計測誤差を精度良く補正することが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

本発明に係る自動追尾測量システムによれば、測量器を静止させ且つターゲットを移動させながら測量器の自動追尾機能によってターゲットについての所定の区間長当たりの座標点群を自動計測する自動追尾測量システムにおいて、計測された座標点群について測量器の座標体系の傾きに起因する計測誤差を補正することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る自動追尾測量システムを示す説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る自動追尾測量システムを使用した被測定対象物に対する計測方法において、所定区間長の計測を示す説明図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る自動追尾測量システムを使用した被測定対象物に対する計測方法において、所定区間長の計測終了後の目標座標の取得を示す説明図である。

【図4】測量器の自動追尾機能によって所定の区間長にわたり計測されたプリズムの座標点群に対する計測誤差補正方法を示す説明図である。

【図5】縦軸をプリズムＸ座標値と、横軸をプリズム積算距離とする二次元座標体系上にプリズムの座標点群を配置したときの説明図である。

【図6】二次元座標体系上に配置したプリズムの座標点群を初期座標点を中心として所定の回転角で回転させた場合の回転座標点群を示す説明図である。

【図7】最遠方座標点を含む部分回転座標点群を対象にして最小二乗直線を引き、該最小二乗直線と目標座標との距離を示す説明図である。

【図8】測量器の座標体系の傾きが計測値に与える影響を示す説明図である。

【図9】測量器を静止させ且つターゲットを移動させながら測量器の自動追尾機能によってプリズムを長距離にわたり自動追尾した際のプリズムのＸ座標値についての計測結果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

【0024】

図１は、本発明の一実施形態に係る自動追尾測量システム１００を示す説明図である。図２及び図３は自動追尾測量システム１００を使用した被測定対象物５０に対する計測方法を示す説明図である。

【0025】

図１に示されるように、この自動追尾測量システム１００は、測量器１を搭載した第１台車１０と、プリズム２を搭載した第２台車２０を被測定対象物５０上にスライド移動自在にそれぞれ設置し、第１台車１０を静止させ且つ第２台車２０をスライド移動させながら、測量器１の自動追尾機能によってプリズム２についての所定の区間長Ｄ当たりの座標点群を逐次自動計測し、これにより被測定対象物５０の全長にわたる座標点群の取得を可能とする自動追尾測量システムである。特に、測量器１の自動追尾機能によって計測されたプリズム２の座標点群については、座標体系設定時における測量器１の僅かな傾きに起因する計測誤差が補正されているため、所定の区間長Ｄ当たりの座標点群が滑らかに連続した被測定対象物５０の全長にわたる座標点群を取得することが可能となる。

【0026】

なお、プリズム２の座標と被測定対象物５０の座標はプリズム高さＨ（＝一定値）のみ異なっている。従って、プリズム２の座標と被測定対象物５０の座標は互いに等価である。プリズム２の座標から被測定対象物５０の座標は一意的に定まり、逆に被測定対象物５０からプリズム２の座標は一意的に定まることになる。従って、本明細書においてはプリズム２の座標は被測定対象物５０の座標も意味しており、その逆に被測定対象物５０の座標はプリズム２の座標も意味している。

【0027】

図１に示されるように、この自動追尾測量システム１００は、計測光（例えばレーザ光）をプリズム２に照射してプリズム２からの反射光を受光することによりプリズム２までの直線距離Ｓと鉛直角度Ｖと水平角度Ｈを計測する測量器１と、測量器１から出射された計測光を測量器１へ反射させるプリズム２と、測量器１を搭載する第１台車１０と、プリズム２を搭載する第２台車２０と、測量器１の自動追尾機能によって計測されたプリズム２の座標点群について座標体系設定時における測量器１の僅かな傾きに起因する計測誤差を補正するコンピュータ３０とを具備して構成されている。以下、各構成について更に説明する。

【0028】

測量器１は、エンコーダによる測角機能と、プリズム２と計測光による測距機能を有している。これらの機能に加えて、プリズム２を自動的に探索して視準する自動視準機能と、プリズム２が移動する場合に、プリズム２を自動的に追尾しながら視準する自動追尾機能を有している。また、測量器１はＷｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信機能を有し、測定した座標点群についてはコンピュータ３０に無線を介して送信することができるように構成されている。

【0029】

プリズム２は、３６０°プリズム又は１素子プリズムを使用することが可能である。

【0030】

第１台車１０及び第２台車２０は、上部には測量器１又はプリズム２を安定に搭載する平坦部を備え、下部には被測定対象物５０との間の機械的ガタを無くした状態でスライド移動可能な公知の走行手段（例えば、特開２０１６－２０５０５８号公報に記載のスライド部）を備えている。

【0031】

コンピュータ３０は、パーソナルコンピュータ、タブレット又はスマートフォン等の携帯端末機器、あるいはＰＬＣ（Programable Logic Controller）等の制御装置によって構成されている。また、コンピュータ３０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信、あるいは携帯電話会社が提供するＳＩＭカードを介した無線通信回線（いわゆる４Ｇ又は５Ｇ）によってインターネット回線に接続し、インターネット上に構築された自社サーバー又はクラウドサーバーにアクセスしてプログラム又はデータを送受信することができるように構成されている。また、計測された被測定対象物５０についての座標点群は、例えばコンピュータ３０の内部記憶領域、インターネット上の自社サーバー又はクラウドサーバー、或いはＵＳＢメモリ等の可搬型記憶媒体に保存されるようになっている。

【0032】

図２及び図３は、自動追尾測量システム１００を使用した被測定対象物５０に対する計測方法を示す説明図である。なお、被測定対象物５０は２本の線路（レール）とし、図２は２本のレールの内の１本のレールに対する計測方法を示している。

【0033】

図２（ａ）に示されるように、測量器１とプリズム２を被測定対象物５０のほぼ鉛直真上に設置する。この場合、プリズム２が計測区間の開始位置に来るように第１台車１０と第２台車２０を接合させる。

【0034】

図２（ｂ）に示されるように、第１台車１０を静止させ且つ第２台車２０をスライド移動させながら、プリズム積算距離が所定の区間長Ｄに達するまで測量器１の自動追尾機能によってプリズム２の座標値を自動計測する。なお、ここで言う「プリズム積算距離」とは、隣り合う座標点間距離ｄ（Ｐ_ｋ,Ｐ_ｋ＋１）の総和Σｄ（Ｐ_ｋ,Ｐ_ｋ＋１）を意味している。第２台車２０のプリズム積算距離が所定の区間長Ｄに達したときに第２台車２０を一旦静止させる。

【0035】

図３（ａ）に示されるように、区間長Ｄの計測終了後に第２台車２０が静止した状態で第１台車１０をスライド移動させながら第２台車２０の間近に接近させる。第１台車１０が第２台車２０に接合するとき、即ち測量器１がプリズム２の間近に位置するときに、測量器１はプリズム２の座標を計測する。測量器１がプリズム２の間近に位置する場合、座標体系設定時における測量器１の僅かな傾きに起因する計測誤差は無視可能なレベルとなる。すなわち、測量器１がプリズム２の間近に位置するときに測量器１が計測したプリズム２の座標（ＰＧ）は、座標体系設定時における測量器１の僅かな傾きに起因する計測誤差を含んでいないものと見なすことができる。従って、測量器１がプリズム２の間近に位置するときに測量器１が計測したプリズム２の座標（ＰＧ）は、上記プリズム２の座標点群（後述の｛Ｐ１,Ｐ２,・・・,Ｐｎ｝）に含まれる計測誤差を補正する際の目標座標（基準座標）となる。なお、自動追尾機能によって計測されたプリズム２の座標点群｛Ｐ１,Ｐ２,・・・,Ｐｎ｝に対する誤差補正については図４を参照しながら後述する。

【0036】

図３（ｂ）に示されるように、プリズム２が新たな計測区間の開始位置となる。図２（ｂ）と同様に、プリズム積算距離が所定の区間長Ｄに達するまで測量器１の自動追尾機能によってプリズム２の座標値を自動計測する。

【0037】

図３（ｃ）に示されるように、第２台車２０が静止した状態で第１台車１０をスライド移動させながら第２台車２０に接近させ、プリズム２の座標点群を補正する際の目標座標（基準座標）ＰＧを取得する。以後、所定の区間長Ｄにわたる測量器１の自動追尾機能によるプリズム２の座標値の自動計測と、測量器１をプリズム２に最接近させた位置での目標座標ＰＧの計測を、プリズム積算距離の総和が被測定対象物５０の全長に達するまで繰り返す。

【0038】

なお、被測定対象物５０は線路（レール）だけに限定されることはない。第１台車１０及び第２台車２０が移動可能なトンネル、又は下水道管に対してもこの自動追尾測量システム１００を適用することは可能である。

【0039】

図４は、測量器１の自動追尾機能によって所定の区間長Ｄにわたり計測されたプリズム２の座標点群に対する計測誤差補正方法を示す説明図である。計測誤差補正方法は、各基底座標の点群（Ｘ座標点群、Ｙ座標点群、Ｚ座標点群）毎に行われる。各基底座標の点群についての計測誤差補正方法は同じであるため、ここではＸ座標点群についての計測誤差補正方法についてのみ説明することにする。

【0040】

先ず、ステップＳ１として、所定の区間長Ｄに渡るプリズム２を計測した後に、測量器１をプリズム２の間近に近付け、目標座標ＰＧ（Ｘｇ）を取得する。図３（ａ）に示されるように、プリズム２の「目標座標ＰＧ」とは、計測区間終了位置である座標点Ｐｎにおいて測量器１をプリズム２の間近に移動させたときに測量器１によって計測されたプリズム２の座標である。もし、測量器１が傾いていない状態の場合、「最遠方座標点ＰｎのＸ座標Ｘｎ」と「目標座標ＰＧのＸ座標Ｘｇ」は等しくなる。しかし、実際は測量器１が僅かに傾いているため、「最遠方座標点ＰｎのＸ座標Ｘｎ」と「目標座標ＰＧのＸ座標Ｘｇ」は等しくならず、測量誤差ΔＸが生じる。本計測誤差補正方法は、この測量誤差ΔＸがゼロ又は最小となるように行われる。

【0041】

次に、ステップＳ２として、所定の区間長Ｄにわたり測量器１の自動追尾機能により計測されたプリズム２の座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝からＸ座標点群｛Ｘ０,Ｘ１,・・・,Ｘｎ｝を抽出する。

【0042】

図５に示されるように、ステップＳ３として、上記プリズム２の座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝について、縦軸をプリズムＸ座標値と、横軸をプリズム積算距離とする二次元座標体系上に配置する。

【0043】

なお、横軸の「プリズム積算距離」とは、所定の区間長Ｄにおいて計測区間開始位置の初期座標点Ｐ０から計測区間終了位置の座標点Ｐｎについて、隣り合うプリズム２の座標点間の距離を順次積算した値である。例えば、座標点Ｐ４におけるプリズム積算距離Ｄ４とは、「初期座標点Ｐ０と座標点Ｐ１を直線で結んだ距離」と、「座標点Ｐ１と座標点Ｐ２を直線で結んだ距離」と、「座標点Ｐ２と座標点Ｐ３を直線で結んだ距離」と、「座標点Ｐ３と座標点Ｐ４を直線で結んだ距離」とを全て積算した値である。従って、最遠方座標点Ｐｎにおけるプリズム積算距離Ｄｎは所定の区間長Ｄに等しくなる。一般に、プリズム２の座標点Ｐkにおけるプリズム積算距離Ｄkは、座標点Ｐk-1におけるプリズム積算距離Ｄk-1に、座標点Ｐk-1と座標点Ｐkを直線で結んだ距離を加えた値に等しくなる。なお、初期座標点Ｐ０は計測区間開始位置でのプリズム２の座標であり、測量器１の僅かな傾きに起因する計測誤差を含んでいない。従って、初期座標点Ｐ０は目標座標ＰＧと同様に、本計測誤差補正方法に係る基準座標となる。

【0044】

また、縦軸の「プリズムＸ座標値」とは、プリズム２の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）からＸ座標値のみを抽出した値である。ここでは説明が省略されている「プリズムＹ座標値」及び「プリズムＺ座標値」についても同様に、プリズム２の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）からＹ座標値のみ、Ｚ座標値のみをそれぞれ抽出した値である。なお、図２（ａ）に示されるように、初期座標点Ｐ０は、所定の区間長Ｄにおける計測区間開始位置でのプリズム２の座標点である。従って、初期座標点Ｐ０におけるプリズム積算距離Ｄ０はゼロに等しくなる。

【0045】

図６に示されるように、ステップＳ４として、上記二次元座標体系上においてプリズム２の座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を初期座標点Ｐ０の回りに回転角θで回転させる。回転角θについては取り得る範囲が予め設定されている。例えば、－１０°≦θ≦１０°である。

【0046】

図７に示されるように、ステップＳ５として、回転角θで回転させたプリズム２の回転座標点群｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝について最小二乗直線Ｌを求める。なお、最小二乗直線Ｌは、（初期座標点Ｐ０から）最遠方に位置する最遠方座標点Ｐｎ’を中心とする所定の円に含まれる複数のＸ座標に係る部分回転座標点群｛Ｐk’,・・・,Ｐｎ’｝についての最小二乗直線である。部分回転座標点群に含まれる座標点の数については、測量器１のトラッキング精度に依存するが、基本的には点数を増やすことで、最小二乗直線Ｌを中心とする幅１ミリメートル範囲内をプリズムが実際に通る確率を９５％程度まで上げることができることになる。つまり、最小二乗直線Ｌとプリズム２が移動した軌跡をほぼ一致させることが出来ることになる。従って、この最小二乗直線Ｌと目標座標ＰＧとの距離Ｖを最も小さくするような回転角θが、プリズム２の座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を回転させるべき量であると決めることができる。

【0047】

ステップＳ６として、最小二乗直線Ｌと目標座標ＰＧとの距離Ｖを求める。

【0048】

ステップＳ７として、試行回数ｎは設定回数Ｎに達したか否かを判定する。なお、試行回数ｎとは、目標座標ＰＧと最小二乗直線Ｌとの距離Ｖを求めることを実施した回数である。例えば、１００回である。試行回数ｎが設定回数Ｎに達した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ９を実行する。一方、試行回数ｎが設定回数Ｎに達していない場合（ＮＯ）、ステップＳ８を実行する。

【0049】

ステップＳ８として、回転角θを更新する。更新の方法としては、公知の二分探索法により求めることができる。

【0050】

ステップＳ９として、「目標座標ＰＧ」と「Ｘ座標点群についての最小二乗直線Ｌ」との距離Ｖが最小となるときの最小回転角θminと回転Ｘ座標点群｛Ｘ０min,・・・,Ｘｎmin｝を求める。

【0051】

上記ステップＳ１～Ｓ９を、プリズムＹ座標に対しても同様に適用することによって、「目標座標ＰＧ（Ｙｇ）」と「Ｙ座標に係る部分回転座標点群についての最小二乗直線Ｌ」との距離Ｖが最小となるときの回転Ｙ座標点群｛Ｙ０min,・・・,Ｙｎmin｝を求めることができる。さらにプリズムＺ座標に対しても同様に適用することによって、「目標座標ＰＧ（Ｚｇ）」と「Ｚ座標に係る部分回転座標点群についての最小二乗直線Ｌ」との距離Ｖが最小となるときの回転Ｚ座標点群｛Ｚ０min,・・・,Ｚｎmin｝を求めることができる。

【0052】

従って、測量器１の傾きに起因する計測誤差が補正された座標点群｛Ｐ０min,Ｐ１min,・・・,Ｐｎmin｝を得ることになる。すなわち、Ｐ０min＝（Ｘ０min,Ｙ０min,Ｚ０min）、Ｐ１min＝（Ｘ１min,Ｙ１min,Ｚ１min）、・・・、Ｐｎmin＝（Ｘｎmin,Ｙｎmin,Ｚｎmin）を得ることになる。

【0053】

なお、上記を式として一般化すると、下記の式１になる。

【0054】

（式１）： ｍｉｎ｛Ｖ｜Ｖ＝ｆ（ｒ（Ｐ,θ）,ｇ）｝＜Ｃ、但し
Ｐ：測量器１の自動追尾機能で得られた全座標点の群（座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝）、
θ：測量器の座標体系の傾き（座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を初期座標点Ｐ０の回りに回転させるべき量）、
ｒ（Ｐ,θ）：座標点群｛Ｐ０,Ｐ１,・・・,Ｐｎ｝を初期座標点Ｐ０の回りに回転角θだけ回転させた回転座標点群｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝を返す関数、
ｇ：目標座標ＰＧ、
ｆ（ｘ,ｇ）：回転座標点群｛Ｐ０,Ｐ１’,・・・,Ｐｎ’｝のうち最遠方座標点Ｐｎ’から幾つかの点を対象にした最小二乗直線Ｌを引き、その最小二乗直線Ｌと目標座標ＰＧとの距離を返す関数、
Ｃ：要求精度によって変わる閾値であり、基本的にはゼロ又はゼロに近い正の値。

【0055】

以上の通り、図面を参照しながら本発明の自動追尾測量システム１００について説明してきたが、本発明は上記だけに限定されることはない。すなわち、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において種々の修正・変更・追加等を行うことが可能である。例えば、第１台車１０、第２台車２０に測量器１を２台、プリズム２を２台それぞれ搭載し、２つの被測定対象物５０を同時に計測するようにしても良い。また、第１台車１０及び第２台車２０は遠隔操作可能であっても良い。

【符号の説明】

【0056】

１ 測量器
２ 反射プリズム（ターゲット）
１０ 第１台車
２０ 第２台車
３０ コンピュータ（制御装置）
５０ 被測定対象物
１００ 自動追尾測量システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】