特開 2024-1668 計測装置及び計測方法

(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】P2024001668

(43)【公開日】2024-01-10

(54)【発明の名称】計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20231227BHJP

   E01B 35/00 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

E01B35/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100484

(22)【出願日】2022-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】592105620

【氏名又は名称】ジェイアール西日本コンサルタンツ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】593122321

【氏名又は名称】綜合計測株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】515237795

【氏名又は名称】アキュイティー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】辻家 弘貴

(72)【発明者】

【氏名】津野 義博

(72)【発明者】

【氏名】蜂須賀 義晃

(72)【発明者】

【氏名】中村 大

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 順也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 眞平

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 遼雅

【テーマコード（参考）】

2D057

2F065

【Ｆターム（参考）】

2D057AB01

2F065AA01

2F065AA06

2F065AA17

2F065AA51

2F065BB02

2F065BB11

2F065FF04

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065QQ06

2F065QQ25

2F065RR06

2F065SS09

(57)【要約】

【課題】計測対象物の位置精度よく計測できる計測装置を提供する。
【解決手段】計測装置２は、画像取得部２４２と、画像取得部２４２が取得した撮像画像５におけるターゲットＴの位置を特定するターゲット位置特定部２４３と、予め決定されたターゲットの基準位置とターゲット位置特定部２４３が特定した位置との関係を示す変位情報を出力する出力部２４４と、を備え、ターゲットＴは、互いに隣接する２つの領域によって第１方向に延びる第１境界線５１が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの領域によって第１方向に交差する第２方向に延びる第２境界線５２が形成されるパターンを有し、ターゲット位置特定部２４３は、撮像画像内のターゲットにおける第１境界線と第２境界線との交点を、撮像画像におけるターゲットの位置として特定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象物に取り付けられたターゲットを撮像装置が撮影することにより生成した撮像画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した前記撮像画像における前記ターゲットの位置を特定するターゲット位置特定部と、
予め決定された前記ターゲットの基準位置と、前記ターゲット位置特定部が特定した位置との関係を示す変位情報を出力する出力部と、
を備え、
前記ターゲットは、複数の領域を含むパターンであって、互いに隣接する２つの前記領域によって第１方向に延びる第１境界線が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの前記領域によって前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２境界線が形成されるパターンを有し、
前記ターゲット位置特定部は、前記撮像画像内の前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を、前記撮像画像における前記ターゲットの位置として特定する、
計測装置。

【請求項2】

前記ターゲット位置特定部は、
前記第１境界線上の２つの点を結ぶ第１直線を特定し、
前記第２境界線上の他の２つの点を結ぶ第２直線を特定し、
前記第１直線と前記第２直線との交点を前記ターゲットの前記位置として特定する、
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合に、アラートを出力する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記撮像画像に複数の前記ターゲットの画像が含まれており、
前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合に、前記アラートとともに、複数の前記ターゲットのうち前記交点が特定されなかった前記ターゲットを示す情報を含む前記撮像画像を出力する、
請求項３に記載の計測装置。

【請求項5】

前記出力部は、前記第１境界線上の前記２つの点の間の距離、及び、前記第２境界線上の前記他の２つの点の間の距離の少なくとも一方が、検出精度に関する閾値として設定された所定の閾値未満である場合に、アラートを出力する、
請求項２に記載の計測装置。

【請求項6】

前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が特定した所定の前記ターゲットの位置と、前記所定のターゲットに隣接する他の前記ターゲットの位置との間の距離が、ターゲット位置の異常に関する閾値として設定された所定の閾値以上の場合に、アラートを出力する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項7】

前記ターゲット位置特定部は、前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合、前記交点が特定されなかった前記ターゲットの輪郭形状を抽出し、抽出した前記輪郭形状の重心位置を前記ターゲットの位置として特定する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項8】

第１方向又は第２方向と異なる方向の輪郭線を検出することにより、前記ターゲットに付着した付着物の存在、又は、前記ターゲットの前面に位置する障害物の存在を特定するターゲット状態特定部をさらに備え、
前記出力部は、前記付着物又は前記障害物が存在すると特定された場合に、アラートを出力する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項9】

前記ターゲット位置特定部は、
前記計測対象物に取り付けられた前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定することによって前記ターゲットの位置を特定する第１動作モードと、
前記計測対象物に取り付けられた標識を前記撮像装置が撮影することにより生成された撮像画像内における、前記標識の輪郭形状を抽出し、抽出した前記輪郭形状の重心位置を前記標識の位置として特定する第２動作モードとを実行可能であり、
作業者から受け付けた選択に応じて、第１動作モードと第２動作モードとのいずれかを実行する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項10】

前記基準位置を含み、かつ前記ターゲットの領域よりも大きな検出対象領域の設定を受け付ける設定受付部をさらに有し、
前記ターゲット位置特定部は、前記検出対象領域において前記第１境界線及び前記第２境界線を探索する、
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項11】

計測対象物に取り付けられたターゲットを撮像装置が撮影することにより生成した撮像画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップで取得した前記撮像画像における前記ターゲットの位置を特定するターゲット位置特定ステップと、
予め決定された前記ターゲットの基準位置と、前記ターゲット位置特定ステップで特定された位置との関係を示す変位情報を出力する出力ステップと、
を有し、各ステップはコンピュータが実行する計測方法であって、
前記ターゲットは、複数の領域を含むパターンであって、互いに隣接する２つの前記領域によって第１方向に延びる第１境界線が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの前記領域によって前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２境界線が形成されるパターンを有し、
前記ターゲット位置特定ステップでは、前記撮像画像内の前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を、前記撮像画像における前記ターゲットの位置として特定する、
計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば既設の線路の付近で工事を行う場合に、その工事期間中、線路の軌道狂いを計測することが行われている。特許文献１には、レールに予め複数のターゲットを取り付け、カメラでそれらのターゲットの経時的な位置の変化を計測することが開示されている。特許文献１では、ターゲットとして円形パターンが用いられ、円形パターンの重心位置を求めることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許３５９７８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術でも、線路の軌道狂いを実用上十分な精度計測することが可能であるが、ターゲットに付着物が付着した場合や、ターゲットの一部が植物等の障害物によって隠れた場合に、計測対象物の位置精度が低下することがあり、改善の余地があった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、計測対象物を位置精度よく計測できる計測装置及び計測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】

【0006】

本発明の一形態の計測装置は、計測対象物に取り付けられたターゲットを撮像装置が撮影することにより生成した撮像画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した前記撮像画像における前記ターゲットの位置を特定するターゲット位置特定部と、予め決定された前記ターゲットの基準位置と、前記ターゲット位置特定部が特定した位置との関係を示す変位情報を出力する出力部と、を備え、前記ターゲットは、複数の領域を含むパターンであって、互いに隣接する２つの前記領域によって第１方向に延びる第１境界線が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの前記領域によって前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２境界線が形成されるパターンを有し、前記ターゲット位置特定部は、前記撮像画像内の前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を、前記撮像画像における前記ターゲットの位置として特定する。

【0007】

前記ターゲット位置特定部は、前記第１境界線上の２つの点を結ぶ第１直線を特定し、前記第２境界線上の他の２つの点を結ぶ第２直線を特定し、前記第１直線と前記第２直線との交点を前記ターゲットの前記位置として特定してもよい。

【0008】

前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合に、アラートを出力してもよい。

【0009】

前記撮像画像に複数の前記ターゲットの画像が含まれており、前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合に、前記アラートとともに、複数の前記ターゲットのうち前記交点が特定されなかった前記ターゲットを示す情報を含む前記撮像画像を出力してもよい。

【0010】

前記出力部は、前記第１境界線上の前記２つの点の間の距離、及び、前記第２境界線上の前記他の２つの点の間の距離の少なくとも一方が、検出精度に関する閾値として設定された所定の閾値未満である場合に、アラートを出力してもよい。

【0011】

前記出力部は、前記ターゲット位置特定部が特定した所定の前記ターゲットの位置と、前記所定のターゲットに隣接する他の前記ターゲットの位置との間の距離が、ターゲット位置の異常に関する閾値として設定された所定の閾値以上の場合に、アラートを出力してもよい。

【0012】

前記ターゲット位置特定部は、前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定できない場合、前記交点が特定されなかった前記ターゲットの輪郭形状を抽出し、抽出した前記輪郭形状の重心位置を前記ターゲットの位置として特定してもよい。

【0013】

第１方向又は第２方向と異なる方向の輪郭線を検出することにより、前記ターゲットに付着した付着物の存在、又は、前記ターゲットの前面に位置する障害物の存在を特定するターゲット状態特定部をさらに備え、前記出力部は、前記付着物又は前記障害物が存在すると特定された場合に、アラートを出力してもよい。

【0014】

前記ターゲット位置特定部は、前記計測対象物に取り付けられた前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を特定することによって前記ターゲットの位置を特定する第１動作モードと、前記計測対象物に取り付けられた標識を前記撮像装置が撮影することにより生成された撮像画像内における、前記標識の輪郭形状を抽出し、抽出した前記輪郭形状の重心位置を前記標識の位置として特定する第２動作モードとを実行可能であり、作業者から受け付けた選択に応じて、第１動作モードと第２動作モードとのいずれかを実行してもよい。

【0015】

前記基準位置を含み、かつ前記ターゲットの領域よりも大きな検出対象領域の設定を受け付ける設定受付部をさらに有し、前記ターゲット位置特定部は、前記検出対象領域において前記第１境界線及び前記第２境界線を探索してもよい。

【0016】

本発明の一形態の計測方法は、計測対象物に取り付けられたターゲットを撮像装置が撮影することにより生成した撮像画像を取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップで取得した前記撮像画像における前記ターゲットの位置を特定するターゲット位置特定ステップと、予め決定された前記ターゲットの基準位置と、前記ターゲット位置特定ステップで特定された位置との関係を示す変位情報を出力する出力ステップと、を有し、各ステップはコンピュータが実行する計測方法であって、前記ターゲットは、複数の領域を含むパターンであって、互いに隣接する２つの前記領域によって第１方向に延びる第１境界線が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの前記領域によって前記第１方向に交差する第２方向に延びる第２境界線が形成されるパターンを有し、前記ターゲット位置特定ステップでは、前記撮像画像内の前記ターゲットにおける前記第１境界線と前記第２境界線との交点を、前記撮像画像における前記ターゲットの位置として特定する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、計測対象物を位置精度よく計測できる計測装置及び計測方法を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態の計測システムの構成を示す図である。

【図2】レールに取り付けられたターゲットを示す図である。

【図3】ターゲットの拡大図である。

【図4】計測システムの構成を示すブロック図である。

【図5】撮像画像に設定された検出対象領域を説明するための図である。

【図6】ターゲットの位置を特定する処理を説明するための図である。

【図7】付着物が付着した状態のターゲットの位置を特定する手法を説明するための図である。

【図8】ターゲットの輪郭形状に基づきターゲットの位置を特定する手法を説明するための図である。

【図9】線路の変位情報の一例を示す図である。

【図10】計測システムの動作の一例を示すフローチャートである。

【図11】ターゲットの基準位置を精度良く検出できない例を示す図である。

【図12】ターゲットがレールから外れている可能性がある場合の変位情報の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の一実施形態の計測システムＳ１００の構成を示す図である。図２は、レールＲに取り付けられたターゲットＴを示す図である。図３は、ターゲットＴの拡大図である。

【0020】

［計測システムＳ１００の概要］
本実施形態の計測システムＳ１００は、図１に示すように、主として、カメラ１と、計測装置２と、ターゲットＴとを備えている。計測システムＳ１００は、計測対象物であるレールＲに取り付けられた複数のターゲットＴの位置を特定することで、線路の軌道狂いを計測するシステムである。以下では、計測対象物として線路を例示するが、計測システムＳ１００は例えば高架橋やトンネルなどの他の構造物の計測にも利用可能である。

【0021】

本実施形態では、レールＲに取り付けられたターゲットＴが図３に示すように十字パターンを有しており、計測装置２は、ターゲットＴの十字パターンの第１境界線５１と第２境界線５２との交点を検出し、その交点をターゲットＴの位置として特定する。計測装置２は、複数のターゲットＴの位置を継続的に検出することによって、線路の軌道狂いを計測する。

【0022】

従来技術のように円形パターンを有するターゲットを用いるシステムでは、ターゲットに汚れなどの付着物が付着した場合や、ターゲットの一部が植物などの障害物によって隠れた場合に、ターゲットＴの正確な位置を特定できず、その結果、計測される線路の軌道狂いの精度が低下することがあった。

【0023】

本実施形態の構成によれば、第１境界線５１及び第２境界線５２の少なくとも一部の領域が視認可能な状態であれば、計測システムＳ１００が第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定することができる。したがって、計測システムＳ１００は、付着物や障害物によってターゲットＴの一部が隠れたとしても、ターゲットＴの位置を良好に特定でき、線路の軌道狂いを精度よく計測することが可能となる。

【0024】

［計測システムＳ１００の各部の説明］
（カメラ１）
カメラ１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子を有する撮像装置である。カメラ１は、例えば支柱１１によって支持され、線路よりも高い位置に設置されている。カメラ１は、一例として計測装置２からの制御信号により、撮影時刻、撮影枚数及びシャッタースピード等が制御される。カメラ１は、レールＲに取り付けられた複数のターゲットＴを同時に撮影し、生成した撮像画像を計測装置２へ送信する。

【0025】

支柱１１は、例えば、工事が行われる範囲の外側の場所に設置される。支柱１１には、一例として、複数のターゲットＴを照らすための照明器具１２が取り付けられている。

【0026】

（ターゲットＴ）
ターゲットＴは、図２及び図３に示すように、一例として円形の輪郭形状に形成され、十字パターンを有している。具体的には、ターゲットＴは、第１境界線５１及び第２境界線５２によって分割された、複数の領域Ｔａ、領域Ｔｂ、領域Ｔｃ及び領域Ｔｄを含む。この例では、第１境界線５１は第１方向である鉛直方向に延在し、第２境界線５２は第２方向である水平方向に延在している。第１境界線５１及び第２境界線５２は、例えば、ターゲットＴの円の中心で交差している。領域Ｔａ及び領域Ｔｃは第１色であり、領域Ｔｂ及び領域Ｔｄは第２色に色付けされている。第１色及び第２色の色は任意であるが、例えば、第１色は黒色であり、第２色は黄色である。

【0027】

このように、本実施形態のターゲットＴでは、互いに隣接する２つの領域によって第１境界線５１が形成されるとともに、互いに隣接する他の２つの領域によって延びる第２境界線５２が形成されている。ターゲットＴは、図３のようなパターンに限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。第１境界線５１と第２境界線５２とは必ずしも直交している必要はない。ターゲットＴの輪郭形状は円形に限定されず、四角形、多角形、楕円形状などの他の形状であってもよい。

【0028】

ターゲットＴは、図２に示すように、取付プレート５５の表面に形成されている。取付プレート５５は、例えば平板状の部材又は断面がＬ字形状の部材であり、ターゲットＴがカメラ１側を向くように、レールＲの腹部の側面に固定される。取付プレート５５は、計測装置２がターゲットＴの輪郭形状を特定できるように、例えば、第１色及び第２色とは異なる第３色であってもよい。

【0029】

ターゲットＴは、図１に示すように、レールＲに沿って所定のピッチで互いに間隔を空けて配置されている。「所定のピッチ」は、ターゲットＴが取り付けられる計測対象物の種別や工事内容に応じて適宜設定されるが、一例として、１ｍから１０ｍの範囲内である。レールＲに取り付けられるターゲットＴの数は任意であるが、本実施形態では、各レールＲに４つのターゲットＴ（ターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が固定されている。

【0030】

ターゲットＴは、一例として、各レールＲの同じ側（図中の下方）に配置されている。本発明はこれに限らず、一方のレールＲに対して第１側にターゲットＴが配置され、他方のレールＲに対して第１側とは反対の第２側にターゲットＴが配置されてもよい。

【0031】

ターゲットＴの材質は、例えば、ターゲットＴに対して入射する照明器具１２からの光を、入射方向と同じ方向に反射させる再規性反射材であってもよい。線路上を列車が特定の向きに走行する場合、ターゲットＴは、列車が走行する向きとは反対側の向き（すなわち、ターゲットＴが列車に対向しないような向き）に配置されることが一形態において好ましい。このような構成によれば、ターゲットＴに汚れなどが付着し難く、計測装置２は長期に亘ってターゲットＴの位置を良好に特定できる。

【0032】

〔計測装置２〕
図４は、計測システムＳ１００の構成を示すブロック図である。計測装置２は、例えば、コンピュータプログラムがインストールされたコンピュータである。計測装置２は、一例として、入力部２１、表示部２２、記憶部２３、及び制御部２４を有する。

【0033】

入力部２１は、作業者からの入力を受け付けるためのデバイスである。入力部２１は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の任意のデバイスである。表示部２２は、各種の情報を表示する１つ又は複数のディスプレイである。入力部２１及び表示部２２が、タッチパネル式ディスプレイとして構成されていてもよい。

【0034】

記憶部２３は、各種のデータを記憶する記憶媒体であり、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びハードディスク等を有する。記憶部２３は、制御部２４が実行するコンピュータプログラムを記憶する。

【0035】

記憶部２３は、例えば作業者が測量を行って取得したカメラ１と各ターゲットＴとの位置関係を記憶する。測量は、例えば、カメラ１から各ターゲットＴまでの距離及び角度を測定するトータルステーションを用いて行われる。記憶部２３は、また、後述する制御部２４の各部が演算を行った各種の結果を記憶する。

【0036】

（制御部２４の各機能部）
制御部２４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有する。制御部２４は、例えば、記憶部２３が記憶するコンピュータプログラムを実行することにより、図４に示すように、設定受付部２４１、画像取得部２４２、ターゲット位置特定部２４３、出力部２４４、及びターゲット状態特定部２４５として機能する。

【0037】

設定受付部２４１は、計測装置２が撮像画像のどの領域を解析してターゲットＴの位置を特定するかを設定するための機能部である。図５は、撮像画像５に設定された検出対象領域Ａを説明するための図である。図５に示すように、カメラ１が生成した撮像画像５には、線路の画像と、複数のターゲットＴの画像とが含まれている。計測装置２は、撮像画像５を解析して各ターゲットＴの位置を検出するが、計測装置２が、仮に、撮像画像５の全範囲に亘って各ターゲットＴの位置を探索する場合、計算量が増大する。

【0038】

そこで、本実施形態では、設定受付部２４１が、作業者による各ターゲットＴに対応する検出対象領域Ａ（Ａ１～Ａ４）の設定を受け付ける。設定受付部２４１は、具体的には、作業者による、ターゲットＴの基準位置（ここでは中心位置）を含み、かつターゲットＴの領域よりも大きな検出対象領域Ａの設定を受け付ける。検出対象領域Ａは、一例として四角形である。設定受付部２４１は、例えば各ターゲットＴ１に対応して検出対象領域Ａ１の設定を受け付ける。同様の処理が、ターゲットＴ２～Ｔ４についても行われ、検出対象領域Ａ２～Ａ４が設定される。図５の例では、カメラ１に近い側の検出対象領域Ａ１ほどカメラ１から遠い側のものよりも大きいサイズに設定されている。設定された各ターゲットＴについての検出対象領域Ａは、記憶部２３に記憶される。

【0039】

画像取得部２４２は、計測対象物であるレールＲに取り付けられたターゲットＴをカメラ１が撮影することにより生成した撮像画像５を取得する。

【0040】

図６は、ターゲットＴの位置を特定する処理を説明するための図である。ターゲット位置特定部２４３は、撮像画像５における各ターゲットＴの位置を特定する。具体的には、ターゲット位置特定部２４３は、撮像画像５に対して設定された検出対象領域Ａ（図５参照）において第１境界線５１と第２境界線５２とを探索し、それらの交点の座標を、ターゲットＴの位置として特定する。

【0041】

より具体的には、ターゲット位置特定部２４３は、第１境界線５１上で２つの点Ｐ１を検出し、それらの点Ｐ１どうしを結ぶ第１直線Ｌ１を特定する。同様に、ターゲット位置特定部２４３は、第２境界線５２上で２つの点Ｐ２を検出し、それらの２点Ｐ２どうしを結ぶ第２直線Ｌ２を特定する。そして、ターゲット位置特定部２４３は、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との交点Ｏ１の座標を第１境界線５１と第２境界線５２の交点として特定し、ターゲットＴの位置を求める。

【0042】

ターゲット位置特定部２４３は、それぞれの検出対象領域Ａにおいて、このように第１境界線５１及び前記第２境界線５２を探索し、各ターゲットＴの位置を特定する。記憶部２３は、ターゲット位置特定部２４３が特定した各ターゲットＴの位置を、計測時刻に対応付けて記憶する。

【0043】

なお、ターゲット位置特定部２４３は、カメラ１が所定の時間間隔で複数回撮影を行って生成した複数の撮像画像に基づいて特定したターゲットＴの複数の位置を平均化したデータをターゲットＴの位置として決定してもよい。

【0044】

図７は、付着物５６が付着した状態のターゲットＴの位置を特定する手法を説明するための図である。図８は、ターゲットの輪郭形状に基づきターゲットの位置を特定する手法を説明するための図である。図８のターゲットは、十字パターンを有しない円形のパターンである。

【0045】

図７及び図８に示すように、ターゲットには付着物５６が付着することがある。付着物５６は、一例として、泥や鉄粉などの汚れである。又は、雪などが付着物５６としてターゲットに付着することもある。

【0046】

図８のターゲットの場合、ターゲットの位置を特定するために、計測装置は、まずターゲットの輪郭形状を求め、その輪郭形状の重心位置を特定する。この手法では、計測装置は、ターゲットの輪郭に沿って複数の特徴点ｐを検出し、複数の特徴点ｐが形成する形状の重心の座標を特定する。しかしながら、この手法の場合、図８のような形状の付着物５６が存在していると、ターゲットＴの輪郭形状を正しく求めることができない。そのため、特定される重心位置ｏ１が本来のターゲット中心ｏからずれた位置となり、その結果、計測されるレールＲの位置精度が低下する。

【0047】

一方、本実施形態の十字パターンのターゲットＴの場合、図７に示すように、十字パターンの境界線上の４点を検出できれば、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２の交点Ｏ１を求めることができ、ターゲットＴの位置を特定することができる。

【0048】

図９は、レールＲの変位情報６０の一例を示す図である。出力部２４４は、ターゲット位置特定部２４３が特定したターゲットＴの位置に関する変位情報６０を出力する。出力部２４４は、具体例として、各ターゲットＴの初期位置の座標と、ターゲット位置特定部２４３が特定した各ターゲットＴの位置の座標との差分を求め、その差分に、カメラ１と各ターゲットＴの位置関係に応じた所定の係数を乗じることで求められた相対位置を出力する。

【0049】

図９の変位情報６０は、初期設定として予め決定されたターゲットＴの基準位置（初期位置）と、ターゲット位置特定部２４３が撮像画像５に基づいて特定した各ターゲットＴの位置との関係を示す情報である。変位情報６０において、横軸はターゲットＴ１～Ｔ４の位置を示し、縦軸は各ターゲットＴの変位を示している。変位情報６０では、具体的には、各ターゲットＴの初期位置「０」に対する各ターゲットＴの相対変位が示されている。

【0050】

線路の軌道狂いの計測においては、一例として、高低狂い（高さ方向の狂い）、通り狂い（水平方向の狂い）、軌間狂い（２本のレール間隔の狂い）、水準狂い（２本のレールの高さの差の狂い）、及び平面性狂い（２本のレールの高さの捩じれの狂い）の５項目が算出される。各項目の計測は、例えば特許３５９７８３２号公報に記載されている公知の方法で実施可能である。出力部２４４は、ターゲット位置特定部２４３が特定した各ターゲットＴの位置に基づき、上記の５項目を算出し、算出結果を出力する。図示は省略するが、出力部２４４は、各項目の経時的な変化を出力してもよい。

【0051】

上記のように、ターゲットＴのある時刻における位置を基準とし、その基準に対してターゲットＴがどの程度変位したかを出力する、又は、複数のターゲットＴの相対的な位置関係を出力する以外にも、出力部２４４は、例えば所定の基準点ターゲットの位置に対する各ターゲットＴの絶対位置を出力してもよい。具体的には、基準点ターゲットは、例えば、工事範囲外の、工事の影響を受けない不動地点に配置されたターゲットである。

【0052】

（アラートの出力）
出力部２４４は、各種のアラート及び所定の情報を作業者に対して出力する。出力部２４４は、アラートや所定の情報を表示部２２に表示させてもよいし、計測装置２に不図示のネットワーク経由で接続された他の機器に表示させてもよい。

【0053】

本実施形態では、上述したように、ターゲット位置特定部２４３が検出したターゲットＴ上の４点に基づき、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２を特定して両直線の交点をターゲットＴの位置と特定する。しかし、例えばターゲットＴに付着した付着物５６の範囲や形状によっては、第１直線Ｌ１及び／又は第２直線Ｌ２を特定できず、ターゲットＴの位置の特定ができないことが想定される。

【0054】

そこで、出力部２４４は、例えば、ターゲット位置特定部２４３が第１直線Ｌ１及び／又は第２直線Ｌ２を特定できず第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定できない場合に、アラートを出力する。

【0055】

出力部２４４は、また、ターゲット位置特定部２４３が第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定できない場合に、上記のアラートとともに、複数のターゲットＴのうち交点が特定されなかったターゲットを示す情報を出力してもよい。例えば、ターゲットＴ１～Ｔ４のうちターゲットＴ４について交点が特定できなかった場合、出力部２４４は、交点が特定されなかったターゲットがターゲットＴ４であることを示す情報を出力する。具体的には、出力部２４４は、撮像画像５に、特定されなかったターゲットＴを示すテキスト情報又は画像情報が付加された画像を出力してもよい。このような構成によれば、出力された情報を見た作業者は、複数のターゲットＴのうちどのターゲットＴの位置が特定できていないかを確認でき、現場のターゲットＴを清掃するなどの対応を取ることができる。

【0056】

出力部２４４は、また、ターゲット位置特定部２４３が検出対象領域Ａにおいて第１境界線５１及び第２境界線５２を探索した結果、第１境界線５１又は第２境界線５２を探索できなかった場合に、アラートを出力してもよい。

【0057】

ターゲット状態特定部２４５は、撮像画像５に基づき、例えば、ターゲットＴに付着物５６が付着していることを特定する。ターゲット状態特定部２４５は、一例として、それぞれの検出対象領域Ａにおいて、ターゲットＴの第１直線Ｌ１が延びる第１方向又は第２直線Ｌ２が延びる第２方向とは異なる方向の輪郭線を検出することにより、ターゲットＴに付着した付着物５６の存在を特定する。ターゲット状態特定部２４５は、具体的には、検出した上記輪郭線が例えば所定の閾値以上の長さの場合に、付着物５６が存在すると判定する。

【0058】

ターゲットＴに直接付着する付着物以外にも、例えば、植物の一部などがターゲットＴの前面に存在することによってターゲットＴの十字パターンを正しく撮影できなくなる状況も想定される。そこで、ターゲット状態特定部２４５は、ターゲットＴの前面に位置する障害物の存在を特定してもよい。ターゲット状態特定部２４５は、上記同様、ターゲットＴの第１直線Ｌ１が延びる第１方向又は第２直線Ｌ２が延びる第２方向と異なる方向の輪郭線を検出することにより、障害物があることを特定してもよい。ターゲット状態特定部２４５は、一例として、付着物と障害物とを分類するように学習が行われた学習済みモデルを用い、画像認識により付着物及び障害物を識別してもよい。ターゲット状態特定部２４５は、付着物の種別、又は、障害物の種別を識別する機能を有していてもよい。出力部２４４は、例えば、ターゲット状態特定部２４５の識別結果を作業者に対して出力する。

【0059】

［軌道狂いの計測動作］
上述のように構成された計測システムＳ１００の動作について、以下説明する。図１０は、計測システムＳ１００の動作の一例を示すフローチャートである。

【0060】

ステップＳ１は初期設定のステップである。まず、ステップＳ１において、計測装置２は、レールＲに取り付けられた複数のターゲットＴの位置を特定し、特定した位置をターゲットＴの基準位置として記憶部２３に記憶させる。ステップＳ１では、また、作業者がカメラ１と各ターゲットＴとの位置関係を測量により実測して取得した距離関係の情報が、記憶部２３に記憶される。また、設定受付部２４１が、作業者による各ターゲットＴに対する検出対象領域Ａ（図６参照）の設定を受け付け、設定受付部２４１が受け付けた設定の情報が記憶部２３に記憶される。このような初期設定の完了後、計測システムＳ１００による軌道狂いの計測の運用が開始される。

【0061】

ステップＳ２において、計測装置２は、カメラ１を予め設定された所定の測定時刻に動作させ、複数のターゲットＴを撮影する。カメラ１は、一例として、設定された所定の期間に所定回数だけターゲットＴを撮影し、複数の撮像画像５を生成する。

【0062】

次いで、ステップＳ３において、画像取得部２４２がカメラ１から取得した撮像画像５に基づいて、ターゲット位置特定部２４３が撮像画像５におけるそれぞれの検出対象領域Ａにおいて画像を解析する。具体的には、ターゲット位置特定部２４３は、ターゲットＴの十字パターン上の２点Ｐ１、Ｐ１を検出して第１直線Ｌ１を特定するとともに、他の２点Ｐ２、Ｐ２を検出して第２直線Ｌ２を特定し、それらの交点Ｏ１をターゲットＴの位置として特定する。ターゲット位置特定部２４３はこのような処理を全てのターゲットＴについて行い、特定されたターゲットＴの位置は記憶部２３に記憶される。

【0063】

次いで、ステップＳ４において、出力部２４４は、ターゲット位置特定部２４３が特定したターゲットＴの位置と、記憶部２３に予め記憶されたカメラ１とターゲットＴとの位置関係等に基づいて、一例として、線路に関する高低狂い、通り狂い、軌間狂い、水準狂い、及び平面性狂いの５項目を算出する。そして、ステップＳ５において、出力部２４４は算出結果を出力する。

【0064】

次いで、ステップＳ６において、上記項目のうちいずれかの値が所定の閾値以上であり、算出結果が所定の範囲内に無い場合（ステップＳ６でＮｏ）、出力部２４４はアラートを出力する。ステップＳ６において、上記項目の算出結果が所定の範囲内の場合にはアラートは出力せず、上記ステップＳ２～ステップＳ５を繰り返す。なお、アラートを発出するタイミングや回数、及び、アラートの内容については、種々変更可能であり、例えば軌道狂いの程度に応じて複数回のアラートが発出されてもよい。

【0065】

計測装置２がこのように動作することで、計測システムＳ１００が稼働している間、計測対象物である線路の軌道狂いが計測装置２によって自動的に計測され、作業者は計測装置２の出力結果を確認することで、線路の状態を監視できる。

【0066】

（実施形態１の構成の作用効果）
以上のような本実施形態の構成では、計測システムＳ１００の計測装置２は、ターゲットＴ上の点Ｐ１、Ｐ２を検出し、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２の交点Ｏ１を求めることによってターゲットＴの位置を特定する。したがって、付着物や障害物によってターゲットＴの一部が隠れたとしても、ターゲットＴ上の点Ｐ１、Ｐ２が検出できいていれば、ターゲットＴの位置を特定でき、線路の軌道狂いを精度よく計測することが可能となる。

【0067】

また、本実施形態のターゲットＴは、原則としてターゲットＴの輪郭形状を検出する必要がない。従来の円形パターンの場合、ターゲットの輪郭形状を検出し易いように、円形パターンのサイズは、取付プレート５５の高さ寸法よりある程度小さい形状とされていた。このような構成で、かつ、ターゲットと取付プレート５５の色を異ならせることで、計測装置が円形パターンであるターゲットの輪郭形状を検出し易くなる。このような構成の場合、円形パターンのサイズが比較的小さくする必要があったが、本実施形態の十字パターンのターゲットＴでは、例えば、ターゲットＴの直径は取付プレート５５の高さ寸法と同程度であってもよく、したがって、ターゲットＴのサイズを大きくすることができる。その結果、撮像画像におけるターゲットＴのサイズが大きくなり、ターゲットＴの識別性が向上する効果が生じる。

【0068】

また、出力部２４４は、ターゲット位置特定部２４３が第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定できない場合に、アラートを出力するため、作業者は、ターゲットＴの位置の検出異常を知ることができる。特に、このような検出異常が発生した場合に、出力部２４４が、アラートとともに、複数の前記ターゲットのうち交点が特定されなかったターゲットを示す情報を含む撮像画像を出力することにより、作業者は、その内容を確認し、どのターゲットが異常であるかを確認することができる。

【0069】

＜変形例１＞
上記実施形態では、ターゲットＴの画像に基づいて第１境界線５１及び第２境界線５２の交点を検出することを説明したが、ターゲット位置特定部２４３は、第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定できない場合、交点が特定されなかったそのターゲットＴの輪郭形状を抽出し、抽出した輪郭形状の重心位置をターゲットＴの位置として特定してもよい。ターゲット位置特定部２４３は、具体的には、ターゲットＴの輪郭に沿って複数の特徴点を特定し、その複数の特徴点が形成する形状の重心位置をターゲットＴの位置と特定する。

【0070】

このような構成によれば、仮に付着物５６や植物などの障害物によって、第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定することができない場合であっても、ターゲットＴの輪郭形状を特性することができればターゲットＴの位置を特定できる。そのため、第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定する方式のみでターゲットＴの位置を特定する構成と比べて、ターゲットＴの位置を特定できないということが発生する頻度を低減させることができる。

【0071】

＜変形例２＞
図１１は、ターゲットＴの位置を精度良く検出できない例を示す図である。図６を参照して説明したように、ターゲット位置特定部２４３は、ターゲットＴの第１境界線５１及び第２境界線５２上の点Ｐ１、Ｐ２を検出して第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２を特定する。したがって、付着物や障害物の形状によっては、図１１のように、点Ｐ１間の距離ｄ１及び点Ｐ２間の距離ｄ２が短くなることがある。この場合、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２の方向が第１境界線５１及び第２境界線５２から大きくずれ、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との交点Ｏ１を精度良く特定できないおそれがある。

【0072】

そこで、本発明の一変形例においては、出力部２４４が、第１境界線５１上の２つの点Ｐ１の間の距離ｄ１、及び、第２境界線５２上の他の２つの点Ｐ２の間の距離ｄ２の少なくとも一方が、所定の閾値未満である場合に、アラートを出力してもよい。「所定の閾値未満」は、検出精度に関する閾値として設定された閾値であり、作業者が設定した値であってもよいし、計測装置２が設定した値であってよい。ターゲット位置特定部２４３は、距離ｄ１又は距離ｄ２が所定の閾値未満である場合、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との交点の特定を行わず、例えば、カメラ１が再びターゲットＴを撮影した撮像画像５に基づいて、各点Ｐ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２の検出をやり直し、距離ｄ１及び距離ｄ２が所定閾値以上の場合に、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２の交点を特定してもよい。

【0073】

記憶部２３が、ターゲットＴの複数のサイズと、複数の上記閾値とを関連づけて記憶しており、出力部２４４又はターゲット位置特定部２４３は、記憶部２３を参照し、ターゲット位置特定部２４３が特定したターゲットＴのサイズに基づいて、関連する上記閾値を自動的に決定し、上記の処理を行ってもよい。

【0074】

＜変形例３＞
図１２は、ターゲットＴがレールＲから外れている可能性がある場合の変位情報の一例である。計測対象物がレールＲのようなものである場合、仮に何らかの原因でレールＲの形状が変形した場合であっても、レールＲは全体的になだらかに変形すると想定され、レールＲの一部のみが他に比べて局所的に大きく変位することは生じにくい。図１２では、一例としてターゲットＴ３の位置が他のターゲットＴ１、Ｔ２及びＴ４の位置に比べて大きく変位している。このような場合、ターゲットＴ３がレールＲから外れている可能性が想定される。

【0075】

そこで、出力部２４４は、ターゲット位置特定部２４３が特定した所定のターゲットの位置（例えばターゲットＴ３の位置）と、それに隣接する他の前記ターゲット（例えば、ターゲットＴ４）の位置との間の距離ｄ３が、ターゲット位置の異常に関する閾値として設定された所定の閾値以上の場合に、アラートを出力してもよい。

【0076】

＜変形例４＞
上記の実施形態では、ターゲットＴ上の第１境界線５１と第２境界線５２との交点を求めてターゲットＴの位置を特定することを説明した。しかしながら、計測システムＳ１００においては、特定されたターゲットの輪郭形状から重心位置を求めてターゲットの位置を特定する方式と、十字パターンを利用した方式とを選択可能であることも好ましい。

【0077】

そこで、ターゲット位置特定部２４３は、計測対象物であるレールＲに取り付けられたターゲットＴにおける第１境界線５１と第２境界線５２との交点を特定することによってターゲットＴの位置を特定する第１動作モードと、レールＲに取り付けられた複数の標識をカメラ１が撮影することにより生成された撮像画像５内における、標識の輪郭形状を抽出し、抽出した輪郭形状の重心位置を標識の位置として特定する第２動作モードとを実行可能であり、作業者から受け付けた選択に応じて、第１動作モードと第２動作モードとのいずれかを実行してもよい。「標識」は、例えば円形パターンであり、円形パターンは十字パターンのターゲットＴとは別にレールＲに取り付けられていてもよい。

【0078】

ターゲット位置特定部２４３は、例えば、施工対象物の種別と、動作モードの種別が関連づけられた記憶部２３を参照して、作業が入力した施工対象物の種別に応じて動作モードを自動的に決定してもよい。

【0079】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0080】

１ カメラ
２ 計測装置
５ 撮像画像
１１ 支柱
１２ 照明器具
２１ 入力部
２２ 表示部
２３ 記憶部
２４ 制御部
５１ 第１境界線
５２ 第２境界線
５５ 取付プレート
５６ 付着物
６０ 変位情報
２４１ 設定受付部
２４２ 画像取得部
２４３ ターゲット位置特定部
２４４ 出力部
２４５ ターゲット状態特定部
Ａ 検出対象領域
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
ｏ ターゲット中心
ｏ１ 重心位置
ｐ 特徴点
Ｒ レール
Ｓ１００ 計測システム
Ｔ ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】