特開 2024-176152 レーザスキャナ、出来形管理装置、出来形管理方法およびプログラム

(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】P2024176152

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】レーザスキャナ、出来形管理装置、出来形管理方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/30 20060101AFI20241212BHJP

   E01C 23/01 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01B11/30 W

E01C23/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094452

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西澤 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】平 謙二

【テーマコード（参考）】

2D053

2F065

【Ｆターム（参考）】

2D053AA32

2D053AA36

2D053FA03

2F065AA49

2F065BB27

2F065CC40

2F065FF11

2F065GG04

2F065MM07

2F065MM16

2F065MM26

2F065PP22

(57)【要約】

【課題】 キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる、レーザスキャナを提供する。
【解決手段】 レーザスキャナ（１１）は、建設機械（Ｃ）の後部に設けられ、レーザ光を路面（Ａ）に送信して路面（Ａ）から反射したレーザ光を受信するレーザ送受信部（１１４）と、路面（Ａ）側を撮影するカメラ部（１１３）と、レーザ送受信部（１１４）によってレーザ光が送受信された路面（Ａ）までの距離を計測する制御部（１１５）と、を備え、制御部（１１５）は、建設機械（Ｃ）の後部の路面（Ａ）上に設けられたキャリブレーション用マーカ（Ｍ）を用いて、路面（Ａ）までの距離の計測に関するキャリブレーションを行う。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

道路を移動しながら路面の舗装工事を行う建設機械の後部に設けられるレーザスキャナであって、
レーザ光を路面に送信して路面から反射したレーザ光を受信する送受信部と、
路面側を撮影するカメラ部と、
前記送受信部によってレーザ光が送受信された路面までの距離を計測する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記建設機械の後部の路面上に設けられたキャリブレーション用マーカを用いて、路面までの距離の計測に関するキャリブレーションを行う
ことを特徴とするレーザスキャナ。

【請求項2】

前記制御部は、路面までの距離の計測に関するキャリブレーションとして、
前記キャリブレーション用マーカに送受信されたレーザ光の強度に基づいたレーザ光の強度に関する第１のキャリブレーション、および、
前記キャリブレーション用マーカの撮影画像を用いた路面までの距離情報に関する第２のキャリブレーションを行う
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャナ。

【請求項3】

前記キャリブレーション用マーカは、
前記送受信部によるレーザ光の走査方向に沿ったグレースケールチャートと、
ピクセル列からなる複数の線を含むピクセル検出エリアと、を有し、
前記制御部は、
前記グレースケールチャートに送受信されたレーザ光の強度を用いて前記第１のキャリブレーションを行い、
前記ピクセル検出エリアの撮影画像における線の数と、路面までが基準距離であるときに撮影された前記ピクセル検出エリアの撮影画像における線の数とに基づいて、前記第２のキャリブレーションを行う
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザスキャナ。

【請求項4】

トータルステーションによるレーザスキャナの追尾に利用される反射部と、
路面までの距離を示す計測距離情報を、路面舗装の出来形管理情報として送信し、前記トータルステーションによって前記反射部を用いた追尾により計測されたレーザスキャナの移動情報を受信する通信部と、を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザスキャナ。

【請求項5】

請求項４に記載のレーザスキャナによって計測された前記計測距離情報と前記トータルステーションによって計測された前記移動情報とを取得する情報取得部と、
前記計測距離情報および前記移動情報を用いて、路面の状態を視覚的に表す面データを生成する面データ生成部と、を備えた
ことを特徴とする出来形管理装置。

【請求項6】

出来形管理装置によって実行される出来形管理方法であって、
情報取得部が、請求項４に記載のレーザスキャナによって計測された前記計測距離情報と前記トータルステーションによって計測された前記移動情報とを取得するステップと、
面データ生成部が、前記計測距離情報および前記移動情報を用いて、路面の状態を視覚的に表す面データを生成するステップと、を備えた
ことを特徴とする出来形管理方法。

【請求項7】

コンピュータを、
請求項４に記載のレーザスキャナによって計測された前記計測距離情報と、前記トータルステーションによって計測された前記移動情報とを取得する情報取得部、
前記計測距離情報および前記移動情報を用いて、路面の状態を視覚的に表す面データを生成する面データ生成部、
として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザスキャナ、出来形管理装置、出来形管理方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

道路の舗装修繕工事は、例えば、路面を所定の深さまで切削した切削層を形成し、切削層上に基層が敷設され、基層上に表層が敷設される。この場合、基層および表層についての厚さ、舗装修繕した幅および長さの出来形管理を行う必要がある。
例えば、特許文献１には、舗装修繕工事が行われた道路の出来形管理システムが記載されている。この出来形管理システムは、既知点（例えば、基準点）に設置されるトータルステーション（以下、ＴＳと記載する。）と、ＴＳとともに使用されるプリズムと、端末装置とを有している。

【0003】

ＴＳは、道路の路面における各点について、既知点に対する各点の三次元座標を取得する。プリズムは、リモートキャッチャであり、ＴＳと無線で接続される。ＴＳは、作業者により道路の路面における各点に設置されたプリズムに向けて測距光を出射し、プリズムにおいて反射した反射光を受光し、出射から受光までに光波が発振した回数に基づいて、既知点に対する各点の三次元座標を取得する。端末装置は、表示画面を有する携帯情報端末であり、ＴＳにより各点の三次元座標が取得されると、その三次元座標がＴＳから供給される。

【0004】

例えば、表層および基層が敷設される舗装修繕工事が行われる場合、端末装置は、表層表面の設計面データおよび各層の設計厚さを用いて、舗装道路の出来形を管理する。表層表面の設計面データには、道路の路面表面にある任意の各点についての三次元点群データが含まれる。舗装修繕工事は、表層表面の設計面データに基づいて作成される各層の設計面データと、各層の設計厚さとに基づいて行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２３－０３９３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載される従来の出来形管理は、プリズムを用いて路面上の複数の計測点の三次元座標をそれぞれ取得している。しかしながら、従来の出来形管理では、計測点間の高さおよび厚みを計測していないため、その部分での高さおよび厚みの計測精度が担保されないという課題があった。

【0007】

本開示は上記課題を解決するものであり、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる、レーザスキャナを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係るレーザスキャナは、道路を移動しながら路面の舗装工事を行う建設機械の後部に設けられるレーザスキャナであって、レーザ光を路面に送信して路面から反射したレーザ光を受信する送受信部と、路面側を撮影するカメラ部と、送受信部によってレーザ光が送受信された路面までの距離を計測する制御部と、を備え、制御部は、建設機械の後部の路面上に設けられたキャリブレーション用マーカを用いて、路面までの距離の計測に関するキャリブレーションを行うものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、建設機械の後部の路面上に設けられたキャリブレーション用マーカを用いて、路面までの距離の計測に関するキャリブレーションを行う。これにより、本開示に係るレーザスキャナは、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１Ａおよび図１Ｂは、マーカの設置の概要を示す上面図である。

【図2】実施の形態１に係るレーザスキャナを備えた出来形管理システムの構成例を示す概要図である。

【図3】実施の形態１に係るレーザスキャナの構成例を示すブロック図である。

【図4】キャリブレーション用マーカの例を示す上面図である。

【図5】キャリブレーション用マーカのグレースケールチャートを示す上面図である。

【図6】キャリブレーション用マーカのピクセル検出エリアを用いたキャリブレーションの概要を示す概要図である。

【図7】実施の形態１に係る出来形管理装置の構成例を示すブロック図である。

【図8】面データの表示例を示す画面図である。

【図9】実施の形態１に係る出来形管理方法を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態１に係る出来形管理装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１．
まず、従来の路面舗装の出来形管理を説明し、続いて、従来の出来形管理に対する実施の形態１に係る出来形管理の有効性について説明する。
図１Ａは、従来の出来形管理におけるマーカＭ１～Ｍ４の設置例を示す上面図である。図１Ａにおいて、路面Ａにおける、破線で示す位置ＳＰから、道路の長さ方向に約８０ｍ離れた破線で示す位置ＥＰまでのエリアが、路面状態の計測エリアである。位置ＳＰは、路面状態の計測開始地点であり、位置ＥＰは、路面状態の計測終了地点である。路面Ａの舗装は、矢印Ｂの方向に進行する建設機械Ｃにより行われる。建設機械Ｃは、路面舗装を行う車両であり、例えば、ロードローラである。

【0012】

従来の出来形管理では、舗装工事を行った後の路面Ａが設計通りの状態であるかどうかを確認するため、路面Ａの状態を計測する必要がある。路面Ａの状態には、道路の幅員、路面高さ、基準点の高さ、または、道路の厚さ等がある。従来の出来形管理は、舗装前の路面Ａの各点の位置座標と舗装後の路面Ａの各点の位置座標とを参照して、路面Ａの状態の計測精度を上げている。

【0013】

例えば、図１Ａに示すように、路面Ａの計測エリアの四隅の位置にマーカＭ１～Ｍ４を設置し、道路沿いの基準点に設置したＴＳ１００を用いて、マーカＭ１～Ｍ４を設置した各点の三次元座標が計測される。具体的には、作業者が、プリズムをマーカＭ１～Ｍ４に順次設置する。ＴＳ１００は、プリズムに向けて測定光を出射し、このプリズムで測定光が反射した反射光を受光して、測定光の出射から反射光の受光までの時間差に基づいて、基準点に対するマーカＭ１～Ｍ４の中心位置の三次元座標を計測する。

【0014】

路面Ａの各点の三次元座標を計測する作業は、作業者がプリズムをマーカＭ１～Ｍ４に順次設置し、プリズムが設置されたマーカの三次元座標をＴＳ１００が計測する、という煩雑な処理である。また、この作業は、ＴＳ１００からプリズムに向けて出射された測定光、または、プリズムからＴＳ１００に戻る反射光を遮るものがないことが前提である。例えば、他の作業者がＴＳ１００とマーカＭ１～Ｍ４のそれぞれに設置されたプリズムとの間を横切って光を遮ると、計測データ抜けが発生する可能性がある。さらに、計測中はマーカＭ１～Ｍ４を動かせないので、この計測以外の作業を行っている作業者にとっては邪魔な存在となる。

【0015】

そこで、実施の形態１に係る出来形管理では、ＴＳによる路面Ａの各点の三次元座標を計測する作業を行うことなく、路面舗装の出来形管理を行うものである。
図１Ｂは実施の形態１に係る出来形管理におけるキャリブレーション用マーカＭの設置を示す上面図である。図１Ｂにおいて、破線で示す位置ＳＰは、路面状態の計測開始地点である。実施の形態１に係る出来形管理では、建設機械Ｃの後部にレーザスキャナが搭載されており、このレーザスキャナが路面Ａの状態を計測する。また、キャリブレーション用マーカＭは、建設機械Ｃの後部の路面Ａに設置される。

【0016】

実施の形態１に係る出来形管理は、建設機械Ｃの後部に搭載されたものである。このため、従来の出来形管理のように、路面Ａの複数の点の三次元座標を計測することなく路面舗装の出来形管理を行うことができる。

【0017】

また、例えば、図１Ｂに示すように、建設機械Ｃが位置ＳＰ（計測開始地点）から路面舗装を行える位置にある場合、その後部の路面Ａにキャリブレーション用マーカＭが設置される。これにより、レーザスキャナは、建設機械Ｃが路面舗装を開始する前に、キャリブレーション用マーカＭを用いたキャリブレーションを済ますことができる。このため、レーザスキャナは、建設機械Ｃによる路面舗装と連動して路面Ａの状態を正確に計測することが可能である。

【0018】

図２は、実施の形態１に係るレーザスキャナ１１を備えた出来形管理システム１の構成例を示す概要図である。図２において、出来形管理システム１は、舗装された路面Ａの出来形を管理するシステムであり、レーザスキャナ１１、ＴＳ１３、アクセスポイント１４および出来形管理装置１５を有する。また、キャリブレーション用マーカＭは、位置ＳＰから路面Ａの舗装を行える位置にある建設機械Ｃの後部の路面Ａに設置される。

【0019】

レーザスキャナ１１は、建設機械搭載型レーザスキャナであり、図２に示すように、建設機械Ｃの後部、すなわち建設機械Ｃの進行方向とは反対側の端部に設けられる。
また、レーザスキャナ１１は、路面Ａの状態の計測に用いられるレーザ光を送受信する機能と、路面Ａ側を撮影する機能とを有している。例えば、レーザスキャナ１１の上部には、プリズム１１１が設けられる。また、レーザスキャナ１１の下部には、レーザ光を送受信するための光学系１１２と、路面Ａ側を撮影するためのカメラ部１１３とが設けられている。

【0020】

建設機械Ｃが矢印Ｂの方向へ進行すると、レーザスキャナ１１は、光学系１１２を制御することにより、建設機械Ｃの移動に伴って路面Ａをレーザ走査する。このレーザ走査によって路面Ａの状態が計測される。

【0021】

さらに、レーザスキャナ１１は、建設機械Ｃの後部の路面上に設けられたキャリブレーション用マーカＭを用いて、路面Ａまでの距離の計測に関するキャリブレーションを行うものである。例えば、レーザスキャナ１１は、キャリブレーション用マーカＭに送受信したレーザ光の強度に基づいて、レーザ光の強度に関する第１のキャリブレーションを行い、カメラ部１１３により撮影されたキャリブレーション用マーカＭの撮影画像を用いて、路面Ａまでの距離に関する第２のキャリブレーションを行う。
レーザスキャナ１１が、キャリブレーション用マーカＭを用いてキャリブレーションを行うことにより計測精度を上げた状態で、出来形管理システム１は、路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる。

【0022】

ＴＳ１３は、自動追尾型ＴＳであり、建設機械Ｃとともに移動するレーザスキャナ１１の移動情報を計測するものである。例えば、基準点に設置されたＴＳ１３は、一定の時間間隔（例えば、１００ミリ秒間隔）で、プリズム１１１に向けて測定光を出射（レーザ光の送信）し、測定光がプリズム１１１で反射した反射光を受光（レーザ光の受信）する。そして、ＴＳ１３は、測定光の出射から反射光の受光までの時間差に基づいて、基準点に対するレーザスキャナ１１の三次元座標を逐次計測する。レーザスキャナ１１の移動情報は、レーザスキャナ１１の上記時間間隔ごとの位置情報を含む情報であり、ＴＳ１３からアクセスポイント１４を介してレーザスキャナ１１に送信される。

【0023】

アクセスポイント１４は、レーザスキャナ１１、ＴＳ１３および出来形管理装置１５の無線通信を中継する装置であり、例えばＷｉｆｉ（登録商標）アクセスポイントである。Ｗｉｆｉのアクセスポイント１４は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して、レーザスキャナ１１、ＴＳ１３および出来形管理装置１５の無線通信を中継する。なお、アクセスポイント１４は、ＬＡＮの他、無線基地局を介したＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、第３世代（３Ｇ）の通信方式、ＬＴＥなどの第４世代（４Ｇ）の通信方式、第５世代（５Ｇ）以降の通信方式、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、特定小電力無線方式等の無線通信ネットワークを介した無線通信を中継するものであってもよい。

【0024】

出来形管理装置１５は、作業者Ｄに操作される携帯端末であり、レーザスキャナ１１が計測した路面Ａの状態を示す計測距離情報およびＴＳ１３が計測したレーザスキャナ１１の移動情報を取得し、計測距離情報および移動情報を用いて路面Ａの状態を視覚的に表す面データを生成する。出来形管理装置１５は、アクセスポイント１４を介して、レーザスキャナ１１とＴＳ１３との通信が可能であり、例えば、タブレット端末、スマートフォンまたはノートタイプのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。

【0025】

出来形管理装置１５は、上記端末装置と通信可能なサーバが備える構成要素であってもよい。例えば、端末装置は、ＳａａＳ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の形態で提供される出来形管理を行うことができる。ＳａａＳの形態で出来形管理を行う場合、端末装置には、出来形管理用の情報処理アプリケーションがインストールされていなくてよい。出来形管理用の情報処理アプリケーションは上記サーバで実行されており、端末装置は、汎用のＷｅｂブラウザ上で、上記面データ等が提供される。情報処理アプリケーションは、サーバが備える記憶部に記憶されている。
また、端末装置には、出来形管理用の情報処理アプリケーションがインストールされていてもよい。出来形管理用の情報処理アプリケーションがインストールされた端末装置では、この情報処理アプリケーションが実行されることで、出来形管理が可能となる。

【0026】

図３は、実施の形態１に係るレーザスキャナ１１の構成例を示すブロック図である。図３において、レーザスキャナ１１は、プリズム１１１、光学系１１２、カメラ部１１３、レーザ送受信部１１４、制御部１１５、通信部１１６および無線ＬＡＮアンテナ１１７を備える。プリズム１１１は、ＴＳ１３によるレーザスキャナ１１の追尾に利用される反射部である。例えば、プリズム１１１は、全周プリズムであり、入射したレーザ光を、入射した方向へ反射させることができる光学要素である。

【0027】

光学系１１２は、レーザ送受信部１１４が出射したレーザ光ＬＳを路面Ａ側に送信し、路面Ａで反射したレーザ光ＬＳをレーザ送受信部１１４に向けて反射する。
また、光学系１１２は、レーザ光ＬＳを走査するための駆動機構（図３において不図示）を有する。例えば、制御部１１５が制御する駆動機構が光学系１１２を駆動することにより、レーザ光ＬＳは、道路幅方向に走査される。

【0028】

カメラ部１１３は、矢印ＰＨで示す路面Ａ側を撮影するカメラであり、路面Ａ側を拡大して撮影するための望遠レンズを有する。また、カメラ部１１３は、レンズ画角、歪み、および被写体との距離情報についてのキャリブレーションが予め行われている。
以下の説明では、カメラ部１１３の１画素当たりの距離情報が０．１ｍｍ／ｐｘであるものとする。

【0029】

レーザ送受信部１１４は、レーザ光ＬＳを路面Ａに送信して、路面Ａから反射してきたレーザ光ＬＳを受信する送受信部である。また、レーザ送受信部１１４は、制御部１１５からの制御により、レーザ光ＬＳの出力強度を変更可能である。さらに、レーザ送受信部１１４は、予め定められた一定の時間間隔でレーザ光ＬＳを送受信する。

【0030】

制御部１１５は、レーザ送受信部１１４によってレーザ光が送受信された路面Ａまでの距離を計測する。例えば、制御部１１５は、レーザ送受信部１１４がレーザ光を送信してから路面Ａで反射したレーザ光ＬＳを受信するまでの時間に基づいて、路面Ａまでの距離（高さ）を計測するものである。制御部１１５が、レーザ光ＬＳを道路幅方向に走査することで、路面Ａの幅方向の起伏を計測し、この起伏を表す計測データが、レーザ光ＬＳを送受信する上記時間間隔で順次計測される。制御部１１５は、レーザスキャナ１１の移動情報を用いて矢印Ｂ方向のレーザスキャナ１１の移動位置を特定し、レーザスキャナ１１の移動位置ごとの路面Ａの幅方向の起伏を表す計測データを統合することで、路面Ａ全体の起伏を求めることが可能である。

【0031】

制御部１１５は、レーザ送受信部１１４がキャリブレーション用マーカＭに送受信したレーザ光の強度に基づいて、レーザ光の強度に関する第１のキャリブレーションを行い、キャリブレーション用マーカＭの撮影画像を用いて、路面Ａまでの距離に関する第２のキャリブレーションを行う。第１のキャリブレーションは、例えば、キャリブレーション用マーカＭに向けて出射されたレーザ光ＬＳの出力強度と、キャリブレーション用マーカＭにおける反射率に応じたレーザ光ＬＳ（反射光）の受信強度との差分に基づいて算出したキャリブレーション値を用いて、レーザ光ＬＳの出力強度を補正する処理である。第２のキャリブレーションは、キャリブレーション用マーカＭの撮影画像から特定されるキャリブレーション用マーカＭまでの距離情報に応じたキャリブレーション値を用いて、路面Ａまでの距離情報を補正する処理である。

【0032】

通信部１１６は、無線ＬＡＮアンテナ１１７により、路面Ａまでの距離を示す計測距離情報を、路面Ａを舗装した道路の出来形管理情報として送信し、ＴＳ１３が計測したレーザスキャナ１１の移動情報を受信する。レーザスキャナ１１の移動情報は、通信部１１６から制御部１１５に出力され、制御部１１５によって図３において不図示のメモリに記憶される。無線ＬＡＮアンテナ１１７は、アクセスポイント１４との無線通信に用いられるアンテナである。

【0033】

また、通信部１１６は、ＧＮＳＳ（全世界測位システム）受信機としての機能も有しており、ＧＮＳＳ衛星から受信したＧＮＳＳ時刻情報を、制御部１１５に出力する。
制御部１１５は、レーザスキャナ１１の移動情報、および、路面Ａまでの計測距離情報に対してＧＮＳＳ時刻情報が紐付けられた計測情報を、上記メモリに記憶する。
制御部１１５は、通信部１１６および無線ＬＡＮアンテナ１１７により、メモリに記憶した上記計測情報を、出来形管理装置１５に送信する。出来形管理装置１５は、アクセスポイント１４を介して計測情報を取得すると、取得した計測情報を用いて面データを生成することができる。

【0034】

図４は、キャリブレーション用マーカＭの例を示す上面図である。キャリブレーション用マーカＭは、横方向に長い帯状の外形を有しており、図４において、長手方向が３００ｍｍ、幅方向が５０ｍｍの大きさである。また、キャリブレーション用マーカＭの幅方向は、二つに区分けされており、区分けされた一方の領域にグレースケールチャートＧＳが形成されており、もう一方の領域にはピクセル検出エリアＰＡが設けられている。
グレースケールチャートＧＳは、図４に示すように、両端部が白く、中央部に向かうにつれて黒くなるよう形成されている。ピクセル検出エリアＰＡには、ピクセル列からなる複数の線が描かれている。

【0035】

レーザスキャナ１１は、路面Ａまでの距離を計測するときに、レーザ光ＬＳを路面Ａの幅方向に走査する。一方、キャリブレーション用マーカＭは、その長手方向が路面Ａの幅方向に設置される。これにより、グレースケールチャートＧＳはレーザ光ＬＳの走査方向に沿ったものとなる。さらに、キャリブレーション用マーカＭは、ピクセル検出エリアＰＡがカメラ部１１３と対向する位置に設置される。これにより、ピクセル検出エリアＰＡは、カメラ部１１３の撮影範囲内に含まれる。

【0036】

図５は、キャリブレーション用マーカＭにおけるグレースケールチャートＧＳを示す上面図である。図５に示すように、グレースケールチャートＧＳは、道路面に近い両端部が白く、中央部に向かうにつれて黒くなるよう形成されているので、両端部のレーザ光ＬＳの反射率が最も高く、中央部のレーザ光ＬＳの反射率が最も低くなっている。

【0037】

制御部１１５は、光学系１１２とレーザ送受信部１１４を制御することにより、レーザ光ＬＳの出力強度を変更しながら、グレースケールチャートＧＳの長手方向に走査する。これにより、レーザ光ＬＳの出力強度とグレースケールチャートＧＳで反射したレーザ光ＬＳの強度との対応関係が得られる。制御部１１５は、この対応関係に基づいて、レーザ光ＬＳの出力強度に関するキャリブレーション値を生成する。そして、制御部１１５は、レーザ送受信部１１４から出力されるレーザ光ＬＳの強度を、このキャリブレーション値を用いて補正する第１のキャリブレーションを行う。レーザスキャナ１１は、第１のキャリブレーションを施したレーザ光ＬＳを測定光として、路面Ａまでの距離の計測を行う。

【0038】

図６は、ピクセル検出エリアＰＡを用いた第２のキャリブレーションの概要を示す概要図である。図６の左側の図は、カメラ部１１３とピクセル検出エリアＰＡとの位置関係を示しており、カメラ部１１３からピクセル検出エリアＰＡまでの距離が基準値Ｈ１であるものとする。制御部１１５は、ＴＳ１３により計測された移動情報と、ピクセル単位での距離情報とを用いて、カメラ部１１３からピクセル検出エリアＰＡまでの距離Ｈ２を算出する。

【0039】

図６の右側の図は、カメラ部１１３によって撮影されたピクセル検出エリアＰＡの撮影領域を示している。制御部１１５は、ピクセル検出エリアＰＡの撮影画像にピクセル単位で線が何本あるかに基づいて、基準値Ｈ１からのずれを検出する。ここで、制御部１１５は、ピクセル検出エリアＰＡの撮影画像における線の数と、基準値Ｈ１であるときに撮影されたピクセル検出エリアＰＡの撮影画像における線の数とに基づいて、第２のキャリブレーションを行う。また、カメラ部１１３は、１画素当たりの距離情報が０．１ｍｍ／ｐｘである。これが、第２のキャリブレーションにおけるキャリブレーション値である。

【0040】

基準値Ｈ１（＝１ｍ）から０．１ｍｍ高い距離Ｈ２であれば、基準値Ｈ１における画像ＰＡ１に含まれる線の数からピクセル列の線が１本増えた画像ＰＡ２が撮影されるようにカメラ部１１３の画角を調整しておく。制御部１１５は、レーザ光ＬＳを用いた距離計測で得られた距離を、ピクセル検出エリアＰＡの撮影画像における線の数とピクセル検出エリアＰＡまでの距離との関係を満たすように補正する第２のキャリブレーションを行う。
なお、レーザ光ＬＳを用いた距離計測で得られた距離は、第１のキャリブレーションが行われたものである。第１のキャリブレーションおよび第２のキャリブレーションを行うことにより、レーザスキャナ１１は、路面Ａまでの距離を正確に計測することができる。

【0041】

なお、キャリブレーション用マーカＭは、建設機械Ｃの後部の路面Ａに設けられて、建設機械搭載型レーザスキャナであるレーザスキャナ１１が、路面Ａまでの距離の計測に関するキャリブレーションを行えるものであればよい。すなわち、キャリブレーション用マーカＭは、グレースケールチャートＧＳおよびピクセル検出エリアＰＡを有するものに限定されない。例えば、キャリブレーション用マーカＭは、一様のパターンを有するものであってもよい。また、グレースケールチャートＧＳの白黒パターンが中央部が白く両端部が黒いものであってもよく、ピクセル検出エリアＰＡにおける複数の線が長手方向に並んだものであってもよい。

【0042】

図７は、実施の形態１に係る出来形管理装置１５の構成例を示すブロック図である。
図７に示すように、出来形管理装置１５は、通信部１５１、演算部１５２および表示部１５３を備える。通信部１５１は、アクセスポイント１４を介して、レーザスキャナ１１またはＴＳ１３と通信を行う。例えば、通信部１５１は、ＬＡＮ方式による無線ＬＡＮ通信が可能な通信装置であり、レーザスキャナ１１またはＴＳ１３といった他の機器と通信可能である。また、通信部１５１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信手段を備えていてもよい。

【0043】

演算部１５２は、出来形管理装置１５の全体動作を制御する。演算部１５２は、情報取得部１５２１および面データ生成部１５２２を備える。演算部１５２が、出来形管理処理を提供するための情報処理アプリケーションを実行することにより、情報取得部１５２１および面データ生成部１５２２の各種の機能が実現される。

【0044】

表示部１５３は、演算部１５２の演算処理で得られた情報を表示する表示装置である。例えば、表示部１５３は、タブレット端末、スマートフォン、またはノートタイプＰＣが備える表示装置である。

【0045】

情報取得部１５２１は、レーザスキャナ１１が第１のキャリブレーションおよび第２のキャリブレーションを行って計測した計測距離情報と、ＴＳ１３が計測した移動情報とを取得する。例えば、情報取得部１５２１は、通信部１５１により、アクセスポイント１４を介して、計測情報をレーザスキャナ１１から取得する。
なお、計測情報は、レーザスキャナ１１の移動情報および路面Ａまでの計測距離情報に対してＧＮＳＳ時刻情報が紐付けられた情報である。

【0046】

面データ生成部１５２２は、計測距離情報および移動情報を用いて、面データを生成する。面データは、路面Ａの状態を視覚的に表すデータである。
例えば、面データ生成部１５２２は、レーザスキャナ１１の移動情報および路面Ａまでの計測距離情報を用いて、路面Ａを高解像度に表す三次元点群データからなる面データを、舗装路面の出来形管理データとして生成する。
面データ生成部１５２２が生成した面データは、表示部１５３に表示される。

【0047】

図８は、面データＡ１の表示例を示す画面図である。表示部１５３は、面データＡ１を表示画面１５３Ａに表示する。図８に示すように、面データＡ１は、路面Ａを表す三次元点群データであり、例えば、白い部分がその他の領域よりも突出した部分である。作業者は、面データＡ１を参照することにより、舗装路面の出来形を確認することができる。

【0048】

図９は、実施の形態１に係る出来形管理方法を示すフローチャートである。
情報取得部１５２１は、レーザスキャナ１１によって計測された計測距離情報と、ＴＳ１３によって計測された移動情報とを取得する（ステップＳＴ１）。
面データ生成部１５２２は、計測距離情報および移動情報を用いて路面Ａの状態を視覚的に表す面データを生成する（ステップＳＴ２）。
出来形管理装置１５が、この出来形管理方法を実行することにより、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる。

【0049】

図１０は、出来形管理装置１５の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。例えば、出来形管理装置１５は、ハードウェア構成として、通信インタフェース２００、入出力インタフェース２０１、プロセッサ２０２、およびメモリ２０３を有する。出来形管理装置１５が備える情報取得部１５２１および面データ生成部１５２２の各機能は、これらのハードウェア構成において、情報処理アプリケーションが実行されることにより実現される。

【0050】

通信インタフェース２００は、アクセスポイント１４を介して、レーザスキャナ１１、または、ＴＳ１３から受信されたデータをプロセッサ２０２へ出力し、プロセッサ２０２が生成したデータを、アクセスポイント１４を介してレーザスキャナ１１またはＴＳ１３へ送信する。プロセッサ２０２は、入出力インタフェース２０１を介して、メモリ２０３に対しデータを読み書きする。

【0051】

情報取得部１５２１および面データ生成部１５２２の各機能を実現するための情報処理アプリケーションを構成するプログラムは、メモリ２０３に記憶されている。プロセッサ２０２は、入出力インタフェース２０１を介してメモリ２０３から読み出したプログラムを実行する。これにより、プロセッサ２０２は、情報取得部１５２１および面データ生成部１５２２の各機能を実現する。メモリ２０３は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

【0052】

以上のように、実施の形態１に係るレーザスキャナ１１は、建設機械Ｃの後部に設けられ、レーザ光ＬＳを路面Ａに送信して路面Ａから反射したレーザ光ＬＳを受信するレーザ送受信部１１４と、路面Ａ側を撮影するカメラ部１１３と、レーザ光ＬＳが送受信された路面Ａまでの距離を計測する制御部１１５と、を備える。制御部１１５は、建設機械Ｃの後部の路面Ａ上に設けられたキャリブレーション用マーカＭを用いて、路面Ａまでの距離の計測に関するキャリブレーションを行うものである。これにより、レーザスキャナ１１は、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することが可能である。

【0053】

実施の形態１に係るレーザスキャナ１１において、制御部１１５は、路面Ａまでの距離の計測に関するキャリブレーションとして、キャリブレーション用マーカＭに送受信されたレーザ光の強度に基づいてレーザ光の強度に関する第１のキャリブレーションを行い、キャリブレーション用マーカＭの撮影画像を用いて路面Ａまでの距離に関する第２のキャリブレーションを行う。これにより、レーザスキャナ１１は、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる。

【0054】

実施の形態１に係るレーザスキャナ１１において、キャリブレーション用マーカＭは、レーザ光の走査方向に沿ったグレースケールチャートＧＳと、ピクセル列からなる複数の線を含むピクセル検出エリアＰＡと、を有する。制御部１１５は、グレースケールチャートＧＳに送受信されたレーザ光の強度を用いて第１のキャリブレーションを行い、ピクセル検出エリアＰＡの撮影画像における線の数と、路面Ａまでが基準距離であるときに撮影されたピクセル検出エリアＰＡの画像における線の数とに基づいて、第２のキャリブレーションを行う。第１のキャリブレーションおよび第２のキャリブレーションを行うことにより、レーザスキャナ１１は、路面Ａまでの距離を正確に計測することができる。

【0055】

実施の形態１に係るレーザスキャナ１１において、ＴＳ１３によるレーザスキャナ１１の追尾に利用されるプリズム１１１と、路面Ａまでの距離を示す計測距離情報を、路面舗装の出来形管理情報として送信し、ＴＳ１３によってプリズム１１１を用いた追尾により計測されたレーザスキャナ１１の移動情報を受信する通信部１１６と、を備える。これにより、レーザスキャナ１１は、路面Ａまでの距離を正確に計測することができる。

【0056】

実施の形態１に係る出来形管理装置１５は、レーザスキャナ１１によって計測された計測距離情報とＴＳ１３によって計測された移動情報とを取得する情報取得部１５２１と、計測距離情報および移動情報を用いて、路面Ａの状態を視覚的に表す面データを生成する面データ生成部１５２２と、を備える。これにより、出来形管理装置１５は、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することが可能である。

【0057】

実施の形態１に係る出来形管理方法は、情報取得部１５２１が、レーザスキャナ１１によって計測された計測距離情報とＴＳ１３によって計測された移動情報とを取得するステップＳＴ１と、面データ生成部１５２２が、計測距離情報および移動情報を用いて、路面Ａの状態を視覚的に表す面データを生成するステップＳＴ２と、を備える。出来形管理装置１５が、この出来形管理方法を実行することで、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することが可能である。

【0058】

実施の形態１に係るプログラムをコンピュータが実行することにより、当該コンピュータは、レーザスキャナ１１によって計測された計測距離情報とＴＳ１３によって計測された移動情報とを取得する情報取得部１５２１、計測距離情報および移動情報を用いて、路面Ａの状態を視覚的に表す面データを生成する面データ生成部１５２２として機能する。これにより、キャリブレーションにより計測精度を上げた状態で路面Ａ上の計測範囲全体の三次元座標を計測することができる出来形管理装置１５を提供することができる。

【0059】

なお、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ 出来形管理システム、１１ レーザスキャナ、１３ トータルステーション（ＴＳ）、１４ アクセスポイント、１５ 出来形管理装置、１１１ プリズム、１１２ 光学系、１１３ カメラ部、１１４ レーザ送受信部、１１５ 制御部、１１６ 通信部、１１７ 無線ＬＡＮアンテナ、１５１ 通信部、１５２ 演算部、１５３ 表示部、１５３Ａ 表示画面、２００ 通信インタフェース、２０１ 入出力インタフェース、２０２ プロセッサ、２０３ メモリ、１５２１ 情報取得部、１５２２ 面データ生成部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】