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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】P2024035106
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】３次元面変位計測システム
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20240306BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103B
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023130095
(22)【出願日】2023-08-09
(31)【優先権主張番号】P 2022139127
(32)【優先日】2022-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110001759
【氏名又は名称】弁理士法人よつ葉国際特許事務所
(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
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 哲郎
(72)【発明者】
【氏名】今津 敏紀
(57)【要約】 （修正有）
【課題】３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面に係る複数組の点群データから被測定対象面の３次元面変位を精度良く自動的に計測しリアルタイムに表示する。
【解決手段】３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜ＳＳは、３つの測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３に基づいて、測点Ｍ１と測点Ｍ２を結ぶ回転軸ＲＡと、測点Ｍ３を通り回転軸ＲＡに直交した回転軸直交線ＯＡとによって張られる傾斜平面とする。そして、計測の基準となる比較元点群データについては、測点Ｍ３と交点ＰＩの標高差がゼロになるように回転軸ＲＡの回りに回転させる。その後、回転後の比較元点群データからＴＩＮを作成する。一方、比較対象点群データについても同じ回転角度だけ回転軸ＲＡの回りに回転させる。データ処理装置３は、回転後の比較対象点群データ内の比較測点と、対応する比較元三角形との間の離れを計測する。
【選択図】図６
【解決手段】３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜ＳＳは、３つの測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３に基づいて、測点Ｍ１と測点Ｍ２を結ぶ回転軸ＲＡと、測点Ｍ３を通り回転軸ＲＡに直交した回転軸直交線ＯＡとによって張られる傾斜平面とする。そして、計測の基準となる比較元点群データについては、測点Ｍ３と交点ＰＩの標高差がゼロになるように回転軸ＲＡの回りに回転させる。その後、回転後の比較元点群データからＴＩＮを作成する。一方、比較対象点群データについても同じ回転角度だけ回転軸ＲＡの回りに回転させる。データ処理装置３は、回転後の比較対象点群データ内の比較測点と、対応する比較元三角形との間の離れを計測する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
３次元レーザースキャン機能を有する測量機（１）と、前記測量機（１）の計測座標系の基準点又は測点を創出する１又は複数のターゲット部（２）と、前記測量機（１）が計測したデータを処理する計算機（３）とを備えた、被測定対象面（５０ａ）についての３次元面変位を計測する３次元面変位計測システム（１００）であって、
前記３次元レーザースキャン機能によって前記被測定対象面（５０ａ）についての座標に係る点群データを時間差をおいて取得する点群データ取得プロセス（Ｓ３）と、
３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜（ＳＳ）を設定する基準傾斜設定プロセス（ＳＴ０）と、
複数の前記点群データの内で基準となる基準点群データを選定する基準点群データ選定プロセス（ＳＴ１）と、
前記基準点群データ内から点群データを回転させる回転軸（ＲＡ）を設定する回転軸設定プロセス（ＳＴ２）と、
前記点群データの全体を前記回転軸（ＲＡ）の回りに所定の回転角度だけ回転させる点群データ回転プロセス（ＳＴ３、ＳＴ６）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた前記基準点群データについて隣り合う２つの測点を直線で結んで複数の三角形（Ｔ_ｊ）から成る不規則三角形網（ＴＩＮ）を形成する不規則三角形網作成プロセス（ＳＴ４）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた、前記基準点群データを除く他の点群データの各測点（ｐ_ｋ）について、対応する前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）を計測する離れ計測プロセス（ＳＴ８）とを備える
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記３次元レーザースキャン機能によって前記被測定対象面（５０ａ）についての座標に係る点群データを時間差をおいて取得する点群データ取得プロセス（Ｓ３）と、
３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜（ＳＳ）を設定する基準傾斜設定プロセス（ＳＴ０）と、
複数の前記点群データの内で基準となる基準点群データを選定する基準点群データ選定プロセス（ＳＴ１）と、
前記基準点群データ内から点群データを回転させる回転軸（ＲＡ）を設定する回転軸設定プロセス（ＳＴ２）と、
前記点群データの全体を前記回転軸（ＲＡ）の回りに所定の回転角度だけ回転させる点群データ回転プロセス（ＳＴ３、ＳＴ６）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた前記基準点群データについて隣り合う２つの測点を直線で結んで複数の三角形（Ｔ_ｊ）から成る不規則三角形網（ＴＩＮ）を形成する不規則三角形網作成プロセス（ＳＴ４）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた、前記基準点群データを除く他の点群データの各測点（ｐ_ｋ）について、対応する前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）を計測する離れ計測プロセス（ＳＴ８）とを備える
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項2】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記離れ（ｄ_ｋ）は、比較対象点群データの前記測点（ｐ_ｋ）と、該測点（ｐ_ｋ）から前記基準傾斜（ＳＳ）に下ろした垂線（Ｖ_ｋ）が前記三角形（Ｔ_ｊ）に交差する交点（ｑ_ｋ）との間の距離に相当する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記離れ（ｄ_ｋ）は、比較対象点群データの前記測点（ｐ_ｋ）と、該測点（ｐ_ｋ）から前記基準傾斜（ＳＳ）に下ろした垂線（Ｖ_ｋ）が前記三角形（Ｔ_ｊ）に交差する交点（ｑ_ｋ）との間の距離に相当する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項3】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記基準傾斜（ＳＳ）は前記回転軸（ＲＡ）と、該回転軸（ＲＡ）に直交した回転軸直交線（ＯＡ）とによって張られる傾斜平面である
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記基準傾斜（ＳＳ）は前記回転軸（ＲＡ）と、該回転軸（ＲＡ）に直交した回転軸直交線（ＯＡ）とによって張られる傾斜平面である
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項4】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記測点（ｐ_ｋ’）と前記三角形（Ｔ_ｊ’）の位置関係に応じて前記測点（ｐ_ｋ’）に色彩が付されると共に、前記色彩が付された前記測点（ｐ_ｋ’）から作成される不規則三角形網（ＴＩＮ）の一の三角形（Ｔ２_ｋ’）の内部については、該三角形（Ｔ２_ｋ’）の一の頂点の色彩から他の頂点の異なる色彩へ所定の階調で変化するグラデーションによって表示される
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記測点（ｐ_ｋ’）と前記三角形（Ｔ_ｊ’）の位置関係に応じて前記測点（ｐ_ｋ’）に色彩が付されると共に、前記色彩が付された前記測点（ｐ_ｋ’）から作成される不規則三角形網（ＴＩＮ）の一の三角形（Ｔ２_ｋ’）の内部については、該三角形（Ｔ２_ｋ’）の一の頂点の色彩から他の頂点の異なる色彩へ所定の階調で変化するグラデーションによって表示される
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項5】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記計算機（３）は、前記測量機（１）が前記ターゲット部（２）を視準して得られた前記被測定対象面（５０ａ）の面変位の大きさが所定の閾値を超えた場合、警報を発する警報機能（４）を備える
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記計算機（３）は、前記測量機（１）が前記ターゲット部（２）を視準して得られた前記被測定対象面（５０ａ）の面変位の大きさが所定の閾値を超えた場合、警報を発する警報機能（４）を備える
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項6】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記計算機（３）は前記測量機（１）との間で双方向無線通信可能であり、該測量機（１）は前記３次元レーザースキャン機能によって取得された前記点群データを自動的に送信するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記計算機（３）は前記測量機（１）との間で双方向無線通信可能であり、該測量機（１）は前記３次元レーザースキャン機能によって取得された前記点群データを自動的に送信するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項7】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記計算機（３）は、前記点群データから前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を作成したときの一の三角形（Ｔ_ｊ）の一辺の長さが所定の距離以上の場合は、前記三角形（Ｔ_ｊ）自体を異常データとして前記不規則三角形網（ＴＩＮ）から除去するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記計算機（３）は、前記点群データから前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を作成したときの一の三角形（Ｔ_ｊ）の一辺の長さが所定の距離以上の場合は、前記三角形（Ｔ_ｊ）自体を異常データとして前記不規則三角形網（ＴＩＮ）から除去するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項8】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記計算機（３）は、前記測点（ｐ_ｋ）と前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）の大きさが所定の閾値以上である場合、前記測点（ｐ_ｋ）は異常データとして前記点群データから除去するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記計算機（３）は、前記測点（ｐ_ｋ）と前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）の大きさが所定の閾値以上である場合、前記測点（ｐ_ｋ）は異常データとして前記点群データから除去するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項9】
請求項１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記計算機（３）は、計測値が異常であると判定するとき、アラーム信号を所定の無線又は有線の双方向電気通信回線網（６０）を経由して所定のコンピュータ（７０）へ送信し、前記アラーム信号を受信した前記コンピュータ（７０）は、所定の管理者にその旨の電子メールを送信するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記計算機（３）は、計測値が異常であると判定するとき、アラーム信号を所定の無線又は有線の双方向電気通信回線網（６０）を経由して所定のコンピュータ（７０）へ送信し、前記アラーム信号を受信した前記コンピュータ（７０）は、所定の管理者にその旨の電子メールを送信するように構成されている
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項10】
請求項４に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の２点（Ｐ１、Ｐ２）をユーザが指定する場合、該２点（Ｐ１、Ｐ２）を通る垂直平面に沿った「基準点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」と「比較対象点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」を重ねて表示すると共に、
前記比較対象点群データが前記基準点群データの上位に位置している隆起部と、同下位に位置している沈下部を色分けして表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の２点（Ｐ１、Ｐ２）をユーザが指定する場合、該２点（Ｐ１、Ｐ２）を通る垂直平面に沿った「基準点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」と「比較対象点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」を重ねて表示すると共に、
前記比較対象点群データが前記基準点群データの上位に位置している隆起部と、同下位に位置している沈下部を色分けして表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項11】
請求項１０に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の３以上のＮ個の点をユーザが指定する場合、隣接する２点を通るＮ個の垂直平面に囲まれた前記不規則三角形網（ＴＩＮ）の領域の体積を算出・表示すると共に、前記領域の土量を算出・表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の３以上のＮ個の点をユーザが指定する場合、隣接する２点を通るＮ個の垂直平面に囲まれた前記不規則三角形網（ＴＩＮ）の領域の体積を算出・表示すると共に、前記領域の土量を算出・表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項12】
請求項１１に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
前記領域に含まれる前記隆起部の体積と土量、並びに前記沈下部の体積と土量を算出・表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
前記領域に含まれる前記隆起部の体積と土量、並びに前記沈下部の体積と土量を算出・表示する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項13】
請求項１０に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上でユーザが複数の点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を指定する場合、該点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を中心とする複数の検査範囲内（Ｃ１,・・・,Ｃ１２）を設定し、各検査範囲内（Ｃｉ）における「前記基準点群データから作成された前記不規則三角形網（ＴＩＮ）」に対する「前記比較対象点群データ」の上方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する隆起量、並びに下方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する沈下量をそれぞれ算出し、
算出した各検査範囲内（Ｃｉ）における前記隆起量および前記沈下量を元とする「面変位の点群データ集合（Ｄｉ）」を作成すると共に、該点群データ集合（Ｄｉ）についての中央値（Ｍｉ）、平均値（Ａｉ）及び標準偏差（σｉ）を各検査範囲内（Ｃｉ）毎に算出し、
算出した前記中央値（Ｍｉ）、前記平均値（Ａｉ）及び前記標準偏差（σｉ）に基づいて各検査範囲内（Ｃｉ）の面変位が異常か否かを判定する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上でユーザが複数の点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を指定する場合、該点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を中心とする複数の検査範囲内（Ｃ１,・・・,Ｃ１２）を設定し、各検査範囲内（Ｃｉ）における「前記基準点群データから作成された前記不規則三角形網（ＴＩＮ）」に対する「前記比較対象点群データ」の上方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する隆起量、並びに下方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する沈下量をそれぞれ算出し、
算出した各検査範囲内（Ｃｉ）における前記隆起量および前記沈下量を元とする「面変位の点群データ集合（Ｄｉ）」を作成すると共に、該点群データ集合（Ｄｉ）についての中央値（Ｍｉ）、平均値（Ａｉ）及び標準偏差（σｉ）を各検査範囲内（Ｃｉ）毎に算出し、
算出した前記中央値（Ｍｉ）、前記平均値（Ａｉ）及び前記標準偏差（σｉ）に基づいて各検査範囲内（Ｃｉ）の面変位が異常か否かを判定する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【請求項14】
請求項１０に記載の３次元面変位計測システムにおいて、
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を画像ファイルに変換し、複数の前記画像ファイルを時系列の順に連続して動画として出力する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を画像ファイルに変換し、複数の前記画像ファイルを時系列の順に連続して動画として出力する
ことを特徴とする３次元面変位計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は３次元面変位計測システムに関し、より詳細には３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面に係る複数組の点群データから被測定対象面の３次元面変位（大きさと向き）を精度良く自動的に計測しリアルタイムに表示することが可能な３次元面変位計測システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、反射プリズムに向けて光波を出射しそのプリズムからの反射光を受光して測点の位置を計測するトータルステーション機能に加えて、被測定対象面の広範囲を反射プリズムなし（ノンプリズム）で高速（例えば３００００点／秒）にレーザー照射して面変位を計測する、いわゆる３Ｄレーザースキャン機能を備えたマルチステーションが市販されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【0003】
また、この３Ｄレーザースキャン機能を用いて構造物や法面の変形等を定期的に検査する変位計測が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。３Ｄレーザースキャン機能による面変位計測は、反射プリズムを用いた点計測に比べ精度は落ちるが、被測定対象面の広範囲についてノンプリズムで高速に計測することができるという利点を有している。トータルステーション機能と３Ｄレーザースキャン機能を用いた変位計測の一例として、先ず３Ｄレーザースキャン機能によって取得された点群データから被測定対象面についての大凡の変位を計測し、被測定対象面についての変位が閾値を超える場合に、反射プリズムを用いたトータルステーション機能によってより高精度の点計測を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【0004】
一般に、３Ｄレーザースキャン機能によって得られた被測定対象面についての点群データは、バイナリーデータとしてマルチステーションの内部メモリー又は外部メモリーに保存される。従って、スキャン後にオペレータは、点群データをマルチステーションからデータ処理ソフトが保存されているコンピュータに移動させる必要がある。その後、オペレータはコンピュータ上でデータ処理ソフトを起動させ点群データを座標値（数値データ）に変換する必要がある。また、計測座標系（ローカル座標系）と現場の座標系（グローバル座標系）が異なる場合、計測座標系から現場の座標系への座標変換処理についても実行する必要がある。
【0005】
座標変換処理が成された点群データは、動物や電柱等からの反射光を受光することにより計測された測点をノイズ（異常データ）として除去する必要がある。また、ノイズ除去方法の一例として、３Ｄレーザースキャン機能によって取得された点群データをＲＡＮＳＡＣ（Random Sampling Consensus）法を用いてノイズ及び外れ値を排除する処理方法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このように３Ｄレーザースキャン機能による面変位計測の場合、スキャン後にオペレータによる手動処理が必要となる。そのため、測定結果の提出までに数時間、場合によっては数日かかることもある。
【0006】
また、３Ｄレーザースキャン機能に係る面変位計測の方向について、コンクリート打設のような水平面の場合、面変位計測の方向として面に直交した方向を計測することが可能であった。しかし、法面等の斜面の場合、面変位計測の方向として面に直交した方向を精度良く計測することは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０２１－１５０８１号公報
【特許文献2】特開２０１６－２０５８３７号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】https://leica-geosystems.com/ja-jp/products/total-stations/multistation/leica-nova-ms60
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記特許文献１に記載の測量装置においては、時間差をおいて３Ｄレーザースキャン機能によって取得された検査対象面についての第１の点群データと第２の点群データとの差分を算出し、検査対象面における位置情報に変化があった部分を詳細検査対象部分として検出することとしている。
【0010】
しかし、３Ｄレーザースキャン機能の第１の点群データ内の各測点の座標と、第２の点群データ内の各測点の座標は必ずしも一致しているとは限らないため、第１の点群データと第２の点群データとの差分（ベクトル）を検査対象面の３次元面変位として計測することは、精度的観点からあまり好ましくないという問題があった。
【0011】
また、従来は法面等の面変位計測については、Ｚ軸方向（高さ方向）の変位を面変位として計測していた。そのため、高さ方向以外、例えば斜面に直交する方向の３次元面変位について精度良く自動的に計測することは難しかった。
【0012】
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３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面に係る複数組の点群データから被測定対象面の３次元面変位（大きさと向き）を精度良く自動的に計測しリアルタイムに表示することが可能な３次元面変位計測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】
【0013】
上記目的を達成するための本発明に係る３次元面変位計測システムは、３次元レーザースキャン機能を有する測量機（１）と、前記測量機（１）の計測座標系の基準点又は測点を創出する１又は複数のターゲット部（２）と、前記測量機（１）が計測したデータを処理する計算機（３）とを備えた、被測定対象面（５０ａ）についての３次元面変位を計測する３次元面変位計測システム（１００）であって、前記３次元レーザースキャン機能によって前記被測定対象面（５０ａ）についての座標に係る点群データを時間差をおいて取得する点群データ取得プロセス（Ｓ３）と、３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜（ＳＳ）を設定する基準傾斜設定プロセス（ＳＴ０）と、複数の前記点群データの内で基準となる基準点群データを選定する基準点群データ選定プロセス（ＳＴ１）と、点群データを所定の回転角度だけ回転させる回転軸（ＲＡ）を設定する回転軸設定プロセス（ＳＴ２）と、
前記点群データの全体を前記回転軸（ＲＡ）の回りに所定の回転角度だけ回転させる点群データ回転プロセス（ＳＴ３、ＳＴ６）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた前記基準点群データについて隣り合う２つの測点を直線で結んで複数の三角形（Ｔ_ｊ）から成る不規則三角形網（ＴＩＮ）を形成する不規則三角形網作成プロセス（ＳＴ４）と、前記点群データ回転プロセスを受けた、前記基準点群データを除く他の点群データの各測点（ｐ_ｋ）について、対応する前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）を計測する離れ計測プロセス（ＳＴ８）とを備えることを特徴とする。
前記点群データの全体を前記回転軸（ＲＡ）の回りに所定の回転角度だけ回転させる点群データ回転プロセス（ＳＴ３、ＳＴ６）と、
前記点群データ回転プロセスを受けた前記基準点群データについて隣り合う２つの測点を直線で結んで複数の三角形（Ｔ_ｊ）から成る不規則三角形網（ＴＩＮ）を形成する不規則三角形網作成プロセス（ＳＴ４）と、前記点群データ回転プロセスを受けた、前記基準点群データを除く他の点群データの各測点（ｐ_ｋ）について、対応する前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）を計測する離れ計測プロセス（ＳＴ８）とを備えることを特徴とする。
【0014】
上記構成では、上記回転軸（ＲＡ）を設定し、点群データの全体を回転軸（ＲＡ）の回りに所定角度だけ回転させることにより、回転軸（ＲＡ）に直交する回転軸直交線（ＯＡ）上に点在する測点間の標高差（高さの差）をゼロ又は小さくすることが可能となる。そして、この回転させた基準点群データから不規則三角形網（ＴＩＮ）を形成することにより、被測定対象面（５０ａ）の３次元面変位の計測に係る計測基準面を構築することが可能となる。その結果、他の点群データ（比較対象点群データ）についても同様に回転軸（ＲＡ）の回りに回転させることにより、回転させた他の点群データ（比較対象点群データ）の各測点（ｐ_ｋ）について、対応する三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）によって、被測定対象面（５０ａ）に係る３次元面変位を計測することが可能となる。
【0015】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第２の特徴は、前記基準傾斜（ＳＳ）は前記回転軸（ＲＡ）と、該回転軸（ＲＡ）に直交した回転軸直交線（ＯＡ）とによって張られる傾斜平面であることである。
【0016】
上記構成では、基準傾斜（ＳＳ）は水平面に対し「回転軸直交線（ＯＡ）に係る傾斜角度」（第１傾斜角度）と、「回転軸（ＲＡ）に係る傾斜角度」（第２傾斜角度）を有することになる。従って、第１傾斜角度をゼロにすることにより、回転軸直交線（ＯＡ）上または「回転軸直交線（ＯＡ）に平行な直線（ＰＬ）」上に点在する点群データの測点間の標高差をなくすことが可能となる。次いで第２傾斜角度をゼロにすることにより、回転軸直交線（ＯＡ）と「回転軸直交線（ＯＡ）に平行な直線（ＰＬ）」との間の標高差をなくすことが可能となる。基準点群データと比較対象点群データを第１傾斜角度および第２傾斜角度がゼロになるように回転させることにより、３次元面変位計測方向をＺ軸方向の変位に等価変換することが可能となる。すなわち、被測定対象面（５０ａ）についての３次元面変位計測方向を２点のＺ座標（高さ）の差の算出に単純化することが可能となる。
【0017】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第３の特徴は、前記離れ（ｄ_ｋ）は、比較対象点群データの前記測点（ｐ_ｋ）と、該測点（ｐ_ｋ）から前記基準傾斜（ＳＳ）に下ろした垂線（Ｖ_ｋ）が前記三角形（Ｔ_ｊ）に交差する交点（ｑ_ｋ）との間の距離に相当することである。
【0018】
上記構成では、上記垂線（Ｖ_ｋ）によって被測定対象面（５０ａ）についての面変位計測方向（向き）が規定されると共に、上記離れ（ｄ_ｋ）によって面変位の量（大きさ）が規定されることになる。これにより、３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面（５０ａ）についての点群データから、被測定対象面（５０ａ）についての３次元面変位を計測することが可能となる。なお、回転させた基準点群データと他の点群データの全体を、基準傾斜（ＳＳ）の第２傾斜角度がゼロになるように例えば回転後の回転軸直交線（ＯＡ’）の回りにさらに回転させることにより、上記離れ（ｄ_ｋ）の算出は、２点のＺ座標（高さ）の差の算出に単純化されることになる。
【0019】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第４の特徴は、前記測点（ｐ_ｋ’）と前記三角形（Ｔ_ｊ’）の位置関係に応じて前記測点（ｐ_ｋ’）に色情報が付されると共に、前記色情報が付された前記測点（ｐ_ｋ’）から作成される不規則三角形網（ＴＩＮ）の一の三角形（Ｔ２_ｋ’）の内部については、該三角形（Ｔ２_ｋ’）の一の頂点の色彩から他の頂点の異なる色彩へ所定の階調で変化するグラデーションによって表示されることである。
【0020】
上記構成では、被測定対象面（５０ａ）の面変位の方向（色彩）及び大きさ（色彩の濃さ）についてオペレータが瞬時に把握することが可能となる。
【0021】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第５の特徴は、前記計算機（３）は、前記測量機（１）が前記ターゲット部（２）を視準して得られた前記被測定対象面（５０ａ）の面変位の大きさが所定の閾値を超えた場合、警報を発する警報機能（４）を備えることである。
【0022】
上記構成では、ターゲット部（２）を使用したトータルステーション機能によって、３次元レーザースキャン機能によっては検知することが難しい不測の変位を検知することが可能となる。また、警報機能（４）によって、事前に周囲の人間に危険が迫っていることを覚知させることが可能となる。
【0023】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第６の特徴は、前記計算機（３）は前記測量機（１）との間で双方向無線通信可能であり、該測量機（１）は前記３次元レーザースキャン機能によって取得された前記点群データを自動的に送信するように構成されていることである。
【0024】
上記構成では、３次元レーザースキャン後にオペレータが点群データを計算機（３）に送信するマニュアル作業を省くことができる。
【0025】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第７の特徴は、前記計算機（３）は、前記点群データから前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を作成したときの一の三角形（Ｔ_ｊ）の一辺の長さが所定の距離以上の場合は、前記三角形（Ｔ_ｊ）自体を異常データとして前記不規則三角形網（ＴＩＮ）から除去するように構成されていることである。
【0026】
上記構成では、３次元レーザースキャン後にオペレータが点群データから異常データを除去するノイズ除去手動作業を省くことができる。また、３次元レーザースキャン機能による面変位計測の精度が向上するようになる。
【0027】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第８の特徴は、前記計算機（３）は、前記測点（ｐ_ｋ）と前記三角形（Ｔ_ｊ）との間の離れ（ｄ_ｋ）の大きさが所定の閾値以上である場合、前記測点（ｐ_ｋ）は異常データとして前記点群データから除去するように構成されていることである。
【0028】
上記構成では、３次元レーザースキャン機能後にオペレータが基準点群データ（比較元点群データ）を除く他の点群データ（比較対象点群データ）から異常データを除去するノイズ除去手動作業を省くことができる。また、３次元レーザースキャン機能による面変位計測の精度が向上するようになる。
【0029】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第９の特徴は、前記計算機（３）は、計測値が異常であると判定するとき、アラーム信号を所定の無線又は有線の双方向電気通信回線網（６０）を経由して所定のコンピュータ（７０）へ送信し、前記アラーム信号を受信した前記コンピュータ（７０）は、所定の管理者にその旨の電子メールを送信するように構成されていることである
【0030】
上記構成では、被測定対象面（５０ａ）についての無人監視が可能になると共に、予兆の段階で人的・物的災害の発生を未然に防止することが可能となる。
【0031】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第１０の特徴は、色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の２点（Ｐ１、Ｐ２）をユーザが指定する場合、該２点（Ｐ１、Ｐ２）を通る垂直平面に沿った「基準点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」と「比較対象点群データから作成された不規則三角形網（ＴＩＮ）の切断形状」を重ねて表示すると共に、前記比較対象点群データが前記基準点群データの上位に位置している隆起部と、同下位に位置している沈下部を色分けして表示することである。
【0032】
上記構成では、指定断面における隆起の範囲・大きさと沈下の範囲・大きさを把握することが容易となる。
【0033】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第１１の特徴は、色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上の３以上のＮ個の点をユーザが指定する場合、隣接する２点を通るＮ個の垂直平面に囲まれた前記不規則三角形網（ＴＩＮ）の領域の体積を算出・表示すると共に、前記領域の土量を算出・表示することである。
【0034】
上記構成では、指定領域の体積と土量を把握することが容易となる。
【0035】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第１２の特徴は、前記領域に含まれる前記隆起部の体積と土量、並びに前記沈下部の体積と土量を算出・表示することである。
【0036】
上記構成では、指定領域に含まれる隆起部の体積と土量、沈下部の体積と土量を把握することが容易となる。
【0037】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第１３の特徴は、色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）上でユーザが複数の点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を指定する場合、該点（Ｐ１,・・・,Ｐ１２）を中心とする複数の検査範囲内（Ｃ１,・・・,Ｃ１２）を設定し、各検査範囲内（Ｃｉ）における「前記基準点群データから作成された前記不規則三角形網（ＴＩＮ）」に対する「前記比較対象点群データ」の上方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する隆起量、並びに下方への離れ（ｄ_ｋ）に相当する沈下量をそれぞれ算出し、算出した各検査範囲内（Ｃｉ）における前記隆起量および前記沈下量を元とする「面変位の点群データ集合（Ｄｉ）」を作成すると共に、該点群データ集合（Ｄｉ）についての中央値（Ｍｉ）、平均値（Ａｉ）及び標準偏差（σｉ）を各検査範囲内（Ｃｉ）毎に算出し、算出した前記中央値（Ｍｉ）、前記平均値（Ａｉ）及び前記標準偏差（σｉ）に基づいて各検査範囲内（Ｃｉ）の面変位が異常か否かを判定することである。
【0038】
上記構成では、検査範囲内（Ｃ１,・・・,Ｃ１２）の隆起量と沈下量については、「面変位の点群データ集合（Ｄｉ）」として一まとめにデータ処理（検査）されることになる。検査項目としては、データを大きさの順に並べたときの中央に位置するデータの値に相当する中央値（Ｍｉ）と、各データの値の合算値を個数で割った値に相当する平均値（Ａｉ）と、平均値（Ａｉ）からのバラツキ程度を示す標準偏差（σｉ）を挙げることができる。各検査項目を予め定められた各閾値によって判定することによって、検査範囲内（Ｃ１,・・・,Ｃ１２）における面変位の異常を早期に検知して早期に警報を発報することが可能となる。
【0039】
本発明に係る３次元面変位計測システムの第１４の特徴、色情報付き前記不規則三角形網（ＴＩＮ）を画像ファイルに変換し、複数の前記画像ファイルを時系列の順に連続して動画として出力することである。
【0040】
上記構成では、一定時間毎のスキャン結果に加えて時間経過による変位観測も可能となる。
【発明の効果】
【0041】
本発明に係る３次元面変位計測システムによれば、３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面に係る複数組の点群データから被測定対象面の３次元面変位（大きさと向き）を精度良く自動的に計測しリアルタイムに表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の一実施形態に係る３次元面変位計測システムを示す説明図である。
【図2】３次元面変位計測システムによる面変位の計測方向の一例を示すフロー図である。
【図3】本発明に係るデータ処理装置のモニタ画面の一例を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る３次元面変位計測システムによる計測プロセスの一例を示すフロー図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る３次元面変位計測システムによる比較元ＴＩＮを使用した被測定対象面についての面変位の計測プロセスの一例を示す説明図である。
【図6】被測定対象面を法線方向から見た平面図である。
【図7】回転後の比較元点群データ、比較元ＴＩＮ内の比較元三角形、および回転後の比較対象点群データ内の比較測点を示す説明図である。
【図8】比較測点と比較元三角形との間の離れを算出するための算出プロセスを示す説明図である。
【図9】比較測点と比較元三角形との間の離れに応じた色情報（色彩、色彩の濃さ）が付加された色情報付き比較測点を示す説明図である。
【図10】三角形内部が一の頂点の色彩から他の頂点の異なる色彩へ所定の階調で変化するグラデーションによって表示された比較対象三角形を示す説明図である。
【図11】本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの指定断面表示機能のうち色情報付きＴＩＮ上の２点指定を示す説明図である。
【図12】２点指定に係る指定断面を示す説明図である。
【図13】本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの指定体積表示機能のうち色情報付きＴＩＮ上での複数点指定を示す説明図である。
【図14】本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの警報処理機能を示す概念図である。
【図15】各円形範囲内における面変位（隆起量と沈下量）の検査項目とその閾値を示す説明図である。
【図16】ある時刻の各円形範囲内における面変位（隆起量と沈下量）の各検査項目についての検査結果を示す説明図である。
【図17】本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの警報処理機能のうち色情報付きＴＩＮ上で第７円形範囲内における面変位が異常であることと警報が発報された旨の表示を示す説明図である。
【図18】本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムのスキャン結果連続表示動画作成処理機能を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
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。
【0044】
【0045】
この３次元面変位計測システム１００は、被測定対象物である法面５０の面変位について反射プリズム２を用いた高精度・集約的な点変位計測（トータルステーション機能）と、即効・連続的・広範囲な面変位計測（３次元レーザースキャン機能）の双方によって被測定対象面５０ａの面変位を自動的に計測しリアルタイムに表示することができるように構成されている。また、被測定対象面５０ａの面変位結果については、例えば色彩とその濃さによって特徴付けられた３次元図形情報（ＴＩＮ）によってリアルタイムにデータ処理装置３のモニタ画面３ａに表示されるように構成されている。モニタ画面３ａの詳細については図３を参照しながら後述する。
【0046】
図２に示されるように、被測定対象面５０ａの面変位計測方向について、この３次元面変位計測システム１００は予め事前に登録した基準傾斜ＳＳに直交する方向について計測するように構成されている。このように、基準傾斜ＳＳは面変位計測方向を規定する傾斜である。従って、基準傾斜ＳＳの傾斜角度を変更することによって、被測定対象面５０ａについて任意の面変位方向を計測することが可能となる。なお、基準傾斜ＳＳの詳細については図６を参照しながら後述する。
【0047】
また、この３次元面変位計測システム１００は被測定対象面５０ａについての面変位計測結果が予め設定した閾値を超える場合、警報装置４によって周囲の人間に覚知させることができるように構成されている。なお、本実施形態の被測定対象物は法面５０であるが、法面５０に限らず、構造物の面変位についてもこの３次元面変位計測システム１００は計測することができる。
【0048】
３次元面変位計測システム１００の構成としては、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機１と、基準測点又は器械点（ＩＰ）を再現するための複数の反射プリズム２と、３次元レーザースキャン機能によって取得された点群データを処理して、被測定対象面５０ａの面変位を計測すると共に、面変位（離れの向き、大きさ）の計測結果をリアルタイムに表示するデータ処理装置３と、面変位結果が異常である場合に大音量の警報音、又は異常を知らせる音声メッセージを発する警報装置４と、データを搬送する無線通信網６０と、アラーム信号（警報）を受信して所定の管理者に電子メールを送信するサーバー７０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。
【0049】
測量機１は、反射プリズム２を使用したトータルステーション機能に加えて、被測定対象面５０ａを所定のスキャン速度でミラーなし（ノンプリズム）で高速に計測することができる、いわゆる３Ｄレーザースキャン機能を有している。なお、３Ｄレーザースキャン機能のスキャン速度としては、例えば毎秒３００００点を計測することができる。また、測量機１は双方向無線通信機能（例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を有し、データ処理装置３に対し無線で点群データを送信することができるように構成されている。
【0050】
反射プリズム２は、例えば測量機１と反射プリズム２から得られた計測値について補正が不要な、いわゆるゼロ定数プリズムを使用することができる。なお、その他の反射プリズムについても使用することができる。
【0051】
データ処理装置３は双方向無線通信機能（例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を有し、測量機１に対する計測開始指示を行うと共に、３Ｄレーザースキャン機能によって取得された点群データ（被測定対象面５０ａ内の無数の測点）を無線を介して受信することができるように構成されている。データ処理装置３が受信した点群データについては、データ処理装置３の記憶領域に一旦保存され、データ処理プログラムによってバイナリーデータから座標値への変換処理、異常データ除去処理、ＴＩＮ（＝Ｔriangulated Ｉrregular Ｎetwork、不規則三角形網）処理、面変位の算出処理等が行われる。データ処理プログラムが実行されることにより、被測定対象面５０ａについての面変位の計測結果を瞬時に算出し、且つ視覚的・連続的にモニタ画面３ａにリアルタイムに表示することが可能となる。なお、ここで言う「ＴＩＮ」とは、点群データ中の測点と測点を直線で結び、各測点が何れかの三角形の頂点となり且つ一の三角形は他の３つの三角形と一辺を共有しながら隣接している三角形多面体構造を意味している。
【0052】
また、データ処理装置３はＳＩＭカードを有し、携帯電話会社が提供する無線通信網６０を使用して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。
【0053】
無線通信網６０は、例えばＬＴＥ、４Ｇ又は５Ｇ等の携帯電話会社が提供する無線通信網であって、インターネットに接続された双方向電気通信回線網である。なお、無線通信網６０に代えて或いは無線通信網６０に組み合わせて、光ファイバーによる有線の双方向電気通信回線網を使用することも可能である。
【0054】
サーバー７０は、自社サーバー又は他社サーバー（例えばクラウドサーバー）を使用することが出来る。
【0055】
図３は、本発明に係るデータ処理装置３のモニタ画面３ａの一例を示す説明図である。
このモニタ画面３ａは、２０２１年９月１４日１０時４３分５０秒に取得された点群データＳｃａｎ１と、同年同日１０時４９分４８秒に取得された点群データＳｃａｎ２との間の面変位（離れの向き、大きさ）の計測結果を色情報（色彩とその濃さ）付きのＴＩＮで表示している。
このモニタ画面３ａは、２０２１年９月１４日１０時４３分５０秒に取得された点群データＳｃａｎ１と、同年同日１０時４９分４８秒に取得された点群データＳｃａｎ２との間の面変位（離れの向き、大きさ）の計測結果を色情報（色彩とその濃さ）付きのＴＩＮで表示している。
【0056】
点群データＳｃａｎ１は、計測基準面となる三角形から成るＴＩＮを作成するための基準点群データである。この基準点群データは「比較元点群データ」とも称される場合がある。一方、点群データＳｃａｎ２は、面変位方向の終点となる比較測点から成る比較対象点群データである。なお、比較対象点群データは、点群データＳｃａｎ２の他、点群データＳｃａｎ３,・・・,Ｓｃａｎ９も比較対象点群データである。
【0057】
「比較元点群データ」と「比較対象点群データ」との間の面変位（離れの向き、大きさ）の計測結果の表示について、離れの向きに応じた色彩がＴＩＮを構成する三角形面に付されるようになっている。なお、その色彩の濃さは、離れの大きさ（絶対値）に応じて比例するように構成されている。
【0058】
面変位（離れの向き、大きさ）の計測結果の表示については、上記「ＴＩＮ」の他、ＴＩＮを構成する三角形の辺に対し色情報（色彩とその濃さ）を付した「ワイヤーフレーム」として表示することも可能である。或いは、比較元点群データ中の測点に対し色情報（色彩とその濃さ）を付した「点群」、左記「点群」に被測定対象物の写真を合成した「点群写真合成」として表示することも可能である。
【0059】
また、面変位（離れの向き、大きさ）計測の基準となる基準点群データ（比較元点群データ）を登録する「比較元登録」機能、比較元点群データと比較される比較対象点群データを選択する「比較対象選択」機能、比較対象点群データが変更された場合に比較元点群データと比較対象点群データとの間の面変位（離れの向き、大きさ）を算出する「再分析」機能等を備えている。
【0060】
また、比較元（三角形）と比較対象（比較測点）との間の面変位（離れの向き、大きさ）に応じて、ＴＩＮを構成する三角形面に付けられる色彩については、三角形と比較測点との離れがゼロの場合、三角形面の色彩は例えば緑色（Green）となる。一方、比較測点が三角形の上方に位置している場合は、例えば赤色（Red）となる。他方、比較測点が三角形の下方に位置している場合は、例えば青色（Blue）となる。
【0061】
赤色（Red）の濃さについては、緑色（Green）から赤色（Red）にかけて複数の階調（例えば１０階調）で表示されている。他方、青色（Blue）の濃さについては、緑色（Green）から青色（Blue）にかけて複数の階調（例えば１０階調）で表示されている。
【0062】
このように、オペレータがこのモニタ画面３ａを見ることにより、被測定対象面５０ａについての面変位の方向と大きさを瞬時にオペレータが把握することができる。
【0063】
図４は、３次元面変位計測システム１００による面変位の計測プロセスの一例を示すフロー図である。
先ずステップＳ１として、測量機１は後方交会法により器械点（ＩＰ）の位置を特定する。後方交会法とは、座標の分かっている点（既知点）を２つ使用して器械点（ＩＰ）を逆算する手法である。測量機１は電源がオンになると２つの既知点を自動的に視準し、後方交会法により器械点（ＩＰ）の位置を特定する。これにより、前回と同じ座標系で法面５０の被測定対象面５０ａを３Ｄレーザースキャンすることが可能となる。
先ずステップＳ１として、測量機１は後方交会法により器械点（ＩＰ）の位置を特定する。後方交会法とは、座標の分かっている点（既知点）を２つ使用して器械点（ＩＰ）を逆算する手法である。測量機１は電源がオンになると２つの既知点を自動的に視準し、後方交会法により器械点（ＩＰ）の位置を特定する。これにより、前回と同じ座標系で法面５０の被測定対象面５０ａを３Ｄレーザースキャンすることが可能となる。
【0064】
ステップＳ２として、測量機１はスキャン範囲及びスキャン精度を読み込む。スキャン範囲（被測定対象面５０ａ）及びスキャン精度についてはオペレータが事前に設定することになる。
【0065】
ステップＳ３として、測量機１は３Ｄレーザースキャン機能を開始する。測量機１はオペレータによって予め設定された時刻になると直ちに、被測定対象面５０ａについて３Ｄレーザースキャン機能を自動的に開始する。
【0066】
ステップＳ４として、測量機１は３Ｄレーザースキャン機能を停止する。測量機１はオペレータによって予め設定された時間が経過した後に３Ｄレーザースキャン機能を自動的に停止する。
【0067】
ステップＳ５として、測量機１は３Ｄレーザースキャン機能によって取得した被測定対象面５０ａについての点群データをデータ処理装置３に送信する。測量機１は例えば自身のＷｉ－Ｆｉ機能を使用して、３Ｄレーザースキャン機能によって取得した点群データをデータ処理装置３に送信する。データ処理装置３は受信した点群データを自身の記憶部、或いはクラウドサーバーに保存する。
【0068】
ステップＳ６として、データ処理装置３は点群データを直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）に変換する。点群データの各測点は（直線距離Ｓ、水平角度θ、鉛直角度φ）という距離・角度情報（Ｓ、θ、φ）を有している。そのため、距離・角度情報（Ｓ、θ、φ）から直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）への変換は、下記の数１から数３に基づいて行われる。なお、比較元と比較対象との間の面変位（離れの方向、大きさ）の計測は、この直交座標（ｘ、ｙ、ｚ）を基に行われる。
（数１）
ｘ＝ＨＤ×ｃｏｓθ＝Ｓ×ｓｉｎφ×ｃｏｓθ
（数２）
ｙ＝ＨＤ×ｓｉｎθ＝Ｓ×ｓｉｎφ×ｓｉｎθ
（数３）
ｚ＝Ｓ×ｃｏｓφ
（数１）
ｘ＝ＨＤ×ｃｏｓθ＝Ｓ×ｓｉｎφ×ｃｏｓθ
（数２）
ｙ＝ＨＤ×ｓｉｎθ＝Ｓ×ｓｉｎφ×ｓｉｎθ
（数３）
ｚ＝Ｓ×ｃｏｓφ
【0069】
ステップＳ７として、データ処理装置３は点群データ内からノイズを含む異常データを除去する。比較元点群データ内の各測点に対する異常データの判定は、例えば、点群データからＴＩＮを作成したときの三角形の一辺の長さが所定の距離（閾値）以上となる測点については異常データとしてＴＩＮの三角形ごと除去することが可能である。
【0070】
他方、比較対象点群データ内の各測点に対する異常データの判定は、例えば、比較元三角形からの離れの絶対値（図７（ｄ）のｄ_ｋ）が所定の距離（閾値）以上となる測点については異常データとして除去し、ＴＩＮを再構築することが可能である。
【0071】
ステップＳ８として、データ処理装置３は、異常データを除去した点群データから被測定対象面５０ａについての面変位（離れの方向、大きさ）を計測する。被測定対象面５０ａについての面変位（離れの方向、大きさ）の計測は、比較対象点群データ（例えば図３に記載のＳｃａｎ２）の各測点と、比較元点群データ（例えば図３に記載のＳｃａｎ１）から作成される比較元ＴＩＮの三角形面との間の位置関係と距離に基づいて行われる。比較元ＴＩＮを使用した被測定対象面５０ａについての面変位（離れの方向、大きさ）の計測については図５－図８を参照しながら後述する。
【0072】
図５は、３次元面変位計測システム１００による比較元ＴＩＮを使用した被測定対象面５０ａについての面変位（離れの方向、大きさ）の計測プロセスの一例を示す説明図である。
【0073】
先ずステップＳＴ０として、データ処理装置３は、３次元面変位計測方向を規定する基準傾斜ＳＳを設定する。図６に示されるように、基準傾斜ＳＳは例えば被測定対象面５０ａ近傍の３つの反射プリズム２の測点（座標点）Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３又はノンプリズムによる３つの測点（座標点）Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３を取得することによって設定される。すなわち、基準傾斜ＳＳは、測点Ｍ１と測点Ｍ２を結んだ直線（回転軸ＲＡ）と、測点Ｍ３を通り回転軸ＲＡに直交する直交線（回転軸直交線ＯＡ）によって張られる（回転軸ＲＡと回転軸直交線ＯＡを基底ベクトルに持つ）傾斜平面である。従って、基準傾斜ＳＳは、水平面に対し「回転軸ＲＡに係る傾斜角度」と「回転軸直交線ＯＡに係る傾斜角度」の２つの傾斜角度を有している。なお、以降において水平面に対する「回転軸直交線ＯＡに係る傾斜角度」を「基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度」と、水平面に対する「回転軸ＲＡに係る傾斜角度」を「基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度」とそれぞれ記載することにする。
【0074】
次にステップＳＴ１として、データ処理装置３は、比較元となる比較元点群データ（基準点群データ）を選定する。比較元点群データについては、例えば第１回目の３Ｄレーザースキャン機能によって取得された点群データ（図３に記載のＳｃａｎ１）を選定することができる。
【0075】
次にステップＳＴ２として、データ処理装置３は、点群データ全体を回転させる回転軸を決定する。図６に示されるように、基準傾斜ＳＳの設定の為に取得した測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３の内から、三角形Ｍ１－Ｍ２－Ｍ３の底辺を形成する２つの測点Ｍ１,Ｍ２を選定し、２つの測点Ｍ１,Ｍ２を結んだ直線を回転軸とすることができる。なお、この回転軸ＲＡは比較対象点群データ全体を回転させるときの回転軸にも成る。
【0076】
次にステップＳＴ３として、データ処理装置３は、比較元点群データ全体を回転軸ＲＡの回りに回転させる。なお、回転角度については、被回転対象として選定された１つの測点Ｍ３（図６）のＺ座標（標高）が、その測点Ｍ３から回転軸ＲＡに下ろした交点ＰＩのＺ座標（標高）に等しくなるときの回転角度である。この回転角度は、測点Ｍ３と交点ＰＩを結ぶ回転軸直交線ＯＡと水平面との成す角度に等しくなる。つまり、この回転角度は基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度に等しくなる。また、回転軸ＲＡの回りに上記回転角度だけ回転させた後の比較元点群データを、特に「回転後の比較元点群データ」ということにする。
【0077】
なお、回転後の比較元点群データにおいて、回転軸直交線ＯＡ上に存在する全ての測点のＺ座標は等しいと近似することができる。同様に、回転軸直交線ＯＡに平行な直線ＰＬ上に存在する全ての測点のＺ座標は等しいと近似することができる。従って、いま回転軸ＲＡの傾斜（基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度）がゼロになるように、回転後の比較元点群データの全体をある回転軸の回りに回転させる場合、全ての測点のＺ座標は等しいと近似することができる。
【0078】
次にステップＳＴ４として、データ処理装置３は、回転後の比較元点群データからＴＩＮを作成する。ＴＩＮは、公知の三角形分割、例えばドロネー三角形を使用して作成することができる。図７（ａ）に示されるように、データ処理装置３は、回転後の比較元点群データ（白丸）から作成したＴＩＮ（以下「比較元ＴＩＮ」という。）を、被測定対象面５０ａの面変位（離れの方向、大きさ）の計測に係る計測基準面として保存する。図７（ａ）の場合、１４個の三角形（以下「比較元三角形」という。）が面変位（離れの方向、大きさ）の計測に係る計測基準面として保存されることになる。
【0079】
次にステップＳＴ５として、データ処理装置３は、比較対象となる比較対象点群データを読み込む。データ処理装置３は第２回目以降の３Ｄレーザースキャン機能によって取得された点群データ（図３に記載のＳｃａｎ２、Ｓｃａｎ３、・・・Ｓｃａｎ９）を時系列の順に逐次読み込む。
【0080】
次にステップＳＴ６として、比較対象点群データを回転軸ＲＡの回りに回転させる。回転角度は、上記ステップＳＴ３において比較元点群データを回転させたときの回転角度（基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度）と同じ回転角度である。また、回転軸ＲＡの回りに上記回転角度だけ回転させた後の比較対象点群データを、特に「回転後の比較対象点群データ」ということにする。また、回転後の比較対象点群データを構成する各測点を、「比較測点」ということにする。
【0081】
なお、回転後の比較対象点群データにおいて、回転軸直交線ＯＡ上に存在する全ての比較測点のＺ座標は等しいと近似することができる。同様に、回転軸直交線ＯＡに平行な直線ＰＬ上に存在する全ての比較測点のＺ座標は等しいと近似することができる。従って、いま回転軸ＲＡの傾斜（基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度）がゼロになるように、回転後の比較対象点群データの全体をある回転軸の回りに回転させる場合、全ての比較測点のＺ座標は等しいと近似することができる。
【0082】
次にステップＳＴ７として、比較測点についての面変位の計測基準面となる比較元三角形を決定する。図７（ｂ）に示されるように、各比較測点と比較元ＴＩＮを同一平面に投影した際に、比較測点を囲む三角形が基準となる比較元三角形となる。図７（ｃ）に示されるように、１つの比較測点ｐ_ｋについては、対応する比較元三角形Ｔ_ｊが一意的に定まることになる。これとは逆に、１つの比較元三角形Ｔ_ｊについては１つの比較測点ｐ_ｋが対応するとは限らず、場合によっては１つの比較元三角形Ｔ_ｊについて複数の比較測点が対応すること、或いは対応する比較測点が存在しないことも有り得る。
【0083】
次にステップＳＴ８として、比較測点ｐ_ｋと比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れ（面変位）を算出する。図７（ｄ）に示されるように、「離れ」は、比較測点ｐ_ｋと、その比較測点ｐ_ｋから回転後の基準傾斜ＳＳ’に下ろした垂線Ｖ_ｋが比較元三角形Ｔ_ｊと交わる交点ｑ_ｋとの間の距離ｄ_ｋと、比較元三角形Ｔ_ｊとの上下位置関係によって規定される。この離れの算出プロセスについては図８を参照しながら後述する。また、「回転後の基準傾斜ＳＳ’」とは、基準傾斜ＳＳを回転軸ＲＡの回りに「基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度」だけ回転させた後の基準傾斜を意味している。従って、「回転後の基準傾斜ＳＳ’」は「回転軸ＲＡ」と「回転後の回転軸直交線ＯＡ’」とによって張られる傾斜平面となる。また、回転後の回転軸直交線ＯＡ’とは、回転軸直交線ＯＡを回転軸ＲＡの回りに「基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度」だけ回転させた後の直線を意味している。
【0084】
図８は、比較測点ｐ_ｋと比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れｄ_ｋを算出するための算出プロセスを示す説明図である。
【0085】
図８（ａ）に示されるように、比較測点ｐ_ｋの座標は既知であるため、交点ｑ_ｋの座標が分ければ、比較測点ｐ_ｋと比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れｄ_ｋ（大きさと向き）が求まることになる。なお、比較元三角形Ｔ_ｊの３つの頂点ａ,ｂ,ｃは、回転後の比較元点群データに属する測点であり、各座標は既知である。
【0086】
再び図６に戻って、回転後の比較元点群データは、比較元点群データの全体を回転軸ＲＡの回りに、測点Ｍ３のＺ座標（標高）が回転軸ＲＡに下ろした交点ＰＩのＺ座標（標高）に等しくなるように回転させた後の点群データである。つまり、この回転処理（図５のステップＳＴ３）は、回転軸直交線ＯＡと平行な任意の直線ＰＬ上に存在する全ての測点の標高差をなくす処理とみなすことができる。従って、いま基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度（回転軸ＲＡの水平面に対する傾斜角度）をゼロにする場合、比較元三角形Ｔ_ｊの３つの頂点ａ,ｂ,ｃの各Ｚ座標は全て同一水平面上に存在すると近似することができる。
【0087】
図８（ｂ）に示されるように、いま基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度（回転軸ＲＡの水平面に対する傾斜角度）をゼロにするように、回転後の比較元点群データ全体および比較対象点群データ全体をある軸の回り、例えば回転後の回転軸直交線ＯＡ’の回りに回転させる場合、垂線Ｖ_ｋはＺ軸方向（鉛直方向）に対し平行になると共に、比較元三角形Ｔ_ｊは水平面上に存在すると近似することができる。なお、回転後の回転軸ＲＡ’とは、回転軸ＲＡを「回転後の回転軸直交線ＯＡ’」の回りに「基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度」だけ回転させた後の直線を意味している。
【0088】
このように、基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度（回転軸ＲＡの水平面に対する傾斜角度）をゼロにする場合、比較測点ｐ_ｋ’と交点ｑ_ｋ’との間の距離はｄ_ｋのままであり不変である。この場合、比較測点ｐ_ｋ’のｘｙ座標＝交点ｑ_ｋ’のｘｙ座標となる。従って、比較測点ｐ_ｋ’のＺ座標（標高）と交点ｑ_ｋ’のＺ座標（標高）を比較して、比較測点ｐ_ｋ’と比較元三角形Ｔ_ｊ’との間の離れｄ_ｋ（大きさと向き）が求まることになる。
【0089】
図９は、比較測点ｐ_ｋ’と比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れｄ_ｋに応じた色情報（色彩、色彩の濃さ）が付加された色情報付き比較測点ｐ_ｋ’_ＲＥＤ,ｐ_ｋ’_ＢＬＵＥを示す説明図である。
図９（ａ）に示されるように、比較測点ｐ_ｋ’が比較元三角形Ｔ_ｊ’よりも上方に位置している場合、すなわち、比較測点ｐ_ｋ’のＺ座標が交点ｑ_ｋ’のＺ座標よりも大きい場合、比較測点ｐ_ｋ’は赤色の色情報が付される。赤色の濃さについては、離れｄ_ｋの絶対値に応じて決定されることになる。
図９（ａ）に示されるように、比較測点ｐ_ｋ’が比較元三角形Ｔ_ｊ’よりも上方に位置している場合、すなわち、比較測点ｐ_ｋ’のＺ座標が交点ｑ_ｋ’のＺ座標よりも大きい場合、比較測点ｐ_ｋ’は赤色の色情報が付される。赤色の濃さについては、離れｄ_ｋの絶対値に応じて決定されることになる。
【0090】
一方、図９（ｂ）に示されるように、比較測点ｐ_ｋ’が比較元三角形Ｔ_ｊ’よりも下方に位置している場合、すなわち、比較測点ｐ_ｋ’のＺ座標が交点ｑ_ｋ’のＺ座標よりも小さい場合、比較測点ｐ_ｋ’は青色の色情報が付される。青色の濃さについては、離れｄ_ｋの絶対値に応じて決定されることになる。
【0091】
再び図５に戻って、ステップＳＴ９として比較対象三角形Ｔ２_ｋ’の内部に色情報を付加する。なお、「比較対象三角形Ｔ２_ｋ’」とは、色情報が付加された比較対象点群データ（比較測点ｐ_ｋ’）から作成されたＴＩＮの１つの三角形平面である。
【0092】
図１０に示されるように、いま比較対象三角形Ｔ２_ｋ’の一の頂点は青色であり、残りの２つの頂点は赤色とする。この場合、比較対象三角形Ｔ２_ｋ’の内部は青色から赤色へのグラデーションによって表示されることになる。つまり一つのＴＩＮ三角形内はグラデーションとなり、複数の色調が存在する事となる。
【0093】
以上の通り、本発明の３次元面変位計測システム１００によれば、３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面５０ａに係る複数組の点群データから被測定対象面５０ａの３次元面変位（大きさと向き）を精度良く自動的に計測しリアルタイムに表示することが可能となる。
【0094】
特に、面変位計測方向を規定する基準傾斜ＳＳについては、点群データ以外の３つの測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３を基に設定されている。すなわち、基準傾斜ＳＳは、三角形Ｍ１－Ｍ２－Ｍ３の底辺を形成する測点Ｍ１と測点Ｍ２を直線で結んだ「点群データ全体を回転させるための回転軸ＲＡ」と、三角形Ｍ１－Ｍ２－Ｍ３の頂点を形成する測点Ｍ３から回転軸ＲＡに下ろした垂線に相当する「回転軸直交線ＯＡ」とによって規定される傾斜平面として設定されている。従って、基準傾斜ＳＳは水平面に対し「回転軸直交線ＯＡに係る第１傾斜角度」と、「回転軸ＲＡに係る第２傾斜角度」を有することになる。
【0095】
そして、比較元点群データについては、回転軸ＲＡの回りに「基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度」だけ回転させ、その「回転後の比較元点群データ」について比較元ＴＩＮを作成することにより、３次元レーザースキャン機能による面変位計測に係る計測基準面を設定することが可能となる。
【0096】
一方、比較対象となる比較対象点群データについては、同じ基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度で回転軸ＲＡの回りに回転させ、回転後の比較対象点群データ内の各比較測点ｐ_ｋに対し、面変位の計測基準面となる比較元三角形Ｔ_ｊを決定することとしている。これにより、被測定対象面５０ａの面変位（面と面との離れ）の計測を、点（比較測点ｐ_ｋ）と面（比較元三角形Ｔ_ｊ）との離れｄ_ｋの計測に単純化することができるようになる。
【0097】
更に、基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度がゼロになるように、回転後の比較元点群データと比較対象点群データの全体を回転させることにより、点と面との間の離れｄ_ｋの計測を２点間の標高差（Ｚ座標の差）の計測に、より単純化させることができるようになる。
【0098】
また、比較測点ｐ_ｋ’と交点ｑ_ｋ’との間のＺ座標の差の負号（マイナス、プラス）に応じて、比較測点ｐ_ｋ’に色彩を付加すると共に、色彩が付加された比較対象点群データ（比較測点ｐ_ｋ’）から作成される比較対象三角形Ｔ２_ｋ’の内部については、一の頂点の色彩から他の頂点の異なる色彩へ所定の階調で変化するグラデーションによって表示させることとしている。これにより、被測定対象面５０ａについての面変位の計測結果を瞬時に把握することができるようになる。
【0099】
また、測量機１が反射プリズム２を視準して得られた被測定対象面５０ａの面変位の大きさが閾値を超えた場合、警報機能４が警報を発することとしている。これにより、３次元レーザースキャン機能によっては検知することが難しい不測の面変位を検知することが可能となる。また、警報機能４によって、事前に周囲の人間に危険が迫っていることを覚知させることが可能となる。
【0100】
また、３次元レーザースキャン機能によって取得された被測定対象面５０ａに係る複数組の点群データについては、事前にノイズを含む異常データを除去することとしている。除去方法については、例えばＴＩＮを構成する三角形の一辺の長さが所定の長さ以上の場合は、そのＴＩＮを構成する三角形自体を除去することとしている。或いは、比較測点ｐ_ｋの比較元三角形Ｔ_ｊからの離れｄ_ｋの大きさが、所定の閾値を超える場合は異常データとして除去し、ＴＩＮを再構築することとしている。このように、点群データから異常データを除去することにより、被測定対象面５０ａに係る３次元レーザースキャン機能による面変位計測の精度が向上するようになる。
【0101】
また、データ処理装置３は、計測値が異常であると判定するとき、アラーム信号を携帯電話会社が提供する無線通信網６０を経由してサーバー７０へ送信し、アラーム信号を受信したサーバー７０は、所定の管理者にその旨の電子メールを送信するように構成されている。これにより、被測定対象面５０ａについての無人監視が可能になると共に、予兆の段階で人的・物的災害の発生を未然に防止することが可能となる。
【0102】
以上の通り、図面を参照しながら本発明の３次元面変位計測システム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、３次元レーザースキャン機能によって取得された比較元点群データ及び比較対象点群データについては、「基準傾斜ＳＳの第１傾斜角度」の回転処理と「基準傾斜ＳＳの第２傾斜角度」の回転処理を、例えば図５のステップＳＴ３において一括して行うことも可能である。
【0103】
また、基準傾斜ＳＳを設定するための３つの測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３については、ノンプリズム計測による３つの測点Ｍ１,Ｍ２,Ｍ３を使用しても良い。また、回転軸ＲＡについては水平面に平行に設定しても良い。
【0104】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの指定断面表示機能のうち色情報付きＴＩＮ上の２点指定を示す説明図である。
図１１に示されるように、データ処理装置３のモニタ画面３ａに表示された色情報付きＴＩＮにおいて、例えば任意の２点Ｐ１,Ｐ２をユーザがカーソル等によって指定して画面下の「指定断面」の仮想ボタンを押すことによって、図１２に示される指定区間に係るＴＩＮの断面（以下「指定断面」ともいう。）が表示されることになる。なお、説明の都合上、比較元点群データはＳｃａｎ１とし、比較対象点群データはＳｃａｎ２としている。また、２点Ｐ１,Ｐ２の指定は、座標を直接入力して行うことも可能である。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システムの指定断面表示機能のうち色情報付きＴＩＮ上の２点指定を示す説明図である。
図１１に示されるように、データ処理装置３のモニタ画面３ａに表示された色情報付きＴＩＮにおいて、例えば任意の２点Ｐ１,Ｐ２をユーザがカーソル等によって指定して画面下の「指定断面」の仮想ボタンを押すことによって、図１２に示される指定区間に係るＴＩＮの断面（以下「指定断面」ともいう。）が表示されることになる。なお、説明の都合上、比較元点群データはＳｃａｎ１とし、比較対象点群データはＳｃａｎ２としている。また、２点Ｐ１,Ｐ２の指定は、座標を直接入力して行うことも可能である。
【0105】
図１２は、本発明に係る指定断面を示す説明図である。この指定断面は、２点Ｐ１,Ｐ２を通りＸＹ平面に垂直な平面による「色情報付きＴＩＮ」の切断面であって、２点Ｐ１,Ｐ２を端点とする切断面である。一点鎖線は比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）を表し、実線は比較対象点群データ（Ｓｃａｎ２）を表している。
【0106】
また、縦線部分は、比較対象点群データ（Ｓｃａｎ２）が比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）に対し上方に位置している「隆起部」を表している。横線部分は、比較対象点群データ（Ｓｃａｎ２）が比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）に対し下方に位置している「沈下部」を表している。斜線部分は指定区間に係るＴＩＮの内部を表している。
【0107】
ここでは、「隆起部」には赤色が付され、「沈下部」には青色が付され、指定区間に係るＴＩＮの内部には緑色が付されている。これにより、被測定対象面の表面における変位が一目で把握することができるようになる。また、カーソルを当てることにより、該当箇所における定量的な変位量Δｈ１,Δｈ２が表示されるようになっている。更には変位量について隆起に対しては「＋」（プラス）、沈下に対しては「－」（マイナス）が付いているため、該当箇所の変位が隆起部か沈下部の何れであるかを間違えることがなくなる。
【0108】
図１３は、本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システム１００の指定体積表示機能を示す説明図である。
図１３に示されるように、データ処理装置３のモニタ画面３ａに表示された色情報付きＴＩＮにおいて、例えば任意の６点Ｐ１,Ｐ２,・・・,Ｐ６をユーザがカーソル等によって指定して画面下の「指定体積」の仮想ボタンを押すことによって、データ処理装置３は指定区間に係るＴＩＮの内部の体積（以下「指定体積」ともいう。）を計算し、計算結果を表示する。計算結果については、例えば小ウィンドウがポップアップ表示され、小ウィンドウに計算結果が表示されることになる。小ウィンドウに表示される計算結果については、例えば指定体積に加えて指定体積の土量が表示されることになる。
図１３に示されるように、データ処理装置３のモニタ画面３ａに表示された色情報付きＴＩＮにおいて、例えば任意の６点Ｐ１,Ｐ２,・・・,Ｐ６をユーザがカーソル等によって指定して画面下の「指定体積」の仮想ボタンを押すことによって、データ処理装置３は指定区間に係るＴＩＮの内部の体積（以下「指定体積」ともいう。）を計算し、計算結果を表示する。計算結果については、例えば小ウィンドウがポップアップ表示され、小ウィンドウに計算結果が表示されることになる。小ウィンドウに表示される計算結果については、例えば指定体積に加えて指定体積の土量が表示されることになる。
【0109】
なお、本実施形態における「指定体積」とは、正確には、点Ｐ１と点Ｐ２を通りＸＹ平面に垂直な第１平面（図示せず）と、点Ｐ２と点Ｐ３を通りＸＹ平面に垂直な第２平面（図示せず）と、点Ｐ３と点Ｐ４を通りＸＹ平面に垂直な第３平面（図示せず）と、点Ｐ４と点Ｐ５を通りＸＹ平面に垂直な第４平面（図示せず）と、点Ｐ５と点Ｐ６を通りＸＹ平面に垂直な第５平面（図示せず）と、点Ｐ６と点Ｐ１を通りＸＹ平面に垂直な第６平面（図示せず）とによって囲まれた「色情報付きＴＩＮ」の内部領域を意味している。
【0110】
また、任意の点を指定することによって得られた指定体積の土量計算については、ある標高（指定部分最低標高、もしくは手入力）において基準面を設定し、その基準面より上方の体積について土量計算を実施することも可能である。なお、土量は公知の平均断面法により計算し、場合によっては密度についての係数を入力することが可能とする。
【0111】
また、画面下の「設定」の仮想ボタンを押すことにより、指定体積の土量計算についての詳細な設定を行うことができる。例えば図１２に示される「隆起部」又は「沈下部」の各体積及び土量についても計算し、計算結果を指定体積の体積及び土量と一緒に、或いは別個独立にモニタ画面３ａに表示するようにすることも可能である。
【0112】
図１４は、本発明に係る３次元面変位計測システム１００の警報処理機能を示す概念図である。
上述した通り、色情報付きＴＩＮでは、「比較元点群データ」（比較元三角形Ｔ_ｊ）と「比較対象点群データ」（比較測点ｐ_ｋ）との間の面変位（離れの向き、大きさｄ_ｋ）の計算結果に基づいて、比較測点ｐ_ｋに色彩を付加している。その色彩は、比較測点ｐ_ｋが比較元三角形Ｔ_ｊの上方に位置する場合は赤色で、その濃さは比較測点ｐ_ｋと比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れｄ_ｋの大きさに基づいて決定している。
上述した通り、色情報付きＴＩＮでは、「比較元点群データ」（比較元三角形Ｔ_ｊ）と「比較対象点群データ」（比較測点ｐ_ｋ）との間の面変位（離れの向き、大きさｄ_ｋ）の計算結果に基づいて、比較測点ｐ_ｋに色彩を付加している。その色彩は、比較測点ｐ_ｋが比較元三角形Ｔ_ｊの上方に位置する場合は赤色で、その濃さは比較測点ｐ_ｋと比較元三角形Ｔ_ｊとの間の離れｄ_ｋの大きさに基づいて決定している。
【0113】
このように、比較測点ｐ_ｋが比較元三角形Ｔ_ｊの上方に位置する場合は、その地点は隆起していると見なすことが可能であり、面変位の大きさｄ_ｋは隆起量と見なすことが可能である。その逆に、比較測点ｐ_ｋが比較元三角形Ｔ_ｊの下方に位置する場合は、その地点は沈下していると見なすことが可能であり、面変位の大きさｄ_ｋは沈下量と見なすことが可能である。
【0114】
つまり、ある時刻の監視エリア内（円形範囲内Ｃｉ）の隆起量と沈下量については、その時刻の「円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉ」として一まとめにして円形範囲内Ｃｉ毎にデータ処理（検査）することとし、そのデータ処理結果（検査結果）に基づいてある時刻の監視エリア内（円形範囲内Ｃｉ）の面変位が異常か否かを判定することができる。例えば、ある時刻に取得された円形範囲内Ｃｉの比較対象点群データ（Ｓｃａｎ２～）については、比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）に対する面変位（±ｄ_ｋ）を計算し、その計算結果をその時刻の「円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉ」として一まとめにしてデータ処理する。そして、データ処理結果を予め定められた閾値によって検査することによって、円形範囲内Ｃｉの面変位が異常か否かを判定する。異常と判定された円形範囲内Ｃｉについては警報を発報する。以下、この警報処理機能について詳細に説明する。
【0115】
図１４（ａ）に示されるように、先ずユーザは監視エリア（点線矩形部）内に検査中心ポイントＰ１,・・・,Ｐ１２を設定する。この検査中心ポイントは、円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２の中心となる。
【0116】
次に、図１４（ｂ）に示されるように、データ処理装置３は監視エリア（点線矩形部）内に各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２をそれぞれ設定する。なお、データ処理装置３は、各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２が監視エリア（点線矩形部）を網羅するように各半径を設定する。
【0117】
また、ある時刻の各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における面変位（隆起量と沈下量）については、その時刻の「比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）と比較対象点群データ（Ｓｃａｎ２～）との間の面変位（±ｄ_ｋ）の点群データ集合Ｄｉ」として一まとめにして円形範囲内Ｃｉ毎にデータ処理（検査）されるようになっている。そして、そのデータ処理結果（検査結果）は、予め定められた閾値によって異常か否かを判定されるようになっている。
【0118】
なお、詳細については図１５及び図１６を参照しながら後述するが、円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉの検査項目については、その点群データ集合Ｄｉの中央値Ｍｉ、平均値Ａｉ、及び標準偏差σｉを検査項目としている。さらに、これらの検査結果が異常か否かを判定する各閾値については、初期面変位の点群データ集合Ｄｉ’の中央値Ｍｉ’、平均値Ａｉ’及び標準偏差σｉ’からのプラス・マイナス（±）の振幅ΔＭｉ,ΔＡｉ,Δσｉによって規定されている。なお、初期面変位とは、「Ｓｃａｎ１の比較元点群データ」と「Ｓｃａｎ２の比較対象点群データ」との間の面変位（隆起量、沈下量）を意味している。
【0119】
次に、図１４（ｃ）に示されるように、ある時刻の円形範囲内Ｃｉにおける面変位（その時刻の「円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉ」）を予め定められた閾値によって異常か否かを判定した結果、例えばある時刻の円形範囲内Ｃ７の面変位（その時刻の「円形範囲内Ｃ７における面変位の点群データ集合Ｄ７」）について異常が検出された場合、モニタ画面上に円形範囲内Ｃ７における面変位については異常であることと警報が発報された旨が表示されることになる。
【0120】
次に、図１４（ｄ）に示されるように、警報が発報されると共に、円形範囲内Ｃ７における面変位は異常である旨の電子メールが施工主を含む全担当者に送信されることになる。以下、ある時刻の各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における面変位（隆起量および沈下量）の検査項目とその閾値について説明する。
【0121】
図１５は、各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における面変位（隆起量と沈下量）の検査項目とその閾値を示す説明図である。
ある時刻の円形範囲内Ｃｉにおける面変位（隆起量と沈下量）については、その時刻の「円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉ」（以下、「面変位の点群データ集合Ｄｉ」という。）として一つにまとめられてデータ処理（検査）される。面変位の点群データ集合Ｄｉの検査項目としては、中央値、平均値、および標準偏差を選択することが可能である。
ある時刻の円形範囲内Ｃｉにおける面変位（隆起量と沈下量）については、その時刻の「円形範囲内Ｃｉにおける面変位の点群データ集合Ｄｉ」（以下、「面変位の点群データ集合Ｄｉ」という。）として一つにまとめられてデータ処理（検査）される。面変位の点群データ集合Ｄｉの検査項目としては、中央値、平均値、および標準偏差を選択することが可能である。
【0122】
図１４（ｅ）に戻って、面変位の点群データ集合Ｄｉの中間値Ｍｉとは、例えばある時刻の面変位の点群データ集合Ｄｉ内に１０００個のデータが存在する場合、１０００個のデータを大きさの順に並べた時の中間に位置するデータの値となる。今の場合、データの個数は偶数であるから、中間に位置するデータの個数は２個存在する。中間値Ｍｉはこれら２個のデータ値の平均値となる。
【0123】
面変位の点群データ集合Ｄｉの平均値Ａｉとは、１０００個のデータ値の総和（＝ｄ_ｉ１＋・・・＋ｄ_ｉ１０００）を１０００で除した値である。同じく標準偏差σｉとは、「各データ値ｄ_ｉｊと平均値Ａｉとの差の２乗」を全てのデータについて合算し、その合算値を１０００で除した値の平方根に等しくなる。
【0124】
各検査項目についての閾値は、初期面変位からのプラス・マイナスの振幅によって規定されている。振幅がプラス側に最大となるときに閾値は上限値を取り、振幅がマイナス側に最大となるときに閾値は下限値を取る。なお、ここで言う「初期面変位」とは、比較元点群データ（Ｓｃａｎ１）と時系列が一番古い「比較対象点群データ」（Ｓｃａｎ２）との間の面変位（隆起量、沈下量）の点群データ集合についての中央値、平均値および標準偏差を意味している。
【0125】
各閾値は、初期値と「プラス・マイナス（±）の振幅」によって規定されている。ここで言う「初期値」とは、「Ｓｃａｎ１の比較元点群データ」と「Ｓｃａｎ２の比較対象点群データ」との間の初期面変位（隆起量、沈下量）の点群データ集合Ｄｉ’の中央値Ｍｉ’、平均値Ａｉ’及び標準偏差σｉ’を意味している。
【0126】
振幅の大きさは、例えばレベル０からレベル９の１０段階に調整可能に構成されている。例えば、レベル０での中央値Ｍｉの閾値の上限は”Ｍｉ’＋ΔＭ０”に、閾値の下限は”Ｍｉ’－ΔＭ０”に設定されることになる。振幅の大きさはレベル０からレベル９に進むにつれて大きくなるように設定されている。
【0127】
また、レベル０とは、中央値Ｍｉが閾値（Ｍｉ’±ΔＭ０）を逸脱した場合、警報は発報されない通常の状態を意味している。レベル１とは、中央値Ｍｉが閾値（Ｍｉ’±ΔＭ１）を逸脱した場合、緑ランプのみが点滅しメールは発信されない軽微な警報の状態を意味している。レベル２とは、中央値Ｍｉが閾値（Ｍｉ’±ΔＭ２）を逸脱した場合、緑ランプのみが点滅し、メールは一部の担当のみに発信される軽微な警報の状態を意味している。レベル９とは、中央値Ｍｉが閾値（Ｍｉ’±ΔＭ９）を逸脱した場合、赤ランプ（パトライト（登録商標））が点滅しメールは施工主を含む全担当者に発信される重大な警報の状態を意味している。
【0128】
因みに、図１５では、面変位の点群データ集合Ｄｉの検査項目（中央値Ｍｉ、平均値Ａｉ、標準偏差σｉ）についての閾値レベルとして、レベル９が選択されている。従って、中央値Ｍｉ、平均値Ａｉ、標準偏差σｉのうちの何れか１つでも閾値を逸脱した場合は、異常と判定され、赤ランプ（パトライト（登録商標））が点滅しメールは施工主を含む全担当者に発信されることになる。
【0129】
図１６は、ある時刻の各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における面変位（隆起量と沈下量）の各検査項目についての検査結果を示す説明図である。なお、ここで言う「時刻」とは、Ｓｃａｎ３の比較対象点群データを取得した時刻を意味している。
【0130】
従って、この検査結果は、Ｓｃａｎ３の比較対象点群データを取得した時刻における、各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における面変位（隆起量、沈下量）の点群データ集合Ｄ１,・・・,Ｄ１２の各中央値Ｍ１,・・・,Ｍ１２ｉ、各平均値Ａ１,・・・,Ａ１２および標準偏差σ１,・・・,σ１２を各閾値によって異常か否かを判定した結果を示している。
【0131】
各閾値は、各円形範囲内Ｃ１,・・・,Ｃ１２における初期面変位（隆起量、沈下量）の点群データ集合Ｄ１’,・・・,Ｄ１２’の各中央値Ｍ１’,・・・,Ｍ１２’平均値Ａ１’,・・・,Ａ１２’標準偏差σ１,・・・,σ１２’からのプラス・マイナスの振幅となる。従って、例えばレベル９の中央値の閾値は、Ｍ１’±ΔＭ９,・・・,Ｍ１２’±ΔＭ９となる。
【0132】
同様に、レベル９の平均値の閾値は、Ａ１’±ΔＡ９,・・・,Ａ１２’±ΔＡ９となる。同様に、レベル９の標準偏差の閾値は、σ１’±Δσ９,・・・,σ１２’±Δσ９となる。
【0133】
図１６は、Ｓｃａｎ３の比較対象点群データを取得した時刻における円形範囲内Ｃ７における面変位の点群データ集合Ｄ７の標準偏差σ７が異常であることを示している。従って、円形範囲内Ｃ７の面変位は異常と判定され、赤ランプ（パトライト（登録商標））が点滅しメールは施工主を含む全担当者に発信されることになる。
【0134】
図１７は、本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システム１００の警報処理機能のうち色情報付きＴＩＮ上で円形範囲内Ｃ７における面変位が異常であることと警報が発報された旨の表示を示す説明図である。
【0135】
図１７に示されるように、色情報付きＴＩＮ上で円形範囲内Ｃ７における面変位（隆起量、沈下量）が異常であることと警報が発報された旨のメッセージがモニタ画面３ａ上に表示される。更には同内容の電子メールが施工主を含む全担当者に送信されることになる。またパトライト（登録商標）を点灯させて監視エリア近傍の住人に危険が迫っていることを知らせるようになっている。
【0136】
図１８は、本発明の第２実施形態に係る３次元面変位計測システム１００のスキャン結果連続表示動画作成処理機能を示す説明図である。なお、説明の都合上、ここでのスキャン結果は指定断面とする。
【0137】
このスキャン結果連続表示動画作成処理機能は、３次元面変位に係る分析結果（色情報付きＴＩＮ）を画像ファイルに変換し、この画像画像ファイルを複数枚セットにして動画として出力する機能である。これにより一定時間毎のスキャン結果だけでなく時間経過による変位観測も可能となる。
【0138】
図１８では、データ処理装置３が時系列の一番古いＳｃａｎ１から一番新しいＳｃａｎ９迄の９枚の色情報付きＴＩＮ画像を、それぞれ画像ファイルに変換し、９枚の画像ファイルを時系列の順に連続出力することにより動画として出力している。
【0139】
従って、モニタ画面３ａにはＳｃａｎ１から順に表示され最後にＳｃａｎ９が表示される。特に隆起部と沈下部においては時間経過による変位観測が可能となる。
【符号の説明】
【0140】
１ 測量機
２ 反射プリズム（ターゲット部）
３ データ処理装置（計算機）
３ａ モニタ画面
４ 警報装置
５０ 法面
５０ａ 被測定対象面
６０ 無線通信網（双方向電気通信回線網）
７０ サーバー（コンピュータ）
１００ ３次元面変位計測システム
ＳＳ 基準傾斜
ＲＡ 回転軸
ＯＡ 回転軸直交線
ｄ_ｋ 離れ
ｐ_ｋ 比較測点
ｑ_ｋ 交点
Ｔ_ｊ 比較元三角形
Ｖ_ｋ 垂線
２ 反射プリズム（ターゲット部）
３ データ処理装置（計算機）
３ａ モニタ画面
４ 警報装置
５０ 法面
５０ａ 被測定対象面
６０ 無線通信網（双方向電気通信回線網）
７０ サーバー（コンピュータ）
１００ ３次元面変位計測システム
ＳＳ 基準傾斜
ＲＡ 回転軸
ＯＡ 回転軸直交線
ｄ_ｋ 離れ
ｐ_ｋ 比較測点
ｑ_ｋ 交点
Ｔ_ｊ 比較元三角形
Ｖ_ｋ 垂線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
