(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】P2024060141
(43)【公開日】2024-05-02
(54)【発明の名称】測量器及び測位システム
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20240424BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 102C
G01C15/00 103B
G01C15/00 103E
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022167299
(22)【出願日】2022-10-19
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】畠山 峻一
(57)【要約】
【課題】少ない人数の作業員であっても建設工事の作業効率を向上させる測量器及び測位システムを提案する。
【解決手段】本発明は、水平方向にレーザを照射し、水平ラインLhを対象物に投影する照射部１２と、鉛直面内にレーザを照射し、鉛直ラインLvを対象物に投影する照射部１３と、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信するアンテナ１５と、受信した電波を処理して、照射部１２，１３の中心の座標を演算する演算部１７と、測量器１の姿勢を検出する姿勢検出センサ１８とを備える測量器１である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、水平方向にレーザを照射し、水平ラインLhを対象物に投影する照射部１２と、鉛直面内にレーザを照射し、鉛直ラインLvを対象物に投影する照射部１３と、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信するアンテナ１５と、受信した電波を処理して、照射部１２，１３の中心の座標を演算する演算部１７と、測量器１の姿勢を検出する姿勢検出センサ１８とを備える測量器１である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも水平方向にレーザを照射する第１レーザ照射部と、
測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器。
測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器。
【請求項2】
前記測量器の姿勢を検出する第１姿勢検出部、をさらに備え、
前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する、請求項１に記載の測量器。
前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する、請求項１に記載の測量器。
【請求項3】
少なくとも鉛直面内にレーザを照射する第２レーザ照射部と、
測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサと、
測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器。
測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサと、
測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器。
【請求項4】
前記測量器の姿勢を検出する第１姿勢検出部、をさらに備え、
前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する、請求項３に記載の測量器。
前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する、請求項３に記載の測量器。
【請求項5】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の測量器と、座標出し器とを備え、
前記座標出し器は、
レーザを対象物の位置出し点に照射する第３レーザ照射部と、
前記第３レーザ照射部の中心の座標と前記対象物の位置出し点との距離を計測するレーザ距離計と、
前記測位衛星からの電波を受信する第２アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する第２演算部と、
前記座標出し器の姿勢を検出する第２姿勢検出部、を備え、
前記第２姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第２演算部は、前記第２アンテナの座標及び前記第２姿勢検出部の計測値を用いて、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する、測量システム。
前記座標出し器は、
レーザを対象物の位置出し点に照射する第３レーザ照射部と、
前記第３レーザ照射部の中心の座標と前記対象物の位置出し点との距離を計測するレーザ距離計と、
前記測位衛星からの電波を受信する第２アンテナと、
前記受信した電波を処理して、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する第２演算部と、
前記座標出し器の姿勢を検出する第２姿勢検出部、を備え、
前記第２姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、
前記第２演算部は、前記第２アンテナの座標及び前記第２姿勢検出部の計測値を用いて、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する、測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測量器及び測位システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、建設工事における墨出し作業に関する技術開発が盛んであり、例えば、レーザ光を用いた墨出し装置や墨出し方法に関する発明がなされている。従来の工事測量は、重量のある測機一式の運搬、据付け、バック測量等の準備作業、各種計測等を複数人で行う必要があった。これに対し近年では、衛星測位による工事測量が導入されたことにより、測機が軽量化され、可搬性が向上するとともに、単独測位も可能になってきた。衛星測位による工事測量は、準天頂衛星の機数増加等に伴いcm単位の精度の測位が可能となりつつある。その一方で、電離層の影響や衛星の捕捉数等による変動誤差が生じるため、本設構造物の出来形管理等のmm単位の精度を要求する測位に対しては不適であり、用途が制限される。しかし、建設現場においては、仕上げ面でないコンクリート天端の高さ出しや、岩盤調査の測線明示等の簡易な測量に対して衛星測位による工事測量を利用できる余地は十分にあり、積極的に利用することで建設工事の作業効率を向上させることが望まれている。
【0003】
特許文献１には、大規模土木工事等での各種位置出し作業を行うに際し、作業人員の低減、作業能率の向上、位置出し精度の向上を図ることのできる位置出し装置が開示されている。特許文献１の位置出し装置は、ＧＰＳ衛星が送り出す電波を受信するアンテナと、該アンテナで受信した信号を処理してアンテナの現在位置を割り出す信号処理装置と、前記アンテナを支持する架台と、該架台に設けられ、アンテナの水平方向の位置調整を行う位置調整装置と、前記アンテナの直下に配され、鉛直下方に向けて光線を照射し、照射対象部位に光線による位置出し点を投影するポインタとを備えたことを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１１－１９０６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の位置出し装置は、アンテナ直下のポインタの鉛直下方に位置出し点を投影するに過ぎず、例えば、水平ラインや鉛直ライン等の墨出しを行う構成ではない。
【0006】
このような観点から、本発明は、少ない人数の作業員であっても建設工事の作業効率を向上させる測量器及び測位システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決する本発明は、少なくとも水平方向にレーザを照射する第１レーザ照射部と、測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、前記受信した電波を処理して、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器である。
【0008】
このような発明によれば、第１レーザ照射部の中心の座標を求めることができるので、測量器の水平を確保すれば、第１レーザ照射部の高さ位置と同じ標高の水平ラインを岩盤等の対象物に照射できるようになる。また、所定の高さ調整装置を用いれば、照射した水平ラインの高さ位置を目標標高値に合わせることができる。よって、本発明の測量器は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等からの電波に基づいて、水平ラインの墨出しを行うことができる。また、衛星測位に使用する機器類は、光波測距儀等に比べて小型かつ軽量であるため、可搬性を向上させることができる。さらに、衛星測位によれば、他の基準点を測量せずとも、自身の位置座標を取得できるため、バック測量等の準備工を削減でき、既知点と周囲の構造物等との位置関係を確認する等の測量ダブルチェックや、対象物に高さ位置を明示する墨出し等の作業を効率よく行うことができる。また、本発明の測量器を土留め杭に固定して変位を計測する等の動態観測への応用も可能となる。
【0009】
また、前記測量器の姿勢を検出する第１姿勢検出部、をさらに備え、前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第１レーザ照射部の中心の座標を演算する、ことが好ましい。
【0010】
このような測量器によれば、幾何学的な計算により、第１レーザ照射部の中心の座標を求めることができ、第１レーザ照射部の高さ位置と同じ標高の水平ラインを岩盤等の対象物に照射できる。なお、第１アンテナと第１レーザ照射部の中心との距離は、事前に取得できる既知の値である。
【0011】
また、本発明は、少なくとも鉛直面内にレーザを照射する第２レーザ照射部と、測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサと、測位衛星からの電波を受信する第１アンテナと、前記受信した電波を処理して、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する第１演算部と、を備える測量器である。
【0012】
このような発明によれば、第２レーザ照射部の中心の座標が求まるので、測量器の水平を確保すれば、１軸地磁気センサが検出した方位角（ヨー角）と同じ方位角の鉛直ラインを岩盤等の対象物に照射できる。また、測量器を通過する鉛直軸回りに測量器を回転すれば、照射した鉛直ラインの方位角を目標方位角に合わせることができる。よって、本発明の測量器は、測位衛星からの電波に基づいて、鉛直ラインの墨出しを行うことができる。また、衛星測位に使用する機器類は、光波測距儀等に比べて小型かつ軽量であるため、可搬性を向上させることができる。さらに、衛星測位によれば、他の基準点を測量せずとも、自身の位置座標を取得できるため、バック測量等の準備工を削減でき、既知点と周囲の構造物等との位置関係を確認する等の測量ダブルチェックや、対象物に高さ位置を明示する墨出し等の作業を効率よく行うことができる。また、本発明の測量器を土留め杭に固定して変位を計測する等の動態観測への応用も可能となる。
【0013】
また、前記測量器の姿勢を検出する第１姿勢検出部、をさらに備え、前記第１姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、前記第１演算部は、前記第１アンテナの座標及び前記第１姿勢検出部の計測値を用いて、前記第２レーザ照射部の中心の座標を演算する、ことが好ましい。
【0014】
このような測量器によれば、幾何学的な計算により、第２レーザ照射部の中心の座標を求めることができ、１軸地磁気センサが検出した方位角（ヨー角）と同じ方位角の鉛直ラインを岩盤等の対象物に照射できる。なお、第１アンテナと第２レーザ照射部の中心との距離は既知である。
【0015】
また、本発明は、前記測量器と、座標出し器とを備え、前記座標出し器は、レーザを対象物の位置出し点に照射する第３レーザ照射部と、前記第３レーザ照射部の中心の座標と前記対象物の位置出し点との距離を計測するレーザ距離計と、前記測位衛星からの電波を受信する第２アンテナと、前記受信した電波を処理して、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する第２演算部と、前記座標出し器の姿勢を検出する第２姿勢検出部、を備え、前記第２姿勢検出部は、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかであり、前記第２演算部は、前記第２アンテナの座標及び前記第２姿勢検出部の計測値を用いて、前記第３レーザ照射部の中心の座標を演算する、測量システムである。
【0016】
このような発明によれば、第３レーザ照射部の中心の座標が求まるので、手に持つ等して姿勢が検出された座標出し器は、レーザ距離計が計測した距離だけ離れた位置出し点を岩盤等の対象物に照射できる。よって、本発明の座標出し器は、測位衛星からの電波に基づいて、位置出し点の座標を求めることができる。つまり、座標出し器は、測量器が奏する上記効果に資する。
また、幾何学的な計算により、第３レーザ照射部の中心の座標を求めることができ、さらには、対象物に照射された位置出し点の座標を求めることができる。なお、第２アンテナと第３レーザ照射部の中心との距離は既知である。
また、幾何学的な計算により、第３レーザ照射部の中心の座標を求めることができ、さらには、対象物に照射された位置出し点の座標を求めることができる。なお、第２アンテナと第３レーザ照射部の中心との距離は既知である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、少ない人数の作業員であっても建設工事の作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施形態の測量器の外観図である。
【図2】測量器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。
【図3】本実施形態の座標出し器の外観図である。
【図4】座標出し器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。
【図5】衛星測位をしない場合の座標出し器による測位方法の説明図である。
【図6】レーザ墨出しの具体例である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるもではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【0020】
［測量器］
図１は、本実施形態の測量器の外観図である。測量器１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星等を利用した衛星測位及び衛星測量を行う機器である。測量器１は、本体部１１と、照射部１２，１３と、３つの脚部１４と、アンテナ１５と、表示部１６と、演算部１７と、姿勢検出センサ１８とを備えている。
図１は、本実施形態の測量器の外観図である。測量器１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星等を利用した衛星測位及び衛星測量を行う機器である。測量器１は、本体部１１と、照射部１２，１３と、３つの脚部１４と、アンテナ１５と、表示部１６と、演算部１７と、姿勢検出センサ１８とを備えている。
【0021】
本体部１１は、略円柱状体であり、本体部１１の頭部は略半球状を呈している。
照射部１２は、墨出し用のレーザを水平方向に照射する光源である。照射部１２から照射されたレーザは、水平ラインLhとして対象物に投影される。測量器１は、照射部１２を複数備えることができる。照射部１２から照射されたレーザは、平面視扇状を呈しているが、複数の照射部１２から照射されたレーザを組み合わせることで、水平方向の360°レーザを構成できる。
照射部１３は、墨出し用のレーザを鉛直面内に照射する光源である。照射部１３から照射されたレーザは、鉛直ラインLvとして対象物に投影される。照射部１３から照射されたレーザは、側面視扇状を呈しているが、複数の照射部１３から照射されたレーザを組み合わせることで、鉛直面内の360°レーザを構成できる。
照射部１２は、墨出し用のレーザを水平方向に照射する光源である。照射部１２から照射されたレーザは、水平ラインLhとして対象物に投影される。測量器１は、照射部１２を複数備えることができる。照射部１２から照射されたレーザは、平面視扇状を呈しているが、複数の照射部１２から照射されたレーザを組み合わせることで、水平方向の360°レーザを構成できる。
照射部１３は、墨出し用のレーザを鉛直面内に照射する光源である。照射部１３から照射されたレーザは、鉛直ラインLvとして対象物に投影される。照射部１３から照射されたレーザは、側面視扇状を呈しているが、複数の照射部１３から照射されたレーザを組み合わせることで、鉛直面内の360°レーザを構成できる。
【0022】
脚部１４は、本体部１１の底部に設けられ、本体部１１を支持する部材である。脚部１４の少なくとも２つは伸縮可能であり、伸縮により測量器１が整準する。なお、本実施形態では、特段の事情がない限り、測量器１が整準しているとして説明を続ける。
アンテナ１５は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する受信器である。アンテナ１５は、例えば、本体部１１の頭頂部に配置できるが、配置位置はこれに限定されない。
表示部１６は、例えば、液晶パネルである。表示部１６は、例えば、演算部１７の演算結果を表示できる。
なお、測量器１は、脚部１４に対して本体部１１を昇降させる高さ調整装置（図示略）を備えていてもよい。また、測量器１は、本体部１１を通過する鉛直軸回りに本体部１１を回転させる回転調整装置（図示略）を備えていてもよい。
アンテナ１５は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する受信器である。アンテナ１５は、例えば、本体部１１の頭頂部に配置できるが、配置位置はこれに限定されない。
表示部１６は、例えば、液晶パネルである。表示部１６は、例えば、演算部１７の演算結果を表示できる。
なお、測量器１は、脚部１４に対して本体部１１を昇降させる高さ調整装置（図示略）を備えていてもよい。また、測量器１は、本体部１１を通過する鉛直軸回りに本体部１１を回転させる回転調整装置（図示略）を備えていてもよい。
【0023】
演算部１７は、衛星測位及び衛星測量に関する各種演算をする。演算部１７は、例えば、本体部１１の内部に配置された集積回路として実装できる。演算部１７は、例えば、アンテナ１５が受信した電波を処理して、照射部１２，１３の中心の座標を演算することができる。
姿勢検出センサ１８は、測量器１の姿勢を検出する。本実施形態では、姿勢検出センサ１８は３軸加速度センサである。つまり、測量器１はデジタル水平器を実装している。
姿勢検出センサ１８は、測量器１の姿勢を検出する。本実施形態では、姿勢検出センサ１８は３軸加速度センサである。つまり、測量器１はデジタル水平器を実装している。
【0024】
［測量器による測位方法］
図２は、測量器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。測量器１に対して、所定の座標系（図２（ｂ）参照）が定められている。測量器１を所定位置に配置して衛星測位を開始したとする。アンテナ１５は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する。演算部１７は、アンテナ１５が受信した電波を処理して、アンテナ１５の位置の座標P0(X01,Y01,Z01)を演算できる。また、姿勢検出センサ１８は、測量器１の姿勢を検出し、測量器１のロール角θr0、ピッチ角θp0、ヨー角θy0を取得できる。また、アンテナ１５と照射部１２の中心との距離L01は、測量器１の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L01を事前に取得できる。演算部１７は、座標P0(X01,Y01,Z01)、ロール角θr0、ピッチ角θp0、ヨー角θy0、及び距離L01を用いて、幾何学的な計算により、照射部１２の中心の座標P1(X02,Y02,Z02)を求めることができる。照射部１２による水平ラインの照射方向は、予め調整することができ、例えば、照射部１２は、標高Z02の水平ラインを照射できる。よって、照射部１２は、標高Z02の水平ラインを対象物に投影（墨出し）することができる。また、所定の高さ調整装置（三脚等）を用いれば、照射した水平ラインの高さ位置を目標標高値に合わせることができる。
図２は、測量器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。測量器１に対して、所定の座標系（図２（ｂ）参照）が定められている。測量器１を所定位置に配置して衛星測位を開始したとする。アンテナ１５は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する。演算部１７は、アンテナ１５が受信した電波を処理して、アンテナ１５の位置の座標P0(X01,Y01,Z01)を演算できる。また、姿勢検出センサ１８は、測量器１の姿勢を検出し、測量器１のロール角θr0、ピッチ角θp0、ヨー角θy0を取得できる。また、アンテナ１５と照射部１２の中心との距離L01は、測量器１の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L01を事前に取得できる。演算部１７は、座標P0(X01,Y01,Z01)、ロール角θr0、ピッチ角θp0、ヨー角θy0、及び距離L01を用いて、幾何学的な計算により、照射部１２の中心の座標P1(X02,Y02,Z02)を求めることができる。照射部１２による水平ラインの照射方向は、予め調整することができ、例えば、照射部１２は、標高Z02の水平ラインを照射できる。よって、照射部１２は、標高Z02の水平ラインを対象物に投影（墨出し）することができる。また、所定の高さ調整装置（三脚等）を用いれば、照射した水平ラインの高さ位置を目標標高値に合わせることができる。
【0025】
また、アンテナ１５と照射部１３の中心との距離L02は、測量器１の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L02を事前に取得できる。演算部１７は、座標P0(X01,Y01,Z01)、ロール角θr0、ピッチ角θp0、ヨー角（方位角）θy0、及び距離L02を用いて、幾何学的な計算により、照射部１２の中心の座標P2(X03,Y03,Z03)を求めることができる。照射部１３による鉛直ラインの照射方向は、予め調整することができ、例えば、照射部１２は、方位角θy0と同じ方位角の鉛直ラインを照射できる。よって、照射部１３は、方位角θy0と同じ方位角の鉛直ラインを対象物に投影（墨出し）することができる。また、測量器１を通過する鉛直軸回りに測量器１を回転すれば、照射した鉛直ラインの方位角を目標方位角に合わせることができる。
【0026】
［座標出し器］
図３は、本実施形態の座標出し器の外観図である。座標出し器２は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等を利用した衛星測位及び衛星測量を行う機器である。座標出し器２は、本体部２１と、照射部２２と、アンテナ２３と、表示部２４と、演算部２５と、姿勢検出センサ２６と、レーザ距離計２７を備えている。
図３は、本実施形態の座標出し器の外観図である。座標出し器２は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等を利用した衛星測位及び衛星測量を行う機器である。座標出し器２は、本体部２１と、照射部２２と、アンテナ２３と、表示部２４と、演算部２５と、姿勢検出センサ２６と、レーザ距離計２７を備えている。
【0027】
本体部２１は、略直方体を呈している。
照射部２２は、墨出し用のレーザを対象物の位置出し点に照射する。照射部２２から照射されたレーザは、位置出し点Lpとして対象物に投影される。
アンテナ２３は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する受信器である。アンテナ２３は、例えば、本体部２１の上面中央に配置できるが、配置位置はこれに限定されない。
表示部２４は、例えば、液晶パネルである。表示部２４は、例えば、演算部２５の演算結果を表示できる。
照射部２２は、墨出し用のレーザを対象物の位置出し点に照射する。照射部２２から照射されたレーザは、位置出し点Lpとして対象物に投影される。
アンテナ２３は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する受信器である。アンテナ２３は、例えば、本体部２１の上面中央に配置できるが、配置位置はこれに限定されない。
表示部２４は、例えば、液晶パネルである。表示部２４は、例えば、演算部２５の演算結果を表示できる。
【0028】
演算部２５は、衛星測位及び衛星測量に関する各種演算をする。演算部２５は、例えば、本体部２１の内部に配置された集積回路として実装できる。演算部２５は、例えば、アンテナ２３が受信した電波を処理して、照射部２２の中心の座標を演算することができる。
姿勢検出センサ２６は、座標出し器２の姿勢を検出する。本実施形態では、姿勢検出センサ２６は３軸加速度センサである。つまり、座標出し器２はデジタル水平器を実装している。
レーザ距離計２７は、照射部２２が対象物にレーザを照射したときに、照射部２２の中心の座標と対象物の位置出し点Lpとの距離を計測する。レーザ距離計２７は、例えば、三角測距方式や位相差測距方式で距離を計測できるが、これらの方式に限定されない。なお、座標出し器２は、レーザ距離計２７の距離の計測に用いる、対象物からの反射光を受光する受光素子（図示略）を備えていてもよい。
姿勢検出センサ２６は、座標出し器２の姿勢を検出する。本実施形態では、姿勢検出センサ２６は３軸加速度センサである。つまり、座標出し器２はデジタル水平器を実装している。
レーザ距離計２７は、照射部２２が対象物にレーザを照射したときに、照射部２２の中心の座標と対象物の位置出し点Lpとの距離を計測する。レーザ距離計２７は、例えば、三角測距方式や位相差測距方式で距離を計測できるが、これらの方式に限定されない。なお、座標出し器２は、レーザ距離計２７の距離の計測に用いる、対象物からの反射光を受光する受光素子（図示略）を備えていてもよい。
【0029】
［座標出し器による測位方法］
図４は、座標出し器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。座標出し器２に対して、所定の座標系（図４（ｂ）参照）が定められている。座標出し器２を所定位置で手に持って衛星測位を開始したとする。アンテナ２３は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する。演算部２５は、アンテナ２３が受信した電波を処理して、アンテナ２３の位置の座標Q0(X11,Y11,Z11)を演算できる。また、姿勢検出センサ２６は、座標出し器２の姿勢を検出し、座標出し器２のロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1を取得できる。また、アンテナ２３と照射部２２の中心との距離L11は、座標出し器２の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L11を事前に取得できる。演算部２５は、座標Q0(X11,Y11,Z11)、ロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1、及び距離L11を用いて、幾何学的な計算により、照射部２２の中心の座標Q1(X12,Y12,Z12)を求めることができる。
図４は、座標出し器による測位方法の説明図であって、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が平面図である。座標出し器２に対して、所定の座標系（図４（ｂ）参照）が定められている。座標出し器２を所定位置で手に持って衛星測位を開始したとする。アンテナ２３は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等の測位衛星からの電波を受信する。演算部２５は、アンテナ２３が受信した電波を処理して、アンテナ２３の位置の座標Q0(X11,Y11,Z11)を演算できる。また、姿勢検出センサ２６は、座標出し器２の姿勢を検出し、座標出し器２のロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1を取得できる。また、アンテナ２３と照射部２２の中心との距離L11は、座標出し器２の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L11を事前に取得できる。演算部２５は、座標Q0(X11,Y11,Z11)、ロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1、及び距離L11を用いて、幾何学的な計算により、照射部２２の中心の座標Q1(X12,Y12,Z12)を求めることができる。
【0030】
また、レーザ距離計２７は、照射部２２が対象物にレーザを照射したときに、照射部２２の中心の座標Q1(X12,Y12,Z12)と対象物の位置出し点Lpとの距離L12を計測する。演算部２５は、座標Q1(X12,Y12,Z12)、ロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1、及び距離L12を用いて、幾何学的な計算により、対象物の位置出し点Lpの座標Q2(X13,Y13,Z13)を求めることができる。なお、照射部２２によるレーザの照射方向は予め調整することができ、例えば、照射部２２は、座標出し器２の姿勢に沿う方向にレーザを照射できる。
【0031】
［衛星測位をしない場合］
Ｖ字谷等の衛星からの電波が届きにくい場所であるため、衛星測位の精度を確保できない場合がある。又は、衛星測位の精度を確認するための測位を行う場合がある。これらの場合に対して、衛星測位をしない測位方法について説明する。図５は、衛星測位をしない場合の座標出し器による測位方法の説明図である。
Ｖ字谷等の衛星からの電波が届きにくい場所であるため、衛星測位の精度を確保できない場合がある。又は、衛星測位の精度を確認するための測位を行う場合がある。これらの場合に対して、衛星測位をしない測位方法について説明する。図５は、衛星測位をしない場合の座標出し器による測位方法の説明図である。
【0032】
図５に示すように、座標が既知の水準点にポール３を鉛直方向に立設し、ポール３の先端部に座標出し器２を取り付ける。ポール３は、座標出し器２の取り付け位置を中心としたピッチ角を変更可能に座標出し器２を支持でき、所望のピッチ角で座標出し器２を固定できる。座標出し器２は、ポール３に固定したときの姿勢で照射部２２からレーザを照射する。水準点の座標をR(X21,Y21,Z21)、ポール３の長さをLqとした場合、座標出し器２の取り付け位置の座標Q3は、Q3(X21,Y21,Z21+Lq)となる。また、座標出し器２の取り付け位置と照射部２２の中心との距離L13は、座標出し器２の設計上決められた既知の値であり、演算部１７は、距離L13を事前に取得できる。よって、演算部２５は、座標Q3(X21,Y21,Z21+Lq)、ロール角θr1、ピッチ角θp1、ヨー角θy1、及び距離L13を用いて、幾何学的な計算により、照射部２２の中心の座標Q1(X12,Y12,Z12)を求めることができる。また、すでに説明したとおり、演算部２５は、対象物の位置出し点Lpの座標Q2(X13,Y13,Z13)を求めることができる。
【0033】
また、図５に示すように、水平器４を用いることもできる。水平器４は、例えば、気泡式であり、ポール３に取り付けるための取付部を備えてもよい。水平器４を用いることで、座標出し器２の垂直姿勢を確保することができ、座標出し器２のロール角θr1を0とみなすことができる。この場合、姿勢検出センサ２６は、ピッチ角θp1及びヨー角θy1を監視できれば、座標出し器２の姿勢を実質的に検出できる。よって、例えば、姿勢検出センサ２６を２軸加速度センサとすることができ、３軸加速度センサから２軸加速度センサへのグレードダウンによる座標出し器２のコスト削減が可能となる。
なお、図５を用いた説明は、座標出し器２を用いた場合の説明であるが、照射部１２，１３の中心の座標を求めることに関しては、測量器１を用いた場合にもあてはまる。
なお、図５を用いた説明は、座標出し器２を用いた場合の説明であるが、照射部１２，１３の中心の座標を求めることに関しては、測量器１を用いた場合にもあてはまる。
【0034】
［具体例］
図６は、レーザ墨出しの具体例である。ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）測量等の出来形計測結果に基づいて、現地の岩盤における特定の範囲Ａについて追い掘削が必要であることが判明し、範囲Ａを示すマーキングをレーザ墨出しで行う場合について説明する。
図６は、レーザ墨出しの具体例である。ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）測量等の出来形計測結果に基づいて、現地の岩盤における特定の範囲Ａについて追い掘削が必要であることが判明し、範囲Ａを示すマーキングをレーザ墨出しで行う場合について説明する。
【0035】
まず、作業員は、範囲Ａへのレーザ射程範囲内に測量器１を固定配置する。測量器１の固定方法として、例えば、三脚５や、ピンポール（図示せず）を用いることができるが、これらに限定されない。次に、作業員は、測量器１で衛星測位を行う。すると、すでに説明したように、演算部１７が照射部１２の中心の座標を求め、照射部１２が岩盤に対して水平ラインLh及び鉛直ラインLvを照射する。表示部１６は、例えば、水平ラインLhが明示する標高、及び鉛直ラインLvが明示する方位角（ヨー角）を表示することができる。作業員は、明示された標高及び方位角を表示部１６から確認できる。次に、作業員は、高さ調整装置（図示略）によって測量器１の高さ位置を調整し、照射部１２の中心の高さを目標標高値に合わせる。ここで、目標標高値は、範囲Ａの上辺の高さ位置である。その結果、水平ラインLhが範囲Ａの上辺に投影される。また、作業員は、回転調整装置（図示略）によって測量器１の方位角を調整し、照射部１２の中心の方位角を目標方位角に合わせる。ここで、目標方位角は、範囲Ａの右辺の方位角である。その結果、鉛直ラインLvが範囲Ａの右辺に投影される。油圧ショベル６は、水平ラインLh及び鉛直ラインLvを参照して範囲Ａに対して追い掘削を行うことができる。
【0036】
また、作業員は、座標出し器２を手に持ち衛星測位を行う。すると、すでに説明したように、演算部２５が照射部２２の中心の座標を求め、照射部２２が岩盤表面の位置出し点Lpに向けてレーザを照射する。表示部１６は、例えば、位置出し点Lpの座標、照射部２２の中心の座標と位置出し点Lpとの距離を表示することができる。作業員は、位置出し点Lpの座標、照射部２２の中心の座標と位置出し点Lpとの距離を表示部２４から確認できる。また、作業員が座標出し器２を動かすことで、座標出し器２は、岩盤表面の目標位置の座標を取得できる。
【0037】
例えば、岩盤表面上に設けた位置出し点Lpが範囲Ａの右上隅であり、水平ラインLhと鉛直ラインLvとの岩盤表面上の交点が位置出し点Lpに一致している場合、照射部２２が位置出し点Lpに向けてレーザを照射することで、演算部２５は交点の座標を計算でき、表示部１６は交点の座標を表示できる。よって、油圧ショベル６は、表示された交点の座標に基づいて、範囲Ａの法線方向に所定距離（例えば、現場監督から指示された距離）だけ岩盤を掘削できる。また、レーザの照射先が交点から水平ラインLhに沿って移動するように作業員が座標出し器２を動かすことで、油圧ショベル６の掘削箇所を案内できる。また、作業員は、座標出し器２を動かして岩盤上に配設されている構造物（図示略）に設けた位置出し点Lpにレーザを照射すると、表示部２４から位置出し点Lpの座標を確認できる。よって、作業員は、構造物と範囲Ａとの位置関係を定量的に確認できる。
【0038】
本実施形態によれば、測量器１は、ＧＰＳ衛星やＧＮＳＳ衛星等からの電波に基づいて、水平ライン及び鉛直ラインの墨出しを行うことができる。また、衛星測位に使用する機器類は、光波測距儀等に比べて小型かつ軽量であるため、可搬性を向上させることができる。さらに、衛星測位によれば、他の基準点を測量せずとも、自身の位置座標を取得できるため、バック測量等の準備工を削減でき、既知点と周囲の構造物等との位置関係を確認する等の測量ダブルチェックや、対象物に高さ位置を明示する墨出し等の作業を効率よく行うことができる。また、本発明の測量器を土留め杭に固定して変位を計測する等の動態観測への応用も可能となる。また、座標出し器２は、測量器１が奏する上記効果に資する。よって、少ない人数の作業員であっても建設工事の作業効率を向上させることができる。
【0039】
［その他］
（ａ）：本実施形態では、測量器１は、墨出し用のレーザを水平方向及び鉛直面内に照射する構成をとっていた。しかしながら、測量器１は、墨出し用のレーザを水平方向にのみ照射する構成をとってもよい。また、測量器１は、墨出し用のレーザを鉛直面内にのみ照射する構成をとってもよい。
（ｂ）：本実施形態では、測量器１の姿勢検出センサ１８は３軸加速度センサであった。しかしながら、姿勢検出センサ１８は、例えば、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかでよい。ここで、３種類の加速度センサの少なくとも１種類を地磁気センサにしてもよい。つまり、加速度センサと地磁気センサの組み合わせとしてもよい。また、水平器は、例えば、気泡式、丸型、角度測定式とすることができるが、これらに限定されない。また、３種類の加速度センサ及び３種類の地磁気センサは独立したモジュールに分割して構成してもよい。
（ｃ）：本実施形態では、座標出し器２の姿勢検出センサ２６は３軸加速度センサであった。しかしながら、姿勢検出センサ２６は、例えば、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかでよい。ここで、３種類の加速度センサの少なくとも１種類を地磁気センサにしてもよい。つまり、加速度センサと地磁気センサの組み合わせとしてもよい。また、水平器は、例えば、気泡式、丸型、角度測定式とすることができるが、これらに限定されない。また、３種類の加速度センサ及び３種類の地磁気センサは独立したモジュールに分割して構成してもよい。
（ｄ）：本実施形態では、現地の岩盤へのレーザ墨出しについて例示した。しかしながら、本実施形態によるレーザ墨出しの対象物は上記に限られず、例えば、建物の壁であってもよい。例えば、測量器１が水平ライン及び鉛直ラインの交点を壁面の基準点に位置合わせするように墨出し用レーザを照射し、配管を埋設する予定の点であり、基準点から離れた壁面上の点に座標出し器２が座標出し用レーザを照射する。これにより、埋設予定の配管に座標を持たせることができ、配管工事を円滑に進めることができる。
（ｅ）：本実施形態では、測量器１の表示部１６が演算部１７の演算結果を表示するようにした。しかしながら、例えば、測量器１と無線又は有線で通信可能に接続された外部端末（例：スマートフォン）を用意し、外部端末が演算部１７の演算結果を表示するように構成してもよい。なお、表示部１６及び外部端末は、ＧＮＳＳ等の受信状況や、墨出しの結果と設計図との対比等を表示してもよい。
（ｆ）：本実施形態では、座標出し器２の表示部２４が演算部２５の演算結果を表示するようにした。しかしながら、例えば、座標出し器２と無線又は有線で通信可能に接続された外部端末（例：スマートフォン）を用意し、外部端末が演算部２５の演算結果を表示するように構成してもよい。なお、表示部２４及び外部端末は、ＧＮＳＳ等の受信状況や、墨出しの結果と設計図との対比等を表示してもよい。
（ｇ）：本実施形態で採り上げた発明特定事項は適宜組み合わせることが可能である。
（ａ）：本実施形態では、測量器１は、墨出し用のレーザを水平方向及び鉛直面内に照射する構成をとっていた。しかしながら、測量器１は、墨出し用のレーザを水平方向にのみ照射する構成をとってもよい。また、測量器１は、墨出し用のレーザを鉛直面内にのみ照射する構成をとってもよい。
（ｂ）：本実施形態では、測量器１の姿勢検出センサ１８は３軸加速度センサであった。しかしながら、姿勢検出センサ１８は、例えば、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記測量器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかでよい。ここで、３種類の加速度センサの少なくとも１種類を地磁気センサにしてもよい。つまり、加速度センサと地磁気センサの組み合わせとしてもよい。また、水平器は、例えば、気泡式、丸型、角度測定式とすることができるが、これらに限定されない。また、３種類の加速度センサ及び３種類の地磁気センサは独立したモジュールに分割して構成してもよい。
（ｃ）：本実施形態では、座標出し器２の姿勢検出センサ２６は３軸加速度センサであった。しかしながら、姿勢検出センサ２６は、例えば、（１）３軸加速度センサ、（２）３軸地磁気センサ、（３）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸加速度センサ、（４）水平器及び前記座標出し器の方位角を検出する１軸地磁気センサ、の少なくとも何れかでよい。ここで、３種類の加速度センサの少なくとも１種類を地磁気センサにしてもよい。つまり、加速度センサと地磁気センサの組み合わせとしてもよい。また、水平器は、例えば、気泡式、丸型、角度測定式とすることができるが、これらに限定されない。また、３種類の加速度センサ及び３種類の地磁気センサは独立したモジュールに分割して構成してもよい。
（ｄ）：本実施形態では、現地の岩盤へのレーザ墨出しについて例示した。しかしながら、本実施形態によるレーザ墨出しの対象物は上記に限られず、例えば、建物の壁であってもよい。例えば、測量器１が水平ライン及び鉛直ラインの交点を壁面の基準点に位置合わせするように墨出し用レーザを照射し、配管を埋設する予定の点であり、基準点から離れた壁面上の点に座標出し器２が座標出し用レーザを照射する。これにより、埋設予定の配管に座標を持たせることができ、配管工事を円滑に進めることができる。
（ｅ）：本実施形態では、測量器１の表示部１６が演算部１７の演算結果を表示するようにした。しかしながら、例えば、測量器１と無線又は有線で通信可能に接続された外部端末（例：スマートフォン）を用意し、外部端末が演算部１７の演算結果を表示するように構成してもよい。なお、表示部１６及び外部端末は、ＧＮＳＳ等の受信状況や、墨出しの結果と設計図との対比等を表示してもよい。
（ｆ）：本実施形態では、座標出し器２の表示部２４が演算部２５の演算結果を表示するようにした。しかしながら、例えば、座標出し器２と無線又は有線で通信可能に接続された外部端末（例：スマートフォン）を用意し、外部端末が演算部２５の演算結果を表示するように構成してもよい。なお、表示部２４及び外部端末は、ＧＮＳＳ等の受信状況や、墨出しの結果と設計図との対比等を表示してもよい。
（ｇ）：本実施形態で採り上げた発明特定事項は適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0040】
１ 測量器
１１ 本体部
１２ 照射部（第１レーザ照射部）
１３ 照射部（第２レーザ照射部）
１４ 脚部
１５ アンテナ（第１アンテナ）
１６ 表示部
１７ 演算部（第１演算部）
１８ 姿勢検出センサ（第１姿勢検出部）
２ 座標出し器
２１ 本体部
２２ 照射部（第３レーザ照射部）
２３ アンテナ（第２アンテナ）
２４ 表示部
２５ 演算部（第２演算部）
２６ 姿勢検出センサ（第２姿勢検出部）
２７ レーザ距離計
１１ 本体部
１２ 照射部（第１レーザ照射部）
１３ 照射部（第２レーザ照射部）
１４ 脚部
１５ アンテナ（第１アンテナ）
１６ 表示部
１７ 演算部（第１演算部）
１８ 姿勢検出センサ（第１姿勢検出部）
２ 座標出し器
２１ 本体部
２２ 照射部（第３レーザ照射部）
２３ アンテナ（第２アンテナ）
２４ 表示部
２５ 演算部（第２演算部）
２６ 姿勢検出センサ（第２姿勢検出部）
２７ レーザ距離計
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】