(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-02
(45)【発行日】2022-12-12
(54)【発明の名称】測量システム、測量機、および測量方法
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20221205BHJP
G01C 15/06 20060101ALI20221205BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103A
G01C15/00 105S
G01C15/06 T
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018185899
(22)【出願日】2018-09-28
(65)【公開番号】P2020056615
(43)【公開日】2020-04-09
【審査請求日】2021-06-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】100087826
【弁理士】
【氏名又は名称】八木 秀人
(74)【代理人】
【識別番号】100187182
【弁理士】
【氏名又は名称】川野 由希
(72)【発明者】
【氏名】安富 敏
(72)【発明者】
【氏名】古明地 隆浩
【審査官】眞岩 久恵
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１３８８０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平５－７９４２８（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４
Ｇ０１Ｃ ５／００－１５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
反射ターゲット、およびターゲットユニットの中心軸周りの周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるターゲットユニットと、前記反射ターゲットを測距および測角する測量部と、前記エンコーダパターンを光学的に読み取るエンコーダパターン読取部とを備え、測距測角データに基づいて前記反射ターゲットの測定座標を算出し、エンコーダパターン読取結果に基づいて、エンコーダパターン読取角を算出する演算制御部とを備える測量機と、
前記ターゲットユニットおよび前記測量機が、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に取り付けられるように構成され、前記ターゲットユニットおよび前記測量機とのそれぞれの前記中心軸周りのオフセット角度が既知である整準台とを備え、
前記演算制御部は、前記整準台に取り付けて設置した前記ターゲットユニットの前記エンコーダパターン読取角および前記ターゲットユニットの前記オフセット角度に基づいて前記整準台の方向角を算出し、前記整準台に取り付けて設置した前記ターゲットユニットの反射ターゲットの測定座標に基づいて前記ターゲットユニットの設置点の座標を算出し、
前記演算制御部は、前記測量機の前記オフセット角度および前記ターゲットユニットが取り付けられた前記整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記測量機を前記整準台に取り付けた場合の前記測量機の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする測量システム。
【請求項2】
測距光を送光し、その反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を測定範囲に回転照射する走査部、および測距光の照射方向を検出する測角部を備え、測定範囲の点群データを取得するスキャナ装置をさらに備え、前記スキャナ装置は、前記整準台に、前記ターゲットユニットおよび前記測量機と、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に取り付けられ、前記スキャナ装置の前記整準台に対する前記中心軸周りのオフセット角度が既知であり、
前記測量機の演算制御部は、前記スキャナ装置のオフセット角度および前記ターゲットユニットが取り付けられた前記整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて前記整準台に取り付けた場合の前記スキャナ装置の方向角を算出することを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
【請求項3】
前記測量機は、追尾光を出射し前記反射ターゲットで反射した前記追尾光を受光して前記反射ターゲットを追尾する追尾部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の測量システム。
【請求項4】
反射ターゲットの測距および測角を行う測量部と、前記反射ターゲットを備え、整準台に中心軸を共有するように着脱可能に構成されたターゲットユニットの中心軸周りの角度を示すエンコーダパターンを光学的に読み取るエンコーダパターン読取部と、
測距データおよび測角データに基づいて前記反射ターゲットの測定座標を算出する演算制御部とを備え、
前記整準台に、前記ターゲットユニットと択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように着脱可能に取り付けられるように構成され、前記中心軸周りのオフセット角度が既知とされた測量機であって、
前記演算制御部は、前記エンコーダパターン読取角を算出し、前記エンコーダパターン読取角および前記ターゲットユニットの前記オフセット角度に基づいて、前記整準台の方向角を演算し、前記整準台に取り付けて設置したターゲットユニットの前記反射ターゲットの測定座標に基づいて前記ターゲットユニットの設置点の座標を算出し、
前記演算制御部は、前記測量機の前記オフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記測量機を前記整準台に取り付けた場合の前記測量機の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする測量機。
【請求項5】
前記整準台は、測距光を送光し、その反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を測定範囲に回転照射する走査部、および測距光の照射方向を検出する測角部を備え、測定範囲の点群データを取得するスキャナ装置が、前記ターゲットユニットおよび前記測量機と、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に構成されており、
前記スキャナ装置の前記整準台に対する前記中心軸周りのオフセット角度が既知であり、
前記演算制御部は、前記スキャナ装置のオフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記スキャナ装置を前記整準台に取り付けた場合の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の測量機。
【請求項6】
追尾光を出射し前記反射ターゲットで反射した前記追尾光を受光して前記反射ターゲットを追尾する追尾部を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の測量機。
【請求項7】
（ａ）座標および方向角が既知とされた点Ｐｊに設置された整準台に取り付けられた測量機が、前記測量機の前記整準台に対する鉛直中心軸周りのオフセット角度θＴＳに基づいて、前記測量機の方向角を算出するステップと、（ｂ）前記測量機が、次に観測する点Ｐｊ＋１に移動するターゲットユニットを自動追尾するステップと、
（ｃ）前記測量機が、前記点Ｐｊ＋１に設置された整準台に取り付けられたターゲットユニットの反射ターゲットを、測距および測角して、前記反射ターゲットの測定座標を演算するステップと、
（ｄ）前記測量機が、前記点Ｐｊ＋１に設置された整準台に取り付けられた前記ターゲットユニットのエンコーダパターンを読取り、エンコーダパターン読取角を演算するステップと、
（ｅ）前記測量機が、前記エンコーダパターン読取角、前記ターゲットユニットの前記整準台に対する鉛直中心軸周りのオフセット角度θＴに基づいて、前記点Ｐｊ＋１の整準台の方向角を演算するステップと、
（ｆ）次に点Ｐｊから観測する点がある場合に、点Ｐｊ＋１のターゲットユニットを取り外し、ｊ＝ｊ＋１としてステップ（ａ）～（ｅ）を繰り返すステップとを備え、
前記ターゲットユニットは、前記反射ターゲットと前記エンコーダパターンとを備え、前記エンコーダパターンは、前記ターゲットユニットの中心軸周りの周方向の角度を示し、
前記整準台は、前記ターゲットユニットおよび前記測量機を択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように着脱可能に構成され、
前記ターゲットユニットの前記オフセット角度および前記測量機の前記オフセット角度はそれぞれ既知であることを特徴とする測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測量システム、測量機および測量方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、測定対象物に測距光を送光し、その反射光を受光して測定対象物を測距および測角する測量機を用いる測量において、絶対座標系に変換するための方法として、後方交会法や後視点・器械点法による方法が知られている。
【0003】
これらの方法では、新点の座標を知るためには、新点に反射ターゲットを設置して、器械点から新点を測距測角する必要があり、新点の方向角を知るためには、器械点から新点に測量機を移動して、１点の後視点（後視点・器械点法の場合）または２点以上の既知点（後方交会法の場合）を準備して、反射ターゲットを設置し、反射ターゲットを測距および測角をする必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－４４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように、新点の設置のごとに、測量機を移動して後視点または既知点を測定することは効率が悪いため、効率よく測定を進めることのできる測量方法が求められていた。
【0006】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、測量機の移動および後視点・既知点の観測を減らして新点の座標および方向角を効率よく測量できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる測量システムは、反射ターゲット、および反射ターゲットユニットの中心軸周りの周方向の角度を示すエンコーダパターンを備えるターゲットユニットと、前記反射ターゲットを測距および測角する測量部と、前記エンコーダパターンを光学的に読み取るエンコーダパターン読取部とを備え、測距測角データに基づいて前記反射ターゲットの測定座標を算出し、エンコーダパターン読取結果に基づいて、エンコーダパターン読取角を算出する演算制御部とを備える測量機と、前記ターゲットユニットおよび前記測量機が、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に取り付けられるように構成され、前記ターゲットユニットおよび前記測量機とのそれぞれの前記中心軸周りのオフセット角度が既知である整準台とを備え、前記演算制御部は、前記整準台に取り付けて設置した前記ターゲットユニットの前記エンコーダパターン読取角および前記ターゲットユニットの前記オフセット角度に基づいて前記整準台の方向角を算出し、前記整準台に取り付けて設置した前記ターゲットユニットの反射ターゲットの測定座標に基づいて前記ターゲットユニットの設置点の座標を算出し、前記演算制御部は、前記測量機の前記オフセット角度および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記測量機を前記整準台に取り付けた場合の前記測量機の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする。
【0008】
上記態様において、測距光を送光し、その反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を測定範囲に回転照射する走査部、および測距光の照射方向を検出する測角部を備え、測定範囲の点群データを取得するスキャナ装置をさらに備え、前記スキャナ装置は、前記整準台に、前記ターゲットユニットおよび前記測量機と、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に取り付けられ、前記スキャナ装置の前記整準台に対する前記中心軸周りのオフセット角度が既知であり、前記測量機の演算制御部は、前記スキャナ装置のオフセット角度および前記ターゲットユニットが取り付けられた前記整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて前記整準台に取り付けた場合の前記スキャナ装置の方向角を算出することも好ましい。
【0009】
上記態様において、前記測量機は、追尾光を出射し前記反射ターゲットで反射した前記追尾光を受光して前記反射ターゲットを追尾する追尾部を備えることも好ましい。
【0010】
また、本発明の別の態様に係る測量機は、反射ターゲットの測距および測角を行う測量部と、前記反射ターゲットを備え、整準台に中心軸を共有するように着脱可能に構成されたターゲットユニットの中心軸周りの角度を示すエンコーダパターンを光学的に読み取るエンコーダパターン読取部と、測距データおよび測角データに基づいて前記反射ターゲットの測定座標を算出する演算制御部とを備え、前記整準台に、前記ターゲットユニットと択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように着脱可能に取り付けられるように構成され、前記中心軸周りのオフセット角度が既知とされた測量機であって、前記演算制御部は、前記エンコーダパターン読取角を算出し、前記エンコーダパターン読取角および前記ターゲットユニットの前記オフセット角度に基づいて、前記整準台の方向角を演算し、前記整
準台に取り付けて設置したターゲットユニットの前記反射ターゲットの測定座標に基づいて前記ターゲットユニットの設置点の座標を算出し、前記演算制御部は、前記測量機の前記オフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記測量機を前記整準台に取り付けた場合の前記測量機の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする。
また、上記態様において、前記整準台は、測距光を送光し、その反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を測定範囲に回転照射する走査部、および測距光の照射方向を検出する測角部を備え、測定範囲の点群データを取得するスキャナ装置が、前記ターゲットユニットおよび前記測量機と、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に構成されており、前記スキャナ装置の前記整準台に対する前記中心軸周りのオフセット角度が既知であり、前記演算制御部は、前記スキャナ装置のオフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記スキャナ装置を前記整準台に取り付けた場合の方向角を算出できるようにしたことも好ましい。
準台に取り付けて設置したターゲットユニットの前記反射ターゲットの測定座標に基づいて前記ターゲットユニットの設置点の座標を算出し、前記演算制御部は、前記測量機の前記オフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記測量機を前記整準台に取り付けた場合の前記測量機の方向角を算出できるようにしたことを特徴とする。
また、上記態様において、前記整準台は、測距光を送光し、その反射光を受光して測距を行う測距部、前記測距光を測定範囲に回転照射する走査部、および測距光の照射方向を検出する測角部を備え、測定範囲の点群データを取得するスキャナ装置が、前記ターゲットユニットおよび前記測量機と、択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように、着脱可能に構成されており、前記スキャナ装置の前記整準台に対する前記中心軸周りのオフセット角度が既知であり、前記演算制御部は、前記スキャナ装置のオフセット角度、および前記ターゲットユニットが取り付けられた整準台の方向角に基づいて、前記ターゲットユニットに代えて、前記スキャナ装置を前記整準台に取り付けた場合の方向角を算出できるようにしたことも好ましい。
【0011】
上記態様において、追尾光を出射し前記反射ターゲットで反射した前記追尾光を受光して前記反射ターゲットを追尾する追尾部を備えることも好ましい。
【0012】
また、本発明のさらに別の態様に係る測量方法は、（ａ）座標および方向角が既知とされた点Ｐｊに設置された整準台に取り付けられた測量機が、前記測量機の前記整準台に対する鉛直中心軸周りのオフセット角度θＴＳに基づいて、前記測量機の方向角を算出するステップと、（ｂ）前記測量機が、次に観測する点Ｐｊ＋１に移動するターゲットユニットを自動追尾するステップと、（ｃ）前記測量機が、前記点Ｐｊ＋１に設置された整準台に取り付けられたターゲットユニットの反射ターゲットを、測距および測角して、前記反射ターゲットの測定座標を演算するステップと、（ｄ）前記測量機が、前記点Ｐｊ＋１に設置された整準台に取り付けられた前記ターゲットユニットのエンコーダパターンを読取り、エンコーダパターン読取角を演算するステップと、（ｅ）前記測量機が、前記エンコーダパターン読取角、前記ターゲットユニットの前記整準台に対する鉛直中心軸周りのオフセット角度θＴに基づいて、前記点Ｐｊ＋１の整準台の方向角を演算するステップと、（ｆ）次に点Ｐｊから観測する点がある場合に、点Ｐｊ＋１のターゲットユニットを取り外し、ｊ＝ｊ＋１としてステップ（ａ）～（ｅ）を繰り返すステップとを備え、前記ターゲットユニットは、前記反射ターゲットと前記エンコーダパターンとを備え、前記エンコーダパターンは、前記ターゲットユニットの中心軸周りの周方向の角度を示し、前記整準台は、前記ターゲットユニットおよび前記測量機を択一的に、鉛直方向の中心軸を共有するように着脱可能に構成され、前記ターゲットユニットの前記オフセット角度および前記測量機の前記オフセット角度はそれぞれ既知であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
上記態様によれば、測量機の移動および後視点・既知点の観測を減らして新点の座標および方向角を効率よく測量することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態にかかる測量システムの構成概略図である。
【図2】同形態に係る、ターゲットユニットを整準台に組み付けた状態を示す斜視図である。
【図3】（ａ）は、同形態のターゲットユニットに係るエンコーダパターン部の拡大斜視図であり、（ｂ）は、該エンコーダパターン部のエンコーダパターンを基準点で切り開いて平面に展開した図（一部を省略している）である。
【図4】同形態に係るスキャナ装置の構成ブロック図である。
【図5】同形態に係るスキャナ装置の測距部における、送受光の仕組みを説明する模式図である。
【図6】同形態に係る測量機の構成ブロック図である。
【図7】（ａ）は、同形態に係る整準台の斜視図、（ｂ）は、同整準台の平面図である。
【図8】同形態のターゲットユニットと整準台の取付構造を説明する図である。
【図9】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、同形態に係る、ターゲットユニット、整準台、スキャナ装置、および測量機の平面図であり、水平角方向の関係を説明する図である。
【図10】同形態の測量システムを用いた測量方法のフローチャートである。
【図11】同形態の測量システムにおける、測量機の座標および方向角の測定のフローチャートである。
【図12】（ａ），（ｂ）は、上記測量方法を説明する図である。
【図13】同形態の測量システムにおける、スキャナ装置による点群データ観測のフローチャートである。
【図14】上記測量方法におけるエンコーダパターンの読取りの詳細を説明するフローチャートである。
【図15】（ａ）は、同形態の測量システムのカメラにより取得したエンコーダパターン部周辺の風景画像であり、（ｂ）は、（ａ）より切り出されたエンコーダパターン部の拡大画像であり、（ｃ）は、（ｂ）を周方向に線状に読み込んで、画素値に変換した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図において、説明の便宜上構成部品は適宜拡大して模式的に示しており、実際の比率を反映したものではない。
【0016】
実施の形態
１． 測量システムの構成
図１は、本発明の実施の形態にかかる測量方法を実施するための測量システム１００の概略構成を示す図である。測量システム１００は、ターゲットユニット１０、スキャナ装置３０、測量機６０、および整準台９０を備える。
１． 測量システムの構成
図１は、本発明の実施の形態にかかる測量方法を実施するための測量システム１００の概略構成を示す図である。測量システム１００は、ターゲットユニット１０、スキャナ装置３０、測量機６０、および整準台９０を備える。
【0017】
２． ターゲットユニットの構成
図２に示す通り、ターゲットユニット１０は、反射ターゲット１１、支持部材１２、エンコーダパターン部１３、および基盤部１４を備え、三脚２に取り付けられる整準台９０に着脱可能に取り付けられており、鉛直に保持されている。
図２に示す通り、ターゲットユニット１０は、反射ターゲット１１、支持部材１２、エンコーダパターン部１３、および基盤部１４を備え、三脚２に取り付けられる整準台９０に着脱可能に取り付けられており、鉛直に保持されている。
【0018】
反射ターゲット１１は、例えば、複数の三角錐状のプリズムを放射状に組み合わせて構成された、いわゆる全方位プリズムであり、その全周（３６０°）から入射する光を、その入射方向と反対の方向に反射する。すなわち、反射ターゲット１１は、測量機６０からの測距光４を、測量機６０に向けて反射する。反射ターゲット１１は、全方位プリズムに限定されず、測量用に用いられる通常のプリズムを使用してもよい。
【0019】
支持部材１２は、基盤部１４から上方へ一定の長さをもって延びる、例えば、金属製または樹脂製の円柱状の部材である。その中心軸Ａが、反射ターゲット１１の中心Ｏおよびエンコーダパターン部１３の（ベース１３Ａ）中心ＯＥ（図３（ａ））を通るように、エンコーダパターン部１３および反射ターゲット１１を固定支持している。また、共通するベース１３Ａの中心軸と支持部材１２の中心軸Ａとは、反射ターゲット１１の中心Ｏを通るように構成されている。
【0020】
エンコーダパターン部１３は、短尺円柱形状のベース１３Ａの側周面に、エンコーダパターン１３Ｂを設けることにより構成されている。ベース１３Ａは、例えば、支持部材１２の外周に形成されたねじ部（図示せず）と、ベース１３Ａの中心に形成されたねじ穴（図示せず）を螺合させる等の手段により、支持部材１２と反射ターゲット１１の間に固定されている。
【0021】
エンコーダパターン１３Ｂは、角度情報部１３１と、角度情報部１３１の上方に隣接する幅情報部１３２とを備える。
【0022】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、角度情報部１３１は、例えば、白地に、幅ｗ１を有する狭幅の黒の縦線１３１ａと、幅ｗ２を有する広幅の黒の縦線１３１ｂとを、縦線１３１ａを「０」、縦線１３１ｂを「１」として、Ｍ系列の循環乱数コードを生成するように、等ピッチｐで配置したバーコード状のパターンである。エンコーダパターン１３Ｂは、エンコーダパターン部１３の中心から基準点ＲＰへの方向（以下、「エンコーダパターンの基準方向」という。）ＲＤを０°として、測量機６０により読み取ったパターンから算出される角度（以下、「エンコーダパターンの読取角」という。）θＥが、エンコーダパターン１３Ｂの基準方向ＲＤから、支持部材１２の中心軸Ａ回りの時計回りの周方向の絶対角度と対応するように構成されている。
【0023】
角度情報部１３１は、ビット数を変更することにより、所望の分解能を実現可能に構成されている。
【0024】
なお、ビットパターンは、Ｍ系列コードに限らず、グレイコード、純２進バイナリコードなどのビットパターンを用いることができ、これらは、公知の手法により生成することができる。しかし、Ｍ系列コードを用いると、トラック数を増やさずにビット数を増大することができ、簡単な構成で、高い分解能を実現することができるため有利である。
【0025】
幅情報部１３２は、所定の高さｈ１を有する黒色帯１３２ａと、同高の白色帯１３２ｂとを備える。黒色帯１３２ａと白色帯１３２ｂとはそれぞれ、エンコーダパターン部１３の周方向の全周に亘り延びている。
【0026】
エンコーダパターン１３Ｂは、模様を形成するために用いられる種々の公知の手法によりエンコーダパターン部１３に設けることができる。例えば、エンコーダパターン１３Ｂを、インクジェット印刷などの一般的な印刷等の手法により白い紙に印刷し、これをベース１３Ａの側周面に貼付することにより設けてもよい。このような手法によれば、極めて安価かつ簡便な方法でエンコーダパターン部１３を形成することができる。また、エンコーダパターン１３Ｂを、樹脂製のベース１３Ａに直接印刷することにより設けてもよい。また、エンコーダパターン１３Ｂを、金属製のベース１３Ａに、塗装または蒸着等の手法により設けてもよい。
【0027】
なお、図示の例では、幅情報部１３２は角度情報部１３１の上方に隣接して配置されている。しかし、角度情報部１３１と幅情報部１３２の位置関係は、これに限定されず、幅情報部１３２が角度情報部１３１の下方に配置されていてもよい。
【0028】
また、エンコーダパターン部１３は、反射ターゲット１１の下方に隣接して配置されている。しかし、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１との位置関係は、これに限定されず、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の中心Ｏを通る支持部材１２の中心軸Ａと同軸となるように配置されていれば、他の配置であってもよい。
【0029】
すなわち、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の上方に配置されていてもよい。また、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１とが離間して配置されていてもよい。
【0030】
なお、図示の例において、エンコーダパターン部１３は、反射ターゲット１１の下方に隣接して備えられている。しかし、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１との位置関係は、これに限定されず、エンコーダパターン部１３が、支持部材１２の中心軸Ａと同軸となるように配置されていれば、他の配置で備えられていてもよい。
【0031】
すなわち、エンコーダパターン部１３が反射ターゲット１１の上方に配置されていてもよい。また、エンコーダパターン部１３と反射ターゲット１１とが離間して配置されていてもよい。
【0032】
基盤部１４は、支持部材１２と同軸に設けられた、支持部材１２よりも太径の、例えば金属製または樹脂製の円柱状の部材であり、整準台９０の基盤取付穴９４と整合する寸法を有する。基盤部１４の底面には、後述するように整準台９０の係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃとそれぞれ係合する係合突起１５ａ，１５ｂ，１５ｃ（図８）が、ターゲットユニット１０の中心軸Ａに対して周方向等間隔に３か所設けられている。
【0033】
また、基盤部１４の側周面には、位置決め突起１６が径方向に突出するように設けられている（図８）。
【0034】
３． スキャナ装置の構成
図４は、スキャナ装置３０の構成ブロック図である。スキャナ装置３０は、いわゆるレーザスキャナであり、測距部３１、鉛直回転駆動部３２、回動ミラー３３、鉛直角検出器３４、水平回転駆動部３５、水平角検出器３６、記憶部３７、表示部３８、操作部３９、演算制御部４１、および外部記憶装置４３を備える。
図４は、スキャナ装置３０の構成ブロック図である。スキャナ装置３０は、いわゆるレーザスキャナであり、測距部３１、鉛直回転駆動部３２、回動ミラー３３、鉛直角検出器３４、水平回転駆動部３５、水平角検出器３６、記憶部３７、表示部３８、操作部３９、演算制御部４１、および外部記憶装置４３を備える。
【0035】
また、スキャナ装置３０は、図１に示すように、ターゲットユニット１０と同様に、三脚２に取り付けられる整準台９０を介して設置される。スキャナ装置３０は、整準台９０に着脱可能に取り付けられる基盤部６ａと、基盤部６ａに軸Ｈ１－Ｈ１回りに３６０°水平回転可能に設けられた托架部６ｂと、托架部６ｂの凹部７に、軸Ｖ１－Ｖ１回りに鉛直回転可能に設けられた望遠鏡部６ｃとを備える。
【0036】
基盤部６ａには、水平回転駆動部３５、および水平に回転させる軸Ｈ１－Ｈ１回りの回転角を検出する水平角検出器３６が収納されている。水平回転駆動部３５は、例えばモータであり、水平角検出器３６は例えばロータリエンコーダである。水平回転駆動部３５は、水平に回転させる軸Ｈ１－Ｈ１を中心に托架部６ｂを回転し、水平角検出器３６は、托架部６ｂの水平に回転させる軸Ｈ１－Ｈ１の基盤部６ａに対する回転角を検出し、検出信号を演算制御部４１に出力する。
【0037】
また、基盤部６ａの底部は、ターゲットユニット１０の基盤部１４の底部と同様の構成を有する。すなわち、整準台９０の基盤取付穴９４と整合する円柱形状に成形されており、その底面に、整準台９０の係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃと整合する形状を有する、係合突起５１ａ，５１ｂ，５１ｃ（図９（ｃ））が設けられている。また、基盤部６ａの底部の側周面には、位置決め突起５２が設けられている。
【0038】
托架部６ｂには、鉛直回転駆動部３２、鉛直角検出器３４、記憶部３７および演算制御部４１が設けられている。また、表示部３８および操作部３９は托架部６ｂの外部に設けられている。
【0039】
鉛直回転駆動部３２は、モータであり、鉛直に回転させる軸Ｖ１－Ｖ１上に設けられている。鉛直回転駆動部３２の回転により、望遠鏡部６ｃが鉛直方向に全周回転されるように構成されている。鉛直角検出器３４は、例えばロータリエンコーダである。鉛直角検出器３４は、鉛直に回転させる軸Ｖ１－Ｖ１上に設けられ、該軸Ｖ１－Ｖ１の回転角を検出し、検出信号を演算制御部４１に出力する。
【0040】
望遠鏡部６ｃには、測距部３１が収容されている。望遠鏡部６ｃの内部には、回動ミラー３３を備える鏡筒（図示せず）が設けられており、この鏡筒を水平に回転させる軸は、托架部６ｂを水平に回転させる軸Ｈ１－Ｈ１と同軸である。鏡筒は、望遠鏡部６ｃに適宜の手段で取り付けられている。
【0041】
図５は、本実施の形態の測距部３１における、測距光３の送受光の仕組みを説明する模式図である。測距部３１は、測距光送光部４４、測距光受光部４５、ビームスプリッタ（図示せず）、測距光用ミラー４６、測距光用集光レンズ４７および回動ミラー３３を有する測距光用送受光光学系４８を備える。測距光送光部４４は、発光素子（図示せず）を備える。
【0042】
発光素子は、例えば半導体レーザ等であり、測距光としてパルスレーザ光線を出射する。出射された測距光３は、測距光用ミラー４６で反射され、さらに回動ミラー３３によって反射されて測定対象物に照射される。また、回動ミラー３３は、両面ミラーであり、鉛直回転駆動部３２により駆動され鉛直に回転させる軸Ｖ１－Ｖ１周りに回転する。したがって、回動ミラー３３と鉛直回転駆動部３２により測距光３を鉛直方向に走査する走査部４９を構成している。また、回動ミラー３３は、例えば矩形または円形の板状の孔あき両面ミラーであるが、これに限定されない。
【0043】
ついで、測定対象物により再帰反射された測距光３ａは、回動ミラー３３、測距光用ミラー４６及び測距光用集光レンズ４７を経て、測距光受光部４５に入射する。測距光受光部４５は、例えばフォトダイオードなどの受光素子である。また、測距光受光部４５には、先述のビームスプリッタにより分割された測距光の一部が内部参照光（図示せず）として入射するようになっており、反射測距光３ａおよび内部参照光に基づいて、演算制御部４１により、照射点までの距離を求める。
【0044】
回動ミラー３３の鉛直方向の回転と、前記托架部６ｂの水平方向の回転との協働により、測距光が２次元に走査される。測距部３１によりパルス光毎の測距データが取得され、鉛直角検出器３４および水平角検出器３６によりパルス光ごとの測角データが取得される。測距データおよび測角データより、測定対象物に対応する３次元点群データが取得される。
【0045】
記憶部３７は、例えばハードディスクドライブであり、スキャナ装置３０を作動させるための各種プログラムを格納している。例えば、測距および測角を実行するためのシーケンスプログラム、パルス測距光を回転照射し、各点について、測距、測角の演算を行って点群データを取得する点群データ測定プログラム等を格納している。
【0046】
表示部３８は、例えば液晶ディスプレイ等であり、演算制御部４１により得られた作業状況データや測定結果等を表示する。
【0047】
操作部３９は、タッチディスプレイやキーボード等であり、スキャナ装置３０に対する動作指令の入力を行う。
【0048】
演算制御部４１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｍｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）等を集積回路に実装したマイクロコントローラである。演算制御部４１は、測距部３１、鉛直回転駆動部３２、鉛直角検出器３４、水平回転駆動部３５、水平角検出器３６、記憶部３７、表示部３８、操作部３９、および外部記憶装置４３と電気的に接続されている。
【0049】
演算制御部４１には、鉛直角検出器３４、水平角検出器３６からの角度検出信号が入力され、また、測距光受光部４５からの受光信号が入力される。また。作業者の操作による操作部３９からの信号が入力される、
【0050】
また、演算制御部４１は、測距光送光部４４、鉛直回転駆動部３２、水平回転駆動部３５を駆動すると共に、作業状況、測定結果等を表示する表示部３８を制御する。
【0051】
また、演算制御部４１は、機能部として、測定対象物（範囲）に測距光を回転照射して各点について、測距、測角した結果を演算し、点群データを取得する点群データ取得部５７を備える。
【0052】
また、演算制御部４１は、取得した点群データを外部記憶装置４３に出力する。
【0053】
外部記憶装置４３は、例えばメモリカード、ハードディスクドライブ、ＵＳＢメモリ等であり、演算制御部４１に、固定的に設けられていてもよく、取り外し可能に設けられていてもよい。また、外部記憶装置４３は、点群データを格納している。
【0054】
４． 測量機の構成
本実施の形態における測量機６０は、トータルステーションである。図６に示す通り、測量機６０は、ＥＤＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌ・Ｄｉｓｔａｎｃｅ・Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）６１、水平角検出器６２、鉛直角検出器６３、エンコーダパターン読取部として機能するカメラ６５，追尾部６６、水平回転駆動部６８、鉛直回転駆動部６９、記憶部７１、入力部７２、表示部７３、および演算制御部７４を備える。
本実施の形態における測量機６０は、トータルステーションである。図６に示す通り、測量機６０は、ＥＤＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌ・Ｄｉｓｔａｎｃｅ・Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）６１、水平角検出器６２、鉛直角検出器６３、エンコーダパターン読取部として機能するカメラ６５，追尾部６６、水平回転駆動部６８、鉛直回転駆動部６９、記憶部７１、入力部７２、表示部７３、および演算制御部７４を備える。
【0055】
また、測量機６０は、図１に示すように、ターゲットユニット１０およびスキャナ装置３０と同様に、三脚２に取り付けられる整準台９０を介して設置される。測量機６０は、外観上、整準台９０に着脱可能に取り付けられる基盤部８ａと、基盤部８ａに軸Ｈ２－Ｈ２回りに３６０°水平回転可能に設けられた托架部８ｂと、托架部８ｂの凹部９に、軸Ｖ２－Ｖ２回りに鉛直回転可能に設けられた望遠鏡８ｃとを備える。
【0056】
基盤部８ａには、水平回転駆動部６８、および水平に回転させる軸Ｈ２－Ｈ２回りの回転角を検出する水平角検出器６２が収容されている。
【0057】
托架部８ｂには、鉛直角検出器６３、鉛直回転駆動部６９、記憶部７１、および演算制御部７４が収容されている。托架部８ｂの外部には、入力部７２および表示部７３が設けられている。
【0058】
望遠鏡８ｃには、ＥＤＭ６１、および追尾部６６が収容されており、カメラ６５は、望遠鏡８ｃの上部に取り付けられている。
【0059】
また、基盤部８ａの底部は、ターゲットユニット１０と同様に、整準台９０の基盤取付穴９４と整合する円柱形状に成形されており、その底面には、整準台９０の係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃと整合する形状を有する、係合突起８１ａ，８１ｂ，８１ｃ（図９（ｄ）参照）が、その外周側面には、位置決め突起８２が設けられている。
【0060】
ＥＤＭ６１は、発光素子、測距光学系および受光素子を備える。ＥＤＭ６１は、発光素子から測距光を出射し、反射ターゲット１１からの反射光を受光素子で受光して、反射ターゲット１１を測距する。
【0061】
水平角検出器６２および鉛直角検出器６３は、ロータリエンコーダであり、水平回転駆動部６８および鉛直回転駆動部６９でそれぞれ駆動される托架部８ｂおよび望遠鏡８ｃの回転軸周りの回転角度を検出し、測距光軸の水平角および鉛直角を求める。
【0062】
ＥＤＭ６１、水平角検出器６２、および鉛直角検出器６３は、測量機６０の要部である測量部６４を形成している。
【0063】
カメラ６５は、カメラとして公知の光学系と、撮像素子とを備える。カメラ６５は、望遠鏡８ｃの上部に、望遠鏡８ｃと平行に取り付けられている。また、カメラ６５は、望遠鏡８ｃで反射ターゲット１１を視準している状態で、反射ターゲット１１との位置関係が固定されているエンコーダパターン部１３を視準するように構成されている。
【0064】
このために、カメラ６５が、撮影をおこなう際に上下左右に回動可能に構成されていてもよい。撮像素子としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサが用いられる。カメラ６５は、その光学系を通して、受光素子を用いて光を受光し、その光の像を撮像する。
【0065】
追尾部６６は、追尾光を出射する発光素子、および例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである受光素子を備え、測距光学系と光学要素を共有する追尾光学系を備える。追尾部６６は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光を追尾対象物（ターゲット）に投射し、該追尾対象物からの反射光を受光し、受光結果に基づいて追尾対象物の追尾を行う様に構成されている。
【0066】
追尾部６６は、追尾機能を必要としない場合には必須ではなく省略することができる。また、追尾部６６を備える場合には、追尾部６６にカメラ６５の機能を組み込み、独立したカメラ６５を省略することもできる。
【0067】
水平回転駆動部６８は、および鉛直回転駆動部６９はモータであり、それぞれ、水平に回転させる軸Ｈ２－Ｈ２および鉛直に回転させる軸Ｖ２－Ｖ２上に設けられている。それぞれ、演算制御部７４に制御されて、托架部８ｂを水平回転させ、望遠鏡８ｃを鉛直回転させる。
【0068】
記憶部７１は、例えばＲＯＭおよびＲＡＭを備える。記憶部７１は、測量機６０を作動させるための各種プログラムを格納している。例えば、測距および測角を実行するためのシーケンスプログラム、座標を演算するための演算プログラム、エンコーダパターンを読み取り、読取角を演算するためのプログラム等を格納する。これらプログラムは、ＲＡＭに読み出されて演算制御部７４による実行が開始され、測量機６０の各種処理を行う。
【0069】
また、記憶部７１は、例えばメモリカード、ハードディスクドライブ、ＵＳＢメモリ等を備え、測定により得られた、測距、測角データ、エンコーダパターンを読み取った画像データ、演算により得られた測定点座標および読取角データおよび方向角データを記憶する。記憶部７１は、固定して設けられていてもよく、取り外し可能に設けられていてもよい。
【0070】
入力部７２は、例えば、操作ボタンである。作業者は、入力部７２に、測量機６０に実行させるための指令を入力したり、設定の選択を行ったりすることができる。
【0071】
表示部７３は、例えば、液晶ディスプレイであり、演算制御部７４の指令に応じて測定結果、演算結果等種々の情報を表示する。また、入力部７２より、作業者が入力を行うための設定情報や作業者により入力された指令を表示する。
【0072】
なお、入力部７２と表示部７３とを一体的に構成して、タッチパネル式ディスプレイとしてもよい。
【0073】
演算制御部７４は、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）等を集積回路に実装したマイクロコントローラである。演算制御部７４は、ＥＤＭ６１、水平角検出器６２、鉛直角検出器６３、カメラ６５，追尾部６６、水平回転駆動部６８、鉛直回転駆動部６９、記憶部７１、入力部７２、および表示部７３と電気的に接続されている。
【0074】
演算制御部７４には、鉛直角検出器６３、水平角検出器６２からの角度検出信号が入力され、ＥＤＭ６１からの受光信号が入力される。また。作業者の操作による入力部７２からの信号が入力される。また、カメラ６５の撮像素子より出力された画素値データが入力される。
【0075】
また、演算制御部７４は、ＥＤＭ６１、水平回転駆動部６８、鉛直回転駆動部６９を駆動すると共に、作業状況、測定結果等を表示する表示部３８を制御する。
【0076】
また、演算制御部７４は、機能部として、距離角度演算部７５、エンコーダパターン読取角演算部７６、方向角演算部７７、および座標演算部７８を備える。
【0077】
距離角度演算部７５は、測量部６４で得られた測距、測角データに基づいて、反射ターゲットの測定座標を演算し、演算結果を記憶部７１に出力する。
【0078】
エンコーダパターン読取角演算部７６は、カメラ６５により取得されたエンコーダパターン部１３周辺の画像からエンコーダパターン１３Ｂを読み取り、エンコーダパターン読取角θＥを算出する。エンコーダパターン１３Ｂの読取りの詳細については後述する。
【0079】
方向角演算部７７は、エンコーダパターン読取角演算部７６で求めたエンコーダパターン読取角θＥに基づいてターゲットユニットの方向角を演算し、また、後述するターゲットユニット１０のオフセット角度θＴに基づいて整準台９０の方向角を演算し、整準台９０の方向角、スキャナ装置３０のオフセット角度θＳ，および測量機６０のオフセット角度θＴＳに基づいて、それぞれ整準台９０に取り付けられたスキャナ装置３０の方向角および測量機６０の方向角を演算する。
【0080】
座標演算部７８は、反射ターゲットの測定座標とスキャナ装置３０および測量機６０の方向角に基づいて、それぞれスキャナ装置３０および測量機６０の座標を演算する。
【0081】
各機能部は、ソフトウェアとして構成されていてもよいし、専用の演算回路によって構成されていてもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の演算回路によって構成された機能部が混在していてもよい。
【0082】
５． 整準台の構成
整準台９０は、ターゲットユニット１０、スキャナ装置３０および測量機６０を択一的に設置するための台座であり、自動整準機能を有する。整準台９０は、図７（ａ）に示すように、三脚を取りつけるための三脚取付座部９１と、整準装置本体９２と三脚取付座部９１と整準装置本体９２とを連結する３個の整準ネジ９３とから大略構成されている。
整準台９０は、ターゲットユニット１０、スキャナ装置３０および測量機６０を択一的に設置するための台座であり、自動整準機能を有する。整準台９０は、図７（ａ）に示すように、三脚を取りつけるための三脚取付座部９１と、整準装置本体９２と三脚取付座部９１と整準装置本体９２とを連結する３個の整準ネジ９３とから大略構成されている。
【0083】
整準装置本体９２は、図示しないチルトセンサ、整準ネジ駆動機構、制御部等を備え、チルトセンサの傾斜姿勢情報に基づいて、整準装置本体９２が水平となるように駆動機構を自動的に制御して整準ネジ９３を調節するように構成されている。整準装置本体９２の自動制御機構としては、公知の構成を適宜用いることができるので、その詳細な説明は省略する。また、整準装置本体９２には、水平状態を確認するための水準器９７が設けられている。
【0084】
図７（ｂ）に示すように、整準装置本体９２の上面には、ターゲットユニット１０、スキャナ装置３０または測量機６０を取り付けるための、基盤取付穴９４が開口している。基盤取付穴９４の中央部には、求心レーザ装置（図示せず）の設置箇所９５が設けられ、設置箇所９５を中心として、周方向の１２０°毎に間隔をあけて３個の係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃが設けられている。また、整準装置本体９２の外縁部には、１箇所の合わせ溝９８が形成されている。
【0085】
図８に示すように、ターゲットユニット１０は、係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃおよび合わせ溝９８により、周方向に位置決めされて、鉛直方向の中心軸Ａを共有するように整準台９０に取り付けられる。また、ターゲットユニット１０は、図示しない板バネのロック機構が、１つの係合突起１５ａを押圧することにより、整準台９０に着脱可能にロックされる。
【0086】
スキャナ装置３０および測量機６０の、整準台９０への取付構造は、ターゲットユニット１０の取付構造と同様である。
【0087】
この結果、図９（ｂ）に示す状態の整準台９０にターゲットユニット１０を設置すると、ターゲットユニット１０の基準方向ＲＤは、整準台９０の基準方向ＤＬ（以下、「整準台９０の方向ＤＬ」という。）から、角度θＴ（以下、「ターゲットユニット１０のオフセット角度θＴ」という。）だけ、周方向反時計回りにずれた方向となる（図９（ａ））。図９において、符号ＯＴ、ＯＬ、ＯＳ、ＯＴＳはそれぞれターゲットユニット１０、整準台９０、スキャナ装置３０、測量機６０の中心を示す。
【0088】
同様に、図９（ｂ）に示す状態の整準台９０にスキャナ装置３０を設置すると、スキャナ装置３０の基準方向Ｄｓ（以下、「スキャナ装置３０の方向ＤS」という。）は、整準台９０の方向ＤＬから、角度θＳ（以下、「スキャナ装置３０のオフセット角度θＳ」という。）だけ周方向反時計回りにずれた方向となる（図９（ｃ））。
【0089】
同様に、図９（ｂ）に示す状態の整準台９０に測量機６０を設置すると、測量機６０の基準方向ＤTS（以下、「測量機６０の方向ＤTS」という。）は、整準台９０の方向ＤＬから、角度θTS（以下、「測量機６０のオフセット角度θTS」という。）だけ周方向反時計回りにずれた方向となる（図９（ｄ））。
【0090】
ここで、ターゲットユニット１０の基準方向ＲＤ、スキャナ装置３０の方向ＤＳ、測量機６０の方向ＤＴＳ、整準台９０の方向ＤＬの北に対する右回りの角度が、それぞれターゲットユニット１０の方向角、スキャナ装置３０の方向角、測量機９０の方向角、整準台７０の方向角である。
【0091】
ターゲットユニット１０のオフセット角度θＴ、スキャナ装置３０のオフセット角度θＳおよび測量機６０のオフセット角度θTSは、予め測定または設定することにより既知とされ、記憶部３７に記憶されている。測量機６０を、既知の点に設置し、方向角を既知の値αとした状態でエンコーダパターン読取角θＥを読み取ると、エンコーダパターン読取角θＥはαの関数で表せる。したがって、エンコーダパターン読取角θＥとターゲットユニット１０のオフセット角度θＴとに基づいて整準台７０の方向角を求めることができる。さらに、整準台７０の方向角が求まれば、スキャナ装置３０のオフセット角度θＳに基づいて、整準台７０に取り付けたスキャナ装置３０の方向角を求めることができる。
【0092】
上記の整準台９０の方向ＤＬ、スキャナ装置３０の方向Ｄｓ、測量機６０の方向ＤTSの設定は、本実施の形態における一例であって任意に設定することができる。
【0093】
このように、整準台９０の合わせ溝９８および係合孔９６ａ，９６ｂ，９６ｃにより、周方向に位置決めし、中心軸Ａまわりの水平角を所定の角度とすることにより、エンコーダパターン部１３の基準方向ＲＤ、整準台９０の方向ＤＬ、スキャナ装置３０の方向ＤＳ、測量機６０の方向ＤTSを一定の関係にすることができる。
【0094】
また、ターゲットユニット１０の反射ターゲット１１の中心座標、整準台９０の座標、スキャナ装置３０の座標、および測量機６０の座標は、取付状態で、鉛直方向の位置関係が固定され、その距離は既知となっている。したがって、反射ターゲット１１の中心座標求めることにより、整準台９０，スキャナ装置３０、および測量機６０の座標が求まるようになっている。
【0095】
５．観測点の測量
図１０，１１，１２を参照して、本実施の形態に係る測量システム１００による測量方法を説明する。説明の便宜のため、図１２に示す７点について測定する場合を例として説明するが、任意の数の観測点を測量することができる。点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は点Ｐ０から視通のある点であり、点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、点Ｐ０からは視通がなく、点Ｐ１から視通がある点である。
図１０，１１，１２を参照して、本実施の形態に係る測量システム１００による測量方法を説明する。説明の便宜のため、図１２に示す７点について測定する場合を例として説明するが、任意の数の観測点を測量することができる。点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は点Ｐ０から視通のある点であり、点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、点Ｐ０からは視通がなく、点Ｐ１から視通がある点である。
【0096】
なお、各観測点には、予め三脚を介して整準台９０が設置されている。また、以下の説明における「点Ｐｎの座標および方向角」は、それぞれ点Ｐｎに設置した整準台９０の座標および方向角を意味する。
【0097】
図１２において、○は新点を、▲は既知点または測定により座標および方向角が既知となった点を示す。また、各点に付した括弧内の英字は、各点に設置した整準台９０に、ターゲットユニット１０（Ｔ）、スキャナ装置３０（Ｓ）および測量機６０（ＴＳ）のいずれが取り付けられているかを示す。また、直線矢印は、始点において終点の反射ターゲット１１を測距測角し、エンコーダパターン１３Ｂの読取りを行うことを示す。
【0098】
観測を開始すると、まず、ステップＳ１０１で、最初の観測点Ｐ０に設定された整準台９０に測量機６０を取り付ける（図１２（ａ））。
【0099】
次に、ステップＳ１０２では、測量機６０が、例えば後方交会法等公知の手法により、点Ｐ０の地図座標系の座標および点Ｐ０における測量機６０の方向角の演算を行う。
【0100】
具体的には、図１２（ａ）のように、点Ｐ０から視通のある既知点Ａ，Ｂを用意し、既知点Ａ，Ｂにターゲットユニット１０を設置する。測量機６０により、既知点Ａ，Ｂの測距・測角を行い、測定結果に基づいて点Ｐ０の座標および点Ｐ０測量機６０の方向角を算出する。なお、点Ｐ０における、座標および測量機方向角の取得は、後視点・器械点法で求めてもよい。
【0101】
次に、ステップＳ１０３では、作業者が点Ｐ０に設置した測量機６０により、新点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の測定を行う。
【0102】
具体的には、各点に対して、図１１のフローチャートに示す動作を行う。すなわち、測定を開始すると、ステップＳ２０１で、作業者が、自動追尾実行の指示を入力することにより、測量機６０の演算制御部７４が、追尾部６４を駆動して、自動追尾を開始する。
【0103】
次に、作業者は、ターゲットユニット１０を持って、測量機６０に追尾させながら、次に観測する、点Ｐ１まで移動し、ターゲットユニット１０を点Ｐ１に設置された整準台９０に取り付ける。
【0104】
次に、ステップＳ２０３で、測量機６０は、点Ｐ１の反射ターゲット１１を視準し、測量部６４を駆動して、観測点Ｐ１の反射ターゲット１１を測距・測角し、距離角度演算部７５が、反射ターゲットの測定座標を演算する。
【0105】
次に、ステップＳ２０４で、座標演算部７８が、反射ターゲット１１の座標および点Ｐ０における測量機６０の方向角に基づいて、点Ｐ１（の測量機６０）の地図座標系の座標を演算する。
【0106】
次に、ステップＳ２０５で、測量機６０はカメラ６５を駆動して、エンコーダパターン１３Ｂを読み取り、エンコーダパターン読取角演算部７６が、エンコーダパターン１３Ｂの読取角θＥを算出する。エンコーダパターン１３Ｂの読取りについては、後で詳述する。
【0107】
次に、ステップＳ２０６で、方向角演算部７７が、観測点Ｐ１のエンコーダパターン読取角θEおよびターゲットユニット１０のオフセット角度θＴに基づいて、観測点Ｐ１の整準台９０の方向角を演算する。
【0108】
次に、ステップＳ２０７では、演算制御部７４が、測定点Ｐ０で測定する全ての点の観測が完了したかどうかを判断する。
【0109】
ステップＳ２０７において、全ての点の測定が完了している場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０８で、測量機６０は、表示部７３に、観測点Ｐ０における測定が完了した旨表示を行い、ステップＳ１０５に移行する。
【0110】
ステップＳ２０７において、全ての点の測定が完了していない場合（Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻り、作業者は、点Ｐ１に取り付けたターゲットユニット１０を取り外し、次の点Ｐ２に設置された整準台９０までターゲットユニット１０を移動する。
【0111】
その後、点Ｐ０で測定する全ての点の測定が完了するまで、ステップＳ２０１～Ｓ２０７の処理を繰り返す。
【0112】
なお、測量機６０が追尾部６４を備えない場合には、ステップＳ２０１、Ｓ２０２に代えて、ターゲットユニット１０を移動させるごとに視準してステップＳ２０３以降の観測を行う。この場合に、最初のステップＳ２０２、点Ｐ０から測定する全ての点の整準台９０にターゲットユニット１０を取り付け、ステップＳ２０７でＮｏの場合にステップＳ２０３に戻り、動作を繰り返しても良い。
【0113】
次にステップＳ１０４では、測量機６０が、測定全体の全ての点の測定が完了したかどうかを判断する。
【0114】
全ての点の測定が完了した場合（Ｙｅｓ）、測量機６０は測定を終了する。
【0115】
完了していない場合（Ｎｏ）、ステップＳ１０５で、作業者が、測量機６０を点Ｐ０の整準台９０から取り外し、次の点Ｐ１の整準台９０に取り付ける（図１２（ｂ））。
【0116】
作業者は、測量機６０の移動およびターゲットユニット１０の設置が終わると、設置の完了を入力部７２より入力する。
【0117】
次にステップＳ１０６で、測量機６０の方向角演算部７７が、整準台９０の方向角および測量機６０のオフセット角θＴＳに基づいて観測点Ｐ１の測量機６０の方向角を算出する。
【0118】
次にステップＳ１０７で、測量機６０は、ステップＳ１０３と同様に、点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の座標および方向角を観測する。
【0119】
次にステップＳ１０８で、測量機６０は、測定全体の全ての点の測定が完了したかどうかを判断し、ない場合（Ｎｏ）には測定を完了する。なお、図示の例では、上記により、全ての点の測量が完了している。
【0120】
次の観測点がある場合（Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１０５に戻り、全ての点の測量が完了するまでステップＳ１０５～Ｓ１０７を繰り返す。
【0121】
なお、各観測点における、測距・測角データおよびエンコーダパターン読取角データおよび演算により算出した方向角および座標データは、それぞれ観測点に関連付けられて記憶部７１に保存される。
【0122】
上記のように、本実施の形態によれば、新点を測定する際に、測量機を新点移動して、既知点または後視点を観測することなく、新点の方向角を測定することができるので、測量作業を効率よく行うことができる。
【0123】
特に、器械点から視通があれば、複数の測定点について、測量機を移動させることなく、該複数の測定点についての方向角を測定することができるので、測量作業がより効率的になる。たとえば、全ての測定点が最初の器械点から視通のある場合には、全ての測定点を最初の器械点から測定する測定点に設定することができる。
【0124】
また、図１２のように一部の測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が、最初の器械点Ｐ０から視通がない場合であっても、最初の器械点Ｐ０と視通がない測定点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３との両方から視通の取れる点を、最初の器械点Ｐ０から測定する測定点Ｐ１として設定すれば、測量機６０の移動を最小回数とすることができる。
【0125】
このように、本実施の形態によれば、測量機を移動させることなく、複数の測定点の方向角および座標を取得することができるので、全測定点を測定するのに必要な測量機の移動回数を少なくすることができる。このため、測量機を移動させることに伴って生じる方向角および座標の累積誤差を低減することができる。
【0126】
なお、必須ではないが、上記のように測量機６０が自動追尾機能を有していると、作業者がターゲットユニット１０を移動させながら、連続的に複数の点の測距・測角およびエンコーダパターンの読取りを行うことができるので測定をさらに効率よく行うことができる。
【0127】
６．点群データの観測
本実施の形態では、上記の通り測量した観測点に設置された整準台９０にスキャナ装置３０を取り付けることで、点群データの観測が可能である。図１３は、スキャナ装置３０による点群データ観測のフローチャートである。図１２の現場を測定する例を説明する。
本実施の形態では、上記の通り測量した観測点に設置された整準台９０にスキャナ装置３０を取り付けることで、点群データの観測が可能である。図１３は、スキャナ装置３０による点群データ観測のフローチャートである。図１２の現場を測定する例を説明する。
【0128】
点群データの取得を開始すると、まず、ステップＳ３０１として、作業者が、点Ｐ０の整準台にスキャナ装置３０を取り付ける。
【0129】
次に、ステップＳ３０２で、スキャナ装置３０は、点群データの取得（フルドームスキャン）を行い、取得した点群データを観測点と関連付けて記憶部３７に保存されるかまたは外部記憶装置４３に出力される。点群データの取得が完了すると、スキャナ装置３０は、表示部に完了した旨の表示を行い、作業者にスキャナ装置の移動を促す表示を行う。
【0130】
次にステップＳ３０３として、作業者がスキャナ装置３０を次の観測点、例えばＰ１に移動して、全ての観測点での点群データの観測を完了するまでステップＳ３０１～Ｓ３０２を繰り返す。
【0131】
なお、点群データの取得を行う場合には、測量機６０は、スキャナ装置３０のオフセット角度θＳを記憶部７１に記憶しており、ステップＳ２０６の方向角の演算において、整準台９０の方向角、エンコーダパターンの読取角θＥ、およびスキャナ装置３０のオフセット角度θＳに基づいて、その整準台９０に取り付けるスキャナ装置３０の方向角を算出し、記憶部７１に保存する。
【0132】
測量機６０により取得された、各測定点の座標およびスキャナ方向角およびスキャナ装置３０により取得された点群データは、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置に出力される。点群データは、各測定点（観測点）の座標およびスキャナ装置の方向角に基づいて、地図座標系に変換され、統合される。
【0133】
なお、上記の例では、測量システム１００により、座標および方向角を取得した後の整準台９０にスキャナ装置３０を取り付けて点群データを取得したが、各観測点（測定点）設置したスキャナ装置３０を取り付けて点群データを取得した後に、スキャナ装置３０をターゲットユニット１０と取替て、測量機６０により各点の座標および方向角を取得してもよい。
【0134】
従来は、スキャナ装置で新点のターゲットスキャンを行って座標を取得し、新点に移動して既知点または後視点のターゲットスキャンを行って、観測点の座標および方向角を取得し、その後、同じ位置で点群データの取得を行った後、次の新点に移動することを繰り返す必要があった。
【0135】
ターゲットスキャンは約２分と時間が係る作業であるため、従来のスキャナシステムでは観測に時間がかかっていた。また、ターゲットスキャン、および点群データの取得を同一のスキャナ装置で行うため、それぞれの測定を待ってから次の測定を行う必要があり、観測の効率が悪かった。
【0136】
しかし、本実施の形態によれば、時間のかかるターゲットスキャンに代えて、測量機を用いて、座標を取得するため、観測全体に係る時間を大幅に短縮することができる。
【0137】
また、点群データを取得するのは、座標および方向角を取得する測量機とは独立した、スキャナ装置であるので、座標及び方向角の取得と、点群データの取得とを独立することができる。また、互いの測定を干渉しなければ同時に行うこともできるので観測をさらに効率的に行うことができる。
【0138】
７． エンコーダパターンの読取り
最後に、ステップＳ２０４のエンコーダパターン１３Ｂの読取りについて、図１４，１５を参照しながら説明する。
最後に、ステップＳ２０４のエンコーダパターン１３Ｂの読取りについて、図１４，１５を参照しながら説明する。
【0139】
エンコーダパターン１３Ｂの読取り動作の一例を説明する。測量機６０では、ステップＳ２０３においてエンコーダパターンの読取りが開始すると、図１４に示す、以下の動作を実行する。
【0140】
測量機６０が、エンコーダパターン１３Ｂの読取りを開始すると、ステップＳ４０１では、カメラ６５が、エンコーダパターン部１３を含むエンコーダパターン部１３周辺の風景画像８５を取得する（図１４（ａ））。
【0141】
次に、ステップＳ４０２では、エンコーダパターン読取角演算部７６が、ステップＳ１０２で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および記憶部７１に記憶された、既知であるエンコーダパターン部１３の寸法に基づいて、画像におけるエンコーダパターン１３Ｂの範囲８６を特定し、矩形に切り出す（図１４（ａ），（ｂ））。
【0142】
次に、ステップＳ４０３において、エンコーダパターン読取角演算部７６は、ステップＳ４０２において切り出したエンコーダパターン１３Ｂの範囲８６の画像を、幅情報部１３２の黒色帯１３２ａおよび白色帯１３２ｂの高さｈ１（図３（ｂ））よりも短くかつ、縦線１３１ａ，１３１ｂの高さｈ２（図３（ｂ））の半分ｈ２/２よりも短い間隔ｈ３ごとに、水平方向に線状に読込み、画素値に変換する。例えば、図１４（ｂ）に示すように、Ｉ～Ｖの位置で線状の読込みを行う。画素値は、暗い（黒い）と値が小さくなり、明るい（白い）と値が大きくなるため、Ｉ～Ｖの各位置における読込みの結果（以下、「画素列Ｉ～Ｖ」という。）は、例えば、図１４（ｃ）のように表すことができる。
【0143】
次に、ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３の読込み結果から、幅情報部１３２の読取り結果を抽出する。具体的には、所定のしきい値よりも小さな画素値となる黒色部分および所定のしきい値よりも大きな画素値となる白色部分の少なくとも一方が、ステップＳ１０２で取得した反射ターゲット１１の測距データ、および既知のエンコーダパターン部１３の寸法から算出される、エンコーダパターン部１３の直径Ｌに相当する長さ連続している場合に、当該画素列が、幅情報部１３２に相当すると判断する。
【0144】
従って、図１４（ｃ）においては、画素列ＩおよびＩＩが幅情報部１３２に相当することがわかる。そして、検出されたエンコーダパターン１３Ｂの幅（エンコーダパターン部１３の直径）Ｌから、支持部材１２の中心軸Ａと合致するエンコーダパターン１３Ｂの中心位置を特定する。幅情報部１３２は必須ではないが、このように黒色帯１３２ａと白色帯１３２ｂの２色の帯で構成した幅情報部１３２を備えると、背景が黒色または白色であっても、いずれか一方の帯が検出可能であるので有利である。
【0145】
次に、ステップＳ４０５では、ステップＳ４０３の直線状の読み込み結果から、画素列間の相関を算出し、相関性が所定の値よりも高いものを、角度情報部１３１の読取り結果として抽出する。
【0146】
図１４（ｃ）の例では、画素列ＩＩＩ～Ｖは、画素値のパターンが高い相関性を有しており、したがって、画素列ＩＩＩ～Ｖが角度情報部１３１の読込み結果であることがわかる。
【0147】
そして、抽出した画素列ＩＩＩ～Ｖの画素値を垂直方向に加算して平均値を算出する。その結果が所定のしきい値よりも小さな場合を黒色の領域と判断し、黒色の領域の幅を求める。次に、求めた幅の値が、狭幅、広幅のいずれに該当するかを判断し、狭幅のものをビット「０」すなわち縦線１３１ａ、広幅のものをビット「１」すなわち縦線１３１ｂとして読み取る。このように、複数の画素列から、平均値として画素値を算出すると、例えば、画素列ＩＶのように位置のずれた画素列が生じたとしても、位置のずれの影響を低減し、読取り精度を向上することができる。
【0148】
なお、エンコーダパターン部１３は、円柱状であるため、縦線幅ｗ１，ｗ２およびピッチｐが、中心から遠ざかるにつれて、実際の幅よりも狭く観察される。例えば、図３（ａ）において、中央付近の広幅の縦線１３１ｂ１は、その幅ｗ２ａが、図３（ｂ）に示す展開図における広幅の縦線１３１ｂの幅（実際の幅）ｗ２と同様の幅で観察される。一方、中央部から最も遠い広幅の縦線１３１ｂ２は、その幅ｗ２ｂが、実際の幅ｗ２よりも狭く観察される。幅ｗ１およびピッチｐについても同様である。従って、幅ｗ１およびｗ２は、配置によって観察される幅が変化するという影響を考慮して幅ｗ１と幅ｗ２の変化の範囲が重複しないように設定されていることが好ましい。
【0149】
次に、ステップＳ４０５では、エンコーダパターン読取角演算部７６では、ステップＳ４０３で求めたエンコーダパターン１３Ｂの中心位置Ａを中央として左右に伸びる所定幅Ｒに含まれるビットパターン、すなわち所定幅Ｒの領域に含まれる所定のビット数（例えば、１０本。図示の例では「１１０１００１０１００」のビットパターンを示す。）の縦線で示されるビットパターンと、記憶部７１に記憶されたビットパターンと角度との相関とを対比することにより、エンコーダパターンの読取角θＴを算出する。次に、処理は、ステップＳ３０８に移行する。
【0150】
８． 変形例
上記実施の形態については、以下のような変形を加えることも可能である。
たとえば、エンコーダパターン読取部としてカメラ６５に代えて、読取光をスキャン光としてエンコーダパターンに向けて送光する読取光送光部と、エンコーダパターンに反射した光を受光する読取光受光部を備えるスキャナを備え、受光光量分布に基づいて、エンコーダパターンのビットパターンを読み取るように構成してもよい。
上記実施の形態については、以下のような変形を加えることも可能である。
たとえば、エンコーダパターン読取部としてカメラ６５に代えて、読取光をスキャン光としてエンコーダパターンに向けて送光する読取光送光部と、エンコーダパターンに反射した光を受光する読取光受光部を備えるスキャナを備え、受光光量分布に基づいて、エンコーダパターンのビットパターンを読み取るように構成してもよい。
【0151】
また、エンコーダパターン１３Ｂを、黒白に限らず、明確なコントラスト有する色彩の組み合わせによりエンコーダパターンを構成してもよい。また、可視光に限らず、偏光により識別可能なエンコーダパターンとして構成してもよい。
【0152】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能である。また、上記の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【0153】
１０ ターゲットユニット
１１ 反射ターゲット
１３Ｂ エンコーダパターン
３０ スキャナ装置
３１ 測距部
３４ 鉛直角検出器（測角部）
３６ 水平角検出器（測角部）
４９ 走査部
６０ 測量機
６４ 測量部
６５ カメラ（エンコーダパターン読取部）
６６ 追尾部
９０ 整準台
１００ 測量システム
θＥ エンコーダパターン読取角
θＳ スキャナ装置のオフセット角度
θＴ ターゲットユニットのオフセット角度
θＴＳ 測量機のオフセット角度
１１ 反射ターゲット
１３Ｂ エンコーダパターン
３０ スキャナ装置
３１ 測距部
３４ 鉛直角検出器（測角部）
３６ 水平角検出器（測角部）
４９ 走査部
６０ 測量機
６４ 測量部
６５ カメラ（エンコーダパターン読取部）
６６ 追尾部
９０ 整準台
１００ 測量システム
θＥ エンコーダパターン読取角
θＳ スキャナ装置のオフセット角度
θＴ ターゲットユニットのオフセット角度
θＴＳ 測量機のオフセット角度
【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】
