特許 7283904 測定装置及び測定装置の制御方法

(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】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】測定装置及び測定装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230523BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103E

G01C15/00 103A

G01S7/481 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019006779

(22)【出願日】2019-01-18

(65)【公開番号】P2020115116

(43)【公開日】2020-07-30

【審査請求日】2022-01-13

(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】100098796

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 全

(74)【代理人】

【識別番号】100121647

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 和孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187377

【弁理士】

【氏名又は名称】芳野 理之

(72)【発明者】

【氏名】西田 信幸

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１８９５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７３３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５１５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１２２６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４

５／００－５／１４

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｓ ７／４８－７／５２

１７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、
前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、
前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて直線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出し、複数の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定し、
前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、
前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、
前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物が交差する交差位置に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御し、前記所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の前記交点の座標を検出し、前記２対の交点の一方の座標に基づいて前記第１の測定対象物の配列方向を特定し、前記２対の交点の他方の座標に基づいて前記第２の測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする測定装置。

【請求項2】

前記制御部は、４つの前記交点を検出した場合に該４つの交点の座標の重心が前記所定の中心と一致するように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記制御部は、複数の前記交点を検出した場合に、隣接して配置される一対の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。

【請求項4】

前記制御部は、それぞれ隣接して配置される複数対の前記交点の座標に基づいて複数の配列方向を算出し、該複数の配列方向に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。

【請求項5】

前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、
前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、
前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とを含む略平面状の領域を設定し、該領域に含まれる座標を前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標として検出することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の測定装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記領域を直径の異なる複数の円形の走査軌跡で前記測定光を走査することにより複数対の前記交点の座標を検出することを特徴とする請求項５に記載の測定装置。

【請求項7】

測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、
前記測定装置は、
測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、
前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、
前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、
前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて直線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出する交点検出工程と、
前記交点検出工程により検出された複数の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定する特定工程と、を備え、
前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、
前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、
前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物が交差する交差位置に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御し、前記所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の前記交点の座標を検出し、前記２対の交点の一方の座標に基づいて前記第１の測定対象物の配列方向を特定し、前記２対の交点の他方の座標に基づいて前記第２の測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする測定装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定装置及び測定装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、土木、建築等の分野で距離測定、形状測定を行なうものとして点群データを取得するレーザスキャナが用いられている。従来のレーザスキャナでは、スキャン領域を事前に範囲設定し、一旦スキャン条件（例えば、スキャン速度、発光周波数）を設定すると、設定したスキャン条件でスキャン領域全体をスキャンする様になっている。

【0003】

このような従来のレーザスキャナは、いずれかの測定部位のスキャン密度（単位面積当たりの測定点データ数）を高くしたい場合、スキャン領域全体のスキャン密度を高くして膨大なスキャンデータを取得する必要があった。そこで、特許文献１では、高いスキャン密度が要求される部位を局所測定範囲として設定して高いスキャン密度でスキャンし、効率よくスキャンデータを取得している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－６６５７１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に開示されるレーザスキャナにおいて、局所測定範囲は、作業者が目視で判断した部位、あるいは撮像部が取得した画像データからエッジが多く抽出された部位となっている。しかしながら、作業者が目視で局所測定範囲を設定する場合、作業者による設定作業が煩雑であるとともに設定作業に多大な時間を要する。また、画像データからエッジを抽出して局所測定範囲を設定する場合、画像データの処理に時間と処理負荷が必要であるとともに所望の測定対象物のみを効率よく測定することができない。

【0006】

特に、測定対象物が建築物の建造に用いられる鉄筋等の直線状に形成される測定対象物である場合、効率よく測定を行なうためには、測定対象物のみを局所測定範囲として設定し、その他を局所測定範囲として設定しないのが望ましい。しかしながら、作業者が目視で局所設定範囲を設定する設定作業が煩雑であり、画像データを処理して局所設定範囲を設定するためには多大な処理負荷が必要である。

【0007】

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、作業者による設定作業や多大な処理負荷を要することなく、直線状に形成される測定対象物の配列方向を特定して局所的な測定を効率よく実行することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題は、本発明によれば、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有し、前記受光素子からの受光信号に基づき測定対象物の測距を行う測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、前記測距部および前記偏向部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記測距部の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて直線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出し、複数の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定し、前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物が交差する交差位置に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御し、前記所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の前記交点の座標を検出し、前記２対の交点の一方の座標に基づいて前記第１の測定対象物の配列方向を特定し、前記２対の交点の他方の座標に基づいて前記第２の測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする測定装置により解決される。

【0009】

本構成の測定装置によれば、制御部により、測距部の測距結果と偏向部により偏向される射出方向に基づいて、直線状に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との交点の座標が検出される。そして、制御部は、複数の交点の座標に基づいて測定対象物の配列方向を特定する。測定対象物の配列方向が特定されるため、特定された配列方向に沿って測定対象物の局所的な測定を効率よく実行することができる。
また、本構成の測定装置によれば、直線状に延びる第１の測定対象物と、それに直交する方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物が交差する交差位置に測定光の走査軌跡の所定の中心を配置することにより、所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の交点の座標が検出される。そして、この２対の交点の一方の座標と他方の座標に基づいて、第１の測定対象物と第２の測定対象物の双方の配列方向を同時に特定することができる。

【0011】

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、４つの前記交点を検出した場合に該４つの交点の座標の重心が前記所定の中心と一致するように前記偏向部の偏向作動を制御することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、４つの交点を検出した場合にこれらの交点の座標の重心を測定光の走査軌跡の中心と一致させることにより、所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の交点の座標を確実に検出することができる。

【0012】

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、複数の前記交点を検出した場合に、隣接して配置される一対の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、隣接して配置される一対の交点の座標は同一の測定対象物の測定結果である可能性が極めて高いため、隣接して配置される一対の交点の座標に基づいて測定対象物の配列方向を確実に特定することができる。

【0013】

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、それぞれ隣接して配置される複数対の前記交点の座標に基づいて複数の配列方向を算出し、該複数の配列方向に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、複数対の交点の座標に基づいて複数の配列方向を算出し、例えば、平均化処理等を行うことにより、測定対象物の配列方向を高精度に特定することができる。

【0014】

本発明の測定装置において、好ましくは、前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とを含む略平面状の領域を設定し、該領域に含まれる座標を前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標として検出することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、方眼状に配置された直線状の第１の測定対象物と第２の測定対象物とを含む略平面状の領域に含まれる座標を交点の座標として検出し、その領域に含まれない座標は交点の座標として検出しない。そのため、測定対象物以外の他の構造物が（例えば、測定対象物である最上段の鉄筋と、その鉄筋の下方に配置される他の鉄筋）を交点の座標として検出してしまうことがない。よって、測定対象物との交点から得られる座標のみを交点の座標として確実に検出することができる。

【0015】

本発明の測定装置において、好ましくは、前記制御部は、前記領域を直径の異なる複数の円形の走査軌跡で前記測定光を走査することにより複数対の前記交点の座標を検出することを特徴とする。
本構成の測定装置によれば、直径の異なる複数の円形の走査軌跡で第１の測定対象物と第２の測定対象物とを含む領域を円形の走査軌跡で走査することにより、この領域に含まれる測定対象物と測定光との複数の交点の座標を効率よく検出することができる。

【0016】

前記課題は、本発明によれば、測定対象物の測定を行う測定装置の制御方法であって、前記測定装置は、測定光を発する発光素子と、前記測定光を射出する測定光射出部と、反射測定光を受光する受光部と、前記反射測定光を受光して受光信号を発生する受光素子とを有する測距部と、前記測定光の射出方向を基準光軸に対して偏向するとともに所定の中心に対して周方向に前記測定光を走査可能な偏向部と、を有し、前記受光素子からの受光信号に基づき前記測定対象物の測距を行う測距工程と、前記測距工程の測距結果と前記偏向部により偏向される前記射出方向に基づいて直線状に形成される前記測定対象物と前記測定光の走査軌跡との交点の座標を検出する交点検出工程と、前記交点検出工程により検出された複数の前記交点の座標に基づいて前記測定対象物の配列方向を特定する特定工程と、を備え、前記測定対象物は、第１方向に沿って直線状に延びる第１の測定対象物と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って直線状に延びる第２の測定対象物と、を備え、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物とが隣接した状態で方眼状に配置されており、前記制御部は、前記第１の測定対象物と前記第２の測定対象物が交差する交差位置に前記所定の中心が配置されるように前記偏向部の偏向作動を制御し、前記所定の中心に対して点対称の位置に配置される２対の前記交点の座標を検出し、前記２対の交点の一方の座標に基づいて前記第１の測定対象物の配列方向を特定し、前記２対の交点の他方の座標に基づいて前記第２の測定対象物の配列方向を特定することを特徴とする測定装置の制御方法により解決される。

【0017】

本構成の制御方法によれば、交点検出工程により、測距部の測距結果と偏向部により偏向される射出方向に基づいて、直線状に形成される測定対象物と測定光の走査軌跡との交点の座標が検出される。そして、特定工程により、複数の交点の座標に基づいて測定対象物の配列方向が特定される。測定対象物の配列方向が特定されるため、特定された配列方向に沿って測定対象物の局所的な測定を効率よく実行することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、作業者による設定作業や多大な処理負荷を要することなく、直線状に形成される測定対象物の配列方向を特定して局所的な測定を効率よく実行することが可能な測定装置及びその制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システムの外観図である。

【図2】図１に示すレーザスキャナの概略構成図である。

【図3】図１に示すレーザスキャナに於ける偏向部の概略図である。

【図4】図３に示す偏向部の作用説明図である。

【図5】電線を基準光軸に沿ってみたＸ－Ｚ平面図である。

【図6】鉄筋および測量システムを上方からみたＸ－Ｙ平面図である。

【図7】鉄筋及び測量システムを側方からみたＹ－Ｚ平面図である。

【図8】演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

【図9】演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

【図10】鉄筋の交差点をスキャンした状態を示すＸ－Ｙ平面図である。

【図11】鉄筋の交差点の近傍を示す部分拡大図である。

【図12】鉄筋の交差点の近傍を示す部分拡大図である。

【図13】鉄筋の配列方向を示すＸ－Ｙ平面図である。

【図14】演算制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

【図15】鉄筋をスキャンした状態を示すＸ－Ｙ平面図である。

【図16】図１５に示すＸ－Ｙ平面図の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ本発明の第１実施形態を説明する。先ず、図１に於いて、本実施形態に係るレーザスキャナを具備する測量システム（測定装置）について概略を説明する。図１中、１は測量システムであり、Ｏは後述する偏向部３５により偏向されていない状態での光軸を示し、この時の光軸を基準光軸とする。

【0021】

測量システム１は、主に支持装置としての三脚２、レーザスキャナ３、操作装置４、回転台５から構成される。回転台５は三脚２の上端に取付けられ、回転台５にレーザスキャナ３が横回転可能及び縦回転可能に取付けられる。又、回転台５は、レーザスキャナ３の横方向の回転角（水平方向の回転角）を検出する機能を具備している。

【0022】

回転台５には横方向に延びるレバー７が設けられる。レバー７の操作により、レーザスキャナ３を上下方向（鉛直方向）、又は横方向（水平方向）に回転させることができ、また所要の姿勢で固定することも可能となっている。

【0023】

レーザスキャナ３は、測距部３Ａ、姿勢検出部１７を内蔵し、測距部３Ａは測定光２３を測定対象物、或は測定範囲に射出し、反射測定光２４を受光して測定を行う。又、姿勢検出部１７は、レーザスキャナ３の鉛直（又は水平）に対する姿勢を高精度に検出可能である。

【0024】

操作装置４は、レーザスキャナ３との間で有線、無線等所要の手段を介して通信を行う通信機能を有する。又、操作装置４は、アタッチメント８を介してレーザスキャナ３に着脱可能となっており、取外した操作装置４は片手で保持し、操作可能であり、操作装置４によりレーザスキャナ３を遠隔操作可能となっている。

【0025】

更に、レーザスキャナ３からは、画像、測定状態、測定結果等が操作装置４に送信され、画像、測定状態、測定結果等が、操作装置４に記憶され操作装置４の表示部（図示せず）に表示される様になっている。操作装置４は、例えばスマートフォンであってもよい。

【0026】

図２を参照して、レーザスキャナ３について説明する。
レーザスキャナ３は、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、撮像部１４、射出方向検出部１５、モータドライバ１６、姿勢検出部１７、第１通信部１８、演算制御部１９、第１記憶部２０、撮像制御部２１、画像処理部２２を具備し、これらは筐体９に収納され、一体化されている。尚、測定光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３等は測距部３Ａを構成する。

【0027】

測定光射出部１１は射出光軸２６を有し、射出光軸２６上に発光素子２７、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、射出光軸２６上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡２９と、受光光軸３１（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３２とによって、射出光軸２６は、受光光軸３１と合致する様に偏向される。第１反射鏡２９と第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。発光素子２７はパルスレーザ光線を発し、測定光射出部１１は、発光素子２７から発せられたパルスレーザ光線を測定光２３として射出する。

【0028】

受光部１２について説明する。受光部１２には、測定対象物（即ち測定点）からの反射測定光２４が入射する。受光部１２は、受光光軸３１を有し、受光光軸３１には、上記した様に、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２によって偏向された射出光軸２６が合致する。

【0029】

偏向された射出光軸２６上に、即ち受光光軸３１上に偏向部３５（後述）が配設される。偏向部３５の中心を透過する真直な光軸は、基準光軸Ｏとなっている。基準光軸Ｏは、偏向部３５によって偏向されなかった時の射出光軸２６又は受光光軸３１と合致する。

【0030】

偏向部３５を透過し、入射した受光光軸３１上に結像レンズ３４が配設され、また受光素子３３、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられている。結像レンズ３４は、反射測定光２４を受光素子３３に結像する。受光素子３３は反射測定光２４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距演算部１３に入力される。測距演算部１３は、受光信号に基づき測定点迄の測距を行う。

【0031】

図３を参照して、偏向部３５について説明する。偏向部３５は、一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成される。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３１上に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂとして、それぞれリズレープリズムが用いられることが、装置を小型化するために好ましい。偏向部３５の中央部は、測定光２３が透過し、射出される第１偏向部である測定光偏向部３５ａとなっており、中央部を除く部分は反射測定光２４が透過し、入射する第２偏向部である反射測定光偏向部３５ｂとなっている。

【0032】

光学プリズム３６ａ，３６ｂとして用いられるリズレープリズムは、それぞれ平行に形成されたプリズム要素３７ａ，３７ｂと多数のプリズム要素３８ａ，３８ｂによって構成され、円板形状を有する。光学プリズム３６ａ，３６ｂ及び各プリズム要素３７ａ，３７ｂ及びプリズム要素３８ａ，３８ｂは同一の光学特性を有する。

【0033】

プリズム要素３７ａ，３７ｂは、測定光偏向部３５ａを構成し、プリズム要素３８ａ，３８ｂは反射測定光偏向部３５ｂを構成する。リズレープリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なリズレープリズムを製作できる。

【0034】

光学プリズム３６ａ，３６ｂはそれぞれ受光光軸３１を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。光学プリズム３６ａ，３６ｂは、回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出光軸２６を通過する測定光２３を任意の方向に偏向し、受光される反射測定光２４を受光光軸３１と平行に偏向する。光学プリズム３６ａ，３６ｂの外形形状は、それぞれ受光光軸３１を中心とする円形であり、反射測定光２４の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、光学プリズム３６ａ，３６ｂの直径が設定されている。

【0035】

光学プリズム３６ａの外周にはリングギア３９ａが嵌設され、光学プリズム３６ｂの外周にはリングギア３９ｂが嵌設されている。リングギア３９ａには駆動ギア４１ａが噛合し、駆動ギア４１ａはモータ４２ａの出力軸に固着されている。同様に、リングギア３９ｂには駆動ギア４１ｂが噛合し、駆動ギア４１ｂはモータ４２ｂの出力軸に固着されている。モータ４２ａ，４２ｂは、モータドライバ１６に電気的に接続されている。

【0036】

モータ４２ａ，４２ｂは、回転角を検出することができるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いてモータの回転量を検出してもよい。モータ４２ａ，４２ｂの回転量がそれぞれ検出され、モータドライバ１６によりモータ４２ａ，４２ｂが個別に制御される。尚、エンコーダを直接リングギア３９ａ，３９ｂにそれぞれ取付け、エンコーダによりリングギア３９ａ，３９ｂの回転角を直接検出する様にしてもよい。

【0037】

駆動ギア４１ａ，４１ｂ、モータ４２ａ，４２ｂは、測定光射出部１１と干渉しない位置、例えばリングギア３９ａ，３９ｂの下側に設けられている。
投光レンズ２８、第１反射鏡２９、第２反射鏡３２、測定光偏向部３５ａ等は、投光光学系を構成し、反射測定光偏向部３５ｂ、結像レンズ３４等は受光光学系を構成する。

【0038】

測距演算部１３は、発光素子２７を制御し、測定光２３としてパルスレーザ光線を発光させる。測定光２３が、プリズム要素３７ａ，３７ｂ（測定光偏向部３５ａ）により、測定点に向うよう偏向される。

【0039】

測定対象物から反射された反射測定光２４は、プリズム要素３８ａ，３８ｂ（反射測定光偏向部３５ｂ）、結像レンズ３４を介して入射し、受光素子３３に受光される。受光素子３３は、受光信号を測距演算部１３に送出し、測距演算部１３は受光素子３３からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測定光２３が照射された点）の測距を行い、測距データは第１記憶部２０に格納される。而して、測定光２３をスキャンしつつ、パルス光毎に測距を行うことで各測定点の測距データが取得できる。

【0040】

射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、モータ４２ａ，４２ｂの回転角を検出する。又、射出方向検出部１５は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角に基づき、光学プリズム３６ａ，３６ｂの回転位置を演算する。

【0041】

更に、射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を演算し、演算結果は演算制御部１９に入力される。演算制御部１９は、測定光２３の射出方向から基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１、鉛直角θ２を演算し、各測定点について、水平角θ１、鉛直角θ２を測距データに関連付けることで、測定点の３次元データを求めることができる。

【0042】

姿勢検出部１７について説明する。姿勢検出部１７は、フレーム４５を有し、フレーム４５は筐体９に固定され、或は構造部材に固定され、レーザスキャナ３と一体となっている。フレーム４５にジンバルを介してセンサブロック４６が取付けられている。センサブロック４６は、直交する２軸を中心に３６０゜回転自在となっている。センサブロック４６には、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８が取付けられている。

【0043】

第１傾斜センサ４７は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、第２傾斜センサ４８は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。

【0044】

センサブロック４６のフレーム４５に対する２軸についての相対回転角は、エンコーダ４９，５０によって検出される様になっている。又、センサブロック４６を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が２軸に関して設けられており、モータは、第１傾斜センサ４７、第２傾斜センサ４８からの検出結果に基づきセンサブロック４６を水平に維持する様に、演算制御部１９によって制御される。

【0045】

センサブロック４６が傾斜していた場合（レーザスキャナ３が傾斜していた場合）、センサブロック４６に対する相対回転角がエンコーダ４９，５０によって検出され、エンコーダ４９，５０の検出結果に基づき、レーザスキャナ３の傾斜角、傾斜方向が検出される。センサブロック４６は、２軸について３６０゜回転自在であるので、姿勢検出部１７がどの様な姿勢となろうとも（例えば、姿勢検出部１７の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。

【0046】

姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、第２傾斜センサ４８の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、第２傾斜センサ４８は第１傾斜センサ４７に比べ検出精度が悪いのが一般的である。姿勢検出部１７では、高精度の第１傾斜センサ４７と高応答性の第２傾斜センサ４８を具備することで、第２傾斜センサ４８の検出結果に基づき姿勢制御を行い、第１傾斜センサ４７により高精度の姿勢検出を可能とする。

【0047】

第１傾斜センサ４７の検出結果で、第２傾斜センサ４８の検出結果を較正することができる。即ち、第１傾斜センサ４７が水平を検出した時のエンコーダ４９，５０の値、即ち実際の傾斜角と第２傾斜センサ４８が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、偏差に基づき第２傾斜センサ４８の傾斜角を較正することができる。

【0048】

従って、予め、第２傾斜センサ４８の検出傾斜角と、第１傾斜センサ４７による水平検出とエンコーダ４９，５０の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、第２傾斜センサ４８に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、第２傾斜センサ４８による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。

【0049】

演算制御部１９は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、第２傾斜センサ４８からの信号に基づき、モータを制御する。又、演算制御部１９は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち第１傾斜センサ４７が追従可能な状態では、第１傾斜センサ４７からの信号に基づき、モータを制御する。

【0050】

尚、第１記憶部２０には、第１傾斜センサ４７の検出結果と第２傾斜センサ４８の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。第２傾斜センサ４８からの信号に基づき、第２傾斜センサ４８による検出結果を較正する。この較正により、第２傾斜センサ４８による検出結果を第１傾斜センサ４７の検出精度迄高めることができる。よって、姿勢検出部１７による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

【0051】

撮像部１４は、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと平行な撮像光軸４３を有し、例えば５０°の画角を有するカメラであり、レーザスキャナ３のスキャン範囲を含む画像データを取得する。撮像光軸４３と射出光軸２６及び基準光軸Ｏとの関係は既知となっている。又、撮像部１４は、動画像、又は連続画像が取得可能である。

【0052】

撮像制御部２１は、撮像部１４の撮像を制御する。撮像制御部２１は、撮像部１４が動画像、又は連続画像を撮像する場合に、動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングとレーザスキャナ３でスキャンするタイミングとの同期を取っている。演算制御部１９は画像と点群データとの関連付けも実行する。

【0053】

撮像部１４の撮像素子４４は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、撮像光軸４３を原点とした座標系での画素座標を有し、画素座標によって画像素子上での位置が特定される。画像処理部２２は、撮像部１４で取得した画像データに操作装置４で表示させる情報を重ね合わせる画像処理等を行う。画像処理部２２が生成した画像は、演算制御部１９により操作装置４の操作画面に表示される。

【0054】

レーザスキャナ３の測定作動について説明する。三脚２を既知点、又は所定点に設置し、基準光軸Ｏを測定対象物に向ける。この時の基準光軸Ｏの水平角は、回転台５の水平角検出機能によって検出され、基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角は姿勢検出部１７によって検出される。

【0055】

偏向部３５の偏向作用、スキャン作用について、図４を参照して説明する。尚、図４では説明を簡略化するため、光学プリズム３６ａ，３６ｂについて、プリズム要素３７ａ，３７ｂとプリズム要素３８ａ，３８ｂとを分離して示している。又、図４は、プリズム要素３７ａ，３７ｂ、プリズム要素３８ａ，３８ｂが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏向角が得られる。又、最小の偏向角は、光学プリズム３６ａ，３６ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、光学プリズム３６ａ，３６ｂの相互の光学作用が相殺され、偏向角は０゜となる。従って、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て射出される測定光２３と、光学プリズム３６ａ，３６ｂを経て受光される反射測定光２４は、基準光軸Ｏと合致する。

【0056】

発光素子２７から測定光２３が発せられ、測定光２３は投光レンズ２８で平行光束とされ、測定光偏向部３５ａ（プリズム要素３７ａ，３７ｂ）を透過して測定対象物或は測定範囲に向けて射出される。ここで、測定光偏向部３５ａを透過することで、測定光２３はプリズム要素３７ａ，３７ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。測定対象物或は測定範囲で反射された反射測定光２４は、反射測定光偏向部３５ｂを透過して入射され、結像レンズ３４により受光素子３３に集光される。

【0057】

反射測定光２４が反射測定光偏向部３５ｂを透過することで、反射測定光２４は、受光光軸３１と合致する様にプリズム要素３８ａ，３８ｂによって偏向される（図４）。光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂとの回転位置の組み合わせにより、射出する測定光２３の偏向方向、偏向角を任意に変更することができる。

【0058】

従って、演算制御部１９は、発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、偏向部３５を制御することにより、測定光２３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、反射測定光偏向部３５ｂは、測定光偏向部３５ａと一体に回転していることは言う迄もない。

【0059】

更に、偏向部３５の偏向角を連続的に変更して測定光２３をスキャンしつつ測距を実行することでスキャン軌跡に沿って測距データ（スキャンデータ）を取得することができる。又、スキャン速度、スキャン密度等で定まるスキャン条件について、スキャン速度は、モータ４２ａ，４２ｂ間の関係を維持して、回転速度を増減することで、増減し、スキャン密度は、スキャン速度と測定光２３のパルス発光周期との関係を制御することで所望の値に設定できる。

【0060】

又、測定時の測定光２３の射出方向角は、モータ４２ａ，４２ｂの回転角により検出でき、測定時の射出方向角と測距データとを関連付けることで、３次元の測距データを取得することができる。従って、レーザスキャナ３を、３次元位置データを有する点群データを取得するレーザスキャナとして機能させることができる。

【0061】

次に、本実施形態の測量システム１により測定対象物の点群データを取得する処理について説明する。本実施形態の測定対象物は、直線状に延びるように形成される鉄製の棒状部材である鉄筋１００である。本実施形態の測量システム１は、鉄筋１００を含む視野の全体の測定結果を第１記憶部２０に記憶させるのではなく、鉄筋１００部分の測定結果のみを第１記憶部２０に記憶させる。

【0062】

図５は、鉄筋１００を基準光軸Ｏに沿ってみたＸ－Ｚ平面図である。図６は、鉄筋１００および測量システム１を上方からみたＸ－Ｙ平面図である。図７は、鉄筋１００及び測量システム１を側方からみたＹ－Ｚ平面図である。鉄筋１００は、第１方向（図５の奥行方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ（第１の鉄筋）と、第２方向（図５の左右方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ（第２の鉄筋）と、を備える。第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００とは、隣接した状態で方眼状に配置されている。

【0063】

図５に示すように、第１方向に沿って延びる複数の鉄筋１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ）は、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて平行に配置される。第２方向に沿って延びる複数の鉄筋１００（１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ）は、第１方向に間隔を空けて平行に配置される。第１方向に沿って延びる複数の鉄筋１００と、第２方向に沿って延びる複数の鉄筋１００とは、互いに隣接した状態で方眼状に配置される。

【0064】

図５から図７において、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚは、測量システム１のレーザスキャナ３の測定の基準点を通過する軸線である。軸線Ｙは、レーザスキャナ３の基準光軸Ｏと一致する軸線である。軸線Ｘ，Ｚは、互いに基準点で直交する軸線であり、それぞれ軸線Ｙと直交している。軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚにより定められる３次元空間上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、レーザスキャナ３を基準とした座標である。

【0065】

前述したように、軸線Ｙの水平角（水平面に対する傾斜角）は、姿勢検出部１７により検出可能である。よって、演算制御部１９は、姿勢検出部１７が検出した水平角に基づいて位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を補正することにより、水平面を基準とした位置を算出することができる。また、本実施形態の測量システム１は、姿勢検出部１７を備えないものとしてもよい。姿勢検出部１７を備えず、水平面を基準とした位置を算出するものであっても、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚによる三次元空間上の鉄筋１００の座標を検出し、鉄筋１００の配置状態（鉄筋の方向、間隔等）を検出することができる。

【0066】

図５から図７において、測定光２３は、鉄筋１００ａ上の位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を通過するように偏向部３５により偏向されている。Ｐｘは位置Ｐの軸線Ｘ上の座標であり、Ｐｙは位置Ｐの軸線Ｙ上の座標であり、Ｐｚは位置Ｐの軸線Ｚ上の座標である。

【0067】

図６に示すように、Ｘ－Ｙ平面（軸線Ｘ及び軸線Ｙが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３の射出方向とがなすＸ－Ｙ平面上の角度は、水平角θ１となっている。図７に示すように、Ｙ－Ｚ平面（軸線Ｙ及び軸線Ｚが配置される平面）において、軸線Ｙと測定光２３とがなすＹ－Ｚ平面上の角度は、鉛直角θ２となっている。射出方向検出部１５は、光学プリズム３６ａ，３６ｂの屈折率と回転位置に基づき、測定光２３の射出方向を示す水平角θ１及び鉛直角θ２を演算する。

【0068】

次に、演算制御部１９が実行する処理について図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９は、演算制御部１９が実行する処理を示すフローチャートである。演算制御部１９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

【0069】

ステップＳ８０１で、演算制御部１９は、測定領域Ｒを設定する。測定領域Ｒは、鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出する座標を絞り込むために設定する領域である。測定領域Ｒは、例えば、図７に示すように、複数段に積層して配置される鉄筋のうち最上層に配置される鉄筋１００のみを座標として検出するために設定される。測定領域Ｒは、鉄筋１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ（第１の測定対象物）と、鉄筋１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌ（第２の測定対象物）とを含む略平面状の領域である。

【0070】

測定領域Ｒは、例えば、測量システム１の操作者が３次元空間上の４点を指定することにより設定される。また、測定領域Ｒは、直交する２本の鉄筋（例えば、鉄筋１００ａと鉄筋１００ｇ）が交差する位置のスキャンを行って４つの交点を検出し、これらの交点の座標が含まれるように設定してもよい。

【0071】

ステップＳ８０２で、演算制御部１９は、スキャンによる測定光２３の測定領域Ｒ上に照射される円のサイズを決定する。演算制御部１９は、円の直径が予め設定された鉄筋の間隔の約０．５倍～約０．８倍となるように円のサイズを決定する。ここで、予め設定された鉄筋の間隔は、略平行に配列される鉄筋１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅの間隔、あるいは略平行に配列される鉄筋１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ，１００ｋ，１００ｌの間隔である。

【0072】

ステップＳ８０３で、演算制御部１９は、ステップＳ８０１で設定された測定領域Ｒのうち例えばレーザスキャナ３に最も近傍の位置など所定の位置にスキャンの中心位置Ｐｃを設定する。所定の位置は、予め定められた位置や操作者により操作装置４の操作画面を介して指定された位置とすることができる。演算制御部１９は、設定された中心位置Ｐｃを中心にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。ここで、スキャンとは、所定の中心位置Ｐｃに対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する動作をいう。

【0073】

ステップＳ８０４で、演算制御部１９は、ステップＳ８０３またはステップＳ８１３で算出された水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて、スキャンを行う。この時、演算制御部１９は、水平角θ１及び鉛直角θ２に応じた回転位置となるように光学プリズム３６ａと光学プリズム３６ｂを回転させることにより、所定の中心位置Ｐｃに対して測定光２３を円周方向に１回転分走査する。測距演算部１３は、測定光２３に対する受光素子３３からの受光信号に基づいて、測定光２３に含まれる複数のパルス毎に測定点の測距を行う。演算制御部１９は、測距演算部１３により測距された測距データを第１記憶部２０に格納する。

【0074】

図１０は、鉄筋１００ｂと鉄筋１００ｈの交差点をスキャンした状態を示す図である。図１１及び図１２は、鉄筋１００ｂと鉄筋１００ｈの交差点の近傍を示す部分拡大図である。図１０から図１２において、符号Ｐｃはスキャンの中心位置を示す。符号Ｔは中心位置Ｐｃを中心にスキャンされる測定光２３の走査軌跡を示す。図１１及び図１２の符号ＳＰはパルス状の測定光２３による複数の測定点を示す。

【0075】

図１１に示すように、鉄筋１００ｂと鉄筋１００ｈとの交差点を所定の中心位置Ｐｃ（Ｐｘｃ，Ｐｙｃ，Ｐｚｃ）を中心に円形の走査軌跡Ｔによりスキャンすると、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００ｂとが２箇所で交差する。また、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００ｈとが２箇所で交差する。鉄筋１００ｂ及び鉄筋１００ｈからの測定光２３が複数の測定点ＳＰで反射し、受光素子３３により受光される。

【0076】

ステップＳ８０５で、演算制御部１９は、ステップＳ８０３またはステップＳ８１３で算出された測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰの測距データとに基づいて、複数の測定点ＳＰの３次元座標の集合体である点群データを取得する。具体的に、演算制御部１９は、測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２を、各測定点ＳＰの測距データに関連付けることで、点群データを取得する。演算制御部１９は、取得した点群データを第１記憶部２０に格納する。

【0077】

ステップＳ８０６で、演算制御部１９は、ステップＳ８０５で第１記憶部２０に格納された点群データから、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００ｂとが交差する位置を示す交点Ｐ２，交点Ｐ４の座標を検出する。交点Ｐ２，交点Ｐ４は、図１１において中心位置Ｐｃの上方と下方に配置される。演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｐｃの下方の交点Ｐ４の座標を、中心位置Ｐｃの下方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。また、演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｐｃの上方の交点Ｐ２の座標を、中心位置Ｐｃの上方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。

【0078】

また、演算制御部１９は、ステップＳ８０５で第１記憶部２０に格納された点群データから、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００ｈとが交差する位置を示す交点Ｐ１，交点Ｐ３の座標を検出する。交点Ｐ１，交点Ｐ３は、図１１において中心位置Ｐｃの左方と右方に配置される。演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｐｃの左方の交点Ｐ１の座標を、中心位置Ｐｃの左方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。また、演算制御部１９は、例えば、中心位置Ｐｃの右方の交点Ｐ３の座標を、中心位置Ｐｃの右方の複数の点群データの座標の平均値を算出して求める。

【0079】

ここでは、複数の点群データの座標の平均値を算出して交点Ｐ１，交点Ｐ２，交点Ｐ３，交点Ｐ４の座標を求めたが、他の態様であってもよい。例えば、複数の点群データの座標とともに各点群データに対応する反射測定光２４の受光素子３３による受光強度を記憶しておき、複数の点群データのうち最も受光強度が高いものを交点の座標としてもよい。

【0080】

また、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で交点の座標を検出する際に、ステップＳ８０１で設定した測定領域Ｒに含まれない交点の座標を除外する。このようにすることで、演算制御部１９は、測定領域Ｒに含まれる座標を鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出することができる。これにより、測定対象ではない他の鉄筋や地面から得られる点群データ等を交点の座標から除外することができる。

【0081】

ステップＳ８０７で、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で４つの交点Ｐ１，交点Ｐ２，交点Ｐ３，交点Ｐ４の座標が検出されたかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ８０８へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ８０３を再び実行する。演算制御部１９は、ＮＯと判断した後にステップＳ８０３を実行する場合、スキャンの中心位置を任意の方向に移動させる。これは、スキャンの中心位置を任意の方向に移動させることにより、２つの鉄筋１００の交差点の周りの領域をスキャンして４つの交点の座標を検出するためである。

【0082】

ステップＳ８０８で、演算制御部１９は、ステップＳ８０７で検出した４つの交点の重心Ｐｇの座標を算出する。重心Ｐｇの座標を算出するのは、スキャンの中心位置を鉄筋１００ｂと鉄筋１００ｈとの交差点と一致させるためである。重心Ｐｇの座標（Ｐｘｇ，Ｐｙｇ，Ｐｚｇ）は、交点Ｐ１の座標（Ｐｘ１，Ｐｙ１，Ｐｚ１），交点Ｐ２の座標（Ｐｘ２，Ｐｙ２，Ｐｚ１），交点Ｐ３の座標（Ｐｘ３，Ｐｙ３，Ｐｚ３），交点Ｐ４の座標（Ｐｘ４，Ｐｙ４，Ｐｚ４）に基づいて、以下の式（１）－（３）により算出される。

【0083】

Ｐｘｇ＝（Ｐｘ１＋Ｐｘ２＋Ｐｘ３＋Ｐｘ４）／４ （１）
Ｐｙｇ＝（Ｐｙ１＋Ｐｙ２＋Ｐｙ３＋Ｐｙ４）／４ （２）
Ｐｚｇ＝（Ｐｚ１＋Ｐｚ２＋Ｐｚ３＋Ｐｚ４）／４ （３）

【0084】

ステップＳ８０９で、演算制御部１９は、ステップＳ８０３で設定した中心位置ＰｃとステップＳ８０８で算出した重心Ｐｇとの間の距離Ｌが所定距離以内であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ８１０へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ８１３へ処理を進める。所定距離は、例えば、走査軌跡Ｔの円のサイズの１０％～３０％程度の長さである。

【0085】

ステップＳ８１３で、演算制御部１９は、ステップＳ８０３で設定した中心位置ＰｃとステップＳ８０８で算出した重心Ｐｇとの間の距離Ｌが所定距離より大きいため、中心位置Ｐｃを重心Ｐｇと一致させるようにスキャンの中心位置Ｐｃを設定する。演算制御部１９は、設定された中心位置Ｐｃを中心にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。演算制御部１９は、ステップＳ８０９とステップＳ８１３の処理を繰り返し実行し、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００が交差する交差位置にスキャンの中心位置Ｐｃが配置されるように偏向部３５の偏向作動を制御する。

【0086】

図１２は、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００が交差する交差位置にスキャンの中心位置Ｐｃが配置された状態を示す。図１２に示すように、重心Ｐｇと中心位置Ｐｃとの間の距離が所定距離以下となると、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００が交差する交差位置にスキャンの中心位置Ｐｃが配置された状態となる。

【0087】

ステップＳ８１０で、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で検出した交点Ｐ２の座標（Ｐｘ２，Ｐｙ２，Ｐｚ２）及び交点Ｐ４の座標（Ｐｘ４，Ｐｙ４，Ｐｚ４）に基づいて第１方向（図５の奥行方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ｂ（第１の鉄筋）の配列方向ＡＤ１を特定する。演算制御部１９は、交点Ｐ４と交点Ｐ２を結ぶベクトルを配列方向ＡＤ１として特定する。配列方向ＡＤ１は、鉄筋１００ｂが配列される方向を示しており、配列方向ＡＤ１の延長線上に鉄筋１００ｂが配置されていると推定される。

【0088】

ステップＳ８１１で、演算制御部１９は、ステップＳ８０６で検出した交点Ｐ１の座標（Ｐｘ１，Ｐｙ１，Ｐｚ１）及び交点Ｐ３の座標（Ｐｘ３，Ｐｙ３，Ｐｚ３）に基づいて第２方向（図５の左右方向）に沿って直線状に延びる鉄筋１００ｈ（第２の鉄筋）の配列方向ＡＤ２を特定する。演算制御部１９は、交点Ｐ１と交点Ｐ３を結ぶベクトルを配列方向ＡＤ２として特定する。配列方向ＡＤ２は、鉄筋１００ｈが配列される方向を示しており、配列方向ＡＤ２の延長線上に鉄筋１００ｈが配置されていると推定される。

【0089】

ステップＳ８１２で、演算制御部１９は、鉄筋１００の配列方向を特定するための測定を終了するかどうかを判定し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を終了させ、ＮＯであればステップＳ８０３以降の処理を再び実行する。演算制御部１９は、ＮＯと判断した後にステップＳ８０３を実行する場合、スキャンの中心位置Ｐｃを任意の方向に移動させる。

【0090】

スキャンの中心位置Ｐｃを任意の方向に移動させるのは、すでに配列方向を特定した鉄筋１００ｂ及び鉄筋１００ｈとは異なる他の鉄筋１００の配列方向を特定するためである。例えば、演算制御部１９は、図１０に破線で示すように、鉄筋１００ａと鉄筋１００ｉとの交差点を囲む走査軌跡Ｔとなるようにスキャンの中心位置Ｐｃを移動させる。このような処理を繰り返すことにより、第１の鉄筋１００と第２の鉄筋１００とが交差する複数の交差点を検出し、各交差点における鉄筋１００の配列方向を特定することができる。

【0091】

図１３は、鉄筋１００の配列方向を示すＸ－Ｙ平面図である。図１３に破線で示す鉄筋１００ａ～１００ｌは、それぞれ図８及び図９に示す鉄筋１００の配列方向を特定する処理によって特定された鉄筋１００の配列方向に基づいて設定された領域であり、鉄筋１００が配置されると推定される領域である。演算制御部１９は、スキャンの中心位置Ｐｃが、鉄筋１００が配置されると推定される領域に所定の間隔（例えば、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚの三次元空間上で等間隔）で移動するように、偏向部３５の偏向作動を制御する。

【0092】

図１３に示す中心位置Ｐｃは、鉄筋１００が配置されると推定される領域を測量システム１がスキャンする際のスキャンの中心位置を示す。演算制御部１９は、中心位置Ｐｃを設定した状態で測定光２３による鉄筋１００のスキャンを行って点群データを取得し、点群データの座標の平均値を算出して測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００との交点の座標を検出する。

【0093】

演算制御部１９は、図１３に示すそれぞれの中心位置Ｐｃについてスキャンを行うことにより、鉄筋１００ａ～１００ｌと測定光２３の走査軌跡Ｔとの交点の座標を検出することができる。図８及び図９に示す鉄筋１００の配列方向を特定する処理によって複数の鉄筋１００の配列方向が予め特定されているため、特定された配列方向に沿ってスキャンの中心位置Ｐｃを移動させることにより、複数の鉄筋１００を確実に測定することができる。スキャンの中心位置Ｐｃは、特定された配列方向に沿って鉄筋１００上を移動してもよく、特定された配列方向に沿って複数の鉄筋１００同士の間を通って移動してもよい。図１３に表した例では、スキャンの中心位置Ｐｃは、特定された配列方向に沿って鉄筋１００上を移動している。

【0094】

以上説明した本実施形態の測量システム１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の測量システム１によれば、演算制御部１９により、測距部３Ａの測距結果と偏向部３５により偏向される射出方向に基づいて、直線状に形成される鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡Ｔとの交点の座標が検出される。そして、演算制御部１９は、複数の交点の座標に基づいて鉄筋１００の配列方向ＡＤ１，ＡＤ２を特定する。鉄筋１００の配列方向ＡＤ１，ＡＤ２が特定されるため、特定された配列方向ＡＤ１，ＡＤ２に沿って鉄筋１００の局所的な測定を効率よく実行することができる。

【0095】

また、本実施形態の測量システム１によれば、直線状に延びる第１の鉄筋１００と、それに直交する方向に沿って直線状に延びる第２の鉄筋１００が交差する交差位置に測定光２３の走査軌跡Ｔの所定の中心位置Ｐｃを配置することにより、所定の中心位置Ｐｃに対して点対称の位置に配置される２対の交点の座標が検出される。そして、この２対の交点の一方の座標と他方の座標に基づいて、第１の鉄筋１００の配列方向ＡＤ１と第２の鉄筋１００の配列方向ＡＤ２を同時に特定することができる。

【0096】

また、本実施形態の測量システム１によれば、４つの交点を検出した場合にこれらの交点の座標の重心Ｐｇを測定光２３の走査軌跡Ｔの中心位置Ｐｃと一致させることにより、所定の中心位置Ｐｃに対して点対称の位置に配置される２対の交点の座標を確実に検出することができる。

【0097】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る測量システムについて説明する。
第１実施形態の測量システムは、直交する２本の鉄筋１００が交差する交差点のスキャンを行って２対の交点の座標を検出し、２対の交点に基づいて鉄筋１００の配列方向を特定するものであった。それに対して、本実施形態は、直径が異なる複数の走査軌跡Ｔにより鉄筋１００のスキャンを行って複数の交点の座標を検出し、隣接する交点の座標から鉄筋１００の配列方向を特定するものである。

【0098】

本実施形態の測量システムが備える演算制御部１９が実行する処理について図１４を参照して説明する。図１４は、演算制御部１９が実行する処理を示すフローチャートである。図１５は、鉄筋１００をスキャンした状態を示すＸ－Ｙ平面図である。図１６は、図１５に示すＸ－Ｙ平面図の部分拡大図である。

【0099】

ステップＳ１４０１で、演算制御部１９は、測定領域Ｒを設定する。測定領域Ｒは、鉄筋１００と測定光２３の走査軌跡との交点の座標として検出する座標を絞り込むために設定する領域である。本実施形態で設定される測定領域Ｒは、第１実施形態で設定される測定領域Ｒと同様である。
ステップＳ１４０２で、演算制御部１９は、スキャンによる測定光２３の測定領域Ｒ上に照射される走査軌跡Ｔの円のサイズを決定する。

【0100】

ステップＳ１４０３で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０１で設定された測定領域Ｒの所定の位置にスキャンの中心位置Ｐｃを設定する。所定の位置は、予め定められた位置や操作者により操作装置４の操作画面を介して指定された位置とすることができる。演算制御部１９は、設定された中心位置Ｐｃを中心にスキャンを行うように、基準光軸Ｏに対する測定点の水平角θ１及び鉛直角θ２を算出する。

【0101】

ステップＳ１４０４で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０３で算出された水平角θ１及び鉛直角θ２に基づいて、スキャンを行う。ステップＳ１４０４で演算制御部１９が実行する処理は、第１実施形態のステップＳ８０４で演算制御部１９が実行する処理と同様である。

【0102】

ステップＳ１４０５で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０３で算出された測定光２３の水平角θ１及び鉛直角θ２と、第１記憶部２０に格納された複数の測定点ＳＰの測距データとに基づいて、複数の測定点ＳＰの３次元座標の集合体である点群データを取得する。ステップＳ１４０５で演算制御部１９が実行する処理は、第１実施形態のステップＳ８０５で演算制御部１９が実行する処理と同様である。

【0103】

ステップＳ１４０６で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０５で第１記憶部２０に格納された点群データから、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００とが交差する位置を示す交点Ｐの座標を検出する。図１６に示す複数の交点Ｐは、測定光２３の走査軌跡Ｔと鉄筋１００とが交差する位置を示している。

【0104】

ステップＳ１４０７で、演算制御部１９は、測定光２３による鉄筋１００のスキャンを終了するかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１４０８に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１４０２を再び実行する。ステップＳ１４０２を再び実行する場合、例えば、ステップＳ１４０２で円のサイズが一定の割合で大きくなるように円のサイズを設定する。また、例えば、ステップＳ１４０３でスキャンの中心位置Ｐｃが変化しないようにする。

【0105】

ステップＳ１４０２からステップＳ１４０７までの処理を繰り返すことにより、スキャンの中心位置Ｐｃを一定の位置としたまま、測定光２３の測定領域Ｒでの走査軌跡Ｔの円のサイズが徐々に大きくなる。これにより、図１５に示すように、中心位置Ｐｃを同一とする複数の同心円形状の走査軌跡Ｔが生成される。

【0106】

ステップＳ１４０８で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０６で検出された複数の交点Ｐの中から隣接する複数の交点（例えば、隣接する２つの交点）の組を抽出する。図１６に示すように、演算制御部１９は、例えば、隣接する２つの交点の組として、交点Ｐ１ｂと交点Ｐ２ｂ，交点Ｐ３ｂと交点Ｐ４ｂ，交点Ｐ１ｃと交点Ｐ２ｃ，交点Ｐ３ｃと交点Ｐ４ｃ，交点Ｐ１ｉと交点Ｐ２ｉ，交点Ｐ３ｉと交点Ｐ４ｉの６組を抽出する。

【0107】

ステップＳ１４０９で、演算制御部１９は、ステップＳ１４０８で抽出された隣接して配置される一対の交点の座標に基づいて鉄筋１００の配列方向を特定する。演算制御部１９は、ステップＳ１４０９の処理が終了すると本フローチャートの処理を終了させる。演算制御部１９は、鉄筋１００ｂの配列方向を特定する場合、交点Ｐ１ｂと交点Ｐ２ｂを結ぶベクトルと、交点Ｐ３ｂと交点Ｐ４ｂを結ぶベクトルをそれぞれ算出し、２つのベクトルを平均化することにより鉄筋１００ｂの配列方向を特定する。

【0108】

同様に、演算制御部１９は、鉄筋１００ｃの配列方向を特定する場合、交点Ｐ１ｃと交点Ｐ２ｃを結ぶベクトルと、交点Ｐ３ｃと交点Ｐ４ｃを結ぶベクトルをそれぞれ算出し、２つのベクトルを平均化することにより鉄筋１００ｃの配列方向を特定する。同様に、演算制御部１９は、鉄筋１００ｉの配列方向を特定する場合、交点Ｐ１ｉと交点Ｐ２ｉを結ぶベクトルと、交点Ｐ３ｉと交点Ｐ４ｉを結ぶベクトルをそれぞれ算出し、２つのベクトルを平均化することにより鉄筋１００ｉの配列方向を特定する。

【0109】

図１４に示す処理により鉄筋１００の配列方向を特定する処理が実行された後、演算制御部１９は、スキャンの中心位置Ｐｃが、鉄筋１００が配置されると推定される領域に所定の間隔（例えば、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚの三次元空間上で等間隔）で移動するように、偏向部３５の偏向作動を制御する。

【0110】

演算制御部１９は、それぞれの中心位置Ｐｃについてスキャンを行うことにより、鉄筋１００ａ～１００ｌと測定光２３の走査軌跡Ｔとの交点の座標を検出することができる。図１４に示す鉄筋１００の配列方向を特定する処理によって複数の鉄筋１００の配列方向が予め特定されているため、特定された配列方向に沿ってスキャンの中心位置Ｐｃを移動させることにより、複数の鉄筋１００を確実に測定することができる。第１実施形態に係る測量システムに関して前述したように、スキャンの中心位置Ｐｃは、特定された配列方向に沿って鉄筋１００上を移動してもよく、特定された配列方向に沿って複数の鉄筋１００同士の間を通って移動してもよい。

【0111】

以上説明した本実施形態の測量システムが奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の測量システムによれば、隣接して配置される一対の交点の座標は同一の鉄筋１００の測定結果である可能性が極めて高いため、隣接して配置される一対の交点の座標に基づいて鉄筋１００の配列方向を確実に特定することができる。

【0112】

また、本実施形態の測量システムによれば、複数対の交点の座標に基づいて複数の配列方向を算出し、例えば、平均化処理等を行うことにより、鉄筋１００の配列方向を高精度に特定することができる。
また、本実施形態の測量システムによれば、直径の異なる複数の円形の走査軌跡で第１の鉄筋１００と第１の鉄筋と直交する方向に配列される第２の鉄筋１００とを含む領域を円形の走査軌跡で走査することにより、この領域に含まれる鉄筋１００と測定光２３との複数の交点の座標を効率よく検出することができる。

【0113】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【0114】

以上の説明において、測定対象物は鉄筋であるものとしたが、直線状に形成されるものであれば、他の態様であってもよい。

【0115】

以上の説明においては、偏向部３５を一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂから構成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、２軸ガルバノミラーを用いて一対の光学プリズム３６ａ，３６ｂと同様の機能を達成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0116】

１・・・測量システム、 ３・・・レーザスキャナ、 ３Ａ・・・測距部、 ４・・・操作装置、 １１・・・測定光射出部、 １７・・・姿勢検出部、 １９・・・演算制御部、 ２３・・・測定光、 ３５・・・偏向部、 １００・・・鉄筋、 ＡＤ１，ＡＤ２・・・配列方向、 Ｏ・・・基準光軸、 Ｐ・・・交点、 Ｐｃ・・・中心位置、 Ｐｇ・・・重心、 Ｒ・・・測定領域、 Ｔ・・・走査軌跡、 Ｘ，Ｙ，Ｚ・・・軸線、 θ１，θ２・・・水平角

【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】