特許 7565822 三次元位置測定システム，測定方法，および測定プログラム

(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】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】三次元位置測定システム，測定方法，および測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021031371

(22)【出願日】2021-03-01

(65)【公開番号】P2022132750

(43)【公開日】2022-09-13

【審査請求日】2024-02-22

(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】110004060

【氏名又は名称】弁理士法人あお葉国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100139745

【弁理士】

【氏名又は名称】丹波 真也

(74)【代理人】

【識別番号】100077986

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100187182

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 由希

(74)【代理人】

【識別番号】100207642

【弁理士】

【氏名又は名称】簾内 里子

(74)【代理人】

【識別番号】100168088

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 悠

(72)【発明者】

【氏名】菊池 武志

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－２１６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－６００１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０４５５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定点に対して測距光によるノンプリズム測距ができる測距部，前記測距光の光軸方向を撮像する撮像部，前記測距部の向く鉛直角と水平角を測角する測角部，前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を設定された角度に駆動する駆動部，および通信部を備える測量機と、
作業者によって携帯され、位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，前記出射口から前記測定点までのレーザ距離を測る距離計，および通信部を備える計測マーカーと、
前記作業者の頭部に装着され、前記作業者の目を覆うディスプレイ，前記作業者の視線方向を撮像する撮像部，位置センサ，姿勢センサ，および通信部を備えるアイウェア装置と、
前記測量機，前記計測マーカー，および前記アイウェア装置と通信し、前記測量機，前記計測マーカー，および前記アイウェア装置の座標空間を同期させ、前記測量機の前記撮像部と前記アイウェア装置の前記撮像部が撮像した前記測定点を含む画像から画像解析で前記測定点の特定三次元位置を算出する演算器と、
を備える三次元位置測定システムで、
複数ある前記測定点に対して、前記作業者によって測定指示が出された順に、前記特定三次元位置を前記測量機で測定する
ことを特徴とする三次元位置測定システム。

【請求項2】

複数ある前記測定点のうちのある測定点に対し、前記作業者が前記アイウェア装置で前記測定点を視認しながら前記計測マーカーの前記レーザ光を照射して、前記測定指示が出されると、
前記計測マーカーは、前記計測マーカーの前記位置センサおよび前記姿勢センサから前記出射口の位置および姿勢を算出するとともに、前記距離計で前記レーザ距離を測り、前記アイウェア装置は、前記アイウェア装置の前記撮像部で前記レーザ光の像を含む画像を撮像し、前記測量機は、前記計測マーカーの前記出射口の位置と姿勢と前記レーザ距離からオフセット観測で算出された前記測定点の概略三次元位置を基に、前記測量機の前記撮像部で前記レーザ光の像を含む画像を撮像し、前記演算器は、前記画像解析として、前記測量機の前記撮像部と前記アイウェア装置の前記撮像部が撮像した前記レーザ光の像を含む画像を画像マッチングして、前記レーザ光の像の終点位置を前記測定点の位置とし前記特定三次元位置を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置測定システム。

【請求項3】

前記三次元位置測定システムは、さらに、前記作業者の測量現場のＣＡＤ設計データを記憶する記憶装置を備え、前記演算器は、前記測量機，前記計測マーカー，前記アイウェア装置，および前記ＣＡＤ設計データの座標空間を同期させ、前記アイウェア装置の前記ディスプレイに、前記アイウェア装置の位置・姿勢で見える前記ＣＡＤ設計データのワイヤーフレームを、前記測量現場の実風景に重ねて表示する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置測定システム。

【請求項4】

前記三次元位置測定システムは、さらに、前記作業者が測量現場で確認できる表示部を備え、前記表示部には、複数ある前記測定点の、前記測量機が測定した三次元位置データが、測定順に、識別ＩＤとともに一覧表示される
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置測定システム。

【請求項5】

前記三次元位置測定システムは、前記測量機による測定が失敗した測定点が生じた場合、前記アイウェア装置を介して前記作業者に通知し、前記アイウェア装置を介して該測定点の処理をどうするか尋ねる選択を前記作業者にさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元位置測定システム。

【請求項6】

前記三次元位置測定システムは、前記画像解析の所要時間がかかるほど、前記測定の測定精度の指標を下げ、前記一覧表示において、前記測定精度の指標を併せて表示する
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元位置測定システム。

【請求項7】

測量機と、計測マーカーと、アイウェア装置と、演算器と、を備え、
複数ある測定点に対して、作業者が測定指示した順に、以下の（ａ）～（ｅ）を繰り返すことを特徴とする三次元位置測定方法。
（ａ）測定点に照射された前記計測マーカーのレーザ光の出射口の位置情報および姿勢情報と、前記出射口から前記測定点までのレーザ距離を前記演算器に送信するステップと、
（ｂ）前記アイウェア装置の撮像部で前記（ａ）ステップの時の前記レーザ光の像を含む画像を取得するステップと、
（ｃ）前記計測マーカーの前記出射口の位置と姿勢と前記レーザ距離から、オフセット観測で、前記測定点の概略三次元位置を算出し、前記測量機の撮像部で前記概略三次元位置を撮像し、前記レーザ光の像を含む画像を取得するステップと、
（ｄ）前記（ｂ）ステップの前記アイウェア装置の画像と、前記（ｃ）ステップの前記測量機の画像を画像マッチングして、前記レーザ光の像の終点位置を前記（ａ）ステップの前記測定点の特定三次元位置とするステップと、
（ｅ）前記特定三次元位置を前記測量機で測定するステップ。

【請求項8】

請求項７に記載の三次元位置測定方法を、コンピュータプログラムで記載し、それを実行可能にすることを特徴とする三次元位置測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の測定点の三次元位置を正確迅速に測定するためのシステム，方法，およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

測量では、測定点を何らかの方法で指定して、測量機（トータルステーション）を使用して測定点を視準し、測定（測距・測角）する。近年の測量機は、測量機が概略測定点のほうを向けば、測定点を自動視準するので、作業者は一人で測量することも可能となっている。

【0003】

ここで、複数の測定点を測定する場合、測定は図１３のような手順で行われる。図１３おいて、作業者が行う作業は細枠、器械が行う作業は太枠で示されている。まずステップＳ１００１で、作業者は一つ目の測定点に移動する。次にステップＳ１００２で、測定点を指定した作業者は、測量機に測定指示を出す。次にステップＳ１００３で、測量機は、測定指示を受信する。次にステップＳ１００４で、測量機は、測定点を探索する。次にステップＳ１００５で、測量機は測定点を視野内に捉えると、自動で測定する。このステップＳ１００１～Ｓ１００５の作業が、複数の測定点に対して繰り返される。

【0004】

このうち、ステップＳ１００４の測定点の探索時間を短縮する技術は多々あり、例えば特許文献１では、測量機の視野で測定点を探索すると時間がかかることから、測量機に扇状レーザを備え、扇状レーザで測定点の概略位置を探索し、測定点の探索時間を早める技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－２２９１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のような技術によって、測定点の探索時間（ステップＳ１００４）を早めることはできる。しかし、測定点がｘ１，ｘ２，ｘ３，…ｘｎ，…と複数ある場合、作業者は、測定点ｘｎを指定して、測量機が測定点ｘｎを測定（ステップＳ１００３～Ｓ１００５）するのを待ち、次の測定点ｘｎ+１に移動して、測量機が測定点ｘｎ+１を測定（ステップＳ１００３～Ｓ１００５）するのを待ち、次の測定点ｘｎ+２に移動して、測量機が測定点ｘｎ+２を測定（ステップＳ１００３～Ｓ１００５）するのを待ち、…と作業する。すなわち、作業者は、測量機による測定が完了しない限り、次の測定点に移動するのを待たなくてはならない。このため、作業者からは、測量機による測定を待たずに、測定点を次々と指定したいという要望がある。

【0007】

本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、複数の測定点の三次元位置を正確迅速に測定するためのシステム，方法，およびプログラム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】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の三次元位置測定システムは、測定点に対して測距光によるノンプリズム測距ができる測距部，前記測距光の光軸方向を撮像する撮像部，前記測距部の向く鉛直角と水平角を測角する測角部，前記測距部の前記鉛直角および前記水平角を設定された角度に駆動する駆動部，および通信部を備える測量機と、作業者によって携帯され、位置センサ，姿勢センサ，可視光のレーザ光を軸方向に出射するレーザ出射部，前記レーザ光の出射口，前記出射口から前記測定点までのレーザ距離を測る距離計，および通信部を備える計測マーカーと、前記作業者の頭部に装着され、前記作業者の目を覆うディスプレイ，前記作業者の視線方向を撮像する撮像部，位置センサ，姿勢センサ，および通信部を備えるアイウェア装置と、前記測量機，前記計測マーカー，および前記アイウェア装置と通信し、前記測量機，前記計測マーカー，および前記アイウェア装置の座標空間を同期させ、前記測量機の前記撮像部と前記アイウェア装置の前記撮像部が撮像した前記測定点を含む画像から画像解析で前記測定点の特定三次元位置を算出する演算器と、を備える三次元位置測定システムで、複数ある前記測定点に対して、前記作業者によって測定指示が出された順に、前記特定三次元位置を前記測量機で測定することを特徴とする。

【0009】

上記態様において、複数ある前記測定点のうちのある測定点に対し、前記作業者が前記アイウェア装置で前記測定点を視認しながら前記計測マーカーの前記レーザ光を照射して、前記測定指示が出されると、前記計測マーカーは、前記計測マーカーの前記位置センサおよび前記姿勢センサから前記出射口の位置および姿勢を算出するとともに、前記距離計で前記レーザ距離を測り、前記アイウェア装置は、前記アイウェア装置の前記撮像部で前記レーザ光の像を含む画像を撮像し、前記測量機は、前記計測マーカーの前記出射口の位置と姿勢と前記レーザ距離からオフセット観測で算出された前記測定点の概略三次元位置を基に、前記測量機の前記撮像部で前記レーザ光の像を含む画像を撮像し、前記演算器は、前記画像解析として、前記測量機の前記撮像部と前記アイウェア装置の前記撮像部が撮像した前記レーザ光の像を含む画像を画像マッチングして、前記レーザ光の像の終点位置を前記測定点の位置とし前記特定三次元位置を算出するのも好ましい。

【0010】

上記態様において、前記三次元位置測定システムは、さらに、前記作業者の測量現場のＣＡＤ設計データを記憶する記憶装置を備え、前記演算器は、前記測量機，前記計測マーカー，前記アイウェア装置，および前記ＣＡＤ設計データの座標空間を同期させ、前記アイウェア装置の前記ディスプレイに、前記アイウェア装置の位置・姿勢で見える前記ＣＡＤ設計データのワイヤーフレームを、前記測量現場の実風景に重ねて表示するのも好ましい。

【0011】

上記態様において、前記三次元位置測定システムは、さらに、前記作業者が測量現場で確認できる表示部を備え、前記表示部には、複数ある前記測定点の、前記測量機が測定した三次元位置データが、測定順に、識別ＩＤとともに一覧表示されるのも好ましい。

【0012】

上記態様において、前記三次元位置測定システムは、前記測量機による測定が失敗した測定点が生じた場合、前記アイウェア装置を介して前記作業者に通知し、前記アイウェア装置を介して該測定点の処理をどうするか尋ねる選択を前記作業者にさせるのも好ましい。

【0013】

上記態様において、前記三次元位置測定システムは、前記画像解析の所要時間がかかるほど、前記測定の測定精度の指標を下げ、前記一覧表示において、前記測定精度の指標を併せて表示するのも好ましい。

【0014】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の三次元位置測定方法は、測量機と、計測マーカーと、アイウェア装置と、演算器と、を備え、複数ある測定点に対して、作業者が測定指示した順に、以下の（ａ）～（ｅ）を繰り返すことを特徴とする。（ａ）測定点に照射された前記計測マーカーのレーザ光の出射口の位置情報および姿勢情報と、前記出射口から前記測定点までのレーザ距離を前記演算器に送信するステップと、（ｂ）前記アイウェア装置の撮像部で前記（ａ）ステップの時の前記レーザ光の像を含む画像を取得するステップと、（ｃ）前記計測マーカーの前記出射口の位置と姿勢と前記レーザ距離から、オフセット観測で、前記測定点の概略三次元位置を算出し、前記測量機の撮像部で前記概略三次元位置を撮像し、前記レーザ光の像を含む画像を取得するステップと、（ｄ）前記（ｂ）ステップの前記アイウェア装置の画像と、前記（ｃ）ステップの前記測量機の画像を画像マッチングして、前記レーザ光の像の終点位置を前記（ａ）ステップの前記測定点の特定三次元位置とするステップと、（ｅ）前記特定三次元位置を前記測量機で測定するステップ。

【0015】

上記態様の三次元位置測定方法を、コンピュータプログラムで記載し、それを実行可能にする三次元位置測定プログラムも好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、複数の測定点の三次元位置を正確迅速に測定する技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係る三次元位置測定システムの外観斜視図である。

【図2】同測定システムの構成ブロック図である。

【図3】同測定システムに係る測量機の構成ブロック図である。

【図4】同測定システムに係る計測マーカーであって、（Ａ）計測マーカーの斜視図、（Ｂ）計測マーカーの構成ブロック図である。

【図5】同測定システムに係るアイウェア装置であって、（Ａ）アイウェア装置の斜視図、（Ｂ）アイウェア装置の構成ブロック図である。

【図6】同測定システムに係る処理装置の構成ブロック図である。

【図7】本発明の実施の形態に係る三次元位置測定方法のフローであって、（Ａ）作業者による作業フロー、（Ｂ）測定システムの作業フローである。

【図8A】同測定方法の作業イメージ図であって、作業者による作業イメージである。

【図8B】同測定方法の作業イメージ図であって、測定システムの作業イメージである。

【図9】同測定方法による測定結果の表示例である。

【図10】変形例１に係るアイウェア装置の表示例である。

【図11】変形例２に係る測定結果の表示例である。

【図12】変形例３に係る三次元位置測定システムの構成ブロック図であり、（Ａ）測量機が備えた場合の構成ブロック図、（Ｂ）アイウェア装置が備えた場合の構成ブロック図、（Ｃ）計測マーカーが備えた場合の構成ブロック図である。

【図13】測定点が複数ある場合の、従来的な作業フローである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0019】

１．第１の実施形態
１－１．測定システムの構成
図１は本発明の実施の形態に係る三次元位置測定システムの外観斜視図であり、測量現場での作業イメージを示している。図２は同測定システムの構成ブロック図である。図１に示すように、三次元位置測定システム１（以下、単に測定システム１と称する）は、測量機２と、処理装置３と、計測マーカー４と、アイウェア装置５を備える。

【0020】

測定システム１において、測量機２，処理装置３，計測マーカー４，およびアイウェア装置５は、相互に無線通信が可能である。図２に示すように、処理装置３は、測量機２，計測マーカー４，およびアイウェア装置５を同期させ種々の処理を行う演算器３２（後述する）と、測量現場の設計データを記憶している記憶装置３３（後述する）を備えている。

【0021】

測量機２，処理装置３，計測マーカー４，およびアイウェア装置５の構成について詳しく説明する。

【0022】

１－２．測量機の構成
測量機２は、測量現場に三脚を用いて据え付けられる。測量機２は、下方から、整準部、整準部の上に設けられた基盤部、該基盤部上を水平回転する托架部２ｂ、托架部２ｂの中央で鉛直回転する望遠鏡２ａを備える。図３は測定システム１に係る測量機２の構成ブロック図である。測量機２は、モータドライブトータルステーションであり、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部２３、鉛直回転駆動部２４、制御部２５、記憶部２６、撮像部２７、測距部２８、および通信部２９を備える。要素２１，２２，２３，２４，２５，２６，および２９は托架部２ｂに収容され、測距部２８と撮像部２７は望遠鏡２ａに収容されている。また、測量機２は、従来的な測定を行うためのインターフェイスとしての表示部や操作部を備えている（図示略）。

【0023】

水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、エンコーダである。水平角検出器２１は、托架部２ｂの回転軸に設けられ、托架部２ｂの水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、望遠鏡２ａの回転軸に設けられ、望遠鏡２ａの鉛直角を検出する（検出器２１，２２が請求項の「測角部」である）。水平回転駆動部２３と鉛直回転駆動部２４はモータである。水平回転駆動部２３は、托架部２ｂの回転軸を動かし、鉛直回転駆動部２４は、望遠鏡２ａの回転軸を動かす（駆動部２３，２４が請求項の「駆動部」である）。駆動部２３，２４の協働により、望遠鏡２ａの向きが変更される。

【0024】

測距部２８は、送光部と受光部を備え、例えば赤外パルスレーザ等の測距光２´（図１）を送光部から出射し、その反射光を受光部で受光し、測距光２´と内部参照光との位相差から測距する。測距部２８は、測距光２´をプリズムに反射させてプリズムを測距する反射プリズム測距と、測距光２´をプリズム以外の対象に照射して対象を測距するノンプリズム測距の両方が可能である。撮像部２７は、イメージセンサ（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）である。撮像部２７は、望遠鏡２ａ内で測距部２８と一体に構成され、測距光２´の光軸方向を撮影する。撮像部２７は、測距部２８の測距光２´の光軸を原点として、原点の上下方向及び左右方向を広角度で撮像可能である。通信部２９は、例えば処理装置３の通信部３１（後述する）と同等の通信規格を備える。

【0025】

制御部２５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ）を備え、制御として、通信部２９を介した情報の送受信、駆動部２３,２４による各回転軸の駆動、測距部２８による測距、検出器２１，２２による測角、撮像部２７による撮像を行う。記憶部２６は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｍｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。ＲＯＭには制御部２５のためのプログラムが格納され、ＲＡＭに読み出されて各制御が実行される。測量機２が測定（測距・測角）した三次元位置データは、後述する記録場所に記録される。

【0026】

１－３．計測マーカーの構成
計測マーカー４は、作業者により携帯され、測定点Ｘ（図１）の付近で使用される。図４Ａは測定システム１に係る計測マーカー４の斜視図、図４Ｂは同計測マーカー４の構成ブロック図である。図４Ａに示すように、計測マーカー４は、作業者が手持ちで取り扱える程度の長さを有するスティック体４０と、その先端にレーザ光４´（図１）の出射口４ｂを備える。図４Ｂに示すように、計測マーカー４は、通信部４１、制御部４２、記憶部４３、加速度センサ４４、ジャイロセンサ４５、ＧＰＳ装置４６、レーザ出射部４７、距離計４８、および操作ボタン群４９を備える。

【0027】

通信部４１は、例えば処理装置３の通信部３１（後述する）と同等の通信規格を備える。加速度センサ４４は、計測マーカー４の３軸方向の加速度を検出する。ジャイロセンサ４５は、計測マーカー４の３軸回りの回転を検出する。加速度センサ４４とジャイロセンサ４５が、請求項における計測マーカー４の「姿勢センサ」である。ＧＰＳ装置４６は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ・Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ・Ｓｙｓｔｅｍ）からの信号で計測マーカー４の位置を検出する。ＧＰＳ装置４６が、請求項における計測マーカー４の「位置センサ」である。ＧＰＳ装置４６は、ＧＮＳＳ、準天頂衛星システム、ＧＡＬＩＬＥＯ、或いはＧＬＯＮＡＳによる測位情報を用いるものであってもよい。

【0028】

レーザ出射部４７は、光源とその発光制御ＩＣを備え、可視色のレーザ光４´を、計測マーカー４のスティック体４０の軸方向（以降、方向を出射口４ｂに向かう方向に特定して、マーカー軸方向４ｒと称する。マーカー軸方向４ｒが請求項における「軸方向」である）に、直線的に発する。距離計４８は、送光部と受光部を備え、例えば赤外パルスレーザ等の測距光（以降、測量機２の測距光２´と区別するためにマーカー測距光４８´と称する。図１）を送光部から出射し、受光するまでの時間と光速に基づいて測距する。距離計４８は、マーカー測距光４８´の光軸がレーザ光４´の光軸と一致するように収容されている。

【0029】

制御部４２は、ＣＰＵを備え、制御として、レーザ光４´の発光、姿勢センサ４４，４５および位置センサ４６からの情報検出、通信部４１を介した情報送信、および出射口４ｂの姿勢情報と位置情報の算出を行う（後述する）。記憶部４３は、ＲＯＭおよびＲＡＭを備え、制御部４２の各制御を可能にする。

【0030】

ここで、要素４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８は、集積回路技術を利用して構成された専用のモジュールやＩＣを用いて構成される。計測マーカー４のスティック体４０内で、要素４４，４５，４６，４８は、マーカー軸方向４ｒ上に配置され、出射口４ｂとの位置関係（出射口４ｂとの乖離距離）が予め測定され、記憶部４３に記憶されている。

【0031】

１－４．アイウェア装置の構成
アイウェア装置５は、作業者の頭部に装着される眼鏡型の画像表示装置である。図５Ａは測定システム１に係るアイウェア装置５の外観斜視図、図５Ｂは同アイウェア装置５の構成ブロック図である。図５Ｂに示すようにアイウェア装置５は、通信部５１、制御部５２、記憶部５３、加速度センサ５４、ジャイロセンサ５５、ＧＰＳ装置５６、ディスプレイ５７、撮像部５８、および操作ボタン群５９を備える。ここで、要素５１，５２，５３，５４，５５，５６は、集積回路技術を利用して構成された専用のモジュールやＩＣを用いて構成され、任意の位置の処理ＢＯＸ５０（図５Ａ）に収容されている。

【0032】

通信部５１は、例えば処理装置３の通信部３１（後述する）と同等の通信規格を備える。ディスプレイ５７は、液晶や有機ＥＬ画面であり、作業者の両目を覆うように配置されている（図５Ａ）。加速度センサ５４、ジャイロセンサ５５、およびＧＰＳ装置５６は、計測マーカー４のものと同等のものを備える。撮像部５８は、イメージセンサ（例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ）であり、ディスプレイ５７の上部中央位置に配置され、この中心位置を原点として、作業者の視線方向（図５Ａの符号５´）を、原点の上下方向及び左右方向を広角度で撮像可能である。

【0033】

制御部５２は、ＣＰＵを備え、制御として、姿勢センサ５４，５５および位置センサ５６からの情報検出、通信部５１を介した情報の送受信、撮像部５８による撮像、およびディスプレイ５７へのワイヤーフレーム（後述する）の表示を行う。記憶部５３は、ＲＯＭおよびＲＡＭを備え、制御部５２の各制御を可能にする。

【0034】

１－５．処理装置の構成
処理装置３は、測量現場の任意の場所にあればよい。処理装置３は、汎用パーソナルコンピュータ，ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等による専用ハードウェア，高性能タブレット端末等である。図６は測定システム１に係る処理装置３の構成ブロック図である。図６に示すように、処理装置３は、少なくとも、通信部３１、演算器３２、記憶装置３３、表示部３４を備える。

【0035】

通信部３１は、測量機２の通信部２９、計測マーカー４の通信部４１、アイウェア装置５の通信部５１と無線通信が可能である。通信は、ブルートゥース（登録商標）、各種の無線ＬＡＮ規格、赤外線通信、携帯電話回線、その他無線回線等のいずれかまたは組み合わせを用いることができる。

【0036】

記憶装置３３は、ＨＤＤ等の大容量の記憶媒体を備え、測量現場に建設される構造物等のＣＡＤ設計データ３７の３Ｄワイヤーフレームを記憶している。

【0037】

演算器３２は、高性能ＣＰＵを備え、同期部３５と画像解析部３６がソフトウェア的に構成されている。同期部３５は、測量機２の位置・姿勢の情報、計測マーカー４の（出射口４ｂの）位置・姿勢の情報、およびアイウェア装置５の位置・姿勢の情報、を受信して、測量機２の座標空間と、計測マーカー４の座標空間と、アイウェア装置５の座標空間と、ＣＡＤ設計データ３７の座標空間を同期させる（後述する）。また、同期したＣＡＤ設計データ３７の情報をアイウェア装置５に送信する。画像解析部３６は、アイウェア装置５から受信した画像と、測量機２から受信した画像について画像解析を行い、測定点Ｘの三次元位置を特定する（後述する）。

【0038】

表示部３４は、液晶または有機ＥＬのディスプレイであり、複数の測定点Ｘの測定結果（三次元位置データ）を、一覧で表示する（後述する）。

【0039】

１－６．測定システムの同期
測定を始める前に、測定システム１（測量機２、処理装置３、計測マーカー４、およびアイウェア装置５）の同期をとる。同期は、同一の座標空間でこれら４つの各器械の位置・姿勢が把握できるようにする作業である。以下に好適と考えられる一例を示すが、当業者の知識に基づく手法で同期がとられればよい。

【0040】

まず、測定システム１に対して、測量現場に、基準点と基準方向を設定し、測量機２と処理装置３を同期する。基準点は、既知座標点（座標が既知の点）または現場の任意の点を選択する。基準方向は、基準点とは別の特徴点を任意に選択し、基準点－特徴点の方向とする。そして、基準点と特徴点を含む後方交会等の観測により測量機２の三次元位置を把握し、その情報を処理装置３に送信する。処理装置３の同期部３５は、基準点の絶対座標を（ｘ,ｙ,ｚ）＝（０,０,０）と認識し、基準方向を水平角０度と認識する。演算器３２（同期部３５）は、以後、測量機２からの情報に関して、基準点を原点とする座標系で、測量機２の位置・姿勢を把握する。

【0041】

次に、計測マーカー４と処理装置３、およびアイウェア装置５と処理装置３を同期する。計測マーカー４に関して、基準点に計測マーカー４を設置して基準点にＧＰＳ装置４６のゼロ座標を合わせ、計測マーカー４を水平にした状態で計測マーカー４のレーザ光４´の出射方向を基準方向に向けて、基準方向に計測マーカー４の基準姿勢を合わせる。同様に、アイウェア装置５に関して、基準点にアイウェア装置５を設置して、基準点にＧＰＳ装置５６のゼロ座標を合わせ、アイウェア装置５を水平にした状態で視線方向５´を基準方向に向けて、基準方向にアイウェア装置５の基準姿勢を合わせる。演算器３２（同期部３５）は、以後、計測マーカー４およびアイウェア装置５からの情報に関して、基準点を原点とする空間で、それぞれの位置・姿勢を把握する。

【0042】

または、計測マーカー４とアイウェア装置５の同期は、測量機２を利用してもよい。例えば、計測マーカー４とアイウェア装置５を測量機２に近接させて、測量機２の座標にＧＰＳ装置４６，５６のゼロ座標を合わせ、水平な状態で測量機２の測距光２´に計測マーカー４のレーザ光４´の出射方向とアイウェア装置５の視線方向５´を合わせてもよい。

【0043】

１－７．測定方法
次に、測定システム１を使用して、複数の測定点の三次元位置を測定する方法を説明する。図７Ａおよび図７Ｂは本発明の実施の形態に係る測定方法のフロー図であり、図７Ａは作業者による作業フロー、図７Ｂは測定システム１の作業フローである。図８Ａは作業者による作業イメージ、図８Ｂは測定システム１の作業イメージである。なお、本明細書では、測定点の符号に関し、具体的な測定点についてはｘ１、ｘ２、ｘ３、…と小文字の「ｘ」で表記し、不特定の測定点または具体的な測定点ｘ１、ｘ２、ｘ３の総称として使用する測定点については大文字の「Ｘ」を付している。

【0044】

１－７－１．作業者の作業フロー
図７Ａに示すように、測定が開始されると、まずステップＳ１０１で、作業者は、アイウェア装置５を頭部に装着し、計測マーカー４を携帯して、一つ目の測定点ｘ１に移動する。次にステップＳ１０２で、作業者は、アイウェア装置５を介して測定点ｘ１を視認しながら計測マーカー４のレーザ光４´を測定点ｘ１に照射して、測定ボタン（測定ボタンは計測マーカー４にあってもアイウェア装置５にあってもよい）を押し、測定指示を出す。次に、作業者は、測定点ｘ２に移動して、同様に測定指示を出す。次に、作業者は、測定点ｘ３に移動して、同様に測定指示を出す。このように、作業者は、複数の測定点ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｎ、…について、次々に測定点を指定する（図８Ａも参照）。作業者は、測定点の指定が終了すると、終了ボタンを押し、指定作業を終了する。

【0045】

ここで、作業者の頭部にあるディスプレイ５７では、ＣＡＤ設計データ３７のワイヤーフレームが、測量現場の実風景に重ねて表示される。アイウェア装置５は、アイウェア装置５の位置・姿勢を常に処理装置３に送信する。これを受信した処理装置３は、アイウェア装置５の位置・姿勢で見えるＣＡＤ設計データ３７のワイヤーフレームをアイウェア装置５に送信する。これを受信したアイウェア装置５は、撮像部５８で得た実風景にワイヤーフレームを重ねた画像を生成し、ディスプレイ５７に表示する。作業者は、ワイヤーフレームを頼りに計測マーカー４のレーザ光４´の照射位置を定めて、測定点Ｘを指定する。

【0046】

１－７－２．測定システムの作業フロー
図７Ｂに示すように、測定が開始されると、測定システム１は作業者からの測定指示を待つ。そして、Ｓ１０１´で、測定点ｘ１の測定指示を受けると、Ｓ１０２´に移行し、測定システム１は測定点ｘ１の探索を行う。測定システム１が測定点ｘ１を特定すると、ステップＳ１０３´に移行し、測量機２は測定点ｘ１を視準し測定する。測定システム１は、この間も、測定点ｘ２、ｘ３…、の測定指示を受け付けている。測定点ｘ１を測定し終えた測定システム１は、次の測定点ｘ２の探索に移り（Ｓ１０２´）、測定点ｘ２を測定する（Ｓ１０３´）。測定点ｘ２を測定し終えた測定システム１は、次の測定点ｘ３の探索に移り（Ｓ１０２´）、測定点ｘ３を測定する（Ｓ１０３´）。このように、測定システム１は、複数の測定点ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｎ、…について、測定指示を受けた順に、測定点を探索し測定していく（図８Ｂも参照）。

【0047】

ここで、測定システム１による測定点Ｘの探索（Ｓ１０２´）・測定（Ｓ１０３´）は次のように行われる。

【0048】

（１）作業者が、測定点Ｘを視認しながら測定ボタンを押すと、計測マーカー４は、加速度センサ４４，ジャイロセンサ４５から出射口４ｂの姿勢（マーカー軸方向４ｒ）を算出し、ＧＰＳ装置４６の位置情報をマーカー軸方向４ｒへ既知の乖離距離だけオフセットさせて、出射口４ｂの位置情報を算出する。同時に、距離計４８で測定点Ｘを測距し、出射口４ｂから測定点Ｘまでの距離Ｌ（以降、レーザ距離Ｌと称する。図１）を測り、出射口４ｂの位置・姿勢とレーザ距離Ｌを処理装置３に送信する。

【0049】

（２）同時に、計測マーカー４はアイウェア装置５に測定指示を出す。アイウェア装置５は、撮像部５８で、測定指示を受けた時の画像を撮像し、処理装置３に送信する。この撮像部５８の画像には、測定点Ｘ（すなわち、測定点Ｘに照射されているレーザ光４´の像の終点）が含まれている。

【0050】

（３）処理装置３（演算器３２）は、計測マーカー４の出射口４ｂの位置と姿勢（マーカー軸方向４ｒ）とレーザ距離Ｌから、オフセット観測で、測定点Ｘのおおよその三次元位置（以降、概略三次元位置と称する）を、基準点を原点とする三次元座標で算出する。処理装置３は、測定点Ｘの概略三次元位置を測量機２に送信する。

【0051】

（４）測量機２は、測定点Ｘの概略三次元位置に水平角および鉛直角を設定し、駆動部２３，２４でこれらの設定された角度に望遠鏡２ａ（測距部２８）を向け、撮像部２７で、測定点Ｘ（すなわち、レーザ光４´の像の終点）を含む領域を撮像し、取得した画像を処理装置３に送信する。

【0052】

（５）処理装置３（画像解析部３６）は、アイウェア装置５からの画像と測量機２からの画像を周知の画像マッチング技術によって比較し、レーザ光４´の像の終点位置を、基準点を原点とする三次元座標で特定する。処理装置３は、画像マッチングによって特定した測定点Ｘの三次元位置（以降、特定三次元位置と称する）を測量機２に送信する。

【0053】

（６）測量機２は、測定点Ｘの特定三次元位置に水平角および鉛直角を設定し、駆動部２３，２４でこれらの設定された角度に望遠鏡２ａ（測距部２８）を向け、特定三次元位置を測距部２８でノンプリズム測距し、測角部２１，２２で測角する。測量機２は、この測定点Ｘに対して識別ＩＤを付し、三次元位置データ（緯度、経度、標高）を処理装置３に送信する。

【0054】

（７）処理装置３は、測定点Ｘの測定結果を、測定順に、表示部３４に一覧で表示する（図９参照）。処理装置３は、測定結果を記憶装置３３にも記録する。但し、記録場所は処理装置３に限定されず、インターネット等を介して処理装置３と接続される管理するデバイス、またはサーバに記録されてもよい。また、三次元位置データに関連させて、指示データ（アイウェア装置５が撮像した画像、測量機２が撮像した画像、計測マーカー４の出射口４ｂの位置情報）も併せて記録されるのも好ましい。

【0055】

（８）処理装置３は、全ての測定点Ｘに対して測定が完了すると、測定完了を作業者に通知する。通知手段は周知の手段が採られてよいが、例えばアイウェア装置５に表示する、アイウェア装置５または計測マーカー４にスピーカーを備えて通知音を出す、または測定システム１に登録された作業者の携帯電話に通知する、などが挙げられる。

【0056】

（効果）
以上、本形態によれば、測定システム１は、測量機２、処理装置３、計測マーカー４、およびアイウェア装置５の連携により、指定された測定点を作業者とは独立した動きで測定する。このため、作業者は、測量機による測定を待たずに、測定点の指定に徹することができる。また、作業者は、指定が終われば、別の作業を行うこともできる。このように、本形態によれば、測定点Ｘが複数ある場合に、特に作業者の作業時間が大幅に短縮される。

【0057】

また、本形態では、作業者が指定した測定点Ｘの位置を、測定システム１が誤りなく把握することが重要である。これに関し、アイウェア装置５で見えるワイヤーフレームや計測マーカー４のレーザ光４´が、可視的に、作業者の指定制度を上げるガイドとなる。また、測定点Ｘの概略三次元位置の算出のために計測マーカー４の位置センサ４６、姿勢センサ４４，４５、距離計４８が使用されること、測定点Ｘの特定三次元位置の算出のために測量機２の画像とアイウェア装置５の画像でマッチングが行われること、これらはそれぞれ、位置精度の向上に寄与している。このように、本形態によれば、指定された測定点Ｘが複数あっても、測定点Ｘを正確に特定することができる。

【0058】

２．変形例
上記の実施の形態は以下のような変形を加えるのも好適である。

【0059】

２－１．変形例１
上記「１－７－２．測定システムの作業フロー」の（６）で、処理装置３から測定点Ｘの特定三次元位置を知らされた測量機２は、特定三次元位置を自動で測定する。但し、通行人など一時的な遮蔽物があったなどの理由で、自動測定が失敗する測定点が生じることが想定される。

【0060】

これに対し、変形例１では、例えば測定点ｘｍにおいて測定失敗が生じた場合、測量機２は、測定点ｘｍに関しては、識別ＩＤとともに測定失敗の情報を処理装置３に送信し、次の測定点ｘｍ＋１の測定に移る。

【0061】

測定失敗の情報を受けた処理装置３は、測定点ｘｍの測定が失敗したという通知を、アイウェア装置５のディスプレイ５７にメッセージで表示する。

【0062】

この時、アイウェア装置５が撮像した測定点ｘｍの画像と合わせて表示するのも好ましい。さらに、失敗した測定点ｘｍの処理をどうするか尋ねる選択を表示するのも好ましい。例えば、測定点ｘｍについて、「あとで自動で測定する」「あとでマニュアルで測定する」などの処理の選択を表示する（図１０参照）。作業者は、アイウェア装置５を操作して、希望する処理を選択する。選択が終わると、ディスプレイ５７から選択は消え、元の測定の画面が戻る。「あとで自動で測定する」が選択された場合は、処理装置３は、測定待機列の最後に、測定点ｘｍを挿入する。測量機２は、指定された測定点を全て測定した後、もう一度測定点ｘｍを測定する。

【0063】

このように、変形例１によれば、測定システム１は測定の失敗に備えることができ、作業者は、どの測定点で失敗したかを知り、それに対する処理を作業途中に指示することができる。なお、上記の通知や選択は、アイウェア装置５がスピーカーを備えていれば、音声で行われてもよい。

【0064】

２－２．変形例２
上記「１－７－２．測定システムの作業フロー」の（５）で、処理装置３は、画像マッチングによって測定点Ｘの特定三次元位置を算出する。ここで、画像マッチングに時間がかかるほど、その測定点（例えば測定点ｘｋとする）の精度は下がると言える。このため、画像マッチングの所要時間に応じて、測定精度の指標を付ける。測定精度の指標は、例えば、優・良・可・不可、Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄなどのランクであったり、または算出された誤差の数値であってもよい。なお、測定精度の指標については、画像マッチングの所要時間（マッチング開始から測定完了までにかかった時間）だけで決定されるのではなく、測定点までの距離がのびるほどマッチングに時間がかかる事実を考慮に入れた調整が行われてもよい。

【0065】

また、測定精度の指標は、上記「１－７－２．測定システムの作業フロー」の（７）における測定結果の一覧表示に反映させるのも好ましい（図１１参照）。測定システム１は、測定点ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｋ…に関して、三次元位置データとともに測定精度の指標を表示する。さらに、例えば、不可＝赤、可＝黄色、優・良＝緑など、色分けした表示にして作業者の注意を喚起するのも好ましい。

【0066】

このように、変形例２によれば、作業者は、複数の測定点の各測定精度を知ることができ、精度の悪い測定点については、マニュアル測定する、測定点の指定方法を変えてもう一度測定する、などの対策を取ることが可能となる。さらに、変形例２を変形例１に組み合わせ、測定精度をアイウェア装置５に通知したり、測定精度と処理の選択を、例えば、不可＝あとでマニュアルで測定する、可＝あとで自動で測定する、など、事前に設定することもできる。

【0067】

２－３．変形例３
上記の実施の形態では、測定システム１は、測量機２と、処理装置３と、計測マーカー４と、アイウェア装置５の４つの要素を備え、処理装置３が、演算器３２（同期部３５、画像解析部３６）と記憶装置３３（ＣＡＤ設計データ３７）を備えている。しかしながら、測量機２，アイウェア装置５，または計測マーカー４に、演算器３２（同期部３５、画像解析部３６）と記憶装置３３（ＣＡＤ設計データ３７）を備えてもよい。図１２（Ａ）は、測量機２の制御部２５が演算器３２を備え、記憶部２６が記憶装置３３を備えた場合の構成である。図１２（Ｂ）は、アイウェア装置５の制御部５２が演算器３２を備え、記憶部５３が記憶装置３３を備えた場合の構成である。図１２（Ｃ）は、計測マーカー４の制御部４２が演算器３２を備え、記憶部４３が記憶装置３３を備えた場合の構成である。または、図示は略するが、測量機２，アイウェア装置５，および計測マーカー４はいずれも通信可能であるため、アイウェア装置５が演算器３２を備え、測量機２が記憶装置３３を備えるような組み合わせがあってよい。このように、測定システム１は、測量機２と、計測マーカー４と、アイウェア装置５の３つの要素で構成されてもよい。この場合、処理装置３の表示部３４に出力される測定結果の一覧表示は、測量機２またはアイウェア装置５に表示すればよい。

【0068】

また、実施の形態で、作業者が測定点Ｘをプリズムで指定した場合は、測量機２の測距部２８はプリズム測距を行っても構わない。

【0069】

以上、測定システム１について、実施の形態および変形例を述べたが、これら以外にも、各形態および各変形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り、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0070】

１ 三次元位置測定システム
２ 測量機
２´ 測距光
２１ 水平角検出器（測角部）
２２ 鉛直角検出器（測角部）
２３ 水平回転駆動部（駆動部）
２４ 鉛直回転駆動部（駆動部）
２７ 撮像部
２８ 測距部
２９ 通信部
３ 処理装置
３１ 通信部
３２ 演算器
３３ 記憶装置
３４ 表示部
４ 計測マーカー
４ｒ 軸方向
４ｂ 出射口
４´ レーザ光
４８´ レーザ測距光
４１ 通信部
４４ 加速度センサ（姿勢センサ）
４５ ジャイロセンサ（姿勢センサ）
４６ ＧＰＳ装置（位置センサ）
４７ レーザ出射部
４８ 距離計
５ アイウェア装置
５１ 通信部
５４ 加速度センサ（姿勢センサ）
５５ ジャイロセンサ（姿勢センサ）
５６ ＧＰＳ装置（位置センサ）
５７ ディスプレイ
５８ 撮像部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】