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JP2022132526A - Target device and measurement method - Google Patents

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JP2022132526A
JP2022132526A JP2022114842A JP2022114842A JP2022132526A JP 2022132526 A JP2022132526 A JP 2022132526A JP 2022114842 A JP2022114842 A JP 2022114842A JP 2022114842 A JP2022114842 A JP 2022114842A JP 2022132526 A JP2022132526 A JP 2022132526A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique to measure the posture of a measurement object using a laser beam.
SOLUTION: A target device 130 includes a spiral target 120 with a spiral rugged structure on a surface, and a reflection prism 110 disposed on a spiral axis of the spiral target 120. On the premise that a distance between a position of a particular part of the spiral rugged structure viewed from a particular direction and a position of a reflection center of the reflection prism 110 is L, and a rotation angle of the spiral target with respect to a reference rotation position around the spiral axis is θ, a relation between L and θ is obtained in advance.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、ターゲットの向きの検出を行う測量技術に関する。 The present invention relates to surveying technology for detecting the orientation of a target.

TS(トータルステーション)を用いた測量では、反射プリズムを備えた棒状の部材を備えたターゲット装置が用いられる(例えば、特許文献1を参照)。このターゲット装置を用いた測量では、垂直にした棒状の部材の先端を地上に接触させた状態で、反射プリズムを対象にTSによる測位を行い、それにより棒状の部材の先端を接触させた位置の座標を取得する。そして、測量対象となる土地の各所においてこの作業を行うことで、当該土地の測量が行われる。 In surveying using a TS (total station), a target device having a rod-shaped member with a reflecting prism is used (see, for example, Patent Document 1). In surveying using this target device, the tip of a vertical rod-shaped member is placed in contact with the ground, and the reflecting prism is used as a target for positioning by TS. Get coordinates. By performing this work at various locations on the land to be surveyed, the land is surveyed.

上記の作業では、作業員がターゲット装置を手に持ち、歩いて移動しながら複数の位置における測量が行われる。この際、当該作業員が手にする端末等を用いて、TS側から次の測量位置への誘導が行われる。この際、TSに対するターゲット装置の水平角(水平面における方向)が判ると便利である。通常は、磁気センサやジャイロセンサを用いて上記の水平角の検出が行われている。また、GPSを用いて方位の検出を行う技術も公知である。 In the above work, the worker holds the target device in his/her hand and surveys at a plurality of positions while moving on foot. At this time, the worker is guided to the next survey position from the TS side using a terminal or the like held by the worker. At this time, it is convenient to know the horizontal angle (direction in the horizontal plane) of the target device with respect to the TS. The horizontal angle is usually detected using a magnetic sensor or a gyro sensor. A technique for detecting an orientation using GPS is also known.

特開2009-229192号公報JP 2009-229192 A

磁気センサによる水平角の検出では、金属構造物の影響を受ける。例えば、橋梁の近くでは、コンクリート中の鉄筋や鉄骨の影響を受ける。また、地盤を補強するために波型の鋼材を地中に打ち込む技術があるが、この地中の鋼材の影響を受け、磁気センサの精度が低下する場合がある。また、ジャイロセンサは、出力のドリフトの問題がある。この点を改良したジャイロセンサもあるが高価、且つ、大型となる。GPSは、航法衛星の見えない場所(谷間、橋梁の下、トンネル内、屋内、地下、森林等)では使用できない(あるいは利用できても精度が低下する)。 Detection of horizontal angles by magnetic sensors is affected by metal structures. For example, near bridges, they are affected by reinforcing bars and steel frames in concrete. There is also a technique of driving corrugated steel material into the ground to reinforce the ground, but the steel material in the ground may affect the accuracy of the magnetic sensor. Also, the gyro sensor has a problem of output drift. Although there is a gyro sensor that improves on this point, it is expensive and large. GPS cannot be used (or even if it can be used, its accuracy is reduced) in places where navigation satellites cannot be seen (valleys, under bridges, in tunnels, indoors, underground, forests, etc.).

以上の問題は、TSに対するUAV(Unmanned aerial vehicle)の向きを知りたい場合にも生じる。例えば、TSによりUAVを追跡する技術が知られている(US2014/0210663)。この技術では、TSに対するUAVの姿勢を知ることが重要となるが、上記の方位センサ、ジャイロセンサ、GPSを用いた姿勢の検出では、上述したのと同様な問題が生じる。 The above problem also occurs when it is desired to know the orientation of a UAV (Unmanned aerial vehicle) with respect to the TS. For example, techniques for tracking UAVs by TS are known (US2014/0210663). In this technology, it is important to know the attitude of the UAV with respect to the TS, but detection of the attitude using the above-mentioned azimuth sensor, gyro sensor, and GPS causes problems similar to those described above.

このような背景において、本発明は、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術の提供を目的とする。 In view of such a background, an object of the present invention is to provide a technology capable of measuring the orientation of a survey object using laser light.

本発明は、螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムとを備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をL、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Lと前記θの関係が予め取得されているターゲット装置である。 The present invention comprises a helical target having a helical uneven structure on its surface, and a reflecting prism arranged on the helical axis of the helical target, and the helical uneven structure is viewed from a specific direction. The relationship between L and θ is obtained in advance, where L is the distance between the position of the portion and the position of the center of reflection of the reflecting prism, and θ is the rotation angle of the spiral target with respect to the reference rotation position around the spiral axis. It is a target device that is

本発明は、螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムとを備えたターゲット装置を測量装置により測量する測量方法であって、前記測量装置は、測距光を用いた測位を行う機能部とレーザースキャンを行うレーザースキャナ部を備え、特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をL、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、前記Lと前記θの関係は予め取得されており、前記測量装置の前記測距光を用いて測位により、前記反射プリズムの位置を測定し、前記測量装置の前記レーザースキャナ部を用いたレーザースキャンにより、前記特定の部分の位置を測定し、前記測定された前記反射プリズムの位置と前記測定された前記特定の部分の位置との間の距離を算出し、前記算出された距離と、前記予め取得されている前記Lと前記θの前記関係に基づき、前記ターゲット装置の前記螺旋軸周りの前記基準回転位置に対する回転角を求める測量方法である。 The present invention is a surveying method for surveying a target device having a helical target having a helical uneven structure on its surface and a reflecting prism arranged on the helical axis of the helical target with a surveying instrument, The surveying device includes a functional unit that performs positioning using distance measuring light and a laser scanner unit that performs laser scanning, and measures the position of a specific portion of the spiral concave-convex structure and the reflection of the reflecting prism when viewed from a specific direction. The relationship between L and θ is obtained in advance, where L is the distance between the target and the center position, and θ is the rotation angle of the helical target with respect to the reference rotational position around the helical axis. The position of the reflecting prism is measured by positioning using distance measuring light, the position of the specific portion is measured by laser scanning using the laser scanner unit of the surveying instrument, and the measured reflecting prism is measured. and the measured position of the specific portion, and based on the calculated distance and the previously acquired relationship between the L and the θ of the target device It is a surveying method for obtaining a rotation angle about the spiral axis with respect to the reference rotation position.

本発明によれば、レーザー光を用いて測量対象物の姿勢を計測できる技術が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a technique capable of measuring the attitude of an object to be surveyed using a laser beam.

実施形態の概念図である。1 is a conceptual diagram of an embodiment; FIG. 実施形態の測量機の斜視図である。1 is a perspective view of a surveying instrument according to an embodiment; FIG. 実施形態の測量機の正面図である。1 is a front view of a surveying instrument according to an embodiment; FIG. 螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。FIG. 2 is a principle diagram showing a mechanism for measuring the horizontal angle of a helical target; 水平角(横軸)と、螺旋ターゲットの谷の位置と全周反射プリズムの反射中心の位置との距離L(縦軸)の関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the horizontal angle (horizontal axis) and the distance L (vertical axis) between the position of the trough of the spiral target and the position of the center of reflection of the omni-reflecting prism. 絶対座標系におけるターゲット装置の水平角を求める方法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a method of obtaining a horizontal angle of a target device in an absolute coordinate system; 螺旋ターゲットの谷の位置を求める方法を示す図である。FIG. 10 illustrates a method for determining the location of the troughs of a spiral target; 測量機のブロック図である。1 is a block diagram of a surveying instrument; FIG. 処理の手順の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a procedure of processing; 端末の表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen of a terminal. 端末の表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen of a terminal. 他の実施形態の概要を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing an outline of another embodiment; 他の実施形態の概要を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing an outline of another embodiment; 螺旋ターゲットの断面形状の波形のパターンを示す図である。It is a figure which shows the waveform pattern of the cross-sectional shape of a helical target. TS機能部の測距光の光軸とレーザースキャン方向との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the optical axis of the distance measuring light of the TS function unit and the laser scanning direction; 螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。FIG. 2 is a principle diagram showing a mechanism for measuring the horizontal angle of a helical target; 螺旋ターゲットの水平角を計測する仕組みを示す原理図である。FIG. 2 is a principle diagram showing a mechanism for measuring the horizontal angle of a helical target;

1.第1の実施形態
(概要)
図1には、実施形態の概要が示されている。図1には、レーザー測位される第1のターゲットである全周反射プリズム110と、全周反射プリズム110との位置関係が特定され、螺旋構造の表面を備えた第2のターゲットである螺旋ターゲット120とを備え、全周反射プリズム110の位置と前記螺旋構造における凹凸構造の位置関係に基づき、前記螺旋構造の軸回りの回転位置の検出が行われるターゲット装置130が示されている。
1. First embodiment (outline)
FIG. 1 shows an overview of the embodiment. FIG. 1 shows an all-around reflecting prism 110, which is a first target to be laser-positioned, and a helical target, which is a second target having a surface of a helical structure, in which the positional relationship between the all-around reflecting prism 110 is specified. 120, a target device 130 in which detection of the rotational position about the axis of the helical structure is performed based on the position of the omni-reflecting prism 110 and the positional relationship of the concave-convex structure in the helical structure.

図1において、測量機400により、ターゲット装置130の位置と水平角(水平方向における向き)が測定される。ここで、測量機400は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。これは、通常のTS等の測量機の場合と同じである。 In FIG. 1, the surveying instrument 400 measures the position and horizontal angle (orientation in the horizontal direction) of the target device 130 . Here, the surveying instrument 400 is horizontally installed at a position whose coordinates are known in the absolute coordinate system, and the azimuth in the horizontal direction in the absolute coordinate system is determined. This is the same as in a surveying instrument such as a normal TS.

絶対座標系というのは、GNSSで用いられる座標系である。絶対座標系では、経度、緯度、平均海面からの高度で座標が特定される。なお、座標系としてその場で定めたローカル座標系を用いることもできる。 The absolute coordinate system is the coordinate system used in GNSS. In the absolute coordinate system, coordinates are specified by longitude, latitude, and altitude above mean sea level. A local coordinate system determined on the spot can also be used as the coordinate system.

(測量機)
以下、測量機400について説明する。測量機400は、TS機能部200とレーザースキャナ部300とを複合化した構成を有する。TS機能部200は、TS(トータルステーション)としての機能を発揮する。TSについては、例えば特開2009-229192号公報、特開2012―202821号公報に記載されている。
(surveying instrument)
The surveying instrument 400 will be described below. A surveying instrument 400 has a configuration in which a TS function section 200 and a laser scanner section 300 are combined. The TS function unit 200 functions as a TS (total station). TS is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2009-229192 and 2012-202821.

レーザースキャナ部300は、レーザースキャン点群を得る処理(レーザースキャン)を行う。レーザースキャナに係る技術については、例えば特開2010-151682号公報、特開2008-268004号公報、米国特許第8767190号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報US2015/0293224号公報に記載されているようなスキャンを電子式に行う形態も採用可能である。 The laser scanner unit 300 performs processing (laser scanning) for obtaining a laser scanning point group. Techniques related to laser scanners are described, for example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-151682, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-268004, and US Pat. No. 8,767,190. Further, as the laser scanner, it is also possible to employ a form in which scanning is performed electronically, as described in US Publication No. US2015/0293224.

以下、図2、図3を参照して測量機400について説明する。測量機400は、水平回転部11を有している。水平回転部11は、台座12上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座12は図示しない三脚の上部に固定される。水平回転部11は、上方に向かって延在する2つの延在部を有する略コの字形状を有し、この2つの延在部の間に鉛直回転部13が高低角(仰角および俯角)の制御が可能な状態で保持されている。 The surveying instrument 400 will be described below with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. The surveying instrument 400 has a horizontal rotating section 11 . The horizontal rotation unit 11 is held on a base 12 so as to be horizontally rotatable. The pedestal 12 is fixed to the top of a tripod (not shown). The horizontal rotation part 11 has a substantially U-shape with two extensions extending upward. is maintained in a state in which it is possible to control

水平回転部11は、台座12に対して電動で水平回転する。鉛直回転部13は、モータにより鉛直面内で回転する。水平回転部11の水平面内における角度制御は、水平回転部11に内蔵された水平回転駆動部207(図8参照)で行われる。鉛直回転部13の鉛直面内における角度制御は、水平回転部11に内蔵された鉛直回転駆動部208(図8参照)により行われる。 The horizontal rotation unit 11 electrically rotates horizontally with respect to the base 12 . The vertical rotating part 13 is rotated in a vertical plane by a motor. Angle control in the horizontal plane of the horizontal rotation section 11 is performed by a horizontal rotation driving section 207 (see FIG. 8) incorporated in the horizontal rotation section 11 . The angle control of the vertical rotation section 13 in the vertical plane is performed by a vertical rotation driving section 208 (see FIG. 8) incorporated in the horizontal rotation section 11 .

水平回転部11には、水平回転角制御ダイヤル14aと高低角制御ダイヤル14bが配置されている。水平回転角制御ダイヤル14aを操作することで、水平回転部11の水平回転角の調整が行なわれ、高低角制御ダイヤル14bを操作することで、鉛直回転部13の鉛直面内での高低角(仰角および俯角)の調整が行なわれる。 The horizontal rotation section 11 is provided with a horizontal rotation angle control dial 14a and an elevation angle control dial 14b. By operating the horizontal rotation angle control dial 14a, the horizontal rotation angle of the horizontal rotation section 11 is adjusted, and by operating the elevation angle control dial 14b, the elevation angle of the vertical rotation section 13 in the vertical plane ( elevation and depression) adjustments are made.

鉛直回転部13の上部には、大凡の照準を付ける照準器15aが配置されている。また、鉛直回転部13には、照準器15aよりも視野が狭い光学式の照準器15b(図3参照)と、より精密な視準が可能な望遠鏡16が配置されている。 A sighting device 15a for roughly aiming is arranged on the upper part of the vertical rotation part 13 . Further, the vertical rotating portion 13 is provided with an optical sighting device 15b (see FIG. 3) having a narrower field of view than the sighting device 15a and a telescope 16 capable of more precise sighting.

鉛直回転部13の内部には、照準器15bと望遠鏡16が捉えた像を接眼部17に導く光学系が収納されている。照準器15bと望遠鏡16が捉えた像は、接眼部17を覗くことで視認できる。望遠鏡16が捉えた像は、鉛直回転部13の内部に配置されたカメラ211(図8参照)によって撮像可能である。 An optical system for guiding an image captured by the sighting device 15 b and the telescope 16 to the eyepiece 17 is housed inside the vertical rotating portion 13 . The image captured by the sighting device 15 b and the telescope 16 can be visually recognized by looking through the eyepiece 17 . The image captured by the telescope 16 can be captured by a camera 211 (see FIG. 8) arranged inside the vertical rotating section 13 .

望遠鏡16は、測距用のレーザー光と測距対象(例えばターゲットとなる専用の反射プリズム)を追尾および捕捉するための追尾光の光学系を兼ねている。測距光と追尾光の光軸は、望遠鏡16の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。この部分の構造は、市販されているTSと同じである。 The telescope 16 also serves as an optical system for laser light for distance measurement and tracking light for tracking and capturing an object for distance measurement (for example, a dedicated reflecting prism serving as a target). The optical system is designed so that the optical axes of the ranging light and the tracking light are aligned with the optical axis of the telescope 16 . The structure of this portion is the same as the commercially available TS.

水平回転部11には、ディスプレイ18と19が取り付けられている。ディスプレイ18は、操作部210と一体化されている。操作部210には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、測量機400に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ18と19には、測量機400の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に2つディスプレイがあるのは、水平回転部11を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認できるようにするためである。 Displays 18 and 19 are attached to the horizontal rotating section 11 . The display 18 is integrated with the operation section 210 . The operation unit 210 has a numeric keypad, a cross operation button, etc., and various operations and data input related to the surveying instrument 400 are performed. The displays 18 and 19 display various information necessary for operating the surveying instrument 400, survey data, and the like. The reason why there are two displays on the front and rear is that the displays can be viewed from either the front or the rear without rotating the horizontal rotation section 11 .

水平回転部11の上部には、レーザースキャナ部300が固定されている。レーザースキャナ部300は、第1の塔部301と第2の塔部302を有している。第1の塔部301と第2の塔部302は、結合部303で結合され、結合部の上方の空間(第1の塔部301と第2の塔部302の間の空間)は、スキャンレーザー光を透過する部材で構成された保護ケース304で覆われている。保護ケース304の内側には、第1の塔部301から水平方向に突出した柱状の回転部305が配置されている。回転部305の先端は、斜めに切り落とされた形状を有し、その先端部には、斜めミラー306が固定されている。 A laser scanner unit 300 is fixed to the upper portion of the horizontal rotation unit 11 . The laser scanner section 300 has a first tower section 301 and a second tower section 302 . The first tower section 301 and the second tower section 302 are connected at a joint section 303, and the space above the joint section (the space between the first tower section 301 and the second tower section 302) is scanned. It is covered with a protective case 304 made of a member that transmits laser light. Inside the protective case 304 , a columnar rotating part 305 that horizontally protrudes from the first tower part 301 is arranged. The tip of the rotating part 305 has an obliquely cut off shape, and an oblique mirror 306 is fixed to the tip.

回転部305は、第1の塔部301に納められたモータにより駆動され、その延在方向(水平方向)を回転軸として回転する。第1の塔部301には、上記のモータに加え、このモータを駆動する駆動回路と、その制御回路、回転部305の回転角を検出するセンサ、該センサの周辺回路が納められている。 The rotating part 305 is driven by a motor housed in the first tower part 301, and rotates about its extending direction (horizontal direction) as a rotation axis. In addition to the motor, the first tower section 301 houses a drive circuit for driving the motor, a control circuit for the motor, a sensor for detecting the rotation angle of the rotating section 305, and peripheral circuits for the sensor.

第2の塔部302の内部には、レーザースキャン光を発光するための発光部、対象物から反射してきたレーザースキャン光を受光する受光部、発光部と受光部に関係する光学系、スキャン点までの距離を算出する距離算出部が納められている。また、レーザースキャナ部300は、回転部305の回転角度、水平回転部11の水平回転角およびスキャン点までの距離に基づきスキャン点の三次元座標を算出するスキャン点位置算出部を備えている。 Inside the second tower part 302, there are a light emitting part for emitting laser scanning light, a light receiving part for receiving laser scanning light reflected from an object, an optical system related to the light emitting part and the light receiving part, a scanning point It contains a distance calculator that calculates the distance to. The laser scanner unit 300 also includes a scan point position calculator that calculates the three-dimensional coordinates of the scan point based on the rotation angle of the rotation unit 305, the horizontal rotation angle of the horizontal rotation unit 11, and the distance to the scan point.

レーザースキャン光は、1条であり、第2の塔部302の内部から斜めミラー306に向けて照射され、そこで反射され、透明なケース304を介して外部に照射される。レーザースキャン光は、数kHz~数百kHzの繰り返し周波数で発光部からパルス発光され、それが回転する回転部305先端の斜めミラー306に水平方向から照射され、そこで直角に反射される。回転部305が水平軸回りに回転することで、レーザースキャン光は、鉛直面に沿ってスキャンされつつ放射状に点々とパルス照射される。 The laser scanning light is a single line, is irradiated from the inside of the second tower section 302 toward the oblique mirror 306 , is reflected there, and is irradiated to the outside through the transparent case 304 . The laser scanning light is pulse-lighted from the light-emitting portion at a repetition frequency of several kHz to several hundreds of kHz, is irradiated horizontally to the oblique mirror 306 at the tip of the rotating rotating portion 305, and is reflected at right angles there. As the rotating part 305 rotates around the horizontal axis, the laser scanning light is scanned along the vertical plane and pulse-irradiated radially in spots.

測量機400では、レーザースキャナ部300からの放射状のレーザースキャンを鉛直面に対して行った場合、鉛直線に沿ってレーザースキャンが行われる(図15参照)。つまり、レーザースキャナ部300からの放射状のレーザースキャン光は、当該鉛直面に鉛直線上に分布する輝点(反射点)の集合を形成する。図15に示すように、このレーザースキャナ部300によるレーザースキャン光の輝点により形成される鉛直線と望遠鏡16の光軸が交わるように、TS機能部200とレーザースキャナ部300の位置関係が設定されている。 In the surveying instrument 400, when radial laser scanning from the laser scanner unit 300 is performed on a vertical plane, laser scanning is performed along the vertical line (see FIG. 15). That is, the radial laser scanning light from the laser scanner unit 300 forms a set of bright points (reflection points) distributed on the vertical line on the vertical surface. As shown in FIG. 15, the positional relationship between the TS function unit 200 and the laser scanner unit 300 is set so that the vertical line formed by the bright spots of the laser scanning light from the laser scanner unit 300 and the optical axis of the telescope 16 intersect. It is

つまり、測量機400は、レーザースキャナ部300からのレーザースキャンが行われる扇形のスキャン面(スキャンレーザー光にとって掃引される面)に、望遠極16の光軸が含まれるように設定されている。この構成では、レーザースキャナ部300の高低角方向におけるスキャンの方向が水平方向に対して直交し、スキャン光の水平角(水平方向における方向)と望遠鏡16の光軸の水平角(TS機能部200の水平角)が一致する。 That is, the surveying instrument 400 is set so that the optical axis of the telescopic pole 16 is included in the fan-shaped scanning plane (the plane swept by the scanning laser light) on which the laser scanning from the laser scanner unit 300 is performed. In this configuration, the scanning direction in the elevation angle direction of the laser scanner unit 300 is orthogonal to the horizontal direction, and the horizontal angle of the scanning light (direction in the horizontal direction) and the horizontal angle of the optical axis of the telescope 16 (the TS function unit 200 horizontal angle) match.

また、上記のレーザースキャンを、水平回転部11を水平回転させながら行うことで、必要とする範囲でのレーザースキャンが行われる。 Further, by performing the above-described laser scanning while rotating the horizontal rotation unit 11 horizontally, the laser scanning is performed within a required range.

対象物から反射したスキャン光は、照射光と逆の経路を辿り、第2の塔部302内部の受光部で受光される。スキャン光の発光タイミングと受光タイミング、さらにその際の回転部305の角度位置(高低角:仰角または俯角)と水平回転部11の水平回転角により、スキャン点(スキャン光の反射点)の測位が行なわれる。測位の原理は、後述する測距部202と同じである。 The scanning light reflected from the object traces a path opposite to that of the irradiation light and is received by the light receiving section inside the second tower section 302 . The scanning point (reflecting point of the scanning light) can be measured by the timing of light emission and light reception of the scanning light, as well as the angular position (elevation angle: angle of elevation or angle of depression) of the rotating section 305 and the horizontal rotation angle of the horizontal rotating section 11 at that time. done. The principle of positioning is the same as that of the distance measuring unit 202, which will be described later.

ターゲット装置130は、土木工事現場等における位置決めの作業に利用される。この作業の際、全周反射プリズム110をターゲットとしたTS機能部200による測位が行われる。ターゲット装置130は、支持部材となる棒状の部材131、棒状の部材131の上部に固定された全周反射プリズム110、全周反射プリズム110の上部に固定された螺旋ターゲット120、螺旋ターゲット120の上部に支持材を介して固定された端末132を備えている。 The target device 130 is used for positioning work at a civil engineering construction site or the like. During this operation, positioning is performed by the TS function unit 200 targeting the all-around reflection prism 110 . The target device 130 includes a rod-shaped member 131 serving as a support member, an all-around reflection prism 110 fixed to the top of the rod-shaped member 131, a spiral target 120 fixed to the top of the all-around reflection prism 110, and an upper portion of the spiral target 120. It has a terminal 132 that is fixed via a support to the base.

全周反射プリズム110は、入射した光を180°向きを変えて反射する。全周反射プリズム110は、TSを用いた測量に用いられる通常の製品が採用される。ここで、全周反射プリズム110の反射中心Pが螺旋ターゲット120の螺旋軸上にくるように調整されている。全周反射型でない反射プリズムを用いることもできるが、対応できる角度範囲に制限が生じる。螺旋ターゲット120については後述する。 The total reflection prism 110 changes the direction of incident light by 180° and reflects it. As the total reflection prism 110, a normal product used for surveying using TS is adopted. Here, the reflection center P of the omni-reflection prism 110 is adjusted to be on the spiral axis of the spiral target 120 . A reflecting prism that is not of the all-round reflection type can also be used, but there is a limit to the range of angles that can be handled. Spiral target 120 will be described later.

端末132は、液晶ディスプレイ等の画像表示装置を備える。この画像表示装置には、ターゲット装置130を扱う作業者に全周反射プリズム110を用いた位置決め作業の位置を案内するガイド表示が行われる。このガイド表示については後述する。端末132としては、タブレットやスマートフォンが利用される。端末132として、専用の端末を用意してもよい。 The terminal 132 includes an image display device such as a liquid crystal display. This image display device provides a guide display that guides the operator handling the target device 130 to the position of the positioning work using the all-around reflection prism 110 . This guide display will be described later. A tablet or a smartphone is used as the terminal 132 . A dedicated terminal may be prepared as the terminal 132 .

例えば、杭打ち作業の場合を説明する。杭打ち作業というのは、建築作業現場や土木工事現場において、図面上で予め定めておいた位置を実際の現場で特定し、そこに目印の杭を打つ(あるいは何らかの目印を付ける)作業のことである。この作業では、杭打ち点の探索→その特定→その位置への杭打ち、の作業が複数の杭打ち候補位置に対して行われる。この際、杭打ち点の特定にターゲット装置130が用いられる。 For example, the case of piling work will be described. Piling work is the work of identifying a predetermined position on a drawing at a construction site or a civil engineering work site and driving a marker stake there (or attaching some kind of marker). is. In this work, the work of searching for a stakeout point→specifying it→stakeout at that position is performed for a plurality of stakeout candidate positions. At this time, the target device 130 is used to specify the staked points.

例えば、作業者が棒状の部材131を手で持った状態で、徒歩で移動して杭打ち予定位置に移動する。この際、端末132のガイド表示を利用して作業者は目的位置に移動する。この際、螺旋ターゲット120を用いて求めたターゲット装置130の水平方向における方向(姿勢)の情報を利用してガイド表示が作成される。このガイド表示に係る技術については後述する。 For example, the worker moves on foot to the planned pile driving position while holding the rod-shaped member 131 by hand. At this time, the operator uses the guide display on the terminal 132 to move to the target position. At this time, a guide display is created using information on the direction (orientation) in the horizontal direction of the target device 130 obtained using the spiral target 120 . A technique related to this guide display will be described later.

杭打ち点の特定は、棒状の部材131の先端を地表に接触させて、そこでターゲット装置100を立て、TS機能部200による全集反射プリズム110の測位を行うことで行われる。この作業は、TSを用いた通常の測量作業と同じである。 The stake-out point is specified by bringing the tip of the rod-shaped member 131 into contact with the ground surface, standing the target device 100 there, and performing positioning of the total reflection prism 110 by the TS function unit 200 . This work is the same as normal survey work using TS.

(螺旋ターゲット)
図4には、全周反射プリズム110とその上部に固定された螺旋ターゲット120により構成されたターゲット装置130を側面(螺旋軸に垂直な方向)から見た状態が示されている。ターゲット装置130は、図示しない水準器を備え、この水準器を用いて螺旋ターゲット120の螺旋軸(図4のZ軸)が鉛直方向となるように設置される。
(spiral target)
FIG. 4 shows a side view (perpendicular to the helical axis) of the target device 130 composed of the omni-reflection prism 110 and the helical target 120 fixed thereon. The target device 130 has a level (not shown), and is installed so that the helical axis (Z-axis in FIG. 4) of the helical target 120 is vertical.

螺旋軸とは、螺旋構造の軸のことであり、例えばネジの回転軸が螺旋軸の一例である。ターゲット装置130は、支持部材となる棒状の部材の上部に固定されるが、図4では棒状の部材は図示省略されている。また、端末132およびその支持構造も図示省略されている。 A helical shaft is a helical structure shaft, and an example of a helical shaft is a rotation shaft of a screw. The target device 130 is fixed on top of a rod-shaped member that serves as a support member, but the rod-shaped member is omitted in FIG. The terminal 132 and its supporting structure are also omitted from the drawing.

螺旋ターゲット120は、棒状の部材131の延在方向に延在する螺旋軸を有する。螺旋の構造は、軸回りの1回転で位相が1周期(位相差2π)進む設定とされている。つまり、螺旋を螺旋軸の周りで1回転させると、側面から見た同じ形状部分が螺旋軸方向に位相差2π移動する構造とされている。螺旋の構造は、これに限定されないが、この構造は最もシンプルである。 The helical target 120 has a helical axis extending in the extending direction of the rod-shaped member 131 . The helical structure is set so that the phase advances by one period (phase difference of 2π) for one rotation around the axis. In other words, when the spiral is rotated once around the spiral axis, the same shaped portion seen from the side moves in the direction of the spiral axis with a phase difference of 2π. Although the structure of the spiral is not limited to this, this structure is the simplest.

螺旋表面の凹凸断面の形状は、三角形状が繰り返し連続する三角波形状である。螺旋ターゲット120の表面は、レーザースキャン光の反射面となる。螺旋ターゲット120の表面は、レーザースキャン光を適切な反射状態で反射する材質や状態が選択されている。 The shape of the uneven cross-section of the spiral surface is a triangular wave shape in which triangles are repeated. The surface of the spiral target 120 serves as a reflecting surface for laser scanning light. For the surface of the helical target 120, a material and state are selected that reflect the laser scanning light in an appropriate reflection state.

いま、(A)の状態を基準状態として考える。ここで、螺旋ターゲット120の螺旋軸は鉛直であるとする。(A)の下部には、鉛直上方から見た視点の方向が概念的に示されている。 Now, consider the state of (A) as a reference state. Here, it is assumed that the helical axis of the helical target 120 is vertical. In the lower part of (A), the direction of the viewpoint viewed vertically from above is conceptually shown.

ここで、(A)の状態からターゲット装置130(螺旋ターゲット120)を鉛直上方から見て1/4右回転(時計回りの方向に90°回転)させた場合を考える。この場合、螺旋構造が位相差π/2上方(Z軸正の方向)に進んだ状態が見える。すなわち、見た目の状態が(A)から(B)に移行する。 Here, consider a case where the target device 130 (spiral target 120) is rotated 1/4 to the right (90 degrees clockwise) when viewed vertically from above from the state of (A). In this case, it can be seen that the helical structure advances upward (in the positive direction of the Z-axis) with a phase difference of π/2. That is, the appearance state shifts from (A) to (B).

この場合、TS機能部200の光軸を含む鉛直線上における螺旋ターゲット120の谷の位置(BTM)は、(A)の状態から(B)の状態に移動する。この際の移動量は、螺旋の周期で考えて1/4周期分となる。この螺旋の回転によって谷の位置(BTM)が進む現象は、ネジが回転することで、ネジ山の谷の部分が進むのと同じ原理である。 In this case, the position (BTM) of the trough of the spiral target 120 on the vertical line including the optical axis of the TS function unit 200 moves from state (A) to state (B). Considering the period of the spiral, the movement amount at this time is equivalent to 1/4 period. The phenomenon that the trough position (BTM) advances due to the rotation of the spiral is based on the same principle as the trough portion of the screw thread advances as the screw rotates.

ここで、回転の方向を逆にすれば、谷の位置(BTM)は、逆方向(Z軸の負の方向)に移動する。このように、TS機能部200の光軸と交差する鉛直線上における谷の位置(BTM)は、螺旋ターゲット120の回転によって螺旋軸上(Z軸上)を移動する。 Here, if the direction of rotation is reversed, the trough position (BTM) moves in the opposite direction (negative direction of the Z-axis). In this way, the trough position (BTM) on the vertical line that intersects the optical axis of the TS function unit 200 moves along the spiral axis (Z-axis) as the spiral target 120 rotates.

つまり、螺旋軸上における螺旋構造の谷の位置(BTM)と、全周反射ターゲット110の反射中心との間の距離Lは、螺旋ターゲット120の回転によって変化する。図4には、(A)の状態でL=L1であったものが、螺旋ターゲット120を1/4回転させることで、L=L2(L1<L2)となった状態が示されている。 That is, the distance L between the trough position (BTM) of the helical structure on the helical axis and the center of reflection of the all-around reflecting target 110 changes as the helical target 120 rotates. FIG. 4 shows a state in which L=L1 in the state of (A) becomes L=L2 (L1<L2) by rotating the helical target 120 by 1/4.

ここで、図4(A)の状態が螺旋ターゲット120の正面を測量機400から見た状態であり、測量機400に対する螺旋ターゲット120の水平回転角Dmが0°の場合であるとする。そして、図4(A)の状態から、鉛直上方向から見て右回り方向を+回転、その逆回転方向を-回転とすると、上記の距離Lと水平回転角Dmの間には、図5の関係がある。 Here, it is assumed that the state of FIG. 4A is the front view of the helical target 120 viewed from the surveying instrument 400, and the horizontal rotation angle Dm of the helical target 120 with respect to the surveying instrument 400 is 0°. Then, from the state of FIG. 4A, assuming that the clockwise direction is +rotation and the reverse rotation direction is −rotation when viewed from the vertically upward direction, the distance between the above distance L and the horizontal rotation angle Dm is as shown in FIG. There is a relationship

ところで、後述する原理により、螺旋ターゲット120の螺旋軸上における谷の位置、すなわち鉛直方向における高さV1はレーザースキャンによって特定することができる。他方で、全周反射ターゲット110の反射中心Pの螺旋軸上の位置(高さV2)は、TS機能部200により特定できる。よって、図4のLの値は、V1-V2から計算できる。 By the way, the position of the trough on the spiral axis of the spiral target 120, that is, the height V1 in the vertical direction can be specified by laser scanning according to the principle described later. On the other hand, the position (height V2) of the reflection center P of the omnidirectional reflection target 110 on the spiral axis can be specified by the TS function unit 200 . Therefore, the value of L in FIG. 4 can be calculated from V1-V2.

そこで、図5の関係を予め取得しておく。そして、螺旋ターゲット120のレーザースキャンから得た谷(BTM)の鉛直方向における位置とTS機能部200により求めた全周反射ターゲット110の反射中心Pの鉛直方向における位置との差からLの値を求め、このLの値を図5の関係に当てはめることで、測量機400に対する螺旋ターゲット120(ターゲット装置130)の水平方向における向きである水平角Dm(図6参照)が得られる。 Therefore, the relationship shown in FIG. 5 is acquired in advance. Then, the value of L is calculated from the difference between the vertical position of the valley (BTM) obtained from the laser scanning of the spiral target 120 and the vertical position of the reflection center P of the omnidirectional reflection target 110 obtained by the TS function unit 200. By applying this value of L to the relationship in FIG. 5, the horizontal angle Dm (see FIG. 6), which is the horizontal orientation of the spiral target 120 (target device 130) with respect to the surveying instrument 400, can be obtained.

TS機能部200の基準方位(例えば北の方向)に対する水平角Hmは、測量機400の設置時に取得されており、既知である。よって、図6の関係からターゲット装置130の絶対座標系における水平角Htが求まる。 The horizontal angle Hm of the TS function unit 200 with respect to the reference direction (for example, the north direction) is obtained when the surveying instrument 400 is installed and is known. Therefore, the horizontal angle Ht in the absolute coordinate system of the target device 130 can be obtained from the relationship shown in FIG.

以下、Htの算出方法について説明する。まず、TS機能部200の水平角Hmは、北を基準とした時計回り方向における角度として計測されるとする。測量機400は、その設置時に水平角の基準を定める校正が行われるので、水平角Hmは水平角検出部205の出力から得られる。 A method for calculating Ht will be described below. First, it is assumed that the horizontal angle Hm of the TS function unit 200 is measured as an angle in the clockwise direction with north as a reference. Since the surveying instrument 400 is calibrated to determine the horizontal angle reference when it is installed, the horizontal angle Hm is obtained from the output of the horizontal angle detection unit 205 .

Dmは、ターゲット装置130の水平角の基準方向(この場合は正面の方向)とTS機能部200の光軸とがなす角度である。Dmは、図4の谷の位置BTMと全周反射プリズム110の反射中心Pとの間の鉛直方向における距離Lを求めることで、図5の関係から得られる。 Dm is the angle formed by the reference direction of the horizontal angle of the target device 130 (the front direction in this case) and the optical axis of the TS function unit 200 . Dm is obtained from the relationship in FIG. 5 by determining the vertical distance L between the valley position BTM in FIG.

ここで、Htは北を基準とする時計回り方向で計った角度として、水平角HmとDmとから図6に示す計算式で算出される。こうして、ターゲット装置130の絶対座標系における水平角Ht(水平方向における向き)が算出される。 Here, Ht is an angle measured clockwise with north as a reference, and is calculated from the horizontal angles Hm and Dm by the formula shown in FIG. Thus, the horizontal angle Ht (orientation in the horizontal direction) in the absolute coordinate system of the target device 130 is calculated.

図4に示されるのは、全周反射プリズム110の反射中心Pに対する螺旋の位相の違いに基づき、螺旋ターゲット120(ターゲット装置130)の水平角を求める方法と捉えることができる。すなわち、図4(A)と図4(B)では、全周反射プリズム110の反射中心Pの鉛直線上における位置に対する螺旋の凹凸構造(三角波の構造)の位相の状態が異なっている。具体的にいうと、(A)の状態に対して、(B)の状態は、反射中心Pに対する螺旋の位相(三角波の位相)が1/4周期(π/2)進んでいる。この位相の状態の違いと螺旋ターゲット120の回転位置(水平角)とは、一義的な関係がある。この一義的な関係が図5に示されている。 FIG. 4 can be regarded as a method of obtaining the horizontal angle of the helical target 120 (target device 130) based on the phase difference of the helical with respect to the reflection center P of the omni-reflecting prism 110. FIG. That is, in FIGS. 4A and 4B, the state of the phase of the helical concave-convex structure (triangular wave structure) with respect to the position on the vertical line of the reflection center P of the total reflection prism 110 is different. Specifically, in the state of (B), the phase of the spiral (the phase of the triangular wave) with respect to the center of reflection P is advanced by 1/4 period (π/2) with respect to the state of (A). There is a unique relationship between this phase state difference and the rotational position (horizontal angle) of the helical target 120 . This univocal relationship is shown in FIG.

すなわち、図4の例は、上記螺旋構造の位相状態の違いを谷の位置BTMの違いとして検出し、具体的なパラメータとしてLを利用している。この位相の違いは、谷以外にも螺旋構造の凹凸の波形を特徴付けるパラメータで把握することが可能である。この技術によれば、螺旋構造の凹凸の形状と水平回転角の関係を予め取得しておくことで、螺旋ターゲットを螺旋軸に直交する方向から見た螺旋構造の凹凸形状から、螺旋ターゲットの水平回転位置を求めることができる。 That is, in the example of FIG. 4, the difference in the phase state of the helical structure is detected as the difference in the trough position BTM, and L is used as a specific parameter. This phase difference can be grasped by parameters that characterize the corrugations of the helical structure in addition to the troughs. According to this technique, by obtaining in advance the relationship between the shape of the unevenness of the helical structure and the angle of horizontal rotation, the horizontal angle of the helical target can be calculated from the uneven shape of the helical structure viewed from the direction perpendicular to the helical axis. A rotational position can be determined.

(谷の位置の求め方)
図4における螺旋ターゲット120の谷の位置(TS機能部200の光軸と交わる鉛直直線上における谷の位置)を求める方法について説明する。谷の位置の算出に係る処理は、測量機400内の特定の部分の位置算出部217で行なわれる。
(How to find the position of the valley)
A method for obtaining the position of the valley of the spiral target 120 in FIG. 4 (the position of the valley on the vertical line intersecting the optical axis of the TS function unit 200) will be described. The processing related to the calculation of the position of the valley is performed by the position calculation section 217 of a specific portion within the surveying instrument 400 .

図7には、螺旋の谷の位置を特定する処理の原理が記載されている。この技術では、TS機能部200の光軸と交わる鉛直線に沿った線状のレーザースキャンをレーザースキャナ部300により行う。図7(A)には、螺旋ターゲット120が示され、図7(B)には、第1の回転角度における螺旋構造表面でのレーザースキャン点の分布が示され、図7(C)には、第2の回転角度における螺旋構造表面でのレーザースキャン点の分布が示されている。 FIG. 7 describes the principle of the process of locating the troughs of the spiral. In this technique, the laser scanner unit 300 performs linear laser scanning along a vertical line that intersects the optical axis of the TS function unit 200 . 7(A) shows the helical target 120, FIG. 7(B) shows the distribution of laser scan points on the helical structure surface at the first rotation angle, and FIG. 7(C) , the distribution of laser scan points on the helical surface at a second rotation angle.

この例では、螺旋の山の斜面として平面が採用されている。そこで、螺旋の表面に沿った複数のスキャン点から斜面に沿った線の方程式を求め、鉛直方向で隣接する2つの線の交点から谷の三次元位置を求め、更にその鉛直方向における座標を求める。こうして谷の位置(BTM)が求められる。谷の位置(BTM)の求め方として、谷部を挟む2つの山の頂部の位置を求め、その中間値を求める方法も可能である。 In this example, planes are employed as slopes of spiral crests. Therefore, the equation of the line along the slope is obtained from multiple scan points along the surface of the spiral, the three-dimensional position of the valley is obtained from the intersection of two vertically adjacent lines, and the coordinates in the vertical direction are obtained. . The location of the valley (BTM) is thus determined. As a method of finding the position of the valley (BTM), it is also possible to find the positions of the tops of two mountains sandwiching the valley and find the intermediate value between them.

そして、鉛直方向における上記谷の位置(BTM)と全周反射プリズム110の反射中心Pとの間の距離Lを算出し、さらに図5の関係からターゲット装置130のTS機能部200(測量機400)に対する水平回転角(図6のDm)が求められる。 Then, the distance L between the position of the valley (BTM) in the vertical direction and the reflection center P of the total reflection prism 110 is calculated. ) is obtained (Dm in FIG. 6).

以上述べたように、螺旋ターゲットにおける螺旋構造の軸方向における周期性を用いて螺旋ターゲットの螺旋軸回りにおける回転位置を特定する。 As described above, the rotational position of the helical target around the helical axis is specified using the periodicity in the axial direction of the helical structure of the helical target.

(TS/レーザースキャナ複合型測量装置)
図1の測量装置400の内部の構成について説明する。図8に測量装置400のブロック図(構成図)を示す。
(TS/laser scanner combined type surveying instrument)
The internal configuration of the surveying instrument 400 in FIG. 1 will be described. FIG. 8 shows a block diagram (configuration diagram) of the surveying device 400. As shown in FIG.

TS機能部200は、記憶部201、測距部202、追尾光送光部203、追尾光受光部204、水平角検出部205、高低角検出部206、水平回転駆動部207、鉛直回転駆動部208、ディスプレイ18,19、操作部210、カメラ211、演算制御部212、通信部216、特定の部分の位置算出部217を備えている。また、演算制御部212内には、測位演算部213、スキャン密度設定部214、水平角算出部215が含まれている。測位演算部213、スキャン密度設定部214、水平角算出部215の少なくとも一つを演算制御部212と別構成とすることも可能である。 The TS function unit 200 includes a storage unit 201, a distance measurement unit 202, a tracking light transmission unit 203, a tracking light reception unit 204, a horizontal angle detection unit 205, an elevation angle detection unit 206, a horizontal rotation drive unit 207, and a vertical rotation drive unit. 208, displays 18 and 19, an operation unit 210, a camera 211, an arithmetic control unit 212, a communication unit 216, and a position calculation unit 217 of a specific portion. Further, the calculation control section 212 includes a positioning calculation section 213 , a scan density setting section 214 and a horizontal angle calculation section 215 . At least one of the positioning calculation unit 213 , the scan density setting unit 214 , and the horizontal angle calculation unit 215 can be configured separately from the calculation control unit 212 .

記憶部201は、半導体メモリ回路等のデータ記憶装置により構成されている。記憶部209は、測量装置400の動作に必要なデータ、動作プログラム、動作で得られたデータを記憶する。 The storage unit 201 is configured by a data storage device such as a semiconductor memory circuit. The storage unit 209 stores data necessary for the operation of the surveying instrument 400, an operation program, and data obtained by the operation.

測距部202は、測量機400と測距対象物(全周反射プリズム110)との間の距離を計測する。測距の原点は、測距部202の発光部の位置や望遠鏡16内の結像位置等の予め定めた位置が採用される。 The distance measuring unit 202 measures the distance between the surveying instrument 400 and the distance measuring object (the all-around reflecting prism 110). A predetermined position such as the position of the light emitting unit of the distance measuring unit 202 or the imaging position within the telescope 16 is used as the origin of distance measurement.

測距部202は、測距光を発光する発光素子(レーザーダイオード等)、発光素子の周辺回路、測距対象物(全周反射プリズム110)から反射した測距光を受光する受光素子(フォトダイオード等)、受光素子の周辺回路、受光素子の出力に基づき測距対象物までの距離を計算する演算回路を含む。 The distance measuring unit 202 includes a light-emitting element (laser diode or the like) that emits distance-measuring light, a peripheral circuit of the light-emitting element, and a light-receiving element (photo diode, etc.), a peripheral circuit of the light receiving element, and an arithmetic circuit for calculating the distance to the object based on the output of the light receiving element.

測距部202における測位の処理は以下のようにして行われる。発光素子からの測距光は、ハーフミラー等の光学系で2分され、一方が測位対象物に照射され、他方が図示しない基準光路に導かれる。基準光路は光路長が既知であり、基準光路を伝わった測距光は基準測距光として受光素子に導かれる。受光素子では、測位対象物から反射した測距光と基準光路を伝わった基準測距光とが受光される。 Positioning processing in the distance measurement unit 202 is performed as follows. The distance measuring light from the light emitting element is divided into two by an optical system such as a half mirror, one of which is irradiated to the positioning target, and the other of which is guided to a reference optical path (not shown). The optical path length of the reference optical path is known, and the distance measuring light transmitted through the reference optical path is guided to the light receiving element as the reference distance measuring light. The light receiving element receives the distance measuring light reflected from the positioning object and the reference distance measuring light transmitted through the reference optical path.

測位対象物で反射した測距光と基準光路からの基準測距光とは、受光素子に到達するタイミングが異なるので、両者の受光素子での出力信号(検出信号)には、位相差が生じる。この位相差から測位対象物までの距離が算出される。この距離の算出が、測距部202内の演算回路で行われる。 Since the distance measuring light reflected by the positioning target and the reference distance measuring light from the reference optical path arrive at the light receiving element at different timings, there is a phase difference between the output signals (detection signals) of both light receiving elements. . The distance to the positioning object is calculated from this phase difference. Calculation of this distance is performed by an arithmetic circuit in the distance measurement unit 202 .

追尾光送光部203は、測位対象物であるターゲット(全周反射プリズム110)を追尾する追尾光を発光する。追尾光受光部204は、ターゲットから反射した追尾光を受光する。追尾光受光部204はCCDやCMOSイメージセンサで構成される。追尾光のターゲットからの反射光が視野の中心となるように測距部202の光軸の水平角と高低角の制御が行われる。光軸の水平角と高低角の制御は、演算制御部212で生成される制御信号に基づき、水平回転駆動部207および鉛直回転駆動208で行われる。 The tracking light transmitting unit 203 emits tracking light for tracking the target (the all-around reflecting prism 110), which is a positioning object. The tracking light receiving section 204 receives tracking light reflected from the target. The tracking light receiving unit 204 is composed of a CCD or CMOS image sensor. The horizontal angle and the elevation angle of the optical axis of the distance measuring unit 202 are controlled so that the reflected light from the target of the tracking light becomes the center of the field of view. The horizontal angle and elevation angle of the optical axis are controlled by the horizontal rotation drive section 207 and the vertical rotation drive section 208 based on control signals generated by the arithmetic control section 212 .

水平角検出部205は、水平回転部11(図1参照)の水平角を検出する。水平角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。水平角検出部205は、レーザースキャナ部300の水平回転角の検出も行う。高低角検出部206は、鉛直回転部13の高低角(仰角および俯角)を検出する。鉛直角の検出は、ロータリーエンコーダで行われる。 The horizontal angle detection unit 205 detects the horizontal angle of the horizontal rotation unit 11 (see FIG. 1). A horizontal angle is detected by a rotary encoder. The horizontal angle detection unit 205 also detects the horizontal rotation angle of the laser scanner unit 300 . The elevation angle detection unit 206 detects the elevation angle (angle of elevation and angle of depression) of the vertical rotation unit 13 . A vertical angle is detected by a rotary encoder.

水平回転駆動部207は、水平回動部11の水平回転の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。水平回転部207は、レーザースキャナ部300の水平回転も行う。鉛直回転駆動部208は、鉛直回動部13の鉛直回転(仰角および俯角動作)の駆動を行う。駆動はモータにより行われる。 The horizontal rotation driving section 207 drives the horizontal rotation of the horizontal rotation section 11 . Drive is provided by a motor. The horizontal rotation section 207 also horizontally rotates the laser scanner section 300 . The vertical rotation drive unit 208 drives the vertical rotation (elevation angle and depression angle operation) of the vertical rotation unit 13 . Drive is provided by a motor.

ディスプレイ18,19は、測量機400の操作に必要な各種の画像情報や測量結果の画像情報を表示する。ディスプレイ18,19としては、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイが採用される。操作部210は、測量機400の操作を行うための各種のボタン等を備えた操作インターフェースである。カメラ211は、望遠鏡16が捉えた画像を撮影する。 The displays 18 and 19 display various image information necessary for operating the surveying instrument 400 and image information of survey results. A liquid crystal display or an organic EL display is adopted as the displays 18 and 19 . The operation unit 210 is an operation interface having various buttons and the like for operating the surveying instrument 400 . A camera 211 captures the image captured by the telescope 16 .

演算制御部212は、CPU、メモリ、各種のインターフェースを備えたコンピュータとしての機能を有し、測量機400の動作全般の制御を行う。演算制御部212における演算の一部をFPGA等の専用のICで行う形態も可能である。これは、特定の部分の位置算出部217についても同じである。演算制御部212は、測位演算部213、スキャン密度設定部214、水平角算出部215を備える。 The arithmetic control unit 212 has a function as a computer including a CPU, a memory, and various interfaces, and controls the overall operation of the surveying instrument 400 . A mode is also possible in which a part of the calculation in the calculation control unit 212 is performed by a dedicated IC such as an FPGA. This is the same for the position calculator 217 of a specific portion. The calculation control section 212 includes a positioning calculation section 213 , a scan density setting section 214 and a horizontal angle calculation section 215 .

測位演算部213は、測距部202が測距した対象物(例えば、全周反射プリズム110)の測位(測量機400に対する対象物の位置の測位)に係る演算を行う。測位演算部213における対象物の測位に係る演算は、以下のようにして行われる。この処理では、測距部202で得られる対象物の測距データ、水平角検出部205および高低角検出部206で得られる測距光の光軸の方向に基づいて、測距部202で測距した対象物(全周反射ターゲット110)の位置を算出する。すなわち、距離と方向とから測量機400に対する対象物の位置(三次元座標)を算出する。 The positioning calculation unit 213 performs calculations related to positioning of the object (for example, the total reflection prism 110) measured by the distance measurement unit 202 (measurement of the position of the object with respect to the surveying instrument 400). Calculations related to the positioning of the object in the positioning calculation unit 213 are performed as follows. In this process, the distance measuring unit 202 measures distance data based on the distance measurement data of the object obtained by the distance measuring unit 202 and the direction of the optical axis of the distance measuring light obtained by the horizontal angle detecting unit 205 and the elevation angle detecting unit 206. The position of the distanced object (omnidirectional reflection target 110) is calculated. That is, the position (three-dimensional coordinates) of the object with respect to the surveying instrument 400 is calculated from the distance and direction.

スキャン密度設定部214は、測距部202が測距した測量機400から全周反射プリズム110までの距離に応じて螺旋ターゲット120に対するレーザースキャナ部300によるレーザースキャンのスキャン密度の設定を行う。この設定では、距離が遠くなってもスキャン密度が疎にならないようにスキャン速度を調整し、特定の密度以上のスキャン密度が得られるようにする。具体的なスキャン密度は、螺旋ターゲットの谷の部分の算出精度によって決まるが、必要な精度が得られるように予め実験的に求めておくことが好ましい。目安として、螺旋を構成する斜面において3点以上のスキャン点が得られるようにスキャン密度を設定する。 The scan density setting unit 214 sets the scan density of the laser scanning of the spiral target 120 by the laser scanner unit 300 according to the distance from the surveying instrument 400 measured by the distance measuring unit 202 to the total reflection prism 110 . With this setting, the scan speed is adjusted so that the scan density does not become sparse even if the distance increases, and a scan density above a certain density is obtained. A specific scan density is determined by the calculation accuracy of the trough portion of the spiral target, but it is preferable to experimentally find it in advance so as to obtain the required accuracy. As a guideline, the scan density is set so that three or more scan points are obtained on the slope forming the spiral.

水平角算出部215は、螺旋ターゲット120の谷と全周反射プリズム110の反射中心Pとの間の距離Lの算出、図5の関係に基づくTS機能部200に対する水平方向における角度Dm(図6参照)の算出を行い、更に図6の原理に基づきHtの算出を行う。通信部216は、図1の端末132等の外部の機器との通信を行う。特定の部分の位置算出部217は、図7の原理により、螺旋ターゲット120の螺旋構造の螺旋軸方向における特定の部分の位置を算出する。この例では、この特定の部分として螺旋構造の谷の部分が利用される。谷の位置の求め方については図7に関連して前述している。レーザースキャナ部300については、既に図1に関連して説明してあるので、ここでの説明は省略する。 The horizontal angle calculator 215 calculates the distance L between the trough of the spiral target 120 and the center of reflection P of the omni-reflection prism 110, and calculates the angle Dm ( ) is calculated, and Ht is calculated based on the principle of FIG. A communication unit 216 communicates with an external device such as the terminal 132 in FIG. The specific portion position calculator 217 calculates the position of the specific portion in the helical axis direction of the helical structure of the helical target 120 according to the principle of FIG. In this example, the trough portion of the helical structure is used as this specific portion. The method of determining the location of the trough is described above in connection with FIG. Since the laser scanner unit 300 has already been described with reference to FIG. 1, description thereof will be omitted here.

(端末132での処理の一例)
端末132は、ターゲット装置130の位置のデータと、図6のDmおよびHtのデータを測量機400から取得する。そして、端末132は、例えば図10の画像を作成し、それを自身のディスプレイに表示する。この画像を参考に作業員は、杭打ちを行う位置や測量を行う位置にターゲット装置130を移動させる。以下、図10の画像の作成方法について説明する。
(Example of processing at terminal 132)
The terminal 132 acquires the position data of the target device 130 and the data of Dm and Ht in FIG. 6 from the surveying instrument 400 . Then, the terminal 132 creates, for example, the image of FIG. 10 and displays it on its own display. Using this image as a reference, the worker moves the target device 130 to a position for piling or surveying. A method for creating the image shown in FIG. 10 will be described below.

図10には、上の方向をターゲット装置130の正面とした画面表示の一例が示されている。まず、絶対座標系におけるターゲット装置130の現在位置は、TS機能部200により精密に測定され、そのデータは、測量機400から取得している。また、目標位置(杭を打つ位置)は、予め図面上で特定されており、そのデータも取得されている。また、ターゲット装置130の絶対座標系における正面の方向Ht(図6参照)は、測量機400の側で計算されている。 FIG. 10 shows an example of a screen display in which the upper direction is the front of the target device 130 . First, the current position of the target device 130 in the absolute coordinate system is precisely measured by the TS function unit 200 and the data is obtained from the surveying instrument 400 . Moreover, the target position (the position where the pile is driven) is specified on the drawing in advance, and the data thereof is also acquired. The front direction Ht (see FIG. 6) of the target device 130 in the absolute coordinate system is calculated on the surveying instrument 400 side.

よって、ターゲット装置130の現在位置、目標位置、絶対座標系におけるターゲット装置130の正面の方向を地図ソフト上に落とし込み、Htに基づき、上が正面となるように表示画面を回転させ、Dmに基づき、測量機400の方向を表示させることで、図10の画面が得られる。 Therefore, the current position of the target device 130, the target position, and the direction of the front of the target device 130 in the absolute coordinate system are entered on the map software, and based on Ht, the display screen is rotated so that the top is the front, and based on Dm , the direction of the surveying instrument 400 is displayed, and the screen of FIG. 10 is obtained.

図10におけるDmは、磁気センサ、ジャイロセンサ、GPSセンサから得られたものでないので、課題の欄で言及した精度低下の問題が回避される。 Since Dm in FIG. 10 is not obtained from a magnetic sensor, a gyro sensor, or a GPS sensor, the problem of reduced accuracy mentioned in the problem column is avoided.

図11(A)および(B)には、杭打ち作業時における端末132のディスプレイ上へのガイド表示の他の例を示す。 FIGS. 11A and 11B show another example of the guide display on the display of the terminal 132 during piling work.

(処理の一例)
以下、測量機400を用いた測量処理の一例を説明する。図9は、当該処理の手順を示すフローチャートである。図9の処理に係る動作プログラムは、記憶部210に記憶され、図8の演算制御部212により実行される。当該動作プログラムを適当な記憶領域や記憶媒体に記憶する形態も可能である。また外部サーバ等にこの動作プログラムを記憶させ、そこから提供される形態も可能である。
(Example of processing)
An example of surveying processing using the surveying instrument 400 will be described below. FIG. 9 is a flow chart showing the procedure of this process. An operation program related to the processing in FIG. 9 is stored in the storage unit 210 and executed by the arithmetic control unit 212 in FIG. A configuration in which the operating program is stored in an appropriate storage area or storage medium is also possible. It is also possible to store this operation program in an external server or the like and provide it from there.

ここでは、図1を参照し、土木施工現場で杭打ち作業を行う場合における処理の手順の一例を説明する。まず、ある場所(初期位置)に作業員がターゲット装置130を垂直に配置する(ステップS101)。ここで、ターゲット装置130には水準器が配置され、作業員はそれを用いて、ターゲット装置130を鉛直にした状態で、棒状の部材131の先端を地面に接触させる。 Here, with reference to FIG. 1, an example of the procedure of processing in the case of performing piling work at a civil engineering construction site will be described. First, an operator places the target device 130 vertically at a certain place (initial position) (step S101). Here, a spirit level is arranged on the target device 130, and the worker uses it to bring the tip of the rod-like member 131 into contact with the ground while keeping the target device 130 vertical.

次に、全周反射プリズム110をTS機能部200のターゲット自動追尾機能を用いて追尾し、更にTS機能部200による全周反射プリズム110の測位を行う(ステップS102)。次に、レーザースキャナ部300を用い、TS機能部200の測距光の光軸と交差する鉛直線上におけるレーザースキャンを行う(ステップS103)。この際、螺旋ターゲット120の螺旋軸に沿って特定以上のスキャン密度が得られるようにスキャン条件を設定する。 Next, the all-around reflection prism 110 is tracked using the automatic target tracking function of the TS function unit 200, and the position of the all-around reflection prism 110 is measured by the TS function unit 200 (step S102). Next, using the laser scanner unit 300, laser scanning is performed on a vertical line that intersects the optical axis of the distance measuring light of the TS function unit 200 (step S103). At this time, scanning conditions are set such that a specific or higher scanning density is obtained along the spiral axis of the spiral target 120 .

次に、図7の原理により螺旋ターゲット120の螺旋構造の谷の鉛直線上における位置を特定する(ステップS104)。この処理は、螺旋構造の螺旋軸方向における特定の部分の位置の算出を行う特定の部分の位置算出部217で行なわれる。次に、ステップS102で得た鉛直線上における全周反射プリズム110の反射中心の位置PとステップS104で得た谷の位置との差Lを求め、図5の関係から絶対座標系におけるターゲット装置130の測量機400に対する水平角Dmを算出する(ステップS105)。また、この際、Htも算出する。ステップS104とS105の処理は、水平角算出部215で行われる。 Next, the position on the vertical line of the trough of the helical structure of the helical target 120 is specified according to the principle of FIG. 7 (step S104). This process is performed by the specific portion position calculator 217 that calculates the position of the specific portion in the spiral axis direction of the spiral structure. Next, the difference L between the position P of the center of reflection of the all-around reflecting prism 110 on the vertical line obtained in step S102 and the position of the valley obtained in step S104 is obtained, and from the relationship shown in FIG. to the surveying instrument 400 (step S105). At this time, Ht is also calculated. The processing of steps S104 and S105 is performed by the horizontal angle calculator 215 .

DmとHtを得たら、それを端末132に送信する。DmとHtの情報を受け付けた端末132は、例えば図10の表示内容を作成し、それを端末132のディスプレイに表示させる(ステップS106)。作業者は図10の表示を見て、ターゲット装置130を目標位置に移動させる。 Once Dm and Ht are obtained, they are sent to terminal 132 . The terminal 132 that receives the information of Dm and Ht creates, for example, the display contents of FIG. 10 and displays it on the display of the terminal 132 (step S106). The operator sees the display in FIG. 10 and moves the target device 130 to the target position.

2.第2の実施形態
図12には、位置決め位置にプロジェクタから画像を投影する技術(例えば、特許登録6130078号公報)に本発明を適用した例が示されている。この場合、投影する画像の大きさと向きを適切にする上で、プロジェタの投影面(例えば床面)からの高さとプロジェクタの水平方向における向きの情報が必要である。
2. Second Embodiment FIG. 12 shows an example in which the present invention is applied to a technique of projecting an image from a projector to a positioning position (for example, Japanese Patent No. 6130078). In this case, information on the height of the projector from the projection plane (for example, the floor) and the orientation of the projector in the horizontal direction are necessary in order to set the size and orientation of the image to be projected appropriately.

図12の場合、既知の位置に設置され、更に基準方位が確定された測量機400による全周反射プリズム110の測位により、通信機を備えたプロジェクタ520の三次元位置(水平位置と高さ)が特定される。他方で、TS機能部200により測位された全周反射プリズム110の位置と、螺旋ターゲット120をレーザースキャナ部300からレーザースキャンすることで得た螺旋の谷の位置との関係から、プロジェクタ520の水平方向における向きが特定される。 In the case of FIG. 12, the three-dimensional position (horizontal position and height) of a projector 520 equipped with a communication device is obtained by positioning the total reflection prism 110 by the surveying instrument 400, which is installed at a known position and whose reference orientation has been determined. is identified. On the other hand, from the relationship between the position of the total reflection prism 110 positioned by the TS function unit 200 and the position of the trough of the spiral obtained by laser scanning the spiral target 120 from the laser scanner unit 300, the horizontal position of the projector 520 is determined. An orientation in the direction is specified.

プロジェクタ520の三次元位置と水平方向における向きの情報は、測量機520で計算され、プロジェクタ520に送られる。この情報を受け、プロジェクタ520は、投影する画像、その投影位置、投影画像の縮尺と向きを調整する。 Information about the three-dimensional position and horizontal orientation of the projector 520 is calculated by the survey instrument 520 and sent to the projector 520 . Upon receiving this information, the projector 520 adjusts the image to be projected, its projection position, and the scale and orientation of the projected image.

3.第3の実施形態
例えば、移動体の水平方向における方向を特定する技術に本発明を利用することもできる。この場合、全周反射プリズム110と螺旋ターゲット120を鉛直方向で結合したターゲットを移動体に固定する。この際、螺旋軸が鉛直になるように移動体に当該ターゲットを固定する。例えば、ジンバル機構を用い、移動体が傾いても当該ターゲットの螺旋軸が常に鉛直となるようにする。なお、当該ターゲットが移動体と共に傾く構造の場合、移動体のヨー軸回りの回転が検出される。
3. Third Embodiment For example, the present invention can also be used for a technique for identifying the horizontal direction of a moving object. In this case, a target obtained by coupling the omni-reflection prism 110 and the spiral target 120 in the vertical direction is fixed to the moving object. At this time, the target is fixed to the moving body so that the helical axis is vertical. For example, a gimbal mechanism is used so that the helical axis of the target is always vertical even if the moving body is tilted. Note that in the case of a structure in which the target tilts together with the moving body, the rotation of the moving body about the yaw axis is detected.

図13にUAV(Unmanned Aerial Vehicle)500に、ジンバル機構501を介して、全周反射プリズム110と螺旋ターゲット120を結合させたターゲット装置510を取り付け、それを測量機400で追尾しつつ、UAV500の水平方向における向きを検出する場合が示されている。 In FIG. 13, a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) 500 is attached with a target device 510 in which a total reflection prism 110 and a spiral target 120 are combined via a gimbal mechanism 501. The case of detecting orientation in the horizontal direction is shown.

この場合、測量機400は、絶対座標系で座標が既知の位置に水平に設置され、また絶対座標系における水平方向における方位が確定されている。そして、飛行するUAV500における全周反射プリズム110がTS機能部200により追尾され、且つ、測位される。また、レーザースキャナ部300による螺旋ターゲット120の螺旋軸方向におけるレーザースキャンにより、第1の実施形態で説明した原理によるUAV500の測量機400に対する水平角(図6のDmに対応)が得られる。また、図6の原理により、絶対座標系におけるUAV500の水平角Htが得られる。 In this case, the surveying instrument 400 is horizontally installed at a position whose coordinates are known in the absolute coordinate system, and the azimuth in the horizontal direction in the absolute coordinate system is determined. Then, the total reflection prism 110 in the flying UAV 500 is tracked and positioned by the TS function unit 200 . Further, the horizontal angle (corresponding to Dm in FIG. 6) of the UAV 500 with respect to the surveying instrument 400 is obtained according to the principle explained in the first embodiment by laser scanning the helical target 120 in the helical axis direction by the laser scanner unit 300 . Also, the horizontal angle Ht of the UAV 500 in the absolute coordinate system is obtained according to the principle of FIG.

4.第4の実施形態
螺旋ターゲットを用いた方向の検出は、水平方向におけるものに限定されない。例えば、図1の測量機400を90°横に倒して用いる。この場合、ターゲット装置130も90°横に倒して水平にして用いる。この場合、ターゲット装置130の水平軸回りの角度(高低角)が測定できる。
4. Fourth Embodiment Directional detection with a helical target is not limited to the horizontal direction. For example, the surveying instrument 400 shown in FIG. 1 is laid down 90 degrees and used. In this case, the target device 130 is also turned horizontally by 90° and used. In this case, the angle around the horizontal axis (elevation angle) of the target device 130 can be measured.

5.第5の実施形態
反射プリズムを使用しないで螺旋ターゲットだけで回転角の検出を行う形態も可能である。図16に螺旋ターゲット120を示す。この場合、螺旋ターゲット120の螺旋軸を狙った高低角方向のレーザースキャンを行うことで、図7の原理により螺旋の山谷および平坦な部分(円筒または円柱の外周面の部分)の点群データを取得する。
5. Fifth Embodiment It is also possible to detect the rotation angle only with a spiral target without using a reflecting prism. A spiral target 120 is shown in FIG. In this case, by performing a laser scan in the vertical direction aiming at the spiral axis of the spiral target 120, the point cloud data of the peaks and valleys of the spiral and the flat portion (the portion of the outer peripheral surface of the cylinder or cylinder) can be obtained according to the principle of FIG. get.

そして、この点群データに基づき、図16のL(L1)を取得する。Lの起点は、BTMと識別でき、且つ、螺旋ターゲット120を回転させても螺旋軸上の位置が変化しない構造部分を選択する。図16の例では、Lの起点は、螺旋構造と螺旋構造でない部分の境界の部分であり、そこから螺旋構造の谷の位置(BTM)までの距離がLの計測値となる。 Then, based on this point cloud data, L (L1) in FIG. 16 is obtained. For the starting point of L, select a structural portion that can be identified as the BTM and whose position on the helical axis does not change even when the helical target 120 is rotated. In the example of FIG. 16, the starting point of L is the boundary portion between the helical structure and the non-helical structure, and the distance from there to the trough position (BTM) of the helical structure is the measured value of L.

Lは、螺旋ターゲット120の回転角Dmに依存するので、Lを求めることで、Dmが得られる。この例は、螺旋構造の谷の位置を定量的に評価するための基準が、螺旋ターゲット120の下端部分となった場合と捉えることができる。 Since L depends on the rotation angle Dm of the helical target 120, Dm can be obtained by obtaining L. This example can be regarded as a case where the reference for quantitatively evaluating the position of the trough of the helical structure is the lower end portion of the helical target 120 .

螺旋構造の山谷の部分ではなく、山谷の部分と識別できる平坦な部分のレーザースキャンデータから平坦な部分の螺旋軸方向の距離Laを取得する方法も可能である。LaとDmは、図5のような比例関係があるので、Laを求めることで、Dmを得ることができる。 It is also possible to acquire the distance La of the flat portion in the direction of the spiral axis from the laser scan data of the flat portion that can be identified as the peak-valley portion instead of the peak-valley portion of the spiral structure. Since La and Dm have a proportional relationship as shown in FIG. 5, Dm can be obtained by obtaining La.

図17には、螺旋ターゲット120の端部に環状の突起部121を設けた場合が示されている。環状の突起部121は、螺旋構造ではなく、螺旋ターゲット120を回転させてもその山の螺旋軸方向における位置は変化しない。また、環状の突起部121の山の高さは、螺旋構造の山の高さと違う値に設定されており、レーザースキャンにより螺旋構造部分と識別できるようにされている。 FIG. 17 shows a case where an annular protrusion 121 is provided at the end of the spiral target 120. As shown in FIG. The annular protrusion 121 does not have a helical structure, and even if the helical target 120 is rotated, the position of the ridge in the direction of the helical axis does not change. Moreover, the height of the crest of the annular protrusion 121 is set to a value different from the height of the crest of the spiral structure, so that it can be distinguished from the spiral structure portion by laser scanning.

ここで、螺旋ターゲット120が回転すると、環状の突起部121の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置BTMとの間の距離Lが変化する。この場合と図5の場合と同様に、螺旋ターゲット120の回転角DmとLには、特定の関係(この場合も比例関係)がある。よって、以下の手順により、Dmを計測することができる。まず、DmとLの関係を予め取得しておく。計測に当たっては、螺旋ターゲット120の螺旋軸を狙った高低角方向のレーザースキャンを行い、図7に示す原理により、環状の突起部121の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置BTMと求める。そして、環状の突起部121の山の頂上位置と螺旋構造の谷の底の位置BTMとの螺旋軸方向における距離(この場合は、鉛直方向における距離)Lを算出し、図5の関係からDmを得る。 Here, when the spiral target 120 rotates, the distance L between the crest position of the annular protrusion 121 and the bottom position BTM of the trough of the spiral structure changes. As in this case and in FIG. 5, the rotation angles Dm and L of the helical target 120 have a specific relationship (in this case also a proportional relationship). Therefore, Dm can be measured by the following procedure. First, the relationship between Dm and L is acquired in advance. In the measurement, laser scanning is performed in the vertical direction aiming at the spiral axis of the spiral target 120, and according to the principle shown in FIG. Ask. Then, the distance L in the spiral axis direction (in this case, the distance in the vertical direction) between the crest position of the annular protrusion 121 and the bottom position BTM of the trough of the spiral structure is calculated, and Dm is calculated from the relationship shown in FIG. get

(その他1)
螺旋ターゲットの断面構造(螺旋軸を含む平面で切断した断面の構造)が示す波形として、図14に示す波形の形状が挙げられる。いずれの場合も波形の位相の状態と螺螺旋軸回りの回転角度との関係は予め取得され既知であることが必要である。波形としては、図4の例の場合のような三角波形の他に、正弦波形、鋸波形、矩形波形等が挙げられる。
(Other 1)
Examples of the waveform shown by the cross-sectional structure of the helical target (the structure of the cross section cut along a plane including the helical axis) include the waveform shown in FIG. 14 . In either case, the relationship between the phase state of the waveform and the rotation angle around the spiral axis must be obtained and known in advance. Waveforms include not only triangular waveforms as in the example of FIG. 4, but also sinusoidal waveforms, sawtooth waveforms, rectangular waveforms, and the like.

螺旋構造の周期性が特定の周波数構造を有し、レーザースキャン点の分布を周波数解析により求める形態も可能である。例えば、螺旋構造が異なる複数の周波数を合成した波形を有する場合が採用可能である。この場合、周波数解析の結果と螺旋構造の回転角の間には特定の関係があり、それは予め取得されている。そして、周波数解析の結果から螺旋ターゲットの水平角が得られる。 A form in which the periodicity of the helical structure has a specific frequency structure and the distribution of laser scanning points is obtained by frequency analysis is also possible. For example, it is possible to adopt a case where the helical structure has a waveform obtained by synthesizing a plurality of different frequencies. In this case, there is a specific relationship between the result of frequency analysis and the rotation angle of the helical structure, which is obtained in advance. Then, the horizontal angle of the helical target is obtained from the result of the frequency analysis.

図5には、Lと螺旋ターゲットの水平角の関係が線形である場合が示されているが、この関係が線形でなく非線形である場合も可能である。重要なのは、Lと螺旋ターゲットの水平角の関係が予め特定され、既知の情報であることである。 Although FIG. 5 shows the case where the relationship between L and the horizontal angle of the helical target is linear, it is possible for this relationship to be non-linear instead of linear. Importantly, the relationship between L and the horizontal angle of the helical target is specified in advance and is known information.

(その他2)
図4には、螺旋構造の谷の位置に着目する例が示されているが、山の頂上の部分に着目する形態も可能である。この場合、螺旋ターゲット120の山の頂上の位置と全周反射プリズム110の反射中心の位置との間の距離Lが利用される。
(Other 2)
FIG. 4 shows an example focusing on the position of the trough of the helical structure, but it is also possible to focus on the top of the mountain. In this case, the distance L between the position of the crest of the spiral target 120 and the position of the center of reflection of the omni-reflecting prism 110 is used.

(その他3)
レーザースキャナ部300として、水平方向(横方向)に扇状に複数条のスキャンビーム光を同時に照射する形態のものを利用することもできる。この場合、そのうち一つのレーザースキャン光が望遠鏡16の光軸(測距光の光軸)を含む鉛直面内で照射されるようにする。
(Other 3)
As the laser scanner unit 300, it is also possible to use a configuration that simultaneously irradiates a plurality of scan beams in a fan shape in the horizontal direction (horizontal direction). In this case, one of the laser scanning beams is irradiated within a vertical plane including the optical axis of the telescope 16 (the optical axis of the distance measuring beam).

この例では、鉛直面に沿ったレーザースキャン(高低方向へのレーザースキャン)が1条でなく、左右の斜め方向へも同時に行なわれる。 In this example, laser scanning along the vertical plane (laser scanning in the vertical direction) is performed not only in one line but also in left and right oblique directions at the same time.

たとえば、あるタイミングで測量機400から水平に照射されるレーザースキャン光(高低角0°のレーザースキャン光)を考える。ここで、測量機400から見た水平角が、正面を基準(0°)として右方向を+、左方向を-として計測されるものとする。そして、同時に2°の間隔で7条のレーザースキャン光を同時に照射する形態であるとする。この場合、同時に、水平角-6°,-4°,-2°,0°,+2°,+4°,+6°の扇状の範囲の方向に7条のレーザースキャン光が同時に照射される。なお、これは一例であり、同時に照射されるレーザースキャン光の数とその角度関係は、上記の場合に限定されない。 For example, consider laser scanning light (laser scanning light with an elevation angle of 0°) horizontally emitted from the surveying instrument 400 at a certain timing. Here, it is assumed that the horizontal angle viewed from the surveying instrument 400 is measured with the front as a reference (0°), the right direction as +, and the left direction as -. Then, it is assumed that seven laser scanning beams are simultaneously irradiated at intervals of 2°. In this case, seven laser scanning beams are simultaneously irradiated in the direction of a fan-shaped range of horizontal angles of -6°, -4°, -2°, 0°, +2°, +4°, and +6°. Note that this is just an example, and the number of laser scanning beams irradiated at the same time and their angular relationship are not limited to the above case.

(その他4)
TS機能部200を利用しない形態も可能である。この場合、レーザースキャナ部300により全周反射プリズム110の測位が行われる。以下、レーザースキャナ部300による全周反射プリズム110の測位について説明する。
(Other 4)
A configuration in which the TS function unit 200 is not used is also possible. In this case, the positioning of the total reflection prism 110 is performed by the laser scanner unit 300 . Positioning of the all-around reflection prism 110 by the laser scanner unit 300 will be described below.

この場合、まず全周反射プリズム110を含む領域を対象としたレーザースキャンを行う。全周反射プリズム110からの反射光は、相対的に強いので、得られたスキャン点の中から相対的に最も強い反射光が得られたスキャン点を抽出し、そのスキャン点を全周反射プリズム110の反射中心として特定する。 In this case, first, a laser scan is performed on an area including the all-around reflecting prism 110 . Since the reflected light from the all-around reflection prism 110 is relatively strong, the scan point with the strongest reflected light is extracted from the obtained scan points, and that scan point is used as the all-around reflection prism. 110 is identified as the center of reflection.

なお、レーザースキャンの際、全周反射プリズム110からの反射光が強すぎ、レーザースキャナ部の受光素子の耐入力オーバーとなる場合は、減光フィルタを介したレーザースキャンやスキャン光の発光強度を落とすことで対応する。 During laser scanning, if the reflected light from the omnidirectional reflection prism 110 is too strong and the input resistance of the light receiving element of the laser scanner unit is exceeded, the emission intensity of the laser scanning or scanning light through a neutral density filter may be reduced. Deal with it by dropping it.

(その他5)
図4のLとしてPとBTMの三次元空間上での離間距離を採用することもできる。この場合、BTMの座標を(x,y,z)、Pの座標を(x,y,z)として、L=((x-x+(y-y+(z-z1/2でLを算出する。
(Other 5)
The separation distance between P and BTM in the three-dimensional space can also be adopted as L in FIG. In this case, where the coordinates of BTM are (x 1 , y 1 , z 1 ) and the coordinates of P are (x 2 , y 2 , z 2 ), L = ((x 1 -x 2 ) 2 +(y 1 - Calculate L by y 2 ) 2 +(z 1 −z 2 ) 2 ) 1/2 .

(その他6)
螺旋ターゲット120は、外周に螺旋構造が付与された円筒または円柱形状であるが、螺旋軸に垂直な方向で切断した断面形状は、円形に限定されず楕円、多角形、角を丸めた多角形等とすることも可能である。
(Other 6)
The helical target 120 has a cylindrical or columnar shape with a helical structure on the outer circumference, but the cross-sectional shape taken in a direction perpendicular to the helical axis is not limited to a circle, but an ellipse, a polygon, or a polygon with rounded corners. etc. is also possible.

本発明は、対象物の姿勢を計測する技術に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to techniques for measuring the orientation of an object.

11…水平回転部、12…台座、13…鉛直回転部、14a…水平回転角制御ダイヤル、14b…高低角制御ダイヤル、15a…照準器、15b…照準器15b、16…望遠鏡、17…接眼部、18,19…ディスプレイ、110…全周反射プリズム、120…螺旋ターゲット、130…ターゲット装置、131…棒状の部材、132…端末、200…TS機能部、300…レーザースキャナ部、301…第1の塔部、302…第2の塔部、303…結合部、304…保護ケース、305…回転部、306…斜めミラー、400…測量機、500…UAV501…ジンバル機構、510…ターゲット装置。

11... Horizontal rotating part, 12... Pedestal, 13... Vertical rotating part, 14a... Horizontal rotation angle control dial, 14b... Elevation angle control dial, 15a... Sighting device, 15b... Sighting device 15b, 16... Telescope, 17... Eyepiece Parts 18, 19... Display 110... Total reflection prism 120... Spiral target 130... Target device 131... Rod-shaped member 132... Terminal 200... TS function part 300... Laser scanner part 301... Third 1 tower section, 302 ... second tower section, 303 ... coupling section, 304 ... protective case, 305 ... rotating section, 306 ... oblique mirror, 400 ... surveying instrument, 500 ... UAV 501 ... gimbal mechanism, 510 ... target device.

Claims (2)

螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をL、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Lと前記θの関係が予め取得されているターゲット装置。
a spiral target having a spiral uneven structure on its surface;
a reflective prism positioned on the helical axis of the helical target;
L is the distance between the position of the specific portion of the helical concave-convex structure and the position of the center of reflection of the reflecting prism when viewed from a specific direction, and the rotation of the helical target about the helical axis with respect to a reference rotational position With the angle θ,
A target device in which the relationship between said L and said θ is acquired in advance.
螺旋状の凹凸構造を表面に備えた螺旋ターゲットと、
前記螺旋ターゲットの螺旋軸上に配置された反射プリズムと
を備えたターゲット装置を測量装置により測量する測量方法であって、
前記測量装置は、測距光を用いた測位を行う機能部とレーザースキャンを行うレーザースキャナ部を備え、
特定の方向から見た前記螺旋状の凹凸構造の特定の部分の位置と前記反射プリズムの反射中心の位置との間の距離をL、前記螺旋ターゲットの前記螺旋軸の周りにおける基準回転位置に対する回転角度をθとして、
前記Lと前記θの関係は予め取得されており、
前記測量装置の前記測距光を用いて測位により、前記反射プリズムの位置を測定し、
前記測量装置の前記レーザースキャナ部を用いたレーザースキャンにより、前記特定の部分の位置を測定し、
前記測定された前記反射プリズムの位置と前記測定された前記特定の部分の位置との間の距離を算出し、
前記算出された距離と、前記予め取得されている前記Lと前記θの前記関係に基づき、前記ターゲット装置の前記螺旋軸周りの前記基準回転位置に対する回転角を求める測量方法。



a spiral target having a spiral uneven structure on its surface;
A surveying method for surveying a target device comprising a reflecting prism arranged on the spiral axis of the spiral target with a surveying instrument,
The surveying device includes a functional unit that performs positioning using ranging light and a laser scanner unit that performs laser scanning,
L is the distance between the position of the specific portion of the spiral concave-convex structure and the position of the reflection center of the reflecting prism when viewed from a specific direction, and the rotation of the spiral target about the spiral axis with respect to a reference rotational position With the angle θ,
The relationship between the L and the θ is obtained in advance,
measuring the position of the reflecting prism by positioning using the ranging light of the surveying device;
Measuring the position of the specific part by laser scanning using the laser scanner unit of the surveying instrument,
calculating the distance between the measured position of the reflecting prism and the measured position of the specific portion;
A surveying method for obtaining a rotation angle of the target device about the spiral axis with respect to the reference rotation position based on the calculated distance and the relationship between the L and the θ obtained in advance.



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