JP6910511B2 - Laser measurement method, laser measurement sign, and coordinate calculation program - Google Patents
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Description
本願発明は、レーザ計測に関する技術であり、より具体的には、その位置座標が既知である基準点と方位点に基づいて計測点群に位置座標を付与するレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムに関するものである。 The present invention is a technique relating to laser measurement, and more specifically, a laser measurement method for imparting position coordinates to a group of measurement points based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known, a marker for laser measurement, and the like. And the coordinate calculation program.
地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用するのが一般的であったが、昨今では航空レーザ計測も多用されるようになった。さらに、地上にレーザ計測器(以下、「レーザスキャナ」という。)を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。 In the past, when measuring over a wide area to create topographic maps, it was common to use aerial photographs taken from aircraft, but nowadays, aerial laser measurements are also widely used. Furthermore, ground-based laser measurement, in which a laser measuring instrument (hereinafter referred to as "laser scanner") is installed on the ground for measurement, is becoming widespread.
航空レーザ計測は、計測したい地形の上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、GPS(Global Positioning System)などの測位計とIMU(Inertial Measurement Unit)などの慣性計測装置が搭載されているので、レーザパルスの照射位置(x,y,z)と照射姿勢(ω,φ,κ)を把握することができ、その結果、照射時刻と受信時刻の時間差から計測点(レーザパルスが反射した地点)の3次元座標を得ることができる。 In aerial laser measurement, an aircraft flies over the terrain to be measured and receives the reflected signal of the laser pulse applied to the terrain for measurement. Since an aircraft is usually equipped with a positioning meter such as GPS (Global Positioning System) and an inertial measurement unit such as IMU (Inertial Measurement Unit), the laser pulse irradiation position (x, y, z) and irradiation posture (x, y, z) and irradiation posture ( ω, φ, κ) can be grasped, and as a result, the three-dimensional coordinates of the measurement point (the point where the laser pulse is reflected) can be obtained from the time difference between the irradiation time and the reception time.
一方、地上型レーザ計測は、これまで地上計測の主流であったトータルステーションと同様、既地点上に水平姿勢でレーザスキャナを設置し、計測対象に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測する。このとき、鉛直面内で照射方向を変えながら(つまり首を振りながら)、しかも水平回転(鉛直軸周り回転)しながら照射するため、レーザスキャナの設置周辺のあらゆる地物(計測対象)を一度に計測することができる。また、レーザパルスが到達して反射することができる場所までは計測可能であるから、その計測範囲は半径1km程度と極めて広い。加えて、一般的なレーザスキャナのスキャンレートは毎秒1万〜5万点であり、高密度な地物計測点群を取得することができる。 On the other hand, in ground-based laser measurement, as with the total station, which has been the mainstream of ground measurement, a laser scanner is installed in a horizontal position on the existing point, and the reflected signal of the laser pulse emitted to the measurement target is received for measurement. do. At this time, since the irradiation is performed while changing the irradiation direction in the vertical plane (that is, shaking the head) and rotating horizontally (rotating around the vertical axis), all the features (measurement targets) around the installation of the laser scanner are once. Can be measured. Further, since it is possible to measure up to a place where the laser pulse can reach and reflect, the measurement range is extremely wide with a radius of about 1 km. In addition, the scan rate of a general laser scanner is 10,000 to 50,000 points per second, and it is possible to acquire a high-density feature measurement point cloud.
このように多くの特長をもつ地上型レーザ計測は、様々なところで利用される傾向にあり、例えば特許文献1では落石や土石流のおそれがある斜面を遠方監視するために地上型レーザ計測を利用する技術を提案している。
Ground-based laser measurement having many features like this tends to be used in various places. For example, in
ところで地上型レーザ計測は、航空レーザ計測とは異なり、IMUなどの慣性計測装置をほとんどの場合用いることがない。これは、レーザスキャナを水平姿勢で固定して設置できるためであり、照射方向は機械的に演算処理できるからである。しかしながら、照射する鉛直角度(つまり仰角)は計算できるものの、照射する方位(いわば北を基準とする絶対的な水平角)は、何らかの情報を与えない限り計算で求めることはできない。言い換えれば、X軸―Y軸―Z軸からなる3次元座標軸のうち、水平面が把握できることからZ軸は特定できるが、水平面内におけるX軸―Y軸の向きは特定できないわけである。 By the way, unlike aerial laser measurement, ground-based laser measurement does not use an inertial measurement unit such as IMU in most cases. This is because the laser scanner can be fixedly installed in a horizontal position, and the irradiation direction can be calculated mechanically. However, although the vertical angle of irradiation (that is, the elevation angle) can be calculated, the direction of irradiation (so to speak, the absolute horizontal angle with respect to the north) cannot be calculated unless some information is given. In other words, of the three-dimensional coordinate axes consisting of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, the Z-axis can be specified because the horizontal plane can be grasped, but the direction of the X-axis-Y-axis in the horizontal plane cannot be specified.
そこで従来では、レーザスキャナの設置位置をあらかじめ取得しておき、さらに目印となる標点を利用することでX軸―Y軸の向きを特定することとしていた。具体的には、レーザ計測によって自動認識できる標点をあらかじめ設置しておき、レーザ計測で得られた計測点群の中からこの標点を自動抽出する。もちろん標点の位置座標は事前に測量しておき、3点以上の標点の既知座標とレーザスキャナ位置の既知座標によってヘルマート変換を行い、水平面座標系(X軸―Y軸)を特定するわけである。なお図15は、レーザ計測で自動認識できる標点の例を示すモデル図であり、(a)は市松模様の標点を、(b)は半径Rが既知の球形標点を示している。市松模様の標点は、黒と白で極端に反射強度が異なることを利用したものであり、球形標点は、特殊形状である球面は半径が既知であれば認識できることを利用したものである。 Therefore, conventionally, the installation position of the laser scanner is acquired in advance, and the orientation of the X-axis-Y-axis is specified by using a reference point as a mark. Specifically, a reference point that can be automatically recognized by laser measurement is set in advance, and this reference point is automatically extracted from the measurement point group obtained by laser measurement. Of course, the position coordinates of the reference points are measured in advance, and the Helmart transformation is performed using the known coordinates of the three or more reference points and the known coordinates of the laser scanner position to specify the horizontal plane coordinate system (X-axis-Y-axis). Is. Note that FIG. 15 is a model diagram showing an example of a reference point that can be automatically recognized by laser measurement. FIG. 15A shows a checkerboard-patterned reference point, and FIG. 15B shows a spherical reference point having a known radius R. The checkered point is based on the fact that the reflection intensity is extremely different between black and white, and the spherical point is based on the fact that a spherical surface, which is a special shape, can be recognized if the radius is known. ..
しかしながら、このような特殊な標点を利用するためにはその製作や維持にコストが掛かる上、標点の設置及び測量が必要となり、この手間が計測コストを相当に押し上げていた。特に標点の設置に関しては、設置場所の選定や固定の方法など計測現場ごとに検討しなければならず、事前の現地調査を含め計測コストに大きな影響を与えていた。 However, in order to use such a special reference point, it is costly to manufacture and maintain it, and it is necessary to install and survey the reference point, and this time and effort has significantly increased the measurement cost. In particular, regarding the installation of gauge points, it was necessary to consider the selection of installation location and fixing method for each measurement site, which had a great impact on the measurement cost including the preliminary field survey.
一方、レーザ計測で取得された点群は、地物ごとにその形状を再現するため3次元でモデル化されることがある。ところが、既述のとおりレーザスキャナのスキャンレートは著しく高速であるため、夥しい数の計測点が取得されることになる。すなわち、この膨大な計測点の中から、しかも計測点が主に3次元座標の情報しか具備しない条件下で、地物の3次元モデルを作成することは容易ではなく、自動計算で行うには相当な時間を要しているのが現状である。 On the other hand, the point cloud acquired by laser measurement may be modeled in three dimensions in order to reproduce the shape of each feature. However, as described above, the scan rate of the laser scanner is extremely high, so that a large number of measurement points can be acquired. That is, it is not easy to create a three-dimensional model of a feature from this huge number of measurement points, and under the condition that the measurement points mainly have information on three-dimensional coordinates. The current situation is that it takes a considerable amount of time.
本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち効率的に計測することで従来よりも計測コストを軽減するレーザ計測を提供することであり、具体的には、標点を設置することなく計測できるレーザ計測方法、及びこの方法で得られらる計測点群の位置座標を求めることができる座標算出プログラムを提供することである。 An object of the present invention is to solve a conventional problem, that is, to provide laser measurement in which measurement cost is reduced as compared with the conventional one by efficiently measuring, and specifically, a coordinate point is set. It is an object of the present invention to provide a laser measurement method capable of measuring without performing a procedure, and a coordinate calculation program capable of obtaining the position coordinates of a group of measurement points obtained by this method.
本願発明は、位置座標が既知である方位点を設定し、多数の計測点群の中から種々のフィルタリング処理を行って「参照点群」を抽出し、この参照点群から「暫定方位点座標」を算出したうえで座標変換するという点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。 In the present invention, an azimuth point whose position coordinates are known is set, various filtering processes are performed from a large number of measurement point groups to extract a "reference point cloud", and "provisional azimuth point coordinates" are extracted from this reference point cloud. This is an invention made based on an idea that has never existed before, focusing on the point that the coordinates are converted after calculating.
本願発明のレーザ計測方法は、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて、レーザ計測による計測点群の位置座標を求める方法であり、機械設置工程と、計測工程、暫定座標算出工程、参照点群抽出工程、暫定方位点座標算出工程、確定座標算出工程を備えている。このうち機械設置工程では、レーザ計測機械が基準点に設置され、計測工程では、レーザ計測機械からレーザを掃射することで計測対象物の計測点群が得られる。暫定座標算出工程では、基準点を基準とする暫定座標系が設定され、この暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標が付与される。参照点群抽出工程では、計測点群の中から方位点を求めるための参照点群が抽出され、暫定方位点座標算出工程では、参照点群に基づいて暫定座標系における方位点の位置座標が暫定方位点座標として算出される。そして確定座標算出工程では、基準点の位置座標、方位点の位置座標、及び暫定方位点座標に基づいて、暫定座標系を変換した確定座標系が得られるとともに、計測点群に付与された暫定座標が確定座標系に変換される。なお参照点群抽出工程では、基準点と方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く「比高差フィルタリング」、基準点と方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く「距離フィルタリング」、及び基準点と方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く「方位フィルタリング」によって参照点群が抽出される。 The laser measurement method of the present invention is a method of obtaining the position coordinates of a group of measurement points by laser measurement based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known, and is a machine installation step, a measurement step, and a provisional coordinate calculation step. , A reference point cloud extraction step, a provisional azimuth point coordinate calculation step, and a definite coordinate calculation step are provided. Of these, in the machine installation process, a laser measuring machine is installed at a reference point, and in the measuring process, a measurement point group of a measurement object is obtained by sweeping a laser from the laser measuring machine. In the provisional coordinate calculation step, a provisional coordinate system based on the reference point is set, and provisional coordinates are given to the measurement point cloud based on this provisional coordinate system. In the reference point group extraction step, a reference point group for obtaining an azimuth point is extracted from the measurement point group, and in the provisional azimuth point coordinate calculation step, the position coordinates of the azimuth point in the provisional coordinate system are obtained based on the reference point group. Calculated as provisional azimuth point coordinates. Then, in the definite coordinate calculation step, a definite coordinate system obtained by converting the provisional coordinate system based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the provisional azimuth point coordinates is obtained, and the provisional coordinate system assigned to the measurement point group is obtained. The coordinates are converted to a definite coordinate system. In the reference point group extraction process, "specific height difference filtering" is used to thin out the measurement point group by comparing the relative height difference between the reference point and the azimuth point, and "measurement point group is thinned out by comparing the distance between the reference point and the azimuth point". The reference point group is extracted by "distance filtering" and "direction filtering" in which the measurement point group is thinned out by comparing the reference point and the direction obtained by the direction point.
本願発明のレーザ計測方法は、基準点を基点とした方位を計測する方位計測工程をさらに備えた方法とすることもできる。この場合、暫定座標算出工程では、方位計測工程で計測された方位と基準点に基づいて暫定座標系が設定される。 The laser measurement method of the present invention may be a method further including a direction measurement step of measuring the direction with respect to the reference point. In this case, in the provisional coordinate calculation step, the provisional coordinate system is set based on the orientation and the reference point measured in the orientation measurement step.
本願発明のレーザ計測方法は、2つの略鉛直(鉛直含む)な面によって形成される基線(以下、「観測線」という。)上に設けられた方位点を、使用する方法とすることもできる。 The laser measurement method of the present invention can also be a method using an azimuth point provided on a baseline (hereinafter referred to as "observation line") formed by two substantially vertical (including vertical) surfaces. ..
本願発明のレーザ計測方法は、標識を設置する工程(標識設置工程)をさらに備えた方法とすることもできる。この標識は、底板、及び2つの側板(レーザの反射面となる)を有しており、底板に対して略垂直(垂直含む)に配置された2つの側板が、その底板に固定された構造である。また、2つの側板は互いに略垂直(垂直含む)に配置され、しかもこれら2つの側板によって基線(観測線)が形成される。なお、標識設置工程では、2つの側板が略鉛直(鉛直含む)となる姿勢で標識が設置され、そして方位点は観測線上に設けられる。 The laser measurement method of the present invention may be a method further including a step of placing a sign (mark setting step). This sign has a bottom plate and two side plates (which serve as a reflecting surface for the laser), and two side plates arranged substantially perpendicular to (including perpendicular to) the bottom plate are fixed to the bottom plate. Is. Further, the two side plates are arranged substantially perpendicular to each other (including vertical), and a baseline (observation line) is formed by these two side plates. In the sign installation step, the sign is installed in a posture in which the two side plates are substantially vertical (including the vertical), and the directional point is provided on the observation line.
本願発明のレーザ計測方法は、直線設定工程をさらに備えた方法とすることもできる。この直線設定工程では、参照点群を2組の点群に分け、各組の点群に基づいてそれぞれ直線が設定される。この場合、暫定方位点座標算出工程では、直線設定工程で設定された2直線の交点が暫定方位点座標として算出される。 The laser measurement method of the present invention may be a method further including a linear setting step. In this straight line setting step, the reference point group is divided into two sets of point groups, and a straight line is set based on each set of point groups. In this case, in the provisional directional point coordinate calculation step, the intersection of the two straight lines set in the straight line setting step is calculated as the provisional directional point coordinates.
本願発明のレーザ計測用標識は、底板と、2つの側板(レーザの反射面となる)を有するものである。2つの側板は底板に対して略垂直(垂直含む)に配置され、その底板に固定される。また、2つの側板は互いに略垂直(垂直含む)に配置され、しかもこれら2つの側板によって基線(観測線)が形成される。 The laser measurement marker of the present invention has a bottom plate and two side plates (which serve as a reflection surface of the laser). The two side plates are arranged substantially perpendicular to (including perpendicular to) the bottom plate and are fixed to the bottom plate. Further, the two side plates are arranged substantially perpendicular to each other (including vertical), and a baseline (observation line) is formed by these two side plates.
本願発明のレーザ計測用標識は、底板に小孔が設けられたものとすることもできる。なお、この小孔の中心は、観測線の延長線上に位置している。 The laser measurement label of the present invention may also have a small hole provided in the bottom plate. The center of this small hole is located on the extension of the observation line.
本願発明の座標算出プログラムは、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて、レーザ計測による計測点群の位置座標を求めるプログラムであり、既知点座標読み出し処理と、計測点群読み出し処理、暫定座標算出処理、暫定方位点座標算出処理、確定座標算出処理を備えたものである。このうち既知点座標読み出し処理は、基準点と方位点の位置座標を読み出す処理であり、計測点群読み出し処理は、基準点に設置されたレーザ計測機械のレーザ掃射により得られた計測対象物の計測点群を読み出す処理である。暫定座標算出処理は、基準点を基準とする暫定座標系を設定し、この暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する処理である。参照点群抽出処理は、計測点群の中から方位点を求めるための参照点群を抽出する処理であり、暫定方位点座標算出処理は、参照点群に基づいて、暫定座標系における方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する処理である。そして確定座標算出処理は、基準点の位置座標、方位点の位置座標、及び暫定方位点座標に基づいて、暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された暫定座標を確定座標系に変換する処理である。なお参照点群抽出処理では、基準点と方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く「比高差フィルタリング」、基準点と方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く「距離フィルタリング」、及び基準点と方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く「方位フィルタリング」によって参照点群が抽出される。 The coordinate calculation program of the present invention is a program for obtaining the position coordinates of a measurement point group by laser measurement based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known, and is a known point coordinate reading process and a measuring point group reading process. , The provisional coordinate calculation process, the provisional azimuth point coordinate calculation process, and the definite coordinate calculation process are provided. Of these, the known point coordinate reading process is a process for reading the position coordinates of the reference point and the azimuth point, and the measurement point cloud reading process is a measurement object obtained by laser sweeping of a laser measuring machine installed at the reference point. This is a process of reading out a group of measurement points. The provisional coordinate calculation process is a process of setting a provisional coordinate system based on a reference point and assigning provisional coordinates to a group of measurement points based on this provisional coordinate system. The reference point group extraction process is a process of extracting a reference point group for obtaining an azimuth point from a measurement point group, and a provisional azimuth point coordinate calculation process is a process of extracting an azimuth point in a provisional coordinate system based on the reference point group. This is a process of calculating the position coordinates of the above as provisional azimuth point coordinates. Then, in the definite coordinate calculation process, the provisional coordinate system is converted to obtain the definite coordinate system based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the provisional azimuth point coordinates, and the provisional coordinate system given to the measurement point group is obtained. This is a process of converting coordinates into a definite coordinate system. In the reference point group extraction process, the measurement point group is thinned out by comparing the relative height difference between the reference point and the azimuth point, and the measurement point group is thinned out by comparing the distance between the reference point and the azimuth point. The reference point group is extracted by "distance filtering" and "direction filtering" in which the measurement point group is thinned out by comparing the reference point and the direction obtained by the direction point.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムには、次のような効果がある。
(1)従来使用していた市松模様の標点や球形標点など特殊な標点を必要としないことから、製作や維持、設置手間にかかるコストを大幅に削減することができる。
(2)本願発明に必要な方位点は、2つの鉛直面が交差する直線上に設定することができるため、既設の様々な物が方位点として利用できる。その結果、特殊な準備を行うことなく手軽に計測することができる。
The laser measurement method, the laser measurement marker, and the coordinate calculation program of the present invention have the following effects.
(1) Since no special checkered point such as a checkered point or a spherical point, which has been used in the past, is required, the cost for manufacturing, maintenance, and installation can be significantly reduced.
(2) Since the directional point required for the present invention can be set on a straight line where two vertical faces intersect, various existing objects can be used as the directional point. As a result, measurement can be easily performed without making special preparations.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。なお本願発明は、大きく2つの段階に分けられる。1つは、現地で計測を行いそのデータを基に座標計算する「計測段階」、もう1つは、計測段階で得られた座標を基に地物の3次元モデルを作成する「モデル化段階」である。以下、計測段階とモデル化段階について順を追って説明する。 An example of the laser measurement method, the laser measurement sign, and the embodiment of the coordinate calculation program of the present invention will be described with reference to the drawings. The invention of the present application can be roughly divided into two stages. One is the "measurement stage" where measurements are taken on-site and coordinates are calculated based on the data, and the other is the "modeling stage" where a three-dimensional model of the feature is created based on the coordinates obtained in the measurement stage. ". Hereinafter, the measurement stage and the modeling stage will be described step by step.
1.計測段階
図1は、本願発明のうちの計測段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明の計測段階について説明する。
1. 1. Measurement stage FIG. 1 is a flow chart showing the main processing flow of the measurement stage in the present invention. The processing to be performed is shown in the center column, and the input information required for the processing is shown in the left column on the right. The columns show the output information that results from that process. The measurement stage of the present invention will be described with reference to this flow chart.
(既知点の設置)
はじめに、基準点を設置し(Step10)、方位点を設定する(Step20)。基準点はレーザスキャナを設置する点であり、目的とする対象物をレーザ計測するのに都合がよい地点に設置される。一方、方位点は後述するように座標系を確定させるためのものであり、本願発明のため新たに設置することもできるし、既存の構造物等を利用して設定することもできる。基準点と方位点は、それぞれ位置座標を既知とする必要があり、トータルステーションや衛星観測システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)といった従来手法により事前に測量しておく。なお、ここで得られる基準点と方位点の位置座標は、平面座標値と高さからなる3次元座標であり、平面座標値とは緯度と経度あるいは直交座標系(X座標,Y座標)で表されるものであって、高さとは標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。
(Installation of known points)
First, a reference point is set (Step 10), and an azimuth point is set (Step 20). The reference point is a point where the laser scanner is installed, and is installed at a convenient point for laser measurement of the target object. On the other hand, the directional point is for determining the coordinate system as described later, and can be newly installed for the present invention, or can be set by using an existing structure or the like. It is necessary to know the position coordinates of the reference point and the azimuth point, respectively, and the reference point and the azimuth point are surveyed in advance by a conventional method such as a total station or a satellite observation system (GNSS: Global Navigation Satellite System). The position coordinates of the reference point and the azimuth point obtained here are three-dimensional coordinates consisting of the plane coordinate value and the height, and the plane coordinate value is the latitude and longitude or the Cartesian coordinate system (X coordinate, Y coordinate). It is represented, and the height means the distance in the vertical direction from a predetermined reference horizontal plane such as an altitude.
図2は、ビルの角部に設定された方位点を示すモデル図である。この図に示すように方位点は、既設構造物を利用して設定することができる。特に、略直交(直交含む)する2面(図2では壁面)によって形成される線分(つまり2面が交差した隅角部の鉛直線)上に方位点を設定するとよい。なお、ここではこの線分(直線の一部)のことを便宜上「観測線」ということとする。図2では、観測線のうち最上端に方位点を設定しているが、もちろん最下端に設定しても、中間部に設定してもよい。 FIG. 2 is a model diagram showing directional points set at the corners of the building. As shown in this figure, the directional point can be set by using the existing structure. In particular, it is preferable to set the directional point on a line segment (that is, the vertical line at the corner where the two surfaces intersect) formed by two substantially orthogonal (including orthogonal) surfaces (wall surface in FIG. 2). Here, this line segment (a part of a straight line) is referred to as an "observation line" for convenience. In FIG. 2, the directional point is set at the uppermost end of the observation line, but of course, it may be set at the lowermost end or at the middle portion.
また、図2のような出隅状の2面交差に限らず、入隅状の2面交差の観測線上に方位点を設定することもできる。図3は、2面が入隅状に直交する標識10であり、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は斜視図である。この図に示す標識10を適切な位置に設置し、2面交差の観測線上に方位点を設定するわけである。
Further, the directional point can be set on the observation line of the two-sided intersection having the inside corner, as well as the two-sided intersection having the outside corner as shown in FIG. 3A and 3B are
さらに、三脚20に設置することができる標識10(以下、特に「三面標識10S」という。)に方位点を設定することもできる。図4は、三脚20に設置した三面標識10Sを示す図であり、(a)はその側面図、(b)は上方から見た平面図である。この図に示すように三面標識10Sは、円形気泡管や整準ねじを具備する整準台30を用いて、三脚20に設置することができる。
Further, the directional point can be set on the sign 10 (hereinafter, particularly referred to as "three-
ここで、図5と図6を参照しながら三面標識10Sの構造について詳しく説明する。図5は、三面標識10Sを正面から見た斜視図であり、図6(a)は三面標識10Sの断面図、そして図6(b)は三面標識10Sを上方から見た平面図である。図5に示すように三面標識10Sは、底板11S上に、2つの側板12Sが固定された構造である。具体的には、図6(a)に示すように2つの側板12Sが底板11Sに対して略垂直(垂直含む)姿勢で配置され、さらに図6(b)に示すように2つの側板12Sが互いに略垂直(垂直含む)となるよう配置され、溶接等によって底板11Sに固定される。なお、図示する底板11Sは、2つの側板12Sの配置にあわせたL形の形状としているが、これに限らず矩形や円形など種々の形状として設計することができる。
Here, the structure of the three-
また図5から分かるように、三面標識10Sには、2つの側板12Sによって観測線が形成されている。より詳しくは、2つの側板12Sが当接(交差)しており、その当接部分に境界線(線分)、つまり観測線が形成されている。さらに底板11Sには、整準台30に取り付けるための小孔13Sが設けられており、観測線を延長した線(図5に示す矢印)はこの小孔13Sの中心点を貫いている。なお2つの側板12Sは、独立した2枚の板を組み合わせたものとしてもよいし、1枚の板を折り曲げたものとしてもよい。また、小孔13Sの形状は、図5に示す円形とすることもできるし、六角形や楕円など任意の形状を選択することもできる。
Further, as can be seen from FIG. 5, an observation line is formed on the three-
三面標識10Sには、図5や図6(a)に示す切り欠き部14Sを設けることもできる。三面標識10Sを整準台30に取り付ける際、整準台30の一部(ねじやナット等)を収容できる空間を用意するのが、この切り欠き部14Sである。したがって切り欠き部14Sは、小孔13Sの直上に設けるとよい。
The three-
次に、図4を参照しながら三面標識10Sを利用した場合の方位点の設定(Step20)について詳しく説明する。まず、3次元座標が既知の点(ここでは、地面上に固定された測量鋲)に、トランシットやトータルステーションと同様、三脚20を利用して水平姿勢を保ちながら整準台30をセットする。そして、小孔13Sに挿通した整準台30の一部(例えば、ねじ)を利用して、三面標識10Sを整準台30に取り付ける(標識設置工程)。このとき、小孔13Sの中心点と、測量鋲(座標既知点)の平面位置が一致するように、三面標識10Sを取り付けるとよい。換言すれば、測量鋲が小孔13Sの中心点の鉛直下方に位置するように、三面標識10Sは設置される。さらに三面標識10Sは、底板11Sが略水平(水平含む)となる姿勢で、すなわち2つの側板12Sが略鉛直(鉛直含む)となる姿勢で設置される。
Next, the setting of the directional point (Step 20) when the three-
三面標識10Sが設置できると、三面標識10Sに形成された観測線上の任意位置(図4(a)では最上端)に方位点を設定し、この方位点に3次元座標を与える。既述したとおり、また図4(b)からも分かるように(この図では便宜上、底板11Sを破線で示している)、整準台30に取り付けられた三面標識10Sの観測線(その平面位置)は、小孔13Sの中心点と一致している。したがって、方位点の3次元座標のうち平面座標(X座標とY座標、あるいは緯度と経度)は、測量鋲の座標から得ることができる。一方、3次元座標のうち高さに関しては、図4(a)に示すように、測量鋲から方位点までの高さHを計測し、この値を測量鋲の座標に加えることで得ることができる。
When the three-
なおここまでは、座標既知点である測量鋲の位置に三面標識10Sを設置する場合で説明したが、座標既知点(測量鋲等)を利用することなく、三脚20と整準台30を用いて三面標識10Sを任意の位置に設置し、その後に方位点を直接計測して3次元座標を付与することもできる。ただしこの場合も、2つの側板12Sが略鉛直(鉛直含む)となる姿勢で三面標識10Sを設置するとよい。
Up to this point, the case where the three-
(計測)
基準点の設置(Step10)や、方位点の設定(Step20)といった準備が整うと、実際に計測を行う。まず、トランシットやトータルステーションと同様、三脚を利用して水平姿勢を保ちながら、基準点に地上型レーザ計測用のレーザスキャナ(以下、「地上型レーザスキャナ」という。)を設置する(Step30)。このとき、基準点からレーザスキャナ計測中心までの高さ(以下、「機械高」という。)を測っておく。そして地上型レーザスキャナにより、レーザ計測を開始する(Step40)。既述のとおり地上型レーザスキャナは、鉛直面内(つまり水平軸周り)で回転して照射方向を変えながら、しかも水平面内(つまり鉛直軸周り)にも回転しながらレーザパルスを照射する。三面標識10Sにレーザパルスが照射された場合は、主に2つの側板12Sがレーザの反射面となる。
(measurement)
When the preparations such as setting the reference point (Step 10) and setting the directional point (Step 20) are completed, the actual measurement is performed. First, as with the transit and total stations, a laser scanner for ground-based laser measurement (hereinafter referred to as "ground-based laser scanner") is installed at a reference point while maintaining a horizontal posture using a tripod (Step 30). At this time, the height from the reference point to the measurement center of the laser scanner (hereinafter referred to as "mechanical height") is measured. Then, the laser measurement is started by the ground-based laser scanner (Step 40). As described above, the ground-based laser scanner irradiates the laser pulse while rotating in the vertical plane (that is, around the horizontal axis) to change the irradiation direction and also rotating in the horizontal plane (that is, around the vertical axis). When the three-
一方で、基準点を中心とした方位(例えば北)を、コンパス等を利用して計測する(Step50)。このときの方位は、正確な計測による必要はなく、概略の方位が把握できればよい。したがって、地上型レーザスキャナに内蔵されたセンサ(電子コンパス等)によって得られる概略の方位を用いることもできる。 On the other hand, the direction around the reference point (for example, north) is measured using a compass or the like (Step 50). The direction at this time does not need to be measured accurately, and it is sufficient if the approximate direction can be grasped. Therefore, it is also possible to use the approximate orientation obtained by a sensor (electronic compass or the like) built in the ground-based laser scanner.
(暫定座標系と暫定座標)
基準点を中心とした方位が把握できると、基準点を基準とする3次元の座標系を設定する(Step60)。例えば、基準点を座標原点とし、南北方向、東西方向、鉛直方向を3軸とする座標系を設定する。あるいはレーザスキャナ計測中心を座標原点とする座標系を設定してもよい。この暫定座標系の設定も、地上型レーザスキャナが内蔵する計算機で処理することができる。なお、得られた方位は概略の値であることから、ここで設定される座標系は「暫定座標系」ということとする。
(Temporary coordinate system and provisional coordinates)
Once the orientation centered on the reference point can be grasped, a three-dimensional coordinate system based on the reference point is set (Step 60). For example, a coordinate system is set in which the reference point is the coordinate origin and the north-south direction, the east-west direction, and the vertical direction are the three axes. Alternatively, a coordinate system may be set with the measurement center of the laser scanner as the coordinate origin. This provisional coordinate system setting can also be processed by the computer built in the ground-based laser scanner. Since the obtained orientation is an approximate value, the coordinate system set here is referred to as a "provisional coordinate system".
レーザパルスの反射信号を受けた地上型レーザスキャナは、設定された暫定座標系に基づいて、レーザパルスの照射点(反射点)の位置座標を計算する(Step70)。ここで求めた位置座標は暫定座標系上のものであることから、「暫定座標」ということとする。 The ground-based laser scanner that receives the reflected signal of the laser pulse calculates the position coordinates of the irradiation point (reflection point) of the laser pulse based on the set provisional coordinate system (Step 70). Since the position coordinates obtained here are on the provisional coordinate system, they are referred to as "provisional coordinates".
ここまでの処理(Step10〜Step70)はレーザ計測を行う現地でのものであり、ここから説明する処理は主にコンピュータを使用することから事務所など屋内で行うことができる。もちろん、現地にて引き続き処理してもよい。
The processes up to this point (
(フィルタリングと参照点群)
計測点群の暫定座標に基づいて方位点を算出するため、まずは参照点群を抽出する(Step80)。レーザ計測で得られた多数の計測点をすべて使用して方位点を求めると、相当の計算時間を要することとなる。そこで、多数の計測点のうち方位点算出に役立つもの、すなわち方位点周辺の計測点を「参照点群」として選出し、限られた数の計測点によって方位点を求めることで、計算時間の短縮を図るわけである。
(Filtering and reference point cloud)
In order to calculate the directional point based on the provisional coordinates of the measurement point group, first, the reference point group is extracted (Step 80). If the azimuth points are obtained by using all the many measurement points obtained by the laser measurement, a considerable calculation time is required. Therefore, among a large number of measurement points, those that are useful for calculating the directional points, that is, the measurement points around the directional points are selected as a "reference point group", and the directional points are obtained from a limited number of measurement points to obtain the calculation time. This is to shorten the time.
計測点群から参照点群を抽出するということは、言い換えれば計測点群から不要な計測点をふるい落とす(間引く)ことであり、ここではこの処理をフィルタリングということとする。本願発明では、比高差フィルタリングと、距離フィルタリング、方位フィルタリングの3種類のフィルタリングが用意される。以下、それぞれ詳しく説明する。 Extracting the reference point group from the measurement point group is, in other words, sifting (thinning out) unnecessary measurement points from the measurement point group, and here, this process is referred to as filtering. In the present invention, three types of filtering are prepared: relative height difference filtering, distance filtering, and directional filtering. Each will be described in detail below.
比高差フィルタリングは、暫定座標が所定高さである計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であり、機械高も得られていることから、暫定座標系における方位点の高さ(Z軸座標)を計算することができる。例えば、レーザスキャナ計測中心を暫定座標系の座標原点とした場合、既知座標に基づいて求められる基準点と方位点の比高差から、機械高を減じた値が、暫定座標系における方位点の高さとなる。したがって、暫定座標系における方位点の高さ周辺にある計測点、例えば標高閾値内にある計測点(最も高い標高と最も低い標高の間など)を抽出することができる。 The relative height difference filtering is a process of extracting only the measurement points whose provisional coordinates are at a predetermined height. Since the coordinates of the reference point and the directional point are known and the mechanical height is also obtained, the height of the directional point (Z-axis coordinate) in the provisional coordinate system can be calculated. For example, when the measurement center of the laser scanner is set as the coordinate origin of the provisional coordinate system, the value obtained by subtracting the mechanical height from the relative height difference between the reference point and the orientation point obtained based on the known coordinates is the value of the orientation point in the provisional coordinate system. It becomes the height. Therefore, it is possible to extract measurement points around the height of the azimuth point in the provisional coordinate system, for example, measurement points within the altitude threshold (between the highest altitude and the lowest altitude).
距離フィルタリングは、基準点から所定距離にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点間の距離を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点(例えば座標原点)から所定距離にある計測点を抽出することができる。この所定距離は、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲(バッファ)を持って設定するとよい。 Distance filtering is a process of extracting only measurement points at a predetermined distance from a reference point. Since the coordinates of the reference point and the directional point are known, the distance between the reference point and the directional point can be obtained. Therefore, it is possible to extract a measurement point at a predetermined distance from a reference point (for example, a coordinate origin) in the provisional coordinate system. This predetermined distance may be set with a certain range (buffer) such as determining the minimum value and the maximum value.
方位フィルタリングは、基準点から所定方向にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点を結んだ方向(ベクトル)を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点(例えば座標原点)から所定方向にある計測点を抽出することができる。この所定方向も、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲(バッファ)を持って設定するとよい。 Direction filtering is a process of extracting only measurement points in a predetermined direction from a reference point. Since the coordinates of the reference point and the directional point are known, the direction (vector) connecting the reference point and the directional point can be obtained. Therefore, it is possible to extract a measurement point in a predetermined direction from a reference point (for example, a coordinate origin) in the provisional coordinate system. This predetermined direction may also be set with a certain range (buffer) such as determining the minimum value and the maximum value.
3種類のフィルタリングを行うにあたってはどの順を選択してもよいが、フィルタリングで残された計測点を対象として次のフィルタリング処理を行うこととし、徐々に計測点を絞り込んでいく。例えば、計測点群に対して比高差フィルタリングを行って計測点を絞り込み、この絞り込まれた計測点を対象に距離フィルタリングが行われ、ここで抽出された計測点に対してさらに方位フィルタリングが行われ、参照点群が抽出される。 Any order may be selected when performing the three types of filtering, but the next filtering process is performed on the measurement points left by the filtering, and the measurement points are gradually narrowed down. For example, the relative height difference filtering is performed on the measurement point group to narrow down the measurement points, the distance filtering is performed on the narrowed down measurement points, and the direction filtering is further performed on the measurement points extracted here. The reference point cloud is extracted.
(暫定方位点座標の算出)
3種類のフィルタリングを経て抽出された参照点群は、比高差フィルタリングを経ていることから概ね平面上に点在している。特に、観測線(2面交差の直線)上に方位点を設定した場合、計測点群(つまり参照点群)は2面(三面標識10Sであれば2つの側板12S)のうちいずれかに反射することから、参照点群は概ね2つの直線付近に点在することとなる。図7は、2直線付近に点在する参照点群を示す平面図である。この2直線の交点が、つまり方位点の位置と考えられるわけである。
(Calculation of provisional directional point coordinates)
The reference point groups extracted through the three types of filtering are generally scattered on the plane because they have undergone the relative height difference filtering. In particular, when the azimuth point is set on the observation line (straight line intersecting two surfaces), the measurement point group (that is, the reference point group) is reflected on one of the two surfaces (two
そこで、この2直線を設定し(Step90)、方位点として交点座標を求める(Step100)。具体的には、まず参照点群を2つのグループに分け、次にそれぞれのグループで回帰直線を求め、暫定座標系における直線式として算出される。暫定座標系上での2直線が特定できれば、この2直線の交点座標を計算し、暫定座標系上における方位点の座標(以下、「暫定方位点座標」という。)として求める。なお、ここで設定する2直線は3次元空間での直線式であるから、必ずしも交差するとは限らない。したがって、2直線がもっとも近づく位置を交点とみなすとよい。あるいは、あらかじめ定めた平面(例えば水平面)上で、回帰直線を設定することとしてもよい。 Therefore, these two straight lines are set (Step 90), and the coordinates of the intersection are obtained as the directional points (Step 100). Specifically, the reference point group is first divided into two groups, then the regression line is obtained in each group, and the reference point group is calculated as a linear expression in the provisional coordinate system. If the two straight lines on the provisional coordinate system can be specified, the coordinates of the intersection of these two straight lines are calculated and obtained as the coordinates of the azimuth points on the provisional coordinate system (hereinafter, referred to as "provisional azimuth point coordinates"). Since the two straight lines set here are straight lines in a three-dimensional space, they do not always intersect. Therefore, the position where the two straight lines are closest to each other should be regarded as the intersection. Alternatively, the regression line may be set on a predetermined plane (for example, a horizontal plane).
(確定座標系と確定座標)
ところで、方位点は実際には絶対座標系(例えば世界測地系)における既知点であり、同じく絶対座標系における既知点である基準点との関係から、方位点を暫定座標系に配置することができる。つまり暫定座標系において、既述した2直線の交点から求める方位点(以下、便宜上「算出方位点」という。)と、基準点との関係から配置される方位点(以下、便宜上「変換方位点」という。)の2種類で方位点を表すことができる。本来、算出方位点と変換方位点は一致するはずであるが、方位を概略の値としたことから、あるいは計測誤差が原因で、両者は一致しない場合がある。
(Definite coordinate system and definite coordinates)
By the way, the azimuth point is actually a known point in the absolute coordinate system (for example, the world geodetic system), and the azimuth point can be arranged in the provisional coordinate system because of the relationship with the reference point which is also the known point in the absolute coordinate system. can. That is, in the provisional coordinate system, the directional point obtained from the intersection of the two straight lines described above (hereinafter, referred to as "calculated directional point" for convenience) and the directional point arranged from the relationship with the reference point (hereinafter, "converted directional point" for convenience). The directional point can be represented by two types of.). Originally, the calculated directional point and the converted directional point should match, but the two may not match because the directional values are approximate values or due to a measurement error.
図8は、基準点(あるいはレーザスキャナ計測中心)を座標原点とする暫定座標系のX−Yに、配置された算出方位点と変換方位点を示すモデル図である。基準点から方位点に向かう方向(ベクトル)は、本来、基準点から変換方位点に向かうベクトルであるべきところ、基準点から算出方位点に向かうベクトルは異なる方向に向かっている。つまり、両者の方向の差から生じる回転角φが、正しい座標系と暫定座標系のずれであり、言い換えれば暫定座標系を回転角φだけ回転すると正しい座標系となる。したがって、暫定座標系を回転変換して正しい座標系(以下、「確定座標系」という。)を求め(Step110)、この確定座標に基づいてレーザ計測で得られた計測点群の暫定座標の座標変換を行い、変換後の座標を「確定座標」として取得する(Step120)。 FIG. 8 is a model diagram showing calculated directional points and conversion directional points arranged in XY of the provisional coordinate system having the reference point (or the measurement center of the laser scanner) as the coordinate origin. The direction (vector) from the reference point to the directional point should be a vector from the reference point to the conversion directional point, but the vector from the reference point to the calculated directional point is in a different direction. That is, the rotation angle φ caused by the difference between the two directions is the deviation between the correct coordinate system and the provisional coordinate system. In other words, when the provisional coordinate system is rotated by the rotation angle φ, the correct coordinate system is obtained. Therefore, the provisional coordinate system is rotationally transformed to obtain the correct coordinate system (hereinafter referred to as "fixed coordinate system") (Step110), and the coordinates of the provisional coordinates of the measurement point group obtained by laser measurement based on the fixed coordinates. The conversion is performed, and the converted coordinates are acquired as "determined coordinates" (Step 120).
なお既述のとおり地上型レーザ計測では、X軸―Y軸―Z軸からなる3次元座標軸のうち、水平面が把握できることからZ軸は特定できるが、水平面内におけるX軸―Y軸の向きが特定できない。したがって、ここで行う座標系の変換は、水平面に配置される2軸(例えばX軸−Y軸)のみを回転させる。つまり図8で求められる回転角φは、X座標とY座標のみを使用しており、Z座標は用いていない。 As described above, in the ground-based laser measurement, the Z-axis can be specified because the horizontal plane can be grasped among the three-dimensional coordinate axes consisting of the X-axis-Y-axis-Z-axis, but the direction of the X-axis-Y-axis in the horizontal plane is It can not be identified. Therefore, the transformation of the coordinate system performed here rotates only the two axes (for example, the X-axis and the Y-axis) arranged on the horizontal plane. That is, the rotation angle φ obtained in FIG. 8 uses only the X coordinate and the Y coordinate, and does not use the Z coordinate.
また、図8から分かるように、算出方位点と変換方位点は、基準点からの方向が異なるだけではなく、基準点からの距離も異なる場合がある。つまり、座標系を変換するに当たっては、座標系の回転変換のみならず、ヘルマート変換やアフィン変換といった平面を変形する変換手法も考えられる。もちろんこのような変換手法を使用することもできるが、地上型レーザ計測の性質上、平面を変形しない単なる回転変換とする方が良い結果が得られる。 Further, as can be seen from FIG. 8, the calculated directional point and the converted directional point may differ not only in the direction from the reference point but also in the distance from the reference point. In other words, when transforming the coordinate system, not only the rotational transformation of the coordinate system but also the transformation method of transforming the plane such as the Helmart transformation and the affine transformation can be considered. Of course, such a conversion method can be used, but due to the nature of ground-based laser measurement, it is better to use a simple rotational conversion that does not deform the plane.
2.モデル化段階
図9は、本願発明のうちのモデル化段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明のモデル化段階について説明する。なお、モデル化段階の各処理はコンピュータを使用して実行されるものであり、ここで説明する処理は、具体的にはコンピュータに実行させるためのプログラムを構成する機能である。
2. Modeling stage FIG. 9 is a flow chart showing the main processing flow of the modeling stage in the present invention. The processing to be performed is shown in the center column, and the input information required for the processing is shown in the left column. , The right column shows the output information generated from the processing. The modeling stage of the present invention will be described with reference to this flow chart. Each process in the modeling stage is executed using a computer, and the process described here is specifically a function of configuring a program to be executed by the computer.
(構成断面の設定)
はじめに、計測点群記憶手段から、ここで記憶されている計測点群とその確定座標を読み出す(Step130)。ここで読み出した計測点群は、当然ながら3軸からなる確定座標系に配置することができる。ここでは便宜上、確定座標系の3軸を、X軸−Y軸−Z軸の場合で説明する。
(Setting of constituent cross section)
First, the measurement point cloud stored here and its definite coordinates are read out from the measurement point cloud storage means (Step 130). As a matter of course, the measurement point cloud read out here can be arranged in a definite coordinate system consisting of three axes. Here, for convenience, the three axes of the definite coordinate system will be described in the case of the X-axis-Y-axis-Z-axis.
本願発明では、モデル化を行うに当たって「構成断面」を設定する(Step140)のが1つの特徴となっている。図10は、3軸からなる確定座標系に配置された計測点群と構成断面を示すモデル図である。なお、この図に示す計測点群は、例えば図2に示すようなオフィスビルをレーザ計測して得られたものである。図10に示すように構成断面は、座標軸(この図ではZ軸)に直交する平面である。つまり構成断面は3方向で設定することができ、便宜上ここでは、X軸に直交する構成断面を「X軸構成断面」と、Y軸に直交する構成断面を「Y軸構成断面」、Z軸に直交する構成断面を「Z軸構成断面」ということとする。 One of the features of the present invention is that a "constituent cross section" is set (Step 140) when modeling. FIG. 10 is a model diagram showing a group of measurement points arranged in a definite coordinate system composed of three axes and a constituent cross section. The measurement point group shown in this figure is obtained by laser measurement of an office building as shown in FIG. 2, for example. As shown in FIG. 10, the constituent cross section is a plane orthogonal to the coordinate axis (Z axis in this figure). That is, the structural cross section can be set in three directions. For convenience, the structural cross section orthogonal to the X axis is the "X-axis structural cross section", the structural cross section orthogonal to the Y axis is the "Y-axis structural cross section", and the Z axis. The structural cross section orthogonal to is referred to as a "Z-axis structural cross section".
構成断面は、1つの軸に対して2以上が設定される。例えば図10では、4つのZ軸構成断面が設定されている。なお、2以上の構成断面は、一定間隔で複数設定すると良いが、モデル化する対象に応じて不等間隔で2以上の構成断面を設定することもできる。またモデル化を行うに当たって、1種類(例えば、Z軸構成断面のみ)の構成断面を設定することもできるが、2種類(例えば、Y軸構成断面とZ軸構成断面)の構成断面を設定することもできるし、3種類すべての構成断面を設定することもできる。 Two or more constituent cross sections are set for one axis. For example, in FIG. 10, four Z-axis structural cross sections are set. It is preferable to set a plurality of two or more constituent cross sections at regular intervals, but it is also possible to set two or more constituent cross sections at unequal intervals depending on the object to be modeled. Further, in modeling, one type (for example, only the Z-axis structural cross section) can be set, but two types (for example, the Y-axis structural cross section and the Z-axis structural cross section) can be set. It is also possible to set all three types of constituent cross sections.
(セグメント点群)
構成断面が設定できると、次にセグメント点群を設定する(Step150)。図11は、3軸からなる確定座標系に配置されセグメント点群と構成断面を示すモデル図である。この図に示すようにセグメント点群は、確定座標系に配置した計測点群のうち構成断面の周辺にあるものが抽出されて設定される。具体的には、構成断面から閾値距離以内にある計測点を抽出してセグメント点群を設定する。したがって、それぞれの構成断面でセグメント点群は設定され、言い換えれば、セグメント点群と構成断面は紐付けられているわけである。
(Segment point cloud)
After the constituent cross section can be set, the segment point cloud is set next (Step150). FIG. 11 is a model diagram showing a segment point cloud and a constituent cross section arranged in a definite coordinate system composed of three axes. As shown in this figure, the segment point cloud is set by extracting the measurement point cloud arranged in the definite coordinate system around the constituent cross section. Specifically, a segment point cloud is set by extracting measurement points within a threshold distance from the constituent cross section. Therefore, the segment point group is set for each constituent cross section, in other words, the segment point group and the constituent cross section are associated with each other.
(ラインデータ)
セグメント点群が設定できると、ラインデータを生成する(Step160)。図12は、セグメント点群に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図である。本願発明は、計測対象物の外周線を「ラインデータ」として求め、複数のラインデータから構成される3次元形状を計測対象物の3次元モデルとすることを特徴としている。図11に示すセグメント点群は、ある程度、計測対象物の輪郭は想定できるものの、3次モデルを作成できるほどシャープではない。そこで、セグメント点群に基づくラインデータを生成するわけである。
(Line data)
When the segment point cloud can be set, line data is generated (Step 160). FIG. 12 is a model diagram showing line data generated based on the segment point cloud. The present invention is characterized in that the outer peripheral line of the measurement object is obtained as "line data", and a three-dimensional shape composed of a plurality of line data is used as a three-dimensional model of the measurement object. The segment point cloud shown in FIG. 11 is not sharp enough to create a cubic model, although the contour of the object to be measured can be assumed to some extent. Therefore, line data based on the segment point cloud is generated.
ラインデータは、平面(例えば構成断面)上に配置される複数の線分で形成されるデータであり、セグメント点群に基づいて生成される。したがって、セグメント点群ごとにラインデータは生成され、つまりラインデータも構成断面は紐付けられている。ラインデータは、いくつかの手法で生成することができる。例えば、セグメント点群のうち任意の1点を「起点」として指定し、その周辺(例えば最も近い点)の点を「ライン構成点」として抽出して連結し、これを繰り返し行うことでラインデータを生成することができる。このとき、起点から連結していく方向をあらかじめ定めておくこともできる。また、起点の指定は、オペレータ操作によって行うこともできるし、あらかじめ定めたルール(例えばX座標最小値など)にしたがって自動的に指定することもできる。 Line data is data formed by a plurality of line segments arranged on a plane (for example, a constituent cross section), and is generated based on a group of segment points. Therefore, line data is generated for each segment point group, that is, the line data is also associated with the constituent cross sections. Line data can be generated by several methods. For example, any one point in the segment point group is designated as the "starting point", points around it (for example, the closest point) are extracted and connected as "line constituent points", and this is repeated to generate line data. Can be generated. At this time, the direction of connection from the starting point can be determined in advance. Further, the starting point can be specified by an operator operation, or can be automatically specified according to a predetermined rule (for example, the minimum value of the X coordinate).
また、セグメント点群をあらかじめ構成断面上に投影したうえで、ラインデータを生成することができる。具体的には、構成断面上に投影された計測点群(以下、単に「投影点」という。)のうち任意の1点を「起点」として指定し、その周辺の点をライン構成点としていく。この場合、ライン構成点として選出された投影点は、次のライン構成点を選出する当投影点からは除くと良い。つまり、順次ライン構成点を減じていき、徐々にライン構成点の選出時間を短縮するわけである。 Further, the line data can be generated after projecting the segment point cloud on the constituent cross section in advance. Specifically, any one of the measurement points projected on the constituent cross section (hereinafter, simply referred to as “projected point”) is designated as the “starting point”, and the points around it are designated as the line constituent points. .. In this case, the projection point selected as the line constituent point may be excluded from the projection point for selecting the next line constituent point. That is, the line constituent points are sequentially reduced, and the selection time of the line constituent points is gradually shortened.
起点から順次連結していきながらラインデータを生成する手法に変えて、セグメント点群の配置形状から所定のラインを推定することでラインデータを生成することもできる。この場合、従来から用いられているハフ変換といった変換処理技術を採用することができる。またこの場合も、計測点群が構成断面上に投影された投影点の配置形状からでラインデータを生成することもできる。 It is also possible to generate line data by estimating a predetermined line from the arrangement shape of the segment point group, instead of the method of generating line data while sequentially connecting from the starting point. In this case, a conversion processing technique such as the Hough transform that has been conventionally used can be adopted. Also in this case, line data can be generated from the arrangement shape of the projection points on which the measurement point group is projected on the constituent cross section.
(3次元モデル)
ラインデータが生成できると、計測対象物の3次元モデルを作成する。まずは、複数のラインデータを重ね合わせるように配置し(Step170)、そこから複数の外形面を推定し(Step180)、さらにこの外形面に基づいて3次元モデルを作成する(Step190)。
(3D model)
When the line data can be generated, a three-dimensional model of the measurement target is created. First, a plurality of line data are arranged so as to be overlapped (Step 170), a plurality of outer surfaces are estimated from the outer surface (Step 180), and a three-dimensional model is created based on the outer surfaces (Step 190).
ところで、既述のとおりセグメント点群は構成断面ごとに設定され、ラインデータはりセグメント点群ごとに生成される。つまり、ラインデータは、構成断面の数だけ生成されるわけである。また構成断面は、3種類すべて(つまり3軸に対して)の設定することもできるし、1種類のみ設定できると述べた。したがって、ラインデータもZ軸に直交するものだけが生成されることもあるし、3軸すべてに直交するラインデータ(つまり3軸方向のラインデータ)が生成されることもある。図13(a)は、Z軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図13(b)は、そのラインデータから作成された3次元モデルを示すモデル図である。一方、図14(a)は、Y軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図14(b)は、そのラインデータから作成された3次元モデルを示すモデル図である。 By the way, as described above, the segment point group is set for each constituent cross section, and the line data beam segment point group is generated for each segment point group. That is, line data is generated as many as the number of constituent cross sections. He also stated that all three types of cross sections (that is, for three axes) can be set, and only one type can be set. Therefore, only line data orthogonal to the Z axis may be generated, or line data orthogonal to all three axes (that is, line data in the three axis directions) may be generated. FIG. 13A is a model diagram showing line data generated based on the Z-axis configuration cross section, and FIG. 13B is a model diagram showing a three-dimensional model created from the line data. On the other hand, FIG. 14A is a model diagram showing line data generated based on the Y-axis configuration cross section, and FIG. 14B is a model diagram showing a three-dimensional model created from the line data. be.
図13(b)や図14(b)に示すように、複数のラインデータは所定位置(例えば、構成断面の位置)に配置され、複数のラインデータによっていくつかの「面」が設定され、この面に基づいて計測対象物の3次元モデルが作成される。もちろん、図13や図14のように、1種類の構成断面からなるラインデータで3次元モデルを作成することもできるし、2種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできるし、3種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできる。 As shown in FIGS. 13 (b) and 14 (b), a plurality of line data are arranged at predetermined positions (for example, positions of a constituent cross section), and some "faces" are set by the plurality of line data. A three-dimensional model of the object to be measured is created based on this surface. Of course, as shown in FIGS. 13 and 14, a three-dimensional model can be created with line data consisting of one type of structural cross section, or can be created from line data consisting of two types of structural cross sections. It can also be created from line data consisting of different types of structural cross sections.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムは、地上で計測する地上型レーザ計測や、上空からの航空レーザ計測で利用することができる。また、屋外にある対象物のほか、屋内の対象物を計測する際にも利用することができる。 The laser measurement method, the laser measurement marker, and the coordinate calculation program of the present invention can be used for ground-based laser measurement for ground measurement and aerial laser measurement from the sky. It can also be used to measure indoor objects as well as outdoor objects.
10 標識
10S 三面標識
11S (三面標識の)底板
12S (三面標識の)側板
13S (三面標識の)小孔
14S (三面標識の)切り欠き部
20 三脚
30 整準台
10
Claims (2)
底板、及びレーザの反射面となる2つの側板を有し、
前記2つの側板は前記底板に対して垂直又は略垂直に配置されて、該底板に固定され、
さらに前記2つの側板は、互いに垂直又は略垂直に配置されるとともに、該2つの側板によって観測線が形成される、ことを特徴とするレーザ計測用標識。 A marker for setting the directional point, which is used in a laser measurement method for obtaining the position coordinates of a group of measurement points obtained by performing laser measurement based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known.
It has a bottom plate and two side plates that serve as a reflecting surface for the laser.
The two side plates are arranged vertically or substantially perpendicular to the bottom plate and fixed to the bottom plate.
Further, a laser measurement marker characterized in that the two side plates are arranged perpendicularly or substantially vertically to each other, and an observation line is formed by the two side plates.
前記小孔の中心が、前記観測線の延長線上にある、ことを特徴とする請求項1記載のレーザ計測用標識。 A small hole is provided in the bottom plate.
The laser measurement marker according to claim 1, wherein the center of the small hole is on an extension of the observation line.
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