JPH03125926A - 体積測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地表面や堆積物質の表面レベルを測定する装置
及びこのレベル測定装置を用いた容積測定装置並びに体
積測定方法に関する。

〔従来の技術〕

光源から測定光を発射し、対象物からの反射光と発射光
との位相ずれを測定して対象物までの距離を測定する光
波距離計が土木測量などに使われている。一般には、こ
の種の光波距離計は、測定点に反射プリズムを配すこと
により、数百〜数ｉの距離測定を高精度に行えるが、２
００ｍ程度であれば反射プリズムを用いない直接反射光
により測定ができるものもある。

直接反射形のものは、反射器を測定点に置くことができ
ないような対象面の測定を可能にする。

例えば地滑り、熔岩流、泥流等を監視する装置、積雪計
などに応用できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような用途では、−台の距離計で比較的広い表面
上の多数のサンプリング点のデータを効率良く測定しな
ければならない。このため距離計の台座を経緯式にして
測定方向を自由に変えられるように構成するが、足場の
悪い高所や生物環境の悪い所に距離計を設置すると、所
望の多数の測定点に規準させる作業が困難となる。また
規準作業が可能であっても、測定に多大の時間を必要と
し現実的でない。

また対象面の形状によっては、距離計を高所に据えて、
対象面からの反射光を効率よく受光できるようにする必
要が生じる。

本発明はこの問題にかんがみ、測定表面上の多数のサン
プリング点までの距離データを効率良く測定できるよう
にし、比較的広範囲にわたる表面の空間位置の解析を容
易にすることを目的とする。

また本発明の別の目的は、表面の空間位置データに基い
て表面を成す堆積物の体積を測定する方法を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の表面レベル測定装置は、対象面までの距離を照
射光及び反射光の位相差により測定する光波距離計と、
上記光波距離針の測定対象点と略一致した撮像中心を有
する撮像装置と、遠隔操縦信号を受けて上記光波距離計
及び撮像装置の測定対象点及び盪像中心を上記対象面に
沿って移動させる直交二軸形首振り装置と、上記撮像装
置から伝送された画像を表示するモニタ装置と、上記首
振り装置に上記遠隔操縦信号を伝送するコントローラと
を有する遠隔操縦装置とを具備し、上記光波距離計から
伝送された距離データに基いて対象面上の多数の表面レ
ベルデータを得ることを特徴とする。

表面レベルデータは、距離計の空間座標位置と表面まで
の距離データとに基いて空間座標データとして得られる
。この際、距離計の首振り角度データでもって距離デー
タを補正する必要がある。

表面レベルデータから表面上の多数の曲線群を求め、こ
れを積分することにより表面を成す物質の体積が求まる
。

〔作　用〕

対象面の広範囲にわたる多数のサンプル点において距離
測定を行う場合、モニタを見ながら次々と測定点を遠隔
操作により設定するので、距離計の設置位置が自由にな
り、直接反射光に基く距離測定を効率良く行えるように
設置位置を選択できる。

〔実施例〕

第１図に本発明を適用した表面レベル測定装置の要部を
示す。この表面レベル測定装置は例えば鉄鉱石の山積み
の体積を測定するために使用される。

測定ユニット１は、光波距離計２と、撮像装置３とを一
体にしたもので、数十ｍの測定マストに鉱石４の表面４
ａに向けて据え付けられる。距離計２の測定点Ｐと撮像
装置３の撮像中心とはほぼ合致している。

光波距離計２は、発光素子２０からパルス光２１を鉱石
面４に対物レンズ２２を介して射出し、鉱石表面４ａか
らの反射光の一部２１ａを対物レンズ２２で集光してハ
ーフミラ−２３から受光素子２４に入射させるように光
学系が構成されている。この外に平行二軸式等の公知の
光学系を使用してもよい。光波距離系２に内蔵されてい
る測定回路において、発光パルスと受光パルスとの位相
差に基いて鉱石表面４ａまでの距離を測定する。

光波距離計２の測定データａは、ケーブル５を通じて地
上装置６のコンピュータ６１に伝送される。コンピュー
タ６１において、測定ユニット１から水平基準面までの
既知距離から鉱石表面４ａまでの測定距離を減算するこ
とにより、表面レベル値が算出される。

実際には、鉱石表面４ａ上で測定点Ｐを走査させながら
多数の測定データを得るので、距離計２の光軸が鉛直線
に対して成す角度の正弦及び余弦をデータに掛けて補正
する必要がある。

測定ユニット１と一体の撮像装置３は、対物レンズ３０
とＣＣＤのような撮像素子３１とを備え、測定点Ｐを中
心とした鉱石表面４ａの比較的広い範囲からの像光３２
に対応した映像信号すを出力する。

対物レンズ系はフォーカス制御手段を備え、オートフォ
ーカス又はリモートコントロールにより、測定点の周囲
の鮮明な映像が得られるように成っている。

映像信号すはケーブル５を通じて地上装置６のモニタ６
２に伝送され、表面４ａの映像が映し出される。なお距
離計２の測定点Ｐに対応して、モニタ６２の映像中に“
＋”のような規準マークが表示される。

測定ユニット１は第２図に示すような直交二軸の首振り
装置１０を介して測定マストに取付けられている。首振
り装置１０は、Ｙ軸１１ａＳＹ軸モータｌｌｂを備え、
Ｙ軸方向に測定点を変位させ得る。測定ユニット１、Ｙ
軸１１ａ及びＹ軸モータ１１ｂは架腕１２上に設けられ
、これら全体がベース１３上に設けられたＸ軸１４ａ及
びＸ軸モータ１４ｂによりＸ軸方向に角度変位される。

Ｙ軸モータｆｌｂ及びＸ軸モータ１４ｂには、各軸の角
度変位を測定するロータリエンコーダ１ＩＣ１１４ｃが
夫々設けられている。

Ｙ軸１１ａ及びＸ軸１４ａは水平面に対し平行であり、
この配置では直下の計測も可能である。

直下の計測を必要としない場合には、Ｙ軸１４ａを鉛直
軸（Ｚ軸）と合致させる配置も可能である。

首振り装置１０のＹ軸モータｌｌｂ及びＸ軸モータ１４
ｂは、地上装置６のコントローラ６３がらケーブル５を
通じて伝送される遠隔制御信号Ｃに基いて駆動される。

遠隔制御信号Ｃは付属のジョイスティック６４の操作に
基いて形成される。

操作者はモニタ６２上の映像を見ながらジョイスティッ
ク６４を操作し、鉱石表面４ａの必要十分な多数のサン
プリング点において距離計２の測定点Ｐを設定する。こ
の際、目的物（鉱石４）以外の物体が測定されないよう
に、モニタ６２を見ながら、測定点の走査範囲をコント
ロールする。なお遠隔制御信号Ｃはコンピュータ６１に
よるプロダラム制御に基いて自動生成することもできる
。

第３図Ａ、Ｂは山積みの鉱石４の体積計測の原理図を示
す。数十ｍの測定マスト１６の上端に測定ユニット１が
首振り装置１０を介し設置されている。既述のようにモ
ニタ６２上の鉱石４の映像を見ながらジョイスティック
６４を操作し、鉱石４の表面４ａで距離計４ａの測定点
Ｐを基準面Ｒ上の座標軸Ｘ、Ｙの各方向に走査し、多数
のサンプリング点において距離データａを収集する。

鉛直線に対する距離計２の光軸のＹ軸方向及びＸ軸方向
の傾きをα、βとし、基準面Ｒがら距離計２までの高さ
をＨとすると、測定点Ｐにおける鉱石４の表面レベルｈ
は、 ｈ＝Ｈ−ａ　ｃｏｓａ　ｓｉｎβ で求まる。また測定点ＰのＸＹ座標は、ｙ−ａｓｉｎβ
ｃｏｓα ｘ−ａｓｉｎαｃｏｓβ で求まる。

なお第２図の首振り装置のＹ軸１４ａを鉛直方向に配し
た場合には、座標値は、 ｈ＝Ｈ−ａｃｏｓα ｙ＝ａｓｉｎα　ｓｉｎβ ｘ　＝　ａ　　５ｉｒｃｒ　　ｃｏｓβとなる。

これらの計算は、距離計２からの距離データａ及びＹ軸
、Ｘ軸のロータリーエンコーダ１１ｃ１１４Ｃからの角
度データα、βに基いてコンピュータ６１で行う。この
ようにして、鉱石表面４ａを格子状に区切った各交点の
測定点ごとに３次元座標（Ｘ％　ｙ　、ｈ）が得られる
。なお首振り装置１０に与える遠隔制御信号とＸ軸、Ｙ
軸の首振り角度が正しく対応していれば、ロークリエン
コーダｌｌｃ、１４ｃを設ける代りに、遠隔制御信号か
ら角度データα、βを求めることもできる。

次に例えばＹ方向に並んだ測定点の点列を通るスプライ
ン曲線のような３次元自由曲線を点列の座標値から計算
で多数生成し、それらの基準面Ｒ上の定積分値を求める
。この積分値の和に各スプライン曲線のＸ軸方向の間隔
（一定値）を掛けると、鉱石４の概略の体積が求まる。

結果はコンピュータ６１に接続されたプリンタ６５に印
字される。

なお精度を高めるために、鉱石表面４ａ上で３次元スプ
ライン曲線を格子状に生成し、次にスプライン曲線を境
界として曲面を四辺形パッチに分割し、バッチの各月に
沿ったパラメータｕＳｖによって表現されるクーンズ面
のような双３次パラメトリック曲面を生成してもよい。

体積はこの曲面上に設定される多数の３次元曲線の定積
分値の和を定数倍することによって得られる。

また必要があれば、距離測定を数回繰り返して、求めた
各体積値の平均を計算してもよい。或いは測定ユニット
１を追加し、これを別の位置の測定マストに取付けて、
別々の角度位置から体積値を求めて、それらの平均を出
すようにしてもよい。

測定対象である鉱石、石炭、砂などの山積みの表面がガ
ウス曲面に従う場合には、３次元自由曲線の代りにガウ
ス曲線等の近似曲線を計算してもよい。

上述の実施例は表面レベルの測定に基いて鉱石等の山積
みの体積を求めるものであるが、他の様々な用途に表面
レベルの測定を応用できる。例えば第４図に示すような
地滑りの監視システムに利用することができる。この監
視システムでは、地滑りが生じる可能性のある急斜面に
対向して測定マスト１６上に測定ユニットｌを配置する
。斜面上には観察点となる複数の標石５０を置き、モニ
タ６２の画像を見ながら各点を規準し、測定した距離デ
ータに基いて各観察点の３次元座標（水平位置及び高さ
）を求める。この作業を定期的に行ってデータをプロフ
タロ５で図化すれば、斜面の地滑りの進行を観察するこ
とができる。

各観察点に測定ユニット１を規準させるためのデータを
コンピュータ６１にプログラムしておけば、定期的な測
定作業を自動化することができる。

また標石５０が、移動して測定光が標石５０から外れる
と、距離測定値が急変するので、これを検出することに
より、大規模な地滑りを予告する警報信号等を発生させ
ることができる。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によると、目標面のモニタ機能と距離計
の規準点の遠隔操縦機能とにより、距離計を目標面の所
望位置に規準させることができる。

従って高所や足場の悪い所に距離計を配置しても目標面
の所望位置に測定点を容易に、効率良く設定することが
できる。

特に光波距離計を用いて対象表面からの直接反射光に基
く距離測定を行う場合には、面と測定光の角度を６０”
以上（入射角で３０”以下）にしないと正確な測定が困
難であるが、この角度を確保するために距離計を高所に
設置しても、規準作業が容易であり、比較的広い面上に
多数のサンプル点を設定する場合に効率の良い測定がで
きる。

請求項２の発明によると、距離計の首振り角度でもって
距離データを補正するので、水平面等の基準面に対する
表面レベルを正確に求めることができる。

請求項３及び４の発明によると、表面レベルの測定デー
タを用いて鉱石の山積み等の体積を重量測定等を行わず
に筒易に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す表面レベル測定装置の
系統図、第２図は第１図の測定ユニットの正面図、第３
図は体積測定の原理図、第４図は地滑り監視システムの
概念図である。 なお図面に用いた符号において、 ■・−・・・・−・−・・−・−・・測定ユニット２・
−−−−〜−−−−・〜・−・−光波距離計３−・・−
−−−−・−・・−撮像装置４・−−−−−−−・−−
−−−−一−−・鉱石５−・−−−−一・−−−−−−
−一・ケーブル６・・・−・−・・・−・−−一一一地
上装置１０・・・・・・−・−・−・−首振り装置であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象面までの距離を照射光及び反射光の位相差によ
   り測定する光波距離計と、 上記光波距離計の測定対象点と略一致した撮像中心を有
   する撮像装置と、 遠隔操縦信号を受けて上記光波距離計及び撮像装置の測
   定対象点及び撮像中心を上記対象面に沿って移動させる
   直交二軸形首振り装置と、 上記撮像装置から伝送された画像を表示するモニタ装置
   と、上記首振り装置に上記遠隔操縦信号を伝送するコン
   トローラとを有する遠隔操縦装置とを具備し、 上記光波距離計から伝送された距離データに基いて対象
   面上の多数の表面レベルデータを得ることを特徴とする
   表面レベル測定装置。 ２、上記首振り装置の二軸方向の首振り角度を示す角度
   データに基いて上記距離データを補正して、基準平面上
   の座標位置と高さとから成る３次元表面レベルデータを
   得る補正手段を備える請求項１の表面レベル測定装置。 ３、請求項２の３次元表面レベルデータに基いて上記対
   象面上を略同方向に延びる３次元曲線群を生成する手段
   と、各曲線群の定積分の和を定数倍して上記対象面を成
   す物質の体積を求める手段とを具備する体積測定装置。 ４、光波距離計の光軸を偏向させながら対象面上の多数
   の標本点までの各距離を測定し、各距離測定値とそれに
   対応する光軸の偏向角とにより、上記各標本点の３次元
   座標値を求め、上記３次元座標値に基いて、上記対象面
   を成す物質の基準面上の体積を求めることを特徴とする
   体積測定方法。