JPH08178652A - 測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測点装置が原点装置の視界から外れても自動的
に捕捉することができる測量装置を提供する。 【構成】トータルステーション１は自己の位置（原点装
置位置情報）を測位するためのＧＰＳ受信機３３を備え
ているとともに、測点装置の位置（測点装置位置情報）
を受信するための受信装置３４も備えている。なお、測
点装置も自己の位置をＧＰＳ受信機で自己の位置情報を
割り出す。捕捉方位演算部４３が、原点装置位置情報と
測点装置位置情報とに基づいて原点装置から測点装置へ
向けての方位を割り出し、その捕捉方位を駆動制御部３
５に出力する。駆動制御部３５はこの捕捉方位へ向けて
水平駆動部１５および垂直駆動部１６を駆動することに
より、発光・受光部３１を測点装置の方向に向ける。発
光・受光部３１が測点装置を捉えたのちは、追尾演算部
４２が、測点装置からの反射光のビームと望遠鏡１２の
光軸が一致するように補正量を出力する。この補正量で
反射光のビームと望遠鏡１２の光軸とが一致したとき測
量を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原点装置から測点装
置に向けて光を照射し、測点装置からの反射光を受光す
ることによって、原点から測点までの方位および距離を
測定する測量装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光線を用いて原点と測点との間の方位お
よび距離を測定する装置が実用化されている。この装置
は、測点に設置され反射プリズムを備えた測点装置と、
原点に設置され変調された光を測点装置に照射する原点
装置からなっており、原点装置の望遠鏡が測点装置の反
射プリズムを視野の中心に捉えることによってその方位
を測定し、原点装置が測点へ照射した光の反射光を受光
し、その変調信号位相を検出することによって原点から
測点までの距離を測定するものである。

【０００３】一般的な測量現場においては、１つの原点
に対する複数の測点の方位・距離を測量することが一般
的である。この場合、従来は、測点装置を複数の測点間
に移動させる係員と、原点装置を担当し、各測点に測点
装置が設置されたとき、原点装置の望遠鏡（発光・受光
部）をその方向に向ける係員とが必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記１つの原
点を中心に複数の測点を測量する場合、原点装置は移動
させる必要がないが、望遠鏡を測点装置に向けるために
係員が一人必要であった。これを自動化して伝送装置担
当の係員を不要にするため、自動追尾機能を備えたトー
タルステーションが実用化されている。自動追尾機能と
は、測点装置の反射プリズムが望遠鏡の視野の中心から
外れたときこれが視野の中心になるように自動的に望遠
鏡の方向を変える機能である。

【０００５】これにより、測点装置の移動に原点装置の
望遠鏡が従動するため、原点側の係員が不要になる。し
かし、自動追尾機能を働かせるためには、測点装置が原
点装置の望遠鏡の視野から外れないようにゆっくり移動
させる必要があり、もし、望遠鏡の視野から外れた場合
には、それ以後、原点装置は測点装置を捕捉することが
できず自動追尾を維持することができない問題点があっ
た。また、測点−原点間の視界は必ず確保されている必
要があるが、測点装置を複数の測点間を運搬移動してい
るとき、その移動経路の全てで原点装置に対する視界が
確保されているとは限らない。このため、測定側装置が
原点装置に対する視界のない場所を通過する場合には、
これによって追尾機能が外れてしまい、それ以後原点装
置は測点装置を捕捉することができない欠点があった。

【０００６】この発明は、ＧＰＳ測位により、原点装置
から測点装置への概略方位を把握することで、測点装置
が原点装置の視界から外れても自動的に捕捉することが
できる測量装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、測点に設置
され反射用プリズムを備えた測点装置と、原点に設置さ
れ発光・受光部を前記反射用プリズムに向けて光を照射
し、その反射光を受光することによって原点と測点との
方位および距離を計測する原点装置とからなる測量装置
において、前記測点装置に、ＧＰＳ信号を受信して該測
点装置の位置を表す測点装置位置情報を出力するＧＰＳ
受信機を設けるとともに、該測点装置位置情報を前記原
点装置に送信する通信装置を設け、前記原点装置に、前
記発光・受光部の方向を変える駆動部と、ＧＰＳ信号を
受信して該原点装置の位置を表す原点装置位置情報を出
力するＧＰＳ受信機と、前記測点装置から送られてくる
測点装置位置情報を受信する通信装置と、前記原点装置
位置情報と測点装置位置情報に基づいて自己から測点装
置への方位を算出する方位算出手段と、該方位算出手段
が算出した方位に前記発光・受光部が向くように前記駆
動部を駆動する駆動制御手段とを設けたことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】この発明の測量装置は、原点装置と測点装置か
らなる。測点装置は、反射プリズム，ＧＰＳ受信機およ
び通信装置を備えており、ＧＰＳ受信機で測定した測点
装置位置情報を通信装置を用いて原点装置に送信する。
原点装置は、発光・受光装置，ＧＰＳ受信機および通信
装置を備えており、発光装置が前記測点装置の反射プリ
ズムに対して光を照射し、受光装置がその反射光を受光
することによって測点（測点装置）までの距離・方位を
測定する。さらに、この発光・受光装置が正しく測点装
置に向くように駆動装置が発光・受光装置の向きを調整
する。駆動装置の駆動制御は駆動制御装置が行うが、原
点装置から測点装置への方位はＧＰＳ差動測位によって
求める。すなわち、上述したように、測点装置はＧＰＳ
測位した測点装置位置情報を通信装置を用いて原点装置
に送信する。原点装置は、これを通信装置を用いて受信
するとともに、自己の位置（原点装置位置情報）をＧＰ
Ｓ受信機で測位し、この測点装置位置情報と原点装置位
置情報に基づいて測点装置への方位を算出する。これに
より、測点装置が原点装置の望遠鏡の視野から外れて
も、また、移動中の測点装置と原点装置との間に遮蔽物
が存在して見えなくなっても、原点装置は測点装置を見
失うことがなく、測点装置を捕捉することができる。こ
れにより、原点装置が全く無人でも確実に原点装置が測
点装置を捕捉・追尾することができる。

【０００９】なお、測点装置から原点装置へ送信する測
点装置位置情報としては、単独測位結果の測点装置の位
置座標を送信し、原点装置で単純な差動測位によって測
点装置への方位を求めるようにしてもよく、また、ＧＰ
Ｓ受信機が出力するＣ／Ａコードの位相角データや搬送
波の位相積算値などのいわゆる生データをそのまま送
り、原点装置において測点装置および原点装置のこれら
生データを総合して相対測位することにより方位を求め
るようにしてもよい。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の実施例である測量装置の設
置状態を示す図である。また、図２は測量装置の原点装
置（トータルステーション）１および測点装置２の概略
の外観図である。また、図３はトータルステーションの
ブロック図である。

【００１１】原点装置であるトータルステーション１は
原点上に設置される。原点としては、水準点や三角点を
選択すればよいが、適地にそれがない場合には、適地に
基準点を設け、この基準点の位置を水準点や三角点から
測量して原点とする。

【００１２】測点装置は測点上に設置される。測点は原
点の周囲に複数設定されているものとする。測点装置は
３個の反射プリズム２１を備え、設置時にはこの反射プ
リズムが原点方向を向くように設置される。ただし、こ
の反射プリズムはそれぞれが円錐形または多角錘形をな
しており、その底面が前面を向けて取り付けられている
ため、ほぼ原点方向を向いていれば原点から来た光線を
正しく原点に向けて反射することができる。測点装置の
上部（反射プリズムの上）にはＧＰＳアンテナ２２が設
置されている。また、反射プリズム２１の背後には制御
部２０が設置されている。制御部２０内にはＧＰＳ受信
機２０ａおよび通信装置２０ｂが収納されている。な
お、通信装置２０ｂの通信アンテナ２３は測点装置の回
転基台２５の前面（原点装置に向く側）の側部に設けら
れている。これは、アンテナを常に原点側に位置させ、
且つ、ＧＰＳアンテナ２２の視界の邪魔にならないよう
にするためである。さらに、制御部２０には測量スター
トスイッチ２４が接続されている。ＧＰＳ受信機２０ａ
はＧＰＳ衛星が発信するＧＰＳ信号を受信してこの測位
装置の位置座標（測点装置座標）を求める。この座標
は、ＧＰＳ座標系の座標である。すなわち、地球中心を
原点とし、グリニッジ子午線と赤道との交点をｘ軸，東
経９０度線と赤道との交点をｙ軸，北極方向の回転軸を
ｚ軸とする直交座標である。通信装置２０ｂはＧＰＳ受
信機２０ａが測位した測点装置座標をトータルステーシ
ョン１に送信するとともに、測量スタートスイッチ２４
のオン信号を測量スタート信号としてトータルステーシ
ョン１に送信する。

【００１３】この測点装置を担当する係員は、まず、測
点装置を測点上に正しく設置する。この設置は、従来よ
り周知のさげ振りや光学求心装置を用いて行う。このの
ち、反射プリズム２０を原点装置に向け、測定条件が整
ったのち、測量スタートスイッチ２４をオンする。スタ
ートスイッチ２４のオンは、通信装置２０ｂを介して測
量スタート信号として原点装置に送信される。この測量
スタート信号を受信したトータルステーション１は測量
動作をスタートする。

【００１４】トータルステーション１は、原点上に水
平、且つ、装置内に設定されている方向と実際の方向と
が一致するように設置される。トータルステーション１
は、水平駆動部１５上に設置されたアーチ状の本体部１
０と、アーチ状の本体部１０の内部に縦方向に回転可能
に設けられた可動部１１とを有している。可動部１１は
垂直駆動部１６によって本体部１０に回転可能に支持さ
れている。したがって、可動部１１は水平駆動部１５お
よび垂直駆動部１６により任意の方位を向くことができ
る。ここで、方位とは水平方向および垂直の仰俯角を含
む立体角をいう。可動部１１の前端部には望遠鏡１２が
設けられている。望遠鏡１２にはオートフォーカス機構
が備えられているものとする。望遠鏡１２の後方には、
発光部３１ａ，受光部３１ｂ，３１ｃおよび光学系制御
部３２が設けられている（図３参照）。また、本体部１
１の上端にはＧＰＳアンテナ１３が設けられ、前面下部
には通信アンテナ１４が設置されている。ＧＰＳアンテ
ナ１３は機械中心に一致している。また、通信アンテナ
１４は測点装置２の側にＧＰＳアンテナ１３の視界を妨
げないように設置されている。

【００１５】また、本体部１０の内部には図３に示すよ
うに、マイコン３０，ＧＰＳ受信機３３，通信装置３
４，駆動制御部３５が設けられている。ＧＰＳ受信機３
３はＧＰＳアンテナ１３が受信したＧＰＳ信号を解析し
て自己の位置を単独測位する。通信装置３４は測点装置
２から送られてくる信号を受信する。測点装置２から送
られてくる信号としては、測点装置２のＧＰＳ受信機２
０ａが単独測位した測点装置座標や測量スタートスイッ
チ２４のオンに伴う測量スタート信号などである。ＧＰ
Ｓ受信機３３が測位した原点装置座標および通信装置３
４が受信した測点装置座標は捕捉方位演算部４３に入力
される。この捕捉演算部４３は、マイコン３０において
捕捉演算プログラムによって実現されるため、捕捉演算
部としてはメモリの該捕捉演算プログラム記憶エリアお
よびＣＰＵがこの捕捉演算部４３に該当する。捕捉演算
部は受信した測点装置座標から自ら測定した原点装置座
標を引き算することにより、原点装置から測点装置へ向
かう仮基線ベクトルを求める。原点装置、測点装置は最
大数キロメートルの距離に設置されるため、ＧＰＳ受信
機３３，２０ａはともに同一条件でＧＰＳ測位してお
り、生じている測位誤差も同一と考えられるため、この
仮基線ベクトルはＧＰＳ測位に伴う誤差が相殺されてお
り、悪くとも１０ｍ、精度良く行えば約１ｍ程度の精度
で測点装置の位置を求めることができる。さらに、この
捕捉演算部４３は地球の中心を原点とするＧＰＳ座標系
から地表面をＸＹ平面とする測量座標系に座標変換す
る。この座標変換と基線ベクトルの算出はどちらを先に
してもよい。捕捉方位演算部４３は、このようにして算
出された測点装置の方位（捕捉方位）をインタフェース
４４を介して駆動制御部３５に伝達する。駆動制御部３
５は、望遠鏡１２の方位がこの捕捉方位になるように水
平駆動部１５および垂直駆動部１６を駆動する。

【００１６】一方、発光部３１ａおよび受光部３１ｂ
は、望遠鏡１２の後方のハーフミラーによって分岐され
た望遠鏡１２の光軸上に設置されている。発光部３１ａ
は所定の周波数で変調された光を望遠鏡１２を介して前
方に（測点装置２に向けて）照射する。この光は望遠鏡
１２によってビーム化される。この光は測点装置２の反
射プリズム２１で反射され、再度望遠鏡１２に入射する
が、この反射光を受光部３１ｂが受光する。光学系制御
部３２は受光した反射光に乗っている変調信号の位相を
測定し、発信した変調信号との位相差を割り出す。この
位相差は測量演算部４０に入力される。測量演算部４０
は、この位相差に基づいて測点装置２までの距離を計測
する。同時に駆動制御部３５からそのときの望遠鏡１２
の方位を入力してこの方位と距離とで１回の測量結果と
し、インタフェース４１を介してデータコレクタ１７に
入力する。

【００１７】ここで、光線を５０ｋＨｚで変調すれば、
１波長が６ｋｍとなるため、往復で６ｋｍすなわち３ｋ
ｍまでの距離をサイクルスリップなく測定することがで
きる。また、５０ｋＨｚの変調周波数で概略の距離を測
定したのち、さらに高い周波数で変調した光を用いれ
ば、高精度の測量をすることができる。

【００１８】また、受光部３１ｃは上記望遠鏡１２の光
軸上の周囲に複数設けられた受光素子からなっている。
反射光のビームが望遠鏡１２の光軸からずれている場合
には、複数の受光素子の受光量のバランスが崩れるた
め、このバランスの崩れに基づいて望遠鏡１２のずれの
方位および程度を検出することができる。受光部３１ｃ
の複数の受光量は電気信号（ディジタル信号）に変換さ
れて追尾演算部４２に入力される。追尾演算部４２は受
光した反射光と光軸とのずれを割り出し、これを補正す
るための補正量を算出する。この補正量はインタフェー
ス４４を介して駆動制御部３５に伝達される。駆動制御
部３５は、追尾演算部４２から補正量が入力されるとこ
れに応じて水平駆動部１５および垂直駆動部１６を駆動
して反射光の軸がレンズの中心軸に一致するように望遠
鏡１２の方位を補正する。なお、望遠鏡１２が反射光を
捉え追尾演算部４２が補正量を出力し始めると、捕捉方
位演算部４３は動作を停止する。

【００１９】なお、測量演算部４０および追尾演算部４
２も捕捉方位演算部４３と同様、マイコン３０のプログ
ラム処理によって実現されるため、測量演算部４０，追
尾演算部４２としてはメモリの測量演算プログラム記憶
エリア，追尾演算プログラム記憶エリアおよびマイコン
３０のＣＰＵがこれらに該当する。

【００２０】以上の構成のトータルステーション１の動
作を説明する。まず、測点装置２を測点に設置した係員
が測量スタート信号をオンすると、測量オン信号が測点
装置２からトータルステーション１に送信される。それ
まで、動作を休止していたトータルステーション１はこ
の測量オン信号によって動作を開始する。まず、ＧＰＳ
受信機３３から原点装置座標を取り込むとともに通信装
置３４によって測点装置座標を受信して捕捉方位演算部
４３が捕捉方位を算出する。この捕捉方位を駆動制御部
３５に入力して望遠鏡１２（可動部１１）を測点装置２
に向けて駆動するとともに、光学系制御部３２が発光部
３１ａの発光を開始させる。この発光は追尾のための発
光であるため特に変調を掛ける必要はないが、他の外乱
光と区別するため特定周波数の変調をかけておくことが
好ましい。捕捉方位に向けて水平駆動部１５，垂直駆動
部１６を駆動することにより望遠鏡１２が略測点装置２
の方向を向くと、発光部３１ａ→反射プリズム２１の反
射光が受光部３１ｃに入光する。これにより、追尾演算
部４２が補正量を出力しはじめるため、捕捉方位演算部
４３は動作を停止する。追尾の結果、反射光のビームと
望遠鏡１２の光軸が一致すると測量演算部４０が測量動
作を実行し、測点までの方位および距離を割り出して、
これをデータコレクタ１７に記録する。

【００２１】このように、測点装置の係員が測量スター
トスイッチ２４をオンするまで、トータルステーション
１は発光部３１ａの発光も追尾機能も停止しているた
め、常時追尾し続けるものよりも消費電力を少なくする
ことができる。なお、常時捕捉機能および追尾機能を動
作させておくようにすることも可能である。

【００２２】また、外乱によりＧＰＳ測位の精度が低下
したことなどにより、捕捉方位に望遠鏡１２を向けても
測点装置２を捕捉できなかった場合には、捕捉方位演算
部が算出した方位付近を望遠鏡１２の首振り等によって
検索して測点装置１２を発見するようにすることもでき
る。

【００２３】なお、上記実施例では測点装置２からトー
タルステーション１へ測点装置座標を送信しているが、
測点装置２のＧＰＳ受信機２０ａが出力するＣ／Ａコー
ドの位相角データや搬送波の位相積算値などのいわゆる
生データをそのままトータルステーション１に送信する
ようにしてもよい。生データを送信するようにした場合
には、トータルステーション１において両装置の生デー
タに基づいて相対測位を行いより高い精度の方位を算出
することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ＧＰＳ
の差動測位により、原点装置が測点装置の位置を正確に
把握することができるため、望遠鏡の視野から測点装置
が外れた場合でも、速やかにそれを捕捉することがで
き、原点装置の無人化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である測量装置の使用状態を
説明する図

【図２】同測量装置の外観の概略を示す図

【図３】同測量装置の原点装置のブロック図

【符号の説明】

１−トータルステーション（原点装置）、２−測点装置 １３，２２−ＧＰＳアンテナ、４３−捕捉方位演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測点に設置され反射用プリズムを備えた
   測点装置と、原点に設置され発光・受光部を前記反射用
   プリズムに向けて光を照射し、その反射光を受光するこ
   とによって原点と測点との方位および距離を計測する原
   点装置とからなる測量装置において、 前記測点装置に、ＧＰＳ信号を受信して該測点装置の位
   置を表す測点装置位置情報を出力するＧＰＳ受信機を設
   けるとともに、該測点装置位置情報を前記原点装置に送
   信する通信装置を設け、 前記原点装置に、前記発光・受光部の方向を変える駆動
   部と、ＧＰＳ信号を受信して該原点装置の位置を表す原
   点装置位置情報を出力するＧＰＳ受信機と、前記測点装
   置から送られてくる測点装置位置情報を受信する通信装
   置と、前記原点装置位置情報と測点装置位置情報に基づ
   いて自己から測点装置への方位を算出する方位算出手段
   と、該方位算出手段が算出した方位に前記発光・受光部
   が向くように前記駆動部を駆動する駆動制御手段とを設
   けたことを特徴とする測量装置。