JPH09297021A - 位置計測方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＰＳを利用した地盤高の計測では、障害物
の有無、地形の起伏、樹木、建造物などによる環境条件
に左右されて地盤高の計測が出来ない計測地点が生じる
課題があった。 【解決手段】 第１ターゲット２１、第２ターゲット２
２、第３ターゲット２３の３次元位置情報を予め求め保
存しておく。そして、ＧＰＳを利用した測定点の３次元
位置情報の測定が障害物などによりできない場合に、前
記測定点から３次元位置情報の得られている前記各ター
ゲットまでの距離を測定し、前記各ターゲットについて
予め求めておいた前記３次元位置情報と前記測定した各
ターゲットまでの距離とから前記測定点の３次元位置情
報を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置計測地点の状
況に左右されることなく安定して位置情報の計測を行う
ことの出来る位置計測方法およびその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の位置計測方法を実現する位置計測
装置を図５に示す。この位置計測装置では、周回衛星を
利用した測位システムであるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用してい
る。このような位置計測装置は土工事における出来高計
測などに使用される。

【０００３】図５は、このような土工事における出来高
計測に使用される従来の位置計測装置の構成を示すブロ
ック図であり、図において１は衛星から送信されてくる
緯度、経度、高さなどのＧＰＳ利用データである衛星波
を受信するＧＰＳアンテナ、３は衛星波を受信した位置
や時刻などを演算するＧＰＳ受信ボード、２はＧＰＳア
ンテナ１とＧＰＳ受信ボード３とを接続しているケーブ
ルである。３ａはＧＰＳアンテナ１で受信した衛星波を
中間周波信号に変換するダウンコンバータ、３ｂは中間
周波信号をディジタルデータに変換する電圧比較器、３
ｃは衛星の軌道データを復調する少なくとも４チャンネ
ル分設けられている復調回路、３ｄは前記軌道データを
復調するために用いられる疑似雑音発生回路、３ｅは乗
算回路である。

【０００４】３ｆは復調した前記軌道データなどをもと
に衛星波を受信した地点の測位処理を行うＣＰＵ、３ｇ
は測位プログラムが格納されているＲＯＭ、３ｈは衛星
の位置データなどが格納されるＲＡＭ、３ｅは発振器、
３ｊはインターフェースである。５はデータ処理装置、
４はＧＰＳ受信ボード３のインターフェース３ｊとデー
タ処理装置５とを接続しているケーブル、５ａはＧＰＳ
受信ボード３で得られた測位データを処理するデータ処
理部、５ｂはディスプレイ５ｃへデータ処理結果を出力
する表示制御部である。

【０００５】次に、動作について説明する。ＧＰＳアン
テナ１で受信した衛星波は、ダウンコンバータ３ａによ
り中間周波信号に周波数変換される。この中間周波信号
は、さらに電圧比較器３ｂによりディジタルデータに変
換される。このディジタルデータからは復調回路３ｃに
より衛星の軌道データが復調される。この場合、少なく
とも４個以上の衛星から送られてくる衛星波を受信し各
軌道データを求めて受信位置を特定するため、復調回路
３ｃは４チャンネル以上必要である。このようにして復
調回路３ｃで復調された衛星の各軌道データに対し、Ｃ
ＰＵ３ｆはＲＯＭ３ｇに格納されている測位プログラム
を実行することで受信地点の３次元位置情報を求める。
この３次元位置情報は、携帯用パーソナルコンピュータ
などのデータ処理装置５に送られ、表示制御部５ｂによ
りディスプレイ５ｃへ表示出力される。

【０００６】土工事伐採ラインに沿った地盤高計測など
では、このように伐採ライン際の地盤高の計測地点で衛
星波を受信して受信位置の３次元位置情報を求める。こ
の３次元位置情報はディスプレイ５ｃへ表示出力される
ので伐採ライン際の地盤高の計測確認が可能となる。な
お、この場合には基準点の情報を無線で前記計測地点へ
送信する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような地
盤高計測では、伐採ライン際の地盤高の計測地点で衛星
波を受信しなければならず、この場合４個以上の衛星波
を必要とする。つまり地盤高計測地点は４個以上の衛星
を観測できる位置でなければならない。さらに前記地盤
高計測地点で観測する衛星は前記基準点で観測する衛星
と同一であることが条件となるため、計測地点における
障害物の有無、地形の起伏、樹木、建造物などによる環
境条件に左右されて、地盤高の計測が出来ない計測地点
が生じる課題があった。また、リアルタイムキネマティ
ックＧＰＳでは、計測できない状態になると５分間程度
の初期化が必要となるため、障害物の多い伐採ライン際
などでは頻繁に初期化を行うことになって作業効率が低
下する課題があった。

【０００８】そこで本発明の目的は、位置計測地点にお
ける障害物の有無、地形の起伏、樹木、建造物などによ
る環境条件に左右されず、位置計測作業を効率よく行う
ことを可能にする位置計測方法およびその装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、少なくとも３つ以上の各ターゲットの３次元
位置情報を検出する位置情報検出工程と、前記位置情報
検出工程により検出した前記各ターゲットの３次元位置
情報を保存する位置情報保存工程と、３次元位置情報を
計測しようとする地点と前記各ターゲットとの間の距離
を測定する測定工程と、前記測定工程により得られた前
記地点と前記各ターゲットとの間の距離情報を保存する
距離情報保存工程と、前記位置情報保存工程により保存
されている前記各ターゲットの３次元位置情報と前記距
離情報保存工程により保存されている距離情報とをもと
に、前記地点の３次元位置情報を演算して求める位置情
報演算工程とを備えていることを特徴とする。

【００１０】本発明はまた、衛星から送られてくる衛星
波を利用して少なくとも３つ以上の各ターゲットの３次
元位置情報を検出する位置情報検出工程を備えているこ
とを特徴とする。本発明はまた、位置情報演算工程によ
り求めた３次元位置情報をもとに、該３次元位置情報が
求められた地点を前記所定の表示図面上へ表示する地点
表示出力工程を備えていることを特徴とする。本発明は
また、地点表示出力工程により前記所定の表示図面上へ
表示した地点へ、その地点の３次元位置情報を表示する
情報表示出力工程を備えていることを特徴とする。

【００１１】本発明はまた、少なくとも３つ以上の各タ
ーゲットの３次元位置情報を測定して保存する位置情報
測定手段と、３次元位置情報を計測しようとする地点と
前記各ターゲットとの間の距離を測定する距離測定手段
と、前記位置情報測定手段により測定した前記各ターゲ
ットの３次元位置情報と、前記距離測定手段により測定
した前記地点と前記各ターゲットとの間の距離とをもと
に、前記地点の３次元位置情報を所定のアルゴリズムに
より演算して求める演算手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１２】本発明はまた、衛星から受信したデータを
もとに各ターゲットの３次元位置情報を測定する位置情
報測定手段を備えたことを特徴とする。本発明はまた、
３次元位置情報を計測しようとする地点と各ターゲット
との間の距離をレーザを用いて測定する距離測定手段を
備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明はまた、衛星から送られてくるデー
タを受信するためのアンテナの支持体に自由にその向き
を変えることが出来る状態で取り付けられている距離測
定手段を備えていることを特徴とする。本発明はまた、
演算手段により求めた３次元位置情報をもとに、該３次
元位置情報が求められた地点を前記所定の表示図面上へ
表示する地点表示出力手段を備えていることを特徴とす
る。

【００１４】本発明の位置計測方法の位置情報演算工程
は、位置情報検出工程により検出されて明らかになって
いる少なくとも３つ以上の各ターゲットの３次元位置情
報と、測定工程により測定した前記各ターゲットと３次
元位置情報を計測しようとする地点との間の距離とか
ら、間接的に前記地点の３次元位置情報を演算して求
め、前記地点の３次元位置情報をその地点でＧＰＳを利
用して直接求めることが出来ない状況にあっても前記地
点の３次元位置情報の検出を可能にする。

【００１５】本発明の位置計測装置の演算手段は、位置
情報測定手段により測定して保存してある少なくとも３
つ以上の各ターゲットの３次元位置情報と、距離測定手
段により測定した前記各ターゲットと３次元位置情報を
計測しようとする地点との間の距離とから、間接的に前
記地点の３次元位置情報を所定のアルゴリズムにより演
算して求め、前記地点の３次元位置情報をＧＰＳを利用
してその地点で直接求めることが出来ない状況にあって
も前記地点の３次元位置情報の検出を可能にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明による位置計測方法お
よび位置計測装置の実施の形態について説明する。図１
は本発明による位置計測方法を実現する位置計測装置の
一例を示す説明図である。図において、１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ、１１ｄは緯度、経度、高さなどのＧＰＳ利
用データを送信している衛星、１２は伐採ライン際の樹
木、１３はＧＰＳアンテナ、１４はＧＰＳアンテナポー
ル、１５はレーザ測距装置である。１６はレーザ測距装
置１５をＧＰＳアンテナポール１４へ連結する連結装置
であり、レーザ測距装置１５はその向きを自由に変える
ことが出来る状態で取り付けられている。１７は携帯用
パーソナルコンピュータなどのデータ処理装置、１８は
ＧＰＳアンテナ１３をデータ処理装置１７へ接続する接
続ケーブル、１９はレーザ測距装置１５をデータ処理装
置１７へ接続する接続ケーブル、２０は３次元位置情報
を測定しようとする測定点、２１は第１ターゲット、２
２は第２ターゲット、２３は第３ターゲット、２４は位
置計測を行っている作業者である。

【００１７】図２は、この実施の形態の位置計測装置の
構成を示すブロック図である。なお、図２中、図５に示
した位置計測装置と同一要素には同一の符号を付した。
図において、１３は衛星から送信されてくる緯度、経
度、高さなどのＧＰＳ利用データである衛星波を受信す
るＧＰＳアンテナである。３は衛星波を受信した位置や
時刻などを演算するＧＰＳ受信ボードである。この実施
の形態では、ＧＰＳ受信ボード３はＧＰＳアンテナ１３
と一体的に構成されている。３ａはＧＰＳアンテナ１３
で受信した衛星波を中間周波信号に変換するダウンコン
バータ、３ｂは中間周波信号をディジタルデータに変換
する電圧比較器、３ｃは衛星の軌道データを復調する少
なくとも４チャンネル分設けられている復調回路、３ｄ
は前記軌道データを復調するために用いられる疑似雑音
発生回路、３ｅは乗算回路である。

【００１８】３ｆは復調した前記軌道データなどをもと
に測位処理を行うＣＰＵ、３ｇは測位プログラムが格納
されているＲＯＭ、３ｈは衛星の位置データなどが格納
されたＲＡＭ、３ｅは発振器、３ｊはインターフェース
である。１７ａはＧＰＳ受信ボード３との間でデータの
授受を行うためのインターフェース、１７ｂはＲＡＭ、
１７ｃはフロッピィディスクドライブ、１７ｄはフロッ
ピィディスクドライブ１７ｃとの間でデータの授受を行
うインターフェース、１７ｅは図１に示す測定点２０の
３次元位置情報を所定のアルゴリズムにより演算して求
める演算プログラム１７ｋを格納したＲＯＭ、１７ｆは
ディスプレイ１７ｇへ測定点２０やその３次元位置情報
を所定の表示図面上へ表示するための表示制御部、１７
ｇはディスプレイである。１７ｈはレーザ測距装置１５
との間でデータの授受を行うためのインターフェース、
１７ｉは前記演算プログラム１７ｋを実行して測定点２
０の３次元位置情報を求めたり、各部の制御を行うＣＰ
Ｕ、１７ｊはバスである。

【００１９】１５はレーザ測距装置であり、制御部１５
ａとレーザ照射部１５ｂとレーザ受光部１５ｃなどを備
えている。２１ａは第１ターゲット２１へ照射されたレ
ーザを反射する反射ミラー、２２ａは第２ターゲット２
２へ照射されたレーザを反射する反射ミラー、２３ａは
第３ターゲット２３へ照射されたレーザを反射する反射
ミラーである。

【００２０】次に、動作について説明する。この位置計
測装置では、図１に示す第１ターゲット２１、第２ター
ゲット２２、第３ターゲット２３の３次元位置情報を予
め正確に求めておく。この各ターゲットの３次元位置情
報は、ＧＰＳアンテナ１３の装着されたＧＰＳアンテナ
ポール１４を各ターゲット位置へ作業者が移動させて、
衛星の観測状態が良いときにＧＰＳを利用して求め保存
しておく。そして、障害物の多い伐採ライン際などで測
定点の３次元位置情報をＧＰＳを利用して得ることが出
来ない場合に、その測定点から前記３次元位置情報の得
られている第１ターゲット２１、第２ターゲット２２、
第３ターゲット２３までの距離を測定することで、前記
伐採ライン際などの前記測定点の３次元位置情報を得
る。

【００２１】図３は、第１ターゲット２１、第２ターゲ
ット２２、第３ターゲット２３の３次元位置情報を求め
る際の動作を示すフローチャートである。このフローチ
ャートによれば、先ず、各ターゲットが設置された位置
で、各ターゲットの３次元位置情報をＧＰＳを利用して
計測する（ステップＳ１）。この各ターゲットの３次元
位置情報は、３次元位置情報を得ようとするターゲット
位置で、ＧＰＳアンテナ１３が受信した衛星波をＧＰＳ
受信ボード３が処理することで、ＧＰＳ受信ボード３の
インターフェース３ｊから出力され、インターフェース
１７ａを介してデータ処理装置１７へ取り込まれる。デ
ータ処理装置１７へ取り込まれた各ターゲットの３次元
位置情報は、表示制御部１７ｆによりディスプレイ１７
ｇへ表示され（ステップＳ２）、さらにＲＡＭ１７ｂへ
登録される（ステップＳ３）。

【００２２】そして、図１に示すように障害物の多い伐
採ライン際などで測定点２０の３次元位置情報をＧＰＳ
を利用して得ることが出来ない場合は、その測定点２０
から図３のフローチャートに従って３次元位置情報の得
られている第１ターゲット２１、第２ターゲット２２、
第３ターゲット２３までの距離を測定して、前記伐採ラ
イン際などの前記測定点２０の３次元位置情報を求め
る。図４は、この第１ターゲット２１、第２ターゲット
２２、第３ターゲット２３までの距離を測定して、前記
伐採ライン際などの前記測定点２０の３次元位置情報を
求める際の動作を示すフローチャートである。

【００２３】このフローチャートによれば、先ず前記測
定点でレーザ測距装置１５により、第１ターゲット２
１、第２ターゲット２２、第３ターゲット２３までの距
離を測定する（ステップＳ１１）。レーザ測距装置１５
により測定された前記測定点２０から第１ターゲット２
１、第２ターゲット２２、第３ターゲット２３までの距
離情報は、データ処理装置１７のインターフェース１７
ｈを介して取り込まれＲＡＭ１７ｂへ格納される（ステ
ップＳ１２）。そして、ＲＡＭ１７ｂに格納されている
第１ターゲット２１、第２ターゲット２２、第３ターゲ
ット２３の３次元位置情報と、第１ターゲット２１、第
２ターゲット２２、第３ターゲット２３までの距離情報
とを用いて、ＲＯＭ１７ｅに格納されている演算プログ
ラム１７ｋを実行して測定点２０の３次元位置情報を求
める（ステップＳ１３）。この演算プログラム１７ｋに
よる測定点２０の３次元位置情報の演算は、３つの各タ
ーゲットと測定点との間の位置関係を３元連立方程式に
より規定しておき、前記各ターゲットから前記測定点ま
での距離と前記各ターゲットの３次元位置情報とを前記
３元連立方程式に代入して解くことで求めることが出来
る。

【００２４】このようにして求められた測定点２０の３
次元位置情報は、表示制御部１７ｆによりディスプレイ
１７ｇへ表示される（ステップＳ１４）。この場合、予
めディスプレイ１７ｇへ出力してある平面図上へ、前記
求めた３次元位置情報をもとにその測定点２０の位置を
表示することも出来る。また、その測定点２０の表示位
置へ測定点２０の３次元位置情報を同時に表示すること
も出来る。さらに、このようにして求められた測定点２
０の３次元位置情報は、ＲＡＭ１７ｂへ登録される（ス
テップＳ１５）。

【００２５】従って、障害物の多い伐採ライン際などで
測定点２０の３次元位置情報をＧＰＳを利用して測定す
ることが出来ないときでも、すでに３次元位置情報が明
らかになっているターゲットが３箇所以上配置されてい
れば、測定点２０から各ターゲットまでの距離を測定し
て前記測定点２０の３次元位置情報を測定することが可
能となる。この場合、各ターゲットの３次元位置情報は
ＧＰＳを利用して測定することになるが、測定点２０の
３次元位置情報をＧＰＳを利用して直接求めるのではな
いことから、測定点２０が各ターゲットを見通せる位置
にあればよく、ＧＰＳを利用して直接求めるときのよう
に衛星の状態が良好になるまで待機したり、頻繁に初期
化を行なって作業効率が低下することもない。

【００２６】なお、以上説明した実施の形態では、ＧＰ
Ｓ受信ボード３をＧＰＳアンテナ１３と一体的に構成す
るものとして説明したが、ＧＰＳ受信ボード３をデータ
処理装置１７へ内蔵するように構成してもよい。また、
測定点２０と各ターゲット間の距離をレーザ測距装置１
５を用いて測定するものとして説明したが、精度良く距
離を測定できる測距装置であればレーザを利用した測距
装置に限定するものではない。また、各ターゲットの３
次元位置情報はＧＰＳを利用して求められているもので
はなく、他の方法により予め求められており、これによ
る３次元位置情報をデータ処理装置１７の例えば図示し
ていないキーボードから入力するものであってもよい。
また、フロッピィディスクに保存してある予め明らかに
なっている各ターゲットの３次元位置情報を読み込んで
利用するものであってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置計測
方法および位置計測装置では、予め求められている少な
くとも３つ以上の各ターゲットの３次元位置情報と、測
定点と前記各ターゲットまでの距離とをもとに、前記測
定点の３次元位置情報を求める構成であるから、測定点
から各ターゲットを見通せる状態であれば測定点の障害
物の有無、地形の起伏、樹木、建造物などによる環境条
件に左右されることなく前記測定点の３次元位置情報を
計測することが出来、位置計測作業を効率よく行うこと
が出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置計測方法を実現する位置計測装置
の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施の形態の位置計測装置の構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施の形態の位置計測装置による各
ターゲットの３次元位置情報を求める際の動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明の一実施の形態の位置計測装置による測
定点の３次元位置情報を求める際の動作を示すフローチ
ャートである。

【図５】従来の位置計測方法を実現する位置計測装置の
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

３ ＧＰＳ受信ボード（位置情報測定手段） １１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 衛星 １４ ＧＰＳアンテナポール（アンテナの支持体） １５ レーザ測距装置（距離測定手段） １７ データ処理装置（演算手段） １７ｆ 表示制御部（地点表示出力手段，情報表示出力
手段） １７ｋ 演算プログラム（演算手段） ２０ 測定点（地点） ２１ 第１ターゲット ２２ 第２ターゲット ２３ 第３ターゲット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３つ以上の各ターゲットの３
   次元位置情報を検出する位置情報検出工程と、 前記位置情報検出工程により検出した前記各ターゲット
   の３次元位置情報を保存する位置情報保存工程と、 ３次元位置情報を計測しようとする地点と前記各ターゲ
   ットとの間の距離を測定する測定工程と、 前記測定工程により得られた前記地点と前記各ターゲッ
   トとの間の距離情報を保存する距離情報保存工程と、 前記位置情報保存工程により保存されている前記各ター
   ゲットの３次元位置情報と前記距離情報保存工程により
   保存されている距離情報とをもとに、前記地点の３次元
   位置情報を演算して求める位置情報演算工程と、 を備えた位置計測方法。
2. 【請求項２】 前記位置情報検出工程は、衛星から送ら
   れてくる衛星波を利用して少なくとも３つ以上の各ター
   ゲットの３次元位置情報を検出することを特徴とする請
   求項１記載の位置計測方法。
3. 【請求項３】 前記位置情報演算工程により求めた３次
   元位置情報をもとに、該３次元位置情報が求められた地
   点を前記所定の表示図面上へ表示する地点表示出力工程
   を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の
   位置計測方法。
4. 【請求項４】 前記地点表示出力工程により前記所定の
   表示図面上へ表示した地点へ、その地点の３次元位置情
   報を表示する情報表示出力工程を備えていることを特徴
   とする請求項３記載の位置計測方法。
5. 【請求項５】 少なくとも３つ以上の各ターゲットの３
   次元位置情報を測定して保存する位置情報測定手段と、 ３次元位置情報を計測しようとする地点と前記各ターゲ
   ットとの間の距離を測定する距離測定手段と、 前記位置情報測定手段により測定した前記各ターゲット
   の３次元位置情報と、前記距離測定手段により測定した
   前記地点と前記各ターゲットとの間の距離とをもとに、
   前記地点の３次元位置情報を所定のアルゴリズムにより
   演算して求める演算手段と、 を備えた位置計測装置。
6. 【請求項６】 前記位置情報測定手段は、衛星から受信
   したデータをもとに各ターゲットの３次元位置情報を測
   定することを特徴とする請求項５記載の位置計測装置。
7. 【請求項７】 前記距離測定手段は、３次元位置情報を
   計測しようとする地点と各ターゲットとの間の距離をレ
   ーザを用いて測定することを特徴とする請求項５記載の
   位置計測装置。
8. 【請求項８】 前記距離測定手段は、衛星から送られて
   くるデータを受信するためのアンテナの支持体に自由に
   その向きを変えることが出来る状態で取り付けられてい
   ることを特徴とする請求項５記載の位置計測装置。
9. 【請求項９】 前記演算手段により求めた３次元位置情
   報をもとに、該３次元位置情報が求められた地点を前記
   所定の表示図面上へ表示する地点表示出力手段を備えて
   いることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項記
   載の位置計測装置。