JPS63228018A - 電子式測量機 - 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、水平角、高度角を測定する電子式％式％ （従来の技術） 通常、測量作業においては、測量開始時に測量機に備え
付けた水準器を用いて測量機の鉛直軸を鉛直に立てる整
準作業が行われ、該鉛直軸の傾きによって生ずる水平角
及び天頂角（又は高度角）の測定誤差を小さくするよう
工夫されている。しかしながら、水準器による整準には
、精度上、作業能率上の限界があり、また測定中に測定
機が傾いたときは精度上の問題を生じる。

第５図は鉛直軸の傾きによって誤差が発生する状態を示
す。鉛直軸７ｅの方向が天頂方向７からψだけ傾くと、
天頂角はＺからずれてＺｅが観測され、水平角はｈから
ずれてｈｅが８！測される。

尚同図において、百は規準方向、Ｘ−Ｙは水平面、層−
荏は鉛直軸に直交する平面である。

鉛直軸の傾きによって生ずる水平角及び天頂角（又は高
度角）の測定誤差を理論上完全に補正するには、鉛直軸
に直交する平面内に交叉２方向の傾斜を検出する傾斜セ
ンサを動作させて鉛直軸の傾きを検出し、補正を行なう
必要がある。

従来知られている、測角部にエンコーダを組み込んだ電
子式測量機のうち高度のものは、この理論に基づき、直
交２方向の傾斜を同時に検出する傾斜センサあるいは直
交２方向にそれぞれの方向を検出する一方向傾斜センサ
を２台配置してその補正を行なっている。また、それほ
ど高い精度を要しない中程度の測量においては、規準望
遠鏡を水平軸のまわりに回転した時規準軸が回転してで
きる平面と平行な平面と鉛直軸に直交する平面との交線
上に一方向の傾斜センサを設け、天頂角（または高度角
）のみ補正するものが知られている。これは鉛直軸の傾
きによる誤差の影響が、天頂角く高度角）においては顕
著であるが、水平角においては天頂近くを規準しないか
ぎり影響が少なく、かつ通常の測量作業においては天頂
角付近を規準する場合が少ないため、実用上水平角の補
正をあまり必要としないためである。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の測量機のうち高度のものは、２方向傾斜センサを
用いるため比較的高価であり、比較的大型になる欠点が
あり、中程度のものは、天頂付近を規準した場合、水平
角の測定精度が悪くなる欠点があった。

本発明は、従来のこのような欠点の無い電子式測量機を
提供することをその目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために、鉛直軸及び水
平軸まわりの回転角をそれぞれ検出する水平エンコーダ
及び高度エンコーダと、規準望遠鏡の規準軸が水平軸ま
わりに回転してできる平面と平行な平面と前記鉛直軸と
直交する平面との交線上に取付けられた傾斜センサとを
備える電子式ｍ１機において、前記水平エンコーダ、高
度エンコーダ及び傾斜センサによる２規準点の水平角１
．１２、天頂角ＶＩ　Ｖ２及び傾き角ｔ１℃２を次式 ％式％） 但し、　に嘔ψ＋　ｔａｎｖ＋巴ト汽■：厄ゴψ−５Ｉ
ｎ−ｂｊ柘ｄ 又その近似式に代入して補正された水平角目、天頂角を
算出する演算手段を備えることを特徴とする。

（作　用） 第１図において、７は基準単位ベクトルＸ。

■、７で現わされる座標系において天頂方向を指すベク
トル、Ｘ−Ｙ平面は水平面で、Ｘの方向は鉛直軸の傾き
方向にとっている。万は基準単位ベクトルＴｅ　、Ｔｅ
　、Ｔｅで表わされる機械系の座標において鉛直軸方向
を指すベクトル、Ｔｅ　−Ｔｅ平面は鉛直軸に直交する
平面、罰の方向は鉛直軸の傾きの方向にとっている。

上記両座標系間の関係は、鉛直軸の傾き角をψとしたと
き、式（１）で表わされる。

規準望遠鏡の規準方向単位ベクトルＰｉは式（２）％式
％ 式（２）中、大文字で示すものは、Ｔ、Ｖ、Ｔ系におけ
る水平角又は天頂角で、真値すなわち未知量を示し、小
文字で示すものは、ＹｅＪｅ、Ｚｅ系における水平角ま
たは天頂角で、エンコーダの出力値を示し、既知量を示
す。ｌ−１，ｈは水平角、Ｖ、Ｖは天頂角を表わし、添
字ｉはＰｉに対する値、添字Ｏは基準点、すなわち第１
図の場合は、鉛直軸の傾斜の方向を基準にとり、その値
を表わす。

第１図から明らかなよう１式（３）が成立する。

Ｈｏ　＝　ｈｏ　　　　　　・・・（３）傾斜センサは
、規準望遠鏡を水平軸の周りに回転したとき、規準軸が
回転してできる平面、すなわち第１図中Ｔｅ−７１平面
に平行な平面と、鉛直軸に直交する平面、すなわち第１
図中Ｔｅ　−Ｔｅ平面と平行な平面との交線上に取りつ
けられており、第１図中のｔｉは該傾斜センサにより検
出される前記交線と水平面との傾き角である。

規準望遠鏡を鉛直軸すなわち−を軸として旋回すると、
傾斜センサもそれにつれて回転し、その出力ｔ１は同時
に変化する。たとえば７１が７−又面内にあるときはｔ
ｉ−ψまたはｔｉ−一ψとなり、７１が７−ｙ面内にあ
るときはｔｌ−０となる。

次に、ｖｉのＨｅ　−Ｔｅ平面上への射影ベクトルをｈ
ｌとすると、ｈｉの７方向酸分の関係から式（４）が導
かれる。

５ｆｆｌｔ　ｔ　−ｓＩｎψａｓ　（ｈｉ　−ｈｏ）　
　　　　　＝４４）いま、水平角の異なる規準点１．２
を規準して傾き角ｔ１、ｔ２及び水平角ｈ１、ｈ２が傾
斜センサ及び水平角エンコーダで測定できたとすると、
式（４）の１に１，２を入れて得られる２式を解くと式
（ωが得れる。

次に式（９で求められるｈｏ、φを用いてＰｉ力方向水
平角口（真値）と天頂角Ｖｉ（真値）とが導出されるこ
とを示す。

前記式（１）　（２）からＰｉのｘ、ｙ、ｚ各方向の成
分式（６）から水平角データと天頂角真値ｖ１とについ
て解くと式（７）を得る。

式（Ｔ）において、旧は水平エンコーダの出力値、Ｖｉ
は高度エンコーダの出力値、ｔｉは傾斜センサの出力値
であり、この式（７）に水平エンコーダ、高度エンコー
ダ及び傾斜センサの出力値を代入して計算することによ
り理論上鉛直軸の傾きによる誤差を含まない水平角口及
び天頂角ｖ１が求められる。

以上は厳密解ではあるが、通常、鉛直軸の傾き角ψは小
さく、ψくく１ラジアンとおいたとき、以下の近似式（
８）が導かれ、要求される精度上問題のない場合はこれ
を用いることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面につき説明する。

第２図は、本発明の１実施例の構成のブロック図を示す
。

同図中、１は測ａｍの鉛直軸のまわりの回転角を検出す
る水平角エンコーダ、２は測量機の水平軸まわりの回転
角を検出する高度角エンコーダで、それぞれ水平角デー
タ及び高度角データを出力する。３は、規準望遠鏡を水
平軸のまわりに回転したとき規準軸が回転してできる平
面と平行な平面と、前記鉛直軸に直交する平面との交線
上に配設された傾斜センサで、これは傾斜角を出力する
。

これらの水平角データ、高度角データ及び傾斜角データ
はマイクロコンピュータ４のインターフェース（入出力
信号処理回路）５を経てマイクロプロセッサ６に入力す
るようになっている。

マイクロプロセッサ６は前記式（７）　（８）に従って
補正された水平角、高度角を演算する演算手段となるも
のである。

７は前記演算に必要な２つの規準点の測角データを取り
込むためのキー、８は補正された水平角及び天頂角（又
は高度角）を表示する表示器、９は式＜７）　（８）、
前記２つの規準点の測角データ、プログラム等を記憶す
るメモリである。

次に本発明の実施例の作動を説明する。

測定中において、第３図に示すように、水平各エンコー
ダ１、高度角エンコーダ２及び傾斜センサ３により得た
第１規準点の測角データ及び第２規準点の測角データを
、キー７により入力し、メモリ９に記憶させる。以後の
測角操作においては、記憶された測角データが代入され
た式（７）又は（８）に基づいて規準点の補正された水
平角及び天頂角がマイクプロセッサ６により算出され、
表示器８に表示される。測量機の設置條件が変らないと
きは引き続き前記測角データが代入された式（７）又は
（８）に基づいて新たな規準点の補正された水平角及び
天頂角がマイクロプロセッサ６により算出され、表示器
８に表示される。測定中、測量機が傾いたときは、再び
第１規準点及び第２規準点の測角データをキー７により
入力し、メモリ９に記憶させると、以後の規準点につい
て上述のように補正された水平角及び天頂角が表示器８
に表示される。

測定の開始時又は測定途中に、第４図に示すように、１
つの基準点の測角データをキー７により入力し、メモリ
９に記憶させ、該基準点から水平角を変化させ、そのと
きの測角データを再びキー７により入力し、メモリ９に
記憶させる。以後の測角操作においては、記憶された測
角データが代入された式（７）又は（８）に基づいて規
準点の補正された水平角及び天頂角がマイクロプロセッ
サ６により上述と同様に演算され表示器８に表示される
。

第４図示のフローチャートにおいて、マイクロプロセッ
サによる補正計算には、近似式の誤差、マイクロプロセ
ッサ内に発生する丸めや桁落ちなどによる演算誤差、エ
ンコーダの誤差、傾斜の誤差などが含まれ、これ等の誤
差については予め推定することができるため、各入力値
に対する演算結果にどの程度誤差が含まれるかを予想す
ることができる。すなわち、天頂付近を規準した場合は
、補正計算を行なっても上記のような必然的誤差の影響
で出力値に含まれる誤差が機械の公称誤差を越えること
が考えられる。しかし使用者は、その状況を判断できな
いので、測量精度上の不都合を生じる。したがって、例
えば天頂付近は規準された場合、予想される誤差が設定
の範囲を越える場合は警告を発する必要がある。

そこで、第４図のフローにおいて、「基準点から水平角
が変化したか」のステップと、「補正計算」のステップ
との間に「予想される誤差は基準内か」のステップを入
れ、基準内でないときは警告し、それから「規準点から
水平角が変化したか」のステップに戻すようにすると、
測定誤差が常に設定の範囲内に収めることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によるときは、１個の傾斜
センサを用いるため、比較的小型で且つ廉価であり、ま
た水平角及び天頂角の測定精度を２個の傾斜センサを有
するものと同等程度に向上できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための誤差発生を示
す状態図、第２図は本発明の１実施例のブロック図、第
３図及び第４図はそれぞれ本発明の作動を示すフロー・
チャート、第５図は垂直軸の傾きにより測角値に誤差が
発生する様子を示す図である。 １・・・水平角エンコーダ ２・・・高度角エンコーダ ３・・・傾斜エンコーダ ４・・・マイクロコンピュータ ６・・・マイクロプロセッサ ７・・・キー ８・・・表示器 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測量機の鉛直軸及び水平軸まわりの回転角をそれぞ
   れ検出する水平エンコーダ及び高度エンコーダと、規準
   望遠鏡の規準軸が水平軸まわりに回転してできる平面と
   平行な平面と、前記鉛直軸と直交する平面との交線上に
   取付けられた傾斜センサとを備える電子式測量機におい
   て、前記水平エンコーダ、高度エンコーダ及び傾斜セン
   サによる２規準点の水平角ｈ＿１ｈ＿２、天頂角ｖ＿１
   ｖ＿２及び傾き角ｔ＿１ｔ＿２を次式 Ｈｉ＝ｔａｎ＾−＾１〔［ｔａｎｈｉ＋（Ｋ−１）・ｔ
   ａｎｈ＿０＋Ｋ・ｔａｎｈｉ・ｔａｎ＾２ｈ＿０］／［
   Ｋ＋（Ｋ−１）・ｔａｎｈｉ・ｔａｎｈ＿２＋ｔａｎ＾
   ２ｈ＿０］〕Ｖｉ＝ｃｏｓ＾−＾１（ｃｏｓψｃｏｓｖ
   ｉ−ｓｉｎｔｉｓｉｎｖｉ）但し、Ｋ＝ｃｏｓψ＋ｓｉ
   ｎψ／［ｔａｎｖｉｃｏｓ（ｈｉ−ｈ＿０）］ｈ＿０＝
   ｔａｎ＾−＾１［（ｓｉｎｔ＿２ｃｏｓｈ＿１−ｓｉｎ
   ｔ＿１ｃｏｓｈ＿２）／（ｓｉｎｔ＿１ｓｉｎｈ＿２−
   ｓｉｎｔ＿２ｓｉｎｈ＿１）］ψ＝ｓｉｎ＾−＾１［ｓ
   ｉｎｔｉ／ｃｏｓ（ｈｉ−ｈ＿０）］又その近似式に代
   入して補正された水平角Ｈｉ、天頂角を算出する演算手
   段を備えることを特徴とする電子式測量機。