JP3854519B2

JP3854519B2 - 高低差計測システム

Info

Publication number: JP3854519B2
Application number: JP2002042921A
Authority: JP
Inventors: 秀昶有田
Original assignee: Zenrin Co Ltd
Current assignee: Zenrin Co Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003240546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、見通しが利く２つの計測点間の相対的な高低差を計測する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーナビゲーションなどで利用される電子地図では、２次元的な座標で各道路が定義されており、高さに関する情報は含まれていない。近年、カーナビゲーションでは、高機能化が図られつつあり、道路に高さ情報を含めることが望まれている。カーナビゲーションへの利用目的に照らせば、必ずしも標高は必要ではなく、道路の起伏を特定できる情報、例えば、道路上に設けられた所定の基準点からの相対的な高低差であれば足りる。
【０００３】
相対的な高低差の計測方法の一つとして、レーザトランシットを利用した計測方法が挙げられる。図１は高さの計測原理を示す説明図である。図示す仰角θおよび斜距離ＬをレーザトランシットＬＴＣで計測することにより、「Ｈ＝Ｌｓｉｎθ」なる式で、２つの観測点Ｐ０、Ｐ１間の高さＨを算出することができる。計測点Ｐ０の緯度Ｌａｔ０、経度Ｌｏｎ０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して取得することができる。計測点Ｐ１の緯度Ｌａｔ１、経度Ｌｏｎ１も同様である。レーザトランシットＬＴＣの設置高さＨＬを加えても良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地図データで高さ情報を活用するためには、道路上の多大な点数での計測が必要とされる。従来技術は、計測に時間を要するため、かかる要望に応えられるものではなかった。
【０００５】
多数の点での計測を容易に行うために、ＧＰＳを利用して、標高を取得することも可能であるが、こうして計測された標高には、数メートル〜数十メートルの誤差が含まれ、十分な精度を確保することができない。更に精度の高いＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイム−キネマチックＧＰＳ）を利用する方法も可能ではあるが、非常にコストがかかるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、多数の計測点について、任意の基準点からの相対的な高低差を容易に計測可能な技術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およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、見通しが利く２つの計測点間の相対的な高低差を計測する計測システムにおいて、標的装置、照射装置、記録装置を備えるものとした。標的装置および照射装置は、２つの計測点のそれぞれに設置される装置であり、少なくとも一方は、車載されている。記録装置は、標的装置および照射装置から情報を取得し、高低差を記録する。
【０００８】
照射装置は、光学的計測器、仰角計測器、照射座標検出器、結果出力部を備えている。光学的計測器とは、標的装置までの距離を光学的に計測する装置であり、例えば、レーザトランシットなどを利用することができる。仰角検出器は、標的装置の仰角を検出する。仰角とは、照射装置と標的装置とを結ぶ線分と水平面とのなす角度である。仰角の検出は、間接的に行うものとしてもよい。例えば、光学的計測器が照射装置の基準面とのなす角度と、照射装置を設置した面の水平面からの傾きとを求め、両者を加えて仰角を求めるものとしてもよい。照射座標検出器は、照射装置の平面的な位置座標を検出する。位置座標の検出には、種々の方法を適用可能であり、例えば、ＧＰＳを利用して検出する方法を適用できる。結果出力部は、計測された距離、仰角、位置座標を前記記録装置に出力する。出力方法は、有線または無線による通信、記録媒体を介した伝達などの態様を採ることができる。
【０００９】
標的装置は、照射装置に備えられた光学的計測器による光線照射の標的、標的座標検出器、および座標出力部を備える。標的は、例えば、反射板によって構成することができる。標的座標検出器は、標的装置の平面的な位置座標を検出する。位置座標の検出には、種々の方法を適用可能であり、例えば、ＧＰＳを利用して検出する方法を適用できる。座標出力部は、位置座標を記録装置に出力する。出力方法は、有線または無線による通信、記録媒体を介した伝達などの態様を採ることができる。
【００１０】
記録装置は、高低差算出部および記録部を備える。高低差算出部は、仰角および距離から、計測点間の高低差を算出する。記録部は、算出された高低差を、標的装置および照射装置の位置座標に関連づけて記録する。高低差の算出は、例えば、図１に示した原理を利用して行うことができる。図１に照らせば、計測点Ｐ１が標的装置の設置場所、計測点Ｐ０が照射装置の設置場所に相当する。位置座標から両計測点の水平距離Ｌｐを求め、「Ｈ＝Ｌｐ・ｔａｎθ」で高さを求めるものとしてもよい。
【００１１】
本発明の計測システムによれば、車載されている側の装置を移動させながら、容易に多数の座標点での高低差を取得することができる。この高低差をそのまま利用したり、標高に補正したりすることにより、容易に高さ情報を備えた電子地図データを生成することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、更に、種々の構成要素を追加することができる。例えば、照射装置には、計測を行うタイミングを制御する計測制御部を備えても良い。計測を行うタイミングは、標的装置または照射装置が、予め設定された計測位置に到達した時点でもよいし、所定の時間間隔でもよい。道路に沿って高低差を計測する場合、既存の電子地図データにおいて道路の平面形状を定義している座標点を計測位置とすることが好ましい。こうすれば、計測された高低差を、電子地図データに比較的容易に反映させることができる。
【００１３】
照射装置には、標的装置を追尾する制御機能を設けても良い。かかる制御機能は、例えば、光学的計測器で、標的装置の画像を捉え、標的装置が視野の中心にくるよう光学的計測装置の姿勢を制御することにより実現できる。また、標的装置には、照射装置の座標を取得し、照射装置側を向くように標的の向きを制御する機能を持たせることが好ましい。
【００１４】
本発明は、上述の計測システムの他、高低差の計測方法として構成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下の順序で説明する。
Ａ．システム構成：
Ｂ．計測処理：
Ｃ．効果：
Ｄ．変形例：
【００１６】
Ａ．システム構成：
図２は実施例としての計測システムの構成を示す説明図である。この計測システムは、標的車１００、計測車２００とから構成される。標的車１００、計測車２００ともに、車体の上下振動を抑制し、車体を地表に対しほぼ一定高さで平行に保ち得るサスペンションの制御機構を備えている。
【００１７】
標的車１００には、計測車２００に搭載されたレーザトランシット２０２から照射されたレーザを反射するためのレーザ反射板、即ちマーカ１０２が備えられている。マーカ１０２は、標的車１００の屋根に垂直に設置されたポール１０３に取り付けられている。マーカ１０２は、主照準マーカ、従照準マーカと呼ばれる２つの反射板から構成されており、両者は約１ｍの上下間隔でポール１０３に互いに背面となるよう取り付けられている。マーカ１０２は、レーザトランシット２０２の機種に応じて、計測に適した形状、数、取り付け位置を採用すればよい。マーカ１０２は、ポール１０３の回転によって、水平方向に向きを変えることができる。
【００１８】
標的車１００には、ＧＰＳ１０１が備えられている。ＧＰＳ１０１は、人工衛星からの電波を利用して計測車２００の緯度、経度を検出する周知の装置である。ＧＰＳ１０１は、ポール１０３の上に備えても良い。
【００１９】
標的車１００には、各種信号を処理するため、制御ユニット１１０、通信ユニット１３０が備えられている。通信ユニット１３０は、アンテナ１０４を介して計測車２００との間で無線通信を行う。制御ユニット１１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
【００２０】
図中に制御ユニット１１０の機能ブロックを併せて示した。本実施例では、これらの機能ブロックは、ソフトウェア的に構成するものとしたが、ハードウェア的に構成しても構わない。
【００２１】
座標検出部１１２は、ＧＰＳ１０１を制御して、標的車１００の緯度、経度を検出する。通信制御部１１６は、検出された緯度、経度を計測車２００に送信する。また、計測車２００の緯度、経度を取得する。トレース制御部１１４は、標的車１００および計測車２００の緯度、経度に基づき、マーカ１０２が計測車２００の方向を向くよう、ポール１０３の回転を制御する。
【００２２】
計測車２００には、レーザトランシット２０２が搭載されている。レーザトランシット２０２は、レーザを用いて標的車１００までの距離を計測するカメラである。例えば、測定距離１〜２ｋｍで、精度±５０〜１００ｍであることが好ましい。レーザトランシット２０２は、上下方向に角度を変えられる状態で、計測車２００に垂直に設置されたポール２０３に取り付けられている。レーザトランシット２０２は、上下方向の角度制御と、ポール２０３の回転により、標的車１００を向くよう３次元的に姿勢を変えることができる。レーザトランシット２０２の角度は、±２０秒以下の精度で検出可能であることが好ましい。
【００２３】
計測車２００には、ＧＰＳ２０１および傾きセンサ２０５が備えられている。傾きセンサ２０５は、計測車２００の姿勢、特に、水平面からの傾きを検出するセンサである。ＧＰＳ２０１および傾きセンサ２０５は、ポール２０３の上に取り付けても良い。
【００２４】
計測車２００には、各種信号を処理するため、制御ユニット２１０、通信ユニット２３０が備えられている。通信ユニット２３０は、アンテナ２０４を介して標的車１００との間で無線通信を行う。
【００２５】
制御ユニット２１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたコンピュータである。図中に、制御ユニット２１０に備えられている機能ブロックを併せて示した。本実施例では、汎用のコンピュータを用いて制御ユニット２１０を構成し、これらの機能ブロックは、ソフトウェアをインストールして構成するものとした。各機能ブロックは、ハードウェア的に構成しても構わない。
【００２６】
通信制御部２１２は、通信ユニット２３０を用いて標的車１００との通信を行う。座標検出部２１４は、ＧＰＳ２０１によって計測車２００の緯度、経度を検出する。傾き検出部２１６は、傾きセンサ２０５によって、計測車２００の傾きを検出する。カメラ制御部２１８は、標的車１００の方向を向くようレーザトランシット２０２の姿勢を制御するとともに、標的車１００までの距離の計測を行う。また、計測時におけるレーザトランシット２０２の上下方向の角度を検出する。
【００２７】
計測制御部２２０は、予め設定されたタイミングで、通信制御部２１２、座標検出部２１４、傾き検出部２１６、カメラ制御部２１８を動作させる。また、これらの機能ブロックから得られたデータに基づいて、高低差を算出する。記録部２２２は、計測制御部２２０から算出結果を受け取り、計測時の標的車１００および計測車２００の緯度、経度と関連付けて高さデータベース２２４に逐次、格納する。
【００２８】
本実施例の計測システムは、以上の構成により、例えば、計測車２００を停止させ、標的車１００を道路１０に沿って走行させながら、高低差を計測することができる。
【００２９】
Ｂ．計測処理：
図３は計測処理のフローチャートである。本実施例では、計測車２００を所定の基準位置に停止させ、標的車１００を道路に沿って移動させながら基準位置との高低差を計測する。図３には、この計測中に計測車２００の制御ユニット２１０が実行する処理を示した。
【００３０】
この処理では、制御ユニット２１０は、まず初期化処理を実行する（ステップＳ１０）。初期化処理は、計測車２００と標的車１００とを並べた状態で行われ、両者のＧＰＳで検出される緯度、経度のキャリブレーション、地面からレーザトランシット２０２およびマーカ１０２までの高さの計測が含まれる。レーザトランシット２０２にマーカ１０２を追尾させるための初期化処理として、マーカ１０２を視野内に捉えるようレーザトランシット２０２の姿勢を調整する処理も含まれる。
【００３１】
また、高低差検出のタイミングを特定するための初期設定も行う。本実施例では、標的車１００が予め設定された計測点に到達した時に計測を行うものとした。この計測点は、任意に設定可能であるが、本実施例では、電子地図データへの高さ情報の反映を容易にするため、道路の形状を定義する各点に一致させるものとした。タイミングの検出は、必ずしも標的車１００の位置による必要はない。例えば、予め設定された所定の時間間隔で計測を行うものとしてもよい。かかる場合には、計測車２００と標的車１００の同期をとるため、初期化処理において両者の時計を合わせておくことが好ましい。また、計測は、標的車１００の移動中に連続的に行ってもよい。計測タイミングをオペレータが手動で指示するものとしてもよい。
【００３２】
こうして初期化処理が完了すると、標的車１００は、検出対象となる道路の移動を開始する。標的車１００は、この移動中に所定の間隔で緯度、経度を計測車２００に送信する。制御ユニット２１０は、この緯度、経度から標的車の位置を検出し（ステップＳ１２）、カメラトレース制御を行う（ステップＳ１４）。
【００３３】
カメラトレース制御とは、マーカ１０２を視野の中心に捉えるためのレーザトランシット２０２の姿勢制御である。本実施例では、マーカ１０２がレーザトランシット２０２の視野から外れない程度に、標的車１００の移動速度が遅いものとしてこの制御を実行する。標的車１００の移動に伴って、マーカ１０２はレーザトランシット２０２の中心からずれるため、このずれ量が小さくなるようレーザトランシット２０２の姿勢を制御する。例えば、水平方向のずれ量に所定の水平ゲインを乗じてポール２０３の回転角速度を決定し、垂直方向のずれ量に所定の垂直ゲインを乗じてレーザトランシット２０２の上下方向の回転角速度を決定する方法を採ることができる。
【００３４】
ポール２０３の回転方向の制御には、標的車１００の緯度、経度を利用してもよい。計測車２００および標的車１００の緯度、経度により、標的車１００への水平方向の角度は比較的容易に特定することができる。標的車１００でも、両者の緯度、経度により、マーカ１０２が計測車２００を向くようポール１０３の回転を制御することが好ましい。
【００３５】
計測車２００の制御ユニット２１０は、標的車１００の緯度、経度に基づき、標的車１００が計測点に到達したか否かを判定する（ステップＳ１６）。例えば、予め計測点として設定された緯度、経度と標的車１００の緯度、経度との誤差が許容範囲内に入るか否かによって、判定することができる。
【００３６】
標的車１００が計測点に到達した場合、制御ユニット２１０は、レーザトランシット２０２によって標的車１００までの距離および仰角θを検出する（ステップＳ１８）。図中に仰角θの検出方法を併せて示した。図示する通り、仰角θは、レーザトランシット２０２の角度θｃと計測車２００の傾斜角θｖとの和で与えられる。先に説明した通り、制御ユニット２１０は、マーカ１０２を視野の中心に捉えるようレーザトランシット２０２の上下方向の角度θｃを制御するから、この時の角度θｃは既知である。また、傾斜角θｖは、傾きセンサ２０５により検出可能である。本実施例では、角度θｃと傾斜角θｖの和によって仰角θを算出するものとしたが、直接検出可能なセンサを利用しても構わない。
【００３７】
制御ユニット２１０は、以上で得られた情報に基づき、高低差を算出し、高さデータベース２２４に記録する。高低差は、図１に示した原理に基づき、レーザトランシット２０２で計測した斜距離Ｌと仰角θを用いて高さＨを算出することができる。計測車２００と標的車１００の緯度、経度から水平距離Ｌｐを求め、この距離Ｌｐと仰角θとから高さＨを求めても良い。また、斜距離Ｌを用いた算出結果と、水平距離Ｌｐを用いた算出結果の誤差が許容範囲にあるか否かに基づいて、演算結果の精度を検証するものとしてもよい。
【００３８】
さらに、標的車１００のマーカ１０２の姿勢に起因する誤差の補正、標的車１００および計測車２００の車高を考慮した補正などを高低差データに反映させてもよい。
【００３９】
制御ユニット２１０は、予め設定された全計測点について完了するまで、以上の計測を繰り返し実行する（ステップＳ２２）。
【００４０】
Ｃ．効果：
以上で説明した本実施例の計測システムによれば、道路１０に沿った多数の座標点で、容易に高低差を取得することができる。この高低差をそのまま利用したり、標高に補正したりすることにより、容易に高さ情報を備えた電子地図データを生成することが可能となる。
【００４１】
Ｄ．変形例：
本実施例では、標的車１００および計測車２００の双方を車載としたが、いずれか一方のみを車載としてもよい。
本実施例では、標的車１００を移動させながら計測を行うものとしたが、計測車２００を移動させてもよいし、両者を移動させても構わない。
本実施例では、計測制御部２２０、記録部２２２、高さデータベース２２４を計測車２００に設けたが、これらは標的車１００に設けてもよいし、個別の装置として構成してもよい。
【００４２】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフトウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】高さの計測原理を示す説明図である。
【図２】実施例としての計測システムの構成を示す説明図である。
【図３】計測処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…道路
１００…標的車
１０２…マーカ
１０１…ＧＰＳ
１０３…ポール
１０４…アンテナ
１１０…制御ユニット
１１２…座標検出部
１１４…トレース制御部
１１６…通信制御部
１３０…通信ユニット
２００…計測車
２０１…ＧＰＳ
２０２…レーザトランシット
２０３…ポール
２０４…アンテナ
２０５…センサ
２１０…制御ユニット
２１２…通信制御部
２１４…座標検出部
２１６…検出部
２１８…カメラ制御部
２２０…計測制御部
２２２…記録部
２２４…データベース
２３０…通信ユニット

Claims

見通しが利く２つの計測点間の相対的な高低差を計測する計測システムであって、
前記計測点の一方に設置される標的装置と、
前記計測点の他方に設置される照射装置と、
該標的装置および照射装置から情報を取得し、前記高低差を記録する記録装置とを備え、
該標的装置および照射装置は、車載されており、
前記照射装置は、
前記標的装置までの距離を光学的に計測する光学的計測器と、
該標的装置の仰角を検出する仰角検出器と、
平面的な位置座標を検出する照射座標検出器と、
前記計測された距離、仰角、位置座標を前記記録装置に出力する結果出力部とを備え、
前記標的装置は、
前記光学的計測器による光線照射の標的と、
平面的な位置座標を検出する標的座標検出器と、
前記位置座標を前記記録装置に出力する座標出力部とを備え、
前記記録装置は、
前記仰角および距離から、前記計測点間の高低差を算出する高低差算出部と、
前記算出された高低差を、前記標的装置および照射装置の位置座標に関連づけて記録する記録部とを備える
計測システム。