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JP4403546B2 - Automatic survey system - Google Patents
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Description

本発明は、トンネル工事等において内空形状を計測管理する自動測量システムの技術分野に属する。   The present invention belongs to the technical field of an automatic surveying system for measuring and managing an inner sky shape in tunnel construction or the like.

トンネル工事等において、内空形状を計測管理することは、周辺地山の安定性を把握する上で非常に重要な日常管理項目である。トンネル内空の計測手段としては、測距測角機能を備えたトータルステーションを用いることが行われている。これは図1に示すように、トンネル内の複数箇所にターゲット1を設置し、これをトータルステーション2により視準することによりターゲット1の三次元位置を計測し、刻々と変化するトンネル内空変位を計測するものである。この装置は遠隔計測が可能で大断面や大規模空間での利用に適し、他の作業を妨げることなく計測ができる。しかし、目視による計測は、人による計測であるため、個人差が出易く、さらに視準の位置合わせに手間がかかる等の問題を有している。   In tunnel construction, etc., measuring and managing the interior sky shape is a very important daily management item in order to grasp the stability of surrounding ground. As a means for measuring the sky in the tunnel, a total station having a distance measuring and angle measuring function is used. As shown in FIG. 1, the target 1 is installed at a plurality of locations in the tunnel, and the three-dimensional position of the target 1 is measured by collimating the target 1 with the total station 2, and the air displacement in the tunnel that changes every moment is measured. It is to be measured. This device can be measured remotely, is suitable for use in large sections and large-scale spaces, and can be measured without interfering with other operations. However, since visual measurement is human measurement, there is a problem that individual differences are likely to occur, and that the alignment of collimation takes time.

この問題を解決するために、特許文献1においては、測量機器の望遠鏡接眼部に取り付けられたカメラと、望遠鏡の光軸と平行な光軸を有するように設けられたペンライトと、目標点に配設され、光を反射しない黒系統のシート上に円形の反射シートを設けたターゲットと、前記ペンライトの光とカメラにより撮像した前記ターゲットと望遠鏡のスケールを液晶画面に表示させる画像処理装置とを備え、前記液晶画面内で望遠鏡のスケール中心点が前記ターゲットの前記円内に入るように測量機器をターゲットに対して概略視準し、前記ターゲットの反射シートの重心点位置と望遠鏡のスケール中心点位置との水平及び鉛直の偏差を計算し、この偏差を角度の偏差として前記概略視準で得られた水平角及び鉛直角に加えることにより、目標点の水平角及び鉛直角を求めることを特徴とする自動測量方法を提案している。この方法によれば、目標点の測量作業は、モニタ画面上に目標点のターゲットの同心円が入るように測量機器を操作するだけで、その後の微調整が不要であり、視準合わせを容易にかつ短時間に行うことができる。
特開平11−2518号公報
In order to solve this problem, in Patent Document 1, a camera attached to a telescope eyepiece of a surveying instrument, a penlight provided to have an optical axis parallel to the optical axis of the telescope, and a target point And a target having a circular reflection sheet on a black system sheet that does not reflect light, and an image processing apparatus that displays the light of the penlight, the scale of the target captured by a camera, and a telescope on a liquid crystal screen And roughly collimating the surveying instrument with respect to the target so that the center point of the scale of the telescope is within the circle of the target in the liquid crystal screen, and the position of the center of gravity of the reflecting sheet of the target and the scale of the telescope By calculating the horizontal and vertical deviation from the center point position, and adding this deviation as the angular deviation to the horizontal and vertical angles obtained by the above-mentioned rough collimation, We propose an automatic surveying method characterized by determining the horizontal angle and vertical angle. According to this method, the target point surveying work can be done by simply operating the surveying instrument so that the concentric circle of the target point target is on the monitor screen. And it can be performed in a short time.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-2518

しかしながら、特許文献1に示すシステムにおいては、計測対象であるターゲットが工事中の破損や、表面に汚れが付着することにより、その光の反射性能が低下し、ターゲットの重心点位置を計測することが困難になるという問題を有している。また、円形ターゲットを正対して見る場合には、見かけ上、円形に写るため問題はないが、ターゲットを正対して設置することができずターゲットを斜めから視準する場合は見かけ上、楕円になるため、ターゲットの重心点位置に誤差を生じるという問題を有している。   However, in the system shown in Patent Document 1, when the target to be measured is damaged during construction or dirt is attached to the surface, the reflection performance of the light is lowered, and the position of the center of gravity of the target is measured. Has the problem of becoming difficult. In addition, when looking at a circular target facing up, there is no problem because it looks like a circular shape, but when the target cannot be placed facing up and it is collimated from an angle, it looks like an ellipse. Therefore, there is a problem that an error occurs in the position of the center of gravity of the target.

本発明は上記問題を解決するものであって、ターゲットが工事中の破損や、表面に汚れが付着することにより、その光の反射性能が低下した場合でも、また、円形ターゲットを斜めから見た場合でも、誤差を解消し測量精度を確保することができる自動測量システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problem. Even when the target is damaged during construction or the surface is contaminated with dirt, the reflection performance of the light is lowered. Even in such a case, an object of the present invention is to provide an automatic surveying system capable of eliminating errors and ensuring surveying accuracy.

上記目的を達成するために本発明の自動測量システムは、トータルステーションの望遠鏡接眼部に取り付けられたカメラと、望遠鏡の光軸と平行な光軸を有するように設けられたペンライトと、目標点に配設され円形の反射シートを設けたターゲットと、前記ペンライトの光とカメラにより撮像した前記ターゲットを表示させる液晶画面とを備え、前記液晶画面内で望遠鏡の光軸中心が前記ターゲットの前記円内に入るようにトータルステーションをターゲットに対して概略視準し、液晶画面に写し出された入力画像において、明るい領域をターゲットの領域と推定し、その領域の楕円の慣性主軸の傾き、長軸および短軸の長さを計測し、計測した結果を基に、楕円型のパターンを作成し、入力画像との比較により、対応するパターンの位置を探索し、ターゲットの重心位置を求め、前記ターゲットの重心点位置と望遠鏡の光軸中心位置との誤差を計算し、ターゲットの重心点を求めることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an automatic surveying system of the present invention comprises a camera attached to the telescope eyepiece of a total station, a penlight provided so as to have an optical axis parallel to the optical axis of the telescope, and a target point. And a liquid crystal screen for displaying the target picked up by the light of the penlight and the camera, and the center of the optical axis of the telescope in the liquid crystal screen is the target of the target. The total station is roughly collimated with respect to the target so that it falls within the circle, and in the input image projected on the liquid crystal screen, the bright area is estimated as the target area, the inclination of the inertial main axis of the ellipse in that area, the long axis and Measure the length of the short axis, create an elliptical pattern based on the measurement result, and compare the input image with the corresponding pattern position Searched, obtains the center of gravity of the target, the error between the optical axis center position of the center of gravity position and the telescope of the target is calculated, and obtains the center of gravity of the target.

本発明によれば、目標点の測量作業は、モニタ画面上に目標点のターゲットが入るように測量機器を操作するだけで、その後の微調整が不要であり、視準合わせを容易にかつ短時間に行うことができる。また、ターゲットが工事中の破損や、表面に汚れが付着することにより、その光の反射性能が低下した場合でも、また、円形ターゲットを斜めから見た場合でも、誤差を解消し測量精度を確保することができる。   According to the present invention, the target point surveying operation is performed simply by operating the surveying instrument so that the target point target is placed on the monitor screen, and subsequent fine adjustment is not required, making collimation easy and short. Can be done in time. In addition, even if the target is damaged during construction or the surface is contaminated, the light reflection performance deteriorates, or even when the circular target is viewed from an angle, errors are eliminated and survey accuracy is ensured. can do.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図2は、本発明の自動測量システムの1実施形態を示すシステム構成図である。
図2において、トータルステーション1は、測距測角機能を備えた光波測距儀、トランシット等の測量機器であり、望遠鏡3の接眼部にはCCDカメラ5が取り付けられ、CCDカメラ5の上部にはペンライト4が設けられている。また、望遠鏡3の光軸とペンライト4の光軸は平行に設けられており、後述するターゲット2で反射したペンライト4からの光は望遠鏡3に平行になって返るようになっている。このため、ターゲット2を概略視準することによりターゲット2は十分な明るさの画像として液晶画面6上に映し出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a system configuration diagram showing an embodiment of the automatic surveying system of the present invention.
In FIG. 2, the total station 1 is a surveying instrument such as a light wave range finder or a transit having a distance measuring and angle measuring function. A CCD camera 5 is attached to the eyepiece of the telescope 3. The penlight 4 is provided. Further, the optical axis of the telescope 3 and the optical axis of the penlight 4 are provided in parallel, and light from the penlight 4 reflected by the target 2 described later returns in parallel to the telescope 3. For this reason, the target 2 is projected on the liquid crystal screen 6 as a sufficiently bright image by collimating the target 2 roughly.

測量対象となる目標点には円形のターゲット2が設置される。このターゲット2は従来のように同心円(或は十字線)を刻むものとは異なり、光を反射しない黒系統のシートまたは薄板上に円形の反射シートを設けたものである。   A circular target 2 is installed at the target point to be surveyed. The target 2 is different from the conventional one in which concentric circles (or crosshairs) are engraved, and is a black sheet that does not reflect light or a circular reflection sheet provided on a thin plate.

液晶画面6の画像は、画像処理手段7においてパターンマッチングの処理が行われ、演算処理手段8において、トータルステーション1からの距離情報と画像処理手段7からのターゲット重心位置情報に基づいてターゲット2の位置が演算され、記憶手段9に格納される。   The image on the liquid crystal screen 6 is subjected to pattern matching processing in the image processing means 7, and in the arithmetic processing means 8 the position of the target 2 based on the distance information from the total station 1 and the target centroid position information from the image processing means 7. Is calculated and stored in the storage means 9.

図3は、計測原理を説明するための図であり、ターゲット2にトータルステーションを向けている状態を示し、概略視準したターゲット2の円形画像が写し出されている。トータルステーション光軸中心Tとターゲット中心Cとのずれが計測の誤差であり、これがいわゆる視準誤差に相当する。この誤差は視準画像を基に計算することができる。水平方向の誤差をdx、垂直方向の誤差をdyとすると、ターゲット2の位置を画像処理により割り出し、次式(1)、(2)により算出する。

Figure 0004403546
ここで、(Xc,Yc)は液晶画面上でのトータルステーション1の光軸中心、(Xt,Yt)はターゲット2の中心、Lはトータルステーション1からターゲット2までの距離、kは倍率変換係数を示す。Lはトータルステーションの測距機能により事前に求めることができる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the measurement principle, showing a state in which the total station is directed to the target 2, and a circular image of the target 2 that is roughly collimated is displayed. The deviation between the total station optical axis center T and the target center C is a measurement error, which corresponds to a so-called collimation error. This error can be calculated based on the collimated image. When the horizontal error is dx and the vertical error is dy, the position of the target 2 is determined by image processing, and is calculated by the following equations (1) and (2).
Figure 0004403546
Here, (Xc, Yc) is the optical axis center of the total station 1 on the liquid crystal screen, (Xt, Yt) is the center of the target 2, L is the distance from the total station 1 to the target 2, and k is a magnification conversion coefficient. . L can be obtained in advance by the distance measuring function of the total station.

ところで、図3に示すように、液晶画面に写し出されるターゲットが円形であれば、ターゲット中心抽出は、面積重心の検出を行い、汚れ・破損などにより十分な輝度画像が得られない場合でも、正規化相関に基づくパターンマッチングで中心を求めることができる。このパターンマッチングは、円形画像のパターンを作成し、入力画像との比較により対応するパターンの位置を探索し、ターゲットの中心位置を求めるものである。   By the way, as shown in FIG. 3, if the target projected on the liquid crystal screen is circular, the target center extraction detects the center of gravity of the area, and even if a sufficient luminance image cannot be obtained due to dirt, damage, etc. The center can be obtained by pattern matching based on the normalized correlation. In this pattern matching, a pattern of a circular image is created, the position of the corresponding pattern is searched by comparison with the input image, and the center position of the target is obtained.

しかし、ターゲットを正対して設置することができずターゲットを斜めから視準する場合は見かけ上、図4に示すように、楕円になる。この場合、上記の円形パターンマッチングで画像照合を行うと、図5(a)に示すように、楕円の短軸方向にずれてターゲットの位置に対して抽出円(白い円)にずれが出る。   However, when the target cannot be placed facing the target and the target is collimated from an oblique direction, it looks like an ellipse as shown in FIG. In this case, when image matching is performed by the circular pattern matching described above, as shown in FIG. 5A, the extracted circle (white circle) shifts with respect to the target position by shifting in the minor axis direction of the ellipse.

そこで、図6に示すように、望遠鏡を視準して液晶画面に写し出された入力画像において、明るい領域をターゲットの領域と推定し、その領域の楕円の慣性主軸の傾き、長軸および短軸の長さを計測する。次に、図7に示すように、計測した結果を基に、楕円型のパターンを作成する。作成に際しては、ターゲットまでの距離は既知であるので、その長径はその距離を基に計算できるので、その理論値と実際に計測した長径とを比較し、作成パターンの妥当性を確認する。続いて、図8に示すように、入力画像との比較により、対応するパターンの位置を探索し、ターゲットの重心位置を求める。その結果、図5(b)に示すように、抽出円(白い円)の位置がターゲットに一致し正確にターゲットを捉えることができる。   Therefore, as shown in FIG. 6, in the input image projected on the liquid crystal screen by collimating the telescope, the bright area is estimated as the target area, and the inclination, the major axis, and the minor axis of the inertial main axis of the ellipse of the area are estimated. Measure the length of Next, as shown in FIG. 7, an elliptical pattern is created based on the measured result. At the time of creation, since the distance to the target is known, the major axis can be calculated based on the distance, so the theoretical value is compared with the actually measured major axis to confirm the validity of the creation pattern. Subsequently, as shown in FIG. 8, the position of the corresponding pattern is searched by comparing with the input image, and the center of gravity position of the target is obtained. As a result, as shown in FIG. 5B, the position of the extraction circle (white circle) matches the target, and the target can be accurately captured.

本発明に係るトンネル内空変位計測を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sky displacement measurement in a tunnel which concerns on this invention. 本発明の自動測量システムの1実施形態を示すシステム構成図である。It is a system configuration figure showing one embodiment of the automatic surveying system of the present invention. 本発明の計測原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement principle of this invention. 本発明の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of this invention. 本発明の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of this invention. 本発明の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of this invention. 本発明の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of this invention. 本発明の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of this invention.

Claims (1)

トータルステーションの望遠鏡接眼部に取り付けられたカメラと、望遠鏡の光軸と平行な光軸を有するように設けられたペンライトと、目標点に配設され円形の反射シートを設けたターゲットと、前記ペンライトの光とカメラにより撮像した前記ターゲットを表示させる液晶画面とを備え、前記液晶画面内で望遠鏡の光軸中心が前記ターゲットの前記円内に入るようにトータルステーションをターゲットに対して概略視準し、液晶画面に写し出された入力画像において、明るい領域をターゲットの領域と推定し、その領域の楕円の慣性主軸の傾き、長軸および短軸の長さを計測し、計測した結果を基に、楕円型のパターンを作成し、入力画像との比較により、対応するパターンの位置を探索し、ターゲットの重心位置を求め、前記ターゲットの重心点位置と望遠鏡の光軸中心位置との誤差を計算し、ターゲットの重心点を求めることを特徴とする自動測量システム。 A camera attached to the telescope eyepiece of the total station, a penlight provided so as to have an optical axis parallel to the optical axis of the telescope, a target provided with a circular reflecting sheet disposed at a target point, and A liquid crystal screen for displaying the light picked up by the penlight and the target imaged by the camera, and the total station is roughly collimated with respect to the target so that the optical axis center of the telescope is within the circle of the target in the liquid crystal screen. In the input image projected on the LCD screen, the bright area is estimated as the target area, the inclination of the inertial main axis of the ellipse, the length of the major axis and the minor axis of that area are measured, and the measured results are used as the basis. , Create an elliptical pattern, search the position of the corresponding pattern by comparison with the input image, find the center of gravity position of the target, Automatic surveying system the error between the optical axis center position of the center of gravity position and the telescope is calculated, and obtains the center of gravity of the target.
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