水準儀・そのほか

水準儀

水準測量には古くから水準儀(レベル)がつかわれています。望遠鏡とこれに平行な気泡管からなり気泡を水平を示す位置に設置したとき望遠鏡の視準線も水平となります。望遠鏡の架台両端にある支柱がY字形であり「ワイレベル」と呼ばれていました。Y字形支柱は当初は望遠鏡を取り外して前後付け替えを容易にするためでしたが、実際は円形リングで望遠鏡を固定できるようになっています。

近年はレベルの鉛直軸を動かさずに高低微動ねじを回転させ気泡を合致させることによって望遠鏡だけを僅かに傾斜させ水平な視準線を得ることができる機能を持ったティルティングレベル(Tilting Level チルチングレベルとも表記)がつかわれました。現在では重力を利用して自動的に水平な視準線が得られる自動レベルがつかわれています。さらに標尺の自動読み取りなどが可能な電子レベルへ発展しています。

右の写真上段は一等水準儀、カール・バンベルヒ社製で国立科学博物館所蔵です。中段は二等水準儀、オットー・フェンネル社製でこれも国立科学博物館所蔵ですが陸地測量部でつかわれていたと説明にありました。下段は一等水準儀、カール・ツアイス社製で2002年(平成14)7月に測量・設計システム展に国土地理院が出品した古い機器です。

右の写真上段は日本光学製E2型水準儀(レベル)で第二次大戦後間もなく製造され輸出もされたようです。中央の「つまみ」には”MADE IN OCCUPIED JAPAN”の表示があり占領下の日本で作られたことがわかります。このように表示しないと輸出できなかったのでしょうか。

右の写真下段はスイスのウイルド社製N3型水準儀(レベル)で1950年代から1970年代まで使用されていました。国土地理院の測量機器性能基準では「レベル1級」になっていますが国際標準(ISO)ではレベルの精度(能力)は1キロメートルの往復測量で決定できる高低差の標準偏差で表現し0.4ミリメートルになっています。 機器誤差のバラツキ平均が0.4ミリメートル以下(数字が小さい方が高精度)ということです。最大視準距離は50〜60メートルです。

右の写真はドイツのカール・ツアイス社製Ni002型水準儀で国土地理院では1979年(昭和54)から使用されている自動水準儀(オートレベル)です。最大視準距離は50メートルで観測者がどの位置にいても覗けることができます。自動水準儀は望遠鏡内部に鏡やプリズムをワイヤーでつり下げた自動水平維持装置が取り付けられています。このため一定の範囲内の傾きであれば視準線の水平を自動的に保つことができ作業能率が向上します。現在つかわれているレベルはほとんどこの類似形式です。

この写真は日本水準原点前で撮ったのですが水準儀の右にある円筒状の柱は初期のカール・バンベルヒ社製の水準儀を設置して水準原点を視通するための台です。現在はつかわれていません。

経緯儀でも水準儀でも望遠鏡の接眼部での映像は正立像と倒立像の場合があり機種によって決まっています。水準測量の際には標尺の目盛数値も正、倒立に合致したものが必要です。

電子水準儀

国土地理院では1994年(平成6)頃から電子水準儀(デジタルレベル)を利用しています。バーコード付きの標尺を併用することにより自動的に数値が表示される仕組みになっています。写真はライカ(ウイルド)社製NA3003型電子水準儀とツァイス製DiNi11型電子水準儀です。最大視準距離はともに40メートルです。

標尺台

標尺を地面に置いたときに標尺の沈下をふせぎ、また位置が変わらないよう標尺台がつかわれます。写真の例は鉄製で上面は直径15センチメートル程度の円盤、下面は球面三角形になっていますが、いろいろな形があります。国土地理院では道路表面のアスファルトの軟化による沈下を防ぐため陶器製のものが開発されています。

タキオメーター

京都大学所蔵のタキオメーター(Tacheometer)です。目標との水平距離や高低差を直接読みとることができます。水平目盛り盤の下にある望遠鏡の内部には目盛りが20本、刻まれています。また内部には方位磁石が入っているので目標を視準しながら磁北からの方位角が読みとれます。製造者はフランスのRicher Guyard & Canary社です。1900年(明治33)に東京帝国大学工科大学が250円で購入したのち京都帝国大学に移管されたようです。

トランシットの望遠鏡内部に上下に引かれた2本の水平線をスタジア線といい標尺を立てた目標を視準しスタジア線で挟まれた標尺上下の目盛りを読み取れば目標までの距離を求められます。たとえばスタジア乗数が100の場合、標尺の目盛差が50センチメートルであればトランシットと目標間の距離は50メートルになります。この測量方法はスタジア測量またはタキメトリー(Tachymetry)といいます。水準儀の望遠鏡内部にスタジア線が入っているものもあります。

このほか京都大学には「陸軍文庫」と刻字のあるプリズムコンパスなど明治中期の参謀本部測量局が使用した測量機器が東京大学や文部省をへて配布、購入されたものがあります。[永平幸雄、川合葉子:近代日本と物理実験機器 京都大学学術出版会 2001 p296]

土木工事用トランシット

大阪市立科学館に展示されているトランシットです。明治時代に土木工事に使用されたものと思われますが正確な諸元や製造者は不明です。

三次元レーザースキャナー

レーザースキャナーは略してLS、トータルステーションとして利用する場合はTLSともいわれます。レーザー光線を連続的に方向を変えて射出、空間上を走査し、その方向と対象物までの距離を計測することで三次元座標が測定できます。短時間に得られた大量のデータはコンピューターで処理します。距離の測定は光波測距儀とおなじで位相差方式とパルス往復時間方式があります。地上型や航空機搭載型があり近年普及が進んでおり応用範囲が広く地形測量のみならず土木、建築、交通、遺跡調査などの分野にも用いられます。

測量機器の規格

測量機器については国際標準規格(ISO)や日本工業規格(JIS)で定められているものが数多くあります。内容はおおむね3つに分けられ、測量機器の野外試験方法はISO 17123、JIS B7912にあり各々の測量作業に、使用する機器が適していることを判断する手順が規定されています。ついで測量機器の性能基準がISO 12858で規定されレベル、セオドライト、光波測距儀、トータルステーション、GNSSなど機器の性能も規格になっています。さらに測量機器メーカーの出荷試験方法がISO 16331で規定されています。

測量機器ではありませんがコンクリート杭、金属鋲、再生プラスチック杭などの「測量標識くい」についてもそれぞれJISでは規定され、JIS B7914−1、B7914−2、K6932が該当します。「公共測量作業規程準則」ではJISの認証を受けた製品の採用を標準とすることが記されています。


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