JP2007047136A - ラジコンヘリコプターを用いた環境観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】（１）不法に廃棄された廃棄物を早期に発見し、継続的に監視を続行するための正確な情報を安価に入手する。
（２）地中に埋設された地雷を安全且つ迅速に探知する。
【解決手段】 ラジコンヘリコプターに必要な機材を搭載し、遠隔地からこれを操縦、操作し、予めコンピュータに蓄積されている反射スペクトル情報や画像情報と照合して、被測定地面等に存在する物質の同定や地雷の探索を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘリコプターによる地表の観測・撮影並びに解析に関するもので、特にラジコンヘリコプターを用いて、無線操縦により地表若しくは地中に存在する物質を詳細に同定する技術に関するものである。

従来から地表の形状を把握する手段として、人が搭乗して操縦するヘリコプター（以降、有人ヘリコプターと記す）にカメラ等の撮影機材を搭載して被測定箇所を撮影した後、地上に戻って当該映像を解析していた。さらに、ＧＰＳ（［ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ］全地球無線測位システム）や電子的撮影機器の普及により、撮影箇所の位置特定や立体的計測手法が提案されている。
特開２００２−３２８０２１

さらに、従来から地表の形状を把握する他の手段として、気球に撮影機材を装着して撮影する方法も試みられている。

有人ヘリコプターは機体が大きいために、安全上の法規制により、高度３００ｍ以下の航空写真撮影が禁止されており、地表面の詳細なデータを得るには不適である。

有人ヘリコプターによる撮影は機体の維持費、人件費などが嵩み、高価となる。

有人ヘリコプターは搭乗者の安全確保のため、気象条件や火山噴火など危険と判断される条件下での飛行は困難である。

気球による方法は、撮影箇所を如意に設定することが困難であり、さらに１回の浮上による撮影範囲が限られていた。

上記課題解決の目的を達成するために、本願発明者は、有用な機材を搭載したラジコンヘリコプターを採用し、当該ラジコンヘリコプターから得られる情報とコンピュータに予めデータとして保有している地表からの光反射スペクトル並びにレーダー反射エコーとを照合し、当該地点の位置を把握すると同時に、地上若しくは地中の状況を詳細に且つ迅速に把握できる手段を提供するものである。

上記手段を提供する具体的なシステムと操作は
（１）ラジコンヘリコプターにＧＰＳ、無線受信機及び無線発信機を搭載し、
（２）さらに、上下並びに円周方向に可動する架台を当該ラジコンヘリコプターに取付、
（３）当該架台に、デジタルカメラ、赤外線カメラ、ＣＣＤカメラ及び光反射スペクトル測定装置を装着し、
（４）若しくは、当該架台にレーダー発信機を装着し、
（５）以て、当該ラジコンヘリコプターを遠隔操作で飛行並びに空中で静止せしめ、空中より被測定箇所に前記した、デジタルカメラ、赤外線カメラ、ＣＣＤカメラ及び光反射スペクトル測定装置若しくはレーダー発信機を操作して、必要な情報を入手し、
（６）当該情報を無線で、遠隔地に送信してこれを受信し、
（７）遠隔地で受信した当該データをコンピュータに取り込み、
（８）予め、当該コンピュータに蓄積してあるデータと照合して解析し、
（９）前記した測定箇所の位置と概観・形状を把握し、
（１０）さらに、当該測定箇所に存在する物質の性状を同定する。

前記した「ＣＣＤカメラ及び光反射スペクトル測定装置」に代わって、「ＣＣＤカメラ」の機能と「光反射スペクトル測定装置」の機能とを合体させた「スペクトルイメージセンサ」を適用することも、本発明に包含される。

本発明は上述したように、ラジコンヘリコプターに情報取得手段と情報の送信手段を搭載しているために、地上や船上などの遠隔地から当該ヘリコプターを操縦し、調査対象箇所上空から入手した信号を地上や船上などの遠隔地で受信し、予めスペクトルと対象物質との相関を解析しているデータと、当該入手したデータとを照合・分析することにより、詳細な情報を安価で迅速且つ安全に入手することができる。

以下、本発明の実施例について、図を用いて詳述する。
＜実施の形態１＞図１は、本発明から成るラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムの概要を説明する図である。

本システムの主な構成要素は、ＧＰＳ、デジタルカメラ、赤外線カメラ、ＣＣＤカメラ及び光反射スペクトル測定装置等（図示していない）を搭載し、上下並びに左右に向きを変えることが可能な機材収納箱１０を取り付けているラジコンヘリコプター１、当該ラジコンヘリコプターを遠隔で操縦するリモートコントローラ２０（以降リモコンと記す）、前記ラジコンヘリコプターからの信号を遠隔地で受信する受信機３０および前記受信したデータを解析するコンピュータ４０から成っている。

前記コンピュータ４０には各種の地表や海面など（以降、地表等と記す）からの反射スペクトルライブラリーが収納されている。図２は前記コンピュータ４０に収納されている反射スペクトルライブラリーの一例を示した。

測定対象箇所の上空で得られた反射スペクトル情報の実測値は、遠隔地で受信され、前記コンピュータ４０に取り込まれる。該コンピュータ４０には予め測定対象物が分かっている地表等のスペクトルデータが蓄積されているために、前記した反射スペクトルの実測値と照合される。

本実施例では、図２に示すように測定対象箇所から得られた反射スペクトルの実測値をコンピュータに蓄積されているデータと照合した結果、汚水からの反射スペクトルデータと一致しており、その結果、被測定対象箇所には汚水が存在していることが迅速且つ正確に同定できる。（図２では、実線と破線が波長に対してずれて表示しているが、分かりやすく表示したもので、実際は前記した実線と破線は重なっている）

ここで、図２について詳述する。図２は本発明から成る反射スペクトルライブラリーの内容の一例を模式的に示す図である。当該反射スペクトルライブラリーは、性状が分かっている箇所に、スペクトルメータを携行して地上を移動し、物質名と反射スペクトルとの相関を検証するいわゆるグランドトルースを実施して、予め作成しておくものである。

上記の方法により得られた反射スペクトルライブラリーの大項目である水面編１０００には、小項目があり、図２には代表例として海水面からの反射スペクトル１００１（以降単に、海水１００１と記載する）、清浄水１００２、汚水１００３等のデータが蓄積されている。

さらに、該反射スペクトルライブラリーの大項目である植生編１１００には、小項目の一例として常緑樹林１１０１、落葉樹林１１０２、混合樹林１１０３等のデータが蓄積されている。当該大項目並びに小項目に蓄積しているデータは前記した例に限定されるものでは無い。

小項目内のデータをさらに詳細に模式的に示すと、全スペクトルに対する強度のデータである粗解析データと当該スペクトルに特徴的な波長域に対する強度のデータである詳細解析データが準備されている。

具体的には、コンピュータ４０取り込まれている光反射スペクトルデータの発信源が大項目の何に該当するかを、別途送信されてきているＣＣＤカメラと光反射スペクトル測定装置の情報から判断し、最適な大項目を選択する。次に小項目中の粗解析図に概略適合するスペクトルを抽出し、厳密に照合して、当該測定箇所の同定を行うものである。

当該ラジコンヘリコプターには前記したようにＧＰＳを搭載していることから、当該測定箇所の位置が確定できる。

以上から、本発明から成るラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムにより、被測定箇所の位置（緯度、経度）と画像および地表等の物性が同定できる。

本発明は上記した機器構成により作動するもので、作動状況を以下に詳述する。ラジコンヘリコプター１は、被測定箇所に近く且つ安全な地上若しくは海上（地上若しくは海上を合わせて、以降は地上等と記す）からリモコン２０により、無線信号２００で前記被測定箇所の上空へ飛行させ、当該上空を低速飛行若しくはホバリングせしめる。

次に被測定箇所をラジコンヘリコプター１の機材収納箱１０に搭載しているＣＣＤカメラで撮影し、当該画像を地上等に無線で送信する。地上等では、前記送信されてきた画像を見ながら、前記した機材収納箱を任意の向きに作動する無線信号２００を発信して所望の画面を決める。

かくして決定された被測定箇所から得られる反射スペクトルを、前記した機材収納箱１０に収納されている光反射スペクトル測定装置により測定する。該反射スペクトルは直ちに地上等へ無線信号３００により発信される。

地上等では、無線信号３００を受信機３０により受信することにより、前記した反射スペクトルデータが得られ、当該データはさらにコンピュータ４０へ送信される。

コンピュータ４０では、前記したように得られた反射スペクトルデータの実測値と、予め蓄積しているデータとを照合し、被測定箇所に存在する物質を同定する。

係る一連の作動において、本発明の特徴を、従来の有人ヘリコプターによる空撮等と比較して以下に述べる。有人ヘリコプターでは、搭乗者の安全上の問題から地表に近接して操作することは不可能であり、現に航空法で３００ｍ以下での空撮は禁止されている。

これに対し、ラジコンヘリコプターでは地表等に極めて接近して飛行することが可能であり、且つ地表に近接した上空でホバリングが可能であるために、地上等の詳細を把握するには下記の点から好適である。

（１）被写体との距離が近いことにより、所謂カメラブレが少なくなり、スペクトルデータへの影響が緩和され、測定精度が向上する。
（２）霧などの気象条件下では、高い高度からの操作では、前記した霧に遮られて、殆どデータを入手できないが、本発明によれば、低い位置からの操作が可能であり、前記した霧の影響を軽減でき、測定精度が向上する。

さらに、本発明から成るラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムを適用することにより、従来の有人ヘリコプターによる空撮等と比較して大幅な費用の軽減が図れる。

逆に、従来の有人ヘリコプターと同額の費用をかければ、データの取得回数を大幅に増加することが可能であり、一例として被測定箇所を増やして測定精度の向上に寄与できる。また他の例として、同一箇所の測定回数を頻繁に実施したりすることで、経年変化のデータを詳細に取得することが可能となる。

＜実施の形態２＞本発明から成るラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムの第２の実施例は、主として地面近傍に埋設されている地雷探査を目的としている。

従来から地雷探査とその除去は精力的に実施されているが、高い除去率を達成するために、人力による探査・除去に依存しており、地球上に埋設されている膨大な数の地雷全てを除去するには数百年を要すると言われている。

本発明は、係る観点から成された発明で、正確、迅速、安全、安価な地来探査方法を提供するものである。

図３は実施形態２における、ラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムの概要と作動状況を示す図である。ラジコンヘリコプター１に搭載されている機材収納箱１０には、ＣＣＤカメラ（図示していない）と地中レーダー発信・受信機（図示していない）および地表面のマーキング機材が設置されている。

操作方法は基本的に実施の形態１と同様であるが、大きく異なる点は飛行高度と飛行形態にある。前記した実施の形態１では、飛行高度や飛行速度には特に厳密性は必要としないが、実施の形態１では、飛行高度は可能な限り低空であること、並びに飛行速度は探査位置の正確性との間に重要な相関がある。

かくして、ラジコンヘリコプター１はリモコン２０により遠隔地から操作され、探査対象地面６０の上空を可能な限り低空で且つ、始めは低速で飛行（最終確定時はホバリング状態となる）しながら、搭載している地中レーダ発信機から電磁波４００を地中に向かって発射する。

発射された電磁波は地中を進み、異物７０との境界面で反射波を生じる。該反射波をラジコンヘリコプター１に搭載しているレーダ受信機で受信し、無線信号３００により地上等に送信されてくる。当該信号は受信機３０で受信し、さらに受信したデータをコンピュータ４０で解析し画像を作製する。

コンピュータ４０には、予め地雷の形状が記憶されており、受信した反射波を元に作成された画像とを照合すべく画像解析が実施される。当該画像解析手法は特に限定しない。前記した画像解析により、地雷の埋設箇所とその爆発威力など仕様が含まれた型式を瞬時に把握できる。

次に、当該地雷の埋設箇所にラジコンヘリコプター１に搭載した地表マーキング具（図示していない）から発射して地表に目印を付ける。さらに、地雷の型式毎に色や形状等が異なる目印とすることで、撤去時における作業方法を構築する際の参考になる。

本発明の普及により、地表等の性状調査が簡単に実施可能となり、例えば、山中に廃棄された大量の廃棄物を容易に発見することができ、自然環境保全に極めて有効な手段である。

人工衛星から入手できる画像データと、本発明により得られるデータとを併用することで、さらに有効に本機能が活用できる。具体的には、人工衛星から送られてくるデータに懐疑的な地面等が認められた場合には、当該地面等に本発明の手法を適用し、より詳細に調査し、実情を把握する。

さらに、地雷探索速度の驚異的な向上により、地球上から地雷を無くすと言う人類の悲願をより身近にできる。

以上、本発明は平和と自然環境保全とを希求する全ての産業で利用できる。

実施の形態１のラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムの概要を示す図である。 実施の形態１に適用する反射スペクトルデータを模式的に示す図 実施の形態２のラジコンヘリコプターを用いた環境観測システムの概要を示す図である。

符号の説明

１：ラジコンヘリコプター、１０：機材収納箱、２０：リモートコントローラー
３０：無線電波受信機、４０：コンピュータ、５０：地表等、６０：地面断面、
７０：地雷、１００：無線電波、２００：無線電波、３００：無線電波、
４００：無線電波、１０００：水面域のデータファイル、１００１〜１００３：個々のスペクトルデータ、１１００：植生域のデータファイル、１１０１〜１１０３：個々のスペクトルデータ

Claims (4)

1. ラジコンヘリコプターにＧＰＳ、デジタルカメラ、赤外線カメラ、ＣＣＤカメラ及び画像送信機等を搭載し、無線で当該ヘリコプターを操縦して飛行させると共に、前記搭載した各機器を無線で操作する事により、被測定対象箇所を上空から撮影し、合わせて当該測定箇所の位置情報を入手するラジコンヘリコプターを用いた各種地勢情報等の入手方法において、
   前記した機器の他に、さらに、光反射スペクトル測定装置を搭載し、各種の情報と共に、前記光反射スペクトル情報を入手し、当該光反射スペクトルと、予め成分が同定されている各種の物質が存在する箇所から得られる光反射スペクトルと照合し、被測定対象箇所に存在する物質の組成を同定することを特徴とするラジコンヘリコプターを用いた環境観測システム
2. 請求項１に記載した各種物質の光反射スペクトルをライブラリー化し、例えば、産業廃棄物光反射スペクトルデータ、植生光反射スペクトルデータ、火山ガス光反射スペクトルデータ等としてコンピュータに情報を蓄積しておき、測定対象に応じて当該光反射スペクトルライブラリーを適用し、被測定箇所の詳細な同定を瞬時に行うことを特徴とするラジコンヘリコプターを用いた環境観測システム。
3. 請求項１に記載したラジコンヘリコプターに地中レーダー発信機を搭載し、地雷が埋設されている箇所の地表近傍を飛行若しくは空中で停止飛行（以降、ホバリングと記す）しながらレーダーを発信し、得られるエコー信号を無線電送して地上で受診してコンピュータで画像処理し、当該物質の形状を把握すると共に、予めコンピュータに登録されている形状と照合し、地雷の埋設箇所や種類を特定することを特徴とするラジコンヘリコプターを用いた環境観測システム。
4. 前記請求項３に記載した機器構成に、さらに埋設箇所の地表面にマーキングを行うための機材を具備していることを特徴とするラジコンヘリコプターを用いた環境観測システム。

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