JP2015127669A - Water flow observation method - Google Patents

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博樹 入江
Hiroki Irie
博樹 入江
清輝 葉山
Kiyoteru Hayama
清輝 葉山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water flow observation method for simply and accurately observing a water flow at a desired water area.SOLUTION: A water flow observation method comprises the steps of: photographing a predetermined water area with a thermographic camera 5 from above by using a multi-rotor helicopter 1 mounting the thermographic camera 5 and a GPS sensor 4; and observing a water flow at the predetermined water area on the basis of a water surface temperature distribution image obtained by the photographing.

Description

本発明は、河流等の水流調査などに使用される水流観測方法に係り、詳しくは、サーモカメラ(赤外線サーモグラフィ)を用いた水流観測方法に関する。   The present invention relates to a water flow observation method used for a water flow investigation such as a river flow, and more particularly to a water flow observation method using a thermo camera (infrared thermography).

従来、河流、潮流等の水流調査を目的とした水流観測方法としては、例えば流速計の設置による観測がある。   Conventionally, as a method for observing water currents such as rivers and tidal currents, for example, there is observation by installing an anemometer.

このような流速計としては、例えば、自由水面を有する流体が流れる水路の上部空間に流れ方向に沿って流体表面のパターンに感応するイメージセンサを設け、異なる時限の流体表面のパターン情報をそれぞれのメモリへ格納し、メモリから読出された両者のパターン情報の相互間の移送を調節してその相関関数が極大になる時のパターン移動量を求め、パターン移動速度からランダム現象を呈する水路内流体の表面流速を測定する流速計が提案されている(特許文献1参照)。   As such an anemometer, for example, an image sensor that is sensitive to the pattern of the fluid surface along the flow direction is provided in the upper space of the water channel through which the fluid having a free water surface flows, and the pattern information of the fluid surface at different time periods is respectively obtained. The amount of pattern movement when the correlation function is maximized by adjusting the mutual transfer of the pattern information of both stored in the memory and read from the memory is obtained, and the flow of the fluid in the water channel exhibiting a random phenomenon is determined from the pattern movement speed An anemometer that measures the surface flow velocity has been proposed (see Patent Document 1).

この流速計は、上水、下水、農水、河川などの表面流速測定に利用でき、かつ流体内部の夾雑物の影響を避けて安定した測定ができるものであるが、観測点が限定されるという問題がある。   This anemometer can be used to measure the surface flow velocity of clean water, sewage, agricultural water, rivers, etc., and can stably measure by avoiding the influence of impurities inside the fluid, but the observation point is limited There's a problem.

また、水面の起伏模様を一定の時間間隔で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラで撮影された画像から低周波成分をカットし、高周波成分を残す処理を行う画像処理手段と、第一の画像に一定の領域を特定してその第一の特定領域の平均画素色値を計算し、第二の画像において前記特定された領域の近傍の複数地域における平均画素色値を計算し、前記第一の画像の特定された領域における平均画素色値と第二の画像における複数の平均画素色値との面積相関値を計算し、第二の画像中前記面積相関値が最大となる領域を第二の特定領域として特定する比較領域特定手段と、第一ないし第nの特定領域の位置データに基づき水流の方向及び/又は速度を演算する水流演算手段とを備えた水流測定装置が提案されている(特許文献2参照)。   In addition, a video camera for photographing the relief pattern on the water surface at regular time intervals, an image processing means for performing a process of cutting a low frequency component from an image photographed by the video camera and leaving a high frequency component, and a first An average pixel color value of the first specific area is calculated by specifying a certain area in the image, an average pixel color value in a plurality of areas in the vicinity of the specified area in the second image is calculated, An area correlation value between an average pixel color value in a specified area of one image and a plurality of average pixel color values in a second image is calculated, and an area having the maximum area correlation value in the second image is calculated There has been proposed a water flow measuring device comprising comparison area specifying means for specifying as a second specific area and water flow calculating means for calculating the direction and / or speed of the water flow based on position data of the first to nth specific areas. (See Patent Document 2) ).

この水流測定装置は、水の流れや波によって水面に生じる水面の起伏模様を一定の時間間隔でビデオカメラ撮影し、一定の領域の起伏模様の移動量、移動方向を測定して水流の流速及び方向の何れか一方又は双方を測定するものであって、ある時間間隔で撮影された2枚の画像(キャプチャー画像)から計測点を中心とする相関窓の画像を切り出し、その相関窓の画像間の平均画素色値の類似度が最大になるような相関窓の位置関係に基づき流れの速度、方向を測定するものである。しかしながら、通常のビデオカメラを用いて撮影した画像から、起伏模様の移動量、移動方向を測定するという煩雑な処理が必要であり、また、ビデオカメラの設置場所が限られることから、特許文献1同様、観測点が限定されるという問題がある。   This water flow measuring device takes video camera photographs of the undulation pattern on the water surface caused by the flow and waves of water at regular time intervals, measures the movement amount and movement direction of the undulation pattern in a certain area, and measures the flow velocity and water flow. One or both of the directions are measured, and a correlation window image centered on the measurement point is cut out from two images (captured images) taken at a certain time interval, and between the correlation window images The velocity and direction of the flow are measured based on the positional relationship of the correlation window that maximizes the similarity of the average pixel color value. However, since a complicated process of measuring the movement amount and movement direction of the undulating pattern from an image photographed using a normal video camera is necessary, and the installation location of the video camera is limited, Patent Document 1 Similarly, there is a problem that observation points are limited.

一方で、数百メートルから数キロメートルの範囲での潮流の観測方法として、ブイや染料を用いた方法がある。しかし、染料を用いた方法によれば、染料の広がりが汚染との誤解を与える可能性があるため、頻繁に調査を行うことができないという問題がある。   On the other hand, as a method for observing tidal currents in the range of several hundred meters to several kilometers, there are methods using buoys and dyes. However, according to the method using a dye, since there is a possibility that the spread of the dye may be misunderstood as contamination, there is a problem that frequent investigation cannot be performed.

その他、潮流等の水流調査を目的として、気球カメラによる流れの場の測定方法が提案されている(特許文献3参照)。かかる方法は、例えば、それぞれ2本のロープによって2つの気球を繋留して略同一高度かつ同一間隔をおいて浮揚せしめ、それぞれ下方を撮影可能な写真機を各気球に懸吊し、両写真機によって海面を同時的かつ遠隔的に撮影し、共通撮影範囲についてステレオモデル化して図化機を使用して水面形状分布を求める。   In addition, a method for measuring a flow field using a balloon camera has been proposed for the purpose of investigating water currents such as tidal currents (see Patent Document 3). In this method, for example, two balloons are tethered by two ropes and floated at approximately the same height and at the same interval, and a camera capable of photographing the lower part is suspended from each balloon. The surface of the sea is photographed simultaneously and remotely, and the common photographing range is made into a stereo model, and the water surface shape distribution is obtained using a plotter.

この観測方法は、飛行機、ヘリコプター等を使用したステレオ写真撮影はコストがかかること、及び小型カメラによる図化は測定精度及び再現性が低いといった問題を解消すべく提案された方法であるが、気球を用いた大掛かりな方法でありコスト的にも安価なものであるとはいいがたい。また、同時に複数個のフロートを海面上に配置し、所定の時間間隔をおいて撮影を行い、これによって流れの方向及び速度分布を求めるといった作業も同時に行う必要があり、作業も非常に煩雑なものとなる。   This observation method is a method proposed to solve the problem that stereo photography using an airplane, helicopter, etc. is costly, and that plotting with a small camera has low measurement accuracy and reproducibility. It is a large-scale method that uses, and it is difficult to say that it is inexpensive. In addition, it is necessary to simultaneously perform a work of arranging a plurality of floats on the sea surface and taking images at predetermined time intervals, thereby obtaining a flow direction and a velocity distribution, which is also very complicated. It will be a thing.

特開平4−120467号公報JP-A-4-120467 特開2009−074968号公報JP 2009-074968 A 特開昭52−151074号公報Japanese Patent Laid-Open No. 52-151074

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、所望の水域において、簡易かつ正確に水流を観測する水流観測方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above problems, and it aims at providing the water flow observation method which observes a water flow simply and correctly in a desired water area.

本発明者らは、従来より離岸流に関する調査研究を行っており、離岸流の発生パターン等の調査を行ってきた。その調査においては、例えば有線式GPS小型フロートを用いた離岸流の計測を行っていたが、流れが速く、離岸流の発生を見極めることが容易な、いわゆる離岸流のネックラインを発見することが困難であり、その調査は容易ではなく、より簡易かつ正確に水流調査をできる方法が望まれていた。   The inventors of the present invention have been conducting research on the rip current, and have investigated the occurrence pattern of the rip current. In the survey, for example, we measured offshore current using a wired GPS small float, but we found a so-called offshore current neckline that is fast and easy to determine the occurrence of offshore current. It is difficult to conduct the survey, and the survey is not easy, and a method capable of performing the water flow survey more simply and accurately has been desired.

このような状況下、本発明者らは、水流調査を目的として水流の観測方法について鋭意研究した結果、
(1)温度分解能が高いサーモカメラを使って水面温度を測定することにより水流が可視化できること、
(2)水面温度を正確に得るためには、水面からの反射による背景の映り込みや大気からの赤外線放射の影響を防止する必要があり、このためには、所望の水域上方の適度な高度から撮影することが必要であること
を見出し、本発明を完成するに至った。
Under such circumstances, the present inventors have conducted extensive research on water flow observation methods for the purpose of water flow investigation,
(1) The water flow can be visualized by measuring the water surface temperature using a thermo camera with high temperature resolution.
(2) In order to accurately obtain the water surface temperature, it is necessary to prevent the reflection of the background due to reflection from the water surface and the influence of infrared radiation from the atmosphere. For this purpose, an appropriate altitude above the desired water area is required. From the above, it was found that it was necessary to shoot, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、該撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測する水流観測方法に関する。   That is, the present invention is a water flow observation in which a predetermined water area is photographed with a thermo camera from above using a flying body equipped with a thermo camera, and a water flow in the predetermined water area is observed based on a water surface temperature distribution image obtained by the photographing. Regarding the method.

本発明の水流観測方法に用いる飛行体は、好ましくは、位置検知手段を備えている。   The flying object used in the water flow observation method of the present invention preferably includes position detection means.

また、本発明の水流観測方法に用いる飛行体は、好ましくは小型飛行体である。   The flying object used in the water flow observation method of the present invention is preferably a small flying object.

本発明の水流観測方法においては、好ましくは、150m未満の高度から水面の撮影を行う。   In the water flow observation method of the present invention, preferably, the water surface is photographed from an altitude of less than 150 m.

また、本発明の水流観測方法においては、好ましくは、サーモカメラを垂直下方から48.6°の範囲内に調整して水面の撮影を行い、より好ましくは、サーモカメラを垂直下方に調整して垂直上方から水面の撮影を行う。   In the water flow observing method of the present invention, preferably, the thermo camera is adjusted within the range of 48.6 ° from the vertically lower side to photograph the water surface, and more preferably, the thermo camera is adjusted to the vertically lower side. Take a picture of the water surface from above.

さらに、本発明の水流観測方法においては、好ましくは、同一水域を複数の異なる撮影角度で撮影を行う。   Furthermore, in the water flow observation method of the present invention, preferably, the same water area is photographed at a plurality of different photographing angles.

また、本発明の水流観測方法は、好ましくは、河川の合流点における水流、又は河川水が流れ込む河口における水流の観測を行うものである。   In addition, the water flow observation method of the present invention preferably observes the water flow at the river junction or the water flow at the river mouth where the river water flows.

本発明の水流観測方法によれば、簡易かつ正確に水流を可視化することができ、所望の水域における水流を把握することができる。   According to the water flow observation method of the present invention, the water flow can be visualized easily and accurately, and the water flow in a desired water area can be grasped.

本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the small aircraft which concerns on one Embodiment used for the water flow observation method of this invention. 本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the small aircraft which concerns on one Embodiment used for the water flow observation method of this invention. 本発明の水流観測方法において、低高度での撮影が必要な理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason the imaging | photography at low altitude is required in the water flow observation method of this invention. 本発明の水流観測方法において、上方からの撮影が必要な理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason the imaging | photography from upper direction is required in the water flow observation method of this invention. 本発明の水流観測方法において、異なる角度で撮影する態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect image | photographed from a different angle in the water flow observation method of this invention. プール及び防火水槽の水深と温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the water depth of a pool and a fire prevention water tank, and temperature. (a)はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、(b)は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。(A) is the image by the thermo camera which shows an example which image | photographed the pool from right above and visualized the water flow, (b) is the image by the visible camera similarly image | photographed with the visible camera. (a)はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、(b)は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。(A) is the image by the thermo camera which shows an example which image | photographed the pool from right above and visualized the water flow, (b) is the image by the visible camera similarly image | photographed with the visible camera. (a)はプールを真上からサーモカメラで撮影して水流を可視化した一例を示すサーモカメラによる画像であり、(b)は同様に可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。(A) is the image by the thermo camera which shows an example which image | photographed the pool from right above and visualized the water flow, (b) is the image by the visible camera similarly image | photographed with the visible camera. プールサイドからプールをサーモカメラで撮影して、背景からの赤外線放射が水面で反射して観測が困難になる例を示す図であり、(a)はサーモカメラによる画像であり、(b)は可視カメラによる画像である。It is a figure which shows the example which image | photographs a pool with a thermo camera from a pool side, the infrared radiation from a background reflects on a water surface, and observation becomes difficult, (a) is an image by a thermo camera, (b) It is an image by a visible camera.

本発明の水流観測方法としては、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、この撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測する方法であれば特に制限されるものではなく、本発明の水流観測方法を用いることにより、簡易かつ正確に水流を可視化することができ、所望の水域における水流を把握することができる。   As the water flow observation method of the present invention, a predetermined water area is photographed with a thermo camera from above using a flying object equipped with a thermo camera, and the water flow in the predetermined water area is observed based on a water surface temperature distribution image obtained by the photographing. If it is a method to do, it will not restrict | limit in particular, By using the water flow observation method of this invention, a water flow can be visualized simply and correctly, and the water flow in a desired water area can be grasped | ascertained.

具体的には、水温の異なる河川の合流点、河川水が流れ込む河口、潮目、浅瀬付近、離岸流発生地点等において、簡易かつ正確にその水流を可視化して観測することができる。本発明の水流観測方法は、従来のブイや染料を用いた方法と異なり、肉眼等によっては実際に水流が生じているかどうかわからないような地点においても容易に適用することができ、これにより各所における水流の有無を容易に把握することができる。   Specifically, the water flow can be visualized and observed easily and accurately at the confluence of rivers with different water temperatures, the estuary where the river water flows, the tide, near the shallows, the offshore current generation point, and the like. Unlike the conventional methods using buoys and dyes, the water flow observation method of the present invention can be easily applied at points where it is not known whether the water flow is actually generated by the naked eye, etc. The presence or absence of water flow can be easily grasped.

例えば、本発明の水流観測方法を用いた離岸流の発見等により、海水浴場における水難事故予防のための安全対策を行うことができる。また、海水の流れ等が容易に可視化できることから、魚の動向予測も可能となる。さらに、水流の可視化により、例えば、水の流れの重なりがある部分は砂等が堆積しているなど、地形形状の予測にも応用することができる。   For example, safety measures for prevention of water accidents at beaches can be taken by finding offshore currents using the water flow observation method of the present invention. Moreover, since the flow of seawater and the like can be easily visualized, it is possible to predict fish trends. Furthermore, by visualization of the water flow, for example, it can be applied to the prediction of topographic shape such as sand or the like is accumulated in a portion where the water flow overlaps.

本発明の水流観測方法は、サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方から撮影するものである。サーモカメラとは、物体から放出されている赤外線のエネルギー量を測定して物体の温度分布を画像化する赤外線サーモグラフィであって、検出した赤外線の強さに応じた色調で画像表示するものである。ここで、物体から放出される赤外線放射エネルギーは、物体の温度と相関関係があることから、物体の表面から放出される赤外線放射エネルギーを測定することで、物体の表面温度を視覚的に認識することができる。   The water flow observation method of the present invention is to photograph a predetermined water area from above using a flying object equipped with a thermo camera. A thermo camera is an infrared thermography that measures the amount of infrared energy emitted from an object and images the temperature distribution of the object, and displays an image in a color tone according to the intensity of the detected infrared light. . Here, since the infrared radiant energy emitted from the object has a correlation with the temperature of the object, the surface temperature of the object is visually recognized by measuring the infrared radiant energy emitted from the surface of the object. be able to.

かかるサーモカメラは、撮影高度、測定対象物の動き等を考慮して、水流を検知・観測できる程度の温度分解能及び画像解像度を有するものを用いることができ、市販のサーモカメラを使用することができる。例えば、温度分解能0.2℃、解像度160×120ピクセル程度のものを用いることができる。このサーモカメラは、一般的には静止画を撮影し記録するものであり、連続写真を撮影し記録できるものであることが好ましい。また、サーモカメラは、動画を撮影し記録するものであってもよく、したがって、本発明に係る水面温度分布画像とは、対象となる水流の表面部分の温度分布を示す画像であり、静止画及び動画の両者を含む概念である。   Such a thermocamera can use a camera having a temperature resolution and an image resolution that can detect and observe a water flow in consideration of a photographing altitude, a movement of an object to be measured, and the like, and a commercially available thermocamera can be used. it can. For example, a temperature resolution of about 0.2 ° C. and a resolution of about 160 × 120 pixels can be used. This thermo camera generally captures and records a still image, and is preferably capable of capturing and recording a continuous photograph. Further, the thermo camera may shoot and record a moving image. Therefore, the water surface temperature distribution image according to the present invention is an image showing the temperature distribution of the surface portion of the target water flow, and is a still image. And a concept including both moving images.

本発明の水流観測方法に用いる飛行体としては、位置検知手段を備えた飛行体であることが好ましい。位置検知手段は、飛行体の現在位置を検知するための手段であって、例えば、GPS(Global Positioning System)衛星からの信号(GPS信号)を受信するGPSセンサを挙げることができる。   The flying object used in the water flow observation method of the present invention is preferably an flying object provided with position detecting means. The position detection means is a means for detecting the current position of the flying object, and can include, for example, a GPS sensor that receives a signal (GPS signal) from a GPS (Global Positioning System) satellite.

GPSセンサは、GPS受信機としての機能と、GPSアンテナとしての機能とを有し、複数のGPS衛星との通信を行う。GPSセンサが受信したGPS信号はマイクロコンピュータに入力され、マイクロコンピュータは、GPS信号に基づき、飛行体の現在位置を検知する。   The GPS sensor has a function as a GPS receiver and a function as a GPS antenna, and communicates with a plurality of GPS satellites. The GPS signal received by the GPS sensor is input to the microcomputer, and the microcomputer detects the current position of the flying object based on the GPS signal.

この位置検知手段における位置情報(経度、緯度、高度)及びサーモカメラの撮影角度・視野角から、撮影水域(特定の地点を中心とする所定水域)を特定することができる。サーモカメラによる撮影位置の特定を容易とするため、位置検知手段の位置情報が画像内部に同時にインポーズされる構成であることが好ましい。   From the position information (longitude, latitude, altitude) in this position detection means and the photographing angle / viewing angle of the thermo camera, a photographing water area (a predetermined water area centered on a specific point) can be specified. In order to make it easy to specify the shooting position by the thermo camera, it is preferable that the position information of the position detection means is simultaneously imposed inside the image.

また、場所の特定された狭い範囲の水域等の調査を行う場合には、位置検知手段は必ずしも必要なく、例えばサーモカメラと共に可視カメラを飛行体に搭載して、可視画像より撮影水域を特定することもできる。   In addition, when conducting a survey of a narrow area of water with a specified location, position detection means are not necessarily required. For example, a visible camera is mounted on a flying object together with a thermo camera, and a shooting water area is specified from a visible image. You can also

本発明に係る飛行体としては、所望の水域の上方(高度)に到達して撮影を可能とする飛行体であれば特に制限されるものではなく、小型飛行体であることが好ましく、例えば、マルチロータヘリ、ラジコンヘリコプター等を挙げることができる。   The flying body according to the present invention is not particularly limited as long as it reaches the upper side (altitude) of a desired water area and enables photographing, and is preferably a small flying body, for example, A multi-rotor helicopter, a radio control helicopter, etc. can be mentioned.

小型飛行体とは、いわゆる無人飛行体(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)であり、小型飛行体の「小型」とは、人が搭乗できない程度の大きさを意味する。小型飛行体としては、例えばローター(回転翼)の回転等の飛行体の動作により観測水域の水面に影響を与えない程度の小型のものが好ましい。   The small air vehicle is a so-called unmanned aerial vehicle (UAV), and the “small size” of the small air vehicle means a size that a person cannot board. As the small flying object, for example, a small flying object that does not affect the water surface of the observation water area by the operation of the flying object such as rotation of a rotor (rotary wing) is preferable.

この飛行体としては、具体的に、位置検知手段の情報に基づき遠隔操作(コントローラ)により飛行体を操作して飛行経路を決定するものを例示することができる。すなわち、小型飛行機は、遠隔操作により動作する構成となっており、位置検知手段からの情報をもとに小型飛行体の現在位置を確認しつつ、所望の位置に飛行体を移動させることができる。また、サーモカメラによる水面温度分布画像を手元のモニタで確認しつつ、小型飛行体の進路を決定することもできる。さらに、小型飛行体は、位置検知手段の情報を利用して予め設定した飛行経路を自動運転するものであってもよい。   Specific examples of the flying object include those that determine the flight path by operating the flying object by a remote operation (controller) based on the information of the position detection means. That is, the small airplane is configured to operate by remote control, and the flying object can be moved to a desired position while confirming the current position of the small flying object based on information from the position detection means. . It is also possible to determine the course of the small air vehicle while checking the water surface temperature distribution image by the thermo camera on the monitor at hand. Furthermore, the small flying object may be one that automatically operates a flight path that is set in advance using information of the position detection means.

ここで、本発明の水流観測方法に用いる一実施形態に係る小型飛行体について、図面を参照しつつより詳細に説明する。   Here, the small aircraft according to an embodiment used in the water flow observation method of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図1に示すように、本発明の一実施形態に係る飛行体であるマルチロータヘリ1は、機体本体2と、4つのロータ3と、GPSセンサ4と、サーモカメラ5と、サーモカメラ5を保持するジンバル6とを備えた小型飛行体である。このマルチロータヘリ1は、例えば、縦横高さがそれぞれ70cm程度の大きさであり、ロータ3の回転等によって水面に影響を与えない程度の大きさとなっている。   As shown in FIG. 1, a multi-rotor helicopter 1 that is a flying object according to an embodiment of the present invention includes a fuselage body 2, four rotors 3, a GPS sensor 4, a thermo camera 5, and a thermo camera 5. It is a small flying object provided with the gimbal 6 to hold | maintain. The multi-rotor helicopter 1 has, for example, a size of about 70 cm in height and width, and a size that does not affect the water surface due to the rotation of the rotor 3 or the like.

4つのロータ3は、機体本体2の周囲に等間隔をあけて設けられている。このロータ3は、回転することで揚力を生じさせる。ロータ3は、揚力を得るための2〜4枚程度の複数枚のブレードと、これらのブレードを支持するハブとを有し、このブレードは、ロータ3の回転軸線を中心としてその周囲に等間隔で設けられる。   The four rotors 3 are provided at equal intervals around the body body 2. The rotor 3 generates lift by rotating. The rotor 3 has a plurality of about 2 to 4 blades for obtaining lift and a hub for supporting these blades, and the blades are equally spaced around the rotation axis of the rotor 3. Provided.

図2に示すように、各ロータ3は、それぞれモータ7によって回転する。モータ7は、ロータ3を回転させる駆動源として機能する。モータ7は、駆動軸を有し、この駆動軸をロータ3のハブに連結させることで、ロータ3に回転駆動力を伝達する。モータ7は、図示せぬバッテリから電力の供給を受けて駆動する。バッテリは、機体本体2の所定の位置に保持される。   As shown in FIG. 2, each rotor 3 is rotated by a motor 7. The motor 7 functions as a drive source that rotates the rotor 3. The motor 7 has a drive shaft, and this drive shaft is connected to the hub of the rotor 3 to transmit a rotational driving force to the rotor 3. The motor 7 is driven by receiving power from a battery (not shown). The battery is held at a predetermined position of the machine body 2.

モータ7は、マイクロコンピュータ8により、モータアンプ9を介して制御される。モータアンプ9は、マイクロコンピュータ8からの信号を受けると共に、バッテリの電圧を感知し、モータ7に供給される電圧を調節する。このため、バッテリは、モータアンプ9に接続され、モータアンプ9を介してモータ7に電力を供給する。   The motor 7 is controlled by a microcomputer 8 via a motor amplifier 9. The motor amplifier 9 receives a signal from the microcomputer 8, senses the battery voltage, and adjusts the voltage supplied to the motor 7. For this reason, the battery is connected to the motor amplifier 9 and supplies power to the motor 7 via the motor amplifier 9.

なお、マイクロコンピュータ8は、マルチロータヘリ1の各部を制御するコントローラとして機能し、CPU、フラッシュメモリ、ROM等を有している。マイクロコンピュータ8としては、ワンチップのLSI等からなる構成等であってもよい。   The microcomputer 8 functions as a controller that controls each part of the multi-rotor helicopter 1 and includes a CPU, a flash memory, a ROM, and the like. The microcomputer 8 may be configured by a one-chip LSI or the like.

以上のように、機体本体2と、この機体本体2に保持されるロータ3及びモータ7とを備えるマルチロータヘリ1は、モータ7により駆動するロータ3の回転によって生じる揚力により上昇して飛行する。   As described above, the multi-rotor helicopter 1 including the airframe body 2, the rotor 3 and the motor 7 held by the airframe body 2 is lifted by the lift generated by the rotation of the rotor 3 driven by the motor 7 and flies. .

GPSセンサ4は、GPS衛星からの信号(GPS信号)を受信する。GPSセンサ4は、機体本体2の上部の所定の位置に固定された状態で保持されている。GPSセンサ4は、GPS受信機としての機能と、GPSアンテナとしての機能とを有し、複数のGPS衛星との通信を行う。GPSセンサ4により受信されたGPS衛星からのGPS信号は、マイクロコンピュータ8に入力され、マルチロータヘリ1の現在位置として検知される。   The GPS sensor 4 receives a signal (GPS signal) from a GPS satellite. The GPS sensor 4 is held in a fixed state at a predetermined position on the upper part of the body body 2. The GPS sensor 4 has a function as a GPS receiver and a function as a GPS antenna, and communicates with a plurality of GPS satellites. A GPS signal from a GPS satellite received by the GPS sensor 4 is input to the microcomputer 8 and detected as the current position of the multi-rotor helicopter 1.

マイクロコンピュータ8は、GPSセンサ4が受信したGPS信号に基づき、マルチロータヘリ1の機体本体2が現在存在する位置(マルチロータヘリ1の現在位置)の経度、緯度、高度からなる空間座標と時刻とを検知する。このため、マイクロコンピュータ8は、GPSセンサ4が受信したGPS信号に基づいて、空間座標と時刻とを検知する機能部を有する。GPSセンサ4により取得されるマルチロータヘリ1の現在位置の空間座標と時刻は、マイクロコンピュータ8により所定のプログラムに従って行われるマルチロータヘリ1の自律的な航行の制御に用いられる。例えば、マイクロコンピュータ8は、GPSセンサ4及びジャイロセンサ10のそれぞれから随時送られてくる信号に基づき、所定のプログラムに従って行われる航行の経路を目標として、ロータ3に対する制御量を更新するフィードバック制御を行う。これにより、マイクロコンピュータ8は、マルチロータヘリ1の水平方向の位置(緯度、経度)、垂直方向の位置(高度)、移動方向(進行方向)、移動速度等の制御を行う。   The microcomputer 8 is based on the GPS signal received by the GPS sensor 4, and the spatial coordinates and time including the longitude, latitude, and altitude of the position where the main body 2 of the multirotor helicopter 1 is present (current position of the multirotor helicopter 1). Is detected. For this reason, the microcomputer 8 has a functional unit that detects spatial coordinates and time based on the GPS signal received by the GPS sensor 4. The spatial coordinates and time of the current position of the multi-rotor helicopter 1 acquired by the GPS sensor 4 are used for autonomous navigation control of the multi-rotor helicopter 1 performed by the microcomputer 8 according to a predetermined program. For example, the microcomputer 8 performs feedback control for updating a control amount for the rotor 3 with a target of a navigation route performed according to a predetermined program based on signals transmitted from the GPS sensor 4 and the gyro sensor 10 as needed. Do. Thereby, the microcomputer 8 controls the horizontal position (latitude, longitude), vertical position (altitude), moving direction (traveling direction), moving speed, etc. of the multi-rotor helicopter 1.

サーモカメラ5は、機体本体2の中心の下方に設けられており、ジンバル6により安定的に保持されている。ジンバル6は、サーモカメラ5を固定して保持する固定部と、サーモカメラ5の撮影角度θ(重力方向に対する角度:図4参照)を維持できるよう回動する角度調整機構を有する。ジャイロセンサ10の制御により、サーモカメラ5を予め設定された所定撮影角度θに維持する。ジャイロセンサ10は、重力(重力加速度の方向)に対して機体がどちらを向いているかを検知するセンサである。撮影角度θは、マイクロコンピュータ8が有する記憶部等に予め設定され記憶される。   The thermo camera 5 is provided below the center of the body 2 and is stably held by the gimbal 6. The gimbal 6 has a fixing portion that fixes and holds the thermo camera 5 and an angle adjustment mechanism that rotates so as to maintain the photographing angle θ of the thermo camera 5 (an angle with respect to the direction of gravity: see FIG. 4). Under the control of the gyro sensor 10, the thermo camera 5 is maintained at a preset predetermined shooting angle θ. The gyro sensor 10 is a sensor that detects which direction the aircraft is facing with respect to gravity (the direction of gravitational acceleration). The imaging angle θ is preset and stored in a storage unit or the like included in the microcomputer 8.

ジンバル6の動作、すなわち機体本体2に対するジンバル6の傾動動作は、ジャイロセンサ10の情報に基づいてマイクロコンピュータ8により制御される。具体的には、ジンバル6の動作は、マイクロコンピュータ8からの信号を受けるサーボモータ11によって制御される。   The operation of the gimbal 6, that is, the tilting operation of the gimbal 6 relative to the main body 2 is controlled by the microcomputer 8 based on information from the gyro sensor 10. Specifically, the operation of the gimbal 6 is controlled by a servo motor 11 that receives a signal from the microcomputer 8.

本実施形態では、図1に示すように、ジンバル6は、回転軸を互いに直交させるように配置された2つのサーボモータ11(11a,11b)によって制御される、いわゆる2軸制御の構成を有する。すなわち、本実施形態のマルチロータヘリ1は、サーボモータ11として、所定の第1の方向(図1において紙面に対して垂直な方向)を回転軸方向とする第1のサーボモータ11aと、投影された第1の方向に直交する第2の方向(図1において左右方向)を回転軸方向とする第2のサーボモータ11bとを有し、これらのサーボモータ11a,11bにより、ジンバル6の動作が制御される。詳細には、ジンバル6は、マルチロータヘリ1の機体に対して第1のサーボモータ11aにより回動される回動軸を介して支持される第1の支持フレーム部6aと、この第1の支持フレーム部6aに対して第2のサーボモータ11bにより回動される回動軸を介して支持されるとともにサーモカメラ5を支持する第2の支持フレーム部6bとを有する。そして、マルチロータヘリ1の機体の傾きとして、第1の方向の軸回りの傾き、及び第2の方向の軸回りの傾きのそれぞれについて、ジャイロセンサ10によって検出された傾きに基づいて、サーモカメラ5が常に所定の向き(例えば下向き)となるように、2つのサーボモータ11a,11bによって、第1の支持フレーム部6a及び第2の支持フレーム部6bの傾き等のジンバル6の動作が制御される。このようなジンバル6の動作制御によって、サーモカメラ5の向きが一定の向きに保持されるように制御される。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, the gimbal 6 has a so-called two-axis control configuration that is controlled by two servo motors 11 (11 a and 11 b) arranged so that the rotation axes are orthogonal to each other. . In other words, the multi-rotor helicopter 1 according to the present embodiment projects, as the servo motor 11, a first servo motor 11a having a predetermined first direction (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1) as the rotation axis direction, and a projection. And a second servo motor 11b having a second direction (left and right direction in FIG. 1) perpendicular to the first direction as a rotation axis direction, and the operation of the gimbal 6 by these servo motors 11a and 11b. Is controlled. Specifically, the gimbal 6 includes a first support frame portion 6a that is supported by the first servomotor 11a with respect to the airframe of the multi-rotor helicopter 1 and a first support frame portion 6a. A second support frame portion 6b that supports the thermocamera 5 and is supported by a support shaft portion 6a via a rotation shaft that is rotated by a second servomotor 11b. Then, as the inclination of the airframe of the multi-rotor helicopter 1, the thermo camera based on the inclination detected by the gyro sensor 10 for each of the inclination about the axis in the first direction and the inclination about the axis in the second direction. The two servo motors 11a and 11b control the operation of the gimbal 6 such as the inclination of the first support frame portion 6a and the second support frame portion 6b so that 5 is always in a predetermined direction (for example, downward). The By controlling the operation of the gimbal 6, the direction of the thermo camera 5 is controlled so as to be maintained in a fixed direction.

なお、このジンバル6を用いたサーモカメラ5の所定撮影角度θの設定は、上記のように予め設定する構成とすることもできるが、遠隔操作により飛行中に変更できる構成とすることもできる。すなわち、マイクロコンピュータ8は、後述するRC受信機12により受信された無線信号に基づいてジンバル6の動作を制御する構成とすることもできる。   The setting of the predetermined photographing angle θ of the thermo camera 5 using the gimbal 6 can be set in advance as described above, but can also be changed during flight by remote operation. That is, the microcomputer 8 can be configured to control the operation of the gimbal 6 based on a radio signal received by the RC receiver 12 described later.

また、マルチロータヘリ1は、無線操縦(遠隔操作)を行うための構成を備える。すなわち、マルチロータヘリ1は、モータ7を遠隔操作するための無線信号を受信する受信機としてのRC受信機12を備える(図2参照)。RC受信機12は、機体本体2の表側の面における所定の位置に固定された状態で保持される。   The multi-rotor helicopter 1 has a configuration for performing radio control (remote control). That is, the multi-rotor helicopter 1 includes an RC receiver 12 as a receiver that receives a radio signal for remotely operating the motor 7 (see FIG. 2). The RC receiver 12 is held in a state of being fixed at a predetermined position on the front side surface of the main body 2.

RC受信機12は、マルチロータヘリ1を操縦する操縦者によって操作される無線操縦機からの無線信号を受信する。RC受信機12が無線操縦機から受信する無線信号には、ロータ3を駆動するモータ7の動作を制御するための制御信号が含まれる。RC受信機12により受信された無線操縦機からの無線信号は、マイクロコンピュータ8に入力され、モータ7の動作の制御に用いられる。   The RC receiver 12 receives a radio signal from a radio pilot operated by a pilot operating the multi-rotor helicopter 1. The radio signal received from the radio pilot by the RC receiver 12 includes a control signal for controlling the operation of the motor 7 that drives the rotor 3. A radio signal from the radio pilot received by the RC receiver 12 is input to the microcomputer 8 and used for controlling the operation of the motor 7.

具体的には、マイクロコンピュータ8は、RC受信機12により受信された無線信号に基づいてモータ7の動作を制御する際、無線操縦機の操作により指示された制御量に対応して、モータアンプ9を介してモータ7の制御量を決め、モータ7の回転数(回転速度)等を制御する。また、サーモカメラ5の所定撮影角度θを遠隔操作により飛行中に変更する構成の場合は、RC受信機12が無線操縦機から受信する無線信号に、撮影角度θを変更するための信号が含まれる。   Specifically, when the microcomputer 8 controls the operation of the motor 7 based on the radio signal received by the RC receiver 12, the microcomputer 8 corresponds to the control amount instructed by the operation of the radio pilot. 9, the control amount of the motor 7 is determined, and the rotational speed (rotational speed) of the motor 7 is controlled. Further, in the case of a configuration in which the predetermined shooting angle θ of the thermo camera 5 is changed during flight by remote control, a signal for changing the shooting angle θ is included in the radio signal received by the RC receiver 12 from the radio pilot. It is.

以上のような構成のサーモカメラ5を搭載したマルチロータヘリ1を用いることにより、所望の水域を所定の高度及び撮影角度θで、より安定して撮影を行うことができ、本実施形態に係る水流観測方法をより確実に実施することができる。   By using the multi-rotor helicopter 1 equipped with the thermocamera 5 configured as described above, a desired water area can be photographed more stably at a predetermined altitude and a photographing angle θ. The water flow observation method can be implemented more reliably.

本実施形態の水流観測方法は、上記のような飛行体を用いて比較的低空の高度から撮影するものであり、例えば、水面から1000m以下程度であればよいが、水面から150m未満の高度から水面を撮影することが好ましく、100m未満の高度から撮影することがより好ましく、その下限は3m程度である。低空からの撮影により、大気から発生する赤外線の影響を抑制して、水面の温度をより正確に測定することができる。小型飛行体を用いる本実施形態の水流観測方法においては、航空機の最低安全高度(150m)を下回る高度から撮影を行うことができる。この撮影高度の把握は、飛行体に搭載したGPSによっても可能であるが、別途高度計を用いて高度を把握してもよい。   The water flow observing method of the present embodiment is to shoot from a relatively low altitude using the flying object as described above. For example, it may be about 1000 m or less from the water surface, but from an altitude of less than 150 m from the water surface. It is preferable to photograph the water surface, more preferably from an altitude of less than 100 m, and the lower limit is about 3 m. By photographing from the low sky, it is possible to suppress the influence of infrared rays generated from the atmosphere and to measure the temperature of the water surface more accurately. In the water flow observation method of the present embodiment using a small flying object, it is possible to take an image from an altitude lower than the lowest safe altitude (150 m) of the aircraft. The capturing altitude can be grasped by using the GPS mounted on the flying object, but the altitude may be grasped separately using an altimeter.

また、本実施形態の水流観測方法においては、検知・観測したい水の動きの程度及びサーモカメラ5の性能(解像度)に応じて撮影高度を決定することができ、例えば細かい水の動きを検知・観測したい場合やサーモカメラ5の性能が低い場合には、低空から撮影することによって、所望の水流観測を行うことができる。   In addition, in the water flow observation method of the present embodiment, the photographing altitude can be determined according to the degree of water movement to be detected and observed and the performance (resolution) of the thermocamera 5, for example, When observation is desired or when the performance of the thermo camera 5 is low, desired water flow observation can be performed by photographing from a low sky.

なお、撮影高度が低いことにより、撮影エリアが狭くなるおそれがある。しかしながら、飛行体、特に小型飛行体を用いることにより、容易に移動して撮影することができ、複数の撮影画像を合わせて1つの広範囲の画像とすることができる。例えば、水の流れに合わせて飛行体を移動させて撮影することができる。   Note that the shooting area may become narrow due to the low shooting altitude. However, by using a flying object, particularly a small flying object, it is possible to move and photograph easily, and a plurality of photographed images can be combined into one wide range image. For example, it is possible to take a picture by moving the flying object according to the flow of water.

また、水流観測を行う方法としては、例えば、図3に示すように、リモートセンシングによる衛星13からの撮影を行う方法が考えられる。しかし、衛星13によるリモートセンシングでは、衛星13の位置が高高度となるため、計測の対象である水面からの赤外線放射が、大気の赤外線放射に埋もれたり水の深部からの放射の影響を受けたりしてしまい、また撮影場所が遠すぎて画像が粗くなるため、対象とする水面からの赤外線放射を観測することが困難となる。特に、例えば1〜1000m四方程度の狭い範囲の水域の正確な水流観測は困難である。したがって、本実施形態の水流観測方法においては、比較的低空から撮影することが好ましく、水面から数百mまでの範囲で任意の高度で計測が容易なマルチロータヘリ1が、サーモカメラ5による水流観測に適している。   Moreover, as a method of performing water flow observation, for example, as shown in FIG. 3, a method of performing imaging from the satellite 13 by remote sensing is conceivable. However, in remote sensing by the satellite 13, the position of the satellite 13 is at a high altitude, so that the infrared radiation from the water surface to be measured is buried in the infrared radiation of the atmosphere or affected by the radiation from the deep part of the water. In addition, since the photographing location is too far and the image becomes rough, it is difficult to observe the infrared radiation from the target water surface. In particular, it is difficult to accurately observe water flow in a narrow water area of about 1 to 1000 m square, for example. Therefore, in the water flow observation method of the present embodiment, it is preferable to take a picture from a relatively low sky, and the multi-rotor helicopter 1 that can be easily measured at an arbitrary altitude in the range from the water surface to several hundred meters is a water flow by the thermo camera 5. Suitable for observation.

また、衛星13によるリモートセンシングの場合は、水流を観測するために水面状態の変化が把握できる程度に短い時間で画像を連続的に撮影することが難しく、水流を正確に観測することが困難である。この点、本実施形態の水流観測方法によれば、マルチロータヘリ1を所定の位置に移動させ、比較的短い時間間隔で連続的に水面を撮影することができるので、所定の位置における水面の温度状態の変化がわかり、水流の動きを正確に観測することが可能となる。   In the case of remote sensing by the satellite 13, it is difficult to continuously take images in such a short time that the change of the water surface state can be grasped in order to observe the water flow, and it is difficult to accurately observe the water flow. is there. In this regard, according to the water flow observation method of the present embodiment, the multi-rotor helicopter 1 can be moved to a predetermined position and the water surface can be continuously photographed at a relatively short time interval. The change in temperature state is known, and the movement of the water current can be accurately observed.

さらに、本実施形態の水流観測方法は、飛行体を用いて所定水域において上方から水面の撮影を行うものであるが、背景が水面に映りこまないような角度で水面の撮影を行うことが好ましい。   Furthermore, the water flow observation method of the present embodiment is to take a picture of the water surface from above in a predetermined water area using a flying object, but it is preferable to take a picture of the water surface at an angle such that the background does not appear on the water surface. .

すなわち、図4に示すように、例えば、河川20の水面の撮影を行う場合、河川20の沿岸付近の地上に設置された固定サーモカメラ14から河川20の水面を撮影することが考えられる。しかし、河川20の沿岸付近の地上に設置された固定サーモカメラ14によると、水面に対する撮影角度が浅くなるため、河川20の向こう側(対岸側)の建造物等による赤外線放射が河川20の表面で反射し、その建造物等が画像に映り込んでしまうという現象が生じる。かかる現象は、正確な水面の温度測定を困難なものとする可能性がある。この点、本実施形態の水流観測方法のように、マルチロータヘリ1によってサーモカメラ5を撮影したい位置まで移動させ、上方から水面を撮影するにより、上述のような映り込みの減少を防止することができ、水面の温度分布を正確に測定することが可能となる。   That is, as shown in FIG. 4, for example, when photographing the water surface of the river 20, it is conceivable to photograph the water surface of the river 20 from the fixed thermo camera 14 installed on the ground near the coast of the river 20. However, according to the fixed thermocamera 14 installed on the ground near the coast of the river 20, the shooting angle with respect to the water surface becomes shallow, so that infrared radiation from a building or the like on the other side (opposite side) of the river 20 causes the surface of the river 20 to This causes a phenomenon that the building is reflected in the image. Such a phenomenon may make accurate temperature measurement of the water surface difficult. In this regard, as in the water flow observation method of the present embodiment, the multi-rotor helicopter 1 is used to move the thermo camera 5 to a position where it is desired to photograph, and the water surface is photographed from above, thereby preventing the above-described reduction in reflection. This makes it possible to accurately measure the temperature distribution on the water surface.

サーモカメラ5の撮影角度θとしては、具体的には、サーモカメラ5を垂直下方から48.6°の範囲内(θ=0〜48.6°)に調整して水面の撮影を行うことが好ましく、垂直下方から30°の範囲内(θ=0〜30°)に調整することがより好ましく、垂直下方から15°の範囲内(θ=0〜15°)に調整することがさらに好ましく、垂直下方(θ=0°)に調整して垂直上方から水面の撮影を行うことが特に好ましい。   Specifically, the photographing angle θ of the thermo camera 5 may be adjusted by adjusting the thermo camera 5 within a range of 48.6 ° (θ = 0 to 48.6 °) from the vertically lower side to shoot the water surface. Preferably, it is more preferable to adjust within the range of 30 ° from the vertically lower side (θ = 0 to 30 °), more preferably within the range of 15 ° from the lower vertical side (θ = 0 to 15 °), It is particularly preferable to take a picture of the water surface from vertically above by adjusting vertically downward (θ = 0 °).

また、本実施形態の水流観測方法においては、水面の温度差がはっきりしない場合等、必要に応じて、同一の水域あるいは同一の地点を複数の撮影角度で撮影することができる。   Moreover, in the water flow observation method of this embodiment, the same water area or the same point can be image | photographed with several imaging | photography angles as needed, when the temperature difference of a water surface is not clear.

図5に示すように、サーモカメラ5を鉛直方向に対して斜め下方向に向けたマルチロータヘリ1Aによる斜め方向からの撮影では、光の減衰によって、水の深部からの赤外線放射(矢印A1参照)よりも表面部分の赤外線放射(矢印A2参照)の割合が高くなる。したがって、斜め方向からの撮影の場合の方が、水面の温度分布がより明確となる場合がある。このため、複数の撮影角度の情報を合わせて解析することにより、水の深さ方向の情報を得ることができ、水面部分の温度をより正確に把握することが可能となって、より正確な水流の把握が可能となる。なお、この斜め方向からの撮影による測定を行う場合、上述したような建造物等の映り込みを防止すべく、上記撮影角度θの範囲において行うことが好ましい。   As shown in FIG. 5, in photographing from an oblique direction by the multi-rotor helicopter 1A with the thermo camera 5 directed obliquely downward with respect to the vertical direction, infrared radiation from the deep part of water (see arrow A1) due to light attenuation. ), The ratio of infrared radiation (see arrow A2) on the surface portion is higher. Therefore, the temperature distribution on the water surface may become clearer when photographing from an oblique direction. For this reason, it is possible to obtain information on the depth direction of the water by analyzing the information of a plurality of shooting angles together, and more accurately grasp the temperature of the water surface portion, and more accurate The water flow can be grasped. In addition, when performing measurement by photographing from an oblique direction, it is preferable to perform the measurement within the range of the photographing angle θ in order to prevent the reflection of a building or the like as described above.

このように同一の水域を複数の撮影角度で撮影する方法としては、例えば、水面における特定の地点を撮影中心と設定し、1回撮影した後に、飛行体を移動させて、その撮影中心を設定したまま(サーモカメラ5が撮影中心を常に向くように設定したまま)、再度撮影することにより、同一箇所についての異なる角度での撮影が可能となる。このような撮影方法においては、例えば、撮影中心の位置とGPSセンサ4により検知されるマルチロータヘリ1の空間座標との関係から、マルチロータヘリ1の移動にともなうサーモカメラ5の撮影角度の変化が算出され、その算出結果に基づいて、サーモカメラ5の撮影角度が調整される。   In this way, as a method of photographing the same water area at a plurality of photographing angles, for example, a specific point on the water surface is set as the photographing center, and after photographing once, the flying object is moved and the photographing center is set. By photographing again with the thermo-camera 5 set so as to always face the photographing center, photographing at different angles with respect to the same portion can be performed. In such a photographing method, for example, from the relationship between the position of the photographing center and the spatial coordinates of the multirotor helicopter 1 detected by the GPS sensor 4, the change in the photographing angle of the thermocamera 5 as the multirotor helicopter 1 moves. Is calculated, and the imaging angle of the thermo camera 5 is adjusted based on the calculation result.

また、本実施形態の水流観測方法は、サーモカメラ5による撮影により得られた水面温度分布画像から所定水域における水流を検知するものである。ここで、本発明に係る水面温度分布画像とは、必ずしも厳密な水面(水の表面)の温度分布を表す画像を意味するものではなく、サーモカメラによる上方からの撮影より得られる水面部分(表面層)の温度分布を表す画像を意味する。   Further, the water flow observation method of the present embodiment detects a water flow in a predetermined water area from a water surface temperature distribution image obtained by photographing with the thermo camera 5. Here, the water surface temperature distribution image according to the present invention does not necessarily mean an image showing the exact temperature distribution of the water surface (water surface), but a water surface portion (surface) obtained by photographing from above with a thermo camera. It means an image representing the temperature distribution of the layer.

具体的には、潮流等の水流調査などにおいては、晴天時の日射量が多いときには水面部(表面部)の温度が水深部の温度に比較して高くなることから、水面部と水深部の水の混合が生じる水流発生部分は水面温度が相対的に低くなることを利用して、水面温度分布画像における水面温度が相対的に低い部分に水流が生じていると判断する。   Specifically, in water flow surveys such as tidal currents, when the amount of solar radiation in fine weather is high, the temperature of the water surface part (surface part) becomes higher than the temperature of the water depth part. It is determined that the water flow is generated in the portion where the water surface temperature in the water surface temperature distribution image is relatively low by utilizing the fact that the water surface temperature where the water mixing occurs is relatively low.

例えば、離岸流の発見は、ネック(ネックライン)と呼ばれる流れの速い部分を見つけることが重要なポイントとなるが、この離岸流におけるネックを発見するのが一般的には困難である。このネック部分の発見の困難性が離岸流の発見・解明を困難としているが、本実施形態の水流観測方法によれば、水面温度分布画像から水の流れを視覚的に正確に捉えることができるので、離岸流のネックはもちろんのこと、離岸流の全体像を解明することができる。   For example, the discovery of a rip current is an important point to find a fast part called a neck (neckline), but it is generally difficult to find a neck in this rip current. This difficulty in finding the neck part makes it difficult to find and clarify the rip current, but according to the water flow observation method of this embodiment, it is possible to visually grasp the water flow from the water surface temperature distribution image. As a result, it is possible to elucidate the entire picture of the offshore flow as well as the neck of the offshore current.

離岸流を発見できることで、次のようなメリットが得られる。離岸流は、海岸の侵食に大きく関与する。例えば、離岸流によって砂が流されることで崖が形成さる。このため、離岸流の実態がつかめることにより、河川から供給される砂の移動の状況を把握することが可能となる。このような情報は、例えば防波堤の設置や海岸形状の維持等のために使用される。また、離岸流は、局所的に水深が深い部分を形成する原因ともなる。このため、離岸流の流れを認識することができれば、例えば海水浴場において客の安全を守ることができる。また、離岸流が生じる場所は、漁場になりやすい。したがって、漁場の形成に際し、離岸流に対してテトラポット等の人工物をどのように配置するか等を適切に決めることが可能となる。   The ability to discover offshore currents provides the following benefits: Offshore currents are largely involved in coastal erosion. For example, a cliff is formed by sand being washed away by a rip current. For this reason, it becomes possible to grasp the situation of the movement of the sand supplied from the river by grasping the actual situation of the offshore flow. Such information is used, for example, for installing a breakwater or maintaining a coastal shape. In addition, the offshore current is a cause of locally forming a deep water portion. For this reason, if the flow of a rip-off flow can be recognized, a customer's safety can be protected, for example in a beach. Also, the place where the offshore current is generated tends to be a fishing ground. Therefore, when forming a fishing ground, it is possible to appropriately determine how to arrange an artificial object such as a tetrapot with respect to a rip current.

また、本実施形態の水流観測方法によれば、河川水が流れ込む河口における水流調査においては、河川から海に流れ込む淡水は海水より温度が低く軽いことから、水面温度が相対的に低い部分は淡水の流れであると判断することができる。さらに、河川の合流点における水流調査においては、それぞれ河川の水温が異なることから、水流の観測が可能となる。   Further, according to the water flow observation method of the present embodiment, in the water flow survey at the river mouth where river water flows, fresh water flowing from the river into the sea is lower in temperature and lighter than sea water. Can be determined. Furthermore, in the water flow survey at the confluence of rivers, the water flow can be observed because the water temperatures of the rivers are different.

以下、実施例に基づき、本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

まず、本実施例では、水換え直後の透明度の高いプール及び透明度の低い防火水槽のそれぞれについて水深と水温を測定した。その関係を図6に示す。図6に示すグラフにおいて、横軸は水温(℃)であり、縦軸は水深(cm)である。図6に示す計測結果は、晴天の同一日同時間帯での計測結果である。   First, in this example, the water depth and the water temperature were measured for each of a highly transparent pool immediately after water change and a fireproof water tank with low transparency. The relationship is shown in FIG. In the graph shown in FIG. 6, the horizontal axis is the water temperature (° C.), and the vertical axis is the water depth (cm). The measurement result shown in FIG. 6 is a measurement result in the same time zone on the same day in fine weather.

図6に示すように、この計測結果は晴天の同一日同時間帯での計測結果であるが、水面部分(水深10cm)の部分について、プールでは0.5℃の温度上昇、防火水槽では4℃の温度上昇がみられた。観測対象となる河川や海は、プールと防火水槽の中間程度の透明度であり、水深15cm程度で数度の温度変化を見込むことができる。市販のサーモカメラの温度分解能は0.1℃程度であるので、十分に観測可能であると考えられる。   As shown in FIG. 6, this measurement result is a measurement result in the same time zone on a clear day, but the temperature of the water surface portion (water depth 10 cm) is 0.5 ° C. in the pool and 4 in the fire prevention water tank. A temperature rise of ℃ was observed. The rivers and oceans to be observed have transparency in the middle between the pool and the fire prevention water tank, and a temperature change of several degrees can be expected at a water depth of about 15 cm. Since the commercially available thermo camera has a temperature resolution of about 0.1 ° C., it is considered that it can be sufficiently observed.

また、本実施例では、実際に、水換え前のプールの水面に水流を作って、小型飛行体に搭載したサーモカメラ及び可視カメラで垂直下方の水面を観測した。その結果を図7〜図9に示す。図7〜図9において、(a)はプールを真上からサーモカメラで撮影したサーモカメラによる画像であり、(b)はプールを同様にして可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。   Moreover, in this example, a water flow was actually created on the water surface of the pool before water change, and the water surface vertically below was observed with a thermo camera and a visible camera mounted on a small flying object. The results are shown in FIGS. 7 to 9, (a) is an image by a thermo camera taken from directly above the pool with a thermo camera, and (b) is an image by a visible camera taken by the visible camera in the same manner.

図7〜図9の撮影画像から、各図(b)に示すように、可視カメラでは観測不能な水流が、同各図(a)に示すように、サーモカメラによる水面温度分布画像では鮮明に捉えられていることがわかる。すなわち、図7〜図9の各図(b)に示す可視カメラによる画像においては、水面温度にかかわらず水の色が単調に表れているだけであり、水流は観測不能であるが、同各図(a)に示すサーモカメラによる画像によれば、水面の温度分布が色の変化として表れていることから、水面の温度変化をともなう水流を視覚的に観測することが可能となる。   As shown in each figure (b), the water flow which cannot be observed with a visible camera is clearly shown in the water surface temperature distribution image with a thermo camera as shown in each figure (a). You can see that it is captured. That is, in the images obtained by the visible cameras shown in FIGS. 7 to 9, the color of water only appears monotonously regardless of the water surface temperature, and the water flow cannot be observed. According to the image by the thermocamera shown in FIG. (A), since the temperature distribution of the water surface appears as a change in color, it becomes possible to visually observe the water flow accompanying the temperature change of the water surface.

また、比較例として、地上に設置したサーモカメラ及び可視カメラにて水替え直後のプールの水面を撮影した。この比較例は、図4を用いて説明したように、水面の反射により建造物等が画像に映り込む場合の例である。この比較例の結果を図10に示す。図10において、(a)はプールを浅い角度からサーモカメラで撮影したサーモカメラによる画像であり、(b)はプールを同様にして可視カメラで撮影した可視カメラによる画像である。   Moreover, the water surface of the pool immediately after water change was image | photographed with the thermo camera and visible camera which were installed on the ground as a comparative example. In this comparative example, as described with reference to FIG. 4, a building or the like is reflected in an image due to reflection of the water surface. The result of this comparative example is shown in FIG. In FIG. 10, (a) is an image by a thermo camera taken by a thermo camera from a shallow angle, and (b) is an image by a visible camera taken by a visible camera in the same manner.

図10の撮影画像から、同図(b)に示すように、可視カメラ画像においては水面に背景の建造物等が反射して表れており、この可視カメラ画像における建造物等の反射部分が、同図(a)に示すサーモカメラによる画像においても水面の温度分布として影響を受けて表れている。つまり、図10(a)のサーモカメラによる画像において、水面部分の中央より上部分は背景の映り込みにより、水面の温度情報は得られていない。このことから、本実施形態に係る水流観測方法のように、水面に対して上方、好ましくは垂直上方からの観測が必要であることがわかる。   From the captured image of FIG. 10, as shown in FIG. 10B, in the visible camera image, a background building or the like is reflected on the water surface, and the reflected portion of the building or the like in the visible camera image is Also in the image by the thermocamera shown to the same figure (a), it is received as influenced as temperature distribution of a water surface. That is, in the image by the thermo camera of FIG. 10A, the temperature information of the water surface is not obtained due to the reflection of the background above the center of the water surface portion. From this, it can be seen that, as in the water flow observation method according to the present embodiment, it is necessary to observe from above, preferably vertically above the water surface.

以上のように、本発明は、河流や潮流等の調査を目的として、サーモカメラによる鳥瞰画像を利用した水流の観測方法を考案したものである。晴天時で日射量が多い場合には水面温度が水深部に比較して高くなるため、水面部と水深部との水温の差に起因して水流が水面温度の分布として表れることから、サーモカメラを使うことで、水流を可視化することができる。そして、本発明に係る方法は、水面からの反射による背景の映り込みを防ぐために、GPSを搭載したマルチロータヘリなどの飛行体による上方から水面の撮影・観測を好適に採用する。   As described above, the present invention has devised a method for observing a water current using a bird's-eye view image by a thermo camera for the purpose of investigating river flows and tidal currents. When there is a lot of solar radiation in fine weather, the water surface temperature is higher than the water depth, so the water flow appears as a water surface temperature distribution due to the difference in water temperature between the water surface and the water depth. By using, water flow can be visualized. The method according to the present invention preferably employs photographing and observation of the water surface from above by a flying object such as a multi-rotor helicopter equipped with GPS in order to prevent reflection of the background due to reflection from the water surface.

本発明に係る水流観測方法によれば、水温の異なる河川の合流点、河口における河川水の海への流れ込み、潮目、浅瀬付近、離岸流発生地点等、所望の水域における水流を正確に観測することができる。   According to the water flow observation method according to the present invention, the water flow in a desired water area, such as a confluence of rivers with different water temperatures, river water flowing into the estuary into the sea, tide, near shallow water, offshore current generation point, etc. can be accurately observed. can do.

1 マルチロータヘリ(小型飛行体)
2 機体本体
3 ロータ
4 GPSセンサ
5 サーモカメラ
6 ジンバル
7 モータ
8 マイクロコンピュータ
9 モータアンプ
10 ジャイロセンサ
11 サーボモータ
12 RC受信機
13 衛星
14 固定サーモカメラ
1 Multirotor helicopter (small aircraft)
2 Body body 3 Rotor 4 GPS sensor 5 Thermo camera 6 Gimbal 7 Motor 8 Microcomputer 9 Motor amplifier 10 Gyro sensor 11 Servo motor 12 RC receiver 13 Satellite 14 Fixed thermo camera

Claims (8)

サーモカメラを搭載した飛行体を用いて所定水域を上方からサーモカメラで撮影し、該撮影により得られた水面温度分布画像に基づいて前記所定水域における水流を観測することを特徴とする水流観測方法。   A method for observing a water current in which a predetermined water area is photographed from above with a thermo camera using a flying body equipped with a thermo camera, and the water flow in the predetermined water area is observed based on a water surface temperature distribution image obtained by the photographing. . 前記飛行体が、位置検知手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の水流観測方法。   The water current observation method according to claim 1, wherein the flying object includes a position detection unit. 前記飛行体が、小型飛行体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水流観測方法。   The water flow observation method according to claim 1, wherein the flying object is a small flying object. 150m未満の高度から水面の撮影を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の水流観測方法。   The water flow observation method according to claim 1, wherein the water surface is photographed from an altitude of less than 150 m. 前記サーモカメラを垂直下方から48.6°の範囲内に調整して水面の撮影を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の水流観測方法。   5. The water flow observation method according to claim 1, wherein the water surface is imaged by adjusting the thermo camera within a range of 48.6 ° from below in the vertical direction. 前記サーモカメラを垂直下方に調整して垂直上方から水面の撮影を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の水流観測方法。   The water flow observation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the thermo camera is adjusted vertically downward to photograph the water surface from vertically above. 同一水域を複数の異なる撮影角度で撮影することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の水流観測方法。   The water flow observation method according to claim 1, wherein the same water area is photographed at a plurality of different photographing angles. 河川の合流点における水流、又は河川水が流れ込む河口における水流の観測を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の水流観測方法。   The water flow observation method according to any one of claims 1 to 7, wherein a water flow at a confluence of rivers or a water flow at a river mouth into which river water flows is observed.
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