JP2020160019A - 物体の三次元形状の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより物体の三次元形状を測定する場合に、物体の縁の位置を欠けることなく捉えることを可能とする。【解決手段】ドローン１２に搭載されたカメラにより船舶９を撮影し、撮影された画像から土倉９１に積載された土質材料Ｌの縁を認識する。サーバ装置１３は、ドローン１２に搭載された二次元照射レーザスキャナが照射するレーザ光による走査方向が土質材料Ｌの縁を近似する直線のいずれとも平行とならないように、ドローン１２の船舶９の上空における飛行ルートを決定する。ドローン１２はサーバ装置１３が決定した飛行ルートに従い船舶９の上空を飛行しながら二次元照射レーザスキャナにより土質材料Ｌの表面の三次元形状を測定する。サーバ装置１３は、土質材料Ｌの表面の三次元形状と土倉９１の三次元形状から、土質材料Ｌの数量を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、物体の三次元形状の測定方法に関する。

レーザスキャナを搭載した飛行体により、地表の三次元形状を測定する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１８−４４９１３号公報

飛行体に搭載した二次元照射レーザスキャナにより地上の物体の三次元形状を測定する場合、物体の平面視形状の縁にほぼ直線となる部分があり、そのほぼ直線となる縁と二次元照射レーザスキャナの走査方向がほぼ平行となると、その縁の位置を捉えることができない場合がある。

本発明は、飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより物体の三次元形状を測定する場合に、物体の縁の位置を欠けることなく捉えることを可能とする手段を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明は、飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより物体の三次元形状を測定する測定方法であって、前記物体の縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向を特定するステップと、前記方向を特定するステップにおいて１以上の方向が特定された場合、前記二次元照射レーザスキャナが照射するレーザ光による走査方向が前記１以上の方向のいずれとも平行とならないように、前記飛行体の前記物体の上空における飛行ルート及び前記二次元照射レーザスキャナのレーザ光による走査方向の少なくとも一方を決定するステップと、前記決定するステップにおいて決定された飛行ルート及び走査方向の少なくとも一方に従い、飛行中の前記飛行体から前記二次元照射レーザスキャナがレーザ光を照射して前記物体の三次元形状を測定するステップとを備える物体の三次元形状の測定方法を第１の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１の態様において、前記方向を特定するステップは、前記飛行体に搭載されたカメラにより前記物体を撮影するステップと、前記撮影するステップにおいて撮影された画像から前記物体の縁を特定するステップと、前記画像から特定された前記物体の縁の少なくとも一部を直線で近似するステップとを含む、という構成を第２の態様として提供する。

また、本発明は、上記の第１の態様において、前記方向を特定するステップは、前記物体の平面視形状と前記物体の方位とを示すデータを取得するステップと、前記データに基づき前記物体の平面視形状の縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向を特定するステップとを含む、という構成を第３の態様として提供する。

本発明によれば、飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより物体の三次元形状を測定する場合に、物体の縁の位置を欠けることなく捉えることが可能となる。

第１実施形態及び第２実施形態に係る数量検収システムの全体構成を示した図。 第１実施形態に係るタブレットＰＣのハードウェア構成を示したブロック図。 第１実施形態に係るドローンのハードウェアのうち本発明の特徴に関係する構成部分を示したブロック図。 第１実施形態に係るサーバ装置のハードウェア構成を示したブロック図。 第１実施形態に係るサーバ装置の機能的構成を示したブロック図。 本願における物体の縁を説明するための図。 第１実施形態に係る数量検収システムが行う動作のシーケンス図。 第１実施形態に係る数量検収システムが行う動作のシーケンス図。 第１実施形態に係る飛行ルート決定部が縁の平面視画像を近似する直線を特定する処理を説明するための図。 第１実施形態に係る飛行ルート決定部が船舶上空飛行ルートを決定する方法の例を説明するための図。 第１実施形態に係る数量算出部が土質材料の表面の三次元形状を特定する方法を説明するための図。 従来技術において生じる問題を説明するための図。 第２実施形態に係るサーバ装置の機能的構成を示したブロック図。 第２実施形態に係る角度決定部が決定する角度を示した図。 第２実施形態に係る数量検収システムが行う動作のシーケンス図。 第２実施形態に係る数量検収システムが行う動作のシーケンス図。 第３実施形態に係るタブレットＰＣのハードウェア構成を示したブロック図。 第３実施形態に係る数量検収システムが行う動作のシーケンス図。 第３実施形態に係る２つのウェイポイントの二次元平面上における位置の例を示した図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る数量検収システム１を説明する。数量検収システム１は、飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより地上の対象物の３次元形状を測定するためのシステムである。以下の説明において、数量検収システム１は、船舶の積載物の三次元形状を測定するために用いられる。図１は、数量検収システム１の全体構成を示した図である。

数量検収システム１は、計測員が携帯するタブレットＰＣ１１と、無人飛行体であるドローン１２と、陸上に設置されたサーバ装置１３とを備える。タブレットＰＣ１１は船舶９に乗船した計測員により船舶９の所定の位置に設置される。

船舶９は、土倉９１を備える土運船、ガット船等である。図１には、船舶９が自航船である場合が示されているが、船舶９は自航できなくてもよい。土倉９１には、例えば、港湾工事で用いられる土質材料Ｌ（積載物の一例）が積載されており、上空から積載されている土質材料Ｌが見える。

図２は、タブレットＰＣ１１のハードウェア構成を示したブロック図である。タブレットＰＣ１１は、コンピュータ１１１、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System／全地球測位衛星システム）ユニット１１２、無線通信ユニット１１３、タッチスクリーン１１４を備える。

コンピュータ１１１は、プロセッサ１１１１、メモリ１１１２、入出力インタフェース１１１３を備える。プロセッサ１１１１は、メモリ１１１２に記憶されているプログラムに従った処理を実行することによって、タブレットＰＣ１１の各部の動作を制御する。メモリ１１１２は、プロセッサ１１１１により実行されるプログラムの他、各種データを記憶する。入出力インタフェース１１１３は、外部機器とデータの入出力を行う。入出力インタフェース１１１３にはＧＮＳＳユニット１１２、無線通信ユニット１１３、タッチスクリーン１１４が接続されている。

ＧＮＳＳユニット１１２は、複数の衛星から受信する電波に基づき、タブレットＰＣ１１の現在の位置を計測する。タブレットＰＣ１１が船舶９の所定の位置に配置された場合、ＧＮＳＳユニット１１２が計測する位置は、船舶９の現在の位置を示すことになる。

無線通信ユニット１１３は、例えば移動体通信網とインターネットを介して、サーバ装置１３と無線通信を行う。タッチスクリーン１１４は、例えば、液晶ディスプレイとタッチパネルが積層されたユニットであり、ユーザに各種情報を表示するとともに、ユーザによるタッチ操作を受け付ける。

図３は、ドローン１２のハードウェアのうち、本発明の特徴に関係する構成部分を示したブロック図である。ドローン１２は、図３に示す構成の他に、例えば、バッテリ、モータ、プロペラ、加速度センサ等を備えるが、それらの説明は省略する。

ドローン１２は、コンピュータ１２１、ＧＮＳＳユニット１２２、コンパス１２３、ジャイロセンサ１２４、無線通信ユニット１２５、二次元照射レーザスキャナ１２６、カメラ１２７を備える。

コンピュータ１２１、ＧＮＳＳユニット１２２、無線通信ユニット１２５は、タブレットＰＣ１１が備えるコンピュータ１１１、ＧＮＳＳユニット１１２、無線通信ユニット１１３と同様の機能を備える。ただし、ＧＮＳＳユニット１２２によって計測されるのは、ドローン１２の現在の位置である。

コンピュータ１２１は、プロセッサ１２１１、メモリ１２１２、入出力インタフェース１２１３を備える。プロセッサ１２１１、メモリ１２１２、入出力インタフェース１２１３は、タブレットＰＣ１１のコンピュータ１１１が備えるプロセッサ１１１１、メモリ１１１２、入出力インタフェース１１１３と同様の機能を備える。

入出力インタフェース１２１３にはＧＮＳＳユニット１２２、コンパス１２３、ジャイロセンサ１２４、無線通信ユニット１２５、二次元照射レーザスキャナ１２６、カメラ１２７が接続されている。

コンパス１２３は、地球の磁場の方向を計測することにより、ドローン１２の現在の方位を計測する。ジャイロセンサ１２４は、３本の基準軸の各々に対する単位時間当たりの角度の変化（角加速度）を計測する３軸ジャイロセンサであり、ドローン１２の現在の姿勢（ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の各々の軸周りの角度）を計測する。

二次元照射レーザスキャナ１２６は、所定の二次元平面内で扇形を描く方向に順次レーザ光を照射し、その反射光により対象物の表面までの距離を計測する。二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向は、ドローン１２の前進飛行方向と所定の角度Ｄをなす。以下、その所定の角度Ｄは９０度であるものとする。すなわち、二次元照射レーザスキャナ１２６は、順次照射するレーザ光の方向が描く扇形を含む二次元平面がドローン１２の前進飛行方向と直交するように、ドローン１２の本体に設置されている。

なお、二次元照射レーザスキャナ１２６の測距の方式は、ＴｏＦ（Time of Flight）方式、位相差方式等のいずれであってもよい。

上記のようにドローン１２の本体に搭載されている二次元照射レーザスキャナ１２６は、ドローン１２の本体の移動に伴い対象物との相対的な位置を変更しながら対象物に継続的にレーザ光を二次元照射することにより、対象物の表面の多数の計測点までの距離を示す距離データを取得する。それらの距離データ群は、サーバ装置１３において、対象物の三次元形状の特定に用いられる。

カメラ１２７は、撮影範囲がドローン１２の前方下方向となるようにドローン１２の本体に搭載された撮影装置である。カメラ１２７の画角内には、二次元照射レーザスキャナ１２６がレーザ光を照射する範囲と、その前方の領域が含まれる。カメラ１２７は、ドローン１２が船舶９の上空付近に到達した際に、船舶９の土倉９１を継続的に撮影する。そして、撮影した画像は、サーバ装置１３において、土倉９１内の土質材料Ｌの縁の認識に用いられるとともに、時々刻々と変化する船舶９とドローン１２の位置関係の特定に用いられる。

図４は、サーバ装置１３のハードウェア構成を示したブロック図である。サーバ装置１３は、コンピュータ１３１、通信ユニット１３２、ディスプレイ１３３を備える。

通信ユニット１３２は、例えばインターネットと移動体通信網を介して、タブレットＰＣ１１及びドローン１２と通信を行う。

ディスプレイ１３３は、例えば液晶ディスプレイであり、各種情報を表示する。

コンピュータ１３１は、プロセッサ１３１１、メモリ１３１２、入出力インタフェース１３１３を備える。プロセッサ１３１１、メモリ１３１２、入出力インタフェース１３１３は、タブレットＰＣ１１のコンピュータ１１１が備えるプロセッサ１１１１、メモリ１１１２、入出力インタフェース１１１３と同様の機能を備える。

入出力インタフェース１３１３には通信ユニット１３２、ディスプレイ１３３が接続されている。

図５は、サーバ装置１３の機能的構成を示したブロック図である。コンピュータ１３１が本実施形態に係るプログラムに従う処理を行うと、サーバ装置１３が図５に示される構成部を備える装置として機能する。以下に、図５に示されるサーバ装置１３の機能的な構成部を説明する。

通信部１３０１は、タブレットＰＣ１１及びドローン１２と無線通信を行う。通信部１３０１は、タブレットＰＣ１１から、ＧＮＳＳユニット１１２により計測した船舶９の現在の位置を示す船舶位置データを継続的に受信する。

また、通信部１３０１は、ドローン１２から、ＧＮＳＳユニット１２２により計測したドローン１２の現在の位置を示す飛行体位置データ、コンパス１２３により計測したドローン１２の現在の方位を示す飛行体方位データ、ジャイロセンサ１２４により計測したドローン１２の現在の姿勢を示す飛行体姿勢データを継続的に受信する。

また、通信部１３０１は、ドローン１２が船舶９の上空を飛行中に、ドローン１２から、二次元照射レーザスキャナ１２６により計測した土倉９１内の土質材料Ｌの三次元形状を表す距離データ群と、カメラ１２７により撮影した船舶９の画像を表す画像データを受信する。

記憶部１３０２は、各種データを記憶する。例えば、記憶部１３０２は、通信部１３０１がタブレットＰＣ１１又はドローン１２から受信する各種データを記憶する。また、記憶部１３０２には、予め、複数の船舶９の各々に関し、土倉９１の三次元形状を表す土倉形状データ、船舶９上のタブレットＰＣ１１が設置されるべき位置を示す端末設置データが記憶されている。

画像認識部１３０３は、カメラ１２７で撮影された画像から、撮影されている土質材料Ｌの縁を認識する。図６は、本願における物体の縁を説明するための図である。図６（ａ）は土質材料Ｌが積載された状態の土倉９１を斜め上から見た図である。また、図６（ｂ）は土質材料Ｌを平面視した図である。図６に示される例では、土質材料Ｌは土倉９１内に概ね四角錐台形状に積まれている。この場合、図６（ｂ）において線Ｅ１〜Ｅ１２で示される部分が土質材料Ｌの縁である。縁は、物体の形状の非連続に変化する部分を意味する。縁は必ずしも直線を描かない。以下、これらの縁を「縁Ｅ１」、「縁Ｅ２」等のように記載する。

飛行ルート決定部１３０４（図５）は、船舶位置データが示す船舶９の現在の位置と、飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置とを用いて、ドローン１２が船舶９の上空付近に向かうための飛行ルート（以下、「往路飛行ルート」という）を決定する。

また、飛行ルート決定部１３０４は、画像認識部１３０３により特定された土質材料Ｌの縁が伸びる方向に基づき、ドローン１２が土倉９１の上空を飛行しながら二次元照射レーザスキャナ１２６により土倉９１内の土質材料Ｌの三次元形状を表す距離データ群を生成するための飛行ルート（以下、「船舶上空飛行ルート」という）を決定する。

また、飛行ルート決定部１３０４は、飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置と、ドローン１２の次の目的地（例えば、ドローン１２が待機する基地）の位置とを用いて、ドローン１２が船舶９の上空付近から次の目的地に向かうための飛行ルート（以下、「復路飛行ルート」という）を決定する。

数量算出部１３０５は、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従い飛行している間にドローン１２から送信されてくる距離データ群が表す、土倉９１に積載された土質材料の三次元形状と、記憶部１３０２に記憶されている土倉形状データが表す土倉９１の三次元形状を用いて、土倉９１に積載された土質材料の数量を算出する。なお、数量算出部１３０５が算出する土質材料の数量は、例えば土質材料の体積であるが、土質材料の単位体積当たりの重量を体積に乗じて算出される土質材料の重量等であってもよい。

ところで、ドローン１２が船舶９の上空を飛行中、船舶９とドローン１２の位置関係はドローン１２の移動に加え、船舶９の移動、船舶９の動揺、ドローン１２の動揺によって時々刻々と変化する。従って、数量算出部１３０５は、距離データ群に含まれる個々の距離データに関し、その距離データが生成されたタイミング（二次元照射レーザスキャナ１２６により測距が行われたタイミング）にカメラ１２７が撮影した船舶９の画像に基づき、ドローン１２と船舶９の位置関係を特定する。そして、数量算出部１３０５は、そのように特定したドローン１２と船舶９の位置関係と、距離データが示す距離とに基づき、船舶９の座標系における測距された点の座標を特定する。

数量算出部１３０５により算出された土質材料の数量を示すデータは、船舶９の名称、検収の日時、検収の位置を示すデータとともに、検収結果データとして記憶部１３０２に記憶される。

表示部１３０６は、検収結果データが示す情報を表示する。従って、関係者は、表示部１３０６の画面を見て、いつ、どの船舶９にどれくらいの数量の土質材料が積載されていたかを容易に知ることができる。

なお、関係者が端末装置を用いてネットワークを介してサーバ装置１３にアクセスし、検収結果データが示す情報を端末装置の画面で閲覧可能としてもよい。

続いて、数量検収システム１が土倉９１に積載されている土質材料Ｌの数量を算出するために行う動作を説明する。図７Ａ及び図７Ｂ（以下、図７Ａと図７Ｂを図７と総称する）は、土質材料の数量の算出のために、タブレットＰＣ１１、ドローン１２、サーバ装置１３の各々が行う動作のシーケンス図である。

まず、工事現場に向かい航行中（又は、工事現場に到着し停泊中）の船舶９に乗船している計測員は、タブレットＰＣ１１を操作して、本実施形態に係るアプリケーションプログラム（以下、「数量検収アプリ」という）をタブレットＰＣ１１のコンピュータ１１１に実行させる。続いて、計測員はタブレットＰＣ１１を操作して、数量検収アプリの設定画面を表示させ、設定画面に表示される船舶リストから検収対象の船舶９を選択する。タブレットＰＣ１１は計測員により選択された船舶９を識別する船舶識別データをサーバ装置１３に送信する（ステップＳ１０１）。なお、船舶リストは、予めタブレットＰＣ１１に記憶されていてもよいし、タブレットＰＣ１１がサーバ装置１３から受信してもよい。

サーバ装置１３は、タブレットＰＣ１１から受信した船舶識別データにより識別される船舶９においてタブレットＰＣ１１が設置されるべき位置を示す端末設置データをタブレットＰＣ１１に送信する（ステップＳ１０２）。タブレットＰＣ１１は、サーバ装置１３から受信した端末設置データが示す位置を図示した設置案内画面を表示する。計測員は、設置案内画面に表示される位置に、タブレットＰＣ１１を設置する。

タブレットＰＣ１１は、数量検収アプリの実行に伴い、ＧＮＳＳユニット１１２により船舶９の現在の位置を継続的に計測し、計測結果を示す船舶位置データを継続的にサーバ装置１３に送信する処理（ステップＳ１０３）を開始する。なお、本願において「継続的に計測する」とは、十分に短い時間間隔で繰り返し計測することを意味し、「継続的に送信する」とは、十分に短い時間間隔で繰り返し送信することを意味する。計測は、例えば、所定時間の経過毎に実行される。また、計測結果の送信は、例えば、計測が実行される毎に行われてもよいし、計測結果が所定の条件を満たした場合（例えば、閾値以上に変化した場合）に実行されてもよい。

図７のシーケンスに従う動作の開始時に、ドローン１２は陸上の基地にあるものとする。基地にいる計測員は、ドローン１２に対し運転開始の指示を与えるための操作を行う。この操作に応じて、ドローン１２は、ＧＮＳＳユニット１２２、コンパス１２３、ジャイロセンサ１２４によりドローン１２の現在の位置、方位、姿勢を継続的に計測し、それらの計測結果を示す飛行体位置データ、飛行体方位データ、飛行体姿勢データを継続的にサーバ装置１３に送信する処理（ステップＳ１０４）を開始する。

サーバ装置１３は、最新の飛行体位置データが示す位置から、最新の船舶位置データが示す位置に向かう方向に所定の高度を保ちながら飛行するルートを往路飛行ルートとして決定し、決定した往路飛行ルートを示す往路飛行ルートデータをドローン１２に送信する（ステップＳ１０５）。

ドローン１２は、サーバ装置１３から往路飛行ルートデータを受信すると、離陸し、受信した往路飛行ルートデータが示す往路飛行ルートに従う飛行（ステップＳ１０６）を開始する。

サーバ装置１３は、例えば、タブレットＰＣ１１のＧＮＳＳユニット１１２が新たな位置を計測し、サーバ装置１３が新たな船舶位置データをタブレットＰＣ１１から受信した場合と、ドローン１２のＧＮＳＳユニット１２２が新たな位置を計測し、サーバ装置１３が新たな飛行体位置データをドローン１２から受信した場合に、それらの新たなデータを用いて往路飛行ルートを決定し、決定した新たな往路飛行ルートを示す往路飛行ルートデータをドローン１２に送信する。ドローン１２は、新たにサーバ装置１３から往路飛行ルートデータを受信すると、それまで使用していた往路飛行ルートデータを、新たに受信した往路飛行ルートデータで上書きし更新する。

サーバ装置１３は、船舶位置データと飛行体位置データから船舶９とドローン１２との距離が所定の閾値以下になったことを検知すると、カメラ１２７による撮影の開始を指示する撮影指示データをドローン１２に送信する（ステップＳ１０７）。

ドローン１２は、サーバ装置１３から撮影指示データを受信すると、カメラ１２７により継続的に撮影を行い、撮影した画像を表す画像データをサーバ装置１３に順次送信する処理（ステップＳ１０８）を開始する。

ドローン１２が往路飛行ルートに従い船舶９に向かって飛行すると、カメラ１２７の画角内に船舶９が入ってくる。従って、ドローン１２からサーバ装置１３に送信される画像データが表す画像に、船舶９が含まれるようになる。サーバ装置１３はドローン１２から受信した画像データが表す画像から船舶９の画像を認識すると、認識した船舶９の画像に含まれる土倉９１の画像を認識し、さらに、認識した土倉９１の内側の画像から土質材料Ｌの縁を認識する（ステップＳ１０９）。

ドローン１２が往路飛行ルートに従い船舶９に近づきながらカメラ１２７により撮影する画像に含まれる土倉９１は、図６（ａ）に示されるような、上空から斜め下に見下ろす視点で土倉９１を撮影した画像となる。従って、画像認識部１３０３により認識される土質材料Ｌの縁の画像も、上空から斜め下に見下ろす視点で縁を撮影した画像となる。サーバ装置１３の画像認識部１３０３は、ステップＳ１０９において認識した土質材料Ｌの縁の画像を、土倉９１の真上から土倉９１を見下ろす視点でそれらの縁を見た画像に変換する処理（射影変換の処理）を行う（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０の処理において、画像認識部１３０３は、例えば、ドローン１２から受信した画像データが表す画像から土倉９１の特徴点（例えば、土倉９１上端の４つの隅角部の点）を３つ以上認識し、認識したそれらの特徴点の位置を、ステップＳ１０１においてタブレットＰＣ１１から受信した船舶識別データにより識別される船舶９に応じた土倉形状データが示す船舶９におけるそれらの特徴点の位置に一致させるように、射影変換の処理を行う。なお、射影変換の方法は既知であるため、その説明を省略する。

ステップＳ１１０においてサーバ装置１３が射影変換により生成する画像は、図６（ｂ）に線Ｅ１〜Ｅ１２で示されるような、土質材料Ｌを平面視した状態における土質材料Ｌの縁の画像となる。以下、それらの画像を「縁の平面視画像」という。

続いて、サーバ装置１３の飛行ルート決定部１３０４は、ステップＳ１１０において画像認識部１３０３により生成された土質材料Ｌの縁の平面視画像のうち、直線と見なせる部分を特定する（ステップＳ１１１）。本実施形態において、飛行ルート決定部１３０４は、平面視画像に含まれる縁のうち、直線で近似した場合の決定係数が所定の閾値以上となる部分が所定の閾値を超える長さとなる部分を、直線と見なせる部分として特定する。

図８は、飛行ルート決定部１３０４が平面視画像が示す縁のうち直線と見なせる部分を特定する処理を説明するための図である。図８（ａ）は、ステップＳ１１０において生成される、土質材料Ｌの縁の平面視画像を例示した図である。図８（ｂ）は、ステップＳ１１１において特定される部分（縁のうち直線と見なせる部分）を近似する直線を例示した図である。図８（ｂ）の線Ｆ１〜Ｆ１２は、図８（ａ）の縁Ｅ１〜Ｅ１２の各々を近似する直線である。

ステップＳ１１１（図７）に続き、飛行ルート決定部１３０４は、ドローン１２の本体に搭載されている二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、ステップＳ１１１において特定した縁の部分を近似する直線が延伸する方向のいずれとも平行とならないように、船舶上空飛行ルートを決定する（ステップＳ１１２）。

図９は、飛行ルート決定部１３０４が、ステップＳ１１１において特定した縁の部分を近似する直線に基づき、船舶上空飛行ルートを決定する方法の例を説明するための図である。なお、ドローン１２は、往路飛行ルートに従い図９に矢印Ｘで示される方向に飛行しながら船舶９に近づいているものとする。

飛行ルート決定部１３０４は、まず、線Ｆ１〜Ｆ４を、土質材料Ｌを平面視した形状の外縁（縁Ｅ１〜Ｅ４）を近似する直線として特定し、線Ｆ１〜Ｆ４により囲まれる領域Ａ（この場合、概ね矩形の領域）の重心をその領域の代表点Ｏとして特定する（図９（ａ））。なお、代表点Ｏは領域Ａの重心に限られず、ドローン１２がその点の上空を飛行しながら二次元照射レーザスキャナ１２６からレーザ光を照射する際、レーザ光が領域Ａの全域に到達するような点であればいずれの点であってもよい。例えば、領域Ａの重心に代えて、領域Ａに外接する円の中心点が代表点Ｏとして用いられてもよい。

続いて、飛行ルート決定部１３０４は、ステップＳ１１１において特定した線Ｆ１〜Ｆ１２の各々に関し、その直線と平行で代表点Ｏを通る直線として、線Ｈ１〜Ｈ４を特定する（図９（ｂ））。この場合、線Ｈ１は線Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７と平行で代表点Ｏを通る直線であり、線Ｈ３は線Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６、Ｆ８と平行で代表点Ｏを通る直線である。また、線Ｈ２は線Ｆ９、Ｆ１１と平行で代表点Ｏを通る直線であり、線Ｈ４は線Ｆ１０、Ｆ１２と平行で代表点Ｏを通る直線である。

続いて、飛行ルート決定部１３０４は、線Ｈ１〜Ｈ４のうち隣り合う２本が成す角θ１〜θ４（図９（ｃ））の中で最大のものを特定する。この例では、角θ２と角θ３が等しく最大となる。このように、最大となる角が複数特定された場合、飛行ルート決定部１３０４は、それらの角の２等分線のうち、復路飛行ルートに従い飛行するドローン１２の飛行方向と成す角度が最大となるものを選択する。図９（ｄ）に示されるように、この場合、角θ２の２等分線Ｉ１よりも、角θ３の２等分線Ｉ２の方が、矢印Ｘで示されるドローン１２の飛行方向と成す角度が大きい。従って、飛行ルート決定部１３０４は、角θ３を選択する。なお、線Ｈ１〜Ｈ４のうち隣り合う２本が成す角の中で最大のものが１つであれば、飛行ルート決定部１３０４はその角を選択する。

続いて、飛行ルート決定部１３０４は、代表点Ｏを通り、上記のように選択した角の２等分線と角度Ｄを成す線分であって、領域Ａから外側に所定の距離（例えば２０ｍ）だけはみ出る線分Ｒ（図９（ｅ））を特定する。既述のとおり、角度Ｄは、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向とドローン１２の前進飛行方向とが成す角度であり、例えば９０度である。

続いて、飛行ルート決定部１３０４は、船舶位置データが示す船舶９の高さに所定の距離（例えば、２０ｍ）を加えた高さを維持しながら、平面視した場合に線分Ｒ上を端点Ｐ１から端点Ｐ２に向かい飛行するルートを、船舶上空飛行ルートとして決定する。なお、線分Ｒの２つの端点のうちドローン１２の現在位置により近い端点が端点Ｐ１であり、他方の端点が端点Ｐ２である。

上記のように決定される船舶上空飛行ルートは、土質材料Ｌの約２０ｍ上空を通過する飛行ルートであり、かつ、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの縁を近似する直線のいずれとも平行とならない飛行ルートである。

サーバ装置１３は、上記のように船舶上空飛行ルートを決定すると（図７、ステップＳ１１２）、船舶上空飛行ルートを示す船舶上空飛行ルートデータをドローン１２へ送信する（ステップＳ１１３）。

ドローン１２は、サーバ装置１３から船舶上空飛行ルートデータを受信すると、現在位置から船舶上空飛行ルートの始点へ向かった後、船舶上空飛行ルートに従って飛行する。

サーバ装置１３は、ドローン１２から新たな画像データを受信した場合に、新たな画像データを用いて船舶上空飛行ルートを決定し、決定した新たな船舶上空飛行ルートを示す船舶上空飛行ルートデータをドローン１２に送信する。ドローン１２は、新たにサーバ装置１３から船舶上空飛行ルートデータを受信すると、それまで使用していた船舶上空飛行ルートデータを、新たに受信した船舶上空飛行ルートデータで上書きし更新する。

ドローン１２は、船舶上空飛行ルートに従う飛行をするとともに、二次元照射レーザスキャナ１２６による測距を開始し、測距の結果を示す距離データ群を順次、サーバ装置１３に送信する（ステップＳ１１４）。

サーバ装置１３の数量算出部１３０５は、ドローン１２から受信した距離データ群を用いて、土倉９１に積載されている土質材料Ｌの表面の三次元形状を特定する（ステップＳ１１５）。

サーバ装置１３の数量算出部１３０５は、ステップＳ１１５において特定した土倉９１及び土質材料Ｌの表面の三次元形状と、土倉形状データが示す土倉９１の三次元形状に基づいて、土質材料Ｌの数量を算出する（ステップＳ１１６）。

上記のステップＳ１１５〜Ｓ１１６の処理は、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従い飛行している間に行われる。ただし、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従う飛行を完了し、以下に説明する復路飛行ルートに従う飛行を開始した後に、ステップＳ１１５〜Ｓ１１６の処理が行われてもよい。

サーバ装置１３の飛行ルート決定部１３０４は、飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置が船舶上空飛行ルートの終点に達すると、現在位置から基地へ向かい所定の高度を保ちながら飛行するルートを復路飛行ルートとして決定し、決定した復路飛行ルートを示す復路飛行ルートデータをドローン１２に送信する（ステップＳ１１７）。

ドローン１２は、サーバ装置１３から復路飛行ルートデータを受信すると、復路飛行ルートデータが示す復路飛行ルートに従い飛行を継続する。

サーバ装置１３は、例えば、タブレットＰＣ１１から新たな船舶位置データを受信した場合と、ドローン１２から新たな飛行体位置データを受信した場合に、それらの新たなデータを用いて復路飛行ルートを決定し、決定した新たな復路飛行ルートを示す復路飛行ルートデータをドローン１２に送信する。ドローン１２は、新たにサーバ装置１３から復路飛行ルートデータを受信すると、それまで使用していた復路飛行ルートデータを、新たに受信した復路飛行ルートデータで上書きし更新する。

ドローン１２は、復路飛行ルートに従い飛行し、基地の上空に到着すると、基地に着陸する（ステップＳ１１８）。

図１０は、図７のシーケンスのステップＳ１１５において、数量算出部１３０５が土質材料Ｌの表面の三次元形状を特定する方法を説明するための図である。図１０（ａ）は、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従い船舶９の上空を飛行する際に二次元照射レーザスキャナ１２６からレーザ光が照射される位置を破線で示した図である。ただし、図１０においては煩雑とならないように、隣り合う破線の間隔を実際より広くしている。

二次元照射レーザスキャナ１２６により生成される距離データ群は、対象物（この場合、土質材料Ｌ）の表面上に離散する複数の測定点の各々までの距離を示す。数量算出部１３０５は、距離データ群が示す離散的な測定点の位置を補間して、対象物の３次元形状を特定する。その補間の処理において、数量算出部１３０５は対象物の縁のうち直線で近似できるものがあれば、それらの直線の交点を対象物の隅角部として特定する。

数量算出部１３０５は、距離データ群が示す対象物の表面上の測定点のうち、隣り合う測定点と非連続な変化を示す測定点を特定する。ここで、非連続な変化を示すとは、例えば、変化率が所定の閾値を超えることを意味する。図１０（ｂ）は、数量算出部１３０５が特定する非連続な変化を示す測定点を黒丸で示した図である。図１０（ｂ）に黒丸で示される点は、対象物の縁上の点である。

数量算出部１３０５は、上記のように特定した対象物の縁上の点のうち、所定の閾値を超える長さの直線で近似される（決定係数が所定の閾値以上となる）点をグループ化する。数量算出部１３０５は、そのようにグループ化した点を近似する直線を、対象物の縁を近似する直線として特定する。この場合、数量算出部１３０５は、図１０（ｃ）に示す線Ｊ１〜Ｊ１２を、対象物の縁を近似する直線として特定する。

数量算出部１３０５は、上記のように特定した、対象物の縁を近似する直線のうち互いに交わる直線の交点を、対象物の隅角部の点として特定する。なお、三次元空間において２本の直線が交わらないが、それらの距離（共通垂線の長さ）が所定の閾値より短い場合、数量算出部１３０５は、それらの直線が、例えばその共通垂線の中点において交わるものとみなす。この場合、数量算出部１３０５は、図１０（ｃ）に示す点ｋ１〜ｋ８を、対象物の隅角部の点として特定する。

図１１は、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの縁を近似する直線のいずれかと平行となる方向に、ドローン１２が飛行した場合に生じる問題を説明するための図である。図１１（ａ）の例では、レーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの縁Ｅ２、Ｅ６、Ｅ８、Ｅ４とほぼ平行となっている。この場合、図１１（ｂ）に示すように、これらの縁Ｅ２、Ｅ６、Ｅ８、Ｅ４の上の点は測定点とならないことがある。

測定点が土質材料Ｌの縁上にないと、数量算出部１３０５はその縁を特定できない。従って、数量算出部１３０５により補間された距離データ群が示す土質材料Ｌの形状は、一部の縁（例えば、縁Ｅ２、Ｅ６、Ｅ８、Ｅ４）が欠けた形状となってしまう。その結果、数量算出部１３０５により算出される土質材料Ｌの数量は大きな誤差を含むものとなる。

数量検収システム１においては、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの縁を近似する直線のいずれとも平行とならない。その結果、数量検収システム１により算出される土質材料Ｌの数量は、土質材料Ｌの縁の上の測定点が得られないことに起因する誤差を含むことはない。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る数量検収システム２を説明する。数量検収システム２は、第１実施形態に係る数量検収システム１と同様に、タブレットＰＣ１１、ドローン１２、サーバ装置１３を備える（図１）。

数量検収システム２の構成及び動作は、多くの点で数量検収システム１の構成及び動作と共通している。従って、以下に数量検収システム２が数量検収システム１と異なる点のみを説明し、共通する点の説明は省略する。

まず、数量検収システム２が備えるドローン１２に搭載された二次元照射レーザスキャナ１２６は、照射するレーザ光による走査方向を変更可能である。すなわち、数量検収システム１においては、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向とドローン１２の前進飛行方向とが成す角度Ｄは不変（例えば９０度）であるが、数量検収システム２においては、この角度Ｄが変更可能となっている。

数量検収システム２においては、角度Ｄを変更可能とする構成として、例えば、二次元照射レーザスキャナ１２６が備える測距ユニットが、二次元照射レーザスキャナ１２６の本体に対し鉛直軸周りに回転可能に取り付けられており、コンピュータ１２１の制御に従い動作するモータ等の駆動機構が測距ユニットを鉛直軸周りに回転する。

なお、角度Ｄを変更可能とする構成はこれに限られず、例えば、二次元照射レーザスキャナ１２６が、例えば鉛直軸周りに回転する１軸の自動回転雲台を介してドローン１２の本体に設置されており、コンピュータ１２１の制御に従い自動回転雲台が二次元照射レーザスキャナ１２６を鉛直軸周りに回転する構成が採用されてもよい。

数量検収システム２においては、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向が可変であるため、サーバ装置１３は、往路飛行ルートと同じ方向に飛行する飛行ルートを船舶上空飛行ルートとして決定するとともに、走査方向が、土質材料Ｌの縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向のいずれとも平行とならないように、走査方向（角度Ｄ）を決定する。

そのため、数量検収システム２が備えるサーバ装置１３は、機能的な構成部として、数量検収システム１が備えるサーバ装置１３の機能的な構成（図５）に加え、角度Ｄを決定する角度決定部１３０７を備える。図１２は、数量検収システム２が備えるサーバ装置１３の機能的構成を示したブロック図である。

数量検収システム２において、飛行ルート決定部１３０４は、土質材料Ｌの外縁で囲まれた領域Ａの代表点Ｏの上空を、往路飛行ルートと同じ方向に通過する飛行ルートを、船舶上空飛行ルートとして決定する。

数量検収システム１において、図９（ａ）〜（ｄ）を用いて説明した線Ｉ２を特定する処理は飛行ルート決定部１３０４が行う。数量検収システム２においては、線Ｉ２を特定する処理は角度決定部１３０７が行う。なお、線Ｉ２は、土質材料Ｌの縁の平面視画像を近似する直線（図９（ａ）、線Ｆ１〜Ｆ１２）と平行で領域Ａの代表点Ｏを通る直線（図９（ｂ）、線Ｈ１〜Ｈ４）のうち、最大の角度を成す２本の直線の間の角（図９（ｃ）、角θ２、θ３）の２等分線（そのような角が複数ある場合は、ドローン１２の飛行方向との角度が最大のもの）である。

角度決定部１３０７は、レーザ光による走査方向が上記のように特定した線Ｉ２の方向と一致するように角度Ｄを決定する。図１３は、角度決定部１３０７が決定する角度Ｄを示した図である。

図１４Ａ及び図１４Ｂ（以下、図１４Ａと図１４Ｂを図１４と総称する）は、土質材料の数量の算出のために、数量検収システム２のタブレットＰＣ１１、ドローン１２、サーバ装置１３の各々が行う動作のシーケンス図である。図１４のシーケンス図において、図７のシーケンス図と共通するステップには図７において用いられている符号が付されている。

数量検収システム２においては、サーバ装置１３が船舶上空飛行ルートデータをドローン１２に送信する際、角度決定部１３０７が決定した角度Ｄを示す角度データも併せてドローン１２に送信する（ステップＳ２０１）。

ドローン１２は、サーバ装置１３から角度データを受信すると、走査方向とドローン１２の前進飛行方向とが成す角度が、角度データが示す角度Ｄとなるように、二次元照射レーザスキャナ１２６の測距ユニットの角度を変更する（ステップＳ２０２）。その後、ドローン１２は、船舶上空飛行ルート（往路飛行ルートの延長線上の飛行ルート）に従い飛行しながら二次元照射レーザスキャナ１２６による測距を行い、生成した距離データ群を順次、サーバ装置１３に送信する（ステップＳ１１４）。

数量検収システム２においても、数量検収システム１における場合と同様に、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの縁を近似する直線のいずれとも平行とならない。従って、数量検収システム２によって算出される土質材料Ｌの数量もまた、数量検収システム１によって算出される土質材料Ｌの数量と同様に、土質材料Ｌの縁の上の測定点が得られないことに起因する誤差を含むことはない。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係る数量検収システム３を説明する。数量検収システム３は、第１実施形態に係る数量検収システム１と同様に、タブレットＰＣ１１、ドローン１２、サーバ装置１３を備える（図１）。

数量検収システム３の構成及び動作は、多くの点で数量検収システム１の構成及び動作と共通している。従って、以下に数量検収システム３が数量検収システム１と異なる点のみを説明し、共通する点の説明は省略する。

第１実施形態に係る数量検収システム１は、二次元照射レーザスキャナ１２６により三次元形状を測定する対象物の縁を、カメラ１２７で撮影した画像から認識する。数量検収システム３は、画像から対象物の縁を認識することに代えて、三次元形状を測定する対象物である土質材料Ｌの平面視形状の縁のうち外縁を、船舶９の位置と方位と、船舶９における土倉９１の位置と形状とに基づき特定する。そして、数量検収システム３は、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向が、特定した土質材料Ｌの平面視形状の外縁を近似する直線のいずれとも平行とならないように、船舶上空飛行ルートを決定する。

図１５は、数量検収システム３が備えるタブレットＰＣ１１のハードウェア構成を示したブロック図である。数量検収システム３が備えるタブレットＰＣ１１は、数量検収システム１が備えるタブレットＰＣ１１の構成部に加え、コンパス１１５とジャイロセンサ１１６を備える。コンパス１１５とジャイロセンサ１１６はコンピュータ１１１の入出力インタフェース１１１３に接続されている。

コンパス１１５は、地球の磁場の方向を計測することにより、タブレットＰＣ１１の現在の方位を計測する。

ジャイロセンサ１１６は、３本の基準軸の各々に対する単位時間当たりの角度の変化（角加速度）を計測する３軸ジャイロセンサであり、タブレットＰＣ１１の現在の姿勢（ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の各々の軸周りの角度）を計測する。

タブレットＰＣ１１が船舶９の所定の位置及び方向に配置された場合、ＧＮＳＳユニット１１２、コンパス１１５、ジャイロセンサ１１６の各々が計測する位置、方位、姿勢は、船舶９の現在の位置、方位、姿勢を示すことになる。

数量検収システム３が備えるドローン１２のハードウェアの構成は、数量検収システム１が備えるドローン１２のハードウェアの構成（図３参照）と同じである。ただし、数量検収システム３においては、ドローン１２がカメラ１２７を備えていなくてもよい。

数量検収システム３が備えるサーバ装置１３のハードウェアの構成は、数量検収システム１が備えるサーバ装置１３のハードウェアの構成（図４参照）と同じである。また、数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の機能的構成は、数量検収システム１が備えるサーバ装置１３の機能的構成（図５参照）と同じである。ただし、数量検収システム３においては、サーバ装置１３が画像認識部１３０３を備えていなくてもよい。

数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の通信部１３０１は、タブレットＰＣ１１から、船舶位置データに加え、コンパス１１５により計測した船舶９の現在の方位を示す船舶方位データ、ジャイロセンサ１１６により計測した船舶９の現在の姿勢を示す船舶姿勢データを継続的に受信する。

また、数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の通信部１３０１は、ドローン１２が船舶９の上空を飛行中に、ドローン１２から、二次元照射レーザスキャナ１２６により計測した土倉９１内の土質材料Ｌの三次元形状を表す距離データ群は受信するが、船舶９の画像を表す画像データは受信しない。

数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の記憶部１３０２には、予め、複数の船舶９の各々に関し、土倉９１の三次元形状を表す土倉形状データ、船舶９上のタブレットＰＣ１１が設置されるべき位置及び方向を示す端末設置データに加え、船舶９の三次元形状を示す船舶形状データ、船舶９における土倉９１の位置を示す土倉位置データが記憶されている。

数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の飛行ルート決定部１３０４は、船舶上空飛行ルートの決定において、船舶位置データが示す船舶９の現在の位置と、船舶方位データが示す船舶９の現在の方位とを用いて、土倉９１の現在の位置及び方位を特定する。そして、飛行ルート決定部１３０４は、特定した土倉９１の現在の位置及び方位と、飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置とを用いて、船舶上空飛行ルートを決定する。

数量検収システム３が備えるサーバ装置１３の数量算出部１３０５は、距離データ群に含まれる個々の距離データに関し、その距離データが生成されたタイミング（二次元照射レーザスキャナ１２６により測距が行われたタイミング）における船舶位置データが示す船舶９の位置、船舶方位データが示す船舶９の方位、船舶姿勢データが示す船舶９の姿勢、飛行体位置データが示すドローン１２の位置、飛行体方位データが示すドローン１２の方位、飛行体姿勢データが示すドローン１２の姿勢に基づき、ドローン１２と船舶９の位置関係を特定し、特定したドローン１２と船舶９の位置関係と距離データが示す距離とに基づき、船舶９の座標系における測距された点の座標を特定する。そのように特定される座標群が、土倉９１に積載されている土質材料を含む船舶９の表面の三次元形状を表すことになる。

図１６は、数量検収システム３において、土質材料の数量の算出のために、タブレットＰＣ１１、ドローン１２、サーバ装置１３の各々が行う動作のシーケンス図である。図１６のシーケンスに含まれる処理のうち、図７のシーケンスと異なる処理を以下に説明する。

タブレットＰＣ１１は、数量検収アプリの実行に伴い、ＧＮＳＳユニット１１２の計測結果を示す船舶位置データに加え、コンパス１１５の計測結果を示す船舶方位データ、ジャイロセンサ１１６の計測結果を示す船舶姿勢データを継続的にサーバ装置１３に送信する処理（ステップＳ３０１）を開始する。

その後、ドローン１２がサーバ装置１３により決定された往路飛行ルートに従い飛行し、船舶９に近づく。それに伴い、船舶位置データが示す船舶９の現在の位置と飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置との間の距離が所定の閾値以下となると、サーバ装置１３は、船舶上空飛行ルートの決定のための処理を行う。サーバ装置１３は、まず、様々な船舶に関し記憶している船舶形状データ、土倉位置データ、土倉形状データ、端末設置データのうちの、ステップＳ１０１においてタブレットＰＣ１１から受信した船舶識別データにより識別される船舶９に応じたデータと、タブレットＰＣ１１から受信した最新の船舶位置データ、船舶方位データとを用いて、土倉９１に対し所定の位置関係を有する２点の位置（三次元座標）を特定する（ステップＳ３０２）。以下、それら２点を「ウェイポイント」という。

図１７は、２つのウェイポイントの二次元平面上における位置の例を示した図である。なお、ウェイポイントＱ１及びＱ２の高さは、例えば船舶位置データが示す高さに所定の距離（例えば、２０ｍ）を加えた高さである。

サーバ装置１３は、まず、土倉９１の平面視形状の縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向を、土倉９１内に積載されている土質材料Ｌの平面視形状の外縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向として特定する。土倉９１の平面視形状とその方向は、土倉形状データが示す土倉９１の形状と、土倉位置データが示す船舶９における土倉９１の位置と、船舶方位データが示す船舶９の方位により特定される。この場合、土倉９１の平面視形状は船舶９の船首方向に延伸する直線状の縁Ｍ１及びＭ３と、それらに直行する直線状の縁Ｍ２及びＭ４で構成される矩形である。従って、サーバ装置１３は、縁Ｍ１及びＭ３が延伸する船首方向と、縁Ｍ２及びＭ４が延伸する船首方向に直交する方向とを、土質材料Ｌの平面視形状の外縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向として特定する。

続いて、サーバ装置１３は、土倉９１の平面視形状、すなわち、土質材料Ｌの平面視形状の代表点Ｏ（例えば、土倉９１の平面視形状の重心）を特定する。代表点Ｏは、船舶位置データが示すタブレットＰＣ１１の位置と、端末設置データが示す船舶９におけるタブレットＰＣ１１の位置と、土倉位置データが示す船舶９における土倉９１の位置と、土倉形状データが示す土倉９１の形状とにより特定される。図１７の例では、代表点ＯはタブレットＰＣ１１の設置位置（正確にはＧＮＳＳユニット１１２のアンテナの位置）から距離Ｎだけ前方の位置である。

続いて、サーバ装置１３は、代表点Ｏを中心とし、船舶９の船首方向と船首方向に直交する方向が成す角の２等分線の方向に延伸する所定の長さの線分Ｒを特定する。線分Ｒの長さは、船舶形状データが示す船舶９の幅（土倉９１の前後方向における中央位置における船舶９の幅）をＷとするとき、例えば（Ｗ＋４０）ｍである。サーバ装置１３は、線分Ｒの一方の端点をウェイポイントＱ１、他方の端点をウェイポイントＱ２として特定する。なお、この場合、線分Ｒと船舶９の船首方向とが成す角度は４５度となる。

サーバ装置１３は、上記のようにウェイポイントＱ１及びＱ２の位置を特定すると（図１６、ステップＳ３０２）、続いて、飛行体位置データが示すドローン１２の現在の位置からウェイポイントＱ１を通過した後にウェイポイントＱ２を通過する飛行ルートを船舶上空飛行ルートとして決定し、決定した船舶上空飛行ルートを示す船舶上空飛行ルートデータをドローン１２に送信する（ステップＳ１１３）。

数量検収システム３によれば、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光の走査方向が、土質材料Ｌの外縁を近似する直線（図７の縁Ｍ１〜Ｍ４）のいずれとも平行とならない。従って、数量検収システム３によって算出される土質材料Ｌの数量は、土質材料Ｌの外縁の上の測定点が得られないことに起因する誤差を含むことはない。

［変形例］
上述の実施形態は本発明の一具体例であって、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形可能である。以下にそれらの変形の例を示す。なお、以下に示す２以上の変形例が適宜組み合わされてもよい。

（１）上述した実施形態においては、三次元形状の測定の対象物は土質材料であるものとしたが、これに限られない。また、船舶等より運搬される物でなくてもよい。例えば、地上に固定配置されている物体でもよい。

（２）上述した実施形態においては、ドローン１２とサーバ装置１３との間の通信、及びタブレットＰＣ１１とサーバ装置１３との間の通信は、移動体通信網を介して行われるものとしたが、これらの装置間の通信に用いられるネットワークは移動体通信網に限られない。例えば、タブレットＰＣ１１、ドローン１２及びサーバ装置１３が衛星と無線通信を行う通信ユニットを備えるものとしてもよい。この場合、タブレットＰＣ１１、ドローン１２あるいはサーバ装置１３は、移動体通信網の電波が届かない場合、衛星通信網を介して通信を行ってもよい。

また、例えば、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従い飛行中に二次元照射レーザスキャナ１２６により生成する距離データ群をサーバ装置１３に送信せずに記憶しておき、ドローン１２が基地に着陸した後に、基地に配置されている無線アクセスポイント（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）の通信プロトコルに従うアクセスポイント）を介してサーバ装置１３に送信してもよい。

（３）上述した実施形態においては、船舶９上のタブレットＰＣ１１とサーバ装置１３とが直接通信を行うものとしたが、直接通信を行わなくてもよい。その場合、例えば、ドローン１２のコンピュータ１２１が飛行ルート決定部、数量算出部として機能するものとしてもよい。

この場合、ドローン１２のコンピュータ１２１は、船舶９の航行スケジュール（日時と、日時に対応する船舶９の位置の情報）を記憶しており、ドローン１２のコンピュータ１２１により実現される飛行ルート決定部が、船舶９の現在位置を航行スケジュールから特定することにより往路飛行ルートを決定する。ドローン１２が船舶９に近づき、例えばＷｉＦｉ（登録商標）での無線通信によりタブレットＰＣ１１との通信が可能となったら、ドローン１２は、タブレットＰＣ１１から船舶９の現在位置データを受信し、船舶上空飛行ルートを決定する。

ドローン１２は、決定した船舶上空飛行ルートに従って飛行するとともに、ドローン１２のコンピュータ１２１により実現される数量算出部が土質材料Ｌの表面の三次元形状を特定する。そして、船舶上空飛行ルートに従った飛行を終了した後、土質材料Ｌの数量を算出し、算出した土質材料Ｌの数量を示す数量データを記憶する。その後、ドローン１２は、飛行ルート決定部により復路飛行ルートを決定し、基地へ向かい飛行する。ドローン１２が陸に近づき、サーバ装置１３と通信可能となると、ドローン１２からサーバ装置１３に記憶された数量データが送信される。なお、ドローン１２が行う処理の一部がサーバ装置１３で行われてもよい。例えば、ドローン１２は二次元照射レーザスキャナ１２６で測定した距離データ群をサーバ装置１３に送信し、三次元形状の特定および土質材料Ｌの数量の算出はサーバ装置１３が行ってもよい。

（４）上述した実施形態においては、ドローン１２とタブレットＰＣ１１の両方がサーバ装置１３との間で通信を行う。これに代えて、ドローン１２及びタブレットＰＣ１１の一方のみがサーバ装置１３と通信を行う構成が採用されてもよい。

例えば、タブレットＰＣ１１はサーバ装置１３と通信可能であるが、ドローン１２はサーバ装置１３と通信不可である場合に、タブレットＰＣ１１がドローン１２とサーバ装置１３との間の通信の中継を行ってもよい。その場合、上述した実施形態においてドローン１２がサーバ装置１３に送信するものとしたデータは、ドローン１２からタブレットＰＣ１１に送信され、タブレットＰＣ１１がそれらのデータをサーバ装置１３に送信する。また、上述した実施形態においてサーバ装置１３がドローン１２に送信するものとしたデータは、サーバ装置１３からタブレットＰＣ１１に送信され、タブレットＰＣ１１がそれらのデータをドローン１２に送信する。

また、タブレットＰＣ１１はサーバ装置１３と通信不可であるが、ドローン１２はサーバ装置１３と通信可能である場合に、ドローン１２がタブレットＰＣ１１とサーバ装置１３との間の通信の中継を行ってもよい。

（５）上述した実施形態においては、ドローン１２は飛行中、常時、飛行体位置データ、飛行体方位データ、飛行体姿勢データをサーバ装置１３に送信するものとした。また、上述した実施形態において、タブレットＰＣ１１は数量検収アプリが実行されている間、常時、船舶位置データ、船舶方位データ、船舶姿勢データをサーバ装置１３に送信するものとした。これらのデータは、サーバ装置１３が必要とする期間のもののみ、サーバ装置１３に送信されてもよい。

例えば、ドローン１２が往路飛行ルートに従い飛行している間、サーバ装置１３は往路飛行ルートデータを更新するために船舶位置データと飛行体位置データを必要とするが、飛行体方位データ、飛行体姿勢データを必要としない。従って、ドローン１２が往路飛行ルートに従い飛行している間、ドローン１２は飛行体方位データ、飛行体姿勢データをサーバ装置１３に送らない構成が採用されてもよい。

（６）上述の実施形態においては、ドローン１２が飛行中、船舶９が移動していることが想定されている。ただし、ドローン１２が飛行中、船舶９が、例えば港や港付近の沖、工事現場等で停止していてもよい。この場合、船舶９の現在の位置を示す船舶位置データは、船舶９が停止した後に一度、サーバ装置１３に送信されれば足り、例えば所定時間の経過毎に継続的に送信される必要はない。

また、ドローン１２が飛行中、船舶９が停止している場合、上述した実施形態においてはドローン１２が船舶９の上空を飛行した後に実行されるものとした復路飛行ルートデータの送信のための処理（図７、ステップＳ１１７）が、往路飛行ルートデータの送信のための処理（図７、ステップＳ１０５）と同じタイミングで実行されてもよい。

（７）第１実施形態に係る数量検収システム１においては、三次元形状を測定する対象物である土質材料Ｌの縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向が１以上特定された場合、それらの方向のいずれとも、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向が平行とならないように、土質材料Ｌの上空における飛行ルートの方向が決定される。一方、第２実施形態に係る数量検収システム２においては、土質材料Ｌの縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向が１以上特定された場合、それらの方向のいずれとも、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向が平行とならないように、当該走査方向が決定される。これらが組み合わされてもよい。

例えば、二次元照射レーザスキャナ１２６が照射するレーザ光による走査方向とドローン１２の前進飛行方向とが成す角度Ｄが所定範囲内で可変（例えば、前進飛行方向に対し左右３０度の範囲で可変等）である場合、ドローン１２が船舶上空飛行ルートに従い土質材料Ｌの上空を飛行中に船舶９の方向が変化しても、サーバ装置１３はドローン１２の飛行の方向は可能な限り変更せず、角度Ｄを変更するようにドローン１２に角度データを送信する。この変形例によれば、ドローン１２は船舶９の進路変更に伴い飛行方向を頻繁に変更する必要がない。

１…数量検収システム、２…数量検収システム、３…数量検収システム、９…船舶、１１…タブレットＰＣ、１２…ドローン、１３…サーバ装置、９１…土倉、１１１…コンピュータ、１１２…ＧＮＳＳユニット、１１３…無線通信ユニット、１１４…タッチスクリーン、１２１…コンピュータ、１２２…ＧＮＳＳユニット、１２３…コンパス、１２４…ジャイロセンサ、１２５…無線通信ユニット、１２６…二次元照射レーザスキャナ、１２７…カメラ、１３１…コンピュータ、１３２…通信ユニット、１３３…ディスプレイ、１１１１…プロセッサ、１１１２…メモリ、１１１３…入出力インタフェース、１２１１…プロセッサ、１２１２…メモリ、１２１３…入出力インタフェース、１３０１…通信部、１３０２…記憶部、１３０３…画像認識部、１３０４…飛行ルート決定部、１３０５…数量算出部、１３０６…表示部、１３０７…角度決定部、１３１１…プロセッサ、１３１２…メモリ、１３１３…入出力インタフェース。

Claims (3)

1. 飛行体に搭載された二次元照射レーザスキャナにより物体の三次元形状を測定する測定方法であって、
   前記物体の縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向を特定するステップと、
   前記方向を特定するステップにおいて１以上の方向が特定された場合、前記二次元照射レーザスキャナが照射するレーザ光による走査方向が前記１以上の方向のいずれとも平行とならないように、前記飛行体の前記物体の上空における飛行ルート及び前記二次元照射レーザスキャナのレーザ光による走査方向の少なくとも一方を決定するステップと、
   前記決定するステップにおいて決定された飛行ルート及び走査方向の少なくとも一方に従い、飛行中の前記飛行体から前記二次元照射レーザスキャナがレーザ光を照射して前記物体の三次元形状を測定するステップと
   を備える物体の三次元形状の測定方法。
2. 前記方向を特定するステップは、
   前記飛行体に搭載されたカメラにより前記物体を撮影するステップと、
   前記撮影するステップにおいて撮影された画像から前記物体の縁を特定するステップと、
   前記画像から特定された前記物体の縁の少なくとも一部を直線で近似するステップと
   を含む請求項１に記載の物体の三次元形状の測定方法。
3. 前記方向を特定するステップは、
   前記物体の平面視形状と前記物体の方位とを示すデータを取得するステップと、
   前記データに基づき前記物体の平面視形状の縁のうち直線と見なせる部分が延伸する方向を特定するステップと
   を含む請求項１に記載の物体の三次元形状の測定方法。