JP2020203564A - 点検用飛行装置および点検方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁等の既設構造物において、観察対象の大きさを容易に把握することが可能な点検用飛行装置および、点検方法を提供する。【解決手段】点検用の飛行装置１０は飛行体１１と、観察対象２０を撮影する撮影部１２と、観察対象の大きさを測る、測定目盛１３とを備える。また、点検方法は、観察対象２０を撮影する撮影部１２が備える非接触距離計による距離測定工程と、測定目盛１３による大きさの測定工程とを含み、観察対象２０の大きさを算出することができるものである。【選択図】図１

Description

本発明は、点検用飛行装置および点検方法に関する。

近年、橋梁や管梁などの既設構造物において老朽化が進んでおり、安全性や機能の確保のため、定期的な目視点検を必要としている。
しかしながら、例えば、渓谷に架設された橋梁等の点検では目視点検が困難な場合がある。また、橋梁内部の点検では、狭隘であるため点検作業が困難な場合がある。こうした場所の目視点検を安全性を確保しながら行うと、費用や時間がかかってしまう。そこで、近年では、撮影機能を有するドローン（飛行装置）を利用した点検用飛行装置が開発されている。

撮影機能を搭載した点検用飛行装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の点検用飛行装置は、周囲の状況を調査する調査装置を搭載し、飛行装置により飛行する飛行型調査機である（図３参照）。この飛行型調査装置は、構造物に固定可能な固定装置を備えている。

特開２０１７−１０９５９３号公報

しかし、特許文献１に係る点検用飛行装置では、損傷等が特定できたとしても、その損傷の大きさは、現地に作業員が行かなければ確認することができない。

そこで、本発明は、橋梁等の既設構造物において、観察対象の大きさを容易に把握することが可能な点検用飛行装置および、点検方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る点検用飛行装置は、飛行体と、前記飛行体に搭載された撮影部と、を備える点検用飛行装置であって、前記撮影部の撮影範囲内に設置された測定目盛を備えた、ことを特徴とした点検用飛行装置である。

このような構成によれば、撮影部が撮影する画像内に、観察対象と一緒に測定目盛を映すことができるので、画像内において観察対象と測定目盛を対比することで、観察対象の大きさを容易に把握することが可能である。

また、前記撮影部から観察対象物までの距離を測定可能な非接触距離計をさらに備える構成とすることができる。

このような構成によれば、観察対象物のより正確な大きさを測定することが可能である。

また、前記飛行体を支持する第１ジンバルと、前記第１ジンバルに回転可能に支持された第２ジンバルと、前記第２ジンバルの両端に回転可能に支持された球状外殻とを備える構成とすることができる。

このような構成によれば、障害物と接触した際にも前記飛行体の安定が保たれるため、狭隘部における点検も可能となり、より正確な観察対象の撮影が可能である。

また、前記測定目盛は前記第１ジンバルに設けられる構成とすることができる。

このような構成によれば、測定目盛を支持する部材を別途用意する必要がないので、測定目盛を設けても、飛行体や球状外殻に干渉することがない。

上記課題を解決する本発明に係る点検方法は、飛行体と、前記飛行体に搭載された撮影部と、を備える飛行装置を用いた点検方法であって、点検箇所に前記飛行装置を配置する工程と、前記撮影部により、前記飛行体に設置された測定目盛および観察対象を撮影する工程と、前記撮影部と前記観察対象までの距離を測定できる非接触距離計により、前記観察対象までの距離を測定する工程と、前記撮影部で撮影された画像内において前記観察対象と前記測定目盛とを対比した結果と、前記非接触距離計の測定結果に基づいて、観察対象の大きさを算出する工程と、を有するものである。

このような構成によれば、撮影された観察対象の損傷の大きさを画像内で判定することができる。さらに、非接触距離計によって、観察対象と撮影部との距離を判定することができる。よって画像内での損傷の大きさと、撮影部から観察対象までの距離とを測ることができるため、実際の損傷部の大きさを容易に算出することが可能である。

本発明によると、橋梁等の既設構造物において、観察対象の大きさを明確に測定することが可能な点検用飛行装置および点検方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る点検用飛行装置の点検対象を撮影する際の概略図である。 本発明の実施形態に係る点検用飛行装置のうち球状外殻を除く部分を上から見た図である。 撮影部によって撮影される測定目盛と観察対象を示す模式図である。 観察対象と飛行装置の距離関係を示す図である。 点検用飛行装置による点検フロー図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）を、図を参照しながら説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

<点検用飛行装置>
本実施形態に係る点検用飛行装置１０（以下、「飛行装置１０」と称する。）について、図１および図２を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る飛行装置１０の正面図である。
本実施形態に係る飛行装置１０は、図１に示すように、飛行体１１と、飛行体１１に取り付けられた撮影部１２とを備える。本実施形態の飛行装置１０は、さらに、測定目盛１３と、球状外殻１４と、第１ジンバル１５と、第２ジンバル１６とを備える。
図１に示す観察対象２０は、ひび割れや塗装の剥がれ等、異常箇所と認められる部分である。本実施形態の飛行装置１０を利用して点検される、損傷部や異常部分については、すべて観察対象２０として説明する。

飛行体１１は、ドローンと呼ばれる遠隔操作可能な小型のもので、図２に示す通り、本実施形態の飛行体１１はプロペラが４枚の構造を採用している。ドローンの主な機構は周知の技術と同様であり、一般的に購入可能なものである。なお、プロペラの数は、４枚に限定されるものでなく適宜選択されるものである。

飛行体１１は、無線で飛行するものであり、操縦者が操作端末を用いて、無線操作を行う。無線通信の方式や手段は特に限定されず、周波数は一般的に使用されている２．４ＧＨｚ帯を使用することができる。中継局とする飛行体１１を複数用いてもよい。中継局とする別のドローンを用いることにより、点検中に通信が切断されることによって発生する不具合を防ぐことができる。

また、図１および図２には示されていないが、飛行体１１は、プロペラの駆動や撮影部１２の動作に必要なバッテリ、無線通信部等を備えている。

撮影部１２は、静止画または動画を取得可能なカメラであり、飛行体１１に搭載されている。撮影部１２によって撮影された飛行中の画像は、無線通信回線を介して外部モニタに写しだすことが可能である。本実施形態の撮影部１２は、赤外線やレーザ光等を利用した測距機能を有する高感度カメラである。これらの機能は、撮影部１２から観察対象２０までの距離を測定する、距離計として用いられる。

距離計としては、非接触距離計であることが好ましい。また、本実施形態で使用する非接触距離計は、レーザ距離計であるが、本発明はこれに限定されず、例えば、光学式距離計や超音波式の距離計であってもよい。

撮影部１２は、飛行体１１に対して上下方向に回転可能且つ左右方向に回転可能に取り付けられていることが好ましい。撮影部１２が飛行体１１に対して回転可能に取り付けられている場合、観察対象２０を撮影するために飛行体１１そのものを回転等させる必要がない。例えば飛行体１１を所定の位置に留めた状態で、撮影部１２を回転させることにより、観察対象２０の周辺の画像を撮影できる。

なお、撮影部１２は、飛行体１１に固定されていてもよい。
撮影部１２が固定されている場合には、飛行体１１を所定の位置に止めた状態で、飛行体１１を回転させることにより、周囲の状況を撮影することができる。

撮影部１２で取得した情報は、無線通信回線を介して外部モニタに表示させることができる。この場合には、操縦者は外部モニタに表示される画像を見て飛行体１１を操作することができる。外部モニタを見て、損傷等の異常が認められた場合には、そこで、飛行体１１を停止（ホバリング）させ、撮影を開始する。

本実施形態の撮影部１２は、１台のカメラにより撮影を行うが、本発明はこれに限定されず、複数のカメラを死角のないように設けてもよい。また、カメラを複数備える場合、他のカメラは、撮影部１２とは異なる画像を撮影できるようにしてもよい。

測定目盛１３は、撮影部１２の撮影範囲内に設けるものとする。測定目盛１３は、例えば、第１ジンバル１５に設けることができる。
また、測定目盛１３は、損傷部の大きさ（長さ）を判断することのできる目盛が付いたものであればよく、観察対象２０を適正に測定できるものであれば、いかなる構成を有していてもよい。

例えば測定目盛１３は、目盛が付された既存の定規やスケール等で構成してもよいし、第１ジンバル１５に直に付した刻印あるいは目印で構成してもよい。また、既存のスケール等を測定目盛１３とする場合には、定規等を第１ジンバルの表面に貼りつければよい。

図１に示すように、球状外殻１４は、飛行体１１が障害物等に衝突あるいは接触することを防ぐために設けられている。球状外殻１４は、飛行体１１を覆うように設置されおり、球状に近い正多面体の構造である。
球状外殻１４は、棒状構造体１４１と連結部分１４２によって構成される複数の三角形によって組み上げられた構造としてもよい。

球状外殻１４は、狭隘部を効率的に点検する観点から、その直径は４０ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３０ｃｍ以下である。
また、球状外殻１４をタイヤのように使い、壁や天井といった観察対象の表面を転がりながら、撮影部１２による接写画像を撮ることもできる。

球状外殻１４は、撮影の際に安定した撮影が可能となるように固定機能を有しているものでもよい。例えば連結部分１４２の一部を磁石とすることで、周囲の壁や天井に磁着させ、固定するようにしてもよい。このようにすると、飛行装置１０を鉄製、鋼製の部材に固定することができるので、観察対象２０を安定して撮影することが可能となる。

第１ジンバル１５と飛行体１１とは、第１の軸１７を介して支持されている。また、第１ジンバル１５と第２ジンバル１６とは、第２の軸１８を介して回転可能に支持されている。さらに、第２ジンバル１６と球状外殻１４は、第３の軸１９を介して、回転可能に支持されている。本実施形態の球状外殻１４は飛行体１１に対して２軸で回転自由である。つまり、第２ジンバル１６と球状外殻１４は外部と衝突した際にそれぞれ別々に回転するため、飛行体の１１の飛行方向に対して影響を与え難い構造とすることができる。そのため、橋梁の狭隘部での点検において、周辺の障害物と接触しても飛行体１１は安定して飛行することが可能である。

図２に示す、第１ジンバル１５および第２ジンバル１６は、環状の八角形であるが、本発明はこれに限定されず、例えば六角形や円形であってもよい。

<点検方法>
次に、本実施形態の飛行装置１０を用いて橋梁等の既設構造物の点検を行う手順について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の飛行装置１０によって橋梁等の既設構造物を点検する際の流れを示したフローチャート図である。

まず、操縦者は、操作端末で飛行装置１０を操縦し、観察対象２０の目視調査を行う（ステップＳ１）。

目視調査において、損傷等が認められた場合、損傷部分を観察対象２０として撮影を開始する。操縦者は、飛行装置１０を観察対象２０が撮影可能な位置に固定あるいはホバリングさせる（ステップＳ２）。

次に、観察対象２０の画像を撮影部１２により取得する。すなわち、操縦者は、撮影部１２により取得される動画内に観察対象２０および測定目盛１３が一緒に写っていることを確認したら、静止画を記録する操作又は動画の記録を開始する操作を行い、観察対象２０の撮影を開始する（ステップＳ３）。なお、撮影部１２により取得される動画を常時録画している場合には、画像内に観察対象２０と測定目盛１３が一緒に写っていることを確認すればよい。

ステップＳ３により観察対象２０の撮影が行われると、撮影部１２はレーザ距離計によって、その撮影した位置から観察対象までの距離を測定する（ステップＳ４）。
また、必要な範囲の調査が終了した場合、飛行装置１０を帰還させる。
なお、ステップＳ３とステップＳ４同時であってもよいし、ステップＳ４を先に行い、後にステップＳ３を行ってもよい。

次に、前記した撮影部１２により撮影された画像から、観察対象２０の大きさを算出する方法を、図３を参照して具体的に説明する。
図３Ａは、撮影部１２によって撮影される観察対象２０の模式図である。図３Ａに示すように、まず、撮影部１２によって測定目盛１３と観察対象２０とが一緒に写った画像において、測定目盛１３と観察対象２０とを対比することで、画像内における観察対象２０の大きさ（長さ）Ｗ１を判断する。

図３Ｂは、撮影時の飛行装置１０と観察対象２０の距離関係を示す概略図である。
図中において、距離Ｌ２は、撮影部１２に備えられるレーザ距離計により取得された撮影部１２から観察対象２０までの距離である。なお、撮影部１２から測定目盛１３の距離Ｌ１は、常に一定値（既知の値）である。

ここで、画像内における観察対象２０の大きさ（長さ）Ｗ１と、観察対象２０の実際の大きさ（長さ）Ｗ２と、撮影部１２から第１ジンバル１５までの距離Ｌ１と、レーザ距離計により測定した距離Ｌ２との間には、比例の関係が成り立つ。つまり、観察対象２０の実際の大きさＷ２は、Ｗ１×Ｌ２/Ｌ１によって求めることができる。

例えば、Ｌ１が１０ｃｍ、Ｗ１が１５ｃｍ、Ｌ２が３０ｃｍであった場合、Ｗ２は４５ｃｍとなる。したがって、画像内での観察対象２０の大きさＷ１と、レーザ距離計によって測定する距離Ｌ２を取得するだけで、観察対象２０の実際の大きさを算出することが可能である。

以上のような点検方法であれば、作業員が現地に直接行って観察対象２０の大きさ等を測定する必要がなく、飛行装置１０を利用して画像を取得するのみで、後の作業を事務所で行うことができる。すなわち、現地においては、損傷等が認められた箇所や、点検が必要な箇所の撮影を行うとともに、距離を測定すればよい。なお、損傷の大きさの確認作業は、現地において行ってもよい。また、撮影した画像に対して専用のツールを用いて解析を行い、損傷等を自動で検出できるようにしてもよい。

以上説明した飛行装置１０によれば、撮影部１２により観察対象２０の確認ができるだけでなく、第１ジンバル１５に備えた測定目盛１３と観察対象２０とが一緒に写った画像を取得することができる。そして、画像内において測定目盛１３と観察対象２０とを対比し、さらに、撮影部１２に備えられた非接触距離計によって得られた撮影部１２と観察対象２０までの距離を利用することで、観察対象２０の実際の大きさを容易に算出することが可能である。そのため、作業員が観察対象を直接目視できない場合であっても、観察対象２０の大きさを測定することが可能であり、ひいては、点検に必要な時間や設備や人数を低減ことができるため、点検に要するコストを低く抑えることが可能である。

以上、本発明について説明したが、本発明は、前記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態や変形例が備える全ての構成を備えるものに限定されない。実施形態や変形例の構成の一部を他の構成に置き換えたり、省略してもよい。

１０ 飛行装置
１１ 飛行体
１２ 撮影部
１３ 測定目盛
１４ 球状外殻
１５ 第１ジンバル
１６ 第２ジンバル
１７ 第１の軸
１８ 第２の軸
２０ 観察対象

Claims (5)

1. 飛行体と、前記飛行体に搭載された撮影部と、を備える点検用飛行装置であって、
   前記撮影部の撮影範囲内に設置された測定目盛を備えた、
   ことを特徴とする点検用飛行装置。
2. 前記撮影部から観察対象までの距離を測定可能な非接触距離計をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の点検用飛行装置。
3. 前記飛行体に支持された第１ジンバルと、
   前記第１ジンバルに回転可能に支持された第２ジンバルと、
   前記第２ジンバルの両端に回転可能に支持された、球状外殻とを備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点検用飛行装置。
4. 前記測定目盛が前記第１ジンバルに設けられる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の点検用飛行装置。
5. 飛行体と、前記飛行体に搭載された撮影部と、を備える飛行装置を用いた点検方法であって、
   点検箇所に前記飛行装置を配置する工程と、
   前記撮影部により、前記飛行体に設置された測定目盛および観察対象を撮影する工程と、
   前記撮影部と前記観察対象までの距離を測定可能な非接触距離計により、前記観察対象までの距離を測定する工程と、
   前記撮影部で撮影された画像内において前記観察対象と前記測定目盛とを対比した結果と、前記非接触距離計の測定結果に基づいて、前記観察対象の大きさを算出する工程と、
   を有する点検方法。

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