JP2021020672A - 移動体、探査測量装置および探査測量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空中および水上において移動可能であり、水域及びその周辺の陸地についての探査測量を容易に行う。【解決手段】移動体（探査測量装置１０）は、空中飛行および水上航行が可能である。本体５０と、本体５０の下方に取り付けられ水上に浮遊するためのフロート５８と、本体５０の周辺に取り付けられ空中飛行および水上航行のための推力を発生する推力源（回転翼４０）と、を含む。推力源（回転翼４０）は、本体５０の前後方向の一方側に配置される一方側回転翼（後方回転翼４０ｂ）を含み、一方側回転翼（後方回転翼４０ｂ）は、本体５０の左右幅方向に伸びる軸を中心として回動し、その回転翼が上下方向を向く横方向と、前後方向を向く縦方向に設定可能である。【選択図】図５

Description

本発明は、空中飛行および水上航行が可能な移動体、この移動体を含む探査測量装置、およびこの移動体を利用する探査測量方法に関する。

従来、空中飛行および水上航行が可能な移動体として、水上で離着陸できる水上機などがある。また、無人飛行体である、いわゆるドローンにおいても、空中飛行、水上移動、陸上走行などが可能なものも知られている。

ここで、湖沼、溜池、河川、海上、港湾などの深浅測量などの探査測量は、ボートを用いた人による作業や、潜水士による水中作業などによっていた。なお、通常は、水質調査のためのサンプリングや、水量調査なども行っている。

しかし、このような探査測量、調査は、多大な労力と、時間を要する。また、地形によっては、ボートの搬入などが困難な場合もある。

特許文献１には、無線によって操作される無人航空機から水文調査装置を搭載したフロート（浮力体）を吊り下げ、これを水上に浮遊させて、探査測量を行うことが記載されている。また、特許文献１には、無人航空機からケーブルを伸ばし、水深を計測することについても記載されている。

特許文献２には、無人航空機を利用した試料のサンプリングについて記載されている。また、特許文献３には、空中飛行し、水上航行できる水空両用無人機が示されている。

特開２０１９−７７２９３号公報 特開２０１９−８２４１７号公報 特開２０１８−２４４３１号公報

しかし、特許文献１では、無線操作によって無人航空機を操作するため、水域の探査測量の作業には手間が掛かる。また、特許文献３に示される無人機は、水底の探査測量などの比較的長い水上航行には適さない。

本発明は、空中および水上において容易に移動可能であり、陸域（水際）および水域探査測量を行うのに適した移動体、この移動体を用いて探査測量装置および探査測量方法を提供することを目的とする。

本発明は、空中飛行および水上航行が可能な移動体であって、本体と、前記本体の下方に取り付けられ、水上に浮遊するためのフロートと、前記本体の周辺に取り付けられ、空中飛行および水上航行のための推力を発生する推力源と、を含み、前記推力源は、前記本体の前後方向の一方側に配置される一方側回転翼を含み、前記一方側回転翼は、前記本体の左右幅方向に伸びる軸を中心に回動し、その回転翼が上下方向を向く横方向と、回転翼が前後方向を向く縦方向に設定可能である。

前記一方側回転翼を横方向に設定した場合に前記一方側回転翼を前記本体の前後方向に伸びる軸を中心に回動させる回動機構を有し、前記一方側回転翼を縦方向に設定した場合に前記回動機構を用いて前記一方側回転翼を前記本体の上下方向に伸びる軸を中心に回動可能であり、空中飛行時において、前記一方側回転翼を横方向に設定し、前記回動機構により前記一方側回転翼を前記本体の前後方向に伸びる軸を中心に回動させることで、ヨーイングモーメントを発生し、水上航行時において、前記一方側回転翼を垂直方向に設定した状態で、前記回動機構により前記一方側回転翼を前記本体の上下方向に伸びる軸を中心に回動させることで、ヨーイングモーメントを発生するとよい。

さらに、自位置を検出する位置検出器と、方位を検出する方位検出器と、前記推力源を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記位置検出器および前記方位検出器の検出結果に基づき前記推力源を制御するとよい。

前記方位検出器は、前記本体に３次元移動可能に取り付けられたジャイロを含み、前記ジャイロを３次元移動したときの出力によりジャイロを自動的に校正するとよい。

さらに、空中ルートおよび水上ルートを含む予め定められている移動ルートを記憶する記憶部を含み、前記制御部は、前記位置検出器により検出される自位置と前記方位検出器により検出される方位を参照して、前記記憶部に記憶されている空中ルートを自律的に飛行するとともに、前記記憶部に記憶されている水上ルートを自律的に航行するように、前記推力源を制御するとよい。

上述した移動体を含む探査測量装置であって、さらに、前記水上ルートの水上航行時に、水底位置を検出する水底検出器を含み、前記水底検出器により、探査測量結果を得る。

前記水底検出器は、基準スケールを含み、この基準スケールを用いて前記水底検出器を随時校正するとよい。

さらに、前記空中ルートの飛行時に、地表位置および所定水深までの浅い水底位置を検出する地表検出器を含み、前記地表検出器により、探査測量結果を得るとよい。

上述した探査測量装置を使用する探査測量方法であって、探査測量の対象領域についての地図情報に基づいて、前記移動ルートを決定し、前記探査測量装置を決定された前記移動ルートに沿って移動させ、その際の前記水底検出器および前記地表検出器で検出した検出結果を記憶し、前記記憶された検出結果に基づき、水底および地表の形状を、前記探査測量結果として得る。

上述した探査測量装置を複数用い、複数の探査測量装置から同一時点での探査測量結果を得る。

上述した移動体であって、前記フロートは、平面視では中央部の幅が大きく前方および後方に向けて先細り状であり、正面視では上面が直線で前端は下方に向けて後方に退避し、後端は下方に向けて前方に退避しているとよい。

本発明によれば、移動体が空中および水上において移動可能であり、水域及びその周辺の陸地についての探査測量を効果的に行うことができる。

実施形態に係る移動体を用いた探査測量の全体動作を示す模式図である。 移動体の一例である探査測量装置の構成の一例を示すブロック図である。 探査測量装置の外観を模式的に示す正面図である。 探査測量装置の外観を模式的に示す平面図である。 探査測量装置の外観を模式的に示す右側面図である。 後方回転翼の幅方向傾き調整について示す図である。 後方回転翼の向きの変更について示す図である。 探査測量装置と管理端末１２の接続を示す図である。 探査測量についての手順を示すフローチャートである。 水底探査測量に用いる測定器の一例の構成を示す図である。 探査測量装置が航行する水上ルートの一例を示す図である。 探査測量装置が航行する水上ルート（一部飛行）の一例を示す図である。 ジャイロの校正のための構成を示す図である。 後方回転翼の左右幅方向軸回りの回動の他の構成例について示す図であり、（ａ）は後方回転翼が上下方向を向いている空中の状態、（ｂ）は後方回転翼４０ｂが前後方向を向いている水上の状態を示す図である。 起立部の斜視図であり、（ａ）は斜め前方、（ｂ）はほぼ前方から見た図である。 起立部を示す図であり、（ａ）は前方、（ｂ）は側方、（ｃ）下方から見た図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。なお、以下においては、実施形態に係る、空中飛行および水上航行が可能な移動体を、陸域（水際）および水底等の探査測量を行う探査測量装置１０として用いた例について説明する。

「全体動作」
図１は、実施形態に係る移動体を用いた探査測量の全体動作を示す模式図である。図１における左側は平地となっているが、右に行くにしたがって急に高くなり、その後崖のようにして下り、その右側が湖沼のような水域になっており、水域に接近することが容易でない。本実施形態では、空中ルートの飛行および水上ルートの航行が可能な移動体を用いて、水域およびその周辺の陸地についての探査測量を行う。すなわち、陸上の地表の３次元位置（陸上の地形）および水域の地表（水底）の３次元位置（水底の形状）を連続的、シームレスに計測するとともに、水のサンプリング、水量測定などを行う。

まず、現地に到着した場合には、基地を設けここに移動体としての探査測量装置１０を配置する。この基地の位置は、予め決定した位置とするのがよいが、現地にて決定してもよい。現地で決定した場合には、探査測量装置１０に基地位置を登録する。

探査測量装置１０は、空中ルート及び水上ルートを含む移動ルートを予め記憶している。そこで、探査測量装置１０に探査測量の開始を指示することで、自動的に空中ルートを飛行して、水域の着水点に着水し、その後、自動的に水上ルートを航行し、離水点から空中に飛び上がり、基地に戻ってくる。このような移動は探査測量装置１０において自律的に行われる。

また、空中ルート及び水上ルートの移動時に、探査測量装置１０に搭載している各種の測定器を用いて、陸上の地表の３次元位置及び水域の水底の３次元位置の計測が行われるとともに、水のサンプリングや水量、流向、流速等の測定が適宜行われる。また、放射性物質や、魚群の計測なども行うことができる。

このようにして、移動を終わって探査測量装置１０が基地に帰って来た時点でデータおよびサンプルの収集は終了する。

「探査測量装置の機能構成」
図２は、実施形態に係る移動体の一例である探査測量装置１０の構成を示すブロック図である。通信装置２０は、基地に設けられた管理端末と無線通信して、各種情報を送受信する。通信装置２０には、制御装置２２が接続されており、通信装置２０において送受信する情報は、制御装置２２によって処理される。制御装置２２は、探査測量装置１０の全体動作を制御する。

制御装置２２には、ＧＮＳＳ装置２４、ジャイロ２６、カメラ２８が接続されている。ＧＮＳＳ装置２４及びジャイロ２６は、探査測量装置１０の自位置を検出する位置検出器として機能するものである。制御装置２２は、ＧＮＳＳ装置２４により検出した３次元位置、ジャイロ２６において得た方位などを含む自位置を用いて、探査測量装置１０の移動を制御する。また、制御装置２２は、カメラ２８において得た映像から自位置を修正することもできる。また、カメラ２８で得た映像は地表位置の検出にも利用される。なお、この例では、１つのカメラ２８により画像を得たが、カメラを複数台設けてもよいし、レーザ光を用いて地表を検出してもよい。カメラを複数台設けた場合には、画角の異なる映像を利用しての測量を行うことが好適である。

また、探査測量装置１０による探査測量は、人や鳥が少ない、夜間に行うことが好ましい。この場合、カメラ２８などに赤外線カメラを利用するとよい。

さらに、制御装置２２には、入力装置３０が接続されている。この入力装置３０は、各種の設定時などにおいて、データ、指令を入力するものでタッチパネルや、スイッチで構成される。入力装置３０として通信ラインとのコネクタを設け、外部のコンピュータをここに接続して各種の入力を行うとよい。また、通信ラインは、無線でもよい。

また、制御装置２２には、ライト、スピーカ、ディスプレイなどを含む出力装置３２が接続されており、必要な出力を行う。なお出力装置３２として通信ラインとのコネクタを設け、外部のコンピュータをここに接続して各種の出力を行うとよい。

また、探査測量装置１０には、バッテリ３４が搭載されており、探査測量装置１０の各種部材に電力を供給する。また、バッテリ３４には、駆動モータ３６（３６ａ，３６ｂ）、姿勢制御部３８が接続されており、これらがバッテリ３４の電力によって駆動される。駆動モータ３６には、回転翼４０（４０ａ，４０ｂ）が接続されており、回転翼４０が駆動モータ３６によって回転される。駆動モータ３６および回転翼４０が推力を発生する推力源として機能する。後述するように、回転翼４０は３つ設けられており、別々の駆動モータ３６によって独立して駆動される。駆動モータ３６による回転数などの駆動は制御装置２２によって制御される。また、姿勢制御部３８もモータで構成され、回転翼４０の向きが調整される。３つの回転翼４０について、それぞれ独立してその向きを調整してもよい。姿勢制御部３８の駆動は制御装置２２によって制御される。

制御装置２２には、測定器４２が接続されており、各種測定を行う。測定器４２は、水域の水底位置を検出する水底検出器を含む。水底検出器の構成については後述する。また、測定器４２は、水質（濁度、ｐＨなど）、水量、流向、流速などを計測する検出器を含んでいてもよい。測定器４２による測定結果は制御装置２２内の記憶部２２ａに記憶される。なお、空中ルート及び水上ルート等も記憶部２２ａに記憶される。また、測定結果を通信装置２０から外部（例えば、基地に設けられた管理端末）に送信してもよい。また、サンプリング部４４を有しており、このサンプリング部４４による試料（サンプル）のサンプリングも制御装置２２によって制御される。サンプリング部４４については、水域内の水をサンプリングする採水器、水底の底質をサンプリングする底質採取器等が挙げられる。なお、底質採取器については、特許文献２の構成などが採用できる。採取したサンプルについては、探査項目に挙げられている水質の分析などに利用される。

「探査測量装置の外観構成」
図３〜図５は、探査測量装置１０についての、３つの回転翼をもつ一例の外観を模式的に示す図であり、図３は正面図、図４は平面図、図５は右側面図である。

図示の例において、本体５０は直方体状であり、内部に制御装置２２などの各種部材が収容されている。本体５０の形状は円筒型などでもよく、複数に分離されていてもよい。本体５０の前方にはカメラ２８が設けられており、前方および下方の映像を撮影する。なお、後方や上方の映像も取得してもよい。なお、探査測量装置１０は、全方位に向けて移動可能であり、任意の方向を前方と定義してもよいが、この例ではフロート５８の長手方向を前後方向とする。また、この例では、カメラ２８の向いている方向を前方、後方回転翼４０ｂが位置する方向を後方としているが、カメラ２８は全方位を撮影できるようにしてもよく、後方回転翼４０ｂが位置する方向を前進方向と定義してもよい。従って、後方回転翼４０ｂを一方側回転翼とも呼ぶ。

また、本体５０の下方には、幅方向に伸びる台座５６が設けられ、この下方に３つのフロート５８が取り付けられている。なお、この３つのフロート５８のうち、中央のフロート５８は、他のフロート５８と比べて前後方向に長い。この３つのフロート５８の浮力によって、探査測量装置１０が全体として水上に浮遊する。

フロート５８は、平面視では中央部の幅が大きく前方および後方に向けて先細り状（テーパ状）の前後方向で対称の疑似流線形であり、正面視では上面が直線で前端は下方に向けて後方に退避し、後端は下方に向けて前方に退避している疑似台形状である。言い換えれば、前方側と後方側が対称なボートのような形状をしており、従って水上において前方、後方のいずれにも同様の移動が可能となっている。

また、フロート５８には撥水加工が施されていることが望ましい。通常の塗装だけでなく、別途撥水処理することが好ましい。また、探査測量を行う前に撥水剤を所要部分にスプレーしたり、塗布することも好適である。さらに、フロート５８だけでなく、回転翼４０についても撥水処理するとよい。これにより、探査測量装置１０の水上航行性能が向上する。また、着水及び離水時等に、フロート５８、回転翼４０などに水滴が付着し難くなるため、飛行時に探査測量装置が受ける抵抗が低減される。また、これらにより、バッテリ３４の長寿命化が図られる。

本体５０の幅方向の左右両側には、腕５２が伸びており、この腕５２の先端部の上側には、それぞれ駆動モータ３６ａを介して、左右の前方回転翼４０ａが取り付けられている。また、本体５０には、本体５０の後方に伸びる腕５４が設けられ、この腕５４の先端部の上側には、駆動モータ３６ｂを介して、後方回転翼４０ｂが一方側回転翼として設けられている。ここで、２つの前方回転翼４０ａは、その回転軸が本体５０の上下方向を向く横方向にある状態（前方回転翼４０ａの回転面が本体の横断面の方向（水平方向）に向いている状態）で、本体５０の上方向（または下方向）への推力を出力する。また、後方回転翼４０ｂは、その回転軸が、本体５０の上下方向を向く横方向に設定された状態（後方回転翼４０ｂの回転面が水平方向にある状態（回転翼が上下方向に向いている状態））で、上方向（または下方向）の推力を出力する。

例えば、本体５０の上下方向を向く横方向に設定された状態の前方および後方回転翼４０ａ，４０ｂを回転させれば、探査測量装置１０は、水平状態で上昇・ホバリングすることができる。また、前方回転翼４０ａと、後方回転翼４０ｂの推力差により図５に黒丸で示すピッチ軸回りに、探査測量装置１０が傾斜し、その状態での前後方向の推力によって前後方向に飛行する。なお、回転翼４０の数は３つに限られず、４つ以上でもよい。また、回転翼４０の大きさを個別に変更してもよい。図３〜図５の例では、後方回転翼４０ｂを前方回転翼４０ａに比べて径の小さなものを採用している。後述するように、後方回転翼４０ｂについてはその向きを変更するための回動機構が設けられる。後方回転翼４０ｂを比較的小型にすることによって、向き変更のための機構を小型化することできる。

「探査測量装置の傾き調整」
ここで、図３〜図５には、黒丸で探査測量装置１０の重心を示してある。そして、図３における重心を通る前後方向の軸が装置のローリングについてのロール軸、図４における重心を通る上下方向の軸が装置のヨーイングについてのヨー軸、図５における重心を通る左右幅方向の軸が装置のピッチングについてのピッチ軸となる。３つの回転翼４０の発生する推力の各軸回りの推力差に応じて各軸回りの回転力を発生して探査測量装置１０のピッチング、ローリング、ヨーイングを制御して、探査測量装置１０の姿勢を制御することができる。また、飛行の際の姿勢制御と同じ機構を用いて、水上航行の際に後方回転翼４０ｂの向きを３６０度変更することができ、これによって進行方向を制御することができる。

図６には、後方回転翼４０ｂについての幅方向の向きを変更する機構について示してある。このように、駆動モータ３６ｂの下に、本体５０の前後方向の軸３８ａが姿勢制御部３８として設けられている。そして、駆動モータ３６ｂを、前後方向の軸３８ａを中心に揺動させることで、後方回転翼４０ｂは、本体５０の左右幅方向（横方向）に対する傾きを調整することができる。後方回転翼４０ｂの向きを変更することで、図４に示すヨー軸回りの推力が発生する。従って、後方回転翼４０ｂの前後方向軸３８ａ回りの回動によって、ヨー軸回りのモーメントが発生し、ヨーイングを制御することができる。なお、図６には、姿勢制御部３８として回動可能な軸３８ａのみを示したが、軸３８ａを、ギアなどを介しモータで回動させることで、任意の傾きに制御することができる。なお、前方回転翼４０ａについても同様に横方向の傾きを変更できるようにしてもよい。

図７には、後方回転翼４０ｂの左右幅方向軸回りの回動について示してある。図７に示すように、後方回転翼４０ｂについては、腕５４の中間部分に本体５０の左右幅方向の軸３８ｂが設けられている。そして、この軸３８ｂを中心に、腕５４の後方側を回動させることで、後方回転翼４０ｂは、後方位置から前上方位置にまで旋回できる。これにより、後方回転翼４０ｂ（回転軸）が、本体５０の上下方向を向く横方向と、本体５０の前後方向を向く縦方向の両方に設定することができる。なお、図７においては、後方回転翼４０ｂが、後方位置において横方向、前上方位置において縦方向となるようにしたが、前上方位置において横方向、後方位置において縦方向としてもよい。

ここで、探査測量装置１０の空中における姿勢は、各回転翼４０による探査測量装置１０の重心に対するモーメントの和によって決定される。すなわち、３つの回転翼４０の推力の和によるピッチ軸、ロール軸、ヨー軸回りのモーメントの和により探査測量装置１０の姿勢が決定される。そして、この時の探査測量装置１０における水平方向の並進推力の和、および鉛直方向の並進推力の和によって探査測量装置１０の進行方向、速度が決定される。なお、実際には、空気の流れ（風）、雨などの気象条件の影響を受け、計算通りの姿勢、進行方向、速度が得られる訳ではない。このため、探査測量装置１０の移動状態からフィードバック制御して、予定の経路の飛行を達成する。また、衝突回避なども自律的に行われる。

また、探査測量装置１０が水上を航行する際には、後方回転翼４０ｂにより任意の方向に航行可能である。すなわち、探査測量装置１０は、その重力と、フロート５８の浮力が釣り合った位置に保持され、前方回転翼４０ａは、基本的に上方への推力を得るものであり、水上航行において推力を発生する必要はない。そこで、探査測量装置１０が水上を航行する際には、軸３８ｂにより、後方回転翼４０ｂをその回転軸が本体５０の前後方向を向く縦方向（回転翼が前後方向を向き前後方向の推力を出力する方向）に設定し、後方回転翼４０ｂを回転させることで、探査測量装置１０を前後方向に進行させることができる。また、軸３８ａによって後方回転翼４０ｂの傾きを調整することで、探査測量装置１０を前後方向に進行しながら、進行方位を制御することができる。このように、本実施形態では、後方回転翼４０ｂ（回転軸）が前後方向を向くように設定した状態（縦方向）で、軸３８ａ回りに回動させることによって、進行方向を制御することができる。すなわち、空中を飛行する際にヨーイングを制御するために用いる後方回転翼４０ｂの軸３８ａ回りの回動機構と同一の機構を用いて、水上航行における進行方向（ヨーイング）を制御することができる。

なお、縦方向において、後方回転翼４０ｂを水面に垂直ではなく、若干傾斜させることで、探査測量装置１０を前傾させたり、後傾させたりすることができる。また、前方回転翼４０ａにより上向きの推力を得ることで、全体を浮かせて、航行抵抗を減少したり、左右の前方回転翼４０ａの推力を調整することで、探査測量装置１０の左右方向の傾きを調整することもできる。

なお、探査測量装置１０が水上を航行する際には、２つの前方回転翼４０ａを駆動する必要はない。しかし、前方回転翼４０ａにより、下方向の推力を付与すれば、探査測量装置は水上を移動しにくくなり、一方、上方向の推力を付与すれば、探査測量装置は水上を移動しやすくなる。従って、適宜前方回転翼４０ａを駆動するとよい。

「測定器」
図１０は、水底探査測量に用いる水底検出器としての測定器４２の一例の構成を示す図である。測定器４２の下端は、水中に位置するようにフロート５８に対し位置決めされる。ここで、測定器４２の水底位置の検出は、例えば超音波式や、レーザ式が採用できる。超音波式では、水中に配置した発振器からの超音波を下方に向けて送信し、水底からの反射波を受信することで水深（水底位置）を計測することができる。また、レーザ式では、水中の発光部からレーザを水底に向けて照射して水底による反射波を受信することで水深を計測することができる。超音波式の方が比較的水深が深い場合に適しており、探査範囲が広い。一方、レーザ式では探査範囲が比較的狭いが、水深が浅くても精度の良い測定が行える。また、放射線量の測定器を設けることも好適である。さらに、放射線式の測定器なども適宜採用することができる。

そして、探査範囲内には、基準スケール６０が配置される。すなわち、測定器４２、フロート５８に対し、所定位置に配置された基準スケール６０の水深は予めわかっており、従ってこの基準スケール６０の測定結果を用いて、測定器４２により測定された水深をリアルタイムまたは随時校正することが可能となる。河川等の水域の探査測量では、水の濁り具合や、流速等によって、測定器４２によって測定される水深が異なる。基準スケール６０を設け、リアルタイムまたは任意の時に誤差を補正することによって、常に正しい測量を行うことが可能となる。なお、基準スケール６０の測定結果による校正だけでなく、レーザ光や、超音波などの出力を変更してもよい。

なお、この例においては、基準スケール６０は、フロート５８に取り付けられて、上方位置と、探査範囲内の位置に移動自在となっている。基準スケール６０は、校正のときのみに下方位置とし、航行に邪魔にならない上方位置に退避するとよい。

また、測定器４２は、中央のフロート５８を貫通するように配置し、上下動自在にするとよい。飛行中は測定器４２をフロート５８の底面と同一または底面より上方に位置させ、水底探査の際に水中に突出させるとよい。

また、測定器４２は、着脱式として、探査測量目的に応じて、適宜取り換えたり、保守点検の際に取り外したりしてもよい。

「全体制御」
図８に示すように、探査測量装置１０は、管理端末１２に接続可能である。管理端末１２には、地図情報や、調査についての詳細情報などが入力され、管理端末１２が探査計画を策定する。そして、探査計画に基づく、探査測量装置１０の移動、測量についての動作計画を策定し、これを探査測量装置１０に供給する。このように、探査計画については、その大枠は、現地に行く前に決定される。従って、現地においての作業が大幅に低減される。

探査測量装置１０は、供給された計画を記憶し、これに基づいて自律的に飛行及び航行しながら測量を行う。この際、ＧＮＳＳ装置２４などの自位置検出器の出力を用いて、飛行及び航行を制御するとともに、映像などの情報を逐次送信する。なお、ＧＮＳＳ装置２４としては、ＧＰＳ装置などが利用できる。管理端末１２は無線でも探査測量装置１０と接続されており、随時供給される情報を受信し、必要であれば計画を変更し、これを探査測量装置１０に送信し、探査測量装置１０における計画を変更することもできる。なお、管理端末１２は、１つでなく、各所に配置される複数であってもよい。

図９は、探査測量についての手順を示すフローチャートである。まず、探査計画を策定する（Ｓ１１）。これは、管理端末１２において、入力されてくる探査測量計画、地図情報に基づき、どのような探査を実行するかを決定する。空中の飛行経路（空中ルート）、水上における航行経路（水上ルート）などを決定するとともに、カメラ２８による映像取得、測定器４２による測定、サンプリング部４４によるサンプリングなどについても計画に含まれる。

次に、飛行航行可能な探査測量装置１０および管理端末１２を持参して探索の現場に赴き、基地を設定する（Ｓ１２）。基地には、探査測量装置１０の離発着場所を設置するとともに、管理端末１２を探査測量装置１０と接続し各種の設定、確認を行う。そして、探査測量装置１０を離発着場所に設置して、スタートの指令を発することで探査測量装置１０の移動が開始される（Ｓ１３）。

探査測量装置１０は、ＧＮＳＳ装置２４などの自位置検出器により検出される自位置を参照しながら、記憶している空中ルートを自律的に飛行し、その空中ルートの飛行の際に、カメラ２８によって地上の画像を撮影することで空中からの探査測量を行う（Ｓ１４）。すなわち、この例では、カメラ２８が地表検出器として機能する。撮影した映像は、内部において記憶するとともに、通信機能を利用して管理端末１２に送信する。また、必要に応じて、レーザなどの測定機によって、地表の位置を測定することもできる。また、カメラ２８やレーザにより、所定水深までの水底位置の測定もできるため、このような水底の位置測定も行う。

そして、探査測量装置１０は、記憶している空中ルートの飛行を終えて着水する（Ｓ１５）。図１１に、探査測量装置１０が航行する水上ルートの一例を示す。着水した探査測量装置１０は、ＧＮＳＳ装置２４などにより検出される自位置を参照し、着水地点から予め記憶している探査開始位置に水上を移動する（Ｓ１６）。探査測量装置１０は、探査開始位置に至ったかを判定し（Ｓ１７）、探査開始位置に至った場合には、ＧＮＳＳ装置２４などの自位置検出器により検出される自位置を参照しながら、記憶している水上ルートを自律的に航行し、水上からの探査測量を開始する（Ｓ１８）。例えば、探査測量装置１０を水上で移動しながら、自位置を参照して、測定器４２によって所定水深より深い水底位置を検出、記憶する。また、自位置、水底位置などの検出結果を逐次管理端末１２に送信してもよい。

探査測量装置１０は、予め定められた探査終了位置に至ったかを判定し（Ｓ１９）、探査終了位置に至った場合には、離水し、空中を飛行して基地に帰還する（Ｓ２０）。図１１では、探査終了位置と離水地点は同一であるが、異なっていてもよい。なお、帰還の際に、空中からの探査測量を行ってもよい。

ここで、図１１に示すように、探査は、基本的に水流に対し直角な方向に移動することによって行うとよい。なお、図においては、水流に対し直角な方向に移動するように記載したが、水底のデータがとれない領域が生じない範囲で水流に従って、斜めに走行してもよい。また、ジグザグの経路にしてもよい。

探査測量装置１０は、自位置を検出し、航行ルートと比較してフィードバック制御して航行ルート通りの航行を行う。しかし、河川などは水流もあり、また風や雨などの影響もある。このため、必ずしも計画通りの航行が行えない場合もある。その場合、例えば、ある範囲について、試験航行を行い、自律航行における位置誤差におけるフィードバックゲインを方位に応じて変更するなどの調整を行い、その後探査測量の航行を行うことができる。

また、水の流れに応じて、一方向の航行は必要な推力が小さく、反対方向の航行は必要な推力が大きい場合もある。このような場合には、図１２に示すように、一部飛行してもよい。すなわち、下流に向かって航行し、折り返し点に来た場合は、ここから上流に飛行し、上流側に着水し、前回の開始点から幅方向に所定距離離れた開始点から下流に向かって航行する。これを繰り返すことによって、下流側の航行のみにより、所定領域の探査測量を行うことができる。

このようにして、探査測量を終了した場合には、得られたデータを管理端末１２に供給し、管理端末１２によって各種処理を行うことで、測定対象となった場所（対象領域）の３次元の地形データ（すなわち、陸上の地形及び水底の形状のデータ）が得られ、その表示などの出力も可能となる。このように、リアルタイムで解析を行うことで、探査測量を適宜適切なものに変更ができ、また追加の探査測量などを行うこともできる。なお、データ処理は、必ずしも現場で行う必要はなく、別のコンピュータで行ってもよい。

このように、本実施形態に係る探査測量装置１０は、空中の飛行および水上の航行が行え、また、空中からの探査測量と水上からの探査測量の両方を行うことができる。したがって、測定対象となった水域及びその周辺の陸地についての探査測量を効果的に行うことができ、従来では困難であった水際などの地形も容易に得ることができる。また、探査測量装置１０は、予め記憶している空中ルートおよび水上ルートの移動ルートに従って、自律的に移動することができる。すなわち、自位置を確認しながら、予め決定された経路に沿った移動ができる。従って、無線操縦などに比べ、確実な移動が行える。なお、無線操縦機能も備え、適宜無線操縦を行ってもよい。水域及びその周辺の陸地についての探査測量を効果的に行うことができる。

探査測量装置１０は自律航行するので、夜間でも飛行、航行に問題はない。なお、カメラ２８に赤外線カメラなどを用いることで、夜間の撮影も可能となる。また、漂流物との衝突回避なども自律的に行われる。

このように、本実施形態に係る探査測量方法は、探査測量装置１０を使用して行われる。

＜学習＞
本実施形態に係る探査測量装置１０は、予め定められた経路を記憶しており、検出した自位置に基づいて空中飛行および水上航行を自律的に行う。また、必要な場合には、試験飛行および航行を行い、そのデータに基づいて、探査測量の際の飛行および航行を制御する。また、探査測量装置１０の航行の際に気象条件などを含む各種の状況と、航行制御の関係を示すデータを蓄積することができる。従って、蓄積されたデータを解析することによって、その後の飛行および航行をより精度の高いものにすることができる。これは、１回の飛行および航行の際のデータを解析しその後の航行に役立ててもよいし、１つの探査測定対象についての航行の際のデータをその探査測定対象の次の探査測量の際に利用してもよいし、さらに探査測定対象によらず蓄積データから解析した事項を次の航行の際に役立ててもよい。例えば、１回の飛行および航行の際の前半の航行の際には十分な航行制御が行えなかったが後半は前半のデータを利用して適切な飛行および航行が行える場合も考えられる。このような場合には、後半の飛行および航行のみをやり直すこともできる。

＜ジャイロの校正＞
図１３には、ジャイロ２６の設置例を示してある。この構成において、ジャイロ２６は、３次元の移動が可能となる。すなわち、探査測量装置１０の本体側の部材、例えば本体５０には、第１モータＭ１が固定される。この第１モータＭ１の回転軸には、リンクＬ１が固定されており、第１モータＭ１の回転によって、ジャイロ２６が上下方向の軸を中心に回転する。リンクＬ１には、リンクＬ２が固定されており、このリンクＬ２は第２モータＭ２によって、ジャイロ２６の左右方向の軸を中心として回転する。リンクＬ２には、リンクＬ３が固定されている。このリンクＬ３は、ジャイロ２６の前後方向の軸であり、この軸が第３モータＭ３によって、回転する。このように、この例によれば、ジャイロ２６を互いに直交する３軸を中心に独立して回転でき、これによってジャイロ２６に３次元の動きを付与できる。

本実施形態では、探査測量の開始前に、ジャイロ２６を予め定められた３次元軌跡に従って移動させ、その状態で得られた出力が制御装置２２に供給される。制御装置２２は、このデータに基づいて、ジャイロ２６を校正して、正しい出力が得られるようにする。

従来、ジャイロ２６の校正は、ジャイロ２６が取り付けられた装置全体を人が持って３次元移動することによって行われていた。本実施形態の探査測量装置１０は、フロート５８などを有し、比較的大型で重量も大きく、校正作業が大変な作業になる。本実施形態では、この校正作業を自動化できる。

＜編隊＞
探査測量装置１０を複数用意し、編隊を構成することも好適である。編隊飛行しながら、測量を行うことで、同一時点で得らえた複数の映像から地表の３次元位置をより容易にまた正確に計測することができる。また、編隊で水上を航行することで、同一時点での測量結果が得られ、水底の測量も正確になる。さらに、一部が空中、一部が水上に位置することで、複数の探査測量装置１０の位置が正確に特定できる。例えば、空中に位置する探査測量装置１０が水上の探査測量装置１０の位置を特定して、水上の探査測量装置１０の移動や探査を制御してもよい。探査測量装置１０と同様に飛行はできるが、水上航行しないものを用意し、これを探査測量装置１０の各種制御用とすることもできる。この場合、装備を省略することで、長時間の飛行が可能となるなどのメリットが得られる。

「他の構成例」
＜後方回転翼の構成＞
図１４は、後方回転翼４０ｂの左右幅方向軸回りの回動の他の構成例について示してあり、（ａ）は後方回転翼４０ｂが上下方向を向いている空中の状態を示し、（ｂ）は後方回転翼４０ｂが前後方向を向いている水上の状態を示す。この例では、図７の例に比べ、後方回転翼４０ｂの回動の際の旋回半径が小さくなっている。すなわち、中央のフロート５８の後部に上方に向けて起立する起立部７０が設けられ、この起立部７０内に後方回転翼４０ｂを回転させる駆動モータ３６ｂが回動可能に支持されている。

図１５は、起立部７０の斜視図であり、（ａ）は斜め後方、（ｂ）はほぼ後方から見た図である。また図１６は起立部７０を三方から見た図であり、（ａ）は前方、（ｂ）は側方、（ｃ）は上方（駆動モータ３６ｂを便宜的に背面側に記載してある）から見た図である。なお、起立部７０は、その下端がフロート５８に取り付けられ、駆動モータ３６ｂの軸は前方に突出しその先端に回転翼４０ｂが取り付けられ、また図６に示すように回転翼４０ｂは、上下方向を向いている際には前後方向軸回りに、前後方向に向いている際には上下方向軸回りに回動するが、これらの構成については図示を省略している。

図１５，１６は、回転翼４０ｂを前後方向と上下方向に回動するための機構を示してある。駆動モータ３６ｂは円筒状であり、回転軸７２が前方側に伸び、先端に回転翼４０ｂが取り付けられる。図においては、回転軸７２の基部のみ示してある。駆動モータ３６ｂの中間部分は、下方から伸びる首部７４によって支持されている。首部７４は、左右方向に伸びる軸３８ｂに回動自在に支持されており、首部７４の駆動モータ３６ｂと反対側にはカウンターウェイト７６が設けられている。首部７４、カウンターウェイト７６の左右方向両側には一対の起立板部７８が設けられる。この起立板部７８の下端がフロート５８に固定される。

一対の起立板部７８のカウンターウェイト７６の下方には、駆動モータ８０が配置されている。駆動モータ８０は上方に向けた回転軸を有し先端に歯付プーリー８２が取り付けられている。歯付プーリー８２には、歯付ベルトが掛け回され、この歯付ベルトが一対の起立板部７８の外側に位置する一対の歯付プーリー８４にかけ回されている。

一対の歯付プーリー８４には上方に向けて伸びる一対の回転軸８６がそれぞれ取り付けられており、この一対の回転軸８６の上端に一対のウォームギア８８がそれぞれ取り付けられている。ウォームギア８８は、軸３８ｂの両端に固定されたウォームホイール９０が噛み合わされている。

従って、駆動モータ８０を回転することで一対の歯付プーリー８４と一対の回転軸８６が回転し、一対のウォームギア８８が回転してウォームホイール９０が回転することで、軸３８ｂが回動して、駆動モータ３６ｂ、回転翼４０ｂが回動する。駆動モータ８０には、産業用サーボモータを利用して回動量を制御する。また、ウォームギア８８は一条であり、ウォームギア８８の回転によりウォームホイール９０が回転するが、ウォームホイール９０の回転によりウォームギア８８が回転することはない。従って、これが回転翼４０ａの回動についてのロック機構として機能する。また、ウォームギア８８、ウォームホイール９０を一対設けることでバックラッシュをなくして回転翼４０ｂの回動、ロックについての遊びをなくすことができる。

このような後方回転翼４０ｂを用いることで、後方回転翼４０ｂの回動の際のモーメントを抑制することができる。

なお、カウンターウェイト７６の内部にモータを設けこのモータの回転軸を、首部７４を貫通させて駆動モータ３６ｂに接続し、首部７４の上端で駆動モータ３６ｂを回動自在としてもよい。これによって、駆動モータ３６ｂを、首部７４を起点として左右方向に回動させることができる。

＜雪上などでの利用＞
また、本出願において説明した移動体は、水上に代えて、雪上においても利用することができる。この場合、雪の状態などを測定してもよいが、測定はしなくてもよい。フロートを有するため、これによって雪上に確実に着陸することができ、また雪上の移動も可能となる。

さらに、移動体において、携帯電話回線を利用した通信機能、特に携帯電話回線における中継機能を備えていれば、遭難者などと警察などとの電話通信をサポートすることもできる。山中の沢など水域に着陸することもできるので、雪のない場合にも利用可能である。

特に、着陸していれば、基本的に動力を使用しなくてよいため、電池の消耗を抑えることができる。また、必要に応じて上空へ浮揚すれば、電波の送受信を確実に行うことができる。

１０ 探査測量装置、１２ 管理端末、２０ 通信装置、２２ 制御装置、２４ ＧＮＳＳ装置、２６ ジャイロ、２８ カメラ、３０ 入力装置、３２ 出力装置、３４ バッテリ、３６ 駆動モータ、３８ 姿勢制御部、４０ 回転翼、４２ 測定器、４４ サンプリング部、５０ 本体、５２，５４ 腕、５６ 台座、５８ フロート、６０ 基準スケール。

Claims (11)

1. 空中飛行および水上航行が可能な移動体であって、
   本体と、
   前記本体の下方に取り付けられ、水上に浮遊するためのフロートと、
   前記本体の周辺に取り付けられ、空中飛行および水上航行のための推力を発生する推力源と、
   を含み、
   前記推力源は、前記本体の前後方向の一方側に配置される一方側回転翼を含み、
   前記一方側回転翼は、前記本体の左右幅方向に伸びる軸を中心に回動し、その回転翼が上下方向を向く横方向と、回転翼が前後方向を向く縦方向に設定可能である、
   移動体。
2. 請求項１に記載の移動体であって、
   前記一方側回転翼を横方向に設定した場合に前記一方側回転翼を前記本体の前後方向に伸びる軸を中心に回動させる回動機構を有し、前記一方側回転翼を縦方向に設定した場合に前記回動機構を用いて前記一方側回転翼を前記本体の上下方向に伸びる軸を中心に回動可能であり、
   空中飛行時において、前記一方側回転翼を横方向に設定し、前記回動機構により前記一方側回転翼を前記本体の前後方向に伸びる軸を中心に回動させることで、ヨーイングモーメントを発生し、
   水上航行時において、前記一方側回転翼を垂直方向に設定した状態で、前記回動機構により前記一方側回転翼を前記本体の上下方向に伸びる軸を中心に回動させることで、ヨーイングモーメントを発生する、
   移動体。
3. 請求項２に記載の移動体であって、
   さらに、
   自位置を検出する位置検出器と、
   方位を検出する方位検出器と、
   前記推力源を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記位置検出器および前記方位検出器の検出結果に基づき前記推力源を制御する、
   移動体。
4. 請求項３に記載の移動体であって、
   前記方位検出器は、前記本体に３次元移動可能に取り付けられたジャイロを含み、
   前記ジャイロを３次元移動したときの出力によりジャイロを自動的に校正する、
   移動体。
5. 請求項３または４に記載の移動体であって、
   さらに、
   空中ルートおよび水上ルートを含む予め定められている移動ルートを記憶する記憶部を含み、
   前記制御部は、
   前記位置検出器により検出される自位置と前記方位検出器により検出される方位を参照して、前記記憶部に記憶されている空中ルートを自律的に飛行するとともに、前記記憶部に記憶されている水上ルートを自律的に航行するように、前記推力源を制御する、
   移動体。
6. 請求項５に記載の移動体を含む探査測量装置であって、
   さらに、
   前記水上ルートの水上航行時に、水底位置を検出する水底検出器を含み、
   前記水底検出器により、探査測量結果を得る、
   探査測量装置。
7. 請求項６に記載の探査測量装置であって、
   前記水底検出器は、基準スケールを含み、この基準スケールを用いて前記水底検出器を随時校正する、
   探査測量装置。
8. 請求項６または７に記載の探査測量装置であって、
   さらに、
   前記空中ルートの飛行時に、地表位置および所定水深までの浅い水底位置を検出する地表検出器を含み、
   前記地表検出器により、探査測量結果を得る、
   探査測量装置。
9. 請求項８に記載の探査測量装置を使用する探査測量方法であって、
   探査測量の対象領域についての地図情報に基づいて、前記移動ルートを決定し、
   前記探査測量装置を決定された前記移動ルートに沿って移動させ、その際の前記水底検出器および前記地表検出器で検出した検出結果を記憶し、
   前記記憶された検出結果に基づき、水底および地表の形状を、前記探査測量結果として得る、探査測量方法。
10. 請求項６〜８のいずれか１つに記載の探査測量装置を複数用い、複数の探査測量装置から同一時点での探査測量結果を得る、
    探査測量方法。
11. 請求項１に記載の移動体であって、
    前記フロートは、平面視では中央部の幅が大きく前方および後方に向けて先細り状であり、正面視では上面が直線で前端は下方に向けて後方に退避し、後端は下方に向けて前方に退避している、
    移動体。