JP2022149716A - 測量システム - Google Patents

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Abstract

【課題】短時間で高精度に構造物を測定可能な測量システムを提供する。【解決手段】遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器が設けられた飛行装置２と、飛行装置２の位置測定が可能な位置測定装置３と、飛行装置２の飛行を制御し、飛行装置２及び位置測定装置３と無線通信可能な遠隔操縦機４とを有する測量システム１であって、遠隔操縦機４は飛行装置２を所望の構造物迄飛行させ、測定器により測定面を測定させ、位置測定装置３を基準とした測定結果へと変換する様構成された。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行体を追尾しつつ、飛行体により測定対象物の測定を行う測量システムに関するものである。
建築物や橋梁等の構造物は、経年により劣化し、外壁の剥離や不陸（凹凸）、落下等の不具合を生じる虞れがある。従って、構造物の不具合を防止する為、構造物に対して定期的な診断やメンテナンスが必要となる。
従来の構造物診断方法として、構造物の周囲に足場を作るか、或は屋上からロープ等でゴンドラを吊下げ足場を確保する等により、作業者が外壁を所定の器具で叩き、反射音に基づき外壁の状態を判断する打音検査がある。又、遠隔操作可能なＵＡＶ等の移動体に赤外線カメラを搭載し、構造物の外壁を赤外線カメラで撮影し、得られた壁面の温度分布に基づき外壁の状態を判断する方法もある。更に、構造物の外壁を３次元レーザスキャナでスキャン、又はフラッシュライダーやＴＯＦカメラで３次元画像を取得して、壁面の３次元形状を測定し、得られた壁面の不陸に基づき外壁の状態を判断する方法もある。
打音検査では、構造物の周囲にスペースがない場合、或は構造物が高層である場合には、足場を作るのが困難であり、足場を作成できる場合でも作業に時間を要する。又、生身での高所作業であることから、作業に危険が伴う。又、赤外線カメラは分解能が低い為、高性能な診断を行うことが困難である。更に、レーザスキャナを用いる場合、レーザスキャナが設けられた三脚を設置する為の足場が必要になることから、又はフラッシュライダーやＴＯＦカメラでの撮影に於いても構造物の周囲に足場のスペースを必要とし、又足場の作成にも時間を要していた。
特開２０１９－２７９０８号公報
本発明は、短時間で高精度に構造物を測定可能な測量システムを提供するものである。
本発明は、遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器が設けられた飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は前記飛行装置を所望の構造物迄飛行させ、前記測定器により測定面を測定させ、前記位置測定装置を基準とした測定結果へと変換する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記飛行体は、該飛行体の基準点に対して既知の位置に設けられた少なくとも３つの反射部を有し、前記位置測定装置は、測距光を射出し、反射測距光を受光して前記反射部迄の距離を測定する測距部と、前記測距光が所定の範囲で走査される様該測距光を偏向する測距光偏向部と、前記測距部と前記測距光偏向部とを制御する演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記測距光偏向部により前記測距光を前記反射部のうちの少なくとも１つを含む局所スキャンを各反射部に対して順次実行させ、各反射部を測定する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記位置測定装置は、前記測距部と前記測距光偏向部と前記演算制御部とを有する測定装置本体と、該測定装置本体を水平方向及び鉛直方向に駆動させる本体駆動部とを更に具備し、前記演算制御部は、１回前に測定した前記反射部うちの１つの位置を中心とし、該反射部のうちの１つの現在位置を測定する為の局所スキャンを、各反射部に対して順次して前記飛行装置を追尾する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記演算制御部は、待機位置で測定された各反射部の位置をそれぞれ初期位置として設定し、各初期位置の測定結果に基づき前記飛行装置の追尾を開始する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記演算制御部は、各反射部の測定結果に基づき、各反射部の中心により形成される平面と、該平面の法線を演算し、前記平面及び前記法線に基づき前記飛行装置の姿勢及び方位を演算する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記飛行装置は飛行制御装置を更に具備し、前記測定器は１軸のレーザスキャナであり、該レーザスキャナは走査鏡を介して前記位置測定装置とは異なる波長の測距光を１次元にスキャン可能に構成され、前記飛行制御装置は前記走査鏡の回転と、該走査鏡と直交する方向に回転する前記飛行体の回転との協動により、前記測距光を３次元に回転照射し、２次元のスキャンにより３次元点群データを取得する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記遠隔操縦機は、正常な構造物の表面形状を有する設計データが保存された端末記憶部と、端末演算処理部とを有し、該端末演算処理部は、前記レーザスキャナが取得した３次元点群データと前記設計データとを比較し、比較結果に基づき前記構造物の不具合位置を検出する様構成された測量システムに係るものである。
又本発明は、前記飛行装置は、前記飛行体の周面に設けられた飛行体カメラと赤外線カメラとを更に具備し、前記端末演算処理部は、前記不具合位置に前記飛行装置を移動させ、前記飛行体カメラと赤外線カメラにより前記不具合位置の画像を取得させる様構成された測量システムに係るものである。
更に又本発明は、前記飛行体カメラは複数設けられ、前記飛行制御装置は、前記飛行体カメラに動画像又は連続画像を取得させ、時間的に隣接する画像中でそれぞれ同一の特徴点を抽出し、該特徴点間の位置偏差を演算し、該位置偏差に基づき、先の画像取得時に対する後の画像取得時の前記飛行体の傾斜角、方位角、移動量を演算する様構成された測量システムに係るものである。
本発明によれば、遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器が設けられた飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は前記飛行装置を所望の構造物迄飛行させ、前記測定器により測定面を測定させ、前記位置測定装置を基準とした測定結果へと変換する様構成されたので、作業者や前記測定器の為の足場を設ける必要がなく、作業時間の短縮が図れると共に、作業の安全性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。
本発明の実施例に係る測量システムを説明する説明図である。 測量システムに於ける飛行装置の各反射部間の関係について説明する説明図である。 飛行体を示す平面図である。 前記飛行装置の制御系を示すブロック図である。 測量システムに於ける位置測定装置の制御系を示すブロック図である。 測量システムに於ける遠隔操縦機の制御系を示すブロック図である。 測定の際に設定される測定エリアを説明する説明図である。 本発明の実施例に係る飛行装置の追尾を説明する説明図である。 測量システムを用いた構造物の診断について説明する説明図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
測量システム１は、主に飛行装置（ＵＡＶ）２、レーザスキャナ等の位置測定装置３、遠隔操縦機４から構成される。
前記飛行装置２は、主に飛行体５と、該飛行体５の下面に設けられ、測距光を回転照射する測定器としてのレーザスキャナ６と、前記飛行体５の所定の位置に少なくとも３個設けられた球状の反射部７（図１中では７ａ～７ｄの４個）と、前記飛行体５の周面に複数設けられた飛行体カメラ８（例えば４個）と、前記飛行体５の周面の所定位置に設けられた赤外線カメラ９と、前記遠隔操縦機４との間で通信を行う飛行体通信部１１（後述）とを具備している。
尚、前記飛行体５には基準点と基準方向が設定されている。該基準点は、例えば前記飛行体５の機械中心であり、該飛行体５の鉛直軸心上に位置する。又、前記基準方向は、任意の方向に設定可能であり、例えば前記赤外線カメラ９の撮像光軸と合致する。基準点及び基準方向と、前記レーザスキャナ６の光学中心（測距光の射出位置）と、各反射部７の中心と、各飛行体カメラ８の光学中心と、前記赤外線カメラ９の光学中心とは位置関係は、それぞれ既知となっている。
前記レーザスキャナ６は、パルス発光又はバースト発光されたレーザ光線を測距光として射出し、走査鏡（後述）を介して所定の測定対象物に照射する。又、測定対象物で反射された測距光（反射測距光）が前記レーザスキャナ６で受光され、往復時間及び光速に基づき測定対象物迄の距離が測定される。又、前記走査鏡を回転させることで、測距光は、前記飛行体５の鉛直軸心を含む平面内で１次元に回転照射される。
各反射部７は、それぞれ外周面の全面に亘って再帰反射性を有する反射シートが貼付けられた球状の反射部材となっている。前記反射部７は、それぞれ既知の径を有し、各反射部７の中心間の位置関係は既知となっている。図２に示される様に、各反射部７（図示では７ａ～７ｄ）の中心を結んで形成される平面１２は、前記飛行体５の基準点と既知の位置関係であり、前記平面１２の中心を通る法線１３が前記飛行体５の鉛直軸心と合致する様、各反射部７が設けられる。尚、各反射部７は、同径であってもよいし、異なる径となっていてもよい。
各飛行体カメラ８は、隣接する飛行体カメラ８同士の画像が所定量オーバラップする様に、各飛行体カメラ８の画角、数、配置等が決定される。又、各飛行体カメラ８の撮像光軸は、例えば前記飛行体５の基準点と直交し、基準点で交差する様に設定される。更に、前記飛行体カメラ８の撮像中心と基準点との関係は既知となっている。
前記赤外線カメラ９は、所定の画角で赤外画像を取得可能に構成されている。又、前記赤外線カメラ９の撮像光軸は、前記飛行体５の基準点及び前記飛行体カメラ８の撮像光軸と既知の位置関係にあり、前記赤外線カメラ９の撮像中心と基準点との位置関係は既知となっている。
前記位置測定装置３は、既知の３次元座標を有する点に設けられている。該位置測定装置３は、追尾機能を有し、各反射部７を順次測定しつつ追尾する。各反射部７の３次元座標を測定することで、各反射部７の中心を結んで得られた平面と、該平面の中心を通る法線を演算することができる。法線の傾き（傾斜角、傾斜方向）に基づき前記飛行装置２の姿勢を演算することができる。又、前記位置測定装置３は、前記遠隔操縦機４と無線通信が可能であり、前記位置測定装置３が測定した前記反射部７の３次元座標及び前記飛行装置２の姿勢は、座標データ及び姿勢データとして前記遠隔操縦機４に入力される。
前記遠隔操縦機４は、例えばスマートフォンやタブレット等の携帯端末、或は該携帯端末に入力装置が接続又は一体化された装置となっている。前記遠隔操縦機４は、演算機能を有する演算装置、データやプログラムを格納する記憶部、更に端末通信部（後述）を有している。前記遠隔操縦機４は、前記端末通信部と前記飛行体通信部１１との間で前記飛行装置２との無線通信が可能であり、又前記端末通信部と前記位置測定装置３の通信部との間で該位置測定装置３との無線通信が可能となっている。更に、前記遠隔操縦機４は、前記飛行装置２の飛行、前記レーザスキャナ６の測距作動を遠隔操作可能であり、前記位置測定装置３による測定も遠隔操作可能となっている。
次に、図３、図４に於いて、前記飛行装置２について説明する。
前記飛行体５は、放射状に延出する複数で且つ偶数のプロペラフレーム１４（図示では１４ａ～１４ｄ）を有し、該プロペラフレーム１４の中心は前記飛行装置２の中心となっている。各プロペラフレーム１４の先端にそれぞれプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１４の先端に設けられたプロペラモータ１５（図示では１５ａ～１５ｄ）と、該プロペラモータ１５の出力軸に取付けられたプロペラ１６（図示では１６ａ～１６ｄ）と、前記プロペラモータ１５の所定位置、例えば下端部にそれぞれ設けられた前記反射部７とにより構成される。更に、前記飛行体５には、飛行制御装置１７が内蔵されている。尚、前記反射部７は、既知の長さのシャフトを介して前記プロペラモータ１５の下端部に設けられてもよい。
該飛行制御装置１７は、主に演算制御部１８、記憶部１９、飛行制御部２１、プロペラモータドライバ部２２、スキャナ制御部２３、第１撮像制御部２４、第２撮像制御部２５、前記飛行体通信部１１とを具備している。
尚、本実施例では、前記スキャナ制御部２３が前記飛行制御装置１７に含まれているが、別構成としてもよい。例えば、前記レーザスキャナ６内に前記スキャナ制御部２３を設け、前記飛行体通信部１１を介して前記飛行体５を前記レーザスキャナ６との間で制御信号の授受を行ってもよい。
前記記憶部１９には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成される。前記プログラム格納部には、前記飛行体カメラ８（図示では飛行体カメラ８ａ～８ｄ）及び前記赤外線カメラ９の撮影を制御する為の撮影プログラム、画像データから特徴点を抽出する為の特徴点抽出プログラム、時間的に隣接する画像データに於いて同一の特徴点間の位置偏差を演算する位置偏差演算プログラム、前記プロペラモータ１５を駆動制御する為の飛行制御プログラム、前記レーザスキャナ６による測距作動を制御する測距プログラム、取得したデータを前記遠隔操縦機４に送信し、又該遠隔操縦機４からの飛行指令や撮像指令を受信する為の通信プログラム等のプログラムが格納されている。
前記データ格納部には、前記飛行体カメラ８で取得した静止画像データや動画像データ、前記遠隔操縦機４を介して受信した前記位置測定装置３で測定した位置データや姿勢データ、特徴点間の位置偏差に基づき演算した前記飛行装置の移動距離、移動方向データ、更に前記静止画像データ、前記動画像データを取得した時の時間、位置データ等が格納される。
前記飛行制御部２１は、飛行に関する制御信号に基づき、前記プロペラモータドライバ部２２を介して前記プロペラモータ１５を所要の状態に駆動し、制御する。
前記スキャナ制御部２３は、前記レーザスキャナ６の駆動を制御する。即ち、前記スキャナ制御部２３は、測距光の発光間隔、走査鏡２６（図１参照）の回転速度等を制御し、該走査鏡２６を介して前記測距光を回転照射する。即ち、前記スキャナ制御部２３は、前記レーザスキャナ６から照射される測距光の点群間隔、点群密度を制御する。又、反射測距光は、前記走査鏡２６の回転角と関連づけられて前記演算制御部１８に入力され、測距が実行される。
前記第１撮像制御部２４は、前記演算制御部１８から発せられる制御信号に基づき、前記飛行体カメラ８の撮影を制御する。前記飛行体カメラ８としてはデジタルカメラが設けられ、静止画像が撮影できると共に、動画像、又は連続する画像を構成するフレーム画像を取得可能となっている。又、撮像素子として、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が設けられ、各画素は撮像素子内での位置が特定できる様になっている。例えば、前記飛行体カメラ８の光軸が撮像素子を通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置が特定される。各画素は、受光信号と共に画素座標を前記第１撮像制御部２４に出力する。
前記第２撮像制御部２５は、前記演算制御部１８から発せられる制御信号に基づき、前記赤外線カメラ９の撮影を制御する。該赤外線カメラ９は撮像素子を有し、前記赤外線カメラ９の光軸が撮像素子を通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置を特定可能となっている。各画素は、受光信号と共に画素座標を前記第２撮像制御部２５に出力する。
前記演算制御部１８は、前記記憶部１９に格納された各種プログラムに基づき、測定対象物を測距光で走査（測定）する為の各種制御を実行する。又、前記演算制御部１８は、前記操縦信号や隣接する画像データ間の特徴点の位置偏差に基づき、飛行に関する制御信号を演算し、前記飛行制御部２１に出力する。
次に、図５を参照して、前記位置測定装置３について説明する。
該位置測定装置３は、三脚２７（図１参照）上に設けられた測定装置本体２８を有し、該測定装置本体２８は主に測定制御装置２９、測距光偏向部としての走査ミラー３１、測距部３２、水平角検出器３３、鉛直角検出器３４、傾斜角検出器３５、水平回転駆動部３６、鉛直回転駆動部３７、広角カメラ３８、望遠カメラ３９等を具備している。
前記測定装置本体２８は、前記水平回転駆動部３６によって水平方向に回転可能であり、又前記鉛直回転駆動部３７によって鉛直方向に回転可能となっている。
前記走査ミラー３１は、例えば直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向に傾動自在なＭＥＭＳミラーである。ＭＥＭＳミラーは、コイルに電流を流した際のローレンツ力により駆動されるミラーであり、駆動電流の正負及び大きさに基づき、所望の方向に所望の角度で２次元に往復傾動可能となっている。尚、前記走査ミラー３１と傾斜可能な範囲は、例えば２軸方向に±３０°となっている。
前記測距部３２は、前記走査ミラー３１、前記望遠カメラ３９の光学系を介して測距光４１（図１参照）を射出し、更に該走査ミラー３１、前記望遠カメラ３９の光学系を介して前記測定対象物からの反射測距光を受光し、測距を行うものである。即ち、前記測距部３２は光波距離計として機能する。前記測距光４１は、パルス光又はパルス状の光であり、測距はパルス光毎に行われる。又、前記走査ミラー３１は、測距光４１の光軸を例えば±３０°の範囲で偏向し、高応答性で前記測距光の局所スキャンが可能となっている。尚、前記測距光４１としては、前記レーザスキャナ６で用いられる測距光とは異なる波長の光が用いられる。
前記水平角検出器３３は、前記広角カメラ３８又は前記望遠カメラ３９による視準方向のうち、水平角を検出する。尚、検出される水平角は予め設定された任意の基準方向に対する水平角となる。又、前記鉛直角検出器３４は、前記広角カメラ３８又は前記望遠カメラ３９による視準方向のうち、鉛直角を検出する。更に、前記傾斜角検出器３５は、前記走査ミラー３１の２軸の各傾斜角及び合成傾斜角を検出する。前記水平角検出器３３、前記鉛直角検出器３４、前記傾斜角検出器３５の検出結果は、前記測定制御装置２９に入力される。
前記広角カメラ３８と前記望遠カメラ３９は、前記位置測定装置３に内蔵されている。前記広角カメラ３８は広画角、例えば３０°を有し、前記望遠カメラ３９は前記広角カメラ３８よりも狭い画角、例えば５°を有している。尚、前記広角カメラ３８の光軸と前記望遠カメラ３９の光軸はそれぞれ平行であり、各光軸間の距離は既知となっている。従って、前記広角カメラ３８で取得した画像と前記望遠カメラ３９で取得した画像との対応付が可能となっている。前記広角カメラ３８或は前記望遠カメラ３９により、各反射部７を画角内に捉えることができる。尚、前記測距光４１の光軸が前記広角カメラ３８の光軸及び前記望遠カメラ３９の光軸と平行又は合致する時の前記走査ミラー３１の位置を、該走査ミラー３１の基準位置としている。
前記測定制御装置２９は、主に測距演算部４２、測定演算制御部４３、測定記憶部４４、測定通信部４５、モータ駆動制御部４６、ミラー駆動制御部４７、撮像制御部４８等を有する。
前記測距演算部４２は、前記測定演算制御部４３からの制御信号に基づき、前記測距部３２による各反射部７に対する測距動作を制御する。即ち、前記測距演算部４２は、パルス光の往復時間、例えば前記測距部３２から射出される前記測距光４１の発光タイミングと、前記測距部３２に受光される反射測距光の受光タイミングとの時間差と光速に基づき、前記測距光４１の１パルス毎の測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）、又はレーザ光の周波数をチャープさせて戻り光の周波数差から距離を計測するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）も適用可能である。
又、前記測定記憶部４４には、前記広角カメラ３８又は前記望遠カメラ３９の画像から前記反射部７を抽出し、該反射部７の位置を検出する画像処理プログラム、各反射部７に対して順次局所スキャンを実行し、各反射部７の測定（測距及び測角）を行いそれぞれの３次元座標をリアルタイムで演算する為の測定プログラム、各反射部７の測定結果に基づき、前記平面１２の前記法線１３を演算し、前記飛行体５の姿勢を演算する為の姿勢演算プログラム、前記飛行体５の方位を演算する方位演算プログラム、各反射部７の測定結果をそれぞれ時系列に取得し、次の前記反射部７の位置を予測する予測プログラム、各反射部７の追尾を行う為の追尾プログラム、前記広角カメラ３８と前記望遠カメラ３９の撮像を行う為の撮像プログラム、前記飛行装置２及び前記遠隔操縦機４との通信を行う為の通信プログラム等のプログラムが格納されている。又、前記測定記憶部４４には、各反射部７の測定結果（測距結果、測角結果）が測定時間と関連づけられて時系列に格納される。
前記測定通信部４５は、前記反射部７を測定した結果（前記反射部７の射距離、水平角、鉛直角）をリアルタイムで前記遠隔操縦機４に送信する。
前記モータ駆動制御部４６は、前記反射部７を視準する為に、或は、該反射部７を追尾する為に、前記水平回転駆動部３６、前記鉛直回転駆動部３７を制御し、前記測定装置本体２８を水平方向に、或は鉛直方向に回転させる。尚、前記水平回転駆動部３６、前記鉛直回転駆動部３７は、前記測定装置本体２８を水平方向及び鉛直方向に回転させる為の本体駆動部を構成する。
前記ミラー駆動制御部４７は、前記走査ミラー３１で反射される前記測距光４１が所定のスキャン中心で所定の範囲を２次元に面スキャン（ラスタスキャン）する様、前記走査ミラー３１を所定角度範囲で所定方向に往復傾動させる。又、前記ミラー駆動制御部４７は、全スキャン範囲内の複数箇所で、部分的にスキャン（局所スキャン）する場合、スキャン中心を順次偏向しながら局所スキャンし、複数箇所で同時に局所スキャンされたのと同様の制御を行う。更に、前記撮像制御部４８は、前記広角カメラ３８と前記望遠カメラ３９の撮像を制御する様構成されている。
前記位置測定装置３は、各反射部７を順次追尾しつつ測距し、測距結果と前記水平角検出器３３、前記鉛直角検出器３４、前記傾斜角検出器３５の検出結果に基づき、各反射部７の３次元座標をリアルタイムで測定する。又、各反射部７の測定結果に基づき前記平面１２を演算し、該平面１２の前記法線１３を演算し、該法線１３に基づき前記飛行装置２（飛行体５）の姿勢をリアルタイムで演算する。又、各反射部７を順次測定することで、前記平面１２も順次演算される。従って、時間的に隣接する前記平面１２間の回転変位を順次演算することで、初期位置に対する前記平面の相対回転角、即ち前記飛行装置２の基準方向に対する相対方位角を演算することができる。
図６は、前記遠隔操縦機４の概略構成、及び前記飛行装置２と前記位置測定装置３と前記遠隔操縦機４の関連を示す図である。
該遠隔操縦機４は、演算機能を有する端末演算処理部４９、端末記憶部５１、端末通信部５２、操作部５３、表示部５４を有している。
前記端末演算処理部４９は、クロック信号発生部を有し、前記飛行装置２から受信した画像データ、測定データや、前記位置測定装置３から受信した画像データ、測定データ等をクロック信号に関連づける。又、前記端末演算処理部４９は、受信した各種データを前記クロック信号に基づき時系列のデータとして処理し、前記端末記憶部５１に保存する。
該端末記憶部５１には、前記飛行装置２や前記位置測定装置３と通信を行う為の通信プログラム、前記位置測定装置３の設置位置の３次元座標に基づき、各反射部７の３次元座標を演算する為のプログラム、各反射部７の測定結果、前記平面１２の傾きと前記飛行体５の基準点迄の距離に基づき、前記レーザスキャナ６の測定した３次元座標を前記位置測定装置３の設置位置を基準とした３次元座標に変換する為のプログラム、走査画面や測定結果、各カメラで取得された画像等を前記表示部５４に表示する為の表示プログラム、タッチパネル等を介して指示を入力する為の操作プログラム等のプログラムが格納されている。又、前記端末記憶部５１には、後述する診断面に凹凸や剥離、落下等が存在しないデータ、例えば設計データが予め格納されている。
前記端末通信部５２は、前記飛行装置２との間、前記位置測定装置３との間で通信を行う。又、前記操作部５３は、前記表示部５４と一体に設けられたコントローラのボタン等を介して各種指示を入力し、前記飛行体５の操作を行う。
前記表示部５４は、前記飛行体カメラ８及び前記赤外線カメラ９で取得されたカメラ画像及び赤外画像、前記広角カメラ３８で取得された広角画像、前記望遠カメラ３９で取得された望遠画像、前記位置測定装置３や前記レーザスキャナ６で取得された測定結果を示す測定結果画面等が表示される。
尚、前記表示部５４の全てをタッチパネルとしてもよい。該表示部５４の全てがタッチパネルである場合には、前記操作部５３を省略してもよい。この場合、前記表示部５４には前記飛行体５を操作する為の操作パネルが設けられる。
次に、図７、図８に於いて、前記飛行装置２の追尾について説明する。尚、以下の説明に於いては、前記反射部７は４箇所に設けられているものとする。
先ず、前記飛行装置２を所定の待機位置に静止させた状態で、４つの前記反射部７の測定を順次行う。広角画像中又は望遠画像中に全ての前記反射部７が含まれる様に前記位置測定装置３の向きを調整し、広角画像中又は望遠画像中から各反射部７を抽出する。更に、広角画像中又は望遠画像中の各反射部７の位置に基づき、スキャン方向、スキャン範囲（測定エリア５５）を設定する。尚、待機位置では、前記飛行装置２の基準方向の方位角が方位計等により既知となっている。
前記位置測定装置３は、前記測距部３２による前記測距光４１の射出と、前記走査ミラー３１の２軸方向への傾動との協動により、所定範囲の前記測定エリア５５をラスタスキャン状に局所スキャンする。尚、該測定エリア５５に於けるスキャン密度は、状況に応じて適宜設定される。又、前記測定エリア５５の大きさは、少なくとも前記反射部７のうちのいずれか１つが含まれる大きさに設定する。
前記位置測定装置３は、前記測定エリア５５内を所定のスキャン密度で走査し、前記測距光４１の軌跡５６に沿った点群データを取得する。本実施例では、測定対象物である前記反射部７は、全面に再帰反射性を有する反射シートが貼付けられた球体となっている。
従って、前記反射部７の中心が前記測距光４１の光軸上に存在しない場合には、反射測距光５７が前記測距部３２に向って反射されず、測定不能となる。即ち、前記反射部７の中心が前記測距光４１の光軸上に存在する場合のみ、測定結果が演算できる。
従って、前記測定エリア５５内を局所スキャンした際に、測定結果が得られた点の測定結果を前記反射部７の測定結果とすることができる。尚、前記反射部７の測定結果は、各反射部の中心の３次元座標であり、各反射部の中心の３次元座標は前記反射部７の測定結果及び前記反射部７の既知の径に基づき演算することができる。
前記飛行装置２を追尾する際には、初期位置（待機位置）に静止状態で任意の姿勢で設置された前記飛行装置２に対して、前記水平回転駆動部３６及び前記鉛直回転駆動部３７を駆動させ、広角画像又は望遠画像中から各反射部７が抽出され、画像中から前記反射部７への方向（方向角）が求められる。
先ず、所定の前記反射部７（反射部７ａ）を中心とする前記測定エリア５５（第１測定エリア５５ａ）が設定され、前記反射部７ａに隣接する前記反射部７（反射部７ｂ）を中心とする前記測定エリア５５（第２測定エリア５５ｂ）が設定され、前記反射部７ｂに隣接する前記反射部７（反射部７ｃ）を中心とする前記測定エリア５５（第３測定エリア５５ｃ）が設定され、前記反射部７ｃに隣接する前記反射部７（反射部７ｄ）を中心とする前記測定エリア（第４測定エリア５５ｄ）が設定される。
各測定エリア５５ａ～５５ｄが設定されると、前記測定演算制御部４３は、前記測距部３２（図８中では発光素子５８と受光素子５９）と前記走査ミラー３１との協動により、画像から抽出された前記反射部７ａの中心をスキャン中心として前記第１測定エリア５５ａ内を前記測距光４１で局所スキャンさせ、前記反射部７ａが測定される。
同様に、前記測定演算制御部４３は、抽出した前記反射部７ｂの中心をスキャン中心として前記第２測定エリア５５ｂ内を前記測距光４１で局所スキャンさせ、前記反射部７ｂを測定させ、抽出した前記反射部７ｃの中心をスキャン中心として前記第３測定エリア５５ｃ内を前記測距光４１で局所スキャンさせ、前記反射部７ｃを測定させ、抽出した前記反射部７ｄの中心をスキャン中心として前記第４測定エリア５５ｄ内を前記測距光４１で局所スキャンさせ、前記反射部７ｄを測定させる。
ここで測定された前記反射部７ａの３次元座標を前記反射部７ａの第１初期位置６１として設定し、前記反射部７ｂの３次元座標を前記反射部７ｂの第２初期位置６２として設定し、前記反射部７ｃの３次元座標を前記反射部７ｃの第３初期位置６３として設定し、前記反射部７ｄの３次元座標を前記反射部７ｄの第４初期位置６４として設定する。設定された各初期位置６１～６４は、前記測定記憶部４４に格納される。
各初期位置６１～６４の設定後、前記位置測定装置３による追尾を開始させると共に、前記飛行装置２を飛行させる。追尾中、前記測定演算制御部４３は、前記第１初期位置６１を中心とした局所スキャン（第１局所スキャン）と、前記第２初期位置６２を中心として局所スキャン（第２局所スキャン）と、前記第３初期位置６３を中心とした局所スキャン（第３局所スキャン）と、前記第４初期位置６４を中心とした局所スキャン（第４局所スキャン）を順次繰返して実行し、前記反射部７ａ～７ｄとを略同時に、且つ略リアルタイムで測定する。前記飛行装置２の移動と共に前記反射部７ａ～７ｄの測定値も変化する。従って、前記反射部７ａ～７ｄの測定値の変化に追従して、前記測定装置本体２８の視準方向も追従する。
尚、前記走査ミラー３１は高速で往復傾動可能であり、スキャン速度は前記飛行装置２の移動速度よりも充分に高速である。従って、スキャン中心を前記反射部７ａから前記反射部７ｄ迄順次移動させ、第１局所スキャンから第４局所スキャン迄を順次実行した後であっても、再び前記第１初期位置６１を中心とした前記第１測定エリア５５ａ内に前記反射部７ａを捉えることができる。
第１局所スキャンの実行により、前記第１初期位置６１から所定の方向に所定距離移動した前記反射部７ａの第１位置６１ａの３次元座標が測定され、該第１位置６１ａの測定結果が前記測定記憶部４４に保存される。又、前記測定演算制御部４３は、前記第１位置６１ａと前記反射部７ａの１回前の測定位置である前記第１初期位置６１とを結ぶ直線を演算し、該直線は前記反射部７ａの軌跡６５として前記測定記憶部４４に保存される。更に、前記軌跡６５に基づき、前記反射部７ａの移動方向、移動速度が演算され、演算結果が前記測定記憶部４４に保存される。
前記第１位置６１ａの測定後、前記測定演算制御部４３は、前記反射部７ａと前記反射部７ｂの位置関係に基づき、局所スキャンのスキャン中心を前記第２初期位置６２に変更する。この時、前記反射部７ａの測定位置、移動方向、移動速度に基づき、前記反射部７ｂの位置が予測され予測結果もスキャン中心の変更に反映される。
同様に、第２局所スキャンの実行により、前記第２初期位置６２から所定の方向に所定距離移動した前記反射部７ｂの第２位置６２ａの３次元座標が測定され、第３局所スキャンの実行により、前記第３初期位置６３から所定の方向に所定距離移動した前記反射部７ｃの第３位置６３ａの３次元座標が測定され、第４局所スキャンの実行により、前記第４初期位置６４から所定の方向に所定距離移動した前記反射部７ｄの第４位置６４ａの３次元座標が測定される。第１位置６１ａ～第４位置６４ａの３次元座標は、それぞれ前記測定記憶部４４に保存される。
又、前記測定演算制御部４３は、前記第２位置６２ａと前記第２初期位置６２とを結ぶ直線を前記反射部７ｂの軌跡６６として演算し、第３位置６３ａと前記第３初期位置６３とを結ぶ直線を前記反射部７ｃの軌跡６７として演算し、第４位置６４ａと前記第４初期位置６４とを結ぶ直線を前記反射部７ｄの軌跡６８として演算し、各演算結果が前記測定記憶部４４に保存される。更に、前記測定演算制御部４３は、前記軌跡６６に基づき前記反射部７ｂの移動速度、移動方向を演算し、前記軌跡６７に基づき前記反射部７ｃの移動速度、移動方向を演算し、前記軌跡６８に基づき前記反射部７ｄの移動速度、移動方向を演算し、各演算結果が前記測定記憶部４４に保存される。
局所スキャンのスキャン中心の位置を前記第２初期位置６２～前記第４初期位置６４に変更する場合も、前記反射部７ｂ～前記反射部７ｄの測定結果、移動方向、移動速度に基づき、次の測定位置が予測され、予測結果がスキャン中心の変更に反映される。
前記測定演算制御部４３は、前記第１位置６１ａ、前記第２位置６２ａ、前記第３位置６３ａ、前記第４位置６４ａの測定結果に基づき、前記平面１２の前記法線１３を演算する。即ち、前記測定演算制御部４３は、前記飛行装置２の姿勢を演算する。更に、前記測定演算制御部４３は、各初期位置６１～６４で形成される前記平面１２に対する、各位置６１ａ～６４ａで形成される前記平面１２の相対回転角を演算し、該相対回転角に基づき前記飛行装置２の基準方向の方位角を演算する。
前記第４位置６４ａの測定後、前記反射部７ａ～７ｄの測定が順次繰返され、第１位置６１ｂ，……，６１ｎ（図示せず）、第２位置６２ｂ，……，６２ｎ（図示せず）、第３位置６３ｂ，……，６３ｎ（図示せず）、第４位置６４ｂ，……，６４ｎ（図示せず）の３次元座標が演算され、各演算結果が前記測定記憶部４４に保存される。又、各測定位置と１回前の測定位置とを結ぶ直線が前記反射部７ａ～７ｄの軌跡６５～６８としてそれぞれ前記測定記憶部４４に保存される。
前記反射部７ａ～７ｄの測定が順次繰返されることで、該反射部７ａ～７ｄの位置がリアルタイムで測定され、該反射部７ａ～７ｄの測定結果に基づき、前記位置測定装置３による前記飛行装置２の追尾が実行される。又、該飛行装置２の追尾と並行して、該飛行装置２の姿勢がリアルタイムで演算される。更に、前記反射部７ａから前記反射部７ｄ迄の測定を１周期とすると、各反射部７ａ～７ｄの測定結果に基づき、１周期前の前記平面１２に対する該平面１２の相対回転角が順次演算されるので、各相対回転角に基づき、前記飛行装置２の基準方向の方位角を演算することができる。
尚、局所スキャンのスキャン中心の変更は、ＭＥＭＳミラーによって高速で実行されるので、前記反射部７ａ～７ｄの測定は略同時に、且つ略リアルタイムで実行することができる。従って、各反射部７ａ～７ｄは常に同じ順番で測定されることとなるので、前記平面１２間の回転変位を相対回転角とみなすことができ、各反射部７ａ～７ｄを区別する必要がない。更に、前記飛行装置２の追尾については、該飛行装置２の移動速度が高速ではないので、前記水平回転駆動部３６と前記鉛直回転駆動部３７による前記測定装置本体２８の回転で充分追尾することが可能である。
前記飛行装置２の追尾中、前記測距光４１が前記飛行体５で遮られ、局所スキャンを実行しても前記反射部７ａ～７ｄの測定結果が得られない場合がある。この場合には、測定不能として局所スキャンの中心を次の測定位置へと移動させる。局所スキャンのスキャン中心の変更は、他の反射部７の測定結果に基づく予測結果が反映され、且つ変更速度が高速であるので、測定不能の前記反射部７が存在する場合でも、追尾の続行が可能となる。又、前記反射部７ａ～７ｄのうちの３つが測定できれば、前記平面１２は作成可能であるので、前記反射部７ａ～７ｄのうちの１つが測定できなくてもリアルタイムでの姿勢検出及び方位角検出が可能である。
次に図９を参照し、前記測量システム１を用いた測定について説明する。
測定を開始する場合、前記遠隔操縦機４を介して前記飛行体５を待機位置から飛行させる。この時、前記遠隔操縦機４の操作パネルを介して前記飛行体５を手動で操作してもよいし、予め設定された飛行プログラムに基づき前記飛行体５を自動で飛行させてもよい。又、該飛行体５を手動で操作する場合、目視により操作してもよいし、前記飛行体カメラ８で取得された画像に基づき操作してもよい。
尚、該飛行体５は、方位計を有していない為、飛行中の前記飛行体５の方位を直接検出することができない。本実施例では、前記測定演算制御部４３又は前記端末演算処理部４９は、時間的に隣接する前記平面１２間の回転変位に基づき前記飛行体５の相対回転角を演算し、各相対回転角と待機位置で設定した基準方向の方位角に基づき、前記飛行体５の方位角を演算している。
或は、前記飛行体５が飛行を開始した時点から、前記第１撮像制御部２４は前記飛行体カメラ８ａ～８ｄ毎に飛行体カメラ画像を連続して取得している。該飛行体カメラ８ａ～８ｄは、隣接する飛行体カメラにより取得された飛行体カメラ画像が所定量オーバラップする様配置されているので、３６０°全周の飛行体カメラ画像が取得される。
前記演算制御部１８は、建造物や鉄骨の角、或は特徴的な輝度等から前記飛行体カメラ画像毎に特徴点を抽出する。又、前記演算制御部１８は、同一の前記飛行体カメラ８により取得された、時間的に隣接する前記飛行体カメラ画像を比較する。
前記演算制御部１８は、時間的に隣接する２枚の前記飛行体カメラ画像に基づき、同一の特徴点の前記飛行体カメラ画像中での位置偏差を演算する。又、前記演算制御部１８は、同様に他の前記飛行体カメラ８で取得した前記飛行体カメラ画像についても、特徴点の前記飛行体カメラ画像中での位置偏差を演算する。
各画素の撮像素子内の位置は特定可能である。従って、各飛行体カメラ８について、時間的に隣接する前記飛行体カメラ画像中の特徴点の位置を比較することで、先の前記飛行体カメラ画像を取得した時点に対する、後の前記飛行体カメラ画像を取得した時点の前記飛行体５の傾斜角、方位角、移動量を演算することができる。
前記演算制御部１８は、順次演算した前記飛行体５の傾斜角、方位角、移動量に基づき、前記飛行体５の姿勢や飛行状態を制御する（オプティカルフロー）。尚、飛行状態の制御については、前記位置測定装置３で演算された姿勢や方位角、移動量を用いてもよい。
尚、本実施例では、前記飛行装置２と前記位置測定装置３の両方で、前記飛行体５の傾斜角、方位角、移動量が演算可能となっている。一方で、前記位置測定装置３は前記飛行装置２よりも高精度で演算可能であるので、傾斜角、方位角、移動量が共に演算可能である場合には前記位置測定装置３による演算が用いられる。又、前記飛行装置２でのみ演算できた場合には、該飛行装置２で演算された傾斜角、方位角、移動量が用いられる。
前記飛行装置２を測定対象である構造物６９の近傍まで移動させると、前記飛行装置２による前記構造物６９の測定及び診断を開始する。尚、図９中では、前記構造物６９は例えばビルであり、測定対象面である診断面７１はビルの一面となっている。
前記飛行装置２に対する追尾が継続された状態で、前記スキャナ制御部２３は、測距光７２を前記測距光４１とは異なる波長で射出しつつ前記走査鏡２６を回転させ、前記飛行体５の鉛直軸心を含む平面内で前記測距光７２を１次元に回転照射させる。又、前記飛行制御部２１は、前記測距光７２の照射方向と直交する方向へ、前記飛行体５を飛行又は回転させる。前記走査鏡２６の回転と前記飛行体５の飛行又は回転との協動により、前記測距光７２が２次元に走査され、前記診断面７１全面の３次元点群データが取得できる。
前記飛行体５の基準点を基準とした３次元点群データの各点毎の３次元座標は、前記平面１２又は前記飛行体カメラ画像７３から求めた前記飛行体５の方位角と、前記飛行体５の位置（基準点の位置）及び姿勢と関連づけられて前記記憶部１９に保存される。或は、前記遠隔操縦機４が、前記飛行装置２から受信した３次元点群データと、前記位置測定装置３から受信した前記飛行体５の位置及び姿勢及び方位とを関連づけて前記端末記憶部５１に保存する。前記端末演算処理部４９は、前記反射部７ａ～７ｄの測定結果に基づき前記飛行体５の基準点の位置（３次元座標）と前記飛行体５の姿勢及び方位を演算し、演算結果に基づき、前記レーザスキャナ６が取得した３次元点群データを前記位置測定装置３の設置位置を基準とした３次元点群データへと変換する。
前記端末演算処理部４９は、前記飛行装置２で取得された３次元点群データ、即ち前記診断面７１の表面形状と前記端末記憶部５１に格納された設計データとを比較し、比較結果に基づき、前記診断面７１の不陸（凹凸）、タイル等の剥離や落下等の不具合を検出することができる。
又、前記端末演算処理部４９は、不具合が検出された前記診断面７１上の位置、及び該位置への撮影指示を前記飛行装置２へと送信する。
前記演算制御部１８は、前記遠隔操縦機４から受信した不具合の位置に基づき、前記飛行装置２を不具合位置迄飛行させ、前記飛行体カメラ８のいずれかと前記赤外線カメラ９が不具合位置へと向く様前記飛行体５を回転させ、前記飛行体カメラ８による不具合位置の飛行体カメラ画像７３及び前記赤外線カメラ９による不具合位置の赤外画像７４とを取得する。取得された前記飛行体カメラ画像７３と前記赤外画像７４は、不具合位置及び方位角と関連づけられて前記記憶部１９に保存される。或は、前記飛行体カメラ画像７３と前記赤外画像７４は、方位角と共に前記遠隔操縦機４へと送信され、前記位置測定装置３から受信した前記飛行体５の位置及び姿勢と関連づけられて前記端末記憶部５１に保存される。
取得された前記飛行体カメラ画像７３に基づき、至近距離からの目視と同等の精度で前記診断面７１の不陸や剥離、落下等の不具合の詳細を判断することができる。更に、前記赤外画像７４に基づき、前記診断面７１の温度分布が得られ、該温度分布に基づき前記診断面の状態を判断することができる。尚、前記飛行体カメラ画像７３と前記赤外画像７４に基づく不具合の詳細の判断は、作業者が目視により行ってもよいし、画像処理等により前記端末演算処理部４９に自動で行わせてもよい。
前記診断面７１の全面の点群データの取得、前記飛行体カメラ画像７３の取得、前記赤外画像７４の取得が完了すると、前記遠隔操縦機４を介して前記飛行装置２を次の前記診断面７１、或は次の前記構造物６９の近傍へと移動させ、再度点群データの取得、前記飛行体カメラ画像７３の取得、前記赤外画像７４の取得を実行する。
全ての前記診断面７１、前記構造物６９の測定及び画像取得が完了すると、前記飛行装置２を所定の待機位置へと着地させ、前記診断面７１の測定を終了する。
上述の様に、本実施例では、前記飛行装置２を遠隔操作し、該飛行装置２に設けられた前記レーザスキャナ６、前記飛行体カメラ８、前記赤外線カメラ９により、所望の前記診断面７１の近傍から３次元点群データや画像を取得可能となっている。
従って、作業者が作業する為の、或は３次元レーザスキャナが設けられた３脚を設置する為の足場が不要となるので、足場を作成する為の時間やスペースが不要となり、作業時間の大幅な短縮を図ることができる。
又、作業者が壁に取付き、直接前記診断面７１を診断する必要がないので、作業者が高所での診断作業を行う必要がなく、安全性を向上させることができる。
又、前記診断面７１に対して、３次元点群データ、前記飛行体カメラ画像７３、前記赤外画像７４をそれぞれ取得する構成となっているので、複数の手段により不具合位置を診断することができ、高精度に前記診断面７１を診断することができる。
又、本実施例では、前記反射部７ａ～７ｄが球体であり、少なくとも該反射部７ａ～７ｄのいずれか１つを含む前記測定エリア５５を局所スキャンすることで、前記反射部７ａ～７ｄを測定している。従って、前記反射部７ａ～７ｄの向きに拘らず、該反射部７ａ～７ｄの中心の３次元座標を演算することができる。
又、前記飛行体５の所定位置に４つの反射部７ａ～７ｄが設けられ、該反射部７ａ～７ｄの測定結果に基づき前記平面１２及び前記法線１３を演算し、該法線１３に基づき前記飛行体５の傾きを演算することができる。又、時間的に隣接する前記平面１２の回転変位に基づき、前記飛行体５の相対回転角を演算することができる。従って、該飛行体５が傾斜していた場合であっても、或は前記飛行体５が回転していた場合であっても、演算された前記飛行体５の傾き及び方位に基づき前記レーザスキャナ６の測定結果を補正することができる。
又、本実施例では、前記反射部７ａ～７ｄを順次局所スキャンし、測定することで、前記飛行装置２を追尾している。又、前記飛行装置２の追尾と並行して、該飛行装置２の姿勢及び方位をリアルタイムで演算している。
従って、前記飛行装置２に傾斜センサや姿勢検出装置、或は方位計を設ける必要がないので、装置構成の簡略化が図れ、製作コストの低減を図れると共に、前記飛行装置２の重量を軽減することができる。
又、前記プロペラモータ１５を駆動させることで、前記飛行体５を前記測距光７２の射出方向と直交する方向に飛行又は回転可能であるので、前記走査鏡２６の回転方向と前記飛行体５の飛行又は回転との協動により、任意の方向に前記測距光７２を照射することができる。従って、３次元の点群データを取得する場合であっても、前記飛行装置２に搭載するのは１軸のレーザスキャナでよいので、軽量化及び製作コストの低減を図ることができる。
又、飛行中には、前記飛行体５に設けられた複数の前記飛行体カメラ８による前記飛行体カメラ画像７３が連続して実行されているので、飛行中の姿勢の制御、障害物に対する衝突回避等を行うことができ、飛行安定性を向上させることができる。
又、前記飛行装置２に位置情報発信器としてのＢＬＥビーコンを設けてもよい。該ＢＬＥビーコンにより概略の位置情報信号が発せられることで、例えば障害物等により前記位置測定装置３による前記飛行装置２の追尾が途切れた場合であっても、ＢＬＥビーコンからの位置情報に基づき、容易に前記位置測定装置３を前記飛行装置２の追尾に復帰させることができる。
尚、本実施例では、測定器として前記飛行体５に１軸の前記レーザスキャナ６を搭載し、該レーザスキャナ６により前記診断面７１の３次元点群データを取得しているが、前記飛行装置２による測定方法はこれに限られるものではない。例えば、前記診断面７１にラインレーザを照射し、光切断法により前記診断面７１の表面形状を測定する測定器を前記飛行体５に設けてもよいし、前記診断面７１にＴＨｚ（テラヘルツ）帯の電磁波を照射し、前記診断面７１の表面状態を測定する測定器を前記飛行体５に設けてもよい。ＴＨｚ帯の電磁波を用いることで、前記診断面７１の壁面内隙間検査等を実行することができる。
又、測定器としてフラッシュライダーやＴＯＦカメラを用いてもよい。フラッシュライダー及びＴＯＦカメラは、所定の光源により測定範囲（撮像範囲）をパルス照射し、該測定範囲からの反射光をＣＭＯＳセンサ等の撮像素子で受光し、撮像素子の各ピクセル毎に測距を行う様構成されている。従って、フラッシュライダーやＴＯＦカメラで前記診断面７１を撮影することで、各ピクセル毎に距離情報を有する前記診断面７１の画像を取得できるので、該画像に基づき前記診断面７１の３次元形状を求めることができる。
一方で、フラッシュライダーやＴＯＦカメラの場合、パルス光の照射範囲やカメラの画角ににより測定範囲が限定されることから、前記診断面７１全面の画像を取得する為には、前記飛行装置２を前記診断面７１に沿って飛行させつつ、複数の画像を取得する必要がある。
従って、測定器としてフラッシュライダーやＴＯＦカメラを用いる場合には、前記診断面７１全面の画像が取得できる様前記飛行装置２の飛行ルートを事前に設定し、該飛行ルートに基づき前記飛行装置２を自動で飛行させてもよいし、前記遠隔操縦機４を介して任意の範囲の測定エリアを設定し、測定エリア全域の画像を取得できる様、前記飛行装置２を自動で飛行させてもよい。
又、前記診断面７１の少なくとも一部を含む画像を取得する為の画像取得エリアを予め設定し、前記飛行装置２が画像取得エリアで画像を取得する様自動で飛行させ、取得した画像に基づき前記診断面７１全面の画像を取得する迄順次画像を取得する様前記飛行装置２を自動で飛行させてもよい。例えば、画像中の稜線等に基づき飛行方向を決定すると共に、取得する画像同士が所定量オーバラップする様前記飛行装置２を飛行させる。更に、前記飛行体カメラ８ａ～８ｄの画像を参照しつつ、前記遠隔操縦機４を介して手動で前記飛行装置２の飛行及び測定を実行してもよい。
又、本実施例では、前記測距光４１を走査する為の測距光偏向部として、２軸のＭＥＭＳミラーと用いているが、該ＭＥＭＳミラーに限られるものではない。例えば、モータにより回転する回転鏡やガルバノミラー、オプティカルフェースドアレイ、液晶ビームステアリング、レズレープリズム等、種々の偏向手段により測距光を走査する構成であってもよい。
更に、本実施例では、前記反射部７ａ～７ｄとして、反射シートを全面に貼設した球体を用いているが、全周プリズムを用いてもよいのは言う迄もない。
１ 測量システム
２ 飛行装置
３ 位置測定装置
４ 遠隔操縦機
５ 飛行体
６ レーザスキャナ
７ 反射部
８ 飛行体カメラ
９ 赤外線カメラ
１７ 飛行制御装置
３１ 走査ミラー
３２ 測距部
４１ 測距光
４３ 測定演算制御部
４９ 端末演算処理部
５１ 端末記憶部
６９ 構造物
７１ 診断面
７２ 測距光

Claims (9)

  1. 遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器が設けられた飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記遠隔操縦機は前記飛行装置を所望の構造物迄飛行させ、前記測定器により測定面を測定させ、前記位置測定装置を基準とした測定結果へと変換する様構成された測量システム。
  2. 前記飛行体は、該飛行体の基準点に対して既知の位置に設けられた少なくとも３つの反射部を有し、前記位置測定装置は、測距光を射出し、反射測距光を受光して前記反射部迄の距離を測定する測距部と、前記測距光が所定の範囲で走査される様該測距光を偏向する測距光偏向部と、前記測距部と前記測距光偏向部とを制御する演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記測距光偏向部により前記測距光を前記反射部のうちの少なくとも１つを含む局所スキャンを各反射部に対して順次実行させ、各反射部を測定する様構成された請求項１に記載の測量システム。
  3. 前記位置測定装置は、前記測距部と前記測距光偏向部と前記演算制御部とを有する測定装置本体と、該測定装置本体を水平方向及び鉛直方向に駆動させる本体駆動部とを更に具備し、前記演算制御部は、１回前に測定した前記反射部うちの１つの位置を中心とし、該反射部のうちの１つの現在位置を測定する為の局所スキャンを、各反射部に対して順次して前記飛行装置を追尾する様構成された請求項２に記載の測量システム。
  4. 前記演算制御部は、待機位置で測定された各反射部の位置をそれぞれ初期位置として設定し、各初期位置の測定結果に基づき前記飛行装置の追尾を開始する様構成された請求項３に記載の測量システム。
  5. 前記演算制御部は、各反射部の測定結果に基づき、各反射部の中心により形成される平面と、該平面の法線を演算し、前記平面及び前記法線に基づき前記飛行装置の姿勢及び方位を演算する様構成された請求項３又は請求項４に記載の測量システム。
  6. 前記飛行装置は飛行制御装置を更に具備し、前記測定器は１軸のレーザスキャナであり、該レーザスキャナは走査鏡を介して前記位置測定装置とは異なる波長の測距光を１次元にスキャン可能に構成され、前記飛行制御装置は前記走査鏡の回転と、該走査鏡と直交する方向に回転する前記飛行体の回転との協動により、前記測距光を３次元に回転照射し、２次元のスキャンにより３次元点群データを取得する様構成された請求項１～請求項５のうちのいずれか１項に記載の測量システム。
  7. 前記遠隔操縦機は、正常な構造物の表面形状を有する設計データが保存された端末記憶部と、端末演算処理部とを有し、該端末演算処理部は、前記レーザスキャナが取得した３次元点群データと前記設計データとを比較し、比較結果に基づき前記構造物の不具合位置を検出する様構成された請求項６に記載の測量システム。
  8. 前記飛行装置は、前記飛行体の周面に設けられた飛行体カメラと赤外線カメラとを更に具備し、前記端末演算処理部は、前記不具合位置に前記飛行装置を移動させ、前記飛行体カメラと赤外線カメラにより前記不具合位置の画像を取得させる様構成された請求項７に記載の測量システム。
  9. 前記飛行体カメラは複数設けられ、前記飛行制御装置は、前記飛行体カメラに動画像又は連続画像を取得させ、時間的に隣接する画像中でそれぞれ同一の特徴点を抽出し、該特徴点間の位置偏差を演算し、該位置偏差に基づき、先の画像取得時に対する後の画像取得時の前記飛行体の傾斜角、方位角、移動量を演算する様構成された請求項８に記載の測量システム。
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CN116087235B (zh) * 2023-04-07 2023-06-20 四川川交路桥有限责任公司 一种多源耦合的桥梁损伤探测方法及系统
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6693765B2 (ja) * 2016-02-26 2020-05-13 株式会社トプコン 飛行体追尾方法及び飛行体誘導システム
JP6796975B2 (ja) * 2016-09-16 2020-12-09 株式会社トプコン Ｕａｖ測定装置及びｕａｖ測定システム
JP7025156B2 (ja) * 2017-09-19 2022-02-24 株式会社トプコン データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理用プログラム

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