JP2023048409A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体の向き、姿勢の検出を確実とし、測定精度の向上、安定性の向上を可能とした測量システムを提供する。【解決手段】飛行体５と、飛行体に設けられた測定器と、制御装置と、飛行体の下方を撮像する飛行体カメラ８と、飛行体の少なくとも３箇所に設けられ、鉛直下方の距離を測定するレーザ測長器１４ａ～１４ｄとを具備し、測定地点に水平に設けられるターゲット板に、中心位置検出パターンと角度目盛パターンとを設け、制御装置は、レーザ測長器の測定結果に基づき飛行体を水平に制御し、飛行体の高度を検出し、飛行体カメラが取得した角度検出パターンに基づき飛行体が角度検出パターンの中心に位置する様に制御し、又角度目盛パターンに基づき飛行体の水平角を検出し、制御装置は、検出された飛行体の高度と、検出された水平角と、測定器が測定した測定結果とを関連付け、測定地点を基準とした３次元データを取得する。【選択図】図１

Description

本発明は小型無人飛行体を用いて広範囲の測定を行う測量システムに関するものである。

近年、小型無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の進歩に伴い、ＵＡＶに各種装置を搭載して遠隔操作により飛行させ、或はＵＡＶを自律飛行させ、所要の測定作業が行われている。例えば、ＵＡＶに写真測量用カメラ、レーザスキャナ等の測定器を搭載し、写真測量、或は飛行しつつ点群データを取得し、広範囲の測定が行われている。

飛行体に搭載した測量機により測定を実行する場合、飛行体の位置、更に飛行体の姿勢を正確に検出することが不可欠である。現在の飛行体の向きの検出、飛行体の姿勢を検出する方法としては、飛行体に慣性計測装置（ＩＭＵ）を搭載し、ＩＭＵにより飛行体の姿勢向きを検出している。

然し乍ら、ＩＭＵは状態変化を検出するものであり、累積誤差、回路上のドリフト等、経時的な誤差が考えられ、飛行体の向き、飛行体の姿勢を高精度に検出するとは言えなかった。従って、飛行体の向き、飛行体の姿勢の検出結果が測定結果にも影響を及していた。

特開２０１８－４４９１３号公報 特開２０１６－１６１４１１号公報 特開２０２０－９４８６５号公報

本発明は、飛行体の向き、姿勢の検出を確実とし、測定精度の向上、安定性の向上を可能とした測量システムを提供するものである。

本発明は、遠隔操縦可能な飛行装置と、測定地点に水平に設けられるターゲット板、前記飛行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、前記飛行装置は、プロペラユニットを具備する飛行体と、該飛行体の上面又は下面に設けられた測定器と、制御装置と、前記飛行体の下方を撮像する飛行体カメラと、前記飛行体の少なくとも３箇所に設けられ、鉛直下方の距離を測定するレーザ測長器とを具備し、前記ターゲット板には、中心位置検出パターンと角度目盛パターンとを有する角度検出パターンが設けられ、前記制御装置は、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体を水平に制御し、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体の高度を検出し、前記飛行体カメラが取得した前記角度検出パターンの画像の中心位置検出パターンに基づき前記飛行体が前記角度検出パターンの中心に位置する様に制御し、又前記角度検出パターンの画像の角度目盛パターンに基づき前記飛行体の水平角を検出し、前記制御装置は、検出された飛行体の高度と、検出された水平角と、前記測定器が測定した測定結果とを関連付け、前記測定地点を基準とした３次元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、前記飛行体は、下方に延びる少なくとも３本の着地脚を有し、前記レーザ測長器は前記着地脚に内蔵された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記測定器は水平軸を中心に鉛直面にパルス測距光を回転照射する１次元のレーザスキャナであり、前記制御装置は、前記レーザスキャナによる１次元レーザスキャンと共に前記プロペラユニットの制御で前記飛行体を水平方向に回転させ、２次元レーザスキャンによる点群データを取得する様構成した測量システムに係るものである。

又本発明は、既知点に設置された位置測定装置を更に具備し、前記飛行体は、飛行体通信部と、下面に設けられたプリズムとを有し、前記位置測定装置は測定通信部と追尾機能を有し、前記プリズムを追尾しつつ該プリズムの３次元座標を測定し、前記測定通信部を介して測定結果をリアルタイムで前記飛行体通信部に送信し、前記制御装置は受信した３次元座標から前記飛行体の高度を取得し、該高度と前記検出された水平角と、前記測定器が測定した測定結果と関連付け、前記測定地点を基準とした３次元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。

更に又本発明は、前記既知点は地心系の既知の３次元座標を有し、前記位置測定装置による前記プリズムの測定結果に基づき前記測定結果を地心系の３次元データに変換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、遠隔操縦可能な飛行装置と、測定地点に水平に設けられるターゲット板、前記飛行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、前記飛行装置は、プロペラユニットを具備する飛行体と、該飛行体の上面又は下面に設けられた測定器と、制御装置と、前記飛行体の下方を撮像する飛行体カメラと、前記飛行体の少なくとも３箇所に設けられ、鉛直下方の距離を測定するレーザ測長器とを具備し、前記ターゲット板には、中心位置検出パターンと角度目盛パターンとを有する角度検出パターンが設けられ、前記制御装置は、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体を水平に制御し、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体の高度を検出し、前記飛行体カメラが取得した前記角度検出パターンの画像の中心位置検出パターンに基づき前記飛行体が前記角度検出パターンの中心に位置する様に制御し、又前記角度検出パターンの画像の角度目盛パターンに基づき前記飛行体の水平角を検出し、前記制御装置は、検出された飛行体の高度と、検出された水平角と、前記測定器が測定した測定結果とを関連付け、前記測定地点を基準とした３次元データを取得する様構成されたので、水平角検出、水平検出に於いて、累積誤差、回路上のドリフト等、経時的な誤差は発生せず、飛行体の向き、姿勢の検出が確実となり、測定精度の向上、安定性の向上が可能とな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の下方からの概略構成図である。 本発明の実施例に係る測量システムの上方からの概略構成図である。 ＵＡＶの概略ブロック図である。 位置測定装置の概略ブロック図である。 遠隔操縦機の概略ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の実施例に係る飛行体の姿勢制御システムについて説明する。

飛行体の測量システム１は、主に飛行装置（ＵＡＶ）２、該飛行装置２を追尾可能な位置測定装置３、例えばトータルステーション、及び遠隔操縦機４から構成される。又、測定地点にはターゲット板１０が水平に設置される。

前記飛行装置２は、主に飛行体５と、該飛行体５の上面又は下面に設けられる測定器と、前記飛行体５の下面に設けられる再帰反射体としてのプリズム７と、前記飛行体５の下方を撮像する飛行体カメラ８、飛行体通信部９（後述）とを有する。

前記測定器は、本実施例では飛行体５の上面に設けられており、測定器としてレーザスキャナ６が用いられている。尚、測定器としては、その他写真測量用の撮像装置等が挙げられる。

該レーザスキャナ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（以下、パルス測距光）として射出し、走査鏡（図示せず）を介してパルス測距光を回転照射する。該走査鏡は、水平軸心を中心に鉛直方向に１軸で回転する。従って、パルス測距光は、前記飛行体５の基準点を含む鉛直平面内で１次元に回転照射される。

測定対象物で反射されたパルス測距光は、パルス測距毎に測定され、パルス測距光の回転照射によって点群データが取得される。尚、バースト発光については、特許文献２に開示されている。

前記プリズム７は、前記位置測定装置３からの測距光及び追尾光を再帰反射する。尚、前記プリズム７に代え再帰反射特性を有する反射シートが用いられてもよい。

前記飛行体カメラ８は、前記飛行体５が水平姿勢で鉛直下方に延出する光軸８ａを有し、該光軸８ａと前記レーザスキャナ６のパルス測距光が形成する前記鉛直平面とは平行であり、好ましく前記光軸８ａが前記鉛直平面内に存在する様に設定される。尚、前記プリズム７、前記飛行体カメラ８は、相互に視野、光路が遮られない位置に設けられる。

前記飛行体通信部９は、前記位置測定装置３及び前記遠隔操縦機４との間で、制御信号の通信、データ通信等の通信を行う。

前記飛行体５には基準点が設定されている。該基準点は、例えば前記飛行体５の機械中心であり、該基準点と、前記レーザスキャナ６の測定基準点と、前記プリズム７の光学中心と、前記飛行体カメラ８の撮像基準点の位置関係は、相互に既知となっている。

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１１（図示では１１ａ～１１ｄ）を有し、該プロペラフレーム１１の先端にプロペラユニット１２ａ～１２ｄが設けられる。該プロペラユニット１２ａ～１２ｄは、それぞれプロペラモータとプロペラとを含む。

前記プロペラフレーム１１ａ～１１ｄの先端には下方に延びる４本の着地脚１３ａ～１３ｄが設けられ、該着地脚１３ａ～１３ｄ内部には４のレーザ測長器１４ａ～１４ｄがそれぞれ設けられる。該レーザ測長器１４ａ～１４ｄの光軸は、前記飛行体カメラ８の光軸８ａと平行に設定される。又、各レーザ測長器１４ａ～１４ｄの光軸間の距離は既知となっている。更に、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの測定基準点と前記飛行体５の基準点との関係を既知とする。又、前記飛行体５が水平姿勢の時、所定の水平面に対する前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの測距結果が同一となる様に設定する。

該レーザ測長器１４ａ～１４ｄは、飛行体の水平を検出する飛行体水平検出器として機能する。

尚、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄは、４本の着地脚１３ａ～１３ｄの全てに設けられる必要はなく、少なくとも３本に設けられればよい。又着地脚も３本、或は５本以上であってもよい。更に前記レーザ測長器１４は着地脚以外の場所、例えば、前記プロペラフレーム１１ａ～１１ｄであってもよく、鉛直方向にレーザ光線を射出し、鉛直距離が測定できる位置であればよい。又、前記レーザ測長器は前記飛行体５の少なくとも３箇所に設けられてもよい。更に、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄについては、市販のレーザ測長器を本実施例用に適用してもよい。

前記トータルステーション３を既知の設置点（グローバル座標系で３次元座標が既知の点）に設置される。尚、測定対象物が建造物等であり、測定対象物の形状測定を行う場合等でグローバル座標系の３次元座標を必要としない場合は、測定対象物に対して既知化された点を設置点としてもよい。

前記位置測定装置３は、追尾光、測距光を前記飛行体５に照射し、前記プリズム７からの反射光を受光し、前記飛行体５を追尾しながら、前記プリズム７からの反射測距光を受光し、前記飛行体５の位置（３次元座標）をリアルタイムで測定する。該飛行体５の位置がリアルタイムで測定されることで、点群データ取得時の前記飛行体５の位置（前記位置測定装置３を基準とした３次元座標）が測定される。

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。前記遠隔操縦機は、演算機能を有する演算装置、データ、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、前記飛行装置２、前記位置測定装置３との間で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の飛行を遠隔操作し、前記レーザスキャナ６による測距作動も遠隔操作可能となっている。

前記ターゲット板１０は、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄで形成される４角形より充分大きい形状を有し、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄから発せられるレーザ光線が同時に前記ターゲット板１０を照射する用になっている。尚、図示では４角形であるが、円形であってもよい。

前記ターゲット板１０の中心と同心に、角度検出パターン１５が設けられている。更に、該角度検出パターン１５は同心円状に、中心位置検出パターン１６と角度目盛パターン１７とを有し、前記中心位置検出パターン１６、角度目盛パターン１７は、それぞれ基準位置目盛１６ａ，基準位置目盛１７ａを有している。

尚、角度検出パターンとしては、角度を検出可能なパターンであれば前記角度検出パターン１５に適用可能である。例えば、図２に示した様な、円周方向に所定角度ピッチで角度目盛を形成したパターン、或はモアレ縞を生成するパターン等である。

前記角度検出パターン１５、前記飛行体カメラ８及びセンサ制御部３１（後述）は、後述する様に方位及び水平角度検出装置として機能する。

前記飛行装置２について、図３を参照して更に説明する。

前記飛行体５は、制御装置２２を内蔵している。該制御装置２２は、主に演算制御部２３、記憶部２４、撮像制御部２５、飛行制御部２６、プロペラユニットドライバ部２７、スキャナ制御部２９、センサ制御部３１、前記飛行体通信部９とを具備している。尚、前記制御装置２２は、飛行時の姿勢制御の為一般的に具備されるジャイロセンサ（図示せず）を備えている。

前記演算制御部２３は、前記記憶部２４に格納されたプログラムの実行を行うと共に、前記撮像制御部２５、前記飛行制御部２６、前記スキャナ制御部２９、前記センサ制御部３１の同期制御、統合制御を行う。

尚、本実施例では、前記スキャナ制御部２９が前記制御装置２２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２９を設け、前記飛行体通信部９を介して前記飛行体５と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。各画素から出力される信号には、受光信号と共に画素座標を含んでいる。

前記飛行体カメラ８によって撮影された画像は、画像データとして前記撮像制御部２５に入力される。該撮像制御部２５は、画像データをリアルタイム画像として前記飛行体通信部９を介して遠隔操縦機４に送信される。又、測定中に取得される角度検出画像を前記飛行体通信部９を介して遠隔操縦機４に送信してもよく、或は測定中にリアルタイム画像と角度検出画像を並行して取得し、前記飛行体通信部９を介して遠隔操縦機４に送信してもよい。

前記撮像制御部２５は、前記飛行体カメラ８による画像の取得について、誘導モードと測定モードと、或は誘導モードと測定モードとを並行するモードの３つのいずれかのモードによって撮影を制御する。

誘導モードでは、飛行中の画像をリアルタイムで取得し、リアルタイム画像を前記遠隔操縦機４に送信して、該遠隔操縦機４による誘導を可能にする。

又、測定モードでは、後述する様に、該飛行体カメラ８が取得した画像の処理により、前記ターゲット板１０に対する水平方向のずれ、水平回転角を演算する。又、ターゲット板１０に対する前記飛行体５の相対関係を表示する画像等が前記遠隔操縦機４に送信される。

又、誘導モードと測定モードとを並行するモードでは、飛行中のリアルタイム画像、測定中のターゲット板１０に対する前記飛行体５の相対関係を表示する画像等が並行して前記遠隔操縦機４に送信され、該遠隔操縦機４の表示部５５（後述）に分割表示される。誘導モードと測定モードとを並行するモードでは、誘導状態と、測定状態とを同時に目視確認することができる。

前記撮像制御部２５に於ける水平角検出について説明する。

該撮像制御部２５には、前記角度検出パターン１５と同一形状の角度検出パターン１５′が設定されている。該角度検出パターン１５′は、前記角度検出パターン１５と同様、中心位置検出パターン１６′、角度目盛パターン１７′を含んでいる。

前記飛行体５が水平姿勢で、且つ前記光軸８ａが前記角度検出パターン１５の中心を通過する状態で、前記飛行体カメラ８から入力される画像データの前記角度検出パターン１５と前記角度検出パターン１５′が完全に重合する様に、倍率等の画像処理がされる。

前記光軸８ａが前記角度検出パターン１５の中心を通過しない状態では、前記角度検出パターン１５と前記角度検出パターン１５′とはずれている。

前記撮像制御部２５は、前記中心位置検出パターン１６と中心位置検出パターン１６′との比較でずれの方向、ずれ量をリアルタイムで演算し、前記角度目盛パターン１７と角度目盛パターン１７′との比較で前記ターゲット板１０に対する前記飛行体５の相対回転角をリアルタイムで演算する様になっている。又、前記撮像制御部２５は演算したずれの方向、ずれ量及び相対回転角を前記演算制御部２３に入力する様になっている。

該演算制御部２３は、前記ずれの方向、ずれ量に基づき前記レーザスキャナ６が取得した点群データをリアルタイムで補正し、前記相対回転角に基づき点群データの水平角をリアルタイムで演算する。

尚、該撮像制御部２５に設定される前記角度検出パターン１５′は前記角度検出パターン１５と同一形状としたが、前記角度検出パターン１５′と前記角度検出パターン１５との重ね合せで、前記角度検出パターン１５と前記角度検出パターン１５′間の角度が検出できればよい。更に、角度検出パターン１５′はカーソルの機能を有するパターンであってもよく、或は前記角度検出パターン１５と前記角度検出パターン１５′間の偏差でモアレ縞を形成する様なパターンであってもよい。

前記センサ制御部３１は、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの発光制御、同期制御を行い、各レーザ測長器１４ａ～１４ｄからリアルタイムで測定距離を取得し、更に各レーザ測長器１４ａ～１４ｄによる測定距離、及び各レーザ測長器１４ａ～１４ｄ間の距離に基づき、前記飛行体５の水平に対する傾斜角、傾斜方向をリアルタイムで検出する。又、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの測定距離を平均することで、前記飛行体５の高度を求めることができる。従って、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄは、水平検出器と高度検出器とを兼ねることができる。

検出された傾斜角、傾斜方向、更に前記飛行体５の高度は、前記センサ制御部３１より前記演算制御部２３に入力される。

前記記憶部２４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、自律飛行する場合の飛行制御プログラム、前記飛行体カメラ８の撮影を制御する為の撮影プログラム、前記角度検出パターン１５と前記角度検出パターン１５′との比較を行い、水平方向のずれ、回転角を演算する水平角演算プログラム、前記センサ制御部３１からの検出結果に基づき傾斜角、傾斜方向を演算する傾斜演算プログラム、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの制御を行うセンサ制御プログラム、前記プロペラモータ１２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から送信された前記位置測定装置３で測定した前記飛行装置２の位置データ、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、前記姿勢検出部により検出された前記飛行体５の傾斜角データ及び方位角データ、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。

前記飛行体通信部９は、後述する測定通信部４７からの位置信号（３次元座標）を受信し、前記演算制御部２３に入力する。又、前記遠隔操縦機４で前記飛行体５が遠隔操作される場合に、前記遠隔操縦機４からの操縦信号を受信し、該操縦信号を前記演算制御部２３に入力する。

前記演算制御部２３は、前記記憶部２４に格納された前記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２３は、前記操縦信号や前記飛行体５の位置信号に基づき、飛行に関する制御信号を演算し、前記飛行制御部２６に出力する。

前記飛行制御部２６は、飛行に関する制御信号に基づき、前記プロペラユニットドライバ部２７を介して前記プロペラユニット１２ａ～１２ｄを所要の状態に駆動し、前記飛行体５の水平飛行、上昇、下降、更に水平回転を実行する。

次に、図４を参照して位置測定装置３の概略を説明する。

該位置測定装置３は、主に測定制御装置３４、望遠鏡部３５（図１参照）、測距部３６、水平角検出器３７、鉛直角検出器３８、水平回転駆動部３９、鉛直回転駆動部４１、広角カメラ４２、望遠カメラ４３等を具備している。

前記望遠鏡部３５は、測定対象物を視準するものである。前記測距部３６は、前記望遠鏡部３５を介して測距光を射出し、更に前記望遠鏡部３５を介して前記測定対象物からの反射光を受光し、測距を行うものである。即ち、前記測距部３６は光波距離計としての機能を有する。又、前記望遠鏡部３５は、前記広角カメラ４２と望遠カメラ４３とを内蔵している。前記広角カメラ４２は広画角、例えば３０°を有し、前記望遠カメラ４３は前記広角カメラ４２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４２の光軸と前記望遠カメラ４３の光軸は、それぞれ前記測距光の光軸と平行であり、各光軸間の距離は既知となっている。又は、前記広角カメラ４２の光軸、前記望遠カメラ４３の光軸、測距光の光軸はそれぞれ合致している。

更に、前記測距部３６は、プリズム測定を実行しつつ前記測定対象物（前記プリズム７）の追尾が可能である。該測定対象物の追尾を行なう際には、前記望遠鏡部３５を介して、前記測距光と同軸で追尾光が射出される。或は、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３のうちいずれかにて前記測定対象物を捉え、該測定対象物が常に前記カメラの画像中心に位置する様、前記水平回転駆動部３９と前記鉛直回転駆動部４１を制御してもよい。

前記水平角検出器３７は、前記望遠鏡部３５の視準方向の内、水平角を検出する。又、前記鉛直角検出器３８は、前記望遠鏡部３５の視準方向の内、鉛直角を検出する。前記水平角検出器３７、前記鉛直角検出器３８の検出結果は、前記測定制御装置３４に入力される。

該測定制御装置３４は、主に測距制御部４４、測定演算処理部４５、測定記憶部４６、測定通信部４７、モータ駆動制御部４８、撮像制御部４９等を有する。

前記測距制御部４４は、前記測定記憶部４６に格納されたプログラムを実行すると共に前記測距制御部４４、前記測定通信部４７、前記モータ駆動制御部４８、前記撮像制御部４９を統合制御する。又、前記測距制御部４４は、前記測定演算処理部４５からの制御信号に基づき、前記測距部３６による前記プリズム７の測距動作を制御する。

又、前記測定記憶部４６には、前記プリズム７の測距を行う為の測定プログラム、該プリズム７の追尾を行う為の追尾プログラム、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３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４６には、前記プリズム７の測定結果（測距結果、測角結果）が格納される。

前記測定通信部４７は、前記プリズム７を測定した結果（該プリズム７の斜距離、水平角、鉛直角）（３次元座標）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４８は、前記プリズム７に前記望遠鏡部３５を視準させる為に、或は前記プリズム７を追尾させる為に、前記水平回転駆動部３９、前記鉛直回転駆動部４１を制御し、前記望遠鏡部３５を水平方向に、或は鉛直方向に回転させる。

前記撮像制御部４９は、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３の撮像を制御する。尚、前記位置測定装置３が前記プリズム７を追尾している状態では、前記飛行体５は常に前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３で取得される画像内に位置する様になっている。

前記位置測定装置３は、前記プリズム７を追尾しつつ測距し、測距結果と前記水平角検出器３７、前記鉛直角検出器３８の検出結果に基づき、前記プリズム７の３次元座標をリアルタイムで測定する。

図５を参照して、前記遠隔操縦機４について説明する。

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、演算機能を有する端末演算処理部５１、データ、プログラムを格納する端末記憶部５２、端末通信部５３、操作部５４、表示部５５を有している。

前記遠隔操縦機４は、前記端末通信部５３と前記飛行体通信部９との間で無線通信、光通信が可能となっている。前記遠隔操縦機４は、前記飛行装置２の飛行を遠隔操作し、前記レーザスキャナ６による測距作動も遠隔操作可能となっている。

前記端末演算処理部５１は、前記操作部５４から入力された指令に基づき制御用のコマンドを作成し、前記端末通信部５３を介して前記飛行装置２に送信する。又、前記飛行装置２から送信された画像データ、測定データ等を前記端末通信部５３を介して受信し、前記端末記憶部５２に格納し、或は前記表示部５５に表示させる。更に、遠隔操作中、前記飛行体カメラ８で撮影されたリアル画像が、前記飛行体通信部９を介して遠隔操縦機４に送信される。前記端末演算処理部５１はリアル画像を前記表示部５５に表示させる。操縦者は、リアル画像を視認しつつ手動で遠隔操作が可能となる。

該端末記憶部５２には、前記飛行装置２及び前記位置測定装置３との通信を行う為の通信プログラム、前記レーザスキャナ６で取得された点群データ等を表示する為の表示プログラム、画像を前記表示部５５に表示させる為のビデオプログラム、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、制御用のコマンドを作成する為のプログラム、等のプログラムが格納される。

前記端末通信部５３は、前記飛行体通信部９との間で、或は前記測定通信部４７との間で通信を行う。又、前記操作部５４は前記表示部５５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５５には、前記位置測定装置３で測定された測定結果、前記レーザスキャナ６で取得された点群データ、前記飛行体カメラ８で撮影されたリアル画像、操作状況等が表示される。

尚、前記表示部５５の全てをタッチパネルとしてもよい。該表示部５５が全てタッチパネルである場合には、前記操作部５４を省略してもよい。この場合、前記表示部５５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、前記測量システム１を用いた測定作動について説明する。

先ず、前記ターゲット板１０を測定対象物近傍の任意の位置に水平に設置する。更に、基準方位（例えば北）に前記角度目盛パターン１７の基準位置目盛１７ａ又は前記中心位置検出パターン１６の基準位置目盛１６ａを合わせる。尚、基準方向の設定は、前記ターゲット板１０に方位計を設け、該方位計に基づき行ってもよいし、作業者が手に持った方位計に基づき行ってもよい。

前記トータルステーション３を既知の設置点（既知の３次元座標を有する点）に設置する。尚、測定対象物が建造物等で形状測定を行う場合等では、測定対象物に対して既知化された点に設置する。

飛行前、前記飛行装置２が着地した状態で、前記トータルステーション３により飛行装置２（即ちプリズム７）を視準し、追尾を開始する。この時、前記撮像制御部２５によるカメラの撮像制御については、誘導モードとする。

誘導モードでは、前記飛行体カメラ８が取得した動画像がリアルタイムで、前記遠隔操縦機４の表示部５５に表示される。

前記遠隔操縦機４からの遠隔操縦で前記飛行装置２を前記ターゲット板１０の上方に飛行させ、前記飛行体カメラ８が前記ターゲット板１０を捉え、前記飛行体カメラ８の光軸８ａと前記角度検出パターン１５の中心とが略一致した状態で、前記撮像制御部２５が測定モードによる制御を開始する。

又、前記飛行制御部２６による前記プロペラユニット１２ａ～１２ｄの制御で前記飛行体５をホバリング状態に維持する。前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄは前記ターゲット板１０迄の距離を測定し、前記飛行制御部２６は、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄからの測距結果に基づき前記飛行体５を水平に制御する。

前記遠隔操縦機４からの遠隔操作で前記レーザスキャナ６を駆動し、レーザスキャンによる点群データの取得を開始し、前記飛行制御部２６は前記プロペラユニット１２ａ～１２ｄの制御により、前記飛行体５を水平に維持した状態で、水平方向に回転する。

該飛行体５の水平角（方位角）は、前記飛行体カメラ８が取得する画像から、前記角度検出パターン１５の前記角度目盛パターン１７及び前記基準位置目盛１７ａを検出することで測定できる。

又、前記角度検出パターン１５に対する前記飛行体カメラ８の光軸８ａのずれは、前記飛行体カメラ８が取得した画像から前記中心位置検出パターン１６を検出することで演算され、前記演算制御部２３は光軸８ａのずれに基づき、前記飛行制御部２６を介して前記飛行体５の中心（光軸８ａ）と前記角度検出パターン１５の中心とが合致する様、前記飛行体５を制御する。更に、前記光軸８ａのずれに基づき前記水平角を補正することができる。

前記レーザスキャナ６による一次元のスキャン作動と前記飛行装置２の前記角度検出パターン１５の中心を中心とした回転により２次元にレーザスキャンされ、２次元スキャンの点群データが取得される。

前記位置測定装置３により、前記飛行体５の高度が測定され、測定結果は前記測定通信部４７を介して前記飛行体５の前記制御装置２２に送信される。

更に、前記角度検出パターン１５の検出により水平角が測定されるので、前記制御装置２２は、前記２次元スキャンの点群データ、前記高度、前記水平角とを関連付けることで、３次元の点群データを取得できる。

又、前記制御装置２２は、前記飛行体５の中心が前記角度検出パターン１５の中心に合致した時の前記位置測定装置３の測定結果に基づき、前記角度検出パターン１５の中心のグローバル座標が取得できるので、前記点群データはグローバル座標系の点群データに座標変換することができる。尚、前記点群データについて、グローバル座標系への座標変換は、前記遠隔操縦機４の前記端末演算処理部５１で行ってもよい。

前記点群データは、前記記憶部２４に一時格納され、逐次、前記飛行体通信部９を介して前記遠隔操縦機４に送信され、前記端末記憶部５２に格納される。

前記飛行体５が水平方向に３６０°回転することで、前記ターゲット板１０の設置地点を基準とする測定（点群データの取得）が完了する。前記遠隔操縦機４により前記飛行体５をスタート地点に戻すことで作業は完了する。

尚、複数地点について測定を行う場合は、前記ターゲット板１０を複数地点について設置し、前記飛行体５を順次設置されたターゲット板１０に誘導すればよい。

次に、前記位置測定装置３を設置する適当な場所が無い、或は障害物により飛行体５を追尾できない等の状況で、前記位置測定装置３を使用できない場合についての、測定について説明する。

前記遠隔操縦機４からの目視による遠隔操作で、前記飛行体５を飛行させ、前記ターゲット板１０の上空に誘導する。

カメラの撮像制御については、先ず誘導モードとし、前記飛行体カメラ８が前記ターゲット板１０を捉え、前記飛行体カメラ８の光軸８ａと前記角度検出パターン１５の中心とが略一致した状態で、測定モードに切替える。

前記飛行制御部２６は、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄからの測距結果に基づき前記飛行体５を水平に維持し、又、前記演算制御部２３は前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄからの測距結果に基づき前記飛行体５の高度を演算する。

前記遠隔操縦機４からの遠隔操作で前記レーザスキャナ６を駆動し、レーザスキャンによる点群データの取得を開始し、前記飛行制御部２６は前記プロペラユニット１２ａ～１２ｄの制御により、前記飛行体５を水平に維持した状態で、水平方向に回転する。

該飛行体５の水平角（方位角）は、上記した様に、前記飛行体カメラ８が取得する画像から、前記角度検出パターン１５（基準位置目盛１６ａ又は基準位置目盛１７ａ）を検出することで測定できる。

前記演算制御部２３は、前記角度検出パターン１５で測定した水平角、前記レーザ測長器１４ａ～１４ｄの測定結果から得られる高度、及び前記レーザスキャナ６が取得した点群データに基づき前記ターゲット板１０の設置地点を基準とした３次元の点群データを測定できる。

上記した様に、本実施例では水平角、方位角、高度は、測定地点に設置されたターゲット板１０に基づき検出されるので、飛行体の向き、飛行体の姿勢の検出に於いて経時的な誤差は発生せず、安定確実な測定が行える。

１ 測量システム
２ ＵＡＶ
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 プリズム
８ 飛行体カメラ
９ 飛行体通信部
１４ レーザ測長器
２２ 制御装置
２３ 演算制御部
２４ 記憶部
２５ 撮像制御部
２６ 飛行制御部
２９ スキャナ制御部
３１ センサ制御部
３４ 測定制御装置
３６ 測距部
４５ 測定演算処理部
４７ 測定通信部
５１ 端末演算処理部
５３ 端末通信部

Claims (5)

1. 遠隔操縦可能な飛行装置と、測定地点に水平に設けられるターゲット板、前記飛行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、前記飛行装置は、プロペラユニットを具備する飛行体と、該飛行体の上面又は下面に設けられた測定器と、制御装置と、前記飛行体の下方を撮像する飛行体カメラと、前記飛行体の少なくとも３箇所に設けられ、鉛直下方の距離を測定するレーザ測長器とを具備し、前記ターゲット板には、中心位置検出パターンと角度目盛パターンとを有する角度検出パターンが設けられ、前記制御装置は、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体を水平に制御し、前記レーザ測長器の測定結果に基づき前記飛行体の高度を検出し、前記飛行体カメラが取得した前記角度検出パターンの画像の中心位置検出パターンに基づき前記飛行体が前記角度検出パターンの中心に位置する様に制御し、又前記角度検出パターンの画像の角度目盛パターンに基づき前記飛行体の水平角を検出し、前記制御装置は、検出された飛行体の高度と、検出された水平角と、前記測定器が測定した測定結果とを関連付け、前記測定地点を基準とした３次元データを取得する様構成された測量システム。
2. 前記飛行体は、下方に延びる少なくとも３本の着地脚を有し、前記レーザ測長器は前記着地脚に内蔵された請求項１に記載の測量システム。
3. 前記測定器は水平軸を中心に鉛直面にパルス測距光を回転照射する１次元のレーザスキャナであり、前記制御装置は、前記レーザスキャナによる１次元レーザスキャンと共に前記プロペラユニットの制御で前記飛行体を水平方向に回転させ、２次元レーザスキャンによる点群データを取得する様構成した請求項１に記載の測量システム。
4. 既知点に設置された位置測定装置を更に具備し、前記飛行体は、飛行体通信部と、下面に設けられたプリズムとを有し、前記位置測定装置は測定通信部と追尾機能を有し、前記プリズムを追尾しつつ該プリズムの３次元座標を測定し、前記測定通信部を介して測定結果をリアルタイムで前記飛行体通信部に送信し、前記制御装置は受信した３次元座標から前記飛行体の高度を取得し、該高度と前記検出された水平角と、前記測定器が測定した測定結果と関連付け、前記測定地点を基準とした３次元データを取得する様構成された請求項１又は請求項３に記載の測量システム。
5. 前記既知点は地心系の既知の３次元座標を有し、前記位置測定装置による前記プリズムの測定結果に基づき前記測定結果を地心系の３次元データに変換する様構成された請求項４に記載の測量システム。

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