JP2023128381A - Flight device, flight control method and program - Google Patents

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大輔 吉田
Daisuke Yoshida
香織 伊郷
Kaori Igo
尚 宮古
Takashi Miyako
倫宏 野▲崎▼
Tomohiro Nozaki
典史 小林
Norifumi Kobayashi
啓太郎 大場
Keitaro Oba
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Tohoku Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Tohoku Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Abstract

To perform an inspection by autonomously flying a flying object along an inspection target.SOLUTION: A flight device that photographs a predetermined inspection target in the air is provided with: one or more cameras that photograph a surrounding of the flight device itself; a first image processing unit that analyzes an image from the camera to detect the inspection target; a second image processing unit that analyzes the image from the camera so as to detect an obstacle around the own flight device, which may impede flight; and a control unit that dynamically determines a flight path according to specified flight path information, a detection result of the inspection target, and a detection result of the obstacle, and that controls the flight of the flight device along the determined flight path.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、飛行装置、飛行制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a flight device, a flight control method, and a program.

本技術分野の背景技術として、特開2016-111414(特許文献1)がある。該広報には、「[課題]GPS信号に頼らずに無人飛行体の位置を精度良く求めることができる飛行体の位置検出システム及びそれを用いた飛行体を提供する。[解決手段]測距データと撮像により得られた2次元画像データとを利用して自己位置を把握する事により、GPS信号に頼ることなく無人飛行体100を構造物OBJとの距離を一定に保って飛行させ、検査を行う事ができる。」と記載されている。 As background technology in this technical field, there is Japanese Patent Application Publication No. 2016-111414 (Patent Document 1). The bulletin states, ``[Problem] To provide an aircraft position detection system that can accurately determine the position of an unmanned aircraft without relying on GPS signals, and an aircraft using the same. [Solution] Distance measurement. By grasping its own position using data and two-dimensional image data obtained from imaging, the unmanned aerial vehicle 100 can be flown and inspected while maintaining a constant distance from the structure OBJ without relying on GPS signals. can be done.''

特開2016-111414号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-111414

近年の労働人口減少に伴い、作業効率化や、危険を伴う作業の削減・代替が求められている。このような背景のもと、ドローンに代表される無人航空機(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)を用いた農薬散布や空撮、点検、輸送等が行われるようになってきている。中でも点検業務、とりわけ高所点検や山間部等人が分け入りにくい箇所の点検は危険ポテンシャルが高く、直接目視に代わる検査方法が待ち望まれており、UAVはこのような目的に最適である。 With the recent decline in the working population, there is a need to improve work efficiency and reduce or replace dangerous work. Against this background, unmanned aerial vehicles (UAVs), such as drones, are increasingly being used for pesticide spraying, aerial photography, inspections, transportation, etc. Inspection work, especially inspections at high places and in areas that are difficult for humans to access, such as mountainous areas, has a high potential for danger, and there is a need for an inspection method that can replace direct visual inspection, and UAVs are ideal for such purposes.

前記特許文献1では、GPS信号が受信しにくい環境においても自己位置を推定し、UAVの飛行をさせることができることが記載されている。しかし、所望の点検対象をフレームアウトすることなく撮影するにあたり、UAVがどこを飛行するか精密なルーティングが必要であり、自己位置の精度や三次元マップの精度が要求される点、および飛行ルート上に障害物が存在した場合に回避する手段が存在しない点において、改善の余地がある。 Patent Document 1 describes that the UAV can estimate its own position and fly a UAV even in an environment where it is difficult to receive GPS signals. However, in order to photograph the desired inspection target without going out of frame, precise routing is required to determine where the UAV will fly, and the accuracy of its own position and three-dimensional map is required, as well as the flight route. There is room for improvement in that there is no way to avoid obstacles if they are present above.

そこで、本発明は、点検対象物に沿って自律的に飛行体を飛行させ、点検を行うことを目的とする。本発明によれば、例えば、点検対象および周辺の障害物を認識し、点検対象との相対位置を算出して、所定の位置関係を保持するよう制御することによって、厳密な自己位置推定やルート設定を必要とせず、大まかなウェイポイント指示だけで、ルート上の障害物を回避しながら、点検対象をフレームアウトすることなく撮影し続けることができるという効果を得ることができる。 Therefore, an object of the present invention is to autonomously fly a flying object along an object to be inspected and perform an inspection. According to the present invention, for example, by recognizing the inspection target and surrounding obstacles, calculating the relative position with the inspection target, and controlling to maintain a predetermined positional relationship, accurate self-position estimation and route No settings are required, just rough waypoint instructions, and you can avoid obstacles on the route while continuing to photograph the inspection target without going out of frame.

上記目的を解決するために、代表的な本発明の飛行装置、飛行制御方法及びプログラムの一つは、飛行装置に備えた1又は複数のカメラで周囲を撮影し、カメラからの映像を解析して点検対象物と障害物を検出し、指定された飛行経路情報、点検対象物の検出結果及び障害物の検出結果に応じて飛行経路を動的に決定し、決定した飛行経路に沿って飛行を制御するものである。 In order to solve the above object, one of the representative flight devices, flight control methods, and programs of the present invention photographs the surrounding area with one or more cameras equipped on the flight device, and analyzes the images from the cameras. Detects objects and obstacles to be inspected, dynamically determines the flight path according to the specified flight path information, the detection results of the objects to be inspected, and the detection results of the obstacles, and then flies along the determined flight path. It controls the

本発明によれば、厳密な自己位置推定やルート設定を必要とせず、大まかなウェイポイント指示だけで、ルート上の障害物を回避しながら、点検対象をフレームアウトすることなく撮影し続けることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to continue photographing the inspection target without going out of the frame while avoiding obstacles on the route by simply giving rough waypoint instructions without requiring precise self-position estimation or route setting. can. Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the following description of the embodiments.

実施例1のUAVの構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing the configuration of a UAV of Example 1. FIG. 実施例1における制御のフローチャートである。5 is a flowchart of control in Example 1. FIG. 点検動作時のUAVのトラッキングモードにおける動作を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the operation of the UAV in tracking mode during an inspection operation. 点検動作時のUAVの障害物回避時における動作を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the operation of the UAV when avoiding obstacles during an inspection operation. 点検動作時のUAVの通る経路を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a route taken by a UAV during an inspection operation. 点検動作時のUAVの動作を示した図(重要点検ポイントと障害物が経路上に混在する場合)である。FIG. 2 is a diagram showing the operation of the UAV during an inspection operation (when important inspection points and obstacles coexist on the route). 実施例2のUAVの構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of a UAV according to a second embodiment. 実施例2における制御のフローチャートである。7 is a flowchart of control in Example 2. FIG.

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の一実施例である飛行装置、飛行管理方法及びプログラムの構成と動作について、図1、図2、図3、図4、図5、図6、を用いて説明する。 The configuration and operation of a flight device, a flight management method, and a program that are one embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, and 6.

図1は、実施例1のUAVの構成を示す構成図である。図1に示すUAV10は、点検に供される飛行体であり、点検用カメラ101、障害物検知用カメラ102、信号処理部103、GPS受信部104、IMU105、制御部106、記録部107を有してなる。
本実施例では、点検対象物として、電線、電柱および電柱に付随する配電設備を例示する。点検対象物は、延在する点検対象物である延在対象物と、延在対象物の中継機能を有する点検対象物である中継対象物とを包含する。電線は、延在対象物の一例であり、電線及び配電設備は、中継対象物の一例である。延在対象物は、当該延在対象物に沿った飛行経路の設定に用いることができる。中継対象物は、延在対象物の物理的な中継や、機能的な中継を行う。例えば、電柱は、電線を支持する物理的な中継対象物であり、配電設備は電線の電気特性を維持する中継対象物である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a UAV according to a first embodiment. The UAV 10 shown in FIG. 1 is an aircraft used for inspection, and includes an inspection camera 101, an obstacle detection camera 102, a signal processing section 103, a GPS reception section 104, an IMU 105, a control section 106, and a recording section 107. It will be done.
In this embodiment, electric wires, utility poles, and power distribution equipment attached to utility poles are exemplified as objects to be inspected. The inspection object includes an extending object that is an extending object to be inspected, and a relay object that is an inspection object that has a relay function for the extending object. An electric wire is an example of an extending object, and an electric wire and power distribution equipment are examples of a relay object. The extended object can be used to set a flight path along the extended object. The relay target physically or functionally relays the extended target. For example, a utility pole is a physical relay object that supports electric wires, and power distribution equipment is a relay object that maintains the electrical characteristics of electric wires.

点検用カメラ101は、UAV10に取り付けられており、点検対象の外観画像を取得するカメラである。取得された外観画像は後段の信号処理部103へ送られる。 The inspection camera 101 is attached to the UAV 10 and is a camera that acquires an external image of the inspection target. The acquired external appearance image is sent to the subsequent signal processing unit 103.

障害物検知用カメラ102は、UAV10に取り付けられており、周辺障害物の外観画像および障害物までの距離情報を取得するカメラであり、例えばステレオカメラである。取得された外観画像および距離情報は後段の信号処理部103へ送られる。 The obstacle detection camera 102 is attached to the UAV 10, and is a camera that acquires external images of surrounding obstacles and distance information to the obstacles, and is, for example, a stereo camera. The acquired appearance image and distance information are sent to the subsequent signal processing unit 103.

信号処理部103は、点検用カメラ101および障害物検知用カメラ102から送信された画像および距離情報を処理し、後段の制御部106へ処理結果を送出する。信号処理部103は、点検対象検出部1031、障害物検出部1032を有してなる。 The signal processing unit 103 processes the images and distance information transmitted from the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102, and sends the processing results to the subsequent control unit 106. The signal processing unit 103 includes an inspection target detection unit 1031 and an obstacle detection unit 1032.

点検対象検出部1031は、点検用カメラ101および障害物検知用カメラ102から送信された点検対象の外観画像に対して認識処理を施し、当該点検対象が画像中のどこに、どの程度の大きさで写っているかを判断し、判断結果を制御部106へ送出する。 The inspection target detection unit 1031 performs recognition processing on the external appearance image of the inspection target transmitted from the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102, and determines where the inspection target is located in the image and how large it is. It is determined whether the image is captured and the determination result is sent to the control unit 106.

障害物検出部1032は、障害物検知用カメラ102から送信された周辺障害物の外観画像および距離情報に対して認識処理を施し、当該障害物が画像内のどの位置に、どの程度の距離で存在するかを判断し、判断結果を制御部106へ送出する。 The obstacle detection unit 1032 performs recognition processing on the external appearance image and distance information of surrounding obstacles transmitted from the obstacle detection camera 102, and determines where the obstacle is located in the image and at what distance. It is determined whether or not it exists, and the determination result is sent to the control unit 106.

GPS受信部104は、GPS衛星からの信号を受信し、UAV10の位置情報、具体的には緯度、経度、高度を算出し、制御部106へ送出する。 The GPS receiving unit 104 receives signals from GPS satellites, calculates the position information of the UAV 10, specifically, the latitude, longitude, and altitude, and sends it to the control unit 106.

IMU105は、UAV10に取り付けられている慣性計測装置(Inertial Measurement Unit,IMU)であり、ジャイロ、加速度計、コンパスの信号を制御部106へ送出する。 The IMU 105 is an inertial measurement unit (IMU) attached to the UAV 10 and sends signals from a gyro, an accelerometer, and a compass to the control unit 106.

制御部106は、指定された飛行経路情報、点検対象物の検出結果及び障害物の検出結果に応じて飛行経路を動的に決定し、決定した飛行経路に沿ってUAV10の飛行を制御する。飛行経路の動的な決定とは、例えば、点検対象物である電線を検出しつつ、これに沿って飛行するよう経路の修正を随時実行する処理である。同様に、検知された障害物を回避しつつ、点検対象物(電線、電柱、付随する配電設備等)を撮影可能な経路を決定する処理も含まれる。具体的には、制御部106は、記録部107に対して読み取り操作を行い、所定のルート情報を読み出し、GPS受信部104から入力される現在位置情報を照合し、次の時間ステップにおけるUAV10の進路を決定する。また、信号処理部103から入力される外観画像および距離情報、GPS受信部104から入力される緯度、経度、高度情報、IMU105から入力されるジャイロ、加速度計、コンパスの信号情報、後述する記録部107から入力される経路情報を元に、UAV10が安定するよう姿勢制御を行うと同時に、図示しない複数の推力発生用モータへ印加する電圧のバランスを制御することにより、UAV10が所望の方向へ移動するよう制御する。 The control unit 106 dynamically determines a flight path according to the specified flight path information, the inspection target object detection result, and the obstacle detection result, and controls the flight of the UAV 10 along the determined flight path. Dynamic determination of a flight route is, for example, a process of detecting electric wires that are objects to be inspected and modifying the route as needed to fly along them. Similarly, it also includes a process of determining a route that allows photographing objects to be inspected (electrical wires, utility poles, accompanying power distribution equipment, etc.) while avoiding detected obstacles. Specifically, the control unit 106 performs a reading operation on the recording unit 107, reads out predetermined route information, collates the current position information input from the GPS reception unit 104, and determines the position of the UAV 10 in the next time step. Decide on your career path. Additionally, the external image and distance information inputted from the signal processing unit 103, the latitude, longitude, and altitude information inputted from the GPS reception unit 104, the signal information of the gyro, accelerometer, and compass inputted from the IMU 105, and the recording unit described later. Based on the route information input from 107, the UAV 10 moves in a desired direction by controlling the attitude of the UAV 10 to stabilize it, and at the same time controlling the balance of voltages applied to multiple thrust generation motors (not shown). control so that

記録部107は、UAV10がたどるべきルート情報を格納する記録媒体であり、例えば不揮発性の半導体メモリである。 The recording unit 107 is a recording medium that stores route information that the UAV 10 should follow, and is, for example, a nonvolatile semiconductor memory.

図2は、実施例1における制御のフローチャートを表した図である。
図3は、点検動作時のUAV10のトラッキングモードにおける動作を示した図を表した図である。
図4は、点検動作時のUAV10の障害物回避時における動作を示した図を表した図である。
図5は、点検動作時のUAV10の通る経路を示した図を表した図である。
図6は、点検動作時のUAV10の動作を示した図(重要点検ポイントと障害物が経路上に混在する場合)を表した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a flowchart of control in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing the operation of the UAV 10 in the tracking mode during the inspection operation.
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the UAV 10 during obstacle avoidance during an inspection operation.
FIG. 5 is a diagram showing a route taken by the UAV 10 during an inspection operation.
FIG. 6 is a diagram showing the operation of the UAV 10 during an inspection operation (when important inspection points and obstacles coexist on the route).

本実施例の動作について、以下説明する。本実施例に示すのは、UAVを用いて電線、電柱、およびこれらに付属する配電設備を点検する方式についてである。 The operation of this embodiment will be explained below. This embodiment shows a method of inspecting electric wires, utility poles, and power distribution equipment attached to these using a UAV.

本実施例の飛行装置、飛行管理方法及びプログラムは、UAV10が備える制御部106による制御の下、障害物検知用カメラ102によって検知された障害物を回避しつつ、点検用カメラ101によって点検対象である電線、電柱、付随する配電設備を撮影し、点検用途に活用可能な映像を取得するものである。飛行にあたっては、電線を検出しつつ、これに沿って飛行させることを特徴とする。 The flight device, the flight management method, and the program of this embodiment are designed to avoid obstacles detected by the obstacle detection camera 102 while being inspected by the inspection camera 101 under the control of the control unit 106 included in the UAV 10. The purpose is to photograph certain electric lines, utility poles, and associated power distribution equipment, and obtain images that can be used for inspection purposes. During flight, it is characterized by detecting electric wires and flying along them.

本実施例においては、電柱や配電設備が検出されるまで電線に沿って飛行する動作モード(トラッキングモード)、および電柱や配電設備を重点的に点検する動作モード(点検モード)の2つの動作モードが存在する。点検モードにおいては、例えば当該点検対象の周囲を、点検用に別途作成した周回軌道に沿って飛行し、点検対象の全周囲画像を得るように制御される。 In this example, there are two operation modes: an operation mode (tracking mode) in which the vehicle flies along the electric wire until a utility pole or distribution equipment is detected, and an operation mode (inspection mode) in which the utility pole or distribution equipment is inspected with priority. exists. In the inspection mode, the aircraft is controlled to, for example, fly around the inspection target along a orbit created separately for inspection, and obtain an image of the entire surroundings of the inspection target.

本実施例における設備点検の方法について、図2のフローチャートを用いて説明する。図2の処理手順は、UAV10が離陸し、最初に電線を検出したときに開始する。 The method of equipment inspection in this embodiment will be explained using the flowchart of FIG. The procedure of FIG. 2 starts when the UAV 10 takes off and first detects a power line.

まず、制御部106は、IMU105よりジャイロ、加速度計、コンパスの信号を受信し(ステップS101)、姿勢制御処理によりUAV10がホバリングするために必要な推力発生用モータへの印加電圧をそれぞれ算出する(ステップS102)。次いで制御部106は、GPS受信部104より緯度、経度、高度情報を受信し(ステップS103)、自己位置把握処理により現在の機体の位置を算出する(ステップS104)。ここで自己位置把握とは、得られた生の緯度、経度、高度情報をカルマンフィルタ等により適切にフィルタリングすることにより、GPS信号が本来持っている誤差要因や不確実性を除去するための処理を指す。 First, the control unit 106 receives signals from the gyro, accelerometer, and compass from the IMU 105 (step S101), and calculates voltages to be applied to the thrust generation motors necessary for the UAV 10 to hover through attitude control processing ( Step S102). Next, the control unit 106 receives latitude, longitude, and altitude information from the GPS receiving unit 104 (step S103), and calculates the current position of the aircraft through self-positioning processing (step S104). Here, self-positioning refers to processing that removes error factors and uncertainties inherent in GPS signals by appropriately filtering the obtained raw latitude, longitude, and altitude information using a Kalman filter, etc. Point.

次いで、制御部106は、現在の動作モードが何であるかの分岐処理(ステップS105)により、動作モードに応じた分岐が発生する。動作モードがトラッキングモードであった場合には、制御部106は、記録部107に記録されているルート情報を読み出し、ステップS104にて算出した自己位置と照合することにより、次に進むべき方向を定める(ステップS106)。 Next, the control unit 106 performs a branching process to determine what the current operating mode is (step S105), thereby causing a branching depending on the operating mode. When the operation mode is the tracking mode, the control unit 106 reads out the route information recorded in the recording unit 107 and compares it with the self-position calculated in step S104 to determine the next direction to proceed. (Step S106).

動作モードが点検モードであった場合には、制御部106は、前述の通り点検対象物を周回する周回軌道が設定されているので、この周回軌道とステップS104にて算出した自己位置とを照合することにより、次に進むべき方向を定める(ステップS107)。 When the operation mode is the inspection mode, the control unit 106 compares this orbit with the self-position calculated in step S104, since the orbit around the inspection object has been set as described above. By doing so, the next direction to proceed is determined (step S107).

次いで、前述のステップS106もしくはステップS107で定めた進路方向の障害物を検出する(ステップS108)。障害物の有無は、障害物検知用カメラ102にて取得した障害物の外観画像、および距離情報を障害物検出部1032において解析することにより判断する。ここで、障害物検知用カメラ102の光軸方向はUAV10の正面方向(進行方向と一致するように制御される)を向いて取り付けられており、角度の調節機能を持たない。したがって、例えば障害物検知用カメラ102の画角を広角に設定することにより、進行方向およびそこからずれた範囲における障害物をもれなく検出することが可能である。あるいは、障害物検知用カメラ102の角度が制御部106によって調整されるような構成でもよい。制御部106ではUAV10の進行方向と障害物検知用カメラ102の光軸方向がどのような相対関係にあるかを把握することにより、進路方向に対してどの位置に障害物があるかを算出することができる。 Next, obstacles in the course direction determined in step S106 or step S107 described above are detected (step S108). The presence or absence of an obstacle is determined by the obstacle detection unit 1032 analyzing an external image of the obstacle and distance information acquired by the obstacle detection camera 102. Here, the optical axis direction of the obstacle detection camera 102 is attached facing the front direction of the UAV 10 (controlled so as to match the traveling direction), and does not have an angle adjustment function. Therefore, for example, by setting the angle of view of the obstacle detection camera 102 to a wide angle, it is possible to detect all obstacles in the traveling direction and in a range deviated from the traveling direction. Alternatively, the configuration may be such that the angle of the obstacle detection camera 102 is adjusted by the control unit 106. The control unit 106 calculates the position of the obstacle with respect to the traveling direction by understanding the relative relationship between the traveling direction of the UAV 10 and the optical axis direction of the obstacle detection camera 102. be able to.

次いで、制御部106は、障害物の有無、および当該障害物との距離に応じて、進路の修正を行う(ステップS109)。具体的には、まず障害物までの距離が所定の閾値よりも遠い場合には、本ステップでは特段の処理を行わない。障害物までの距離が所定の閾値を下回る場合には、当該障害物を回避するようにルートの補正を行う。補正の方法は、例えば当該障害物を跨ぐように、UAV10を上昇させるように進路を修正する方式でもよいし、当該障害物の形状や種類を障害物検出部1032において検出し、その形状や種類に応じて(例えば障害物が樹木なら跨ぐように、街灯などの柱上であれば水平方向にかわすように)進路を修正する方式でもよい。 Next, the control unit 106 corrects the course depending on the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle (step S109). Specifically, first, if the distance to the obstacle is longer than a predetermined threshold, no special processing is performed in this step. If the distance to the obstacle is less than a predetermined threshold, the route is corrected to avoid the obstacle. The correction method may be, for example, a method of correcting the course to raise the UAV 10 so as to straddle the obstacle, or a method of detecting the shape and type of the obstacle in the obstacle detection unit 1032 and detecting the shape and type. It is also possible to modify the course according to the situation (for example, if the obstacle is a tree, the vehicle should straddle it, or if it is on a pole such as a street lamp, it should be dodged horizontally).

次いで、現在の動作モードが何であるかの分岐処理(ステップS110)により、動作モードに応じた分岐が発生する。動作モードがトラッキングモードであった場合には、電線検出処理が実行される(ステップS111)。電線検出処理は、点検用カメラ101と障害物検知用カメラ102から入力される画像データのいずれか、あるいは両方を、点検対象検出部1031において処理することにより実現される。検出手段は例えばエッジ検出によってもよいし、ハフ変換のような直線検知アルゴリズムによってもよいし、ディープラーニングなどの機械学習を用いた方法でもよい。電線検出により、電線が画像中のどの位置に、どの角度で写るかが判定される。 Next, a branch process is performed to determine what the current operation mode is (step S110), and a branch is generated depending on the operation mode. If the operation mode is tracking mode, electric wire detection processing is executed (step S111). The electric wire detection process is realized by processing either or both of the image data input from the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102 in the inspection target detection unit 1031. The detection means may be, for example, edge detection, a straight line detection algorithm such as Hough transform, or a method using machine learning such as deep learning. By detecting the electric wire, it is determined at which position and at what angle the electric wire appears in the image.

この情報をもとに、制御部106は、UAV10の進路にさらに修正を加える(ステップS112)。修正の方式は、例えば電線が画像上半分に写っていると判定された場合には、UAV10を上昇させるよう進路を修正する。また別の例では、電線が画像中に斜めの線として検出された場合にはUAVの進行方向を調整(例えば右上がりなら右方向に旋回するように調整)することにより、電線と点検用カメラ101が正対するよう、相対位置を設定することができるようになり、電線に沿った飛行が実現できる。 Based on this information, the control unit 106 further modifies the course of the UAV 10 (step S112). For example, when it is determined that the electric wire is visible in the upper half of the image, the course of the UAV 10 is corrected to raise the UAV 10. In another example, if an electric wire is detected as a diagonal line in an image, the UAV's traveling direction is adjusted (for example, if it is rising to the right, it is adjusted to turn to the right), so that the electric wire and the inspection camera are It becomes possible to set the relative position so that 101 faces directly, and flight along the electric wire can be realized.

次いで、点検対象物検知処理が実行される(ステップS113)。電線検出処理は、点検用カメラ101と障害物検知用カメラ102から入力される画像データのいずれか、あるいは両方を、点検対象検出部1031において処理することにより実現される。検出手段は例えばテンプレートマッチングによってもよいし、弱識別器を直列に並べたカスケード識別器によってもよいし、ディープラーニングなどの機械学習を用いた方法でもよい。 Next, inspection target object detection processing is executed (step S113). The electric wire detection process is realized by processing either or both of the image data input from the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102 in the inspection target detection unit 1031. The detection means may be, for example, template matching, a cascade classifier in which weak classifiers are arranged in series, or a method using machine learning such as deep learning.

次いで、点検対象物の有無による分岐処理(ステップS114)が実行される。点検対象物が存在しないと判定された場合には、特段の処理を行わず、ステップS101に戻る。点検対象物が存在すると判定された場合には、その画像中における位置と大きさが算出される。その位置と大きさにより、点検対象物がUAV10のどの方向に、どの程度の距離にあるかが推定できる。当該対象物が所定の閾値よりも近いと判定された場合には、これらの情報を元に、当該対象物の周囲を回る周回軌道(点検ルート)を設定する。次いで、現在位置を点検ルートの始点として記憶する(ステップS116)。記憶先は記録部107でもよいし、図示していないRAMなどの一時記憶媒体でもよい。次いで、動作モードをトラッキングモードから点検モードへ遷移させ(ステップS117)、ステップS101に戻る。 Next, branch processing (step S114) is executed depending on the presence or absence of the inspection target. If it is determined that the object to be inspected does not exist, no special processing is performed and the process returns to step S101. If it is determined that the object to be inspected exists, its position and size in the image are calculated. Based on its position and size, it is possible to estimate in which direction and at what distance the object to be inspected is located relative to the UAV 10. If it is determined that the target object is closer than a predetermined threshold, a orbit (inspection route) around the target object is set based on this information. Next, the current position is stored as the starting point of the inspection route (step S116). The storage destination may be the recording unit 107 or a temporary storage medium such as a RAM (not shown). Next, the operation mode is changed from the tracking mode to the inspection mode (step S117), and the process returns to step S101.

一方、前述のステップS110における分岐処理において、動作モードが点検モードであった場合には、現在位置がステップS116にて記憶された点検ルートの始点と一致、あるいは十分近いと判定(ステップS118;YES)された場合に、動作モードをトラッキングモードから点検モードへ遷移させ(ステップS119)、ステップS101に戻る。点検ルートの始点でなければ(ステップS118;NO)、そのままステップS101に戻る。 On the other hand, in the branch processing in step S110 described above, if the operation mode is the inspection mode, it is determined that the current position matches or is sufficiently close to the starting point of the inspection route stored in step S116 (step S118; YES). ), the operation mode is changed from the tracking mode to the inspection mode (step S119), and the process returns to step S101. If it is not the starting point of the inspection route (step S118; NO), the process directly returns to step S101.

以上、一連の動作により、UAV10が電線に沿って飛行し、点検対象物を周回する点検ルートと電線に沿って飛行する通常ルートを自律的に切り替えながら飛行する動作を実現することが可能である。特に、記録部107に格納されているルート情報が電線や点検対象物に必ずしも沿っているものではなくても、点検用カメラ101により得られた画像を解析することにより点検対象物に沿った飛行が可能である。 Through the series of operations described above, it is possible to realize an operation in which the UAV 10 flies along the electric wire and autonomously switches between an inspection route that goes around the object to be inspected and a normal route that flies along the electric wire. . In particular, even if the route information stored in the recording unit 107 does not necessarily follow the electric wire or the object to be inspected, flight along the object to be inspected can be achieved by analyzing images obtained by the inspection camera 101. is possible.

続いて、電線に沿って飛行させるためのルート設定の方法について、図3から図6を用いて説明する。図3は記録部107に記録されているルート情報と、点検対象検出部1031で検出した電線の方向および電線までの距離を用いて電線に沿った経路設定をする方法を説明する図であり、電線およびUAV10の経路を真上から見下ろすように描かれている。図中において、WP1、WP2は記録部107に記録されている通過点情報(ウェイポイント)である。これらの通過点情報は事前に設定しておく必要があるが、点検対象の位置情報は不明確なことが多いため、大まかな位置情報を設定しておき、UAV10がウェイポイントで指示される飛行ルートを、電線に沿った飛行ルートとなるよう適宜修正しながら飛行する。以下、その方法について説明する。 Next, a method for setting a route for flying along electric wires will be explained using FIGS. 3 to 6. FIG. 3 is a diagram illustrating a method of setting a route along an electric wire using the route information recorded in the recording unit 107 and the direction of the electric wire and the distance to the electric wire detected by the inspection target detection unit 1031. The power lines and the path of the UAV 10 are depicted looking down from directly above. In the figure, WP1 and WP2 are passing point information (waypoints) recorded in the recording unit 107. It is necessary to set this waypoint information in advance, but since the location information of the inspection target is often unclear, it is necessary to set rough location information so that the UAV 10 can perform a flight directed by waypoints. The aircraft flies while adjusting the route appropriately so that it follows the electric wires. The method will be explained below.

UAV10は、本来はWP1とWP2を結ぶ経路L1(図中点線)に沿って飛行するよう制御される。しかしながら、経路L1は延在対象物である電線Pとは平行になっているとは限らず、例えば本図の例ではUAV10は電線Pから徐々に遠ざかるように飛行する。このような場合、点検用カメラ101で取得した画像においては電線や点検対象物が想定より小さいサイズで写るため、想定する点検の用をなさない可能性がある。そこで、例えば以下に示すようなフィードフォワード制御によって、UAV10が電線に沿って平行に飛行するよう制御することが可能である。 The UAV 10 is originally controlled to fly along a route L1 (dotted line in the figure) connecting WP1 and WP2. However, the route L1 is not necessarily parallel to the electric wire P that is the object to be extended, and for example, in the example shown in this figure, the UAV 10 flies so as to gradually move away from the electric wire P. In such a case, the electric wires and objects to be inspected appear smaller than expected in the image acquired by the inspection camera 101, and therefore may not be useful for the intended inspection. Therefore, it is possible to control the UAV 10 to fly parallel to the electric wire by, for example, feedforward control as described below.

まず、初期状態としてUAV10がWP1に存在している状態を仮定する。次に、当初の設定経路L1に沿ってUAV10が飛行した場合に、微小時刻Δt経過後に想定される位置をU1とする。この場合、UAV10はWP1からU1へ向かう経路L11に沿って飛行しようとする。ここで、点検用カメラ101がUAV10の進行方向と直角に取り付けられているものとする。すると、点検用カメラ101で電線を撮影する場合には、経路L1と電線Pがなす角の分だけ電線を斜めに写すことになる。ここでどの程度の角度で撮影されているかは、例えば点検対象検出部1031における認識処理の過程で推定することができる。そこで、UAV10の飛行経路が電線Pと平行となるよう、当初の飛行経路L11を飛行経路L21のように補正することが可能である。この結果、UAV10の行き先はU1からV1へ補正されることになる。 First, it is assumed that the UAV 10 is present in the WP 1 as an initial state. Next, when the UAV 10 flies along the initially set route L1, the assumed position after the minute time Δt has elapsed is defined as U1. In this case, the UAV 10 attempts to fly along the route L11 from WP1 to U1. Here, it is assumed that the inspection camera 101 is attached at right angles to the traveling direction of the UAV 10. Then, when photographing the electric wire with the inspection camera 101, the electric wire is photographed diagonally by the angle formed by the route L1 and the electric wire P. The angle at which the image is photographed can be estimated, for example, in the process of recognition processing in the inspection target detection unit 1031. Therefore, it is possible to correct the original flight path L11 to the flight path L21 so that the flight path of the UAV 10 becomes parallel to the electric wire P. As a result, the destination of the UAV 10 is corrected from U1 to V1.

次の時間ステップにおいても同様の補正がなされ、現在位置V1からさらに微小時刻Δt経過後に想定される行先U2を向いた場合に、点検用カメラ101で撮影した電線の向きから経路L21と電線Pのなす角を算出し、その角度分を補正するように新たな行き先V2を算出する。これを繰り返すことにより、電線Pに沿った経路L22、L23・・・を設定することが可能である。 A similar correction is made in the next time step, and when the user turns from the current position V1 to the assumed destination U2 after a minute time Δt has elapsed, the path L21 and the electric wire P are A new destination V2 is calculated so as to correct the angle. By repeating this, it is possible to set routes L22, L23, . . . along the electric wire P.

次に、経路中に障害物が発見された場合のルート設定の方法について、図4を用いて説明する。まず、初期状態としてUAV10がWP1に存在している状態を仮定する。次に、当初の設定経路L1に沿ってUAV10が飛行した場合に、微小時刻Δt経過後に想定される位置をU1とする。この場合、UAV10はWP1からU1へ向かう経路L11に沿って飛行しようとする。ここで、点検用カメラ101がUAV10の進行方向と直角に取り付けられているものとする。すると、点検用カメラ101で電線を撮影する場合には、経路L1と電線Pがなす角の分だけ電線を斜めに写すことになる。ここでどの程度の角度で撮影されているかは、例えば点検対象検出部1031における認識処理の過程で推定することができる。そこで、UAV10の飛行経路が電線Pと平行となるよう、当初の飛行経路L11を飛行経路L21のように補正することが可能である。この結果、UAV10の行き先はU1からV1へ補正されることになる。 Next, a route setting method when an obstacle is found on the route will be described using FIG. 4. First, it is assumed that the UAV 10 is present in the WP 1 as an initial state. Next, when the UAV 10 flies along the initially set route L1, the assumed position after the minute time Δt has elapsed is defined as U1. In this case, the UAV 10 attempts to fly along the route L11 from WP1 to U1. Here, it is assumed that the inspection camera 101 is attached at right angles to the traveling direction of the UAV 10. Then, when photographing the electric wire with the inspection camera 101, the electric wire is photographed diagonally by the angle formed by the route L1 and the electric wire P. The angle at which the image is photographed can be estimated, for example, in the process of recognition processing in the inspection target detection unit 1031. Therefore, it is possible to correct the original flight path L11 to the flight path L21 so that the flight path of the UAV 10 becomes parallel to the electric wire P. As a result, the destination of the UAV 10 is corrected from U1 to V1.

次の時間ステップにおいて同様の補正を行うべきところであるが、図中の位置に障害物T(この場合は樹木)が存在する場合には、障害物検知用カメラ102により障害物Tが存在することが検出される。ここで、V1から障害物Tまでの距離Dが所定の閾値を下回る(これ以上近づけない)状況を考える。この場合には、電線に沿って経路設定をするよりも、障害物Tと一定の距離を保つ方が優先される。そこで、障害物Tを中心として半径D仮想的な球面Qを考え、この球面Q上に次の経路を設定することを考える。次の経路の設定方法はいくつか考えられ、たとえば前述のように、障害物Tの真上を通るように経路設定してもよいし、高度を保ちつつ障害物Tを回り込むように経路設定してもよいし、これらを障害物Tの種類の検出結果に応じて決定してもよい。図では障害物Tを回り込むような経路設定を示している。以上のように、次の経路W2を決定できる。これを繰り返すことにより、W3以降の経路を順次設定していくことが可能である。 A similar correction should be made in the next time step, but if an obstacle T (tree in this case) exists at the position shown in the figure, the obstacle detection camera 102 detects that the obstacle T exists. is detected. Here, consider a situation in which the distance D from V1 to the obstacle T is less than a predetermined threshold (it cannot get any closer). In this case, priority is given to maintaining a certain distance from the obstacle T rather than setting a route along the electric wire. Therefore, consider a virtual spherical surface Q with a radius D centered on the obstacle T, and consider setting the following route on this spherical surface Q. There are several ways to set the next route. For example, as mentioned above, you can set the route so that it passes directly over the obstacle T, or you can set the route so that it goes around the obstacle T while maintaining altitude. Alternatively, these may be determined according to the detection result of the type of obstacle T. The figure shows a route setting that goes around an obstacle T. As described above, the next route W2 can be determined. By repeating this, it is possible to sequentially set the routes after W3.

障害物を回り込んで回避する場合には、UAV10は、正面方向を維持したスライドによって障害物を迂回する。このため、障害物検知用カメラ102は同一方向を撮影し続ける。そして、障害物が障害物検知用カメラ102の撮影範囲を外れた時、すなわち障害物がフレームアウトしたときに、UAV10は障害物の迂回を終了し、電線をトラッキングする経路に戻る。 When avoiding an obstacle by going around it, the UAV 10 moves around the obstacle by sliding while maintaining the front direction. Therefore, the obstacle detection camera 102 continues to take pictures in the same direction. Then, when the obstacle moves out of the photographing range of the obstacle detection camera 102, that is, when the obstacle goes out of the frame, the UAV 10 finishes detouring around the obstacle and returns to the route for tracking the electric wire.

次に、経路中に点検対象物が検出された場合の動作について、図5を用いて説明する。まず、初期状態としてUAV10がWP1に存在している状態を仮定する。次に、当初の設定経路L1に沿ってUAV10が飛行した場合に、微小時刻Δt経過後に想定される位置をU1とする。この場合、UAV10はWP1からU1へ向かう経路L11に沿って飛行しようとする。ここで、点検用カメラ101がUAV10の進行方向と直角に取り付けられているものとする。すると、点検用カメラ101で電線を撮影する場合には、経路L1と電線Pがなす角の分だけ電線を斜めに写すことになる。ここでどの程度の角度で撮影されているかは、例えば点検対象検出部1031における認識処理の過程で推定することができる。そこで、UAV10の飛行経路が電線Pと平行となるよう、当初の飛行経路L11を飛行経路L21のように補正することが可能である。この結果、UAV10の行き先はU1からV1へ補正されることになる。 Next, the operation when an object to be inspected is detected along the route will be described using FIG. 5. First, it is assumed that the UAV 10 is present in the WP 1 as an initial state. Next, when the UAV 10 flies along the initially set route L1, the assumed position after the minute time Δt has elapsed is defined as U1. In this case, the UAV 10 attempts to fly along the route L11 from WP1 to U1. Here, it is assumed that the inspection camera 101 is attached at right angles to the traveling direction of the UAV 10. Then, when photographing the electric wire with the inspection camera 101, the electric wire is photographed diagonally by the angle formed by the route L1 and the electric wire P. The angle at which the image is photographed can be estimated, for example, in the process of recognition processing in the inspection target detection unit 1031. Therefore, it is possible to correct the original flight path L11 to the flight path L21 so that the flight path of the UAV 10 becomes parallel to the electric wire P. As a result, the destination of the UAV 10 is corrected from U1 to V1.

次の時間ステップにおいて同様の補正を行うべきところであるが、図中の位置に点検対象物O(この場合は中継対象物である電柱および電柱に付随する配電設備)が存在する場合には、点検用カメラ101により点検対象物Oが存在することが検出される。ここで、V1から点検対象物Oまでの距離Dが所定の閾値を下回る状況を考える。この場合には、現在位置V1を通り、点検対象物Oを中心とした半径Dの円周軌道Xが定義され、UAV10はこの円周軌道Xに沿って飛行するよう制御されるよう、動作モードが切り替わる(点検モード)。現在位置V1は円周軌道Xの始点として記憶される。以降、GPS受信部104から受信された位置情報を元に、円周軌道X上の点X2、X3、X4、X5・・・が順次決定され、UAV10はこれらの点を通過するよう制御されて飛行する。やがてUAV10が円周軌道Xを一周し、現在位置が記憶された始点V1と一致するか十分近いと判定された場合には、再度動作モードが切り替わり(トラッキングモード)、前述の動作と同様に、電線の向きを点検用カメラ101で得られた画像から推定することにより、電線に沿って飛行するよう制御される。 Similar corrections should be made in the next time step, but if there is an inspection target O (in this case, a utility pole that is a relay target and the power distribution equipment attached to the utility pole) at the position in the diagram, the inspection The presence of the inspection object O is detected by the camera 101. Here, consider a situation in which the distance D from V1 to the object to be inspected O is less than a predetermined threshold. In this case, a circumferential trajectory X with a radius D that passes through the current position V1 and is centered on the object O to be inspected is defined, and the UAV 10 is controlled to fly along this circumferential trajectory X in the operation mode. is switched (inspection mode). The current position V1 is stored as the starting point of the circular orbit X. Thereafter, points X2, X3, X4, X5, etc. on the circumferential orbit X are sequentially determined based on the position information received from the GPS receiving unit 104, and the UAV 10 is controlled to pass through these points. fly Eventually, the UAV 10 goes around the circumferential orbit By estimating the direction of the wire from the image obtained by the inspection camera 101, the robot is controlled to fly along the wire.

点検対象物を周回する場合には、UAV10は、点検用カメラ101の撮影範囲に点検対象物が入るように姿勢制御を行う。このため、障害物検知用カメラ102は、その時点のUAV10の進行方向(周回軌道の周方向)を撮影することになる。 When orbiting the inspection target, the UAV 10 performs attitude control so that the inspection target enters the photographing range of the inspection camera 101. Therefore, the obstacle detection camera 102 photographs the direction in which the UAV 10 is traveling at that time (circumferential direction of the orbit).

またこれらの組み合わせとして、点検モードで周回軌道X上を飛行している際に障害物Tを発見した場合には、障害物Tを回避する方が優先される。具体例を図6に示す。図6は、点検対象物O(この場合は電柱)を点検すべく周回軌道Xを飛行中に、障害物T(この場合は樹木)を発見した場合の動作である。この場合、周回軌道Xが所定の障害物最近接距離を表す球面Qの内側に入っており、障害物Tと衝突の可能性がある。そこで、このような場合には、球面Qに沿って新たな周回軌道X’が定義され、UAV10はX’に沿って飛行するよう経路が変更される。障害物Tと十分離隔が取れたと判断された場合(球面Qの内側に入ることはないと判断された場合)には、UAV10は再度周回軌道X上を飛行するよう制御される。このような制御を行うことにより、障害物を回避しつつ点検対象物の周囲を旋回ながら点検に用いる画像データを取得することが可能となる。 Further, as a combination of these, when an obstacle T is discovered while flying on the orbit X in the inspection mode, priority is given to avoiding the obstacle T. A specific example is shown in FIG. FIG. 6 shows the operation when an obstacle T (in this case, a tree) is discovered while flying in orbit X to inspect the object to be inspected O (in this case, a utility pole). In this case, the orbit X is inside the spherical surface Q representing the closest distance to a predetermined obstacle, and there is a possibility of collision with the obstacle T. Therefore, in such a case, a new orbit X' is defined along the spherical surface Q, and the route of the UAV 10 is changed so that it flies along X'. When it is determined that the distance from the obstacle T is sufficient (when it is determined that the UAV 10 will not enter the inside of the spherical surface Q), the UAV 10 is controlled to fly on the orbit X again. By performing such control, it becomes possible to acquire image data for use in inspection while circling around the inspection target while avoiding obstacles.

以上、図1から図6を用いて本実施例について説明してきたが、本実施例は上記の構成に限定されるものではない。例えば、点検用カメラ101と障害物検知用カメラ102は別のカメラとして説明してきたが、両方の機能を兼ね備える単一のカメラによって構成されてもよい。これにより、例えばUAV10の総重量が軽減され、飛行時間の延長などのメリットがある。 Although the present embodiment has been described above using FIGS. 1 to 6, the present embodiment is not limited to the above configuration. For example, although the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102 have been described as separate cameras, they may be configured by a single camera that has both functions. This provides benefits such as reducing the total weight of the UAV 10 and extending flight time.

また、点検用カメラ101は、それ自身が距離計測機能を有するカメラ(例えばステレオカメラやTOFカメラ等)であってもよい。これにより、点検用カメラ101で得られた電線画像から電線までの距離や電線との相対的な角度の情報をより正確に求めることができ、電線トラッキング動作の精度を向上させることができるというメリットがある。 Furthermore, the inspection camera 101 may be a camera (for example, a stereo camera, a TOF camera, etc.) that itself has a distance measurement function. As a result, information on the distance to the wire and the relative angle to the wire can be determined more accurately from the wire image obtained by the inspection camera 101, and the advantage is that the accuracy of the wire tracking operation can be improved. There is.

また、点検用カメラ101は、他に距離センサ(例えば超音波センサ、レーダー等)を備えていてもよい。これにより、点検用カメラ101で得られた電線画像から電線までの距離や電線との相対的な角度の情報をより正確に求めることができ、電線トラッキング動作の精度を向上させることができるというメリットがある。 The inspection camera 101 may also include a distance sensor (for example, an ultrasonic sensor, a radar, etc.). As a result, information on the distance to the wire and the relative angle to the wire can be determined more accurately from the wire image obtained by the inspection camera 101, and the advantage is that the accuracy of the wire tracking operation can be improved. There is.

また、障害物検知用カメラ102は実施例ではステレオカメラとして説明したが、他の方式、例えばTOFカメラや、カメラと他の距離センサ(例えば超音波センサ、レーダー等)の組み合わせによって距離情報を得る構成であってもよいし、これらのうち複数を備える構成であってもよい。これにより、UAV10の進行方向だけでなく、上方・下方・後方の障害物を検出し、UAV10の衝突可能性をより低減させることができるというメリットがある。 Further, although the obstacle detection camera 102 has been described as a stereo camera in the embodiment, distance information is obtained by other methods, such as a TOF camera, or a combination of a camera and another distance sensor (such as an ultrasonic sensor or radar). It may be a configuration, or it may be a configuration including a plurality of these. This has the advantage that it is possible to detect obstacles not only in the direction in which the UAV 10 is traveling, but also above, below, and behind the UAV 10, thereby further reducing the possibility of a collision of the UAV 10.

また、障害物検知用カメラ102は、映像解析により距離情報を得る方式、例えばディープラーニングによる距離推定方式や、時間差をおいて撮影した複数の画像の変化から周辺物体との距離を推定する方式(Visual SLAMやSfM(Structure from Motion))等の方式であってもよい。これにより、ステレオカメラを単眼カメラで代替することができ、例えば超広角カメラを採用し周囲の障害物を広く検知することができるようになる等のメリットがある。 The obstacle detection camera 102 also uses a method of obtaining distance information through video analysis, such as a distance estimation method using deep learning, or a method of estimating the distance to surrounding objects from changes in multiple images taken at different times. A method such as Visual SLAM or SfM (Structure from Motion) may be used. As a result, the stereo camera can be replaced with a monocular camera, and there are advantages such as, for example, it becomes possible to employ an ultra-wide-angle camera and detect surrounding obstacles over a wide range.

また、障害物検知用カメラ102は単一のステレオカメラとして説明したが、障害物検知用カメラ102は複数のカメラ、あるいはセンサとの組み合わせであってもよい。例えば、ステレオカメラを複数配置し、UAV10の全周囲を撮影対象とする構成でもよい。あるいは、特定の方向はカメラで撮影しつつ、別の方向はセンサを用いて探査する方法でもよい。これにより、UAV10の進行方向だけでなく、上方・下方・後方の障害物を検出し、UAV10の衝突可能性をより低減させることができるというメリットがある。 Moreover, although the obstacle detection camera 102 has been described as a single stereo camera, the obstacle detection camera 102 may be a combination of multiple cameras or sensors. For example, a configuration may be adopted in which a plurality of stereo cameras are arranged and the entire periphery of the UAV 10 is photographed. Alternatively, a method may be used in which images are taken in a specific direction with a camera and sensors are used to explore in other directions. This has the advantage that it is possible to detect obstacles not only in the direction in which the UAV 10 is traveling, but also above, below, and behind the UAV 10, thereby further reducing the possibility of a collision of the UAV 10.

また、記録部107はUAV10に付随するとして説明してきたが、記録部107の一部あるいは全部はUAV10と異なる場所(例えば地上)に存在し、これらの間は例えば無線通信などにより接続されているという構成でもよい。これにより、記録部107の容量に関する制約が緩和されたり、あるいは図示しない他の装置(例えばPC)からも書き換え可能とすることにより、ルートを動的に変更したり、追加したりすることが可能となり、システム運用の柔軟性を向上させることができるというメリットがある。 Furthermore, although the recording unit 107 has been described as being attached to the UAV 10, part or all of the recording unit 107 exists in a different location (for example, on the ground) from the UAV 10, and they are connected by, for example, wireless communication. It may be configured as follows. As a result, restrictions regarding the capacity of the recording unit 107 are relaxed, or by making it possible to rewrite from another device (for example, a PC) not shown, it is possible to dynamically change or add routes. This has the advantage of improving the flexibility of system operation.

また、UAV10はGPS受信部104およびIMU105を有する構成として説明してきたが、これらの一部機能、あるいは全部を点検用カメラ101および障害物検知用カメラ102を画像解析して得られる情報で代替する構成であってもよい。例えば、GPSによる自己位置推定の一部あるいは全部をVisual SLAM等の別の自己位置推定方式により代替あるいは併用してもよい。これにより、例えば見通しの悪い箇所で点検を行うような場合で電波状況がよくなくても、トラッキング動作や周回動作の位置誤差を低減させることが可能であり、UAV10の衝突や墜落等の危険ポテンシャルを低減させることができるというメリットがある。 Further, although the UAV 10 has been described as having a configuration including a GPS receiving unit 104 and an IMU 105, some or all of these functions may be replaced by information obtained by image analysis of the inspection camera 101 and the obstacle detection camera 102. It may be a configuration. For example, part or all of the self-position estimation using GPS may be replaced or combined with another self-position estimation method such as Visual SLAM. This makes it possible to reduce positional errors in tracking and orbiting operations even when the radio wave conditions are poor, such as when conducting inspections in areas with poor visibility, thereby reducing the potential for dangerous situations such as collisions or crashes of the UAV10. This has the advantage of being able to reduce

また、信号処理部103において点検対象検出部1031と障害物検出部1032は別の構成要素として説明したが、これらは単一の構成要素であってもよい。この場合には、例えば単一の演算装置を時分割で使い分け、点検対象検出処理と障害物検出処理の両方を実施する構成であってもよい。これにより、構成点数を減らすことができ、UAV10の軽量化、飛行時間の延長などのメリットがある。 Furthermore, although the inspection target detection section 1031 and the obstacle detection section 1032 in the signal processing section 103 have been described as separate components, they may be a single component. In this case, for example, a single arithmetic unit may be used in a time-sharing manner to perform both the inspection target detection process and the obstacle detection process. This allows the number of component points to be reduced, which has the advantage of reducing the weight of the UAV 10 and extending the flight time.

また、上記実施例では点検対象物の周囲を周回飛行する点検モードが存在する例を示したが、点検モードは必須ではなく、トラッキングモードのみを有する構成でもよい。これにより、障害物回避動作との組み合わせパターンを減らすことができ、演算の高速化、およびこれに伴うフィードバック制御の時定数低減による飛行の安定化、さらに演算装置をより簡易にすることによりUAV10の軽量化が可能であるというメリットがある。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which there is an inspection mode in which the aircraft flies around the inspection target, but the inspection mode is not essential, and a configuration having only a tracking mode may be used. This makes it possible to reduce the number of combination patterns with obstacle avoidance operations, speed up calculations, stabilize flight by reducing the time constant of feedback control, and further simplify the calculation device to improve UAV10 performance. It has the advantage of being lightweight.

本実施例により、点検対象および周辺の障害物を認識し、点検対象との相対位置を算出して、所定の位置関係を保持するよう制御することにより、厳密な自己位置推定やルート設定を必要とせず、大まかなウェイポイント指示だけで、ルート上の障害物を回避しながら、点検対象をフレームアウトすることなく撮影し続けることができるという効果を得ることができる。 This embodiment requires precise self-position estimation and route setting by recognizing the inspection target and surrounding obstacles, calculating the relative position with the inspection target, and controlling to maintain a predetermined positional relationship. By simply giving a rough waypoint instruction, you can avoid obstacles on the route and continue photographing the inspection target without going out of frame.

実施例1では、点検用カメラの撮影範囲がUAVに対して固定された構成を例示した。本実施例2では、点検用カメラの撮影範囲を変更可能とする構成と動作について、図7、図8を用いて説明する。 In the first embodiment, a configuration in which the photographing range of the inspection camera is fixed with respect to the UAV is illustrated. In the second embodiment, a configuration and operation that enable changing the photographing range of the inspection camera will be described using FIGS. 7 and 8.

図7は、実施例2のUAVの構成を示す構成図である。図7に示すUAV20は、点検に供される飛行体であり、点検用カメラ201、障害物検知用カメラ102、信号処理部103、GPS受信部104、IMU105、制御部106、記録部107、雲台208、ズーム制御部209を有してなる。 FIG. 7 is a configuration diagram showing the configuration of a UAV according to the second embodiment. The UAV 20 shown in FIG. 7 is a flying object used for inspection, and includes an inspection camera 201, an obstacle detection camera 102, a signal processing unit 103, a GPS receiving unit 104, an IMU 105, a control unit 106, a recording unit 107, and a cloud It has a stand 208 and a zoom control section 209.

点検用カメラ201は、雲台208に取り付けられており、点検対象の外観画像を取得するカメラである。取得された外観画像は後段の信号処理部103へ送られる。 The inspection camera 201 is attached to the pan head 208 and is a camera that obtains an external image of the inspection target. The acquired external appearance image is sent to the subsequent signal processing unit 103.

制御部206は、記録部107に対して読み取り操作を行い、所定のルート情報を読み出し、GPS受信部104から入力される現在位置情報を照合し、次の時間ステップにおけるUAV20の進路を決定する。また、信号処理部103から入力される外観画像および距離情報、GPS受信部104から入力される緯度、経度、高度情報、IMU105から入力されるジャイロ、加速度計、コンパスの信号情報、後述する記録部107から入力される経路情報を元に、UAV20が安定するよう姿勢制御を行うと同時に、図示しない複数の推力発生用モータへ印加する電圧のバランスを制御することにより、UAV20が所望の方向へ移動するよう制御する。また、信号処理部103から入力される外観画像および距離情報をもとに、雲台208およびズーム制御部209の動作を制御する。 The control unit 206 performs a reading operation on the recording unit 107, reads out predetermined route information, collates the current position information input from the GPS reception unit 104, and determines the course of the UAV 20 in the next time step. Additionally, the external image and distance information inputted from the signal processing unit 103, the latitude, longitude, and altitude information inputted from the GPS reception unit 104, the signal information of the gyro, accelerometer, and compass inputted from the IMU 105, and the recording unit described later. Based on the route information input from 107, the UAV 20 moves in a desired direction by performing attitude control to stabilize the UAV 20 and at the same time controlling the balance of voltages applied to multiple thrust generation motors (not shown). control so that Further, the operation of the pan head 208 and the zoom control unit 209 is controlled based on the external image and distance information input from the signal processing unit 103.

雲台208は、UAV20に取り付けられ、点検用カメラ201を搭載する台座である。制御部106からの制御により、点検用カメラ201の向き(パン角、チルト角)を設定する。 The pan head 208 is a pedestal that is attached to the UAV 20 and on which the inspection camera 201 is mounted. The direction (pan angle, tilt angle) of the inspection camera 201 is set under control from the control unit 106.

ズーム制御部209は、点検用カメラ201のレンズ部分に取り付けられ、制御部206からの制御により、点検用カメラ201のズーム倍率を設定する。 The zoom control unit 209 is attached to the lens portion of the inspection camera 201, and sets the zoom magnification of the inspection camera 201 under control from the control unit 206.

本実施例の動作について、以下説明する。
本実施例に示すのは、UAVを用いて電線、電柱、およびこれらに付属する配電設備を点検する方式についてである。ただし、点検用カメラ201がUAV20に固定角度で取り付けられているのではなく、点検用カメラ201が雲台208の上に取り付けられており、さらに点検用カメラのレンズ部分にズーム制御部209が取り付けられており、さらに雲台208およびズーム制御部209が制御部206から制御できるように接続されている点が実施例1と異なる。
The operation of this embodiment will be explained below.
This embodiment shows a method of inspecting electric wires, utility poles, and power distribution equipment attached to these using a UAV. However, the inspection camera 201 is not attached to the UAV 20 at a fixed angle, but the inspection camera 201 is attached on the pan head 208, and a zoom control unit 209 is attached to the lens part of the inspection camera. This embodiment differs from the first embodiment in that the pan head 208 and the zoom control section 209 are connected so that they can be controlled by the control section 206.

本実施例の飛行装置、飛行管理方法及びプログラムは、UAV20が備える制御部206による制御の下、障害物検知用カメラ102によって検知された障害物を回避しつつ、点検用カメラ201によって点検対象である電線、電柱、付随する配電設備を撮影し、点検用途に活用可能な映像を取得するものである。飛行にあたっては、電線を検出しつつ、これに沿って飛行させることを特徴とする。 The flight device, the flight management method, and the program of this embodiment are designed to avoid obstacles detected by the obstacle detection camera 102 while being inspected by the inspection camera 201 under the control of the control unit 206 included in the UAV 20. The purpose is to photograph certain electric lines, utility poles, and associated power distribution equipment, and obtain images that can be used for inspection purposes. During flight, it is characterized by detecting electric wires and flying along them.

本実施例においては、電柱や配電設備が検出されるまで電線に沿って飛行する動作モード(トラッキングモード)、および電柱や配電設備を重点的に点検する動作モード(点検モード)の2つの動作モードが存在する。点検モードにおいては、例えば当該点検対象の周囲を、点検用に別途作成した周回軌道に沿って飛行し、点検対象の全周囲画像を得るように制御される。 In this example, there are two operation modes: an operation mode (tracking mode) in which the vehicle flies along the electric wire until a utility pole or distribution equipment is detected, and an operation mode (inspection mode) in which the utility pole or distribution equipment is inspected with priority. exists. In the inspection mode, the aircraft is controlled to, for example, fly around the inspection target along a orbit created separately for inspection, and obtain an image of the entire surroundings of the inspection target.

本実施例における設備点検の方法について、図8のフローチャートを用いて説明する。図8の処理手順は、UAV20が離陸し、最初に電線を検出したときに開始する。 The method of equipment inspection in this embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 8. The processing procedure of FIG. 8 starts when the UAV 20 takes off and first detects a power line.

まず、制御部206は、IMU105よりジャイロ、加速度計、コンパスの信号を受信し(ステップS201)、姿勢制御処理によりUAV20がホバリングするために必要な推力発生用モータへの印加電圧をそれぞれ算出する(ステップS202)。次いで制御部206は、GPS受信部104より緯度、経度、高度情報を受信し(ステップS203)、自己位置把握処理により現在の機体の位置を算出する(ステップS204)。ここで自己位置把握とは、得られた生の緯度、経度、高度情報をカルマンフィルタ等により適切にフィルタリングすることにより、GPS信号が本来持っている誤差要因や不確実性を除去するための処理を指す。 First, the control unit 206 receives signals from the gyro, accelerometer, and compass from the IMU 105 (step S201), and calculates voltages to be applied to the thrust generation motors necessary for the UAV 20 to hover through attitude control processing ( Step S202). Next, the control unit 206 receives latitude, longitude, and altitude information from the GPS receiving unit 104 (step S203), and calculates the current position of the aircraft through self-positioning processing (step S204). Here, self-positioning refers to processing that removes error factors and uncertainties inherent in GPS signals by appropriately filtering the obtained raw latitude, longitude, and altitude information using a Kalman filter, etc. Point.

次いで、制御部206は、現在の動作モードが何であるかの分岐処理(ステップS205)により、動作モードに応じた分岐が発生する。動作モードがトラッキングモードであった場合には、制御部206は、記録部107に記録されているルート情報を読み出し、ステップS204にて算出した自己位置と照合することにより、次に進むべき方向を定める(ステップS206)。 Next, the control unit 206 performs a branching process to determine what the current operation mode is (step S205), thereby causing a branch depending on the operation mode. When the operation mode is the tracking mode, the control unit 206 reads out the route information recorded in the recording unit 107 and compares it with the self-position calculated in step S204 to determine the next direction to proceed. (step S206).

動作モードが点検モードであった場合には、制御部206は、前述の通り点検対象物を周回する周回軌道が設定されているので、この周回軌道とステップS204にて算出した自己位置とを照合することにより、次に進むべき方向を定める(ステップS207)。 When the operation mode is the inspection mode, the control unit 206 compares this orbit with the self-position calculated in step S204, since the orbit around the object to be inspected has been set as described above. By doing so, the next direction to proceed is determined (step S207).

次いで、前述のステップS206もしくはステップS207で定めた進路方向の障害物を検出する(ステップS208)。障害物の有無は、障害物検知用カメラ102にて取得した障害物の外観画像、および距離情報を障害物検出部1032において解析することにより判断する。ここで、障害物検知用カメラ102の光軸方向はUAV20の正面方向(進行方向と一致するように制御される)を向いて取り付けられており、角度の調節機能を持たない。したがって、例えば障害物検知用カメラ102の画角を広角に設定することにより、進行方向およびそこからずれた範囲における障害物をもれなく検出することが可能である。あるいは、障害物検知用カメラ102の角度が制御部206によって調整されるような構成でもよい。制御部206ではUAV20の進行方向と障害物検知用カメラ102の光軸方向がどのような相対関係にあるかを把握することにより、進路方向に対してどの位置に障害物があるかを算出することができる。 Next, obstacles in the course direction determined in step S206 or step S207 described above are detected (step S208). The presence or absence of an obstacle is determined by the obstacle detection unit 1032 analyzing an external image of the obstacle and distance information acquired by the obstacle detection camera 102. Here, the optical axis direction of the obstacle detection camera 102 is attached to face the front direction of the UAV 20 (controlled to match the direction of travel), and does not have an angle adjustment function. Therefore, for example, by setting the angle of view of the obstacle detection camera 102 to a wide angle, it is possible to detect all obstacles in the traveling direction and in a range deviated from the traveling direction. Alternatively, the configuration may be such that the angle of the obstacle detection camera 102 is adjusted by the control unit 206. The control unit 206 calculates the position of the obstacle with respect to the traveling direction by understanding the relative relationship between the traveling direction of the UAV 20 and the optical axis direction of the obstacle detection camera 102. be able to.

次いで、制御部206は、障害物の有無、および当該障害物との距離に応じて、進路の修正を行う(ステップS209)。具体的には、まず障害物までの距離が所定の閾値よりも遠い場合には、本ステップでは特段の処理を行わない。障害物までの距離が所定の閾値を下回る場合には、当該障害物を回避するようにルートの補正を行う。補正の方法は、例えば当該障害物を跨ぐように、UAV20を上昇させるように進路を修正する方式でもよいし、当該障害物の形状や種類を障害物検出部1032において検出し、その形状や種類に応じて(例えば障害物が樹木なら跨ぐように、街灯などの柱上であれば水平方向にかわすように)進路を修正する方式でもよい。 Next, the control unit 206 corrects the course depending on the presence or absence of an obstacle and the distance to the obstacle (step S209). Specifically, first, if the distance to the obstacle is longer than a predetermined threshold, no special processing is performed in this step. If the distance to the obstacle is less than a predetermined threshold, the route is corrected to avoid the obstacle. The correction method may be, for example, a method of correcting the course so as to raise the UAV 20 so as to straddle the obstacle, or a method of detecting the shape and type of the obstacle in the obstacle detection unit 1032 and detecting the shape and type of the obstacle. It is also possible to modify the course according to the situation (for example, if the obstacle is a tree, the vehicle should straddle it, or if it is on a pole such as a street lamp, it should be dodged horizontally).

次いで、現在の動作モードが何であるかの分岐処理(ステップS210)により、動作モードに応じた分岐が発生する。動作モードがトラッキングモードであった場合には、電線検出処理が実行される(ステップS211)。電線検出処理は、点検用カメラ201と障害物検知用カメラ102から入力される画像データのいずれか、あるいは両方を、点検対象検出部1031において処理することにより実現される。検出手段は例えばエッジ検出によってもよいし、ハフ変換のような直線検知アルゴリズムによってもよいし、ディープラーニングなどの機械学習を用いた方法でもよい。電線検出により、電線が画像中のどの位置に、どの角度で写るかが判定される。 Next, a branch process is performed to determine what the current operation mode is (step S210), and a branch is generated depending on the operation mode. If the operation mode is tracking mode, electric wire detection processing is executed (step S211). The electric wire detection process is realized by processing either or both of the image data input from the inspection camera 201 and the obstacle detection camera 102 in the inspection target detection unit 1031. The detection means may be, for example, edge detection, a straight line detection algorithm such as Hough transform, or a method using machine learning such as deep learning. By detecting the electric wire, it is determined at which position and at what angle the electric wire appears in the image.

この情報を元に、制御部206は、雲台208およびズーム制御部209の設定値を調整する(ステップS212)。調整の方式は、例えば電線が画像上半分に写っていると判定された場合には、雲台208のチルト角を調整し、カメラの角度が上向きになるよう調整する。また、電線が斜めに写っているような場合には、雲台208のパン角を調整することにより、カメラと電線を正対する向きに設定する。 Based on this information, the control unit 206 adjusts the setting values of the pan head 208 and the zoom control unit 209 (step S212). For example, when it is determined that the electric wire is visible in the upper half of the image, the tilt angle of the pan head 208 is adjusted so that the angle of the camera is directed upward. In addition, if the electric wire is viewed obliquely, the camera and the electric wire are set to face each other by adjusting the panning angle of the pan head 208.

次いで、点検対象物検知処理が実行される(ステップS213)。点検対象物検知処理は、電線以外の点検対象物を検知する処理であり、点検用カメラ201と障害物検知用カメラ102から入力される画像データのいずれか、あるいは両方を、点検対象検出部1031において処理することにより実現される。検出手段は例えばテンプレートマッチングによってもよいし、弱識別器を直列に並べたカスケード識別器によってもよいし、ディープラーニングなどの機械学習を用いた方法でもよい。 Next, inspection target object detection processing is executed (step S213). The inspection target object detection process is a process of detecting inspection targets other than electric wires, and the inspection target detection unit 1031 uses either or both of the image data input from the inspection camera 201 and the obstacle detection camera 102. This is realized by processing at. The detection means may be, for example, template matching, a cascade classifier in which weak classifiers are arranged in series, or a method using machine learning such as deep learning.

次いで、点検物検知処理の結果を用い、点検対象物の有無による分岐処理(ステップS214)が実行される。点検物検知処理で点検対象物が存在しないと判定された場合には、特段の処理を行わず、ステップS201に戻る。点検物検知処理で点検対象物が存在すると判定された場合には、その画像中における位置と大きさが算出される。その位置と大きさにより、点検物検知処理で検知された点検対象物がUAV20のどの方向に、どの程度の距離にあるかが推定できる。当該対象物が所定の閾値よりも近いと判定された場合には、これらの情報を元に、当該対象物の周囲を回る周回軌道(点検ルート)を設定する。次いで、現在位置を点検ルートの始点として記憶する(ステップS216)。記憶先は記録部107でもよいし、図示していないRAMなどの一時記憶媒体でもよい。次いで、点検対象検出部1031において点検対象の大きさ・位置を判定し、当該点検対象が画像内で大きなサイズで、かつ画像中心部付近に写るよう、雲台208によりカメラのパン角及びチルト角を、同時にズーム制御部209によりズーム倍率を制御する(ステップS220)。その後、動作モードをトラッキングモードから点検モードへ遷移させ(ステップS217)、ステップS201に戻る。 Next, using the result of the inspection object detection process, branch processing (step S214) is executed depending on the presence or absence of the inspection object. If it is determined in the inspection object detection processing that there is no inspection object, no special processing is performed and the process returns to step S201. If it is determined in the inspection object detection process that an inspection object exists, its position and size in the image are calculated. Based on its position and size, it can be estimated in which direction and at what distance the inspection object detected in the inspection object detection process is located relative to the UAV 20. If it is determined that the target object is closer than a predetermined threshold, a orbit (inspection route) around the target object is set based on this information. Next, the current position is stored as the starting point of the inspection route (step S216). The storage destination may be the recording unit 107 or a temporary storage medium such as a RAM (not shown). Next, the inspection target detection unit 1031 determines the size and position of the inspection target, and the pan head 208 adjusts the pan and tilt angles of the camera so that the inspection target is large in the image and appears near the center of the image. At the same time, the zoom magnification is controlled by the zoom control unit 209 (step S220). Thereafter, the operation mode is changed from the tracking mode to the inspection mode (step S217), and the process returns to step S201.

一方、前述のステップS210における分岐処理において、動作モードが点検モードであった場合には、現在位置がステップS216にて記憶された点検ルートの始点と一致、あるいは十分近いと判定(ステップS218;YES)された場合に、動作モードをトラッキングモードから点検モードへ遷移させ(ステップS219)、ステップS201に戻る。点検ルートの始点でなければ(ステップS218;NO)、点検対象検出部1031において点検対象の大きさ・位置を判定し、当該点検対象が画像内で大きなサイズで、かつ画像中心部付近に写るよう、雲台208によりカメラのパン角及びチルト角を、同時にズーム制御部209によりズーム倍率を制御する(ステップS221)。その後、ステップS201に戻る。 On the other hand, in the branching process in step S210 described above, if the operation mode is the inspection mode, it is determined that the current position matches or is sufficiently close to the starting point of the inspection route stored in step S216 (step S218; YES). ), the operation mode is changed from the tracking mode to the inspection mode (step S219), and the process returns to step S201. If it is not the starting point of the inspection route (step S218; NO), the inspection target detection unit 1031 determines the size and position of the inspection target, and makes sure that the inspection target is large in the image and appears near the center of the image. The pan head 208 controls the pan angle and tilt angle of the camera, and the zoom control unit 209 simultaneously controls the zoom magnification (step S221). After that, the process returns to step S201.

以上、一連の動作により、UAV20が電線に沿って飛行し、電線以外の点検対象物を周回する点検ルートと電線に沿って飛行する通常ルートを自律的に切り替えながら飛行する動作を実現することが可能である。特に、記録部107に格納されているルート情報が電線や他の点検対象物に必ずしも沿っているものではなくても、点検用カメラ201により得られた画像を解析することにより点検対象物に沿った飛行が可能であり、かつ雲台208およびズーム制御部209の連動動作により、点検対象物の拡大画像を安定的に得ることができる点が本実施例の大きな優位点である。 Through the series of operations described above, it is possible to realize the operation in which the UAV 20 flies along the electric wire and autonomously switches between an inspection route that goes around inspected objects other than the electric wire and a normal route that flies along the electric wire. It is possible. In particular, even if the route information stored in the recording unit 107 does not necessarily follow electric wires or other objects to be inspected, it can be traced along the object by analyzing the images obtained by the inspection camera 201. The major advantage of this embodiment is that it is possible to fly the robot in a controlled manner, and that an enlarged image of the object to be inspected can be stably obtained through the interlocking operation of the pan head 208 and the zoom control unit 209.

以上、図7から図8を用いて本実施例について説明してきたが、本実施例は上記の構成に限定されるものではない。例えば、点検用カメラ201と障害物検知用カメラ102は別のカメラとして説明してきたが、両方の機能を兼ね備える単一のカメラによって構成されてもよい。これにより、例えばUAV20の総重量が軽減され、飛行時間の延長などのメリットがある。 Although this embodiment has been described above using FIGS. 7 to 8, this embodiment is not limited to the above configuration. For example, although the inspection camera 201 and the obstacle detection camera 102 have been described as separate cameras, they may be configured by a single camera that has both functions. This provides benefits such as reducing the total weight of the UAV 20 and extending the flight time.

また、点検用カメラ201は、それ自身が距離計測機能を有するカメラ(例えばステレオカメラやTOFカメラ等)であってもよい。これにより、点検用カメラ201で得られた電線画像から電線までの距離や電線との相対的な角度の情報をより正確に求めることができ、電線トラッキング動作の精度を向上させることができるというメリットがある。 Furthermore, the inspection camera 201 may be a camera (for example, a stereo camera, a TOF camera, etc.) that itself has a distance measurement function. This has the advantage that information on the distance to the wire and the relative angle to the wire can be determined more accurately from the wire image obtained by the inspection camera 201, and the accuracy of the wire tracking operation can be improved. There is.

また、点検用カメラ201は、他に距離センサ(例えば超音波センサ、レーダー等)を備えていてもよい。これにより、点検用カメラ201で得られた電線画像から電線までの距離や電線との相対的な角度の情報をより正確に求めることができ、電線トラッキング動作の精度を向上させることができるというメリットがある。 In addition, the inspection camera 201 may also include a distance sensor (for example, an ultrasonic sensor, a radar, etc.). This has the advantage that information on the distance to the wire and the relative angle to the wire can be determined more accurately from the wire image obtained by the inspection camera 201, and the accuracy of the wire tracking operation can be improved. There is.

また、障害物検知用カメラ102は実施例ではステレオカメラとして説明したが、他の方式、例えばTOFカメラや、カメラと他の距離センサ(例えば超音波センサ、レーダー等)の組み合わせによって距離情報を得る構成であってもよいし、これらのうち複数を備える構成であってもよい。これにより、UAV20の進行方向だけでなく、上方・下方・後方の障害物を検出し、UAV20の衝突可能性をより低減させることができるというメリットがある。 Further, although the obstacle detection camera 102 has been described as a stereo camera in the embodiment, distance information is obtained by other methods, such as a TOF camera, or a combination of a camera and another distance sensor (such as an ultrasonic sensor or radar). It may be a configuration, or it may be a configuration including a plurality of these. This has the advantage that it is possible to detect obstacles not only in the direction in which the UAV 20 is traveling, but also above, below, and behind the UAV 20, thereby further reducing the possibility of a collision between the UAV 20.

また、障害物検知用カメラ102は、映像解析により距離情報を得る方式、例えばディープラーニングによる距離推定方式や、時間差をおいて撮影した複数の画像の変化から周辺物体との距離を推定する方式(Visual SLAMやSfM(Structure from Motion))等の方式であってもよい。これにより、ステレオカメラを単眼カメラで代替することができ、例えば超広角カメラを採用し周囲の障害物を広く検知することができるようになる等のメリットがある。 The obstacle detection camera 102 also uses a method of obtaining distance information through video analysis, such as a distance estimation method using deep learning, or a method of estimating the distance to surrounding objects from changes in multiple images taken at different times. A method such as Visual SLAM or SfM (Structure from Motion) may be used. As a result, the stereo camera can be replaced with a monocular camera, and there are advantages such as, for example, it becomes possible to employ an ultra-wide-angle camera and detect surrounding obstacles over a wide range.

また、障害物検知用カメラ102は単一のステレオカメラとして説明したが、障害物検知用カメラ102は複数のカメラ、あるいはセンサとの組み合わせであってもよい。例えば、ステレオカメラを複数配置し、UAV20の全周囲を撮影対象とする構成でもよい。あるいは、特定の方向はカメラで撮影しつつ、別の方向はセンサを用いて探査する方法でもよい。これにより、UAV20の進行方向だけでなく、上方・下方・後方の障害物を検出し、UAV20の衝突可能性をより低減させることができるというメリットがある。 Moreover, although the obstacle detection camera 102 has been described as a single stereo camera, the obstacle detection camera 102 may be a combination of multiple cameras or sensors. For example, a configuration may be adopted in which a plurality of stereo cameras are arranged and the entire periphery of the UAV 20 is photographed. Alternatively, a method may be used in which images are taken in a specific direction with a camera and sensors are used to explore in other directions. This has the advantage that it is possible to detect obstacles not only in the direction in which the UAV 20 is traveling, but also above, below, and behind the UAV 20, thereby further reducing the possibility of a collision between the UAV 20.

また、記録部107はUAV20に付随するとして説明してきたが、記録部107の一部あるいは全部はUAV20と異なる場所(例えば地上)に存在し、これらの間は例えば無線通信などにより接続されているという構成でもよい。これにより、記録部107の容量に関する制約が緩和されたり、あるいは図示しない他の装置(例えばPC)からも書き換え可能とすることにより、ルートを動的に変更したり、追加したりすることが可能となり、システム運用の柔軟性を向上させることができるというメリットがある。 Furthermore, although the recording unit 107 has been described as being attached to the UAV 20, part or all of the recording unit 107 exists in a different location (for example, on the ground) from the UAV 20, and they are connected by, for example, wireless communication. It may be configured as follows. As a result, restrictions regarding the capacity of the recording unit 107 are relaxed, or by making it possible to rewrite from another device (for example, a PC) not shown, it is possible to dynamically change or add routes. This has the advantage of improving the flexibility of system operation.

また、UAV20はGPS受信部104およびIMU105を有する構成として説明してきたが、これらの一部機能、あるいは全部を点検用カメラ201および障害物検知用カメラ102を画像解析して得られる情報で代替する構成であってもよい。例えば、GPSによる自己位置推定の一部あるいは全部をVisual SLAM等の別の自己位置推定方式により代替あるいは併用してもよい。これにより、例えば見通しの悪い箇所で点検を行うような場合で電波状況がよくなくても、トラッキング動作や周回動作の位置誤差を低減させることが可能であり、UAV20の衝突や墜落等の危険ポテンシャルを低減させることができるというメリットがある。 Further, although the UAV 20 has been described as having a configuration including a GPS receiving unit 104 and an IMU 105, some or all of these functions may be replaced with information obtained by image analysis of the inspection camera 201 and the obstacle detection camera 102. It may be a configuration. For example, part or all of the self-position estimation using GPS may be replaced or combined with another self-position estimation method such as Visual SLAM. This makes it possible to reduce positional errors in tracking and orbiting operations even when the radio wave conditions are poor, such as when conducting inspections in areas with poor visibility, thereby reducing the potential for dangerous situations such as collisions or crashes of the UAV20. This has the advantage of being able to reduce

また、信号処理部103において点検対象検出部1031と障害物検出部1032は別の構成要素として説明したが、これらは単一の構成要素であってもよい。この場合には、例えば単一の演算装置を時分割で使い分け、点検対象検出処理と障害物検出処理の両方を実施する構成であってもよい。これにより、構成点数を減らすことができ、UAV20の軽量化、飛行時間の延長などのメリットがある。 Furthermore, although the inspection target detection section 1031 and the obstacle detection section 1032 in the signal processing section 103 have been described as separate components, they may be a single component. In this case, for example, a single arithmetic unit may be used in a time-sharing manner to perform both the inspection target detection process and the obstacle detection process. This allows the number of component points to be reduced, which has the advantage of reducing the weight of the UAV 20 and extending the flight time.

また、上記実施例では点検対象物の周囲を周回飛行する点検モードが存在する例を示したが、点検モードは必須ではなく、トラッキングモードのみを有する構成でもよい。これにより、障害物回避動作との組み合わせパターンを減らすことができ、演算の高速化、およびこれに伴うフィードバック制御の時定数低減による飛行の安定化、さらに演算装置をより簡易にすることによりUAV20の軽量化が可能であるというメリットがある。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which there is an inspection mode in which the aircraft flies around the inspection target, but the inspection mode is not essential, and a configuration having only a tracking mode may be used. As a result, it is possible to reduce the combination patterns with obstacle avoidance operations, speed up calculations, stabilize flight by reducing the time constant of feedback control, and further simplify the calculation device to improve UAV 20. It has the advantage of being lightweight.

また、本実施例では電線や点検対象物を検出し撮影する際に、雲台208およびズーム制御部209を制御し、UAV20のルートに関しては電線・点検対象物の検出結果による修正は行わない例を示したが、本発明は本実施例に限定されるものではない。例えば、実施例1で示したルート修正の考え方と、実施例2で示したパン・チルト・ズームを調整するという考え方は排他的なものではなく、双方を実現するようなシステムとしてもよい。これにより、本実施例のメリットである点検対象物の拡大映像が得られるという点と、ルート変更により撮影に適した角度でUAV20の姿勢を設定できるという双方のメリットを併せ持つシステムを構成することができる。 Further, in this embodiment, when detecting and photographing electric wires and objects to be inspected, the pan head 208 and the zoom control unit 209 are controlled, and the route of the UAV 20 is not corrected based on the detection results of the electric wires and objects to be inspected. However, the present invention is not limited to this example. For example, the idea of route correction shown in the first embodiment and the idea of adjusting pan/tilt/zoom shown in the second embodiment are not exclusive, and a system that realizes both may be used. As a result, it is possible to configure a system that combines the advantages of this embodiment, in that an enlarged image of the object to be inspected can be obtained, and the ability to set the attitude of the UAV 20 at an angle suitable for photographing by changing the route. can.

本実施例により、点検対象および周辺の障害物を認識し、点検対象との相対位置を算出して、所定の位置関係を保持するよう制御することにより、厳密な自己位置推定やルート設定を必要とせず、大まかなウェイポイント指示だけで、ルート上の障害物を回避しながら、点検対象をフレームアウトすることなく撮影し続けることができるという効果を得ることができる。 This embodiment requires precise self-position estimation and route setting by recognizing the inspection target and surrounding obstacles, calculating the relative position with the inspection target, and controlling to maintain a predetermined positional relationship. By simply giving a rough waypoint instruction, you can avoid obstacles on the route and continue photographing the inspection target without going out of frame.

以上、説明したように、厳密な自己位置推定やルート設定を必要とせず、大まかなウェイポイント指示だけで、ルート上の障害物を回避しながら、点検対象をフレームアウトすることなく撮影し続けることができる。 As explained above, it is possible to avoid obstacles on the route and continue photographing the inspection target without going out of frame by simply giving rough waypoint instructions without requiring precise self-position estimation or route setting. I can do it.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with other configurations.

例えば、上記の各実施例では、飛行経路情報としてのルート情報を記録部107に格納する構成を例示して説明を行ったが、飛行経路情報は、飛行装置と離れたサーバなどの制御装置から通信手段によって伝送されてもよい。 For example, in each of the above embodiments, the configuration in which route information as flight route information is stored in the recording unit 107 was explained as an example, but the flight route information is stored from a control device such as a server that is separate from the flight device. It may also be transmitted by communication means.

また、上記の各実施例では、延在する延在対象物として電線を例示し、延在対象物の中継機能を有する点検対象物(中継対象物)として電柱などを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電車の架線、モノレール、ケーブルカー、索道などに適用可能である。ここで、索道には、ロープウェイ、ゴンドラリフト、スキー場のリフトなどが含まれる。 Further, in each of the above embodiments, an electric wire is exemplified as an extending object, and a utility pole is exemplified as an inspection object (relay object) having a relay function for the extending object. It is not limited to this. For example, it is applicable to train overhead lines, monorails, cable cars, cableways, etc. Here, the cableway includes a ropeway, a gondola lift, a ski resort lift, and the like.

また、上記の実施例では、延在対象物をトラッキングに用い、中継対象物の周囲を周回する場合を例示したが、例えば延在対象物に異常を検知したならば、異常を検知した箇所を中心として延在対象物の周囲を周回してもよい。 In addition, in the above embodiment, the case where the extended object is used for tracking and orbits around the relay target is illustrated, but for example, if an abnormality is detected in the extended object, the location where the abnormality was detected is It may revolve around the extended object as the center.

また、延在対象物や中継対象物の点検に加え、ウェイポイントの点検に用いることもできる。すなわち、延在対象物に沿って飛行中に、ウェイポイントの方向と飛行方向の差分を記録することで、ウェイポイントの位置が適正であるか否かを判定するのである。 In addition to inspecting extended objects and relay objects, it can also be used to inspect waypoints. That is, by recording the difference between the direction of the waypoint and the flight direction while flying along the extended object, it is determined whether the position of the waypoint is appropriate.

また、上記の各構成は、それらの一部又は全部が、ハードウェアで構成されても、プロセッサでプログラムが実行されることにより実現されるように構成されてもよい。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 In addition, each of the above configurations may be partially or entirely configured by hardware, or may be configured to be realized by executing a program on a processor. Further, the control lines and information lines are shown to be necessary for explanation purposes, and not all control lines and information lines are necessarily shown in the product. In reality, almost all components may be considered to be interconnected.

10・・・・・UAV
101・・・・・点検用カメラ
102・・・・・障害物検知用カメラ
103・・・・・信号処理部
1031・・・・・点検対象検出部
1032・・・・・障害物検出部
104・・・・・GPS受信部
105・・・・・IMU
106・・・・・制御部
107・・・・・記録部
20・・・・・UAV
201・・・・・点検用カメラ
206・・・・・制御部
208・・・・・雲台
209・・・・・ズーム制御部
10...UAV
101...Inspection camera 102...Obstacle detection camera 103...Signal processing section 1031...Inspection target detection section 1032...Obstacle detection section 104 ...GPS receiving section 105 ...IMU
106... Control unit 107... Recording unit 20... UAV
201... Inspection camera 206... Control unit 208... Pan head 209... Zoom control unit

Claims (14)

所定の点検対象物を空中で撮影する飛行装置であって、
該飛行装置自体の周囲を撮影する1又は複数のカメラと、
前記カメラからの映像を解析して前記点検対象物を検出する第1の画像処理部と、
前記カメラからの映像を解析して飛行を阻害する障害物を検出する第2の画像処理部と、
指定された飛行経路情報、前記点検対象物の検出結果及び前記障害物の検出結果に応じて飛行経路を動的に決定し、決定した飛行経路に沿って前記飛行装置の飛行を制御する制御部と
を備えることを特徴とする飛行装置。
A flight device that photographs a predetermined inspection target in the air,
one or more cameras that photograph the surroundings of the flight device itself;
a first image processing unit that analyzes an image from the camera to detect the inspection target;
a second image processing unit that analyzes images from the camera to detect obstacles that impede flight;
a control unit that dynamically determines a flight path according to specified flight path information, the detection result of the inspection target object, and the detection result of the obstacle, and controls the flight of the flight device along the determined flight path; A flight device comprising:
前記制御部は、延在する点検対象物である延在対象物に沿って飛行経路を設定することを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 The flight device according to claim 1, wherein the control unit sets a flight path along an extended object that is an extended inspection object. 前記制御部は、電線を前記延在対象物として用いることを特徴とする請求項2記載の飛行装置。 The flight device according to claim 2, wherein the control unit uses an electric wire as the extending object. 前記制御部は、前記延在対象物の中継機能を有する点検対象物である中継対象物を検知した場合に、前記中継対象物の周囲を周回する飛行経路を設定することを特徴とする請求項2記載の飛行装置。 2. The control unit, when detecting a relay target that is an inspection target having a relay function for the extended target, sets a flight path that goes around the relay target. The flight device according to 2. 前記制御部は、前記延在対象物からの距離を維持しつつ前記飛行経路情報により指定された地点に接近する飛行経路を設定することを特徴とする請求項2記載の飛行装置。 3. The flight device according to claim 2, wherein the control unit sets a flight route that approaches a point designated by the flight route information while maintaining a distance from the extended object. 前記制御部は、前記障害物と所定の離隔を保つよう飛行経路を設定することを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 The flight device according to claim 1, wherein the control unit sets the flight path so as to maintain a predetermined distance from the obstacle. 前記制御部は、前記障害物に係る飛行経路の設定を前記点検対象物に係る飛行経路の設定に対して優先することを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 The flight device according to claim 1, wherein the control unit gives priority to setting a flight path related to the obstacle over setting a flight path related to the inspection object. 前記飛行装置の進行方向に直交する方向を撮影可能な第1のカメラと、
前記飛行装置の進行方向を少なくとも撮像する第2のカメラと、を備え、
前記第1の画像処理部は、前記第1のカメラからの映像を解析して前記点検対象物を検出し、
前記第2の画像処理部は、前記第2のカメラからの映像を解析して前記障害物を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の飛行装置。
a first camera capable of photographing a direction perpendicular to the traveling direction of the flight device;
a second camera that captures at least an image of the traveling direction of the flight device,
The first image processing unit analyzes the image from the first camera to detect the inspection target,
The flight device according to claim 1, wherein the second image processing unit detects the obstacle by analyzing an image from the second camera.
前記第1のカメラおよび前記第2のカメラのうち少なくとも1つは対象物までの距離を測定する機能を有することを特徴とする請求項8記載の飛行装置。 9. The flight device according to claim 8, wherein at least one of the first camera and the second camera has a function of measuring a distance to an object. 前記飛行経路情報は、前記飛行装置と離れた制御装置から通信手段によって伝送されることを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 2. The flight device according to claim 1, wherein the flight route information is transmitted by a communication means from a control device remote from the flight device. 前記制御部が飛行の制御に用いる位置情報を、GPS(Global Positioning System)を用いて取得することを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 The flight device according to claim 1, wherein the control unit acquires position information used for flight control using a GPS (Global Positioning System). 前記制御部が飛行の制御に用いる位置情報を、前記1又は複数のカメラからの映像を解析することにより算出することを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 The flight device according to claim 1, wherein the control unit calculates the position information used for flight control by analyzing images from the one or more cameras. 所定の点検対象物を空中で撮影する飛行装置を制御する飛行制御方法であって、
前記飛行装置が具備する1又は複数のカメラからの映像を解析して前記点検対象物を検出する第1の画像処理ステップと、
前記飛行装置が具備する前記1又は複数のカメラからの映像を解析して飛行を阻害する障害物を検出する第2の画像処理ステップと、
指定された飛行経路情報、前記点検対象物の検出結果及び前記障害物の検出結果に応じて飛行経路を動的に決定し、決定した飛行経路に沿って前記飛行装置の飛行を制御する飛行制御ステップと
を含むことを特徴とする飛行制御方法。
A flight control method for controlling a flight device that photographs a predetermined inspection target in the air, the method comprising:
a first image processing step of detecting the object to be inspected by analyzing images from one or more cameras included in the flight device;
a second image processing step of analyzing images from the one or more cameras included in the flight device to detect obstacles that impede flight;
Flight control that dynamically determines a flight path according to specified flight path information, the detection result of the inspection object, and the detection result of the obstacle, and controls the flight of the flight device along the determined flight path. A flight control method characterized by comprising steps.
コンピュータに所定の点検対象物を空中で撮影する飛行装置を制御させるプログラムであって、
前記飛行装置が具備する1又は複数のカメラからの映像を解析して前記点検対象物を検出する第1の画像処理プロセスと、
前記飛行装置が具備する前記1又は複数のカメラからの映像を解析して飛行を阻害する障害物を検出する第2の画像処理プロセスと、
指定された飛行経路情報、前記点検対象物の検出結果及び前記障害物の検出結果に応じて飛行経路を動的に決定し、決定した飛行経路に沿って前記飛行装置の飛行を制御する飛行制御プロセスと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
A program that causes a computer to control a flight device that photographs a predetermined inspection target in the air,
a first image processing process that analyzes images from one or more cameras included in the flight device to detect the inspection target;
a second image processing process that analyzes images from the one or more cameras included in the flight device to detect obstacles that impede flight;
Flight control that dynamically determines a flight path according to specified flight path information, the detection result of the inspection object, and the detection result of the obstacle, and controls the flight of the flight device along the determined flight path. A program that causes a computer to execute a process.
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