JP2023140508A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行装置に搭載した測定器の測定範囲を拡大させる測量システムを提供する。
【解決手段】遠隔操縦可能であり、飛行体５と測定器を有する飛行装置２と、飛行装置２の位置測定が可能な位置測定装置３と、飛行装置２の飛行を制御し、飛行装置２及び位置測定装置３と無線通信可能な遠隔操縦機４とを有する測量システム１であって、飛行体５は垂直軸心を中心に回転可能に構成され、測定器は前記垂直軸心を含む平面内で１次元に測距光を回転照射可能な１軸のレーザスキャナ６であり、飛行装置２は測距光を回転照射しつつ飛行体５を回転させて全周の点群データを取得可能に構成された。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を用いた測量システムに関するものである。

近年、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：小型無人飛行体）の進歩に伴い、ＵＡＶに各種計測装置を搭載して遠隔操作により、或はＵＡＶを自律飛行させ、所要の作業が行われている。例えば、ＵＡＶに写真測量用カメラ、レーザスキャナを搭載し、上空から下方の測定、或は人の立入れない場所での測定が行われる。

然し乍ら、従来の計測装置を搭載したＵＡＶの場合、測定可能な範囲が限られる。従って、例えば建造物の全周を測定する場合、多くの測定位置から測定する必要があり、測定が完了する迄に多大な時間を要していた。

特表２０１７－５１３２４５号公報 特開２０１６－１５１４２３号公報

本発明は、飛行装置に搭載した測定器の測定範囲を拡大させる測量システムを提供するものである。

本発明は、遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器を有する飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記飛行体は垂直軸心を中心に回転可能に構成され、前記測定器は前記垂直軸心を含む平面内で１次元に測距光を回転照射可能な１軸のレーザスキャナであり、前記飛行装置は前記測距光を回転照射しつつ前記飛行体を回転させて全周の点群データを取得可能に構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記遠隔操縦機は、予め設定された複数の測定地点で前記飛行装置に測定対象物の点群データを取得させ、各測定地点で取得された各点群データのレジストレーションを実行する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行体は該飛行体の基準点に対して既知の位置に設けられた反射部を有し、前記位置測定装置は前記反射部を追尾しつつ測定可能に構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記反射部は少なくとも３つ設けられ、前記位置測定装置は前記反射部のうちの少なくとも１つを含む局所スキャンを各反射部に対して順次実行し、各反射部を測定可能に構成され、前記位置測定装置は、各反射部の測定結果に基づき、各反射部の中心により形成される平面と、該平面の法線を演算し、前記平面及び前記法線に基づき前記飛行装置の姿勢及び方位を演算する様構成された測量システムに係るものである。

又本発明は、前記反射部は、再帰反射性を有する全周プリズムである測量システムに係るものである。

又本発明は、前記反射部は、全周に高反射膜が貼付けられた球体である測量システムに係るものである。

更に又本発明は、前記飛行装置は、前記飛行体の側面に少なくとも１つ設けられたカメラを有する測量システムに係るものである。

本発明によれば、遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器を有する飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記飛行体は垂直軸心を中心に回転可能に構成され、前記測定器は前記垂直軸心を含む平面内で１次元に測距光を回転照射可能な１軸のレーザスキャナであり、前記飛行装置は前記測距光を回転照射しつつ前記飛行体を回転させて全周の点群データを取得可能に構成されたので、前記レーザスキャナによる測定範囲の拡大が図れると共に、３次元の点群データを取得する場合であっても、前記飛行装置に搭載するのは１軸のレーザスキャナでよいので、軽量化及び製作コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る測量システムを説明する説明図である。 本発明の第１の実施例に係る飛行装置を示す平面図である。 （Ａ）は前記飛行装置を示す側面図であり、（Ｂ）は前記飛行装置の変形例を示す側面図である。 本発明の第１の実施例に係る測量システムに於ける前記飛行装置の制御系を示すブロック図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、前記飛行装置による測定範囲を説明する説明図である。 前記測量システムに於ける位置測定装置の制御系を示すブロック図である。 前記測量システムに於ける遠隔操縦機の制御系を示すブロック図である。 前記測量システムを用いた測定例を説明する説明図である。 前記測量システムを用いた他の測定例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施例に係る測量システムを説明する説明図である。 （Ａ）は本発明の第２の実施例に係る飛行装置を示す側面図であり、（Ｂ）は前記飛行装置の変形例を示す側面図である。 前記測量システムに於ける位置測定装置の制御系を示すブロック図である。

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に於いて、本発明の第１の実施例について説明する。

測量システム１は、主に飛行装置（ＵＡＶ）２、トータルステーション（ＴＳ）等の位置測定装置３、遠隔操縦機４から構成される。

前記飛行装置２は、主に飛行体５と、該飛行体５の中心部に設けられ、一体化された測定器としてのレーザスキャナ６と、前記飛行体５の下面より下方に延出するシャフト７と、該シャフト７の下端に設けられた再帰反射性を有する反射部としての全周プリズム８と、前記飛行体５の側面に設けられたカメラ９，１１と、前記遠隔操縦機４との間で通信を行う飛行体通信部１２（後述）とを具備している。

尚、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、前記シャフト７の揺動中心である。又、前記全周プリズム８の光学中心は、前記シャフト７の軸心上に位置している。更に、前記飛行体５が水平姿勢に維持された状態では、前記全周プリズム８の光学中心、前記シャフトの軸心、前記飛行体５の機械中心、前記レーザスキャナ６の光学中心は、前記基準点を通る鉛直軸心上に位置し、それぞれの位置関係は既知となっている。尚、前記基準点と前記レーザスキャナの光学中心を通る軸心を前記飛行体５の垂直軸心とする。即ち、該飛行体５の傾斜に伴い、前記鉛直軸心に対して前記垂直軸心が傾斜する。

前記レーザスキャナ６は、パルス発光又はバースト発光されたレーザ光線を測距光として射出し、走査鏡（後述）を介して所定の測定対象物に照射する。又、測定対象物で反射された測距光（反射測距光）が前記レーザスキャナ６で受光され、往復時間及び光速に基づき測定対象物迄の距離が測定される。又、前記走査鏡を回転させることで、測距光は、前記飛行体５の垂直軸心を含む平面内（前記走査鏡の回転軸心と直交する平面内）で１次元に回転照射される。尚、前記測距光の前記走査鏡からの照射位置は、前記レーザスキャナ６の光学中心となっている。

前記シャフト７は、前記飛行体５から下方に延出する棒状の部材であり、例えばジンバル機構により前記飛行体５に対して揺動自在となっている。又、前記シャフト７の重量及び前記全周プリズム８はバランスウェイトとして機能する。従って、前記シャフト７は、前記飛行体５の姿勢に拘らず、前記ジンバル機構を介して鉛直姿勢が維持される。尚、前記シャフト７の姿勢が安定しない場合には、別途バランスウェイトを追加してもよい。

前記全周プリズム８は、該全周プリズム８の下方全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有している。尚、前記全周プリズム８に代えて、反射シートを全周に貼設した部材を前記飛行体５の下面に設けてもよい。

前記位置測定装置３は、既知の３次元座標を有する点に設けられている。該位置測定装置３は、追尾機能を有し、前記全周プリズム８を追尾しつつ、該全周プリズム８の３次元座標を測定する。又、前記位置測定装置３は、前記遠隔操縦機４と無線通信が可能であり、前記位置測定装置３が測定した３次元座標は、座標データとして前記遠隔操縦機４に入力される。

前記遠隔操縦機４は、例えばスマートフォンやタブレット等の携帯端末、或は該携帯端末に入力装置が接続又は一体化された装置となっている。前記遠隔操縦機４は、演算機能を有する演算装置、データやプログラムを格納する記憶部、更に端末通信部（後述）を有している。前記遠隔操縦機４は、前記端末通信部と前記飛行体通信部１２との間で前記飛行装置２との無線通信が可能であり、又前記端末通信部と前記位置測定装置３の通信部との間で該位置測定装置３との無線通信が可能となっている。更に、前記遠隔操縦機４は、前記飛行装置２の飛行、前記レーザスキャナ６の測距作動を遠隔操作可能であり、前記位置測定装置３による測定も遠隔操作可能となっている。

次に、図２、図３（Ａ）、図４に於いて、前記飛行装置２について説明する。

前記飛行体５は、放射状に延出する複数で且つ偶数のプロペラフレーム１３（図示では１３ａ～１３ｄ）を有し、該プロペラフレーム１３の中心は前記飛行装置２の中心となっている。各プロペラフレーム１３の先端にそれぞれプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１３の先端に設けられたプロペラ１４（図示では１４ａ～１４ｄ）と、該プロペラ１４を回転させるプロペラモータ１５（１５ａ～１５ｄ、図３（Ａ）中では１５ａ，１５ｂのみ図示）とにより構成される。

又、前記飛行体５には、ＴＯＦカメラである前記カメラ９と、赤外線カメラである前記カメラ１１が設けられている。前記カメラ９は、前記プロペラフレーム１３ａと前記プロペラフレーム１３ｂとの間に設けられ、前記カメラ１１は前記プロペラフレーム１３ｃと前記プロペラフレーム１３ｄとの間に設けられている。即ち、前記カメラ９と前記カメラ１１は逆向きに設けられ、且つ各カメラ９，１１の撮像光軸が合致する様に構成される。又、各カメラ９，１１の撮像光軸は、前記飛行体５の基準点を通る様になっている。

尚、前記カメラ９と前記カメラ１１は、それぞれ前記飛行体５の垂直軸心と直交する回転軸を中心に上下方向に回転可能としてもよい。

更に、前記飛行体５には、飛行制御装置１６、ＩＭＵ（慣性計測装置）１７、傾斜センサ１８が内蔵されている。

前記飛行制御装置１６は、主に演算制御部１９、記憶部２１、飛行制御部２２、プロペラモータドライバ部２３、スキャナ制御部２４、第１撮像制御部２５、第２撮像制御部２６、方向検出部２７、傾斜検出部２８、前記飛行体通信部１２とを具備している。

尚、本実施例では、前記スキャナ制御部２４が前記飛行制御装置１６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２４を設け、前記飛行体通信部１２を介して前記飛行体５を前記レーザスキャナ６との間で制御信号の授受を行ってもよい。

前記記憶部２１には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成される。前記プログラム格納部には、前記カメラ９，１１の撮影を制御する為の撮影プログラム、前記プロペラモータを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為の測距プログラム、前記ＩＭＵ１７の検出結果に基づき前記飛行体５の向きを演算する方向検出プログラム、前記傾斜センサ１８の検出結果に基づき前記飛行体５の向きを演算する姿勢検出プログラム、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、前記カメラ９で取得した距離情報付画像データや前記カメラ１１で取得した赤外画像データ、前記位置測定装置３で測定した位置データ、前記方向検出部２７で検出した方向データ、前記傾斜検出部２８で検出した姿勢データ、更に各データを取得した時の時間等のデータが格納される。

前記飛行制御部２２は、飛行に関する制御信号に基づき、前記プロペラモータドライバ部２３を介して、前記プロペラ１４が所要の状態で回転する様に前記プロペラモータ１５を駆動させる。これにより、前記飛行制御部２２は、前記飛行体５を所定の方向に移動させることができると共に、前記飛行体５の位置を維持した状態で（ホバリングさせた状態で）、水平で直交する２軸を中心に前記飛行体５を３傾斜させることができると共に、前記２軸に直交する垂直軸心を中心に前記飛行体５を回転（旋回）させることができる。

前記スキャナ制御部２４は、前記レーザスキャナ６の駆動を制御する。即ち、前記スキャナ制御部２４は、測距光２０の発光間隔、走査鏡２９の回転速度等を制御し、該走査鏡２９を介して前記測距光２０を回転照射する。即ち、前記スキャナ制御部２４は、前記レーザスキャナ６から照射される前記測距光２０の点群間隔、点群密度を制御する。又、反射測距光３０は、前記走査鏡２９の回転角と関連づけられて前記演算制御部１９に入力され、測距が実行される。

更に、図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示される様に、前記飛行体５を垂直軸心を中心に回転させつつ、前記走査鏡２９を介して前記測距光２０を走査させることで、３６０°全周の点群データが取得可能となる。尚、図５（Ａ）～図５（Ｃ）中、ハッチング部分は前記レーザスキャナ６による測定範囲を示している。

前記第１撮像制御部２５は、前記演算制御部１９から発せられる制御信号に基づき、前記カメラ９の撮影を制御する。該カメラ９は、図３（Ａ）に示される様に、ＴＯＦカメラ３１と複数のビクセルアレイ３２から構成される。該ビクセルアレイ３２は、例えば４つ設けられ、各ビクセルアレイ３２が同時に面発光する様に構成される。前記ＴＯＦカメラ３１は、前記ビクセルアレイ３２が測定範囲（撮像範囲）をパルス照射した際に、該測定範囲からの反射光をＣＭＯＳセンサ等の撮像素子で受光し、撮像素子の各画素毎に測距を行う様に構成されている。従って、前記カメラ９により、各画素毎に距離情報を有する画像を取得することができる。尚、各画素は、前記カメラ９の光軸が撮像素子を通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置が特定される。各画素は、受光信号と共に画素座標を前記第１撮像制御部２５に出力する。

前記第２撮像制御部２６は、前記演算制御部１９から発せられる制御信号に基づき、前記カメラ１１の撮影を制御する。該カメラ１１は赤外線カメラであり、撮像素子の各画素毎に温度情報を有する赤外線画像を取得する様構成されている。赤外線画像に基づき、例えば建造物の外壁の剥離等の不具合を検出することができる。又、前記カメラ１１の光軸が撮像素子を通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置を特定可能となっている。各画素は、受光信号と共に画素座標を前記第２撮像制御部２６に出力する。

前記方向検出部２７は、前記ＩＭＵ１７から発せられる検出信号に基づき、前記飛行体５の方向を検出する。該飛行体５には、予め基準方向が設定されており、前記ＩＭＵ１７は基準方向を基準とした回転角を検出できる様になっている。検出された回転角は、前記方向検出部２７に出力される。

前記傾斜検出部２８は、前記傾斜センサ１８から発せられる検出信号に基づき、前記飛行体５の傾斜角、傾斜方向（姿勢）を検出する。前記傾斜センサ１８としては、例えばチルトセンサや特許文献２に示される姿勢検出装置が可能であり、前記傾斜センサ１８により鉛直姿勢に維持された前記シャフト７に対する前記飛行体５の傾斜角、傾斜方向を検出することができる。検出された姿勢は、前記傾斜検出部２８に出力される。

前記演算制御部１９は、前記記憶部２１に格納された各種プログラムに基づき、測定対象物を前記測距光２０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１９は、前記操縦信号や前記飛行体５の姿勢や回転角等に基づき、飛行に関する制御信号を演算し、前記飛行制御部２２に出力する。

次に、図６を参照して、前記位置測定装置３について説明する。

該位置測定装置３は、主に測定制御装置３３、望遠鏡部３４（図１参照）、測距部３５、水平角検出器３６、鉛直角検出器３７、水平回転駆動部３８、鉛直回転駆動部３９、広角カメラ４１、望遠カメラ４２等を具備している。

前記望遠鏡部３４は、測定対象物を視準するものである。前記測距部３５は、前記望遠鏡部３４を介して前記測距光２０を射出し、更に前記望遠鏡部３４を介して前記測定対象物からの前記反射測距光３０を受光し、測距を行うものである。即ち、前記測距部３５は光波距離計としての機能を有する。又、前記望遠鏡部３４は、前記広角カメラ４１前記望遠カメラ４２とを内蔵している。前記広角カメラ４１は広画角、例えば３０°を有し、前記望遠カメラ４２は前記広角カメラ４１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４１の光軸と前記望遠カメラ４２の光軸は、それぞれ前記測距光２０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４１の光軸、前記望遠カメラ４２の光軸、前記測距光２０の光軸はそれぞれ合致している。

更に、前記測距部３５は、プリズム測定を実行しつつ反射部、即ち前記全周プリズム８の追尾が可能である。該全周プリズム８の追尾を行なう際には、前記望遠鏡部３４を介して、前記測距光２０と同軸で追尾光が射出される。或は、前記広角カメラ４１と前記望遠カメラ４２のうちいずれかにて前記全周プリズム８を捉え、該全周プリズム８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３８と前記鉛直回転駆動部３９を制御してもよい。

前記水平角検出器３６は、前記望遠鏡部３４の視準方向の内、水平角を検出する。又、前記鉛直角検出器３７は、前記望遠鏡部３４の視準方向の内、鉛直角を検出する。前記水平角検出器３６、前記鉛直角検出器３７の検出結果は、前記測定制御装置３３に入力される。

該測定制御装置３３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、前記測定演算処理部４５からの制御信号に基づき、前記測距部３５による前記全周プリズム８の測距動作を制御する。又、前記測定記憶部４６には、前記全周プリズム８の測距を行う為の測定プログラム、該全周プリズム８の追尾を行う為の追尾プログラム、前記広角カメラ４１と前記望遠カメラ４２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、前記全周プリズム８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、前記全周プリズム８を測定した結果（該全周プリズム８の斜距離、水平角、鉛直角）をリアルタイムで前記遠隔操縦機４に送信する。

前記モータ駆動制御部４８は、前記全周プリズム８に前記望遠鏡部３４を視準させる為に、或は前記全周プリズム８を追尾させる為に、前記水平回転駆動部３８、前記鉛直回転駆動部３９を制御し、前記望遠鏡部３４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４１と前記望遠カメラ４２の撮像を制御する。尚、前記位置測定装置３が前記全周プリズム８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４１と前記望遠カメラ４２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、前記全周プリズム８を追尾しつつ測距し、測距結果と前記水平角検出器３６、前記鉛直角検出器３７の検出結果に基づき、前記全周プリズム８の３次元座標をリアルタイムで測定する。又、測定した前記全周プリズム８の３次元座標と、該全周プリズム８から前記飛行体５の基準点迄の既知の距離に基づき、前記飛行体５の３次元座標が求められる。

図７は、前記遠隔操縦機４の概略構成、及び前記飛行装置２と前記位置測定装置３と前記遠隔操縦機４の関連を示す図である。

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、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。

前記端末演算処理部５１は、クロック信号発生部を有し、前記飛行装置２から受信した画像データ、座標データ等をそれぞれクロック信号に関連付ける。又、前記端末演算処理部５１は、受信した各種データを前記クロック信号に基づき時系列のデータとして処理し、前記端末記憶部５２に保存する。

該端末記憶部５２には、前記飛行装置２や前記位置測定装置３と通信を行う為の通信プログラム、前記位置測定装置３の設置位置の３次元座標に基づき、前記全周プリズム８の３次元座標を演算する為のプログラム、該全周プリズム８の３次元座標や前記飛行装置２から受信した測定結果等に基づき測定点（測定対象物）の３次元座標を演算する為のプログラム、操作画面や測定結果、各カメラで取得された画像等を表示する為の表示プログラム、タッチパネル等を介して指示を入力する為の操作プログラム等のプログラムが格納される。

前記端末通信部５３は、前記飛行装置２との間、前記位置測定装置３との間で通信を行う。又、前記操作部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は、前記カメラ９で取得された距離情報付画像、前記カメラ１１で取得された赤外線画像、前記広角カメラ４１で取得された広角カメラ画像、前記望遠カメラ４２で取得された望遠カメラ画像、前記位置測定装置３で取得された測定結果を示す測定結果画面等が表示される。

尚、前記表示部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、図８を参照し、前記測量システム１を用いた測定について説明する。尚、図８は、ビル等の構造物を測定対象物５６とし、該測定対象物５６の全周の３次元点群データを取得している。

先ず、前記飛行体５の向きを既知の基準方向に合わせた状態で、前記遠隔操縦機４を介して、前記飛行体５を前記測定対象物５６を測定する為の複数の測定地点に向って順次飛行させる。ここで、各測定地点は、取得される点群データが所定範囲オーバラップする様に設定される。

尚、前記測定地点への飛行は、前記遠隔操縦機４の操作パネルを介して前記飛行体５を手動で操作してもよいし、設計図面に基づき予め設定された飛行プログラムにより前記飛行体５を自動で飛行させてもよい。

又、前記飛行体５の飛行開始と並行して、前記位置測定装置３による全周プリズム８の測定及び追尾を開始する。前記位置測定装置３による前記全周プリズム８の測定結果は、前記飛行体通信部１２及び前記端末通信部５３を介して前記遠隔操縦機４に常時送信される。

前記飛行体５の飛行中、該飛行体５の姿勢に拘らず、前記シャフト７は重力の作用で常時鉛直に維持される。前記演算制御部１９は、前記傾斜検出部２８により検出された傾斜角及び傾斜方向に基づき、前記飛行体５の姿勢を演算する。尚、前記傾斜検出部２８は、常時前記飛行体５の傾斜角、傾斜方向を検出しており、演算された前記飛行体５の姿勢は前記飛行体通信部１２及び前記端末通信部５３を介して前記遠隔操縦機４に常時送信される。

又、前記飛行体５の飛行中、前記演算制御部１９は、前記方向検出部２７により検出された回転角に基づき、基準方向に対する前記飛行体５の回転角、即ち該飛行体５の方位角を演算する。

上記した前記飛行体５の傾斜角、方位角の演算は、飛行開始から常時実行され続ける。前記演算制御部１９は、演算された傾斜角、方位角及び前記位置測定装置３による前記飛行体５の測定結果に基づき、前記飛行体５の姿勢や飛行状態を制御する（オプティカルフロー）。

前記飛行体５が前記第１測定地点５７に到達すると、前記演算制御部１９は、前記記憶部２１に格納されたプログラムに基づき、前記測定対象物５６に対する測定処理を実行する。即ち、前記演算制御部１９は、前記測距光２０が前記測定対象物５６に照射される様、前記プロペラ１４を回転させ、前記飛行体５を垂直軸心を中心に回転させると共に、前記レーザスキャナ６の前記走査鏡２９を駆動させ、前記測距光２０で前記測定対象物５６を走査（スキャン）する。前記第１測定地点５７での前記レーザスキャナ６による測定により、第１測定範囲５８内に位置する前記測定対象物５６のうち、前記測距光２０を照射可能な部位（前記測定対象物５６等に遮られない部位）の点群データを取得できる。

取得された測定対象物５６の点群データは、取得した位置（前記第１測定地点５７）と関連付けられて前記位置測定装置３に送信される。前記測定制御装置３３は、設置位置の３次元座標と、前記第１測定地点５７での前記全周プリズム８の測定結果に基づき、前記第１測定地点５７で取得された点群データを前記位置測定地点３の設置位置を基準とした点群データへと変換する。変換された点群データは前記遠隔操縦機４へと送信される。

前記第１測定地点５７での測定完了後、前記飛行体５は、前記遠隔操縦機４を介して、或は予め設定された飛行プログラムに基づき、第２測定地点５９へと飛行される。前記飛行体５が前記第２測定地点５９に到着すると、前記演算制御部１９は、前記記憶部２１に格納されたプログラムに基づき、前記測定対象物５６に対する測定処理を実行する。前記演算制御部１９は、前記測距光２０が前記測定対象物５６に照射される様、前記プロペラ１４を回転させ、前記飛行体５を垂直軸心を中心に回転（旋回）させると共に、前記レーザスキャナ６の前記走査鏡２９を駆動させ、前記測距光２０で前記測定対象物５６を走査（スキャン）する。前記第２測定地点５９での前記レーザスキャナ６による測定により、第２測定範囲６１内に位置する前記測定対象物５６のうち、前記測距光２０を照射可能な部位の点群データを取得できる。

取得された点群データは、前記第２測定地点５９と関連付けられて前記位置測定装置３に送信される。該位置測定装置３は、設置位置の３次元座標と、前記第２測定地点５９での前記全周プリズム８の測定結果に基づき、前記点群データを前記位置測定装置３の設置位置を基準とした点群データへと変換する。変換されたデータは前記遠隔操縦機４へと送信される。

前記第２測定地点５９での測定完了後、前記飛行体５は、前記遠隔操縦機４を介して、或は予め設定された飛行プログラムに基づき、第３測定地点６２へと飛行される。前記飛行体５が前記第３測定地点６２に到着すると、前記演算制御部１９は、前記記憶部２１に格納されたプログラムに基づき、前記測定対象物５６に対する測定処理を実行する。前記演算制御部１９は、前記測距光２０が前記測定対象物５６に照射される様、前記プロペラ１４を回転させ、前記飛行体５を旋回させると共に、前記レーザスキャナ６の前記走査鏡２９を駆動させ、前記測距光２０で前記測定対象物５６を走査（スキャン）する。前記第３測定地点６２での前記レーザスキャナ６による測定により、第３測定範囲６３内に位置する前記測定対象物５６のうち、前記測距光２０を照射可能な部位の点群データを取得できる。

取得された点群データは、前記第３測定地点６２と関連付けられて前記位置測定装置３に送信される。該位置測定装置３の前記測定制御装置３３は、設置位置の３次元座標と、前記第３測定地点６２での前記全周プリズム８の測定結果に基づき、前記点群データを前記位置測定装置３の設置位置を基準とした点群データへと変換する。変換されたデータは前記遠隔操縦機４へと送信される。

該遠隔操縦機４の前記端末演算処理部５１は、各測定地点５７，５９，６２で取得された各点群データのレジストレーションを実行し、前記測定対象物５６の全周の３次元点群データを作成する。

尚、各点群データのレジストレーションは、各測定地点での前記位置測定装置３の測定結果と、前記方向検出部２７が検出した各測定地点での基準方向に対する回転角に基づき行ってもよいし、各点群データの点群形状に基づき行ってもよい。或は、これらを組合わせてレジストレーションを実行してもよい。

又、上記では、３箇所の測定地点５７，５９，６２から前記測定対象物５６を測定し、該測定対象物５６の全周の点群データを取得しているが、測定地点の数は前記測定対象物５６の大きさに基づき適宜設定される。

又、上記では、点群データの変換を測定制御装置３３で行い、点群データのレジストレーションを前記端末演算処理部５１で実行しているが、各処理は前記演算制御部１９、前記測定制御装置３３、前記端末演算処理部５１のいずれで行ってもよい。

点群データと共に画像が必要な場合は、前記飛行体５を前記測定対象物５６に接近させ、前記カメラ９により前記測定対象物５６の画像を取得する。又、前記測定対象物５６の壁面の不具合等を確認する場合には、前記カメラ１１により前記測定対象物５６の画像を取得する。

又、例えば測定対象物５６が小さい等、該測定対象物５６が前記ビクセルアレイ３２の光が到達可能な距離にあり、且つ前記測定対象物５６全体が前記カメラ９の画角内に位置する場合は、前記レーザスキャナ６を用いずに前記カメラ９のみで前記測定対象物５６の距離データ付画像（３次元画像）を取得してもよい。又、前記測定対象物５６全体が数枚程度の３次元画像に収まる場合でも、前記カメラ９を適用可能である。

図９は、前記測量システム１を用いた他の測定例を示している。尚、図９は、トンネル等の屋内を測定対象物６４とし、該測定対象物６４内部の３次元点群データを取得している。

前記測定対象物６４を測定する場合には、前記位置測定装置３で前記全周プリズム８の測定及び追尾を実行し、前記レーザスキャナ６で２次元スキャンを実行しつつ、予め設定された飛行ルートに沿って自動で前記飛行体５を等速で飛行させるか、前記遠隔操縦機４を介して前記飛行体５を等速で飛行させることで、前記測定対象物６４の３次元点群データを取得することができる。

前記測定対象物６４を測定する場合でも、点群データと共に画像が必要な場合や、前記測定対象物５６の壁面の不具合等を確認する場合には、前記カメラ９，１１により前記測定対象物５６の画像が取得される。

上述の様に、第１の実施例では、前記飛行体５の中心部に１軸の前記レーザスキャナ６が設けられ、該レーザスキャナ６からの前記測距光２０の射出位置は、前記飛行体５の垂直軸心上に位置している。

従って、前記飛行体５を水平姿勢に維持した状態で、垂直軸心を中心に回転させ、更に前記レーザスキャナ６で前記測距光２０を走査することで、前記飛行体５の位置を変更することなく全周に前記測距光２０を走査することができるので、前記飛行装置２は１軸の前記レーザスキャナ６の測定範囲以上の測定範囲を測定することができ、測定範囲を拡大させることができる。

又、前記走査鏡２９の回転と前記飛行体５の回転との協動により、３６０°全周の点群データを取得可能であるので、前記飛行体５に搭載するレーザスキャナは１軸のレーザスキャナでよく、製作コストの低減を図ることができる。

又、測定範囲が拡大されることで、測定対象物の全周を測定する際の測定地点の数を低減することができ、測定時間の短縮を図ることができる。

又、前記飛行体５に前記カメラ９，１１を設けているので、前記測定対象物５６，６４の点群データ以外のデータを取得でき、作業性を向上させることができると共に、前記測定対象物５６，６４によっては前記レーザスキャナ６による測定を省略できるので、作業時間の短縮を図ることができる。

尚、第１の実施例では、前記カメラ９，１１としてＴＯＦカメラと赤外線カメラを用いているが、この組合わせに限られるものではない。例えば、前記カメラ９，１１を共にＴＯＦカメラとしてもよいし、共に赤外線カメラとしてもよい。或は、カメラに代えて、ラインレーザを照射する発光部を設け、光切断法により前記測定対象物５６，６４の表面形状を測定する測定器を設けてもよいし、前記測定対象物５６，６４にＴＨｚ帯の電磁波を照射し、該測定対象物５６，６４の内部構造を測定する測定器を設けてもよい。更に、前記測定対象物５６，６４との衝突を防止する為、該測定対象物５６，６４との距離を測定可能なＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）をカメラとして設けてもよい。

又、第１の実施例では、前記シャフト７の下端に前記全周プリズム８を設けているが、図３（Ｂ）に示される様に、全周プリズム８に代えて球状の反射部６５を設けてもよい。

該反射部６５は、既知の径を有する鉄球に高反射膜、例えばアルミ膜が貼付けられた構成となっている。前記反射部６５を測定する場合、前記測距光２０が前記反射部６５で正反射した場合のみ、即ち、前記測距光２０の光軸の延長線上に前記反射部６５の中心が位置する場合のみ、前記反射測距光３０を受光することができる。

従って、前記反射部６５の測定結果と該反射部６５の既知の径に基づき、該反射部６５の３次元座標を高精度に求めることができる。

尚、上記では、前記反射部６５を鉄球としているが、高反射膜を貼付け可能な球体であれば他の物質でもよい。

次に、図１０、図１１（Ａ）、図１２に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図１０、図１１（Ａ）中、図１、図３（Ａ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例に於ける飛行装置６６は、飛行体６７の下面から下方に突出する様設けられた複数のシャフト６８（図示では６８ａ～６８ｄ）を有している。又、各シャフト６８の下端には、それぞれ反射部としての全周プリズム６９（図示では６９ａ～６９ｄ）が設けられている。尚、図１０中、前記シャフト６８と前記全周プリズム６９はそれぞれ４つ設けられているが、前記シャフト６８と前記全周プリズム６９は少なくとも３つあればよい。

各全周プリズム６９の中心間の位置関係は既知であり、各全周プリズム６９の中心を結んで形成される平面は、前記飛行体６７の基準点と既知の位置関係となっている。又、前記平面の中心を通る法線が前記飛行体６７の垂直軸心と合致する様に、各全周プリズム６９の位置が設定される。

又、第２の実施例に於ける位置測定装置７１は、既知の３次元座標を有する点に設けられたレーザスキャナとなっている。前記位置測定装置７１は、各全周プリズム６９を順次測定しつつ追尾する。各全周プリズム６９の３次元座標を測定することで、各全周プリズム６９の中心を結んで得られた平面と、該平面の中心を通る法線を演算することができる。更に、該法線の傾き（傾斜角、傾斜方向）に基づき前記飛行体６７の姿勢を演算することができる。

前記位置測定装置７１に於いて、前記測距光２０を走査する為の走査ミラー７２は、例えば直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向に傾動自在なＭＥＭＳミラーであり、所望の方向に所望の角度で２次元に往復傾動可能となっている。尚、前記走査ミラー７２と傾斜可能な範囲は、例えば２軸方向に±３０°となっている。

前記位置測定装置７１に於いて、測定制御装置７３のミラー駆動制御部７４は、前記走査ミラー７２で反射される前記測距光３０が所定のスキャン中心で所定の範囲を２次元に面スキャン（ラスタスキャン）する様、前記走査ミラー７２を所定角度範囲で所定方向に往復傾動させる。又、前記ミラー駆動制御部７４は、全スキャン範囲内の複数箇所で、部分的にスキャン（局所スキャン）する場合、スキャン中心を順次変更しながら局所スキャンし、複数箇所で同時に局所スキャンされたのと同様の制御を行う。

前記位置測定装置７１は、各全周プリズム６８を少なくとも１つ含む様順次局所スキャンを実行することで、各全周プリズム６８を追尾しつつ測距できる。前記位置測定装置７１は、測距結果と水平角検出器３６、鉛直角検出器３７、前記走査ミラー７２の角度を検出する傾斜角検出器７５の検出結果に基づき、各全周プリズム６８の３次元座標をリアルタイムで測定する。

又、各全周プリズム６８の測定結果に基づき各全周プリズム６８の中心を結んで形成された平面を演算し、該平面の法線を演算し、該法線に基づき前記飛行装置６６（飛行体６７）の姿勢をリアルタイムで演算する。

又、各全周プリズム６８を順次測定することで、前記平面も順次演算される。従って、時間的に隣接する前記平面間の回転変位を順次演算することで、初期位置に対する前記平面の相対回転角、即ち前記飛行装置２の基準方向に対する相対方位角を演算することができる。

第２の実施例では、前記飛行体６７の所定位置に４つの全周プリズム６８ａ～６８ｄが設けられ、該全周プリズム６８ａ～６８ｄの測定結果に基づき、各全周プリズム６８の中心を結んだ直線で形成される平面及び法線を演算し、該法線に基づき前記飛行体６７の傾きを演算することができる。又、時間的に隣接する前記平面の回転変位に基づき、前記飛行体６７の相対回転角を演算することができる。従って、該飛行体６７が傾斜していた場合であっても、或は前記飛行体６７が回転していた場合であっても、演算された前記飛行体６７の傾き及び方位に基づき前記レーザスキャナ６の測定結果を補正することができる。

又、第２の実施例では、前記全周プリズム６８ａ～６８ｄを順次局所スキャンし、測定することで、前記飛行装置６６を追尾している。又、前記飛行装置６６の追尾と並行して、該飛行装置６６の姿勢及び方位をリアルタイムで演算している。

尚、図１１（Ｂ）に示される様に、第２の実施例に於いても前記全周プリズム６８に代えて球状の反射部７６（図１１（Ｂ）中では７６ａ，７６ｂ）を設けてもよい。該反射部７６を用いることで、前記飛行装置６６の３次元座標を高精度に求めることができる。

１ 測量システム
２ 飛行装置
３ 位置測定装置
４ 遠隔操縦機
５ 飛行体
６ レーザスキャナ
８ 全周プリズム
９ カメラ
１１ カメラ
１６ 飛行制御装置
２０ 測距光
３３ 測定制御装置
５６ 測定対象物
５７ 第１測定地点
５９ 第２測定地点
６２ 第３測定地点
６５ 反射部
６６ 飛行装置
６７ 飛行体
７１ 位置測定装置

Claims (7)

1. 遠隔操縦可能であり、飛行体と測定器を有する飛行装置と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置と、前記飛行装置の飛行を制御し、該飛行装置及び前記位置測定装置と無線通信可能な遠隔操縦機とを有する測量システムであって、前記飛行体は垂直軸心を中心に回転可能に構成され、前記測定器は前記垂直軸心を含む平面内で１次元に測距光を回転照射可能な１軸のレーザスキャナであり、前記飛行装置は前記測距光を回転照射しつつ前記飛行体を回転させて全周の点群データを取得可能に構成された測量システム。
2. 前記遠隔操縦機は、予め設定された複数の測定地点で前記飛行装置に測定対象物の点群データを取得させ、各測定地点で取得された各点群データのレジストレーションを実行する様構成された請求項１に記載の測量システム。
3. 前記飛行体は該飛行体の基準点に対して既知の位置に設けられた反射部を有し、前記位置測定装置は前記反射部を追尾しつつ測定可能に構成された請求項１又は請求項２に記載の測量システム。
4. 前記反射部は少なくとも３つ設けられ、前記位置測定装置は前記反射部のうちの少なくとも１つを含む局所スキャンを各反射部に対して順次実行し、各反射部を測定可能に構成され、前記位置測定装置は、各反射部の測定結果に基づき、各反射部の中心により形成される平面と、該平面の法線を演算し、前記平面及び前記法線に基づき前記飛行装置の姿勢及び方位を演算する様構成された請求項３に記載の測量システム。
5. 前記反射部は、再帰反射性を有する全周プリズムである請求項３又は請求項４に記載の測量システム。
6. 前記反射部は、全周に高反射膜が貼付けられた球体である請求項３又は請求項４に記載の測量システム。
7. 前記飛行装置は、前記飛行体の側面に少なくとも１つ設けられたカメラを有する請求項１～請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量システム。

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