JP2023140509A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】安定した測定を可能とす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、飛行体と測定器６を有する飛行装置２と、該飛行装置の位置測定が可能な位置測定装置３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４とを有する測量システム１であって、前記飛行装置は、垂直方向及び水平方向に推力を発生する飛行駆動部と、前記飛行体の下面に設けられた少なくとも１つの支持部材８とを有し、前記飛行体は前記支持部材を介して自立可能且つ移動可能に構成された。【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。

又、ＵＡＶを着地させ、安定した姿勢で下方から測定対象物を測定することが求められる場合もある。然し乍ら、測定位置を変更する為には、飛行と着地を繰返す必要がある為、測定に時間を要し、作業性も悪かった。

特開２０２１－２０６７２号公報

本発明は、安定した測定を可能とす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、前記飛行装置は、垂直方向及び水平方向に推力を発生する飛行駆動部と、前記飛行体の下面に設けられた少なくとも１つの支持部材とを有し、前記飛行体は前記支持部材を介して自立可能且つ移動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、前記支持部材は車輪であり、前記飛行体は前記車輪を介して設置面を走行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、前記支持部材は摺動板であり、前記飛行体は前記摺動板を介して設置面を滑ることが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、前記支持部材はフロートであり、前記飛行体は前記フロートを介して水上を航行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、前記飛行装置は、垂直方向及び水平方向に推力を発生する飛行駆動部と、前記飛行体の下面に設けられた少なくとも１つの支持部材とを有し、前記飛行体は前記支持部材を介して自立可能且つ移動可能に構成されたので、前記飛行体の姿勢を安定させつつ、測定対象物、測定対象面の測定を行うことができ、精密な点群データ及び面形状データを取得することができると共に、測定時間の短縮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。 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。 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。 本発明の第３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）は第２の実施例に係る飛行装置を示す側面図であり、（Ｂ）は第３の実施例に係る飛行装置を示す側面図である。 本発明の第４の実施例に係る測量システム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。

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、前記飛行体の下面より下方に延出する複数の脚部７と、該脚部７の下端にそれぞれ設けられた支持部材としての車輪８と、前記飛行体５の側面に設けられたカメラ９，１１と、前記飛行体５の所定の位置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１２と、前記遠隔操縦機４との間で通信を行う飛行体通信部１３（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の機械中心である。又、前記全周プリズム１２の光学中心は、前記基準点に対して既知の方向且つ既知の距離に位置している。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６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。

前記脚部７は、前記飛行体５の下面から下方に延出する板状の部材となっている。本実施例では、４本の脚部７が設けられている。尚、該脚部７は、前記飛行体５の基準点に対してそれぞれ線対称な位置に設けられている。又、各脚部７には、それぞれ該脚部７を挟込む様に一対の車輪８，８が設けられている。従って、前記飛行体５は、４つの脚部に設けられた８つの車輪により自立可能となっている。

前記全周プリズム１２は、該全周プリズム１２の上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１２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の上部に設けてもよい。

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１２を追尾しつつ、該全周プリズム１２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１３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１４（図示では１４ａ～１４ｄ）を有し、該プロペラフレーム１４の中心は前記飛行装置２の中心となっている。各プロペラフレーム１４の先端にそれぞれプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１４の先端に設けられたプロペラ１５（図示では１５ａ～１５ｄ）と、該プロペラ１５を回転させるプロペラモータ１６（１６ａ～１６ｄ、図２（Ａ）中では１６ａ，１６ｂのみ図示）とにより構成される。各プロペラ１５及び各プロペラモータ１６は、前記飛行体５に対して垂直方向及び水平方向に推力を発生する飛行駆動部を構成する。

又、前記飛行体５の側面には、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１４ａと前記プロペラフレーム１４ｂ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１４ｃと前記プロペラフレーム１４ｄ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。

又、前記プロペラ１５ａの中心には、上方に延出するシャフト１０と、該シャフト１０の上端に設けられた前記全周プリズム１２が設けられ、前記シャフト１０と前記全周プリズム１２が前記プロペラ１５ａと一体に回転する様構成されている。尚、前記全周プリズム１２の光学中心は、前記プロペラ１５ａの回転軸心上に位置している。従って、前記プロペラ１５ａと共に前記全周プリズム１２が回転した場合でも、該全周プリズム１２の光学中心の位置は変化しない様になっている。

更に、前記飛行体５には、飛行制御装置１７、ＩＭＵ（慣性計測装置）１８、傾斜センサ１９が内蔵されている。

前記飛行制御装置１７は、主に演算制御部２１、記憶部２２、飛行制御部２３、プロペラモータドライバ部２４、スキャナ制御部２５、第１撮像制御部２６、第２撮像制御部２７、方向検出部２８、傾斜検出部２９、前記飛行体通信部１３とを具備している。

尚、本実施例では、前記スキャナ制御部２５が前記飛行制御装置１７に含まれているが、別構成としてもよい。例えば、前記レーザスキャナ６内に前記スキャナ制御部２５を設け、前記飛行体通信部１３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２２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ＩＭＵ１８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１９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、取得した画像に基づき障害物を検知する検知プログラム、検知した障害物を乗越えられるかを判断する判断プログラム、障害物を乗越えられない場合に障害物の回避を行う回避プログラム、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２８で検出した方向データ、前記傾斜検出部２９で検出した姿勢データが格納されると共に、更に各データを取得した時の時間等に基づき各データが関連付けられる。

前記飛行制御部２３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２４を介して、前記プロペラ１５が所要の状態で回転する様に前記プロペラモータ１６を駆動させる。これにより、前記飛行制御部２３は、前記飛行体５を所定の方向に飛行させることができる。又、前記飛行制御部２３は、前記飛行体５の位置を維持した状態で、即ちホバリングさせた状態で、水平方向に直交する２軸を中心に前記飛行体５を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。更に、前記飛行制御部２３は、前記車輪８を接地させた状態で、前記飛行体５を前記車輪８を介して走行させることができる。

前記スキャナ制御部２５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２５は、測距光２０の発光間隔、走査鏡３１の回転速度等を制御し、該走査鏡３１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２５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３１の回転角と関連づけられて前記演算制御部２１に入力され、測距が実行される。

前記第１撮像制御部２６は、前記演算制御部２１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３２と複数のビクセルアレイ３３から構成される。該ビクセルアレイ３３は、例えば４つ設けられ、各ビクセルアレイ３３が同時に面発光する様に構成される。前記ＴＯＦカメラ３２は、前記ビクセルアレイ３３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２６に出力する。

前記第２撮像制御部２７は、前記演算制御部２１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２７に出力する。

前記方向検出部２８は、前記ＩＭＵ１８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ＩＭＵ１８は基準方向を基準とした回転角、即ち前記飛行体５の方向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２８に出力される。

前記傾斜検出部２９は、前記傾斜センサ１９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１９としては、例えばチルトセンサが用いられ、前記傾斜センサ１９により鉛直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２９に出力される。

前記演算制御部２１は、前記記憶部２２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２１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２３に出力する。

次に、図５を参照して、前記位置測定装置３について説明する。

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

前記望遠鏡部３５は、測定対象物を視準するものである。前記測距部３６は、前記望遠鏡部３５を介して前記測距光２０を射出し、更に前記望遠鏡部３５を介して前記測定対象物からの前記反射測距光３０を受光し、測距を行うものである。即ち、前記測距部３６は光波距離計としての機能を有する。又、前記望遠鏡部３５は、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３とを内蔵している。前記広角カメラ４２は広画角、例えば３０°を有し、前記望遠カメラ４３は前記広角カメラ４２よりも狭い画角、例えば５°を有している。尚、前記広角カメラ４２の光軸と前記望遠カメラ４３の光軸は、それぞれ前記測距光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４２の光軸、前記望遠カメラ４３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３６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１２の追尾が可能である。該全周プリズム１２の追尾を行なう際には、前記望遠鏡部３５を介して、前記測距光２０と同軸で追尾光が射出される。或は、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３のうちいずれかにて前記全周プリズム１２を捉え、該全周プリズム１２が常に前記カメラの画像中心に位置する様、前記水平回転駆動部３９と前記鉛直回転駆動部４１を制御してもよい。

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

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

前記測距制御部４４は、前記測定演算処理部４５からの制御信号に基づき、前記測距部３６による前記全周プリズム１２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１２の測距を行う為の測定プログラム、該全周プリズム１２の追尾を行う為の追尾プログラム、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３の撮像を行う為の撮像プログラム、前記飛行装置２及び前記遠隔操縦機４と通信を行う為の通信プログラム等のプログラムが格納されている。又、前記測定記憶部４６には、前記全周プリズム１２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１２を測定した結果（該全周プリズム１２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１２に前記望遠鏡部３５を視準させる為に、或は前記全周プリズム１２を追尾させる為に、前記水平回転駆動部３９、前記鉛直回転駆動部４１を制御し、前記望遠鏡部３５を水平方向に、或は鉛直方向に回転させる。

前記撮像制御部４９は、前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３の撮像を制御する。尚、前記位置測定装置３が前記全周プリズム１２を追尾している状態では、前記飛行体５は常に前記広角カメラ４２と前記望遠カメラ４３で取得される画像内に位置する様になっている。

前記位置測定装置３は、前記全周プリズム１２を追尾しつつ測距し、測距結果と前記水平角検出器３７、前記鉛直角検出器３８の検出結果に基づき、前記全周プリズム１２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１２の３次元座標と、該全周プリズム１２から前記飛行体５の基準点迄の既知の距離と、前記方向検出部２８が検出した前記飛行体５の回転角に基づき、前記飛行体５の３次元座標が求められる。

図６は、前記遠隔操縦機４の概略構成、及び前記飛行装置２と前記位置測定装置３と前記遠隔操縦機４の関連を示す図である。

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や前記位置測定装置３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１２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１２の３次元座標と前記飛行体５の回転角に基づき該飛行体５の基準点の３次元座標を演算する為のプログラム、該基準点の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４２で取得された広角カメラ画像、前記望遠カメラ４３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、前記測量システム１を用いた測定処理について説明する。尚、本実施例では、トンネルや橋梁の下等、上方や側方に測定対象物や測定対象面が存在する場合を示している。

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を待機位置から所定の測定開始位置迄飛行させ、着地させる。尚、前記測定開始位置への飛行は、前記遠隔操縦機４の前記操作部５４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１２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１２の測定結果は、前記飛行体通信部１３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。

測定開始位置に着地すると、前記飛行装置２は、前記遠隔操縦機４を介して、或は予め設定されたプログラムに基づき、前記レーザスキャナ６により前記測距光２０を回転照射させつつ、前記車輪８を介して所定の方向に所定の速度で前記飛行体５を走行させる。

前記飛行体５の走行中、該飛行体５の姿勢は前記傾斜検出部２９によりリアルタイムで検出される。前記演算制御部２１は、前記傾斜検出部２９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。演算された前記飛行体５の姿勢は、前記飛行体通信部１３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２１は、前記方向検出部２８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。演算された前記飛行体５の方向は、前記飛行体通信部１３及び前記端末通信部５３を介して前記遠隔操縦機に常時送信される。

前記演算制御部２１は、前記走査鏡３１の回転と前記飛行体５の走行との協動により、前記測距光２０の軌跡に沿って各パルス毎に所定の測定対象物の３次元点群データが取得され、測定対象物の面形状データが取得できる。

前記飛行装置２で取得された点群データ、及び点群データの各点取得時の前記飛行体５の傾きと方向は前記位置測定装置３へと送信され、前記測定制御装置３４により、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される。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。或は、該遠隔操縦機４が前記飛行装置２で取得された点群データ、姿勢データ、方向データと前記位置測定装置３が取得した前記全周プリズム１２の測定（測距、測角）結果をクロック信号に基づき関連付け、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に変換してもよい。

前記飛行体５を所定の位置迄走行させ、測定対象物の測定が完了すると、前記飛行体５を待機位置迄飛行させ、測定処理を完了する。

尚、測定処理中、前記飛行体５の進行方向に段差や障害物が存在し、該飛行体５の走行が不可能となる場合がある。この場合、作業者が前記遠隔操縦機４を介して前記飛行体５を飛行させ、段差や障害物を回避する。

或は、前記カメラ９に連続して画像を取得させ、取得した画像に基づき段差や障害物を検知させる。前記演算制御部２１は、検知した段差や障害物の高さ等に基づき、段差や障害物を前記飛行体５が乗越えられるかどうかを判断する。乗越えられると判断した場合には、前記飛行体５の走行を継続し、乗越えられないと判断した場合には、前記飛行体５を飛行又は迂回させ、段差や障害物を回避する。即ち、前記演算制御部２１は、段差や障害物を自動で回避させ、障害物や段差と前記飛行体５との衝突や、該飛行体５の転倒等を防止する。

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

上述の様に、第１の実施例では、前記飛行体５に前記車輪８を設けているので、前記飛行体５が自立できると共に、所定の方向に走行可能となっている。

従って、測定位置を変更する毎に前記飛行体５を飛行させる必要がなく、作業時間の短縮が図れると共に、特に設置面がコンクリート等の安定した床面等である場合に、前記飛行体５の姿勢を安定させつつ、測定対象物、測定対象面の測定を行うことができ、精密な点群データ及び面形状データを取得することができる。

又、前記飛行体５の進行方向に段差や障害物がある場合には、障害物を回避して測定の続行が可能であるので、作業性を向上させることができる。

又、前記飛行体５に前記カメラ９，１１を設けているので、測定対象物迄の距離以外のデータも取得でき、作業性を向上させることができる。

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、光切断法により測定対象物の表面形状を測定する測定器を設けてもよいし、測定対象物にＴＨｚ帯の電磁波を照射し、測定対象物の内部構造を測定する測定器を設けてもよい。更に、測定対象物との衝突を防止する為、測定対象物迄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１０の上端に前記全周プリズム１２を設けているが、図３（Ｂ）に示される様に、全周プリズム１２に代えて球状の反射部５６を設けてもよい。

該反射部５６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５６を測定する場合、前記測距光２０が前記反射部５６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５６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５６の測定結果と該反射部５６の既知の径に基づき、該反射部５６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５６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７、図９（Ａ）に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図７、図９（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５７は、飛行装置２に於ける車輪８に代えて、脚部７の下端に設けられた支持部材としての摺動板５８を有している。該摺動板５８は、飛行体５９の進行方向と平行な方向に延出する板材であり、２本の脚部７，７に掛渡って設けられている。

即ち、図９（Ａ）に示される様に、前記飛行装置５７は２本の摺動板５８，５８を有している。又、該摺動板５８，５８は、前記飛行体５９の進行方向を前側とした場合に、それぞれ前端部と後端部が上方に向って湾曲する様構成されている。その他の構成については、第１の実施例と同様である。

第２の実施例に於いては、前記摺動板５８を介して前記飛行体５を自立させることができる。又、特に設置面が雪や氷等である場合に、前記飛行体５９を設置面に対して滑らせつつ測距光２０を回転照射させることができる。従って、前記飛行体５９の姿勢を安定させつつ、測定対象物、測定対象面の測定を行うことができ、精密な点群データ及び面形状データを取得することができる。

又、図７に示される様に、進行方向に段差６１が存在する場合には、該段差６１を飛越える様前記飛行体５９を僅かに飛行させる。前記段差６１を超えた後には、再度前記摺動板５８を介して前記飛行体５９を設置面に対して滑らせる。

尚、設置面が泥である場合等、抵抗が大きく前記摺動板５８を滑らせるのが困難である場合には、僅かな飛行と着地を繰返して前記飛行体５９を進行方向へと進めてもよい。

又、第２の実施例では、前記摺動板５８の前端部と後端部のみ上方に湾曲する形状としているが、この構成に限られるものではない。例えば、前記摺動板５８を撓みのある材質し、更に僅かに円弧状となる様前記摺動板５８を設けてもよい。これにより、前記飛行体５９を着陸させた際の衝撃を前記摺動板５８の撓みで吸収することができ、前記飛行装置５７の耐久性を向上させることができる。

次に、図８、図９（Ｂ）に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図８、図９（Ｂ）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３の実施例に於ける飛行装置６２は、飛行装置２に於ける車輪８に代えて、脚部７の下端に設けられた支持部材としてのフロート６３を有している。該フロート６３は、飛行体６４の進行方向と平行な方向に長い形状となっており、２本の脚部７，７に掛渡って設けられている。

即ち、図９（Ｂ）に示される様に、前記飛行装置６２は２つのフロート６３，６３を有している。該フロート６３は、前記飛行体６４の進行方向を前側とした場合に、前端部及び後端部に上方に向って湾曲するテーパ部が形成される。その他の構成については、第１の実施例と同様である。

第３の実施例に於いては、前記フロート６３の浮力により前記飛行装置６２を水上に浮遊させることができる。又、前記飛行体６４を水面に対して航行させつつ測距光２０を回転照射させることができる。従って、前記飛行体６４の姿勢を安定させつつ、測定対象物、測定対象面の測定を行うことができ、精密な点群データ及び面形状データを取得することができる。

尚、第２の実施例、第３の実施例に於いても、全周プリズム１２に代えて反射部５６（図３（Ｂ）参照）を設けてもよい。該反射部５６を設けることで、該反射部５６の３次元座標を高精度に求めることができる。

又、第３の実施例では、２本の前記脚部７に掛渡る２つの前記フロート６３が前記飛行体６４に設けられているが、前記フロート６３は４本の脚部に掛渡る１つのフロートであってもよい。

次に、図１０、図１１に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図１０、図１１中、図１、図５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４の実施例に於ける飛行装置６５は、各プロペラ１５ａ～１５ｄの上端から上方に突出する様に設けられた複数のシャフト６６を有している。又、各シャフト６６の上端には、それぞれ球状の反射部６７が設けられ、各反射部６７の中心は、各プロペラ１５ａ～１５ｄの回転軸心上に位置している。尚、図１０中では、前記シャフト６６と前記反射部６７はそれぞれ４つ設けられているが、前記シャフト６６と前記反射部６７は少なくとも３つあればよい。

各反射部６７の中心間の位置関係は既知であり、各反射部６７の中心を結んで形成される平面は、飛行体６８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６８の垂直軸心と合致する様に、各反射部６７の位置が設定される。

又、第４の実施例に於ける位置測定装置６９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６９は、各反射部６７を順次測定しつつ追尾する。各反射部６７の３次元座標を測定することで、各反射部６７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６８の姿勢を演算することができる。

前記位置測定装置６９に於いて、測距光２０を走査する為の走査ミラー７１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７１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６９に於いて、測定制御装置７２のミラー駆動制御部７３は、前記走査ミラー７１で反射される前記測距光２０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７１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７３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６９は、各反射部６７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、各反射部６７を追尾しつつ測距できる。前記位置測定装置６９は、測距結果と水平角検出器３７、鉛直角検出器３８、前記走査ミラー７１の角度を検出する傾斜角検出器７４の検出結果に基づき、各反射部６７の３次元座標をリアルタイムで測定する。

又、各反射部６７の測定結果に基づき各反射部６７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６５（飛行体６８）の姿勢をリアルタイムで演算する。

又、各反射部６７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６５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４の実施例では、前記飛行体６８の所定位置に４つの反射部６７が設けられ、該反射部６７の測定結果に基づき、各反射部６７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６８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６８の相対回転角を演算することができる。従って、該飛行体６８が傾斜していた場合であっても、或は前記飛行体６８が回転していた場合であっても、演算された前記飛行体６８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４の実施例では、前記反射部６７を順次局所スキャンし、測定することで、前記飛行装置６５を追尾している。又、前記飛行装置６５の追尾と並行して、該飛行装置６７の姿勢及び方位をリアルタイムで演算している。

尚、第４の実施例では、各シャフト６６にそれぞれ前記反射部６７を設けているが、第１の実施例～第３の実施例と同様、前記反射部６７に代えて全周プリズム１２を設けてもよい。

又、第４の実施例では、前記飛行装置６７に車輪８を設けているが、該車輪８に代えて第２実施例の摺動板５８を設けてもよく、第３の実施例のフロート６３を設けてもよいのは言う迄もない。

又、第１の実施例～第４の実施例では、飛行体を着地或は着水させた状態で点群データを取得させているが、飛行体を空中でホバリングさせた状態で点群データを取得してもよい。更に、飛行体を垂直軸を中心に回転させつつレーザスキャナによるスキャンを実行することで、全周の点群データを取得してもよいのは言う迄もない。

１ 測量システム
２ 飛行装置
３ 位置測定装置
４ 遠隔操縦機
５ 飛行体
６ レーザスキャナ
８ 車輪
９ カメラ
１１ カメラ
１２ 全周プリズム
１７ 飛行制御装置
２０ 測距光
３４ 測定制御装置
５６ 反射部
５７ 飛行装置
５８ 摺動板
６２ 飛行装置
６３ フロート
６５ 飛行装置
６９ 位置測定装置

Claims (9)

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、前記飛行装置は、垂直方向及び水平方向に推力を発生する飛行駆動部と、前記飛行体の下面に設けられた少なくとも１つの支持部材とを有し、前記飛行体は前記支持部材を介して自立可能且つ移動可能に構成された測量システム。
2. 前記支持部材は車輪であり、前記飛行体は前記車輪を介して設置面を走行可能に構成された請求項１に記載の測量システム。
3. 前記支持部材は摺動板であり、前記飛行体は前記摺動板を介して設置面を滑ることが可能に構成された請求項１に記載の測量システム。
4. 前記支持部材はフロートであり、前記飛行体は前記フロートを介して水上を航行可能に構成された請求項１に記載の測量システム。
5. 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～請求項４のうちのいずれか１項に記載の測量システム。
6. 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５に記載の測量システム。
7. 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５又は請求項６に記載の測量システム。
8. 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５又は請求項６に記載の測量システム。
9. 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８のうちのいずれか１項に記載の測量システム。

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