JP2695393B2 - 位置特定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、災害が発生している目
標物などを空中から撮影し、その位置を正確に特定する
ことができる位置特定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえば水害や地震などの大
規模な災害が発生すると、ヘリコプタなどによって空中
から撮影し、災害の程度や緊急に対策が必要な部分の有
無を確認している。たとえば、火災が発生し、直ちに消
火活動を行わなければならないような場合は、映像から
確認される場所に消防車両などを急行させなければなら
ない。そのような場所の位置は、ヘリコプタなどの航空
機の現在位置の周辺として概略的に特定される。

【０００３】航空機の現在位置を、ＧＰＳ（Global Pos
itioning System）衛星からの電波を受信して測定し、
航行方向の途中にある障害物の存在を予測する先行技術
は、たとえば特開昭６４−３６４００号公報に開示され
ている。この先行技術では、航空機の現在位置を高度ま
でを含めて三次元的に測定し、山岳や鉄塔などの障害物
の位置と高さを記録した三次元的なデータと照合して、
航行方向前方に危険物が存在するか否かを判断する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＧＰＳなどを利用し
て、航空機の現在位置を測定することは比較的容易であ
るけれども、航空機から撮影した地表面上の目標物の位
置を精度よく特定することは必ずしも容易ではない。高
速度で飛行している航空機が、目標物の直上に存在しう
る時間は瞬間的であり、通常はずれた位置を航行する。
ヘリコプタのような空中で停止可能な航空機であって
も、火災発生現場の直上では、煙などのために充分な視
界を確保することができず、離れた位置から撮影する方
が好ましい場合が多い。

【０００５】撮影された映像から、特徴がある建物や地
形などを識別し、それらの位置が予め判明していれば、
目標物の位置の特定は容易となる。しかしながら、大規
模な災害、たとえば洪水や地震などでは、特徴的な建物
や地形も隠れてしまったり、変化してしまう可能性も大
きい。さらに、海上や山岳地帯などでは、位置を判別す
るための手かがりになる情報もほとんど得られず、航空
機の現在位置を中心として概略的な方向および距離が求
められるだけである。

【０００６】本発明の目的は、空中から地表面の目標物
の位置を正確に特定することができる位置特定方法およ
び装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、空中から地表
面の目標物を撮影し、目標物の位置を特定する方法であ
って、空中における撮影位置を三次元的に特定し、撮影
位置に対する目標物の方向を計測し、予め作成されてい
る地表面の起伏についての高度情報を含む三次元地勢デ
ータから目標物の存在する地表面を求め、地表面と、撮
影位置から目標物の方向に延びる直線との交点位置とし
て、目標物の位置を特定することを特徴とする位置特定
方法である。さらに本発明は、空中から地表面の目標物
を撮影し、距離計測装置は使用せずに目標物の位置を特
定する方法であって、空中における撮影位置を三次元的
に特定し、撮影位置に対する目標物の方向を計測し、予
め作成されている地表面の起伏についての高度情報を含
む三次元地勢データから目標物の存在する地表面を求
め、地表面と、撮影位置から目標物の方向に延びる直線
との交点位置として、目標物の位置を特定することを特
徴とする位置特定方法である。さらに本発明は、特定し
た目標位置を、地名等が明示されている二次元地図上に
表示することを特徴とする。また本発明は、目標物を撮
影する際の視野を、地名等が明示されている二次元地図
上に表示することを特徴とする。また本発明の空中から
の撮影は、赤外線カメラを用いて夜間も可能であり、撮
影した映像は地上でも受信可能であることを特徴とす
る。また本発明は、目標物の撮影を飛行体に搭載するカ
メラから行い、空中における撮影位置を三次元的に特定
する機能を利用して、飛行体の運航管理を行うことを特
徴とする。さらに本発明は、空中を移動可能な機体と、
機体の位置を特定する機体位置特定手段と、機体に搭載
され、地表面上の目標物を撮影する撮影手段と、機体に
対して、撮影手段の向いている方向を検出する方向検出
手段と、地表面の起伏についての高度情報を含む三次元
的な地勢データを記録しておく地表面記録手段と、機体
位置特定手段、撮影手段、方向検出手段および地表面記
録手段からの出力に応答し、機体の位置から撮影手段の
向いている方向に延ばした直線と地表面との交点を算出
し、目標物の位置として特定する演算処理手段と目標物
の位置と目標物を撮影する視野とを、地名等のわかる二
次元地図上に表示する手段とを含むことを特徴とする位
置特定装置である。また本発明の前記撮影手段は、２軸
または３軸安定化ジャイロを内蔵するジンバル機構によ
って支持されることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に従えば、空中から撮影する目標物の位
置を、撮影位置から目標物の方向に延びる直線と、予め
作成されている地表面の起伏についての高度情報を含む
三次元地勢データから求められる目標物の存在する地表
面との交点として特定する。地表面には、高度情報が反
映されているので、目標物の位置を三次元的に精度よく
特定することができる。

【０００９】本発明に従えば、空中から撮影する目標物
の位置を、能動的なレーダ等の距離計測装置は使用せず
に、撮影位置から目標物の方向に延びる直線と、予め作
成されている地表面の起伏についての高度情報を含む三
次元地勢データから求められる目標物の存在する地表面
との交点として特定する。地表面には、高度情報が反映
されているので、目標物の位置を三次元的に精度よく特
定することができる。

【００１０】また本発明に従えば、特定した目標物の位
置を、地表面の地理データとして地名等が明示される二
次元地図上に表示するので、地理的な位置関係を判りや
すく表示することができる。

【００１１】また本発明に従えば、目標物を撮影する際
の視野を、地名等が明示されている二次元地図上に、地
表面の地勢データおよび撮影した映像と対比したりしな
がら表示するので、撮影した映像と地勢データとの対応
関係が把握しやすくなり、災害の発生規模などの把握も
容易となる。

【００１２】また本発明に従えば、赤外線カメラを用い
て夜間も空中からの撮影が可能であり、撮影した映像は
地上でも受信可能であるので、地上と連携してより効果
的な目標物を選択したり、災害などの救助により有効と
なる情報を収集したりすることができる。

【００１３】また本発明に従えば、目標物の撮影を行う
カメラを搭載する飛行体の位置を飛行体側から三次元的
に特定し、飛行体の運航管制を行うので、通常時におけ
る運航の安全を確保するために三次元的に位置特定を行
う機能を有効に利用することができる。

【００１４】さらに本発明に従えば、空中を移動可能な
機体に撮影手段を搭載し、目標物を撮影する。機体位置
特定手段によって機体の位置を特定し、方向検出手段に
よって撮影手段の向いている方向を機体に対して検出す
る。目標物が存在する地表面の起伏についての高度情報
を含む三次元的な地勢データは、地表面記録手段に記録
されている。演算処理手段は、機体の位置から撮影手段
の向いている方向に延ばした直線と、地表面との交点を
算出し、目標物の位置を特定する。この際、直接的な距
離の測定は行う必要はない。地表面は三次元的に高度情
報を含んで表されるので、交点として求められる目標物
の位置は高度が精度よく反映され、さらに地名等のわか
る二次元地図上に目標物の位置と目標物を撮影する視野
が表示されるので、災害発生現場周辺などに機体を急行
させるだけで、その現場の位置を比較的容易、かつ精度
よく特定することができる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の原理的な構成を
示す。空中を飛行するヘリコプタ１などの機体には、テ
レビカメラなどの撮影装置２が搭載され、目標物３を撮
影する。目標物３は、三次元的な起伏がある地表面４上
に存在し、地表面４を水平面に投影する二次元平面５上
には存在しない。本実施例では、ヘリコプタ１の現在位
置を測定し、目標物位置の方向に延ばす直線Ｌと、地表
面４との交点として、目標物３の位置を特定する。地表
面４が二次元平面５から高度Ｈだけ異なる高さに存在す
るので、目標物３までの直線を二次元平面５まで延長し
た交点の位置が、目標物３を二次元平面５に投影した位
置よりもＥだけ異なる位置と判断してしまう。本実施例
によれば、地表面４上で目標物３の位置を正確に特定す
ることができる。

【００１６】図２は、図１に示す実施例を用いて災害発
生時に空中撮影を行い、火事が発生している現場の位置
を特定するシステム構成を示す。ヘリコプタ１に搭載さ
れる撮影装置２は、目標物３を含む空撮映像６を撮影す
る。空撮映像６および空撮映像６に基づいて特定する目
標物３の位置は、無線電波によって伝送され、現地本部
指揮車７や、災害対策本部１０で受信される。現地本部
指揮車７は、災害発生とともに、現場付近まで出動す
る。災害対策本部１０は、消防署など予め設置されてい
る。災害対策本部１０には、屋上などに、自動追尾空中
線装置１１が設けられ、ヘリコプタ１との無線電波によ
る交信を確実に行うことができる。災害対策本部１０の
建屋内には、制御装置１２、大型プロジェクタ１３およ
び操作卓１４などが設けられる。現地本部指揮車７内に
も、災害対策本部１０内と同様の機能を有する各種装置
が設けられている。

【００１７】図３は、図２に示す空撮映像６から災害発
生地点を見いだす過程を示す。図３（１）に示す災害発
生地点２０に対応する画面を、図３（２）に示すように
拡大して表示すれば、被害状況を詳細に知ることができ
る。空撮映像６を撮影している機体搭載カメラの方位角
ＰＡＮ、上下角ＴＩＬＴおよびヘリコプタ１の高度情報
を含む三次元的な位置情報をもとに、災害発生地点２０
が特定される。

【００１８】図４は、特定された災害発生地点２０を、
二次元的な地図に合わせて画像表示している状態を示
す。災害発生地点２０の周囲には、画像表示を行ってい
るカメラの視野２１に対応する領域が表示され、カメラ
の方向２２も矢印で表示される。災害発生地点２０は、
種々の要因である程度の誤差を伴うけれども、カメラの
視野２１およびカメラの方向２２を考慮して空撮映像６
を見れば、災害発生地点２０をより正確に特定すること
ができる。

【００１９】図５は、図１のヘリコプタ１に搭載される
位置特定に関連する機器の概略的な構成を示す。撮影装
置２としては、カメラ３０およびジンバル・ユニット３
１を含む。カメラ３０としては、ＴＶカメラ３０ａおよ
び赤外線カメラ３０ｂを有し、昼夜を問わず空撮映像を
得ることができる。カメラ３０は、２軸または３軸安定
化ジャイロを内蔵するジンバル・ユニット３１に取付け
られ、図１のヘリコプタ１の外部を撮影する。このよう
な撮影装置２は、図１に示すようにヘリコプタ１の機体
の外部に突出させてもよく、ヘリコプタ１の機体に装着
してもよい。図１に示すように、機体外に突出させれ
ば、広い範囲を撮影することができるけれども、ヘリコ
プタ１の離着陸時には、ヘリコプタ１の機体内部に収納
する機構を必要とする。ヘリコプタ１の機体に直接装着
すれば、収納用の機構は不要であるけれども、撮影する
範囲が限られる。

【００２０】撮影装置２によって撮影された映像信号
と、ジンバル・ユニット３１の向きとは、データ変換や
システム電源配分も行うビデオ処理およびジンバル制御
ユニット３２によって処理あるいは制御される。処理さ
れたビデオ画像や音声情報は、ＶＴＲ３３によって磁気
テープに収録され、モニタ３４によって画像表示され
る。カメラ３０の焦点調整や、ジンバル・ユニット３１
の方向制御は、撮影制御ユニット３５から操作される。

【００２１】図１のヘリコプタ１の現在位置は、ＧＰＳ
アンテナ３６を介してＧＰＳ受信機３７に受信されるＧ
ＰＳ衛星からの電波に基づいて測定される。４つのＧＰ
Ｓ衛星からの電波を受信すれば、ヘリコプタ１の現在位
置を三次元的に求めることができる。地表面についての
高度情報を含む地勢データは、三次元地理データ記憶装
置３８内に記憶されている。そのようなデータの一例と
しては、国土地理院発行の三次元地勢データがある。位
置検出装置３９は、三次元地理データ記憶装置３８の記
憶内容を読出して、地図画像の発生を行う。また、ＧＰ
Ｓ受信機３７からの出力に基づいて、自機位置の出力を
行う。さらに、ヘリコプタ１の機首が向いている方向の
出力や、撮影している日付や時間等の出力、さらに目標
の表示や、その補正を行う。

【００２２】データ処理ユニット４０は、位置検出装置
３９からの出力に応答して、目標物の位置計算を行い、
図４に示すような二次元表示を行うための画像データ処
理を行う。カメラ３０の操作者と、ヘリコプタ１のパイ
ロットとの連絡などは、機内交話系統４１を介して行わ
れる。データ処理ユニット４０によって処理された画像
データは、分配ユニット４２を介して送信ユニット４３
に送られ、送信アンテナ４４から電波として送信され
る。送信アンテナ４４は、自動追尾ユニット４５によっ
て制御され、図２に示す現地本部指揮車７あるいは災害
対策本部１０の方向に向けられる。自動追尾ユニット４
５は、必ずしも必要とは限らないけれども、自動追尾ユ
ニット４５を装着すれば、送信アンテナ４４から送信す
る電力が小さくても、遠方に効率よく伝送することがで
きる。分配ユニット４２では、送信項目を選択し、送信
制御を行い、信号の分配などを行う。送信ユニット４３
では、分配ユニット４２で選択された各項目の画像や音
声やデータを送信する。送信する画像をモニタ３４で見
ることもできる。

【００２３】図６は、図５に示すヘリコプタ１の機器か
ら送信される画像などの電波信号を災害対策本部１０で
受信する構成を示す。操作卓１４としては、データ処理
ユニット５０および地図画像発生ユニット５１などが含
まれる。データ処理ユニット５０では、受信された画像
データの処理とデータ変換などを行う。地図画像発生ユ
ニット５１では、二次元地図画像の発生や、三次元地図
画像の発生や、日付および時間等の出力を行う。

【００２４】自動追尾空中線装置１１内には、自動追尾
アンテナ５５、アンテナ制御ユニット５６および受信ユ
ニット５７などが含まれる。自動追尾アンテナ５５とし
ては、高利得の指向性の大きなアンテナが使用され、ア
ンテナ制御ユニット５６によって指向性の向きがヘリコ
プタ１の方向となるように制御される。自動追尾アンテ
ナ５５が受信した電波は、受信ユニット５７によって受
信され、画像データなどを含む各項目の受信データが、
データ処理ユニット５０に入力される。

【００２５】データ処理ユニット５０は、ヘリコプタ１
から受信される画像データなどの処理結果を、大型プロ
ジェクタ１３内に設けられる防災用のモニタ６０に画像
表示し、ＶＴＲ６１に記録する。モニタ６０には、図４
に示すような二次元地図画像が表示され、ＶＴＲ６１に
はその二次元地図画像が収録される。図４に示すような
二次元地図画像が表示されるのは、災害発生時の防災用
であり、平時の運航管理用には、モニタ６２によって三
次元地図画像が表示される。三次元地図画像は、ヘリコ
プタ１の周囲に山岳などの障害物を三次元的に表示し、
運航の注意を促す。三次元地図画像は、図５の位置検出
装置３９からの自機位置の出力に基づいて地図画像発生
ユニット５１で発生され、ＶＴＲ６３でも収録される。
図５のカメラ３０が撮影した画像データは、制御装置１
２に設けられるモニタ６５に表示され、ＶＴＲ６６に収
録される。図５に示すカメラ３０は、可視光用のＴＶカ
メラ３０ａと、赤外線用の赤外線カメラ３０ｂを備える
ので、これを適宜切換えることによって、昼夜を問わず
に映像を得ることができる。一般的に、昼間はＴＶカメ
ラ３０ａを使用し、夜間は赤外線カメラ３０ｂを使用す
る。火災が発生しているときには、夜間でもＴＶカメラ
３０ａを使用することもできる。また、昼間でも、霧や
煙のためにＴＶカメラ３０ａでは良好な映像が得られな
いときには、赤外線カメラ３０ｂを使用する。

【００２６】以上の実施例では、火事などの災害発生地
点２０を特定する場合について説明しているけれども、
海上や山岳地帯などの遭難者を発見し、救助するために
位置特定を行うことも容易である。海上であれば、高度
差を考慮しなくてもよいけれども、広い範囲を迅速に移
動しながら撮影する必要があり、遭難者などが瞬間的に
撮影された状態で、その位置を特定する必要がある。山
岳地帯などでは、三次元的な位置の特定が重要である。

【００２７】なお以上の実施例では、ＧＰＳ電波を利用
して三次元的にヘリコプタ１の位置特定を行っているけ
れども、ＧＰＳでは緯度および経度のデータに比較し
て、高度データの誤差が若干大きくなるので、高度デー
タに関しては、高度計などによって別に測定する方が好
ましい。地表の凹凸が少なければ、電波高度計によって
正確な高度が得られる。また、その時点での地表面の気
圧が測定されていれば、気圧高度計によって正確な高度
を測定することができる。さらに、ヘリコプタ１の現在
位置は、基準点からの相対的な移動位置として、ＩＮＳ
などの推測航法によっても求めることができる。

【００２８】さらに、撮影装置２は、ヘリコプタ１の機
体に搭載するようにしているけれども、他の種類の航空
機に搭載してもよい。航空機の飛行速度が大きいと、特
定した目標物の位置の精度が悪くなるので、航空機とし
てはヘリコプタ１と同様に比較的低速度で撮影すること
が可能な方が好ましい。そのような航空機としては、た
とえば飛行船や気球などであってもよいけれども、撮影
可能な位置まで迅速に接近するためには、ヘリコプタ１
のように、ある程度の高速度の航行も可能であることが
好ましい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、空中から
撮影した地表面の目標物の位置を、予め作成されている
高度情報を有する地勢データを利用して三次元的に特定
することができるので、迅速、かつ比較的精度よく災害
対策などを実行することができる。

【００３０】以上のように本発明によれば、空中から撮
影した地表面の目標物の位置を、距離測定装置は使用せ
ずに、予め作成されている高度情報を有する地勢データ
を利用して三次元的に特定することができるので、迅
速、かつ比較的精度よく災害対策などを実行することが
できる。

【００３１】また本発明によれば、特定された目標物の
位置を地名等が明示される二次元地図上に表示するの
で、目標物の周囲の状況なども含めて容易に位置を把握
することができる。

【００３２】また本発明によれば、目標物を撮影する際
の視野を地名等が明示される二次元地図上に表示するの
で、発生している災害などの程度を容易に把握すること
ができる。

【００３３】また本発明によれば、赤外線カメラを用い
て夜間撮影可能となり、撮影した映像は地上でも受信可
能であるので、夜間に発生する災害などを地上と密接に
連携して、効果的な対策を講じることができる。

【００３４】また本発明によれば、目標物の撮影を行う
飛行体は、空中における撮影位置を三次元的に特定する
機能を利用して飛行体の運航管制を行うので、災害が発
生していない平時などにも有効に装備を利用することが
できる。

【００３５】さらに本発明によれば、機体に搭載される
撮影手段が目標物を撮影すると、機体の位置を機体位置
特定手段が特定し、特定された位置に基づいて地表面記
録手段に記録されている地表面の起伏についての高度情
報を含む三次元的な位置と、方向検出手段が検出する撮
影手段の向いている方向とに基づいて、距離を直接測定
することなく、演算処理手段が目標物の位置を特定す
る。機体からは、撮影手段を目的物の方向に向けるだけ
で、地表面の目的物の位置を三次元的に特定することが
できるので、災害の発生時などに迅速に対応することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本的な構成を示す簡略化
した側面図である。

【図２】図１の実施例を用いる災害撮影システムの構成
を示す簡略化した斜視図である。

【図３】図２の空撮映像およびその部分拡大画面であ
る。

【図４】災害発生地点後、二次元表示画面である。

【図５】図１の実施例でヘリコプタ１に搭載される機器
の概略的な電気的構成を示すブロック図である。

【図６】図２の構成で災害対策本部１０内の機器の概略
的な電気的構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ヘリコプタ ２ 撮影装置 ３ 目標物 ４ 地表面 ５ 二次元平面 ６ 空撮映像 ７ 現地本部指揮車 １０ 災害対策本部 １１ 自動追尾空中線装置 １２ 制御装置 １３ 大型プロジェクタ １４ 操作卓 ２０ 災害発生地点 ２１ カメラの視野 ２２ カメラの方向 ３０ カメラ ３０ａ ＴＶカメラ ３０ｂ 赤外線カメラ ３１ ジンバル・ユニット ３４，６０，６２，６５ モニタ ３５ 撮影制御ユニット ３７ ＧＰＳ受信機 ３８ 三次元地理データ記憶装置 ３９ 位置検出装置 ４０，５０ データ処理ユニット ５１ 地図画像発生ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−24588（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−222482（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−213498（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−31200（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−123219（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空中から地表面の目標物を撮影し、目標
   物の位置を特定する方法であって、 空中における撮影位置を三次元的に特定し、 撮影位置に対する目標物の方向を計測し、 予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を
   含む三次元地勢データから目標物の存在する地表面を求
   め、 地表面と、撮影位置から目標物の方向に延びる直線との
   交点位置として、目標物の位置を特定することを特徴と
   する位置特定方法。
2. 【請求項２】 空中から地表面の目標物を撮影し、距離
   計測装置は使用せずに目標物の位置を特定する方法であ
   って、 空中における撮影位置を三次元的に特定し、 撮影位置に対する目標物の方向を計測し、 予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を
   含む三次元地勢データから目標物の存在する地表面を求
   め、 地表面と、撮影位置から目標物の方向に延びる直線との
   交点位置として、目標物の位置を特定することを特徴と
   する位置特定方法。
3. 【請求項３】 特定した目標位置を、地名等が明示され
   ている二次元地図上に表示することを特徴とする請求項
   １または２記載の位置特定方法。
4. 【請求項４】 目標物を撮影する際の視野を、地名等が
   明示されている二次元地図上に表示することを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の位置特定方法。
5. 【請求項５】 空中からの撮影は、赤外線カメラを用い
   て夜間も可能であり、撮影した映像は地上でも受信可能
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の位置特定方法。
6. 【請求項６】 目標物の撮影を飛行体に搭載するカメラ
   から行い、 空中における撮影位置を三次元的に特定する機能を利用
   して、飛行体の運航管理を行うことを特徴とする請求項
   １〜５のいずれかに記載の位置特定方法。
7. 【請求項７】 空中を移動可能な機体と、 機体の位置を特定する機体位置特定手段と、 機体に搭載され、地表面上の目標物を撮影する撮影手段
   と、 機体に対して、撮影手段の向いている方向を検出する方
   向検出手段と、 地表面の起伏についての高度情報を含む三次元的な地勢
   データを記録しておく地表面記録手段と、 機体位置特定手段、撮影手段、方向検出手段および地表
   面記録手段からの出力に応答し、機体の位置から撮影手
   段の向いている方向に延ばした直線と地表面との交点を
   算出し、目標物の位置として特定する演算処理手段と目
   標物の位置と目標物を撮影する視野とを、地名等のわか
   る二次元地図上に表示する手段とを含むことを特徴とす
   る位置特定装置。