JP3515678B2 - 計測システム及び方法並びに空中レーザ計測装置 - Google Patents

計測システム及び方法並びに空中レーザ計測装置

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JP3515678B2
JP3515678B2 JP17332797A JP17332797A JP3515678B2 JP 3515678 B2 JP3515678 B2 JP 3515678B2 JP 17332797 A JP17332797 A JP 17332797A JP 17332797 A JP17332797 A JP 17332797A JP 3515678 B2 JP3515678 B2 JP 3515678B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、計測システム及び
方法並びに空中レーザ計測装置に関し、より具体的に
は、航空機から地上の設備及び樹木等の三次元の座標デ
ータを計測する計測システム及び方法並びに空中レーザ
計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の空中レーザ計測システムでは、
地物の相対的な離隔を計測するのではなく、すべてのレ
ーザ反射点について測地座標を計測するので、地形図を
作成でき、地形の経時変化を計測できる。
【0003】また、地上に標定点を設置する必要がない
ことから、現地立ち入りが困難な災害箇所の地形測量や
積雪量調査などにも応用が可能である。とくに、データ
収録およびデータ処理が自動化されているので、写真測
量法に比べて結果を得るまでの時間が極端に短く、防災
情報収集など緊急を要する業務に適用できる。
【0004】航空機、とくに、ヘリコプターにレーザ測
距装置を搭載して送電線と線下の樹木との離隔を測定
し、管理伐採のための基礎資料を得る方法として、特開
平6−313715号公報に記載される「地上断面のプ
ロフィールおよび離隔測定方法および装置」、及び特開
平7−43109号公報に記載される「接近木離隔検出
装置」が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】 しかし、特開平6−3
13715号公報に記載の構成では、使用するレーザ測
距装置のレーザパルス周波数が低くヘリコプターの移動
速度を10km/h程度とせざるを得ない問題点があっ
た。ヘリコプターは、この程度の速度では姿勢維持が極
めて困難であり、離隔測定の規準となる機体位置の再現
が困難となり、得られる結果が不正確に成らざるを得な
かった。また、この程度の移動速度では、作業効率が悪
く、実用性の点でも問題があった。
【0006】特開平7−43109号公報に記載の構成
では、測定時点における送電線と樹木との相対的な位置
関係を測定することが強調され、これらの情報が測定結
果の最終利用者(送電線管理者)が受ける法的規準を満
たす内容になっていない問題があった。また、技術的に
も以下に示す幾つかの問題点があった。
【0007】第1に、航空機の機軸に直交するスキャニ
ング方式であるので、レーザパルスの地上に於ける軌跡
がジグザグになり、軌跡の折り返し点付近でレーザパル
ス同志が重なり合う一方、折り返し点同志の間隔が開い
てしまう。すなわち、反射点データに粗密が生じ、測定
漏れが起きやすかった。
【0008】第2に、送電線を横断するレーザパルスの
軌跡断面で電線と樹木の離隔を測定してるので、軌跡断
面が電線に直交していない場合、正しい電線との離隔が
得られない。また、軌跡断面が通過していない部分
は、接近木の情報が得られない。
【0009】第3に、レーザ出力が小さく且つビーム幅
が大きいので、送電線に接近して斜めから測定を行うこ
とになり、レーザパルスの地面への透過性が悪く、接近
木の樹高が測定しにくい。重要な管理基準である樹木転
倒時の離隔量計算できない。
【0010】第4に、管理伐採の作業のためには、接近
木の位置が正しく地図上に記載される事が必要である
が、従来の方法は、鉄塔からの相対距離をGPSで測定
しており、機上で判定した樹木座標と現実の樹木座標と
の誤差が大きく、正しい接近木の位置が得られていな
い。
【0011】第5に、電線のカテナリとその支持点の位
置は、異常温度の電線位置および横揺れ時の電線位置な
どを決める技術基準(架空送電線路調査測量基準)上
重要な情報である。しかし、従来の離隔測定ではレー
ザパルス軌跡断面上の電線と樹木反射点の離隔のみを対
象としており、技術基準の要求を満たすことが出来な
い。
【0012】第6に、レーザパルス軌跡断面に沿って、
1本樹木でも複数の反射点データが得られる。しか
し、技術基準の上では樹木が管理対象であることから、
樹頂からの反射点を一つだけ選び出す必要がある。従来
の技術では、樹木を代表する樹頂部と側の枝部が区別で
きないので、管理に必要な接近木の位置を正確に指定す
ることが出来ない不都合があった。
【0013】第7に、接近木の位置及び電線との離隔
は、正確に管理地図の上に描出される必要がある。しか
し、従来の方式では、電線と樹木の相対的な離隔のみが
計測されるので、地図への転写及び管理ためのデータ
ベース化が困難であった。
【0014】第8に、これらの問題点が複合する事によ
って、迅速で正確な測定が妨げられ、また、管理伐採の
ための精度の高い最終的成果を提供することが困難であ
った。
【0015】ヘリコプターにレーザ測距装置を搭載して
行う従来の接近木調査法は、測定漏れを防止するため
に、低速かつ低空で送電線に接近して運航せざるを得
ず、作業効率が悪いばかりでなく、作業の安全性にも問
題があった。特に、低速運航に伴う機体位置の不安定性
は、測定結果の位置精度に大きく影響を与えていた。
【0016】また、管理伐採のための帳票や図面は、当
該技術規準に即した形で出力することが求められる。こ
のためには、送電線と樹木の位置を測地座標系に正しく
関係づけることが必要であり、測定時ばかりでなく、異
常温度時の電線位置横揺れ時の電線位置と樹木との離
、及び樹木転倒時の離隔を求める必要がある。
【0017】すなわち、安全でかつ作業効率の良い空中
測定に精度の高い自動解析処理を付加し、測定から出力
までを一貫した流れで実施する接近木調査法が求められ
ていた。
【0018】本発明は、このような要望を満たして、航
空機から地上の設備及び樹木等の三次元の座標データを
計測する計測システム及び方法並びに空中レーザ計測装
置を提示することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明に係る計測システ
ムは、飛行体に搭載される空中レーザ計測装置であっ
て、当該飛行体の飛行方向に直交する面内で地上を走査
するようにレーザビームを照射し、当該飛行体の位置及
び姿勢、並びにレーザビーム反射体までの距離及びその
方位計測する空中レーザ計測装置と、当該空中レーザ
計測装置による計測データを解析し、当該レーザビーム
反射体の測地座標上の位置座標を算出する解析装置とを
具備し、当該空中レーザ計測装置が、最初の反射パルス
を検出する第1のモードと最後の反射パルスを検出する
第2のモードを具備し、第1のモードにより地上構造物
を計測し、当該第2のモードにより地上形状を計測する
ことを特徴とする。本発明に係る計測システムは、飛行
体に搭載される空中レーザ計測装置であって、当該飛行
体の飛行方向に直交する面内で地上を走査するようにレ
ーザビームを照射し、当該飛行体の位置及び姿勢、並び
にレーザビーム反射体までの距離及びその方位を計測す
る空中レーザ計測装置と、当該空中レーザ計測装置によ
る計測データを解析し、当該レーザビーム反射体の測地
座標上の位置座標を算出する解析装置とを具備し、当該
空中レーザ計測装置が、第1のビーム径のレーザパルス
光で送電線を計測し、当該第1のビーム径より大きい第
2のビーム径で樹木を計測することを特徴とする。
【0020】本発明に係る計測方法は、地上の送電線と
その近くの樹木との離隔を計測する方法であって、飛行
体の飛行に伴い、当該飛行体の飛行方向に直交する面内
で地上を繰り返し走査するように、当該飛行体から地上
に異なるビーム径のレーザパルス光を照射するレーザ照
射ステップと、第1のビーム径のレーザパルス光の反射
光により当該送電線の位置を計測し、当該第1のビーム
径より大きい第2のビーム径のレーザパルス光の反射光
により当該樹木の位置を計測する計測ステップと、当該
送電線の位置計測データからそのカテナリを算定するカ
テナリ算定ステップと、当該カテナリ算定ステップの算
定結果を参照し、当該カテナリ算定手段の算定結果を参
照し、当該送電線の揺れ及び当該樹木の倒壊による当該
送電線とその近くの樹木との距離を算定する距離算定ス
テップとを具備することを特徴とする。
【0021】
【0022】
【0023】本発明に係る空中レーザ計測装置は、飛行
体に設置される空中レーザ計測装置であって、当該飛行
体の飛行速度に応じてレーザパルス光の走査面を変更自
在なレーザ走査装置であって、当該飛行体の飛行に伴
い、当該飛行体の飛行方向に直交する面内で計測対象を
走査するようにレーザパルス光を照射するレーザ走査装
置と、当該レーザ走査装置から出力されるレーザパルス
光の、当該計測対象による反射光を受光する受光器と、
当該受光器の出力から当該計測対象までの距離を計測す
る距離計測器であって、当該計測対象からの最初の反射
パルス光と最後の反射パルス光を弁別する手段を具備す
る距離計測器と、当該飛行体の三次元位置及び姿勢を計
測する飛行位置計測器と、当該距離計測器及び当該飛行
位置計測器の計測データを記録媒体に記録する記録装置
とを具備することを特徴とする。
【0024】
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
【0026】本発明の航空機用空中レーザ計測装置10
0は、図1に示すように、地形・樹木・送電線の測地座
標を計測する空中システム101と接近木調査技術規
準に則った解析を行う地上解析システム102からな
り、従来の航空写真測量による接近木管理システム10
3とリンクする。
【0027】空中システム101後述するレーザ測距
装置、反射鏡等を使用しないで長距離を測定できる高
周波レーザ測距装置に2軸ガルボミラースキャナーを一
体化させたセンサ部とレーザパルスの走時検出部を具
備する。これらによって検出された走時データ、反射率
データおよびミラースキャニングデータは、専用の操作
パネルで制御する制御メインコンピュタおよびこれを
サポートする副コンピュータによって処理され記録部
のデータテープに記録される。
【0028】空中測定システム101で使用する高周波
レーザ測距装置は、クラス4の規格を持つ高出力のタイ
プで、ノンミラーの場合、一般の地物に対しては750
m、直径1cmの電線に対しては、350mの距離から
反射信号を捕らえることができる。すなわち、接近木調
査で、150m程度の高度から測定する場合、より高い
反射強度が得られることにより、測定漏れがなく計測精
度が高い結果が得られる。また、レーザパルスの周波数
は25Hzであり、高密度の反射データが得られる
、樹木の先端部の測定漏れが生じない
【0029】図7は、空中測定システム101の概略構
成ブロック図を示す。図7を参照して、空中測定システ
ム100のスキャニングレーザ測距装置210/220
説明する。
【0030】レーザ発生器211で作られたレーザパル
スは、レーザヘッドより一旦コリメータ212に送ら
れ、ビーム幅が広狭の2段階に調整され、2軸ガルボミ
ラースキャナ213に送られる。2軸で振動するスキャ
ナ213は、コリメータ212からの調整の済んだレー
ザパルスを反射し、平行な軌跡を地上に描いて移動する
ように地上に向けて送信する。この時、レーザパルスの
一部は参照光としてレーザレシバ221に直接、送られ
。また、スキャナ213のスキャニング角θx,θy
が記録され、制御コンピュ−タ200に送られる。
【0031】地上設備及び樹木などからの反射レーザ
ルスは、スキャナミラー213でレーザレシーバ221
に導かれる。レーザレシーバ221は、反射レーザパル
を上述の参照光と比較し、弁別器222は、ファース
トモード或いはラストモードでレシーバ221の比較結
果を識別する。、走時計測器223は、弁別器222の
弁別結果を走時データに変換し、反射率データRと共に
制御コンピュータ200に送信する。
【0032】レーザレシーバ221は、レーザパルスの
走時データの他に、反射強度測定できる針葉樹では
反射強度が相対的に小さく広葉樹では大きい性質を利用
して、反射強度は、樹種を判別することに使われる。特
に、本実施例では、地理的に高密度なデータを得られる
ので、地表の3次元情報に濃淡が加わった疑似画像モデ
ルが得られ、ビデオ映像と組み合わせて詳細な解析が出
来る。
【0033】2軸ガルボミラースキャ213は、航空
機の進行方向(Y軸)と、その直交方向(X軸)の両方
向に同時に振動する機構を持つ。すなわち、航空機が静
止している時、レーザパルスの軌跡は図2の121に示
すX字状となり、Voの速度で飛行している時、X軸方
向のスキャン速度Vyを同期させることにより、図2の
122に示す平行な走査線が得られるようになってい
る。
【0034】走査線の幅(W)及びスキャン速度(V
x,Vy)は、調査の目的にあわせ飛行速度(Vo)と
共にオペレータが決定し、操作パネルで制御する。走査
線の幅(W)及びスキャン速度(Vx,Vy)の例を図
2に123/124として図示した。図2に124で示
すように、レーザビームの像が互いに接するように測定
すると、効率的に調査出来るが、測定から漏れる部分が
できる。図2の123に示すように、レーザパルスを5
0%重ねると、測定漏れは起きないが調査効率が悪い
実際には、この中間の状態でオペレータが制御する。
【0035】接近木測定では図3の131で示すよう
な広いビームのレーザパルスを用い、地形測定では
葉を通過しやすい狭いビームのレーザパルスを使う。
【0036】測定モードには、図3の132に示すよう
に、最初の反射パルスをとるファーストモード(F)
最後の反射パルスをとるラストモードがあ、前者
接近木測定に使い、後者地形測量に使う。それぞ
れ、t1,t2の往復走時より距離を計算する。レーザ
パルスと測定モードの組み合わせ例を図3の133に示
す。
【0037】レーザパルスの送受信点Aから反射点Bま
での距離(D)は、往復走時(t)を使い、 D=×t/2 ;レーザ光の大気中の速度 で求められる。図4の141は、点A,Bの位置関係と
座標系を示す。送受信点の位置(X0,Y0,
Z0)および反射点の位置(X1,Y1,Z1)の間
には、 D=√{(X1−X0)+(Y1−Y0)+(Z1
−Z0)} になる関係がある。測地座標に対するヘリコプタの傾き
とスキャナ213のスキャニング角度とから、図4に1
42で示すように、鉛直方向Cに対するレーザパルスの
方向角(θx,θy)を求め、その角度θx,θyと、
送受信点Aの座標(X0,Y0,Z0)と、距離Dとか
ら、反射点Bの座標(X1,Y1,Z1)を求めること
ができる。
【0038】座標計算において、スキャナ213走査
及び機体の姿勢による送受信器の回転角から得られる
レーザパルスの方向角誤差は150mの距離でたか
だか20cm以下であり、実用上問題ない。例えば、
振動角の精度は0.05度以内であり、150mでは1
3cmに過ぎない。
【0039】空中測定システム101には、レーザ送受
信点位置を決定するためにGPS(Global Po
sitioning System)部240,250
が組み込まれている。GPS部240は、複数のアンテ
ナと受信機からなり、ヘリコプタに設置される。GPS
部250は、地上の定点に設置され、参照データを測定
する。地上GPS250は、参照精度を高めるために、
必要に応じ複数を用意される。GPS部240,250
の構成及び配置例を図6に示す。
【0040】反射点の座標に最も大きく影響するの
は、GPS側位による送受信点の位置精度である。G
PS測位では、衛星の配置や電離層の影響で、時々刻
々、測定位置が図5の151に示すように変化する。こ
れらの測定位置は、図5の152に示すように、統計的
に真の座標に近づけることができるの、地上GPS
50(163)の測定データを参照してデファレンシ
ャル処理を行う。また、GPS信号の搬送波の位相成分
を利用するキネマテック処理を行い、より正確な位置を
求める。
【0041】デファレンシャル処理では、地上のGPS
データと空中のGPSデータは同一の衛星(複数)から
の電波を測定したものであることが条件になるが、航空
機ではアンテナの設置場所が限られるので、ヘリコプタ
のマスト164(図6)など受信している衛星の一部
機体により遮蔽される事がおきる。これを避ける
空中GPS部240として、複数のアンテナ16
1,162とそれぞれに対応するレシーバを用意する。
複数の受信結果を相互に参照することで、精度の悪化を
防止する。
【0042】GPS時計の計時データは、制御コンピュ
ータ200に送られ、他のデータとのタイミングをとる
のにも使用される。
【0043】図7に示すように、空中測定システム10
には機体姿勢検出のための慣性センサ装置260が
組み込まれている。これにより、機体の運動方向、並び
に、測地座標に対するレーザ測距装置の傾き及び位置が
検出され、制御コンピュータ200を介してレーザ反射
走時等のデータと共に記録媒体に記録される。
【0044】空中測定システム101には更に、直下の
測定対象の映像を記録するビデオカメラ270が備えて
あり、レーザ反射率データと組み合わせて、正確な樹種
・林相判別に利用される。ビデオカメラ270からの映
像信号は、制御コンピュータ200からの注釈情報をス
ーパーインポーズされて、ビデオレコーダ232に記録
される。この注釈情報は、他のデータとの整合をとるの
に使用される。
【0045】レーザデータ及び慣性センサデータは、原
データファイルに編集され、テープドライブ231に送
られ記録される。
【0046】測定結果を記録する原データファイル、G
PSデータ(GPS1,2,・・・)ファイル及びビデ
オテープを、地上解析システム290に持ち込み、各デ
ータを解析する。
【0047】図8は、地上解析システム102(29
0)の概略構成ブロック図を示す。図8に示すように、
地上解析システム290は、大容量記憶装置340を
続するパーソナルコンピュータ320をメインとし、レ
ーザデータ読取器310、解析結果表示モニタ331、
図表及び画像イメージ出力装置332、ビデオ再生装置
333並びにバックアップデータ読取器350から構成
される。
【0048】空中データの収録時間は、最大2時間であ
る。原データテープ301に記録されるレーザ反射デー
約2億個なる。原データテープ301に記録され
る原データは、大容量憶装置340に一旦格納され、
解析の必要に応じコンピュータ320読み出される。
【0049】GPSデータ302は、直接、コンピュ−
320に読み込まれ、内蔵の記憶装置に格納される。
【0050】ビデオテープ303の記録映像は、ビデオ
再生装置で再生されるが、コンピュータ320によって
その再生動作が制御され、必要な箇所の映像が再生され
る。
【0051】データ処理及び解析に必要な送電線や鉄塔
の情報304は、オペレータによって決まったフォーマ
ットに従ってコンピュータ320に入力され、データベ
ースに格納される。
【0052】オペレータは、解析結果表示モニタ331
で各ステップの結果を確認しながら、対話式にデータ処
理・解析を行う。データ処理・解析の個々のプロセス
は、それぞれ自動的に実行される。
【0053】解析結果は、コンピュータ320のデータ
ベースに保管されると共に、目的に応じて図表および画
像出力装置332から出力され、バックアップテープ3
50別途保管される。理伐採情報、接近木管理シ
ステム360にオフラインで提供出来るようになってい
る。
【0054】図9は、コンピュータ320におけるデー
タ処理・解析処理の構成図を示す。図9に示すように、
データ処理・解析、データ処理st.401、1次解
析処理st.402、2次解析処理st.403、図表
出力st.405及び成果作成st.406から成り、
オペレータが個々の処理を任意に選択し、必要な情報を
データベース及びバックアップ400から読み出して実
行する。
【0055】図10は、データ処理(St.401)の
詳細なフロー構成を示す。ァーストモードデータ42
、専用のソフトウエアにより以下のステップで自動
的に処理される。即ち、レーザ原データ、GPSデータ
(地上・空中)および送電線情報を読み取り、再配列す
る(st.411。空中GPSデータ及び地上GPS
データを用いて、キネマテックデファレンシャル処理を
行うst.412)。航空機の3次元航跡を計算する
st.413。時刻、走時、スキャナ振動角姿勢
回転角データ及びGPSデータから、レーザパルス反射
点の測地座標値を計算するst.414。データ処
理結果をデータベースに格納するst.415。地
形測量モードのデータ422も同様に処理して、データ
ベースに格納する。
【0056】図11は、1次解析処理の詳細なフロー構
成を示す。1次解析処理は、測地座標を与えられたレー
ザ反射点のデータベース430を処理し、図11に示
各ファイルを作成する行程である。即ち、電線データの
みを後述の方法で抽出し(st.431)、その電線デ
ータを使い各電線のカテナリー(弛み)を求める
t.432。電線カテナリーからその交点を求め、支
持点位置を決定するst.433。データファイル
から鉄塔部のデータを抽出し、その中心点の座標を計算
するst.434。電線カテナリーと電線・鉄塔以
外のデータを使い接近木との離隔解析する(st.
435。この段階における離隔解析は、測定時点の電
線位置に対して実行される。従って、この解析結果は、
速報としてユーザに報告される。次に、各データファイ
ルを作成し記録するst.436
【0057】地形測量モードで測定されたデータは、デ
ータベースから同一の演算部に読み出され、次の処理が
行われてそれぞれのデータファイルが作成される。
ち、地盤以外のデータを除去し(st.437)、DT
Mを作成するst.438)。
【0058】レーザパルスのスキャニングの結果は、通
常、図12のようになる。すなわち、電線441、樹木
442及び地面443からの反射点が、レーザーパルス
の軌跡に沿って分布している。これらのデータから電線
を分離するには、スキャニングの順序に従って順番に航
空機からの離隔を比較し、その変動を調べる。例えば、
a点からb点に移った時、d1という大きな差があり、
c点に戻ったときd2なる小さな離隔に戻った場合 d1=|a−b| >>> d2=|a−c|b点を電線と判定する。このように電線と判定したデー
タのみを残し、電線データファイルを作成する。
【0059】地形計測に於ける地表面データ抽出でも、
同じように前後のデータを比較することによって、不要
なデータを取り除くことが出来る。
【0060】次に、電線データを垂直方向に一定の層準
(上の例では第1層から第4層まで)に区分し、さらに
水平方向に区分することで、電線1本毎のデータ群が求
められる。
【0061】各電線のデータを用い、3次元で最適な電
線カテナリ曲線式を求めることにより、測定時点のカテ
ナリモデルが電線について得られる。次に、同一層準
の片側の電線について、隣り合う鉄塔区間のカテナリー
モデル445/446(図12)を使い、支持点447
の座標を計算によって求める。すなわち、2つの2次曲
線の共通の解が、支持点447の座標値である。
【0062】2次解析(st.403)では、異常温度
カテナリ・横揺計算処理、樹木代表点抽出処理及び樹高
計算処理の後、接近木離隔解析及び林相解析を実行す
【0063】図13に示すように、異常温度カテナリ・
横揺計算処理では、鉄塔・支持点ファイル501並びに
鉄塔の形状及びガイシ型などの送電線設備情報ファイル
502を使い、異常温度の時の電線カテナリ及び電線が
風などで横揺れしたときの位置を計算しst.50
、ファイルを作成するst.504
【0064】図14及び図15において、電線カテナリ
から支持点2,4が得られる。1−2間及び4−5
ガイシの長さは、予め分かっている。したがって、支持
2,4の位置及び少なくとも1点の電線位置3が分か
れば、電線のカテナリ521(図14)が再現可能であ
る。異常温度の時の電線カテナリ522(図14)は、
異常な電線温度を与えたときの電線の伸びについて、線
膨張率を用いて弛みを計算し、最下点3’の位置を決定
して求められる。
【0065】電線の横揺れ解析では、支持点を固定して
縄跳びのような運動した時に電線が掃く曲面531(図
15)を求める。静止時にaに位置する電線は風などに
よりbを経てcに移動する。この時、図15に532で
示すように、支持点を結んだ架空の線上のP点を中心と
した円弧を描。P点を支持点から次の支持点まで移動
させ、各位置での円弧の軌跡を求めれば、電線の横揺れ
位置が決定できる。横揺れの角度は、通常、せいぜい±
60度程度まででよい。
【0066】図16は、樹木代表点抽出処理のフローを
示す。レーザ原データファイルを処理し、電線反射点デ
ータを除いた残りの反射点データファイル、主として
樹木反射点から成る樹木反射点ファイルとする(st.
541。これ樹木代表点抽出処理を適用し(st.
542、樹木代表点ファイルを作成するst.54
【0067】レーザデータは、レーザパルスが走査した
全域をカバーしているが、1本の樹木についてみると
1つのデータが対応しているわけでなく、多数のデータ
から構成されている。管理伐採における樹木管理は、1
本毎の樹木単位で行われているので、樹木の代表点を決
める必要がある。樹木代表点抽出処理(st.542)
では、樹形の対称性を考慮し、最も高い標高を示す反射
点を樹木代表点とする。。図17は、各樹木の代表点5
51,552,553を例示する。
【0068】樹木反射点データを地平面に展開すると、
図18の561に示すように標高の高い点を標高点の
低い点が取り巻くように分布する。斜面では、標高の高
い点Hが一方の縁に偏るが、低い点に囲まれる関係は変
わらない。これらのデータに対して、任意の大きさのメ
ッシュエリア562を用意し、周囲のメッシュに比べ高
い標高を示す反射点を含むメッシュを抽出する。抽出し
メッシュの枠内にサイズの小さいメッシュを更に設定
最も高い点を持つメッシュを選ぶ。これを繰り返
し、最終的に残った点を、代表点とする。
【0069】図19に示すように、樹木代表点データ5
71と地形データ(DTM)572とから、各樹高を計
算する。地形データファイルはDTMの形で格納されて
いる(図20の581参照)。すなわち、地表反射点の
粗密によるデータのばらつきを押さえるため、非測定個
所のデータが補完されている。図20の582に示すよ
うに、この地形データに樹木代表点の平面座標値(X,
Y)を重ねる、DTMから作られる斜めの三角平面に
点が落とされる。図20の583に示すように、三角平
面上の標高を内挿計算し、その点の標高を求め、樹木代
表点の標高との差を取れば樹高が得られる
【0070】図21及び図22に示すように、接近木離
隔解析では、1次解析及び2次解析の結果から得られる
各種データファイル601〜606から、解析装置60
7が、接近木に関わる電線静止離隔電線横揺れ離隔、
樹木転倒離隔及び異常温度時の離隔を解析する。出力装
置610が、その解析結果、接近木離隔平面図、接近
木離隔検討図及び離隔解析結果表として出力する
に、これらのデータは、データファイル609として
Dなどの媒体に記録され、接近木管理システム620
送られる。
【0071】ユーザは、接近木管理システム620で、
新しい接近木離隔情報によってデータを更新すると共
に、これらを管理伐採計画の立案や接近木の管理に利用
する。
【0072】レーザ反射点データは、反射点の座標
(X,Y,Z)の他に、反射強度Reの情報を持ってい
る。これを利用すると樹種が判別できる例えば、この
システムで使用しているレーザ光の波長は近赤外領域に
あり、植物の活性度に関係する。例えば、広葉樹では針
葉樹に比べて反射率が高いことが知られている。密度
で隙間なく測定された反射率を用いると、図23に示す
ように、植生情報の疑似画像631を形成できる。DT
Mを作成する要領で、ビデオ画像632の画素に整合す
るようにデータを再配置すると、1画素の領域について
7つの次元(X,Y,Z,Re,R,G,B)の情報が
得られることになる。これらの情報の内、Re
及びBを使い、画像処理システム626で強調処理を施
す。強調処理の結果から、樹種を判定でき(628)、
その分布領域を識別することにより林相が区分できる
(627)。これらの解析結果は、平面図ばかりでな
く、任意の断面図として出力することもできる。
【0073】図24は、離隔検討の内容を模式的に示
す。任意の温度の電線の静止位置に対する樹木との離隔
は、A点とB点との離隔(例えば△で表す部分)であ
る。その電線が横揺れした場合に最も接近する離隔は、
P点とB点を結ぶ直線と電線AがP点を中心に描く弧
の交点とB点との離隔(例えば+で表す部分)である。
また、樹木が転倒するときの離隔は、A点又はA点が
を中心に描く弧とC点を支点としてB点が描く弧との
最短距離(例えば○で表す)である。これらの検討結果
は、樹木毎にァイル702に整理され、離隔検討図と
ともに出力される。
【0074】離隔討の結果は、図25に示すように
離隔平面図710としてもファイリングされ、また、出
力される。各検討離隔は、離隔の種別毎に色分けして任
意の縮尺で図示される。図25では、△、+及び○の
号で示す。付近の樹木を点線の○で示し、その中央の数
値は、樹木の位置を示す。
【0075】従来の空中写真測量による森林地域の地形
測量では樹高を推定して地面標高を計測しており、不正
確な要因が必ず伴っていたが、本実施例の空中レーザ測
定システムは、樹木等の地物を除去して地形のみのDT
MDTM(DigitalTerrain Mode
l;数値地形モデル)を発生する機能を具備しており、
正確な土工量が求められる土木分野で基礎的な設計資料
を収集するのに利用できる。逆に、森林部分のデータか
ら森林経営に必要な材積を求めることができる。
【0076】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、航空機に搭載するレーザ計測装置
により得られるデータを利用して地上の設備や樹木等の
三次元の座標データを迅速かつ高精度に得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 接近木管理伐採情報の生成の流れを示す説明
図。
【図2】 2軸ガルボミラースキャナによるレーザパル
ス操作状態説明図。
【図3】 レーザビームと測定モードを示す説明図。
【図4】 座標計算の説明図。
【図5】 キネマテックデファレンシャルGPS測位の
分布図。
【図6】 GPS測位システム説明図。
【図7】 空中測定システムのブロック図。
【図8】 地上解析システムのブロック図。
【図9】 データ処理・解析のブロック図。
【図10】 データ処理のブロック図。
【図11】 1次解析のブロック図。
【図12】 測定データから電線および地形データの分
離方法の説明図。
【図13】 異常温度カテナリ・横揺計算処理のブロッ
ク図。
【図14】 鉄塔の形状類型と電線カテナリー要素の説
明図。
【図15】 電線の横揺れ時の説明図。
【図16】 樹木代表点抽出ブロック図。
【図17】 樹形の主な類型説明図。
【図18】 樹木代表点の決定法の説明図。
【図19】 樹高計算ブロック図。
【図20】 樹高の算出説明図。
【図21】 接近木離隔解析ブロック図。
【図22】 林相解析ブロック図。
【図23】 樹種判定説明図。
【図24】 離隔検討の説明図。
【図25】 離隔の平面説明図。
【符号の説明】
100 調査のためのシステム 101 空中測定システム 102 地上解析システム 103 接近木管理システム 200 機器制御のためのコンピュータ 201 操作パネル 210 スキャニングレーザ測距装置 220 スキャニングレーザ測距装置 230 データ記録装置 240 キネマテックGPS受信機 250 キネマテックGPS受信機 260 慣性航法装置 270 ビデオ映像装置 290 地上解析システム 310 データ読み取り装置 320 データ処理・解析用コンピュータ 331 モニタ映像再生装置 332 図表出力装置 333 モニタ映像再生装置 340 大容量記憶装置 350 任意の媒体のバックアップ 360 接近木管理システム
フロントページの続き (72)発明者 高田 和典 東京都豊島区東池袋3丁目1番1号 朝 日航洋株式会社内 (72)発明者 高橋 誠 東京都中央区銀座六丁目15番1号 電源 開発株式会社内 (72)発明者 稲田 豊 東京都中央区銀座六丁目15番1号 電源 開発株式会社内 (72)発明者 ジョー リィアドスキー カナダ M3J2Z9 オンタリオ ノ ース ヨーク ワイルドキャット ロー ド 100 オプテック インコーポレー テッド内 (56)参考文献 特開 平9−133527(JP,A) 特開 平7−43109(JP,A) 特開 平10−318743(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 7/04 G01S 17/88 G01C 15/00 G01B 11/00

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】飛行体に搭載される空中レーザ計測装置で
    あって、当該飛行体の飛行方向に直交する面内で地上を
    走査するようにレーザビームを照射し、当該飛行体の位
    置及び姿勢、並びにレーザビーム反射体までの距離及び
    その方位計測する空中レーザ計測装置と、 当該空中レーザ計測装置による計測データを解析し、当
    該レーザビーム反射体の測地座標上の位置座標を算出す
    る解析装置とを具備し、 当該空中レーザ計測装置が、最初の反射パルスを検出す
    る第1のモードと最後の反射パルスを検出する第2のモ
    ードを具備し、第1のモードにより地上構造物を計測
    し、当該第2のモードにより地上形状を計測する ことを
    特徴とする計測システム。
  2. 【請求項2】飛行体に搭載される空中レーザ計測装置で
    あって、当該飛行体の飛行方向に直交する面内で地上を
    走査するようにレーザビームを照射し、当該飛行体の位
    置及び姿勢、並びにレーザビーム反射体までの距離及び
    その方位を計測する空中レーザ計測装置と、 当該空中レーザ計測装置による計測データを解析し、当
    該レーザビーム反射体の測地座標上の位置座標を算出す
    る解析装置とを具備し、 当該空中レーザ計測装置が、第1のビーム径のレーザパ
    ルス光で送電線を計測し、当該第1のビーム径より大き
    い第2のビーム径で樹木を計測することを特徴とする計
    測システム。
  3. 【請求項3】当該空中レーザ計測装置は、当該レーザビ
    ームのビーム径を変更自在である請求項1に記載の計測
    システム。
  4. 【請求項4】更に、当該解析装置の解析結果を図表出力
    する出力装置を具備する請求項1又は2に記載の計測シ
    ステム。
  5. 【請求項5】当該空中レーザ計測装置が、 当該飛行体の飛行速度に応じてレーザパルス光の走査面
    を変更自在なレーザ走査装置であって、当該飛行体の飛
    行に伴い計測対象を平行に走査するようにレーザパルス
    光を照射するレーザ走査装置と、 当該レーザ走査装置から出力されるレーザパルス光の反
    射光を受光する受光器と、 当該受光器の出力から当該レーザビーム反射体までの距
    離を計測する距離計測器と、 当該飛行体の三次元位置及び姿勢を計測する飛行位置計
    測器と、 当該距離計測器及び当該飛行位置計測器の計測データを
    記録媒体に記録する記録装置とを具備する請求項1又は
    に記載の計測システム。
  6. 【請求項6】当該距離計測器は更に、当該受光器の出力
    から当該計測対象の反射強度を計測する請求項5に記載
    の計測システム。
  7. 【請求項7】当該距離計測器は、当該計測対象からの最
    初の反射パルス光と最後の反射パルス光を弁別する手段
    を具備し、最初の反射パルスにより地上構造物を計測
    し、当該最後の反射パルスにより地上形状を計測する請
    求項5に記載の計測システム。
  8. 【請求項8】当該飛行位置計測器は、当該飛行体の三次
    元位置を計測するGPSセンサと、当該飛行体の運動方
    向及び姿勢を計測する慣性センサとからなる請求項5に
    記載の計測システム。
  9. 【請求項9】当該空中レーザ計測装置は、第1のビーム
    径のレーザパルス光で電線を計測し、当該第1のビー
    ム径より大きい第2のビーム径で木を計測する請求項
    1に記載の計測システム。
  10. 【請求項10】当該解析装置が、当該送電線の計測位置
    データからそのカテナリを算定するカテナリ算定手段
    と、当該カテナリ算定手段の算定結果及び当該送電線の
    近くの樹木の計測位置データを参照し、当該送電線の揺
    れ及び当該樹木の倒壊による当該送電線とその近くの樹
    木との接触の可能性を算定する接触可能性算定手段を具
    備する請求項2又は9に記載の計測システム。
  11. 【請求項11】当該解析装置が、当該レーザビームの反
    射強度により樹種を判定する樹種判定手段を具備する請
    求項2、9又は10に記載の計測システム。
  12. 【請求項12】地上の送電線とその近くの樹木との離隔
    を計測する方法であって、 飛行体の飛行に伴い、当該飛行体の飛行方向に直交する
    面内で地上を繰り返し走査するように、当該飛行体から
    地上に異なるビーム径のレーザパルス光を照射するレー
    ザ照射ステップと、 第1のビーム径のレーザパルス光の反射光により当該送
    電線の位置を計測し、当該第1のビーム径より大きい第
    2のビーム径のレーザパルス光の反射光により当該樹木
    の位置を計測する計測ステップと、 当該送電線の位置計測データからそのカテナリを算定す
    るカテナリ算定ステップと、 当該カテナリ算定ステップの算定結果を参照し、当該カ
    テナリ算定手段の算定結果を参照し、当該送電線の揺れ
    及び当該樹木の倒壊による当該送電線とその近くの樹木
    との距離を算定する距離算定ステップとを具備すること
    を特徴とする計測方法。
  13. 【請求項13】当該計測ステップは、最初の反射パルス
    光から距離を算定する第1のモードと最後の反射パルス
    光から距離を算定する第2のモードを具備し、当該第1
    のモードで当該送電線及び当該樹木を計測し、当該第2
    のモードで地上形状を計測する請求項12に記載の計測
    方法。
  14. 【請求項14】更に、反射強度により樹種を判定する樹
    種判定ステップを具備する請求項12に記載の計測方
    法。
  15. 【請求項15】飛行体に設置される空中レーザ計測装置
    であって、 当該飛行体の飛行速度に応じてレーザパルス光の走査面
    を変更自在なレーザ走査装置であって、当該飛行体の飛
    行に伴い、当該飛行体の飛行方向に直交する面内で計測
    対象を走査するようにレーザパルス光を照射するレーザ
    走査装置と、 当該レーザ走査装置から出力されるレーザパルス光の、
    当該計測対象による反射光を受光する受光器と、 当該受光器の出力から当該計測対象までの距離を計測す
    る距離計測器であって、当該計測対象からの最初の反射
    パルス光と最後の反射パルス光を弁別する手段を具備す
    る距離計測器と、 当該飛行体の三次元位置及び姿勢を計測する飛行位置計
    測器と、 当該距離計測器及び当該飛行位置計測器の計測データを
    記録媒体に記録する記録装置とを具備することを特徴と
    する空中レーザ計測装置。
  16. 【請求項16】当該距離計測器は更に、当該受光器の出
    力から当該計測対象による反射強度を計測する請求項
    に記載の空中レーザ計測装置。
  17. 【請求項17】当該飛行位置計測器は、当該飛行体の三
    次元位置を計測するGPSセンサと、当該飛行体の運動
    方向及び姿勢を計測する慣性センサとからなる請求項
    に記載の空中レーザ計測装置。
  18. 【請求項18】当該レーザ走査装置は、出力レーザパル
    ス光のビーム径を変更自在である請求項15に記載の空
    中レーザ計測装置。
  19. 【請求項19】更に、当該計測対象を撮影するビデオカ
    メラを具備し、当該記録装置は、当該ビデオカメラの撮
    影映像を、当該距離計測器及び当該飛行位置計測器の計
    測データとの同期を示す情報と共に第2の記録媒体に記
    録する請求項15に記載の空中レーザ計測装置。
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