JP6493267B2 - 風状態判定装置及び飛行体 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して、本発明に係る風状態判定装置の一実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る風状態判定装置1を備える飛行体の外観の一例を示す概要図である。ドローンDRNは、飛行体の一例であり、遠隔操縦又は自律制御により空中を飛行する。ドローンDRNは、複数のロータを備えており、このロータの回転数などを調整することにより、様々な方向に飛行する。なお、ここでは飛行体の具体例としてドローンDRNについて説明するが、飛行体はこれに限られない。
撮像部20は、カメラを備えており、自機の周辺の風景を撮像し、撮像した風景の画像である風景画像PICを生成する。すなわち、撮像部20は、自機の周辺の風景が撮像された風景画像PICを生成する。撮像部20は、生成した風景画像PICを制御部10に供給する。
GPS受信部40は、GPS(Global Positioning System)衛星が送信する測位信号を受信する。
記憶部50には、設備情報51が記憶されている。この設備情報51について、図3を参照して説明する。
画像抽出部11は、撮像部20が生成する風景画像PICから、電線WRの画像を抽出する(図4のステップS10)。この撮像部20が生成する風景画像PICの一例について、図5を参照して説明する。
画像抽出部11は、図5に示す風景画像PICから、電線WRの画像を抽出する。画像抽出部11が抽出する電線WRの画像の一例について、図6を参照して説明する。
なお、以下の説明において、2本の鉄塔TWのそれぞれの頂点、すなわち点P11と点P21を結ぶ弦CDの中点を、点P31と記載する。点P31から重力方向dGF、すなわち軸Zgの正の方向に下した線と、地面との交点を、点P32と記載する。点P31から電線WRの中間点である点P33を通る線と、地面との交点を、点P34と記載する。
差分算出部15は、画像内懸垂方向算出部13が算出した懸垂方向dCTと、画像内重力方向算出部14が算出した重力方向dGFとの差分を算出する(図4のステップS50)。すなわち、差分算出部15は、画像抽出部11が抽出する電線WRの画像に基づいて、電線WRが懸垂されている懸垂方向dCTと、重力方向dGFとの差分を算出する。図7に示す一例では、差分算出部15は、懸垂方向dCTと、重力方向dGFとの差分である角度θ1を算出する。
電線WRの合成荷重Wは、次の式(3)によって示される。
図8は、風圧がより強い場合の重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとの関係の一例を示す模式図である。風圧が図7に示す場合よりも強い場合、電線WRは、軸Xgの正方向にずれる。図7の場合に比べ、図8の場合の方が、電線WRのずれ量が大きい。具体的には、電線WRは、点P35に位置する。この点P35は、点P33よりもずれ量が大きい。電線WRが点P35に位置した場合、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとのなす角は、角度θ2である。この角度θ2は、風圧が弱い場合の角度θ1よりも大きい。風状態判定部16は、この角度θの大きさを判定することにより、風圧を判定することができる。
図9は、風向が逆方向の場合の重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとの関係の一例を示す模式図である。ここで風向が逆方向とは、風が軸Xgの負方向に吹いている場合をいう。風向が逆方向の場合、電線WRは、軸Xgの負方向にずれる。電線WRが点P36に位置した場合、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとのなす角は、角度θ3である。この角度θ3は、風向が軸Xgの正方向の場合の角度θ1と向きが逆である。風状態判定部16は、この角度θの向きを判定することにより、風向を判定することができる。
図10から図11を参照して、第2の実施形態に係る風状態判定装置2について説明する。なお、上述した第1の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
風状態判定装置2は、制御部10に代えて制御部110を備えている。
制御部110は、傾き算出部12に代えて、画像内重力方向算出部114と、現在位置判定部117と、懸垂曲線面推定部118とを備える点において、上述した第1の実施形態の制御部10と異なる。
図11は、本実施形態の懸垂曲線面推定部118による懸垂曲線面の推定結果の一例を示す図である。懸垂曲線面推定部118は、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと、中間点P31とを結んだ直線Pd−P31を算出する。また、懸垂曲線面推定部118は、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと、電線WRの各両側支持点とを結んだ直線Pd−P11及び直線Pd−P21との3次元的角度である視野角θd1及び視野角θd2を算出する。懸垂曲線面推定部118は、撮像された画像内において直線CDを、視野角θd1:視野角θd2として内分することにより、中間点P31の画像内位置を算出する。また、懸垂曲線面推定部118は、3次元空間において、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと直線CDを含む面Sdcdと、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと垂線P31−P32を通る面とがなす角度を、画像内において直線CDと垂線がなす角度として算出する。
これら画像内重力方向算出部114、現在位置判定部117及び懸垂曲線面推定部118の具体的な動作について、図12を参照して説明する。
以下、風状態判定装置2の各部は、第1の実施形態と同様に処理を行う。
すなわち、差分算出部15は、直線CDに平行な接線と画像が示す電線WRの接点と中間点P31とを結ぶ懸垂方向dCTと、画像内重力方向算出部114が推定する懸垂曲線が示す重力方向dGFとに基づいて、差分を算出し、さらに視野角により補正し3次元差分θを算出する(ステップS50)。
差分算出部15は、画像抽出部11が抽出した鉄塔TWの上下方向、或は懸垂曲線面推定部118で求めたCD及び垂線が画像内でなす角度と、上記視野角による求まる内分点P31を基に垂線P31−P32を算出する。画像内のP33は懸垂線WRとCDに平行な直線が接する点として近似的に求められ、画像内における懸垂線傾きが直線P31−P33と上記垂線P31−P32のなす角度θcとして求められる。
差分算出部15は、この画像内角度θcを、P31を中心とした3次元極座標空間における直線Pd−P31の仰角、方位角から補正換算することにより、3次元空間における懸垂線傾きがP31を中心とした3次元空間における垂線P31−P32と直線P31−P33の成す角度θとして算出する。
すなわち、直線Pd−P31と極座標の中心P31で直交する面を面Srとすると、面Sr上への垂線P31−P32の投影線と、角度θcにより中間点P31で交差する面Srの直交面Sc上に直線P31−P33は存在することになり、中間点P31を通り直線CDから90度の方位角をもつ鉛直面SmとScとの交差線として直線P31−P33が求まる。
図13は、本実施形態の3次元的角度の一例を示す図である。この直線P31−P33と垂線P31−P32とが成す3次元的角度が、図7における懸垂線WRの傾きθ1である。この直線P31−P33の振れ、つまりP33の振れを鉛直下方向に満た様子を図14に示す。
図14は、本実施形態の電線の振れの一例を示す図である。
風状態判定部16は、差分算出部15が算出する差分と、電線径や単位長さ重量を含む電線情報とに基づいて、鉄塔TWの間に吹く風の状態を判定する(ステップS60)。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (6)
- 自装置の周辺の風景が撮像された風景画像を生成する撮像部と、
前記撮像部が生成する前記風景画像内に複数の構造物の間に懸垂される線状物の画像が存在する場合に、前記風景画像から前記線状物の画像を抽出する画像抽出部と、
前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像に基づいて、前記線状物が懸垂されている懸垂方向と、重力方向との差分を算出する差分算出部と、
前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の状態を判定する風状態判定部と
を備える風状態判定装置。 - 重力方向に対する前記撮像部の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部が算出する前記傾きに基づいて、前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像における重力方向を示す画像内重力方向を算出する画像内重力方向算出部と、
を更に備え、
前記差分算出部は、
前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記画像内重力方向算出部が算出する前記画像内重力方向とに基づいて、前記差分を算出する
請求項1に記載の風状態判定装置。 - 前記構造物の径間を少なくとも含む設備情報に基づいて、前記構造物間に懸垂される前記線状物の懸垂曲線面を推定する懸垂曲線面推定部
を更に備え、
前記差分算出部は、
前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記懸垂曲線面推定部が推定する前記懸垂曲線面が示す重力方向とに基づいて、前記差分を算出する
請求項1又は請求項2に記載の風状態判定装置。 - 前記風状態判定部は、
前記差分算出部が算出する前記差分と、前記線状物に関する設備情報とに基づいて、前記構造物の間に吹く風の風圧を判定する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の風状態判定装置。 - 前記風状態判定部は、
前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の風向を判定する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の風状態判定装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の風状態判定装置
を備える飛行体。
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