JP6813427B2 - 位置測定システム、位置測定方法、および移動ロボット - Google Patents

位置測定システム、位置測定方法、および移動ロボット Download PDF

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本開示は、点検ロボットなどのターゲットの位置を測定する位置測定システムおよび位置測定方法に関する。また、そのターゲットの位置の測定に使用される移動ロボットに関する。
従来より、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などのＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の衛星からの信号を用いて測量装置などのターゲットの位置を測定することが行われている。また、ＧＰＳの衛星からの信号（ＧＰＳ信号）を受信できない場所に配置されたターゲットのＧＰＳ座標系上における位置（ＧＰＳ位置）を測定する方法が知られている。
例えば、特許文献１に記載されたＧＰＳ位置計測方法は、ＧＰＳ信号を受信できない場所（ＧＰＳ信号から遮蔽された場所）あるいはＧＰＳ信号の受信強度が低い場所であるトンネル内に配置された計測局のＧＰＳ位置を計測するために、ＧＰＳ衛星から時刻情報を受信する中継局と、それぞれが既知位置に配置されて中継局から時刻情報を取得し、既知位置の情報と時刻情報とに基づいて疑似的なＧＰＳ信号を計測局に送信する４つの疑似衛星局とを有する。この４つの疑似衛星局からの疑似的なＧＰＳ信号に基づいて計測局は自己位置を特定する。
特開２００１−２３５５３２号公報
特許文献１に記載されたＧＰＳ位置計測方法の場合、ターゲット（計測局）の位置の確からしさ、すなわちターゲットの位置の精度は、ＧＰＳ衛星から送信されて中継局が受け取るＧＰＳ信号による測位精度に依存する。しかしながら、ＧＰＳ衛星が刻々と位置を変更するのに対して中継局が不動状態で維持されるため、受信するＧＰＳ信号による測位精度も変化する。その結果として、安定した精度でターゲットの位置を測定できない可能性がある。例えば、ターゲットがトンネルの検査などに使用される移動可能な測量装置（例えばドローン）である場合、その位置を安定した精度で測定できないことは、その測量結果の信頼性に影響しうる。
そこで、本開示は、ＧＰＳ信号などのＧＮＳＳ信号を用いて、ＧＮＳＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＮＳＳ信号の受信強度が低い場所にあるターゲットの位置を安定した精度で測定することを課題とする。
本開示の一態様によれば、
移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定システムであって、
前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、
前記移動ロボットに搭載され、受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、
前記移動ロボットに搭載され、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、
前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出する相対位置検出部と、
前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部と、を有する位置測定システムが提供される。
また、本開示の別の態様によれば、
移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定方法であって、
前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部によって受信されたＧＮＳＳ信号による測位精度の評価を行い、
第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させ、
前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出し、
前記高精度受信位置で受信されたＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出する、位置測定方法が提供される。
さらに、本開示のさらに別の態様によれば、
ターゲットの位置の測定に利用可能な移動ロボットであって、
ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて、前記ターゲットの位置の測定に使用される前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、
受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、
第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、を有する移動ロボットが提供される。
本開示によれば、ＧＰＳ信号などのＧＮＳＳ信号を用いて、ＧＮＳＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＮＳＳ信号の受信強度が低い場所にあるターゲットの位置を安定した精度で測定することができる。
本開示の実施の形態１に係る位置測定システムの概略図 実施の形態１に係る位置測定システムの構成を示すブロック図 評価値マップの概念図 相対位置の検出の一例を説明するための図 評価値マップ作成のフローチャート図 位置測定の流れの一部分を示すフローチャート図 位置測定の流れの残りの部分を示すフローチャート図 実施の形態２に係る位置測定システムの概略図 実施の形態２に係る位置測定システムの構成を示すブロック図 実施の形態３に係る位置測定システムの構成を示すブロック図 実施の形態４に係る位置測定システムの構成を示すブロック図 実施の形態５に係る位置測定システムの構成を示すブロック図 実施の形態６に係る、位置を固定するための固定部を備えるＧＰＳ信号受信ロボットの概略的斜視図
本開示の一態様の位置測定システムは、移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定システムであって、前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、前記移動ロボットに搭載され、受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、前記移動ロボットに搭載され、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出する相対位置検出部と、前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部と、を有する。
この態様によれば、ＧＰＳ信号などのＧＮＳＳ信号を用いて、ＧＮＳＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＮＳＳ信号の受信強度が低い場所にあるターゲットの位置を安定した精度で測定することができる。
前記位置測定システムが、前記移動ロボットに搭載された移動ロボット側通信部と、前記ターゲットに搭載され、前記移動ロボット側通信部と通信するターゲット側通信部と、前記移動ロボット側通信部と前記ターゲット側通信部との間の通信経路の品質を評価する通信経路品質評価部と、を有し、前記位置制御部が、前記高精度受信位置であって、且つ、第１のしきい品質に比べて高い品質の通信経路を確立可能な高品質通信位置でもある位置に前記移動ロボットを移動させ、前記相対位置検出部が、前記高精度受信位置且つ前記高品質通信位置である位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出し、前記ターゲット位置算出部が、前記高精度受信位置且つ前記高品質通信位置である位置で受信されたＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出してもよい。これにより、移動ロボットとターゲットとの間の通信経路の品質が変化する場合、ターゲットの位置を安定した精度で測定することができる。
前記位置測定システムが、前記移動ロボットに搭載され、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部の精度評価結果と前記通信経路品質評価部の品質評価結果とに基づいて、空間上の位置それぞれについての前記ＧＮＳＳ信号の受信と前記ターゲットとの通信とに対するＧＮＳＳ信号の中継に関する適性を示す適性評価値を含む評価値マップを作成する評価値マップ作成部を有し、前記位置制御部が、前記評価値マップに基づいて、最高適性評価値の位置に前記移動ロボットを移動させてもよい。これにより、高精度受信位置であって且つ高品質通信位置でもある位置に、移動ロボットを短時間で配置することができる（トライアンドエラーによって当該位置を探索する場合に比べて）。
前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、評価されたＧＮＳＳ信号による側器精度が前記第１のしきい精度に比べて高く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて高い第１の状況である場合、前記ターゲット位置算出部が、前記ターゲットの位置を算出してもよい。これにより、最高適性評価値の位置が、高精度受信位置であって且つ高品質通信位置でもある位置に該当するかが確認され、その結果として、確実に、ターゲットの位置を安定した精度で測定することができる。
前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて低い第２のしきい精度に比べて低く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて低い第２のしきい品質に比べて低い第２の状況である場合、前記評価値マップ作成部が、前記評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度と通信経路の品質とを用いて前記評価値マップを更新してもよい。これにより、最新の状況に適した評価値マップが作成される。
前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて高く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて高い第１の状況と、前記評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて低い第２のしきい精度に比べて低く、且つ、前記評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて低い第２のしきい品質に比べて低い第２の状況との両方に対して異なる状況である場合、前記位置制御部が、前記移動ロボットを移動させて位置を変更してもよい。これにより、高精度受信位置であって且つ高品質通信位置でもある位置の探索が継続される。
前記相対位置検出部と前記ターゲット位置算出部とが前記ターゲットに搭載されてもよく、その場合、前記ＧＮＳＳ信号受信部によって算出された前記移動ロボットの位置が、前記移動ロボット側通信部から前記ターゲット側通信部に送信される。
前記位置測定システムが、前記ターゲットに搭載され、前記ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記ターゲットの位置を算出する第２のＧＮＳＳ信号受信部を有してもよい。これにより、ターゲットがＧＮＳＳ信号を受信できる位置に存在する場合、第２のＧＮＳＳ信号受信部によって受信されたＧＮＳＳ信号に基づいてターゲットの位置を算出することができる。
前記位置測定システムが、第２のＧＮＳＳ信号受信部を有する場合、前記ターゲットに搭載され、前記ターゲット位置算出部および前記第２のＧＮＳＳ信号受信部それぞれによって算出された前記ターゲットの位置を統合するターゲット位置統合部を有してもよい。それにより、ターゲット位置算出部によって算出された位置または第２のＧＮＳＳ信号受信部によって算出された位置それぞれに比べて、統合後の位置は高い信頼性を備える。
前記位置測定システムが、第２のＧＮＳＳ信号受信部を有する場合、前記ターゲットに搭載され、前記ターゲット位置算出部および前記第２のＧＮＳＳ信号受信部それぞれによって算出された前記ターゲットの位置を選択するターゲット位置選択部を有してもよい。それにより、例えば、相対的に高精度のＧＮＳＳ信号に基づいて算出された位置を、測定結果として得ることができる。
前記ターゲットが、移動可能であって、前記ターゲットの位置を用いて測量を行うロボットであってもよい。それにより、安定した精度で測定されたターゲットの位置に基づいて、安定した精度で測量を行うことができる。
前記移動ロボットが、その位置を固定するための固定部を備えてもよい。それにより、高精度受信位置に移動ロボットを留めることができるので、より安定した精度でターゲットの位置を測定することができる。
本開示の別の態様の位置測定方法は、移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定方法であって、前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部によって受信されたＧＮＳＳ信号による測位精度の評価を行い、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させ、前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出し、前記高精度受信位置で受信されたＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出する。
この態様によれば、ＧＰＳ信号などのＧＮＳＳ信号を用いて、ＧＮＳＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＮＳＳ信号の受信強度が低い場所にあるターゲットの位置を安定した精度で測定することができる。
本開示のさらに別の態様の移動ロボットは、ターゲットの位置の測定に利用可能な移動ロボットであって、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて、前記ターゲットの位置の測定に使用される前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、を有する。
この態様によれば、ＧＰＳ信号などのＧＮＳＳ信号を用いて、ＧＮＳＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＮＳＳ信号の受信強度が低い場所にあるターゲットの位置を安定した精度で測定することが可能になる。
前記移動ロボットが、前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出するための相対位置検出部を有してもよい。
前記移動ロボットが、前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部を有してもよい。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る位置測定システムを概略的に示している。図２は、位置測定システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、位置測定システム１０は、移動可能なロボットであるＧＰＳ信号受信ロボット１００と、位置測定の対象（ターゲット）である点検ロボット２００とを有する。また、位置測定システム１０は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の一例であるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の複数のＧＰＳ衛星ＧＳ１〜ＧＳ４からの信号（ＧＰＳ信号）Ｓ１〜Ｓ４を利用して点検ロボット２００の位置を測定する。なお、本実施の形態の場合、点検ロボット２００は、ＧＰＳ信号Ｓ１〜Ｓ４を受信することができない場所、例えばトンネルＴ内で点検（そのための測量）を行うように構成されている。
図１に示すように、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、例えば、三次元空間を自由に移動可能なマルチコプター形態のロボット、いわゆるドローンである。また、図２に示すように、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、点検ロボット２００と通信するための通信部１０２と、位置を変更するための位置制御部１０４と、ＧＰＳ信号Ｓ１〜Ｓ４を受信するためのＧＰＳ信号受信部１０６と、その受信したＧＰＳ信号による測位精度を評価するＧＰＳ信号精度評価部１０８と、点検ロボット２００との間の通信経路の品質を評価する通信経路品質評価部１１０と、評価値マップを作成する評価値マップ作成部１１２と、記憶部１１４とを有する。
一方、位置測定対象（ターゲット）の点検ロボット２００は、本実施の形態の場合、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と同様に、三次元空間を自由に移動可能なマルチコプター形態のロボット、いわゆるドローンである。また、図２に示すように、点検ロボット２００は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と通信するための通信部２０２と、位置を変更するための位置制御部２０４と、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出する相対位置検出部２０６と、点検ロボット２００の位置を算出する位置算出部２０８と、測量を行うための測量部２１０と、記憶部２１２とを有する。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２と点検ロボット２００の通信部２０２は、電波を用いて互いに対して無線通信を行うように構成され、例えばアンテナと送受信機とから構成される。ＧＰＳ信号受信ロボット１００および点検ロボット２００の一方から他方への種々の情報Ｄ（データ）の提供は、これらの通信部１０２、２０２を介して行われる。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置制御部１０４と点検ロボット２００の位置制御部２０４は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００の位置を変更する、すなわち移動させるためのものである。本実施の形態の場合、両方のロボット１００、２００がマルチコプター形態であるため、位置制御部１０４、２０４は、複数の回転翼と、その回転翼それぞれを回転駆動する複数のモーターと、モーターの回転数を制御するモーター制御装置とから構成される。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６は、図１に示すＧＰＳ衛星ＧＳ１〜ＧＳ４からのＧＰＳ信号Ｓ１〜Ｓ４を受信するＧＰＳ信号受信機であって、受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置、すなわちＧＰＳ座標系における位置を算出する。なお、ＧＰＳ衛星ＧＳ１〜ＧＳ４に搭載されている時計（原子時計）とＧＰＳ信号受信部１０６に搭載されている時計との間の誤差を考慮して、ＧＰＳ信号受信部１０６は４基以上のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信するのが好ましい。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号精度評価部１０８は、ＧＰＳ信号受信部１０６によって受信されたＧＰＳ信号による測位精度を評価する。ＧＰＳ信号による測位精度は、例えば信号の精度低下率（ＤＯＰ：Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）や、受信衛星数、ＧＰＳ測位品質（単独測位、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ測位、ＲＴＫ−Ｆｉｘ測位、ＲＴＫ−Ｆｌｏａｔ測位）や、ＧＰＳ信号を所定の期間継続して受信することによってその間に得られた測位位置の分散値・標準偏差値などによって表され、さらに、それらの組み合わせおよび線形結合によって表すことができる。
ＤＯＰはＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＤＯＰ）、ＨＤＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ＤＯＰ）、ＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ＤＯＰ）の値が用いられ、ＰＤＯＰは位置精度、ＨＤＯＰ、ＶＤＯＰはＰＤＯＰの水平成分と、垂直成分を表す。ＰＤＯＰ、ＨＤＯＰ、ＶＤＯＰは値が小さければ測位精度が高く、値が大きければ測位精度が低く、確率分布の標準偏差と同じように扱うことができる。ＧＰＳ測位品質は、ＲＴＫ−Ｆｉｘ測位、ＲＴＫ−Ｆｌｏａｔ測位、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ測位、単独測位、の順に測位精度が高い。ＧＰＳ測位品質ごとの測位精度の具体的な高低はＧＰＳ測位システムに依存し、ＧＰＳ測位システムごとに固有に決定されるものである。ＧＰＳ信号を所定の期間継続して受信することによってその間に得られた測位位置の分散値・標準偏差値については、分散値は標準偏差値の２乗によって表され、大きいほど測位精度が低く、小さいほど測位精度が高い。
ＧＰＳ信号精度評価部１０８は、ＧＰＳ信号による測位精度の評価結果として、精度評価値ＡＶを算出する。その算出された精度評価値ＡＶは、その精度が評価されたＧＰＳ信号を受信したときのＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置に対応付けされて記憶部１１４に記憶される。
なお、ＧＰＳ信号による測位精度が高いことは、その信号を用いてＧＰＳ信号受信部１０６によって算出されるＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置の精度が高いことを意味する。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信経路品質評価部１１０は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２と点検ロボット２００の通信部２０２との間における通信経路の品質を評価する。通信経路の品質は、例えば、点検ロボット２００の通信部２０２が受信する電波信号の受信強度、信号ノイズ比、送受信エラーレートなどによって表すことができる。さらに、それらの組み合わせおよび線形結合によって表すことができる。電波信号の受信強度は大きければ通信経路の品質が高く、小さければ品質が低い。信号ノイズ比は、大きければ通信経路の品質が高く、小さければ品質が低い。送受信エラーレートは大きければ通信経路の品質が低く、小さければ品質が高い。
通信経路品質評価部１１０は、通信経路の品質の評価結果として、品質評価値ＱＶを算出する。その算出された品質評価値ＱＶは、その通信経路の品質が評価されたときのＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置に対応付けされて記憶部１１４に記憶される。
通信経路の品質を評価するために、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２と点検ロボット２００の通信部２０２は、情報のやりとりを行う。例えば、点検ロボット２００の通信部２０２が受信した信号の強度に関する情報が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２に送信される。
ＧＰＳ信号受信ロボット１００の評価値マップ作成部１１２は、ＧＰＳ信号精度評価部１０８の精度評価結果と通信経路品質評価部１１０の品質評価結果に基づいて、評価値マップを作成する。
具体的に説明すると、評価値マップは、点検ロボット２００の位置を測定するのに最適なＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置の探索を補助するためのマップである。評価値マップは、空間上の位置それぞれについてのＧＰＳ信号の受信とターゲットとの通信とに対するＧＮＳＳ信号の中継に関する適性を示す適性評価値ＦＶを含んでいる。
適性評価値ＦＶは、ＧＰＳ信号精度評価部１０８によって算出された精度評価値ＡＶと通信経路品質評価部１１０によって算出された品質評価値ＱＶとに基づいて算出される。
具体的には、空間上のある位置の適性評価値ＦＶは、その位置における精度評価値ＡＶと品質評価値ＱＶとによって算出される。
図３は、評価値マップの概念図である。例えば、空間上の位置をＸ−Ｙ−Ｚ座標系の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で表現すると、図３は、Ｚ＝Ｚｎにおける適性評価値ＦＶの分布を示している。位置（Ｘｎ−１、Ｙｎ＋１、Ｚｎ）における一例の適性評価値ＦＶは、位置（Ｘｎ−１、Ｙｎ＋１、Ｚｎ）に対応付けされて記憶部１１４に記憶されている精度評価値ＡＶと品質評価値ＱＶの関数である。例えば、適性評価値ＦＶは、数式１のように定義される。
Figure 0006813427
係数α、βは重み付けである。ＧＰＳ信号受信ロボット１００が配置されうる位置の適性評価値ＦＶは、高精度なＧＰＳ信号を受信することが最も重要であるため、通常、係数αが係数βに比べて大きく設定される。なお、係数α、βは、状況に応じて、または必要に応じて変更されてもよい。また、精度評価値ＡＶと品質評価値ＱＶの関数である適性評価値ＦＶを定義する式は、数式１以外の式であってもよい。
なお、評価値マップの作成方法の詳細は後述するが、作成された評価値マップはＧＰＳ信号受信ロボット１００の記憶部１１４に、データとして記憶されている。また、評価値マップは、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が配置されうる全部の位置でＧＰＳ信号による測位精度を評価するとともに通信経路の品質を評価することによって作成されてもよい。また、評価値マップは、粗密探索法や山登り法・最急降下法などの勾配法に代表される最小値探索アルゴリズムによっても作成することが可能である。
図２に戻り、点検ロボット２００の相対位置検出部２０６は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出するように構成されている。
図４は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置検出の一例を示している。
図４に示すように、相対位置を検出するために、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、異なるパターン信号ＳＡ〜ＳＤをそれぞれ出力する複数（４つ）のパターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄを有する。この複数のパターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄそれぞれは、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の異なる位置に設けられている。一方、点検ロボット２００は、複数のパターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄから送信されたパターン信号ＳＡ〜ＳＤを受信するパターン信号受信装置２５０を有する。
相対位置検出部２０６は、パターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄから送信されたパターン信号ＳＡ〜ＳＤの伝播時間（送信されてから受信されるまでの時間）に基づいて、パターン信号受信装置２５０からＧＰＳ信号受信ロボット１００のパターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄそれぞれまでの距離を算出する。そして、その算出した距離に基づいて、相対位置検出部２０６は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出（算出）する。すなわち、相対位置検出部２０６は、ＧＰＳと同様の方法を用いて相対位置を算出する。なお、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に搭載されている時計と点検ロボット２００に搭載されている時計との間の誤差を考慮して、相対位置検出部２０６は、４基以上のパターン信号送信装置から送信されるパターン信号に基づいて相対位置を検出するのが好ましい。また、検出された相対位置は、記憶部２１２にデータとして記憶される。
詳細は後述するが、本実施の形態の場合、相対位置検出部２０６は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が、精度評価値ＡＶが第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１に比べて高い、すなわち高精度のＧＰＳ信号を受信できる高精度受信位置にあって、且つ、品質評価値ＱＶが第１のしきい品質評価値ＱＶＴ１に比べて高い、すなわち点検ロボット２００との間に高品質の通信経路を確立できる高品質通信位置である位置に存在する場合に、点検ロボット２００の相対位置検出を行う。
点検ロボット２００の位置算出部２０８は、点検ロボット２００の位置、本実施の形態の場合、ＧＰＳ座標系における位置を算出する。そのために、ＧＰＳ信号受信部１０６によって算出されたＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置（ＧＰＳ座標系における位置）の情報と、相対位置検出部２０６によって検出されたＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置の情報とを取得する。その取得した情報に基づいて、位置算出部２０８は、点検ロボット２００の位置（ＧＰＳ座標系における位置）を算出する。
詳細は後述するが、本実施の形態の場合、位置算出部２０８は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が上述の高精度受信位置にあって且つ上述の高品質通信位置にある場合に、点検ロボット２００の位置の算出を行う。
点検ロボット２００の測量部２１０は、例えばトンネルＴの天井や側面を測量するレーザ測量器、天井や側面を撮影するカメラなどの測量デバイスである。測量部２１０は、位置算出部２０８によって算出された点検ロボット２００の位置を用いて測量を行う。測量部２１０の測量結果は、記憶部２１２にデータとして記憶される、または、測量結果をモニタリングするための外部装置（図示せず）に送信される。
ここまでは、位置測定システム１０の構成要素、すなわちＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００それぞれの構成要素について説明していた。ここからは、評価値マップの作成方法と、その評価値マップを用いて点検ロボット２００の位置を算出する方法とについて説明する。
図５は、評価値マップ作成の一例の流れを示すフローチャート図である。
図５に示すように、まず、ステップＳ１０において、ＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６がＧＰＳ信号を受信する。
次に、ステップＳ１２において、ＧＰＳ信号受信部１０６が、ステップＳ１０で受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ信号受信ロボット１００の現在位置Ｐｃを算出する。
続いて、ステップＳ１４において、ＧＰＳ信号精度評価部１０８が、ステップＳ１０で受信したＧＰＳ信号による測位精度を評価する、すなわち精度評価値ＡＶを算出する。
ステップＳ１６において、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２が、通信経路の品質を評価するための通信を、点検ロボット２００の通信部２０２との間で行う。
次に、ステップＳ１８において、通信経路品質評価部１１０が、ステップＳ１６での通信の通信経路の品質を評価する、すなわち、品質評価値ＱＶを算出する。
ステップＳ１４で算出された精度評価値ＡＶとステップ１８で算出された品質評価値ＱＶとに基づいて、ステップＳ２０において、評価値マップ作成部１１２が、現在位置Ｐｃの適性評価値ＦＶを算出する。
ステップＳ２２において、ステップＳ２０で算出された適性評価値ＦＶと現在位置Ｐｃとが対応付けされて記憶部１１４に記憶される。
ステップＳ２４において、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が配置されうる位置全てについて、適性評価値ＦＶの算出が完了したか否かが判定される。全ての位置についての適性評価値ＦＶの算出が完了している場合、評価値マップの作成が終了し、記憶部１１４に完成した評価値マップが記憶されている。
なお、評価値マップが、上述したように粗密探索法や山登り法・最急降下法などの勾配法に代表される最小値探索アルゴリズムによって作成される場合、ステップＳ２４においては、勾配法によって評価値マップを作成するために最低限必要な位置全てについての適性評価値ＦＶの算出が完了しているか否かが判定される。最低限必要な位置すべてというのは、例えば、ある大きさのＸＹＺ軸によって構成される立方体を各軸に対してある分割数で等分に分割したときの分割面の交点が取りうる値すべてである。また、方角で表すと、Ｘ軸は東西方向、Ｙ軸は南北方向、Ｚ軸は高さ方向を表す。
一方、全ての位置についての適性評価値ＦＶの算出が完了していない場合、ステップＳ２６に進み、位置制御部１０４が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を変更する。そして、ステップＳ１０に戻り、変更後の位置についての適性評価値ＦＶの算出が実行される。
図６Ａおよび図６Ｂは、評価値マップを用いて点検ロボット２００の位置を算出する一例の流れを示すフローチャート図である。
図６Ａに示すように、まず、ステップＳ５０において、位置制御部１０４が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００を、評価値マップにおいて最も高い適性評価値ＦＶを備える位置に移動させる。例えば、図３に示すように、位置ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にいるＧＰＳ信号受信ロボット１００が、最高適性評価値ＦＶｍａｘを備える位置（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）に移動される。
次に、ステップＳ５２において、ステップＳ５０で最高適性評価値ＦＶｍａｘに移動したＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６が、ＧＰＳ信号を受信する。
続いて、ステップＳ５４において、ＧＰＳ信号受信部１０６が、ステップＳ５２で受信したＧＰＳ信号に基づいてＧＰＳ信号受信ロボット１００の現在位置Ｐｃを算出する。
続いて、ステップＳ５６において、ＧＰＳ信号精度評価部１０８が、ステップＳ５２で受信したＧＰＳ信号による測位精度を評価する、すなわち精度評価値ＡＶを算出する。
ステップＳ５８において、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２が、通信経路の品質を評価するための通信を、点検ロボット２００の通信部２０２との間で行う。
次に、ステップＳ６０において、通信経路品質評価部１１０が、ステップＳ５８での通信の通信経路の品質を評価する、すなわち、品質評価値ＱＶを算出する。
図６Ｂに示すように、ステップＳ６２において、ステップＳ５６で算出された精度評価値ＡＶが第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１に比べて高く、且つ、ステップＳ６０で算出された品質評価値ＱＶが第１のしきい品質評価値ＱＶＴ１に比べて高い状況（第１の状況）であるか否かが判定される。第１の状況である場合にはステップＳ６４に進む。そうでない場合にはステップＳ６８に進む。
このステップＳ６２は、評価値マップにおいて最高適性評価値ＦＶｍａｘを備える位置を再確認するためのステップである。すなわち、この位置が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が、高い測位精度を得られるＧＰＳを受信できる高精度受信位置にあって、且つ、点検ロボット２００との間に高品質の通信経路を確立できる高品質通信位置である位置に存在することを確認するためのステップである。
そのため、第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１は、高い測位精度を得られるＧＰＳ信号を受信するために最低限必要なＧＰＳ信号によるの測位精度に対応し、第２のしきい品質評価値ＱＶＴ１は、高品質の通信経路を確立するために最低限必要な通信経路の品質である。この通信経路の品質は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置検出や点検ロボット２００の位置算出のために必要な点検ロボット２００への該ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置（データ）の送信に影響する。したがって、第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１と、第２のしきい品質評価値ＱＶＴ１は、点検ロボット２００の位置を高精度に測定するために必要な最低限の値である。
なお、これらの第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１と第１のしきい精度評価値ＱＶＴ１は、要求される点検ロボット２００の位置測定精度に応じて変更可能であってもよい。
ステップＳ６２で、精度評価値ＡＶが第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１に比べて高く、且つ、品質評価値ＱＶが第１のしきい品質評価値ＱＶＴ１に比べて高い状況（第１の状況）であると判定された場合、ステップ６４において、点検ロボット２００の相対位置検出部２０６が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置Ｐｒを検出する。
次に、ステップ６６において、点検ロボット２００の位置算出部２０８が、ステップＳ５４で算出したＧＰＳ信号受信ロボット１００の現在位置ＰｃとステップＳ６４で検出された相対位置Ｐｒとに基づいて、点検ロボット２００の位置Ｐｔを算出する。そして、点検ロボット２００の位置測定が終了する。
ステップＳ６２で、精度評価値ＡＶが第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１に比べて高く、且つ、品質評価値ＱＶが第１のしきい品質評価値ＱＶＴ１に比べて高い状況（第１の状況）ではないと判定された場合、ステップＳ６８において、次の判定が行われる。具体的には、ステップ５６で算出された精度評価値ＡＶが第２のしきい精度評価値ＡＶＴ２に比べて低く、且つ、ステップ６０で算出された品質評価値ＱＶが第２のしきい精度評価値ＱＶＴ２に比べて低い状況（第２の状況）であるか否かが判定される。この第２のしきい精度評価値ＡＶＴ２は、第１のしきい精度評価値ＡＶＴ１に比べて低い値に設定されている。また、第２のしきい品質評価値ＱＶＴ２は、第１のしきい品質評価値ＱＶＴ１に比べて低い値に設定されている。判定の結果、第２の状況である場合にはステップＳ７０に進む。そうでない場合にはステップＳ８０に進む。
ステップＳ７０において、ステップＳ５６で算出された精度評価値ＡＶが第３のしきい精度評価値ＡＶＴ３に比べて低く、且つ、ステップＳ６０で算出された品質評価値ＱＶが第３のしきい品質評価値ＱＶＴ３に比べて低い状況であるか否かが判定される。この第３のしきい精度評価値ＡＶＴ３は、第２のしきい精度評価値ＡＶＴ２に比べて低い値に設定されている。また、第３のしきい品質評価値ＱＶＴ３は、第２のしきい品質評価値ＱＶＴ２に比べて低い値に設定されている。精度評価値ＡＶが第３のしきい精度評価値ＡＶＴ３に比べて低く、且つ、品質評価値ＱＶが第３のしきい品質評価値ＱＶＴ３に比べて低い場合、ステップＳ７２に進む。そうでない場合にはステップＳ７４に進む。
ステップＳ７２において、評価値マップが再作成される。これは、評価値マップにおける最高適性評価値ＦＶｍａｘの位置であるにもかかわらず、その位置で算出された精度評価値ＡＶと品質評価値ＱＶが低いためである。すなわち、使用した評価値マップが最新の状況にあわないからである。そのために、最新の状況に基づいて、その最新の状況に合った最新の評価値マップを、図５に示す流れにしたがって再作成する。
ステップＳ７４において、評価値マップ作成部１１２は、ステップＳ５６で算出された精度評価値ＡＶとステップＳ６０で算出された品質評価値ＱＶを用いて、評価値マップにおける現在位置Ｐｃの適性評価値ＦＶを更新する。すなわち、最高適性評価値ＦＶｍａｘを備える現在位置Ｐｃが、点検ロボット２００の位置測定に適さない位置として更新される。これにより、最新の状況に応じて評価値マップが更新される。
ステップＳ７４に続くステップＳ７６において、評価値マップにおける適性評価値ＦＶの更新が連続して、例えば２回連続して実行されたか否かが判定される。更新が連続して行われた場合、ステップ７８に進み、ステップＳ７２と同様に、評価値マップが再作成される。そうでない場合には、点検ロボット２００の位置Ｐｔを測定するために、図６Ａに示すステップＳ５０に戻る。
ステップＳ６８で、精度評価値ＡＶが第２のしきい精度評価値ＡＶＴ２に比べて低く、且つ、品質評価値ＱＶが第２のしきい精度評価値ＱＶＴ２に比べて低い状況（第２の状況）ではないと判定された場合、ステップＳ８０において、位置制御部１０４が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を変更する。このとき、現在位置Ｐｃに隣接する複数の位置において最も適性評価値ＦＶが高い位置にＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を変更する。そして、図６Ａに示すステップＳ５２に戻る。
以上のような本実施の形態１によれば、ＧＰＳ信号を用いて、ＧＰＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＰＳ信号の受信強度が低い場所にある点検ロボットの位置を安定した精度で測定することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２と上述の実施の形態１との違いは、移動ロボットと点検ロボットとの間に中継ロボットが存在する点である。したがって、異なる点を中心に本実施の形態２に係る位置測定システムについて説明する。
図７は、本実施の形態２に係る位置測定システムを概略的に示している。図８は、位置測定システムの構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施の形態２に係る位置測定システムは、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と、点検ロボット２００と、中継ロボット３００とを有する。なお、上述の実施の形態１の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
中継ロボット３００は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００とが大きく離れている場合に使用される。すなわち、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置を要求精度で検出することができないほど離れている場合やＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００との間に通信経路を確立することができない場合に、中継ロボット３００は使用される。例えば、点検ロボット２００が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００が存在する側のトンネルＴの入口から遠く離れたトンネルＴの奥で点検を行う場合に使用される。
また、中継ロボット３００は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２や点検ロボット２００の通信部２０２と通信するための通信部３０２と、中継ロボット３００の位置を変更するための位置制御部３０４とを有する。本実施の形態２の場合、中継ロボット３００は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００や点検ロボット２００と同様に、三次元空間を自由に移動可能なマルチコプター形態のロボット、いわゆるドローンである。
中継ロボット３００を使用する本実施の形態２に係る位置測定システム２０は、要約すると、以下のように点検ロボット２００の位置を測定する。
まず、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する中継ロボット３００の相対位置が検出される。そのために、中継ロボット３００は、相対位置検出部３０６を有する。この相対位置検出部３０６は、上述の実施の形態１の相対位置検出部２０６がＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出する方法と同様の方法で、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する中継ロボット３００の相対位置を検出する。次に、中継ロボット３００の位置算出部３０８が、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置と相対位置検出部３０６によって検出された相対位置とに基づいて、中継ロボット３００の位置を算出する。そのために、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の通信部１０２から、ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置（データ）を中継ロボット３００の通信部３０２が受け取る。算出された中継ロボット３００の位置は、記憶部３１０に記憶される。
このように、中継ロボット３００は、上述の実施の形態１における点検ロボット２００と同様に、ＧＰＳ信号を用いて位置が測定されるターゲットでもある。
中継ロボット３００の位置が算出されると、点検ロボット２００の相対位置検出部２０６が、中継ロボット３００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出する。また、中継ロボット３００の通信部３０２から、中継ロボット３００の位置（データ）を点検ロボット２００が受け取る。この受信した中継ロボット３００の位置と相対位置検出部２０６によって検出された相対位置とに基づいて、位置算出部２０８が点検ロボット２００の位置を算出する。
このように中継ロボット３００を介することにより、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００とが大きく離れている場合であっても、ＧＰＳ信号を用いて点検ロボットの位置を安定した精度で測定することができる。
なお、中継ロボット３００を複数台使用してもよい。例えば、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００との間に、複数の中継ロボット３００を直列に並べてもよい。点検ロボット２００側の中継ロボット３００がＧＰＳ信号受信ロボット１００側の隣接する中継ロボット３００に対する相対位置を検出する。また、その相対位置に基づいて、中継ロボット３００それぞれの位置を算出する。その結果として、ＧＰＳ信号に基づいて算出されたＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を用いて、点検ロボット２００の位置を算出することができる。
また、点検ロボット２００に対して複数（少なくとも３台）の中継ロボット３００を並列に並べてもよい。この場合、まず、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する中継ロボット３００それぞれの相対位置が検出され、その相対位置に基づいて中継ロボット３００それぞれの位置が算出される。次に、位置が算出された中継ロボット３００それぞれと点検ロボット２００との間の距離を測距し、その距離に基づいて中継ロボット３００に対する点検ロボット２００の相対位置を検出する。その結果として、ＧＰＳ信号に基づいて算出されたＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を用いて、点検ロボット２００の位置を算出することができる。
さらに、ＧＰＳ信号受信ロボット１００と点検ロボット２００とを中継する手段は、移動可能な中継ロボット３００に限らない。例えば、中継ロボット３００に代わって、位置が固定される据え置き型の中継ステーションであってもよい。
（実施の形態３）
上述の実施の形態１および２の場合、点検ロボットは、ＧＰＳ信号が受信できない場所で使用されること、すなわちＧＰＳ信号を受信することができるＧＰＳ信号受信ロボットの位置に基づいて、ＧＰＳ信号から遮蔽された場所あるいはＧＰＳ信号の受信強度が低い場所にある点検ロボットの位置が算出されることが前提である。しかし、点検ロボットがＧＰＳ信号を受信することができる場所で使用されることも想定される。本実施の形態３は、この想定に対応する。
図９は、本実施の形態３に係る位置測定システムの構成を示すブロック図である。なお、上述の実施の形態１の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図９に示すように、位置測定システム３０の点検ロボット４００は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６と同様に、ＧＰＳ信号を受信して点検ロボット４００の位置を算出するＧＰＳ信号受信部４１４を有する。
これにより、ＧＰＳ信号が受信できない場合には位置算出部２０８によって算出された（ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置と該ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット４００の相対位置とに基づいて算出された）位置が、点検ロボット４００による点検（測量）に使用される。一方、ＧＰＳ信号が受信できる場合にはＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された点検ロボット４００の位置が、点検ロボット４００による点検（測量）に使用される。
本実施の形態３も、上述の実施の形態１および２と同様に、ＧＰＳ信号を用いて点検ロボットの位置を安定した精度で測定することができる。また、点検ロボットをＧＰＳ信号が受信できる場所で使用する場合、ＧＰＳ信号受信ロボットの使用を抑制できる。それにより、例えば、ＧＰＳ信号受信ロボットのバッテリ消費を抑制したり、ＧＰＳ信号受信ロボットのメンテナンスを実行することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態４は、上述の実施の形態３の改良形態である。
上述の実施の形態３の場合、点検ロボット４００による点検（測量）に、位置算出部２０８によって算出された位置またはＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置のいずれか一方が使用される。
一方、本実施の形態４の場合、位置算出部によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部によって算出された位置の両方を考慮して、点検ロボットは点検（測量）を行う。
図１０は、本実施の形態４に係る位置測定システムの構成を示すブロック図である。なお、上述の実施の形態１〜３の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０に示すように、位置測定システム４０の点検ロボット５００は、位置算出部２０８によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置とを統合して、測量に使用される位置を算出する位置統合部５１６を有する。
位置統合部５１６は、例えば、位置算出部２０８によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置の平均位置を算出する。また例えば、以下の数式２に示すように、位置算出部２０８によって算出された位置Ｐ１とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置Ｐ２にそれぞれ異なる重み付けをして位置を算出する。γは１未満の数である。
Figure 0006813427
この位置統合部５１６によって統合された位置を用いることにより、位置算出部２２０８によって算出された位置またはＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置のいずれか一方を用いる場合に比べて、測量の結果は高い信頼性を備える。すなわち統合前のそれぞれの位置に比べて、統合後の位置は高い信頼性を備える。
例えば、点検ロボット５００のＧＰＳ信号受信部４１４が、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を直接的に受信せず、地面などで反射したＧＰＳ信号を受信している場合、そのＧＰＳ信号受信部４１４に算出された点検ロボット５００の位置のみを測量に用いると、その測量結果の信頼性は低くなる。
本実施の形態４も、上述の実施の形態１〜３と同様に、ＧＰＳ信号を用いて点検ロボットの位置を安定した精度で測定することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５は、上述の実施の形態３の改良形態である。
上述の実施の形態３の場合、点検ロボット４００による点検（測量）に、位置算出部２０８によって算出された位置またはＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置のいずれか一方が使用される。具体的には、点検ロボット４００のＧＰＳ信号受信部４１４がＧＰＳ信号を受信可能である場合にはそれによって算出された位置が使用され、そうでない場合には位置算出部２０８によって算出された位置が使用される。
一方、本実施の形態５の場合、位置算出部２０８によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置とのいずれか一方を選択し、その選択された位置を点検ロボット６００による点検（測量）に使用する。
図１１は、本実施の形態５に係る位置測定システムの構成を示すブロック図である。なお、上述の実施の形態１〜４の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
位置算出部２０８によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置のいずれか一方を選択するために、点検ロボット６００は、使用位置選択部６１８を有する。
使用位置選択部６１８は、例えば、予めユーザによって定義された選択プロファイルに基づいて、位置算出部２０８によって算出された位置とＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された位置のいずれか一方を選択する、すなわちユーザの意図にしたがって選択する。
また例えば、使用位置選択部６１８は、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に搭載されたＧＰＳ信号受信部１０６が受信したＧＰＳ信号による測位精度と、点検ロボット６００に搭載されたＧＰＳ信号受信部４１４が受信したＧＰＳ信号による測位精度とを比較する。前者のＧＰＳ信号による測位精度が後者のＧＰＳ信号による測位精度に比べて高い場合、前者のＧＰＳ信号に基づいて位置算出部２０８によって算出された点検ロボット６００の位置が選択される。一方、後者のＧＰＳ信号による測位精度が高い場合、点検ロボット６００に搭載されたＧＰＳ信号受信部４１４によって算出された該点検ロボット６００の位置が選択される。
本実施の形態５も、上述の実施の形態１〜４と同様に、ＧＰＳ信号を用いて点検ロボットの位置を安定した精度で測定することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態６は、上述の実施の形態１〜５の改良形態である。
上述の実施の形態１〜５の場合、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、高精度のＧＰＳ信号を受信できる位置（高精度受信位置）であって且つ点検ロボット２００〜６００との間で高品質な通信経路を確立することできる位置（高品質通信位置）でもある位置に配置される。そして、その位置でＧＰＳ信号を受信し、その受信したＧＰＳ信号に基づいて点検ロボット２００〜６００の位置を測定（算出）する。
しかしながら、上述の実施の形態１〜５の場合、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、三次元空間を移動可能なマルチコプター形態のロボットであるため、風などの影響を受けると一定の位置に留まることが難しい。そこで、本実施の形態６のＧＰＳ信号受信ロボット１００は、一定の位置に留まることができるように構成されている。
図１２は、本実施の形態６に係るＧＰＳ信号受信ロボット１００の概略的斜視図である。
図１２に示すように、本実施の形態６に係る信号受信ロボット１００は、その位置を固定するための固定部として、三脚１２２を有する。三脚１２２のそれぞれの脚部は、地面などに突刺可能な先端を備える。この三脚１２２により、高精度なＧＰＳ信号を受信できる位置（高精度受信位置）であって且つ点検ロボットとの間で高品質な通信経路を確立することできる位置（高品質通信位置）である位置に、ＧＰＳ信号受信ロボット１００を固定することができる。その結果、固定されたＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６によって受信されたＧＰＳ信号に基づいて、点検ロボットの位置を高精度に測定（算出）することができる。
以上、上述の実施の形態１〜６を挙げて本開示の実施の形態を説明してきたが、本開示の実施の形態はこれらに限定されない。
例えば、上述の実施の形態１の場合、点検ロボット２００の位置は、ＧＮＳＳの一例であるＧＰＳの衛星からのＧＰＳ信号に基づいて測定（算出）されているが、これに限らない。例えばＧＮＳＳの別例であるＧＬＯＮＡＳＳの衛星からの信号に基づいて点検ロボット２００の位置を算出してもよい。あるいは、ＧＮＳＳに含まれる複数の衛星測位システムそれぞれの衛星からの信号に基づいて、点検ロボット２００の位置を測定してもよい。衛星の数が増えるほど、それらからの信号に基づく点検ロボット２００の位置の測定精度が向上する。
また、上述の実施の形態１の場合、ＧＰＳ信号受信ロボット１００は、三次元空間を自由に移動可能なマルチコプター形態の移動ロボットであったが、これに限定されない。例えば、ＧＰＳ信号受信ロボットは、地面などの平面上を自由に移動可能な、例えば地面上を転動する複数の車輪を有する車両形態の移動ロボットであってもよい。また例えば、ＧＰＳ信号受信ロボットは、レール上を移動する、すなわち一方向に移動可能な移動ロボットであってもよい。つまり、ＧＰＳ信号受信ロボットは、高精度にＧＰＳ信号を受信できる位置に移動可能な移動ロボットであればよい。
さらに、上述の実施の形態１の場合、位置測定対象（ターゲット）は、三次元空間を自由に移動可能なマルチコプター形態の点検ロボットであったが、これに限定されない。例えば、ターゲットは、地面などの平面上を自由に移動可能な、例えば地面上を転動する複数の車輪を有する車両形態の点検ロボットであってもよい。また例えば、ターゲットは、レール上を移動する、すなわち一方向に移動可能な点検ロボットであってもよい。さらに例えば、ターゲットは、移動しない据え置き型の点検ステーションであってもよい。
さらにまた、上述の形態１の場合、評価値マップ作成部１１２によって作成された評価値マップに基づいてＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置を制御している。これにより、高精度のＧＰＳ信号を受信できる高精度受信位置であって且つ点検ロボット２００との間に高品質の通信経路を確立することができる高品質通信位置である位置に、ＧＰＳ信号受信ロボット１００を短時間で配置することができる。この評価値マップは、別のＧＰＳ信号受信ロボット１００で予め作成されたものであってもよい。
さらにまた、上述の実施の形態１の場合、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に対する点検ロボット２００の相対位置は、図４に示すように、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に設けられた複数のパターン信号出力装置１５０Ａ〜１５０Ｄと、それらから出力されたパターン信号ＳＡ〜ＳＤを受信する点検ロボット２００に設けられたパターン信号受信装置２５０を用いて検出される。そして、最終的に相対位置を検出（算出）する相対位置検出部２０６は、点検ロボット２００に設けられている。本開示の実施の形態は、これに限定されない。
例えば、ステレオカメラ装置またはレーザースキャン装置を用いて、ＧＰＳ信号受信ロボットに対する点検ロボットの相対位置を検出することも可能である。この場合、ステレオカメラ装置またはレーザースキャン装置が、相対位置検出部として、ＧＰＳ信号受信ロボットまたは点検ロボットのいずれか一方に搭載される。つまり、本開示の実施の形態は、相対位置検出部がＧＰＳ信号受信ロボットまたは点検ロボットのいずれに搭載されるかについては問わない。
これに関して、上述の実施の形態１の場合、図２に示すように、点検ロボット２００に設けられている該点検ロボット２００の位置を算出する位置算出部２０８を、ＧＰＳ信号受信ロボット１００に設けることも可能である。
この位置算出部２０８は、上述したように、ＧＰＳ信号受信ロボット１００のＧＰＳ信号受信部１０６によって算出された該ＧＰＳ信号受信ロボット１００の位置と相対位置検出部２０６によって検出された相対位置とに基づいて点検ロボット２００の位置を算出する。したがって、ステレオカメラ装置、レーザースキャン装置などが相対位置検出部２０６としてＧＰＳ信号受信ロボット１００に設けられる場合、点検ロボット２００の位置算出部２０８もＧＰＳ信号受信ロボット１００に設ければ、点検ロボット２００の位置を算出するために必要な演算プロセス全てをＧＰＳ信号受信ロボット１００側で実行することができる。これにより、点検ロボット２００に演算処理用のＣＰＵなどの演算装置を搭載する必要がなくなる。なお、ＧＰＳ信号受信ロボット１００側で算出された点検ロボット２００の位置（データ）は、通信部を介して点検ロボット２００に送信される。
なお、点検ロボット２００は自己位置の情報が必要であるため、点検ロボット２００の位置算出部２０８がＧＰＳ信号受信ロボット１００に設けられている場合、位置算出部２２０８によって算出された点検ロボット２００の位置（データ）がＧＰＳ信号受信ロボット１００から点検ロボット２００に提供される。しかしながら、本開示の実施の形態に係るターゲットは、点検ロボットのように自己位置を必要とするターゲットでなくてもよい。例えば、ターゲットが人間であって、ＧＰＳ信号受信ロボットに相対位置検出部として搭載されたレーザースキャン装置が人間の相対位置を検出し、その検出した相対位置とＧＰＳ信号受信ロボットの位置とに基づいて人間の位置を算出してもよい。その算出された人間の位置は、人間の監視や観察のために使用される。この場合、ＧＰＳ信号受信ロボットと人間との間の通信が不要であるため、通信部や通信経路品質評価部を省略することができる。
通信経路品質評価部について言えば、通信経路が一定の品質で安定している場合、例えば通信経路が有線である場合にも、通信経路品質評価部を省略することができる。
これらのことを踏まえると、本開示の実施の形態に係る位置測定システムは、広義には、移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定システムであって、前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、前記移動ロボットに搭載され、受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、前記移動ロボットに搭載され、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出する相対位置検出部と、前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部と、を有する。
また、上述の実施の形態１〜６に係る位置測定システムのＧＰＳ信号精度評価部１０８、通信経路品質評価部１１０、評価値マップ作成部１１２、位置算出部２０８、位置統合部５１６、および使用位置選択部６１８は、様々な形態で実現可能であり、また、様々な形態で実現してもよい。例えば、これらの構成要素が実行する処理は、ＣＰＵなどの演算装置と、ＣＰＵにこれらの処理を実行させるプログラムと、そのプログラムを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶装置とを用いて実行される。すなわち、これらの構成要素は、演算装置、プログラム、および記憶装置から構成されている。なお、記憶装置は、記憶部１１４、２１２でもよい。
さらに、上述の実施の形態１〜６のいずれかを組み合わせて新たな実施の形態としてもよい。
以上のように、本開示における技術の例示として、いくつかの実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
１０ 位置測定システム
１００ 移動ロボット（ＧＰＳ信号受信ロボット）
１０６ ＧＮＳＳ信号受信部（ＧＰＳ信号受信部）
１０８ ＧＮＳＳ信号精度評価部（ＧＰＳ信号精度評価部）
１０４ 位置制御部
２００ ターゲット（点検ロボット）
２０６ 相対位置検出部
２０８ ターゲット位置算出部（位置算出部）

Claims (16)

  1. 移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定システムであって、
    前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、
    前記移動ロボットに搭載され、受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、
    前記移動ロボットに搭載され、第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、
    前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出する相対位置検出部と、
    前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部と、を有する位置測定システム。
  2. 前記移動ロボットに搭載された移動ロボット側通信部と、
    前記ターゲットに搭載され、前記移動ロボット側通信部と通信するターゲット側通信部と、
    前記移動ロボット側通信部と前記ターゲット側通信部との間の通信経路の品質を評価する通信経路品質評価部と、
    を有し、
    前記位置制御部が、前記高精度受信位置であって、且つ、第１のしきい品質に比べて高い品質の通信経路を確立可能な高品質通信位置でもある位置に前記移動ロボットを移動させ、
    前記相対位置検出部が、前記高精度受信位置且つ前記高品質通信位置である位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出し、
    前記ターゲット位置算出部が、前記高精度受信位置且つ前記高品質通信位置である位置で受信されたＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出する、請求項１に記載の位置測定システム。
  3. 前記移動ロボットに搭載され、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部の精度評価結果と前記通信経路品質評価部の品質評価結果とに基づいて、空間上の位置それぞれについての前記ＧＮＳＳ信号の受信と前記ターゲットとの通信とに対するＧＮＳＳ信号の中継に関する適性を示す適性評価値を含む評価値マップを作成する評価値マップ作成部を有し、
    前記位置制御部が、前記評価値マップに基づいて、最高適性評価値の位置に前記移動ロボットを移動させる、請求項２に記載の位置測定システム。
  4. 前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、
    評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて高く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて高い第１の状況である場合、
    前記ターゲット位置算出部が、前記ターゲットの位置を算出する、請求項３に記載の位置測定システム。
  5. 前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、
    評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて低い第２のしきい精度に比べて低く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて低い第２のしきい品質に比べて低い第２の状況である場合、
    前記評価値マップ作成部が、前記評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度と通信経路の品質とを用いて前記評価値マップを更新する、請求項３の記載の位置測定システム。
  6. 前記最高適性評価値の位置に前記移動ロボットが位置するときに、前記ＧＮＳＳ信号精度評価部がＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するとともに、前記通信経路品質評価部が通信経路の品質を評価し、
    評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて高く、且つ、評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて高い第１の状況と、
    前記評価されたＧＮＳＳ信号による測位精度が前記第１のしきい精度に比べて低い第２のしきい精度に比べて低く、且つ、前記評価された通信経路の品質が前記第１のしきい品質に比べて低い第２のしきい品質に比べて低い第２の状況との両方に対して異なる状況である場合、
    前記位置制御部が、前記移動ロボットを移動させて位置を変更する、請求項３に記載の位置測定システム。
  7. 前記相対位置検出部と前記ターゲット位置算出部とが前記ターゲットに搭載され、
    前記ＧＮＳＳ信号受信部によって算出された前記移動ロボットの位置が、前記移動ロボット側通信部から前記ターゲット側通信部に送信される、請求項２から６のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  8. 前記ターゲットに搭載され、前記ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記ターゲットの位置を算出する第２のＧＮＳＳ信号受信部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  9. 前記ターゲットに搭載され、前記ターゲット位置算出部および前記第２のＧＮＳＳ信号受信部それぞれによって算出された前記ターゲットの位置を統合するターゲット位置統合部を有する、請求項８に記載の位置測定システム。
  10. 前記ターゲットに搭載され、前記ターゲット位置算出部および前記第２のＧＮＳＳ信号受信部それぞれによって算出された前記ターゲットの位置を選択するターゲット位置選択部を有する、請求項８に記載の位置測定システム。
  11. 前記ターゲットが、移動可能であって、前記ターゲットの位置を用いて測量を行うロボットである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  12. 前記移動ロボットが、その位置を固定するための固定部を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の位置測定システム。
  13. 移動ロボットを用いてターゲットの位置を測定する位置測定方法であって、
    前記移動ロボットに搭載され、ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部によって受信されたＧＮＳＳ信号による測位精度の評価を行い、
    第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させ、
    前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出し、
    前記高精度受信位置で受信されたＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出する、位置測定方法。
  14. ターゲットの位置の測定に利用可能な移動ロボットであって、
    ＧＮＳＳ信号を受信し、且つ、前記ＧＮＳＳ信号に基づいて、前記ターゲットの位置の測定に使用される前記移動ロボットの位置を算出するＧＮＳＳ信号受信部と、
    受信したＧＮＳＳ信号による測位精度を評価するＧＮＳＳ信号精度評価部と、
    第１のしきい精度に比べて高い測位精度を得られるＧＮＳＳ信号を受信可能な高精度受信位置に前記移動ロボットを移動させる位置制御部と、を有する移動ロボット。
  15. 前記高精度受信位置に位置する前記移動ロボットに対する前記ターゲットの相対位置を検出するための相対位置検出部を有する請求項１４に記載の移動ロボット。
  16. 前記高精度受信位置で受信したＧＮＳＳ信号に基づいて算出された移動ロボットの位置と前記相対位置とに基づいて、前記ターゲットの位置を算出するターゲット位置算出部を有する請求項１５に記載の移動ロボット。
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