JP6850245B2

JP6850245B2 - 船舶の土倉の積載物の数量検収システム及び数量検収方法

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Publication number: JP6850245B2
Application number: JP2017226964A
Authority: JP
Inventors: 毅琴浦; 武尊道前
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: JP2019095379A

Description

本発明は、船舶の土倉の積載物の数量を検収する技術に関する。

港湾工事で用いられる石材などの材料は、土運船やガット船などの船舶を用いて運搬されるが、材料を工事対象水域に投入する前に、土倉に積載されている材料の数量を計測する数量検収が実施され、その数量に基づき、工事進捗や工事費などが計算される。材料の数量は、積載されている材料の表面の形状を計測することで算出される。例えば、材料が土倉内で台形の形状に整形されている場合、形状の変化点毎に高さ、隣接する変化点との距離などを計測し、これらの計測値から数量を算出する。しかし、この方法では土倉内に計測員が立ち入る必要があり、しかも、複数人の計測員が必要となる。また、数量検収は工事対象水域へ向かって航行する船舶の船上で行うため、材料を工事対象水域へ運搬するたびに複数の計測員が陸上にある事務所と船舶との間を交通船に乗船して移動することが必要となる。

船舶の土倉に積載された積載物の数量検収を機械化する技術を開示した特許文献として、例えば特許文献１乃至４がある。特許文献１には、移動可能な作業機械に設置した撮影機で運搬機械の甲板と土砂で覆われている船倉の表面を撮影し、コンピュータにて上記甲板上に設けた基準点を用いてステレオ画像計測原理に基づき撮影画像の三次元座標を算出し、土砂積載状態と空状態の３次元座標の差から土砂積載量を算出することを特徴とする運搬装置の土砂積載量の計測方法が記載されている。

特許文献２には、ガット船等の運搬船の進行方向に対して前後左右にずらして配設せしめた少なくとも両側一対のスキャナにより上方から連続的に同期スキャニングせしめ、所要の積載物を積載せしめた運搬船のピッチング、ローリング、ヨーイングを検出せしめると共に、クレーンブームによる計測死角を減少せしめつつ積載物面高さを測定せしめ、得られた測定デ−タより船体揺動を補正せしめたのち座標計算を行って積載物体積を所要の演算手段により演算処理せしめることを特徴とする、ガット船等の運搬船における積載物量の計測方法が記載されている。

特許文献３には、レーザ測定器を設置するステップと、レーザ測定器からレーザビームを出力し、土運船に積載された土砂に対して三次元のスキャニングをするステップと、レーザビームのスキャニング角と土砂表面からの反射ビームに基づく距離とのデータを入力するステップと、土運船及び船舶の動揺に起因する測定誤差の因子を演算するステップと、当該因子により前記スキャニング角と土砂表面からの反射ビームに基づく距離とのデータを修正するステップと、前記修正されたデータに基づいて土砂の断面積を演算するステップと、該断面積を累積して土砂の土量を演算するステップとからなることを特徴とする土運船の土量測定方法が記載されている。

特許文献４には、光波距離計により上方からスキャニングしつつ航行ガット船の積載石材面高さを測定せしめると共に、自動追尾型測距儀によりガット船の前部・中部・後部に各々設置したプリズムを視準しつつガット船位置、進入角、傾きを順次測定せしめ、各測定データより積載石材表面の三次元座標を求めたのちそれを基に分割して三角メッシュを作成し、その各三角形より得られる積載石材表面から基準面までの三角柱あるいは三角錐より積載石材体積を演算処理せしめることを特徴とする、ガット船における積載石材量の計測方法が記載されている。

特開２００５−１１４７４４号公報特開２００１−２８９６１２号公報特開２００１−３０４８１３号公報特開２０００−２７５０８３号公報

特許文献１、３に記載された技術では、材料運搬用の船舶とは別の作業船に配置された機器を用いて数量検収を行うため、作業船を手配するための費用が発生する。特許文献２、４に記載された技術では、地上又は水上の仮設構造物に配置された機器を用いて数量検収を行うため、仮設構造物の設置と撤去に手間がかかる。船舶の土倉に配置した機器を用いて数量検収を行う構成も考えられるが、土倉への材料の搬入時や搬出時に機器が破損することが考えられるため、実用化は難しい。

ところで、陸上工事においては、無人航空機を用いた空中写真測量による出来形管理が実施されている。その場合、撮影の対象物は移動しないから、予め計測された対象物の座標に基づいて飛行経路を設定し、その飛行経路に従って無人航空機を飛行させて空中写真が撮影される。しかし、材料運搬用の船舶に積載された積載物の形状の計測を航行中に行う場合、予め飛行経路を設定することができない。

上記の事情に鑑み、本発明は、航行中の船舶の土倉に積載された積載物の数量検収を、無人航空機により撮影された画像を用いて行うことを可能とする技術を提供する。

本発明は、船舶の位置を繰り返し計測する第１測位手段と、無人航空機と、前記無人航空機の位置を繰り返し計測する第２測位手段と、前記第１測位手段により計測された前記船舶の位置と、前記第２測位手段により計測された前記無人航空機の位置とを用いて、前記無人航空機を前記船舶の上空に誘導する第１誘導手段と、前記無人航空機に設けられ、前記船舶の土倉を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された複数の画像を用いて、前記土倉に積載された積載物の３次元形状を算出する形状算出手段と、前記形状算出手段により算出された前記３次元形状から前記積載物の数量を算出する数量算出手段とを備える船舶の土倉の積載物の数量検収システムを第１の態様として提案する。

上記の第１の態様に係る数量検収システムにおいて、前記土倉に配置された複数の標識と、前記複数の標識に基づいて前記無人航空機の飛行経路を設定する設定手段と、設定された前記飛行経路に沿って飛行するように前記無人航空機を誘導する第２誘導手段とを備え、前記撮影手段は、前記飛行経路上の複数の位置において前記土倉を撮影する、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

また、本発明は、船舶の位置と無人航空機の位置とを繰り返し計測し、計測された前記船舶の位置と、計測された前記無人航空機の位置とを用いて、前記無人航空機を前記船舶の上空に誘導する工程と、前記無人航空機に設けられた撮影手段により前記船舶の土倉を撮影する工程と、前記撮影手段により撮影された複数の画像を用いて、前記土倉に積載された積載物の３次元形状を算出する工程と、算出された前記３次元形状から前記積載物の数量を算出する工程とを備える船舶の土倉の積載物の数量検収方法を第３の態様として提案する。

上記の第３の態様に係る数量検収方法において、前記土倉を撮影する工程は、前記土倉に配置された複数の標識に基づいて前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、設定された前記飛行経路に沿って飛行するように前記無人航空機を誘導する工程と、前記飛行経路上の複数の位置において前記土倉を撮影する工程とを備える、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

本発明によれば、航行中の船舶の土倉に積載された積載物の数量検収を、無人航空機により撮影された画像を用いて行うことができる。

実施形態の構成の概要を示す図。船舶２の平面図。数量検収システムの構成を示す図。数量検収処理の流れ図。飛行経路の設定例を示す図。

本発明の実施形態の一例について説明する。港湾工事で用いられる石材、砂利、砂などの材料は、一般に、採掘場から積出港へ陸上輸送され、積出港において土運船やガット船などの船舶に積載されて工事対象水域へ運搬され、投入される。本実施形態においては、積出港から工事対象水域への航行中又は工事対象水域において停泊中に船舶の土倉を無人航空機により撮影した画像を用いて、土倉に積載されている材料の数量を計測する数量検収が実施される。

図１は、本実施形態の構成の概要を示す図である。船舶２は、土運船、ガット船などであり、石材、砂利、砂などの材料を土倉に積載して工事対象水域Ａへ運搬する。無人航空機３（ＵＡＶ、Uninhabited Aerial Vehicle）は、遠隔操作により無人で飛行する航空機である。本実施形態において、無人航空機３は、回転翼を備え、ホバリング機能を有することが望ましい。また、無人航空機３は、複数の回転翼を備えたマルチコプタ（ドローン）であることがさらに望ましい。情報処理装置１０は、例えば、陸上にある事務所Ｂなどに配置されるデスクトップ型、ノート型、タブレット型などのコンピュータである。

図２は、船舶２の平面図である。標識２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、船舶の上空から撮影された画像を解析することにより識別される対空標識である。標識２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを区別しない場合には、標識２１と総称する。標識２１は、土倉２４の周囲の複数の位置に配置される。図示した例では、土倉２４の平面形状が矩形であり、矩形の４つの頂点の各々に近接した位置に標識２１が配置されている。標識２１を配置する場所は、無人航空機３による上空からの撮影時に死角にならない場所を選択する。例えば、土倉２４の縁材の上端などに標識２１が配置されてもよい。

図３は、数量検収システムの構成を示す図である。船舶２は、第１測位手段２２、第１通信手段２３を備える。第１測位手段２２は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ、Global Navigation Satellite System）に含まれる複数の航法衛星から送信される航法信号を受信し、受信した航法信号を用いて、船舶２の位置を表す３次元座標を算出する。第１測位手段２２は、例えば、船舶２の船橋２５の上部に配置される。第１通信手段２３は、情報処理装置１０に接続された第３通信手段１５との間で無線通信によりデータの送受信を行う。第１測位手段２２により算出された位置を表す位置データは、第１通信手段２３を介して送信され、第３通信手段１５により受信される。

無人航空機３は、撮影手段３１、第２測位手段３２、第２通信手段３３を備える。撮影手段３１は、例えばデジタルカメラであり、船舶２の土倉２４を撮影し、撮影した画像を表す画像データを生成する。第２測位手段３２は、複数の航法衛星から受信した航法信号を用いて、無人航空機３の位置を表す３次元座標を算出する。第２通信手段３３は、情報処理装置１０に接続された第３通信手段１５との間で無線通信によりデータの送受信を行う。撮影手段３１により生成された画像データ、第２測位手段３２により算出された位置を表す位置データは、第２通信手段３３を介して送信され、第３通信手段１５により受信される。

情報処理装置１０は、演算部１１、記憶部１２、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）部１３及びＵＩ（User Interface）部１４を備える。記憶部１２は、例えばハードディスクドライブ等の記憶装置を備え、プログラムやデータを記憶する。演算部１１は、プロセッサと、データ処理におけるワークエリアとして用いられるメモリを備え、記憶部１２に記憶されたプログラムに従い各種データ処理を実行する。

入出力Ｉ／Ｆ部１３には、第３通信手段１５が接続される。第３通信手段１５は、船舶２に配置された第１通信手段２３、及び無人航空機３に配置された第２通信手段３３との間で無線通信によりデータの送受信を行う。

ＵＩ部１４は、表示部と操作部を備え、表示部が各種情報を表示し、ユーザによる操作を操作部が受け付ける。表示部は、例えば液晶ディスプレイである。操作部は、例えばキーボードとポインティングデバイスである。なお、ＵＩ部１４が情報処理装置１０の本体から分離された装置として構成され、入出力Ｉ／Ｆ部１３にＵＩ部１４が接続されてもよい。

記憶部１２には、実施形態に係る数量検収処理の手順を記述したプログラムが記憶されており、演算部１１がこのプログラムに従って数量検収処理を実行する。

図４は、数量検収処理の流れ図である。船舶２は、工事対象水域Ａへ向かい航行中であり、無人航空機３は、例えば事務所Ｂから飛行を開始する。

ステップＳ０１においては、第１測位手段２２が、船舶２の位置を繰り返し計測し、第２測位手段３２が、無人航空機３の位置を繰り返し計測する。第１測位手段２２と第２測位手段３２による計測の繰り返しのタイミングは、同期していてもよく、同期せずに頻度が等しくてもよく、頻度が異なっていてもよい。

ステップＳ０２においては、第１誘導手段１０１が、第１測位手段２２により計測された船舶２の位置と、第２測位手段３２により計測された無人航空機３の位置とを用いて、無人航空機３を船舶２の上空に誘導する。例えば、第１誘導手段１０１は、船舶２の位置と無人航空機３の位置とから、無人航空機３を基準とする船舶２の方位を算出する。また、第１誘導手段１０１は、無人航空機３の位置の履歴から、無人航空機３の飛行方位を算出する。第１誘導手段１０１は、無人航空機３の飛行方位が船舶２の方位との誤差が閾値以上である場合に、無人航空機３の飛行方位が船舶２の方位に一致するように無人航空機３の飛行方位を修正する制御信号を第３通信手段１５を介して無人航空機３に送信する。無人航空機３は、第２通信手段３３を介して制御信号を受信し、受信した制御信号に従って複数の回転翼を駆動する。

ステップＳ０３においては、第１誘導手段１０１が、船舶２の位置と無人航空機３の位置とから、船舶２と無人航空機３との水平距離を算出し、水平距離が閾値以下であるか否かを判定する。水平距離が閾値以下である場合、無人航空機３が船舶２の上空に位置し、全ての標識２１が撮影手段３１の画角に収まるようになる。水平距離が閾値以下である場合（ステップＳ０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ０４の処理に進み、水平距離が閾値以下でない場合（ステップＳ０３：ＮＯ）には、ステップＳ０１の処理に戻る。

ステップＳ０４においては、設定手段１０５が、複数の標識２１に基づいて無人航空機３の飛行経路を設定する。具体的には、設定手段１０５は、撮影手段３１により撮影された土倉２４の画像を解析して複数の標識２１を認識し、複数の標識２１のいずれか（例えば、無人航空機３との距離が最短の標識２１）の直上の所定の高度の位置を飛行経路の始点として選択し、高度を維持しながら全ての標識２１の直上を経由して始点に戻る飛行経路を設定する。

図５は、飛行経路の設定例を示す図である。前述のとおり、本実施形態では土倉２４の平面形状が矩形であり、矩形の４つの頂点の各々に近接した位置に標識２１が配置されている。設定手段１０５は、４つの標識２１のうち、無人航空機３との距離が最短である標識２１の直上の所定の高度の位置を始点として選択し、４つの標識２１を頂点とする矩形の辺上の直上を所定の高度を維持しながら、所定の方向に周回する飛行経路を設定する。この例では、周回方向は左回りに設定され、標識２１ａの直上の位置を始点として、標識２１ｂ、標識２１ｃ、標識２１ｄ、標識２１ａの順にそれらの標識の直上を無人航空機３が周回するように周回方向が設定される。

ステップＳ０５においては、第２誘導手段１０２が、飛行経路に沿って無人航空機３を誘導し、撮影手段３１が、複数の位置で土倉２４を撮影する。最初に、第２誘導手段１０２は、所定の高度へ無人航空機３を誘導し、始点の標識２１ａの直上へ無人航空機３を誘導する。次に、高度を維持しながら、標識２１ａの直上と標識２１ｂの直上とを結ぶ直線Ｌ１上を標識２１ｂへ向かって飛行するように無人航空機３を誘導する。標識２１ｂの直上に無人航空機３が到達したならば、標識２１ｂの直上と標識２１ｃの直上とを結ぶ直線Ｌ２上を標識２１ｃの直上へ向かって飛行するように無人航空機３を誘導する。標識２１ｃの直上に無人航空機３が到達したならば、標識２１ｃの直上と標識２１ｄの直上とを結ぶ直線Ｌ３上を標識２１ｄの直上へ向かって飛行するように無人航空機３を誘導する。標識２１ｄの直上に無人航空機３が到達したならば、標識２１ｄの直上と標識２１ａの直上とを結ぶ直線Ｌ４上を標識２１ａの直上へ向かって飛行するように無人航空機３を誘導する。なお、ステップＳ０５の実行中、ステップＳ０４において設定された飛行経路は、船舶２の航行に伴い移動する標識２１ａ〜２１ｄを基準として、継続的にその位置が修正される。

標識２１ａの直上から標識２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの直上を経て標識２１ａの直上へと向かう飛行中に、撮影手段３１は、複数の位置で撮影を行い、撮影した画像を表す画像データを情報処理装置１０へ送信する。無人航空機３が標識２１ａの直上に到達したならば、撮影手段３１が撮影を終了し、第１誘導手段１０１が、無人航空機３を事務所Ｂへ帰還するように誘導する。

ステップＳ０６においては、形状算出手段１０３が、撮影手段３１により撮影された複数の画像を用いて、土倉２４に積載された積載物の３次元形状を算出する。例えば、形状算出手段１０３は、複数の画像からＳｆＭ（Structure from motion）ソフトウェアを用いて積載物の３次元形状を表す３次元点群を作成する。

ステップＳ０７においては、数量算出手段１０４が、形状算出手段１０３により算出された３次元形状から積載物の数量を算出する。具体的には、数量算出手段１０４は、ＳｆＭソフトウェアを用いて算出された３次元点群から積載物の体積を算出する。また、数量算出手段１０４は、算出された体積と、航行中に行われた比重試験により得られた比重とから、積載物の重量を算出する。

無人航空機を用いた空中写真測量は陸上工事における出来形管理に利用されるが、撮影の対象物が移動することは想定されていない。本実施形態では、船舶の位置と無人航空機の位置とを繰り返し計測し、計測された船舶の位置と、計測された無人航空機の位置とを用いて、無人航空機を船舶の上空に誘導するように構成されているから、航行中の船舶に無人航空機を誘導することができる。よって、本実施形態によれば、航行中の船舶の土倉に積載された積載物の数量検収を、無人航空機により撮影された画像を用いて行うことができる。

また、本実施形態では、土倉に配置された複数の標識に基づいて無人航空機の飛行経路を設定し、設定された飛行経路に沿って飛行するように無人航空機を誘導し、飛行経路上の複数の位置において土倉を撮影するように構成されているから、航行中の船舶の上空の複数の位置で土倉を撮影することができる。

［変形例］
上述の実施形態は本発明の一具体例であって、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形可能である。以下にそれらの変形の例を示す。

（１）ＳｆＭソフトウェアは積載物の３次元形状を算出する手法の一例であり、積載物の３次元形状を算出する手法として、例えば、ステレオ写真測量が用いられてもよく、レーザ測量が用いられてもよい。

（２）上述の実施形態では、第１誘導手段１０１、第２誘導手段１０２、設定手段１０５が情報処理装置１０の機能である例を示したが、これらの機能が無人航空機３に備えられてもよい。その場合、第１通信手段２３と第２通信手段３３との間で通信が行われ、第１測位手段２２により計測された船舶の位置を表す位置データが無人航空機３に送信されるように構成されればよい。

２…船舶、３…無人航空機、１０…情報処理装置、１１…演算部、１２…記憶部、１３…入出力Ｉ／Ｆ部、１４…ＵＩ部、１５…第３通信手段、２１…標識、２２…第１測位手段、２３…第１通信手段、２４…土倉、２５…船橋、３１…撮影手段、３２…第２測位手段、３３…第２通信手段、１０１…第１誘導手段、１０２…第２誘導手段、１０３…形状算出手段、１０４…数量算出手段、１０５…設定手段

Claims

船舶の位置を繰り返し計測する第１測位手段と、
無人航空機と、
前記無人航空機の位置を繰り返し計測する第２測位手段と、
前記第１測位手段により計測された前記船舶の位置と、前記第２測位手段により計測された前記無人航空機の位置とを用いて、前記無人航空機を前記船舶の上空に誘導する第１誘導手段と、
前記無人航空機に設けられ、前記船舶の土倉を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された複数の画像を用いて、前記土倉に積載された積載物の３次元形状を算出する形状算出手段と、
前記形状算出手段により算出された前記３次元形状から前記積載物の数量を算出する数量算出手段と
を備える船舶の土倉の積載物の数量検収システム。
前記土倉に配置された複数の標識と、
前記複数の標識に基づいて前記無人航空機の飛行経路を設定する設定手段と、
設定された前記飛行経路に沿って飛行するように前記無人航空機を誘導する第２誘導手段と
を備え、
前記撮影手段は、前記飛行経路上の複数の位置において前記土倉を撮影する
請求項１に記載の数量検収システム。
船舶の位置と無人航空機の位置とを繰り返し計測し、計測された前記船舶の位置と、計測された前記無人航空機の位置とを用いて、前記無人航空機を前記船舶の上空に誘導する工程と、
前記無人航空機に設けられた撮影手段により前記船舶の土倉を撮影する工程と、
前記撮影手段により撮影された複数の画像を用いて、前記土倉に積載された積載物の３次元形状を算出する工程と、
算出された前記３次元形状から前記積載物の数量を算出する工程と
を備える船舶の土倉の積載物の数量検収方法。
前記土倉を撮影する工程は、
前記土倉に配置された複数の標識に基づいて前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、
設定された前記飛行経路に沿って飛行するように前記無人航空機を誘導する工程と、
前記飛行経路上の複数の位置において前記土倉を撮影する工程と
を備える請求項３に記載の数量検収方法。