JP7026272B1 - 飛行体ユニットおよび点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦飛行する飛行体の飛行高度の検出誤差をできる限り少なくし、構造体の内部空間の異常箇所の正確な位置を把握する。【解決手段】飛行体が撮像した画像から、基準地点からの高度差が既知である基準構造物を検出し、飛行体から基準構造物までの距離と方向、および基準構造物の基準地点からの高度差に基づいて、飛行体の基準地点からの高度差を算出し、該算出した高度差と、飛行体に設けられた気圧高度計測部が計測した高度の差分から、高度補正値を算出する。そして、飛行体は、任意の地点において、該算出した高度補正値に基づいて、気圧高度計測部が計測した高度を補正して、該任意の地点の基準地点からの高度差を推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、飛行体ユニットおよび点検システムに関する。

従来、煙突、焼却炉、トンネル等のようなＧＰＳ（Global Positioning System）電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦されることによって、内部空間の状況を点検する無人小型飛行体が知られている。

特許文献１には、煙突、焼却炉、トンネル等の内部空間に、レーザ距離センサを用いることで無人小型飛行体の高さ位置を確認しながら、無人小型飛行体を遠隔操縦飛行させることによって、内部空間の状況を点検する技術が開示されている。

特開２０１９－３６２６９号公報

ところで、ＧＰＳ電波を用いずに飛行体の高さ位置を検出する手法としては、飛行体に搭載した気圧計を用いて飛行高度を推定することも考えられる。

ただし、飛行体に搭載した気圧高度計を用いて飛行高度を推定する場合、飛行体は大気環境の変動などに起因する飛行高度の推定誤差をできる限り少なくし、構造体の内部空間の異常箇所の正確な位置を把握することができるものでなければならない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＧＰＳ電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦飛行する飛行体の飛行高度の検出誤差をできる限り少なくし、構造体の内部空間の異常箇所の正確な位置を把握することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、飛行体を飛行させる飛行体ユニットであって、前記飛行体に設けられ、該飛行体の周囲を撮像する撮像手段と、前記飛行体に設けられ、気圧に基づいて高度を計測する気圧高度計測手段と、前記撮像手段が撮像した画像から、基準地点からの高度差が既知である基準構造物を検出する構造物検出手段と、前記構造物検出手段が前記基準構造物を検出したときの前記飛行体から前記基準構造物までの距離と方向を算出する距離方向算出手段と、前記距離方向算出手段が算出した、前記飛行体から前記基準構造物までの距離と方向、および前記基準構造物の前記基準地点からの高度差に基づいて、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を算出し、該算出した高度差と、前記気圧高度計測手段が計測した高度の差分から高度補正値を算出する、高度補正値算出手段と、前記高度補正値算出手段が算出した前記高度補正値に基づいて、前記気圧高度計測手段が計測した高度を補正して、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を推定する高度推定手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ＧＰＳ電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦飛行する飛行体の飛行高度の検出誤差をできる限り少なくし、構造体の内部空間の異常箇所の正確な位置を把握することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる点検システムの構成を示すシステム構成図である。 図２は、飛行体による焼却炉の点検動作例を示す図である。 図３は、飛行体のシステム構成を示すブロック図である。 図４は、制御部の各部の機能動作を示す図である。 図５は、計測例を示す図である。 図６は、第２の実施の形態にかかる飛行体のシステム構成を示すブロック図である。 図７は、焼却炉の壁面における付着物の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、飛行体ユニットおよび点検システムの実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態にかかる点検システムの構成を示すシステム構成図、図２は飛行体による焼却炉の点検動作例を示す図である。図１に示すように、点検システム１００は、飛行体ユニット１と、情報処理装置２とを備える。

情報処理装置２は、一般的なＯＳ（Operating System）等が搭載された情報処理装置（コンピュータ）により実現できる。情報処理装置２は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンなどである。

飛行体ユニット１は、飛行体１０と、コントローラ２０とを有する。コントローラ２０は、遠隔操縦により飛行体１０を飛行させるものである。なお、飛行体１０は、詳細は後述するが、カメラ１４（図３参照）から出力された画像に基づく自動飛行も可能である。

飛行体１０は、カメラ１４（図３参照）を備え、煙突、焼却炉、トンネル等のようなＧＰＳ電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦されることによって、内部空間を飛行しながら周囲を撮像し、その状況を点検する。本実施の形態においては、図２に示すように、ＧＰＳ電波が届かない構造体として燃焼装置である焼却炉５０を適用する。なお、ＧＰＳ電波が届かない構造体は、焼却炉５０に限るものではなく、トンネル、煙突、地下施設、坑道等であってもよい。

例えば、焼却炉５０は、経年により、内壁に付着物がこびりついたり、内壁にクラックが生じたり、内壁の耐火材が破損したりする。このため、焼却炉５０の管理者は、焼却炉５０の内部空間を形成する内壁の点検を定期的に行って、異常箇所の補修（付着物の除去やクラックの補修など）を行なう必要がある。

図２においては、飛行体１０が、焼却炉５０外部の任意の位置にある離陸地点（Ｇ０）を離陸して、下部マンホール５６を経由して焼却炉５０内部へ移動し、焼却炉５０内の内部空間において位置決めされながら内部空間の状況を点検している状態を示している。焼却炉５０は、温度計５１、圧力計５２、通気口５３，５４、耐火物境界５５、下部マンホール５６、上部マンホール５７などの、基準地点からの高度差および大きさが既知である基準構造物を有している。本実施の形態では、これらの基準構造物が、垂直の焼却炉５０の内壁面上に存在するものとする。また、基準地点を後述する下部マンホールセンター５６ａとする。

耐火物境界５５は、焼却炉５０の内部の耐火物の境界を示す。下部マンホール５６、上部マンホール５７は、それぞれ焼却炉５０の点検に用いるマンホールである。下部マンホール５６の中心は、下部マンホールセンター５６ａとする。

飛行体１０は、カメラ１４（図３参照）を搭載している。飛行体１０は、コントローラ２０から遠隔操作指示を受信した場合に、その指示に基づいて飛行およびカメラ１４による撮像を行なう。飛行体１０は、カメラ１４によって撮像した画像をコントローラ２０に随時送信する。コントローラ２０は、飛行体１０から受信した画像を情報処理装置２に送信する。これにより、点検者は、飛行体１０のカメラ１４により撮像された画像を情報処理装置２で確認することにより、焼却炉５０の内部空間の異常箇所である対象物５８（付着物やクラックなど）を把握することが可能となる。

また、情報処理装置２は、飛行体１０の遠隔操作を行なうこともできる。コントローラ２０は、情報処理装置２から飛行体１０に対する遠隔操作指示を受信した場合に、該遠隔操作指示を飛行体１０に転送する処理を行なう。このため、飛行体１０は、情報処理装置２が必要と判断した箇所を柔軟に撮像することができる。

次に、飛行体１０のシステム構成について説明する。

図３は、飛行体１０のシステム構成を示すブロック図である。図３に示すように、飛行体１０は、駆動部１１、バッテリ１１ａ、バッテリ監視部１１ｂ、超音波センサ１２ａ、１２ｂ、無線通信部１３、カメラ１４、画像処理部１５、制御部１６、気圧高度計測部１７、ジャイロセンサ１８、記憶部１９を有する。

駆動部１１は、１または複数のプロペラ等を有し、飛行体１０を浮上させ、任意の方向に移動可能とするためのユニットである。この駆動部１１は、制御部１６からの指示に基づいて動作し、動力源としてバッテリ１１ａに蓄えられた電力を使用する。バッテリ１１ａの電力残量は、バッテリ監視部１１ｂにより監視され、制御部１６に出力される。

超音波センサ１２ａ、１２ｂは、対象物までの距離を検出する。本実施の形態においては、超音波センサ１２ａ、１２ｂは、焼却炉５０の内壁および天井までの距離を検出する。より詳細には、超音波センサ１２ａは、飛行体１０の水平方向、および超音波センサ１２ｂは飛行体１０の上方向に向けて超音波を発射し、各々該超音波の反射波を受信するまでに要する時間から、焼却炉５０の内壁および天井までの距離を検出する。制御部１６は、超音波センサ１２ａ、１２ｂにより検出された内壁および天井までの距離が閾値以下となった場合には、該方向へのこれ以上の進行を規制する。超音波センサ１２ａ、１２ｂが検出した距離は、後述する無線通信部１３を介して、コントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２へ送信される。

無線通信部１３は、コントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２と無線通信を行なうための通信インタフェースである。無線通信部１３は、コントローラ２０、またはコントローラ２０を介した情報処理装置２から、遠隔操作指示を受信する。また、無線通信部１３は、カメラ１４が撮像した画像と、後述するカメラ１４の撮像方向（角度）と、超音波センサ１２ａ、１２ｂが検出した距離と、後述する制御部１６が推定した飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差を、コントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２へ送信する。

カメラ１４は、飛行体１０の周囲を撮像する撮像手段である。カメラ１４は、コントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２からの遠隔操作指示により撮像方向（角度）を自由に変更できる雲台を介して、飛行体１０に固定されている。カメラ１４は、撮像した画像および撮像方向（角度）を、無線通信部１３によりコントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２に送信するとともに、画像処理部１５に出力する。

気圧高度計測部１７は、気圧を検知して高度を計測する手段である。気圧高度計測部１７は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた容量性検知方式のＭＥＭＳ気圧センサを用い、±５ｃｍ（±０．００５ｈＰａ）の高度変化を正確に測定でき、基準とする気圧と高度の関係に基づいて、検知した気圧に対応する高度を出力する。なお、気圧高度計測部１７とカメラ１４とは、飛行体１０の姿勢が水平のとき、それぞれの高度が同じとなるように、飛行体１０の同一水平面上に設置されている。

ジャイロセンサ１８は、物体の角度（姿勢）や角速度あるいは角加速度を検出する。本実施の形態においては、ジャイロセンサ１８は、飛行体１０の姿勢情報（角度）を検出する。ジャイロセンサ１８は、検出した飛行体１０の姿勢情報（角度）を制御部１６に送信し、制御部１６は、受信した該姿勢情報（角度）に基づいて、飛行体１０が所定の姿勢となるよう、駆動部１１を制御する。たとえば、焼却炉５０の内部空間を点検するためにカメラ１４によって飛行体１０の周囲を撮像する際には、飛行体１０の姿勢が水平を保つように駆動部１１を制御する。

画像処理部１５は、カメラ１４から出力された画像に対して画像処理を行なう処理部である。画像処理部１５は、例えば、自動飛行の場合、カメラ１４が時系列に撮像した複数の画像とその撮像方向（角度）の情報を用いて、撮像した対象物に対する飛行体１０の相対的な移動方向や移動速度を算定し、制御部１６に出力する。

制御部１６は、無線通信部１３がコントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２から受信した遠隔操作指示、または画像処理部１５の出力を用いて、飛行体１０の飛行を制御する処理部である。制御部１６は、例えば無線通信部１３がコントローラ２０またはコントローラ２０を介して情報処理装置２から機体を離陸させる遠隔操作指示を受信した場合に、駆動部１１の駆動を開始し、飛行体１０を、初期位置である離陸地点（Ｇ０）の上方に浮上（離陸）させる。

制御部１６は、飛行体１０を浮上させた後、焼却炉５０の内部空間の内壁および天井面の点検を行なう。すなわち、制御部１６は、飛行体１０を浮上させた後、焼却炉５０の内部空間の異常箇所を探索する飛行制御動作を行なう。

具体的には、制御部１６が無線通信部１３を介してコントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２から、カメラ１４を所定の撮像方向（角度）へ向けて、上方向へ移動するよう遠隔操作指示を受信した場合、指示された撮像方向（角度）を向くようにカメラ１４を制御するとともに、飛行体１０が上昇飛行するように駆動部１１を制御する。また、制御部１６は、例えば自動飛行において、無線通信部１３、コントローラ２０を介して情報処理装置２から、対象物を撮像しながら一定の速度で上方向へ移動するよう遠隔操作指示を受信した場合に、画像処理部１５の出力を基に速度を一定に保ちながら上昇飛行するように、駆動部１１を制御する。

本実施の形態の制御部１６は、高度推定手段１６１と、構造物検出手段１６２と、距離方向算出手段１６３と、高度補正値算出手段１６４と、撮像方向制御手段１６５と、を備える。

また、制御部１６は、超音波センサ１２ａ、１２ｂが検出した距離、カメラ１４の撮像方向（角度）、高度推定手段１６１が推定した飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差を、無線通信部１３を介して、コントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２へ送信する。

図４は、制御部１６の各部の機能動作を示す図である。高度推定手段１６１は、気圧高度計測部１７が計測した飛行体１０の現在地点（Ｐ１）の高度と、後述する高度補正値とに基づいて、基準地点（Ｐ０）から飛行体１０の現在地点（Ｐ１）までの高度差（ＨＤ）を推定する。

構造物検出手段１６２は、カメラ１４が現在地点（Ｐ１）で撮像した画像から、基準地点（Ｐ０）からの高度差（ＨＭ）および大きさが既知である基準構造物（Ｍ）を検出する。基準構造物としては、焼却炉５０の温度計５１、圧力計５２、通気口５３，５４、耐火物境界５５、下部マンホール５６、上部マンホール５７などが挙げられる。それぞれの基準構造物（Ｍ）の、基準地点（Ｐ０）からの高度差（ＨＭ）および大きさは、記憶部１９に記憶されている。

構造物検出手段１６２は、カメラ１４が基準構造物（Ｍ）と考えられる構造物を撮像したとき、後述する距離方向算出手段１６３が該基準構造物（Ｍ）までの距離と方向を算出する。さらに、算出した距離と方向、および高度推定手段１６１が推定した飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差とに基づいて、記憶部１９に記憶されている基準構造物（Ｍ）の情報から基準構造物（Ｍ）の情報を検索し、その大きさ情報を取得する。

次に、構造物検出手段１６２は、記憶部１９から取得した基準構造物（Ｍ）の大きさ情報と、カメラ１４が撮像した画像に基づいて算出した基準構造物（Ｍ）の大きさとを比較し、基準構造物（Ｍ）を特定する。

具体的には、構造物検出手段１６２は、カメラ１４が撮像した画像上の基準構造物（Ｍ）の垂直方向の大きさをｒ（ｐｉｘｅｌ）、カメラ１４のレンズの焦点距離をｆ（ｐｉｘｅｌ）、カメラ１４の撮像方向（角度）を水平面に対して上方向にα、超音波センサ１２ａが検出した飛行体１０の水平方向の対象物（壁）までの距離をＬＵ（ｍ）として、カメラ１４が撮像した画像に基づいて推定した基準構造物（Ｍ）の垂直方向の大きさＲ’（ｍ）を、以下の数式（１）によって算出する。
Ｒ’＝（ＬＵ・ｒ）／（ｆ・ｃｏｓ^２α） ・・・（１）

構造物検出手段１６２は、算出した基準構造物（Ｍ）の垂直方向の大きさＲ’と、記憶部１９から取得した基準構造物（Ｍ）の大きさ情報Ｒとに基づいて、カメラ１４が撮像した画像に映る基準構造物（Ｍ）を特定し、検出する。

距離方向算出手段１６３は、構造物検出手段１６２が基準構造物（Ｍ）を検出したとき、超音波センサ１２ａが検出した飛行体１０から対象物（壁）までの水平距離と、カメラ１４の撮像方向（角度）とに基づいて、飛行体１０から基準構造物（Ｍ）までの距離と方向を算出する。具体的には、超音波センサ１２ａが検出した飛行体１０の水平方向の対象物（壁）までの距離をＬＵ（ｍ）、カメラ１４の撮像方向（角度）がαのとき、距離（ＬＭ）は以下の数式（２）によって算出し、方向は撮像方向（角度）と等しいαとする。
ＬＭ＝ＬＵ／ｃｏｓα ・・・（２）

高度補正値算出手段１６４は、構造物検出手段１６２が基準構造物（Ｍ）を検出したときの、距離方向算出手段１６３が算出した基準構造物（Ｍ）までの距離と方向、および記憶部１９に記憶された、検出された基準構造物（Ｍ）の基準地点（Ｐ０）からの高度差（ＨＭ）に基づいて、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差（ＨＤ’）を算出し、該算出した高度差（ＨＤ’）と、気圧高度計測部１７が計測した高度（Ｈ）の差分に基づいて、高度補正値（ΔＨＤ）を算出する。

具体的には、構造物検出手段１６２が、基準地点（Ｐ０）からの高度差がＨＭ（ｍ）の基準構造物（Ｍ）を検出したときの、飛行体１０から水平方向の対象物（壁）までの距離をＬＵ（ｍ）、撮像方向（角度）を水平面から上方向にαとすると、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差ＨＤ’（ｍ）は、以下の数式（３）で算出することができる。
ＨＤ’＝ＨＭ－ＬＵ・ｔａｎα ・・・（３）

算出した高度差（ＨＤ’）に基づいて、気圧高度計測部１７が計測した高度（Ｈ）を補正する高度補正値（ΔＨＤ）は、次の数式（４）で算出することができる。
ΔＨＤ＝Ｈ－ＨＤ’ ・・・（４）

そして、高度推定手段１６１は、高度補正値算出手段１６４が算出した高度補正値（ΔＨ）に基づいて、気圧高度計測部１７が計測した高度（Ｈ）を補正して、飛行体１０の現在地点（Ｐ１）の基準地点（Ｐ０）からの高度差（ＨＤ）を次の数式（５）を用いて推定する。
ＨＤ＝Ｈ＋ΔＨＤ ・・・（５）

また、制御部１６は、バッテリ監視部１１ｂから出力された電力残量が閾値を下回った場合には、飛行体１０を離陸地点（Ｇ０）まで移動させて、離陸地点（Ｇ０）に着陸させる制御を行なう。また、制御部１６は、コントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２から帰投指示を受信した場合にも、飛行体１０を離陸地点（Ｇ０）まで移動させて、離陸地点（Ｇ０）に着陸させる制御を行なう。

次に、飛行体ユニット１による焼却炉５０の点検動作について説明する。

下部マンホール５６から導入される飛行体１０は、最初に離陸地点（Ｇ０）に置かれる。離陸地点（Ｇ０）は、下部マンホール５６等を経由して焼却炉５０の外部から内部へ飛行体１０が飛行進入可能な場合は、焼却炉５０の外側の任意の位置としてよい。また、点検の状況に応じて、離陸地点（Ｇ０）を焼却炉５０内部の任意の位置としてもよい。コントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２から、遠隔操作指示により、飛行体１０を離陸地点（Ｇ０）から離陸させ、焼却炉５０の内部の点検開始位置まで飛行体１０を飛行させる。

このとき、飛行体１０が焼却炉５０の内部に進入したら、コントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２からの遠隔操作指示により、気圧高度計測部１７および高度補正値のゼロ設定を行なう。ゼロ設定とは、その時点で気圧高度計測部１７が検知した気圧に対応する計測高度を０ｍに設定する初期値設定操作である。この時点では、まだカメラ１４により基準構造物が撮像されていないため、高度補正値ΔＨが算出されず不定であり、また高度推定手段１６１は高度差ＨＤを推定できないので、高度差ＨＤも不定である。

この後、飛行体１０は、コントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２からの遠隔操作指示により、焼却炉５０の内部空間を上昇飛行または下降飛行し、上昇飛行中および下降飛行中に、カメラ１４によって焼却炉５０の内壁および天井面を撮影する。

飛行体１０の上昇飛行と下降飛行は、高度推定手段１６１による飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの高度差の推定と、超音波センサ１２ａ、１２ｂによって飛行体１０が焼却炉５０の内壁および天井面に接触しないように焼却炉５０の内壁および天井面との間隔を計測しながら行なわれる。

飛行体１０は、カメラ１４が撮像した画像とともに、カメラ１４の撮像方向（角度）、その撮影時点での高度推定手段１６１が推定した基準地点（Ｐ０）からの高度差、超音波センサ１２ａ、１２ｂが検出した焼却炉５０の内壁までの距離を、コントローラ２０、およびコントローラ２０を介して情報処理装置２へ送信する。情報処理装置２は、受信したこれらの情報を、図示しない点検者が確認するための表示手段に表示する。点検者は、情報処理装置２の表示手段に映るこれらの情報から、点検対象の異常箇所の有無とその位置（基準地点（Ｐ０）からの高度差）を確認することができる。

このように、本実施の形態によれば、ＧＰＳ電波が届かない構造体の内部空間を遠隔操縦飛行する飛行体の飛行高度の検知誤差をできる限り少なくし、構造体の内壁および天井面の点検の結果として、異常箇所の正確な位置を把握することができる。

そして、目視点検では確認できなかった部分の確認が行え、点検を効率化することができるようになる。

ここで、図５（ａ）は計測例を示す図である。図５（ａ）は、焼却炉５０の前壁に沿って、飛行体１０を上昇飛行および下降飛行させたときの、カメラ１４が撮像した構造物と、その撮像時に気圧高度計測部１７が計測した高度Ｈと、構造物検出手段１６２が検出した基準構造物の高さ情報に基づいて高度補正値算出手段１６４が算出した高度補正値ΔＨと、高度推定手段１６１が高度補正値を用いて算出した基準地点（Ｐ０）から飛行体１０までの高度差ＨＤを示している。なお、この計測例では、カメラ１４の撮像方向（角度）（α）は０°（水平）である。

また、図５（ｂ）は記憶部１９に記憶された基準構造物の基準地点（Ｐ０）からの高度差と大きさ（垂直方向）の例を示す図である。この例では、基準構造物として、下部マンホール５６、通気口５３、耐火物境界５５について、それぞれの基準地点（Ｐ０）からの高度差と大きさが記憶されている。

図５（ａ）の（０）に示すとおり、飛行体１０がコントローラ２０、またはコントローラ２０を介して情報処理装置２からゼロ設定の遠隔操作指示を受信すると、気圧高度計測部１７が、その時点で検知した気圧と対応づけて測定高度Ｈを０ｍに設定するとともに、高度補正値ΔＨを０ｍに設定する。この時点で、高度推定手段１６１は高度差ＨＤを０ｍと推定する。

図５（ａ）の（１）に示すとおり、カメラ１４が下部マンホール５６を撮像したとき、気圧高度計測部１７が計測した高度Ｈは２．９ｍである。このとき、構造物検出手段１６２は、記憶部１９を参照して基準構造物である下部マンホール５６を検出し、高度補正値算出手段１６４は、記憶部１９に記憶された下部マンホール５６の基準地点（Ｐ０）からの高度差が０ｍであることに基づいて、飛行体１０の高度差ＨＤ’を０ｍ、高度補正値ΔＨのあるべき値を－２．９ｍと算出し、現在の高度補正値ΔＨの０ｍを－２．９ｍに更新する。高度推定手段１６１は、更新された高度補正値ΔＨ（－２．９ｍ）に基づいて、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの推定高度差ＨＤを０ｍと算出する。

図５（ａ）の（２）に示すとおり、カメラ１４が通気口５３を撮像したとき、気圧高度計測部１７が計測した高度Ｈは４．４ｍである。このとき、構造物検出手段１６２は、記憶部１９を参照して基準構造物である通気口５３を検出し、高度補正値算出手段１６４は、記憶部１９に記憶された通気口５３の基準地点（Ｐ０）からの高度差が１．５ｍであることに基づいて、飛行体１０の高度差ＨＤ’を１．５ｍ、高度補正値ΔＨのあるべき値を－２．９ｍと算出し、現在の高度補正値ΔＨの－２．９ｍを更新しない。高度推定手段１６１は、現在の高度補正値ΔＨに基づいて、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの推定高度差ＨＤを１．５ｍと算出する。

また、図５（ａ）の（４）に示すとおり、カメラ１４が耐火物境界５５を撮像したとき、気圧高度計測部１７が計測した高度Ｈは１１．６ｍである。このとき、構造物検出手段１６２は、記憶部１９を参照して基準構造物である耐火物境界５５を検出し、高度補正値算出手段１６４は、記憶部１９に記憶された耐火物境界５５の基準地点（Ｐ０）からの高度差が８．５ｍであることに基づいて、飛行体１０の高度差ＨＤ’を８．５ｍ、高度補正値ΔＨのあるべき値を－３．１ｍと算出し、現在の高度補正値ΔＨの－２．９ｍを－３．１ｍに更新する。高度推定手段１６１は、更新された高度補正値ΔＨ（－３．１ｍ）に基づいて、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの推定高度差ＨＤを８．５ｍと算出する。

その後、飛行体１０が上昇飛行から折り返し下降飛行に移り、カメラ１４で構造物を撮像しながら下降飛行する。この場合においても、同様に構造物検出手段１６２が基準構造物を検出したとき（図５（ａ）の（５）、（７））、高度補正値算出手段１６４が高度補正値ΔＨを更新し、その高度補正値ΔＨと気圧高度計測部１７が計測した高度Ｈとに基づいて、高度推定手段１６１が推定高度差ＨＤを算出する。

このようにして飛行体１０の推定高度差ＨＤを補正することにより、コントローラ２０および情報処理装置２は、飛行体１０からカメラ１４の撮像した画像とともに受信する撮像方向（角度）、および推定高度差ＨＤの情報に基づいて、対象物５８の位置を把握することができる。具体的には、上昇飛行時において、カメラ１４が撮像した画像に対象物５８が映った時（図５（ａ）の（３））、同時に受信したカメラ１４の撮像方向（角度）が０°、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）から推定高度差ＨＤが４．１ｍとの情報を受信する。また、下降飛行時において、カメラ１４が撮像した画像に対象物５８が映った時（図５（ａ）の（６））、同時に受信したカメラ１４の撮像方向（角度）が０°、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）から推定高度差ＨＤが４．５ｍとの情報を受信する。

また、情報処理装置２は、飛行体１０から受信した、カメラ１４の撮像した画像、撮像方向（角度）、および推定高度差ＨＤの情報に基づいて、異常箇所（付着物やクラック）である対象物５８に係る点検報告書を作成することができる。図５（ｃ）は、情報処理装置２において作成される点検報告書の例である。この例のように、点検報告書には、撮像された対象物５８の画像、およびその位置が表示される。そして、対象物５８の位置は、飛行体１０から受信した撮像方向（角度）および推定高度差ＨＤの情報に基づいて算出される。具体的には、情報処理装置２は、飛行体１０の上昇飛行時および下降飛行時において、カメラ１４が撮像した画像に対象物５８が映った時（図５（ａ）の（３）および（６））に受信した、カメラ１４の撮像方向（角度）０°、飛行体１０の基準地点（Ｐ０）からの推定高度差ＨＤの４．１ｍ（上昇時）および４．５ｍ（下降時）の情報から、対象物５８の基準地点（Ｐ０）からの高さを、４．１ｍ（上昇飛行時）と４．５ｍ（下降飛行時）の平均値４．３ｍと算出し、点検報告書に表示する。

なお、本実施の形態においては、飛行体１０の制御部１６が、高度推定手段１６１と、構造物検出手段１６２と、距離方向算出手段１６３と、高度補正値算出手段１６４と、撮像方向制御手段１６５とを備えるようにしたが、これに限るものではなく、コントローラ２０がそれらの一部または全部を備えるものであってもよい。

また、飛行体ユニット１が、高度推定手段１６１と、構造物検出手段１６２と、距離方向算出手段１６３と、高度補正値算出手段１６４と、撮像方向制御手段１６５と、を備えるものに限るものではなく、情報処理装置２がそれらの一部または全部を備えるものであってもよい。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、非接触式の３Ｄスキャナを備えるようにした点が、第１の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

ここで、図６は第２の実施の形態にかかる飛行体１０のシステム構成を示すブロック図である。図６に示すように、飛行体１０は、駆動部１１、バッテリ１１ａ、バッテリ監視部１１ｂ、超音波センサ１２、無線通信部１３、カメラ１４ａ（第１の実施の形態におけるカメラ１４に相当）、画像処理部１５、制御部１６、気圧高度計測部１７、ジャイロセンサ１８、記憶部１９に加え、非接触式の３Ｄスキャナ１４ｂを有する。

３Ｄスキャナ１４ｂは、焼却炉５０の壁面へ光を照射しその反射光を検出することで、対象物の形状を表す３次元スキャンデータ（点群および面データ）を取得し出力する。

そして、制御部１６は、３Ｄスキャナ１４ｂから得られた３次元スキャンデータ（点群および面データ）を、無線通信部１３、コントローラ２０を介して、情報処理装置２へ送信する。情報処理装置２では、付着物計測手段２ａが、受信した３次元スキャンデータ（点群および面データ）に基づいて、焼却炉５０の内壁に付着する付着物の範囲および付着物の高さを計測する。付着物計測手段２ａは、情報処理装置２において画像処理ソフトウェアおよび３Ｄビューワを実行させることにより、その機能を実現することができる。具体的には、画像処理ソフトウェアが受信した３次元スキャンデータ（点群及び面データ）を取り込み処理した後、３Ｄビューワ（例えばAUTODESK社のNAVISWORKS（登録商標）等）によって、情報処理装置の図示しない表示手段に、焼却炉５０の内壁に付着する付着物の形状を、立体モデルで再現表示するとともに、その３Ｄビューワの計測機能を用いて、立体モデル上で任意にピックアップした２点間の３次元距離を表示することができる。

ここで、図７は、焼却炉５０の内壁における付着物の一例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態によれば、焼却炉５０の壁面における付着物の範囲および付着物の高さ（ＨＦ）を計測することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 飛行体ユニット
２ 情報処理装置
２ａ 付着物計測手段
１０ 飛行体
１１ 駆動部
１１ａ バッテリ
１１ｂ バッテリ監視部
１２ａ、１２ｂ 超音波センサ
１３ 無線通信部
１４，１４ａ カメラ
１４ｂ ３Ｄスキャナ
１５ 画像処理部
１６ 制御部
１７ 気圧高度計測部
１８ ジャイロセンサ
１９ 記憶部
２０ コントローラ
５０ 焼却炉
５１ 温度計
５２ 圧力計
５３，５４ 通気口
５５ 耐火物境界
５６ 下部マンホール
５６ａ 下部マンホールセンター
５７ 上部マンホール
１００ 点検システム
１６１ 高度推定手段
１６２ 構造物検出手段
１６３ 距離方向算出手段
１６４ 高度補正値算出手段
１６５ 撮像方向制御手段

Claims (7)

1. 飛行体を飛行させる飛行体ユニットであって、
   前記飛行体に設けられ、該飛行体の周囲を撮像する撮像手段と、
   前記飛行体に設けられ、気圧に基づいて高度を計測する気圧高度計測手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像から、基準地点からの高度差が既知である基準構造物を検出する構造物検出手段と、
   前記構造物検出手段が前記基準構造物を検出したときの前記飛行体から前記基準構造物までの距離と方向を算出する距離方向算出手段と、
   前記距離方向算出手段が算出した、前記飛行体から前記基準構造物までの距離と方向、および前記基準構造物の前記基準地点からの高度差に基づいて、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を算出し、該算出した高度差と、前記気圧高度計測手段が計測した高度の差分から高度補正値を算出する、高度補正値算出手段と、
   前記高度補正値算出手段が算出した前記高度補正値に基づいて、前記気圧高度計測手段が計測した高度を補正して、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を推定する高度推定手段と、
   を備えたことを特徴とする飛行体ユニット。
2. 前記距離方向算出手段は、前記撮像手段の撮像方向を考慮して、前記基準構造物までの距離と方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体ユニット。
3. 前記飛行体は、ＧＰＳ（Global Positioning System）電波が届かない構造体の内部空間を飛行する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の飛行体ユニット。
4. 前記飛行体は、燃焼装置の内部空間を飛行する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の飛行体ユニット。
5. 飛行体を飛行させる飛行体ユニットと、情報処理装置と、を備える点検システムにおいて、
   前記飛行体に設けられ、該飛行体の周囲を撮像する撮像手段と、
   前記飛行体に設けられ、気圧に基づいて高度を計測する気圧高度計測手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像から、基準地点からの高度差が既知である基準構造物を検出する構造物検出手段と、
   前記構造物検出手段が前記基準構造物を検出したときの前記飛行体からの前記基準構造物までの距離と方向を算出する距離方向算出手段と、
   前記距離方向算出手段が算出した、前記飛行体から前記基準構造物までの距離と方向、および前記基準構造物の前記基準地点からの高度差に基づいて、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を算出し、該算出した高度差と、前記気圧高度計測手段が計測した高度の差分から高度補正値を算出する、高度補正値算出手段と、
   前記高度補正値算出手段が算出した前記高度補正値に基づいて、前記気圧高度計測手段が計測した高度を補正して、前記飛行体の前記基準地点からの高度差を推定する高度推定手段と、
   を備えたことを特徴とする点検システム。
6. 前記距離方向算出手段は、前記撮像手段の撮像方向を考慮して、前記基準構造物までの距離と方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の点検システム。
7. 対象物へ光を照射しその反射光を検出することで対象物の形状を表す３次元スキャンデータ（点群および面データ）を出力する３Ｄスキャナと、
   前記３Ｄスキャナから出力された前記３次元スキャンデータ（点群および面データ）に基づいて、前記対象物に対する付着物の範囲および付着物の高さを計測する付着物計測手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の点検システム。

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