JP7241584B2

JP7241584B2 - 屋根の点検方法およびプログラム

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Publication number: JP7241584B2
Application number: JP2019065531A
Authority: JP
Inventors: 淳司大澤; 拓久山田; 雅之今仲; 謙吾石丸; 嵩之湯淺
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020166490A

Description

本発明は、無人航空機を用いた建物の屋根の点検方法およびプログラムに関する。

従来、建物の屋根を点検する場合、点検者は屋根に上がり、直接屋根を目視して確認している。

また、近年、無人航空機を用いて、高所の位置を点検したり、屋内空間の内壁面を検査したりする検査方法が提案されている（例えば特許文献１および２参照）。

特許第６４８４６９５号公報特開２０１８－１３３０１０号公報

しかしながら、建物の屋根を点検する際に、点検者が屋根に上がったり、屋根上全体を移動したりすることは簡単ではないため、点検作業に時間がかかる。そこで、無人航空機を用いて建物の屋根を点検することが考えられるが、無人航空機を用いた従来の検査方法では、屋根の点検に適した点検方法は存在しない。このため、例えば屋根の画像と撮像位置との関係を点検者が把握しにくく、点検に時間がかかるといったことが考えられる。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、無人航空機を用いて建物の屋根を容易に点検することが可能な屋根の点検方法およびプログラムを提供することを課題とする。

本発明に係る屋根の点検方法は、撮像部を備える無人航空機を用いた建物の屋根の点検方法であって、位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、前記屋根に対する前記無人航空機の飛行高さと前記撮像部の画角とに基づいて、前記屋根に対する前記撮像部の撮像範囲の大きさを算出する工程と、前記撮像範囲の大きさと、前記撮像範囲同士のオーバーラップ代と、に基づいて、撮像間隔を設定する工程と、前記仮想線および前記撮像間隔に基づいて、前記仮想線上に撮像位置を設定する工程と、前記無人航空機が、前記飛行経路に沿って自律飛行するとともに、前記撮像位置に前記光軸が一致したときに前記屋根を撮像する撮像工程と、を含む。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、「撮像部の光軸」とは、撮像部を構成する光学系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線をいう。言い換えると、撮像部の光軸とは、撮像部のレンズの中心と焦点とを通過する光線をいう。また、撮像部の光軸上には、撮像範囲の中心が配置される。

本発明の屋根の点検方法によれば、位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する。これにより、例えば、屋根の輪郭線を撮像部の光軸が通過するように飛行経路を設定する場合と比べて、撮像した画像内における屋根以外の部分が占める割合を少なくすることができる(屋根以外の部分が画像に写る面積を少なくすることができる)。このため、撮像する画像の枚数を少なくすることができるので、効率的に屋根を点検することができる。

また、屋根の輪郭線に沿って撮像されるので、画像と撮像位置との関係を点検者が容易に把握することができる。すなわち、画像が屋根のどの部分を撮像したものであるかを、点検者が容易に把握することができる。このため、屋根を容易に点検することができ、屋根の点検に時間がかかるのを抑制することができる。

また、前記屋根に対する前記無人航空機の飛行高さと前記撮像部の画角とに基づいて、前記屋根に対する前記無人航空機の撮像範囲の大きさを算出する工程を設ける。これにより、屋根に対する撮像範囲の大きさを正確に算出することができる。また、前記撮像範囲の大きさと前記撮像範囲同士のオーバーラップ代とに基づいて、撮像間隔を設定する工程と、前記仮想線および前記撮像間隔に基づいて、前記仮想線上に撮像位置を設定する工程と、を設ける。これにより、撮像位置を適切に設定することができる。

また、前記無人航空機が、前記飛行経路に沿って自律飛行するとともに、前記撮像位置に前記光軸が一致したときに前記屋根を撮像する撮像工程を設ける。これにより、点検者が屋根に上がったり、屋根上全体を移動したりする必要がないので、屋根を容易に点検することができる。また、点検者が無人航空機を操縦する必要がないので、屋根をより容易に点検することができる。

上記屋根の点検方法において、好ましくは、前記無人航空機は、前記各仮想線において、前記仮想線の一端側から他端側に向かって前記仮想線に沿って飛行し、前記撮像位置を設定する工程において、前記各仮想線に対して、前記仮想線の一端から前記他端側に所定距離だけオフセットした位置を、最初の撮像位置に設定する。このように構成すれば、各仮想線に対して、仮想線の一端を最初の撮像位置に設定する場合に比べて、撮像した画像内における屋根以外の部分が占める割合を少なくすることができる。このため、撮像する画像の枚数をより少なくすることができるので、より効率的に屋根を点検することができる。

上記屋根の点検方法において、好ましくは、前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量をｘとし、前記各仮想線において、前記仮想線の長さをＬａ、前記撮像範囲の前記仮想線に沿った方向の長さをＷｐとしたときに、Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たす場合、前記仮想線の中心を前記撮像位置に設定する。このように構成すれば、その仮想線（Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たす仮想線）に対応する直線部全体を、１枚の画像に収めることができる。

上記屋根の点検方法において、好ましくは、前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量をｘとし、前記各仮想線において、前記仮想線の長さをＬａ、前記撮像範囲の前記仮想線に沿った方向の長さをＷｐ、設定した撮像位置から前記仮想線の前記無人航空機の進行方向前方の他端までの距離をＬｚとしたときに、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合、前記仮想線に対する撮像位置の設定を終了し、次の仮想線に対する撮像位置の設定を行う。このように、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合、最後に設定した撮像位置で撮像することにより、直線部の他端が収まるように撮像することができる。このため、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合にその仮想線に対する撮像位置の設定を終了することによって、効率的に屋根を点検することができる。

上記屋根の点検方法において、好ましくは、前記飛行経路を設定する工程において、前記屋根の輪郭線内から前記仮想線が外れたとき、前記輪郭線内に前記仮想線が収まるように、前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量を補正する。このように構成すれば、撮像部の光軸が屋根の輪郭線の外側に配置されることがないので、画像の中心には屋根１１が必ず写る。このため、画像と撮像位置との関係を点検者が把握しにくくなるのを抑制することができる。

上記屋根の点検方法において、好ましくは、前記無人航空機は、前記各撮像位置において、前記画像の横方向に沿って前記直線部が写るように、前記屋根を撮像する。このように構成すれば、画像と撮像位置との関係を点検者がより容易に把握することができる。

本発明に係るプログラムは、撮像部を備える無人航空機を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、前記コンピュータに、位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、前記屋根に対する前記無人航空機の飛行高さと前記撮像部の画角とに基づいて、前記屋根に対する前記撮像部の撮像範囲の大きさを算出する工程と、前記撮像範囲の大きさと、前記撮像範囲同士のオーバーラップ代と、に基づいて、撮像間隔を設定する工程と、前記仮想線および前記撮像間隔に基づいて、前記仮想線上に撮像位置を設定する工程と、前記無人航空機が、前記飛行経路に沿って自律飛行するとともに、前記撮像位置に前記光軸が一致したときに前記屋根を撮像する撮像工程と、を実行させる。

本発明のプログラムによれば、位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する。これにより、例えば、屋根の輪郭線を撮像部の光軸が通過するように飛行経路を設定する場合と比べて、撮像した画像内における屋根以外の部分が占める割合を少なくすることができる(屋根以外の部分が画像に写る面積を少なくすることができる)。このため、撮像する画像の枚数を少なくすることができるので、効率的に屋根を点検することができる。

本発明によれば、無人航空機を用いて建物の屋根を容易に点検することが可能な屋根の点検方法およびプログラムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法が適用される建物、無人航空機および制御装置を示す模式的斜視図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法を実行する無人航空機の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法を実行する制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のフローを示す図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの飛行経路の設定フローを示す図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの飛行経路の設定方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの飛行経路の設定方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの飛行経路の設定方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像範囲の算出方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像範囲の算出方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像範囲の算出方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像間隔の設定方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像位置の設定フローを示す図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像位置の設定方法を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法のうちの撮像位置の設定方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係る屋根の点検方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法が適用される建物、無人航空機および制御装置を示す模式的斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法を実行する無人航空機の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る屋根の点検方法を実行する制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る屋根の点検方法では、撮像部３５（図２参照）を搭載した無人航空機（ＵＡＶ）３０と無人航空機３０を制御する制御装置５０とを用いて、建物１０の屋根１１に損傷等の異常が生じているか否かを点検する。

本実施形態では、屋根１１は、寄棟であり、４つの屋根面１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄを有する平面視矩形状に形成されている。屋根１１は、棟１２から軒先１３に向かって下方に傾斜している。

無人航空機３０は、所謂ドローンであり、制御装置５０から送信される後述する飛行経路データおよび撮像位置データ等に基づいて、屋根１１の上方を自律飛行しながら屋根１１を撮像する。このとき、無人航空機３０は、屋根１１を複数の撮像範囲に区分けした状態で撮像し、撮像した画像を制御装置５０に送信する。

制御装置５０は、例えば、所定のプログラム（アプリケーションソフトウェア）をインストールしたスマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等の携帯端末であり、本実施形態ではスマートフォンである。制御装置５０は、無人航空機３０が撮像した画像を取得するとともに、表示部５３（図３参照）に画像を表示する。

以下、無人航空機３０および制御装置５０をより具体的に説明する。

［無人航空機３０の構成］
無人航空機３０は図２に示すように、送受信部３１と、受信機３３と、高さセンサ３４と、撮像部３５と、駆動部３６と、記憶部３７と、制御部３９と、を備えている。

送受信部３１は、制御装置５０との間でデータの送受信を行う。送受信部３１が制御装置５０から受信する主要なデータとしては、飛行高さデータ、飛行経路データ、撮像位置データが挙げられる。送受信部３１が制御装置５０に送信する主要なデータとしては、撮像した画像データが挙げられる。

受信機３３は、ＧＰＳ信号を受信するとともに、受信したＧＰＳ信号に基づいて受信機３３の位置、すなわち無人航空機３０の位置を算出する。

高さセンサ３４は、例えば気圧を計測する気圧センサからなり、無人航空機３０の地面に対する高さ位置を検出する。なお、高さセンサ３４を設けず、受信機３３が受信したＧＰＳ信号に基づいて無人航空機３０の地面に対する高さ位置を算出してもよい。

撮像部３５は、カラーのデジタル画像を撮像できるカメラであり、屋根１１を撮像して画像データを取得する。この画像データには、撮像位置データが関連付けられている。このため、制御装置５０は、複数枚の画像を繋ぎ合せて１つの画像として表示することも可能である。撮像部３５は、撮像部３５に含まれるレンズの光軸を水平方向に動かすパン機能、上下方向に動かすチルト機能を有する。なお、パン角の範囲は、例えば、無人航空機３０の前方を中心として左右方向に約７５度の角度範囲であり、チルト角の範囲は、例えば、無人航空機３０の前方に対して、上側に３０度の位置から下側に９０度の位置（無人航空機３０の真下の位置）までの角度範囲である。

駆動部３６は、複数の回転翼と、回転翼に付与する駆動力を発生するモータと、モータに電力を供給する蓄電池と、を含んでいる。複数の回転翼の回転速度を個別に制御することによって、無人航空機３０の飛行高さ、飛行経路、飛行速度、水平度等を変更することができる。

制御部３９は、無人航空機３０全体を制御する。制御部３９は、送受信部３１が受信した飛行高さデータ、飛行経路データ、撮像位置データを記憶部３７に記憶する。また、制御部３９は、飛行高さデータおよび飛行経路データに基づいて駆動部３６を制御して、無人航空機３０を自律飛行させる。また、制御部３９は、撮像位置データに基づいて撮像部３５を制御して、撮像位置で屋根１１を撮像する。また、制御部３９は、撮像部３５が取得した画像データを記憶部３７に記憶するとともに、制御装置５０に送信する。

［制御装置５０の構成］
制御装置５０は図３に示すように、送受信部５１と、表示部５３、入力部５４と、記憶部５７と、制御部５９と、を備えている。

送受信部５１は、無人航空機３０との間でデータの送受信を行う。

表示部５３は、例えば液晶表示パネルからなり、地図データを表示したり、無人航空機３０の撮像部３５が撮像した画像を表示したりする。なお、地図データは、インターネットを介して取得したものであってもよいし、予め記憶部５７に記憶されているものであってもよい。入力部５４は、例えば、タッチパネルやキーボードからなる。

記憶部５７は、無人航空機３０から受信したデータや、制御部５９で生成されたデータを記憶する。記憶部５７は、制御部５９を動作させるためのプログラムを記憶するメモリである。このようなメモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ等を含んで構成することが可能である。

制御部５９は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成されており、記憶部５７に記憶されている動作プログラムを実行する。制御部５９がプログラムを実行することによって、後述する各処理を実現することができる。このようなプログラムは、例えばインターネットを介してダウンロードすることによって取得され、記憶部５７に記憶される。

制御部５９は、制御装置５０全体を制御する。制御部５９は、送受信部５１が受信した画像データを記憶部５７に記憶する。また、制御部５９は、ソフトウェアとして、飛行経路設定部５９ａ、撮像範囲算出部５９ｂ、撮像間隔設定部５９ｃおよび撮像位置設定部５９ｄを備えている。

飛行経路設定部５９ａは、点検する屋根１１の輪郭線データに基づいて、無人航空機３０の飛行経路を設定する。また、飛行経路設定部５９ａは、飛行経路データを生成して記憶部５７に記憶する。撮像範囲算出部５９ｂは、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さ等に基づいて、屋根１１に対する撮像部３５の撮像範囲の大きさを算出する。また、撮像範囲算出部５９ｂは、撮像範囲データを生成して記憶部５７に記憶する。撮像間隔設定部５９ｃは、撮像範囲の大きさと、撮像範囲のオーバーラップ代と、に基づいて、撮像間隔を設定する。また、撮像間隔設定部５９ｃは、撮像間隔データを生成して記憶部５７に記憶する。撮像位置設定部５９ｄは、撮像間隔設定部５９ｃが設定した撮像間隔等に基づいて、撮像位置を設定する。また、撮像位置設定部５９ｄは、撮像位置データを生成して記憶部５７に記憶する。なお、飛行経路の設定方法、撮像範囲の大きさの算出方法、撮像間隔の設定方法、撮像位置の設定方法については、後述する。

次に、本実施形態の屋根１１の点検方法について詳細に説明する。なお、ここでは、撮像部３５で撮像される画像の縦横比を３：４、撮像部３５のパン角を０度、撮像部３５のチルト角を－９０度（すなわち、撮像部３５の光軸は鉛直方向）、として説明する。このパン角０度およびチルト角－９０度は、点検途中で変更されない。また、無人航空機３０は、無人航空機３０の正面方向が屋根１１の輪郭線を構成する各直線部（軒先１３）に対して垂直になるように屋根１１の内側（棟１２側）を向いた状態で、屋根１１の上方を飛行するものとする。このため、無人航空機３０によって撮像された画像には、画像の横方向（画像の幅方向ともいう）に沿って、輪郭線を構成する直線部（軒先１３）が写る。

本実施形態の屋根１１の点検方法は図４に示すように、点検対象の建物１０を指定する工程Ｓ１と、飛行経路を設定する工程Ｓ２と、撮像範囲の大きさを算出する工程Ｓ３と、撮像間隔を設定する工程Ｓ４と、撮像位置を設定する工程Ｓ５と、屋根１１を撮像する工程Ｓ６と、離陸地点に戻る工程Ｓ７と、を含んでいる。

工程Ｓ１において、点検者は、制御装置５０に点検対象の建物１０の住所等を入力する。これにより、制御装置５０の表示部５３には、入力した住所周辺の上空からの地図画像が表示され、点検者は、地図画像から点検対象の建物１０の屋根１１を指定するとともに屋根１１の輪郭線を指定する。この輪郭線の指定は、タッチパネル等の入力部５４を用いて地図画像上で容易に行うことができる。地図画像には位置情報（緯度、経度）が含まれているため、指定した輪郭線に対応するように、位置情報（緯度、経度）を含む輪郭線データが生成される。生成された輪郭線データは記憶部５７に記憶される。

工程Ｓ２において、工程Ｓ１で生成された輪郭線データに基づいて、制御装置５０によって、屋根１１の輪郭線から屋根１１の内側にある距離（以下、オフセット量ともいう）オフセットした位置に仮想線Ｌｖ（図７参照）が設定される。そして、制御装置５０によって、仮想線Ｌｖを撮像部３５の光軸が通過するように無人航空機３０の飛行経路が設定される。飛行経路データは、記憶部５７に記憶される。なお、本実施形態では、撮像部３５のチルト角を－９０度（すなわち、撮像部３５の光軸は鉛直方向）としているため、上方から見て仮想線Ｌｖと飛行経路とは一致する。

工程Ｓ３において、点検者は、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さを制御装置５０に入力する。これにより、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さと撮像部３５の画角とに基づいて、制御装置５０によって、屋根１１に対する撮像部３５の撮像範囲の大きさが算出される。撮像範囲データは、記憶部５７に記憶される。

工程Ｓ４において、工程Ｓ３で算出された撮像範囲の大きさと、撮像範囲同士の予め設定されたオーバーラップ代と、に基づいて、制御装置５０によって、撮像間隔が設定される。撮像間隔データは、記憶部５７に記憶される。

工程Ｓ５において、工程Ｓ２において設定された仮想線Ｌｖと工程Ｓ４において設定された撮像間隔とに基づいて、制御装置５０によって、仮想線Ｌｖ上に撮像位置が設定される。撮像位置データは、記憶部５７に記憶される。

工程Ｓ６において、飛行高さデータ、飛行経路データおよび撮像位置データが制御装置５０から無人航空機３０に送信される。無人航空機３０は、飛行高さデータに基づく高さ位置で飛行経路に沿って自律飛行するとともに、仮想線Ｌｖ上の撮像位置に撮像部３５の光軸が一致したときに屋根１１を撮像するとともに屋根１１の画像データを取得する。この画像データには、位置情報（緯度、経度）が含まれる。そして、無人航空機３０から制御装置５０に画像データが送信され、制御装置５０の表示部５３に、屋根１１の画像が表示される。点検者は、制御装置５０を操作することによって、屋根１１の画像を１枚ずつ表示させたり、連続した複数枚の画像を繋ぎ合せて１枚の画像として表示させたりすることができる。そして、点検者によって、屋根１１が点検される。なお、無人航空機３０は飛行経路に沿って飛行するとともに、所定位置（光軸が撮像位置に一致する位置）で一旦停止した状態で屋根１１を撮像する。

工程Ｓ７において、無人航空機３０は離陸地点に戻り、点検者に回収される。なお、本実施形態では、工程Ｓ６において屋根１１を撮像するごとに無人航空機３０から制御装置５０に画像データが送信されるようにしたが、無人航空機３０が離陸地点に戻ってから全ての画像データが制御装置５０に無線または有線で送信されるようにしてもよい。

次に、飛行経路を設定する工程Ｓ２、撮像範囲を算出する工程Ｓ３、撮像間隔を設定する工程Ｓ４、撮像位置を設定する工程Ｓ５について詳細に説明する。

まず、飛行経路を設定する工程Ｓ２について説明する。図５に示すように、工程Ｓ２１において、工程Ｓ１で生成された輪郭線データに基づいて、制御装置５０によって、屋根１１の輪郭線（軒先１３）から屋根１１の内側（棟１２側）にオフセット量ｘだけオフセットした位置にオフセット線Ｌｏ（図６参照）が設定される。なお、オフセット量ｘは、例えば２ｍであり、点検者等によって予め設定されている。また、点検者は、オフセット量ｘが後述する撮像範囲Ｑの縦サイズの半分よりも小さくなるように、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さＦＨと、オフセット量ｘと、を設定する。これにより、屋根１１の輪郭線を構成する直線部（軒先１３）を画像内に収めることができる。なお、点検者の設定ミスや入力ミスが生じることも考えられるため、例えば撮像範囲を算出する工程Ｓ３の後に、オフセット量ｘが撮像範囲Ｑの縦サイズの半分以上である場合に、オフセット量ｘが撮像範囲Ｑの縦サイズの半分よりも小さくなるように、オフセット量ｘを補正する工程を設けてもよい。

工程Ｓ２２において、制御装置５０によって、オフセット線Ｌｏの交点がウェイポイントＰとして設定されるとともに、オフセット線ＬｏのうちのウェイポイントＰ同士を結ぶ線分が仮想線Ｌｖとして設定される。無人航空機３０は、複数の仮想線ＬｖおよびウェイポイントＰの真上の位置を順番に辿ることになる。

工程Ｓ２３において、屋根１１の輪郭線を構成する各直線部（軒先１３）について、対向する直線部（軒先１３）までの距離が２ｘよりも小さいか否かが判定される。すなわち、例えば、屋根面１１ａの軒先１３から屋根面１１ｃの軒先１３までの距離が２ｘよりも小さいか否かが判定される。図７に示す例では、屋根面１１ａの軒先１３から屋根面１１ｃの軒先１３までの距離は２ｘよりも大きいので、工程Ｓ２４に進む。

工程Ｓ２４において、屋根１１の輪郭線を構成する全ての直線部について工程Ｓ２３の判定が終了したか否かが判断され、終了していないと判断された場合、工程Ｓ２３に戻る。

ここで、例えば図８に示す屋根１１では、軒先１３ａから、対向する軒先１３ｂまでの距離は２ｘよりも小さいので、軒先１３ａからオフセット量ｘだけオフセットした仮想線Ｌｖ１３ａと、軒先１３ｂからオフセット量ｘだけオフセットした仮想線Ｌｖ１３ｂとは、図８に示す位置関係になり、飛行経路が複雑になる。なお、図示しないが、軒先１３ａから軒先１３ｂまでの距離がｘよりも小さい場合、仮想線Ｌｖ１３ａおよびＬｖ１３ｂは屋根１１の輪郭線内から外れる（輪郭線の外側に配置される）。

そこで、本実施形態では、例えば工程Ｓ２３において、屋根１１の輪郭線を構成する直線部（軒先１３ａ）について、対向する直線部（軒先１３ｂ）までの距離が２ｘよりも小さいか否かが判定され、２ｘよりも小さい場合は、工程Ｓ２５に進む。

工程Ｓ２５において、その直線部（軒先１３ａ）に対するオフセット量を補正する。ここでは、オフセット量は、軒先１３ａと軒先１３ｂとの間の距離の１／４の長さに設定される。その後、工程Ｓ２４に進む。なお、軒先１３ａから軒先１３ｂまでの距離がｘよりも小さく、仮想線Ｌｖ１３ａおよびＬｖ１３ｂが屋根１１の輪郭線内から外れる（輪郭線の外側に配置される）場合であっても、工程Ｓ２５において、オフセット量を、軒先１３ａと軒先１３ｂとの間の距離の１／４の長さに設定することによって、屋根１１の輪郭線内に仮想線Ｌｖ１３ａおよびＬｖ１３ｂが収まる。

工程Ｓ２４において、屋根１１の輪郭線を構成する全ての直線部について工程Ｓ２３の判定が終了したと判断された場合、工程Ｓ２６に進む。なお、この状態において、屋根１１の輪郭線よりも内側を１周するように仮想線Ｌｖが設定されている。

工程Ｓ２６において、仮想線Ｌｖを撮像部３５の光軸が通過するように、無人航空機３０の飛行経路が設定された後、処理が終了する。

次に、撮像範囲を算出する工程Ｓ３について説明する。点検者は、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さを制御装置５０に入力する。このとき、図９に示すように、建物１０の屋根１１までの高さをＨ、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さをＦＨ、無人航空機３０の撮像部３５の画角をα°とする。なお、建物１０の屋根１１までの高さＨは、制御装置５０の記憶部５７に予め記憶されていてもよいし、工程Ｓ１において点検者により入力されてもよい。屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さＦＨが入力されることにより、無人航空機３０の地面に対する飛行高さ（＝Ｈ＋ＦＨ）が算出されるため、無人航空機３０を所望の飛行高さで飛行させることが可能である。

図１０に示すように、屋根１１に対する撮像部３５の撮像範囲Ｑの縦（短辺）の長さを３ｑ、横（長辺）の長さを４ｑとすると、撮像範囲の対角線の長さは５ｑとなる。図１１から、ｔａｎ（α／２）＝（５ｑ／２）／ＦＨであるから、ｑ＝２／５・ＦＨ・ｔａｎ（α／２）となる。このため、撮像範囲Ｑの縦の長さは、３ｑ＝６／５・ＦＨ・ｔａｎ（α／２）となり、横の長さは、４ｑ＝８／５・ＦＨ・ｔａｎ（α／２）となる。なお、例えば、屋根１１に対する飛行高さＦＨを１０ｍ、撮像部３５の画角αを８４°とすると、撮像範囲Ｑの縦の長さ３ｑは約１０．８ｍとなり、横の長さ４ｑは約１４．４ｍとなる。

次に、撮像間隔を設定する工程Ｓ４について説明する。以下、理解を容易にするために、図１２に示すように撮像範囲Ｑの縦（短辺）の長さをＨｐ（＝３ｑ）、横（長辺）の長さＷｐ（＝４ｑ）とする。連続する撮像範囲Ｑのオーバーラップ率（オーバーラップ代）をｒ％とし、撮像間隔（撮像ピッチ）をＬとすると、Ｌ＝Ｗｐ×（１－ｒ／１００）となる。なお、例えばオーバーラップ率を３０％、撮像範囲Ｑの横の長さＷｐを１４．４ｍとすると、撮像間隔Ｌは約１０．１ｍとなる。

次に、撮像位置を設定する工程Ｓ５について詳細に説明する。図１３に示すように、工程Ｓ５１において、制御装置５０によって、仮想線Ｌｖごとに、仮想線Ｌｖの長さをＬａとしたときにＬａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たすか否かが判定される。なお、長さＬａは、仮想線ＬｖのウェイポイントＰ同士の距離であり、撮像範囲Ｑの横の長さＷｐは、撮像範囲Ｑの仮想線Ｌｖに沿った方向の長さである。Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満すと判定された場合、工程Ｓ５２に進む。

工程Ｓ５２において、制御装置５０によって、図１４に撮像位置ｐ１で示すように、撮像位置ｐ１は仮想線Ｌｖの中心に設定される。

工程Ｓ５３において、全ての仮想線Ｌｖについて工程Ｓ５１の判定が終了したか否かが判断され、終了していないと判断された場合、工程Ｓ５１に戻る。

工程Ｓ５１において、Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たさないと判定された場合、工程Ｓ５４に進む。この場合、その仮想線Ｌｖに対応する輪郭線全体を撮像するには、２枚以上の画像（２か所以上の撮像位置）が必要である。

工程Ｓ５４において、図１４に撮像位置ｐ２で示すように、仮想線Ｌｖの無人航空機３０の進行方向後方の一端であるウェイポイントＰ１から（Ｗｐ／２）－ｘの位置に、その仮想線Ｌｖにとって最初の撮像位置ｐ２が設定される。なお、（Ｗｐ／２）－ｘは、本発明の「所定距離」の一例である。

工程Ｓ５５において、撮像位置から次のウェイポイントＰまでの距離ＬｚがＬｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たすか否かが判断される。なお、図１４に示すように、例えば撮像位置ｐ２を基準に判断する場合、距離Ｌｚは、撮像位置ｐ２とウェイポイントＰ２（仮想線Ｌｖの無人航空機３０の進行方向前方の他端）との間の距離である。Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たさないと判断された場合、工程Ｓ５６に進む。

工程Ｓ５６において、撮像位置から次のウェイポイントＰまでの距離が撮像間隔Ｌよりも大きいか否かが判断される。大きいと判断された場合、工程Ｓ５７に進む。

工程Ｓ５７において、図１４に撮像位置ｐ３で示すように、撮像間隔Ｌだけ進んだ位置に撮像位置ｐ３を設定し、工程Ｓ５５に戻る。

工程Ｓ５６において、撮像位置から次のウェイポイントＰまでの距離が撮像間隔Ｌ以下であると判断された場合、工程Ｓ５８に進む。

工程Ｓ５８において、図１５に撮像位置ｐ４で示すように、次のウェイポイントＰに撮像位置ｐ４を設定し、工程Ｓ５３に進む。

また、工程Ｓ５５において、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たすと判断された場合、その仮想線Ｌｖに対する撮像位置の設定を終了する（図１４の撮像位置ｐ５参照）。

工程Ｓ５３において、全て仮想線Ｌｖについて工程Ｓ５１の判定が終了したと判断された場合、撮像位置の設定処理が終了する。

本実施形態では、上記のように、位置情報を含む建物１０の上空からの画像の屋根１１の輪郭線データに基づいて、屋根１１の輪郭線を構成する複数の直線部（軒先１３）から屋根１１の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線Ｌｖを撮像部３５の光軸が通過するように無人航空機３０の飛行経路を設定する。これにより、例えば、屋根１１の輪郭線を撮像部３５の光軸が通過するように飛行経路を設定する場合と比べて、撮像した画像内における屋根１１以外の部分が占める割合を少なくすることができる(屋根１１以外の部分が画像に写る面積を少なくすることができる)。このため、撮像する画像の枚数を少なくすることができるので、効率的に屋根１１を点検することができる。

また、屋根１１の輪郭線に沿って撮像されるので、画像と撮像位置（ｐ１～ｐ５等）との関係を点検者が容易に把握することができる。すなわち、画像が屋根１１のどの部分を撮像したものであるかを、点検者が容易に把握することができる。このため、屋根１１を容易に点検することができ、屋根１１の点検に時間がかかるのを抑制することができる。

また、屋根１１に対する無人航空機３０の飛行高さＦＨと撮像部３５の画角αとに基づいて、屋根１１に対する無人航空機３０の撮像範囲Ｑの大きさを算出する工程を設ける。これにより、屋根１１に対する撮像範囲Ｑの大きさを正確に算出することができる。また、撮像範囲Ｑの大きさと撮像範囲Ｑ同士のオーバーラップ率ｒとに基づいて、撮像間隔Ｌを設定する工程と、仮想線Ｌｖおよび撮像間隔Ｌに基づいて、仮想線Ｌｖ上に撮像位置（ｐ１～ｐ５等）を設定する工程と、を設ける。これにより、撮像位置（ｐ１～ｐ５等）を適切に設定することができる。

また、無人航空機３０が、飛行経路に沿って自律飛行するとともに、撮像位置（ｐ１～ｐ５等）に光軸が一致したときに屋根１１を撮像する撮像工程を設ける。これにより、点検者が屋根１１に上がったり、屋根１１上全体を移動したりする必要がないので、屋根１１を容易に点検することができる。また、点検者が無人航空機３０を操縦する必要がないので、屋根１１をより容易に点検することができる。

また、上記のように、撮像位置（ｐ１～ｐ５等）を設定する工程において、各仮想線Ｌｖに対して、仮想線Ｌｖの一端（例えばウェイポイントＰ１）から他端（例えばウェイポイントＰ２）側に所定距離（＝（Ｗｐ／２）－ｘ）だけオフセットした位置を、最初の撮像位置ｐ２に設定する。これにより、各仮想線Ｌｖに対して、仮想線Ｌｖの一端（例えばウェイポイントＰ１）を最初の撮像位置ｐ２に設定する場合に比べて、撮像した画像内における屋根１１以外の部分が占める割合を少なくすることができる。このため、撮像する画像の枚数をより少なくすることができるので、より効率的に屋根１１を点検することができる。

また、上記のように、Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たす場合、仮想線Ｌｖの中心を撮像位置に設定する（図１４のｐ１参照）。これにより、その仮想線Ｌｖ（Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たす仮想線Ｌｖ）に対応する直線部（軒先１３）全体を、１枚の画像に収めることができる。

また、上記のように、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合、最後に設定した撮像位置（ｐ１～ｐ５等）で撮像することにより、直線部（軒先１３）の他端（例えばウェイポイントＰ２）が収まるように撮像することができる。このため、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合にその仮想線Ｌｖに対する撮像位置（ｐ５等）の設定を終了することによって、効率的に屋根１１を点検することができる。

また、上記のように、飛行経路を設定する工程において、屋根１１の輪郭線内から仮想線Ｌｖ１３ａ、Ｌｖ１３ｂが外れたとき、輪郭線内に仮想線Ｌｖ１３ａ、Ｌｖ１３ｂが収まるように、直線部（軒先１３）から屋根１１の内側にオフセットする量（オフセット量）ｘを補正する。これにより、撮像部３５の光軸が屋根１１の輪郭線の外側に配置されることがないので、画像の中心には屋根１１が必ず写る。このため、画像と撮像位置（ｐ１～ｐ５等）との関係を点検者が把握しにくくなるのを抑制することができる。

また、上記のように、無人航空機３０は、各撮像位置において、画像の横方向に沿って直線部（軒先１３）が写るように、屋根１１を撮像する。これにより、画像と撮像位置（ｐ１～ｐ５等）との関係を点検者がより容易に把握することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、撮像部３５のチルト角を－９０度（すなわち、撮像部３５の光軸は鉛直方向）にする例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、撮像部３５の光軸が屋根面１１ａ～１１ｄに対して垂直に近づくように、チルト角を設定してもよい。このように構成すれば、屋根面１１ａ～１１ｄに対して平行に近い画像を得ることができるので、点検者は屋根１１の画像を確認しやすくなる。なお、チルト角を－９０度以外の値に設定する場合、無人航空機３０が屋根１１の真上の範囲から外れ（すなわち、平面視で無人航空機３０が屋根１１の輪郭線の外側を飛行し）、無人航空機３０が隣地に入り込む場合がある。これを防止するために、無人航空機３０が屋根１１の真上の範囲から外れないように（すなわち、平面視で無人航空機３０が屋根１１の輪郭線の外側を飛行しないように）、チルト角を設定することが好ましい。

また、上記実施形態では、工程Ｓ１において、点検者が地図画像から点検対象の建物１０の屋根１１を指定するとともに屋根１１の輪郭線を指定する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、点検者が地図画像から点検対象の建物１０の屋根１１を指定すると、無人航空機３０が指定された建物１０の上空に移動して屋根１１を撮像し、得られた画像に基づいて無人航空機３０または制御装置５０が輪郭線データを生成するように構成されていてもよい。また、例えば、施工業者はその建物１０の屋根１１の輪郭線データを保有しているため、点検者が点検対象の建物１０の住所を入力したり、地図画像から点検対象の建物１０の屋根１１を指定すると、点検者が屋根１１の輪郭線を指定することなく、建物１０の輪郭線データを得ることができる。

また、上記実施形態では、オーバーラップ代の一例としてオーバーラップ率を用いる例について示したが、例えばオーバーラップ量（長さ）を用いてもよい。

１０：建物、１１：屋根、１３：軒先（直線部）、３０：無人航空機、３５：撮像部、ＦＨ：飛行高さ、Ｌ：撮像間隔、Ｌｖ、Ｌｖ１３ａ、Ｌｖ１３ｂ：仮想線、Ｐ１：ウェイポイント（一端）、Ｐ２：ウェイポイント（他端）、ｐ１、ｐ３～ｐ５：撮像位置、ｐ２：撮像位置、最初の撮像位置、Ｑ：撮像範囲、ｒ：オーバーラップ率（オーバーラップ代）、α：画角

Claims

撮像部を備える無人航空機を用いた建物の屋根の点検方法であって、
位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、
前記屋根に対する前記無人航空機の飛行高さと前記撮像部の画角とに基づいて、前記屋根に対する前記撮像部の撮像範囲の大きさを算出する工程と、
前記撮像範囲の大きさと、前記撮像範囲同士のオーバーラップ代と、に基づいて、撮像間隔を設定する工程と、
前記仮想線および前記撮像間隔に基づいて、前記仮想線上に撮像位置を設定する工程と、
前記無人航空機が、前記飛行経路に沿って自律飛行するとともに、前記撮像位置に前記光軸が一致したときに前記屋根を撮像する撮像工程と、
を含むことを特徴とする屋根の点検方法。
前記無人航空機は、前記各仮想線において、前記仮想線の一端側から他端側に向かって前記仮想線に沿って飛行し、
前記撮像位置を設定する工程において、前記各仮想線に対して、前記仮想線の一端から前記他端側に所定距離だけオフセットした位置を、最初の撮像位置に設定することを特徴とする請求項１に記載の屋根の点検方法。
前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量をｘとし、前記各仮想線において、前記仮想線の長さをＬａ、前記撮像範囲の前記仮想線に沿った方向の長さをＷｐとしたときに、Ｌａ＋２ｘ＜Ｗｐを満たす場合、前記仮想線の中心を前記撮像位置に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の屋根の点検方法。
前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量をｘとし、前記各仮想線において、前記仮想線の長さをＬａ、前記撮像範囲の前記仮想線に沿った方向の長さをＷｐ、設定した撮像位置から前記仮想線の前記無人航空機の進行方向前方の他端までの距離をＬｚとしたときに、Ｌｚ≦Ｗｐ／２－ｘを満たす場合、前記仮想線に対する撮像位置の設定を終了し、次の仮想線に対する撮像位置の設定を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の屋根の点検方法。
前記飛行経路を設定する工程において、前記屋根の輪郭線内から前記仮想線が外れたとき、前記輪郭線内に前記仮想線が収まるように、前記直線部から前記屋根の内側にオフセットする量を補正することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の屋根の点検方法。
前記無人航空機は、前記各撮像位置において、前記画像の横方向に沿って前記直線部が写るように、前記屋根を撮像することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の屋根の点検方法。
撮像部を備える無人航空機を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
位置情報を含む建物の上空からの画像の屋根の輪郭線データに基づいて、前記屋根の輪郭線を構成する複数の直線部から前記屋根の内側にオフセットした位置に設定された複数の仮想線を前記撮像部の光軸が通過するように前記無人航空機の飛行経路を設定する工程と、
前記屋根に対する前記無人航空機の飛行高さと前記撮像部の画角とに基づいて、前記屋根に対する前記撮像部の撮像範囲の大きさを算出する工程と、
前記撮像範囲の大きさと、前記撮像範囲同士のオーバーラップ代と、に基づいて、撮像間隔を設定する工程と、
前記仮想線および前記撮像間隔に基づいて、前記仮想線上に撮像位置を設定する工程と、
前記無人航空機が、前記飛行経路に沿って自律飛行するとともに、前記撮像位置に前記光軸が一致したときに前記屋根を撮像する撮像工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。