JP7378891B2 - 水底形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、水底形状測定装置に関する。

海底、湖底、河床などに対する浚渫作業や構造物の構築作業に際しては、海底、湖底、河床の底の水底形状を正確に測定することが必要である。
水底形状測定装置として、観測船から支持フレームを介してソナーを水中に配置し、ソナーによって測定した水底の３次元形状情報と、観測船に搭載したＧＰＳ測位装置で測位された測位情報に基づいて水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
上記従来技術では、波浪による観測船の揺れによって生じる測定誤差を補正するために、観測船側に三次元位置センサを設けて観測船の三次元位置を取得すると共に、地上側にトータルステーションを設け、トータルステーションによって観測船の位置を測定して測位データを求め、これら観測船の三次元位置と測位データを用いて水底形状情報を補正するようにしている。

特開２０１０－３０３４０号公報

しかしながら、上記従来技術では、そもそも水底形状情報を得るために観測船と観測船を運行するための船舶免許資格者が必要となり、設備コスト、運用コストが高いものとなっている。
また、波浪による観測船の揺れによって生じる測定誤差を補正するために三次元位置センサ、トータルステーションといった装置が必要となり、また、測定誤差の補正を行なうための演算処理が必要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で不利となる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、コストを抑制しつつ構成の簡素化を図る上で有利な水底形状測定装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、水底の形状を測定する水底形状測定装置であって、遠隔制御される無人飛行体と、前記無人飛行体に支持部材を介して吊り下げられ水中に位置した状態で前記水底の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成する３次元形状測定部と、前記無人飛行体に搭載され測位衛星から受信した測位信号に基づいて前記無人飛行体の位置を測位し測位情報として生成する測位部と、前記３次元形状情報および前記測位情報に基づいて前記水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成する水底形状情報を生成する水底形状情報生成部と、前記３次元形状測定部に接続され、空気より比重が小さいガスが封入されるバルーンと、前記バルーンへの前記ガスの封入および排出を制御するガス制御部と、を備え、前記ガス制御部は、前記無人飛行体が移動開始地点から所定の目標地点に移動するまでは前記バルーン内に前記ガスを封入した状態とし、前記無人飛行体が前記目標地点に移動すると前記バルーンから前記ガスを排出させる、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記ガス制御部は、前記移動開始地点および前記目標地点の位置情報を予め保持し、前記測位部で生成された前記測位情報が前記位置情報と一致した際に、前記ガスの封入および排出を実施する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記無人飛行体から離れた箇所に管理装置が設けられ、前記ガス制御部は、前記管理装置に対して入力される前記ガスの封入指示および排出指示に基づいて、前記ガスの封入および排出を実施する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記バルーンは、伸縮性を有する素材で形成されており、圧縮された前記ガスが封入されたガス保持部と、前記ガス保持部と前記バルーンとを接続するガス供給部と、前記ガス保持部内の前記ガスの前記ガス供給部内への流入の有無を切り替えるガス供給弁と、前記ガス供給部に設けられたガス排出孔の開閉を制御するガス排出弁と、を
更に備え、前記ガス制御部は、前記ガス供給弁および前記ガス排出弁の開閉を行うことにより前記ガスの封入および排出を実施する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記支持部材は、前記３次元形状測定部を前記飛行体に対して移動不能に支持している、ことを特徴とする。

本発明によれば、無人飛行体に支持部材を介して吊り下げた３次元形状測定部を水中に位置させて水底の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成すると共に、測位部により無人飛行体の位置を測位し測位情報として生成し、それら３次元形状情報および測位情報に基づいて水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成するようにした。
したがって、従来のようにソナーを設けた観測船が不要となるため、観測船と観測船を運行するための船舶免許資格者が必要となり、設備コスト、運用コストを低減する上で有利となる。
また、３次元形状測定部を支持する無人飛行体は、波浪の影響を受けることがなく、従来のように観測船の揺れを補正するための設備が不要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で有利となる。
また、３次元形状測定部にバルーンを接続し、無人飛行体の移動中はバルーン内にガスを封入するので、無人飛行体にかかる３次元形状測定部の荷重を軽減し、無人飛行体の劣化を防止する上で有利となる。また、バルーン内のガスは目的地点に到達後排出されるので、水底形状測定中の３次元形状測定部の姿勢を安定させる上で有利となる。
また、支持部材により３次元形状測定部を飛行体に対して移動不能に支持すると、波浪により３次元形状測定部が飛行体に対して相対的に揺れ動くことを抑制でき、３次元形状測定部による測定をより精度良く行なう上で有利となる。

実施の形態の水底形状測定装置の構成を示すブロック図である。 無人飛行体によって３次元形状測定部が移動する状態を示す説明図である。 無人飛行体によって３次元形状測定部が水中に配置された測定状態を示す説明図である。 荷重軽減機構の構成を示す説明図である。 実施の形態の水底形状測定装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態の水底形状測定装置１０は、管理装置１２と、無人飛行体１４とを含んで構成されている。
管理装置１２は、水底２２（図３参照）の形状を測定する海、河川、湖などの近傍の地上に設けられている。
管理装置１２は、遠隔操作司令部１２Ａと、管理装置側通信部１２Ｂと、地図データベース部１２Ｃと、表示部１２Ｄと、管理装置側飛行制御部１２Ｅと、水底形状情報生成部１２Ｆと、情報処理部１２Ｇと、記憶部１２Ｈと、出力部１２Ｉとを含んで構成されている。

遠隔操作司令部１２Ａは、ジョイスティックなどの操作部材を作業者が操作することで無人飛行体１４を遠隔操作するための飛行体操作指令情報を生成するものである。
また、遠隔操作司令部１２Ａは、操作ボタンなどの操作部材を作業者が操作することで無人飛行体１４に搭載された測位部１４Ｄおよび３次元形状測定部１４Ｅの動作を開始させ、あるいは、停止させるための測位部１４Ｄの操作指令情報、３次元形状測定部１４Ｅの操作司令情報を生成するものである。
また、遠隔操作司令部１２Ａは、作業者の操作に従って、後述するガス制御部１４Ｆに対するガスの封入指示および排出指示を示す指示情報を生成するものである。

管理装置側通信部１２Ｂは、無線回線Ｎを介して無人飛行体１４と通信を行なうものであり、無人飛行体１４に飛行体操作指令情報、測位部１４Ｄの操作指令情報、３次元形状測定部１４Ｅの操作司令情報を送信し、無人飛行体１４から送信される画像情報、測位情報、３次元形状情報を受信するものであり、図中符号１２０２は管理装置側通信部１２Ｂのアンテナを示す。
なお、画像情報、測位情報、３次元形状情報については後で詳述する。

地図データベース部１２Ｃは、水底２２の形状を測定しようとする海、河川、湖などを含む地図情報を格納している。

表示部１２Ｄは、管理装置側通信部１２Ｂで受信された画像情報、３次元形状情報を表示するものである。
したがって、作業者は、表示部１２Ｄによって表示された画像情報、３次元形状情報に基づいて無人飛行体１４の遠隔操作を行なうことが可能となっている。
また、表示部１２Ｄは、管理装置側通信部１２Ｂで受信された測位情報に基づいて、地図データベース部１２Ｃに格納されている地図情報を読み出して表示すると共に、無人飛行体１４の現在位置を表示部１２Ｄの表示画面上に表示された地図の上に表示するように構成されている。
したがって、作業者は、表示部１２Ｄによって表示された地図と無人飛行体１４の現在位置とに基づいて無人飛行体１４の遠隔操作を行なうことが可能となっている。

管理装置側飛行制御部１２Ｅは、作業者の遠隔操作に代えて、管理装置側通信部１２Ｂで受信された測位情報と、予め定められた飛行ルートとに基づいて無人飛行体１４を上記飛行ルートに沿って自動制御により飛行させるものである。
すなわち、地図データベース部１２Ｃの地図情報に基づいて、無人飛行体１４を測定すべき水底２２に沿って飛行するような飛行コースを設定しておき、管理装置側飛行制御部１２Ｅによって測位情報と飛行コースに基づいて飛行体操作指令情報を生成し、飛行体操作指令情報を管理装置側通信部１２Ｂから無線回線Ｎを介して飛行体側通信部１４Ａに送信し、飛行体操作指令情報を飛行体側飛行制御部１４Ｃに与えることで、無人飛行体１４を自動制御することができる。

水底形状情報生成部１２Ｆは、管理装置側通信部１２Ｂで受信された３次元形状情報および測位情報に基づいて水底２２の形状を地球上の座標位置で示される、言い換えると、３次元座標で示される水底形状情報として生成するものである。

情報処理部１２Ｇは、水底形状情報を演算処理することで、水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを生成するものである。
本実施の形態では、表示部１２Ｄによる水底形状情報の表示は、情報処理部１２Ｇによって生成された水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを表示することでなされる。

記憶部１２Ｈは、水底形状情報生成部１２Ｆで生成された水底形状情報、情報処理部１２Ｇで生成された水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを格納するものである。
出力部１２Ｉは、記憶部１２Ｈに記憶された水底形状情報や断面図、斜視図、等深線図などを出力するものであり、例えば、メモリカードなどの半導体記録媒体にそれら水底形状情報や図を記録し、あるいは、ネットワークを介して端末装置にそれら水底形状情報や図を送信したり、あるいは、プリンタを用いて紙媒体にそれら水底形状情報や図を印刷したりするものである。

無人飛行体１４は、図２および図３に示すように、飛行体本体１６と、飛行体本体１６に設けられた複数のロータ１８と、ロータ１８毎に設けられロータ１８を回転駆動する複数のモータ（不図示）とを備えている。
さらに、無人飛行体１４は、図１に示すように、飛行体側通信部１４Ａ、撮像部１４Ｂ、飛行体側飛行制御部１４Ｃ、測位部１４Ｄ、３次元形状測定部１４Ｅ、ガス制御部１４Ｆを含んで構成されている。

飛行体側通信部１４Ａは、管理装置１２の管理装置側通信部１２Ｂと無線回線Ｎを介して通信を行なうものであり、撮像部１４Ｂで撮像された画像情報、測位部１４Ｄで生成された測位情報、３次元形状測定部１４Ｅで生成された３次元形状情報を、管理装置側通信部１２Ｂに送信すると共に、管理装置側通信部１２Ｂから無人飛行体１４操作指令情報を受信するものである。図中符号１４０２は飛行体側通信部１４Ａのアンテナを示す。

撮像部１４Ｂは、無人飛行体１４の周囲を撮像して画像情報を生成するものである。
飛行体側飛行制御部１４Ｃは、管理装置側通信部１２Ｂから無線回線Ｎを介して飛行体側通信部１４Ａに送信された飛行体操作指令情報に基づいて各ロータ１８を回転制御することで、無人飛行体１４を飛行させるものである。
測位部１４Ｄは、飛行体本体１６に搭載され測位衛星から受信した測位信号に基づいて無人飛行体１４の位置を測位し測位情報として生成するものである。
このような測位衛星は、GPS、GLONASS、Galileo、準天頂衛星（QZSS）等のGNSS(Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム)で用いられるものであり、それら測量システムで使用される測位衛星の１つを用いてもよく、あるいは、２つ以上の測位衛星を組み合わせて用いても良い。

３次元形状測定部１４Ｅは、飛行体本体１６に支持部材２０を介して吊り下げられ水中に位置した状態で水底２２の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成するものである。
図２および図３に示すように、支持部材２０は、例えば、リジッドな金属製または樹脂製のロッドあるいはフレームで構成され、３次元形状測定部１４Ｅを飛行体本体１６に対して移動不能に支持している。より詳細には、支持部材２０は、飛行体本体１６の下面と３次元形状測定部１４Ｅの上部とを接続し、無人飛行体１４の飛行中にはその延在方向が重力方向と一致する。
なお、ロッドやフレームに代えて可撓可能なワイヤやロープを用いてもよいが、ロッドあるいはフレームを用いて３次元形状測定部１４Ｅを飛行体本体１６に対して移動不能に支持すると、波浪により３次元形状測定部１４Ｅが飛行体本体１６に対して相対的に揺れ動くことを抑制でき、３次元形状測定部１４Ｅによる測定をより精度良く行なう上でより有利となる。

３次元形状測定部１４Ｅとして、超音波を用いるソナー、あるいは、レーザー光を用いるレーザー測定機を用いることができる。
ソナーは、超音波を水底２２に照射すると共に、水底２２からの反射波を受信し、受信波に基づいて３次元形状情報を生成するものである。
ソナーとして、単一のビーム状の超音波２６を水底２２に向かってスキャン（走査）するもの、あるいは、広がりを持った複数のビーム状の超音波２６（マルチビーム）を同時に水底２２に向かって照射するものの何れを用いても良く、このようなソナーとして従来公知の様々なソナーが使用可能である。

レーザー測定機は、レーザー光を水底２２に照射すると共に、水底２２から反射された反射光を受信し、受信した反射光に基づいて３次元形状情報を生成するものである。
レーザー測定機として、従来公知の単一のレーザー光２８を水底２２に向かってスキャン（走査）するものを使用することができる。
なお、形状測定に使用するレーザー光２８としてはグリーンレーザーが用いられることが多く、これは、グリーンレーザーが水によって吸収されにくく水底２２まで確実に届き、水底２２からの反射光の強度を確保できるためである。

ガス制御部１４Ｆは、支持部材２０に取り付けられたバルーン３０へのガスの封入および排出を制御する。
本実施の形態の水底形状測定装置１０は、無人飛行体１４（飛行体本体１６）に３次元形状測定部１４Ｅを吊り下げた状態で移動する。特に３次元形状測定部１４Ｅの重量が大きい場合、無人飛行体１４の負荷が大きくなり、場合によっては飛行体本体１６の強度を強くしたり、ロータ１８を回転駆動するモータの出力を大きくする必要があり、コストが増大する。
そこで、本実施の形態では、バルーン３０を用いた荷重軽減機構４０を設け、無人飛行体１４の負荷を軽減するようにしている。

図２、図３および図４に示すように、荷重軽減機構４０は、バルーン３０、ガス保持部３２、ガス供給部３４、ガス供給弁３６、ガス排出弁３８を備える。
バルーン３０は、後述するガス供給部３４および支持部材２０を介して３次元形状測定部１４Ｅに接続されている。バルーン３０には、例えばヘリウムガスなどの空気より比重が小さいガス（以下、単に「ガス」という）が封入される。本実施の形態では、バルーン３０を２つ図示しているが、バルーン３０の数はこれに限らず、１つでも３つ以上であってもよい。
バルーン３０の材料は任意であるが、例えばゴム等の伸縮性を有する素材で形成されていれば、ガスの排出をスムーズに行うことができる。
また、本実施の形態では、ガス供給部３４および支持部材２０を介してバルーン３０と３次元形状測定部１４Ｅとが接続されているが、これに限らず、例えばバルーン３０を直接３次元形状測定部１４Ｅに接続（取り付け）してもよい。

ガス保持部３２には、圧縮された状態（大気圧より高い圧力）のガスが封入されている。ガス保持部３２内のガス圧力は、例えばバルーン３０を膨らませるのに十分な圧力とする。また、ガス保持部３２に封入するガスの量は、支持部材２０に取り付けられた各バルーン３０を複数回（測定前と測定後など）膨らませることができる量とする。

ガス供給部３４（ガス供給管）は、ガス保持部３２とバルーン３０とを接続する。本実施の形態では、ガス供給部３４は所定長さを有する管状の部材であり、その延在方向の略中央部にガス保持部３２が取り付けられ、その延在方向の両端部にそれぞれバルーン３０のガス封入口が取り付けられている。また、ガス供給部３４は、支持部材２０と直交するように溶接や接着等で接続されており、無人飛行体１４の飛行中には、その延在方向が水平方向となるように形成されている。また、ガス供給部３４は、例えばリジッドな金属製または樹脂製の管で形成されており、飛行体本体１６に対するバルーン３０の位置が固定されるようにしている。なお、ガス供給部３４として可撓可能なチューブ等を用いてもよいが、金属管等を用いてバルーン３０を飛行体本体１６に対して移動不能に支持することにより、例えばバルーン３０がロータ１８に巻き込まれて破損するのを防止することができる。

ガス供給弁３６は、ガス保持部３２内のガスのガス供給部３４内への流入の有無を切り替える。ガス供給弁３６が閉塞状態Ｃとなっている場合、ガス保持部３２内のガスはガス保持部３２内に留まる。一方、ガス供給弁３６が開放状態Ｏになった場合、ガス保持部３２内のガスはガス供給部３４へと流入可能となる。ガス保持部３２内のガス圧力は大気圧よりも高いので、ガス供給部３４からバルーン３０内に流入し、バルーン３０を膨らませる。

ガス排出弁３８は、ガス供給部３４に設けられたガス排出孔３９の開閉を制御する。ガス排出孔３９は、ガス供給部３４の任意の位置に設けられており、ガス供給部３４の内部空間と外部（外気）とを連通する。ガス排出弁３８が閉塞状態Ｃとなっている場合、ガス排出孔３９は塞がれ、ガス供給部３４内およびバルーン３０内にガスが密封される。一方、ガス排出弁３８が開放状態Ｏになった場合、ガス排出孔３９が開放され、ガス供給部３４の内部空間と外部（外気）とが連通する。ガス供給部３４内およびバルーン３０内にガスは大気圧よりも高圧なため、ガス排出孔３９が開放されるとガスが外部へと排出される。

図４ではガス供給弁３６およびガス排出弁３８を模式的に示しているが、実際にはゲート弁等の従来公知の様々なバルブを用いることができる。ガス供給弁３６およびガス排出弁３８は、後述するガス制御部１４Ｆによりその開閉状態が制御される。

ガス制御部１４Ｆは、ガス供給弁３６およびガス排出弁３８の開閉を行うことにより、バルーン３０へのガスの封入および排出を実施する。すなわち、バルーン３０内にガスを封入する際には、ガス供給弁３６を開（開放状態Ｏ）、ガス排出弁３８を閉（閉塞状態Ｃ）とする。バルーン３０の膨張状態が所望の状態になった場合、ガス供給弁３６を閉（閉塞状態Ｃ）、ガス排出弁３８も閉（閉塞状態Ｃ）とする。また、バルーン３０内のガスを排出する際には、ガス供給弁３６を閉（閉塞状態Ｃ）、ガス排出弁３８を開（開放状態Ｃ）とする。

ガス制御部１４Ｆは、無人飛行体１４が移動開始地点から所定の目標地点に移動するまではバルーン３０内にガスを封入した状態する。移動開始地点から所定の目標地点まで、とは、例えば無人飛行体１４の待機場所から水底形状の測定開始点まで（測定前の移動時）、水底形状の測定終了点から無人飛行体１４の待機場所まで（測定後の移動時）、などである。
すなわち、ガス制御部１４Ｆは、無人飛行体１４の移動時（特に一定距離以上移動する場合）には、図２に示すようにバルーン３０内にガスを封入した状態とする。これにより、飛行体本体１６にかかる３次元形状測定部１４Ｅの荷重を軽減し、無人飛行体１４の負荷を軽減することができる。

また、ガス制御部１４Ｆは、無人飛行体１４が目標地点に移動するとバルーン３０からガスを排出させる。目標地点に移動する、とは、例えば無人飛行体１４が水底形状の測定開始点に到達した場合（測定前の移動時）や、無人飛行体１４の待機場所に到達した場合（測定後の移動時）などである。
すなわち、ガス制御部１４Ｆは、無人飛行体１４が一定の位置に留まる際には、図３に示すようにバルーン３０内のガスを排出した状態とする。これにより、特に水底形状の測定開始中は、３次元形状測定部１４Ｅ自体の荷重により、３次元形状測定部１４Ｅの水中での位置を安定させることができる。

ガス制御部１４Ｆによるガスの封入および排出は、自動的に行ってもよいし、作業者の遠隔操作によって行ってもよい。
ガスの封入および排出を自動的に行う場合、例えばガス制御部１４Ｆは、移動開始地点および目標地点の位置情報（緯度経度など）を予め保持し、測位部１４Ｄで生成された測位情報が上記位置情報と一致した際に、ガスの封入および排出を実施する。より詳細には、ガス制御部１４Ｆは、移動開始地点ではガスの封入を、目標地点ではガスの排出を、それぞれ実施する。この方法は、管理装置側飛行制御部１２Ｅによる自動制御を行う場合に特に有効である。
また、ガスの封入および排出を遠隔操作で行う場合、例えばガス制御部１４Ｆは、管理装置１２に対して作業者により入力されるガスの封入指示および排出指示に基づいて、ガスの封入および排出を実施する。より詳細には、作業者は、移動開始地点ではガスの封入を、目標地点ではガスの排出を、それぞれ指示し、ガス制御部１４Ｆは、それぞれの指示に従ってガスの封入および排出を実施する。この方法は、作業者の遠隔制御により無人飛行体１４を飛行させる場合に特に有効である。

次に、図５のフローチャートを参照して水底形状測定装置１０の動作について説明する。
図５のフローチャートでは、作業者の指示によりバルーン３０内のガスの封入および排出を行う場合について説明する。初期状態では、バルーン３０内にはガスが封入されていないものとする。
まず、作業者は、管理装置１２の遠隔操作司令部１２Ａを操作することにより、バルーン３０内にガスを封入させる（ステップＳ１０）。
つぎに、作業者は、管理装置１２の遠隔操作司令部１２Ａを操作することにより、無人飛行体１４を所定の待機場所から飛行させ、表示部１２Ｄに表示される無人飛行体１４周囲の画像情報を視認しつつ、水底形状を測定する海、湖、河川の箇所に無人飛行体１４を飛行させる（ステップＳ１２）。
水底形状を測定する箇所に無人飛行体１４が到達すると、作業者は、管理装置１２の遠隔操作司令部１２Ａを操作することにより、バルーン３０内のガスを排出させる（ステップＳ１４）。
そして、作業者は、表示部１２Ｄに表示される無人飛行体１４周囲の画像情報を視認しつつ、無人飛行体１４を水面２４に向けて降下させ、３次元形状測定部１４Ｅを空中から水中に移動させ、３次元形状測定部１４Ｅが水面２４から所定の深さに位置させた状態でホバリングさせその状態を維持する（ステップＳ１６）。なお、バルーン３０からのガスの排出は、無人飛行体１４を水面２４に向けて降下させた後に行ってもよい。
次いで、作業者は、管理装置１２の遠隔操作司令部１２Ａを操作することにより、測位部１４Ｄおよび３次元形状測定部１４Ｅの動作を開始させる（ステップＳ１８）。
これにより、測位部１４Ｄで生成された測位情報および３次元形状測定部１４Ｅで生成された３次元形状情報が無線回線Ｎを介して無人飛行体１４から管理装置１２の水底形状情報生成部１２Ｆに送信され（ステップＳ２０）、水底形状情報生成部１２Ｆにより水底形状情報が生成される（ステップＳ２２）。
さらに作業者は、表示部１２Ｄに表示される画像情報、水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを視認しつつ、まだ、形状測定がなされてない水底２２の形状測定ができるように、遠隔操作司令部１２Ａを操作することにより、無人飛行体１４を水平方向に飛行させ、測定箇所を移動させる（ステップＳ２４）。
そして、作業者は、表示部１２Ｄに表示される画像情報、水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを視認することで、形状測定すべき水底２２の領域の全域にわたって測定が終了したか否かを判断する（ステップＳ２６）。
ステップＳ２６が否定ならばステップＳ２０に戻り同様の動作を行なう。
ステップＳ２６が肯定ならば、作業者は、遠隔制御によりバルーン３０内にガスを封入させた上で（ステップＳ２８）、無人飛行体１４を上昇させ、３次元形状測定部１４Ｅを水中から空中に引き上げ、表示部１２Ｄに表示される画像を視認しつつ、無人飛行体１４を所定の待機場所に向かって飛行させる（ステップＳ３０）。待機場所に無人飛行体１４が到達すると、作業者は、遠隔制御によりバルーン３０内にガスを排出させた上で（ステップＳ３２）、待機場所に着陸させる（ステップＳ３４）。
そして、記憶部１２Ｈに格納されていた水底２２の領域の全域の水底形状情報が出力部１２Ｉから出力され（ステップＳ３６）、一連の測定動作が終了する。

以上説明したように本実施の形態によれば、無人飛行体１４に支持部材２０を介して吊り下げた３次元形状測定部１４Ｅを水中に位置させて水底２２の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成すると共に、測位部１４Ｄにより無人飛行体１４の位置を測位し測位情報として生成し、それら３次元形状情報および測位情報に基づいて水底形状情報生成部１２Ｆにより水底２２の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成するようにした。
したがって、従来のようにソナーを設けた観測船が不要となるため、観測船と観測船を運行するための船舶免許資格者が必要となり、設備コスト、運用コストを低減する上で有利となる。

また、３次元形状測定部１４Ｅを支持する無人飛行体１４は、水面２４から離れた水面２４の上方に位置しているので、波浪の影響を受けることがなく、従来のように観測船の揺れを補正するための三次元位置センサやトータルステーションといった設備が不要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で有利となる。

また、３次元形状測定部１４Ｅにバルーン３０を接続し、無人飛行体１４の移動中はバルーン３０内にガスを封入するので、無人飛行体１４にかかる３次元形状測定部１４Ｅの荷重を軽減し、無人飛行体１４の劣化を防止する上で有利となる。また、バルーン３０内のガスは目的地点に到達後排出されるので、水底形状測定中の３次元形状測定部１４Ｅの姿勢を安定させる上で有利となる。

なお、本実施の形態では、同一のバルーン３０を繰り返し使用するものとしたが、例えばガス供給部３４に逆止弁等を介して複数のバルーン３０を取り付けておき、最初の移動時には複数のバルーン３０のうち一部にのみガスを封入し、移動完了後に当該バルーン３０を割るなどによりバルーン３０からガスを排出し、次の移動時には残りのバルーン３０にガスを封入して飛行するなどしてもよい。これにより、ガス排出弁３８が不要となり、荷重軽減機構４０の構成を簡素化することができる。

また、水底形状情報生成部１２Ｆを無人飛行体１４に設け、水底形状情報生成部１２Ｆで生成された水底形状情報を無線回線Ｎを介して無人飛行体１４から離れた管理装置１２へ送信するようにしてもよい。
しかしながら、本実施の形態のように、無人飛行体１４から離れた管理装置１２に水底形状情報生成部１２Ｆを設け、水底形状情報生成部１２Ｆによる水底形状情報の生成を、無線回線Ｎを介して供給される３次元形状情報および測位情報に基づいて行なうようにすると、無人飛行体１４に水底形状情報生成部１２Ｆを設ける場合に比較して、無人飛行体１４の省電力化、軽量化を図れることから、無人飛行体１４の飛行継続時間を確保でき、したがって、無人飛行体１４の一回の飛行によってより広い範囲の水底２２の３次元形状の測定を行なうことができ、測定の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、３次元形状測定部１４Ｅを、超音波２６を水底２２に照射すると共に、水底２２からの反射波を受信し、受信波に基づいて３次元形状情報を生成するソナーを含んで構成したので、海、湖、河川などの水中の透明度の影響を受けることなく、正確な３次元形状情報を得る上で有利となり、水底形状情報生成部１２Ｆにより得られる水底形状情報の精度を確保する上で有利となる。

また、本実施の形態では、３次元形状測定部１４Ｅを、レーザー光２８を水底２２に照射すると共に、水底２２から反射された反射光を受信し、受信した反射光に基づいて３次元形状情報を生成するレーザー測定機を含んで構成した。
したがって、レーザー測定機が空中から水中に照射される場合に比較して、レーザー光２８が空気（大気）と水面２４との界面を通らないため、界面でレーザー光２８が散乱して光量が低下することが抑制されるので、より深度の大きな水底２２の水底形状情報を得る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、作業者が無人飛行体１４を遠隔制御する場合について説明したが、前述したように、自動制御により無人飛行体１４を予め定められた飛行コースを飛行させ、飛行コースに沿った水底２２の水底形状情報を得るようにしてもよく、その場合は、省人化を図りつつ水底形状の測定を効率的に行なう上で有利となる。

１０ 水底形状測定装置
１２ 管理装置
１４ 無人飛行体
１２Ｂ 管理装置側通信部
１２Ｆ 水底形状生成部
１４Ａ 飛行体側通信部
１４Ｄ 測位部
１４Ｅ ３次元形状測定部
１４Ｆ ガス制御部
２０ 支持部材
２２ 水底
２６ 超音波
２８ レーザー光
３０ バルーン
３２ ガス保持部
３４ ガス供給部
３８ ガス排出弁
３９ ガス排出孔
４０ 荷重軽減機構
Ｎ 無線回線

Claims (4)

1. 水底の形状を測定する水底形状測定装置であって、
   遠隔制御される無人飛行体と、
   前記無人飛行体に支持部材を介して吊り下げられ水中に位置した状態で前記水底の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成する３次元形状測定部と、
   前記無人飛行体に搭載され測位衛星から受信した測位信号に基づいて前記無人飛行体の位置を測位し測位情報として生成する測位部と、
   前記３次元形状情報および前記測位情報に基づいて前記水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成する水底形状情報生成部と、
   前記３次元形状測定部に接続され、空気より比重が小さいガスが封入されるバルーンと、
   前記バルーンへの前記ガスの封入および排出を制御するガス制御部と、を備え、
   前記ガス制御部は、前記無人飛行体が移動開始地点から所定の目標地点に移動するまでは前記バルーン内に前記ガスを封入した状態とし、前記無人飛行体が前記目標地点に移動すると前記バルーンから前記ガスを排出させ、
   前記支持部材は、前記無人飛行体の下面と前記３次元形状測定部の上部とを接続し、前記無人飛行体の飛行中にはその延在方向が重力方向と一致するリジッドな部材で構成され、前記３次元形状測定部を前記無人飛行体に対して移動不能に支持している、
   ことを特徴とする水底形状測定装置。
2. 前記ガス制御部は、前記移動開始地点および前記目標地点の位置情報を予め保持し、前記測位部で生成された前記測位情報が前記位置情報と一致した際に、前記ガスの封入および排出を実施する、
   ことを特徴とする請求項１記載の水底形状測定装置。
3. 前記無人飛行体から離れた箇所に管理装置が設けられ、
   前記ガス制御部は、前記管理装置に対して入力される前記ガスの封入指示および排出指示に基づいて、前記ガスの封入および排出を実施する、
   ことを特徴とする請求項１記載の水底形状測定装置。
4. 前記バルーンは、伸縮性を有する素材で形成されており、
   圧縮された前記ガスが封入されたガス保持部と、前記ガス保持部と前記バルーンとを接続するガス供給部と、前記ガス保持部内の前記ガスの前記ガス供給部内への流入の有無を切り替えるガス供給弁と、前記ガス供給部に設けられたガス排出孔の開閉を制御するガス排出弁と、を
   更に備え、
   前記ガス制御部は、前記ガス供給弁および前記ガス排出弁の開閉を行うことにより前記ガスの封入および排出を実施する、
   ことを特徴とする請求項１記載の水底形状測定装置。

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