JPH1089958A

JPH1089958A - 航空測量装置

Info

Publication number: JPH1089958A
Application number: JP24272196A
Authority: JP
Inventors: T Hyde Russell; ティー．ハイドラッセル; G Wise Michael; ジー．ワイズマイケル; H Stokes Robert; エイチ．ストークスロバート; C Buratsushiyaa Edwardo Jr; シー．ブラッシャージュニアエドワード
Original assignee: Airborne Remote Mapping Inc
Current assignee: Airborne Remote Mapping Inc
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】地表に図根点を置くことなく地形的情報の収
集が柔軟かつ速やかに行える航空測量ができる装置を提
供する。【解決手段】飛行体を用いる地理的データの収集と処
理を行う航空測量装置において、GPS13は、測量装置2の
位置を、地表に図根点を置くことなく計測する。レーザ
高度計コントローラ19は、レーザ光線照射器20からレー
ザ光線が照射されてから目標物に反射され戻ってくるま
での時間から、目標物までの距離を計測する。これらの
計測結果から、目標物の地形的情報が中央コンピュータ
9により計算される。一方、レーザ光線を反射する鏡16
は、一定の軸を中心に回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航空測量装置、特に
地表に図根点を置くことなく航空測量を行える装置に関
する。なお、図根点とは測量の際に基準となる点であ
る。

【０００２】

【従来の技術】土地と資産の管理は文明の心臓部であ
る。地図作成、防衛、自然資源の管理には、正確かつ適
時の地形的および地上座標の位置的な情報が欠かせな
い。この情報を、より正確かつ適時に収集するための方
法が絶え間なく考案されている。地形的情報を収集する
には現在、いくつかの方法がある。最も良く知られ、か
つ最も古い方法は、人手に頼った測量によるものであ
る。現代の測量に携わる人々は、何百年前もそうだった
ように、トランシット、計測用テープおよび以前に測量
された地表の図根点を用いる。これらの測量者は文字ど
おり地を歩き、地形的情報を収集する。飛行術の発明に
ともない、写真測量があみだされた。写真測量には、目
標とする地域を空から撮影したステレオグラフの写真が
必要である。そして、地上では、現像されステレオグラ
フの写真を見る装置によって地形的情報が得られる。

【０００３】最近の20年位の間に、レーザと航空機の長
所を生かした、地形的情報収集方法の改良が試みられて
いる。これには、以下のような先行技術がある。１）飛行機に備え付けたレーザと写真フィルムを用いて
等高線を生成する等高線生成システム（米国特許3,527,
533号、米国特許3,743,418号）。２）地表と空にあるシステムを組み合わせて地形的情報
の収集を改良を試みる、地表と連携したシステム（米国
特許4,168,524号米国特許3,741,653号米国特許5,19
1,385号米国特許3,766,312号米国特許4,203,665号
米国特許3,918,172号）。３）ドップラー効果を用いて飛行機の高度を測定し、間
接的に地形的情報を測定するシステム（米国特許4,130,
360号）。

【０００４】しかし、以上のシステムには以下のような
短所がある。１）等高線生成システムの短所イ）地面、やぶや樹木、そして人工物を区別できない。
地面とは、何もない、いわば、さら地のようなものであ
る。人工物とは、電線や建物といったものである。等高
線だけでは、これらを区別できない。ロ）等高線の間隔に結果が左右される。ハ）等高線の測地学的な詳細な位置をはっきりと測定す
る方法がない。２）地表と連携したシステムの短所（米国特許4,168,52
4号米国特許3,741,653号米国特許5,191,385号米
国特許3,766,312号米国特許4,203,665号米国特許3,
918,172号）これらには共通して一つの大きな短所がある。地表にあ
る、一つあるいは複数の図根点を用いなければならない
ということである。このように地表と連携するため、地
形的情報収集の柔軟性と速さが厳しく制限される。つま
り、飛行機を図根点から特定の範囲で動かさねばならな
い。これらの図根点は人手で設定する必要がある。も
し、アラスカのように容易には行けない所の地形的情報
を収集する場合でも、測定する地域から特定の範囲内に
図根点を設定せねばならない。

【０００５】ただし、米国特許4,168,524号にあるシス
テムでは、限られた時間内ならば図根点からの特定の範
囲から航空機が離れても測定できる。慣性測定システム
を用いているからである。ただし、ここでいう慣性測定
システムとは、加速度計などを用いて自己の位置を測定
するシステムをいう。しかし、慣性測定システムのドリ
フトにより、図根点からの特定の範囲から離れてよい時
間は厳しく制限される。また、このシステムでも地表の
図根点を設定し更新していかねばならない。

【０００６】また、レーザ光線を照射する装置が飛行機
に固定してとりつけられている。このため、オペレータ
がレーザ光線を自由に操作できない。これは、以下のよ
うな短所につながる。 1）飛行機のドリフトや突風のみならずロール、ピッ
チ、姿勢により、測量の目標となる物をスキャンする割
合がばらつく。少なくとも、所望よりも少ない地形的情
報しか収集できない。 2）測量の目標となる物にレーザ光線を照準する機会が
ないので、不便である。 3）レーザ光線を照射する角度を変えられないので、広
い範囲の測量に向かない。

【０００７】一方、技術の進歩に伴い、測量用具も進歩
している。しかし、それは既存の用具の限られた改良に
とどまっている。計測用テープのかわりに、携帯レーザ
が現在では距離の計測に用いられる。測量標のかわりに
GPSが用いられる。しかし、これらは地形的情報収集方
法を改良し速めることにはならない。

【０００８】

【発明の解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、測量の対象となる目標物のx,y,z座標のみ
ならず、地形の情報を速やかにかつ正確に収集すること
である。具体的には、以下の３点である。１）地表の図根点と全く関係なく測量を行う。２）各点のみならず広範囲を測量するための複数種類の
レーザのスキャン／操作のモードを与える。３）収集した地理的データを処理し、地面、農地、人工
物を区別する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る航空測量装置は、飛行体を用いる地理的データの収集
と処理を行う航空測量装置である。該航空測量装置は、 1）地表に図根点を置かないで前記飛行体の位置を計測
する位置計測手段。 2）前記飛行体から照射され、少なくとも1自由度の操作
が可能であり、目標物に照射可能なレーザ光線。 3）レーザ光線の反射点と飛行体との距離を計測するセ
ンサ。 4）飛行体のロール、ピッチ、機首の向いている方向を
計測し、時間を付加する方向計測手段。 5）前記飛行体の位置、前記レーザ光線の反射点と飛行
体との距離、前記飛行体のロール、ピッチ、機首の向い
ている方向に、時間を付加し、処理し、対照して目標物
の位置、高度および物理的、次元的寸法を決定するコン
ピュータを、備えたことを特徴とする。

【００１０】レーザ光線が、少なくとも1自由度の操作
が可能であるとは、レーザ光線を照射する点を、飛行体
に対して、少なくとも1自由度で動かせるということで
ある。請求項２記載の発明に係る航空測量装置は請求項
1に記載の発明に係る航空測量装置において、前記レー
ザ光線の飛行体に対する方向を計測するレーザ光線方向
計測手段をさらに備え、前記コンピュータは前記レーザ
光線の飛行体に対する方向に時間を付加し、処理し、対
照して目標物の位置、高度および物理的、次元的寸法を
決定することを特徴とするものである。

【００１１】請求項3記載の発明に係る航空測量装置は
請求項1に記載の発明に係る航空測量装置において、前
記位置計測手段がGPS（Global Positioning System）で
あることを特徴とするものである。請求項4記載の発明
に係る航空測量装置は請求項1に記載の発明に係る航空
測量装置において、前記位置計測手段が慣性位置計測手
段のであることを特徴とするものである。

【００１２】請求項5記載の発明に係る航空測量装置は
請求項3または4に記載の発明に係る航空測量装置におい
て、少なくとも1自由度をもつ、オペレータ制御手段に
より目標物に向けることのできるビデオカメラを備え、
前記レーザ光線は前記ビデオカメラに電子的かつ機械的
に従属して動くことを特徴とするものである。請求項6
記載の発明に係る航空測量装置は請求項5に記載の発明
に係る航空測量装置において、前記オペレータ制御手段
がジョイスティック、コンピュータマウスまたはトラッ
クボールであることを特徴とするものである。

【００１３】請求項7記載の発明に係る航空測量装置
は、請求項1に記載の発明に係る航空測量装置におい
て、少なくとも1自由度をもち、オペレータ制御手段に
より、目標物に向けることのできるビデオカメラを備
え、前記レーザ光線は前記ビデオカメラに電子的かつ機
械的に従属して動くことを特徴とするものである。この
場合、前記位置計測手段がGPS（Global Positioning Sy
stem）あるいは慣性位置計測手段には限定されない。

【００１４】請求項8記載の発明に係る航空測量装置は
請求項7に記載の発明に係る航空測量装置において、前
記オペレータ制御手段はジョイスティック、コンピュー
タマウスまたはトラックボールであることを特徴とする
ものである。この場合、前記位置計測手段がGPS（Globa
l Positioning System）あるいは慣性位置計測手段には
限定されない。

【００１５】請求項9記載の発明に係る航空測量装置は
請求項7に記載の発明に係る航空測量装置において、前
記レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に略平行な軸を
回転軸として回転可能な鏡に、反射することを特徴とす
るものである。略平行とは、「ねじれ」を含むという意
味である。請求項10記載の発明に係る航空測量装置は請
求項7に記載の発明に係る航空測量装置において、前記
レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に垂直な軸を回転
軸として回転可能な鏡に、反射することを特徴とするも
のである。略垂直とは、「ねじれ」を含むという意味で
ある。

【００１６】請求項11記載の発明に係る航空測量装置は
請求項7に記載の発明に係る航空測量装置において、前
記レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に略平行な軸お
よび垂直な軸を回転軸として回転可能な鏡に、反射する
ことを特徴とするものである。略平行および垂直とは、
「ねじれ」を含むという意味である。請求項12記載の発
明に係る航空測量装置は請求項9、請求項10または請求
項11記載の航空測量装置において、前記位置計測手段が
GPS（Global Positioning System）であることを特徴と
するものである。

【００１７】請求項13記載の発明に係る航空測量装置は
請求項9、請求項10または請求項11記載の航空測量装置
において、前記位置計測手段が慣性位置計測手段のであ
ることを特徴とするものである。請求項14記載の発明に
係る航空測量装置は請求項13に記載の航空測量装置にお
いて、前記オペレータ制御手段がジョイスティック、コ
ンピュータマウスまたはトラックボールであることを特
徴とするものである。

【００１８】請求項15記載の発明に係る航空測量装置は
請求項9、請求項10または請求項11記載の航空測量装置
において、前記鏡が、前記回転軸を軸として周期的に回
動することを特徴とするものである。回動とは、回転を
意味するが、必ずしも一回転することを要しないという
意味である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１には、飛行体1が測量装置2
を搭載し、測量する領域を飛行している様子があらわさ
れている。飛行体1は典型的には、単発の軽飛行機であ
る。測量装置2は人工物3、地面4、植物5のデータを収集
し地形図を作成する。測量装置2は地表の図根点を必要
としない。測量装置2はその位置をGPSから取得してお
り、ゆえに特定の領域にその使用が限定されない。

【００２０】測量装置2の構成を図6に示す。測量装置
は、中央コンピュータ9、キーボード10、ジョイスティ
ック11、モニタ12、GPS（Global Positioning System）
13、アンテナ配列14、ピッチジンバル15、鏡16、ビデオ
カメラ17、ビデオモニタ18、レーザ高度計コントローラ
19、レーザ光線照射器20、窓22よりなる。レーザ高度計
コントローラ19は測定の対象となる目標物と飛行体の間
の距離データを測定し中央コンピュータ9に送る。距離
データは100メートル単位である。レーザ光線照射器20
は、レーザ光線を照射する。そしてレーザ光線照射器20
は、反射されたレーザ光線を受け取るセンサの役割も果
たす。

【００２１】ピッチジンバル15、鏡16、ビデオカメラ1
7、窓22は、レーザ光線スキャン／操作システムを構成
する。レーザ光線スキャン／操作システムの飛行体にお
ける好適な配置を図7に示す。また、好適なレーザ光線
スキャン／操作システムの詳細を図8に示す。レーザ光
線スキャン／操作システムは図6に記載された構成要素
の他に、鏡スキャナ23、スイベル24、ビデオカメラジン
バル25から構成される。鏡16はスイベル24により把持さ
れる。スイベル24は鏡スキャナ23の端に取り付けられて
いる。鏡スキャナ23はピッチジンバル15ならびにビデオ
カメラジンバル25と連結されている。これにより、鏡ス
キャナ23はピッチジンバル15ならびにビデオカメラジン
バル25の動きに従って動く。ビデオカメラジンバル25に
はビデオカメラ17が固定されている。これにより、ビデ
オカメラジンバル25はビデオカメラ17の動きに従って動
く。

【００２２】GPS（Global Positioning System）は中央
コンピュータ9に、飛行体の位置、高度、ロール角、ピ
ッチ角、機首の向きといった飛行体に関するデータを送
る。GPSでは後で対照するために飛行体に関するデータ
に時間を付加する。アンテナ配列14はロール角、ピッチ
角、機首の向きの参照面を与える。アンテナ配列の内の
一つのアンテナは、位置の計算に用いる。GPSのかわり
に、慣性航法システムを用いてもよい。コストを考慮す
ると高精度の慣性航法システム（GPSの代用として）は
実際上は高価な移動体（例えば、人工衛星、スペースシ
ャトル）に対して限定的に利用されているが、概念的に
は慣性航法システムは、地表に基準となる点を置かない
利用可能なシステムである。

【００２３】キーボード10、ジョイスティック11、モニ
タ12、ビデオモニタ18はユーザインタフェースである。
キーボード10、ジョイスティック11、モニタ12は中央コ
ンピュータ9に接続されている。ジョイスティック11の
かわりに、コンピュータマウス、トラックボールまたは
類似の手段を用いることができる。また、ビデオモニタ
18はビデオカメラ17に接続されている。

【００２４】次に、測量装置2の作用を説明する。飛行
体1が目標とする測量領域に近づくと、オペレータは、
キーボード10、ジョイスティック11、モニタ12を用い
て、中央コンピュータ９を初期化する。初期化される
と、中央コンピュータ9は中央コンピュータ9自身と付属
装置の診断とビルトインテスト（BIT）を行う。全ての
診断とテストが成功すると、中央コンピュータ9は以下
のような質問をするようにプログラムされている。＜A)レーザスキャン／操作モードの選択＞これには以下
のようなモードがある。

【００２５】イ）自動モードロ）中心線追跡モードハ）目標物追跡モード以下、各モードを説明する。イ）自動モード図２に、自動モードの場合のレーザ光線のスキャンパタ
ーンを示す。このスキャンパターンは正弦波状である。
自動モードは、レーザ光線を目標物に手動で動かすこと
がない、完全に自動的なモードである。自動モードにお
いては、オペレータの入力は最小限ですみ、また広範囲
の測量に適している。スキャンパターンの幅6は最適な
データ収集のために前もって選択できる。スキャンパタ
ーンの前進7は飛行体が前進することで得られる。また
図５に自動モードにおいて操作されているときの測量装
置2により生成される３次元スキャンパターンを示す斜
視図である。ロ）中心線追跡モード図3に、中心線追跡モードの場合のレーザ光線のスキャ
ンパターンを示す。このスキャンパターンはオペレータ
により光線の左右の変位が制御されている、すなわち1
自由度のときのスキャンパターンである。このスキャン
パターンは正弦波状である。また、所望の中心線をスキ
ャンパターンの軸とすることができる。中心線追跡モー
ドは、オペレータが、スキャンパターンの中心線を、あ
る特定の目標物、例えば、電線、道路、河川、樹木の
列、の中心線に合わせたいとき、であって、飛行体の軌
跡8に関わりなく合わせたいときに用いる。スキャンパ
ターンの幅もまた最適なデータ収集のために前もって選
択できる。ハ）目標物追跡モード図4に、目標物追跡モードの場合のレーザ光線のパター
ンを示す。この場合は、レーザ光線をスキャンさせず
に、特定の目標物を追跡させるときに用いる。このと
き、レーザ光線は左右に、かつ前後に操作される。つま
りレーザ光線が2自由度をもつ。ビデオカメラはレーザ
光線に平行になるように、とりつけられており、レーザ
光線に従って動く。オペレータはビデオカメラを用いて
所望の目標物にレーザ光線を照射する。ここで、オペレ
ータはレーザ光線を２自由度で制御する。目標物追跡モ
ードは、特定の電線、電柱、穴、橋のような別個の位置
にある特定の目標物のデータが必要なときに適してい
る。＜B)自動モードまたは中心線追跡モードが選択された場
合＞所望のスキャンパターンの幅（角度）所望のスキャン周波数（Hz）＜C)所望のレーザパルス繰り返し周波数(PRF:Pulse Rec
urrence Frequency)＞＜D)レーザパルス開始／レーザパルス終了の操作＞＜E)ローリングの範囲を設定する／しない＞中央コンピュータ9は上記のデータA)〜E)を質問するよ
うにプログラムされている。

【００２６】これらの質問が回答された後、中央コンピ
ュータ9は中央コンピュータ9自身と操作のための他のサ
ブシステムを設定する。データ収集が始まると、中央コ
ンピュータ9はGPS（Global Positioning System）13に
開始コマンドを送る。GPS（Global Positioning Syste
m）13は飛行体の位置、高度、機首の向き、ロール角、
ピッチ角、時間を計算しはじめる。上述したようにアン
テナ配列14はロール角、ピッチ角、機首の向きの参照面
を与える。アンテナ配列の内の一つのアンテナは、位置
の計算に用いる。GPS（Global Positioning System）13
は時間を付加した、飛行体のロール角、ピッチ角、機首
の向き、高度、位置データを2Hzごとに、中央コンピュ
ータ9に送る。

【００２７】選択されたレーザスキャン／操作モードに
基づき、中央コンピュータ9はピッチジンバル15と鏡16
に位置コマンドを送る。ピッチジンバル15と鏡16の実際
の位置が中央コンピュータ9にフィードバックされる。
なお、レーザ光線の、飛行体の参照面に対する角度も中
央コンピュータ9に送られる。自動モードにおいては、
ピッチジンバル15は飛行体のピッチ角が0度のときにあ
わせて固定されており、飛行体のピッチ角の変動に従っ
て動くようになっている。鏡16は前もって選択された振
動数と幅で走査する。ビデオカメラ17はピッチジンバル
15と鏡スキャン23の中心軸に連動する。自動モードにお
いては、高速道路や電線のような特定の目標や特定の直
線状の物をオペレータが追跡する必要はない。

【００２８】中心線追跡モードにおいては、オペレータ
は地表の所望の中心線をジョイスティック11、ビデオカ
メラ17およびビデオモニタ18を用いて追跡できる。オペ
レータは、飛行体の軌跡が変わっても、ジョイスティッ
ク11を用いてビデオカメラ17が所望の中心線に沿うよう
にできる。鏡スキャンの中心はビデオカメラの視野の中
央に沿っているので、レーザ光線の軌跡の中心はカメラ
の視野の中央と一致する。中心線追跡モードにおいて
は、オペレータはドリフト、機首の向け方の過誤、それ
らに類似の過誤による飛行体の軌跡の変化を補償でき
る。目標物追跡モードにおいては、ピッチジンバル15は
ビデオカメラ17の動きに追従する。これにより、特定の
目標のスポットの情報をオペレータは得られる。

【００２９】データ収集中、中央コンピュータ9は、選
択されたパルス周波数で、レーザ高度計コントローラ19
にレーザ照射のコマンドを送る。レーザ高度計コントロ
ーラ19はレーザ照射器20にレーザを照射させる。レーザ
照射器20のレーザパルスはレーザ照射器20からレーザ光
線の通過する経路21に沿って、鏡16に行き、窓22を通過
する。レーザパルスは目標物に到達し、窓22を通過し、
レーザ光線の通過する経路21に沿って、鏡16に到達し、
レーザ照射器20に戻る。レーザパルスが戻ってきたこと
を示す信号はレーザ照射器20からレーザ高度計コントロ
ーラ19に送られる。レーザ高度計コントローラ19はレー
ザパルスの返ってくるまでの時間に基づき目標物との距
離を計算する。目標物との距離は中央コンピュータ9に
送られる。中央コンピュータ9が目標物との距離データ
を受け取ると、時間を付加して記憶する。

【００３０】レーザパルスはレーザ照射器20からレーザ
光線の通過する経路21に沿って、鏡16、目標物に到達
し、鏡16に戻り、最終的にはレーザ照射器20に戻る。レ
ーザ光線の経路はレーザスキャン／操作モードにあわせ
た、いくつかの方法で制御される。自動モードにおいて
は、ピッチジンバル15は飛行体に対してピッチ角0度に
固定される。鏡16はスイベル24を通じ鏡スキャナ23によ
り、飛行体の中心線を中心に左右に回転する。スキャン
周波数と増幅率はオペレータが選択する。

【００３１】中心線追跡モードにおいては、オペレータ
はレーザ光線を１自由度で制御できる。ピッチジンバル
15は飛行体に対してピッチ角0度に固定される。鏡16は
ビデオカメラ17に従属した角度で左右に回転する。オペ
レータはジョイスティック11、コンピュータマウス、ト
ラックボールまたは類似のオペレータ制御手段を動か
す。それらはビデオカメラジンバル25を動かし、それに
より、ビデオカメラ17で目標物の中心線を追跡する。鏡
16はビデオカメラの変位角に応じて左右に回転する。1
自由度あるのでオペレータ、パイロットに過度な負担を
かけずに目標物の中心線を追跡ができる。

【００３２】目標物追跡モードにおいては、オペレータ
はレーザ光線を2自由度で制御できる。ピッチジンバル1
5とビデオカメラジンバル25はジョイスティック11に従
属して動く。オペレータはジョイスティック11を用い、
目標物がビデオカメラの視野26の中央にくるようにす
る。鏡16は振動するのではなく、むしろ、ビデオカメラ
17に従属して動く。つまり、レーザ光線の通過する径路
21はビデオカメラの視野26の中央に照準される。2自由
度あるので、特定の別個の目標物の集中したデータが収
集できる。

【００３３】データの収集が完了すると、データが後処
理される。収集されたデータは4種のファイル、すなわ
ち、飛行姿勢ファイル、位置と高度ファイル、角度ファ
イル、距離ファイルに格納される。飛行姿勢ファイルに
はおよそ1Hzを下らない周波数で収集された、飛行体の
飛行姿勢のデータが格納される。飛行体の飛行姿勢のデ
ータは機体のロール角、ピッチ角、機首の向きを含む。
全てのデータは時間が付加される。

【００３４】位置と高度ファイルには飛行体の位置と高
度のデータが格納される。これらのデータも時間が付加
される。角度ファイルには、ピッチジンバル、ビデオカ
メラジンバル、鏡の角度のデータが格納される。これら
のデータはレーザパルスごとに収集され、時間が付加さ
れる。

【００３５】距離ファイルは飛行体から地表の距離情報
が格納される。これらのデータはレーザパルスごとに収
集され、時間が付加される。4種のファイルは対照さ
れ、時間を基に、各レーザパルスごとに統合される。第
一の段階は、各ファイルからの各々の重要な情報に対応
する単一のデータを含む各レーザパルスの単一の配列を
生成する。配列には、時間、レーザ高度計から目標物へ
の距離、ジンバルの角度、鏡の角度、飛行体のロール
角、飛行体のピッチ角、飛行体の機首の向きおよび飛行
体の位置が含まれる。

【００３６】第二の段階は配列に各レーザパルスごとの
データを代入である。これには、レーザ高度計から目標
物への距離、ジンバルの角度、鏡の角度が含まれる。第
三の段階は、他のデータの内挿と代入である。他のデー
タとは、飛行体のロール角、飛行体のピッチ角、飛行体
の機首の向きおよび飛行体の位置である。内挿は、飛行
体がデータ収集中に、比較的、加速せずに飛行するとい
う仮定のもと行われる。内挿でない、実地のデータは1
秒ごとに多数とられている。よって、飛行体の内挿区間
内の加速により正確さがゆがめられた、データの内挿に
起因する、内挿区間内の誤差は無視できる。

【００３７】データが対照され統合された後、別個のx,
y,zの点は各レーザパルスごとに計算される。この過程
には、球面幾何学を用いること、長さが与えられ角度が
含まれたベクトルの計算、古典的な三角法を用いること
が含まれる。ただし、 x,y,zの点は他の所望の座標系に
変更できる。次に、各点のデータが選別される。これ
は、距離がある範囲外であったり、速度が速すぎたり遅
すぎたり、位置が範囲外であったりする点を除くといっ
たことである。

【００３８】データが対照、統合そして選別された後、
特徴抽出の準備が調う。３種類にのぼるデータが生成さ
れる。つまり、地面データ、植物データ、人工物データ
である。地面データは実際の地表の輪郭を表わす。地面
データはもとのデータをローパスフィルタにかけること
で生成される。地面データは強調した地表を生成する。
植物データは植物の頂上の表面の輪郭を表わす。植物デ
ータはもとのデータをハイパスフィルタにかけることで
生成される。植物データは強調した頂上の表面を生成す
る。人工物データは電線、建物、道路のような人工物を
表わす。選別過程は正方形、平面、および（もしくは）
角ばった平面を探知するものである。

【００３９】

【発明の効果】請求項1に記載された航空測量装置によ
れば、地表に図根点を置かないで飛行体の位置を計測す
る。よって、図根点の設置場所や図根点からの距離にと
らわれずに、つまり、図根点で設置できないような地域
であっても、地形情報を容易かつ迅速に収集することが
できる。

【００４０】また、請求項1に記載された航空測量装置
によれば、少なくとも1自由度の操作が可能なレーザ光
線を用いるので、これと飛行体の運動が合成されると、
広い範囲をスキャンできる。よって、広い範囲を測量す
ることができる。請求項2に記載された航空測量装置に
よれば、請求項1に記載された航空測量装置と同様な効
果がある。また、前記レーザ光線の飛行体に対する方向
を計測するレーザ光線方向計測手段を備えたため、レー
ザ光線の方向を、より確実に決定することが可能であ
る。

【００４１】請求項3に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項1に記載された航空測量装置と同様な効果が
ある。また、位置計測手段にGPSを用いたため、低いコ
ストで実用的な航空測量装置が実現できる。請求項4に
記載された航空測量装置によれば、請求項1に記載され
た航空測量装置と同様な効果がある。また、位置計測手
段に慣性航法システムを用いたため、GPSを用いること
ができない場所においても測量可能である航空測量装置
が実現できる。

【００４２】請求項5に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項3または4に記載された航空測量装置と同様な
効果がある。それに加えて、レーザ光線を測量の目標物
に向けられるので、正確に測量ができる。また、飛行機
のドリフトや突風のみならずロール、ピッチ、姿勢によ
る、測量の目標となる物をスキャンする割合のばらつき
を補償することができる。

【００４３】請求項6に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項5に記載された航空測量装置と同様な効果が
ある。それに加えて、オペレータがジョイスティック等
の手段を用いて、レーザ光線を測量の目標物に向けられ
るので、レーザ光線を測量の目標物に簡単に合わせるこ
とができる。請求項7に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項1に記載された航空測量装置と同様の効果が
ある。それに加えて、レーザ光線を測量の目標物に向け
られるので、正確に測量ができる。また、飛行機のドリ
フトや突風のみならずロール角、ピッチ角、姿勢によ
る、測量の目標となる物をスキャンする割合のばらつき
を補償することができる。

【００４４】請求項8に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項7に記載された航空測量装置と同様の効果が
ある。それに加えて、オペレータがジョイスティック等
の手段を用いて、レーザ光線を測量の目標物に向けられ
るので、レーザ光線を測量の目標物に簡単に合わせるこ
とができる。請求項9から11に記載された航空測量装置
によれば、請求項7に記載された航空測量装置と同様の
効果がある。それに加えて、レーザ光線に自由度を与え
るために鏡を回転させるだけでよい。レーザ光線を照射
する機器を動かさずともよいので簡単に自由度を与える
ことができる。

【００４５】請求項12に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項9から11のいずれかに記載された航空測量装
置と同様の効果がある。また、位置計測手段にGPSを用
いたため、低いコストで実用的な航空測量装置が実現で
きる。請求項13に記載された航空測量装置によれば、請
求項9から11のいずれかに記載された航空測量装置と同
様の効果がある。また、位置計測手段に慣性航法システ
ムを用いたため、GPSを用いることができない場所にお
いても測量可能である航空測量装置が実現できる。

【００４６】請求項14に記載された航空測量装置によれ
ば、請求項12または13に記載された航空測量装置と同様
な効果がある。それに加えてオペレータがジョイスティ
ック等の手段を用いて、レーザ光線を測量の目標物に向
けられるので、レーザ光線を測量の目標物に簡単に合わ
せることができる。請求項15に記載された航空測量装置
によれば、請求項9から11のいずれかに記載された航空
測量装置と同様の効果がある。それに加えて、鏡が周期
的に回動する結果、レーザ光線が左右に振動する。これ
と、飛行体が前進する運動が合成されて、広範囲をスキ
ャンすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測量される領域を飛行体が飛行する様子を描写
した展望図である。

【図２】自動モードの場合のレーザ光線のスキャンパタ
ーンをあらわした図である。

【図３】中心線追跡モードの場合のレーザ光線のスキャ
ンパターンをあらわした図である。

【図４】目標物追跡モードの場合のレーザ光線のパター
ンをあらわした図である。

【図５】自動モードにおいて操作されているときの測量
装置2により生成される、地表における３次元スキャン
パターンの斜視図である。

【図６】測量装置2の構成をあらわした図である。

【図７】レーザ光線スキャン／操作システムの飛行体に
おける好適な配置をあらわした図である。

【図８】好適なレーザ光線スキャン／操作システムの詳
細をあらわした図である。

【符号の説明】

1：飛行体 2：測量装置 3：人工物 4：地面 5：植物 6：スキャンパターンの幅 7：スキャンパターンの前進 8：飛行体の軌跡 9：中央コンピュータ 10：キーボード 11：ジョイスティック 12：モニタ 13：GPS（Global Positioning System） 14：アンテナ配列 15：ピッチジンバル 16：鏡 17：ビデオカメラ 18：ビデオモニタ 19：レーザ高度計コントローラ 20：レーザ光線照射器 21：レーザ光線の通過する経路 22：窓 23：鏡スキャナ 24：スイベル 25：ビデオカメラジンバル 26：ビデオカメラの視野

フロントページの続き (71)出願人 596134910 560 ＭｉｔｃｈｅｌｌＦｉｅｌｄＲｏａｄＢｅｓｓｅｍｅｒ，Ａｌａｂａｍａ 35023 Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者マイケルジー．ワイズアメリカ合衆国アラバマ州 35210 バーミンガムデイリーストリート 157 (72)発明者ロバートエイチ．ストークスアメリカ合衆国アラバマ州 35242 バーミンガムキンロスドライブ 3765 (72)発明者エドワードシー．ブラッシャージュニアアメリカ合衆国アラバマ州 35124 ペルハムシャンダウェイドライブ 2040

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飛行体を用いる地形的情報の収集と処理を
行う航空測量装置において、地表に図根点を置かないで前記飛行体の位置を計測する
位置計測手段と、飛行中の前記飛行体から照射され、少なくとも1自由度
の操作が可能であり、目標物に照射可能なレーザ光線
と、レーザ光線の反射点と飛行体との距離を計測するセンサ
と、飛行体のロール角、ピッチ角、機首の向いている方向を
計測し、時間を付加する方向計測手段と、前記飛行体の位置、前記レーザ光線の反射点と飛行体と
の距離、前記飛行体のロール角、ピッチ角、機首の向い
ている方向に、時間を付加し、処理し、対照して目標物
の位置、高度および物理的、次元的寸法を決定するコン
ピュータとを、備えたことを特徴とする航空測量装置。
【請求項２】請求項1に記載の航空測量装置において、
前記レーザ光線の飛行体に対する方向を計測するレーザ
光線方向計測手段をさらに備え、前記コンピュータは前
記レーザ光線の飛行体に対する方向に時間を付加し、処
理し、対照して目標物の位置、高度および物理的、次元
的寸法を決定することを特徴とする航空測量装置。
【請求項３】請求項1に記載の航空測量装置において、
前記位置計測手段がGPS（Global Positioning System）
であることを特徴とする航空測量装置。
【請求項４】請求項1に記載の航空測量装置において、
前記位置計測手段が慣性航法システムであることを特徴
とする航空測量装置。
【請求項５】請求項3または4に記載の航空測量装置にお
いて、少なくとも1自由度をもち、オペレータ制御手段
により、目標物に向けることのできるビデオカメラを備
え、前記レーザ光線は前記ビデオカメラに電子的かつ機
械的に従属して動くことを特徴とする航空測量装置。
【請求項６】請求項5に記載の航空測量装置において、
前記オペレータ制御手段はジョイスティック、コンピュ
ータマウスまたはトラックボールであることを特徴とす
る航空測量装置。
【請求項７】請求項1に記載の航空測量装置において、
少なくとも1自由度をもち、オペレータ制御手段によ
り、目標物に向けることのできるビデオカメラを備え、
前記レーザ光線は前記ビデオカメラに電子的かつ機械的
に従属して動くことを特徴とする航空測量装置。
【請求項８】請求項7に記載の航空測量装置において、
前記オペレータ制御手段はジョイスティック、コンピュ
ータマウスあるいはトラックボールであることを特徴と
する航空測量装置。
【請求項９】請求項7に記載の航空測量装置において、
前記レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に略平行な軸
を回転軸として回転可能な鏡に、反射することを特徴と
する航空測量装置。
【請求項１０】請求項7に記載の航空測量装置におい
て、前記レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に略垂直
な軸を回転軸として回転可能な鏡に、反射することを特
徴とする航空測量装置。
【請求項１１】請求項7に記載の航空測量装置におい
て、前記レーザ光線は、前記飛行体の長手方向に略平行
な軸および略垂直な軸を回転軸として回転可能な鏡に、
反射することを特徴とする航空測量装置。
【請求項１２】請求項9、請求項10または請求項11記載
の航空測量装置において、前記位置計測手段がGPS（Glo
bal Positioning System）であることを特徴とする航空
測量装置。
【請求項１３】請求項9、請求項10または請求項11記載
の航空測量装置において、前記位置計測手段が慣性航法
システムであることを特徴とする航空測量装置。
【請求項１４】請求項12または13に記載の航空測量装置
において、前記オペレータ制御手段はジョイスティッ
ク、コンピュータマウスあるいはトラックボールである
ことを特徴とする航空測量装置。
【請求項１５】請求項9、請求項10または請求項11の記
載の航空測量装置において、前記鏡は、前記回転軸を軸
として周期的に回動することを特徴とする航空測量装
置。