JP2017072386A - 法面状態計測方法及び法面状態計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に且つ精度よく法面の状態を計測できる法面状態計測方法及び法面状態計測装置を提供する。【解決手段】法面状態計測方法は、堤防３の法面４上を走行する除草機Ｗの走行方向Ｄの前方側において、除草機Ｗに設けられた除草ユニット１２によって法面４の除草を行う除草工程と、除草工程と並行して行われ、除草機Ｗに設けられたレーザセンサ２３によって除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側にレーザ光Ｌを出射して反射光を受光し、少なくとも除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面形状を検出する検出工程と、検出工程で取得した情報を所定の記憶部２８に記憶させる記憶工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、堤防の法面の状態を計測する法面状態計測方法及び法面状態計測装置に関する。

河川等の堤防には、流水や雨による侵食、地盤沈下等により、亀裂、陥没、沈下、又は法崩れ等の変状が生じる場合がある。このような変状を放置すると、決壊等の災害や事故が生じ得る。そこで、従来、目視による定期的な巡視点検が行われている。また、下記特許文献１に記載されたモービルマッピングシステムでは、レーザスキャナが搭載された車両に堤防の天端を走行させ、天端に関する３次元点群データを取得している。このモービルマッピングシステムでは、取得したデータを解析することによって堤防の変状を把握することができるため、目視による場合と比較して作業の効率化が図られる。

特開２０１５−９４７２２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたモービルマッピングシステムを法面の状態の計測に適用する場合、法面上に植生している芝や雑草等によりレーザ光が遮られることで計測精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、効率的に且つ精度よく法面の状態を計測できる法面状態計測方法及び法面状態計測装置を提供することを目的とする。

本発明の法面状態計測方法は、堤防の法面上を走行する除草機の走行方向前方側において、除草機に設けられた除草ユニットによって法面の除草を行う除草工程と、除草工程と並行して行われ、除草機に設けられたレーザセンサによって除草機の走行方向後方側にレーザ光を出射して反射光を受光し、少なくとも除草工程で除草が行われた領域における法面の表面形状を検出する検出工程と、検出工程で取得した情報を所定の記憶部に記憶させる記憶工程と、を含む。

この法面状態計測方法では、法面上を走行する除草機の走行方向前方側において除草を行うのと並行して、除草機の走行方向後方側においてレーザセンサによって法面の表面形状を検出するため、除草が行われた直後の法面の表面形状を検出することができる。これにより、法面上の草によりレーザ光が遮られてしまうことを抑制でき、精度よく法面の状態を計測することが可能となる。また、従来技術のように除草機とは別個の車両に天端を走行させる必要がないことから、更なる作業の効率化を図ることができる。よって、この法面状態計測方法によれば、効率的に且つ精度よく法面の状態を計測することが可能となる。なお、「除草」とは、草を刈ること、刈られた草を集めること、又はそれらを並行して行うことを意味する。

また、本発明の法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機に設けられたカメラによって、少なくとも除草工程で除草が行われた領域における法面の表面の画像を取得してもよい。これによれば、法面の表面の画像が記憶部に記憶されることから、法面の表面形状と表面の画像とを参照して法面の変状を把握することができ、より精度よく変状を把握することが可能となる。例えば、表面形状からでは変状の有無が定かではない場合に、当該個所の画像を参照することで、変状の有無をより確実に把握することができる。

また、本発明の法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機に設けられた温度センサによって、少なくとも除草工程で除草が行われた領域における法面の表面の温度を検出してもよい。これによれば、法面の表面の温度が記憶部に記憶されることから、法面の表面形状と表面の温度とを参照して法面の変状を把握することができ、より精度よく変状を把握することが可能となる。例えば、小動物の穴が法面に存在している場合に当該穴の周辺部がそれ以外の部分よりも温度が低くなることを利用することで、変状の有無をより確実に把握することができる。

また、本発明の法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機の走行速度が所定の閾値以下である場合、除草機の走行速度が閾値より大きい場合よりもレーザセンサの単位時間当たりの検出回数を少なくしてもよい。これによれば、走行速度が小さい場合にレーザセンサの検出頻度を低下させてデータ量を低減することができる。これにより、例えば、記憶部に記憶されるデータ量を低減することや、取得した情報を記憶部に送信する場合には、送信するデータ量を低減することが可能となる。また、走行速度が小さい場合にレーザセンサの消費電力を低下させることができ、省電力化を図ることが可能となる。

また、本発明の法面状態計測装置は、堤防の法面上を走行し、走行方向前方側において除草ユニットによって法面の除草を行う除草機に搭載される法面状態計測装置であって、除草機の走行方向後方側にレーザ光を出射してその反射光を受光し、少なくとも除草ユニットにより除草が行われた領域における法面の表面形状を検出するレーザセンサと、レーザセンサにより取得された情報を受け付け、受け付けた検出結果を所定の記憶部に記憶させる制御部と、を備える。

この法面状態計測装置では、法面上を走行する除草機の走行方向前方側において除草を行うのと並行して、除草機の走行方向後方側においてレーザセンサによって法面の表面形状を検出することができ、除草が行われた直後の法面の表面形状を検出することが可能となる。これにより、法面上の草によりレーザ光が遮られてしまうことを抑制でき、精度よく法面の状態を計測することが可能となる。また、従来技術のように除草機とは別個の車両に天端を走行させる必要がないことから、更なる作業の効率化を図ることができる。よって、この法面状態計測装置によれば、効率的に且つ精度よく法面の状態を計測することが可能となる。

本発明によれば、効率的に且つ精度よく法面の状態を計測できる法面状態計測方法及び法面状態計測装置を提供できる。

実施形態の法面状態計測装置が搭載された除草機の側面図である。 図１の法面状態計測装置の概略ブロック図である。 図１の法面状態計測装置により法面の状態を計測する様子を示す模式図である。 法面の変状の例を示す模式図である。 図１の法面状態計測装置による処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、法面状態計測装置１は、大型の除草機Ｗに搭載されている。除草機Ｗは、堤防３（図３，４参照）の法面４上を走行し、法面４上の草７を除去する。除草機Ｗは、本体部１０と、本体部１０を走行方向Ｄに走行させる走行部１１と、法面４の除草を行う除草ユニット１２と、を備えている。除草機Ｗは、例えば株式会社築水キャニコム製のクロカンジョージＣＧ６７０である。

走行部１１は、例えば、本体部１０内に設けられたディーゼルエンジン等の駆動源と、本体部１０の側面に設けられたキャタピラ（登録商標）等の移動部１１ａと、を含んで構成されている。移動部１１ａは、当該駆動源により駆動され、本体部１０を走行方向Ｄに移動させる。走行部１１は、本体部１０の走行方向Ｄを変更可能に構成されている。

除草ユニット１２は、本体部１０における走行方向Ｄの前方側に取り付けられている。除草ユニット１２は、例えば、法面４上の草７を刈るための草刈りユニット１２ａと、刈られた草７を集めるための集草ユニット（図示略）と、を含んで構成され、草刈りユニット１２ａ及び集草ユニットのいずれか一方が本体部１０に選択的に取り付けられている。図１では、草刈りユニット１２ａが取り付けられた状態が示されている。

除草機Ｗの駆動（例えば、走行方向Ｄ及び走行速度等）は、例えば送信機１４から送信された制御信号により制御される。送信機１４は、例えば作業者により操作される。なお、除草機Ｗの制御の一部又は全部が自動化されてもよく、例えば、あらかじめ設定された経路に沿って、あらかじめ設定された走行速度で除草機Ｗが走行してもよい。

次に、法面状態計測装置１について説明する。法面状態計測装置１は、法面４の状態を計測するための装置である。図１及び図２に示されるように、法面状態計測装置１は、ＧＰＳ２１と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit、慣性計測装置）２２と、レーザセンサ２３と、カメラ２５と、温度センサ２６と、速度センサ２７と、記憶部２８と、制御部２９と、を備えている。ＧＰＳ２１、ＩＭＵ２２、記憶部２８、及び制御部２９は、例えば本体部１０に固定された筐体２０内に配置されている。

ＧＰＳ２１は、除草機Ｗの位置情報を検出し、検出結果を制御部２９に出力する。ＩＭＵ２２は、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸の３軸方向における除草機Ｗの角速度及び加速度を検出し、検出結果を制御部２９に出力する。ＩＭＵ２２により取得された情報は、例えばＧＰＳ２１により取得された位置情報の補正に用いられる。

レーザセンサ２３は、レーザ光Ｌを利用して検出対象の位置情報を検出するセンサ（レーザスキャナ）である。レーザセンサ２３は、例えば、本体部１０における走行方向Ｄの後方側に防振架台２４を介して取り付けられている。防振架台２４は、レーザセンサ２３に作用する振動を低減するための架台であり、ここではレーザセンサ２３を支持する枠部２４ａにより構成されている。このような防振架台２４は、本実施形態のように移動部１１ａの駆動源として振動が比較的発生し易いディーゼルエンジンを利用する場合に特に効果的となる。防振架台２４は、例えば、アタッチメントを介して本体部１０に取り付けられており、本体部１０に対して着脱可能となっている。

レーザセンサ２３は、除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側にレーザ光Ｌを出射し、出射したレーザ光Ｌの反射光を受光する。レーザセンサ２３は、除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面形状を検出し、検出結果を制御部２９に出力する。ここでのレーザセンサ２３は、水平方向及び鉛直方向についての３次元的な検出が可能な３次元センサとなっている。図１に示されるように、この例では、レーザセンサ２３は、レーザ光Ｌと法面４とのなす角度θが例えば７０度以上９０度以下の９０度に近い角度となるように設置されている。レーザセンサ２３は、単位時間当たりの検出回数を変更可能に構成されている。

カメラ２５は、例えば防振架台２４の枠部２４ａに取り付けられている。カメラ２５は、除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面の画像を取得し、取得した画像を制御部２９に出力する。温度センサ２６は、例えば本体部１０における走行方向Ｄの後方側に取り付けられた非接触式のセンサである。温度センサ２６は、除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面の温度を検出し、検出結果を制御部２９に出力する。速度センサ２７は、例えば本体部１０の所定位置に取り付けられており、除草機Ｗの走行速度を検出し、検出結果を制御部２９に出力する。

記憶部２８は、例えば、各部で取得した情報を記憶するための記憶領域を有する。ここでの記憶部２８は、ＳＤカード等の可搬型の記憶媒体である。記憶部２８は、除草機Ｗに搭載されていなくてもよく、制御部２９と通信可能に構成された外部端末のメモリ、又は当該外部端末に接続された記憶媒体等であってもよい。

制御部２９は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むコンピュータにより構成されている。制御部２９は、ＧＰＳ２１、ＩＭＵ２２、レーザセンサ２３、カメラ２５、温度センサ２６、及び速度センサ２７からの情報を受け付け、受け付けた情報を記憶部２８に記憶させる。このとき、制御部２９は、各部から受け付けたデータに時刻情報及び位置情報を付し、又は時刻情報及び位置情報が付されたデータを各部から受け付け、時刻情報及び位置情報が付されたデータを記憶部２８に記憶する。また、制御部２９は、後述するように、除草機Ｗの走行速度が所定の閾値以下である場合にレーザセンサ２３の単位時間当たりの検出回数を少なくする制御を実行する。

次に、図３を参照して、法面状態計測装置１を用いて法面４の状態を計測する手順を説明する。図３に示されるように、河川等の堤防３には、法面４と天端５とが含まれている。法面４は、天端５と地面６との間を接続する傾斜面である。法面４には、芝や雑草等が植生している。天端５は、堤防３の上面である。地面６は、河川側（川表側）の高水敷等の地面、又は河川側と反対側（川裏側）の地面である。図３では、法面４において草７が刈られる前の領域が符号Ａで示されている。

作業者は、草刈りユニット１２ａが取り付けられた除草機Ｗを送信機１４により遠隔操作し、除草機Ｗに法面４上を走行させて走行方向Ｄの前方側において法面４上の草７を刈らせる。例えば、図３に示されるように、作業者は、法面４の法尻４ａ（法面４と地面６との境界）側において、法尻４ａに沿って除草機Ｗを走行させる。その後、除草機Ｗを法肩４ｂ（法面４と天端５との境界）側に移動させ（例えば、除草機Ｗを転回させて走行方向Ｄを１８０度変更させ）、再び法尻４ａに沿って除草機Ｗを走行させる。これを法面４における除草範囲全体が除草されるまで繰り返す。なお、法面４の除草範囲及び除草順序等は任意に設定されてよい。また、川表側及び川裏側のいずれの法面４が除草されてもよく、それらの両方が除草されてもよい。

法面状態計測装置１では、走行方向Ｄの前方側において草刈りユニット１２ａよって法面４上の草７が刈られるのと並行して、走行方向Ｄの後方側においてレーザセンサ２３によって除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面形状が検出される。これにより、草刈りユニット１２ａによって草７が刈られた直後の法面４の表面形状が検出される。

ここで、レーザセンサ２３の検出範囲は、少なくとも草刈りユニット１２ａによって草７が刈られた領域を含んでいればよく、当該領域よりも大きくてもよい。つまり、除草機Ｗの幅方向（走行方向Ｄ及び鉛直方向と直交する方向）において、レーザセンサ２３のスキャン幅は、除草機Ｗの幅（草刈りユニット１２ａの草刈り範囲）と同程度であってもよいし、除草機Ｗの幅よりも大きくてもよい。

また、レーザセンサ２３による検出と並行して、カメラ２５によって除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面の画像が取得される。また、レーザセンサ２３による検出と並行して、温度センサ２６によって除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側の法面４の表面の温度が検出される。

上記のように取得されて記憶部２８に記憶されたデータは、例えば管理事務所において管理者により解析用の端末を用いて解析される。例えば、管理者は、レーザセンサ２３で取得した情報に基づいて、法面４における位置と表面形状との関係を点列によって３次元標高データとして表したマップを作成する。管理者は、例えばディスプレー上に表示された当該マップを目視することで、法面４の変状を検出することや、変状が発生している可能性がある個所を特定することができる。

図４に示されるように、法面４に生じる変状としては、例えば、亀裂３１、陥没３２、又はモグラやキツネ等の小動物が掘った穴３３等が挙げられる。なお、目視による検出に代えて、所定のソフトウェアを用いて当該マップを解析することにより法面４の変状を検出してもよい。また、今回作成されたマップと過去に作成されたマップとを対比すること（差分解析）によって法面４の変状を検出してもよい。

さらに、管理者は、上記マップに法面４の表面の画像を重畳させ、得られたデータに基づいて法面４の変状を検出してもよい。例えば、上記マップ上に画像情報を重ね合わせてもよいし、上記マップとは別に画像情報に基づくマップを作成してもよい。また、管理者は、それに代えて又はそれに加えて、上記マップに法面４の表面の温度情報を重畳させ、得られたデータに基づいて法面４の変状を検出してもよい。例えば、小動物の穴３３が法面４に存在している場合、小動物の穴３３の周辺部がそれ以外の部分よりも温度が低くなる。これを利用することで、変状の有無をより確実に把握することができる。

次に、図５を参照して、法面状態計測装置１による処理手順（法面状態計測方法）を説明する。まず、法面４上を走行する除草機Ｗの走行方向Ｄの前方側において、草刈りユニット１２ａによって法面４の除草が行われる（Ｓ１、除草工程）。

除草工程と並行して、レーザセンサ２３によって除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側にレーザ光Ｌが出射されてその反射光が受光され、除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面形状が検出される（Ｓ２、検出工程）。

この検出工程では、カメラ２５によって、除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面の画像が取得される。また、検出工程では、温度センサ２６によって、除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面の温度が検出される。

また、検出工程では、制御部２９は、除草機Ｗの走行速度が所定の閾値以下である場合、除草機Ｗの走行速度が当該閾値より大きい場合よりもレーザセンサ２３の単位時間当たりの検出回数を少なくする。次いで、制御部２９は、検出工程で取得した情報を記憶部２８に記憶させる（Ｓ３、記憶工程）。

以上、この法面状態計測方法では、法面４上を走行する除草機Ｗの走行方向Ｄの前方側において除草を行うのと並行して、除草機Ｗの走行方向Ｄの後方側においてレーザセンサ２３によって法面４の表面形状を検出するため、除草が行われた直後の法面４の表面形状を検出することができる。これにより、法面４上の草７によりレーザ光Ｌが遮られてしまうことを抑制でき、精度よく法面４の状態を計測することが可能となる。また、従来技術のように除草機Ｗとは別個の車両に天端５を走行させる必要がないことから、更なる作業の効率化を図ることができる。よって、この法面状態計測方法によれば、効率的に且つ精度よく法面４の状態を計測することが可能となる。

また、この法面状態計測方法では、除草機Ｗに設けられたレーザセンサ２３によって法面４の表面形状を検出することから、従来技術のように天端５から検出する場合と比較して、より近距離から法面４の状態を計測することができる。さらに、従来技術では天端５からレーザ光Ｌを出力するためレーザ光Ｌと法面４とのなす角度θが小さくなり、草７によりレーザ光Ｌが遮られ易いのに対し、この法面状態計測方法では、法面４に対してより垂直に近い角度でレーザ光Ｌを入射させることができる。これらのことからも、精度よく法面４の状態を計測することが可能となっている。この法面状態計測方法によれば、従来技術では検出することが困難であった小動物の穴３３をも把握することが可能となる。

また、従来技術を用いる場合において、草７による影響を抑制するために、定期的に実施される草刈りの直後に法面４の状態の計測を行うようにすることも考えられる。しかし、堤防３の全体における法面４の草刈りを同時に又は同日に行うことは難しく、草刈りは例えばエリア毎に行われるため、全てのエリアにおいて草刈りの直後に計測を行うことは困難である。例えば、草刈りの１週間後に計測を行った場合でも計測精度が低下してしまうおそれがあり、特に、小動物の穴３３のように比較的小さな変状を検出することが困難となる。対して、この法面状態計測方法によれば、除草が行われた直後の法面４の表面形状を検出できるため、精度よく法面４の状態を計測することが可能となる。

また、この法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機Ｗに設けられたカメラ２５によって、除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面の画像を取得している。これにより、法面４の表面の画像が記憶部２８に記憶されることから、法面４の表面形状と表面の画像とを参照して法面４の変状を把握することができ、より精度よく変状を把握することが可能となる。例えば、表面形状からでは変状の有無が定かではない場合に、当該個所の画像を参照することで、変状の有無をより確実に把握することができる。

また、この法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機Ｗに設けられた温度センサ２６によって、除草工程で除草が行われた領域における法面４の表面の温度を検出している。これにより、法面４の表面の温度が記憶部２８に記憶されることから、法面４の表面形状と表面の温度とを参照して法面４の変状を把握することができ、より精度よく変状を把握することが可能となる。例えば、小動物の穴３３が法面４に存在している場合に当該穴３３の周辺部がそれ以外の部分よりも温度が低くなることを利用することで、変状の有無をより確実に把握することができる。

また、この法面状態計測方法においては、検出工程では、除草機Ｗの走行速度が所定の閾値以下である場合、除草機Ｗの走行速度が当該閾値より大きい場合よりもレーザセンサ２３の単位時間当たりの検出回数を少なくする。そのため、走行速度が小さい場合にレーザセンサ２３の検出頻度を低下させてデータ量を低減することができる。これにより、例えば、記憶部２８に記憶されるデータ量を低減することや、取得した情報を記憶部２８に送信する場合には、送信するデータ量を低減することが可能となる。また、走行速度が小さい場合にレーザセンサ２３の消費電力を低下させることができ、省電力化を図ることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、カメラ２５、温度センサ２６、又は速度センサ２７は備えられていなくてもよい。また、速度センサ２７により除草機Ｗの走行速度を検出することに代えて、ＧＰＳ２１により検出される位置情報に基づいて除草機Ｗの走行速度を算出してもよい。また、除草機Ｗは、送信機１４によって遠隔操作されるものでなく、作業者が搭乗して操縦するものであってもよい。

また、上記実施形態では、草刈りユニット１２ａによって法面４上の草７を刈る場合を例に挙げて説明したが、集草ユニットが取り付けられた除草機Ｗによって法面４上の草７を集める際に法面４の状態を計測してもよい。この場合でも、除草（集草）が行われた直後の法面４の表面形状を検出することができ、精度よく法面４の状態を計測することが可能となる。

また、除草ユニット１２は、法面４上の草７を刈ると共に刈った草７を集めることが可能なユニットを含んで構成されていてもよい。この場合でも、除草が行われた直後の法面４の表面形状を検出することができ、精度よく法面４の状態を計測することが可能となる。すなわち、除草ユニット１２は、草７を刈ること、刈られた草７を集めること、又はそれらを同時に並行して行うことの少なくとも１つが可能に構成されていればよい。

１…法面状態計測装置、３…堤防、４…法面、１２…除草ユニット、２３…レーザセンサ、２５…カメラ、２６…温度センサ、２８…記憶部、２９…制御部、Ｄ…走行方向、Ｌ…レーザ光、Ｗ…除草機。

Claims (5)

1. 堤防の法面上を走行する除草機の走行方向前方側において、前記除草機に設けられた除草ユニットによって前記法面の除草を行う除草工程と、
   前記除草工程と並行して行われ、前記除草機に設けられたレーザセンサによって前記除草機の走行方向後方側にレーザ光を出射してその反射光を受光し、少なくとも前記除草工程で除草が行われた領域における前記法面の表面形状を検出する検出工程と、
   前記検出工程で取得した情報を所定の記憶部に記憶させる記憶工程と、を含む、法面状態計測方法。
2. 前記検出工程では、前記除草機に設けられたカメラによって、少なくとも前記除草工程で除草が行われた領域における前記法面の表面の画像を取得する、請求項１記載の法面状態計測方法。
3. 前記検出工程では、前記除草機に設けられた温度センサによって、少なくとも前記除草工程で除草が行われた領域における前記法面の表面の温度を検出する、請求項１又は２記載の法面状態計測方法。
4. 前記検出工程では、前記除草機の走行速度が所定の閾値以下である場合、前記除草機の走行速度が前記閾値より大きい場合よりも前記レーザセンサの単位時間当たりの検出回数を少なくする、請求項１〜３のいずれか１項記載の法面状態計測方法。
5. 堤防の法面上を走行し、走行方向前方側において除草ユニットによって前記法面の除草を行う除草機に搭載される法面状態計測装置であって、
   前記除草機の走行方向後方側にレーザ光を出射してその反射光を受光し、少なくとも前記除草ユニットにより除草が行われた領域における前記法面の表面形状を検出するレーザセンサと、
   前記レーザセンサにより取得された情報を受け付け、受け付けた情報を所定の記憶部に記憶させる制御部と、を備える、法面状態計測装置。

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