JP2020012774A - 建造物の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易で正確な屋根の表面積を測定する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一の実施形態は、建造物の測定方法であって、所定の建造物を撮影するステップと、撮影した画像から、所定の領域と、所定の領域を構成する複数の所定のオブジェクトとを認識するステップと、所定のオブジェクトの個数を決定するステップと、決定された個数と、予め記憶された、所定のオブジェクトの面積とに基づいて、所定の領域の面積を決定するステップと、を有する建造物の測定方法を提供する。【選択図】図８

Description

本発明は、飛行体を用いた建造物の測定方法に関する。

近年、様々な用途に利用されるドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの飛行体（以下、単に「飛行体」と総称する）を利用した様々なサービスが提供されている。

一例として、従前実測や目視で行っていた、屋根の塗装や防水工事の見積りを取るための、屋根の表面積の算出に代わるものとして、飛行体により屋根の写真を撮影し、写真と基に３Ｄモデルを構築することにより表面積を算出する技術が、例えば、特許文献１に開示されている。

また、複数の飛行体を運用する場合に、各無人飛行体の飛行データを１つの画面上で切り換えや分割等することにより表示させる技術が、例えば特許文献２に開示されている。

特開２０１８−０５５３５１号公報

しかしながら、上記特許文献に開示の技術は、写真撮影した画像を３Ｄモデルに変換したうえで屋根の表面積を算出するため、変換工程において誤差が生じる可能性がある。また、変換工程により表面積の算出に時間を要するという問題も生じる。

そこで、本発明は、より簡易で正確な屋根の表面積を測定する方法を提供することを目的とする。

本発明の一の実施形態は、建造物の測定方法であって、所定の建造物を撮影するステップと、撮影した画像から、所定の領域と、所定の領域を構成する複数の所定のオブジェクトとを認識するステップと、所定のオブジェクトの個数を決定するステップと、決定された個数と、予め記憶された、所定のオブジェクトの面積とに基づいて、所定の領域の面積を決定するステップと、を有する建造物の測定方法を提供する。

本発明によれば、より簡易で正確な屋根の表面積を測定する方法を実現することができる。

本発明による第１の実施の形態による、管理端末及び飛行体からなるシステム構成図である。 本発明による第１の実施の形態による、管理端末のハードウェア構成を示す図である。 本発明による第１の実施の形態による、飛行体の機能ブロック図である。 本発明による第１の実施の形態による、飛行体のフライトコントローラ周辺の機能ブロック図である。 本発明による第１の実施の形態による、管理端末のうち、制御部及びメモリの機能ブロック図である。 本発明による第１の実施の形態による、建造物の測定方法にかかるフローチャート図である。 本発明による第１の実施の形態による、屋根の面積の算出方法にかかるフローチャート図である。 本発明による第１の実施の形態による、建造物の測定方法にかかる概念図である。 本発明による第１の実施の形態による、瓦の寸法を説明する概念図である。 本発明による第２の実施の形態による、飛行体のフライトコントローラ周辺の機能ブロック図である。 本発明による第２の実施の形態による、建造物の測定方法にかかるフローチャート図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以下のような構成を備える。
［項目１］
所定の建造物を撮影するステップと、
当該撮影した画像から、所定の領域と、当該所定の領域を構成する複数の所定のオブジェクトとを認識するステップと、
当該所定のオブジェクトの個数を決定するステップと、
当該決定された個数と、予め記憶された、前記所定のオブジェクトの面積とに基づいて、前記所定の領域の面積を決定するステップと、を有する建造物の測定方法。
［項目２］
さらに、前記所定の領域の面積を基に、見積り金額を決定するステップを有する、
項目１に記載の建造物の測定方法。
［項目３］
無人飛行体を飛行させるステップと、を有し、
前記所定の建造物を撮影するステップは、当該無人飛行体により実行される、
項目１又は項目２に記載の建造物の測定方法。
［項目４］
前記所定の領域は屋根であり、
前記所定のオブジェクトは前記屋根上に並列配置された所定の単位建材である、
項目１乃至項目３のいずれかに記載の建造物の測定方法。
［項目５］
前記単位建材は、瓦である、
項目４に記載の建造物の測定方法。
［項目６］
前記瓦の働き長さ及び働き巾に基づいて、前記瓦の面積を設定する、
項目５に記載の建造物の測定方法。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態による建造物の測定方法について、図面を参照しながら説明する。本発明による第１の実施の形態による、管理端末及び飛行体からなるシステム構成図である。

図１に示すように、管理端末１は、インターネット等のネットワークを介して、複数の飛行体２Ａ、２Ｂ、２Ｃ等と接続する（以下、便宜上、これらのうち任意の飛行体を単に「飛行体２」という）。ネットワークの例として、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信等が挙げられる。ここで、飛行体２として、例えば、自律飛行する、または後述のユーザ端末により遠隔から操作、制御され得る無人の飛行体（例えば、ドローン等）が挙げられる。飛行体２から管理端末１に対して、所定の情報、例えば、飛行体２のカメラ等で撮影した静止画・動画データのほか、所定の制御データ、例えば、飛行位置情報（緯度、経度、高度等）、飛行経路、バッテリーの使用量／残量、飛行速度、飛行時間、加速度、傾き、その他機器の動作状況等の情報を、自動またはユーザからの要求に応じて送信する。

図２は、本発明による第１の実施の形態による、管理端末のハードウェア構成を示す図である。なお、図示された構成は一例であり、これ以外の構成を有していてもよい。図示されるように、管理端末１は、データベース（図示せず）と接続されシステムの一部を構成する。管理端末１は、例えばワークステーションやパーソナルコンピュータのような汎用コンピュータとしてもよいし、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。

管理端末１は、少なくとも、制御部１０、メモリ１１、ストレージ１２、送受信部１３、入出力部１４等を備え、これらはバス１５を通じて相互に電気的に接続される。

制御部１０は、管理端末１全体の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御、及びアプリケーションの実行及び認証処理に必要な情報処理等を行う演算装置である。例えばプロセッサ１０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、ストレージ１２に格納されメモリ１１に展開されたプログラム等を実行して各情報処理を実施する。

メモリ１１は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリ１１は、プロセッサ１０のワークエリア等として使用され、また、管理端末１の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種設定情報等を格納する。

ストレージ１２は、アプリケーション・プログラム等の各種プログラムを格納する。各処理に用いられるデータを格納したデータベースがストレージ１２に構築されていてもよい。

送受信部１３は、管理端末１をネットワークおよびブロックチェーンネットワークに接続する。なお、送受信部１３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）の近距離通信インタフェースを備えていてもよい。

入出力部１４は、キーボード・マウス類等の情報入力機器、及びディスプレイ等の出力機器である。

バス１５は、上記各要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号及び各種制御信号を伝達する。

図３は、本発明による第１の実施の形態による、飛行体の機能ブロック図である。なお、以下の機能ブロック図は説明を簡単にするために、単一のデバイス（飛行体）に格納された概念として記載しているが、例えば、その一部機能を外部デバイスに発揮させたり、クラウド・コンピューティング技術を利用することによって論理的に構成されていてもよい。

フライトコントローラ２１は、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

フライトコントローラ２１は、メモリ２２を有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリ２２は、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラ２１が実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリ２２は、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類２７から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラは飛行体にジンバル２８を介して設置される。

フライトコントローラ２１は、飛行体の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θ_ｘ、θ_ｙ及びθ_ｚ）を有する飛行体の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、ＥＳＣ２９を経由して飛行体の推進機構（モータ３０等）を制御する。モータによりプロペラ３１が回転することで飛行体の揚力を生じさせる。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラ２１は、１つ以上の外部のデバイス（例えば、送受信機２５（プロポ）、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部２６と通信可能である。送受信機２５は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

例えば、送受信部２６は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部２６は、センサ類２７で取得したデータ、フライトコントローラ２１が生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類２７は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。

図４は、本発明による第１の実施の形態による、飛行体のフライトコントローラ周辺の機能ブロック図である。また、図５は、本発明による第１の実施の形態による、管理端末のうち、制御部及びメモリの機能ブロック図である。図６は、本発明による第１の実施の形態による、建造物の測定方法にかかるフローチャート図である。本測定方法にかかる処理は、飛行体においては、例えば、メモリ２２に格納される測定処理用のプログラムをフライトコントローラ２１の各制御部において実行することで実現され、また、管理端末１においては、例えば、メモリ１１に格納される測定処理用のプログラムを制御部１０において実行することで実現され得る。

図６に示すように、まず、飛行体２のフライトコントローラ２１の位置情報取得部４１は、ＧＰＳセンサ等のセンサ類２３より、高度、緯度、経度といった現在位置情報を取得し、所定の位置、例えば、目標とする建造物の上空を飛行するよう制御される（Ｓ１０１）。目標とする建造物の位置情報は予め位置情報格納部５１に記憶させることができる。続いて、飛行体２が所定の位置に到達すると、フライトコントローラ２１の撮影制御部４２は、カメラ２７が建造物を上空から撮影するよう制御する（Ｓ１０２）。また、撮影制御部４２は、撮影した建造物の画像を、メモリ２２の画像情報格納部５２に格納することができる。なお、飛行体２は、例えば、上述したＧＰＳセンサを利用せずに（又は併用して）手動（又は半手動）で操作することとしてもよい。

続いて、飛行体２の送受信部２６は、撮影した建造物の画像を管理端末１に送信する。管理端末１は、送受信部１３を介して建造物の画像を受信し、制御部１０の画像分析部６１は、画像分析を実行し、屋根を認識する（Ｓ１０３）。画像分析としては、既知の画像認識技術を利用することができる。例えば、屋根の輪郭を認識させる手法のほか、予め屋根の画像を機械学習させておき、学習データから屋根を識別できる特徴量を自動的に抽出し、その特徴量により飛行体２が撮影された画像から屋根を認識することもできる。屋根は輪郭等で定義された一定の領域として認識され、参照画像情報として、管理端末１のメモリ１１の分析情報格納部７１に格納される。

また、画像分析部６１は、画像分析を実行し、屋根を構成する瓦を認識する（Ｓ１０４）。屋根の認識同様に、画像分析として既知の画像認識技術を利用することができ、予め瓦の形状等を機械学習させておき、例えば、飛行体２により撮影された画像から瓦の特徴量を抽出することで、画像に含まれる瓦を認識することができる。認識された瓦の情報は、分析情報格納部７１に格納される。

続いて、管理端末１の制御部１０の面積決定部６２は、分析情報格納部７１に格納された参照画像情報を基に屋根の面積を算出し、決定する（Ｓ１０５）。面積決定部６２は、決定した面積情報を面積情報格納部７３に格納することができる。

図７は、本発明による第１の実施の形態による、屋根の面積の算出方法にかかるフローチャート図である。まず、管理端末１の面積決定部６２は、分析情報格納部７１に格納された、瓦が映っている屋根の参照画像を参照する（Ｓ２０１）。例えば、図８に示すように、飛行体２によって撮影された建造物の画像から、画像分析によって、屋根を定義する領域４が認識され、領域内に配置される瓦３が認識される。上述の通り、画像分析の結果認識された屋根の領域４と領域を構成する瓦３の画像は参照画像として分析情報格納部７１に格納される。本ステップでは、この参照画像を参照し、領域内に含まれる瓦の枚数が、画像処理によって計数される（Ｓ２０２）。続いて、面積決定部６２は、瓦寸法情報格納部７２に格納される瓦の寸法情報を参照し、画像から認識された瓦1枚当たりの表面積をまず決定し、Ｓ２０２で求めた瓦の枚数から、屋根の領域４に含まれる瓦全体の面積を算出し、屋根の面積として決定する（Ｓ２０３）。瓦寸法情報格納部７２には、複数種類の瓦の情報を格納することができる。画像解析によって認識された瓦の形状を基に、瓦寸法情報格納部７２に格納された複数種類の瓦から特定の瓦を判別し、その寸法から面積を求める方法も考えられる。例えば、瓦は形状によって、和形、平形、スパニッシュ瓦等の種類の瓦があり、寸法も異なるところ、画像から認識された瓦の形状から、特定の瓦を判別することで、対応する寸法から１枚当たりの瓦の面積を決定することができる。

図９に示すように、通常、瓦は、その一部分が相互に重なり合うように屋根に設置される。本実施形態において屋根の総面積を算出するという目的において、このような重なり部分を除いた寸法を使用して瓦１枚当たりの面積を求め、瓦の枚数を乗じることで、より正確に屋根の所定領域の面積を算出することができる。図９において、瓦が有効に働く長さ方向、幅方向の寸法を、例えば、働き長さ、働き巾と呼び、働き長さと働き巾を乗じることで瓦１枚当たりの面積を決定することができる。屋根の領域における位置によって、形状や寸法が異なる瓦を用いる場合もあり、これに対応して、屋根の領域を更にいくつかの領域に分割し、各領域に面積をその領域で使用される瓦の寸法を用いて算出する、という方法も考えられる。

また、建造物に対して、例えば、１階、２階部分の各々に屋根が設けられている場合に、飛行体２が建造物の上空から屋根部分を撮影すると、２階の屋根と1階の屋根が重なった画像が得られることがある。すなわち、１階部分の屋根の一部の領域と、階部分の屋根の一部の領域とが重複してしまうため、上記実施形態による測定方法では、１階部分の屋根の面積を算出することが難しくなる。このような場合には、まず、飛行体２を、建造物の１階と２階の中間の高度まで飛行させるよう制御し、１階部分の屋根の領域を撮影し、続いて、飛行体２を、建造物の２階の上空まで飛行させて、２階の屋根の領域を撮影するよう制御することで、１階及び２階各々の屋根の面積を算出することができる。その他、飛行体２が飛行可能な位置や撮影するアングルに応じて、建造物の屋根の領域を複数の領域に分割し、各領域の面積を算出することで、これらの合計値をその建造物の屋根の総面積として決定することもできる。

図６に戻り、管理端末１の制御部１０の見積決定部６３は、面積情報格納部７３に格納された屋根の領域の面積情報を基に、屋根修理工事等の見積金額を決定する（Ｓ１０６）。屋根修理の見積額は屋根の面積に応じて決定することがあり、本ステップにおいて見積金額を決定するに際しては、本実施形態の測定方法によって算出された面積情報を利用することができる。決定した見積情報は、見積情報決定部７４に格納され、必要に応じて、見積金額を所定の表示フォーマットに出力することができる。

（第２の実施の形態）
図１０は、本発明による第２の実施の形態による、飛行体のフライトコントローラ周辺の機能ブロック図である。また、図１１は、本発明による第２の実施の形態による、建造物の測定方法にかかるフローチャート図である。本実施の形態においては、第１の実施の形態において管理端末１と飛行体２とが連携して処理された測定方法及び見積決定方法が、飛行体２において単独で処理されることを特徴とする。本測定方法にかかる処理は、飛行体において、例えば、メモリ２２に格納される測定処理用のプログラムをフライトコントローラ２１の各制御部において実行することで実現され得る。

図１１に示すように、まず、飛行体２のフライトコントローラ２１の位置情報取得部４１は、ＧＰＳセンサ等のセンサ類２３より、高度、緯度、経度といった現在位置情報を取得し、所定の位置、例えば、目標とする建造物の上空を飛行するよう制御される（Ｓ３０１）。目標とする建造物の位置情報は予め位置情報格納部５１に記憶させることができる。続いて、飛行体２が所定の位置に到達すると、フライトコントローラ２１の撮影制御部４２は、カメラ２７が建造物を上空から撮影するよう制御する（Ｓ３０２）。また、撮影制御部４２は、撮影した建造物の画像を、メモリ２２の画像情報格納部５２に格納することができる。

続いて、飛行体２の画像分析部４３は、画像分析を実行し、屋根を認識する（Ｓ３０３）。画像分析としては、既知の画像認識技術を利用することができる。例えば、屋根の輪郭を認識させる手法のほか、予め屋根の画像を機械学習させておき、エッジやコーナーの特徴量から屋根画像の判別ルールを学習データとして抽出し、飛行体２により撮影された画像の特徴量と学習データとを比較することで屋根を認識することもできる。屋根は輪郭等で定義された一定の領域として認識され、参照画像情報として、飛行体２のメモリ２２の分析情報格納部５３に格納される。

また、画像分析部４３は、画像分析を実行し、屋根を構成する瓦を認識する（Ｓ３０４）。屋根の認識同様に、画像分析として既知の画像認識技術を利用することができ、予め瓦の形状等を機械学習させておき、飛行体２により撮影された画像と学習データとを比較することで、画像に含まれる瓦を認識することができる。認識された瓦の情報は、分析情報格納部５３に格納される。

続いて、飛行体２の面積決定部４４は、分析情報格納部５３に格納された参照画像情報を基に屋根の面積を算出し、決定する（Ｓ３０５）。面積決定部４４は、決定した面積情報を面積情報格納部５５に格納することができる。面積の決定方法の詳細は、第１の実施の形態において説明した方法と同様とすることができる。

飛行体２の見積決定部４５は、面積情報格納部５５に格納された屋根の領域の面積情報を基に、屋根修理工事等の見積金額を決定する（Ｓ３０６）。屋根修理の見積額は屋根の面積に応じて決定することがあり、本ステップにおいて見積金額を決定するに際しては、本実施形態の測定方法によって算出された面積情報を利用することができる。決定した見積情報は、見積情報決定部５６に格納され、必要に応じて、見積金額を所定の表示フォーマットに出力することができる。本ステップについては、管理端末１等の飛行体２外部の装置において実行することもできる。その際には、飛行体２は送受信部２６を介して、面積情報格納部５５に格納された屋根の領域の面積に関する情報を外部装置に送信することができる。

本発明の飛行体は、調査、測量、観察等における産業用の飛行体としての利用が期待できる。また、本発明の飛行体は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明を通じて、これらの飛行体による測定技術の向上に貢献することができる。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 管理端末
２Ａ〜２Ｃ 飛行体
３ 瓦
４ 屋根

Claims (6)

1. 所定の建造物を撮影するステップと、
   当該撮影した画像から、所定の領域と、当該所定の領域を構成する複数の所定のオブジェクトとを認識するステップと、
   当該所定のオブジェクトの個数を決定するステップと、
   当該決定された個数と、予め記憶された、前記所定のオブジェクトの面積とに基づいて、前記所定の領域の面積を決定するステップと、を有する建造物の測定方法。
2. さらに、前記所定の領域の面積を基に、見積り金額を決定するステップを有する、
   請求項１に記載の建造物の測定方法。
3. 無人飛行体を飛行させるステップと、を有し、
   前記所定の建造物を撮影するステップは、当該無人飛行体により実行される、
   請求項１又は請求項２に記載の建造物の測定方法。
4. 前記所定の領域は屋根であり、
   前記所定のオブジェクトは前記屋根上に並列配置された所定の単位建材である、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに建造物の測定方法。
5. 前記単位建材は、瓦である、
   請求項４に記載の建造物の測定方法。
6. 前記瓦の働き長さ及び働き巾に基づいて、前記瓦の面積を設定する、
   請求項５に記載の建造物の測定方法。