JP3522256B2

JP3522256B2 - 地表状態検出方法、地表状態検出システム、及び地表状態検出装置

Info

Publication number: JP3522256B2
Application number: JP2002035778A
Authority: JP
Inventors: 洋和島
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: JP2003240517A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地表、特に航空機
が離発着する滑走路の地表の状態を検出するのに適した
地表状態検出方法、地表状態検出システム、及び地表状
態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機事故は、甚大な人的災害に結びつ
く可能性があるため、未然に防止する必要がある。とこ
ろで、滑走路上には、主として航空機から脱落した構造
材、パネル、ロッド等の物体（以下、FO：Foreign Obje
ct、という）、及び、滑走路の舗装割れ、陥没、***が
存在している場合がある。このようなFO，舗装割れ，陥
没，***、更には地表の湿潤状態及び凍結状態等（以
下、地表状態、という）は航空機事故を引き起こす一因
となるものである。従って、航空機の運行における高度
な安全性を確保するためには、地表状態を確認してFOの
除去、舗装割れの補修等を行うことが必須の作業とな
る。そこで従来、点検員が徒歩又は低速車両に搭乗して
滑走路を巡回し、点検員の目視により地表状態を確認し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、点検員
が徒歩又は低速車両により巡回する場合、滑走路全体の
巡回を終えるのに相当の時間を要してしまう。従って、
航空機の離発着頻度が高い場合は、巡回時間を短縮して
離発着がない間に行わざるを得ない。また、滑走路は一
般的に長さが数ｋｍにも及び広大な面積を有するため、
巡回作業に伴う点検員の精神的疲労も多大となる。従っ
て、作業効率が悪化し、FO等を見落としてしまう可能性
があった。

【０００４】本発明は、上述した如くの事情に鑑みてな
されたものであり、FO，舗装割れ，陥没，***，湿潤状
態，凍結状態等の地表状態を、天候の如何に拘らず、ま
た、特に滑走路においては航空機の離発着に拘らず、比
較的確実であり効率的に検出することができ、点検員に
よる作業の軽減を図ることができる地表状態検出方法、
地表状態検出システム、及び地表状態検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した本発明は、地表
領域へ向けて信号波を送信し、前記地表領域に存在する
対象物にて反射した前記信号波を受信し、前記信号波の
送信から受信までの時間、又は、送信した信号波及び受
信した信号波の位相差に基づいて前記対象物までの距離
を算出する。また、短波長光を検出して地表領域を撮像
する。更に、算出した距離を示す情報、及び撮像した画
像を示す情報に基づき、地表状態を検出する。

【０００６】例えばレーザ・レーダ，電波レーダ等の距
離算出装置により地表領域に存在する対象物までの距離
を算出し、紫外画像センサ等の撮像装置により地表領域
の紫外線を検出して画像を撮像し、前記距離に係る情
報、及び前記画像に係る情報に基づいて地表状態を検出
する。

【０００７】この場合、前記レーザ・レーダを用いて取
得した距離を示す情報からは、所定の大きさを有するF
O，舗装割れ，陥没，***等の有無についての地表状態
を検出することができ、他方、紫外画像センサを用いて
取得した画像を示す情報からは、地表に比して光の反射
率が大きければ、前記所定の大きさ以下の比較的小さい
FO、パネルなどの平面的なFO、地表の湿潤状態及び凍結
状態など、前記レーザ・レーダによっては検出すること
が困難な地表状態を検出することができる。特に滑走路
においては航空機の安全な運行に必要な地表状態の略全
てを、航空機の離発着及び天候等による影響をほとんど
受けることなしに検出することができる。

【０００８】また、上述した本発明は、距離を示す情報
及び画像を示す情報を集信し、地表状態を検出するため
の地表状態検出装置を更に備える。

【０００９】従って、前記距離を示す情報、及び前記画
像を示す情報を、点検対象である滑走路等の地表から離
隔した場所（例えば、滑走路の点検作業を担う管理セン
タなど）にて一元的に管理することができ、また、人員
が確認することができると共に、空港に設けられた管制
センタへ情報を送信し、この情報を航空機の安全な運行
に供することができる。

【００１０】また、上述した発明は、短波長光として波
長が１９０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に含まれる光を検
出する。

【００１１】前記範囲に波長が含まれる光を検出して撮
像した場合、太陽の位置及び撮像位置に拘らず、地表よ
り光の反射率が大きいFO等を、可視光での撮像に比して
より明瞭に撮像することができ、地表状態の検出精度を
より向上させることができる。また、前記１９０ｎｍ乃
至５００ｎｍの範囲のうち、２８０ｎｍ乃至３１５ｎｍ
の範囲に波長が含まれる光であるＵＶＢを検出して撮像
することが、検出精度を向上させる上でより望ましい。

【００１２】また、上述した本発明は、撮像装置が撮像
した画像に関し、２値化処理及びノイズ除去処理を行
う。

【００１３】従って、地表状態をより正確に検出するこ
とができる。

【００１４】また、上述した本発明は、航空機が離発着
する滑走路の地表状態を検出すべく、距離算出装置及び
撮像装置は、前記滑走路の近傍に設置されている。

【００１５】従って、例えば、滑走路に沿って複数設置
することにより、航空機の離発着に拘わらず、滑走路の
地表状態を効率良く早期に検出することができ、航空機
の運行に係る安全性をより向上させることができる。

【００１６】更に、上述した本発明は、距離算出装置が
自走式であり、滑走路に沿って移動することが可能に設
置されている。

【００１７】従って、広大な面積を有する滑走路全体の
地表状態を検出するために必要な設備への投資コストを
削減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照しながら具体的に詳述する。図１は、本
発明に係る地表状態検出システムを滑走路に適用した場
合の設備の配置構成を示す模式図である。図中１は空港
に設けられた滑走路であり、該滑走路１を挟んで対向す
る一対のレーザ・レーダ２，２が設置されている。ま
た、前記一対のレーザ・レーダ２，２は、滑走路１の長
手方向に沿って所定間隔毎に複数対が配置されている。

【００１９】また、滑走路１の両脇には、該滑走路１の
長手方向に沿って所定間隔毎に、また、前記滑走路１の
両脇に交互に、複数の紫外画像センサ３が設置されてい
る。

【００２０】一方、滑走路１を有する空港の敷地内に
は、前記レーザ・レーダ２及び紫外画像センサ３との間
で、無線又は有線により通信することができる情報管理
センタ４が設けられており、該情報管理センタ４は、本
発明に係る地表状態検出装置４０を備えている。また、
前記空港の敷地内には、航空機の運行を管理する管制セ
ンタ５が設けられており、該管制センタ５は前記情報管
理センタ４との間で通信可能となっている。

【００２１】図２は、レーザ・レーダ２のより詳細な配
置構成の一例を示す模式図である。前述した如く、レー
ザ・レーダ２は、滑走路１を挟んで対向して設置されて
おり、対向する一対のレーザ・レーダ２，２は、図２に
示す如く夫々滑走路１の幅中心位置から１５０ｍだけ隔
てている。また、滑走路１の長手方向に隣り合うレーザ
・レーダ２，２の間は、５２０ｍだけ隔てられている。
また、レーザ・レーダ２の設置高は、地上０．２ｍ以上
としてあるが、必要に応じて鉛直方向へ伸縮可能な構成
としてもよい。

【００２２】本実施の形態に係るレーザ・レーダ２は、
地表領域に存在する対象物までの距離を算出することが
でき、自身の設置位置を中心とし、半径が３００ｍで中
心角度が１２０°の扇形状の地表領域２ａに存在する対
象物を距離算出の対象とする。この場合、対向するレー
ザ・レーダ２，２が対象とする地表領域２ａ，２ａにお
ける滑走路１の長手方向の範囲は５２０ｍとなる。

【００２３】ところで、滑走路１は通常、幅中心位置の
標高が最も高く、該幅中心位置から両側方へ向かって下
方へ傾斜している。図３は、滑走路１の横断面図であ
り、図示する如く、レーザ・レーダ２の設置高が比較的
低い場合、対象となる地表領域２ａは滑走路１の幅中心
位置で区切られる。従って、図２に示す如くにレーザ・
レーダ２を配置することにより、対向する一対のレーザ
・レーダ２，２は、滑走路１の長手方向５２０ｍの範囲
全てを地表領域２ａに含むことができる。また、滑走路
１の長手方向に隣り合うレーザ・レーダ２，２は５２０
ｍ間隔で設置されているため、滑走路１の長手方向を全
て網羅することができる。

【００２４】なお、上述した如くのレーザ・レーダ２の
配置形態は一例であり、レーザ・レーダ２の性能、環境
条件等により適宜他の設置形態をとることができる。ま
た、レーザ・レーダ２に代えて電波レーダ，超音波レー
ダ等、空間を伝搬する波動を利用して距離を計測するこ
とができる他の装置を用いてもよいことは言うまでもな
い。また、上述した如くに配置した場合、わが国におい
て最大規模の４０００ｍクラスの滑走路では８対のレー
ザ・レーダ２を必要とする。

【００２５】図４は、紫外画像センサ３のより詳細な配
置構成の一例を示す模式図である。紫外画像センサ３
は、図４に示す如く、滑走路１の幅中心位置から５００
ｍだけ隔てており、滑走路１の長手方向へは５２０ｍ毎
に設置されている。また、紫外画像センサ３の設置高
は、地上５０ｍが基準となっている。

【００２６】本実施の形態に係る紫外画像センサ３は、
波長が１９０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に含まれる光
（以下、短波長光、という）を検出して地表領域を撮像
するものであり、自身の設置位置を中心とし、半径が５
９０ｍで中心角度が５８°の扇形状の地表領域３ａを対
象とする。

【００２７】この場合、紫外画像センサ３が対象とする
地表領域３ａにおける滑走路１の長手方向の範囲は５２
０ｍとなり、設置高が地上５０ｍと比較的高いため、滑
走路１の幅方向については一つの紫外画像センサ３によ
って全ての範囲を対象とすることができる。また、紫外
画像センサ３と地表領域３ａとが比較的離隔しているた
め、本実施の形態に係る紫外画像センサ３は、撮像する
画像の解像度を向上させるべく、比較的視野角の狭い
（例えば、１．２６゜（Ｖ）＊０．４７゜（Ｈ）など）
紫外画像センサ３を用い、撮像方向を適宜変えることに
より地表領域３ａの全てを撮像する。

【００２８】なお、上述した如くの紫外画像センサ３の
配置形態は一例であり、紫外画像センサ３の性能、環境
条件等により適宜他の設置形態をとることができる。ま
た、このように配置した場合、４０００ｍクラスの滑走
路では８個の紫外画像センサ３を必要とする。

【００２９】次に、本実施の形態に係る地表状態検出シ
ステムに用いる各装置の構成について説明する。なお、
紫外画像センサ３は、高感度ＣＣＤ等を用いて短波長光
を検出し、光信号を電気信号に変換するものであり、公
知のものを用いて実現することができるためここでの詳
述は省略する。

【００３０】図５は、前記レーザ・レーダ２の構成を示
すブロック図である。図中２０は光源であり、レーザ光
を照射することができる。前記光源２０から照射される
レーザ光はビームスプリッタ２１により２方向のレーザ
光に分光される。分光されたレーザ光のうち、一方のレ
ーザ光（以下、第１レーザ光、という）はアナライザ２
５へ入力される。他方のレーザ光は、互いの法線方向が
略直交する２つの鏡面を有する逆Ｖ字形状の鏡体２２に
おける、一方の鏡面へ入射される。入射されたレーザ光
は前記一方の鏡面にて反射され、レーザ・レーダ２の外
部へ出力され、地表領域２ａに存在する対象物へ照射さ
れる。

【００３１】また、前記鏡体２２にはモータ２３が備え
られており、モータ２３が駆動することにより鏡面の向
きが変化するように鏡体２２は駆動される。即ち、モー
タ２３は後述するＣＰＵ２６により動作が制御され、レ
ーザ・レーダ２から照射される第１レーザ光が、図２及
び図３にて示した地表領域２ａを走査すべく、前記鏡体
２２を駆動させる。

【００３２】より具体的に走査方法を説明すると、初め
に水平方向へ１２０°だけ走査した後にレーザ・レーダ
２の俯角を所定角度だけ下げ、再び水平方向へ１２０°
だけ走査する。図２に示す如く、レーザ・レーダ２が地
表領域２ａの全ての範囲を走査するためには、鉛直方向
へ０．１５°の範囲を走査することが必要である。従っ
て、前述した如くの動作を繰り返すことにより、順次下
げられた俯角の累積角度が０．１５°以上になったとき
に、レーザ・レーダ２は地表領域２ａの全ての範囲の走
査を一度だけ完了したことになる。このように、俯角の
累積角度が０．１５°以上になったときは、水平方向へ
１２０°だけ走査した後にレーザ・レーダ２の俯角を順
次所定角度だけ上げていくという逆の動作を行う。ま
た、俯角の累積角度が０．１５°以上になったときに、
レーザ・レーダ２の向きを初めの俯角まで戻し、再び水
平方向へ走査した後に所定角度だけ俯角を下げていくよ
うにしてもよい。

【００３３】前記所定角度としては、例えば、俯角の総
変化角度の０．１５°を２０分割した値とすることが考
えられる。この場合、地表領域２ａに含まれる滑走路１
において、標高が最も高い地点と最も低い地点との差を
４０ｃｍとすると、レーザ・レーダ２は、理論的には高
さが２ｃｍ程度のFOを検出することができる分解能を有
することとなる。

【００３４】また、俯角の総変化角度の０．１５°をよ
り細かく分割することにより（例えば、１００分割す
る）、レーザ・レーダ２は、更に高い分解能を有するこ
とができるが、処理時間の長期化及びコストの増加など
を招くため、これらの事情を勘案して分割数を決定すれ
ばよい。

【００３５】次に、前記対象物にて反射されたレーザ光
は、その一部又は全部が鏡体２２へ入力され、他方の鏡
面へ入射される。入射されたレーザ光は前記他方の鏡面
にて反射され、フィルタ２４へ入力される。鏡体２２の
他方の鏡面にて反射され、フィルタ２４へ入力される光
は、レーザ光の他、可視光及び赤外光など、様々の波長
を有する光をも含むため、フィルタ２４ではこれらのう
ちから第１レーザ光と同じ波長を有する光のみを抽出す
る。抽出された光（以下、第２レーザ光、という）は、
フィルタ２４からアナライザ２５へ入力される。

【００３６】アナライザ２５は、ビームスプリッタ２１
から直接入力された第１レーザ光と、フィルタ２４を介
して入力された第２レーザ光との夫々を分析し、振幅及
び位相などに関するディジタルデータを生成し、ＣＰＵ
２６へ入力する。

【００３７】ＣＰＵ２６は、レーザ・レーダ２を構成す
るハードウェアの動作を制御する他、アナライザ２５か
ら入力されたデータに基づき、対象物までの距離の算
出、距離の平均値の算出等の処理を行って取得したデー
タを、モデム等の通信インタフェース（以下、通信Ｉ／
Ｆ、という）２７に接続されたアンテナを介し、情報管
理センタ４へ送信する。

【００３８】図６は、本実施の形態に係る地表状態検出
装置４０の構成を示すブロック図である。地表状態検出
装置４０はＣＰＵ４１を備え、該ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ
４２，ＲＯＭ４３，ハードディスク（以下、ＨＤ、とい
う）４４，及び通信インタフェース（以下、通信Ｉ／
Ｆ、という）４５等の動作を制御する。

【００３９】ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１にて演算処理が
行われる間に発生するデータを一時的に記憶する他、通
信Ｉ／Ｆ４５を介して送受信されるデータ等を一時的に
記憶する。ＲＯＭ４３は、ＰＲＯＭ，マスクＲＯＭ等か
らなり、本実施の形態に係る地表状態検出装置４０を動
作させるために必要な基本的なコンピュータプログラム
が予め記憶されている。

【００４０】ＨＤ４４は、本実施の形態に係る地表状態
検出装置４０を動作させるために必要な、前記ＲＯＭ４
３に記憶されているものとは異なるコンピュータプログ
ラムが記憶されている。また、通信Ｉ／Ｆ４５を介して
受信したデータを、データベース形式にして記憶してい
る。通信Ｉ／Ｆ４５は、レーザ・レーダ２、紫外画像セ
ンサ３、及び管制センタ５との間でアンテナを介して通
信を行うためのハードウェアである。

【００４１】なお、図５及び図６にて示したレーザ・レ
ーダ２及び地表状態検出装置４０の構成は一例であり、
適宜他の構成をとることもできる。

【００４２】次に、レーザ・レーダ２が備えるＣＰＵ２
６の動作の流れについて、図７に示すフローチャートを
用いて説明する。前述した如く、アナライザ２５から
は、第１レーザ光及び第２レーザ光に関し、振幅及び位
相等に係るディジタルデータが出力され、ＣＰＵ２６は
これを受信する（Ｓ１）。ＣＰＵ２６は、受信したデー
タに基づいてレーザ光の送受信時のタイムラグ（即ち、
第１レーザ光と第２レーザ光との位相差）を算出するこ
とにより、対象物までの距離を算出する（Ｓ２）。

【００４３】図８は、ＣＰＵ２６での演算処理の内容を
説明するための、演算結果の一例を模式的に示す図表で
ある。このうち図８（ａ）は、レーザ光の走査角度とス
テップ２にて算出した対象物までの距離との関係を示す
図表である。図示する如くこの場合、走査角度がＸから
Ｙに至る間で算出された距離は、その他の走査角度の間
に算出された距離に比して長くなっている。

【００４４】ところで、FOが存在する地表領域をレーザ
・レーダ２により走査し、距離を算出した場合、FOが存
在するところだけ、レーザ・レーダ２からの距離は短く
なる。一方、舗装割れが存在する地表領域をレーザ・レ
ーザ２により走査して距離を算出した場合、舗装割れが
存在するところだけ、レーザ・レーダ２からの距離は長
くなる。従って図８（ａ）の場合、走査角度ＸからＹに
至る間には、舗装割れが存在している可能性があること
がわかる。

【００４５】ＣＰＵ２６は、ステップ２にて算出した距
離を示す関数を、走査角度をパラメータとして微分処理
を行う（Ｓ３）。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す演算
結果を走査角度により微分して得られる結果を示す図表
である。図８（ａ）に示した如く、走査角度Ｘにて対象
物までの距離が長くなり、走査角度Ｙにて対象物までの
距離が短くなっている。従って図８（ｂ）に示する如
く、走査角度で微分した結果（即ち、走査角度に対する
距離の変化の度合い）は、走査角度Ｘで所定の正の値を
有し、走査角度Ｙで所定の負の値を有する。このように
距離の変化の度合いを抽出することにより、FO又は舗装
割れ等のエッジ個所（図８中では、走査角度Ｘ及びＹ）
を抽出することができる。

【００４６】次にＣＰＵ２６は、ステップ３での微分処
理の結果得られる走査角度の値Ｘ，Ｙに基づいて地表領
域２ａを複数の範囲（図８では、走査角度がＸ以下、走
査角度がＸ乃至Ｙの間、及び走査角度がＹ以上の３つの
範囲）に区切り、夫々の範囲にて、ステップ２にて算出
した距離の平均値を算出する（Ｓ４）。図８（ｃ）は、
ステップ４にて算出した距離、及び走査角度の関係を示
す図表である。

【００４７】更にＣＰＵ２６は、ステップ４にて算出し
た距離の平均値に関するデータを情報管理センタ４へ送
信し（Ｓ５）、送信された距離の平均値に関するデータ
は、後述する如く、走査角度ＸからＹに至る範囲に舗装
割れが存在するか否かの判断に供される。また、レーザ
・レーダ２は、所定の周期で光源２０からレーザ光を照
射する。従って、上記ステップ１乃至５に示すＣＰＵ２
６の動作は、前記所定周期でアナライザ２５からデータ
を受信する毎に繰り返し行われる。

【００４８】次に、レーザ・レーダ２から集信した距離
の平均値に関するデータに基づき、地表状態検出装置４
０に備えられるＣＰＵ４１がFO又は舗装割れの有無を判
断する場合の動作の流れについて、図９に示すフローチ
ャートを用いて説明する。なお、地表状態検出装置４０
は、複数のレーザ・レーダ２の夫々からデータを集信す
るため、以下に示す動作は時分割処理により、又は、地
表状態検出装置４０が複数のＣＰＵを備えるときには夫
々のＣＰＵでの分担処理により行う。

【００４９】初めに、レーザ・レーダ２から距離の平均
値に関するデータを受信した場合（Ｓ１０）、ＣＰＵ４
１は、受信したデータが示す距離の平均値と、所定の閾
値（以下、第１閾値、という）とを比較し（Ｓ１１）、
大小関係を判断する（Ｓ１２）。

【００５０】前記第１閾値は、レーザ・レーダ２による
距離算出精度、天候等の環境条件などに依存する数値で
あり、距離の平均値と第１閾値との大小関係を比較する
ことにより、FO又は舗装割れの存在を判別することがで
きる。

【００５１】図１０は、距離の平均値と第１閾値との関
係の一例を示す図表である。FO及び舗装割れが存在しな
い地表領域までの距離をＬとした場合、第１閾値として
は、レーザ・レーダ２の検出誤差を見込んで第１閾値と
して、Ｌ＋α，Ｌ−αが設定される。このうちＬ＋αは
舗装割れを検出するための閾値であり、Ｌ−αはFOを検
出するための閾値である。

【００５２】従って、算出した距離の平均値が、Ｌ＋α
及びＬ−αの範囲にある場合は、地表領域にFO及び舗装
割れが共に存在せず、正常であると判別することができ
る。一方、算出した距離の平均値がＬ＋Ｗであり、Ｌ＋
Ｗ＞Ｌ＋αの関係である場合は、舗装割れが存在すると
判別でき、また、算出した距離の平均値がＬ−Ｈであ
り、Ｌ−Ｈ＜Ｌ−αの関係である場合は、FOが存在する
と判別できる。

【００５３】例えば、図８（ｃ）に示す走査角度Ｘ以下
の範囲にて得られた距離の平均値が、第１閾値の範囲
内、即ち、Ｌ＋α及びＬ−αの間の値であり、走査角度
Ｙ以上の範囲にて得られた距離の平均値が、同様に第１
閾値の範囲内であり、他方、走査角度Ｘ乃至Ｙの間の範
囲にて得られた距離の平均値が第１閾値の範囲外、即
ち、Ｌ＋α以上又はＬ−α以下である場合は、走査角度
Ｘ乃至Ｙの間の範囲にFO又は舗装割れ（ここでは、舗装
割れ）が存在すると判別される。

【００５４】ステップ１２にて距離の平均値が第１閾値
を超えていないと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、地
表領域２ａにはFO等が存在しないと判断し（Ｓ１３）、
再びレーザ・レーダ２からのデータ受信待ちを行ってス
テップ１０以降の動作を繰り返す。また、ステップ１２
にて距離の平均値が第１閾値を超えていると判断した場
合（Ｓ１２：ＮＯ）、地表領域２ａにFO等が存在すると
判断し（Ｓ１４）、その結果をモニタへ表示出力又は紙
面に印字出力等する他（Ｓ１５）、管制センタ５へも滑
走路１の地表状態を示す情報を提供することができる。
ステップ１５にて出力した後は、再びステップ１０以降
の動作を繰り返す。

【００５５】図１１は、ＣＰＵ２６での演算結果の他の
一例を模式的に示す図表である。また、図１１（ａ）
は、レーザ光の走査角度と算出した対象物までの距離と
の関係を示す図表、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示
す演算結果を走査角度により微分して得られる結果を示
す図表、図１１（ｃ）は、算出した距離の平均値と走査
角度との関係を示す図表である。

【００５６】図１１（ａ）に示す如くの場合は、図８
（ａ）に示した場合と異なり、走査角度がＸからＹに至
る間で算出された距離は、その他の走査角度の間に算出
された距離に比して短くなっている。よって、走査角度
ＸからＹに至る間には、FOが存在している可能性がある
ことがわかる。

【００５７】従って、図１１（ａ）に示した結果につい
て、図７のステップ３に示す微分処理を施した場合、図
１１（ｂ）に示すように、走査角度Ｘで所定の負の値を
有し、走査角度Ｙで所定の正の値を有することがわか
り、FOのエッジ個所を抽出することができる。また、前
記エッジ個所で区分けした各範囲にて、ステップ４に示
した如くに距離の平均値を算出することにより、図１１
（ｃ）に示す如くの演算結果を得ることができる。

【００５８】更に、得られた演算結果を示すデータに基
づき、計測手段制御部１０にて図９のフローチャートに
示す如くの処理を施すことにより、走査角度Ｘ及びＹの
間にFOが存在するか否かを判別することができる。

【００５９】上述した如く、レーザ・レーダ２を用い、
FO及び舗装割れの双方の有無について、地表状態を検出
することができる。

【００６０】なお、上述したレーザ・レーダ２による地
表状態の検出方法は一例であり、図７に示すステップ１
乃至ステップ５の動作、及び図９に示すステップ１１乃
至ステップ１４の動作を全てレーザ・レーダ２が備える
ＣＰＵ２６にて行い、その結果得られるFO等の有無の判
断結果のみを情報管理センタ４へ送信するようにしても
よい。また、レーザ・レーダ２が備えるアナライザ２５
から出力されたデータを通信回線を介して情報管理セン
タ４へ送信し、図７に示すステップ２乃至ステップ５の
動作、及び図９に示すステップ１１乃至ステップ１５の
動作を、全て地表状態検出装置４０が備えるＣＰＵ４１
にて行うようにしてもよい。このように、レーザ・レー
ダ２にて行う動作と、地表状態検出装置４０にて行う動
作は、適宜分担すればよい。

【００６１】次に、紫外画像センサ３にて撮像した地表
領域３ａの画像に基づいて、地表状態を検出する場合に
ついて説明する。

【００６２】初めに、紫外画像センサ３が短波長光を検
出することにより地表領域３ａを撮像する原理について
説明する。屋外環境下において、地表領域３ａを照らす
光は主に２種類ある。即ち、太陽から直接発せられる直
達光と、太陽から発せられた光が大気中で散乱すること
により天空全体を面光源として発せられる天空光とがあ
る。従って、地表領域３ａに存在するFO等の対象物及び
地表面は、前記直達光及び天空光の両方を反射し、可視
光画像センサ及び紫外画像センサ３等の画像センサへ入
射される。

【００６３】ところで、太陽と画像センサとが前記FOに
対して正反射の位置関係にあるときは、前記FOの反射率
が地表面の反射率に比して十分小さくない限り、可視光
と短波長光との何れの場合も、前記FOの方が地表面より
明るく検出される。しかしながら、太陽と画像センサと
が前記正反射の位置関係となるのは稀であり、通常は正
反射の位置関係とならない確率が高い。

【００６４】一方、太陽と画像センサとがFOに対して正
反射の位置関係にない場合、紫外光では、前記画像セン
サへ入射される天空光成分は直達光成分の約１．５倍で
あるのに対し、可視光では、例え快晴日であっても、天
空光成分は直達光成分の約１／９倍にすぎない。これ
は、可視光に比して紫外光の方が波長が短いため、大気
中でより多く散乱して天空光成分が多いからである。

【００６５】即ち、太陽と画像センサとが正反射の位置
関係にない場合、可視光画像センサでは、地表面からは
主として強い直達光が反射されて検出され、FOからは弱
い天空光が反射されて検出されるのみであり、FOが地表
面より十分大きい反射率を有するときのみ、FOは比較的
明るく撮像される。これに比べ、紫外画像センサ３で
は、入射される光の主成分は天空光であり、前記正反射
の位置関係になくとも、地表面よりもFOの反射率がわず
かに大きければ、FOは比較的明るく撮像される。

【００６６】このように、可視光画像センサではなく紫
外画像センサ３を用いることにより、太陽と画像センサ
との位置関係（逆光位置、順光位置）、或いは、天候条
件（晴天、曇天）に拘らず、地表面よりFOの方が反射率
がわずかでも大きければ、前記FOを明るく撮像すること
ができる。また、紫外画像センサ３はレーザ・レーダ２
より高分解能であるという特徴を有しているため、ボル
ト等のように比較的小さいFO、パネル等のように平面的
なFOを、正常な地表面と区別して撮像することができ
る。また、地表面が降雨により濡れている場合、凍結し
ている場合にも、一般的に正常な地表面より反射率が高
くなるため、前記FOの他、地表面の湿潤状態及び凍結状
態等についても正常な地表面と区別して撮像することが
できる。

【００６７】また、紫外画像（紫外光を検出して撮像す
る画像）を撮像し、可視光を利用しないため、FOが地表
面と同色であっても、前記FOを地表面と区別して撮像す
ることができる。更に、赤外線を利用することもないの
で、FO及び地表面の温度差がほとんどない場合であって
も、前記FOを地表面と区別して撮像することができる。

【００６８】続いて、紫外画像センサ３から集信した画
像に関するデータに基づき、地表状態検出装置４０に備
えられるＣＰＵ４１が、FO等の有無を判断する場合の動
作の流れを、図１２に示すフローチャートを用いて説明
する。

【００６９】初めにＣＰＵ４１は、紫外画像センサ３か
ら画像に関するデータを受信し（Ｓ２０）、受信したデ
ータが示す各画素の輝度の値と、所定の閾値（以下、第
２閾値、という）とを比較することにより、２値化処理
を行う（Ｓ２１）。図１３は、紫外画像センサ３から受
信した画像に関するデータに基づくＣＰＵ４１での処理
を説明するための模式図であり、図１３（ａ）は、２値
化処理前の画像を示す模式図、図１３（ｂ）は、２値化
処理後の画像を示す模式図である。紫外画像センサ３に
て得られた画像には、図１３（ａ）に示す如く、FO等と
考えられる画像及び多少のノイズが含まれており、輝度
の斑によって濃淡のある背景となっているが、ステップ
２１にて２値化処理を施すことにより図１３（ｂ）に示
す如く白黒画像となる。

【００７０】ＣＰＵ４１は、ステップ２１での処理によ
り得られた画像について、黒領域の収縮処理及び黒領域
の膨張処理を施す（Ｓ２２）ことにより前記ノイズの除
去を行う。更に、ノイズが除去された画像についてラベ
リングを行うことによりFO等と考えられる画像の面積を
抽出する（Ｓ２３）。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に
示す画像について収縮・膨張処理及び面積の抽出を行っ
た後に得られる画像を示す模式図である。

【００７１】次に、ステップ２３にて抽出された面積
と、所定の閾値（以下、第３閾値、という）との大小関
係を判別する（Ｓ２４）。なお、前記第３閾値は、紫外
画像センサ３によって撮像される画像の解像度、環境条
件等に若干依存する数値であり、抽出面積が第３閾値以
上のときは、前記紫外画像センサ３が撮像した地表領域
３ａにFO等が存在する可能性が比較的高く、抽出面積が
第３閾値より小さいときは、FO等が存在する可能性は比
較的小さいことを示している。

【００７２】ステップ２４にて抽出面積が第３閾値より
小さいと判別した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、地表領域３
ａにはFO等が存在しないと判別する（Ｓ２５）。そし
て、環境の変化等に追従するため、ステップ２１での２
値化処理に用いる第２閾値の値を更新し、再びステップ
２０以降の動作を繰り返す。

【００７３】他方、ステップ２４にて抽出面積が第３閾
値以上であると判別した場合（Ｓ２４：ＮＯ）、地表領
域３ａにFO等が存在すると判断し（Ｓ２７）、その結果
をモニタへ表示又は紙面に印字出力等する他（Ｓ２
８）、管制センタ５へも、滑走路１の地表状態を示す情
報を提供することができる。ステップ２８にて出力した
後は、再びステップ２０以降の動作を繰り返す。

【００７４】なお、上述した地表状態検出装置４０によ
る地表状態の検出方法は一例であり、紫外画像センサ３
にＣＰＵを備えさせ、図１２に示すステップ２１乃至ス
テップ２７の動作の全てを前記ＣＰＵが行い、その結果
得られるFO等の有無の判断結果のみを情報管理センタ４
へ送信するようにしてもよい。このように、紫外画像セ
ンサ３にて行う動作と、地表状態検出装置４０にて行う
動作は、適宜分担すればよい。

【００７５】上述した如く、地表状態検出装置４０は、
レーザ・レーダ２及び紫外画像センサ３の夫々にて得ら
れるデータを用いて地表状態を検出する。具体的には、
レーザ・レーダ２及び紫外画像センサ３の両方を、航空
機の離発着に拘らず常時稼働させ、比較的大きいFO，舗
装割れ，陥没，***の有無などの地表状態はレーザ・レ
ーダ２から集信するデータに基づいて検出し、比較的小
さいFO，平面的な形状のFOの有無，湿潤状態，凍結状態
などの地表状態は紫外画像センサ３から集信するデータ
に基づいて検出する。

【００７６】更に、検出した結果、FO等が存在すること
が判った場合には、モニタに表示し、又は、紙面に印字
出力し、その他、警報ランプ及び音声等を用いて報知す
る他、管制センタ５へ通報するようにしてもよい。

【００７７】以上に説明した如く、本実施の形態に係る
地表状態検出システムによれば、レーザ・レーダ２及び
紫外画像センサ３を設置し、レーザ・レーダ２から得ら
れる距離を示す情報、及び紫外画像センサ３から得られ
る画像を示す情報に基づき、対象とする地表の状態を検
出する。レーザ・レーダ２によれば、１０ｃｍ程度以上
の比較的大きなFO及び舗装割れ等を、これらが地表面と
同程度の反射率であっても（即ち、反射率に拘わらず）
検出することができ、紫外画像センサ３によれば、１０
ｃｍ程度以下の比較的小さなFO、パネルのように平面的
なFO、地表の湿潤状態及び凍結状態等、反射率が地表面
より大きいFO等を検出することができる。従って、地表
状態を詳細かつ正確に検出することができる。

【００７８】また、レーザ・レーダ２及び紫外画像セン
サ３からデータを集信する地表状態検出装置４０を備え
るため、該地表状態検出装置４０にてデータの一元管理
が可能であり、集信したデータに基づいて地表状態を検
出させることができる。

【００７９】また、紫外画像センサ３にて撮像される画
像に関し、２値化処理及びノイズ除去処理を施すため、
地表状態をより正確に検出することができる。

【００８０】更に、レーザ・レーダ２及び紫外画像セン
サ３を滑走路１近傍に配置するため、航空機の離発着に
拘わらず、また、人員によらず、滑走路１の地表状態を
効率よく早期に検出することができ、航空機の運行に係
る安全性の向上を図ることができる。

【００８１】なお、本実施の形態に係るレーザ・レーダ
２を自走式とし、滑走路１に沿って付設された軌道又は
任意のルートを移動することができるようにしてもよ
く、この場合、広大な滑走路１の地表状態を検出するた
めに必要なレーザ・レーダ２の個数を減らすことがで
き、設備費用を低減することができる。また、紫外画像
センサ３についても同様である。

【００８２】また、本実施の形態では、滑走路を対象と
する場合について記載しているが、高速道路、その他の
路面について、地表状態を検出する場合においても有効
であることは言うまでもない。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、FO，舗装割れ，陥没，
***，湿潤状態，凍結状態等の地表状態を、天候の如何
に拘らず、また、滑走路においては航空機の離発着に拘
らず、比較的確実であり効率的に検出することができ、
点検員による作業の軽減を図ることができる地表状態検
出方法、地表状態検出システム、及び地表状態検出装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地表状態検出システムを滑走路に
適用した場合の設備の配置構成を示す模式図である。

【図２】レーザ・レーダのより詳細な配置構成の一例を
示す模式図である。

【図３】滑走路の横断面図である。

【図４】紫外画像センサのより詳細な配置構成の一例を
示す模式図である。

【図５】レーザ・レーダの構成を示すブロック図であ
る。

【図６】本実施の形態に係る地表状態検出装置の構成を
示すブロック図である。

【図７】レーザ・レーダが備えるＣＰＵの動作の流れを
説明するためのフローチャートである。

【図８】レーザ・レーダが備えるＣＰＵでの演算処理の
内容を説明するための、演算結果の一例を模式的に示す
図表である。

【図９】地表状態検出装置に備えられるＣＰＵがFO又は
舗装割れの有無を判断する場合の動作の流れを説明する
ためのフローチャートである。

【図１０】距離の平均値と第１閾値との関係の一例を示
す図表である。

【図１１】レーザ・レーダが備えるＣＰＵでの演算結果
の他の一例を模式的に示す図表である。

【図１２】地表状態検出装置に備えられるＣＰＵがFO等
の有無を判断する場合の動作の流れを説明するためのフ
ローチャートである。

【図１３】紫外画像センサから受信した画像に関するデ
ータに基づくＣＰＵでの処理を説明するための模式図で
ある。

【符号の説明】

１滑走路２レーザ・レーダ（距離算出装置）３紫外画像センサ（撮像装置）４情報管理センタ５管制センタ２０光源２１ビームスプリッタ２２鏡体２３モータ２４フィルタ２５アナライザ２６，４１ＣＰＵ２７，４５通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）４０地表状態検出装置４２ＲＡＭ４３ＲＯＭ４４ハードディスク（ＨＤ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01S 13/86 G08G 5/00 B64F 1/00 - 1/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地表領域へ向けて信号波を送信し、前記
地表領域に存在する対象物にて反射した前記信号波を受
信し、前記信号波の送信から受信までの時間、又は、送
信した信号波及び受信した信号波の位相差に基づいて前
記対象物までの距離を算出し、波長が 190nm 〜 500nm の範囲に含まれる太陽光中の短波長
光を検出することにより地表領域を撮像し、算出した距離を示す情報、及び撮像した画像を示す情報
に基づき、地表上の物体、舗装割れ、陥没、***、湿潤
状態、及び凍結状態のうち少なくとも前記物体の存否を
含む地表状態を検出することを特徴とする地表状態検出
方法。
【請求項２】前記短波長光は、波長が280nm 〜 315nmの
範囲に含まれる光であることを特徴とする請求項１に記
載の地表状態検出方法。
【請求項３】地表領域へ向けて信号波を送信する手
段、前記地表領域に存在する対象物にて反射した前記信
号波を受信する手段、及び、前記信号波の送信から受信
までの時間、又は、送信した信号波及び受信した信号波
の位相差に基づいて前記対象物までの距離を算出する手
段を有する距離算出装置と、波長が 190nm 〜 500nm の範囲に含まれる太陽光中の短波長
光を検出することにより地表領域を撮像する手段を有す
る撮像装置とを備え、算出した距離を示す情報、及び、撮像した画像を示す情
報に基づき、地表上の物体、舗装割れ、陥没、***、湿
潤状態、及び凍結状態のうち少なくとも前記物体の存否
を含む地表状態を検出する手段を備えることを特徴とす
る地表状態検出システム。
【請求項４】前記距離に係る情報及び前記画像に係る
情報を集信する手段と、前記地表状態を検出する手段と
を有する地表状態検出装置を更に備えることを特徴とす
る請求項３に記載の地表状態検出システム。
【請求項５】前記短波長光は、波長が280nm 〜 315nmの
範囲に含まれる光であることを特徴とする請求項３又は
４に記載の地表状態検出システム。
【請求項６】前記画像に関し、２値化処理を行う手段
と、ノイズ除去処理を行う手段とを更に備えることを特
徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の地表状態検出
システム。
【請求項７】前記地表状態は、航空機が離発着する滑
走路の地表状態であり、前記距離算出装置及び撮像装置
は、前記滑走路の近傍に設置されることを特徴とする請
求項３乃至６の何れかに記載の地表状態検出システム。
【請求項８】前記距離算出装置は自走式であり、前記
滑走路に沿って移動することが可能に設置されているこ
とを特徴とする請求項７に記載の地表状態検出システ
ム。
【請求項９】地表領域に存在する対象物までの距離に
係る情報、及び、波長が 190nm 〜 500nm の範囲に含まれる
太陽光中の短波光を検出して撮像される地表領域の画像
を示す情報の夫々を集信する手段と、集信した情報に基
づいて、地表上の物体、舗装割れ、陥没、***、湿潤状
態、及び凍結状態のうち少なくとも前記物体の存否を含
む地表状態を検出する手段と、検出した地表状態を示す
情報を出力する手段とを備えることを特徴とする地表状
態検出装置。
【請求項１０】前記短波長光は、波長が 280nm 〜 315nm
の範囲に含まれる光であることを特徴とする請求項９に
記載の地表状態検出装置。