JP6648971B2 - 構造物の点検装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物表面における不良の有無を点検する構造物の点検装置に関する。

ダムやビル、高架橋等の構造物では、建設中から建設後に渡って、不良の有無を確認する点検作業が行われている。
従来、このような点検作業は、総足場組み立てや高所作業車を使用するなどして、人手によって行うのが一般的である。
例えば、下記特許文献１では、天井下地材上を作業員が歩いて点検・修理を行う場合にも、十分な強度を維持できるとともに、耐震性能に優れた天井下地構造を提供する技術が開示されている。

特開２０１３−０３６３１６号公報

しかしながら、人手による点検作業には、高所作業等、危険が伴う場合があり、また人が近づけない場所で点検が必要となる可能性もある。
また、人手による点検作業では点検作業者によって点検結果がバラつく可能性もある。
さらに、大規模な構造物では、点検のために作業者が構造物内を巡回する時間、点検結果を集計する時間など、点検作業に多大な時間が必要となるという課題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、効率的かつ安全に構造物の点検作業を行うことを目的とする。

上述した問題を解決し、目的を達成するため、本発明は、構造物表面における不良の有無を点検する構造物の点検装置であって、無線操縦式の回転翼機と、前記回転翼機に搭載され、前記構造物表面の画像を連続的に撮影するカメラと、前記カメラで撮影された前記画像を画像解析して、前記構造物に不良があるか否かを判定する判定手段と、前記構造物に不良がある場合に報知する報知手段と、前記回転翼機の現在位置を特定する位置特定手段とを備え、前記位置特定手段によって特定された現在位置は、前記画像とともに当該画像が撮影された位置を示す位置情報として記録され、前記判定手段は、前記画像に前記構造物の不良を示す事象が映っている場合に前記構造物に不良があると判定するとともに、前記画像とともに記録された前記位置情報を用いて前記不良を示す事象が発生している前記構造物上の位置を不良箇所位置として特定するものであり、前記構造物の三次元形状を測定する三次元形状取得手段と、前記三次元形状から前記構造物の三次元モデルを生成すると共に、前記三次元モデルと前記不良箇所位置とを関連付けた三次元不良箇所情報を生成する三次元データ生成手段と、前記構造物の三次元モデルを平面に展開することで前記構造物の展開図を生成する展開図生成手段と、前記カメラで撮影された前記画像を画像解析して、前記構造物の不良箇所の評価内容を示す不良計測情報を生成する不良計測情報生成手段とをさらに備え、前記報知手段は、前記構造物に不良がある場合、前記三次元不良箇所情報に基づいて前記構造物の三次元モデルと共に前記不良箇所を画面に表示し、前記三次元不良箇所情報に基づいて前記構造物の展開図と共に前記不良箇所を前記画面に表示し、前記報知手段による前記三次元不良箇所情報に基づく画面表示は、前記不良箇所の周辺の前記三次元モデルの部分と共に前記不良箇所を表示する第１画面と、前記構造物の全体の前記三次元モデルと共に前記前記不良箇所を表示する第２画面とを同一の画面上に表示することでなされ、前記第２画面は前記第１画面よりも小さい面積で前記第１画面上に表示され、さらに前記報知手段は、前記構造物の三次元形状の画像と前記三次元不良箇所情報と前記不良計測情報とを対応付けて報知し、前記報知手段による前記報知は、前記第１画面上に、前記不良箇所の場所および前記不良箇所の不良内容を説明する第１メッセージと、前記不良計測情報に関する第２メッセージとを表示することでなされる、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記回転翼機は、予め定められた飛行経路および飛行速度で飛行し、前記カメラは、前記回転翼機が飛行を開始した時刻からの経過時間を前記画像とともに記録し、前記判定手段は、前記飛行経路、前記飛行速度、および前記画像とともに記録された前記経過時刻とを用いて前記不良を示す事象が発生している位置を特定する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記回転翼機は、前記構造物の周辺を所定期間ごとに同じ飛行経路で飛行し、前記カメラは、撮影ごとに同じ角度から前記構造物を撮影し、前記判定手段は、前記画像に前記不良を示す事象が映っている場合には、前記画像より前に撮影された過去画像と比較して、当該不良を示す事象が生じた日時を推定する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記カメラは全方位カメラあるいは全天球カメラである、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記回転翼機に設けられ、前記構造物表面に当接することで前記構造物表面と前記回転翼機との距離を一定に保持しつつ、前記構造物表面に沿って前記回転翼機に移動を案内する案内手段を備える、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記回転翼機に設けられ、前記構造物表面に対して吸着することで前記構造物表面と前記回転翼機との距離を一定に保持し、前記構造物表面に対する吸着を解除することで前記回転翼機の移動を許容する吸着手段を備える、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記回転翼機に設けられ前記構造物表面を叩打する叩打手段と、前記回転翼機に設けられ前記構造物表面から発生する打音を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された打音に基づいて前記構造物表面の不良の有無を判定する打音判定手段と、前記構造物表面の不良があると判定された場合に、当該不良を示す事象が発生している前記構造物上の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記報知手段は、前記構造物表面の不良がある場合、当該不良を前記構造物上の位置とともに報知する、ことを特徴とする。

本発明によれば、無線操縦式の回転翼機に搭載されたカメラで構造物の画像を撮影し、当該画像を画像解析して構造物に不良があるか否かを判定する。これにより、人が近づけない場所の点検が可能となり、構造物の安全性を向上させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、高所等における事故を防止して作業の安全性を向上させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、短時間で点検作業を完了させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、点検結果のバラつきを少なくし、点検作業の作業品質を向上させることができる。
また、本発明によれば、構造物に不良がある場合に報知する報知手段を備え、構造物に不良がある場合、当該不良を構造物上の位置とともに報知するので、不良が生じている箇所を容易に特定することができ、不良への対応を迅速に行うことができる。
また、本発明によれば、画像が撮影された位置を示す位置情報を画像とともに記録して、不良を示す事象が発生している位置の特定に用いるので、点検作業ごとに回転翼機の飛行経路が異なる場合でも不良箇所の位置を特定することができる。
また、本発明によれば、予め定められた回転翼機の飛行経路、飛行速度、および回転翼機からの経過時刻を用いて不良を示す事象が発生している位置を特定するので、位置特定手段を用いずに不良箇所の位置を特定することができ、点検装置のコストを低減することができる。
また、本発明によれば、不良を示す事象が生じた日時を推定するので、不良が生じた原因を推定しやすくなり、より的確な方法で不良に対応できる可能性を高くすることができる。
また、本発明によれば、画像の撮影に全方位カメラあるいは全天球カメラを用いるので、通常のカメラでは構造物がレンズの画角内に入るようにレンズの向きを調整しなくてはならないような場所でも、レンズの調整が不要となる。また、通常のカメラと比較して画角が広いので、少ない飛行時間で構造物全体の撮影が可能となり、点検作業を短時間で完了させることができる。
また、本発明によれば、三次元モデルの画像上に不良箇所を表示させることができ、構造物における不良箇所の位置をより効率的に把握する上で有利となる。
また、本発明によれば、構造物の展開図の画像上に不良箇所を表示させることができ、構造物における不良箇所の位置をより効率的に把握する上で有利となる。
また、本発明によれば、三次元モデルの画像上に不良箇所の評価内容を不良箇所と共に報知するので、不良箇所の不良内容を的確に把握する上で有利となる。
また、本発明によれば、構造物表面と回転翼機との距離を一定に保持しつつ、構造物表面に沿って回転翼機を移動できるので、構造物の表面の詳細をカメラで撮影する上で有利となる。
また、本発明によれば、吸着手段により構造物表面と回転翼機との距離を一定に保持できるため、構造物の表面の詳細をカメラで撮影する上で有利となる。
また、本発明によれば、画像に反映されにくい構造物の表面の状態である外装材の浮きや剥がれの有無などを正確に評価する上で有利となる。

第１の実施の形態における点検対象となる構造物の一例であるダム５０の構造を示す説明図である。 第１の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態における回転翼機２０の構成を示す説明図である。 第１の実施の形態における表示部３０６に表示される不良報知画面の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態における点検装置１０の処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における表示部３０６に表示される不良報知画面の一例を示す説明図である。 第２の実施の形態における点検装置１０の処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態における表示部３０６に表示される不良報知画面の一例を示す説明図である。 第４の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態における表示部３０６に表示される不良報知画面の一例を示す説明図である。 第５の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 第６の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる構造物の点検装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、点検対象とする構造物として建設中のダム５０を例にして説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、点検対象となる構造物の一例であるダム５０の構造を示す説明図であり、図１Ａはダム５０の上面図、図１Ｂはダム５０の正面図（図１ＡのＸ矢視図）である。
ダム５０は、主に貯水池Ｗに貯められた水をせき止めるダム堤体５０２によって構成されている。ダム堤体５０２の頂部には、所定の幅を有する天端５０４が設けられている。また、ダム堤体５０２の貯水池Ｗの反対側の側面には、排水用のゲート５０８を備える排水路５０６が形成されている。
ダム堤体５０２の両側は陸地Ｌとなっており、ダム５０の建設作業中は、作業機器等が設置される。
ダム堤体５０２の高さ（堤高）は一般的に１００ｍ以上の場合が多く、人手によってダム５０全体の点検を行うには多くの時間および労力がかかる。
よって、本実施の形態では、図２に示すような点検装置１０を用いてダム５０の点検を行う。

図２は、点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。
本実施の形態では点検装置１０は、回転翼機２０と管理端末３０とによって構成される。
回転翼機２０は無線操縦式の小型ヘリコプターであり、管理端末３０または図示しないリモートコントローラによって飛行方向や飛行速度が制御される。
回転翼機２０には、カメラ２０２、ＧＰＳユニット２０４、処理部２０６、通信部２０８が設けられている。
カメラ２０２は、構造物表面の画像を連続的に撮影する。
カメラ２０２で撮影する画像は、構造物表面を漏れなく撮影するために動画とすることが好ましいが、撮影間隔を適当に設定した静止画であってもよい。
また、カメラ２０２は、周囲１８０°を撮影範囲とする全方位カメラであってもよい。また、カメラ２０２は、全方位、すなわち、上下左右全方位の３６０°を撮影範囲とする全天球カメラであってもよい。
全方位カメラあるいは全天球カメラを用いることによって、通常のカメラではレンズの向きを調整しなくてはならないような場所でも、レンズの調整が不要となる。
また、通常のカメラと比較して画角が広いのでより構造物上のより広い領域を撮影範囲とすることができ、短時間で点検作業を終了することができる。

図３は、回転翼機２０の構成を示す説明図である。
図３Ａは回転翼機２０の上面斜視図、図３Ｂは回転翼機２０の底面図（図３ＡのＹ矢視図）である。
図Ａの例では、回転翼機２０には筐体２１２に４つのプロペラ２１４が設置されている。このため、風などの影響を受けやすい屋外等でも安定して飛行が可能である。
回転翼機２０の操縦は、例えばリモートコントローラ（図示なし）などを用いて点検作業者が行ってもよいし、管理端末３０やリモートコントローラからの自動制御によって行ってもよい。特に、後述するように、点検ごとに同じ飛行経路で飛行する場合には、自動制御によって操縦することが好ましい。
また、図３Ｂに示すように、回転翼機２０の底面側（飛行中に地面に対向する面）には、カメラ２０２が設けられている。
本実施の形態では、カメラ２０２として、周囲１８０°を撮影範囲とする半球状の全方位カメラを用いることとする。

図２の説明に戻り、ＧＰＳユニット２０４（位置特定手段）は、ＧＰＳ衛星から送信される信号を受信して、回転翼機２０の現在位置（例えば緯度経度および標高など）を特定する。
ＧＰＳユニット２０４で特定した回転翼機２０の現在位置は、回転翼機２０の飛行経路の制御等に用いられる。

処理部２０６は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
処理部２０６は、カメラ２０２で撮影された画像と、ＧＰＳユニット２０４で特定した回転翼機２０の現在位置とを関連づけて記録する。すなわち、処理部２０６は、ＧＰＳユニット２０４によって特定された現在位置を、カメラ２０２で撮影された画像とともに当該画像が撮影された位置を示す位置情報として記録する。
なお、位置情報とともに、画像撮影時のカメラ２０２の撮影方向を記録してもよい。

通信部２０８は、管理端末３０の通信部３０２との間で無線通信を行う。
通信部２０８は、カメラ２０２で撮影された画像を管理端末３０に送信する。
通信部２０８による画像の送信は、カメラ２０２での撮影中に逐次行ってもよいし、一連の撮影が終了してから一括して行ってもよい。

つぎに、管理端末３０について説明する。
管理端末３０は、例えばパーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートホン等であり、構造物周辺に位置する点検作業者が保持している。
管理端末３０は、通信部３０２、処理部３０４（判定手段）、表示部３０６（報知手段）、設計データ記憶部３０８によって構成される。
通信部３０２は、回転翼機２０の通信部２０８との間で無線通信を行う。
なお、通信部３０２を介して回転翼機２０の飛行経路や飛行速度を制御する制御信号を送信してもよい。

処理部３０４は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
処理部３０４は、カメラ２０２で撮影された画像を画像解析して、構造物に不良があるか否かを判定する判定手段として機能する。
処理部３０４は、画像に構造物の不良を示す事象が映っている場合に構造物に不良があると判定する。構造物の不良を示す事象とは、例えば構造物表面のひびや水漏れ、周囲の土砂の崩落等である。
処理部３０４による不良の有無の判定は、従来公知の様々な画像解析技術を用いて行うことができる。処理部３０４は、例えばこれらの不良を示す事象が生じた際に画像上に現れるパターンを記憶し、カメラ２０２の撮影画像上に、不良を示すパターンとの一致度が所定値以上の領域がある場合に構造物に不良があると判定する。

また、処理部３０４は、不良を示す事象が発生している構造物上の位置を特定する。
処理部３０４は、例えば画像に関連付けて記録された位置情報に基づいて不良を示す事象が発生している位置を特定する。より詳細には、処理部３０４は、画像に関連付けて記録された位置情報に基づいて当該画像に映っている構造物の位置を推定し、不良を示す事象が発生している位置を特定する。

この時、処理部３０４は、設計データ記憶部３０８に記憶されたダム５０の設計データを用いて、画像に映っている構造物の位置を推定する。なお、ダム５０の設計データには、ダム５０を構成する各部の位置情報（例えば緯度経度および標高など）が含まれるものとする。
処理部３０４は、まず画像に関連付けられた位置情報と設計データ内の位置情報とに基づいて、ダム５０と回転翼機２０との相対位置を特定する。カメラ２０２の画角および撮影方向は既知であるため、ダム５０と回転翼機２０との相対位置を特定できれば、画像がダム５０のいずれの範囲を撮影したものかを特定することができる。
よって、不良を示す事象が映っている画像が、ダム５０のいずれの範囲を撮影したものかを特定することにより、不良が発生している構造物（ダム５０）上の位置を特定する。

また、不良の発生箇所の位置は、回転翼機２０の飛行経路等から特定してもよい。
より詳細には、回転翼機２０を予め定められた飛行経路および飛行速度で飛行するように設定しておき、カメラ２０２は回転翼機２０が飛行を開始した時刻からの経過時間を画像とともに記録する。
この場合、回転翼機２０が飛行を開始した時刻からの経過時間に基づいて、回転翼機２０が飛行経路上のどの位置にいるかを推定することができ、回転翼機２０の位置から画像に映った構造物の位置を特定することができる。
すなわち、処理部３０４は、飛行経路飛行速度、および画像とともに記録された経過時刻とを用いて不良を示す事象が発生している位置を特定する。

また、定期的に回転翼機２０で構造物の点検を行い、不良の発生日時を推定できるようにしてもよい。
より詳細には、回転翼機２０に構造物の周辺を所定期間ごとに同じ飛行経路で飛行させ、カメラ２０２で撮影ごとに同じ角度から構造物を撮影する。
処理部３０４は、画像に不良を示す事象が映っている場合には、当該不良を示す事象が映っている画像より前に撮影された過去画像と比較して、当該不良を示す事象が生じた日時を推定する。
例えば、１日ごとに回転翼機２０で構造物周辺を飛行させて点検を行う場合、ある日に撮影された画像の地点Ａに不良を示す事象が映っていたとする。この場合、その前日に撮影された画像の地点Ａと比較する。前日に撮影された画像に不良を示す事象が映っていない場合には、前日に画像が撮影された後、翌日の画像撮影前までに不良が生じたと推定することができる。
このように、不良の発生日時を推定することにより、不良の発生原因が特定しやすくなり、不良に対してより的確な対応を行うことができる。

表示部３０６は、構造物に不良がある場合に報知する報知手段として機能する。
表示部３０６は、例えば構造物に不良がある場合、当該不良を構造物上の位置とともに報知する。
図４は、表示部３０６に表示される不良報知画面の一例を示す説明図である。
図４には、表示部３０６にダム５０の不良箇所周辺の画像Ｎ１が表示されている。画像Ｎ１上の不良に対応する箇所にはポインタＰ１が点滅し、不良箇所を容易に特定できるようになっている。なお、不良箇所を特定の色やハイライトで表示するなど、不良箇所の表示形態は任意である。
また、表示部３０６の上部には、不良箇所（「Ａ−６付近」）および不良内容（「ひび割れ」）に関するメッセージＭが表示されている。
また、表示部３０６の下部には、ダム５０全体の画像Ｎ２が表示されている。画像Ｎ２にも不良に対応する箇所にポインタＰ２が表示され、ダム５０全体に対する不良箇所の位置を特定できるようになっている。
なお、画像Ｎ１，Ｎ２は、カメラ２０２で撮影した画像でもよいし、ダム５０の設計データに基づいて描画した描画画像であってもよい。
また、報知手段としては、表示部３０６の他、音声で不良を報知する音声出力部を設けてもよい。

図５は、点検装置１０の処理を示すフローチャートである。
点検作業者等からの指示または自動制御によって点検開始が指示されると、点検装置１０は、回転翼機２０の飛行を開始させる（ステップＳ５００）。
回転翼機２０ではカメラ２０２で構造物表面を撮影し（ステップＳ５０２）、撮影した画像を通信部２０８を介して管理端末３０へと送信する（ステップＳ５０４）。この時、処理部２０６では画像撮影時の位置情報または撮影時刻を画像に付加する。

管理端末３０では回転翼機２０が送信した画像を受信し（ステップＳ５０６）、処理部３０４によって画像解析を行う（ステップＳ５０８）。
画像解析の結果、不良が見つからなかった場合は（ステップＳ５１０：Ｎｏ）、そのまま本フローチャートによる処理を終了する。
なお、構造物全体において不良が見つからなかった場合には、点検の終了（不良なし）を示す表示等を行ってもよい。
一方、不良が見つかった場合は（ステップＳ５１０：Ｙｅｓ）、表示部３０６に不良が生じている旨および不良箇所を表示して（ステップＳ５１２）、本フローチャートによる処理を終了する。

なお、本実施の形態では点検装置１０を回転翼機２０と管理端末３０とによって構成したが、これに限らず、例えば回転翼機２０が管理端末３０の機能（判定部や報知部）を備えるようにしてもよい。
この場合、点検作業者は回転翼機２０が構造物全体の撮影を終えて戻った後に、不良の有無を知ることになる。

また、本実施の形態では、構造物としてダム５０を例にして説明したが、本発明は様々な構造物に対して適用可能である。
本発明の他の適用例としては、例えばビル等のコンクリート構造物の劣化診断、壁面タイルの剥離診断、橋梁下部（橋の裏側）の点検、災害時における被災状況の確認等が挙げられる。

以上説明したように、実施の形態にかかる構造物の点検装置１０は、無線操縦式の回転翼機２０に搭載されたカメラ２０２で構造物の画像を撮影し、当該画像を画像解析して構造物に不良があるか否かを判定する。
これにより、人が近づけない場所の点検が可能となり、構造物の安全性を向上させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、高所等における事故を防止して作業の安全性を向上させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、短時間で点検作業を完了させることができる。また、人手により点検作業を行うのと比較して、点検結果のバラつきを少なくし、点検作業の作業品質を向上させることができる。
また、点検装置１０は、構造物に不良がある場合に報知する報知手段（表示部３０６）を備え、構造物に不良がある場合、当該不良を構造物上の位置とともに報知するので、不良が生じている箇所を容易に特定することができ、不良への対応を迅速に行うことができる。
また、点検装置１０は、画像が撮影された位置を示す位置情報を画像とともに記録して、不良を示す事象が発生している位置の特定に用いるので、点検作業ごとに回転翼機２０の飛行経路が異なる場合でも不良箇所の位置を特定することができる。
また、点検装置１０において、予め定められた回転翼機２０の飛行経路、飛行速度、および回転翼機からの経過時刻を用いて不良を示す事象が発生している位置を特定するようにすれば、位置特定手段であるＧＰＳユニット２０４を用いずに不良箇所の位置を特定することができ、点検装置１０のコストを低減することができる。
また、点検装置１０は、不良を示す事象が生じた日時を推定するので、不良が生じた原因を推定しやすくなり、より的確な方法で不良に対応できる可能性を高くすることができる。
また、点検装置１０は、画像の撮影に全方位カメラを用いるので、通常のカメラでは構造物がレンズの画角内に入るようにレンズの向きを調整しなくてはならないような場所でも、レンズの調整が不要となる。また、通常のカメラと比較して画角が広いので、少ない飛行時間で構造物全体の撮影が可能となり、点検作業を短時間で完了させることができる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、構造物に不良がある場合、カメラ２０２で撮像した画像上に当該不良を表示することで、当該不良を構造物上の位置とともに報知するようにした場合について説明した。
そのため、構造物は二次元の画像で表示されるに留まることから、不良も二次元の画像上で表示されるため、立体的な構造物における不良の位置を効率的に把握する点で改善の余地がある。
そこで、第２の実施の形態は、構造物の立体的な形状を三次元モデルの画像として表示するとともに、三次元モデルの画像上に不良の位置を表示させるようにし、構造物における不良の位置をより効率的に把握できるようにしたものである。

図６は、第２の実施の形態における点検装置１０の機能的構成を示すブロック図である。なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に加えて、回転翼機２０に３Ｄスキャナ２１０が搭載されている。
３Ｄスキャナ２１０は、構造物の三次元形状を測定するものであり、三次元形状取得手段として機能する。
３Ｄスキャナ２１０は、レーザーパルス（レーザー光）を照射する光源と、レーザーパルスを受光するセンサなどを備え、光源と計測対象物との間をレーザーパルスが往復する時間を計測することで距離を計測すると共にレーザーパルスを発射した方向を計測することで計測対象物の３次元座標を生成するものである。
なお、三次元形状取得手段として、赤外線深度センサを用いても良い。赤外線深度センサは、赤外線レーザ光を用いてランダムなドットからなる単一の矩形状の投影パターンを計測対象物に照射する光源と、計測対象物で反射された赤外線光を検出するカメラなどを備え、カメラで撮像された計測対象物上のドットの画像から三角測量により画像上の各点の深度、言い換えると計測対象物の３次元座標を生成するものである。
また、三次元形状取得手段は、構造物の三次元形状を測定できれるものであればよく、従来公知の様々な３Ｄセンサを用いることができる。

処理部２０６は、カメラ２０２で撮影された画像と、３Ｄスキャナ２１０で取得された構造物の三次元形状と、ＧＰＳユニット２０４で特定した回転翼機２０の現在位置とを関連づけて記録する。すなわち、処理部２０６は、ＧＰＳユニット２０４によって特定された現在位置を、カメラ２０２で撮影された画像および構造物の三次元形状とともに当該画像が撮影された位置を示す位置情報として記録する。
なお、位置情報とともに、画像撮影時のカメラ２０２の撮影方向を記録してもよい。

通信部２０８は、カメラ２０２で撮影された画像および３Ｄスキャナ２１０で取得された構造物の三次元形状を管理端末３０に送信する。
通信部２０８による画像および３Ｄスキャナ２１０で取得された構造物の三次元形状の送信は、カメラ２０２の撮影中および３Ｄスキャナ２１０による計測中に逐次行ってもよいし、一連の撮影および一連の３Ｄスキャナ２１０による計測が終了してから一括して行ってもよい。

管理端末３０は、第１の実施の形態と同様に、例えばパーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートホン等であり、構造物周辺に位置する点検作業者が保持している。
管理端末３０は、通信部３０２、処理部３０４（判定手段）、表示部３０６（報知手段）、設計データ記憶部３０８によって構成される。
処理部３０４は、第１の実施の形態と同様に、カメラ２０２で撮影された画像を画像解析して、構造物に不良があるか否かを判定する判定手段として機能すると共に、不良を示す事象が発生している構造物上の位置を特定する。このような不良の有無の判定および不良箇所の位置特定の手順については第１の実施の形態と同様である。
さらに、処理部３０４は、３Ｄスキャナ２１０で取得された構造物の三次元形状から前記構造物の三次元モデルを生成すると共に、前記三次元モデルと前記不良箇所位置とを関連付けた三次元不良箇所情報を生成する三次元データ生成手段として機能する。

表示部３０６は、第１の実施の形態と同様に、構造物に不良がある場合に報知する報知手段として機能する。
第２の実施の形態では、表示部３０６は、三次元不良箇所情報に基づいて構造物の三次元モデルと共に不良箇所を報知する報知手段としても機能する。
図７は、表示部３０６に表示される構造物の三次元モデルと共に不良箇所位置を報知した報知画面の一例を示す説明図である。
第２の実施の形態では、構造物がビル６０である場合について説明する。なお、図中６０１はビル６０に設けられた窓を示す。
表示部３０６に、不良箇所周辺のビル６０の画像が三次元モデルで表示されると共に、画像Ｎ１０上の不良に対応する箇所にはポインタＰ１０が点滅し、不良箇所を容易に特定できるようになっている。
また、表示部３０６の上部には、不良箇所（「西側壁面」）および不良内容（「ひび割れ」）に関するメッセージＭが表示されている。
また、表示部３０６の下部には、ビル６０全体の三次元モデルの画像Ｎ１２が表示されている。画像Ｎ１２にも不良に対応する箇所にポインタＰ１２が表示され、ビル６０全体に対する不良箇所の位置を特定できるようになっている。
図７において、三次元モデルは、ビル６０の斜め上方に位置した視点からビル６０を俯瞰した状態で表示されているが、不良箇所の位置が特定しやすくなるように、三次元モデルの画像を見る視点の位置、ビル６０を見る角度、倍率などを任意に設定すればよい。

図８は、点検装置１０の処理を示すフローチャートである。
点検作業者等からの指示または自動制御によって点検開始が指示されると、点検装置１０は、回転翼機２０の飛行を開始させる（ステップＳ６００）。
回転翼機２０ではカメラ２０２で構造物表面を撮影する（ステップＳ６０２）。
また、回転翼機２０では、３Ｄスキャナ２１０で構造物表面を計測して三次元形状を取得する（ステップＳ６０４）。
次いで、撮影した画像および計測した三次元形状を通信部２０８を介して管理端末３０へと送信する（ステップＳ６０６）。この時、処理部２０６では画像撮影時の位置情報または撮影時刻を画像に付加する。

管理端末３０では回転翼機２０が送信した画像および三次元形状を受信する（ステップＳ６０８）。
そして、処理部３０４によって画像に基づいて画像解析を行う（ステップＳ６１０）。
画像解析の結果、不良が見つからなかった場合は（ステップＳ６１２：Ｎｏ）、そのまま本フローチャートによる処理を終了する。
なお、構造物全体において不良が見つからなかった場合には、点検の終了（不良なし）を示す表示等を行ってもよい。
一方、不良が見つかった場合は不良箇所位置を特定し（ステップＳ６１２：Ｙｅｓ）、処理部３０４により構造物の三次元モデルを作成し（ステップＳ６１４）、三次元モデルと不良箇所位置とを関連付けた三次元不良箇所情報を生成する（ステップＳ６１６）。
そして、表示部３０６に、表示が生じている旨を表示すると共に、構造物の三次元モデルと共に不良箇所を表示して（ステップＳ６１８）、本フローチャートによる処理を終了する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、３Ｄスキャナ２１０で測定した構造物の三次元形状に基づいて作成した三次元モデルと共に構造物の不良箇所を報知するようにしたので、三次元モデルの画像上に不良箇所を表示させることができ、構造物における不良箇所の位置をより効率的に把握する上で有利となる。
なお、第２の実施の形態において、構造物の三次元モデルと共に不良箇所を表示部３０６により表示する状態と、第１の実施の形態と同様に不良が生じている旨および不良箇所を構造物の二次元の画像と共に表示部３０６により表示する状態とを、管理端末３０の操作により切り替えるようにしてもよい。
このようにすると、構造物の三次元モデルの画像と、構造物の二次元の画像との双方を視認でき、不良箇所の位置を効率的に把握する上でより一層有利となる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は第２の実施の形態の変形例である。
図６を流用して説明すると、第３の実施の形態では、処理部３０４が、構造物の三次元モデルを平面に展開することで構造物の展開図を生成する展開図生成手段として機能する。
また、表示部３０６は、三次元不良箇所情報に基づいて構造物の展開図と共に不良箇所を報知する。
すなわち、構造物が平面視矩形のビル６０であった場合、図９に示すように、表示部３０６には、ビル６０の４つの側面６０２，６０４，６０６，６０８と、上面（屋上面）６１０との５つの面が展開図として表示され、また、画像Ｎ２０上の不良に対応する箇所にはポインタＰ３０が点滅し、不良箇所を容易に特定できるようになっている。

第３の実施の形態では、展開図と共に不良箇所が表示されるため、構造物の展開図の画像上に不良箇所を表示させることができ、構造物における不良箇所の位置をより効率的に把握する上で有利となる。

（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、構造物の不良箇所の有無に加えて、不良箇所の評価内容を取得し、その評価内容を不良箇所と共に報知するようにしたものである。
図１０に示すように、第４の実施の形態では、処理部３０４が構造物の不良箇所の評価内容を示す不良計測情報を生成する不良計測情報生成手段として機能する。
具体的に説明すると、処理部３０４は、カメラ２０２で撮影された画像を画像解析して、構造物の不良箇所の評価を行なう。
すなわち、処理部３０４は、不良内容がひび割れであれば、画像解析によりひび割れの大きさ（長さ）を検出し、ひび割れの大きさを構造物の不良箇所の評価内容を示す不良計測情報として生成する。

図１１に示すように、表示部３０６は、構造物の三次元形状の画像と三次元不良箇所情報と不良計測情報とを対応付けて報知する。
すなわち、表示部３０６の上部には、不良箇所（「西側壁面」）および不良内容（「ひび割れ」）に関するメッセージＭ１と、不良計測情報（「ひび割れ５０ｍｍ）」に関するメッセージＭ２が表示されている。
不良計測情報の表示形態としては、上記のように具体的なひび割れの寸法を表示する他に以下のような表示形態が考えられる。
１）ひび割れの寸法の大小に応じた複数の段階に分けて、例えば、「ひび割れ大」、「ひび割れ中」、「ひび割れ小」といったように文字で表示する。
２）ひび割れの大小に応じて色を変えたマークで表示する。例えば、ひび割れの寸法が大きいほど暖色系となり、ひび割れが小さいほど寒色系となるように色を変化させたマークで表示する。
このような不良計測情報の表示形態は、不良内容に応じて適宜決定される。

第４の実施の形態によれば、構造物の不良箇所の有無に加えて、三次元モデルの画像上に不良箇所の評価内容を不良箇所と共に報知するので、不良箇所の不良内容を的確に把握する上で有利となる。
なお、第４の実施の形態に第３の実施の形態を適用して、構造物の展開図と三次元不良箇所情報と不良計測情報とを対応付けて報知するようにしてもよい。

（第５の実施の形態）
次に第５の実施の形態について説明する。
第１〜第４の実施の形態では、回転翼機２０が構造物の近傍を飛行しつつカメラ２０２で構造物の表面を撮影する場合について説明した。
この場合、回転翼機２０が構造物に衝突しないように回転翼機２０と構造物とを一定距離以上離間させる必要があるため、カメラ２０２を構造物の表面に接近させてより詳細な画像を得る上で不利がある。また、構造物の表面を撮影して得られる画像に基づいて構造物の表面の状態を検出するため、画像に反映されにくい構造物の表面の状態、例えば、タイルなどの外装材の浮きや剥がれの有無などを評価することは困難である。
そこで、第５の実施の形態では、回転翼機２０と構造物表面との距離を一定に保持しつつ構造物の表面をカメラ２０２で撮影すると共に、構造物表面を叩打することで発生する打音に基づいて構造物表面の状態をも判定するようにしたものである。

図１２に示すように、第５の実施の形態では、回転翼機２０は、第１の実施の形態と同様のカメラ２０２、ＧＰＳユニット２０４、処理部２０６、通信部２０８に加えて、案内手段７０と、打撃部２２０（叩打手段）と、打音検出部２２２（検出手段）とを備えている。
また、第５の実施の形態においても、カメラ２０２で撮影された画像を画像解析して、構造物に不良があるか否かを判定し、構造物に不良がある場合に報知する一連の処理は、第１の実施の形態と同様になされる。

案内手段７０は、構造物表面６２（ビル６０の表面６２）に当接することで構造物表面と回転翼機２０との距離を一定に保持しつつ、構造物表面６２に沿って回転翼機２０に移動を案内するものである。
本実施の形態では、案内手段７０は、回転翼機２０のボディに設けられた３個以上のキャスター（車輪）７２で構成されている。
各キャスター７２は、３６０度旋回可能な全方向キャスターで構成され、同一平面上に互いに間隔をおいて配置されており、各キャスター７２が構造物表面６２に当接した状態で回転翼機２０と構造物表面６２との距離が予め定められた寸法となるように構成されている。なお、構造物表面６２は、構造物（ビル６０）の側面や上面（屋根）を含む。
上記予め定められた寸法は、カメラ２０２が構造物表面６２を撮影するために必要な焦点距離を確保するに足る寸法であればよい。
したがって、回転翼機２０が構造物表面６２に接近し、やがて各キャスター７２が構造物表面６２に当接すると、回転翼機２０と構造物表面６２との距離が予め定められた寸法となり、この状態を保ったまま回転翼機２０が構造物表面６２に沿って移動可能となる。

打撃部２２０は、構造物表面６２を叩打することで構造物表面６２から打音を発生させるものであり、例えば、ハンマーと、ハンマーを構造物表面６２に向けて出没させるアクチュエータとを含んで構成されている。アクチュエータとしては、電磁ソレノイドやモータなど従来公知の様々なアクチュエータが使用可能である。
打音検出部２２２は、打撃部２２０により叩打された構造物から発生する打音を検出して打音検出信号を生成するものであり、例えば、マイクロフォンで構成されている。

処理部２０６は、打撃部２２０の動作を制御すると共に、打音検出部２２２から供給される打音検出信号に基づいて構造物表面６２の不良の有無を判定する打音判定手段として機能する。
具体的には、処理部２０６は、例えば、打音検出信号の周波数、振幅、波長などに基づいて構造物表面６２に貼り付けられているタイルなどの外装材の剥離の有無や構造物表面６２における構造物部分の剥がれの有無や空洞の有無を検出しその検出結果に基づいて構造物表面６２の不良の有無を判定する。このような打音に基づく構造物表面６２の状態の検出方法として従来公知の様々な手法が採用可能である。

また、処理部２０６は、構造物表面６２の不良があると判定された場合に、ＧＰＳユニット２０４により特定された回転翼機２０の現在位置を、当該不良を示す事象が発生している構造物上の位置として検出する位置検出手段として機能する。
さらに、処理部２０６は、特定された回転翼機２０の現在位置と構造物表面６２の状態の判定結果とを関連付けた構造物表面状態情報を生成し、通信部２０８を介して管理端末３０の処理部３０４に送信する。
管理端末３０の処理部３０４は、構造物表面状態情報に含まれる回転翼機２０の現在位置と、設計データ内の位置情報とに基づいて、構造物と回転翼機２０との相対位置を特定し、表示部３０６に、構造物表面６２の状態の判定結果を構造物上の位置とともに報知する。すなわち、報知手段により構造物表面６２の状態の判定結果が構造物上の位置とともに報知される。

表示部３０６に表示される構造物の画像の形態は以下のようなものであってよい。
１）第１の実施の形態（図４）のように二次元で示された構造物の画像（カメラ２０２で撮像された画像、あるいは、設計データに基づいて描画した描画画像）
２）第２の実施の形態（図７）のように三次元で示された構造物の画像（三次元モデルの画像）
３）第３の実施の形態（図９）のように構造物の三次元モデルを平面に展開することで得られる構造物の展開図の画像

以上説明したように第５の実施の形態によれば、回転翼機２０に、構造物表面６２に当接することで構造物表面６２と回転翼機２０との距離を一定に保持しつつ、構造物表面６２に沿って回転翼機２０に移動を案内する案内手段７０を設けたので、回転翼機２０により移動しつつ構造物表面６２の詳細をカメラ２０２で撮影する上で有利となる。
また、第５の実施の形態によれば、構造物表面６２を叩打して構造物表面６２から発生する打音に基づいて構造物表面６２の不良の有無を判定し、構造物表面６２の不良があると判定された場合に、当該不良を示す事象が発生している構造物上の位置を特定し、当該不良を構造物上の位置とともに報知するようにしたので、画像に反映されにくい構造物表面６２の状態、例えば、外装材の浮きや剥がれの有無などを正確に評価する上で有利となる。
また、第５の実施の形態によれば、案内手段７０により構造物表面６２と回転翼機２０との距離を一定に保持できるため、構造物表面６２に対する回転翼機２０の位置および姿勢を安定した状態で構造物表面６２を叩打することができ、打音の検出を安定して行え、構造物表面６２の不良の有無の判定を正確に行なう上で有利となる。

（第６の実施の形態）
次に第６の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態では、案内手段７０により回転翼機２０の構造物表面６２に対する位置および姿勢を安定して保持する場合について説明したが、第６の実施の形態では、案内手段７０に代えて、構造物表面６２に対して吸着する吸着手段８０を回転翼機２０に設けることで回転翼機２０の構造物表面６２に対する位置および姿勢を安定して保持する場合について説明する。

図１３に示すように、第６の実施の形態では、回転翼機２０は、第５の実施の形態の案内手段７０に代えて吸着手段８０を備えている。
吸着手段８０は、回転翼機２０に設けられ、構造物表面６２に吸着することで構造物表面６２と回転翼機２０との距離を一定に保持し、構造物表面６２に対する吸着を解除することで回転翼機２０の移動を許容するものである。
本実施の形態では、案内手段７０は、バキュームチャック８２と、真空ポンプ８４とを備えている。
バキュームチャック８２は、対象物を吸引固定する吸引面８２０２と、吸引面８２０２に開口する複数の吸引孔８２０４と、各吸引孔８２０４に連通する接続口８２０６を備えている。
真空ポンプ８４は、処理部２０６の制御により駆動、駆動の停止が制御されるものであり、真空ポンプ８４の吸気口８４０２がバキュームチャック８２の接続口８２０６に接続されており、真空ポンプ８４が作動することで吸引面８２０２が構造物表面６２に吸着する。なお、処理部２０６の制御は、管理端末３０によってなされる。
バキュームチャック８２は、真空ポンプ８４の動作により吸引面８２０２が構造物表面６２に吸着した状態で回転翼機２０と構造物表面６２との距離が予め定められた寸法となるように、ブラケットを介して回転翼機２０に取り付けられている。
そして、真空ポンプ８４の駆動が停止された状態で構造物６０の近傍において回転翼機２０の移動がなされ、所望の位置で真空ポンプ８４を駆動することで回転翼機２０がバキュームチャック８２を介して構造物表面６２に固定されることになる。

第６の実施の形態によれば、回転翼機２０に、構造物表面６２に対して吸着することで構造物表面６２と回転翼機２０との距離を一定に保持し、構造物表面６２に対する吸着を解除することで回転翼機２０の移動を許容する吸着手段８０を設けたので、構造物表面６２の詳細をカメラ２０２で撮影する上で有利となる。
また、第６の実施の形態によれば、吸着手段８０により構造物表面６２と回転翼機２０との距離を一定に保持できるため、構造物表面６２に対する回転翼機２０の位置および姿勢を安定した状態で構造物表面６２を叩打することができ、打音の検出を安定して行え、構造物表面６２の不良の有無の判定を正確に行なう上で有利となる。
なお、吸着手段８０は、構造物表面６２に吸着できればよいのであり、例えば、構造物表面６２が鉄などのように磁石に吸引される材料で構成されている場合は、吸着手段８０を電磁石および電磁石に電流を供給する駆動回路によって構成してもよい。

１０……点検装置
２０……回転翼機
２０２……カメラ
２０４……ＧＰＳユニット
２０６……処理部
２０８……通信部
２１２……筐体
２１４……プロペラ
３０……管理端末
３０２……通信部
３０４……処理部
３０６……表示部
３０８……設計データ記憶部
６０……ビル
６２……表面
７０……案内手段
７２……キャスター
８０……吸着手段
８２……バキュームチャック
８４……真空ポンプ
２１０……３Ｄスキャナ
２２０……打撃部
２２２……打音検出部

Claims (7)

1. 構造物表面における不良の有無を点検する構造物の点検装置であって、
   無線操縦式の回転翼機と、
   前記回転翼機に搭載され、前記構造物表面の画像を連続的に撮影するカメラと、
   前記カメラで撮影された前記画像を画像解析して、前記構造物に不良があるか否かを判定する判定手段と、
   前記構造物に不良がある場合に報知する報知手段と、
   前記回転翼機の現在位置を特定する位置特定手段とを備え、
   前記位置特定手段によって特定された現在位置は、前記画像とともに当該画像が撮影された位置を示す位置情報として記録され、
   前記判定手段は、前記画像に前記構造物の不良を示す事象が映っている場合に前記構造物に不良があると判定するとともに、前記画像とともに記録された前記位置情報を用いて前記不良を示す事象が発生している前記構造物上の位置を不良箇所位置として特定するものであり、
   前記構造物の三次元形状を測定する三次元形状取得手段と、
   前記三次元形状から前記構造物の三次元モデルを生成すると共に、前記三次元モデルと前記不良箇所位置とを関連付けた三次元不良箇所情報を生成する三次元データ生成手段と、
   前記構造物の三次元モデルを平面に展開することで前記構造物の展開図を生成する展開図生成手段と、
   前記カメラで撮影された前記画像を画像解析して、前記構造物の不良箇所の評価内容を示す不良計測情報を生成する不良計測情報生成手段とをさらに備え、
   前記報知手段は、前記構造物に不良がある場合、前記三次元不良箇所情報に基づいて前記構造物の三次元モデルと共に前記不良箇所を画面に表示し、前記三次元不良箇所情報に基づいて前記構造物の展開図と共に前記不良箇所を前記画面に表示し、
   前記報知手段による前記三次元不良箇所情報に基づく画面表示は、前記不良箇所の周辺の前記三次元モデルの部分と共に前記不良箇所を表示する第１画面と、前記構造物の全体の前記三次元モデルと共に前記前記不良箇所を表示する第２画面とを同一の画面上に表示することでなされ、
   前記第２画面は前記第１画面よりも小さい面積で前記第１画面上に表示され、
   さらに前記報知手段は、前記構造物の三次元形状の画像と前記三次元不良箇所情報と前記不良計測情報とを対応付けて報知し、
   前記報知手段による前記報知は、前記第１画面上に、前記不良箇所の場所および前記不良箇所の不良内容を説明する第１メッセージと、前記不良計測情報に関する第２メッセージとを表示することでなされる、
   ことを特徴とする構造物の点検装置。
2. 前記回転翼機は、予め定められた飛行経路および飛行速度で飛行し、
   前記カメラは、前記回転翼機が飛行を開始した時刻からの経過時間を前記画像とともに記録し、
   前記判定手段は、前記飛行経路、前記飛行速度、および前記画像とともに記録された前記経過時刻とを用いて前記不良を示す事象が発生している位置を特定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の構造物の点検装置。
3. 前記回転翼機は、前記構造物の周辺を所定期間ごとに同じ飛行経路で飛行し、
   前記カメラは、撮影ごとに同じ角度から前記構造物を撮影し、
   前記判定手段は、前記画像に前記不良を示す事象が映っている場合には、前記画像より前に撮影された過去画像と比較して、当該不良を示す事象が生じた日時を推定する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の構造物の点検装置。
4. 前記カメラは全方位カメラあるいは全天球カメラである、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の構造物の点検装置。
5. 前記回転翼機に設けられ、前記構造物表面に当接することで前記構造物表面と前記回転翼機との距離を一定に保持しつつ、前記構造物表面に沿って前記回転翼機に移動を案内する案内手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の構造物の点検装置。
6. 前記回転翼機に設けられ、前記構造物表面に対して吸着することで前記構造物表面と前記回転翼機との距離を一定に保持し、前記構造物表面に対する吸着を解除することで前記回転翼機の移動を許容する吸着手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の構造物の点検装置。
7. 前記回転翼機に設けられ前記構造物表面を叩打する叩打手段と、
   前記回転翼機に設けられ前記構造物表面から発生する打音を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された打音に基づいて前記構造物表面の不良の有無を判定する打音判定手段と、
   前記構造物表面の不良があると判定された場合に、当該不良を示す事象が発生している前記構造物上の位置を検出する位置検出手段とを備え、
   前記報知手段は、前記構造物表面の不良がある場合、当該不良を前記構造物上の位置とともに報知する、
   ことを特徴とする請求項５または６記載の構造物の点検装置。

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