JP7280786B2 - 水底形状測定装置 - Google Patents
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Description
水底形状測定装置として、観測船から支持フレームを介してソナーを水中に配置し、ソナーによって測定した水底の3次元形状情報と、観測船に搭載したGPS測位装置で測位された測位情報に基づいて水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成する技術が提案されている(特許文献1参照)。
上記従来技術では、波浪による観測船の揺れによって生じる測定誤差を補正するために、観測船側に三次元位置センサを設けて観測船の三次元位置を取得すると共に、地上側にトータルステーションを設け、トータルステーションによって観測船の位置を測定して測位データを求め、これら観測船の三次元位置と測位データを用いて水底形状情報を補正するようにしている。
また、波浪による観測船の揺れによって生じる測定誤差を補正するために三次元位置センサ、トータルステーションといった装置が必要となり、また、測定誤差の補正を行なうための演算処理が必要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で不利となる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、コストを抑制しつつ構成の簡素化を図る上で有利な水底形状測定装置を提供することにある。
また、本発明は、前記荷重部材は、前記3次元形状測定部より密度が大きい素材である、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷重部材は、前記3次元形状測定部の下部に接続部材を介して吊り下げられており、前記無人飛行体は、前記3次元形状測定部の測定開始位置まで前記3次元形状測定部および前記荷重部材が水中に位置する高度で飛行する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記荷重部材は、前記3次元形状測定部から水平方向に延びる接続部材を介して接続されている、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記支持部材は、前記3次元形状測定部を前記飛行体に対して移動不能に支持している、ことを特徴とする。
したがって、従来のようにソナーを設けた観測船が不要となるため、観測船と観測船を運行するための船舶免許資格者が必要となり、設備コスト、運用コストを低減する上で有利となる。
また、3次元形状測定部を支持する無人飛行体は、波浪の影響を受けることがなく、従来のように観測船の揺れを補正するための設備が不要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で有利となる。
また、3次元形状測定部に荷重部材を接続しているので、3次元形状測定部にかかる重力(水底方向への力)が大きくなり、水中における3次元形状測定部の姿勢を安定させ、水底形状の測定精度を向上させる上で有利となる。
また、3次元形状測定部による水底形状の測定が終了した際に、荷重部材と3次元形状測定部との接続を解除するので、無人飛行体にかかる荷重が小さくなり、測定後に無人飛行体を迅速に回収する上で有利となる。
また、荷重部材を3次元形状測定部より密度が大きい素材とすれば、水流に対抗して3次元形状測定部の姿勢を安定させる効果を向上させる上で有利となる。
また、荷重部材を3次元形状測定部の下方に吊り下げた場合、水底形状の測定開始位置まで3次元形状測定部および荷重部材が水中に位置する高度で飛行するようにすれば、無人飛行体にかかる3次元形状測定部および荷重部材の荷重が軽減し、無人飛行体の劣化を防止する上で有利となる。
また、3次元形状測定部から水平方向に延びる接続部材を介して荷重部材を接続すれば、ソナーやレーザーでの水底形状の測定時に、荷重部材が障害物となるのを防止する上で有利となる。
また、支持部材により3次元形状測定部を飛行体に対して移動不能に支持すると、波浪により3次元形状測定部が飛行体に対して相対的に揺れ動くことを抑制でき、3次元形状測定部による測定をより精度良く行なう上で有利となる。
図1に示すように、本実施の形態の水底形状測定装置10は、管理装置12と、無人飛行体14とを含んで構成されている。
管理装置12は、水底22(図2参照)の形状を測定する海、河川、湖などの近傍の地上に設けられている。
管理装置12は、遠隔操作司令部12Aと、管理装置側通信部12Bと、地図データベース部12Cと、表示部12Dと、管理装置側飛行制御部12Eと、水底形状情報生成部12Fと、情報処理部12Gと、記憶部12Hと、出力部12Iとを含んで構成されている。
また、遠隔操作司令部12Aは、操作ボタンなどの操作部材を作業者が操作することで無人飛行体14に搭載された測位部14Dおよび3次元形状測定部14Eの動作を開始させ、あるいは、停止させるための測位部14Dの操作指令情報、3次元形状測定部14Eの操作司令情報、接続解除部14Fへの接続解除情報等を生成するものである。
なお、画像情報、測位情報、3次元形状情報については後で詳述する。
したがって、作業者は、表示部12Dによって表示された画像情報、3次元形状情報に基づいて無人飛行体14の遠隔操作を行なうことが可能となっている。
また、表示部12Dは、管理装置側通信部12Bで受信された測位情報に基づいて、地図データベース部12Cに格納されている地図情報を読み出して表示すると共に、無人飛行体14の現在位置を表示部12Dの表示画面上に表示された地図の上に表示するように構成されている。
したがって、作業者は、表示部12Dによって表示された地図と無人飛行体14の現在位置とに基づいて無人飛行体14の遠隔操作を行なうことが可能となっている。
すなわち、地図データベース部12Cの地図情報に基づいて、無人飛行体14を測定すべき水底22に沿って飛行するような飛行コースを設定しておき、管理装置側飛行制御部12Eによって測位情報と飛行コースに基づいて飛行体操作指令情報を生成し、飛行体操作指令情報を管理装置側通信部12Bから無線回線Nを介して飛行体側通信部14Aに送信し、飛行体操作指令情報を飛行体側飛行制御部14Cに与えることで、無人飛行体14を自動制御することができる。
本実施の形態では、表示部12Dによる水底形状情報の表示は、情報処理部12Gによって生成された水底22の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを表示することでなされる。
出力部12Iは、記憶部12Hに記憶された水底形状情報や断面図、斜視図、等深線図などを出力するものであり、例えば、メモリカードなどの半導体記録媒体にそれら水底形状情報や図を記録し、あるいは、ネットワークを介して端末装置にそれら水底形状情報や図を送信したり、あるいは、プリンタを用いて紙媒体にそれら水底形状情報や図を印刷したりするものである。
さらに、無人飛行体14は、図1に示すように、飛行体側通信部14A、撮像部14B、飛行体側飛行制御部14C、測位部14D、3次元形状測定部14E、接続解除部14F
を含んで構成されている。
飛行体側飛行制御部14Cは、管理装置側通信部12Bから無線回線Nを介して飛行体側通信部14Aに送信された飛行体操作指令情報に基づいて各ロータ18を回転制御することで、無人飛行体14を飛行させるものである。
測位部14Dは、飛行体本体16に搭載され測位衛星から受信した測位信号に基づいて無人飛行体14の位置を測位し測位情報として生成するものである。
このような測位衛星は、GPS、GLONASS、Galileo、準天頂衛星(QZSS)等のGNSS(Global Navigation Satellite System:全球測位衛星システム)で用いられるものであり、それら測量システムで使用される測位衛星の1つを用いてもよく、あるいは、2つ以上の測位衛星を組み合わせて用いても良い。
図2および図3に示すように、支持部材20は、例えば、リジッドな金属製のロッドあるいはフレームで構成され、3次元形状測定部14Eを飛行体本体16に対して移動不能に支持している。
なお、ロッドやフレームに代えて可撓可能なワイヤやロープを用いてもよいが、ロッドあるいはフレームを用いて3次元形状測定部14Eを飛行体本体16に対して移動不能に支持すると、波浪により3次元形状測定部14Eが飛行体本体16に対して相対的に揺れ動くことを抑制でき、3次元形状測定部14Eによる測定をより精度良く行なう上でより有利となる。
ソナーは、超音波を水底22に照射すると共に、水底22からの反射波を受信し、受信波に基づいて3次元形状情報を生成するものである。
ソナーとして、単一のビーム状の超音波26を水底22に向かってスキャン(走査)するもの、あるいは、広がりを持った複数のビーム状の超音波26(マルチビーム)を同時に水底22に向かって照射するものの何れを用いても良く、このようなソナーとして従来公知の様々なソナーが使用可能である。
レーザー測定機として、従来公知の単一のレーザー光28を水底22に向かってスキャン(走査)するものを使用することができる。
なお、形状測定に使用するレーザー光28としてはグリーンレーザーが用いられることが多く、これは、グリーンレーザーが水によって吸収されにくく水底22まで確実に届き、水底22からの反射光の強度を確保できるためである。
図2に示すように、3次元形状測定部14Eには、荷重部材30が接続されている。荷重部材30は、例えば無人飛行体14が測定箇所に向かう前に3次元形状測定部14Eに接続される。
荷重部材30は、例えば3次元形状測定部14Eより密度が大きい素材(例えば鉄やステンレス等の金属)で形成されており、3次元形状測定部14Eに下方向の荷重をかけ、重り(バラスト)として機能する。後述するように、荷重部材30は3次元形状測定部14Eによる測定終了後水中に残されるので、水中でも変質しにくい、または水質に影響を与えることなく分解される素材であることが好ましい。
3次元形状測定部14Eに荷重部材30を接続することにより、3次元形状測定部14Eの水中姿勢が安定し、水底形状の測定精度を向上させることができる。
また、荷重部材30は、3次元形状測定部14Eによる測定中は、3次元形状測定部14Eの水中姿勢を安定させるための重りとして機能する。
3次元形状測定部14Eによる測定が終了すると、無人飛行体14は所定の待機場所に戻るが、この時には荷重部材30と3次元形状測定部14Eとの接続を解除し、3次元形状測定部14Eのみを支持して待機場所へと移動する。このとき、無人飛行体14は、3次元形状測定部14Eが空中に位置する高度で飛行すれば、水による抵抗を受けずに、より迅速に待機場所への移動が可能となる。
このように荷重部材30を利用することにより、測定中の3次元形状測定部14Eの姿勢を安定させることができるとともに、測定終了後の移動時には無人飛行体14への荷重を低減させ、短時間で無人飛行体14を回収することができる。
また、図4の右図では、荷重部材30を接続する接続部材として、3次元形状測定部14Eから水平方向に延びるアーム36と、アーム36に取り付けられた把持部34と、把持部34に一端を挿通されたチェーン32とを用いている。
このように、荷重部材30の水深方向の位置を3次元形状測定部14Eと合わせることによって、荷重部材30が3次元形状測定部14Eによる水底形状の測定の障害となるのを防止することができる。また、比較的水深が浅い箇所でも、荷重部材30を重りとして機能させることができる。
なお、図4に示すような構成とする場合、3次元形状測定部14Eの水中における姿勢に偏りが出ないように、3次元形状測定部14Eの水深方向の中心軸に対して対称な位置に荷重部材30を複数設けるのが好ましい。また、図4の右図のような構成とする場合、水流により荷重部材30が3次元形状測定部14Eに衝突することのないようチェーン32やアーム36の寸法を設計するのが好ましい。
まず、作業者は、3次元形状測定部14Eに荷重部材30を接続(取り付け)する(ステップS10)。
つぎに、作業者は、管理装置12の遠隔操作司令部12Aを操作することにより、無人飛行体14を所定の待機場所から飛行させ、表示部12Dに表示される無人飛行体14周囲の画像情報を視認しつつ、水底形状を測定する海、湖、河川の箇所に無人飛行体14を飛行させる(ステップS12)。このとき、無人飛行体14が水面上を飛行する際には、3次元形状測定部14Eと荷重部材30とが水中に位置する高度で飛行するのが好ましい。
そして、表示部12Dに表示される無人飛行体14周囲の画像情報を視認しつつ、3次元形状測定部14Eが水面24から所定の深さに位置させた状態でホバリングさせその状態を維持する(ステップS14)。
次いで、作業者は、管理装置12の遠隔操作司令部12Aを操作することにより、測位部14Dおよび3次元形状測定部14Eの動作を開始させる(ステップS16)。
これにより、測位部14Dで生成された測位情報および3次元形状測定部14Eで生成された3次元形状情報が無線回線Nを介して無人飛行体14から管理装置12の水底形状情報生成部12Fに送信され(ステップS18)、水底形状情報生成部12Fにより水底形状情報が生成される(ステップS20)。
さらに作業者は、表示部12Dに表示される画像情報、水底22の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを視認しつつ、まだ、形状測定がなされてない水底22の形状測定ができるように、遠隔操作司令部12Aを操作することにより、無人飛行体14を水平方向に飛行させ、測定箇所を移動させる(ステップS22)。
そして、作業者は、表示部12Dに表示される画像情報、水底22の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを視認することで、形状測定すべき水底22の領域の全域にわたって測定が終了したか否かを判断する(ステップS24)。
ステップS24が否定ならばステップS18に戻り同様の動作を行なう。
ステップS24が肯定ならば、作業者は遠隔制御により荷重部材30の切り離し(接続の解除)を指示する。接続解除部14Fは、回動軸34Aを回動させるアクチュエータの稼働を制御することにより、把持部34を結合状態から分離状態とすることにより荷重部材30と3次元形状測定部との接続を解除する(ステップS26)。
その後作業者は、無人飛行体14を上昇させ、3次元形状測定部14Eを水中から空中に引き上げ、表示部12Dに表示される画像を視認しつつ、無人飛行体14を所定の待機場所に向かって飛行させ、待機場所に着陸させる(ステップS28)。
そして、記憶部12Hに格納されていた水底22の領域の全域の水底形状情報が出力部12Iから出力され(ステップS30)、一連の測定動作が終了する。
したがって、従来のようにソナーを設けた観測船が不要となるため、観測船と観測船を運行するための船舶免許資格者が必要となり、設備コスト、運用コストを低減する上で有利となる。
また、3次元形状測定部14Eを支持する無人飛行体14は、水面24から離れた水面24の上方に位置しているので、波浪の影響を受けることがなく、従来のように観測船の揺れを補正するための三次元位置センサやトータルステーションといった設備が不要となり、構成の簡素化、コストの低減を図る上で有利となる。
また、3次元形状測定部14Eに荷重部材30を接続しているので、3次元形状測定部14Eにかかる重力(水底方向への力)が大きくなり、水中における3次元形状測定部14Eの姿勢を安定させ、水底形状の測定精度を向上させる上で有利となる。
しかしながら、本実施の形態のように、無人飛行体14から離れた管理装置12に水底形状情報生成部12Fを設け、水底形状情報生成部12Fによる水底形状情報の生成を、無線回線Nを介して供給される3次元形状情報および測位情報に基づいて行なうようにすると、無人飛行体14に水底形状情報生成部12Fを設ける場合に比較して、無人飛行体14の省電力化、軽量化を図れることから、無人飛行体14の飛行継続時間を確保でき、したがって、無人飛行体14の一回の飛行によってより広い範囲の水底22の3次元形状の測定を行なうことができ、測定の効率化を図る上で有利となる。
したがって、レーザー測定機が空中から水中に照射される場合に比較して、レーザー光28が空気(大気)と水面24との界面を通らないため、界面でレーザー光28が散乱して光量が低下することが抑制されるので、より深度の大きな水底22の水底形状情報を得る上で有利となる。
12 管理装置
14 無人飛行体
12B 管理装置側通信部
12F 水底形状生成部
14A 飛行体側通信部
14D 測位部
14E 3次元形状測定部
14F 接続解除部
20 支持部材
22 水底
26 超音波
28 レーザー光
30 荷重部材
32 チェーン
34 把持部
34A 回動軸
34B 円環部
36 アーム
N 無線回線
Claims (5)
- 水底の形状を測定する水底形状測定装置であって、
遠隔制御される無人飛行体と、
前記無人飛行体に支持部材を介して吊り下げられ水中に位置した状態で前記水底の3次元形状を測定し3次元形状情報を生成する3次元形状測定部と、
前記無人飛行体に搭載され測位衛星から受信した測位信号に基づいて前記無人飛行体の位置を測位し測位情報として生成する測位部と、
前記3次元形状情報および前記測位情報に基づいて前記水底の形状を地球上の座標位置で示される水底形状情報として生成する水底形状情報生成部と、
前記3次元形状測定部に接続された荷重部材と、
前記荷重部材と前記3次元形状測定部との接続を解除する接続解除部と、を備え、
前記接続解除部は、前記3次元形状測定部による前記水底の前記3次元形状の測定が終了した際に、前記荷重部材と前記3次元形状測定部との接続を解除する、
ことを特徴とする水底形状測定装置。 - 前記荷重部材は、前記3次元形状測定部より密度が大きい素材である、
ことを特徴とする請求項1記載の水底形状測定装置。 - 前記荷重部材は、前記3次元形状測定部の下部に接続部材を介して吊り下げられており、
前記無人飛行体は、前記3次元形状測定部の測定開始位置まで前記3次元形状測定部および前記荷重部材が水中に位置する高度で飛行する、
ことを特徴とする請求項1または2記載の水底形状測定装置。 - 前記荷重部材は、前記3次元形状測定部から水平方向に延びる接続部材を介して接続されている、
ことを特徴とする請求項1または2記載の水底形状測定装置。 - 前記支持部材は、前記3次元形状測定部を前記無人飛行体に対して移動不能に支持している、
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の水底形状測定装置。
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