JP7325284B2

JP7325284B2 - 水底形状測定装置

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Publication number: JP7325284B2
Application number: JP2019177016A
Authority: JP
Inventors: 光男渋谷
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021054150A

Description

本発明は、水底形状測定装置に関する。

海底、湖底、河床などに対する浚渫作業や構造物の構築作業に際しては、海底、湖底、河床の底の水底形状を正確に測定することが必要である。
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。

特開２０１０－３０３４０号公報

しかしながら、上記従来技術では、そもそも水底形状情報を得るために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、運用コストが高いものとなっている。
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。

上述の目的を達成するため、本発明は、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を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スクリューと、前記スクリューの回転を制御するスクリュー制御部と、を備え、前記スクリュー制御部は、前記無人飛行体に対する前記３次元形状測定部の相対位置が所定範囲内となるよう前記スクリューの回転を制御する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記無人飛行体の周囲を撮像して画像情報を生成する撮像部を更に備え、前記スクリュー制御部は、前記撮像部で撮像された前記画像情報を用いて前記無人飛行体に対する前記３次元形状測定部の相対位置を検出する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記３次元形状測定部の位置を検知する測定部位置検知部を更に備え、前記スクリュー制御部は、前記測定部位置検知部で検知された前記３次元形状測定部の位置と、前記測位部で生成された前記無人飛行体の位置とに基づいて、前記無人飛行体に対する前記３次元形状測定部の相対位置を検知する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記無人飛行体から離れた箇所に管理装置が設けられ、前記無人飛行体に無人飛行体側通信部が設けられ、前記管理装置に、前記スクリュー制御部と無線回線により通信を行なう管理装置側通信部が設けられ、前記スクリュー制御部は、前記無線回線を介して供給される制御信号に基づいて前記スクリューの回転を制御する、ことを特徴とする。
また、本発明は、前記スクリューは、前記３次元形状測定部の水深方向の延在軸に対して対称に複数設けられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、無人飛行体に支持部材を介して吊り下げた３次元形状測定部を水中に位置させて水底の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成すると共に、測位部により無人飛行体の位置を測位し測位情報として生成し、それら３次元形状情報および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ようにした。
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次元形状測定部にスクリューを接続し、無人飛行体に対する３次元形状測定部の相対位置が所定範囲内となるようスクリューの回転を制御するので、水中における３次元形状測定部の位置を安定させ、水底形状の測定精度を向上させる上で有利となる。
また、撮像部で撮像された画像情報を用いて無人飛行体に対する３次元形状測定部の相対位置を検出すれば、３次元形状測定部の位置を迅速かつ正確に把握する上で有利となる。
また、３次元形状測定部の位置を検知する測定部位置検知部を設ければ、３次元形状測定部の位置を精度よく検出することができる。また、３次元形状測定部の位置を水底形状情報の生成時に利用すれば、水底形状情報の精度をより向上させる上で有利となる。
また、無線回線を介して供給される制御信号に基づいてスクリューの回転を制御すれば、３次元形状測定部の構成を簡素化することができ、システムコストを低減する上で有利となる。
また、スクリューを３次元形状測定部の水深方向の延在軸に対して対称に複数設けることにより、３次元形状測定部の移動方向をより細やかに調整することができ、３次元形状測定部を所定範囲内に迅速に移動させる上で有利となる。

実施の形態の水底形状測定装置の構成を示すブロック図である。無人飛行体によって３次元形状測定部が水中に配置された測定状態を示す説明図である。スクリューの取り付け状態の一例を示す説明図である。スクリュー制御部によるスクリュー制御を模式的に示す説明図である。実施の形態の水底形状測定装置の動作を示すフローチャートである。スクリューの取り付け状態の他の例を示す説明図である。スクリューの取り付け状態の他の例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
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。

遠隔操作司令部１２Ａは、ジョイスティック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を遠隔操作するための飛行体操作指令情報を生成するものである。
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の操作指令情報、スクリュー３０の回転を制御する操作指令情報などを生成するものである。
管理装置側通信部１２Ｂは、無線回線Ｎを介して無人飛行体１４と通信を行なうものであり、無人飛行体１４に飛行体操作指令情報、測位部１４Ｄの操作指令情報、３次元形状測定部１４Ｅの操作司令情報を送信し、無人飛行体１４から送信される画像情報、測位情報、３次元形状情報を受信するものであり、図中符号１２０２は管理装置側通信部１２Ｂのアンテナを示す。
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。

地図データベース部１２Ｃは、水底２２の形状を測定しようとする海、河川、湖などを含む地図情報を格納している。

表示部１２Ｄは、管理装置側通信部１２Ｂで受信された画像情報、３次元形状情報を表示するものである。
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。

管理装置側飛行制御部１２Ｅは、作業者の遠隔操作に代えて、管理装置側通信部１２Ｂで受信された測位情報と、予め定められた飛行ルートとに基づいて無人飛行体１４を上記飛行ルートに沿って自動制御により飛行させるものである。
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。

水底形状情報生成部１２Ｆは、管理装置側通信部１２Ｂで受信された３次元形状情報および測位情報に基づいて水底２２の形状を地球上の座標位置で示される、言い換えると、３次元座標で示される水底形状情報として生成するものである。

情報処理部１２Ｇは、水底形状情報を演算処理することで、水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを生成するものである。
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。

記憶部１２Ｈは、水底形状情報生成部１２Ｆで生成された水底形状情報、情報処理部１２Ｇで生成された水底２２の形状を示す断面図、斜視図、等深線図などを格納するものである。
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。

無人飛行体１４は、図２に示すように、飛行体本体１６と、飛行体本体１６に設けられた複数のロータ１８と、ロータ１８毎に設けられロータ１８を回転駆動する複数のモータ（不図示）とを備えている。本実施の形態では、飛行体本体１６は上面視した際に円形であるものとする。
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、スクリュー制御部１４Ｆを含んで構成されている。

飛行体側通信部１４Ａは、管理装置１２の管理装置側通信部１２Ｂと無線回線Ｎを介して通信を行なうものであり、撮像部１４Ｂで撮像された画像情報、測位部１４Ｄで生成された測位情報、３次元形状測定部１４Ｅで生成された３次元形状情報を、管理装置側通信部１２Ｂに送信すると共に、管理装置側通信部１２Ｂから無人飛行体１４操作指令情報を受信するものである。図中符号１４０２は飛行体側通信部１４Ａのアンテナを示す。

撮像部１４Ｂは、無人飛行体１４の周囲を撮像して画像情報を生成するものである。本実施の形態では、撮像部１４Ｂは、飛行体本体１６の下面に設けられ、飛行体本体１６の下方、すなわち無人飛行体１４が飛行状態の際には水面側となる方向を撮像する。また、撮像部１４Ｂの撮影範囲は、後述する所定範囲を全て含むものとする。
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。

３次元形状測定部１４Ｅは、飛行体本体１６に支持部材２０を介して吊り下げられ水中に位置した状態で水底２２の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成するものである。
本実施の形態では、支持部材２０は、可撓可能なワイヤやロープで構成されている。支持部材２０として可撓性のあるワイヤやロープを用いることで、例えば３次元形状測定部１４Ｅが岩などの障害物と接触した場合などに、支持部材２０や３次元形状測定部１４Ｅ、飛行体本体１６の破損の程度を抑える上で有利となる。支持部材２０としてワイヤやロープを用いた場合、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可能性があるが、後述するスクリュー３０で３次元形状測定部１４Ｅの姿勢を安定させることができる。
また、支持部材２０を、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し、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もよい。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。

３次元形状測定部１４Ｅは、その筐体内に超音波を用いるソナー、あるいは、レーザー光を用いるレーザー測定機を格納している。
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。

レーザー測定機は、レーザー光を水底２２に照射すると共に、水底２２から反射された反射光を受信し、受信した反射光に基づいて３次元形状情報を生成するものである。
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。

スクリュー制御部１４Ｆは、３次元形状測定部１４Ｅに接続されたスクリュー３０の回転を制御する。上述のように、特に支持部材２０としてワイヤやロープを用いた場合、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可能性があるが、スクリュー制御部１４Ｆは、無人飛行体１４に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置が所定範囲内となるようスクリュー３０の回転を制御する。

図２および図３に示すように、３次元形状測定部１４Ｅには、３次元形状測定部１４Ｅの姿勢を安定させるためのスクリュー３０が接続されている。
本実施の形態では、釣鐘形状の３次元形状測定部１４Ｅの筐体の側面に沿って円形のフレーム３２を架け渡し、フレーム３２の半径方向に突出する４つのアーム３４の先端にそれぞれスクリュー３０が取り付けられている。４つのスクリュー３０は、図４に示すように、３次元形状測定部１４Ｅを上面視した際に９０度ずつ間隔を置いて取り付けられている。すなわち、スクリュー３０は、３次元形状測定部１４Ｅの水深方向の延在軸（図４の中心軸Ｏ）に対して対称に複数設けられている。このように複数のスクリュー３０を設けることで、３次元形状測定部１４Ｅを所望の位置に移動させやすくする上で有利となる。スクリュー３０は、図示しないモータ等によりスクリュー羽根３０Ａが回転軸３０Ｂの周りを回転することで、３次元形状測定部１４Ｅに推進力を生じさせる。

例えば、図２に示すように飛行体本体１６を上面視した際の飛行体本体１６の中心点を通る垂直軸（水深方向の延在軸）をＸとする。支持部材２０は、飛行体本体１６の下面の中心点に取り付けられおり、水流の影響のない状態では垂直軸Ｘに沿って延在するものとする。本実施の形態では、垂直軸Ｘから水平方向に半径Ｎの範囲を所定範囲Ｒとし、スクリュー制御部１４Ｆは、３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲Ｒ内に位置するようスクリュー３０の回転を制御する。

図４は、スクリュー制御部１４Ｆによるスクリュー制御を模式的に示す説明図であり、３次元形状測定部１４Ｅを上面視した図となっている。４つのスクリュー３０のうち、紙面上側に位置するものをスクリュー３０ａ、紙面右側に位置するものをスクリュー３０ｂ、紙面下側に位置するものをスクリュー３０ｃ、紙面左側に位置するものをスクリュー３０ｄとする。

例えば図４Ａに示すように、紙面上方から下方に向かう水流Ｆにより３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲Ｒに対して紙面下方側に外れた場合、スクリュー制御部１４Ｆは、紙面下側のスクリュー３０ｃを回転させて、紙面上方への推進力を発生させ、３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲Ｒ内に復帰させる。
また、例えば図４Ｂに示すように、紙面右上から左下に向かう水流Ｆにより３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲Ｒに対して紙面左下側に外れた場合、スクリュー制御部１４Ｆは、紙面下側のスクリュー３０ｃと紙面左側のスクリュー３０ｄを回転させて、紙面右上への推進力を発生させ、３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲Ｒ内に復帰させる。

スクリュー制御部１４Ｆは、例えば撮像部１４Ｂで撮像された画像情報を用いて、画像認識により無人飛行体１４（飛行体本体１６）に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置を検出して、スクリュー３０の稼働の有無や４つのスクリュー３０のいずれを稼働させるかを決定する。なお、３次元形状測定部１４Ｅは、支持部材２０との接続部を中心に周方向に回転する可能性がある。このため、例えば各スクリュー３０ａ～３０ｄを色分けしたり、マークを付すなどして、画像情報から各スクリュー３０ａ～３０ｄを識別できるようにして、いずれのスクリュー３０ａ～３０ｄを稼働させるかを判断してもよい。

また、例えば３次元形状測定部１４Ｅの位置を検知する測定部位置検知部（図示なし）を更に設け、スクリュー制御部１４Ｆは、測定部位置検知部で検知された３次元形状測定部１４Ｅの位置と、測位部１４Ｄで生成された無人飛行体１４（飛行体本体１６）の位置とに基づいて、無人飛行体１４に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置を検知するようにしてもよい。
測定部位置検知部は、例えば測位部１４Ｄと同様に測位衛星から受信した測位信号に基づいて３次元形状測定部１４Ｅの位置を測位するものであってもよいし、例えば飛行体本体１６に設けられた発信器からの信号を３次元形状測定部１４Ｅで受信し、その受信状況に基づいて３次元形状測定部１４Ｅからの相対位置を検知するものであってもよい。
この場合にも、３次元形状測定部１４Ｅの２点の位置を検知するなど、３次元形状測定部１４Ｅの周方向の回転状態を検知できるようにするのが好ましい。

なお、スクリュー制御部１４Ｆによるスクリュー３０の制御は、例えば作業者が撮像部１４Ｂで撮像された画像を見ながら遠隔操作により行ってもよい。すなわち、スクリュー制御部１４Ｆは、無線回線を介して供給される制御信号（スクリュー３０の回転を制御する操作指令情報）に基づいてスクリュー３０の回転を制御するようにしてもよい。

次に、図３のフローチャートを参照して水底形状測定装置１０の動作について説明する。
まず、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Ｓ１０）。
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、無人飛行体１４を水面２４に向けて降下させ、３次元形状測定部１４Ｅを空中から水中に移動させ、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Ｓ１２）。
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Ｓ１４）。
測定が開始されると、スクリュー制御部１４Ｆは、３次元形状測定部１４Ｅが飛行体本体１６から所定範囲内にあるか否か判断し（ステップＳ１６）、所定範囲内から外れた場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、スクリュー３０を作動させて所定範囲内に復帰させる（ステップＳ１８）。ステップＳ１６およびＳ１８は、測定中継続して行われる。
また、測定中は、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Ｓ２０）、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Ｓ２２）。
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Ｓ２４）。
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Ｓ２６）。
ステップＳ２２が否定ならばステップＳ１６に戻り同様の動作を行なう。
ステップＳ２２が肯定ならば、作業者は遠隔制御により無人飛行体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。

以上説明したように本実施の形態によれば、無人飛行体１４に支持部材２０を介して吊り下げた３次元形状測定部１４Ｅを水中に位置させて水底２２の３次元形状を測定し３次元形状情報を生成すると共に、測位部１４Ｄにより無人飛行体１４の位置を測位し測位情報として生成し、それら３次元形状情報および測位情報に基づいて水底形状情報生成部１２Ｆにより水底２２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ようにした。
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、本実施の形態では、３次元形状測定部１４Ｅにスクリュー３０を接続し、無人飛行体１４に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置が所定範囲内となるようスクリュー３０の回転を制御する。これにより、水中における３次元形状測定部１４Ｅの位置を安定させ、水底形状の測定精度を向上させる上で有利となる。
無人飛行体１４に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置を検出するにあたり、撮像部１４Ｂで撮像された画像情報を用いれば、例えば遠隔制御用の撮像部１４Ｂを流用してシステムコストを低減するとともに、３次元形状測定部１４Ｅの位置を迅速かつ正確に把握する上で有利となる。
また、無人飛行体１４に対する３次元形状測定部１４Ｅの相対位置を検出するにあたり、３次元形状測定部１４Ｅの位置を検知する測定部位置検知部を設ければ、３次元形状測定部１４Ｅの位置を精度よく検出することができる。また、測定部位置検知部で検知された３次元形状測定部１４Ｅの位置を水底形状情報の生成時に利用すれば、水底形状情報の精度をより向上させることができる。
また、作業者による遠隔制御により、すなわち無線回線を介して供給される制御信号に基づいてスクリュー３０の回転を制御すれば、３次元形状測定部１４Ｅの構成を簡素化することができ、システムコストを低減する上で有利となる。
また、スクリュー３０を３次元形状測定部１４Ｅの水深方向の延在軸に対して対称に複数設けることにより、３次元形状測定部１４Ｅの移動方向をより細やかに調整することができ、３次元形状測定部１４Ｅを所定範囲内に迅速に移動させる上で有利となる。

なお、本実施の形態では、４つのスクリュー３０を９０度ずつ間隔を置いて取り付けることによって、水平方向の様々な角度の水流に対応できるようにした。すなわち、２つのスクリュー３０を１８０度ずつ間隔を置いて取り付けた場合、スクリュー３０同士をつなぐ直線と直交する方向からの水流に対応することができないので、４つのスクリュー３０を配置するものとした。
一方、例えば３つのスクリュー３０を１２０度ずつ間隔を置いて取り付けることによっても、４つのスクリュー３０を配置するのと同様に様々な角度からの水流に対応することができる。

また、例えば図６に示すように、３次元形状測定部１４Ｅの筐体下面にスクリュー３０を設けてもよい。３次元形状測定部１４Ｅの筐体側面のみならず、筐体下面にスクリュー３０を設けることによって、水深方向の水流にも対応することができ、３次元形状測定部１４Ｅの姿勢をより安定させる上で有利となる。なお、水深方向の水流には、水深が深い方向に向かう流れと水深が浅い方向に向かう流れとがあるが、流れの方向に応じてスクリュー３０の回転方向を反転させることによって所望の方向への推進力を発生させることができる。
図６の例では、ソナーの超音波またはレーザー測定機のレーザー光の送受信部がある３次元形状測定部１４Ｅの筐体下面の中央部を避けてスクリュー３０を設けた場合を図示している。

また、例えば図７に示すように、スクリュー３０を水深方向に対して所定角度（０度より大きくかつ９０度未満）に傾けて設置してもよい。図７の例では、所定角度θを４５度としている。このように、スクリュー３０を水深方向に対して傾けることによって、図６と同様に水深方向の水流にも対応することができ、３次元形状測定部１４Ｅの姿勢をより安定させる上で有利となる。

また、上述した説明では、３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲から外れるまではスクリュー３０を停止させておくものとしたが、スクリュー３０の起動には一定の時間を要する。このため、例えば全てのスクリュー３０を常時低速で回転させておき、３次元形状測定部１４Ｅが所定範囲から外れた（または外れる可能性がある）場合に特定のスクリュー３０の出力を上げるようにしてもよい。このようにすることで、急な水流の変化に迅速に対応することができ、水底形状の測定精度を向上させることができるとともに、測定をより効率的に実施することができる。

また、水底形状情報生成部１２Ｆを無人飛行体１４に設け、水底形状情報生成部１２Ｆで生成された水底形状情報を無線回線Ｎを介して無人飛行体１４から離れた管理装置１２へ送信するようにしてもよい。
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。

また、本実施の形態では、３次元形状測定部１４Ｅを、超音波２６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ソナーを含んで構成したので、海、湖、河川などの水中の透明度の影響を受けることなく、正確な３次元形状情報を得る上で有利となり、水底形状情報生成部１２Ｆにより得られる水底形状情報の精度を確保する上で有利となる。

また、本実施の形態では、３次元形状測定部１４Ｅを、レーザー光２８を水底２２に照射すると共に、水底２２から反射された反射光を受信し、受信した反射光に基づいて３次元形状情報を生成するレーザー測定機を含んで構成した。
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。

なお、本実施の形態では、作業者が無人飛行体１４を遠隔制御する場合について説明したが、前述したように、自動制御により無人飛行体１４を予め定められた飛行コースを飛行させ、飛行コースに沿った水底２２の水底形状情報を得るようにしてもよく、その場合は、省人化を図りつつ水底形状の測定を効率的に行なう上で有利となる。

１０水底形状測定装置
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
１４Ｂ撮像部
１４Ｄ測位部
１４Ｅ３次元形状測定部
１４Ｆスクリュー制御部
１６飛行体本体
２０支持部材
２２水底
２６超音波
２８レーザー光
３０（３０ａ～３０ｂ）スクリュー
Ｎ無線回線
Ｒ所定範囲

Claims

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スクリューと、
前記スクリューの回転を制御するスクリュー制御部と、
前記無人飛行体の周囲を撮像して画像情報を生成する撮像部と、を備え、
前記スクリュー制御部は、前記撮像部で撮像された前記画像情報を用いて前記無人飛行体に対する前記３次元形状測定部の相対位置を検出し、前記無人飛行体に対する前記３次元形状測定部の相対位置が所定範囲内となるよう前記スクリューの回転を制御する、
ことを特徴とする水底形状測定装置。
前記無人飛行体から離れた箇所に管理装置が設けられ、
前記無人飛行体に無人飛行体側通信部が設けられ、
前記管理装置に、前記スクリュー制御部と無線回線により通信を行なう管理装置側通信部が設けられ、
前記スクリュー制御部は、前記無線回線を介して供給される制御信号に基づいて前記スクリューの回転を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の水底形状測定装置。
前記スクリューは、前記３次元形状測定部の水深方向の延在軸に対して対称に複数設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載の水底形状測定装置。