(57)【要約】【課題】レーザスキャナ等を用いて取得した３次元座標からケーブルの３Ｄモデルを作成し、全体が３Ｄモデル化できていないケーブルモデルからでも、ケーブル全体の張力を高精度に推定することができる設備状態検出装置、設備状態検出方法、及びプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る設備状態検出装置は、レーザスキャナ等を用いて取得した３次元座標からケーブルの３Ｄモデルを作成し、３Ｄモデルからその両端を結ぶ直線と弛度を取得し、既知の単位長のケーブル荷重を使ってケーブルの張力を算出することとした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理部と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長、及び前記ケーブルの３Ｄモデルと１点で接するまで前記直線を平行移動させたときの移動量である弛度を取得し、前記亘長、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算部と、
を備える設備状態検出装置。
【請求項２】
前記抽出処理部は、
前記構造物の表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データも入力され、前記３次元点群データを用いて前記構造物の３Ｄモデルも形成し、前記構造物それぞれの太さ、傾斜角及びたわみの状況情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の設備状態検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、
それぞれの前記構造物の３Ｄモデルから中心座標を検出し、同一地上高における前記中心座標の間の距離を計算し、前記距離からそれぞれの前記構造物の半径を差し引いた構造物間亘長を算出し、
前記ケーブルの３Ｄモデルの長さが前記構造物間亘長より短い場合、並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれについて、前記亘長と前記構造物間亘長との比率及び前記弛度から前記ケーブルの３Ｄモデル全体の弛度を演算し、
並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれから演算した前記３Ｄモデル全体の弛度を平均した平均弛度を前記ケーブルの張力を算出するときの前記弛度とすることを特徴とする請求項２に記載の設備状態検出装置。
【請求項４】
前記抽出処理部は、
前記３次元点群データとともに入力される、前記３次元座標の取得時に捕捉した人工衛星の数、及び前記３次元座標の取得時の測定器の速度に関する情報の少なくとも一方が予め設定された規定値を満たさない場合、前記規定値を満たさなかった前記３次元座標を前記３Ｄモデルの形成に使用しないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の設備状態検出装置。
【請求項５】
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理手順と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長、及び前記ケーブルの３Ｄモデルと１点で接するまで前記直線を平行移動させたときの移動量である弛度を取得し、前記亘長、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算手順と、
を行う設備状態検出方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の設備状態検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電柱や信号柱等のポールに布設されている、電力線や電話線等のケーブル、支線等の、主として屋外に存在する線条の状態からポールに加わる張力やモーメントを推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電柱や信号柱等のポールは、ポール毎に許容できる設計荷重が設定されており、設計者は布設する予定のケーブル及びその他付属物における荷重の最大値を推定し、当該推定した荷重に見合う設計荷重を有するポールを選定する。特に、布設した電柱群の両端等には支線が布設され、当該電柱群に掛かる荷重について均衡を保っている。この様な荷重設計は、ポールの新設時は元より、ケーブル等が追加される場合にも従来の設計データに、新たに追加される荷重を加えることで布設可能か否かを推定している。
【０００３】
一方、車両に３次元レーザスキャナ（３Ｄレーザ測量機）、カメラ、ＧＰＳ、ＩＭＵ（慣性計測装置）、オドメータ（走行距離計）を搭載し、路上を走行しながら周囲の建物、道路、橋梁などを含む屋外構造物の３次元測量を網羅的に行い、当該屋外構造物の表面上の多数の点の３次元座標を収集できるモービルマッピングシステム（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＭＭＳ）が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。このシステムを用いて取得した３次元座標から、電柱やケーブル等の屋外構造物の３次元（３Ｄ）モデルを形成し、当該屋外構造物の現在の状態等を現地に赴かずにＰＣ内で３次元に再現する技術について検討されている（例えば、技術文献１及び２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０７８８４９公報
【特許文献２】特開２０１７−１５６１７９公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“三菱モービルマッピングシステム  高精度ＧＰＳ移動計測装置”、［ｏｎｌｉｎｅ］、三菱電機株式会社、［平成２９年１月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｍｓ／＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
設計者により成される荷重の最大値を基にした荷重設計にて布設されたポールは、年月を経る毎に傾きやたわみ等が発生する。例えば、ある電柱にたわみが生じた場合、当該電柱の両隣に布設されている電柱では電柱間の距離（亘長）が変化することとなる。その際、電柱間に布設されたケーブルは、亘長が短くなった電柱間に存在する場合は垂れ下がり（弛度）が大きくなり、亘長が長くなった電柱間に存在する場合は弛度が小さくなる。ここで、ケーブルの弛度が電柱に与える張力について、下記の式が成り立つ。
【数１】
2020098126.tif 000003
ここで、Ｔは張力（ｋｇ）、ｗは単位長さ辺りのケーブル荷重（ｋｇ／ｍ）、ｓは亘長（ｍ）、ｄは弛度（ｍ）である。
【０００７】
よって、電柱のたわみが大きくなり、弛度が大きくなった場合に張力は小さくなり、同様に弛度が小さくなった場合に張力は大きくなる。ここで、亘長が長くなり弛度が小さくなることで張力が大きくなった場合、当初予想していない過大で不均一な荷重（不平衡荷重）が電柱に掛かることになる。図１に、実際の設備形態で多く用いられる数値にて計算した弛度ｄと張力Ｔの計算結果を示す。図より、弛度が１ｍより小さい領域では、弛度が数１０ｃｍで水平張力が数１００ｋｇ変化することが分かる。水平張力が数１００ｋｇ変化したことで、電柱の設計張力を大きく超える状態が長期間続く場合、電柱はひびを生じ、使用期間の低減は元より、最悪は倒壊の危険性がある。
【０００８】
しかしながら、ポール及びケーブル等の布設後に目視等で弛度や亘長及び電柱のたわみを数ｃｍオーダで計測することは熟練者が多くの時間をかけて計測する必要がある。実際、当該設備を点検する場合は、不平衡荷重によりひびやたわみが発生しているか否かを、全てのポールに対して点検者が実際の場所に赴き、目視にて危険性の有無を判断している。よって、熟練度の高い点検者が必要であり、かつ人数についても大規模に必要となるため、多大な点検コストが必要となる。すなわち、点検者による点検には、熟練度やコストの第１の課題がある。
【０００９】
また、ＭＭＳにより取得した３次元座標を基に作成した３Ｄモデルにて、ケーブルの状態を把握する場合、数１０ｍに渡り直径が１ｃｍ程度のケーブルを全区間に渡って３Ｄモデル化することは困難である。その理由として、ＭＭＳに搭載したレーザスキャナの分解能や発振周期等によって取得できるケーブルにおける３次元座標の一部が欠落することが挙げられる。すなわち、３次元レーザスキャナによる点検には、ケーブル全体の３Ｄモデルを形成できず、張力を点検できない場合があるという第２の課題がある。
【００１０】
さらに、欠落した情報を取得できた情報にて補う（内挿する）場合、誤差やノイズの影響を受けて精度が落ちることとなる。すなわち、３次元レーザスキャナによる点検には、測定精度の第３の課題もある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、レーザスキャナ等を用いて取得した３次元座標からケーブルの３Ｄモデルを作成し、全体が３Ｄモデル化できていないケーブルモデルからでも、ケーブル全体の張力を高精度に推定することができる設備状態検出装置、設備状態検出方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る設備状態検出装置は、レーザスキャナ等を用いて取得した３次元座標からケーブルの３Ｄモデルを作成し、３Ｄモデルからその両端を結ぶ直線と弛度を取得し、既知の単位長のケーブル荷重を使ってケーブルの張力を算出することとした。
【００１３】
具体的には、本発明に係る設備状態検出装置は、
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理部と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長、及び前記ケーブルの３Ｄモデルと１点で接するまで前記直線を平行移動させたときの移動量である弛度を取得し、前記亘長、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算部と、
を備える。
【００１４】
また、本発明に係る設備状態検出方法は、
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理手順と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長、及び前記ケーブルの３Ｄモデルと１点で接するまで前記直線を平行移動させたときの移動量である弛度を取得し、前記亘長、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算手順と、
を行う。
【００１５】
本設備状態検出装置は、レーザスキャナを用いてケーブルの３次元座標を取得しており、現在のケーブルの状態等を現地に赴かずにＰＣ内で３次元に再現することができる。さらに、ケーブルの亘長と弛度を３次元座標から取得できるので、式（１）を用いてケーブルの張力を演算できる。従って、本設備状態検出装置は、第１の課題を解決することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る設備状態検出装置の前記抽出処理部は、前記構造物の表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データも入力され、前記３次元点群データを用いて前記構造物の３Ｄモデルも形成し、前記構造物それぞれの太さ、傾斜角及びたわみの状況情報を取得することを特徴とする。本設備状態検出装置は、ケーブルだけでなく電柱等の構造物についての状況も把握することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る設備状態検出装置の前記演算部は、
それぞれの前記構造物の３Ｄモデルから中心座標を検出し、同一地上高における前記中心座標の間の距離を計算し、前記距離からそれぞれの前記構造物の半径を差し引いた構造物間亘長を算出し、
前記ケーブルの３Ｄモデルの長さが前記構造物間亘長より短い場合、並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれについて、前記亘長と前記構造物間亘長との比率及び前記弛度から前記ケーブルの３Ｄモデル全体の弛度を演算し、
並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれから演算した前記３Ｄモデル全体の弛度を平均した平均弛度を前記ケーブルの張力を算出するときの前記弛度とすることを特徴とする。
【００１８】
本設備状態検出装置は、式（２）及び式（３）を用いることで、ケーブルの一部だけ３Ｄモデル化できればケーブルの張力を演算できる。従って、本設備状態検出装置は、第２の課題を解決することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る設備状態検出装置の前記抽出処理部は、前記３次元点群データとともに入力される、前記３次元座標の取得時に捕捉した人工衛星の数、及び前記３次元座標の取得時の測定器の速度に関する情報の少なくとも一方が予め設定された規定値を満たさない場合、前記規定値を満たさなかった前記３次元座標を前記３Ｄモデルの形成に使用しないことを特徴とする。
【００２０】
本設備状態検出装置は、捕捉したＧＰＳの数やＭＭＳの加速度等のデータに基づいて３次元座標を取捨できるので、信頼性の高い３次元座標のみで３Ｄモデルを形成できる。従って、本設備状態検出装置は、第３の課題を解決することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記設備状態検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本設備状態検出装置は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、レーザスキャナ等を用いて取得した３次元座標からケーブルの３Ｄモデルを作成し、全体が３Ｄモデル化できていないケーブルモデルからでも、ケーブル全体の張力を高精度に推定することができる設備状態検出装置、設備状態検出方法、及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】弛度と張力の関係性を示すグラフである。
【図２】ＭＭＳを用いた設備状態を検出する手法を説明する図である。
【図３】固定式レーザスキャナを用いて設備状態を検出する手法を説明する図である。
【図４】本発明に係る設備状態検出装置を説明するブロック図である。
【図５】本発明に係る設備状態検出装置の抽出処理部が行う３Ｄモデルの抽出処理を説明するフローチャートである。
【図６】本発明に係る設備状態検出装置の抽出処理部が行うポールの３Ｄモデルを形成する処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明に係る設備状態検出装置の抽出処理部が行うケーブルの３Ｄモデルを形成する処理を説明するフローチャートである。
【図８】本発明に係る設備状態検出装置の演算部が行う構造物間亘長の算出を説明するフローチャートである。
【図９】本発明に係る設備状態検出装置の演算部が行うケーブルの弛度及び張力の算出を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明に係る設備状態検出装置の演算部が行うケーブルの３Ｄモデルにおける欠落の有無を判定する基準を説明する図である。
【図１１】本発明に係る設備状態検出装置の演算部が行う、ケーブル全体ではない３Ｄモデルからの弛度の算出を説明する図である。
【図１２】本発明に係る設備状態検出装置での測定例を説明する図である。
【図１３】弛度の定義を説明する図である。
【図１４】本発明に係る設備状態検出装置の抽出処理部が行うケーブルの３Ｄモデルを形成する処理を説明するフローチャートである。
【図１５】本発明に係る設備状態検出装置の演算部が行うケーブルの弛度及び張力の算出を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
（実施形態１）
図２は、本実施形態の設備状態検出方法を実施するための情報を収集する装置ＭＭＳ１０１を説明する図である。ＭＭＳ１０１は車両に搭載された３次元レーザスキャナ１、ＧＰＳ２、ＩＭＵ３、及び記憶媒体９を備える。車両の走行中に３次元レーザスキャナ１、ＧＰＳ２およびＩＭＵ３により周囲の構造物について３次元測量を行い、これらのデータを記憶媒体９に格納する。具体的には、ＭＭＳ１０１は、電柱（ポール）５、電線（ケーブル）６、クロージャ７等の屋外構造物の３次元（ＸＹＺ）座標を点群データ、これらの外観を画像データとして取得している。また、図３のように、移動式のＭＭＳだけではなく、三脚８上にレーザスキャナ１及びＧＰＳ２を設置した固定式レーザスキャナ１０２によっても点群データ及び画像データを取得できる。
【００２６】
図４は、本実施形態の設備状態検出装置３０１を説明するブロック図である。設備状態検出装置３０１は、
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理部１１と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長Ｓ’、及び前記ケーブルの３Ｄモデルと１点で接するまで前記直線を平行移動させたときの移動量である弛度を取得し、亘長Ｓ’、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算部１２と、
を備える。
【００２７】
抽出処理部１１は、前記構造物の表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データも入力され、前記３次元点群データを用いて前記構造物の３Ｄモデルも形成し、前記構造物それぞれの太さ、傾斜角及びたわみの状況情報を取得する。
【００２８】
ＭＭＳ１０１の３次元レーザスキャナ１、ＧＰＳ２およびＩＭＵ３からはそれぞれ、屋外構造物までの３次元距離データ、車両の位置座標および車両の加速度データが得られ、これらも前記の点群データ及び画像データと併せて記憶媒体９に入力される。同様に、固定式レーザスキャナ１０２の３次元レーザスキャナ１およびＧＰＳ２からはそれぞれ、屋外構造物までの３次元距離データおよび自身の位置座標が得られ、これらも前記の点群データ及び画像データと併せて記憶媒体９に入力される。
【００２９】
抽出処理部１１は、記憶媒体９に格納された点群データ等から、３Ｄモデル（以下３Ｄモデルデータ）を形成する。加えて、３Ｄモデルデータは抽出処理部１１にて当該モデルの持つ座標情報より、ポールであれば太さ、傾斜角及びたわみ、ケーブルであれば最低地上高を算出する。演算部１２は、ポールの太さ、たわみ及び傾斜角、ケーブル地上高の参照し、複数のポールの３Ｄモデルから亘長を、ケーブルの端点から弛度及び張力をそれぞれ算出する。
【００３０】
図５は、抽出処理部１１が行う構造物の３Ｄモデルの抽出処理を説明するフローチャートである。抽出処理部１１は、例えば、特許文献１に記載される手法で、電柱や電線の３Ｄモデルを形成する。
【００３１】
図６は、図５のステップＳ１１からステップＳ１２の作業を説明するフローチャートである。抽出処理部１１は、ステップＳ２０によりポールの検出処理を開始し、次のようにポールを３Ｄモデルとして抽出し、かつポールの中心座標、太さ、傾斜角、たわみ等を算出する。まず、抽出処理部１１は、ＭＭＳ１０１や固定式レーザスキャナ１０２の記憶媒体９から点群データを読み込む（ステップＳ２１）。抽出処理部１１は、点群データの持つ位置情報等からクラスタ化してスキャンラインとし（ステップＳ２２）、全てのスキャンラインからポール状の物体を検索する（ステップＳ２３）。そして、抽出処理部１１は、同一高度の点群より円を作成してポールとする候補を絞り（ステップＳ２４）、当該候補に対して鉛直方向に円を重ねる（ステップＳ２５）。また、抽出処理部１１は、重ねた円の中心を連結し、不自然な形状の候補を除外し、残った候補をポールとする（ステップＳ２６）。なお、「不自然な形状」とは、円又は円弧ではない形状を意味する。続いて、抽出処理部１１は、得られたポールを構成する円の中心における位置情報から太さ、傾斜角、及びたわみを算出する（ステップＳ２７）。最後に、抽出処理部１１は、得られたポールを３Ｄモデル化し、算出情報と共に演算部１２へ出力する（ステップＳ２８）。
【００３２】
図７は、図５のステップＳ１３からステップＳ１４の作業を説明するフローチャートである。抽出処理部１１は、ステップＳ３０によりケーブルの検出処理を開始し、次のようにケーブルを３Ｄモデルとして抽出する。まず、抽出処理部１１は、ＭＭＳ１０１や固定式レーザスキャナ１０２の記憶媒体９から点群データを読み込む（ステップＳ３１）。抽出処理部１１は、例えば、ポールが電柱や信号柱である場合、点群データの持つ位置情報等から道路の上に存在するデータであるのか（１：道路領域）、それ以外であるのか（０：電柱区間）を判断する（ステップＳ３２）。電柱区間であれば、抽出処理部１１は、当該区間にある懸垂線状の点群を検出し（ステップＳ３３）、不自然な懸垂線を除外し、残った懸垂線を連結させる（ステップＳ３４）。なお、不自然な懸垂線とは、他の懸垂線と連結した時に連続性のない特異点が発生する形状のものを指す。一方、道路区間であれば、抽出処理部１１は、道路の鉛直上方にある懸垂線状の点群を検出し（ステップＳ３５）、不自然な懸垂線を除外し、残った懸垂線を連結させる（ステップＳ３６）。そして、抽出処理部１１は、連結させた懸垂線について、地表からの高さ等の情報を算出し、それらから電線や電話線等を分類する（ステップＳ３７）。最後に、抽出処理部１１は、得られた懸垂線をケーブルとして３Ｄオブジェクト化し、算出情報と共に演算部１２へ出力する（ステップＳ３８）。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態では、図８及び図９を用いて、電柱や信号柱等のポールの位置、たわみ、傾斜角、亘長、ケーブルの弛度及び張力を定量的に計測する方法について述べる。図８は、演算部１２が行う亘長の算出方法を説明するフローチャートである。図９は、演算部１２が行う弛度及び張力の算出方法を説明するフローチャートである。
【００３４】
実施形態１で説明したように、抽出処理部１１は、ＧＰＳの位置情報と連動した３次元レーザスキャナにて取得した、屋外構造物の点群データを３Ｄモデルに変換するとともに、これらから、ポールの位置、太さ、傾斜角及びたわみを算出する。
【００３５】
その後、演算部１２は、ポールの３Ｄモデル及び算出情報から亘長を算出し、既存ＤＢ、ケーブルの３Ｄモデル、及び算出情報から弛度及び張力を算出する。具体的には、演算部１２は、
それぞれの前記構造物の３Ｄモデルから中心座標を検出し、同一地上高における前記中心座標の間の距離を計算し、前記距離からそれぞれの前記構造物の半径を差し引いた構造物間亘長Ｓを算出し、
前記ケーブルの３Ｄモデルの長さが構造物間亘長Ｓより短い場合、並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれについて、亘長Ｓ’と構造物間亘長Ｓとの比率及び前記弛度から前記ケーブルの３Ｄモデル全体の弛度を演算し、
並列しない前記ケーブルの３Ｄモデルそれぞれから演算した前記３Ｄモデル全体の弛度を平均した平均弛度を前記ケーブルの張力を算出するときの前記弛度とすることを特徴とする。
【００３６】
ここで、図１０及び図１１を用いて亘長Ｓ’、構造物間亘長Ｓ、弛度ｄ’、弛度ｄ及び実長Ｌの定義を説明する。図１０（Ａ）は２本の電柱２１に架け渡された電線２２を説明している。構造物間亘長Ｓとは、電柱２１の表面のうち、電線２２が接続されている部分２１ａの間の距離である。そして、弛度ｄとは、電柱２１の部分２１ａ間を結ぶ直線２３と電線２２との間の最長距離である。また、実長Ｌとは、電線２２の実際の長さである。
【００３７】
３Ｄモデルは、３次元点群データから形成されるので、レーザースキャナのデータ取得状態によっては、電線２２全体が３Ｄモデル化されないこともある。図１０（Ｂ）は、電線２２全体を３Ｄモデル化できた場合、図１０（Ｃ）は、電線２２全体を３Ｄモデル化できなかった場合を説明する図である。図１０（Ｃ）の場合、亘長と弛度は、図１１のように亘長Ｓ’と弛度ｄ’となる。
【００３８】
図８は、演算部１２が行う構造物間亘長Ｓの算出を説明するフローチャートである。演算部１２は、ステップＳ４０で亘長の算出を開始すると、抽出処理部１１からポールの３Ｄモデルを読み込む（ステップＳ４１）。続いて、演算部１２は、ポールの３Ｄモデルからポールの地面から頭頂部までの中心座標を検出し（ステップＳ４２）、隣接するポール同士の距離を算出する（ステップＳ４３）。そして、演算部１２は、地面から同じ高さにおけるポールの中心座標同士を用い、かつポールの半径をそれぞれ差し引くことで構造物間亘長Ｓを算出する（ステップＳ４４）。
【００３９】
図９は、演算部１２が行う弛度（ｄ又はｄ’）及び張力Ｔの算出を説明するフローチャートである。演算部１２は、ステップＳ５０で弛度及び張力の算出を開始すると、抽出処理部１１からポール及びケーブルの３Ｄモデルを読み込み、さらに図８の手順で算出した構造物亘長Ｓを読み込む（ステップＳ５１）。続いて、演算部１２は、ポール及びケーブルの３Ｄモデルと構造物間亘長Ｓとを比較し、ポール間に検出されたケーブルの３Ｄモデルに欠落があるか否かを判断する（ステップＳ５２）。例えば、図１０のように、３０ｍの構造物間亘長Ｓを有するポール間に検出されたケーブルの３Ｄモデルの実長Ｌは一般的に３０〜３０数ｍの範囲である。ケーブルの３Ｄモデルの長さが当該範囲を下回る場合は３Ｄモデルの欠落が生じていることになる。そこで、演算部１２は、３次元点群データの３次元座標よりケーブルの３Ｄモデルの長さＬｍを計算し、長さＬｍと構造物間亘長Ｓとを比較し、次式よりケーブルの３Ｄモデルの欠落有無を判定する。
（判定式）
Ｌｍ＞Ｓ＋αであれば欠落なし
Ｌｍ≦Ｓ＋αであれば欠落あり
ただし、αはＳの１０％程度の値であり、作業者が任意で設定することができる。
【００４０】
ステップＳ５２で３Ｄモデルに欠落が無いと判断した場合、演算部１２は、構造物間亘長Ｓを用いて弛度ｄを算出する（ステップＳ５３）。具体的には、演算部１２は、ケーブルの３Ｄモデルの両端２１ａを結ぶ直線２３とケーブルの３Ｄモデルの各点との距離のうちで最長の距離を弛度ｄとする（図１１参照）。
【００４１】
一方、ステップＳ５２で３Ｄモデルに欠落が有ると判断した場合、演算部１２は、ポール間で検出されたケーブルの３Ｄモデルにて弛度ｄ’を算出する（ステップＳ５４）。具体的には、演算部１２は、ケーブルの３Ｄモデルの一端２１ａと他端２４ａを結ぶ直線２４とケーブルの３Ｄモデルの各点との距離（この距離は直線２４に垂直ではなく、直線２３に垂直な方向の距離である。）のうちで最長の距離を弛度ｄ’とする（図１１参照）。ケーブルの３Ｄモデルが複数存在する場合、演算部１２は３Ｄモデル毎に弛度ｄ’を算出する。そして、ケーブルの３Ｄモデルが複数存在する場合、電線が並列している場合もあるので、演算部１２は、３次元点群データの３次元座標より３Ｄモデルが電線が並列したものであるのか、１本の電線の一部分であるのかを判断する。演算部１２は、１本の電線の一部分であると判断したケーブルの３Ｄモデルの弛度ｄ’の平均値を算出する（ステップＳ５５）。
【００４２】
続いて、演算部１２は、ステップＳ５６とステップＳ５７で張力Ｔを算出する。ステップＳ５２でケーブルモデルに欠落が無いと判断された場合、演算部１２は、構造物間亘長Ｓ、弛度ｄ、及び既存の設備ＤＢ（以下、既存ＤＢ）に保有している単位長さ辺りのケーブル荷重ｗを式（１）に代入して張力Ｔを算出する。
【００４３】
一方、ステップＳ５２でケーブルモデルに欠落が有ると判断された場合、演算部１２は、次のように張力Ｔを算出する。図１１を用いて説明する。あるポール間に静止状態で存在するケーブルによる張力は任意の区間どの様に取ったとしても等しくならなくてはならない。例えば、Ａ−Ｂ区間、Ａ’−Ｂ’区間、Ａ−Ａ’区間、Ｂ’−Ｂ区間それぞれの張力が等しくない場合、ケーブルは振動しているなど静止状態ではない。従って、ケーブルが静止状態である場合、どの区間の３Ｄモデルの弛度ｄ’から張力Ｔを算出しても同じ値となる。このことから、ＡＢ区間の亘長を構造物間亘長Ｓ、弛度をｄとし、Ａ’−Ｂ’区間の亘長をＳ’、弛度をｄ’とし、単位長さ辺りのケーブル荷重をＷとした場合、それぞれの張力は等しいことから下記の式が成り立つ。
【数２】
2020098126.tif 000004
ここから、
【数３】
2020098126.tif 000005
と変形することができる。これは、電柱の全区間におけるケーブルの弛度ｄは、一部区間のｄ’に亘長Ｓ’と構造物間亘長Ｓの比を乗した数値と等しいことが分かる。よって、３Ｄモデル化した際に、全体がモデル化できていないケーブルモデルであっても、演算部１２は、一部区間のケーブルモデルより弛度ｄ’、亘長Ｓ’及び構造物間亘長Ｓを取得し、全区間の弛度ｄを推定することができ、ひいては全体の張力Ｔを推定できる。
【００４４】
（具体例）
図１２は、上述した「電柱間における一部区間の亘長部分から全区間の亘長部分における弛度を推定する方法」を確認するための実験系を説明する図である。Ａ−Ｂ区間の亘長（構造物間亘長Ｓに相当）は約９．８０ｍであり、布設されたケーブル実長Ｌは約９．８２ｍであった。この場合の弛度ｄをレーザ測定器にて測定したところ、約２３．５３ｃｍであった。次に、任意のＡ’−Ｂ’区間にて設定したところ、亘長Ｓ’は約４．８８ｍであり、布設されたケーブル実長Ｌｍは約９．８２ｍであった。この場合の弛度ｄ’をレーザ測定器にて測定したところ、約６．２０ｃｍであった。この測定した弛度にＡ−Ｂ区間とＡ’−Ｂ’区間の亘長の比（Ｓ２／Ｓ’２）を乗じると、一部区間から推定された全区間における弛度は約２４．９６ｃｍとなる。前述した全区間Ａ−Ｂの弛度は約２３．５３ｃｍであることから、誤差は約１．４３ｃｍである。同様に、残区間（全区間Ａ−Ｂから一部区間Ａ’−Ｂ’を除いた区間）の弛度は約５．９０ｃｍであり、これから全区間の弛度を推定すると約２３．４５ｃｍとなる。誤差は約０．０８ｃｍである。
【００４５】
上述の一部区間から推定できた弛度をｄ、ＡＢ区間の亘長をＳ、単位長さ辺りのケーブル荷重をＷとした場合、式（１）から張力を推定することが可能となる。
【００４６】
また、構造物間亘長Ｓについても、ポールの３Ｄモデルから算出する際に、地際や頭頂部から算出するのではなく、各ケーブルが布設されている高さにて測定あるいは推定された長さを用いれば、ポールの傾きやたわみによる影響を受けなくなる。
【００４７】
（実施形態３）
ケーブルの張力の点検は、電柱に架け渡されている電線だけでなく、ポール状でない鉄塔に架け渡されている高圧線の場合もある（例えば図１３）。図１３では、ケーブル２２が高圧線であり、構造物Ａ及びＢは鉄塔である。図１３のような場合、ポール状の電柱がないため、実施形態１や２で説明した方法では張力を算出できない。そこで、本実施形態では、点群データから電柱の３Ｄモデルを形成せずに、電線（ケーブル）の亘長、弛度及び張力を定量的に計測する例について述べる。図１２に示す様に、ＧＰＳの位置情報と連動した３次元レーザスキャナにて取得した点群データから、ケーブルの端点Ａ及びＢの間の座標を取得する。図４の抽出処理部１１は、当該点群を用いて図１４のフローチャートに従い、ケーブルの３Ｄモデルを形成する。抽出処理部１１は、ステップＳ３０によりケーブルの検出処理を開始する。まず、抽出処理部１１は、ＭＭＳ１０１や固定式レーザスキャナ１０２の記憶媒体９から点群データを読み込み、当該点群データの中から懸垂線状の点群を検出する（ステップＳ３５ａ）。そして、抽出処理部１１は、不自然な懸垂線を除外し、残った懸垂線を連結させる（ステップＳ３６ａ）。最後に、抽出処理部１１は、得られた懸垂線をケーブルとして３Ｄオブジェクト化し、算出情報と共に演算部１２へ出力する（ステップＳ３８）。
【００４８】
その後、演算部１２は、ケーブルの３Ｄモデルを用いて図１５のフローチャートに従い、弛度と張力を算出する。演算部１２は、ステップＳ５０で弛度及び張力の算出を開始すると、抽出処理部１１からポール及びケーブルの３Ｄモデルを読み込む（ステップＳ５１ａ）。続いて、演算部１２は、ケーブルの３Ｄモデルにて弛度と亘長を算出する（ステップＳ５４ａ）。ここで、演算部１２は、端点Ａ及びＢを結んだ直線２４を平行移動し、ケーブル２２上の最も下方にある接点の座標を用いて弛度ｄを算出する（図１３参照）。なお、ケーブル全てが３Ｄモデル化されていない場合、３Ｄモデルの両端の座標を用いて同様に弛度ｄ’を算出する。また、構造物間亘長Ｓもしくは区間亘長Ｓ’は直線２４の長さである。続いて、演算部１２は、ステップＳ５６とステップＳ５７で張力Ｔを算出する。演算部１２は、構造物間亘長Ｓもしくは区間亘長Ｓ’、弛度ｄもしくはｄ’、及び既存ＤＢに保有している単位長さ辺りのケーブル荷重ｗを式（２）に代入して張力Ｔを算出する。
【００４９】
（実施形態４）
本実施形態では、屋外構造物の点群データを３Ｄモデルに変換し、電柱や信号柱等のポールの位置、たわみ、傾斜角、亘長、弛度及び張力を推定する際に、高精度に実施する方法について述べる。
【００５０】
点群データはＧＰＳの位置情報と連動して座標を取得しているが、ＧＰＳ衛星を捕捉している数が少ない場合は誤差が大きい場合が一般的である。加えて、ＭＭＳ等の移動体にて点群データを取得する場合は、ＩＭＵと呼ばれる慣性計測装置を具備し、当該装置にて３軸の角度や角速度を計測し、位置精度を向上することに使用される。しかしながら、当該装置は移動体の急制動ないし急加速等の動作がある場合に、誤差が発生することが一般的である。
【００５１】
上記より、取得された３次元点群データの位置精度は走行速度や車両姿勢によるところがあり、一様ではない。これは、ポール等及びケーブルを取得する場合でも同様であり、同一ポールないしケーブルであっても、取得された３次元点群データの位置精度は状況により変化する。そこで、本実施形態では、ＧＰＳ衛星の捕捉数やＩＭＵにて取得された加速度等の変化量等から、３次元点群データの位置精度を推定する。
【００５２】
例えば、図１０に示した欠落なしのケーブルの３Ｄモデルであっても、全体が様々な位置精度を持った３次元点群データから作成されている場合、精度の低い３次元座標も３Ｄモデル化に使用されていることになる。一方、同図に示した欠落ありのケーブルの３Ｄモデルであっても、全て高い位置精度を持った３次元点群データから作成されている場合、前述の様々な位置精度を持った３次元点群データから作成されたケーブル全体の３Ｄモデルより、高い精度の弛度及び張力を算出できる。
【００５３】
そこで、抽出処理部１１は、前記３次元点群データとともに入力される、前記３次元座標の取得時に捕捉した人工衛星の数、及び前記３次元座標の取得時の測定器の速度に関する情報（加速度や速度）の少なくとも一方が予め設定された規定値を満たさない場合、前記規定値を満たさなかった前記３次元座標を前記３Ｄモデルの形成に使用しないことを特徴とする。本手法では、例えば、捕捉した人工衛星の数が３以上、ＭＭＳの速度が４０ｋｍ／ｈ以下、且つＭＭＳの加速度が３ｍ／ｓ２以下のときに取得された３次元点群データからのみケーブルの３Ｄモデル化を実施する。このように３次元点群データを選別することで、弛度及び張力の算出を高い精度にて実施できる。
【００５４】
［付記］
以下は、本実施形態の設備状態検出装置を説明したものである。
本設備状態検出装置は、
（１）：
レーザスキャナを用いて取得した屋外構造物の表面上の点における３次元座標を表す３次元点群データを用いて前記設備を３Ｄモデル化したデータからポールの位置、太さ、傾斜角及びたわみ、ケーブルの最低地上高を検出する装置である。
（２）：
また、作成したポールの３Ｄモデルデータ及び位置情報から、ポールと隣接するポールとの距離を検出する機能をさらに有する。
（３）：
ポール間およびポールと家屋等の外壁における距離とケーブルの位置情報を用いて、当該ポール間に作用する張力を算出する機能をさらに有する。
（４）：
ポール間およびポールと家屋等の外壁に存在するケーブル情報において、当該ケーブル情報に一部区間に欠落が存在した場合に、当該欠落部分を除いた一部区間のケーブルの位置情報を用いて弛度を推定し、全区間に作用する張力を推定する機能をさらに有する。
（５）：
弛度及び張力の推定方法において、３次元点群データの位置精度を考慮し、当該位置精度の高い点群のみから３Ｄモデルを作成し、一部区間のケーブル位置情報から全区間に作用する弛度及び張力を推定する機能をさらに有する。
【００５５】
本設備状態検出装置は、
２つの構造物の間に架け渡されるケーブルの表面を３次元座標の点で表現した３次元点群データが入力され、前記３次元点群データを用いて前記ケーブルの３Ｄモデルを形成する抽出処理手順（図５〜図７）と、
前記ケーブルの３Ｄモデルの両端を結ぶ直線の距離である亘長、及び前記直線と前記ケーブルの３Ｄモデルの各点との距離のうちで最長の距離である弛度を取得し、前記亘長、前記弛度及び既知である単位長のケーブル荷重から前記ケーブルの張力を算出する演算手順（図８、図９）と、
を行う。
【００５６】
（効果）
本開示によれば、レーザスキャナを搭載したＭＭＳ等を用いて、屋外設備における３次元座標を取得し、実際のケーブルの一部分でも３Ｄモデル化することができれば、ケーブルに掛かる張力が推定できる。これにより、電柱間や電柱−ユーザ宅に掛かる張力が可視化することができ、その他付属物の荷重等を組み合わせることで、ポールに掛かる全ての荷重を可視化することができる。これにより、ケーブル熟練度の高い点検者が全てのポールについて点検を実施せずに、危険性の高い（不平衡荷重の大きい）ポールを抽出することができ、実際の設備に赴く稼働を削減することも可能である。
【００５７】
また、ケーブルの３Ｄモデル化を実施する場合、欠落した点群を内挿して補う場合、ノイズや誤差を持つ点群を使用して内挿を実施した場合、誤差が大きくなることを防ぐため、点群が有する位置精度から当該精度の高い点群のみから本方法による設備状態の推定を実施すれば、他手法よりも高精度に設備状態を推定することができる。
【００５８】
加えて、不平衡荷重が発生している部分を解消することができれば、ポールの使用期間を大きく伸ばすことが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１：３次元レーザスキャナ
２：ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）
３：ＩＭＵ（慣性計測装置）
５：電柱（ポール）
６：電線（ケーブル）
７：クロージャ
８：三脚
９：記憶媒体
１１：抽出処理部
１２：演算部
２１：ポール（電柱）
２１ａ：部分
２２：電線（ケーブル）
２３：直線
２４：直線
１０１：ＭＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）
１０２：固定式レーザスキャナ
３０１：設備状態検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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