(57)【要約】  無人飛行体には、ガス検知部、測距部及び高度制御部が設置されている。ガス検知部は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射する。ガス検知部は、検知光の出射により、測定箇所（ガス輸送用の管状部材のうち、検知光が照射されている箇所）から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した第１の光に基づいて、測定箇所でのガス漏れを検査する。測距部は、ガス検知部と測定箇所の距離を測定する。高度制御部は、測定された距離に基づいて、無人飛行体の飛行高度を制御する。
2017022556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に延びたガス輸送用の管状部材のガス漏れを上空から検知する装置であって、
無人飛行体と、
所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、前記無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射し、前記所定方向に延びる前記管状部材のうち、前記検知光が照射されている箇所をガス漏れの測定箇所とし、前記検知光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した前記第１の光に基づいて、前記測定箇所でのガス漏れを検査する、前記無人飛行体に設置されたガス検知部と、
前記ガス検知部と前記測定箇所との距離を測定する、前記無人飛行体に設置された測距部と、
前記測距部によって測定された前記距離に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度を制御する、前記無人飛行体に設置された高度制御部と、を備えるガス検知装置。
【請求項２】
前記高度制御部は、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離が前記ガス検知部のガス検知可能な距離の範囲内になるように前記飛行高度を制御する請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を前記検知光の出射方向と同じ方向に出射し、前記測距光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第２の光として受光し、前記測距光を出射した出射時点と前記第２の光を受光した受光時点とに基づいて、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離を測定する請求項１又は２に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記ガス検知部は、前記所定方向と交差する方向に走査された前記検知光を前記進行方向から見て前方斜め下方に出射し、
前記測距部は、前記所定方向と交差する方向に走査された測距光を、前記検知光と同じ方向に出射することにより、地面及び前記管状部材であるガスパイプラインを含む測距領域に前記測距光を照射し、前記測距光の出射により、前記測距領域から戻ってきた光を第３の光として受光し、前記測距光を出射した出射時点と前記第３の光を受光した受光時点とに基づいて、前記測距領域の各点までの距離を算出し、
前記ガスパイプラインと前記地面との高低差を示す高低差情報を予め記憶しており、前記測距部で算出された前記測距領域の各点までの距離を基にして、前記測距領域の三次元形状を示す三次元形状情報を生成し、前記高低差情報と前記三次元形状情報とを基にして、前記ガスパイプラインの二次元の位置を特定する、前記無人飛行体に設置された位置特定部と、
前記位置特定部で特定された前記位置を追跡するように前記無人飛行体を自律飛行させる制御をする、前記無人飛行体に設置された飛行制御部と、をさらに備える請求項１又は２に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記無人飛行体の飛行速度が第１の速度のとき、前記検知光及び前記測距光の出射方向と鉛直方向とで形成される出射角度を予め定められた第１の角度に調節し、前記無人飛行体の飛行速度が前記第１の速度より高速な第２の速度のとき、前記出射角度を前記第１の角度より大きい予め定められた第２の角度に調節する、前記無人飛行体に設置された角度調節部をさらに備え、
前記高度制御部は、前記無人飛行体の飛行速度が前記第１の速度のとき、前記無人飛行体の飛行高度を予め定められた第１の飛行高度に制御し、前記無人飛行体の飛行速度が前記第２の速度のとき、前記無人飛行体の飛行高度を前記第１の飛行高度より低い予め定められた第２の飛行高度に制御する請求項３又は４に記載のガス検知装置。
【請求項６】
所定方向に延びたガス輸送用の管状部材の上空を、前記所定方向に沿って無人飛行体を飛行させる第１のステップと、
前記第１のステップ中に、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、前記無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射し、前記所定方向に延びる前記管状部材のうち、前記検知光が照射されている箇所をガス漏れの測定箇所とし、前記検知光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した前記第１の光に基づいて、前記測定箇所でのガス漏れを検査することを、前記無人飛行体で実行する第２のステップと、
前記第１のステップ中に、前記無人飛行体と前記測定箇所との距離を測定することを、前記無人飛行体で実行する第３のステップと、
前記第１のステップ中に、前記第３のステップによって測定された前記距離に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度を制御することを、前記無人飛行体で実行する第４のステップと、を備えるガス検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスパイプライン等からのガス漏れを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスパイプラインからガス漏れが発生し、漏れたガスが大気中に広がると、温暖化ガスの原因となり、また、安全面でも問題となる。本発明者は、飛行体にガス検知器を設置し、ガス漏れが発生しているか否かを上空から検査すれば、効率的にガス漏れ検査ができると考えた。これに関連する技術として、航空機やヘリコプターに搭載された大気計測用レーザーレーダー装置を用いて、温暖化ガスを測定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
飛行体として無人飛行体を用いれば、低コストで、かつ、簡単に、上空からのガス漏れ検査ができる。無人飛行体にガス検知器を設置するためには、ガス検知器を小型省電力化する必要がある。このようなガス検知器として、周波数変調方式を用いたガス濃度測定器がある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
周波数変調方式は、２ｆ検波法とも称され、まず、吸収線の周波数ｆｃを持つレーザー光が変調周波数ｆｍで周波数変調され、この吸収線の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして変調周波数ｆｍで周波数変調されたレーザー光がガスに照射され、ガスを透過した後に受光部で受光される。ここで、ガスの光吸収スペクトルは、吸収線の周波数近傍の範囲において、例えば２次関数のプロファイルのような、吸収線の周波数ｆｃに対し線対称なプロファイルになっているので、受光部の出力信号には、変調周波数ｆｍの成分だけでなく、２ｆｍ（２倍波）の成分も含まれる。この２倍波２ｆｍの成分が位相敏感検波され、この位相敏感検波された２倍波２ｆｍの成分に基づいてガス濃度が求められる。【０００５】
上記周波数変調方式では、その原理上、ガス検知可能な距離として、ガス検知器とガス漏れの検査対象（例えば、ガスパイプライン）との距離が約３０ｍ以内という制約があり、また、ガス漏れ検査中、ガス検知器と検査対象との距離を一定に保つ制約がある。【０００６】
無人飛行体の高度が変化すれば、ガス検知器と検査対象との距離が変化するので、上記制約を満たすには、無人飛行体の飛行高度を正確に制御しなければならない。ＧＰＳ装置や高度計を無人飛行体に設置し、無人飛行体の飛行高度を制御することが考えられる。しかし、ＧＰＳ装置や高度計では、ガス検知器と検査対象との距離が測定されないので、上記制約を満たすかは保証されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−７７３４７号公報
【特許文献２】特開平７−１５１６８１号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、無人飛行体にガス検知器を設置し、無人飛行体を飛行させながら検査対象のガス漏れ検査をするときに、ガス検知器と検査対象との距離をガス検知可能な距離の範囲内で一定にすることができるガス検知装置及びガス検知方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の一局面に係るガス検知装置は、所定方向に延びたガス輸送用の管状部材のガス漏れを上空から検知する装置であって、無人飛行体と、ガス検知部と、測距部と、高度制御部と、を備える。前記ガス検知部、前記測距部及び前記高度制御部は、前記無人飛行体に設置されている。前記ガス検知部は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、前記無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射する。前記所定方向に延びる前記管状部材のうち、前記検知光が照射されている箇所をガス漏れの測定箇所とする。前記ガス検知部は、前記検知光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した前記第１の光に基づいて、前記測定箇所でのガス漏れを検査する。前記測距部は、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離を測定する。前記高度制御部は、前記測距部によって測定された前記距離に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度を制御する。
【００１０】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るガス検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るガス検知装置を用いて、ガスパイプラインのガス漏れを検査している状態を、ガスパイプラインの側方から見た模式図である。
【図３】その状態を、ガスパイプラインの上方から見た模式図である。
【図４】その状態を、ガスパイプラインの正面から見た模式図である。
【図５】角度調節機構の構成を示す模式図である。
【図６】角度調節部の変形例の構成を示す模式図である。
【図７】本実施形態に係るガス検知装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】飛行高度を下げた状態で飛行する無人飛行体を、ガスパイプラインの側方から見た模式図である。
【図９】ガス検知部及び測距部で構成されるユニットの構成を示すブロック図である。
【図１０】周波数変調方式（２ｆ検波法）を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るガス検知装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係るガス検知装置１を用いて、ガスパイプライン１００のガス漏れを検査している状態を、ガスパイプライン１００の側方から見た模式図である。図３は、その状態を、ガスパイプライン１００の上方から見た模式図である。図４は、その状態を、ガスパイプライン１００の正面から見た模式図である。
【００１４】
図２〜図４を参照して、ガス漏れの検査対象であるガスパイプライン１００は、陸上に敷設されており、地面１０１に所定間隔で配置された支持台１０２で支持されている。ガスパイプライン１００は、所定方向に延びたガス輸送用の管状部材の一例である。
【００１５】
図１及び図２を参照して、ガス検知装置１は、無人飛行体２と計測機３とを備える。無人飛行体２は、例えば、小型無人飛行機（いわゆるドローン）やラジコンヘリコプターである。
【００１６】
計測機３は、無人飛行体２の胴体下部に取り付けられており、ガス検知部４、レーダー部５及び計測制御部１８を備える。
【００１７】
図１〜図４を参照して、ガス検知部４は、背景技術で説明した周波数変調方式を用いたガス濃度測定器である。詳しく説明すると、ガス検知部４は、ガスパイプライン１００が延びる方向と交差する方向に走査された検知光Ｌｄを、無人飛行体２の進行方向Ｄ２から見て前方斜め下方に出射する。所定方向に延びるガスパイプライン１００のうち、無人飛行体２の進行方向Ｄ２から見て前方斜め下方に位置し、検知光Ｌｄが照射されている箇所が、ガス漏れの測定箇所１０３となる。位置Ｐ１で示す測定箇所１０３は、現在の測定箇所１０３であり、位置Ｐ２で示す測定箇所１０３は、次の測定箇所１０３である。隣り合う測定箇所１０３は、所定間隔が設けられている。
【００１８】
検知光Ｌｄは、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調された光である。ガス検知部４は、検知光Ｌｄの出射により、測定箇所１０３から戻ってきた光を第１の光Ｌ１として受光する。測定箇所１０３から戻ってきた光とは、測定箇所１０３に照射された検知光Ｌｄが、測定箇所１０３で反射や散乱等をして戻ってきた光である。ガス検知部４は、受光した第１の光Ｌ１に基づいて、検知箇所でのガス漏れを検査する。ガス検知部４が、検知対象となるガスを検知したとき、ガス検知部４は、測定箇所１０３でガス漏れが発生していると判断する。このように、検知光Ｌｄの出射、第１の光Ｌ１の受光、測定箇所１０３でのガス漏れの検査が、無人飛行体２で実行される。ガス検知部４の詳細は、後で説明する。
【００１９】
レーダー部５は、測距部６及び位置特定部７を備え、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて、測距領域１０４の三次元形状を計測する。
【００２０】
測距部６は、ガスパイプライン１００が延びる方向と交差する方向に走査された測距光Ｌｍを、検知光Ｌｄと同じ方向に出射することにより、測距領域１０４に測距光Ｌｍを照射する。測距光Ｌｍは、検知光Ｌｄと同じ方向に出射されるので、測距光Ｌｍの出射方向と鉛直方向とで形成される角度と、検知光Ｌｄの出射方向と鉛直方向とで形成される角度とは等しく、それらの角度を出射角度θとする。
【００２１】
なお、本実施形態において、測距部６の測距方式は、ＴＯＦ方式に限定されるものではなく、超音波方式など、種々の方式を利用できる。
【００２２】
測距領域１０４は、測距光Ｌｍが照射された地面１０１及びガスパイプライン１００であり、測定箇所１０３を含む。測距部６は、測距光Ｌｍの出射により、測距領域１０４から戻ってきた光を、第２の光を含む第３の光Ｌ３として受光する。測距領域１０４から戻ってきた光とは、測距領域１０４に照射された測距光Ｌｍが、測距領域１０４で反射や散乱等をして戻ってきた光である。第３の光Ｌ３には、第２の光が含まれる。検知光Ｌｄ及び測距光Ｌｍが測定箇所１０３に照射されているときに、測定箇所１０３から戻ってきた測距光Ｌｍに基づく光が第２の光となる。従って、測距部６は、検知光Ｌｄの出射方向と同じ方向に測距光Ｌｍを出射し、測距光Ｌｍの出射により、測定箇所１０３から戻ってきた光を第２の光として受光する。
【００２３】
測距部６は、測距光Ｌｍを出射した出射時点と第３の光Ｌ３を受光した受光時点とに基づいて、測定領域の各点までの距離を算出する。この算出には、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄ（言い換えれば、無人飛行体２と測定箇所１０３との距離）の算出が含まれる。検知光Ｌｄと測距光Ｌｍとは、同じ出射角度θを有するので、検知光Ｌｄが測定箇所１０３に照射されているとき、測距光Ｌｍも測定箇所１０３に照射されている。よって、測距部６は、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄを測定することができる。このように、測距光Ｌｍの出射、第２の光を含む第３の光Ｌ３の受光、距離ｄの測定が、無人飛行体２で実行される。
【００２４】
測距光Ｌｍの周波数は、検知光Ｌｄの周波数と異なる。これにより第１の光Ｌ１と第３の光Ｌ３とは、分離して検知されることができる。
【００２５】
図１及び図２を参照して、位置特定部７は、ガスパイプライン１００と地面１０１との高低差を示す高低差情報を予め記憶している。位置特定部７は、測距部６で算出された測距領域１０４の各点までの距離を基にして、測距領域１０４の三次元形状を示す三次元形状情報を生成する。すなわち、無人飛行体２が進行方向Ｄ２に飛行中に、測距部６は、測距光Ｌｍを連続的に出射し、受光した第３の光Ｌ３をサンプリングすることを繰り返す。一つのサンプリングで得られた１ラインの測距データをフレームとする。位置特定部７は、フレームを時間軸に沿ってつなげることにより、三次元形状情報を生成する。
【００２６】
位置特定部７は、上記高低差情報と上記三次元形状情報とを基にして、ガスパイプライン１００の二次元の位置を特定する。すなわち、位置特定部７は、三次元形状情報で示される測距領域１０４の中から、高低差情報が示す高低差を有する領域を探索し、探索した領域がガスパイプライン１００の位置となる。ここでいう位置は、二次元の位置、すなわち、ｘｙｚ空間において、ｚを高さとしたとき、ｘｙで特定される位置である。
【００２７】
計測制御部１８は、ガス検知部４を制御し、ガス検知部４にガス漏れ検査を実行させる。また、計測制御部１８は、レーダー部５を制御し、レーダー部５にガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄを測定させる。さらに、計測制御部１８は、レーダー部５に測距領域１０４の三次元形状を計測させて、ガスパイプライン１００の位置を特定させる。
【００２８】
図１を参照して、無人飛行体２は、プロペラ８、モーター９、飛行制御部１０、無線通信部１１、角度調節部１２及び蓄電池１３を備える。
【００２９】
プロペラ８は、モーター９によって回転され、無人飛行体２は、それによって生じる推進力を利用して飛行をする。
【００３０】
飛行制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のハードウェア、並びに、ＣＰＵにより実行されるプログラム等のソフトウェアを備え、無人飛行体２の飛行に必要な制御をする。この制御には、離陸制御、着陸制御、飛行方向制御及び飛行高度制御等が含まれる。この制御には、ガスパイプライン１００（図２）に沿ってガスパイプライン１００の上空を、無人飛行体２に自動飛行（自律飛行）させる制御が含まれる。すなわち、上述したように、位置特定部７で特定されたガスパイプライン１００の位置は、無人飛行体２の進行方向Ｄ２から見て前方斜め下方にあるので、飛行制御部１０は、位置特定部７で特定されたガスパイプライン１００の位置を追跡するように、無人飛行体２を飛行させる制御をする。
【００３１】
飛行制御部１０は、高度制御部１６を含み、高度制御部１６が飛行高度制御をする。この高度制御には、測距部６によって測定された、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄ及び測距光Ｌｍの出射角度θに基づいて、無人飛行体２の飛行高度Ｈを算出し、無人飛行体２の飛行高度Ｈを自動制御することが含まれる。
【００３２】
無線通信部１１は、アンテナ及び通信制御部等を備えるモジュールであり、無人飛行体２を操作する操作端末５０と無線通信する。
【００３３】
操作端末５０は、例えば、タブレット端末やスマートフォンであり、制御部５１及び無線通信部５２を備える。無線通信部５２は、アンテナ及び通信制御部等を備えるモジュールであり、無人飛行体２の無線通信部１１と無線通信をすることができる。
【００３４】
制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のハードウェア、並びに、ＣＰＵにより実行されるプログラム等のソフトウェアを備え、無人飛行体２を操作する者、すなわち、ガス漏れ検査をする検査者が、操作端末５０を操作して入力したことに応じて各種制御をする。例えば、検査者が、操作端末５０を操作して、離陸指令を操作端末５０に入力したとき、制御部５１は、無線通信部５２を制御して、無線通信部５２に離陸指令を無線送信させる。無線送信された離陸指令は、無人飛行体２の無線通信部１１で受信される。飛行制御部１０は、無線通信部１１で受信された離陸指令に基づいて、無人飛行体２を離陸させる制御する。
【００３５】
角度調節部１２は、角度調節機構１４及び角度制御部１５を備え、出射角度θ（図２）を調節する。図５は、角度調節機構１４の構成を示す模式図である。角度調節機構１４は、２枚の保持板１４０，１４１及びモーター１４２を備える。保持板１４０は、計測機３の一方の側面側に配置され、保持板１４１は、計測機３の他方の側面側に配置されている。保持板１４０，１４１は、計測機３を方向Ｄ１に回動可能に保持している。保持板１４０，１４１は、無人飛行体２の胴体下部に取り付けることにより、図１に示すように、計測機３が無人飛行体２に設置される。
【００３６】
保持板１４０には、円弧状のガイド溝１４３が形成されている。図示してないが、保持板１４１にも円弧状のガイド溝が形成されている。計測機３の一方の側面に取り付けられたガイドピン１４４は、保持板１４０に形成されたガイド溝１４３に嵌められている。図示していないが、計測機３の他方の側面に取り付けられたガイドピンは、保持板１４１に形成されたガイド溝に嵌められている。
【００３７】
保持板１４０には、モーター１４２が取り付けられている。モーター１４２が回転することにより、ガイドピン１４４がガイド溝１４３に沿って移動しながら計測機３が回動する。計測機３の正面から検知光Ｌｄ及び測距光Ｌｍが出射されるので、計測機３の回動量に応じて、検知光Ｌｄ及び測距光Ｌｍの出射角度θ（図２）が変わる。
【００３８】
図１及び図５を参照して、角度制御部１５は、モータードライバー等により構成され、モーター１４２の回転を制御することにより、計測機３の回動量を調節する。これにより、出射角度θが調節される。
【００３９】
図６は、角度調節部１２の変形例の構成を示す模式図である。変形例は、計測機３の回動量を手動で調節するので、モーター１４２（図５）及び角度制御部１５（図１）を備えていない。保持板１４０，１４１は、保持板１４０，１４１に設けられた支点１４５で計測機３を方向Ｄ１に回動可能に保持している。ガイドピン１４４に固定ネジが設けられている。手で計測機３を回動させて、所望の回動量の位置で固定ネジを締めることにより、計測機３の回動量を調節する。変形例によれば、出射角度θを手動で調節するので、無人飛行体２の飛行中に出射角度θを変えることができない。
【００４０】
図１を参照して、蓄電池１３は、モーター９、飛行制御部１０、無線通信部１１及び角度調節部１２の動作に必要な電力を供給する。
【００４１】
本実施形態に係るガス検知装置１の動作を説明する。図７は、その動作を説明するフローチャートである。図１及び図７を参照して、ガス漏れ検査をする検査者は、操作端末５０にガス漏れの測定箇所１０３の数を入力する（ステップＳ１）。隣り合う測定箇所１０３の間隔は、予め定められており、操作端末５０の制御部５１に記憶されている（例えば、１０ｍ）。隣り合う測定箇所１０３の間隔を、検査者が操作端末５０を操作して制御部５１に設定できるようにしてもよい。制御部５１は、入力された測定箇所１０３の数から無人飛行体２の飛行距離を算出する。
【００４２】
検査者は、操作端末５０にガス漏れ検査の検査時間を入力する（ステップＳ２）。
【００４３】
制御部５１は、入力された検査時間と上記算出された飛行距離とから無人飛行体２の飛行速度を算出する（ステップＳ３）。
【００４４】
制御部５１は、ステップＳ３で算出された飛行速度から、図２に示す出射角度θ及び飛行高度Ｈを決定する（ステップＳ４）。これについて詳しく説明する。
【００４５】
図２を参照して、無人飛行体２が飛行中に他の物体と衝突する可能性を低くするには、可能な限り無人飛行体２の飛行高度Ｈを上げる必要がある。ガス漏れ検査の時間を短くしたいとき、無人飛行体２の速度を高くする必要がある。無人飛行体２は、位置特定部７で特定されたガスパイプライン１００の位置を追跡するように、ガスパイプライン１００の上空を飛行するので、無人飛行体２の速度を高くした場合、測距領域１０４のうち、現在測距している領域を遠くに設定しなければ、ガスパイプライン１００を追跡することができない。現在測距している領域を遠くに設定にするには、測距光Ｌｍの出射角度θを大きくする必要がある。測距光Ｌｍの出射角度θは、検知光Ｌｄの出射角度θと同じである。このため、無人飛行体２の飛行高度Ｈが高い状態で、測距光Ｌｍの出射角度θを大きくすれば、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄがガス検知可能な距離を超える恐れがある。そこで、無人飛行体２の速度が高いとき、図８に示すように、無人飛行体２の飛行高度Ｈを下げることにより、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄがガス検知可能な距離を超えないようにする。
【００４６】
図２及び図８を参照して、例えば、無人飛行体２の飛行速度が、第１の速度、及び、第１の速度よりも高速な第２の速度とし、出射角度θが第１の角度、及び、第１の角度より大きい第２の角度とし、無人飛行体２の飛行高度Ｈが、第１の飛行高度、及び、第１の飛行高度より低い第２の飛行高度とする。この場合、角度調節部１２は、無人飛行体２の飛行速度が第１の速度のとき、出射角度θが第１の角度に調節し（図２）、無人飛行体２の飛行速度が第２の速度のとき、出射角度θを第２の角度に調節する（図８）。そして、高度制御部１６は、無人飛行体２の飛行速度が第１の速度のとき、無人飛行体２の飛行高度Ｈを第１の飛行高度に制御し（図２）、無人飛行体２の飛行速度が第２の速度のとき、無人飛行体２の飛行高度Ｈを第２の飛行高度に制御する（図８）。
【００４７】
制御部５１は、飛行速度に応じて決められた出射角度θ及び飛行高度Ｈのデータを予め記憶しており、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出した飛行速度に応じて、出射角度θ及び飛行高度Ｈを決定する。
【００４８】
図１及び図２を参照して、操作端末５０の制御部５１は、無線通信部５２を制御して、ステップＳ３で算出された飛行速度、及び、ステップＳ４で決定された出射角度θ及び飛行高度Ｈを含む飛行情報を無線送信させる。無線送信された飛行情報は、無人飛行体２の無線通信部１１で受信され、飛行制御部１０に記憶される。飛行制御部１０は、角度制御部１５に出射角度θの情報を送る。角度制御部１５は、計測機３を回動させて、ステップＳ４で決定された出射角度θに調節する（ステップＳ５）。
【００４９】
検査者が操作端末５０を操作して離陸を指令すると、制御部５１は、無線通信部５２を制御して、離陸指令を無線送信させる。無線送信された離陸指令は、無人飛行体２の無線通信部１１で受信され、飛行制御部１０は、受信された離陸指令に従って、無人飛行体２を離陸させる制御をする（ステップＳ６）。
【００５０】
この時点では、位置特定部７は、ガスパイプライン１００の位置を特定していないので、検査者は、操作端末５０を操作して、ガスパイプライン１００の上空に無人飛行体２を飛行させる。この状態で、計測制御部１８は、測距部６に、所定方向に走査された測距光Ｌｍを出射させる。測距部６は、反射されてきた測距光Ｌｍを第３の光Ｌ３として受光し、測距光Ｌｍが照射された照射領域の各点までの距離を算出する。
【００５１】
位置特定部７は、測距部６で算出された照射領域の各点までの距離を基にして、照射領域の三次元形状を示す三次元形状情報を生成する。位置特定部７は、ガスパイプライン１００と地面１０１との高低差を示す高低差情報とその三次元形状情報とを基にして、ガスパイプライン１００の位置を特定する。
【００５２】
ガスパイプライン１００の位置が特定されると、飛行制御部１０は、ステップ３で算出された飛行速度、及び、ステップＳ４で決定された飛行高度Ｈで、無人飛行体２を、ガスパイプライン１００に沿ってガスパイプライン１００の上空を自律飛行させる制御をする（ステップＳ７）。
【００５３】
この自律飛行において、位置特定部７は、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄの測定に用いる測距光Ｌｍを利用して、ガスパイプライン１００の位置を特定する。この特定の方法は、既に説明したとおりである。飛行制御部１０は、この位置を追跡するように無人飛行体２を自律飛行させる。従って、本実施形態に係るガス検知装置１によれば、比較的簡単に、無人飛行体２をガスパイプライン１００に沿ってガスパイプライン１００の上空を自律飛行させることができる。
【００５４】
飛行制御部１０と計測制御部１８とは、有線又は無線で接続されており、無人飛行体２が自律飛行を開始したとき、飛行制御部１０は、計測制御部１８をその旨を通知する。計測制御部１８は、ガス検知部４に検知光Ｌｄを出射させる。ガスパイプライン１００のうち、検知光Ｌｄが照射された箇所が、図２の位置Ｐ１で示す１番目の測定箇所１０３となる。
【００５５】
飛行制御部１０は、最初の測定箇所１０３から無人飛行体２が所定距離を飛行したとき、その旨を計測制御部１８に通知する。所定距離は、隣り合う測定箇所１０３の間の距離である。計測制御部１８は、ガス検知部４に検知光Ｌｄを出射させる。ガスパイプライン１００のうち、検知光Ｌｄが照射された箇所が、図２の位置Ｐ２で示す２番目の測定箇所１０３となる。
【００５６】
ガス検知部４が、各測定箇所１０３でガス漏れの検査をする度に、測距部６は、ガス検知部４と測定箇所１０３と距離ｄを測定する。測定箇所１０３は、無人飛行体２の現在の位置に対して、無人飛行体２の進行方向Ｄ２から見て前方斜め下方に位置している。従って、測定した距離ｄ、及び、測距光Ｌｍの出射角度θを基にして、例えば、三角測量を用いれば、無人飛行体２の真下に位置するガスパイプライン１００の部分とガス検知部４（無人飛行体２）との距離が求まる。この求めた距離とガスパイプライン１００の径とを加算した値は、無人飛行体２の飛行高度Ｈとほぼ等しい。計測制御部１８は、このようにして算出された飛行高度Ｈの情報を飛行制御部１０に通知する。高度制御部１６は、この高度情報で示す飛行高度Ｈに無人飛行体２の飛行高度Ｈを制御する。
【００５７】
このように、無人飛行体２の飛行高度Ｈは、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄを用いて算出されるので、ガス検知装置１は、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄを把握することができる。従って、無人飛行体２にガス検知部４を設置し、無人飛行体２を飛行させながら測定箇所１０３でのガス漏れを検査するときに、ガス検知部４と測定箇所１０３との距離ｄをガス検知可能な距離の範囲内で一定にすることができる。
【００５８】
各測定箇所１０３でガス漏れ測定が終了する毎に、計測制御部１８は、これまでにガス漏れの測定をした測定箇所１０３の数が、ステップＳ１で入力した測定箇所１０３の数に到達したか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００５９】
計測制御部１８が、これまでにガス漏れの測定をした測定箇所１０３の数が、ステップＳ１で入力した測定箇所１０３の数に到達していないと判断したとき（ステップＳ８でＮｏ）、ガス検知部４は、次の測定箇所１０３のガス漏れを検査し、ステップＳ８に進む。
【００６０】
計測制御部１８が、これまでにガス漏れの測定をした測定箇所１０３の数が、ステップＳ１で入力した測定箇所１０３の数に到達したと判断したとき（ステップＳ８でＹｅｓ）、ガス漏れ検査が終了する。
【００６１】
ガス検知装置１がガス漏れを検査しているときに、検査者が操作端末５０を操作して、検査条件（ステップＳ１の測定箇所の数、ステップＳ２の検査時間）を変更する命令をしたとき、制御部５１は、ステップＳ３及びステップＳ４を実行し、角度調節部１２はステップＳ５を実行する。これにより、ガス検知装置１は、途中から検査条件を変更してガス漏れ検査を継続できる。
【００６２】
本実施形態において、無人飛行体２が自律飛行した状態で、ガス検知部４は、ガス漏れを検査している。しかしながらこれに限定されず、検査者が、操作端末５０を用いて、無人飛行体２を遠隔操縦し、無人飛行体２をガスパイプライン１００に沿ってガスパイプライン１００の上空を飛行した状態で、ガス検知部４がガス漏れ検査をしてもよい。
【００６３】
ガス検知部４と測距部６とは、検知光Ｌｄ及び測距光Ｌｍを走査する偏向部を共用しており、これらは一つのユニットにされている。図９は、このユニット２０の構成を示すブロック図である。図１０は、周波数変調方式（２ｆ検波法）を説明する説明図である。
【００６４】
ユニット２０は、第１光源６１と、第２光源６２と、第１駆動部６３と、第２駆動部６４と、波長選択部６５と、第１受光部６６と、第２受光部６７と、位相敏感検波部６８と、増幅部７０と、制御処理部７１と、記憶部７６と、偏向部７７と、アナログ−デジタル変換部（ＡＤ部）７８とを備える。
【００６５】
第１光源６１は、第１駆動部６３に接続され、検知対象のガスＧＡを検知するために、所定の第１周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｄを連続光（ＣＷ光）で照射する装置であり、例えば、波長を変えてレーザー光を発光できる波長可変半導体レーザー等を備える。変調周波数ｆｍは、適宜に設定され、例えば１０ｋＨｚや５０ｋＨｚや１００ｋＨｚ等に設定される。第１周波数（中心周波数）ｆｃは、検知対象のガスＧＡの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数であり、検知対象のガスＧＡの種類に応じて適宜に設定される。例えば、検知対象のガスＧＡがメタンである場合には、第１周波数（中心周波数）ｆｃは、メタンの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数に設定される。メタンの光吸収スペクトルにおける吸収線は、複数あるが、本実施形態では、メタンの最も吸収の強い、Ｒ（３）線である波長１６５３ｎｍまたはＲ（４）線である波長１６５１ｎｍの吸収線が採用され、第１周波数（中心周波数）ｆｃは、波長１６５３ｎｍまたは波長１６５１ｎｍに相当する周波数である。
【００６６】
なお、検知対象のガスＧＡは、メタンに限定されるものではなく、種々のガスであって良い。
【００６７】
第１駆動部６３は、制御処理部７１に接続され、制御処理部７１の制御に従って、所定の第１周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｄを連続光で照射するように、第１光源６１を駆動する装置である。例えば、第１駆動部６３は、制御処理部７１の制御に従って、検知光Ｌｄを変調周波数ｆｍで周波数変調するために変調された駆動電流を前記可変波長半導体レーザーに供給することで、検知光Ｌｄを第１光源６１に照射させる。
【００６８】
第２光源６２は、第２駆動部６４に接続され、測距するために、検知光Ｌｄの第１周波数ｆｃと異なる第２周波数ｆｘ（≠ｆｃ）を持つ所定の測距光Ｌｍをパルス光で照射する装置であり、例えば、半導体レーザー等を備える。第２周波数ｆｄは、検知光Ｌｄの第１周波数ｆｃと異なるように適宜に設定される。本実施形態では、検知光Ｌｄの第１周波数ｆｃは、検知対象のガスＧＡにおける吸収線の周波数であるので、測距光Ｌｍの第２周波数ｆｄは、検知対象のガスＧＡにおける吸収線の周波数ｆｃを除く周波数である。一例として、本実施形態では、検知光Ｌｄの第１周波数ｆｃは、波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍに相当する周波数であるので、波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍとは異なる、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長（例えば８００ｎｍや８７０ｎｍや９０５ｎｍや１０００ｎｍ等）に相当する周波数である。なお、好ましくは、測距光Ｌｍの第２周波数ｆｄは、検知対象のガスＧＡの存在する空間に存在すると想定される、検知対象のガスＧＡと異なる他のガスにおける吸収線の周波数を除く周波数である。
【００６９】
第２駆動部６４は、制御処理部７１に接続され、制御処理部７１の制御に従って、第２周波数ｆｘ（≠ｆｃ）を持つ所定の測距光Ｌｍをパルス光で照射するように、第２光源６２を駆動する装置である。例えば、第２駆動部６４は、制御処理部７１の制御に従って、パルス状の駆動電流を半導体レーザーに供給することで、測距光Ｌｍを第２光源６２に照射させる。
【００７０】
偏向部７７は、検知光Ｌｄおよび測距光Ｌｍをガスパイプライン１００（図３）と交差する方向に走査する。物体Ｏｂは、測定箇所１０３および測距領域１０４（図３）に対応する。偏向部７７について詳しく説明する。
【００７１】
偏向部７７は、第１光源６１から射出された検知光Ｌｄが入射され、複数の検知箇所で検知するために、互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｄを順次にそれぞれ照射する装置である。本実施形態では、検知光Ｌｄが照射され検知光Ｌｄに基づく第１の光Ｌ１を生成する物体Ｏｂまでの距離を測定できるように、偏向部７７には、第２光源６２から射出された測距光Ｌｍも入射され、偏向部７７は、検知光Ｌｄと同方向へ測距光Ｌｍを順次に照射する。そして、本実施形態では、偏向部７７には、検知光Ｌｄが照射された物体Ｏｂで検知光Ｌｄに基づいて生成された第１の光Ｌ１および物体Ｏｂに測距光Ｌｍが照射されることで物体Ｏｂで測距光Ｌｍに基づいて生成された第３の光Ｌ３も入射され、偏向部７７は、これら第１の光Ｌ１および第３の光Ｌ３を波長選択部６５へ射出する。このような偏向部７７は、例えば、平板状の偏向ミラー（反射鏡）と、偏向ミラーを所定の軸回りに回転するための例えばモーター等のアクチュエーターと備え、アクチュエーターで偏向ミラーを所定の軸回りに回転することで、第１光源６１から射出された検知光Ｌｄの第１入射角および第２光源６２から射出された測距光Ｌｍの第２入射角を順次に変える。これによって、偏向部７７は、互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｄおよび測距光Ｌｍを順次にそれぞれ照射する。なお、図１に示す例では、偏向ミラーは、紙面に垂直であるが傾いていても良い（紙面の法線方向に対し傾いていても良い）。
【００７２】
そして、本実施形態では、検知光Ｌｄの第１光軸と測距光Ｌｍの第２光軸とは、互いに平行である。すなわち、検知光Ｌｄの第１光軸と測距光Ｌｍの第２光軸とが互いに平行となるように、第１光源６１および第２光源６２が偏向部７７に対して配置される（偏向ミラーに対する検知光Ｌｄの第１入射角と偏向ミラーに対する測距光Ｌｍの第２入射角とは互いに等しい）。好ましくは、第１の光Ｌ１および第３の光Ｌ３を生成する物体Ｏｂまでの距離をより好適に測距するために、検知光Ｌｄの第１光軸と測距光Ｌｍの第２光軸とは、互いに近接して平行であり、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行である。
【００７３】
波長選択部６５は、検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１および測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３が入射され、検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１と測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３とを略別々に射出するための装置である。波長選択部６５から射出された検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１は、第１受光部６６に入射され、波長選択部６５から射出された測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３は、第２受光部６７に入射される。このような波長選択部６５は、例えば、波長選択部６５から射出された検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１を、第１受光部６６へ向けて反射し、波長選択部６５から射出された測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３を、第２受光部６７で受光するように透過するダイクロイックミラー等を備える。また例えば、波長選択部６５は、入射光を２分岐する例えばハーフミラーと、ハーフミラーで分岐（反射）した一方が入射され、検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１を含む波長帯域を透過する第１バンドパスフィルターと、ハーフミラーで分岐（透過）した一方が入射され、測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３を含む波長帯域を透過する第２バンドパスフィルターとを備え、第１受光部６６には、第１バンドパスフィルターから射出された光（検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１を主に含む）が入射され、第２受光部６７には、第２バンドパスフィルターから射出された光（測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３を主に含む）が入射される。
【００７４】
第１受光部６６は、位相敏感検波部６８に接続され、波長選択部６５から射出された検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１を受光し、光電変換することによって、第１の光Ｌ１の光強度に応じたレベルの電気信号（第１出力信号）を位相敏感検波部６８へ出力する装置である。
【００７５】
第２受光部６７は、増幅部７０に接続され、波長選択部６５から射出された測距光Ｌｍの第３の光Ｌ３を受光し、光電変換することによって、第３の光Ｌ３の光強度に応じたレベルの電気信号（第２出力信号）を増幅部７０へ出力する装置である。
【００７６】
そして、本実施形態では、第１受光部６６の第１受光感度波長帯と第２受光部６７の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値（最大感度に対する例えば４０％、５０％および６０％等）以上で互いに異なる。第１受光部６６の第１受光感度波長帯と第２受光部６７の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値未満で互いに重畳しても良いが、好ましくは、このような重複部分が無く、互いに異なる。より具体的には、本実施形態では、検知光Ｌｄの波長は、１６５１ｎｍまたは１６５３ｎｍであるので、第１受光部６６は、波長１６００ｎｍ帯に対し受光感度を優位に持つＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）の受光素子（ＩｎＧａＡｓホトダイオード）を備える。測距光Ｌｍの波長は、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長であるので、第２受光部６７は、波長８００ｎｍないし１０００ｎｍ帯に対し受光感度を優位に持つＳｉ（シリコン）の受光素子（Ｓｉホトダイオード）を備える。高感度であることから、より好ましくは、第２受光部６７は、Ｓｉのアバランシェホトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を備える。
【００７７】
位相敏感検波部６８は、第１の光Ｌ１に含まれる、変調周波数ｆｍの２倍波２ｆｍの成分を位相敏感検波する装置である。位相敏感検波部６８は、検波した２倍波２ｆｍの成分を制御処理部７１に出力する。
【００７８】
増幅部７０は、ＡＤ部７８に接続され、第２受光部６７から入力された第２受光部６７の第２出力信号を増幅する回路である。増幅部７０は、この増幅した第２出力信号を、ＡＤ部７８を介して制御処理部７１へ出力する。
【００７９】
ＡＤ部７８は、制御処理部７１に接続され、増幅部７０から出力されたアナログ信号の第２出力信号をデジタル信号の第２出力信号に変換し、この変換したデジタル信号の第２出力信号を制御処理部７１へ出力する回路である。
【００８０】
記憶部７６は、制御処理部７１に接続され、制御処理部７１の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。各種の所定のプログラムには、例えば、ユニット２０の各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、所定の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｄを照射し、検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１を受光し、この受光した第１の光Ｌ１に基づいて検知対象のガスＧＡを検知するガス検知プログラムや、検知光Ｌｄが照射され検知光Ｌｄに基づく第１の光Ｌ１を生成する物体Ｏｂまでの距離を測定する測距プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。各種の所定のデータには、上述の各プログラムを実行する上で必要なデータや、検知対象のガスＧＡを検知する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部７６は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭや書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部７６は、所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部７１のワーキングメモリとなるＲＡＭ等を含む。
【００８１】
制御処理部７１は、ユニット２０の各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、検知対象のガスＧＡを検知するための回路である。制御処理部７１は、例えば、ＣＰＵおよびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部７１は、制御処理プログラムが実行されることによって、制御部７２、検知処理部７３および測距処理部７５を機能的に備える。
【００８２】
制御部７２は、ユニット２０の各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、ユニット２０の全体制御を司るものである。例えば、制御部７２は、複数の検知箇所で検知するために、互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｄおよび測距光Ｌｍを順次にそれぞれ照射し、その第１の光Ｌ１および第３の光Ｌ３を波長選択部６５で順次にそれぞれ受光するように、偏向部７７を制御する。また例えば、制御部７２は、変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光ＬｄをＣＷ光で照射するように、第１駆動部６３を介して第１光源６１を制御する。また例えば、制御部７２は、測距光Ｌｍをパルス光で照射するように、第２駆動部６４を介して第２光源６２を制御する。
【００８３】
検知処理部７３は、第１受光部６６で受光した検知光Ｌｄの第１の光Ｌ１に基づいて検知対象のガスＧＡを検知するものである。より具体的には、検知処理部７３は、いわゆる周波数変調方式（２ｆ検波法）を利用して検知対象のガスＧＡを検知している。ガスの光吸収スペクトルは、図１０に示すように、吸収線の周波数ｆｃ近傍の範囲において、例えば２次関数のプロファイルのような吸収線の周波数ｆｃに対し線対称なプロファイルになっている。このため、上述したように、吸収線の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして変調周波数ｆｍで周波数変調されたレーザー光がガスに照射されると、中心周波数ｆｃより短波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後のレーザー光の強度は、１周期振動し、中心周波数ｆｃより長波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後の前記レーザー光の強度は、もう１周期振動する。この結果、ガスを透過した後のレーザー光は、変調周波数ｆｍに対し２倍の周波数（２倍波）２ｆｍを持つ強度成分を含む。この２倍波２ｆｍの成分の強度は、図１０から分かるように、ガス濃度に比例するので、この２倍波２ｆｍの成分を検出することでガス濃度が測定できる。そして、この２倍波２ｆｍの成分を変調周波数ｆｍの成分で規格化することで、検知対象のガスＧＡによる吸収を除く他の要因による受光強度の変動（ノイズ）が低減できる。
【００８４】
測距処理部７５は、測距光Ｌｍを照射した照射時点ｔ１と測距光Ｌｍの基づく第３の光Ｌ３を受光した受光時点ｔ２とに基づいて物体Ｏｂまでの距離を求めるものである。より具体的には、測距処理部７５は、受光時点ｔ２から照射時点ｔ１を減算することで、測距光Ｌｍが第２光源６２から射出され物体Ｏｂで第３の光Ｌ３となりこの第３の光Ｌ３が第２受光部６７で受光されるまでの伝播時間τ（＝ｔ２−ｔ１）を求め、この求めた伝播時間τの半分を測距光の伝播速度に乗算することで当該ユニット２０から前記物体Ｏｂまでの距離を求める（ＴＯＦ方式）。
【００８５】
上述から分かるように、第１光源６１、第１駆動部６３、偏向部７７、波長選択部６５、第１受光部６６、位相敏感検波部６８および制御処理部７１がガス検知部４の一例に相当し、第２光源６２、第２駆動部６４、偏向部７７、波長選択部６５、第２受光部６７、増幅部７０、ＡＤ部７８および制御処理部７１が測距部６の一例に相当する。
【００８６】
（実施形態の纏め）
本実施形態の第１の局面に係るガス検知装置は、所定方向に延びたガス輸送用の管状部材のガス漏れを上空から検知する装置であって、無人飛行体と、ガス検知部と、測距部と、高度制御部と、を備える。前記ガス検知部、前記測距部及び前記高度制御部は、前記無人飛行体に設置されている。前記ガス検知部は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、前記無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射する。前記所定方向に延びる前記管状部材のうち、前記検知光が照射されている箇所をガス漏れの測定箇所とする。前記ガス検知部は、前記検知光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した前記第１の光に基づいて、前記測定箇所でのガス漏れを検査する。前記測距部は、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離を測定する。前記高度制御部は、前記測距部によって測定された前記距離に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度を制御する。
【００８７】
所定方向に延びる管状部材のうち、無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に位置し、検知光が照射されている箇所を、ガス漏れの測定箇所とする。ガス検知部が、検知対象となるガスを検知したとき、ガス検知部は、測定箇所でガス漏れが発生していると判断する。
【００８８】
測距部は、測定箇所とガス検知部との距離を測定する。高度制御部は、その距離に基づいて、無人飛行体の飛行高度を制御する。従って、無人飛行体にガス検知部を設置し、無人飛行体を飛行させながら測定箇所でのガス漏れを検査するときに、ガス検知部と測定箇所との距離をガス検知可能な距離の範囲内で一定にすることができる。
【００８９】
上記構成において、前記高度制御部は、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離が前記ガス検知部のガス検知可能な距離の範囲内になるように前記飛行高度を制御する。
【００９０】
この構成は、高度制御部の一態様である。
【００９１】
上記構成において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を前記検知光の出射方向と同じ方向に出射し、前記測距光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第２の光として受光し、前記測距光を出射した出射時点と前記第２の光を受光した受光時点とに基づいて、前記ガス検知部と前記測定箇所との距離を測定する。
【００９２】
この構成は、測距部の一態様である。この一態様によれば、以下のようにして、無人飛行体の高度制御をすることができる。
【００９３】
測距部は、測定箇所とガス検知部との距離を測定する。測定箇所は、無人飛行体の現在の位置に対して、無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に位置している。従って、測定した距離、及び、測距光の出射角度を基にして、例えば、三角測量を用いれば、無人飛行体の真下に位置する管状部材の部分とガス検知部（無人飛行体）との距離が求まる。この求めた距離と管状部材の径とを加算した値は、無人飛行体の飛行高度とほぼ等しい。
【００９４】
このように、無人飛行体の飛行高度は、ガス検知部と測定箇所との距離を用いて算出されるので、ガス検知装置は、ガス検知部と測定箇所との距離を把握することができる。従って、無人飛行体にガス検知部を設置し、無人飛行体を飛行させながら測定箇所でのガス漏れを検査するときに、ガス検知部と測定箇所との距離をガス検知可能な距離の範囲内で一定にすることができる。
【００９５】
上記構成において、前記ガス検知部は、前記所定方向と交差する方向に走査された前記検知光を前記進行方向から見て前方斜め下方に出射し、前記測距部は、前記所定方向と交差する方向に走査された測距光を、前記検知光と同じ方向に出射することにより、地面及び前記管状部材であるガスパイプラインを含む測距領域に前記測距光を照射し、前記測距光の出射により、前記測距領域から戻ってきた光を第３の光として受光し、前記測距光を出射した出射時点と前記第３の光を受光した受光時点とに基づいて、前記測距領域の各点までの距離を算出し、前記ガスパイプラインと前記地面との高低差を示す高低差情報を予め記憶しており、前記測距部で算出された前記測距領域の各点までの距離を基にして、前記測距領域の三次元形状を示す三次元形状情報を生成し、前記高低差情報と前記三次元形状情報とを基にして、前記ガスパイプラインの二次元の位置を特定する、前記無人飛行体に設置された位置特定部と、前記位置特定部で特定された前記位置を追跡するように前記無人飛行体を自律飛行させる制御をする、前記無人飛行体に設置された飛行制御部と、をさらに備える。
【００９６】
第３の光には、第２の光が含まれる。検知光及び測距光が測定箇所に向けて出射されているときに、測定箇所から戻ってきた測距光に基づく光が第２の光となる。位置特定部は、ガス検知部と測定箇所との距離の測定に用いる測距光を利用して、ガスパイプラインの位置を特定する。飛行制御部は、この位置を追跡するように無人飛行体を自律飛行させる。従って、この構成によれば、比較的簡単に、無人飛行体をガスパイプラインに沿ってガスパイプラインの上空を自律飛行させることができる。
【００９７】
上記構成において、前記無人飛行体の飛行速度が第１の速度のとき、前記検知光及び前記測距光の出射方向と鉛直方向とで形成される出射角度を予め定められた第１の角度に調節し、前記無人飛行体の飛行速度が前記第１の速度より高速な第２の速度のとき、前記出射角度を前記第１の角度より大きい予め定められた第２の角度に調節する、前記無人飛行体に設置された角度調節部をさらに備え、前記高度制御部は、前記無人飛行体の飛行速度が前記第１の速度のとき、前記無人飛行体の飛行高度を予め定められた第１の飛行高度に制御し、前記無人飛行体の飛行速度が前記第２の速度のとき、前記無人飛行体の飛行高度を前記第１の飛行高度より低い予め定められた第２の飛行高度に制御する。
【００９８】
無人飛行体が飛行中に他の物体と衝突する可能性を低くするには、可能な限り無人飛行体の飛行高度を上げる必要がある。ガス漏れ検査の時間を短くしたいとき、無人飛行体の速度を高くする必要がある。無人飛行体は、位置特定部で特定されたガスパイプラインの位置を追跡するように、ガスパイプラインの上空を飛行するので、無人飛行体の速度を高くした場合、測距領域のうち、現在測距している領域を遠くに設定しなければ、ガスパイプラインを追跡することができない。現在測距している領域を遠くに設定にするには、測距光の出射角度を大きくする必要がある。測距光の出射角度は、検知光の出射角度と同じである。このため、無人飛行体の飛行高度が高い状態で、測距光の出射角度を大きくすれば、ガス検知部と測定箇所との距離がガス検知可能な距離を超える恐れがある。そこで、無人飛行体の速度が高いとき、無人飛行体の飛行高度を下げることにより、ガス検知部と測定箇所との距離がガス検知可能な距離を超えないようにする。
【００９９】
本実施形態の第２の局面に係るガス検知方法は、第１のステップと、第２のステップと、第３のステップと、第４のステップと、を備える。前記第１のステップは、所定方向に延びたガス輸送用の管状部材の上空を、前記所定方向に沿って無人飛行体を飛行させる。前記第２のステップは、前記第１のステップ中に、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を、前記無人飛行体の進行方向から見て前方斜め下方に出射する。前記所定方向に延びる前記管状部材のうち、前記検知光が照射されている箇所をガス漏れの測定箇所とする。前記第２のステップは、前記検知光の出射により、前記測定箇所から戻ってきた光を第１の光として受光し、受光した前記第１の光に基づいて、前記測定箇所でのガス漏れを検査することを、前記無人飛行体で実行する。前記第３のステップは、前記第１のステップ中に、前記無人飛行体と前記測定箇所との距離を測定することを、前記無人飛行体で実行する。前記第４のステップは、前記第１のステップ中に、前記第３のステップによって測定された前記距離に基づいて、前記無人飛行体の飛行高度を制御することを、前記無人飛行体で実行する。
【０１００】
本実施形態の第２の局面に係るガス検知方法によれば、本実施形態の第１の局面に係るガス検知装置と同様の作用効果を有する。
【０１０１】
この出願は、２０１５年８月４日に出願された日本国特許出願特願２０１５−１５４４００を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１０２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、ガス検知装置及びガス検知方法を提供することができる。
【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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【国際調査報告】
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