(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状寸法と配置等が知られた送電線支持構造物間に、既知の線種の送電線が架け渡され、その送電線に近接する樹木等の対象物の位置を特定すると共に、その対象物と送電線との離隔距離を計測するシステムであって、
二以上の撮影位置から送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影された二以上の画像情報が入力され、
前記画像情報は、デジタルカメラにより撮影されて収集され、
各写真画像中の送電線支持構造物と撮影位置に基づき、撮影時の光軸の方向が各写真画像についてそれぞれ求められ、
この光軸に垂直な投影平面に、空間座標の物体が、光軸と平行に単純投影された二次元座標と奥行きとによって表されると共に、焦点を介して一点透視されて表されることを介して、写真画像の座標と空間座標との変換式が各写真画像についてそれぞれ求められ、
各画像上の対象物について、二以上の仮想の奥行きとその各奥行きに対する投影平面上の前記二次元座標とから空間座標点を二以上求めることで、空間座標における対象物への方向が求められ、
各画像について求められた対象物への方向の交点に基づいて、対象物の実際の位置が求められ、
送電線の線種情報等を利用して、送電線式が求められ、
対象物の位置と送電線式とに基づいて、対象物と送電線との離隔距離が求められる
ことを特徴とする送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項２】
前記画像情報は、一方の送電線支持構造物側の二以上の既知の撮影位置から、他方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影されて収集される
ことを特徴とする請求項１に記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項３】
少なくとも二枚収集される前記画像情報の内、
第一の画像情報は、一方の送電線支持構造物側の既知の撮影位置から、他方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影されて収集され、
第二の画像情報は、他方の送電線支持構造物側の既知の撮影位置から、一方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影されて収集される
ことを特徴とする請求項１に記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項４】
前記撮影位置は、写真画像中の送電線支持構造物に基づき求められる
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項５】
空間座標認識のために、送電線支持構造物の形状・寸法と、送電線径間情報と、写真画像に関する情報と、撮影位置座標に関する情報が用いられ、
送電線式適用のために、送電線径間情報と、送電線線種情報と、撮影日・時の天候や気温が用いられ、
前記送電線径間情報には、径間長、地盤高低差、送電線支持構造物の設置角度、送電線角度、張力、設計温度、導体数、回線数等が含まれ、
前記送電線線種情報には、断面積、より線径・本数、電線外径、電線単位重量、弾性係数、膨張係数、抗張力、密度、負荷係数、検討温度等が含まれ、
前記写真画像に関する情報には、焦点距離、補正係数、写真上における送電線支持構造物の形状座標や対象物座標が含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項６】
送電線式は、送電線線種情報等の設計条件によりモデリングされた送電線の三次元情報を写真画像に戻して、写真上の送電線との差から実際のものへ修正される
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項７】
前記システムは、ネットワーク上のサーバにて実現され、
通信機能を備えた端末から前記ネットワークを介して、本システムのサイトに接続してアップロードされる情報から、対象物の位置と、その対象物と送電線との離隔距離が求められる
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の送電線近接物の離隔距離計測システム。
【請求項８】
形状寸法と配置等が知られた送電線支持構造物間に、既知の線種の送電線が架け渡され、その送電線に近接する樹木等の対象物の位置を特定すると共に、その対象物と送電線との離隔距離を計測するために、
二以上の撮影位置から送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態でデジタルカメラにより撮影された二以上の画像情報の入力を受けるステップと、
各写真画像中の送電線支持構造物と撮影位置に基づき、撮影時の光軸の方向を各写真画像についてそれぞれ求めるステップと、
この光軸に垂直な投影平面に、実際の空間座標の物体が、光軸と平行に単純投影された二次元座標と奥行きとによって表されると共に、焦点を介して一点透視されて表されることを介して、写真画像の座標と空間座標との変換式を各写真画像についてそれぞれ求めるステップと、
各画像上の対象物について、二以上の仮想の奥行きとその各奥行きに対する投影平面上の前記二次元座標とから空間座標点を二以上求めることで、空間座標における対象物への方向を求めるステップと、
各画像について求められた対象物への方向の交点に基づいて、対象物の実際の位置を求めるステップと、
送電線の線種情報等を利用して、送電線式を求めるステップと、
対象物の位置と送電線式とに基づいて、対象物と送電線との離隔距離を求めるステップとを、
コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
形状寸法と配置等が知られた送電線支持構造物間に、既知の線種の送電線が架け渡され、その送電線に近接する樹木等の対象物の位置を特定すると共に、その対象物と送電線との離隔距離を計測する方法であって、
二以上の撮影位置から送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態でデジタルカメラにより二以上の画像情報を収集し、
各写真画像中の送電線支持構造物と撮影位置に基づき、撮影時の光軸の方向を各写真画像についてそれぞれ求め、
この光軸に垂直な投影平面に、空間座標の物体が、光軸と平行に単純投影された二次元座標と奥行きとによって表されると共に、焦点を介して一点透視されて表されることを介して、写真画像の座標と空間座標との変換式を各写真画像についてそれぞれ求め、
各画像上の対象物について、二以上の仮想の奥行きとその各奥行きに対する投影平面上の前記二次元座標とから空間座標点を二以上求めることで、空間座標における対象物への方向を求め、
各画像について求められた対象物への方向の交点に基づいて、対象物の実際の位置を求め、
送電線の線種情報等を利用して、送電線式を求め、
対象物の位置と送電線式とに基づいて、対象物と送電線との離隔距離を求める
ことを特徴とする送電線近接物の離隔距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、鉄塔間に架け渡された送電線に近接する樹木等の位置を特定すると共に、架空送電線と樹木等との離隔距離を計測する「送電線近接物の離隔距離計測システム」に関するものである。なお、その離隔距離が所定以下に近接している場合には、その樹木等の全体ないし一部が除去されることになる。
【０００２】
【発明の背景】
電力送電分野においては、架空送電線の空中放電を防ぐために、送電線周辺の樹木や構造物と、送電線との間に絶縁・安全な離隔を保つことで、より安全に安定した電気を供給する必要がある。そのために、発電所〜変電所、変電所〜変電所までの架空送電線と、その間における樹木あるいは構造物（アンテナ等）との離隔距離を測定し、その距離及び位置を測量し、必要ならば樹木の枝や幹を切ったり、アンテナ等の構造物を除去したりすることが行われている。
【０００３】
このような近接樹木等の調査に関し、従来、以下の（ａ）〜（ｉ）の方法が知られている。なお、図３５における（ａ）〜（ｉ）は、以下の説明中のものに対応している。但し、（ｅ）についての図示は省略した。以下、この図３５を参照しつつ説明する。
【０００４】
（ａ）まず、従来は、グラスファイバー製の長尺伸縮棒からなる検測ポールを用いて上下高さを測定する方法が、最も一般的に行われている。しかしながら、この方法の場合、鉄塔からの距離は平面図、或いは測距器や巻尺を用いて測定する必要があった。また、この方法の場合、近接樹木のある個所まで行って測定する必要があり、手間がかかった。また、ポールの伸ばし方やたわみ等で、数十ｃｍの誤差を生じてしまうおそれがあった。さらに、作業員が木に登る等の危険な作業もあった。さらに、検測ポールの耐圧電圧は７７ｋＶであり、１５４ｋＶ以上の離隔測定には危険を伴うものであった。
【０００５】
（ｂ）また、従来、精密距離計を用いて計測することも行われているが、この場合も、鉄塔からの距離を平面図や測距器・巻尺を用いて測定したり、近接樹木のある線下で測定したりする必要があった。また、この方法は、電線高さが高い場合に使うことが多く、その場合には前記検測ポールと併用していた。よって、上記検測ポールを利用した場合の問題点と同等ないしそれ以上の不都合を生ずるものであった。さらに、この方法の場合、樹木の枝葉が多いと見ずらくて、樹木高さが分かりにくかった。
【０００６】
（ｃ）また、従来、トランシットや光波等を用いて測定することも行われているが、この場合には、樹木までの水平離隔距離と、樹木頂点への仰角により高さを求めていた。よって、樹木までの離隔距離を求める必要があり、不便であった。また、この場合も、鉄塔からの距離を平面図や測距器・巻尺を用いて測定したり、近接樹木のある線下で測定したりする必要があった。しかも、重量物の運搬や見通しの問題、装置が高価といった問題もあった。さらに、この方法は、測量の専門的技術が必要で、作業に時間がかかることもあって、あまり行われていない。
【０００７】
（ｄ）また、レーザー測距機を用いて測定することも考えられるが、この場合には送電線垂直方向からの見通しを要するものであった。つまり、電線と樹木と鉄塔が見渡せる位置が必要であるが、そのような条件の現場は少なかった。また、この方法の場合、専門的な知識が必要で、高価であること等により、あまり利用されていないのが実情である。さらに、この方法の場合、樹木の特定が別途必要で、しかも樹木が複数本ラップしている等の場合にはその特定が難しかった。
【０００８】
（ｅ）その他、ノンプリズム・レーザ距離計もあるが、高価であるため、利用度が低い。
【０００９】
（ｆ）また、従来、レーザー測量を利用した航空測量も知られている。しかしながら、この方法の場合、セスナ又はヘリコプター等で空からレーザー計測する必要があるため、コストが高くつく不都合があった。また、地主分けが必要なだけでなく、樹木の特定が別途必要で且つそれが難しいといった問題もあった。
【００１０】
（ｇ）また、特開平９−９７３４２号公報に示されるように、写真計測を利用した航空測量も知られている。しかしながら、この方法の場合も、セスナ又はヘリコプター等で空から計測する必要があるため、コストが高くつく不都合があった。また、この方法の場合、「レンズ光軸が平行であって、横方向の線が平行であるように配置された複数のカメラにより」送電線と樹木を撮影する必要があり、撮影条件が厳格で、常に二以上のカメラで同時に撮影する必要があった。しかも、解析に長時間を要するという問題もあった。
【００１１】
（ｈ）また、従来、ノンプリズムレーザ計測を利用した架空地線自走型樹木離隔測定システムも知られている。このシステムは、架空地線に自走機を走行させて下相と樹木を検出するものであった。しかしながら、このシステムの場合、鉄塔の最上まで登り設置し、１径間平均３００ｍ程をゆっくり移動しながら計測するのみならず、２往復させる必要があり、相手側鉄塔にも最低２人以上の人員を必要とするので、時間と人員のかかるものであった。また、４０〜５０ｋｇの重量物を担いで鉄塔まで行き、また鉄塔に昇塔する必要もあった。さらに、墜落や感電などの危険を伴うものでもあった。
【００１２】
（ｉ）また、架空送電線自走型樹木測定器も知られている。この場合、下相電線に自走機を走行させ、下相と樹木を検出するものであった。しかしながら、このシステムの場合も、鉄塔の下相アームまで登り設置し１径間平均３００ｍ程をゆっくり移動しながら計測するのみならず、２往復させる必要があり、相手側鉄塔にも最低２人以上の人員を必要とするので、時間と人員のかかるものであった。また、４０〜５０ｋｇの重量物を担いで鉄塔まで行き、また鉄塔に昇塔しなければならなかった。さらに、７７〜１５４ｋＶの線路に適用できるが、山地などを通る送電線の電圧は１５４ｋＶ以上が多くを占めているため、実際に使える径間が少なかった。また、複導体への適用は構造上無理があり、さらに、スペーサがあると先へ進めないという不都合もあった。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、手軽に誰でも簡単に扱え、少人数で速くて精度良く測定・計測・解析が可能で、コストの低減を図ることができ、軽量で安全な「送電線近接物の離隔距離計測システム」を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の送電線近接物の離隔距離計測システムは、形状寸法と配置等が知られた送電線支持構造物間に、既知の線種の送電線が架け渡され、その送電線に近接する樹木等の対象物の位置を特定すると共に、その対象物と送電線との離隔距離を計測するシステムであって、二以上の撮影位置から送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影された二以上の画像情報が入力され、前記画像情報は、デジタルカメラにより撮影されて収集され、各写真画像中の送電線支持構造物と撮影位置に基づき、撮影時の光軸の方向が各写真画像についてそれぞれ求められ、この光軸に垂直な投影平面に、空間座標の物体が、光軸と平行に単純投影された二次元座標と奥行きとによって表されると共に、焦点を介して一点透視されて表されることを介して、写真画像の座標と空間座標との変換式が各写真画像についてそれぞれ求められ、各画像上の対象物について、二以上の仮想の奥行きとその各奥行きに対する投影平面上の前記二次元座標とから空間座標点を二以上求めることで、空間座標における対象物への方向が求められ、各画像について求められた対象物への方向の交点に基づいて、対象物の実際の位置が求められ、送電線の線種情報等を利用して、設計上の仮想の電線式が求められ、好ましくはこれを画像上の送電線を基に現在架線されている実際の送電線式に修正し、対象物の位置と送電線式とに基づいて、対象物と送電線との離隔距離が求められることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の送電線近接物の離隔距離計測システムは、上記構成に加えて、空間座標認識のために、送電線支持構造物の形状・寸法と、送電線径間情報と、写真画像に関する情報と、撮影位置座標に関する情報が用いられ、送電線式適用のために、送電線径間情報と、送電線線種情報と、撮影日・時の天候や気温が用いられ、前記送電線径間情報には、径間長、地盤高低差、送電線支持構造物の設置角度、送電線角度、張力、設計温度、導体数、回線数等が含まれ、前記送電線線種情報には、断面積、より線径・本数、電線外径、電線単位重量、弾性係数、膨張係数、抗張力、密度、負荷係数、検討温度等が含まれ、前記写真画像に関する情報には、焦点距離、補正係数、写真上における送電線支持構造物の形状座標や対象物座標が含まれることを特徴とする。
【００１７】
なお、送電線式は、設計上の仮想のものよりは、上述したように、送電線線種情報等の設計条件によりモデリングされた送電線の三次元情報を写真画像に戻して、写真上の送電線との差から実際のものへ修正するのが好ましい。
【００１８】
ところで、前記システムは、ネットワーク上のサーバにて実現され、通信機能を備えた端末から前記ネットワークを介して、本システムのサイトに接続してアップロードされる情報から、対象物の位置と、その対象物と送電線との離隔距離が求められることを特徴とする送電線近接物の離隔距離計測システムとすることもできる。
【００１９】
なお、画像は少なくとも２枚収集されるが、その各画像は、一方の送電線支持構造物側の二以上の撮影位置から、他方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影して収集してもよいが、形状や配置等が知られた物体と、樹木等の対象物とが写っていれば、画像収集方法は適宜変更可能なことは言うまでもない。例えば、少なくとも二枚収集される画像の内、第一の画像は、一方の送電線支持構造物側の撮影位置から、他方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影して収集する一方、第二の画像は、他方の送電線支持構造物側の撮影位置から、一方の送電線支持構造物と対象物とが含まれる状態で撮影して収集してもよい。
【００２０】
また、撮影位置自体も、最初から必ずしも直接的に既知である必要はなく、間接的に既知である場合を含むのは勿論である。例えば、写真画像中の送電線支持構造物に基づき撮影位置を求めるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の送電線近接物の離隔距離計測システムについて、実施例に基づき更に詳細に説明する。
【００２２】
本実施例の離隔距離計測システムは、送電線とその近傍に生育あるいは存在する対象物（樹木、ビル屋上のアンテナ等の構造物等）との離隔距離を、２点以上の既知位置から撮影した画像（写真ファイル）を解析することにより計測するものである。２眼ステレオマッチング手法等により、２枚以上の画像から解析することが可能とされている。また、画像特有の情報（焦点距離等）を利用することにより、標準撮影、ズーム撮影等、さまざまな条件下での撮影画像も解析対象として扱うことが可能とされている。
【００２３】
本システムを用いて、樹木等の位置の特定と、その樹木２と送電線１０との離隔距離の計測を行うためには、まず一方の鉄塔１Ａから、対象物たる樹木２と、相手側鉄塔１Ｂとを含んだ状態でカメラを撮って画像データを採取する必要がある。この現場作業の状態を、図１の概念図に示した。また、写真は、図２に示すように、一方の鉄塔１Ａの左右からそれぞれ１枚ずつ合計２枚を最低撮影することにする。これにより、図３に示すように、相手側鉄塔１Ｂと樹木等２とが含まれた状態の写真が２枚採取される。
【００２４】
解析方法としては、まず既知データより、各画像に対する透視変換マトリックスを作成し、撮影位置から対象物までの空間座標系における３次元方向ベクトルを算出する。こうして得られた複数の３次元方向ベクトルより、対象物の空間座標を特定し、送電線式により求まった当該対象物位置での送電線座標との離隔距離を得ることができる。なお、レンズ歪等による画像のゆがみ、撮影機固有の特性等に関しては、使用する撮影機の特性、情報や画像上情報により事前補正される。
【００２５】
本実施例のシステムにおいては、既知データとして、図４の表に示されるようなデータが採用される。図中、送電線支持構造物（鉄塔等）の形状・寸法としては、送電線支持構造物上の最低３点が採用され、鉄塔の場合には通常、アーム先端が使用される。本実施例では、例えば、図５に示した鉄塔１の一例の概略図を参照して、各アーム１１〜１３や鉄塔最上（グランド）１４までの高さ、アームを支持するポスト部１５上部におけるベント部１６の幅、中央から左右各アーム（例えば第１アーム〜第３アーム）１１〜１３先端までの幅、鉄塔最上１４における中央からのエッジまでの幅等が採用される。なお、鉄塔下端部の中心が、空間座標の基準点１７とされる。
【００２６】
送電線径間情報の内、径間長とは、隣接する鉄塔等の基準点同士の水平距離である。また、地盤高低差とは、Ｆ．Ｌ．（フォーメーションレベル）同士の垂直距離である。鉄塔角度とは、撮影側鉄塔に対しての相手側鉄塔の水平方向傾き角度（鉄塔の振り角度）である。そして、送電線角度の二分の一が、一般的に、鉄塔角度とされる。張力とは、最大使用張力である。導体数には、単導体、複導体、４導体等がある。また、回線数については、同方向へ突出した３つのアームで１回線とされることが一般的である。
【００２７】
送電線線種情報の内、より線径・本数については、二重の線の場合には、２種類についてデータが与えられる。電線単位重量とは、１ｍ当りの重量である。抗張力とは、引っ張り強さである。負荷係数とは、風（横振れ）や雪（被氷）に関する負荷であり、検討温度とは、最悪季における温度（風における最悪条件の送電線温度、静止状態による最悪条件温度）である。
【００２８】
画像に関する情報の内、鉄塔形状座標ないし対象物座標とは、写真画像上における鉄塔ないし対象物の座標である。なお、実際には、デジタルカメラで撮影された写真画像をコンピュータに取り込んで、そのディスプレイに表示させた後、マウス等で指定された位置の座標が採用される。
【００２９】
撮影位置座標については、例えば、撮影が鉄塔のポスト部の中央部にて行われた場合には、その地点の座標を指定すればよい。天候や気温は、撮影日、或いは好ましくは撮影時のものが採用される。
【００３０】
写真画像の座標と実際の空間座標とを関連付けるために、対象とする画像全てに対して、透視変換マトリックスを作成する。透視変換マトリックスは、空間座標系（現実の３次元座標）と画像座標系（写真画像上の座標）との双方向座標変換を受け持つ情報である。幾何学的情報として、投影平面の面係数、撮影位置座標、平面投影マトリックス、仮想焦点距離から構成される。
【００３１】
この内、投影平面の面係数とは、撮影機の画像投影平面（例えばフィルム面）の空間座標軸における３次元面係数を示す。撮影位置座標とは、撮影機のレンズ中心を示し、空間座標軸における３次元座標となる。
【００３２】
また、平面投影マトリックスとは、空間座標を画像座標へ変換、あるいは画像座標を空間座標へ逆変換するためのマトリックスである。この平面投影マトリックスにはレンズによる光線の収束性は含まれていない。なお、平面投影マトリックスは、投影平面の面係数より算出可能である。
【００３３】
そして、仮想焦点距離とは、レンズによる光線の収束性を考慮する際に必要となる焦点距離を示す。
【００３４】
画像情報から対象物の位置を特定等するために、前提となる座標軸について説明する。
まず、送電線、鉄塔、対象物等が存在する実際の空間を認識するため、図６に示すような空間座標軸（ワールド座標）を設定した。この原点は画像撮影側の鉄塔基準点とした。そして、撮影側鉄塔の基準点から、相手側鉄塔の基準点方向へ水平にｙ軸をとった。また、ｙ軸と直角に右方向にｘ軸をとった。さらに、ｘ、ｙ軸平面に直交し、上方向にｚ軸をとった。
【００３５】
なお、鉄塔に高低差がある場合も、図７に示すように、ｘ、ｙ軸は水平（重力方向に垂直）とした。高低差は撮影側鉄塔の基準点と相手側鉄塔の基準点とのレベル差であり、ｚ軸方向に対して正負を付与することにした。
【００３６】
主な空間座標として、撮影位置（撮影機レンズ中心）Ｗｃ、相手側鉄塔形状から求まる各座標としてのアーム右位置Ｗａｒとアーム左位置Ｗａｌが存在する。また、撮影側鉄塔形状から求まる各座標も空間座標として認識される。画像に対し、撮影位置は１座標であるが、アーム位置は鉄塔形状により複数座標存在する。
【００３７】
一方、撮影機により撮影された画像上の位置を認識するため、図８に示すように、画像座標軸（ピクチャ座標）を設定した。この場合、写真画像中心を原点（  ０，  ０  ）とし、右側をｘ軸、上側をｙ軸とした。主な画像座標として、アーム右位置  Ｐａｒ、アーム左位置  Ｐａｌが存在する。
【００３８】
今、撮影側鉄塔の既知の位置から、既知の距離だけ離れ且つ既知の形状・寸法・配置の相手側鉄塔をデジタルカメラで撮影すると、写真画像上の鉄塔の形状・寸法・配置により、どのような向きで撮影したかという光軸が求められる。なお、撮影時には、相手側鉄塔の他、鉄塔間に架け渡された送電線の少なくとも一部と、その送電線に近接の樹木等の対象物を含んで撮影される。また、写真画像は、例えば鉄塔のポスト部の左右からの少なくとも２枚が撮影されて解析に利用される。
【００３９】
撮影された写真画像について、透視変換マトリックスが作成される。この透視変換マトリックスの構成要素について述べると、透視変換マトリックスは、空間座標軸上の投影平面と焦点で表される。この投影平面は、前記光軸に垂直な面であり、写真画像面と等価とみることができる。実際には、焦点を経由して実像と虚像は点対称となるが、概念的には図９に示されるようなものとなる。
【００４０】
写真画像に表された画像座標は、前記投影平面を介して空間座標に座標変換することができる。また、同様に、空間座標を投影平面を介して画像座標に座標変換することもできる。この座標変換には、平面投影マトリックスが用いられる。この場合、図１０に示すように、空間座標上のもの全てを投影平面上に光軸と平行に単純投影されたものを仮定して行う。なお、投影方向は投影平面の面係数より一意に決定される。
【００４１】
これにより、図１１に示すように、空間座標は、投影平面上に単純投影された投影平面上の二次元座標と、投影平面からの奥行きとによって表すことが可能となる。つまり、投影平面から空間座標までの垂直距離が奥行き距離となる。
【００４２】
一方、空間座標を投影平面を介して画像座標に座標変換する場合、写真は一点透視となるため、平面投影変換後に焦点座標を用いて収束させる必要がある。これらの状態を図１２に示した。
【００４３】
投影平面の状態を見ると、図１３に示すように、画像の中心方向に収束され、その距離は奥行きにより求まることになる。そして、投影平面の面係数が既知である場合、ＷｃとＷａｒ、Ｗａｌの３次元線分と投影平面との交差点がＰａｒ’、Ｐａｌ’  となる。そして、図１４に示すような手法にて、Ｐａｒが求められる。
【００４４】
ところで、上述したように、投影平面を求めるためには、撮影機が視準している方向ベクトルとしての光軸を求める必要がある。ここでいう方向ベクトルが撮影平面の法線ベクトルとなる。この法線ベクトルは、図１５を参照して、図１６に示されるような手法にて求められる。
【００４５】
これを概念的に示すと図１７に示すようになり、線分Ｐ０  Ｐ１〜Ｐ０  Ｐ３のピクセル値を読み取り、Ｐ０  Ｐ１〜Ｐ０  Ｐ３とＯＰ０よりＯＰ１〜ＯＰ３の長さを求め、Ｔ１〜Ｔ３と０を結ぶ延長上の点Ｐ１〜Ｐ３の座標を長さＯＰ１〜ＯＰ３により求め、Ｐ１〜Ｐ３で構成される面を求め、０を通る法線を求めればそれが光軸となる。
【００４６】
求まった法線ベクトルにより、図１８に示されるような式にて、平面投影マトリックスが算出される。そして、平面投影マトリックスを用いて、Ｗｃ、Ｗａ群が座標変換される。変換後の座標は、図１９に示される式にて求められる。
【００４７】
また、図２０に示されるように、座標変換後のＷｃ’を中心として、各Ｗａ’座標との距離より、仮想焦点距離が求められる。そして、与えられた点群全てに対してｆを算出し、その平均値を対象画像における仮想焦点距離ｆとした。
【００４８】
そして、投影平面はａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０にて表される。ここで、ａ、ｂ、ｃは平面の面係数であり、前述の法線ベクトルＱａ、Ｑｂ、Ｑｃと同値である。Ｗｃから法線ベクトル（Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ）方向に仮想焦点距離（ｆ）離れた投影平面が求められる。そして、上式のｘ、ｙ、ｚ各成分にＷｃ座標を代入することでｄ値を求めることができる。
【００４９】
次に、対象物位置の特定を行う。つまり、送電線近傍に生育する樹木あるいは存在する構造物の空間座標軸における位置を特定する。本来、送電線との離隔を計測するための位置特定であるため、樹木なら頂部や枝先端、構造物なら頂部や隅角部等が対象となる。
【００５０】
ここでは、図２１に示すように、一方の鉄塔（撮影側鉄塔）の左右の撮影位置（Ａ）及び（Ｂ）から、隣接した他方の鉄塔（相手側鉄塔）側にカメラを向けて、送電線に近接していそうな対象物を含んで撮影した場合について考える。この場合、既知の撮影位置から既知の距離だけ離れた既知の形状・寸法・配置の相手側鉄塔を撮影したことにより、その写真画像に表れた相手側鉄塔の状態から、上述した手法によりカメラの光軸が求められる。それ故に、その光軸に垂直な投影平面も求められる。
【００５１】
そして、写真画像上の対象物の実際位置を求めるには、まず、各写真上に表された対象物から、撮影位置から対象物への方向（空間座標上の方向ベクトル）を求めるのである。一点透視した場合の対象物への方向は、図１２及び図１３に示された手法と同様の手法で、写真画像を用いて、焦点と対象物とを結ぶ線から分かるので、その方向を空間座標に変換すればよい。
【００５２】
これには、対象物に関し、仮想の奥行きを二つ（例えば、径間長とカメラ位置）指定すると共に、上記一点透視した場合の方向を利用することで、仮想の各奥行きに対して、対象物を投影平面上に単純投影した場合の投影平面上の二次元座標をそれぞれ求めることができる。これにより、その二次元座標と奥行きとで、空間座標上の点が二つ求められる。よって、この二点を結ぶ線を求めれば、それは撮影位置から対象物への実際の空間座標上の方向となる。このようにして、二枚の写真からそれぞれ、各撮影位置から対象物への方向を求め、その交点を求めることで、対象物の位置を求めることが可能となる。
【００５３】
このように、各画像に対して、撮影位置から対象物までの空間座標軸における方向ベクトルが算出されており、同一対象物が撮影されている２枚以上の写真画像を対象に、方向ベクトルの交差地点が対象物の位置となる。
【００５４】
つまり、空間座標軸は、各画像に関係なくユニークな情報となるため、方向ベクトルから３次元線分を形成し、空間上の直線の交点を算出すれば良い。なお、撮影精度、解析精度に応じて、空間上の１点で交差しないこともあり得るが、その場合、直線間の最短距離を示す線分の中点を対象物位置としてとらえる。これは解析上の誤差として把握し、高い解像度を持つ撮影機の使用や、対象とする撮影画像の枚数を増やすことで精度の向上が期待できる。
【００５５】
最後に、対象物と送電線との離隔距離の算出であるが、撮影側及び相手側鉄塔の形状、送電線径間情報、送電線線種情報、撮影日天候より、当該区間における送電線の３次元位置が求まる。つまり、各種データから、送電線の架け渡し形状（垂れ下がり形状）に関する送電線式が求められる。この送電線式に関しては、本来はカテナリー式を用いるが、その他、カテナリー式と近似する放物線式他の理論式が広く用いられており、適宜のものが採用される。
【００５６】
送電線と対象物との離隔距離については、対象物が存在する空間上の位置における設計条件での送電線の空間座標を求め、２点間の水平距離、垂直距離を求め、それらから離隔距離（最短距離）を算出すればよい。そして、好ましくは、風と温度の変化による横振れ検討をも行う。すなわち、風や温度が最悪条件となった場合の送電線の縦及び横方向のずれ（弛度と横振れ）を仮想して、それと対象物との距離を求めるのが好ましい。
【００５７】
しかし、実際には設計条件に誤差±０で架線されている事はなく、設計条件での送電線位置と対象物の距離を求めると誤差が生ずる場合がある。そこで、その設計条件によりモデリングされた送電線の３次元座標の最低２つ以上の座標を写真上に戻してやり、写真上に配置された設計条件における送電線位置を写真上の実際の送電線位置に補正してやる事により、実際の架線条件値を算出し、それを送電線式に与えてやる事により実際の送電線と対象物との空間座標を求め、２点間の水平距離、垂直距離、離隔距離（最短距離）を算出するのが好ましい。
【００５８】
つまり、写真画像に表れている部分の送電線に基づいて、設計・理論上の送電線式を実際の送電線式に修正するのが望ましい。この場合、対象物の位置での送電線が写真に写っていなくても、対象物位置での送電線位置を特定することが可能となる。なお、対象物の位置での送電線が写真に写っている場合には、その写真上の送電線位置をそのまま利用可能としてもよいのは勿論である。
【００５９】
ところで、本実施例では、送電線の長手方向と垂直な平面における対象物（樹木やアンテナ等の先端部等）と送電線との離隔距離を求めたが、場合によっては、対象物から任意の方向における最短離隔距離を計測するようにしてもよい。
【００６０】
次に、以上において説明した手法を用いて、実際の計測実地結果の一例について説明する。撮影は気温３０℃の下で行われ、図２２に示される鉄塔径間緒元情報（送電線径間情報）、図２３に示される鉄塔情報（送電線支持構造物の形状・寸法）、図２４に示される電線諸元情報（送電線線種情報）が知られている。また、本システムの有効性検討のために、図２５に示すように予め測量によって、対象物の位置と、その対象物と送電線との離隔距離を求めておいた。
【００６１】
まず、デジタルカメラを用いて、撮影側鉄塔から二枚の写真を撮影する。これにより、基準画像と比較画像の二つの画像情報が採取される。なお、それら基準画像と比較画像の各撮影位置の情報が、図２６及び図２７に示されるように知られている。
【００６２】
これら各画像情報をパソコンに取り込んで、そのディスプレイ上に表示された画像において、所要の個所をマウスでクリックする等して指定することで、その個所の画像座標（ピクセル情報）が採取される。ここでは、図２８に示すように、相手側鉄塔の各アーム位置と、対象物としての樹木の頂点の座標を求める。
【００６３】
以上の情報に基づいて、図２９に示されるように、各画像についての光軸の単位ベクトルが求められ、その情報に基づいて図３０に示すように、光軸の方向ベクトルと平面投影変換マトリックスが算出される。そして、それら情報から、図３０下部に示すように、各画像に対する仮想焦点距離が算出される。
【００６４】
得られた透視変換マトリックスより、図３１に示すように、各画像における樹木位置を特定するための情報（基準点＋方向ベクトル）が算出される。そして、各画像毎に算出された樹木位置を示す基準点及び方向ベクトルから、実際に樹木が存在する位置を特定し、別途算出される送電線位置座標との離隔距離を図３２に示すとおり算出した。そして、その結果を実際の測量結果と比較したものが、図３３である。実際の測量結果とシステムの解析結果を比較した場合、離隔距離に関しては、樹木１で１ｍｍ、樹木２で２７ｍｍの値を得ることができた。この値は、撮影機や解析に用いる機材の精度により増減するが、実用性のあること確かめられた。
【００６５】
以上の実施例のシステムによれば、鉄塔間距離が５００ｍ前後（３００〜７００ｍ）の比較的遠距離で、且つ比較的視差の少ない環境下で撮影した写真画像からも、対象物の位置と、その対象物と送電線との離隔距離を正確に把握することができる。
【００６６】
また、従来の一般的な手法では、鉄塔側に二名（鉄塔への昇塔者と、地上からその安全を見守る監視者）と、樹木カタマリ側に二名（昇塔者の合図により対象木を実際に決定する人と、そこから少し離れた場所（送電線と樹木とを見通せる場所）からその決定を大まかに手助けする人）の合計４名の作業員が必要であったが、本システムの手法によれば、鉄塔に昇塔して樹木カタマリと相手側鉄塔を撮影する撮影者と、鉄塔下部からそれを見守る監視者との二名で現場作業を完了することができる。つまり、現場では写真を撮るだけで済み、事務所では写真を解析計測プログラムで解析するだけで済む。
【００６７】
また、撮影側鉄塔情報、相手側鉄塔情報、当該径間情報、当該線種等の情報により正確に計測でき、しかもこれら情報をデータベース化し且つユーザーインターフェースを分かり易くすることで、誰もが使用でき、しかも誰がしても同じ結果を得ることができ、熟練者である必要がなくなる。
【００６８】
レンズ歪補正の簡易化、複数種のカメラに対応可能なため、一般に販売されている例えば１３０万画素以上のデジタルカメラを使うことにより特別な機器等がなくても計測可能である。
【００６９】
カメラ１台で計測できるので、光波等の重量物を持ち歩く必要もなくなる。しかも、従来の航空測量のように、所定の状態で配置した２台のカメラで同時に撮影する必要もない。
【００７０】
送電線等に接近しなくても作業可能であり、しかも樹木等の対象物のある場所まで行かなくてもよいので、安全である。従来の方法では、急斜面、崖、岩場などの道なき道を移動する必要があり、手間や時間のロスがあるだけでなく、危険であったが、本システムによれば樹木の個所まで行く必要がなくなる。
【００７１】
また、送電線の位置が送電線線路方向（横方向）からでは特定できなかったので、上方向からの写真（画像）でしか今までは計測できなかったが、本システムにより送電線を特定することができ、地上から撮影した横方向（送電線線路方向、線垂直方向）、上空及び下方からの写真（画像）でも離隔距離を計測することが可能となった。
【００７２】
ところで、取り込まれる画像情報に基づいて、指定された対象物の位置を特定すると共に、対象物と送電線との離隔距離を算出して、その結果を出力するという本実施例の処理を実行するコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピィーディスク等のコンピュータ読取可能な各種の記録媒体として頒布可能である。また、このコンピュータプログラムは、通信回線を介して、各種端末に伝送して供給することも可能である。
【００７３】
さらに、一以上の端末とネットワーク（例えばインターネット）を介して接続されたサーバにて、本実施例の処理を可能にしてもよい。その場合には、端末から送信されてきた必要データをサーバが受信して、その受信データに基づいて離隔距離の算定等の解析処理を行い、その結果を前記端末に返信して、端末側で結果を把握可能にすればよい。例えば、各クライアントの端末のソフトにて画像情報の前処理が行われ、必要データ（例えば図４に示されるようなデータ）をサーバにアップロードし、サーバで解析し、その結果をクライアントの端末に返信するよう構成する。この場合、容量の大きな画像データ自体をサーバに送信する必要がないので、処理の迅速化を図ることが可能となる。
【００７４】
また、ＷＷＷブラウザを備えた端末からインターネット経由でサーバに接続して、そのウェブサイトのウェブページ上に画像をアップロードして、各種データの入力や位置の指定等を行うことで解析が行われて、その結果を端末側に表示可能としてもよい。或いは、電子メールの添付ファイルとして画像情報等を送信して、それを受信したサーバ側で解析を行い、その結果を電子メール等で報告可能とすることも考えられる。
【００７５】
なお、少なくとも２枚収集される各画像の収集方法は、適宜変更可能である。図３４には、画像収集方法のバリエーションを示した。
同図（Ａ）は、上記実施例で述べたように、一方の鉄塔の二以上の撮影位置から他方の鉄塔をそれぞれ撮影する場合である。この場合において、各画像には、他方の鉄塔と対象樹木等が含まれる状態で撮影されることは言うまでもない。また、同図（Ｂ）は、両方の鉄塔からそれぞれ少なくとも１枚ずつ、相手側鉄塔と対象樹木等が含まれる状態で撮影する場合である。
【００７６】
さらに、同図（Ｃ）は、二以上の任意の位置から少なくとも一方の鉄塔等と、対象樹木等が含まれる状態で２枚の画像を収集し、その写真画像から撮影位置を特定し、その値を使用して上記各実施例と同様の解析を行う場合である。この場合、カメラの焦点距離の他、鉄塔等の形状・大きさや配置・方向等から撮影位置を既知の位置とすることができる。なお、この場合においても、各画像は同じ側の鉄塔等を含んだ状態で撮影したものでもよいし、一の写真は一方の鉄塔等を含むと共に他の写真は他方の鉄塔等を含んだ状態で撮影したものでもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の送電線近接物の離隔距離計測システムによれば、手軽に誰でも簡単に扱え、少人数で速くしかも精度良く測定・計測・解析が可能で、コストの低減を図ることができる。しかも、軽量で安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムによる離隔距離計測のために、写真による画像情報を採取する際の現場作業の一例を示す概念図である。
【図２】図１の概略平面図である。
【図３】図１及び図２に示された方法にて、鉄塔の左右からそれぞれ採取された写真画像の一例を示す図である。
【図４】本発明のシステムの一実施例において、既知データとして与えられる情報の一例を示す図である。
【図５】鉄塔形状の一例を示す概略図である。
【図６】本発明のシステムの一実施例において使用される空間座標軸を示す概略図である。
【図７】図６の空間座標軸において、鉄塔間に高低差があった場合の取り扱い方法を示す概略図である。
【図８】本発明のシステムの一実施例において使用される画像座標軸を示す概略図である。
【図９】本発明のシステムの一実施例において使用される透視変換マトリックスを説明するための透視変換図である。
【図１０】本発明のシステムの一実施例において使用される平面投影マトリックスを説明するための平面投影図である。
【図１１】平面投影マトリックスによる座標変換の状態を示すブロック図である。
【図１２】本発明のシステムの一実施例において使用される座標変換を説明するための一点透視図である。
【図１３】図１２における投影平面を示す収束図である。
【図１４】図１３に基づく収束計算図である。
【図１５】本発明のシステムの一実施例における法線ベクトルの算出を説明するための概念図である。
【図１６】図１５を参照して法線ベクトル算出を考察するための計算状態を示す図である。
【図１７】本発明のシステムの一実施例における光軸の向きの算出を説明するための概念図である。
【図１８】本発明のシステムの一実施例における平面投影マトリックス等を示す図である。
【図１９】図１８の平面投影マトリックスを使用した座標変換式を示す図である。
【図２０】本発明のシステムの一実施例における仮想焦点距離の算出を説明するための概念図である。
【図２１】本発明のシステムの一実施例における対象物位置特定を説明するための概念図である。
【図２２】本発明のシステムの一実施例のテストのための鉄塔径間諸元情報を示す図である。
【図２３】本発明のシステムの一実施例のテストのための鉄塔情報を示す図である。
【図２４】本発明のシステムの一実施例のテストのための電線諸元情報を示す図である。
【図２５】本発明のシステムの一実施例のテストにおいて、本システムによる計測結果と比較するために測量で求めた対象物情報を示す図である。
【図２６】本発明のシステムの一実施例のテストのための基準画像撮影位置情報を示す図である。
【図２７】本発明のシステムの一実施例のテストのための比較画像撮影位置情報を示す図である。
【図２８】本発明のシステムの一実施例のテストのための基準画像と比較画像から求められたピクセル情報を示す図である。
【図２９】本発明のシステムの一実施例のテストのための基準画像や比較画像から求められた光軸の単位ベクトルの情報を示す図である。
【図３０】本発明のシステムの一実施例のテストにおいて求められた平面投影変換マトリックスや仮想焦点距離の情報を示す図である。
【図３１】本発明のシステムの一実施例のテストにおいて求められた樹木位置特定のための情報を示す図である。
【図３２】本発明のシステムの一実施例のテストにおいて求められた樹木位置の情報を示す図である。
【図３３】本発明のシステムの一実施例のテストにおいて求められた結果と、図２５の測量結果との比較をした図である。
【図３４】本発明のシステムによる解析のための写真撮影方法のバリエーションを示す図である。
【図３５】従来の送電線近接物の離隔距離計測方法の例を示した概略図である。
【符号の説明】
１    送電線支持構造物（鉄塔等）
１Ａ  撮影側鉄塔
１Ｂ  相手側鉄塔
２    対象物（樹木等）
１０    送電線
１１〜１３    アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003574419.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003574419.tif 000006
【図６】
0003574419.tif 000007
【図７】
0003574419.tif 000008
【図８】
0003574419.tif 000009
【図９】
0003574419.tif 000010
【図１０】
0003574419.tif 000011
【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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【図１６】
0003574419.tif 000017
【図１７】
0003574419.tif 000018
【図１８】
0003574419.tif 000019
【図１９】
0003574419.tif 000020
【図２０】
0003574419.tif 000021
【図２１】
0003574419.tif 000022
【図２２】
0003574419.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0003574419.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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