(57)【要約】【課題】特徴点の少ない地形であっても、低コストで広範囲を高密度に計測することができる地形計測システムを提供する。【解決手段】本発明に係る地形計測システムは、地形に設置した通信端末までの距離をレーザ測距装置が計測した結果と、前記通信端末の固有ＩＤとを対応付けることにより、前記通信端末が設置されている位置の地形変動を特定する。【選択図】図１Ａ
2018031589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地形の形状変化を計測する地形計測システムであって、
前記地形に設置された通信端末、
前記通信端末との間で無線通信するリーダ装置、
前記通信端末に対してレーザ光を照射することにより前記通信端末までの距離を測定するレーザ測距装置、
を有し、
前記通信端末は、前記レーザ光を検出するセンサ、前記リーダ装置との間で無線通信する通信部、を備え、
前記通信部は、前記センサが前記レーザ光を検出すると、前記通信端末の固有ＩＤを前記リーダ装置に対して送信し、
前記リーダ装置は、前記通信部が送信した前記固有ＩＤと、前記レーザ測距装置が測定した前記通信端末までの距離とを対応付けることにより、前記通信端末が設置されている位置における前記地形の形状変化を特定する
ことを特徴とする地形計測システム。
【請求項２】
前記レーザ測距装置と前記通信端末は、互いに同期されたクロックをそれぞれ備え、
前記通信部は、前記固有ＩＤと併せて、前記センサが前記レーザ光を検出した時刻を前記リーダ装置に対して送信し、
前記リーダ装置は、前記レーザ測距装置が前記通信端末に対して前記レーザ光を照射した時刻と、前記通信部から受信した時刻とを参照することにより、前記通信部が送信した前記固有ＩＤと、前記レーザ測距装置が測定した前記通信端末までの距離とを対応付ける
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【請求項３】
前記リーダ装置は、複数の前記通信端末と同時に無線通信するように構成されており、
前記レーザ測距装置は、前記リーダ装置が前記複数の通信端末と同時に無線通信している間に、前記複数の通信端末それぞれに対して前記レーザ光を照射し、
前記リーダ装置は、前記通信部から受信した時刻を参照することにより、前記同時に無線通信する前記複数の通信端末のうちいずれから前記固有ＩＤを受信したかを特定する
ことを特徴とする請求項２記載の地形計測システム。
【請求項４】
前記レーザ測距装置は、同一の前記通信端末に対して、互いに異なる時刻においてそれぞれ前記レーザ光を照射し、
前記リーダ装置は、前記互いに異なる時刻それぞれにおいて前記レーザ測距装置が測定した前記通信端末までの距離を用いて、前記同一の通信端末が設置されている位置における前記地形の形状変化を特定する
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【請求項５】
前記通信端末は、前記リーダ装置が送信する電磁波を電力として用いるパッシブ型端末として構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【請求項６】
前記通信端末は、動作電力を供給する電池を備える
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【請求項７】
前記センサは、所定の変調を施された光信号または所定範囲内の周波数を有する光信号に対してのみ応答するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【請求項８】
前記リーダ装置と前記レーザ測距装置は、無線操縦によって制御される飛行体に搭載されている
ことを特徴とする請求項１記載の地形計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地形を計測するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地すべりの兆候を早期に検知するためには、広範囲の地形形状を高精度で計測する技術が重要である。具体的には、（ａ）計測対象地域にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）端末を配置する方法、（ｂ）計測対象地域にレーザ測距のためのプリズムを配置する方法、などが用いられてきた。その他、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）も計測技術として知られている。
【０００３】
下記特許文献１は、レーザ測距装置を用いて地形変動を計測する手法を記載している。下記特許文献２は、転石や崩壊面を目印とすることにより、ターゲットを設置することなく斜面の地形変動を監視する技術を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０８２１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、レーザ測距装置を用いて地形を計測する手法においては、計測精度を高めるためにＧＰＳ端末やプリズムを設置するのが一般的である。しかしこれらデバイスは高価であるので、広範囲にわたる計測対象地域にこれらデバイスを高密度で配置するには限界がある。
【０００６】
特許文献２が記載している技術は、ターゲットを設置することなく地形を計測することを図っている。しかし同文献においては、転石や崩壊面を目印として地形変動を計測しているので、そのような特徴点の少ない地形の変動を精度よく計測することは困難であると考えられる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、特徴点の少ない地形であっても、低コストで広範囲を高密度に計測することができる地形計測システ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】
【０００８】
本発明に係る地形計測システムは、地形に設置した通信端末までの距離をレーザ測距装置が計測した結果と、前記通信端末の固有ＩＤとを対応付けることにより、前記通信端末が設置されている位置の地形変動を特定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る地形計測システムによれば、特徴点が少ない地形においても、個々の通信端末の変位を識別することにより、コストを抑制しつつ地形変動を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】実施形態１に係る地形計測システム１０の構成図である。
【図１Ｂ】地形３００において地すべり３０１が発生した様子を示す図である。
【図２】通信端末２００の概略を示す構成図である。
【図３】制御回路２３０の構成図である。
【図４】地形計測システム１０の動作手順を説明するタイムチャートである。
【図５】複数の通信端末２００との間の通信手順を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１Ａは、本発明の実施形態１に係る地形計測システム１０の構成図である。地形計測システム１０は、地形３００の地形変動を計測するシステムである。地形計測システム１０は、飛行体１００、通信端末２００を有する。
【００１２】
飛行体１００は、レーザ測距装置１１０とリーダ装置１２０を搭載し、無線操縦によって制御される、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）である。レーザ測距装置１１０は、レーザ光１１１を地形３００上の複数の照射位置１１２に対して照射し、その反射光を検出することにより、照射位置１１２までの距離を計測する。リーダ装置１２０は、電磁波１２１を介して、地形３００上に設置された通信端末２００との間で無線通信する。
【００１３】
通信端末２００は、地形３００上の複数の位置に設置されている。通信端末２００を設置する位置や個数は、必ずしも照射位置１１２の位置や個数と一致する必要はない。図１Ａにおいては１８個の通信端末２００を設置し、便宜上の番号（後述する固有ＩＤに相当する）を付与している。
【００１４】
図１Ｂは、地形３００において地すべり３０１が発生した様子を示す図である。地すべり３０１は、地表面がずれる現象である。大きな地すべりが生じた場合は、そのずれが３次元的な地形変化として計測されると考えられるので、これを検出することは比較的容易である。他方で、地形３００の表面形状が大きく変化しないような態様の地すべりも考えられる。この場合、計測対象範囲内におけるレーザ測距による計測結果は地すべり３０１の発生前後で大差ないので、地すべりによる地形変化をレーザ測距のみによって計測することは困難である。またレーザ測距によって計測可能な地形変形が生じたとしても、その地形変形が生じた箇所が計測対象範囲外であれば、やはり地形変動を計測することは困難である。
【００１５】
そこで本実施形態１においては、個々の通信端末２００を個体識別することにより、各通信端末２００が設置されている位置における地形変動を特定することとした。例えば図１Ｂに示す例においては、３番目の通信端末２００は当初の設置位置から移動しているので、当該位置において地形変化が発生したことを特定できる。これにより、地表面の形状自体は変化していない場合であっても、地すべり３０１による地形変化を計測することができる。
【００１６】
図２は、通信端末２００の概略を示す構成図である。基板２１０上に、アンテナ２２０、制御回路２３０、センサ２４０が配置されている。アンテナ２２０は、電磁波１２１を介してリーダ装置１２０と無線通信する。制御回路２３０は、後述する各回路を実装している。センサ２４０は、レーザ測距装置１１０が照射するレーザ光を検出する。
【００１７】
制御回路２３０やセンサ２４０が動作するために必要な電力は、電磁波１２１を媒介としてリーダ装置１２０から供給することもできるし、通信端末２００自身が備えるバッテリなどから供給することもできる。電磁波１２１は、リーダ装置１２０からの制御信号、アンテナ２２０からリーダ装置１２０に対して送信する通信データなどを送受信する役割も有する。
【００１８】
図３は、制御回路２３０の構成図である。制御回路２３０は、電源回路２３１、送受信回路２３２、処理回路２３３、ＡＤ変換器２３４、記憶部２３５を備える。電源回路２３１は、電磁波１２１を介して送信された電力を用いて、通信端末２００が動作するために用いる所定電圧の電流を生成する。送受信回路２３２は、アンテナ２２０を介してリーダ装置１２０に対して送信する通信データ１２３を符号化し、またはアンテナ２２０を介してリーダ装置１２０から受信する制御信号１２２を復号化する。処理回路２３３は、送受信回路２３２を制御する。ＡＤ変換器２３４は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。記憶部２３５は、通信端末２００に対して固有に割り当てられた固有ＩＤを記憶する。
【００１９】
図４は、地形計測システム１０の動作手順を説明するタイムチャートである。以下図４を用いて、地形計測システム１０の各装置間の通信手順、および地形変動を計測する手順について説明する。
【００２０】
リーダ装置１２０は、通信端末２００に対して、測定を開始するよう指示する制御信号１２２を送信する。通信端末２００は、その制御信号１２２を受け取ると、レーザ光１１１を受信する動作モードに移行する。
【００２１】
レーザ測距装置１１０は、レーザ光１１１を照射する。レーザ光１１１の照射位置に通信端末２００が設置されている場合、センサ２４０はレーザ光１１１を検出する。通信端末２００は、レーザ光１１１を検出した旨を示すデータを記憶部２３５に格納する。
【００２２】
リーダ装置１２０は、通信端末２００に対して、レーザ光１１１の検出結果を送信するよう指示する制御信号１２２を送信する。通信端末２００はその制御信号１２２に応じて、レーザ光１１１を検出した旨と通信端末２００の固有ＩＤを記述した通信データ１２３を返信する。
【００２３】
リーダ装置１２０は、通信データ１２３が記述している固有ＩＤに基づき、レーザ光１１１を照射した位置に設置されている通信端末２００を個体識別することができる。地形計測システム１０は、同様の手順を異なる時刻において繰り返すことにより、同じ固有ＩＤを有する通信端末２００の位置の経時変化を特定することができる。すなわち、リーダ装置１２０が同じ通信端末２００の位置変化を特定することにより、当該通信端末２００が設置されている位置における地形変化を特定することができる。
【００２４】
図５は、複数の通信端末２００との間の通信手順を説明するタイムチャートである。レーザ測距装置１１０とリーダ装置１２０は、図４で説明した動作手順を、各通信端末２００に対して順次実施する。レーザ光１１１を照射した位置と通信端末２００の固有ＩＤを対応付けることにより、各通信端末２００を個体識別するとともに、その設置位置の地形変化を特定することができる。
【００２５】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る地形計測システム１０は、地形３００上に設置された通信端末２００の固有ＩＤを用いて通信端末２００を個体識別することにより、レーザ測距装置１１０による計測結果と個々の通信端末２００を対応付ける。これにより、通信端末２００を設置した位置における地形変化を特定することができる。
【００２６】
本実施形態１に係る地形計測システム１０において、通信端末２００は安価なパッシブ型端末（受信した電磁波１２１を動作電力として用いる端末）として構成することができる。これにより、コストを抑制しつつ多数の通信端末２００を配置することができる。さらには、通信端末２００のうち一部がバッテリを備える場合であっても、地形計測システム１０全体としてのコストを抑えることができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、リーダ装置１２０が１度に無線通信することができる範囲内に複数の通信端末２００が設置されている場合について説明する。その他構成は実施形態１と同様であるので、以下では主にリーダ装置１２０の通信範囲内に設置されている複数の通信端末２００を個体識別することについて説明する。
【００２８】
リーダ装置１２０は、ある程度の拡がりをもった範囲内で無線通信する。そうすると、リーダ装置１２０が同時に通信する範囲内に、複数台の通信端末２００が設置される場合もある。この場合、リーダ装置１２０が各通信端末２００と同時に無線通信している期間内に、レーザ測距装置１１０がそれら全ての通信端末２００に対してレーザ光１１１を照射する可能性がある。そうすると、リーダ装置１２０が各通信端末２００の固有ＩＤを収集した後、各固有ＩＤとレーザ測距装置１１０による計測結果とを対応付けようとしたとき、レーザ測距結果と対応付けることができる固有ＩＤの候補が複数存在することになるので、これら固有ＩＤをさらに区別することが必要である。
【００２９】
そこで各通信端末２００は、通信データ１２３内に、レーザ光１１１を受信した時刻を併せて記述してもよい。これによりリーダ装置１２０は、レーザ測距装置１１０がレーザ光１１１を送出した時刻と、通信端末２００がレーザ光１１１を受信した時刻とを対応付けることにより、収集した固有ＩＤがいずれの照射位置に設置されている通信端末２００のものであるのかを特定することができる。
【００３０】
ただしこの場合は、レーザ測距装置１１０が備えるクロックと通信端末２００が備えるクロックを同期させておくことが必要である。クロックの同期は、あらかじめ実施しておいてもよいし、いずれかの装置（例えばリーダ装置１２０）が同期タイミングを指示するなどの適当な手法によって同期させてもよい。
【００３１】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る地形計測システム１０において、レーザ測距装置１１０、リーダ装置１２０、および通信端末２００は、互いに同期されたクロックを備えることができる。通信端末２００は、レーザ光１１１を受信した時刻を通信データ１２３としてリーダ装置１２０に対して送信する。これによりリーダ装置１２０は、複数の通信端末２００と同時に通信する場合であっても、いずれの通信端末２００から通信データ１２３を受け取ったのかを特定することができる。
【００３２】
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００３３】
以上の実施形態において、ＵＡＶ（飛行体１００）がレーザ測距装置１１０とリーダ装置１２０を搭載する例を説明したが、ＵＡＶに代えて有人飛行体、索道、地上移動体、タワーなどがこれらデバイスを搭載することもできる。
【００３４】
以上の実施形態において、通信端末２００は、基板２１０上に各回路ブロックを形成することにより構成することもできるし、安価なディスクリート部品を取り付けることにより構成することもできる。例えばセンサ２４０やアンテナ２２０については、ディスクリート部品によって構成するとコスト面で有利である。
【００３５】
以上の実施形態において、通信端末２００が送信する通信データ１２３やレーザ測距装置１１０による計測結果はリーダ装置１２０に集約されることを説明したが、リーダ装置１２０に対して接続されたその他装置（例えばコンピュータ）が備える記憶装置上に集約してもよい。例えば飛行体１００からその他装置に対してデータを無線送信することにより、当該装置上にデータを集約することができる。
【００３６】
以上の実施形態において、センサ２４０に対してレーザ光１１１以外の光ノイズ（例えば太陽光ノイズ）が入射する可能性がある。そこでセンサ２４０は、所定の変調を施された光信号のみを検出するように構成することができる。レーザ測距装置１１０は、あらかじめレーザ光１１１に対してその変調を施したうえで照射することにより、センサ２４０がノイズを検出する可能性を抑制できる。同様にセンサ２４０は、所定の周波数範囲内における光信号のみを検出するように構成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：地形計測システム
１００：飛行体
１１０：レーザ測距装置
１２０：リーダ装置
２００：通信端末
２１０：基板
２２０：アンテナ
２３０：制御回路
２４０：センサ
【図１Ａ】
2018031589.tif 000003
【図１Ｂ】
2018031589.tif 000004
【図２】
2018031589.tif 000005
【図３】
2018031589.tif 000006
【図４】
2018031589.tif 000007
【図５】
2018031589.tif 000008