(57)【要約】    【課題】  安価な機器を用いて精度よく三次元モデルを生成することのできるシステムを提供する。    【解決手段】  慣性計測器２（ロール、ピッチ）、三角形に配置されたグローバル位置検出器４、６、８、計測点のローカル位置を計測するレーザ計測器１０を搭載した飛行体２０によって、対象物上空を飛行して計測を行う。レーザ計測器１０の計測時刻に合致するロール、ピッチ、グローバル位置のデータを推定する。グローバル位置検出器４、６、８によってヨーを算出する。得られたロール、ピッチ、ヨー、グローバル位置、ローカル位置に基づいて、計測点の三次元データを生成する。【選択図】  図１
2019132672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の上空を飛行する飛行体と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、
前記ローカル位置データの計測時刻に近接する計測時刻のロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データに基づいて、前記ローカル位置データの計測時刻におけるロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データを推定し、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出する推定手段と、
同時刻におけるロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成システム。
【請求項２】
対象物の上空を飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
前記ローカル位置データの計測時刻に近接する計測時刻のロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データに基づいて、前記ローカル位置データの計測時刻におけるロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データを推定し、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出する推定手段と、
同時刻におけるロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成装置。
【請求項３】
三次元モデル生成装置をコンピュータによって実現するための三次元モデル生成プログラムであって、コンピュータを、
対象物の上空を飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
前記ローカル位置データの計測時刻に近接する計測時刻のロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データに基づいて、前記ローカル位置データの計測時刻におけるロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データを推定し、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出する推定手段と、
同時刻におけるロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段として機能させるための三次元モデル生成プログラム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかのシステム、装置またはプログラムにおいて、
前記飛行体は、飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行し、
前記飛行体は、対象物の端部から所定距離離れた位置を折り返し点とし、対象物端部から折り返し点までの間に減速加速を行い、対象物上空では等速となるよう制御され、
当該等速部分のデータに基づいて三次元モデルを生成することを特徴とするシステム、装置またはプログラム。
【請求項５】
計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器とを搭載した飛行体を対象物の上空を飛行させて行う三次元モデル生成方法であって、
前記ローカル位置データの計測時刻に近接する計測時刻のロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データに基づいて、前記ローカル位置データの計測時刻におけるロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データを推定し、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、
同時刻におけるロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元モデル生成方法。
【請求項６】
対象物の上空を飛行する飛行体と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成システムにおいて、
前記ローカル位置計測器は、一計測周期において、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにわたって対象物の計測点のローカル座標を計測し、隣接する計測周期における計測エリアは、飛行方向に一部重複しており、
前記三次元データ生成手段は、対象計測エリアに隣接する隣接計測エリアの凹凸形状データを、前記重複部分の凹凸データに基づいて修正する誤差修正手段を備えることを特徴とする三次元モデル生成システム。
【請求項７】
対象物の上空を飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成装置において、
前記ローカル位置計測器は、一計測周期において、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにわたって対象物の計測点のローカル座標を計測し、隣接する計測周期における計測エリアは、飛行方向に一部重複しており、
前記三次元データ生成手段は、対象計測エリアに隣接する隣接計測エリアの凹凸形状データを、前記重複部分の凹凸データに基づいて修正する誤差修正手段を備えることを特徴とする三次元モデル生成装置。
【請求項８】
三次元モデル生成装置をコンピュータによって実現するための三次元モデル生成プログラムであって、コンピュータを、
対象物の上空を飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成プログラムにおいて、
前記ローカル位置計測器は、一計測周期において、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにわたって対象物の計測点のローカル座標を計測し、隣接する計測周期における計測エリアは、飛行方向に一部重複しており、
前記三次元データ生成手段は、対象計測エリアに隣接する隣接計測エリアの凹凸形状データを、前記重複部分の凹凸データに基づいて修正する誤差修正手段を備えることを特徴とする三次元モデル生成プログラム。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかのシステム、装置またはプログラムにおいて、
前記誤差修正手段は、さらに、前記対象物の近傍に設置された三次元的位置が既知の基準平面を計測した際の凹凸形状データに基づいて、距離計測器とピッチ計測器、ロール計測器の前記所定角度の設置ずれによる凹凸形状データの誤差を修正することを特徴とするシステム、装置またはプログラム。
【請求項１０】
計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器とを搭載した飛行体を対象物の上空を飛行させて行う三次元モデル生成方法であって、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元モデル生成方法において、
前記ローカル位置計測器は、一計測周期において、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにわたって対象物の計測点のローカル座標を計測し、隣接する計測周期における計測エリアは、飛行方向に一部重複しており、
前記三次元データ生成においては、対象計測エリアに隣接する隣接計測エリアの凹凸形状データを、前記重複部分の凹凸データに基づいて修正することを特徴とする三次元モデル生成方法。
【請求項１１】
飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行する飛行体と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、
前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成システムにおいて、
前記ローカル位置データは、飛行方向に垂直な方向に幅を持ったエリアの各計測点について計測され、
前記折り返しによって隣接する飛行ルートによる距離値計測のエリアの重複部分においては、飛行ルートに対する角度が垂直に近い方のエリアのローカル位置データを用いることを特徴とする三次元モデル生成システム。
【請求項１２】
飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段と、
を備えた三次元モデル生成装置において、
前記ローカル位置データは、飛行方向に垂直な方向に幅を持ったエリアの各計測点について計測され、
前記折り返しによって隣接する飛行ルートによる距離値計測のエリアの重複部分においては、飛行ルートに対する角度が垂直に近い方のエリアのローカル位置データを用いることを特徴とする三次元モデル生成装置。
【請求項１３】
三次元モデル生成装置をコンピュータによって実現するための三次元モデル生成プログラムであって、コンピュータを、
飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行する飛行体に搭載されたロール計測器によって計測された計測時刻およびロール対応データと、前記飛行体に搭載されたピッチ計測器によって計測されたピッチ対応データと、前記飛行体に搭載されたヨー計測器によって計測された計測時刻およびヨー対応データと、前記飛行体に搭載されたグローバル位置計測器によって計測された計測時刻およびグローバル位置データと、前記飛行体に搭載されたローカル位置計測器によって計測された計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データとを取得する計測値取得手段と、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段として機能させるための三次元モデル生成プログラムにおいて、
前記ローカル位置データは、飛行方向に垂直な方向に幅を持ったエリアの各計測点について計測され、
前記折り返しによって隣接する飛行ルートによる距離値計測のエリアの重複部分においては、飛行ルートに対する角度が垂直に近い方のエリアのローカル位置データを用いることを特徴とする三次元モデル生成プログラム。
【請求項１４】
計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器とを搭載した飛行体を、飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行させて行う三次元モデル生成方法であって、
ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成方法において、
前記ローカル位置データは、飛行方向に垂直な方向に幅を持ったエリアの各計測点について計測され、
前記折り返しによって隣接する飛行ルートによる距離値計測のエリアの重複部分においては、飛行ルートに対する角度が垂直に近い方のエリアのローカル位置データを用いることを特徴とする三次元モデル生成方法。
【請求項１５】
請求項１〜４、６〜９、１１〜１３のいずれかのシステム、装置またはプログラムにおいて、
前記ロール計測器およびピッチ計測器は慣性計測器であり、
前記ヨー計測器は、飛行体の飛行面に水平な面に多角形状に配置された複数の衛星測位システムによる位置検出器であり、
前記グローバル位置計測器は、前記複数の衛星測位システムによる位置検出器と共用していることを特徴とするシステム、装置またはプログラム。
【請求項１６】
請求項１〜４、６〜９、１１〜１３、１５のいずれかのシステム、装置またはプログラムにおいて、
前記ローカル位置計測器は、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅にわたって対象物の各計測点の位置を計測するレーザ計測器であることを特徴とするシステム、装置またはプログラム。
【請求項１７】
三次元モデルを生成するため、飛行体に搭載するための計測器ユニットであり、
飛行体のロールを計測するロール計測器と、
飛行体のピッチを計測するピッチ計測器と、
計測方向を３６０度回転させながら所定幅にわたってローカル位置を検出可能なレーザスキャナであって、計測方向の回転面が対象物に対して略垂直となるように配置されたレーザスキャナと、
を備えた計測器ユニット。
【請求項１８】
請求項１７の計測器ユニットにおいて、さらに
位置計測器、ヨー計測器も当該計測器ユニット内に備えたことを特徴とする計測器ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物上空を計測器を搭載した飛行体で飛行し、対象物の凹凸データを生成するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や航空機に搭載したレーザ測量機により、地表や道路などの凹凸に関する三次元データ（三次元モデル）を生成することが行われている。いずれの場合も、レーザによる対象物の計測点の位置（ローカル座標）を、搭載している自動車や航空機の姿勢を考慮して補正し、正しい三次元モデルを得るようにしている。
【０００３】
たとえば、特許文献１においては、航空機からレーザによって地表の位置（ローカル座標）を計測し、慣性計測器によって航空機の姿勢を計測して、地表の高さ（地表の凹凸）を算出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４９２３７０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような従来技術では、慣性計測器およびレーザ測距器の測定時刻を合致させなければならず、高精度の調整が必要であった。
【０００６】
また、慣性計測器に精度のよい高価な機器を用いなければレーザ測距の結果を正しく補正できず、誤差が大きくなるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決して安価な機器を用いて精度よく三次元モデルを生成することのできる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】
この発明のいくつかの独立して適用可能な特徴を以下に示す。
【０００９】
(1)(2)(3)(5)この発明に係る三次元モデル生成システムは、対象物の上空を飛行する飛行体と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、前記ローカル位置データの計測時刻に近接する計測時刻のロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データに基づいて、前記ローカル位置データの計測時刻におけるロール対応データ、ピッチ対応データまたはヨー対応データを推定し、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出する推定手段と、
同時刻におけるロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段とを備えている。
【００１０】
したがって、各計測器について完全な同期をとって計測を行うことなく、精度の高い三次元データを得ることができる。
【００１１】
(4)この発明に係るシステムは、飛行体は、飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行し、前記飛行体は、対象物の端部から所定距離離れた位置を折り返し点とし、対象物端部から折り返し点までの間に減速加速を行い、対象物上空では等速となるよう制御され、当該等速部分のデータに基づいて三次元モデルを生成することを特徴としている。
【００１２】
したがって、対象物上空では等速で飛行し、上記補間処理を精度よく行うことができる。
【００１３】
(5)(6)(7)(8)(10)この発明に係る三次元モデル生成システムは、対象物の上空を飛行する飛行体と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段とを備えた三次元モデル生成システムにおいて、前記ローカル位置計測器は、一計測周期において、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにわたって対象物の計測点のローカル座標を計測し、隣接する計測周期における計測エリアは、飛行方向に一部重複しており、前記三次元データ生成手段は、対象計測エリアに隣接する隣接計測エリアの凹凸形状データを、前記重複部分の凹凸データに基づいて修正する誤差修正手段を備えることを特徴としている。
【００１４】
したがって、重複領域のデータに基づいて全領域のエリアを補正することができる。
【００１５】
(9)この発明に係るシステムは、誤差修正手段は、さらに、前記対象物の近傍に設置された三次元的位置が既知の基準平面を計測した際の凹凸形状データに基づいて、距離計測器とピッチ計測器、ロール計測器の前記所定角度の設置ずれによる凹凸形状データの誤差を修正することを特徴としている。
【００１６】
したがって、基準平面による補正を、全ての領域に反映することができる。
【００１７】
(11)(12)(13)(14)この発明に係る三次元モデル生成システムは、飛行方向に垂直に飛行ルートをずらせながら、対象物の上空を直線状に折り返して飛行する飛行体と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したロール対応データを出力するロール計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したピッチ対応データを出力するピッチ計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したヨー対応データを出力するヨー計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および計測したグローバル位置データを出力するグローバル位置計測器と、前記飛行体に搭載され、計測時刻および対象物の計測点のローカル位置データを出力するローカル位置計測器と、ロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データをそのままロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータとし、あるいはロール対応データ、ピッチ対応データ、ヨー対応データに基づいてロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータを算出し、ロールデータ、ピッチデータ、ヨーデータ、ローカル位置データ、グローバル位置データに基づいて、対象物の凹凸形状を示すデータを生成する三次元データ生成手段とを備えた三次元モデル生成システムにおいて、前記ローカル位置データは、飛行方向に垂直な方向に幅を持ったエリアの各計測点について計測され、前記折り返しによって隣接する飛行ルートによる距離値計測のエリアの重複部分においては、飛行ルートに対する角度が垂直に近い方のエリアのローカル位置データを用いることを特徴としている。
【００１８】
したがって、より正確な三次元データのみを用いて精度の高いモデルを生成することができる。
【００１９】
(15)この発明に係るシステムは、ロール計測器およびピッチ計測器は慣性計測器であり、ヨー計測器は、飛行体の飛行面に水平な面に多角形状に配置された複数の衛星測位システムによる位置検出器であり、グローバル位置計測器は、前記複数の衛星測位システムによる位置検出器と共用していることを特徴としている。
【００２０】
したがって、グローバル位置検出器によってヨーを正確に検出することができる。
【００２１】
(16)この発明に係るシステムは、ローカル位置計測器は、飛行体を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅にわたって対象物の各計測点の位置を計測するレーザ計測器であることを特徴としている。
【００２２】
したがって、計測点の相対的な位置を正確に検出することができる。
【００２３】
(17)この発明に係る計測器ユニットは、三次元モデルを生成するため、飛行体に搭載するための計測器ユニットであり、飛行体のロールを計測するロール計測器と、飛行体のピッチを計測するピッチ計測器と、計測方向を３６０度回転させながら所定幅にわたってローカル位置を検出可能なレーザスキャナであって、計測方向の回転面が対象物に対して略垂直となるように配置されたレーザスキャナとを備えている。
【００２４】
したがって、計測点の位置を正確に検出することができる。
【００２５】
(18)この発明に係る計測器ユニットは、位置計測器、ヨー計測器も当該計測器ユニット内に備えたことを特徴としている。
【００２６】
したがって、計測器ユニットにて三次元モデル生成のための必要最小データを全て得ることができる。
【００２７】
「推定手段」は、実施形態では、ステップＳ３やＳ４がこれに対応する。
【００２８】
「三次元データ生成手段」は、実施形態では、ステップＳ２２、Ｓ２４がこれに対応する。
【００２９】
「計測値取得手段」は、実施形態においては、ステップＳ１がこれに対応する。
【００３０】
「誤差修正手段」は、実施形態においては、ステップＳ２４がこれに対応する。
【００３１】
「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の一実施形態による三次元モデル生成システムの機能ブロック図である。
【図２】飛行体２の外観図である。
【図３】計測ユニットを示す図である。
【図４】計測エリアの重複を示す図である。
【図５】飛行ルート６２の軌跡を示す図である。
【図６】飛行体２に搭載されたコンピュータのハードウエア構成である。
【図７】三次元モデル生成装置のハードウエア構成である。
【図８】三次元モデル生成プログラムのフローチャートである。
【図９Ａ】グローバル位置検出器４、６、８の計測データの例である。
【図９Ｂ】レーザ計測器１０、慣性計測器２の計測データの例である。
【図１０】データの補間を示す図である。
【図１１】統合計測データの例である。
【図１２】三次元モデル生成プログラムのフローチャートである。
【図１３】飛行体の位置の特定方法を示す図である。
【図１４】統合計測データの例である。
【図１５】三次元モデル生成プログラムのフローチャートである。
【図１６】飛行体のグローバル位置、姿勢、ローカル位置の関係を示す図である。
【図１７】傾き・高さ補正を示す図である。
【図１８】三次元モデル生成プログラムのフローチャートである。
【図１９】重複領域における補正処理の詳細を示す図である。
【図２０】生成された三次元モデルを示す図である。
【図２１】横重複領域を示す図である。
【図２２】地上設置型スキャナによる三次元モデルと実施形態による三次元モデルとの比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
１．全体構成
図１に、この発明の一実施形態による三次元モデル生成システムの機能ブロック図を示す。無人航空機（ＵＡＶ）などの飛行体２０は、三次元データを生成したい対象である対象物（たとえば地表など）の上空を飛行し計測を行う。飛行体２０には、慣性計測器２、ＧＮＳＳによるグローバル位置検出器４、６、８、ローカル位置検出器１０が搭載されている。慣性計測器２は、たとえば、少なくとも２軸のジャイロと２方向の加速度計によって、ロールデータとピッチデータを、計測時刻とともに出力するものである。計測時刻は、ＧＰＳ衛星の原子時計によって較正された時計によって計測されている。なお、グローバル位置検出器４、６、８、ローカル位置検出器１０の計測データについても同様である。この実施形態では、慣性計測器２が、ロール計測器、ピッチ計測器として機能する。
【００３４】
また、ＧＮＳＳによるグローバル位置検出器４、６、８は、それぞれ、衛星からの電波を受信してグローバル位置データ（平面直角座標系）を出力する。グローバル位置検出器４、６、８は、対象物に対して略水平な面上に設けられている。このグローバル位置検出器４、６、８は、グローバル位置データを計測時刻とともに出力する。これらのグローバル位置データにより、飛行体２０のヨーを算出することができる。すなわち、この実施形態では、グローバル位置検出器４、６、８の出力はヨー対応データであり、グローバル位置検出器４、６、８はヨー検出器として機能する。
【００３５】
さらに、グローバル位置検出器４、６、８は、飛行体２０の位置を計測するグローバル位置計測器としても機能する。
【００３６】
また、ローカル位置計測器１０は対象物の計測点のローカル位置（飛行体２０を原点とする座標位置）をレーザ光などによって計測し、計測時刻とともにローカル位置データとして出力する。
【００３７】
これら慣性計測器２、グローバル位置検出器４、６、８、ローカル位置検出器１０からの計測値は、記録媒体に記録された後、三次元モデル生成装置２２の計測値取得手段１０によって取り込まれる。なお、慣性計測器２、グローバル位置検出器４、６、８、ローカル位置検出器１０からの計測値を、直接、計測値取得手段１０が取り込むようにしてもよい。
【００３８】
三次元データ生成手段１６は、計測した時の飛行体２０のグローバル位置データと、姿勢データ（ロール、ピッチ、ヨー）と、ローカル位置データとに基づいて、対象物の計測点のグローバル座標を算出し、対象物の計測点の三次元位置を示す三次元データを生成する。
【００３９】
この演算を行うためには、同時刻に計測したローカル位置検出器１０によるローカル位置データ、慣性計測器２によるロールデータ、ピッチデータ、グローバル位置検出器４、６、８によるグローバル位置データ（ヨー対応値、グローバル位置データ）が必要である。しかし、これらを全て同じ短い時間間隔で計測するためには、各計測機器、特に、グローバル位置検出器４、６、８に極めて計測間隔の短い高精度の機器を用いなければならないことになる。
【００４０】
そこで、この実施形態では、ローカル位置検出器１０によって計測点のローカル位置が計測された時刻に隣接する時刻に計測されたグローバル位置データに基づいて、ローカル位置検出器１０によってローカル位置が計測された時刻におけるグローバル位置データを補間して推定するようにしている。この処理を行うのが、推定手段１４である。
【００４１】
なお、この実施形態では、慣性計測器２のロールデータ、ピッチデータは、短い間隔で計測されているので、補間は行わず、ローカル位置検出器１０による計測時刻にもっとも近い計測時刻のロールデータ、ピッチデータを推定値として用いるようにしている。なお、これらデータについても、上記と同様にして補間を行って推定するようにしてもよい。
【００４２】
以上のようにして、三次元データ生成手段１６は、飛行体２０の姿勢（ロール、ピッチ、ヨー）を考慮し、計測点のローカル位置データ、飛行体２０のグローバル位置データに基づいて、対象物の計測点の三次元データを生成する。
【００４３】
なお、上記三次元データの生成に際しては、グローバル位置検出器４、６、８、ローカル位置検出器１０、慣性計測器２の互いの設置位置関係を考慮して精度よく三次元データを生成するようにしている。
【００４４】
ただし、これら機器を飛行体２に設置する際、互いの位置関係を設計上の狙いどおりに精密に取り付けることは困難である。そのため、この取付誤差により、上記座標変換処理によって生成された三次元データに誤差が生じることとなる。また、ＧＮＳＳによるグローバル位置検出器は、高さ方向の精度が十分でない。そこで、この実施形態では、対象物近傍にグローバル位置が既知の基準平面（たとえば、四隅のグローバル位置が既知の机などの平面）を設置し、これに対して生成された三次元データによって上記誤差を算出し、生成された三次元データを修正するようにしている。
【００４５】
この実施形態では、ローカル位置検出器１０は一計測周期において、図４に示すように、飛行体２を中心として飛行方向に所定の長さ、飛行方向に垂直に所定の幅の計測エリアにおける対象物の計測点のローカル位置（ローカル位置検出器１０を原点とする座標における三次元位置）を計測する。さらに、次の一計測周期における計測エリアは、図４に示すように、その前の計測エリアと飛行方向に一部重複するようにしている。
【００４６】
したがって、前述の基準面によって修正された計測エリアの三次元データを得ると、上記重複部分の三次元データに基づいて、隣接する計測エリアの三次元データも修正することができる。これにより、対象物が広い面積を持っていても、小さな基準面があれば全体の三次元データを修正することができる。
【００４７】
２．システム構成
2.1飛行体２０の構成
図２に、一実施形態による三次元モデル生成システムの飛行体２０の例を示す。この実施形態では、コンピュータによって制御される無人航空機（ＵＡＶ）を飛行体２０として用いている。ロータより外側の端部に、３つのＧＰＳ受信器４、６、８が設けられている。これらは、互いに１２０度の角度をもって、水平面（対象物に略水平な面）上に設けられている。
【００４８】
飛行体２０の本体上部には、計測データを取得して記録するためのコンピュータ１１が設けられている。本体下部には、三次元方向の角速度データ、加速度データを得る慣性計測器２が設けられている。さらに、その下部には、ローカル位置検出器であるレーザ計測器１０が設けられている。
【００４９】
図３Ａに、慣性計測器２とレーザ計測器１０の設置位置関係を示す。これら計測器は、設置筐体３０に固定されて飛行体２０に搭載されている。慣性計測器２は、飛行進行方向３２、飛行進行方向に対して横方向に垂直な方向３４、飛行進行方向に対して下方向に垂直な方向３６に関しての、ロール値、ピッチ値、ヨー値を出力可能に構成されている。
【００５０】
しかし、慣性計測器２のヨー値は誤差が大きいので、この実施形態では、ヨー値についてはＧＮＳＳによるグローバル位置検出器４、６、８の出力データに基づいて算出するようにしている。したがって、慣性計測器２からは、ロール値、ピッチ値のみを使用するようにしている。
【００５１】
なお、グローバル位置検出器４、６、８によって構成される三角平面が図３Ａの方向３２、３６に共に垂直な平面と水平になるように、設置筐体３０が飛行体２に取り付けられている。
【００５２】
レーザ計測器１０は、図３Ｂ（図３Ａの側面図）に示すように、点Ｃを中心として、矢印１１ａに示す方向にある対象物の計測点のローカル位置を計測する。この際、図３Ａに示すように、レーザ計測器１０は、飛行方向３２に対して所定の幅（計測中心方向１１ｘに対して所定の角度）を持って対象物の各計測点のローカル位置を計測する。
【００５３】
さらに、図３Ｂに示すように、レーザ計測器１０は、点Ｃを中心として計測方向を時計回りに回転させる。したがって、点Ｃを中心として計測方向を常に回転させながら計測を行っている。ただし、この実施形態では、下方向に対象物があるので、図３Ｂに示すように、下方向１１ｂ（図３Ａの方向３６と合致させている）から前後所定角度（たとえば１４度）の間の計測値のみを用いるようにしている。１回転ごとの計測が一計測単位となる。したがって、レーザ計測器１０の一計測単位に対応して、対象物における計測点の計測エリアは矩形状となる。なおレーザ計測器１０によるローカル位置データは対象物上の多数の点群データとなる。
【００５４】
なお、中心方向１１ｘが回転することによって形成される面が、図３Ａの慣性計測器２の方向３２、３４の双方に垂直な面となるように、レーザ計測器１０が取り付けられている。
【００５５】
図４に、レーザ計測器１０の計測単位ごとの計測エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３・・・を示す。飛行体２０の飛行中心線ＣＬを中心として矩形状の計測エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３・・・が示されている。これら計測エリアＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３・・・は、飛行方向ＤＲの方向に並んでいる。また、隣接する計測エリアＡＲ１と計測エリアＡＲ２とは重複して、重複計測エリアＤ１２が形成されている。同様に、隣接する計測エリアＡＲ２と計測エリアＡＲ３とは重複し、重複計測エリアＤ２３が形成されている。
【００５６】
図５に、地表の所定領域を対象物６０とした場合の飛行体２０の飛行軌跡６２の例を示す。この飛行軌跡６２は予め記録されており、飛行体２０に搭載されたコンピュータによって、飛行体２０がこの線に沿って飛ぶように制御される。飛行軌跡６２は、折返して飛行方向に垂直な方向にずらしたものとなっている。
【００５７】
なお、折り返し点の近傍では飛行速度が急激に変化するため、補間を行った計測データの正確性に影響を与える可能性がある。そこで、対象物６０の端部（領域の端部）において直ちに折り返すのではなく、所定距離Ｌをおいてから折り返すようにしている。これによって、対象物（領域）６０の上空においての飛行速度をできるだけ一定にするようにしている。
【００５８】
図６に、飛行体２０に搭載されているコンピュータのハードウエア構成を示す。ＣＰＵ５０には、メモリ５２、可搬性記録媒体５４、ハードディスク５６、飛行体制御部５８、慣性計測器２、グローバル位置検出器４、６、８、レーザ計測器１０が接続されている。飛行体制御部５８は、飛行体２０の姿勢などを制御するものである。また、グローバル位置検出器４、６、８の位置データに基づいて、ハードディスク５６に設定された飛行ルートにしたがって飛行するように制御する。なお、この実施形態では自動飛行としたが、手動操作によって飛行させてもよい。
【００５９】
慣性計測器２、グローバル位置検出器４、６、８、レーザ計測器１０からの計測データは、可搬性記録媒体５４に記録される。可搬性記録媒体５４は、取り外して持ち運ぶことが可能となっている。記録された計測データは、可搬性記録媒体５４によって、飛行終了後に三次元モデル生成装置に渡される。
【００６０】
2.2三次元モデル生成装置
図７に、三次元モデル生成装置のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ８０には、メモリ８２、ディスプレイ８４、マウス／キーボード８６、ハードディスク８８、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ９０、可搬性記録媒体５４、通信回路９２が接続されている。
【００６１】
通信回路９２は、インターネットなどに接続するためのものである。可搬性記録媒体５４は、飛行後に飛行体２０から取り外したものであり、計測データが記録されている。
【００６２】
ハードディスク８８には、オペレーティングシステム９４、三次元モデル生成プログラム９６が記録されている。三次元モデル生成プログラム９６は、オペレーティングシステム９４と協働してその機能を発揮するものである。これらプログラムは、ＤＶＤ−ＲＯＭ９８に記録されていたものを、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ９０を介して、ハードディスク８８にインストールしたものである。
【００６３】
３．三次元モデル生成処理
3.1計測値の対応づけ
図８に、三次元モデル生成プログラム９６の計測値の対応づけに関する処理のフローチャートを示す。
【００６４】
この処理は、レーザ計測による各計測点のローカル位置データについて、同じ計測時刻のロールデータ、ピッチデータ、グローバル位置データを決定するものである。同じ時刻における、これらの計測値が得られて初めて、飛行体２０の姿勢を考慮して、ローカル位置データ、グローバル位置データによる計測点のグローバル位置の算出が可能となるからである。
【００６５】
まず、ＣＰＵ８０は、可搬性記録媒体５４に記録されている計測データを、取り込んでメモリ８２に展開する（ステップＳ１）。なお、一度に取り込まずに、処理において必要となった都度、取り込むようにしてもよい。
【００６６】
図９Ａ、図９Ｂに、取り込まれたデータの例を示す。いずれの計測値とも、計測時刻が併せて記録されている。ロールデータ、ピッチデータは、同じ慣性計測器２から出力されたデータであり、図９Ａに示すように、同じ時刻に計測値が得られている。グローバル位置データ検出器４、６、８は、同じ時計によって計測時刻が計測されており、同じ時刻に計測値が得られている。なお、これら計測器・検出器の時計は、ＧＰＳ衛星の原子時計によって較正されているので、信頼性が高くなっている。
【００６７】
レーザ計測器１０によるローカル位置データには、いずれの測定単位（図４の計測エリアＡＲ１、ＡＲ２・・・に対応する測定単位）にて計測したものであるかも併せて記録されている。なお、この実施形態では、飛行体を原点とし、飛行体２の進行方向をＹ、進行方向に垂直な横方向をＸ、進行方向に垂直な下方向をＺとしている。極座標によって表したデータであってもよい。
【００６８】
次に、ＣＰＵ８０は、一点のローカル位置データについて、最も近接した時刻に計測されたロールデータ、ピッチデータを対応付ける（ステップＳ３）。この実施形態においては、図１０に示すように、慣性計測器２の計測間隔が短い（０．０２秒間隔）ため、最大でも、０．０１秒程度の誤差に収まることになる。図１０の場合であれば、ローカル位置データＤに対してロール値Ｒが対応付けられることになる。
【００６９】
次に、ＣＰＵ８０は、一点のローカル位置データについて、グローバル位置データを対応付ける（ステップＳ４）。この実施形態においては、ＧＮＳＳによるグローバル位置データは、ロールデータ・ピッチデータと比べて計測間隔が長い（０．２秒間隔）。このため、最も近接した時刻に計測されたグローバル位置データに対応付けると誤差が大きい。そこで、この実施形態では、前後に近い２つのグローバル位置データＰ１、Ｐ２を用いて、補間を行い、推定グローバル位置データＰｘを算出し、これを対応付けるようにしている。
【００７０】
補間においては、飛行体２０が等速移動していると仮定し、時間差ＡとＢの比にて推定位置データＰｘを算出するようにしている。すなわち、下式にて補間を行っている。
【００７１】
Ｐｘ＝Ｐ１＋（Ｐ２−Ｐ１）・（Ａ／（Ａ＋Ｂ））
以上のようにして、所定時刻のローカル距離データに対し、ロール角、ピッチ角、３つのグローバル位置データを対応付けることができる。
【００７２】
ＣＰＵ８０は、これを全ての計測データについて行う（ステップＳ２、Ｓ５）。このようにして、図１１に示すような統合計測データを得ることができる。
【００７３】
3.2ヨー値および飛行体位置の算出
この実施形態では、位置検出器４、６、８によるグローバル位置データに基づいて、ヨー値を算出するようにしている。図１２に、三次元モデル生成プログラム９６のヨー角・飛行体位置の算出に関する処理のフローチャートを示す。
【００７４】
ＣＰＵ８０は、統合計測データに基づき、３つのグローバル位置データのうちの信頼性の高い２つを選択する（ステップＳ１２）。この実施形態では、Ｆｉｘ率の高いグローバル位置データを信頼性の高いものとして選択するようにしている。
【００７５】
この実施形態では、図１３Ａに示すように、３つのＧＮＳＳによるグローバル位置検出器４、６、８は、三角形（他の多角形としてもよい）の頂点に配置されており、互いの位置関係は既知である。たとえば、信頼性の高いものとしてグローバル位置検出器４、８を選択した場合、飛行体２０の進行方向は、グローバル位置検出器８の位置からグローバル位置検出器４の位置に向かう方向を、グローバル位置検出器４を中心として角度φ回転させた方向となる。角度φは既知である。
【００７６】
また、図１３Ｂに示すように、信頼性の高いものとしてグローバル位置検出器６、８を選択した場合、飛行体２０の進行方向は、グローバル位置検出器８の位置からブローバル位置検出器６の位置に向かう方向を、右回りに９０度回転させた方向となる。
【００７７】
以上のようにして飛行体２０の方向を算出した後、北方向（グローバル位置データに基づき算出できる）との角度を算出してヨーを求めることができる（ステップＳ１３）。
【００７８】
続いて、ＣＰＵ８０は、３つのグローバル位置データの中心点を算出し、これを飛行体２０の位置（北緯、東経、高さ）とする（ステップＳ１４）。なお、２つのグローバル位置データしか取得できない場合であっても、グローバル位置検出器４、６、８の配置が既知であるから、中心点を算出することができる。
【００７９】
ＣＰＵ８０は以上の処理を、統合計測データ全ての時刻について行う（ステップＳ１１、Ｓ１５）。
【００８０】
以上のようにして、図１４に示すように、飛行体２０の各時刻における姿勢、グローバル位置、計測点のローカル位置が得られる。
【００８１】
3.3三次元モデルの生成
図１５に、三次元モデル生成プログラム９６の三次元データ生成に関する処理のフローチャートを示す。
【００８２】
ＣＰＵ８０は、統合計測データを用いて、飛行体２のグローバル位置、飛行体のロール、ピッチ、ヨー、計測点のローカル位置に基づき、計測点のグローバル位置を算出する（ステップＳ２２）。これを模式的に示すと図１６に示すようになる。まず、飛行体２のグローバル位置が統合計測データから得られる。さらに、飛行体２のロール、ピッチ、ヨーを考慮して傾いた座標系において、ローカル位置データにより計測点の位置を、飛行体２との関係において特定することができる。したがって、計測点のグローバル位置も算出することができる。
【００８３】
また、この際、各機器間の取付位置関係を考慮して計測点のグローバル位置を精度よく検出する。たとえば、図３Ａ、図３Ｂにおける慣性計測器２の中心位置とレーザ計測器１０の中心位置との違いも考慮して、前記グローバル位置を算出するようにしている。
【００８４】
ＣＰＵ８０は、この処理を統合計測データの全ての時刻のデータについて繰り返し、計測点群の三次元データを算出する（ステップＳ２１、Ｓ２３）。図２０に、生成された三次元データの例を示す。
【００８５】
次に、ＣＰＵ８０は、各測定単位ごとに高さ・傾きを補正する（ステップＳ２４）。この実施形態では、計測器間の取付誤差や各計測機器の計測誤差などによる三次元データの誤差を修正するため、対象物の近傍（たとえば地面上）に四隅のグローバル位置が既知の基準平面を設置している。
【００８６】
この四隅を計測点として含む測定単位（基準測定エリア）における、四隅の三次元データ（平面直角座標によって対応付ける）によって、傾きおよび高さを補正する。
【００８７】
図１８に、高さ・傾きの補正処理のフローチャートを示す。ＣＰＵ８０は、まず、基準測定エリアの傾きを補正する（ステップＳ３１）。
【００８８】
たとえば、既知の基準平面の二点が図１７に示すように、Ｒ１、Ｒ２であるとする。これに対応する三次元データがＴＤ１、ＴＤ２であるとすると、両者を結ぶ直線を想定し、この直線の傾きθが０度となるように基準測定エリア内の三次元データを補正する。
【００８９】
上記では、図１７に示す方向の傾きについてのみ説明したが、紙面に垂直な方向の傾きも同じようにして補正する。
【００９０】
以上のように、傾き補正値θx（Ｘ軸方向の補正値）、θy（Ｙ軸方向の補正値）を用いて、基準測定エリアの三次元データの傾きを補正する。
【００９１】
次に、ＣＰＵ８０は、この補正値θx、θyを他の全ての測定エリアに適用して、傾きを補正する（ステップＳ３２）。これにより、全ての測定エリアの傾きが補正されることになる。
【００９２】
さらに、ＣＰＵ８０は、基準測定エリアについて、傾き補正をした後のＴＤ１とＲ１との距離（ＴＤ２とＲ２でも同じ）ＥＲの分だけ、基準測定エリア内の三次元データの高さを補正する（ステップＳ３３）。これにより、基準測定エリアについては、傾きと高さの双方が補正され、他のエリアについては傾きのみが補正された状態となる。
【００９３】
次に、ＣＰＵ８０は、他の測定エリアの高さ補正を行う（ステップＳ３４〜Ｓ４２）。この実施形態では、図４に示すように、隣接する測定エリアが重複するように測定を行っている。そこで、基準測定エリアを信頼エリアとし、これに重複する領域を持つ隣接測定エリアを、高さ補正を行う対象エリアとする（ステップＳ３４）。この重複エリアは、同じ箇所を計測しているので、本来同じ位置であれば同じ高さを持つはずである。したがって、基準測定エリアの高さに合わせるように、対象エリアの高さを補正する。以下、処理の詳細を説明する。
【００９４】
まず、ＣＰＵ８０は、基準測定エリアの重複領域における端部において、円形の所定領域を設定し、当該円形に含まれる対象エリアの計測点数、隣接エリアの計測点数がともに所定点数を超えているかどうかを判断する。所定点数を超えていなければ信頼性が低いとしてその円形に基づく補正は行わない。
【００９５】
次に、所定点数を超えるエリアにつき、三次元データが平坦（角度があってもよい）であるかどうかを判断する。図１９Ｂに重複エリア近傍の三次元データの平面図、図１９Ａにその垂直断面を示す。図において、基準測定エリアの三次元データは太丸、対象エリアの三次元データは細丸で示している。図１９ＢのＡＲＥ１〜ＡＲＥ４が所定領域である。なお、図示していないが、所定領域は計測エリアの幅にわたって順次設定される。
【００９６】
ＣＰＵ８０は、各領域ＡＲＥ１〜ＡＲＥ４において基準測定エリアの三次元データが平坦であるかどうかを判断し、所定の平坦度以上の領域を一つ選択する（ステップＳ３６）。なお、平坦度は、領域内の全点を近似する平面を想定し、当該平面と各点との距離の総和が小さいほど、平坦度が高いとして算出することができる。したがって、高さ方向に平坦ではないＡＲＥ４のような領域は選択されないことになる（対応する図１９Ａを参照のこと）。平坦でない領域を基準として高さ補正を行うと、平面位置の僅かなずれが高さに大きく影響し、補正誤差が大きくなる可能性があるためである。
【００９７】
次に、ＣＰＵ８０は、選択された領域において、対象エリアの平坦度が所定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３８）。対象エリアの当該領域が平坦でなければ、基準測定エリアの平坦度条件を満たす他の領域を選択し、当該領域での対象エリアの平坦度が条件を満たすかどうか判断する（ステップＳ４３、Ｓ３８）。
【００９８】
上記の処理により、基準測定エリアについても対象エリアについても平坦度が条件を満たす領域が見いだされる。ＣＰＵ８０は、この領域に基づいて高さ補正を行う（ステップＳ３９）。
【００９９】
たとえば、領域ＡＲＥ２が選択されたとする。ここで、ＣＰＵ８０は、図１９Ａに示すように、領域ＡＲＥ２に属する基準測定エリアの三次元データの点の高さ平均値を算出する。また、領域ＡＲＥ２に属する対象エリアの三次元データの点の高さ平均値を算出する。この両平均値の差ＤＥＦが０となるように、対象エリア全体の三次元データを補正する。図１９Ａの場合であれば、対象エリア全体の三次元データに、それぞれ、高さ方向に差ＤＥＦを加算する。
【０１００】
以上のようにして、対象エリアの高さ補正が行われる。次に、ＣＰＵ８０は、補正された対象エリアを信頼エリアとし、これに重複する隣接測定エリアを対象エリアとし、ステップＳ３７以下を繰り返し実行する。
【０１０１】
これを全ての測定エリアについて行うことで、全エリアの三次元データの高さを補正することができる。
【０１０２】
以上のようにして傾き・高さ補正が終了すると、ＣＰＵ８０は、左右重複領域の三次元データを選択する処理を行う（図１５、ステップＳ２５）。
【０１０３】
この実施形態において、飛行体２の飛行ルートは図５に示すとおりである。飛行ルート設定の際には、計測漏れが生じないように、隣接する折り返し飛行ルート６２ａと６２ｂにおいて、計測エリアが一部重複するようにしている。
【０１０４】
その詳細を、図２１に示す。図において、飛行線（飛行体２の移動の中心線）Ｆ１と飛行線Ｆ２との間に、重複エリアＤＵＰが形成されているのをみることができる。この重複エリアＤＵＰにおいては、２つの飛行線による測定エリアに基づく三次元データが含まれている。双方のデータを用いてもよいが、この実施形態では、いずれか一方の測定エリアの三次元データのみを採用するようにしている。
【０１０５】
この実施形態では、測定エリアを図２１に示すように、小さな矩形領域Ａ１、Ａ２・・・Ａ１０１、Ａ１０２・・・に区切り、横方向に隣接する飛行線の２つのエリアが重複する場合、計測を行った飛行線に近い方の三次元データを残すようにしている。たとえば、領域Ａ１であれば、飛行線Ｆ１に近いので、飛行線Ｆ１による計測データに基づく三次元データ（計測エリアＡＲＥ１の三次元データ）を残し、飛行線Ｆ２による計測データに基づく三次元データ（計測エリアＡＲＥ１１の三次元データ）を削除する。領域Ａ１０１であれば、飛行線Ｆ２に近いので、飛行線Ｆ２による計測データに基づく三次元データ（計測エリアＡＲＥ１１の三次元データ）を残し、飛行線Ｆ１による計測データに基づく三次元データ（計測エリアＡＲＥ１の三次元データ）を削除する。
【０１０６】
以上のようにして、対象物に関しての、図２０に示すような三次元データを生成することができる。
【０１０７】
図２２Ａに、地上設置型のレーザスキャナによって計測した三次元データを示す。図２２Ｂに、本実施形態の手法によって生成した三次元データを示す。計測のために多大なコストと時間を要する地上設置型のレーザスキャナに比べても、本実施形態のシステムによる三次元データは遜色がないことが理解できる。
【０１０８】
４．その他
(1)上記実施形態では、ロール計測器、ピッチ計測器として慣性検出器２を用いている。しかし、ロール計測器、ピッチ計測器としてそれぞれ独立した機器を用いるようにしてもよい。また、ロール計測器、ピッチ計測器として、上記実施形態におけるヨー計測器と同じように、ＧＮＳＳによる位置検出器を複数個配置して用いるようにしてもよい。
【０１０９】
(2)上記実施形態では、ヨー計測器として複数のＧＮＳＳによる位置検出器を用いている。ＧＰＳや複数の基地局を用いた位置検出器を用いてもよい。また、慣性検出器２のヨー出力を用いるようにしてもよい。
【０１１０】
(3)上記実施形態では、ローカル位置検出器としてレーザスキャナを用いている。しかし、音波、光などを用いた検出器を用いるようにしてもよい。
【０１１１】
(4)上記実施形態では、飛行体２の飛行速度を調整することで、飛行進行方向に測定エリアが一部重複するようにしている。これにより、高さ方向の誤差を重複領域に基づいて補正できるようにしている。
【０１１２】
しかし、飛行速度の変化によって重複領域が形成されない場合、上記の補正ができないことになる。この場合には、図２１に示す重複領域ＤＵＰに基づいて補正を行うようにすればよい。
【０１１３】
また、飛行体２０に搭載しているコンピュータにおいて、隣接する測定エリアが重複しているかどうかをリアルタイムに判断してもよい。重複していないことが明らかになれば、無線通信やインターネット通信によって、地上のコンピュータにその旨を伝える。これにより、飛行中に、直ちに、再飛行を実施することができ無駄がない。
【０１１４】
(5)上記実施形態では、無人の飛行体２に機器を搭載するようにしている。しかし、有人の飛行機やヘリコプターなどに機器を搭載して実施してもよい。また、海底を対象物として、船などに機器を搭載して、海底の三次元データを生成するようにしてもよい。
【０１１５】
(6)上記実施形態では、グローバル位置データとしてＧＮＳＳのデータを用いているが、所定エリア内の位置データをグローバル位置データとしてもよい。
【０１１６】
(7)上記実施形態では、基準平面を一つ設けた場合について説明した。しかし、複数の基準平面を設け、最も近い基準平面に基づいて補正を行うようにしてもよい。これにより、誤差をできるだけ小さくすることができる。
【０１１７】
(8)上記実施形態では、グローバル座標系として平面座標系を用いるようにしている。しかし、緯度・経度などを用いるようにしてもよい。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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