(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像部と、
前記無人浮遊機を遠隔操作する操作部と、
前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得部と、
前記撮像部からの画像情報と、前記飛行位置情報取得部からの位置情報とを表示するモニタ部と、を備え、
前記飛行位置情報取得部において、
前記無人浮遊機を前記構造物の底部に設置した際の初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程と、
前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、
前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、
前記無人浮遊機の周囲の水平方向において、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を取得する水平方向距離取得工程と、
前記水平方向距離取得工程で取得した前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離情報と、前記構造物の既知の横断面形状情報とから水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行し、
前記水平方向距離取得工程において、
前記慣性計測部で取得したヨー角を用いて、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との正面距離、左側距離、右側距離、又は後方距離のうちの少なくとも２方向の前記構造物内の距離が取得され、
前記正面距離は前記構造物内Ｙ座標軸正方向距離であり、
前記左側距離は前記構造物内Ｘ座標軸負方向距離であり、
前記右側距離は前記構造物内Ｘ座標軸正方向距離であり、
前記後方距離は前記構造物内Ｙ座標軸負方向距離である
ことを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記飛行位置情報取得部において、
前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の上下いずれかの高さ方向の距離情報を計測する高さ方向距離計測工程と、
前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記高さ方向の距離情報を補正する高さ方向距離補正工程と、
前記構造物の既知の縦断面形状情報から高さ方向の現在位置情報を取得する高さ方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記水平方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を水平距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項４】
請求項２において、
前記高さ方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を高さ方向の距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記飛行位置情報取得部が無人浮遊機に搭載され、取得した現在位置情報を送信部により地上部側に送信し、モニタ部で表示することを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項６】
請求項１又は２において、
前記飛行位置情報取得部が地上部側のコントローラ端末に搭載され、
前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とを送信部により地上部側に送信し、前記飛行位置情報取得部において処理され、現在位置情報をモニタ部で表示することを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記撮像部が静止画撮像部又は動画撮像部のいずれか一方又は両方であることを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記無人浮遊機の周囲にガード部を有することを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項９】
構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像部と、
前記無人浮遊機を遠隔操作する操作部と、
前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得部と、
前記撮像部からの画像情報と、前記飛行位置情報取得部からの位置情報とを表示するモニタ部と、を備え、
前記飛行位置情報取得部において、
前記無人浮遊機を前記構造物の底部に設置した際の初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程と、
前記構造物内部で所定距離上昇させ前記内壁面に沿って旋回し、その後、さらに所定距離上昇して前記内壁面に沿って旋回しながら前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、
前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記水平距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、
前記無人浮遊機の周囲の水平方向において、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を取得する水平方向距離取得工程と、
前記水平方向距離取得工程で取得した前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離情報と、前記構造物の既知の横断面形状情報とから水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行し、
前記水平方向距離取得工程において、
前記慣性計測部で取得したヨー角を用いて、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との正面距離、左側距離、右側距離、又は後方距離のうちの少なくとも２方向の前記構造物内の距離が取得され、
前記正面距離は前記構造物内Ｙ座標軸正方向距離であり、
前記左側距離は前記構造物内Ｘ座標軸負方向距離であり、
前記右側距離は前記構造物内Ｘ座標軸正方向距離であり、
前記後方距離は前記構造物内Ｙ座標軸負方向距離である
ことを特徴とする構造物の屋内監視システム。
【請求項１０】
構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機を用い、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測工程と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測工程と、
前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像工程と、
前記無人浮遊機を遠隔操作する操作工程と、
前記距離計測工程の情報と慣性計測工程の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得工程と、
前記撮像工程からの画像情報と、前記飛行位置情報取得工程からの位置情報とを表示するモニタ表示工程と、を備え、
前記飛行位置情報取得工程において、
前記無人浮遊機を前記構造物の底部に設置した際の初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程と、
前記距離計測工程により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、
前記慣性計測工程により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、
前記無人浮遊機の周囲の水平方向において、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を取得する水平方向距離取得工程と、
前記水平方向距離取得工程で取得した前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離情報と、前記構造物の既知の横断面形状情報とから水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行し、
前記水平方向距離取得工程において、
前記慣性計測部で取得したヨー角を用いて、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との正面距離、左側距離、右側距離、又は後方距離のうちの少なくとも２方向の前記構造物内の距離が取得され、
前記正面距離は前記構造物内Ｙ座標軸正方向距離であり、
前記左側距離は前記構造物内Ｘ座標軸負方向距離であり、
前記右側距離は前記構造物内Ｘ座標軸正方向距離であり、
前記後方距離は前記構造物内Ｙ座標軸負方向距離である
ことを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記飛行位置情報取得工程において、
前記距離計測工程により、該無人浮遊機と構造物の上下いずれかの高さ方向の距離情報を計測する高さ方向距離計測工程と、
前記慣性計測工程により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記高さ方向の距離情報を補正する高さ方向距離補正工程と、
前記構造物の既知の縦断面形状情報から高さ方向の現在位置情報を取得する高さ方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記水平方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を水平距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記高さ方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を高さ方向の距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１４】
請求項１０又は１１において、
前記飛行位置情報取得工程が無人浮遊機側で処理され、取得した現在位置情報を地上部側に送信し、モニタ表示することを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１５】
請求項１０又は１１において、
前記飛行位置情報取得工程が地上部側で処理され、
前記距離計測工程の情報と慣性計測工程の情報とを地上部側に送信し、前記飛行位置情報取得工程において処理され、現在位置情報をモニタ表示することを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれか一つにおいて、
前記撮像工程が静止画撮像工程又は動画撮像工程のいずれか一方又は両方であることを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【請求項１７】
構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測部と、
前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像部と、
前記無人浮遊機を遠隔操作する操作部と、
前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得部と、
前記撮像部からの画像情報と、前記飛行位置情報取得部からの位置情報とを表示するモニタ部と、を備え、
前記飛行位置情報取得部において、
前記無人浮遊機を前記構造物の底部に設置した際の初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程と、
前記構造物内部で所定距離上昇させ前記内壁面に沿って旋回し、その後、さらに所定距離上昇して前記内壁面に沿って旋回しながら前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、
前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、
前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記水平距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、
前記無人浮遊機の周囲の水平方向において、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を取得する水平方向距離取得工程と、
前記水平方向距離取得工程で取得した前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離情報と、前記構造物の既知の横断面形状情報とから水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行し、
前記水平方向距離取得工程において、
前記慣性計測部で取得したヨー角を用いて、前記無人浮遊機と前記構造物の内壁面との正面距離、左側距離、右側距離、又は後方距離のうちの少なくとも２方向の前記構造物内の距離が取得され、
前記正面距離は前記構造物内Ｙ座標軸正方向距離であり、
前記左側距離は前記構造物内Ｘ座標軸負方向距離であり、
前記右側距離は前記構造物内Ｘ座標軸正方向距離であり、
前記後方距離は前記構造物内Ｙ座標軸負方向距離である
ことを特徴とする構造物の屋内監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の屋内監視システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力発電所で用いられるボイラ火炉は、製作時及び運転開始後定期的に開放し、内部に作業者が入り保守検査を行う必要がある。この保守検査時には、検査箇所を明確にする必要があるが、ボイラ火炉は容量が大きく目視で検査箇所を正確に把握することは困難である。そこで、従来では、検査箇所の高さ位置及び左右位置を巻尺等により測定マーキングすることで作業者の居場所あるいは保守検査位置を把握していたが、この方法では、作業員の足場架設やゴンドラ設置が必要となり、多大な労力、コスト及び点検期間が必要となっている。
【０００３】
そこで、従来では、煙突等の構造物の内部を、無人点検装置により清掃する技術が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この提案もワイヤを設置するための架台が必要となり、その準備に労力、コスト及び点検期間が必要となっている。
【０００４】
また、屋外の構造物においては、無人機とＧＰＳ（Global Positioning System）とを使用した足場架設が不要の無人点検技術の適用が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
しかしながら、ボイラ内部や煙突など構造物の屋内の点検では、衛星からの電波が届かないので、ＧＰＳによる飛行位置把握ができず、安定した操縦ができないため、既存の無人機による点検技術を適用することができない、という問題がある。
【０００６】
これに対して、ＧＰＳを使用しない屋内の飛行ができるシステムも提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６-７３９２２号公報
【特許文献２】特表２０１１-５３０６９２号公報
【特許文献３】欧州特許出願公開第１９０１１５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３の提案においては、ＧＰＳを用いる代わりに、地上に特徴点（又は模様）が必要であり、その特徴点（又は模様）は設置可能場所が限定される、という問題がある。また、ボイラ火炉や煙突等の構造物は内部が暗所の閉鎖空間であるので、特徴点の確認ができない、という問題がある。
【０００９】
よって、ボイラ火炉や煙突等の閉鎖された屋内構造物において、内部の位置情報を確実とした無人による点検が可能となり、例えば足場や架設が不要となることによる労力、コスト及び点検期間の削減ができる構造物の屋内監視システムの出現が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、内部の位置情報を確実とした無人による点検が可能となり、例えば足場架設が不要となることによる労力、コスト及び点検期間の削減ができる構造物の屋内監視システム及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機と、前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測部と、前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測部と、前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像部と、前記無人浮遊機を遠隔操作する操作部と、前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得部と、前記撮像部からの画像情報と、前記飛行位置情報取得部からの位置情報とを表示するモニタ部と、を備え、前記飛行位置情報取得部において、前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、前記慣性計測部で取得したヨー角を基準に、前記無人浮遊機の前後左右の少なくとも２点の距離を取得する水平方向距離取得工程と、前記構造物の既知の横断面形状情報から水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記飛行位置情報取得部において、前記距離計測部により、該無人浮遊機と構造物の上下いずれかの高さ方向の距離情報を計測する高さ方向距離計測工程と、前記慣性計測部により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記高さ方向の距離情報を補正する高さ方向距離補正工程と、前記構造物の既知の縦断面形状情報から高さ方向の現在位置情報を取得する高さ方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、前記水平方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を水平距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１４】
第４の発明は、第２の発明において、前記高さ方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を高さ方向の距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１５】
第５の発明は、第１又は２の発明において、前記飛行位置情報取得部が無人浮遊機に搭載され、取得した現在位置情報を送信部により地上部側に送信し、モニタ部で表示することを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１６】
第６の発明は、第１又は２の発明において、前記飛行位置情報取得部が地上部側のコントローラ端末に搭載され、前記距離計測部の情報と慣性計測部の情報とを送信部により地上部側に送信し、前記飛行位置情報取得部において処理され、現在位置情報をモニタ部で表示することを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記撮像部が静止画撮像部又は動画撮像部のいずれか一方又は両方であることを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１８】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記無人浮遊機の周囲にガード部を有することを特徴とする構造物の屋内監視システムにある。
【００１９】
第９の発明は、構造物の内部を、遠隔操作により空中浮揚させる浮遊手段を備えた無人浮遊機を用い、前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機と前記構造物の内壁面との距離を計測する距離計測工程と、前記無人浮遊機に搭載され、該無人浮遊機の機体姿勢を把握する慣性計測工程と、前記無人浮遊機に搭載され、前記構造物の壁面側の構造体を撮像する撮像工程と、前記無人浮遊機を遠隔操作する操作工程と、前記距離計測工程の情報と慣性計測工程の情報とにより、前記無人浮遊機の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得工程と、前記撮像工程からの画像情報と、前記飛行位置情報取得工程からの位置情報とを表示するモニタ表示工程と、を備え、前記飛行位置情報取得工程において、前記距離計測工程により、該無人浮遊機と構造物の内壁面との水平距離情報を計測する水平方向距離計測工程と、前記慣性計測工程により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記距離情報を補正する水平方向距離補正工程と、前記慣性計測工程で取得したヨー角を基準に、前記無人浮遊機の前後左右の少なくとも２点の距離を取得する水平方向距離取得工程と、前記構造物の既知の横断面形状情報から水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２０】
第１０の発明は、第９の発明において、前記飛行位置情報取得工程において、前記距離計測工程により、該無人浮遊機と構造物の上下いずれかの高さ方向の距離情報を計測する高さ方向距離計測工程と、前記慣性計測工程により、無人浮遊機の姿勢角を取得する姿勢角取得工程と、前記姿勢角取得工程で取得した姿勢角を用いて前記高さ方向の距離情報を補正する高さ方向距離補正工程と、前記構造物の既知の縦断面形状情報から高さ方向の現在位置情報を取得する高さ方向現在位置情報取得工程とを実行することを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２１】
第１１の発明は、第９の発明において、前記水平方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を水平距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２２】
第１２の発明は、第１０の発明において、前記高さ方向距離計測工程での計測を複数点行い、平均した距離を高さ方向の距離情報として用いることを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２３】
第１３の発明は、第９又は１０の発明において、前記飛行位置情報取得工程が無人浮遊機側で処理され、取得した現在位置情報を地上部側に送信し、モニタ表示することを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２４】
第１４の発明は、第９又は１０の発明において、前記飛行位置情報取得工程が地上部側で処理され、前記距離計測工程の情報と慣性計測工程の情報とを地上部側に送信し、前記飛行位置情報取得工程において処理され、現在位置情報をモニタ表示することを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【００２５】
第１５の発明は、第９乃至１４のいずれか一つの発明において、前記撮像工程が静止画撮像工程又は動画撮像工程のいずれか一方又は両方であることを特徴とする構造物の屋内監視方法にある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、例えばボイラ火炉や煙突等の構造物の内部の位置情報を確実とした無人による点検が可能となり、例えば足場架設が不要となることによる労力、コスト及び点検期間の大幅な削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、実施例１に係る無人浮遊機の概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係るボイラ火炉の点検を行う様子を示す概略図である。
【図３】図３は、実施例１に係る構造物の屋内監視システムのブロック構成図である。
【図４】図４は、実施例１に係る他の構造物の屋内監視システムのブロック構成図である。
【図５】図５は、実施例１に係る距離計測部としてレーザスキャナを用いた場合のスキャン範囲の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施例１に係る無人浮遊機の姿勢位置の３態様を示す図である。
【図７】図７は、実施例１に係る水平方向の位置モニタリングフロー図である。
【図８】図８は、実施例１に係る高さ方向の位置モニタリングフロー図である。
【図９】図９は、実施例１に係る水平方向の現在位置の取得の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２９】
図１は、実施例１に係る構造物の屋内監視システムの概略図である。図２は、実施例１に係るボイラ火炉の点検を行う様子を示す概略図である。図３は、実施例１に係る構造物の屋内監視システムのブロック構成図である。図１乃至図３に示すように、本実施例に係る構造物の屋内監視システムは、例えばボイラ火炉等の閉鎖された構造物５０の内部を、遠隔操作により空中浮揚及び移動させる浮遊手段である例えばプロペラ２２を備えた無人浮遊機１１と、無人浮遊機１１に搭載され、該無人浮遊機１１と構造物５０の内壁面との距離を計測する距離計測部（例えばレーザスキャナ、超音波センサ等）１２と、この無人浮遊機１１に搭載され、その機体姿勢を把握する慣性計測部（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）と、無人浮遊機１１に搭載され、構造物５０の壁面側の構造体（例えば配管、継手等）を撮像する撮像部（静止画撮像部１３Ａ、動画撮像部１３Ｂ）１３と、無人浮遊機１１を遠隔操作する操作部１５と、距離計測部１２の情報（信号）と慣性計測部の情報（信号）とにより、無人浮遊機１１の現在位置情報を取得する飛行位置情報取得部１６と、撮像部１３からの画像情報と、飛行位置情報取得部１６からの位置情報とを表示するモニタ部１４と、を備えている。なお、１２ａはレーザ光出射部である。
【００３０】
そして、飛行位置情報取得部１６において、距離計測部１２により、該無人浮遊機１１と構造物５０の内壁面との水平距離情報（ｒ（ｔ）、αs）を計測する距離計測工程（工程１：Ｓ−１）と、慣性計測部により、無人浮遊機１１の姿勢角を取得する姿勢角取得工程（工程２：Ｓ−２）と、工程２で取得した姿勢角を用いて距離情報（ｒ（ｔ）、αs）を補正する距離補正工程（工程３：Ｓ−３）と、慣性計測部で取得したヨー角を基準に、無人浮遊機１１の前後左右の少なくとも２点（前（Ｌf（ｔ））と左（ＬL（ｔ））、前（Ｌf（ｔ））と右（ＬR（ｔ））、後（ＬB（ｔ））と左（ＬL（ｔ））、後（ＬB（ｔ））と右（ＬR（ｔ））のいずれか２点）の距離を取得する距離取得工程（工程４：Ｓ−４）と、構造物５０の既知の横断面形状情報から水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程（工程５：Ｓ−５）とを実行するようにしている。
【００３１】
本実施例では、例えばボイラ火炉、煙突等の単純形状（断面形状が矩形、円形）の構造物５０を対象としている。構造物５０の内部であるので、ＧＰＳを使用しない距離計測部（例えばレーザスキャナ、超音波センサ等）１２と、無人浮遊機１１の機体姿勢制御に使用するセンサ群である慣性計測部（Inertial  Measurement  Unit：ＩＭＵ）を用いて、無人浮遊機１１の飛行位置（現在飛行位置情報）をモニタリングするシステムを提供する。
【００３２】
本実施例では、図２に示すように、閉鎖された構造物（ボイラ火炉）５０の外部に設置する地上ステーションのパーソナルコンピュータＰＣのモニタ部１４にて、無人浮遊機１１の飛行位置や映像（損傷個所）を確認しながら、操作部１５にて、無人浮遊機１１を操作し、ボイラ火炉５０の閉鎖空間の内壁検査を行うようにしている。
【００３３】
検査は、図２に示すボイラ火炉５０の入口から無人浮遊機１１を導入し、その後ボイラ火炉５０内を所定距離上昇させ、地上側の操作部１５の操作により、４方向の壁の内面に沿って旋回させる。その後、再び所定距離上昇させ、同様に４方向の壁の内面に沿って旋回させる。この操作を繰り返して、ボイラ火炉の頂上まで検査した後、降下させて、検査を終了する。
検査は、内面の配管の亀裂等の損傷の程度を撮像部により行っている。この検査の際、閉鎖された屋内構造物において、本実施例によれば、モニタ部１４において、飛行位置及び損傷個所の確認を行うことができるので、内部の位置情報を確実とした無人による点検が可能となる。
【００３４】
無人浮遊機１１は、図１に示すように、機体ガード部２１（前方側ガード部２１Ａ、左側ガード部２１Ｂ、右側ガード部２１Ｃ、後方側ガード部２１Ｄ）により周囲が防護されており、この機体ガード部２１の四隅の上面に設けた浮遊手段であるプロペラ２２と、機体本体２１Ｅの中心部に搭載された距離計測部１２と、前方側ガード部２１Ａの一部に設置された静止画撮像部１３Ａと、後方側ガード部２１Ｄに支持部１３ｂを介して設置された動画撮像部１３Ｂと、を備えている。なお、距離計測部１２は、所定角（本実施例では±１３５°スキャンするので、図示しない旋回手段により旋回可能としている。
【００３５】
ここで、内部情報を確認する撮像部１３としては、静止画撮像部１３Ａ又は動画撮像部１３Ｂのいずれか一方であってもよい。
【００３６】
以下、本実施例においては、距離計測部１２として、レーザスキャナを使用した場合の位置モニタリングの手順について、説明する。
【００３７】
＜水平方向のモニタリング＞
（１）水平方向のモニタリングを実施するには、先ず距離計測部１２で距離（ｒ（ｔ）、αs）を取得する。
ここで、図５にレーザスキャナのスキャンの範囲の一例を示す。本実施例では、北陽電機社製のスキャナ式レンジセンサ「ＵＴＭ−３０ＬＸ（商品名）」を用いて行った。
【００３８】
図５に示すように、このスキャナ式レンジセンサは、レーザ光でスキャンニングしながら検出物までの距離を測定する二次元走査型の光距離センサであり、スキャン角度が、０°を中心として±１３５°である。
図５において、距離（ｒ）は、距離計測部１２のレーザスキャナから内壁５０ａまでの計測時点での実測距離であり、αはその計測したスキャンステップの角度である。本装置でのスキャンの計測ステップ（ｓ）は０．２５°刻みとなっている。
【００３９】
（２）次に、慣性計測部（ＩＭＵ）において、無人浮遊機１１の姿勢角ピッチ角（θ（ｔ））、ヨー角（ψ（ｔ））、ロール角（φ（ｔ））を取得する。
【００４０】
図６は、実施例１に係る無人浮遊機の姿勢位置の３態様を示す図である。
慣性計測部（ＩＭＵ）は、運動を司る３軸の角度（または角速度）と加速度を検出する装置である。
【００４１】
ここで、図６中、上段は、無人浮遊機１１の上下回転の様子であり、内壁５０ａ側に向いている前方側ガード部２１Ａ（機首側）を上げたり、下げたりする旋回（ピッチ（θ））である。図６中、中段は、無人浮遊機１１の機体の左右回転の様子であり、機首の向きを左右にずらし、左側ガード部２１Ｂと右側ガード部２１Ｃとが左右にふれる旋回（ヨー（ψ））である。図６中、下段は、無人浮遊機１１の進行方向の軸まわりの回転の様子であり、機体を左右に傾ける旋回（ロール（φ））である。なお、ガード部の左右は進行方向を基準としている。
【００４２】
次に、位置モニタリング計測工程について、図３を参照して説明する。
飛行位置情報取得部１６では、距離計測部１２の実距離情報と、慣性計測部（ＩＭＵ）の姿勢角情報とに基づき、真の距離を求めるものである。これは、無人浮遊機１１は常にＸＹ座標通りに飛行できるとは限らないので、補正をする必要があるからである。
【００４３】
図７は、実施例１に係る水平方向の位置モニタリングフロー図である。
水平方向の計測は第１工程（Ｓ−１）〜第５工程（Ｓ−５）により行われる。
なお、本実施例では、この計測に先立って、構造物５０の内部に無人浮遊機１１を底部に設置した際の初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程（Ｓ−０）を設けているが、この工程は、省略するようにしてもよい。
【００４４】
１）第１工程は、距離計測部１２により、無人浮遊機１１と構造物５０の内壁５０ａとの水平距離情報（ｒ（ｔ）、αS）を計測する水平方向距離計測工程（Ｓ−１）である。
【００４５】
２）第２工程は、慣性計測部（ＩＭＵ）により、無人浮遊機１１の姿勢角を取得する姿勢角取得工程（Ｓ−２）である。
【００４６】
３）第３工程は、第２工程（Ｓ−２）で取得した姿勢角を用いて水平距離情報（ｒ（ｔ）、α）を補正する水平方向距離補正工程（Ｓ−３）である。
【００４７】
４）第４工程は、図９に示すように、慣性計測部（ＩＭＵ）で取得したヨー角（ψ）を基準に、無人浮遊機１１の前後左右の少なくとも２点（前（ＬF（ｔ））と左（ＬL（ｔ））、前（ＬF（ｔ））と右（ＬR（ｔ））、後（ＬB（ｔ））と左（ＬL（ｔ））、後（ＬB（ｔ））と右（ＬR（ｔ））のいずれか２点）の距離を取得する水平方向距離取得工程（Ｓ−４）である。
【００４８】
５）第５工程は、構造物５０の既知の横断面形状情報から水平方向の現在位置情報を取得する水平方向現在位置情報取得工程（Ｓ−５）である。
【００４９】
この第１工程（Ｓ−１）〜第５工程（Ｓ−５）を実行することで、無人浮遊機１１の計測時の姿勢角を考慮した水平方向の真の距離情報を取得することができる。
【００５０】
ここで、第３工程（Ｓ−３）における取得した姿勢角で計測距離を補正するのは以下のように行う。
（ｒ（ｔ）、αS）で得られるレーザ計測点を(ｘR，ｙR)座標に変換する。この座標変換は、下記式（１）から求められる。
【００５１】
【数１】
0006486024.tif 000002
【００５２】
補正後の計測点(ｘ’（ｔ）、ｙ’（ｔ）)の、回転座標系の変換は、下記式（２）から求められる。
【００５３】
【数２】
0006486024.tif 000003
【００５４】
式（２）から求めた値を、レーザ計測の（ｒ、α）座標系に変換する。この座標変換は、下記式（３）から求められる。
【００５５】
【数３】
0006486024.tif 000004
【００５６】
次に、第４工程（Ｓ−４）において、慣性計測部（ＩＭＵ）で取得したヨー角ψ(t)を基準に、無人浮遊機１１の前後左右の距離を取得する。ただし、スキャン角が所定のスキャン範囲を外れた場合は、壁側からの距離としては、採用しない。
・スキャン角α1＝ψ（ｔ）となるスキャン角のデータを正面距離ＬF（ｔ）
・スキャン角α2＝ψ（ｔ）−９０°となるスキャン角を左側距離ＬL（ｔ）
・スキャン角α3＝ψ（ｔ）＋９０°となるスキャン角を右側距離ＬR（ｔ）
・スキャン角α4＝ψ（ｔ）＋１８０°となるスキャン角を後方距離ＬB（ｔ）
【００５７】
最後の第５工程（Ｓ−５）において、計測可能な距離（最低２つ：前後左右の各々の少なくとも２点）を使って、既知の横断面形状から現在位置（ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ））を取得する。
【００５８】
これにより真の現在位置を取得することができ、この現在の位置において撮影した撮像情報と、位置情報とをモニタ部１４で確認することができる。
【００５９】
この位置情報の計測を無人浮遊機１１が移動する毎に計測することで、連続した位置情報の把握が確実に行うことができる。
【００６０】
＜高さ方向のモニタリング＞
図８は、実施例１に係る高さ方向の位置モニタリングフロー図である。
初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程（Ｓ−１０）は、水平方向での初期向き情報を取得する初期向き情報取得工程（Ｓ−０）での情報を用いる。
高さ方向の計測は、以下の第１１工程（Ｓ−１１）〜第１４工程（Ｓ−１４）により行われる。
【００６１】
６）第１１工程は、距離計測部１２により、無人浮遊機１１と構造物５０の高さ方向の下方側の距離情報（ＬD（ｔ）、αs）を計測する高さ方向距離計測工程（Ｓ−１１）である。
ここで、高さ方向のレーザ光による計測は、図示しないミラー等の反射光学系により行う。レーザ光の照射距離が上昇するにつれて届かない場合には、上方側に反射させて上方側の距離情報（ＬU（ｔ）、αs）を計測するようにしてもよい。
【００６２】
７）第１２工程は、慣性計測部（ＩＭＵ）により、無人浮遊機１１の姿勢角を取得する姿勢角取得工程（Ｓ−１２）である。
【００６３】
８）第１３工程は、第１２工程（Ｓ−１２）で取得した姿勢角（φ（ｔ），θ（ｔ））を用いて高さ方向の距離情報（ＬD（ｔ））を補正する高さ方向距離補正工程（Ｓ−１３）である。
【００６４】
９）第１４工程は、構造物５０の既知の縦断面形状情報から高さ方向の現在位置情報を取得する高さ方向現在位置情報取得工程（Ｓ−１４）である。
【００６５】
第１３工程（Ｓ−３）の補正は、補正後の計測点(ｚ’  （ｔ）)を、下記式（４）から求める。
【００６６】
【数４】
0006486024.tif 000005
【００６７】
以上より、水平方向と高さ方向とが実計測距離から真の距離に変換することができ、位置情報を確実に取得することができる。
【００６８】
この結果、ＧＰＳが使用できない構造物５０の屋内での無人機による計測位置を確実に把握する点検が可能となる。この結果、従来のような構造物５０の内部に足場や架設の設置が不要となり、内部検査のための労力、コストおよび点検期間の大幅な削減が可能となる。
【００６９】
図３は、実施例１に係る構造物の屋内監視システムのブロック構成図である。図４は、実施例１に係る他の構造物の屋内監視システムのブロック構成図である。
【００７０】
図３に示すように、本実施例では、位置情報処理を無人浮遊機１１側で実行する場合である。
本実施例では、飛行位置情報取得部１６が無人浮遊機１１側の所定箇所（図示せず）に搭載され、ここで、真の現在位置情報を取得し、この取得した真の現在位置情報を送信部１３ａにより地上部側に送信し、モニタ部１４で表示するようにしている。
なお、無人浮遊機１１の操作は、操作部１５からの信号を受信部１５ａで受け、浮遊機駆動部１９に飛行の指令を出している。
【００７１】
また、本実施例では、撮像部１３（静止画撮像部１３Ａ、動画撮像部１３Ｂ）１３の撮像情報を、同時に送信部１３ａを介して地上側の送信し、モニタ部１４で表示するようにしている。
【００７２】
これに対して、図４に示す他の実施例では、位置情報処理を地上部のパーソナルコンピュータＰＣのコントローラ端末側にある場合である。
本実施例では、飛行位置情報取得部１６が地上部側（基地局）のＰＣのコントローラ端末に搭載され、距離計測部１２の情報（信号）と慣性計測部（ＩＭＵ）の情報（信号）とを送信部１３ａにより地上部側に送信する。そして、受信した情報を基に飛行位置情報取得部１６において処理され、真の現在位置情報を取得し、この取得した現在位置情報をモニタ部１３で表示するようにしている。
【００７３】
本実施例では、撮像部１３で撮像した撮像情報を送信部で送るようにしているが、本発明では、これに限定されるものではなく、例えば撮像情報を一時的に無人浮遊機１１側の撮像部のメモリ部に格納しておき、観察終了後に、地上ステーション側に情報を送って、撮像情報と位置情報とを合致させるようにしてもよい。
【００７４】
以上説明したように、本実施例によれば、例えばボイラ火炉や煙突等の構造物５０の内部の位置情報を確実とした無人による点検が可能となり、例えば足場架設が不要となることによる労力、コスト及び点検期間の大幅な削減を図ることができる。
【実施例２】
【００７５】
実施例１においては、距離計測部１２での計測を一点の情報としているが、本発明はこれに限定されず、複数点の計測情報を基にして位置計測の精度を向上させるようにしてもよい。
【００７６】
すなわち、水平方向及び高さ方向の距離計算において、距離計測部１２でのスキャン角を中心として複数点を抽出し、平均したものをそれぞれの距離とする。そして、この複数点のうち、半数以上が距離計測異常又は計測不能となった場合は、位置モニタリングに使用しないようにする。
この結果、距離取得誤差の影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１１  無人浮遊機
１２  距離計測部（レーザスキャナ）
ＩＭＵ  慣性計測部
１３  撮像部（静止画撮像部１３Ａ、動画撮像部１３Ｂ）
１４  モニタ部
１５  操作部
１６  飛行位置情報取得部
２１  機体ガード部
２２  プロペラ
５０  構造物
【図１】
0006486024.tif 000006
【図２】
0006486024.tif 000007
【図３】
0006486024.tif 000008
【図４】
0006486024.tif 000009
【図５】
0006486024.tif 000010
【図６】
0006486024.tif 000011
【図７】
0006486024.tif 000012
【図８】
0006486024.tif 000013
【図９】
0006486024.tif 000014