(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に反射性素材（１０４）を含む遠隔車両（１０２）と、
前記遠隔車両（１０２）を追跡する、多次元的な動きを含む位置決めステージ（１４０）と、
前記位置決めステージ（１４０）上に搭載され、前記前記遠隔車両（１０２）に向けて光を照射し、前記遠隔車両（１０２）からの光を受光するライトヘッド（１５０）と、
前記遠隔車両（１０２）からの受光された光を分析してガスの含有量を決定するコントローラ（１７０）と
を有し、
前記遠隔車両（１０２）は、前記ライトヘッド（１５０）から照射された前記光を追跡し、追従する、３次元ガスマッピングのためのシステム。
【請求項２】
前記遠隔車両は、無人航空機（ＵＡＶ）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記遠隔車両は、投射物、有人車両、気球、無人機、ロボット、または無人地上車両（ＵＧＶ）のうちの１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ライトヘッドは、測定すべきガスと対応する波長を有する光源を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光源は、発光ダイオード、紫外線ランプ、レーザダイオード、およびレーザのうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記位置決めステージは、レーザ追尾システムまたは全地球測位システムのうちの１つで前記遠隔車両を追跡する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記反射性素材は、ダイヤモンドグレードの反射テープを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、全地球測位システム（ＧＰＳ）データを前記遠隔車両から受信し、前記ＧＰＳデータに基づいて前記位置決めステージ用の軸コマンドを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
空気を通じて光線を伝播させ、前記空気の成分に関する測定を行うこと（３０５）と、
遠隔車両からの前記光線を反射する追跡源で前記遠隔車両の位置を追跡すること（３１０）と、
前記遠隔車両からの反射された前記光線を受光すること（３２０）と、
受光された前記光線を処理し、追跡情報と組み合わせて３次元ガスマップを作成すること（３３０）と、
前記光線を用いて前記遠隔車両を誘導することを含む、３次元ガスマッピングのための方法。
【請求項１０】
前記遠隔車両を追跡することは、全地球測位情報、セルラー情報、および遠隔計測情報のうちの１つまたは複数を用いることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光線を処理することは、前記３次元ガスマップを提供するために、前記光線のプロパティを前記光線が進む位置と相関させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記光線の前記プロパティは、測定されるガスのタイプと相関のとれた前記光の波長を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記遠隔車両は、無人航空機（ＵＡＶ）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記遠隔車両は、無人地上車両（ＵＧＶ）、投射物、有人車両、気球、無人機、およびロボットのうちの１つを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記遠隔車両を追跡することは、前記追跡源が前記遠隔車両を追従することを可能にする軸コマンドを生成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記遠隔車両を追跡することは、前記遠隔車両が前記追跡源に前記遠隔車両の位置を警告することを可能にする軸コマンドを生成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記光線を受光することは、前記遠隔車両の反射性素材から前記光線を受光することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射性素材は、再帰性反射板、ミラー、反射面、またはダイヤモンドグレードの反射テープのうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光線は、発光ダイオード、紫外線ランプ、レーザダイオード、およびレーザのうちの少なくとも１つから生成される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願情報
本出願は、２０１５年１０月２７日出願の仮米国特許出願第62/246,821号の優先権を主張し、参照によりその全体をここに組み込む。
【０００２】
本発明は、ガス検知に関し、より詳細には、遠隔反射システムを使用する長光路ガス検知に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
微量ガス検知は、産業上および環境上の多くの応用分野で役割を果たす。施設の周囲のガス濃度レベルは、この施設内の器具および機械類が正しく機能しているかどうかを、所有者に知らせることができる。ガス濃度レベル情報は、ガス濃度が有害レベルまたは危険レベルに達する前に、交換される必要があることを示すことで、環境被害を防ぐ手助けをすることもできる。一定の条件（危険な化学物質または火山への対処など）においては、検出場所は、立ち入りが非常に難しいか、または非常に危険なため、人間がガス検知用機器を設置することができない場合がある。このことが、ガス測定を特に難しくしている。
【発明の概要】
【０００４】
本原理の態様によれば、３次元ガスマッピングのためのシステムは、外面に反射性素材を備えている遠隔車両を含む。遠隔車両を追跡する、多次元的な移動を含む位置決めステージ。遠隔車両からの光を反射するライトヘッド（ｌｉｇｈｔ  ｈｅａｄ）。遠隔車両からの受光された光を分析してガスの含有量を決定するコントローラ。
【０００５】
本原理の別の態様によれば、３次元ガスマッピングのための方法は、空気を通じて光線を伝播させ、空気の成分に関する測定を行うことを含む。遠隔車両からの光線を反射する追跡源（ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）で遠隔車両の位置を追跡すること。遠隔車両からの反射された光線を受光すること。受光された光線を処理し、追跡情報と組み合わせて３次元ガスマップを作成すること。
【０００６】
これらのおよび他の特徴および利点は、添付の図面に関連して読まれるはずである、それらの例示的な実施態様の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示は、以下の図を参照して好ましい実施形態の以下の説明において詳細を提供する。
【０００８】
【図１】図１は、本原理による３次元ガスマッピングシステムのための高レベルのシステムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本原理による３次元ガスマッピングシステムのためのシステムを示すブロック図である。
【図３】図３は、本原理による３次元ガスマップを生成する方法を示す流れ図である。
【図４】図４は、本原理による３次元ガスマッピングシステムのためのコントローラを示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、Ｘ軸が度で表した緯度であり、Ｙ軸が度で表した経度である、メタンガスの濃度マップのグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、Ｘ軸がフィートで表した高度であり、Ｙ軸が度で表した経度である、メタンガスの濃度マップのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本原理に従い、システムおよび方法が、柔軟な長光路ガス検知のための遠隔反射システムを用いるために提供される。本実施形態は、比較的短期間で、広域にわたるガス濃度の空間マッピング、および３次元（３Ｄ）測定を提供する。１つの実施形態において、水平および垂直両方の検知結果を、遠隔反射システムの機動性を介して提供できる。別の実施形態において、遠隔反射システムは、無人航空機（ＵＡＶ）を含んでよい。また、遠隔反射システムは、無人地上車両（ＵＧＶ）、投射物、有人車両、気球、無人機、ロボット、または他の移動可能及び制御可能な反射面を含んでもよい。
【００１０】
遠隔反射システム側では、１つの実施形態は、低重量のダイヤモンドグレードの反射テープを用いて信号を反射させ、信号強度を高めてよい。別の実施形態において、遠隔反射システムは、再帰性反射板を使用して信号を反射させ、信号強度を高めてよい。遠隔反射システムは、反射面を用いて信号を反射させ、信号強度を高めてよい。別の実施形態において、遠隔反射システムは、再帰性反射板アレイを保持してよい。遠隔反射システムの本体は、より大きい反射板を形成するように、ダイヤモンドグレードの再帰性反射テープで覆われてもよい。
【００１１】
遠隔反射システムの本体は、反射面を含んでよい。本遠隔反射システム上に能動的な検知部がある必要はない。その代わり、反射能力は、純粋に受動的であってよいが、反射面を能動的に作動させることは、遠隔デバイス上でも想定されている。ガス検知システムのためのセンサヘッド、光源、および検出器を含む、ガス検知処理のための全ての能動的なコンポーネントは、遠隔反射システムから分離されている。
【００１２】
有用な実施形態において、遠隔反射システムは３Ｄ／２Ｄパターンの中で移動しながら、センサヘッドは、オプティカルフィードバックを使用して遠隔反射システムの位置を追跡し、遠隔反射システムに光信号を送る。別の実施形態において、遠隔反射システムは３Ｄ／２Ｄパターンで移動しながら、センサヘッドは、全地球測位システム（ＧＰＳ）データを使用して遠隔反射システムの位置を追跡し、本遠隔反射システムに信号光を送る。ガスマッピングシステムおよび方法を通じて、高度に柔軟な光検出が、異なる光路設定でリアルタイムに実現されてよい。水平および垂直検知の両方を実行できる。したがって、短期間で広域にわたるガス濃度の３Ｄマッピングを達成できる。危険な場所への遠隔アクセスを提供できる。また、遠隔反射システムのペイロードを非常に少なく維持できるため、遠隔反射システムは、多くの市販のＵＡＶ／ＵＧＶシステムを含んでよく、ＵＡＶ／ＵＧＶを比較的長時間使用できるため、ＵＡＶ／ＵＧＶは、より遠くかつより高く進むことができる。
【００１３】
実施形態は、コンピュータもしくは任意の命令実行システムによる、または、関連する使用のためのプログラムコードを提供する、コンピュータ使用可能な、または、コンピュータ読取可能な媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品を含んでよい。コンピュータ使用可能な、または、コンピュータ読取可能な媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる、または、関連する使用のためのプログラムを格納、通信、伝播、または輸送する任意の装置を含んでよい。媒体は、磁気、光、電子、電磁気、赤外線、もしくは半導体システム（または装置もしくはデバイス）または伝搬媒体であってよい。媒体は、半導体またはソリッドステートメモリ、磁気テープ、着脱可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク、および光ディスクなどのコンピュータ読取可能記憶媒体を含んでよい。
【００１４】
各コンピュータプログラムは、汎用または専用のコンピュータによって読取可能な機械読取可能記憶媒体またはデバイス（例えば、プログラムメモリまたは磁気ディスク）内に実体的に格納されてよく、機械読取可能記憶媒体またはデバイスは、本明細書で説明される手順を実施するためにその記憶媒体またはデバイスがコンピュータによって読み取られると、コンピュータの動作を構成し、制御する。本発明に関するシステムは、コンピュータ読取記憶媒体で具現化され、コンピュータプログラムで構成されると見なされてもよく、そのように構成された記憶媒体は、コンピュータを特別かつ事前に規定された手法で動作させて、本明細書で説明された機能を実施する。
【００１５】
プログラムコードを格納および／または実行するのに適したデータ処理システムは、システムバスを通じて記憶素子に直接的または間接的に結合された少なくとも１つのプロセッサを含んでよい。記憶素子は、実際にプログラムコードを実行する間に用いられるローカルメモリと、大容量記憶装置と、実行中に大容量記憶装置からコードが取り出される回数を減らすために、少なくともいくつかのプログラムコードを一時的に格納するキャッシュメモリとを含むことができる。入力／出力すなわちＩ／Ｏデバイス（キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含むが、これらに限定されない）は、直接的に、またはＩ／Ｏコントローラを間に挟んでシステムに結合されていてよい。
【００１６】
ネットワークアダプタは、データ処理システムが、専用または公衆網を間に挟んで、他のデータ処理システムまたはリモートプリンタまたは記憶デバイスに結合されている状態になれるように、システムに連結されていてもよい。モデム、ケーブルモデム、およびイーサネットカードは、現在入手可能なタイプのネットワークアダプタのうちのほんの一部にすぎない。
【００１７】
同じ数字が、同一または類似の要素を表す図をここで詳細に参照し、かつ初めに図１を参照すると、３次元ガスマッピングシステム１００が、例示的に示されている。ガスマッピングシステム１００は、遠隔車両１０２を含む。１つの実施形態において、遠隔車両１０２は、無人航空機（ＵＡＶ）を含んでよい。ＵＡＶは、３次元ガスマッピングシステム１００が、物理的に異なるエリアにわたり、多くの異なる高度でガス濃度レベルを測定することを可能にする。別の実施形態において、遠隔車両１０２は、無人地上車両（ＵＧＶ）、投射物、有人車両、気球、無人機、ロボット、または、これら、および他の複数の品目の任意の組み合わせを含んでよい。
【００１８】
遠隔車両１０２は、反射面１０４を含む。１つの実施形態において、反射面１０４は、遠隔車両１０２に取り付けられた再帰性反射器であってよい。別の実施形態において、反射面１０４は、遠隔車両１０２に貼られた反射テープを含んでよい。反射面１０４は、反射性の、遠隔車両１０２の車体を含んでよい。反射面１０４は、遠隔車両１０２に取り付けられたミラーを含んでよく、または遠隔車両１０２に取り付けられた反射性の金属を含んでよい。反射面１０４は、入射した光線１６０が光線１６０の光源に反射して戻ることを可能にしてもよい。
【００１９】
遠隔車両１０２は、推進システム１０６を含んでよい。飛行中の実施形態に関し、推進システム１０６は、遠隔車両を飛ばすプロペラまたは他のエンジンを含んでよい。別の実施形態において、推進システム１０６は、ホイールまたはトラックを含んでよい。別の実施形態において、推進システム１０６は、ジェットエンジンまたはフーバー技術（ｈｏｏｖｅｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を含んでよい。推進システム１０６は、内燃機関、電気モータなどを含み得る１つまたは複数のモータ１０８を含んでよい。
【００２０】
遠隔車両１０２は、電源１２０を含んでよい。電源１２０は、１つまたは複数のバッテリ、液体燃料（例えば、ガソリン、アルコール、ディーゼル他）、または他のエネルギー源を含む、または用いてよい。別の実施形態において、電源１２０は、１つもしくは複数の太陽電池または１つもしくは複数の燃料電池を含んでよい。別の実施形態において、電源１２０は、燃焼性ガス（例えば、水素）を含んでよい。
【００２１】
遠隔車両１０２は、コンピューティング機能および制御で装備されてよい。遠隔車両１０２は、プロセッサ１１４を含んでよい。遠隔車両１０２は、トランシーバ１１６を含んでよい。１つの実施形態において、トランシーバ１１６は、全地球測位システム（ＧＰＳ）１１８に結合され、他の車両に対する遠隔車両１２０の位置および共通の座標系を生成し、警告してよい。トランシーバ１１６は、セルラーネットワークシステムと通信するように装備されてよい。このように、遠隔車両の位置は、信号強度または同様のものに基づく、複数の携帯電話基地局の間の三角測量に基づいて計算されてよい。トランシーバ１１６は、ＷＩＦＩ、または同等の無線システムを含んでよい。
【００２２】
遠隔車両１０２は、異なる測定を行う１つまたは複数のセンサ１１２を含んでよい。本測定は、圧力、温度、風速、風向、速度、加速度他を含んでよい。センサ１１２は、光センサ、赤外線（ＩＲ）センサ、またはカメラを含んでよい。センサ１１２は、加速度計または他の運動センサを含んでよい。遠隔車両１２０の複数の異なるシステムは、車両１０２の制御のため、または遠隔計測もしくは他の技術を使用して地上から車両を探し出すために必要な異なる測定をする、または行うために、組み合わせて用いられてよいことを理解されたい。
【００２３】
遠隔車両１０２は、記憶装置１１０を含んでよい。記憶装置１１０は、固体またはソフトストレージを含んでよく、車両１２０上の他のシステムと共に作動し、データを記録し、アルゴリズムまたはプログラムを実行し、車両を制御することなどを行ってよい。記憶装置１１０は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または本出願に有用な任意の他のタイプのメモリを含んでよい。
【００２４】
遠隔車両１０２は、遠隔制御されてよい。遠隔制御されるために、遠隔車両１０２は、無線チャネル上で遠隔制御デバイスによって制御される必要がある。これにより、ユーザが、ガス濃度の読取りが必要とされるところに、遠隔車両１０２を動的に位置させることが可能になる。遠隔車両１０２は、ガス濃度を日常的にチェックするために、事前プログラムされた経路に従ってよい。１つの実施形態において、事前プログラムされた経路は、ユーザによって計画された経路で遠隔車両１０２を移動させるために、プロセッサ１１４上で実行するように記憶装置１１０にプログラムされてよい。事前プログラムされた経路は、コントローラ１７０の位置、または他の位置のような、固定された出発点からの３次元の経路であってよい。
【００２５】
事前プログラムされた経路は、例えば、経度、緯度、および高度を使用する全地球測位データに基づいている。別の実施形態において、事前プログラムされた経路は、閉じた経路であってよい。事前プログラムされた経路は、遠隔車両１０２が、ポイント間をできるだけ効率的に移動する軌道内のポイントを含んでよい。
【００２６】
遠隔車両１０２は、光線１６０を追跡し、追従してよい。遠隔車両１０２は、センサ１１２を使用して光線１６０を検出し、その後、受信信号が所望の場所において最善の位置にあることを保証するために光線１６０を追従するようにプログラムされてよい。これによい、ユーザが、光線１６０の本位置を変更するだけで、遠隔車両１０２を移動させることができる。ユーザは、ガス濃度の読取値を見ながら、特定のエリアがより完全な読取値を必要としている可能性があることに気付く場合があり、その結果、ユーザは、光線１６０をゆっくり移動させることによって、遠隔車両１０２をエリア内に置いておき、より完全なガス濃度レベルを求めて、より多くの読取値を収集することができる。
【００２７】
別の実施形態において、遠隔車両１０２は、光源を中心として球面上をポイントに沿って移動することと同様に、光源から固定された距離を保ち、光源の動きを追跡するようにプログラムされてよい。遠隔車両１０２は、プログラムされた距離まで移動し、その後、プログラムされた距離を維持しながら光線１６０を追従する。これにより、ユーザが、光源の周囲のドームに沿ってガス濃度レベルを得ることができる。これは、ユーザの上にあるガスを検知するために使用されてよく、またはユーザが谷に隣接している丘の上にいる場合、谷の中のガスを検知するために使用されてよい。これは、ユーザが、空気より高密度であり、低いエリアで増大するガスに対するガス濃度レベルを得ることを可能にするために使用されてよい。
【００２８】
さらに別の実施形態において、遠隔車両１０２は、遠隔車両１０２が平面内で右および左に、ならびに上および下に移動することを可能にする平面内に固定されたまま光線１６０を追従してよい。遠隔車両１０２は、経度、緯度、またはベクトルのように、平面内にある線でプログラムされる。次に、車両は、線に移動し、線の上にある平面は、ガス濃度レベルを収集する間に遠隔車両１０２が移動する限界である。遠隔車両１０２は、平面内の位置を維持しながら、光線１６０を追従する。これは、線が工場を通り、平面が工場に鉛直になるようにすることによって、工場の上のガス濃度レベルを得るために使用されてよい。ユーザは、光線１６０を周囲に移動させ、遠隔車両１０２は、工場の上にとどまり、右および左ならびに上および下に移動し、工場の上のガス濃度レベルを得る。
【００２９】
ガスマッピングシステム１００は、ライトヘッド１５０を含む。ライトヘッド１５０は、複数の光源１５２を含んでよい。複数の光源１５２は、目的のガスに応じて異なる光源を含んでよい。１つの実施形態において、複数の光源１５２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、紫外線（ＵＶ）ランプ他を含んでよい。ＬＥＤは、Ｏ２（酸素）、Ｏ３（オゾン）、Ｈ２Ｏ、ＮＯｘの検出に用いられてよい。別の実施形態において、複数の光源１５２は、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を含んでよい。分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）は、適切な波長の光を使用する、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ（一酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、ＣＨ４（メタン）、ＨＩ（ヨウ化水素）、ＨＢｒ（臭化水素）、ＨＦ（フッ化水素）、ＨＣｌ（塩化水素）、Ｃ２Ｈ２（アセチレン）、ＨＣＮ（シアン化水素）、Ｈ２Ｓ（硫化水素）、ＮＨ３（アンモニア）、Ｈ２ＣＯ（ホルムアルデヒド）の測定に用いられてよい。別の実施形態において、複数の光源１５２は、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）を含んでよく、ＱＣＬは、適切な波長の光を使用する、ＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６（エタン）、ＣＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＯ、ＣＯ２、ＣＯ、ＳＯ２（二酸化硫黄）、ＨＣＮ、ＮＨ３、Ｈ２ＣＯ、ＰＨ３（ホスフィン）、Ｏ２の検知に使用されてよい。別の実施形態において、複数の光源１５２は、ＵＶランプを含んでよく、ＮＯｘ、ＳＯ２、Ｏ３の検知に使用されてよい。
【００３０】
１つの実施形態において、ライトヘッド１５０は、１つまたは複数のセンサ１６２を含み、本センサは、光検出器、光センサ、ＩＲセンサ、カメラ他を含み、遠隔車両１０２からの反射光を検知および検出してよい。１つの実施形態において、ライトヘッド１５０は、光ファイバ束１５４または光スイッチ１５６を含んでよい。１つの実施形態において、ライトヘッド１５０は、光ファイバ束１５４に接続された複数の光源１５２を含んでよく、本システムが、光スイッチ１５６を使用して、遠隔車両１０２で光線１６０を発射するために使用することになる複数の光源１５２のうちのどれかを選択することによって、部品を交換せずに、いくつかの異なるガスをいつでも検出できるようにすることを可能にする。複数の光線は、同時に処理されてよい。
【００３１】
１つの実施形態において、ライトヘッド１５０は、ミラー１５８を含んでもよい。ミラー１５８は、１つもしくは複数の車両に、または地上の他の場所に光の方向を変えるために用いられてよい。ミラー１５８は、光線１６０を遠隔車両１２０に提供することと、遠隔車両１０２からの反射された光線１６０を収集することとの両方のために、望遠鏡として用いられてよい。球面ミラーは、ミラー１５８に使用され、光ファイバ束１５４がミラー１５８の焦点に配置されると、光ファイバ束１５４からの受信信号がフォーカスビームになることを確実にする。
【００３２】
ガスマッピングシステム１００は、位置決めステージ１４０を含む。１つの実施形態において、位置決めステージ１４０は、位置決めステージ１４０上のライトヘッド１５０の、垂直および水平両方の移動を可能にする経緯儀のマウントを含んでよい。１つの実施形態において、位置決めステージ１４０は、ライトヘッド１５０および位置決めステージ１４０の他の機能の遠隔制御のための通信を取り扱うために、別のトランシーバ１４４を有してよい。
【００３３】
１つの実施形態において、トランシーバ１４４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、セルラーシステム、ＷＩＦＩシステム他と通信してよい。位置決めステージ１４０は、コネクタ１８０によってコントローラ１７０に、有線または無線で接続されてよく、位置決めステージ１４０は、コントローラ１７０から接続１８０を通じて、軸調整コマンドを受信してよい。垂直および水平の移動を伴う軸コマンドは、遠隔車両１０２が、地面に沿って、または上空を進むとき、位置決めステージ１４０が遠隔車両１０２を追跡または追従することを可能にする。１つの実施形態において、位置決めステージ１４０は、追跡機構１４２を有し、ステージが地面上または空中のオブジェクトを追従することを可能にする軸コマンドを提供してよい。
【００３４】
１つの実施形態において、追跡機構１４２は、レーザトラッカを含んでよい。追跡機構１４２は、ユーザが、測定が必要とされる高さに遠隔車両１０２を飛ばすことを可能にし、位置決めステージ１４０は、位置情報および光データの追跡および収集を自律的に処理する。１つの実施形態において、位置決めステージ１４０は、遠隔計測データをコントローラ１７０に送ってよい。遠隔計測データは、遠隔車両１０２の位置を含んでよい。遠隔計測データは、遠隔車両１０２の３軸による位置を含み、位置決めステージ１４０に対して車両１０２がどこにあったか、および地上のどれだけ高くを遠隔車両１０２が進んでいたかを示すことができる。遠隔計測データは、遠隔車両１０２がガス検知処理中に位置していた場所のマップを作り出す際に使用されてよい。
【００３５】
ガスマッピングシステム１００は、コントローラ１７０を含む。１つの実施形態において、コントローラ１７０は、プロセッサ１７２および記憶装置１７６（例えば、ディスク記憶装置、固体記憶装置、ＲＯＭなど）を含んでよい。コントローラ１７０は、トランシーバ１４４など通信するためにトランシーバ１７４も含むことができる。コントローラ１７０は、遠隔車両１０２からＧＰＳデータを受信し、位置決めステージ１４０に対する軸調整値を作成する。１つの実施形態において、コントローラ１７０は、遠隔車両１０２を制御するための遠隔制御ソフトウェアおよびハードウェア１７８を含み、ガスマッピング処理中に車両１２０を誘導する。遠隔制御ソフトウェアおよびハードウェア１７８は、ユーザ入力のためのジョイスティック、およびジョイスティックからの入力を受け入れ、遠隔制御された車両に対してコマンドを出力するソフトウェアを含んでよい。遠隔制御ソフトウェアおよびハードウェア１７８は、遠隔車両１０２に無線接続するための線またはアンテナ、および接続に沿って伝わる信号として出力コマンドを変調するためのソフトウェアを含んでよい。１つの実施形態において、遠隔制御ソフトウェアおよびハードウェア１７８は、コントローラ１７０を使用してユーザ入力によって車両１２０を誘導するために用いられてよい。別の実施形態において、遠隔制御ソフトウェアおよびハードウェア１７８は、事前プログラムされたコマンドを遠隔車両１０２に送り、事前定義された経路に沿って車両１２０を誘導してよい。
【００３６】
コントローラ１７０は、位置決めステージ１４０からの遠隔計測データを用いて、ガス検知処理中に遠隔車両１０２の位置のマップを作成してよい。コントローラ１７０は、遠隔車両１０２からのＧＰＳデータを用いて、ガス検知処理中に遠隔車両１０２の位置のマップを作成する、または事前プログラムされた遠隔車両１０２の経路を使用して、ガス検知処理中に遠隔車両１０２の位置のマップを作成してよい。各マップは、遠隔車両が、ガス検知が処理されつつあるエリアを通って、およびその上を移動するときの遠隔車両の位置を示す３軸マップを含むことができる。これらのマップは、ガス検知エリアの既存の衛星または地形の地図上に重ねて、遠隔車両１０２がガス検知処理中に進んだところをよりよく示してもよい。
【００３７】
１つの実施形態において、コントローラ１７０は、遠隔車両１０２からの反射された光線１６０に基づいて、ライトヘッド１５０から光データを受信してよい。コントローラ１７０は、この光データを処理し、光源１５２に基づいて、既知の分光法（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を使用して、遠隔車両１０２により検出されたガスの濃度を計算してよい。検知されたガスの値は、光線１６０の全体経路に沿って発見されたガス全てに対するものなので、１つの技法は、隣接ポイントで検知されたガスの値を用いて、実際のポイントにおけるガスを計算してよい。１つの実施形態において、コントローラ１７０は、検出されたガスをマップと組み合わせて、ガス検知処理中に遠隔車両１０２が占有したエリア内のガス濃度レベルの３次元ガスマップを形成してよい。３次元ガスマップは、検知されたガスの濃度を示す表面エリアマップ上、またはユーザがマップを回転でき、ユーザが視点を調節するのに基づいて、異なるガスのレベルを見ることができる対話式の３次元マップの上に、色またはテクスチャを付けられてよい。
【００３８】
図２を参照すると、３次元ガスマッピングシステム２００が、本原理の実施形態に従って例証的に描写されている。３次元ガスマッピングシステム２００は、ダイヤモンドグレードの反射テープ２０４がＵＡＶ２０２の車体に貼られたＵＡＶ２０２と、ミラー１５８を有する望遠鏡２３０、光源１５２を有する光ファイバ束１５４、コントローラ１７０、位置決めステージ１４０、および遠隔制御デバイス２１０のうちのいくつかまたは全てとを含んでよい。ＵＡＶ２０２は、測定すべきガスの発生源２２０の上を飛ぶことができる。ガスの発生源は、工場、農場、発電所、メタン回収場、都市、またはガス濃度レベルが役に立つ任意の現場を含んでよい。ＵＡＶ２０２は、遠隔制御デバイス２１０によって制御される。遠隔制御デバイス２１０は、ガスが測定される必要がある場所にＵＡＶ２０２を移動させる能力をユーザに与える。ＵＡＶ２０２は、地表面で、または可能な限り空中数百フィートで測定値を得、その上、ＵＡＶ２０２はその現場周辺を簡単に移動することも可能にする。光源１５２は、光ファイバ束１５４を通じて望遠鏡２３０に光を送る。光はミラー１５８に反射し、ＵＡＶ２０２に光線１６０を照らし当てる。ダイヤモンドグレードの反射テープ２０４は、光線１６０を反射して、望遠鏡２３０を通じて光ファイバ束１５４に戻す。光線１６０からの光データは、分析のためにコントローラ１７０に送られる。
【００３９】
コントローラ１７０は、分光法（例えば、差分光吸収分光（ＤＯＡＳ））または減衰データ（例えば、波長変調分光（ＷＭＳ））を使用して、光源１５２に基づいて検出されたガスを決定する。コントローラ１７０は、マップを形成するために光データを受信しながら、ＵＡＶ２０２からＧＰＳデータを受信する。マップは、３軸マップであり、遠隔車両がガス検知が処理されつつあるエリアを通って移動するときの遠隔車両の位置を示す。このマップは、既存の衛星マップの上に重ねられ、３軸全て、すなをち、経度、緯度、および高度に沿って処理中に車両がガスを検知したところを示してよい。コントローラ１７０は、ガス濃度のデータをマップと組み合わせ、検出されたガスのレベルを示す、エリアの３次元ガスマップを形成する。
【００４０】
図３を参照すると、３次元ガスマップ３００を生成する方法に関する流れ図が、本原理に従って例証的に示されている。３次元ガスマップ３００を生成する方法は、ブロック３０５において、空気を通じて光線を伝播させ、空気の成分に関する測定を行うことを含んでよい。光源は、光の波長を含み、測定されるべきガスに応じて変化してよい。１つの実施形態において、ブロック３０５において、空気を通じて光線を伝播させることは、ブロック３０７において、光線を生成することを含んでよい。３次元ガスマップ３００を生成する方法は、ブロック３１０において、追跡情報を収集する追跡源を有する遠隔車両を追跡することを含んでよい。追跡情報は、遠隔車両が移動するとき、光線を誘導するために使用されてよい。１つの実施形態において、ブロック３１０において、遠隔車両は追跡され、ブロック３１２において、遠隔車両を発射することを含んでよい。別の実施形態において、ブロック３１０において、遠隔車両を追跡することは、ブロック３１４において、制御システムで軸コマンドを作成することを含んでよい。軸コマンドは、遠隔車両に光線を誘導するために作成されてよい。
【００４１】
さらに別の実施形態において、ブロック３１０における遠隔車両を追跡することは、制御システムからブロック３１６における軸コマンドを受信することを含んでよい。軸コマンドは、遠隔車両に光線を誘導するために使用されてよい。３次元ガスマップ３００を生成するための方法は、ブロック３２０における遠隔車両からの反射された光線を受光することを含んでよい。１つの実施形態において、ブロック３２０における光線を受光することは、ブロック３２２における遠隔車両に光線を送ることを含んでよい。光線を送ることは、追跡情報を使用して、光線（ｈｅ  ｌｉｇｈｔ  ｂｅａｍ）を遠隔車両に向ける。
【００４２】
３次元ガスマップ３００を生成することは、ブロック３３０において、受光した光線および追跡情報を処理して、３次元ガスマップを作成することを含んでよい。受光した光線は、光源と遠隔車両との間の光線に沿って、検出されたガスに関して処理される。検出されたガスは、追跡情報に従ってプロットされ、ガス検知処理が完了されつつあるときに、遠隔車両の周囲の検出されたガスのマップを作成する。この検出されたガスマップは、衛星地図または地形図上にオーバレイされ、ガス濃度が存在する高度を含む衛星または地形の地図によって表された物理的な世界に関連するガス濃度レベルを示してよい。１つの実施形態において、ブロック３３０における処理は、ブロック３３２において、光データを制御システムに送ることを含んでよい。１つの実施形態において、ブロック３３０における処理は、ブロック３３４において、制御システムで光データを受信することを含んでよい。ガス検出処理およびマップ処理は、制御システム内で完了されてよい。
【００４３】
図４を参照すると、例示的な制御システム４００が示され、コントローラ１７０（図１）を表してよい。制御システム４００は、システムバス４０２を介して他のコンポーネントに動作可能なように連結されている少なくとも１つのプロセッサ（ＣＰＵ）１７２を含む。キャッシュ４０６、読み出し専用リメモリ（ＲＯＭ）４０８、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４１０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ４２０、サウンドアダプタ４３０、ネットワークアダプタ４４０、ユーザインターフェースアダプタ４５０、およびディスプレイアダプタ４６０は、システムバス４０２に動作可能なように連結されている。
【００４４】
第１の記憶装置４２２および第２の記憶装置４２４は、Ｉ／Ｏアダプタ４２０によってシステムバス４０２に動作可能なように連結されている。記憶装置４２２および４２４は、ディスク記憶装置（例えば、磁気または光ディスク記憶装置）、固体磁気装置などのうちのいずれかであってよい。記憶装置４２２および４２４は、同一タイプの記憶装置または異なるタイプの記憶装置であってよい。１つの実施形態において、第１の記憶装置４２２または第２の記憶装置４２４は、遠隔車両を制御するための遠隔制御ソフトウェア４２３を含んでよい。遠隔制御ソフトウェア４２３は、ジョイスティックまたはアンテナのような、ユーザ入力を得、遠隔制御車両に制御コマンドを出力するのに必要なハードウェアにアクセス可能であってよい。遠隔制御ソフトウェア４２３は、ジョイスティックのような入力デバイスからユーザ入力をとること、およびユーザによるジョイスティックの動きによって意図された方向に遠隔制御車両の動きを制御するコマンドを出力することが可能であってよい。
【００４５】
別の実施形態において、第１の記憶装置４２２または第２の記憶装置４２４は、マップ生成プログラム４２５を含んでよい。マップ生成プログラム４２５は、ＧＰＳ、遠隔計測、または経路情報をとり、マップを形成ために３次元の軸でプロットすることができてよい。マップ生成プログラム４２５は、作成されたマップを取り出し、マップを既存の衛星または地形の地図上に重ね、物理的な世界に関連するデータを収集しながら移動位置を示す。
【００４６】
さらに別の実施形態において、第１の記憶装置４２２または第２の記憶装置４２４は、光データ分析プログラムを含んでよい。光データ分析プログラムは、光線データを取り込み、光線が通って進んだガスのレベルを計算してよい。さらに別の実施形態において、第１の記憶装置４２２または第２の記憶装置４２４は、経路生成プログラムを含んでよい。経路生成プログラムは、遠隔車両がユーザの入力座標に基づいて進む３次元の経路を作成してよい。
【００４７】
スピーカ４３２は、サウンドアダプタ４３０によってシステムバス４０２に動作可能なように連結されていてよい。スピーカ４３２は、低燃料または低電力に関する聴覚警報をユーザに出すために使用されてよい。トランシーバ１７４は、ネットワークアダプタ４４０によってシステムバス４０２に動作可能なように連結されている。ディスプレイデバイス４６２は、ディスプレイアダプタ４６０によってシステムバス４０２に動作可能なように連結されている。
【００４８】
第１のユーザ入力デバイス４５２、第２のユーザ入力デバイス４５４、および第３のユーザ入力デバイス４５６は、ユーザインターフェースアダプタ４５０によってシステムバス４０２に動作可能なように連結されている。ユーザ入力デバイス４５２、４５４、および４５６は、キーボード、マウス、キーパッド、ジョイスティック、画像キャプチャデバイス、動作検知デバイス、マイクロフォン、先述のデバイスのうちの少なくとも２つの機能性を組み込んでいるデバイスなどのうちのいずれかであってよい。当然、本原理の精神を維持しながら、他のタイプの入力デバイスが使用されてもよい。ユーザ入力デバイス４５２、４５４、および４５６は、同一タイプのユーザ入力デバイスまたは異なるタイプのユーザ入力デバイスであってよい。ユーザ入力デバイス４５２、４５４、および４５６は、情報を、システム４００に入力、およびシステム４００から出力するために使用される。
【００４９】
当然、制御システム４００は、当業者によって容易に想定されるような他の要素（図示せず）を含んでもよく、一定の要素を省略してもよい。例えば、様々な他の入力デバイスおよび／または出力デバイスは、当業者によって容易に理解されるような、同一の特定の実装形態に応じて、制御システム４００に含まれてよい。例えば、様々なタイプの無線および／または有線の入力および／または出力デバイスが使用されてよい。その他に、様々な構成において、当業者によって容易に理解されるような、追加のプロセッサ、コントローラ、メモリなどが利用されてもよい。制御システム４００のこれら、および他の変形形態は、本明細書で提供された本原理の教示を考慮すれば、当業者によって容易に想定される。
【００５０】
図５Ａを参照すると、メタンガスの濃度マップのグラフが例証的に示されている。マップは、あるエリア上のメタン（ＣＨ４）の濃度を示す。マップの軸は、具体的な位置を示す経度（Ｘ軸）および緯度（Ｙ軸）である。マップのキー５１０は、陰影または色を変化させることによって表されたガスのレベルを示しているが、カラースケールまたはテクスチャ／パターンのスケールが用いられてよい。マップは、緯度３６．２°および経度−１１９．５°の付近の高濃度のメタンを示す。マップは、５２０において比較的高濃度であること、および５３０において比較的低濃度であることを示す。これは、その場所における累積的なメタン濃度を完全に示す。メタンは、地表面、または地表面より上、数百フィートにあることができる。
【００５１】
図５Ｂを参照すると、メタンガスの濃度マップのグラフが例証的に示されている。マップは、図５Ａに表された同一の経度に対する、緯度３６．２°に沿ったメタン濃度の場所を示している。マップの軸は、高度（Ｘ軸）および経度（Ｙ軸）であり、高度は、地表面より上にあるものとして測定されるが、海抜として測定されることがある。マップのキー５１０は、灰色の陰影を変化させることによって表されたガスのレベルを示しているが、カラースケールまたはテクスチャ／パターンのスケールが使用されることがある。キー５１０は、図５Ａと同一である。マップは、メタンが、緯度３６．２°に沿って７５フィートと１５０フィートとの間で高濃度であることを示している。マップは、５５０において、つまり、経度−１１９．４°と−１１９．６°との間で、かつ１００フィートから１５０フィートで比較的高濃度であること、ならびに５６０において、つまり、経度−１１９°と−１１９．２°との間で、かつ１００フィートから１５０フィートで比較的低濃度であることを示している。図５Ａおよび図５Ｂは、３次元マッピング処理によって生成された３次元マップの２次元の図である。
【００５２】
前述は、あらゆる点で例証的かつ例示的なものとして理解されることになるが、限定的なものではなく、本明細書で開示された本発明の範囲は、詳細な説明から決定されるものではなく、特許法によって認められた全容に従って解釈されるものとして特許請求の範囲から決定されることになる。本明細書で示され、説明された実施形態は、本発明の諸原理に関する例証的なものにすぎないこと、および当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な変更形態を実装してよいことを理解されたい。当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な他の特性の組み合わせを実装することがある。したがって、特許法によって要求される詳細および特殊性と共に、説明された本発明の態様を用いて、特許証によって保護される、主張され、望まれることは、添付の特許請求の範囲において示される。
【図１】
0006588640.tif 000002
【図２】
0006588640.tif 000003
【図３】
0006588640.tif 000004
【図４】
0006588640.tif 000005
【図５Ａ】
0006588640.tif 000006
【図５Ｂ】
0006588640.tif 000007