(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性計測装置及び再帰反射体を備えた飛行体の前記再帰反射体に追尾光を照射し、該追尾光を受光し、受光結果に基づき前記飛行体の追尾を行う光学追尾と、前記飛行体の画像を取得し、該画像から前記飛行体を検出し、検出結果に基づき前記飛行体の追尾を行う画像追尾とを備え、前記光学追尾と前記画像追尾とは並行して実行され、
前記光学追尾及び前記画像追尾が不能になった場合に、前記慣性計測装置で得られる位置情報に基づき前記光学追尾又は前記画像追尾により追尾された最後の位置迄移動し、前記画像追尾又は前記光学追尾に復帰させる飛行体追尾方法。
【請求項２】
遠隔操作可能な飛行装置と、該飛行装置の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行装置の飛行を制御する地上基地とを有する飛行体誘導システムであって、
前記飛行装置は再帰反射体と飛行体制御装置と慣性計測装置とを備え、
前記位置測定装置は、前記飛行装置を視準し、撮像するカメラ部と、該カメラ部の光学系を介してプリズム測定、ノンプリズム測定を行う測距部と、視準方向の角度を検出する角度検出器と、測定制御装置とを有し、該測定制御装置は、前記再帰反射体からの反射光を受光して光学追尾を行い、及び前記カメラ部で撮像した画像から前記飛行装置を抽出して画像追尾を行う追尾制御部と、前記カメラ部の撮像状態を制御する撮像制御部と、位置測定通信部と、前記カメラ部で取得した画像から前記飛行装置を検出する画像処理部とを有し、
前記地上基地は制御装置と基地通信部とを有し、
前記測定制御装置は、前記飛行装置について光学追尾と画像追尾を並行して実行し、前記光学追尾の結果を優先して前記飛行装置の追尾制御を実行し、該光学追尾の過程で得られる測距結果を位置情報として前記飛行体制御装置に送信し、
該飛行体制御装置は前記位置情報に基づき前記飛行装置を飛行させ、
前記飛行装置は、前記慣性計測装置により前記位置測定装置から送信される位置情報に対する前記飛行装置の現在位置を測定し、前記光学追尾、前記画像追尾が不能となった場合に、前記飛行体制御装置は、前記慣性計測装置から得られる位置情報に基づき追尾で得られた最後の位置に向って前記飛行装置を飛行させる飛行体誘導システム。
【請求項３】
前記位置測定装置は、画像追尾制御を実行される状態では、ノンプリズム測定により前記飛行装置の測定を行い、前記飛行体制御装置はノンプリズム測定による位置情報に基づき前記飛行装置を飛行させる請求項２に記載の飛行体誘導システム。
【請求項４】
前記位置測定装置は操作部を有し、前記飛行装置は慣性計測装置を更に具備し、前記光学追尾、前記画像追尾が不能となった場合に、前記操作部より追尾可能な位置を指定し、前記飛行体制御装置は、前記慣性計測装置から得られる位置情報に基づき指定された位置に向って前記飛行装置を飛行させ、前記測定制御装置は、指定された位置に前記カメラ部を視準させる請求項２に記載の飛行体誘導システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を自律飛行させる為の飛行体追尾方法及び飛行体画像取得方法及び飛行体表示方法及び飛行体誘導システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：小型無人飛行体）の進歩に伴い、ＵＡＶに各種装置を搭載して遠隔操作により、或はＵＡＶを自律飛行させ、所要の作業が行われている。例えば、ＵＡＶに写真測量用カメラ、スキャナを搭載し、上空から下方の測定、或は人の立入れない場所での測定が行われる。又、ＵＡＶ自体の位置測定には、ＵＡＶにＧＰＳを搭載し、該ＧＰＳによりＵＡＶの位置が測定される。
【０００３】
ＵＡＶを自律飛行させる際には、飛行計画と飛行計画に従って飛行しているかどうかを認識する為の位置情報が必要となる。位置情報を取得する為に従来より、ＧＰＳが用いられているが、衛星からの電波を受信できない環境、橋梁等構築物が障害物となっているような環境、或はトンネル内を飛行する状況では自律飛行ができない。
【０００４】
そこで、本出願人は特許文献２に示される様に、ＧＰＳによる位置情報が取得できない場合は、位置情報を取得する手段として光学追尾機能を有する測定装置を用いることを提案している。
【０００５】
測定装置、例えばトータルステーションにより飛行体を追尾しつつ位置測定し、トータルステーションにより取得した位置情報により、ＵＡＶの自律飛行を可能にした。
【０００６】
従来、トータルステーションの追尾は、測定対象物（この場合、ＵＡＶ）にプリズムを設け、前記トータルステーションの望遠鏡によりプリズムを視準し、該プリズムを追尾している。
【０００７】
前記トータルステーションは、プリズムが追尾範囲から外れた場合、プリズムを再び追尾範囲に捉える為のサーチ機能を有しているが、サーチしている間はＵＡＶは自律飛行する為の位置情報がなくなり、飛行が不安定になる虞れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１６７４１３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４５０号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、小型無人飛行体の位置情報を測量機により取得し、測量機の位置情報に基づき小型無人飛行体を自律飛行させる場合の自律飛行の安定化を図る飛行体追尾方法及び飛行体画像取得方法及び飛行体表示方法及び飛行体誘導システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、再帰反射体を備えた飛行体の前記再帰反射体に追尾光を照射し、該追尾光を受光し、受光結果に基づき前記飛行体の追尾を行う光学追尾と、前記飛行体の画像を取得し、該画像から前記飛行体を検出し、検出結果に基づき前記飛行体の追尾を行う画像追尾とを備え、前記光学追尾と前記画像追尾とは並行して実行され、前記光学追尾で前記飛行体の追尾が不能となった場合に、前記画像追尾の検出結果に基づき前記光学追尾に復帰させる飛行体追尾方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記飛行体が慣性計測装置を備え、前記光学追尾及び前記画像追尾が不能になった場合に、前記慣性計測装置で得られる位置情報に基づき前記光学追尾又は前記画像追尾により追尾された最後の位置迄移動し、前記画像追尾又は前記光学追尾に復帰させる飛行体追尾方法に係るものである。
【００１２】
又本発明は、ズーム機能を有するカメラ部を備え飛行体の画像を取得すると共に前記カメラ部の光学系を介して前記飛行体の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体の飛行を制御する地上基地とを備え、該地上基地は、前記位置測定装置の測定結果に基づき、前記カメラ部を制御して前記飛行体の取得画像倍率を制御する飛行体画像取得方法に係るものである。
【００１３】
又本発明は、カメラ部を備え飛行体の画像を取得すると共に前記カメラ部の光学系を介して前記飛行体の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体の飛行を制御する地上基地とを備え、該地上基地は前記カメラ部で撮像した画像を表示する表示部を備え、前記位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体を大きさが一定になる様に前記表示部に表示させる飛行体表示方法に係るものである。
【００１４】
又本発明は、前記表示部に表示される画像は、前記飛行体単体の表示と、該飛行体周囲を含む表示に切替え可能である飛行体表示方法に係るものである。
【００１５】
又本発明は、前記カメラ部は光学ズームとデジタルズームの２つのズーム機能を備え、測距距離に対応して前記飛行体の大きさが画像上で一定になる様に光学ズーム倍率が変更され、前記飛行体単体の表示と該飛行体周囲を含む表示との切替えはデジタルズームで行われる飛行体表示方法に係るものである。
【００１６】
又本発明は、遠隔操作可能な飛行装置と、該飛行装置の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行装置の飛行を制御する地上基地とを有する飛行体誘導システムであって、前記飛行装置は再帰反射体と飛行体制御装置を備え、前記位置測定装置は、前記飛行装置を視準し、撮像するカメラ部と、該カメラ部の光学系を介してプリズム測定、ノンプリズム測定を行う測距部と、視準方向の角度を検出する角度検出器と、測定制御装置とを有し、該測定制御装置は、前記再帰反射体からの反射光を受光して光学追尾を行い、及び前記カメラ部で撮像した画像から前記飛行装置を抽出して画像追尾を行う追尾制御部と、前記カメラ部の撮像状態を制御する撮像制御部と、位置測定通信部と、前記カメラ部で取得した画像から前記飛行装置を検出する画像処理部とを有し、前記地上基地は制御装置と基地通信部とを有し、前記測定制御装置は、前記飛行装置について光学追尾と画像追尾を並行して実行し、前記光学追尾の結果を優先して前記飛行装置の追尾制御を実行し、前記光学追尾が不能な状態となったとき前記画像追尾で前記飛行装置の追尾制御を実行し、前記画像追尾の結果に基づき前記光学追尾に復帰させ、該光学追尾の過程で得られる測距結果を位置情報として前記飛行体制御装置に送信し、該飛行体制御装置は前記位置情報に基づき前記飛行装置を飛行させる飛行体誘導システムに係るものである。
【００１７】
又本発明は、前記位置測定装置は、画像追尾制御を実行される状態では、ノンプリズム測定により前記飛行装置の測定を行い、前記飛行体制御装置はノンプリズム測定による位置情報に基づき前記飛行装置を飛行させる飛行体誘導システムに係るものである。
【００１８】
又本発明は、前記飛行装置は、慣性計測装置を更に具備し、該慣性計測装置により前記位置測定装置から送信される位置情報に対する前記飛行装置の現在位置を測定し、前記光学追尾、前記画像追尾が不能となった場合に、前記飛行体制御装置は、前記慣性計測装置から得られる位置情報に基づき追尾で得られた最後の位置に向って前記飛行装置を飛行させる飛行体誘導システムに係るものである。
【００１９】
更に又本発明は、前記位置測定装置は操作部を有し、前記飛行装置は慣性計測装置を更に具備し、前記光学追尾、前記画像追尾が不能となった場合に、前記操作部より追尾可能な位置を指定し、前記飛行体制御装置は、前記慣性計測装置から得られる位置情報に基づき指定された位置に向って前記飛行装置を飛行させ、前記測定制御装置は、指定された位置に前記カメラ部を視準させる飛行体誘導システムに係るものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、再帰反射体を備えた飛行体の前記再帰反射体に追尾光を照射し、該追尾光を受光し、受光結果に基づき前記飛行体の追尾を行う光学追尾と、前記飛行体の画像を取得し、該画像から前記飛行体を検出し、検出結果に基づき前記飛行体の追尾を行う画像追尾とを備え、前記光学追尾と前記画像追尾とは並行して実行され、前記光学追尾で前記飛行体の追尾が不能となった場合に、前記画像追尾の検出結果に基づき前記光学追尾に復帰させるので、前記光学追尾で飛行体を見失った場合でも、光学的なサーチを行うことなく直ちに光学追尾に復帰できる。
【００２１】
又本発明によれば、ズーム機能を有するカメラ部を備え飛行体の画像を取得すると共に前記カメラ部の光学系を介して前記飛行体の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体の飛行を制御する地上基地とを備え、該地上基地は、前記位置測定装置の測定結果に基づき、前記カメラ部を制御して前記飛行体の取得画像倍率を制御するので、飛行体迄の距離に拘らず適正な大きさの飛行体画像を取得することができる。
【００２２】
又本発明によれば、カメラ部を備え飛行体の画像を取得すると共に前記カメラ部の光学系を介して前記飛行体の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体の飛行を制御する地上基地とを備え、該地上基地は前記カメラ部で撮像した画像を表示する表示部を備え、前記位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行体を大きさが一定になる様に前記表示部に表示させるので、飛行体の飛行状況、飛行体自体の健全性を確認できると共に飛行体と周囲との関係を確認できる。
【００２３】
更に又本発明によれば、遠隔操作可能な飛行装置と、該飛行装置の測距、測角、追尾が可能な位置測定装置と、該位置測定装置の測定結果に基づき、前記飛行装置の飛行を制御する地上基地とを有する飛行体誘導システムであって、前記飛行装置は再帰反射体と飛行体制御装置を備え、前記位置測定装置は、前記飛行装置を視準し、撮像するカメラ部と、該カメラ部の光学系を介してプリズム測定、ノンプリズム測定を行う測距部と、視準方向の角度を検出する角度検出器と、測定制御装置とを有し、該測定制御装置は、前記再帰反射体からの反射光を受光して光学追尾を行い、及び前記カメラ部で撮像した画像から前記飛行装置を抽出して画像追尾を行う追尾制御部と、前記カメラ部の撮像状態を制御する撮像制御部と、位置測定通信部と、前記カメラ部で取得した画像から前記飛行装置を検出する画像処理部とを有し、前記地上基地は制御装置と基地通信部とを有し、前記測定制御装置は、前記飛行装置について光学追尾と画像追尾を並行して実行し、前記光学追尾の結果を優先して前記飛行装置の追尾制御を実行し、前記光学追尾が不能な状態となったとき前記画像追尾で前記飛行装置の追尾制御を実行し、前記画像追尾の結果に基づき前記光学追尾に復帰させ、該光学追尾の過程で得られる測距結果を位置情報として前記飛行体制御装置に送信し、該飛行体制御装置は前記位置情報に基づき前記飛行装置を飛行させるので、ＧＰＳ装置が使用できない様な環境でも位置測定装置のみの位置情報により安全、確実に飛行体の誘導が行えるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例に係る飛行体誘導システムを示す構成図である。
【図２】（Ａ）は本実施例に係る飛行装置を示す斜視図であり、（Ｂ）は方向角センサの一例を示す斜視図である。
【図３】前記飛行装置を示す断面図である。
【図４】該飛行装置の制御系を示す構成図である。
【図５】本実施例に係る位置測定装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】本実施例に係る地上基地の概略構成、及び前記飛行装置、前記位置測定装置、前記地上基地、遠隔操縦機の関連を示す図である。
【図７】本実施例に於ける飛行体誘導を説明するフローチャートである。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、画像追尾が実施されている状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００２６】
先ず、図１に於いて、本実施例に係る飛行体誘導システムについて説明する。
【００２７】
飛行体誘導システム１は、主に各１台の飛行装置（ＵＡＶ）２、位置測定装置３、地上基地４、遠隔操縦機５から構成される。尚、図１では、前記位置測定装置３として、トータルステーション（ＴＳ）が用いられた場合を示している。
【００２８】
前記飛行装置２は、主に飛行体１５（後述）と、該飛行体１５にジンバル機構を介して鉛直に支持された支持部材としてのシャフト６と、該シャフト６の下端に設けられたカメラ７と、前記シャフト６の上端に設けられたＧＰＳ装置８と、前記シャフト６の下端に設けられた再帰反射体としてのプリズム９と、該プリズム９と一体に設けられ、前記カメラ７の光軸と既知の関係で設けられた方向角センサ１０と、前記地上基地４との間で通信を行う飛行体通信部１１とを具備している。尚、前記カメラ７は、航空写真を撮影し、或は写真測量の為測定対象物を撮影する測定装置として機能する。
【００２９】
ここで、前記飛行装置２について、基準位置が設定され、該基準位置と前記カメラ７、前記ＧＰＳ装置８、前記プリズム９との関係は既知となっている。尚、前記飛行装置２の基準位置としては、例えば、前記カメラ７の撮像素子（図示せず）の中心位置等とする。
【００３０】
尚、該カメラ７は水平軸（後述）を介して回転可能に支持され、前記カメラ７の光軸は前記シャフト６の軸心と平行な平面内を回転する様になっている。又、前記カメラ７の回転範囲は、少なくとも該カメラ７の光軸が鉛直の位置から水平な位置迄の範囲を含む。
【００３１】
前記シャフト６は、前記ジンバル機構により該シャフト６の軸心が鉛直になる様に支持されるので、前記カメラ７の光軸が鉛直となる場合は、該カメラ７の光軸と前記シャフト６の軸心とは合致する。
【００３２】
前記プリズム９の光軸も、前記シャフト６の軸心と平行になる様に設けられており、鉛直となる様に設定されている。更に、前記プリズム９と前記カメラ７との位置関係も既知となっている。尚、該カメラ７及び前記プリズム９の光軸が鉛直になる様支持されればよく、前記シャフト６の軸心は必ずしも鉛直でなくてもよい。
【００３３】
前記プリズム９は下方に向けて設けられ、該プリズム９は下方全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有している。又、該プリズム９の代わりに反射シールを前記シャフト６の所定位置に設けてもよい。
【００３４】
前記ＧＰＳ装置８が測定する位置は、前記シャフト６の軸心上に存在し、且つ前記ＧＰＳ装置８が測定する位置は、前記カメラ７に対して既知となっている。
【００３５】
前記方向角センサ１０は、前記飛行装置２の向きを検出する。前記方向角センサ１０としては、例えば図２（Ｂ）に示されるものがある。
【００３６】
周囲に円周所要等分した位置に受光センサ３０（図２（Ｂ）中では受光センサ３０ａ〜３０ｄ）が設けられている。それぞれの該受光センサ３０は、前記位置測定装置３から発せられる測距光、或は追尾光を受光可能であり、どの前記受光センサ３０が測距光、或は追尾光を検知したかを判断することで、測距光、或は追尾光に対する向き（即ち、前記位置測定装置３に対する前記飛行装置２の向き）を検出する様になっている。
【００３７】
前記位置測定装置３は任意の位置に設置され、更に該位置測定装置３が水平となる様に整準される。該位置測定装置３は、ノンプリズム測定（プリズム、再帰反射体を用いない測定）及びプリズム測定（プリズム、再帰反射体を測定対象とする測定）による距離測定が可能であると共に、水平角、鉛直角が測定可能である。
【００３８】
ノンプリズム測定は、前記位置測定装置３の設置位置を基準として、予定した範囲をノンプリズム測定可能となっている。
【００３９】
又、該位置測定装置３は追尾機能を有し、プリズム測定している状態では、前記位置測定装置３は前記飛行装置２の飛行中、前記プリズム９を追尾しつつ、該プリズム９の前記位置測定装置３の設置位置を基準とした３次元座標（斜距離（ｓｌｏｐｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）、水平角、鉛直角）を測定する。尚、本実施例では、前記位置測定装置３としてトータルステーション（ＴＳ）が用いられているが、追尾機能を有し、斜距離、水平角、鉛直角が測定できる測定装置であれば、トータルステーションに限定されるものではない。
【００４０】
前記位置測定装置３は、前記地上基地４と有線或は無線により電気的に接続され、測定された前記プリズム９（即ち前記飛行装置２）の３次元座標は座標データとして前記地上基地４に入力される。
【００４１】
前記位置測定装置３の設置位置（絶対座標）は、以下の方法により測定できる。
【００４２】
該位置測定装置３により飛行中の前記飛行装置２の位置を測定し、更に前記ＧＰＳ装置８により前記飛行装置２の２箇所の位置座標を測定する。次に、前記位置測定装置３で取得した測定結果、前記ＧＰＳ装置８で取得した位置座標（ＧＰＳ座標）に基づき、後方交会法により、前記位置測定装置３の設置位置（ＧＰＳ座標）が測定される。更に、ＧＰＳ座標を座標変換することで、絶対座標を求めることができる。従って、ＧＰＳ座標を求めれば、前記位置測定装置３の絶対座標を求めることができ、該位置測定装置３の設置位置を基準としてノンプリズム測定した結果も、絶対座標に変換できる。
【００４３】
更に又、前記位置測定装置３により前記プリズム９（即ち、前記飛行装置２）を追尾し、測定した前記プリズム９の３次元座標（即ち、前記飛行装置２の３次元座標）も、同様にＧＰＳ座標、更に絶対座標に変換できる。従って、前記位置測定装置３により測定した前記飛行装置２の位置座標を、前記地上基地４から前記飛行装置２にリアルタイムで送信することで、前記位置測定装置３が測定した位置座標に基づき前記飛行装置２を飛行させることができる。尚、以下の説明では、前記位置測定装置３の測定結果をＧＰＳ座標系に変換したものもＧＰＳ座標と称す。
【００４４】
尚、前記位置測定装置３を既知点に設置し、後方交会法により該位置測定装置３の設置位置を測定する工程を省略してもよい。
【００４５】
前記地上基地４は、例えばＰＣであり、演算機能を有する演算装置、データ、プログラムを格納する記憶部、更に基地通信部を有している。該基地通信部は前記位置測定装置３、前記遠隔操縦機５と通信可能であり、該遠隔操縦機５は前記飛行体通信部１１との間で無線通信が可能となっている。
【００４６】
尚、前記飛行装置２は、後述する様に制御装置を具備している。従って、該制御装置に前記飛行体１５の飛行ルートや撮影ポイント、測定対象物に対する撮影距離、隣接する画像間のオーバラップ率等のデータを有する飛行計画データを設定することで、前記位置測定装置３からの位置データ、又は前記ＧＰＳ装置８が測定した位置データに基づき、前記飛行装置２を自律飛行させることが可能となっている。
【００４７】
前記遠隔操縦機５は、マニュアル操作を行う場合に前記飛行装置２の飛行を遠隔操作可能となっている。マニュアル操作を行う場合、前記地上基地４は、ノンプリズム測定の結果に基づき飛行計画を設定し、該飛行計画に従って前記飛行装置２が遠隔操作される様、前記遠隔操縦機５に飛行範囲、飛行ルートに関する飛行制御データを送信する。前記地上基地４より飛行範囲に関する飛行制御データが送信されることで、前記遠隔操縦機５から送信される飛行制御信号は前記飛行制御データの制限を受け、前記飛行装置２が前記飛行範囲内を飛行する様に制御される。更に、前記遠隔操縦機５は前記カメラ７、該カメラ７のシャッタを遠隔操作可能となっている。
【００４８】
次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３に於いて、前記飛行装置２について更に説明する。
【００４９】
前記飛行体１５は、放射状に延出する複数で、且つ偶数のプロペラフレーム１７を有し、各プロペラフレーム１７の先端にプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１７の先端に取付けられたプロペラモータ１８（図示では、図３中プロペラモータ１８ａ，１８ｅ）と、該プロペラモータ１８の出力軸に取付けられたプロペラ１９（図示ではプロペラ１９ａ〜１９ｈ）により構成される。前記プロペラモータ１８により前記プロペラ１９が回転され、前記飛行体１５が飛行する様になっている。
【００５０】
前記飛行体１５は、中心に中空円筒状の主フレーム２１を有し、該主フレーム２１の上端には外方に向って延出する外フランジ２２、下端には中心に向って延出する内フランジ２３が設けられている。該内フランジ２３の中心部には、円形の孔２４が形成される。
【００５１】
前記プロペラフレーム１７は棒状であり、前記主フレーム２１の軸心と直交する平面内に配設され、水平方向に等角度間隔で所定数（少なくとも４本、好ましくは８本、図示では８本（プロペラフレーム１７ａ〜１７ｈ））設けられている。前記プロペラフレーム１７の内端部は、前記主フレーム２１を貫通すると共に、前記外フランジ２２に固着されている。
【００５２】
前記主フレーム２１を上下に貫通する様に前記シャフト６が設けられ、該シャフト６はジンバル２５により鉛直となる様に支持され、該ジンバル２５は防振部材２６を介して前記内フランジ２３に設けられている。
【００５３】
前記ジンバル２５は、直交する２方向の揺動軸２７ａ，２７ｂを有し、前記ジンバル２５は前記シャフト６を直交する２方向に揺動自在に支持する。前記防振部材２６は、前記プロペラモータ１８、前記プロペラ１９が回転した際の振動を吸収し、振動が前記シャフト６に伝達されない様にしている。
【００５４】
傾斜センサ２８は、前記シャフト６の下端に設けられ、前記飛行体１５の飛行状態の変化により生じる前記シャフト６の傾きを検出する。又、前記傾斜センサ２８は前記シャフト６が鉛直に対して傾斜した場合、鉛直線と前記シャフト６の軸心との角度を検出するものである。前記傾斜センサ２８の検出結果は、後述する飛行体制御装置３５（図４参照）に送信される。
【００５５】
前記方向角センサ１０は前記飛行体１５の向きを検出する。該飛行体１５の向きとは、例えば、前記位置測定装置３が設置された位置を基準とした前記飛行体１５の向きである。尚、本実施例では、前記方向角センサ１０として、図２（Ｂ）に示されるものが用いられている。又、該方向角センサ１０として、方位センサが用いられてもよい。
【００５６】
本実施例では、前記方向角センサ１０が前記プリズム９と一体に設けられた場合を示している。カメラホルダ３２（後述）の下面には、支持部材３４を介して前記方向角センサ１０が設けられている。更に、該方向角センサ１０の下面に、前記プリズム９が設けられている。図２（Ｂ）を参照して前記方向角センサ１０を略述する。
【００５７】
円筒状に形成したセンサケース２９の外周面に沿って前記受光センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが設けられている。該受光センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、円周を４等分した位置に配設され、各受光センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは前記位置測定装置３から発せられる測距光或は追尾光を受光した場合に、受光信号を発する様に構成されている。又、どの位置の前記受光センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが測距光或は追尾光を受光しているかを判断することで、前記飛行装置２の前記位置測定装置３に対する向きが検出される。
【００５８】
前記シャフト６の下端には制御ボックス３１が設けられる。該制御ボックス３１の内部には、前記飛行体制御装置３５及びＩＭＵ（（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）：慣性計測装置）４０（後述）が収納されている。前記制御ボックス３１の下面には前記カメラホルダ３２が設けられ、該カメラホルダ３２に水平軸３３を介して前記カメラ７が設けられている。該カメラ７は前記水平軸３３を中心に回転可能であり、前記カメラホルダ３２には前記水平軸３３を介して前記カメラ７を回転する撮像方向変更モータ１２（図４参照）が設けられている。該撮像方向変更モータ１２は、前記飛行体制御装置３５の指令に従って前記カメラ７を鉛直に対して所要角度回転させる。又、該カメラ７の回転角はカメラ角度検出器１３（図４参照）によって検出され、検出結果は前記飛行体制御装置３５に入力される。
【００５９】
前記ＩＭＵ４０は、所定の位置（既知となった点）からの移動方向、移動距離を検出し、移動後の位置をリアルタイムで検出する。
【００６０】
尚、前記カメラ７の基準姿勢は光軸が鉛直であり、図２（Ａ）では、分り易い様に、前記カメラ７の光軸は水平となっており、図３では前記カメラ７の光軸は鉛直となっている。
【００６１】
該カメラ７としてはデジタルカメラが用いられ、静止画像が撮影できると共に、動画像も撮影できる様になっている。又、撮像素子として、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が用いられ、各画素は撮像素子内での位置が特定できる様になっている。例えば、撮像素子のカメラの光軸が通過する点を原点とする直交座標によって、各画素の位置が特定される。
【００６２】
前記シャフト６の上端には、前記ＧＰＳ装置８が設けられている。該ＧＰＳ装置８の中心（該ＧＰＳ装置８の基準位置）は前記シャフト６の軸心と一致しており、又前記プリズム９の光軸は前記シャフト６の軸心と平行となっている。
【００６３】
前記制御ボックス３１、前記カメラホルダ３２、前記カメラ７、前記プリズム９等は、バランスウェイトとして機能する。前記シャフト６に外力が作用しない状態、即ち、フリーの状態では、前記シャフト６は鉛直な状態となるように前記制御ボックス３１、前記カメラホルダ３２、前記カメラ７、前記プリズム９等の重量バランスが設定される。
【００６４】
前記シャフト６を鉛直姿勢に安定して保持する為、該シャフト６が急激に傾斜した場合（前記飛行体１５の姿勢が急激に変化した場合）に、迅速に鉛直状態に復帰できる様、バランス補助部材を設けてもよい。尚、前記制御ボックス３１、前記カメラホルダ３２、前記カメラ７、前記プリズム９等のバランスウェイト機能で、前記シャフト６を鉛直に充分保持できる場合は、バランス補助部材を設けなくてもよい。
【００６５】
以下の例では、バランス補助部材としてダンパバネ１６を設けた場合を説明する。
【００６６】
前記プロペラフレーム１７と前記シャフト６との間には、前記ダンパバネ１６が掛渡される。該ダンパバネ１６は少なくとも３本、好ましくは４本設けられ、該ダンパバネ１６は前記揺動軸２７ａ，２７ｂと平行に延出する前記プロペラフレーム１７と、前記シャフト６との間に設けられることが好ましい。
【００６７】
又、４本の前記ダンパバネ１６は、それぞれ前記シャフト６と前記プロペラフレーム１７間に張力を作用させており、前記飛行体１５が水平姿勢（前記プロペラフレーム１７が水平な状態）で、張力のバランスにより前記シャフト６が鉛直状態を保つ様に設定されている。又、前記ダンパバネ１６の張力、バネ定数は小さく設定されており、前記飛行体１５が傾いた場合に、重力の作用で前記シャフト６が鉛直方向を向く様になっている。
【００６８】
前記ダンパバネ１６は、前記シャフト６を鉛直な状態に付勢する付勢手段であり、該シャフト６が揺動、振動した場合に、迅速に鉛直状態に復帰させるものであり、振動を減衰させるものである。又、付勢手段としては、前記ダンパバネ１６の他に、前記ジンバル２５の前記揺動軸２７ａ，２７ｂが回転した場合に、復帰方向に回転させる捩りコイルバネとしてもよい。
【００６９】
前記飛行装置２の制御系を、図４を参照して説明する。
【００７０】
前記制御ボックス３１の内部に前記飛行体制御装置３５及び前記ＩＭＵ４０が収納される。
【００７１】
前記飛行体制御装置３５は、主に制御演算部３６、クロック信号発生部３７、記憶部３８、飛行撮像制御部３９、飛行制御部４１、ジャイロユニット４２、モータドライバ部４３、前記飛行体通信部１１を具備している。
【００７２】
前記カメラ７の撮影は、前記飛行撮像制御部３９によって制御され、又前記カメラ７によって撮影された画像は、画像データとして前記飛行撮像制御部３９に入力される。
【００７３】
前記記憶部３８には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成される。該プログラム格納部には前記カメラ７の撮影を制御する為の撮影プログラム、前記プロペラモータ１８を駆動制御し、後述する飛行制御信号に基づき飛行を制御する為の飛行制御プログラム、前記ＩＭＵ４０の検出結果を基に前記飛行装置２の位置をリアルタイムで演算する飛行装置位置演算プログラム、演算された位置に基づき前記飛行体１５を所定位置迄復帰させる復帰プログラム、取得したデータを前記地上基地４に送信し、又前記遠隔操縦機５からの飛行指令等を受信する為の通信プログラム、前記カメラ７で取得したデータを処理して格納する為のデータ処理プログラム、前記カメラ７で取得された動画像データを用いてトラッキングする為の画像トラッキングプログラム、飛行計画を作成する飛行計画作成プログラム等のプログラムが格納されている。
【００７４】
前記データ格納部には、自律飛行が実行される為の飛行計画データ、前記カメラ７で取得した静止画像データ、動画像データ、飛行中に前記ＧＰＳ装置８で測定された前記飛行装置２の位置データ、前記遠隔操縦機５から送信される前記位置測定装置３で測定した前記飛行装置２の位置データ、前記ＩＭＵ４０により測定された移動距離データ、前記飛行装置２の位置データ、更に前記静止画像データ、前記動画像データを取得した際の時刻、位置データ等が格納される。
【００７５】
前記飛行撮像制御部３９は、前記制御演算部３６から発せられる制御信号に基づき、前記カメラ７の撮像に関する制御を行う。制御の態様としては、測定対象物に応じたカメラ角度の選定、前記カメラ角度検出器１３の検出結果に基づく前記撮像方向変更モータ１２の駆動制御、前記カメラ７の撮像の制御、動画像を取得中、所定時間間隔で静止画像を取得する制御等である。又、前記カメラ７については、前記クロック信号発生部３７から発せられるクロック信号に基づき撮影時期が制御され、或は同期制御される。
【００７６】
前記方向角センサ１０は前記飛行体１５の向きを検出し、検出結果を前記制御演算部３６に入力し、前記ジャイロユニット４２は前記飛行体１５の飛行状態での姿勢を検出し、検出結果を前記制御演算部３６に入力する。
【００７７】
前記飛行体通信部１１は、前記遠隔操縦機５で前記飛行体１５の飛行が遠隔操作される場合に、前記遠隔操縦機５からの飛行制御信号を受信し、該飛行制御信号を前記制御演算部３６に入力する。或は、前記カメラ７で撮影した画像データを、撮影した時刻と共に地上側の前記地上基地４に送信する等の機能を有する。
【００７８】
前記制御演算部３６は、前記位置測定装置３で測定した位置座標をＧＰＳ座標に変換し、前記飛行装置２のＧＰＳ座標として取得する。更に、前記制御演算部３６は、前記ＧＰＳ装置８で測定した前記飛行装置２のＧＰＳ座標を取得する。得られたＧＰＳ座標と前記遠隔操縦機５から送信される飛行指令に基づき飛行制御信号を演算し、或は前記記憶部３８に格納された飛行計画データと前記ＧＰＳ座標に基づき飛行制御信号を演算し、前記飛行制御部４１に出力する。
【００７９】
前記位置測定装置３の測定結果に基づき得られるＧＰＳ座標、及び前記ＧＰＳ装置８で測定したＧＰＳ座標のどちらを利用するかについては、原則として取得できたＧＰＳ座標が利用される。例えば、前記飛行装置２と前記位置測定装置３との間に障害物が存在し、該位置測定装置３により前記飛行装置２の追尾ができない場合は、前記位置測定装置３からの位置データがなくなるので、前記ＧＰＳ装置８により測定したＧＰＳ座標が用いられる。又、前記ＩＭＵ４０により測定された位置データは、前記ＧＰＳ装置８又は前記位置測定装置３によって取得された位置データに基づき、リアルタイムで或は所定時間間隔で更新される。
【００８０】
又、建物等で人工衛星からの電波が遮断される様な環境では、前記位置測定装置３の測定結果に基づき得られるＧＰＳ座標が利用される。尚、前記飛行装置２を飛行させる位置情報として、ＧＰＳ座標から求めた絶対座標を用いてもよい。
【００８１】
更に、前記飛行装置２が人工衛星からの電波が遮断される橋梁の下等に位置し、且つ前記飛行装置２と前記位置測定装置３との間に障害物が存在する場合、即ち該位置測定装置３と前記ＧＰＳ装置８のどちらからもＧＰＳ座標が得られない場合がある。この場合には、ＧＰＳ座標の取得が途切れた位置、例えば前記位置測定装置３が前記飛行装置２を追尾不能となった位置からの移動距離、移動方向（即ち前記飛行装置２の現在位置）を前記ＩＭＵ４０が計測し、計測結果に基づき前記制御演算部３６が前記飛行装置２をＧＰＳ座標が取得可能な位置、或は前記位置測定装置３による追尾状態迄、復帰させる為の飛行制御信号を出力する。ここで、復帰させる迄の前記飛行装置２の位置情報は、前記ＩＭＵ４０により取得する。
【００８２】
尚、前記位置測定装置３からの測定結果、前記ＧＰＳ装置８による測定結果の両方が得られる場合は、予め利用する優先順位を定めてもよい。尚、測定精度は前記位置測定装置３の方がよいので、精度を優先する場合は、前記位置測定装置３による測定結果を優先することが好ましい。
【００８３】
又、前記制御演算部３６は、前記記憶部３８に格納された所要のプログラムに基づき、画像を取得する為に必要な制御を実行する。
【００８４】
前記飛行制御部４１は、前記制御演算部３６から飛行制御信号が入力されると、該飛行制御信号に基づき、前記モータドライバ部４３を介して前記プロペラモータ１８ａ〜１８ｈを所要の状態に駆動する。
【００８５】
次に、図５を参照して前記位置測定装置３について説明する。
【００８６】
該位置測定装置３は、主に測定制御装置４５、カメラ部４６（図１参照）、測距部４７、水平角検出器４８、鉛直角検出器４９、水平回転駆動部５１、鉛直回転駆動部５２、表示部５３、操作部５４等を具備する。
【００８７】
前記カメラ部４６としては、デジタルカメラが用いられ、静止画像が撮影できると共に、動画像も撮影できる様になっている。又、撮像素子として、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が用いられ、各画素は撮像素子内での位置が特定できる様になっている。又、前記カメラ部４６は、光学的に或はデジタル処理により或は光学的、デジタル処理のズーム（デジタルズーム）の両方で、ズーム可能なカメラとなっている。又、前記カメラ部４６の光学系は、測定対象物を視準する望遠鏡としても機能する。
【００８８】
尚、ズーム機能を有する望遠鏡に撮像機能を付加し、該望遠鏡をカメラ部として機能させてもよい。
【００８９】
前記測距部４７は前記カメラ部４６の光学系を介して測距光を射出し、更に該カメラ部４６の光学系を介して前記測定対象物からの反射光を受光し、測距を行うものである。又、前記測距部４７は、測定モードとしてノンプリズム測定モード、プリズム測定モード、更に前記測定対象物を追尾しつつ、該測定対象物を測定する追尾測定モードの３モードを有し、３モードのいずれかで前記測定対象物迄の距離を測定可能となっている。尚、追尾測定モードは、光学追尾モードと画像追尾モードとを含む。
【００９０】
前記光学追尾測定モードでは、前記カメラ部４６の光学系を介して追尾光が射出され、測定対象物（プリズム）からの反射光が前記撮像素子で受光され、受光位置が前記撮像素子上の所定範囲内に収る様に追尾が行われる。
【００９１】
又、前記画像追尾モードは、前記カメラ部４６で取得した画像から測定対象物（前記飛行体１５）を画像処理により検出し、検出した画像が前記撮像素子上の所定範囲内に収る様に追尾する。
【００９２】
ここで、前記飛行体１５の検出については、該飛行体１５の基本パターンを有し、該基本パターンに基づき前記カメラ部４６で得られる画像からパターンマッチングにより検出するか、或は前記飛行体１５についての形状、色彩等の特徴量（ヒストグラム）を求めておき、様々な特徴量を学習させて、学習データの対比で前記飛行体１５を特定する等、種々の検出方法の採用が可能である。又、複数の検出方法を併用することも可能である。前記画像追尾モードで検出された前記飛行体１５の概略位置に基づき、前記位置測定装置３による局所的なプリズムスキャン機能により、測定対象物（プリズム）が特定される。
【００９３】
尚、光学追尾、画像追尾とは、同一の光学系、同一受光素子を用いて追尾が行われる為、追尾結果は完全な互換性を有し、光学追尾から画像追尾へ、或は画像追尾から光学追尾へとを切替えた場合にも追尾の安定性は損われない。
【００９４】
又、画像追尾の追尾範囲は、光学追尾の追尾範囲よりも広くなっており、又光学ズーム倍率を変更することで、追尾範囲の変更が可能となっている。更に、前記飛行体１５を画像処理により抽出する為には、該飛行体１５の大きさが重要であり、光学ズームの倍率は該飛行体１５を検出可能な大きさ（例えば４０画素×４０画素程度）以上になる様に設定される。
【００９５】
前記水平角検出器４８は、前記カメラ部４６の視準方向の内、水平角を検出する。又、前記鉛直角検出器４９は、前記カメラ部４６の視準方向の内、鉛直角を検出する。前記水平角検出器４８、前記鉛直角検出器４９の検出結果は、前記測定制御装置４５に入力される。
【００９６】
前記表示部５３は、例えばタッチパネルであり、又タッチした状態で指をスライドさせることで視準位置の調整が行える様になっている。又、前記操作部５４は、測定モードの変更、測定条件の設定、視準位置の微調整等の各種操作が行える様になっている。又、前記表示部５３は前記操作部５４の機能を兼ねることもできる。
【００９７】
前記測定制御装置４５は、主に演算処理部５５、撮像制御部５６、測距制御部５７、位置測定記憶部５８、位置測定通信部５９、追尾制御部６０、モータ駆動制御部６１、画像処理部６２等を有する。
【００９８】
前記撮像制御部５６は、前記演算処理部５５からの指令に基づき前記カメラ部４６の倍率、撮影のタイミング等を設定する。又、前記撮像制御部５６は、設定された倍率や撮影のタイミング等に従って前記カメラ部４６の撮像を制御する。
【００９９】
更に、前記撮像制御部５６は、前記カメラ部４６のズーム制御を行う。例えば、光学追尾を実行している状態では撮像画像中の前記飛行体１５の大きさが画像認識可能な大きさ、例えば４０画素×４０画素程度となる様に、前記測距部４７による測距値を基に光学ズームを制御する。ここで、画像の大きさは４０画素×４０画素に限定されるものではなく、パターンマッチング等の画像処理が可能な画像サイズであればよい。
【０１００】
又、光学追尾を実行している状態で前記飛行装置２をモニタリングする場合として、光学ズームで取得した画像を表示してもよく、或は該飛行装置２単体の飛行姿勢等を観察する場合は、前記飛行装置２をデジタルズームで拡大し、前記表示部５３に表示させる様にし、又飛行している周囲の状況を合わせて観察したい場合は、デジタルズームの倍率を低下させて表示する。
【０１０１】
前記測距制御部５７は、前記演算処理部５５からの測定モード選択指令に基づき、前記測距部４７がノンプリズム測定モード、プリズム測定モード、追尾測定モードのいずれかのモードで測定を実行するかを決定する。又、前記測距制御部５７は、決定された測定モードに従って前記測距部４７による測定を制御する。ここで、ノンプリズム測定モードでは、前記位置測定装置３は橋梁やダム等の構築物を測定対象物として測定を実行する。追尾測定モードでは、測定対象物が前記プリズム９となり、前記飛行装置２を追尾しつつ該飛行装置２の位置を測定する。
【０１０２】
前記位置測定記憶部５８には、ノンプリズム測定モード、プリズム測定モード、追尾測定モードの各測定モードにより測距を行う為の測定プログラム、追尾光を受光して追尾を行う光学追尾プログラム、画像処理で追尾を行う画像追尾プログラム、ズーム制御プログラム、前記飛行装置２及び前記地上基地４と通信を行う為の通信プログラム等の各種プログラムが格納されている。又、前記位置測定記憶部５８には、測定対象物の測定結果（測距、測角）、前記カメラ部４６で取得された画像が格納される様になっている。
【０１０３】
前記位置測定通信部５９は、追尾測定モードで測定対象物（前記プリズム９）を測定した結果（前記プリズム９の斜距離、鉛直角、水平角）をリアルタイムで前記地上基地４に送信する。尚、プリズム追尾（光学追尾）と、撮像画像から測定対象物を検出し追尾を行う画像追尾とは、同時に並行して行われ、プリズム追尾が優先して実行される。
【０１０４】
前記追尾制御部６０は、光学追尾では前記プリズム９に反射された追尾光を受光した際の撮像素子上での受光位置を基に撮像素子の中心と前記プリズム９の受光位置との差を演算する。又、前記追尾制御部６０は、演算結果を基に撮像素子の中心と前記プリズム９の受光位置との偏差を０とする様制御信号を前記演算処理部５５を介して前記モータ駆動制御部６１に送信する。
【０１０５】
又、前記追尾制御部６０は、画像追尾では前記カメラ部４６で取得した画像から測定対象物を検出し、検出した測定対象物の位置と撮像素子の中心との偏差を演算し、偏差を０とする様制御信号を前記演算処理部５５を介して前記モータ駆動制御部６１に送信する。
【０１０６】
前記モータ駆動制御部６１は、前記カメラ部４６に測定対象物を視準させる為に、或は前記追尾制御部６０からの制御信号を基に前記カメラ部４６に測定対象物を追尾させる為に、前記水平回転駆動部５１、前記鉛直回転駆動部５２を制御し、前記カメラ部４６を鉛直方向に、或は水平方向に回転させる。
【０１０７】
又、前記画像処理部６２は、例えば前記カメラ部４６で取得された画像から特徴点やエッジを抽出する、ヒストグラムを求める等、所定の画像処理を行う。画像処理により、飛行体が検出され、該飛行体の撮像素子中の位置と、前記水平角検出器４８、前記鉛直角検出器４９との検出結果に基づき、プリズムスキャン（プリズム探索）により測定対象物が検出され該測定対象物の方向角が演算される。画像追尾が実行される場合は、この演算された方向角が用いられる。
【０１０８】
図６は、前記地上基地４の概略構成、及び前記飛行装置２、前記位置測定装置３、前記地上基地４、前記遠隔操縦機５の関連を示す図である。
【０１０９】
前記地上基地４は、演算機能を有する制御装置６３、基地記憶部６４、更に基地通信部６５を有する。
【０１１０】
前記制御装置６３は、クロック信号発生部（図示せず）を有している。前記制御装置６３は、前記遠隔操縦機５を介して受信した画像データ、シャッタ時刻データ、座標データをそれぞれクロック信号に関連付け、該クロック信号に基づき時系列のデータとして処理し、前記基地記憶部６４に保存する。又、前記制御装置６３は、概略飛行計画（後述）を作成し、該概略飛行計画を基に詳細飛行計画データ（後述）を作成する。
【０１１１】
前記基地記憶部６４には、インターネット等から得られる地図情報、或は前記カメラ部４６で取得された画像に基づき飛行範囲や飛行ルート等を設定し、概略の飛行計画を作成する概略飛行計画作成プログラム、前記位置測定装置３によって得られる飛行範囲の測定結果を基に概略飛行計画を修正し、詳細な飛行計画を作成する詳細飛行計画作成プログラム、詳細飛行計画に基づき前記飛行装置２の飛行を制御する為の飛行制御データを作成する飛行制御プログラム、前記遠隔操縦機５と前記位置測定装置３間でデータ通信を行う通信プログラム、前記飛行装置２から送信される２位置以上の該飛行装置２のＧＰＳ座標に基づき、前記位置測定装置３の設置位置のＧＰＳ座標を演算するプログラム、前記位置測定装置３の測定結果（前記プリズム９の斜距離、鉛直角、水平角）を、前記位置測定装置３の設置位置のＧＰＳ座標に基づきＧＰＳ座標に変換するプログラム等の各種プログラムが格納される。
【０１１２】
尚、前記位置測定装置３の測定結果を、該位置測定装置３の設置位置のＧＰＳ座標に基づきＧＰＳ座標に変換する作業については、前記位置測定装置３の測定結果をそのまま前記飛行装置２に送信し、該飛行装置２の前記飛行体制御装置３５で実行させてもよい。
【０１１３】
更に、前記飛行装置２で取得した画像、前記位置測定装置３で測定した測定データ（座標データ）、画像を取得した時の時刻、位置座標、詳細飛行計画データ等の各種データが前記基地記憶部６４に保存される。
【０１１４】
前記基地通信部６５は、前記地上基地４と前記遠隔操縦機５との間で有線通信或は無線通信を行う。
【０１１５】
尚、詳細飛行計画データが前記遠隔操縦機５又は前記基地通信部６５を介して、前記飛行装置２に送信され、詳細飛行計画データは前記記憶部３８に保存される。前記飛行制御部４１は前記飛行装置２を詳細飛行計画データに基づき自律飛行させる。或は、詳細飛行計画データを前記地上基地４の前記基地記憶部６４に保存し、詳細飛行計画データを基に作成された飛行制御信号を前記飛行装置２に送信することで、該飛行装置２が自律飛行する様にしてもよい。
【０１１６】
ここで、概略飛行計画は、既存の地図情報や写真や設計図等を基に測定範囲が設定され、地図上で飛行ルートが設定される。又、飛行ルートの設定では、例えば航空写真を撮影する場合では、オーバラップ率、撮影ポイント等が考慮される。以上により、飛行条件、撮影条件等を含む飛行計画（概略飛行計画）が作成される。該概略飛行計画は、地図等２次元の情報に基づいており、２次元の飛行計画データとなっている。
【０１１７】
次に、詳細飛行計画は概略飛行計画に基づき作成される。例えば、本実施例では、ノンプリズム測定可能な前記位置測定装置３を有しており、該位置測定装置３により前記飛行ルートをノンプリズム測定モードでスキャン測定すると、測定対象物（表面）の前記飛行ルート上での３次元データが得られる。従って、測定対象物と飛行ルート間の距離を設定すると、３次元の飛行計画データ（詳細飛行計画データ）を作成できる。
【０１１８】
更に、前記飛行ルートをノンプリズム測定モードで測定する過程で、測距データが得られない箇所がある場合は、このデータ未取得箇所については飛行計画から排除する。
【０１１９】
３次元の飛行計画データに基づき、又データ未取得箇所を考慮することで、前記飛行装置２の、安全で高精度の自律飛行、又飛行誘導が実現する。
【０１２０】
以下、図７のフローチャート及び図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）を参照し、本実施例による飛行体の追尾、飛行誘導について説明する。
【０１２１】
尚、以下の説明では、前記ＧＰＳ装置８での位置情報が取得できない環境での飛行誘導となる。
【０１２２】
ＳＴＥＰ：０１  前記飛行装置２が地上に設置された状態で前記位置測定装置３（前記カメラ部４６の光学系）により前記プリズム９を視準する（該プリズム９を視準した状態をプリズムロックと称す）。視準が完了すると、前記飛行装置２を飛行させ、光学追尾を実行する。光学追尾することで、前記飛行装置２の現在位置がリアルタイムで測定される。該飛行装置２は、詳細飛行計画データと現在地に基づき自律飛行を行う。
【０１２３】
ＳＴＥＰ：０２  光学追尾と共に画像追尾が実行されており、前記飛行装置２の画像が常に取得されている。ＳＴＥＰ：０１で追尾測定が行われていることで、前記プリズム９（即ち、前記飛行装置２）迄の距離が測定されている。この距離に基づき、取得される前記飛行装置２の画像中の大きさが常に一定となる様に光学ズーム倍率が演算され、演算されたズーム倍率となる様、前記カメラ部４６のズームが制御される。
【０１２４】
尚、光学ズーム倍率については、前記飛行装置２とその周囲が所要の範囲で含まれる様に設定されることが好ましい。前記飛行装置２を含む画像の取得範囲については、作業者が前記地上基地４より適宜設定することができる。又、前記飛行装置２の画像中の大きさについても、作業者が前記地上基地４より適宜設定することができる。
【０１２５】
前記カメラ部４６により取得された画像は、前記地上基地４の表示部（図示せず）に表示される。該表示部に表示される画像は、前記カメラ部４６で取得された画像、或はこの画像をデジタルズームした画像が表示される。
【０１２６】
前記カメラ部４６で取得された画像が表示されることで、前記飛行装置２が飛行している環境、状況を把握することができ、デジタルズームして前記飛行装置２のみを画像に表示することで、該飛行装置２自体の観察、飛行姿勢等を観察することができる。
【０１２７】
デジタルズームの倍率の切替えは、前記地上基地４で行われる。
【０１２８】
尚、ズーム倍率の設定、画像の切替え等については、前記測定制御装置４５で行ってもよく、画像の表示も前記表示部５３に表示させてもよい。
【０１２９】
ＳＴＥＰ：０３  光学追尾を実行している状況で、前記プリズム９が光学追尾範囲から外れた場合、前記追尾制御部６０は、光学追尾の不能を判断し、画像追尾に切替える。画像追尾は、光学追尾と並行して実行されており、画像中の前記飛行装置２を検出する。画像中の該飛行装置２の位置を求め、この位置に前記カメラ部４６の光軸が向く様に、前記水平回転駆動部５１、前記鉛直回転駆動部５２を制御する。
【０１３０】
尚、画像追尾を行う場合、追尾範囲を広くする為、画像追尾に切替えた時点で光学ズーム倍率を所定値、小さくしてもよい。
【０１３１】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、橋梁の下方を飛行している場合の、画像追尾の状態を示している。以下、画像追尾について略述する。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）中、６７は、前記飛行装置２を抽出し、検出する為の画像追尾用ウィンドウであり、該画像追尾用ウィンドウ６７で前記飛行装置２を捉えて、画像追尾を行う。
【０１３２】
図８（Ａ）は、前記画像追尾用ウィンドウ６７で前記飛行装置２を捉え、画像追尾が実行されている状態を示している。図８（Ｂ）は、前記飛行装置２と前記位置測定装置３との間に障害物６８が介在し、抽出すべき前記飛行装置２が画像中に存在せず、画像追尾ができない状態を示している。又、図８（Ｃ）では、見失った前記飛行装置２が再び、画像中に現れた場合で、画像中から前記飛行装置２を抽出し、例えばテンプレートマッチングにより、前記飛行装置２を認識した状態であり、再び画像追尾が可能となった状態を示している。
【０１３３】
ＳＴＥＰ：０４  画像追尾でも、前記飛行装置２を検出できない場合、前記追尾制御部６０は、光学追尾が不能、或は光学追尾に復帰できないと判断し、光学追尾が実行された最後の位置（即ち、光学追尾が可能な位置）の位置データを取得し、最後の位置に前記飛行装置２を復帰させる様制御する。
【０１３４】
前記飛行体制御装置３５は最後に取得した位置情報を最後の位置とし、該最後の位置に対する前記飛行装置２の現在位置は、前記ＩＭＵ４０によって取得されている。尚、前記位置測定装置３が取得する最後の位置は、前記飛行装置２を測定し、該飛行装置２に最後に送信した位置となり、前記飛行体制御装置３５が最後に取得した位置情報と同一である。
【０１３５】
前記ＩＭＵ４０により取得した現在位置（以下、ＩＭＵ現在位置とする）に基づき、前記最後の位置に戻る為の、距離、方向が演算され、前記ＩＭＵ４０により取得される前記飛行装置２のＩＭＵ現在位置情報に基づき前記最後の位置迄、前記飛行装置２が自律飛行する。
【０１３６】
尚、光学追尾も、画像追尾もできない状態では、前記飛行装置２は前記位置測定装置３からの位置情報を取得できない。位置情報を取得できない状態での、前記飛行装置２の迷走を防止する為、位置情報を取得できない場合には、位置情報を取得できる迄、前記飛行装置２をホバリング制御する。
【０１３７】
ＳＴＥＰ：０５  前記ＩＭＵ４０の位置情報により、前記飛行装置２が前記最後の位置迄戻ると、前記追尾制御部６０により光学追尾可能かどうか、画像追尾可能かどうかが判断される。光学追尾可能と判断された場合は、直ちに光学追尾が再開される。又、光学追尾は可能ではないが、画像追尾可能と判断された場合は、前記最後の位置で撮影された画像から前記飛行装置２が抽出される。
【０１３８】
該飛行装置２が抽出されると、該飛行装置２の位置が画像上から演算され、演算された該飛行装置２の位置に前記カメラ部４６が向けられ、画像追尾又は光学追尾が再開される。
【０１３９】
又、強風等で大きくコースを外れた場合、或は大きな構築物の影に隠れた場合等、光学追尾も、画像追尾も行えないと判断された場合は、前記地上基地４は作業者に対して追尾不能の警告を発する。
【０１４０】
この場合、作業者が前記飛行装置２の安全、確実な復帰位置を画像上から判断し、復帰位置を画像上から指定する。画像上からの指定は、カーソルによる指定でも、画面をタップしてもよい。画像上から指定した指定位置が、演算され、前記飛行装置２に復帰すべき位置として送信されると共に前記位置測定装置３には視準する位置として送信される。
【０１４１】
ＳＴＥＰ：０６  前記飛行装置２は、受信した指定位置と前記ＩＭＵ４０で取得されるＩＭＵ現在位置情報に基づき指定位置に向けて移動する。又、前記位置測定装置３は、前記指定位置を視準する様、前記カメラ部４６を旋回する。
【０１４２】
前記カメラ部４６が、前記最後の位置、或は前記指定位置に向けられ、前記飛行装置２が前記最後の位置、或は前記指定位置に移動することで、前記カメラ部４６が前記飛行装置２を捉え、画像追尾可能或は光学追尾可能な状態に復帰することができる。
【０１４３】
ＳＴＥＰ：０１  画像追尾可能或は光学追尾可能な状態から光学追尾に復帰し、光学追尾が再開され、前記位置測定装置３により取得される位置情報で自律飛行が実行される。尚、ノンプリズム測定モードとし、画像追尾可能な状態に復帰した時点で自律飛行が実行されてもよい。
【０１４４】
ＳＴＥＰ：０３，ＳＴＥＰ：０７  光学追尾が継続され、前記位置測定装置３から送信される位置情報に基づき前記飛行装置２の自律飛行が継続される。
【０１４５】
ＳＴＥＰ：０８  飛行計画に基づき、自律飛行が実行され、飛行計画が完了すると、前記飛行装置２は、所定位置、例えば前記位置測定装置３が設置された位置に戻り、飛行を終了する。
【０１４６】
一般的に、光学追尾は、追尾範囲が狭く、追尾するプリズムを見失った場合、プリズムスキャンを行い追尾状態に復帰するのには時間が掛るが、本実施例では画像追尾も並行して実行しており、光学追尾でプリズムを見失った場合にも、画像追尾により容易にプリズムを捉えることができ、短時間で光学追尾に復帰することができる。
【０１４７】
又、画像追尾をしている状態では、プリズム測定モードからノンプリズム測定モードに切替え、ノンプリズム測定モードで前記飛行装置２を測定し、該飛行装置２の位置を測定してもよい。
【０１４８】
又、光学追尾、画像追尾により、前記飛行装置２の位置情報を取得する場合は、前記ＧＰＳ装置８は省略することもできる。
【符号の説明】
【０１４９】
１              飛行体誘導システム
２              飛行装置
３              位置測定装置
４              地上基地
５              遠隔操縦機
７              カメラ
８              ＧＰＳ装置
９              プリズム
１０            方向角センサ
１１            飛行体通信部
１５            飛行体
３０            受光センサ
３５            飛行体制御装置
３６            制御演算部
３８            記憶部
３９            飛行撮像制御部
４０            慣性計測装置（ＩＭＵ）
４１            飛行制御部
４５            測定制御装置
４６            カメラ部
４７            測距部
５６            撮像制御部
５７            測距制御部
５８            位置測定記憶部
５９            位置測定通信部
６４            基地記憶部
６５            基地通信部
【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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