(57)【要約】  ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行う。ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう無人航空機に搭載されている。森林計測を行う方法は、（ｉ）無人航空機を第１等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、森林をライダーセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）無人航空機を第１等高線とは異なる第２等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、ライダーセンサで森林を再度スキャンさせることを実行する。
2021020569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行う方法であって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、
（ｉ）前記無人航空機を第１等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および
（ｉｉ）前記無人航空機を前記第１等高線とは異なる第２等高線に沿って前記所定の絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせること
を実行する、方法。
【請求項２】
前記工程（ｉ）および（ｉｉ）の前に、前記第１等高線、前記第２等高線および前記所定の絶対高度を予め指定することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記森林の端部においては、前記無人航空機を前記端部から所定距離離れた位置の上空を飛行させながら、前記ライダーセンサで前記端部をスキャンさせることをさらに包含する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ライダーセンサは前記森林の各樹木の樹冠および幹をスキャンする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記工程（ｉ）および（ｉｉ）は、水平方向に出射されたレーザパルスを用いて前記ライダーセンサに前記森林をスキャンさせることを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ｉ）および（ｉｉ）は、斜め方向に出射されたレーザパルスを用いて前記ライダーセンサに前記森林をスキャンさせることを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記無人航空機は無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターである、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
観測器を備える無人航空機の飛行経路を決定する方法であって、
前記観測器による観測対象エリアを特定すること、
前記観測対象エリアが斜面を含む場合、前記観測対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、および
前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、
を実行する、方法。
【請求項９】
前記複数の経路セグメントを決定することは、
選択された１または複数の等高線上に複数の通過点を設定すること、および、
前記絶対高度を指定すること
を包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記観測対象エリアは前記斜面の森林を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記観測器はライダー（ＬｉＤＡＲ）センサである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記飛行経路を決定することは、前記森林の端部において、前記端部から所定距離離れた位置の上空を通過する前記飛行経路を決定することを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記観測器は赤外線カメラである、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行う方法であって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、
（ｉ）前記無人航空機を所定の絶対高度および所定の第１真高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および
（ｉｉ）前記無人航空機を前記所定の絶対高度および、前記所定の第１真高度とは異なる所定の第２真高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせること
を実行する、方法。
【請求項１５】
無人航空機とコンピュータ装置とを有し、前記無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行うための森林計測システムであって、
前記無人航空機は、
ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサと、
第１信号処理回路と、
第１記憶装置と、
第１通信回路と
を有し、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、
前記コンピュータ装置は、
表示装置と、
入力装置と、
第２信号処理回路と、
等高線に関する情報を記憶した第２記憶装置と、
第２通信回路と
を有し、
前記第２信号処理回路は、
前記等高線に関する情報を前記第２記憶装置から取得し、
前記入力装置を介して第１等高線、第２等高線および絶対高度の指定を受け付け、
指定された前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを、前記第２通信回路を介して前記無人航空機に送信し、
前記第１信号処理回路は、
前記第１通信回路を介して、前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを受信し、
受信した前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを前記第１記憶装置に格納し、
前記無人航空機を前記第１等高線に沿って前記絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせ、
前記無人航空機を前記第２等高線に沿って前記絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせる、
森林計測システム。
【請求項１６】
撮像装置を備える無人航空機を用いて観測対象を撮影する方法であって、
観測対象エリアを特定すること、
前記観測対象エリアが斜面を含む場合、前記観測対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、
前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、
決定された飛行経路に沿って前記無人航空機を飛行させながら前記撮像装置で撮影すること
を実行する、撮影方法。
【請求項１７】
薬剤の散布装置を備える無人航空機を用いて薬剤を散布する方法であって、
前記散布装置による散布対象エリアを特定すること、
前記散布対象エリアが斜面を含む場合、前記散布対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、
前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、
決定された飛行経路に沿って前記無人航空機を飛行させながら薬剤を散布すること
を実行する、散布方法。
【請求項１８】
ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて行う斜面の森林を対象とする森林計測の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、
前記コンピュータプログラムは、
（ｉ）前記無人航空機を第１等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および
（ｉｉ）前記無人航空機を前記第１等高線とは異なる第２等高線に沿って前記所定の絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせること
の制御を前記コンピュータに実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機を利用して森林計測を行う技術、無人航空機の飛行経路を決定する技術等に関する。
【背景技術】
【０００２】
森林計測を行うための方法として、種々の方法が知られている。例えば特許文献１は、上空からカメラで森林を撮影し、得られた画像から画像処理によって樹冠円を抽出する方法を開示する。特許文献２は、上空から波長の異なるレーダ波をそれぞれ森林に送信して、樹木の最上部からの反射波および地面からの反射波から算出されるそれぞれの高さの差分から樹木の高さを求める方法を開示する。特許文献３は、航空機にレーザ測距装置を搭載し、レーザ測距装置を用いて、樹木等を含めた地上の三次元データを取得する方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６６０５０号公報
【特許文献２】特開平９−１８４８８０号公報
【特許文献３】特開２０１６−７０７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上空からレーザ測距装置を用いて森林計測を行うと、森林上部表面（樹冠上面）のデータである点群データは得られる。しかしながら、樹木の葉等によってレーザ光が遮られるため、幹のデータを取得することは困難である。そのため計測結果から、最も太い幹である主幹の本数を推定する必要があった。【０００５】
特許文献３は、人間が森林内にレーザ測距装置等の装置を持ち込み、三次元の点群データをさらに取得し、上空からの計測によって得られた点群データと、地上での計測によって得られた点群データとを融合させることに言及する。しかしながら、２種類の点群データを取得することは非常に大きな手間がかかる。【０００６】
森林内の木々の樹冠および幹を、無人航空機を用いて計測することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行う方法であって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、（ｉ）前記無人航空機を第１等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）前記無人航空機を前記第１等高線とは異なる第２等高線に沿って前記所定の絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせることを実行する。【０００８】
ある実施形態において、前記方法は、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）の前に、前記第１等高線、前記第２等高線および前記所定の絶対高度を予め指定することをさらに包含してもよい。【０００９】
ある実施形態において、前記方法は、前記森林の端部においては、前記無人航空機を前記端部から所定距離離れた位置の上空を飛行させながら、前記ライダーセンサで前記端部をスキャンさせることをさらに包含してもよい。【００１０】
ある実施形態において、前記ライダーセンサは前記森林の各樹木の樹冠および幹をスキャンしてもよい。【００１１】
ある実施形態において、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）は、水平方向に出射されたレーザパルスを用いて前記ライダーセンサに前記森林をスキャンさせることを含んでもよい。【００１２】
ある実施形態において、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）は、斜め方向に出射されたレーザパルスを用いて前記ライダーセンサに前記森林をスキャンさせることを含んでもよい。【００１３】
ある実施形態において、前記無人航空機は無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターであってもよい。【００１４】
本発明のある実施形態に係る方法は、観測器を備える無人航空機の飛行経路を決定する方法であって、前記観測器による観測対象エリアを特定すること、前記観測対象エリアが斜面を含む場合、前記観測対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、および前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、を実行する。【００１５】
ある実施形態において、前記複数の経路セグメントを決定することは、選択された１または複数の等高線上に複数の通過点を設定すること、および、前記絶対高度を指定することを包含してもよい。【００１６】
ある実施形態において、前記観測対象エリアは前記斜面の森林を含んでもよい。【００１７】
ある実施形態において、前記観測器はライダー（ＬｉＤＡＲ）センサであってもよい。【００１８】
ある実施形態において、前記飛行経路を決定することは、前記森林の端部において、前記端部から所定距離離れた位置の上空を通過する前記飛行経路を決定することを含んでもよい。【００１９】
ある実施形態において、前記観測器は赤外線カメラであってもよい。【００２０】
本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行う方法であって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、（ｉ）前記無人航空機を所定の絶対高度および所定の第１真高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）前記無人航空機を前記所定の絶対高度および、前記所定の第１真高度とは異なる所定の第２真高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせることを実行する。【００２１】
本発明のある実施形態に係る森林計測システムは、無人航空機とコンピュータ装置とを有し、前記無人航空機を飛行させて斜面の森林を対象とする森林計測を行うための森林計測システムであって、前記無人航空機は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサと、第１信号処理回路と、第１記憶装置と、第１通信回路とを有し、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、前記コンピュータ装置は、表示装置と、入力装置と、第２信号処理回路と、等高線に関する情報を記憶した第２記憶装置と、第２通信回路とを有し、前記第２信号処理回路は、前記等高線に関する情報を前記第２記憶装置から取得し、前記入力装置を介して第１等高線、第２等高線および絶対高度の指定を受け付け、指定された前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを、前記第２通信回路を介して前記無人航空機に送信し、前記第１信号処理回路は、前記第１通信回路を介して、前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを受信し、受信した前記第１等高線、前記第２等高線および前記絶対高度のデータを前記第１記憶装置に格納し、前記無人航空機を前記第１等高線に沿って前記絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせ、前記無人航空機を前記第２等高線に沿って前記絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせる。【００２２】
本発明のある実施形態に係る撮影方法は、撮像装置を備える無人航空機を用いて観測対象を撮影する方法であって、観測対象エリアを特定すること、前記観測対象エリアが斜面を含む場合、前記観測対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、決定された飛行経路に沿って前記無人航空機を飛行させながら前記撮像装置で撮影することを実行する。【００２３】
本発明のある実施形態に係る散布方法は、薬剤の散布装置を備える無人航空機を用いて薬剤を散布する方法であって、前記散布装置による散布対象エリアを特定すること、前記散布対象エリアが斜面を含む場合、前記散布対象エリア内の等高線データを参照し、前記無人航空機が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、前記複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、決定された飛行経路に沿って前記無人航空機を飛行させながら薬剤を散布することを実行する。【００２４】
本発明のある実施形態に係るコンピュータプログラムは、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて行う斜面の森林を対象とする森林計測の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、前記コンピュータプログラムは、（ｉ）前記無人航空機を第１等高線に沿って所定の絶対高度で飛行させながら、前記森林を前記ライダーセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）前記無人航空機を前記第１等高線とは異なる第２等高線に沿って前記所定の絶対高度で飛行させながら、前記ライダーセンサで前記森林を再度スキャンさせることの制御を前記コンピュータに実行させる。【００２５】
本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて森林を対象とする森林計測を行う方法であって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、前記ライダーセンサを用いて、レーザパルスの出射方向を所定角度ピッチで変化させながら出射して周囲の空間を計測すること、前記森林までの距離をＬ、前記無人航空機の飛行速度をＶ、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数をＮ、前記同じ角度方向に出射される前記レーザパルスの周波数をｆ、前記所定角度ピッチをαとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、前記無人航空機を飛行させながら前記ライダーセンサを用いて前記森林を対象とする森林計測を行うことを実行する。【００２６】
ある実施形態において、前記所定角度ピッチαは固定値であってもよい。【００２７】
ある実施形態において、前記所定角度ピッチαは設定可能な最小値に固定されていてもよい。【００２８】
ある実施形態において、前記ライダーセンサは機械回転方式であり、レーザパルスを出射する１つの出射口における単位時間当たりのレーザパルスの出射回数をＭ、および単位時間当たりの回転数をＲとするとき、前記所定角度ピッチαはα（ｒａｄ）＝２・π・Ｒ／Ｍによって求められ、前記森林計測を行うことは、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対する（２・π・Ｒ／Ｍ）・Ｌの相対値が前記所定の範囲内に収まるように、前記無人航空機を飛行させることを包含してもよい。【００２９】
ある実施形態において、前記単位時間当たりの出射回数Ｍ、および前記単位時間当たりの回転数Ｒは可変値であってもよい。【００３０】
ある実施形態において、前記単位時間当たりの出射回数Ｍ、および前記単位時間当たりの回転数Ｒは固定値であってもよい。【００３１】
ある実施形態において、前記ライダーセンサは機械回転方式であり、前記所定角度ピッチαは、前記レーザパルスの前記回転軸に垂直な方向の発散角θ１よりも小さく、前記方法は、前記ライダーセンサが１回転する間に前記無人航空機が飛行する飛行距離Ｊが、前記森林に形成されるレーザスポットにおける前記機体進行方向に平行な方向の長さＫよりも短くなるように、前記無人航空機の飛行速度Ｖ、前記ライダーセンサの単位時間当たりの回転数Ｒおよび前記無人航空機の高度Ｈのうちの少なくとも一つを調整することを包含してもよい。【００３２】
ある実施形態において、前記方法は、前記レーザパルスを出射する１つの出射口における単位時間当たりのパルスの出射回数Ｍおよび前記回転数Ｒのうちの少なくとも一つを変更することより、前記発散角θ１よりも小さくなるように前記所定角度ピッチαを調整することを包含してもよい。【００３３】
ある実施形態において、前記無人航空機は無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターであってもよい。【００３４】
ある実施形態において、前記森林は、斜面の森林であってもよい。【００３５】
本発明のある実施形態に係る森林計測システムは、無人航空機とコンピュータ装置とを有し、前記無人航空機を飛行させて森林を対象とする森林計測を行うための森林計測システムであって、前記無人航空機は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサと、第１信号処理回路と、記憶装置と、第１通信回路とを有し、前記ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、前記コンピュータ装置は、表示装置と、入力装置と、第２信号処理回路と、第２通信回路とを有し、前記第２信号処理回路は、前記入力装置を介して、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数Ｎ、前記同じ角度方向に出射される前記レーザパルスの周波数ｆ、および所定角度ピッチαの指定を受け付け、指定された前記個数Ｎ、前記周波数ｆおよび前記所定角度ピッチαのデータを、前記第２通信回路を介して前記無人航空機に送信し、前記第１信号処理回路は、前記第１通信回路を介して、前記個数Ｎ、前記周波数ｆおよび前記所定角度ピッチαのデータを受信し、受信した前記個数Ｎ、前記周波数ｆおよび前記所定角度ピッチαのデータを前記記憶装置に格納し、前記森林までの距離をＬ、前記無人航空機の飛行速度をＶとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、前記無人航空機を飛行させて、前記ライダーセンサを用いて前記森林を対象とする森林計測を行う。【００３６】
本発明のある実施形態に係るコンピュータプログラムは、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて行う森林を対象とする森林計測の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記ライダーセンサの回転軸または揺動軸は、機体進行方向を向くよう前記無人航空機に搭載されており、前記コンピュータプログラムは、前記ライダーセンサを用いて、レーザパルスの出射方向を所定角度ピッチで変化させながら出射して周囲の空間を計測すること、前記森林までの距離をＬ、前記無人航空機の飛行速度をＶ、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数をＮ、前記同じ角度方向に出射される前記レーザパルスの周波数をｆ、前記所定角度ピッチをαとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、前記無人航空機を飛行させながら前記ライダーセンサを用いて前記森林を対象とする森林計測を行うことの制御を前記コンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の実施形態は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載した無人航空機を飛行させて森林を対象とする森林計測を行う際、取得される点群データの空間密度の偏りを抑制し、点群データから樹冠および幹の位置・形状を正確に決定または推定することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】森林計測を行う無人ヘリコプター１を示す図である。
【図２】ＬｉＤＡＲセンサ２０を搭載した無人ヘリコプター１の外観側面図である。
【図３】無人ヘリコプター１の正面図である。
【図４】飛行制御ボックス１５のハードウェア構成例を示す図である。
【図５】ＬｉＤＡＲセンサ２０を利用して斜面５２の森林５４を対象とする森林計測を行う無人ヘリコプター１を示す図である。
【図６】ＬｉＤＡＲセンサ２０の搭載位置に関する変形例を示す図である。
【図７Ａ】例示的な実施形態における飛行経路６０の一部を示す斜視図である。
【図７Ｂ】飛行経路６０の一部を示す上面図である。
【図８】第１等高線６０ａに沿って飛行する無人ヘリコプター１と、第２等高線６０ｂ上に沿って飛行する無人ヘリコプター１とを示す、斜面５２の断面図である。
【図９Ａ】絶対高度ＡＧＬを一定にしたときの、斜面５２に入射するレーザパルスの分布を示す図である。
【図９Ｂ】真高度ＭＳＬを一定に維持したときの、斜面５２に入射するレーザパルスの分布を示す図である。
【図１０】例示的な実施形態にかかる方法によって行われた森林計測の結果を示す図である。
【図１１Ａ】無人ヘリコプター１とタブレットコンピュータ７０とを含む森林計測システム１００の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】無人ヘリコプター１と基地局操縦装置８０とを含む森林計測システム１００の一例を示す図である。
【図１２】タブレットコンピュータ７０のハードウェア構成例を示す図である。
【図１３】メモリ７２に読み込まれた、観測対象エリア内の等高線データ９０の一例を示す図である。
【図１４】例示的な実施形態による飛行経路の設定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１５】飛行経路が設定された無人ヘリコプター１の飛行動作の手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１５におけるステップＳ１４の処理の詳細を示す図である。
【図１７】飛行中の無人ヘリコプター１によってスキャンされる山５０の斜面５２を示す図である。
【図１８】図１７中の領域Ｓを構成する２辺の関係を説明するための図である。
【図１９】パラメータを変更することにより、計測点密度を均一化するための処理の手順を示すフローチャートである。
【図２０】図１９に示す処理の具体例を示すフローチャートである。
【図２１】飛行中の無人ヘリコプター１を正面から見たときのＬｉＤＡＲセンサ２０から出射される複数のレーザパルス２２を模式的に示す図である。
【図２２】飛行中の無人ヘリコプター１を側面から見たときのＬｉＤＡＲセンサ２０から出射される複数のレーザパルス２２を模式的に示す図である。
【図２３】レーザパルス２２により計測対象物５１上に形成されるレーザスポットを示す図である。
【図２４】計測対象物５１の一例である森林５４に満遍なくレーザパルス２２を照射させながら行う森林計測の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
森林資源の管理・利用を行うためには、いわゆる「森林計測」を行うことが重要である。この「森林計測」には、森林の構造の調査、森林の材積の推定、一定期間における森林の変化量の把握等が含まれ得る。従来の森林計測のような、林木の一本一本を計測し、得られたデータから様々な集計・分析を行っていくことは非常に人手と時間がかかる。そこで、無人航空機にレーザ測距装置（ＬｉＤＡＲセンサ）を搭載し、ＬｉＤＡＲセンサを用いて空中から森林計測を行うことが進められている。
【００４０】
無人航空機を利用して山間部の深い森林、特に斜面の森林、を計測する場合には、無人航空機が飛行中に山の斜面や斜面に植生する樹木に接触しないように飛行させることが求められる。
【００４１】
航空機等の飛行方法として、地形に追従しながら（すなわち絶対高度を一定に保った状態で）飛行すること、または、余裕のある海抜高度を維持しながら飛行すること、が考えられる。
【００４２】
前者の場合、真下を計測対象とする場合のＬｉＤＡＲセンサによる計測点密度を均一化できるというメリットがあるが、斜面からの距離が大きく変動し得る。斜面に入射するレーザビームのパルスの計測点密度が均一にならずに偏る、という新たな問題が生じる。斜面の森林に関する森林計測として改善の余地がある。
【００４３】
後者の場合、一般には観測（測定、測量、捜索）の対象エリア内で最も高い山の標高点に基づいて飛行高度（海抜高度）を決定することになる。比較的高い位置を飛行するため真下ですらＬｉＤＡＲセンサによる計測点密度が低下する。斜面に入射するパルスの計測点密度はより少なくなる。計測方法として改善の余地が大きい。
【００４４】
本開示の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語の定義を説明する。
【００４５】
＜用語＞
本明細書では、ＬｉＤＡＲセンサを用いて上空から森林をスキャンし、スキャンデータを取得すること自体を「森林計測」に含む。スキャンデータは、典型的には、スキャンごとに取得される点群（ｐｏｉｎｔ  ｃｌｏｕｄ）を構成する各点の位置座標によって表現され得る。スキャンごとに取得される点の位置座標は、無人航空機とともに移動するローカル座標系によって規定される。このようなローカル座標系は、移動体座標系またはセンサ座標系と呼ばれ得る。一般的には、「森林計測」は、ローカル座標系で表現された各反射点の位置を地理座標系に変換することを含む。「森林計測」はさらに、地理座標系への変換後に、森林の構造を解析すること、森林および／または樹木の形を視覚的に表示すること、森林内の樹木の種類ごとの存在比率を求めること、森林の容積密度を求めること等を含み得る。
【００４６】
「無人航空機」（ＵＡＶ；Ｕｎｍａｎｎｅｄ  ａｅｒｉａｌ  ｖｅｈｉｃｌｅ）とは、操縦者としての人が搭乗しない航空機であり、ドローンと呼ばれることもある。航空機は回転翼機および固定翼機を含み得る。回転翼を有する無人航空機の一例は、無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターである。回転翼はエンジン（内燃機関）によって回転してもよいし、電動モータによって回転してもよい。無人航空機の飛行は、コンピュータプログラムによる自律飛行、一部を自動化する半自律飛行、無線を用いた人による遠隔操作による飛行のいずれかを行い得る。無人航空機は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を援用して、現在位置を三次元的に測定、修正しながら飛行することが可能である。以下に説明する例示的な実施形態においては、「無人航空機」は「無人ヘリコプター」である。
【００４７】
「無人」の用語は、航空機の操縦のために人が搭乗する必要がないことを意味しており、無人航空機が操縦者でない人を運搬することは除外しない。
【００４８】
「等高線」とは、地図上で、土地の起伏を正確に表すために、標準海面から等しい高さの点を結んだ曲線を言う。日本では、東京湾の平均海面を標準海面（０ｍ）とする高さが測量されている。標準海面からの高さは「標高」と呼ばれる。日本の地図では、縮尺によっては標高差１０ｍごとに主曲線が引かれ、５０ｍごとに計曲線が引かれる。しかしながら本明細書において「等高線」は、標準海面から等しい高さの点を結んだ曲線であればよく、地図に掲載されていない曲線も含む。例えば、標高５６３ｍの高さの点を結んだ曲線も等高線であり得る。
【００４９】
さらに本明細書では、「等高線」は、実際の地形上で、標準海面から等しい高さの位置を結んだ仮想的な曲線を含む。ここでいう「標準海面から等しい高さ」は厳密でなくてよい。例えば、「標準海面から等しい高さ」の±３０メートルの範囲に入る高さの位置を結んだ仮想的な曲線も等高線であり得る。さらに、無人航空機が飛行しながらＬｉＤＡＲセンサを用いて所定位置の標高（等高線）を計測する場合には、測定誤差を考慮して±５０メートルの範囲に入る高さの位置を結んだ仮想的な曲線を等高線として含めてもよい。
【００５０】
「絶対高度」とは、地表面または水面からの距離をいい、「ＡＧＬ」（Ａｂｏｖｅ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｌｅｖｅｌ）とも表現され得る。航空機が山岳地を飛行しているときは，山岳の地表面から航空機までの垂直距離が「絶対高度」になる。「絶対高度」は、一般には電波高度計を用いて測定された値であるが、本明細書では後述するＬｉＤＡＲ（ライダー）センサを用いて測定された値も絶対高度として採用することを含む。また本明細書では、「絶対高度」は例えば、数値表層モデルまたはＤＳＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｅｌ）で表現される表層からの距離も含む。つまり、絶対高度Ｈメートル、というときは、地表面から計測した距離がＨメートルであってもよいし、樹冠の表層から計測した距離がＨメートであってもよい。
【００５１】
「真高度」とは、平均海面（ＭＳＬ；Ｍｅａｎ  Ｓｅａ  Ｌｅｖｅｌ）からの高さをいう。本明細書では説明の便宜のため、「真高度」と「標高」とは等しいとする。すなわち「真高度」を定義する「平均海面」は、東京湾の平均海面であるとする。
【００５２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による森林計測方法の実施形態を説明する。
【００５３】
図１は、森林計測を行う無人ヘリコプター１を示している。例示的な実施形態において、森林計測は、山５０の斜面５２の森林５４を対象として行われる。山５０または斜面５２を含む、森林計測を行う対象として選択された領域を「観測対象エリア」と呼ぶことがある。「観測対象エリア」は斜面５２の森林５４、および／または山５０の地表面を含み、さらに平坦地の森林、地表面を含んでもよい。
【００５４】
無人ヘリコプター１は後述のライダー（ＬｉＤＡＲ）センサを搭載している。図２は、ＬｉＤＡＲセンサ（ライダーセンサ）２０を搭載した無人ヘリコプター１の外観側面図である。また図３は、無人ヘリコプター１の正面図である。
【００５５】
ＬｉＤＡＲセンサ２０はレーザビームのパルス（以下「レーザパルス」と略記する。）２２を、出射方向を変えながら次々と出射し、出射時刻と各レーザパルスの反射パルスを取得した時刻との時間差から各反射点の位置までの距離を計測することができる。「反射点」は、森林５４を構成する各樹木の樹冠および／または幹、または、山５０の斜面５２、平坦地等の地表面であり得る。
【００５６】
ＬｉＤＡＲセンサ２０には、レーザパルスを出射する方法の違いに応じて複数の方式が存在する。複数の方式とは、例えば機械回転方式、ＭＥＭＳ方式、フェーズドアレイ方式である。機械回転方式のＬｉＤＡＲセンサは筒状であり、レーザおよびレーザパルスの反射光を検出する検出器を回転させて、回転軸の周囲３６０度全方位の計測対象物をスキャンする。ＭＥＭＳ方式のＬｉＤＡＲセンサは、ＭＥＭＳミラーを用いてレーザパルスの出射方向を揺動させ、揺動軸を中心とした所定の角度範囲内の計測対象物をスキャンする。フェーズドアレイ方式のＬｉＤＡＲセンサは、光の位相を制御して光の出射方向を揺動させ、揺動軸を中心とした所定の角度範囲内の計測対象物をスキャンする。
【００５７】
本実施形態では、ＬｉＤＡＲセンサの回転軸または揺動軸は、無人ヘリコプター１の機体進行方向を向くように搭載されている。本実施形態にかかる森林計測方法は、（ｉ）無人ヘリコプター１を第１等高線６０ａに沿って所定の絶対高度で飛行させながら、斜面５２の森林５４をＬｉＤＡＲセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）無人ヘリコプター１を第１等高線６０ａとは異なる第２等高線６０ｂに沿って同じ絶対高度で飛行させながら、ＬｉＤＡＲセンサで森林５４を再度スキャンさせること、を包含する。絶対高度は森林５４を構成する各樹木の高さに応じて適宜決定され得る。絶対高度の一例は５０ｍである。無人ヘリコプター１は絶対高度を一定に保つため、急な高低差のある山間部でも無人ヘリコプター１と樹木との距離を十分に確保することができる。
【００５８】
ＬｉＤＡＲセンサは、その回転軸または揺動軸が無人ヘリコプター１の機体進行方向を向くよう、無人ヘリコプター１に搭載されているため、回転軸または揺動軸は等高線が伸びる方向に概ね一致する。特に斜面５２においては、森林５４を構成する木々の幹に概ね垂直に、すなわち木々の横方向から、レーザパルスを照射できる。これにより、基本的に日光を受けるために水平に生えている葉の間をレーザパルスが通りやすくなるため、木々の樹冠だけでなく、幹も計測することが可能になる。
【００５９】
上述の森林計測方法において、等高線に沿って無人ヘリコプター１を飛行させる意義は、無人ヘリコプター１のＬｉＤＡＲセンサから斜面５２までの距離を概ね一定に保つことにある。当該距離を概ね一定に保つことにより、斜面５２の方向に出射されるレーザパルスの単位面積あたりの個数密度、すなわち計測点密度、を概ね一定に保つことができる。これにより、得られる点群データの空間密度も概ね一定になり、斜面５２の森林５４を対象とする森林計測の品質を均一化できる。
【００６０】
上述の飛行方法は、第１等高線６０ａに関しては第１等高線６０ａが表す標高または真高度と絶対高度とを同時に一定に保ちながら飛行することを意味し、第２等高線６０ｂに関しては第２等高線６０ｂが表す標高または真高度と絶対高度とを同時に一定に保ちながら飛行することを意味する。
【００６１】
そこで上述の飛行方法は次のように言い換えることができる。すなわち森林計測を行う方法は、（ｉ）無人航空機を所定の絶対高度および所定の第１真高度で飛行させながら、斜面の森林をＬｉＤＡＲセンサでスキャンさせること、および（ｉｉ）無人航空機を所定の絶対高度および、所定の第１真高度とは異なる所定の第２真高度で飛行させながら、森林をＬｉＤＡＲセンサで森林を再度スキャンさせること、である。
【００６２】
本発明者は、森林計測の品質を均一化するために好適な森林計測方法についてさらに検討を進めた。その結果、以下のように無人ヘリコプター１を飛行させることを見出した。なお、ＬｉＤＡＲセンサの無人ヘリコプター１への搭載方法は先に説明したとおりである。
【００６３】
本発明者が見出した他の森林計測方法は、（ｉ）ＬｉＤＡＲセンサを用いて、パルスの出射方向を所定角度ピッチで変化させながら出射して周囲の空間を計測すること、（ｉｉ）斜面までの距離をＬ、無人ヘリコプター１の飛行速度をＶ、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数をＮ、同じ角度方向に出射されるレーザパルスの周波数をｆ、所定角度ピッチをαとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人航空機を飛行させながらＬｉＤＡＲセンサを用いて斜面の森林を対象とする森林計測を行うこと、を包含する。
【００６４】
ここで「α・Ｌ」は所定角度ピッチαの間隔で出射された２個のレーザパルスが距離Ｌだけ離れた地表面に到達したときの、２個の到達位置の間隔である。また「Ｖ／（ｆ・Ｎ）」のうちのＶ／ｆは、ＬｉＤＡＲセンサのある放射口から１個のレーザパルスが放射されてから、その１周期後に同じ放射口から次の１個のレーザパルスが放射されるまでの微小時間の間に無人ヘリコプター１が飛行する距離である。この距離は、これら２個のレーザパルスが地表面に到達したときの、２つの到達位置の間隔を意味する。レーザパルスが同時にＮ個出射される場合には、距離Ｖ／ｆだけ離れた２つの位置の間にＮ個のレーザパルスが到達する。つまり、「Ｖ／（ｆ・Ｎ）」はＮ個の到達位置の中で隣り合う２つの到達位置の平均距離であると言える。
【００６５】
つまり、「Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まること」の意味は、無人ヘリコプター１の飛行方向に関して地表面に入射するレーザパルスの間隔（Ａ）に対する、進行方向と直角な方向に関して地表面に入射するレーザパルスの間隔（Ｂ）の相対値が所定の範囲内に収まっていることを意味している。「所定の範囲」の一例は、「相対値」が比Ｂ／Ａまたは比Ａ／Ｂで表される場合には、比が０．９から１．１の範囲であり、より広い０．８から１．３の範囲、さらに広い０．５−２．０程度の範囲であってもよい。なお、範囲が広いと解析時にデータ量に対して解析精度が下がるため、計算効率が悪くなることが想定される。しかしながら、０．５未満の値および／または２．０より大きい値を境界値として有する範囲を採用してもよい。当業者であれば、解析精度および計算効率等を考慮して適切な比の範囲を設定し得る。「相対値」は、上述した間隔（Ａ）と間隔（Ｂ）との差を用いても定義し得る。ただし「差」の大きさは、ＬｉＤＡＲセンサ２０を動作させている条件、および／または飛行速度等に応じて大きく変わり得る。よって差に関する「所定の範囲内」の例示は省略する。
【００６６】
比が１の場合、または差が０の場合には、上述の間隔（Ａ）と間隔（Ｂ）とが等しいことを表す。このときは、計測点群は正方形のメッシュ状またはグリッド状に分布することになり、概ね均等な計測点密度を確保することができる。相対値を比で表すとしても差で表すとしても、Ｖ／（ｆ・Ｎ）およびα・Ｌの具体的な値は、必要とされる計測点密度から決定し得る。
【００６７】
なお「α・Ｌ」の「Ｌ」は、無人ヘリコプター１の真下に近いほど短く、無人ヘリコプター１から離れるほど大きくなる。そのため、所望の計測点密度を確保したい位置または方向の地表面までの距離を、「Ｌ」として設定すればよい。ここで言う「方向」の一例は、飛行中の無人ヘリコプター１の飛行方向に垂直な平面を想定したとき、当該平面上の、鉛直下向きから４５度の方向である。
【００６８】
図２を参照する。無人ヘリコプター１が平坦な地面に静止しているとき、図示されるようにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を取る。Ｘ軸の正の方向は紙面手前から奥に向かう方向であるとする。＋Ｙ方向は飛行時の機体４の進行方向であり、＋Ｚ方向は鉛直上向き、−Ｚ方向は鉛直下向きである。
【００６９】
無人ヘリコプター１は、メインボディ２およびテールボディ３を有する機体４を備えている。機体４の前方（＋Ｙ方向）で、かつ機体４の下方（−Ｚ方向）にはＬｉＤＡＲセンサ２０が取り付けられている。メインボディ２の上方（＋Ｚ方向）にはメインロータ５が設けられ、テールボディ３の後部にテールロータ６が設けられる。メインボディ２の前部にはラジエータ７が設けられている。メインボディ２内には、いずれも図示しないエンジン、吸気系、メインロータ軸、燃料タンクが収容されている。
【００７０】
メインボディ２の後部上側にはコントロールパネル１０が設けられ、後部下側に表示灯１１が設けられる。コントロールパネル１０は、飛行前のチェックポイントやセルフチェック結果等を表示する。コントロールパネル１０の表示は地上局でも確認できる。表示灯１１は、ＧＮＳＳ制御の状態や機体の異常警告等の表示を行う。メインボディ２の中央部下側には、着陸時に機体４を支える脚であるスキッド１６が設けられている。
【００７１】
メインボディ２には飛行制御ボックス１５が搭載される。
【００７２】
図４は、飛行制御ボックス１５のハードウェア構成例を示している。飛行制御ボックス１５は、ＧＰＳモジュール１５ａ、加速度センサ１５ｂ、気圧センサ１５ｃ、地磁気センサ１５ｄ、超音波センサ１５ｅ、通信回路１５ｆ、信号処理回路１５ｇ、および、ＲＯＭ１５ｈ、ＲＡＭ１５ｉ等の記憶装置１５ｊを収容する。各構成要素は、例えば配線または内部バス１５ｋを介して相互にデータを送受信し得る。なお、ＧＰＳモジュール１５ａを初めとする各種のセンサを設ける位置は、常に飛行制御ボックス１５内である必要はない。例えばＧＰＳ衛星からの信号を取得しやすくするため、ＧＰＳモジュール１５ａをテールボディ３上部に設けてもよい。
【００７３】
飛行制御ボックス１５は、ＧＮＳＳモジュールの一例としてＧＰＳモジュール１５ａを備える。ＧＰＳモジュール１５ａは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて現在位置および飛行速度等の飛行データを取得する。ＧＰＳモジュール１５ａの数は１個であってもよいし、複数（例えば２個）であってもよい。加速度センサ１５ｂは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向の加速度を検出する三軸加速度センサである。加速度センサ１５ｂが六軸加速度センサであれば、さらに無人ヘリコプター１のロール加速度、ピッチ角速度およびヨー加速度を検出可能である。気圧センサ１５ｃは気圧を検出する。検出された気圧から現在の標高を知ることができる。なお気圧と標高との関係式は公知であるから、本明細書では説明は省略する。地磁気センサ１５ｄは無人ヘリコプター１の現在の方位を検出する。加速度センサ１５ｂおよび地磁気センサ１５ｄの各々から出力されるデータ（機体データ）を利用することにより、無人ヘリコプター１の現在の姿勢を判断することができる。飛行データおよび機体データは、信号処理回路１５ｇに提供される。
【００７４】
通信回路１５ｆは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および／またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行う通信回路を有する。通信回路１５ｆはさらに、携帯電話回線または人工衛星を経由する回線を利用した無線通信を行ってもよい。通信回路１５ｆは、飛行前においては飛行経路のデータを受信し、飛行時には無線によって地上と必要な通信を行う。なお本実施形態では、飛行経路のデータは、無人ヘリコプター１が沿って飛行すべき等高線および絶対高度の各データを含む。
【００７５】
記憶装置１５ｊは、信号処理回路１５ｇの動作を制御するコンピュータプログラムを記憶している。記憶装置１５ｊは、無人ヘリコプター１の飛行の制御および後述する森林計測の制御を信号処理回路１５ｇに実行させるためのコンピュータプログラムを記憶し得る。そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体（半導体メモリ、光ディスク等）から無人ヘリコプター１へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。また、無線通信を介してそのようなコンピュータプログラムを無人ヘリコプター１へインストールしてもよい。このようなコンピュータプログラムは、パッケージソフトウェアとして販売され得る。
【００７６】
信号処理回路１５ｇは、記憶装置１５ｊに記憶された制御プログラムを実行して無人ヘリコプター１を飛行させる。より具体的には信号処理回路１５ｇは、上述した飛行データ、機体データ、エンジン回転数やスロットル開度などの運転状態データ等を監視しながら、予め用意された飛行経路に沿って無人ヘリコプター１を飛行させる。
【００７７】
本実施形態では、飛行制御ボックス１５はＬｉＤＡＲセンサ２０と接続されている。飛行制御ボックス１５は、例えば、ＧＰＳモジュール１５ａが取得した、無人ヘリコプター１の飛行位置を示す位置データをＬｉＤＡＲセンサ２０に提供してもよい。これにより、ＬｉＤＡＲセンサ２０は自らがＧＰＳモジュール１５ａを搭載しなくても、スキャンを行った時刻における位置データとスキャン結果（時刻データ、方角データおよび距離データの組）とを用いて、例えば地理座標系で表現された位置を算出できる。
【００７８】
なお、無人ヘリコプター１の飛行・運用を管理するオペレータは、飛行状態を目視しながら、予め用意した飛行経路に沿って無人ヘリコプター１を飛行させることもできる。テールボディ３の後端部には、リモコン操縦機からの指令信号を受信するリモコン受信アンテナ２３が設けられている。
【００７９】
再び図２を参照する。ＬｉＤＡＲセンサ２０は、たとえば近赤外線のレーザパルス２２を放射し、当該レーザパルス２２の反射光を検出することにより、反射点までの距離を測定する光学機器である。
【００８０】
例示的な実施形態ではＬｉＤＡＲセンサ２０は機械回転方式であり、レーザおよびレーザパルスの反射光を検出する検出器を回転させて、３６０度全方位をスキャンすることができる。ただし本実施形態では、ＬｉＤＡＲセンサ２０のスキャン可能範囲のうち無人ヘリコプター１の機体４に遮られる範囲、例えばＬｉＤＡＲセンサ２０の＋Ｚ方向を中心とした±６０度（計１２０度）の範囲、は計測結果に反映しない。
【００８１】
レーザパルスは、ある角度方向について１回転ごとに１個ずつ出射されてもよいし、同時に複数個出射されてもよい。図２では、同時にＮ個のレーザパルス２２が出射される様子を表している。ただし記載の便宜上、パルス状ではなくビーム状で記載している。Ｎの一例は１２である。Ｎが２以上の場合、ＬｉＤＡＲセンサ２０にはＮ個のレーザパルスの出射口が設けられる。
【００８２】
図３を参照しながら、ある１つの出射口から出射されるレーザパルスを説明する。ＬｉＤＡＲセンサ２０は、所定角度ピッチα（ｒａｄ）ごとに方向を変化させながら回転してレーザパルス２２を放射し、各レーザパルス２２の反射光を検出する。これにより、当該所定角度ピッチαごとの方向における反射点までの距離のデータを得ることができる。１つの出射口についてＬｉＤＡＲセンサ２０の単位時間当たりのパルスの出射回数をＭ、単位時間当たりの回転数をＲとするとき、所定角度ピッチαはα（ｒａｄ）＝２・π・Ｒ／Ｍによって求められる。
【００８３】
所定角度ピッチαは固定値であってもよいし、可変値であってもよい。単位時間当たりの出射回数Ｍ、および単位時間当たりの回転数Ｒもまた、固定値であってもよいし、可変値であってもよい。
【００８４】
同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数をＮとする（図２）。例示的な実施形態では、Ｍ・Ｎ＝６０万（個／秒）、Ｒ＝１０（回転／秒）、Ｎ＝１６のとき、所定角度ピッチαは約０．００１７（ｒａｄ）、約０．０９６度である。ただし計算の簡単化のため、スキャン範囲は３６０度であるとした。
【００８５】
図５は、ＬｉＤＡＲセンサ２０を利用して斜面５２の森林５４を対象とする森林計測を行う無人ヘリコプター１を示している。無人ヘリコプター１から放射状に伸びる各直線は、図３と同様、各レーザパルス２２を模式的に表している。各レーザパルス２２は各直線に沿ってＬｉＤＡＲセンサ２０と反射点との間を往復する。なお以下では、斜面５２の森林５４を「斜面林５４」と記述する。
【００８６】
無人ヘリコプター１は、後述する方法によって決定された飛行経路に沿って飛行するよう、プログラミングされている。当該飛行経路を飛行することにより、ＬｉＤＡＲセンサ２０から出射されたレーザパルスは、斜面林５４の樹冠だけでなく幹にも到達し、反射される。例えば斜面林５４を構成する樹木５６に注目すると、レーザパルス２２は、樹木５６の樹冠５６ａおよび幹５６ｂのいずれにも当たっている。幹５６ｂには、水平方向より下に出射されたレーザパルスだけでなく、水平方向に出射されたレーザパルス、および、水平方向よりも上に出射されたレーザパルス２２が幹５６ｂに入射している。これにより、森林、特に斜面林５４、の木々の樹冠および幹を計測することが可能になる。なお、ここでいう「水平方向」とは、無人ヘリコプター１が図２に示す姿勢で飛行している状況であれば、鉛直方向に直交する平面（水平面）が広がる方向を言う。なお、鉛直方向に関する水平面の位置は、ＬｉＤＡＲセンサ２０の出射口の位置である。また「水平方向よりも上」は、鉛直上向き（真上の方向）を除き、「斜め上方向」とも言う。さらに「水平方向よりも下」は鉛直下向き（真下の方向）を除き、「斜め下方向」とも言う。「斜め上方向」と「斜め下方向」を包括して「斜め方向」とも呼ぶ。
【００８７】
ＬｉＤＡＲセンサ２０は、その回転軸（または揺動軸）２０ａが無人ヘリコプター１の機体４の進行方向を向くよう、無人ヘリコプター１に搭載されている。回転軸または揺動軸が「機体４の進行方向を向く」とは、回転軸または揺動軸がＹ軸と平行であることを含むが、厳密にＹ軸と平行でなくてもよい。回転軸または揺動軸が、例えばＹＺ平面に平行な方向であって、かつ機体４の進行方向から所定の角度範囲内に入っていれば、回転軸または揺動軸が機体４の進行方向を向いていると言える。「所定の角度範囲」の一例は、機体４の進行方向から±３０度の範囲である。このような搭載方法を許容する理由は、無人ヘリコプター１は機首側を若干下げた状態（前傾姿勢）で飛行し得るからである。
【００８８】
さらに、上述の例における「ＹＺ平面に平行な方向」であることも必須ではない。＋Ｘ方向または−Ｘ方向にずれていても森林計測を行うことは可能だからである。つまり、ＬｉＤＡＲセンサ２０の回転軸または揺動軸は、「ＹＺ平面に平行な方向」に加え、森林計ｖ測を行うことが可能な範囲内であれば「ＹＺ平面に平行ではない方向」を向いてもよい。
【００８９】
図６は、ＬｉＤＡＲセンサ２０の搭載位置に関する変形例を示している。ＬｉＤＡＲセンサ２０は、無人ヘリコプター１の機体４の中央部付近の下部と、スキッド１６とに囲まれるように搭載されている。ＬｉＤＡＲセンサ２０の回転軸または揺動軸に関する説明は図２の例と同じである。なお、図６の例では、取り付けられたＬｉＤＡＲセンサ２０の向きが図２の例とは逆である。しかしながら、図６の例もまた、回転軸または揺動軸が機体４の進行方向を向いていると言える。
【００９０】
図６の設置例の場合、ＬｉＤＡＲセンサ２０のスキャン範囲に無人ヘリコプター１のスキッド１６が入る。そのため、ＬｉＤＡＲセンサ２０は常にスキッドまでの距離を検出することになる。スキッドからの反射光を計測結果に反映することなく、その他の反射点について、その位置までの距離を算出してもよい。
【００９１】
ＬｉＤＡＲセンサ２０のスキャン範囲に無人ヘリコプター１のスキッド１６が入らないようにするため、ＬｉＤＡＲセンサ２０をテールボディ３の下部に設けてもよい。この場合も、ＬｉＤＡＲセンサ２０の回転軸または揺動軸に関する説明は図２の例と同じである。
【００９２】
以下、例示的な実施形態における森林計測方法を説明する。
【００９３】
図７Ａは、例示的な実施形態における飛行経路６０の一部を示す斜視図であり、図７Ｂは、飛行経路６０の一部を示す上面図である。説明の便宜のため、山５０の斜面５２における森林５４の記載は省略した。
【００９４】
飛行経路は多数のセグメントを含み得る。図７Ａおよび図７Ｂには、多数のセグメントのうちの一部が示されている。具体的には、第１等高線６０ａに沿って飛行する経路セグメント、および、第２等高線６０ｂに沿って飛行する経路セグメントである。本実施形態では、等高線に沿って飛行する多数の経路セグメントが設定され、それにより観測対象エリアの森林を対象とした森林計測を行う。このような飛行経路６０の経路セグメントは、無人ヘリコプター１の飛行・運用を管理するオペレータによって設定され得る。第１等高線６０ａに沿う経路セグメントから、第２等高線６０ｂに沿う経路セグメントに移るときは、無人ヘリコプター１は、例えば等高線に直角な方向に斜面を下る経路セグメント６０ｃに沿って飛行する。経路セグメント６０ｃもまたオペレータによって設定されてもよいし、第１等高線６０ａに沿う経路セグメントおよび第２等高線６０ｂに沿う経路セグメントの設定後に、後述のタブレットコンピュータ、基地局操縦装置等によって自動的に設定されてもよい。なお図７Ｂに示されている長破線６０ｄの説明は後述する。
【００９５】
図８は、第１等高線６０ａに沿って飛行する無人ヘリコプター１と、第２等高線６０ｂ上に沿って飛行する無人ヘリコプター１とを示す、斜面５２の断面図である。断面は、図７Ａおよび図７ＢのＡ−Ａ線に沿う。
【００９６】
無人ヘリコプター１が飛行する絶対高度（ＡＧＬ）は、第１等高線６０ａ上および第２等高線６０ｂ上のいずれの場合も一定（ＡＧＬ＝Ｈａ）である。第１等高線６０ａおよび第２等高線６０ｂの水平方向のオフセットはＤである。
【００９７】
図８には、第２等高線６０ｂに沿って飛行する無人ヘリコプター１の真高度（ＭＳＬ）がＨｍであることが示されている。図８の例では、真高度Ｈｍは、第１等高線６０ａが示す標高と概ね同じである。そのため、第２等高線６０ｂに沿って飛行する無人ヘリコプター１のＬｉＤＡＲセンサ２０から出射されるレーザパルスは、第１等高線６０ａ付近の樹木（図示せず）の幹に概ね直角に入射することが理解される。これにより、ＬｉＤＡＲセンサ２０の樹冠および幹を計測することが可能になる。
【００９８】
なお、計測対象エリアが森林５４の端部を含む場合がある。その場合、飛行経路６０の決定に当たっては、森林５４の端部から、非森林地帯の方向に所定距離離れた位置の上空を通過する飛行経路を採用してもよい。「所定距離離れた位置」の一例が、図７Ｂに示す長破線６０ｄである。そのような飛行経路を採用すると、森林５４の端部の木々の幹は、無人ヘリコプター１の進行方向に向かって右斜め下方向または左斜め下方向に位置する。これにより、ＬｉＤＡＲセンサ２０を用いて森林５４の端部の木々の幹をスキャンし、反射点の点群を取得することが可能になる。
【００９９】
ここで、図９Ａおよび図９Ｂを参照しながら、絶対高度Ｈａを一定に維持する他の利点を説明する。
【０１００】
図９Ａは、絶対高度ＡＧＬを一定にしたとき（ＡＧＬ＝Ｈａ）の、斜面５２に入射するレーザパルスの分布を示している。図９Ｂは、真高度ＭＳＬを一定に維持したとき（ＭＳＬ＝Ｈｍ）の、斜面５２に入射するレーザパルスの分布を示している。いずれの図でも、無人ヘリコプターは紙面の奥から手前または手前から奥に向かって飛行している。
【０１０１】
絶対高度ＡＧＬを一定に維持する場合（図９Ａ）、どの等高線に沿って飛行するかにかかわらず、無人ヘリコプター１と斜面５２との距離は概ね一定である。その結果、ＬｉＤＡＲセンサ２０から斜面５２に到達するレーザパルスの計測点密度を概ね一定に維持できる。
【０１０２】
一方、真高度ＭＳＬを一定に維持する場合（図９Ｂ）、無人ヘリコプター１が低い等高線に沿って飛行するほど、無人ヘリコプター１は斜面５２から離れる。その結果、斜面５２上の計測点密度は低下する。つまり、計測点密度を均一化することは困難である。
【０１０３】
したがって、計測点密度を均一化するために絶対高度Ｈａを一定に維持することが好適である。
【０１０４】
図１０は、例示的な実施形態にかかる方法によって行われた森林計測の結果を示している。図８に例示した斜面に類似する斜面の森林を対象として森林計測を行った。図１０に示されるように、森林の各樹木の樹冠のみならず、幹も計測されていることが理解される。本発明者は、得られた結果から、本実施形態にかかる森林計測方法が有効であることを確認した。
【０１０５】
オペレータは、タブレットコンピュータ、基地局操縦装置等のコンピュータ装置を利用して、上述のような等高線および絶対高度が指定された飛行経路６０を設定し得る。本明細書では、無人ヘリコプター１と、そのようなコンピュータ装置とを合わせて「森林計測システム」と呼ぶ。
【０１０６】
図１１Ａは、無人ヘリコプター１とタブレットコンピュータ７０とを含む森林計測システム１００の一例を示している。また図１１Ｂは、無人ヘリコプター１と基地局操縦装置８０とを含む森林計測システム１００の一例を示している。タブレットコンピュータ７０および基地局操縦装置８０はいずれも、内蔵された、または外付けの記憶装置を有しており、当該記憶装置に後述の等高線データ９０を記憶している。タブレットコンピュータ７０および基地局操縦装置８０は、等高線データ９０をディスプレイに表示してオペレータから飛行経路６０の指定を受け付ける。タブレットコンピュータ７０はタッチスクリーンパネルを有しており、オペレータからのタッチ操作により、無人ヘリコプター１を飛行させるべき等高線（経路セグメント）の指定、および絶対高度の指定を受け付ける。なお、本実施形態による基地局操縦装置８０はノート型ＰＣであり、かつタブレットコンピュータ７０と同様のタッチ操作に対応しているとする。
【０１０７】
以下、図１１Ａに示すタブレットコンピュータ７０を例示して説明する。タブレットコンピュータ７０の基本的な構成と基地局操縦装置８０の基本的な構成とは概ね同じである。よって、下記の説明は基地局操縦装置８０の説明として読み替えることができる。
【０１０８】
図１２は、タブレットコンピュータ７０のハードウェア構成例を示している。
【０１０９】
タブレットコンピュータ７０は、ＣＰＵ７１と、メモリ７２と、通信回路７３と、画像処理回路７４と、ディスプレイ７５と、タッチスクリーンパネル７６と、通信バス７７とを有する。ＣＰＵ７１、メモリ７２、通信回路７３、画像処理回路７４およびタッチスクリーンパネル７６は通信バス７７で接続されており、通信バス７７を介して相互にデータを授受することが可能である。
【０１１０】
ＣＰＵ７１は、タブレットコンピュータ７０の動作を制御する信号処理回路（コンピュータ）である。典型的にはＣＰＵ７１は半導体集積回路である。ＣＰＵ７１を単に「処理回路」と呼ぶこともある。
【０１１１】
メモリ７２は、ＣＰＵ７１の動作を制御するコンピュータプログラムを記憶している。メモリ７２は、森林計測の制御をＣＰＵ７１に実行させるためのコンピュータプログラムを記憶し得る。メモリ７２は、無人ヘリコプター１の飛行の制御をＣＰＵ７１に実行させるためのコンピュータプログラムを記憶していてもよい。上述したコンピュータプログラムと同様に、そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体からタブレットコンピュータ７０へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。また、無線通信を介してそのようなコンピュータプログラムをタブレットコンピュータ７０へインストールしてもよい。このようなコンピュータプログラムは、パッケージソフトウェアとして販売され得る。
【０１１２】
メモリ７２は、ＣＰＵ７１が実行するコンピュータプログラムを記憶する揮発性の記憶装置（例えばＲＡＭ）、および、等高線データ９０を記憶する不揮発性の記憶装置（例えばフラッシュメモリ）であり得る。ＲＡＭは、ＣＰＵ７１が演算を行う際のワークメモリとしても利用され得る。コンピュータプログラムは、フラッシュメモリに格納されていてもよい。ＣＰＵ７１は、タブレットコンピュータ７０の起動時にフラッシュメモリからコンピュータプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、実行する。
【０１１３】
通信回路７３は、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）および／またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行う無線通信回路である。無人ヘリコプター１の通信回路１５ｆと同様、本明細書では、タブレットコンピュータ７０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格および／またはＷｉ−Ｆｉ規格に準拠した無線通信を行い、１対１で無人ヘリコプター１と通信する。通信回路７３は、無人ヘリコプター１に送信すべきデータを、通信バス７７を介してＣＰＵ７１から受信する。また通信回路７３は、無人ヘリコプター１から受信したデータ（例えばＬｉＤＡＲセンサ２０の計測結果）を、通信バス７７を介してＣＰＵ７１および／またはメモリ７２に送信する。
【０１１４】
画像処理回路７４は、ＣＰＵ７１の指示に従い、ディスプレイ（表示装置）７５に表示する画像を生成する。たとえば画像処理回路７４は、等高線データ９０を利用して等高線が例示された山５０の画像を表示し、タッチスクリーンパネル７６を介して受け付けたオペレータのタッチ操作に応じて、ディスプレイ７５上に飛行経路６０を描画する。
【０１１５】
タッチスクリーンパネル７６は、指やペンなどで行われたオペレータのタッチを検出することができる。検出方式として、静電式、抵抗膜式、光学式、超音波方式、電磁式などが知られている。たとえば、静電容量方式のタッチスクリーンパネル７６の場合、タッチスクリーンパネル７６は、特定の位置における静電容量の変化を検出し、当該変化に関するデータを、通信バス７７を介してＣＰＵ７１に送信する。ＣＰＵ７１は、送られてきたデータに基づいて、オペレータによるタッチの有無を判断する。「変化に関するデータ」の例は、静電容量が変化した位置および変化した時間長のデータである。
【０１１６】
「タッチ」は、短押し（またはタップ）、長押し、スライド等の種々の操作を含む。例えば短押しは、オペレータがタッチスクリーンパネル７６に指を触れた後、予め定められた基準時間以内に指を離す操作である。長押しは、オペレータがタッチスクリーンパネル７６に指を触れてから指を動かさずにその状態を維持し、当該基準時間よりも長い時間が経過した後、指を離す操作である。
【０１１７】
本実施形態では、タッチスクリーンパネル７６はディスプレイ７５に重畳して設けられている。オペレータは、ディスプレイ７５に表示された山５０と等高線の画像を見ながら、所望の等高線の画像へのタッチを行う。ＣＰＵ７１は、タッチスクリーンパネル７６から出力された検出位置のデータが、ディスプレイ７５に表示されている画像のどの位置を示しているかを判定する。判定の結果、ＣＰＵ７１は、位置に表示されている画像に対応付けられた等高線の位置を決定することができる。なお、タッチスクリーンパネル７６に代えて、またはタッチスクリーンパネル７６とともに、マウス、キーボード、ジョイスティック、マイク等の他の入力装置を有していてもよい。
【０１１８】
図１３は、メモリ７２に読み込まれた、観測対象エリア内の等高線データ９０の一例を示している。等高線データは、一定の標高ごと（例えば１０ｍごと）に用意されていればよい。等高線データは、図１３に示すような画像データでなくてもよく、標高データと座標データとが関係付けられていればよい。本明細書では、「等高線データ」を「等高線に関する情報」と呼ぶことがある。
【０１１９】
オペレータがある等高線（第１等高線）と隣接する等高線（第２等高線）との間を指定した場合、タブレットコンピュータ７０のＣＰＵ７１は、指定された位置の標高を計算によって求めることができる。例えば第１等高線の標高をＺ１とし、第２等高線の標高をＺ２とする。オペレータが、第１等高線と第２等高線との間をＷ１：Ｗ２に分ける位置Ｗを指定したとする。比例関係を利用すると、位置Ｗの標高は、（Ｗ１・Ｚ２＋Ｗ２・Ｚ１）／（Ｗ１＋Ｗ２）と表すことができる。このようにして、ＣＰＵ７１は指定された任意の位置の標高および当該標高を有する複数点を結ぶ等高線を抽出できる。ＣＰＵ７１は、抽出した等高線の候補をオペレータに提示してもよい。
【０１２０】
以下、森林計測システム１００のタブレットコンピュータ７０を利用した飛行経路の設定方法と、設定された飛行経路に沿った無人ヘリコプター１の飛行方法を説明する。
【０１２１】
図１４は、例示的な実施形態による飛行経路の設定処理の手順を示すフローチャートである。図１４に示す手順は、タブレットコンピュータ７０または基地局操縦装置８０のＣＰＵ７１（図１２）の制御により実行される。なお、複数の観測対象エリアが選択され得る場合には、そのうちの一つが予め指定されているとする。
【０１２２】
ステップＳ２において、ＣＰＵ７１はその観測対象エリアに関する等高線に関する情報を取得する。
【０１２３】
ステップＳ４において、ＣＰＵ７１はタッチスクリーンパネル７６を介して等高線の指定を受け付ける。等高線の指定方法は種々考えられる。例えば、オペレータは、タブレットコンピュータ７０に表示された所望の等高線上の複数の位置を短押しして指定する。指定された順序は、無人ヘリコプター１の飛行経由点の順序であり得る。また他の例として、オペレータがタブレットコンピュータ７０に表示された地図上のある位置を長押しすると、タブレットコンピュータ７０のＣＰＵ７１がタッチされた位置に対応する標高を決定する。ＣＰＵ７１は、決定した標高を有する複数の位置を抽出し、それらをつなぐ等高線を自動的に表示する。オペレータは、表示された等高線をタッチすることで、その等高線に沿う飛行経路を経路セグメントとして指定できる。オペレータがさらに異なる標高の位置を長押しすると、同様の手順でさらに新たな等高線が決定され、経路セグメントが追加されてもよい。さらに他の例として、ＣＰＵ７１が観測対象エリア内の複数の等高線を自動的に抽出して表示してもよい。オペレータからの承認が得られた場合には、各等高線を経路セグメントとして設定し、１つの飛行経路を決定すればよい。
【０１２４】
ステップＳ６において、ＣＰＵ７１は等高線の設定が完了したか否かを判定する。例えばＣＰＵ７１は、等高線の設定を完了したことを示す入力をオペレータから受け付けるまでは、等高線の設定が完了していないとして、ステップＳ４およびＳ６の処理を繰り返す。一方、等高線の設定を完了したことを示す入力を受け付けると、ＣＰＵ７１は等高線の設定が完了したと判定し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、ＣＰＵ７１はタッチスクリーンパネル７６を介して絶対高度の指定を受け付ける。図１１Ａには、絶対高度の数値を増加させる「＋」ボタンと減少させる「−」ボタンとが表示されている。なお、ソフトウェアキーボードを表示させて数値を直接入力できるようにしてもよいし、ダイヤルまたはスライダ等のＧＵＩを利用して入力できるようにしてもよい。
【０１２５】
以上の処理により、無人ヘリコプター１の飛行経路６０（図７Ａおよび図７Ｂ）が設定される。飛行経路６０を示すデータは、例えば無線でタブレットコンピュータ７０の通信回路７３から送信され、無人ヘリコプター１の通信回路１５ｆ（図４）によって受信される。無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇ（図４）は、受信したデータをＲＡＭ１５ｉに格納する。その後、図１５および図１６に示す手順で森林計測を実行する。
【０１２６】
図１５は、飛行経路が設定された無人ヘリコプター１の飛行動作の手順を示すフローチャートである。図１５に示す手順は、無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇの制御により実行される。
【０１２７】
ステップＳ１０において、無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇは、ＧＰＳモジュール１５ａ等を利用して自己位置を取得しながら、森林計測の開始位置まで無人ヘリコプター１を飛行させる。なお、ここで言う「開始位置」は、飛行経路６０の等高線上の、森林計測を開始する位置の経度および緯度に加え、絶対高度も含む。森林計測の開始位置に到達すると、ステップＳ１２において、信号処理回路１５ｇはＬｉＤＡＲセンサ２０を用いた森林計測を開始する。
【０１２８】
ステップＳ１４において、信号処理回路１５ｇは、設定された等高線に沿って、かつ、設定された絶対高度で無人ヘリコプター１を飛行させる。ステップＳ１４の処理の詳細は、後に図１６を参照しながら説明する。
【０１２９】
ステップＳ１６において、信号処理回路１５ｇは、森林計測が終了したか否かを判定する。具体的には信号処理回路１５ｇは、予め設定された飛行経路６０に沿って飛行したか否かを判定する。森林計測が終了するまでステップＳ１４およびステップＳ１６の処理を繰り返す。
【０１３０】
森林計測が終了すると、無人ヘリコプター１は、例えば自律飛行を行って帰還する。
【０１３１】
図１６は、図１５におけるステップＳ１４の処理の詳細を示している。
【０１３２】
ステップＳ１４０において、信号処理回路１５ｇは、飛行位置（緯度および経度）および高度（標高）を検出する。例えば信号処理回路１５ｇは、ＧＰＳモジュール１５ａの出力を利用して飛行位置を検出し、気圧センサ１５ｃの出力を利用して高度を検出する。
【０１３３】
ステップＳ１４２において、信号処理回路１５ｇは、等高線からのずれ量が第１所定値以内か否かを判定する。「ずれ量」とは、現在の飛行位置から等高線までの距離を表す。「第１所定値」の一例は１０ｍである。ずれ量が第１所定値以内であれば処理は次のステップＳ１４６に進み、ずれ量が第１所定値以内でなければ処理はステップＳ１４４に進む。
【０１３４】
ステップＳ１４４において、信号処理回路１５ｇは、ずれ量が第１所定値以内になるよう飛行位置を修正する。これにより、無人ヘリコプター１の飛行位置は等高線に近付く。
【０１３５】
次のステップＳ１４６において、信号処理回路１５ｇは、絶対高度のずれ量が第２所定値以内か否かを判定する。「絶対高度のずれ量」とは、現在の飛行位置における絶対高度と、予め設定された絶対高度との差を表す。なお、現在の飛行位置における絶対高度は、現在の飛行位置における標高と設定された飛行経路の等高線の標高との差である。「第２所定値」の一例は１０ｍである。
【０１３６】
絶対高度のずれ量が第２所定値以内であれば処理はステップＳ１６（図１５）に進む。ずれ量が所定値以内でなければ処理はステップＳ１４８に進む。
【０１３７】
ステップＳ１４８において、信号処理回路１５ｇは、絶対高度のずれ量が第２所定値以内になるよう、現在の絶対高度を修正する。
【０１３８】
本実施形態では、無人ヘリコプター１は等高線に沿って飛行する。等高線に沿って飛行することで、地表面および／または樹冠の表層までの距離の変動を抑えることができる。地表面および／または樹冠の表層までの距離を一定に保つために、無人ヘリコプター１を頻繁に上昇および下降させる必要はないため、エネルギ消費量を低減させることができ、航続距離を長くすることができる。
【０１３９】
また、斜面５２の森林５４を対象とする森林計測では、斜面５２の反対側の点群データは不要となる。このため、斜面５２の反対側の点群データについては記憶装置に記憶しないようにしてもよい。これにより、点群データの解析時のデータ量を減らすことができ、解析速度を向上させることができる。斜面５２の反対側の点群データについては、例えば、無人ヘリコプター１の記憶装置１５ｊに記憶しないようにしてもよいし、タブレットコンピュータ７０のメモリ７２に記憶しないようにしてもよい。また、タブレットコンピュータ７０または他のコンピュータで点群データを解析する際に、斜面５２側の点群データのみを用いるようにしてもよい。これにより、解析速度を向上させることができる。
【０１４０】
絶対高度を一定に維持しながら無人ヘリコプター１を等高線に沿って飛行させることの利点の一つは、斜面５２上の計測点密度を概ね一定に維持できることにあった。本発明者は、計測点密度を概ね一定に維持するための、さらなる飛行方法を検討した。
【０１４１】
図１７は、飛行中の無人ヘリコプター１によってスキャンされる山５０の斜面５２を示している。説明の便宜のため、森林の記載は省略した。斜面５２上には破線が示されている。破線を構成する各点は、レーザパルスの入射位置を模式的かつ概略的に示している。また図１８は、図１７中の領域Ｓを構成する２辺の関係を説明するための図である。なお、図１７および図１８では領域Ｓを長方形で表現しているが、これはレーザパルスを出射する位相のずれや飛行時の外乱等が存在しない場合の理想的な形状である。領域Ｓは長方形になるとは限らない。
【０１４２】
ＬｉＤＡＲセンサ２０が１回転するのに要する時間をΔｔとする。ある時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの間に、ＬｉＤＡＲセンサ２０は、概ね、無人ヘリコプター１の飛行方向に垂直な平面内でレーザパルスを放射状に出射する。各レーザパルスは上述した平面と斜面５２とが交わる位置に次々と入射する。
【０１４３】
一方、無人ヘリコプター１は飛行しているため、ＬｉＤＡＲセンサ２０が１回転する期間Δｔの間に無人ヘリコプター１の位置が変化する。位置が変化した後の時刻ｔ＋Δｔから次の時刻ｔ＋２Δｔの間に、再びＬｉＤＡＲセンサ２０が１回転してレーザパルスを放射状に出射する。その結果、これらのレーザパルスは、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの間に斜面５２に入射したレーザパルスの入射位置からは進行方向にわずかにずれた位置に入射する。無人ヘリコプター１が飛行を継続することにより、斜面５２上に入射したレーザパルスはメッシュ状またはグリッド状に分布することになる。なお、レーザパルスが入射した位置（入射点）は、レーザパルスの反射位置（反射点）である。
【０１４４】
部分拡大図に示す領域Ｓは、時刻ｔから時刻ｔ＋２Δｔの間に斜面５２に入射した４つの隣接するレーザパルスの入射点ａｋ、ａｋ＋１、ｂｋ、ｂｋ＋１によって囲まれる領域である。入射点ａｋおよびａｋ＋１は、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔの間に出射されたレーザパルス群のうちの互いに隣接する２個のレーザパルスの入射点を示している。ＬｉＤＡＲセンサ２０は、これら２個のレーザパルスを、所定角度ピッチαだけ開けて出射する（図１８）。入射点ｂｋおよびｂｋ＋１は、時刻ｔ＋Δｔから時刻ｔ＋２Δｔの間に出射されたレーザパルス群のうちの互いに隣接する２個のレーザパルスの入射点を示している。
【０１４５】
入射点ａｋおよび入射点ｂｋは、ＬｉＤＡＲセンサ２０からみて同じ角度方向に、時間間隔Δｔを開けて出射された２つのレーザパルスのそれぞれの入射点である。入射点ａｋ＋１と入射点ｂｋ＋１との関係も同じである。
【０１４６】
上述の説明は、ある時刻においてＬｉＤＡＲセンサ２０から出射されるレーザパルスの個数が１つであることを想定している。しかしながら、図２に示すように、Ｎ個の出射口を有し、各出射口から同時にＮ個のレーザパルス２２を出射可能なＬｉＤＡＲセンサ２０も存在する。そのような場合でも、各出射口から出射されるレーザパルスについて上述の説明が適用可能である。
【０１４７】
図１８を参照する。入射点ａｋとａｋ＋１との距離（または入射点ｂｋとｂｋ＋１との距離）をＺｄとおき、入射点ａｋとｂｋとの距離（または入射点ａｋ＋１とｂｋ＋１との距離）をＹｄとおく。領域Ｓが長方形にならない場合を踏まえると、距離Ｚｄは、入射点ａｋとａｋ＋１とをＹ方向に垂直なＸＺ平面に投影した場合のＸＺ平面上での距離を意味する。また距離Ｙｄは、Ｙ方向に沿った入射点ａｋとｂｋとの距離または入射点ａｋとｂｋとをＸ方向に垂直なＹＺ平面に投影した場合のＹＺ平面上での距離を意味する。
【０１４８】
無人ヘリコプター１の飛行速度をＶ（ｍ／ｓ）、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルスの個数をＮ、同じ角度方向に出射されるレーザパルスの周波数をｆ（Ｈｚ）、所定角度ピッチをα（ｒａｄ）、ＬｉＤＡＲセンサ２０から入射点ａｋまでの距離をＬ（ｍ）とする。「同じ角度方向に出射されるレーザパルス」は、例えば、上述の入射点ａｋと入射点ｂｋとに入射する２個のレーザパルスを表している。以下ではこれらの値を「パラメータ」と呼ぶことがある。
【０１４９】
上述のようなパラメータを利用すると、間隔ＹｄはＶ／ｆと表すことができる。間隔Ｙｄの間にはＮ個の入射点が存在する。隣接する２つの入射点の間の距離をｙｄとおくと、ｙｄはＶ／（ｆ・Ｎ）と表すことができる。また間隔Ｚｄはα・Ｌと近似される。
【０１５０】
本発明者は、間隔Ｚｄと間隔ｙｄとを等しくすると、ＬｉＤＡＲセンサ２０のスキャン方向に関する計測点密度と、無人ヘリコプター１の飛行方向に関する計測点密度とを一定に維持できると判断した。ただし、間隔Ｚｄおよびｙｄを厳密に等しくする必要はない。そこで本発明者は、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人ヘリコプター１を飛行させながらＬｉＤＡＲセンサ２０を用いて斜面５２の森林を対象とする森林計測を行うこととした。ここでいう「Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値」は、比で表すこともできるし、差で表すこともできる。図１を参照しながら説明したように、「所定の範囲」の一例は、「相対値」が比で表される場合には０．９から１．１の範囲であり、より広い０．８から１．２の範囲であってもよいし、さらに広い０．５−２．０程度の範囲であってもよい。このとき、計測点群は概ね正方形のメッシュ状またはグリッド状に分布する。これにより、概ね均等な計測点密度を確保することができる。
【０１５１】
上述のパラメータＶ、Ｎ、ｆ、α、Ｌはいずれも可変値であり得る。例えば無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖは明らかに可変値である。またパラメータＮ、ｆおよびαは、ＬｉＤＡＲセンサ２０の仕様によって、および／または、オペレータが設定することによって変化させ得る。距離Ｌは、所望の計測点密度を確保したい位置または方向の地表面までの距離として任意に設定し得る。無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖは無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇが自律的に調整し得る。一方、パラメータＮ、ｆ、αおよびＬは、オペレータが上述の森林計測システム１００（図１１Ａおよび図１１Ｂ）のタブレットコンピュータ７０または基地局操縦装置８０を操作することによって予め設定または指定され得る。パラメータＮ、ｆ、αおよびＬは、無人ヘリコプター１の記憶装置１５ｊに記憶され得る。なお、パラメータＬを無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇが自律的に調整してもよい。必要なパラメータを受け付け、当該パラメータに従って無人ヘリコプター１に飛行速度等を調整させながら森林計測を行わせることも、森林計測システム１００の範疇である。
【０１５２】
Ｖ／（ｆ・Ｎ）およびα・Ｌの値が小さいほど、計測点密度を高めることが可能である。そのため、例えば所定角度ピッチαが可変の場合にはその取り得る最小値に固定することが考えられる。このとき、飛行に支障のない範囲で飛行速度Ｖも低下させ、および／または、周波数ｆおよび／または個数Ｎを大きくすればよい。
【０１５３】
ＬｉＤＡＲセンサ２０が機械回転式の場合、単位時間当たりのパルスの出射回数をＭ、および単位時間当たりの回転数をＲとするとき、所定角度ピッチαはα（ｒａｄ）＝２・π・Ｒ・Ｎ／Ｍによって求められる。よって上述したパラメータαを以下のように置き換えてもよい。すなわち、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対する（２・π・Ｒ・Ｎ／Ｍ）・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人ヘリコプター１を飛行させ森林計測を行わせてもよい。
【０１５４】
図１９は、パラメータを変更することにより、計測点密度を均一化するための処理の手順を示すフローチャートである。図１９に示す手順は、無人ヘリコプター１が森林計測を行う空域に到着した後、無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇ（図４）の制御により実行される。
【０１５５】
ステップＳ２０において、信号処理回路１５ｇはＬｉＤＡＲセンサ２０を用いた森林計測を開始する。
【０１５６】
ステップＳ２２において、信号処理回路１５ｇは、現在の無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖ、および、所望の計測点密度を確保したい位置までの距離Ｌを検出する。例えば信号処理回路１５ｇは、ＧＰＳモジュール１５ａの出力を利用して、単位時間当たりの移動量を求めて飛行速度Ｖを取得してもよい。または、信号処理回路１５ｇは、加速度センサ１５ｂの出力を利用して、飛行方向の加速度を時間積分することによって飛行速度Ｖを取得してもよい。さらに信号処理回路１５ｇは、ＬｉＤＡＲセンサ２０の出力から、所望の計測点密度を確保したい位置までの距離Ｌを取得する。
【０１５７】
ステップＳ２４において、信号処理回路１５ｇは、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値（以下「相対値」と略記する。）は所定の範囲内か否かを判定する。「所定の範囲」は飛行前にオペレータによって設定され得る。信号処理回路１５ｇは、オペレータによって設定されたパラメータｆ，Ｎ，αの各値をＲＡＭ１５ｉ等に保持しておいてもよいし、ＬｉＤＡＲセンサ２０からリアルタイムでパラメータｆ，Ｎ，αを取得してもよい。相対値が所定の範囲内であれば処理はステップＳ２８に進み、相対値が所定の範囲内でなければ処理はステップＳ２６に進む。
【０１５８】
ステップＳ２６において、信号処理回路１５ｇは、Ｖ、ｆ、Ｎ、α、Ｌの少なくとも一つを調整する。例えば、飛行中はパラメータｆ、Ｎ、α、Ｌが固定されている場合には、信号処理回路１５ｇは無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖを調整する。
【０１５９】
ステップＳ２８において、信号処理回路１５ｇは行うべき森林計測が終了したか否かを判定する。森林計測が終了するまで、信号処理回路１５ｇはステップＳ２２以降の処理を繰り返し実行する。
【０１６０】
図２０は、図１９に示す処理の具体例を示すフローチャートである。図２０では、図１９のステップＳ２４およびＳ２６をより具体的にしたステップＳ３０、Ｓ３２、Ｓ３４およびＳ３６が設けられている。以下、ステップＳ３０〜３６を説明する。
【０１６１】
ステップＳ３０において、信号処理回路１５ｇは、相対値が下限値Ｑｍｉｎ以上であるか否かを判定する。相対値が下限値Ｑｍｉｎ未満であれば処理はステップＳ３２に進み、相対値が下限値Ｑｍｉｎ以上であれば処理はステップＳ３４に進む。
【０１６２】
ステップＳ３２において、信号処理回路１５ｇは、無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖを減少させる、および／または、距離Ｌを増加させる。その後処理はステップＳ３０に戻る。
【０１６３】
ステップＳ３４において、信号処理回路１５ｇは、相対値が上限値Ｑｍａｘ未満であるか否かを判定する。相対値が下限値Ｑｍｉｎ未満であれば処理はステップＳ２８に進み、相対値が上限値Ｑｍａｘ以上であれば処理はステップＳ３６に進む。
【０１６４】
ステップＳ３６において、信号処理回路１５ｇは、無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖを増加させる、および／または、距離Ｌを減少させる。その後処理はステップＳ３０に戻る。
【０１６５】
以上の処理によれば、相対値が所定の範囲内に入るようパラメータＶおよび／またはＬを調整することにより、飛行方向およびスキャン方向に関する計測点密度を均一化することができる。
【０１６６】
次に、森林５４などの計測対象物に満遍なくレーザパルス２２を照射させる方法を説明する。
【０１６７】
ＬｉＤＡＲセンサ２０から出射されたレーザパルス２２は計測対象物に照射され、計測対象物の表面にレーザスポットを形成する。ＬｉＤＡＲセンサ２０から出射されたレーザパルス２２は、レーザビームがコリメートされている場合でも、所定の発散角で発散しながら進行する。このため、計測対象物上に形成されるレーザスポットのサイズは、ＬｉＤＡＲセンサ２０と計測対象物との間の距離に比例して大きくなる。ＬｉＤＡＲセンサ２０と計測対象物との間の距離を短くすると、計測対象物上に形成されるレーザスポットのサイズは小さくなる。
【０１６８】
例えば計測対象物を詳細に計測するために、ＬｉＤＡＲセンサ２０と計測対象物との間の距離を短くすると、計測対象物上に形成されるレーザスポットのサイズは小さくなる。レーザスポットのサイズが小さくなると、互いに隣接するレーザスポット同士の間に隙間が生じることになる。森林を計測するときは、樹冠だけでなく、幹および地表にもレーザパルス２２を照射させたい。レーザスポットが葉と葉の隙間を外すことが無いようにするには、森林に対して隙間なくレーザパルス２２を照射させることが望ましい。
【０１６９】
図２１は、飛行中の無人ヘリコプター１を正面から見たときのＬｉＤＡＲセンサ２０から出射される複数のレーザパルス２２を模式的に示す図である。
【０１７０】
図２１は、レーザパルス２２として、レーザパルス２２ａ、２２ｂ、２２ｃを示している。図２１中の実線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ１で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ａを表している。破線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ１で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ｂを表している。一点鎖線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ１で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ｃを表している。
【０１７１】
図２２は、飛行中の無人ヘリコプター１を側面から見たときのＬｉＤＡＲセンサ２０から出射される複数のレーザパルス２２を模式的に示す図である。
【０１７２】
図２２は、レーザパルス２２として、レーザパルス２２ａ、２２ｉ、２２ｐを示している。図２２中の実線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ２で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ａを表している。破線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ２で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ｉを表している。一点鎖線で挟まれたドットパターンで示される領域は、発散角θ２で発散しながら進行する一本のレーザパルス２２ｐを表している。レーザパルス２２の発散角θ１およびθ２はＬｉＤＡＲセンサ２０の仕様により予め決まっており、固定値である。
【０１７３】
図２１および図２２では、本実施形態を分かりやすく説明するために、計測対象物５１が平坦な地表である例を示しているが、計測対象物５１はそれに限定されない。例えば、計測対象物５１は、斜面５２、森林５４、斜面５２の森林５４（斜面林）であってもよい。
【０１７４】
図２３は、レーザパルス２２により計測対象物５１上に形成されるレーザスポットを示す図である。図２３は、レーザパルス２２ａにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ａ、レーザパルス２２ｂにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｂ、レーザパルス２２ｃにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｃを示している。図２３はさらに、レーザパルス２２ｉにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｉ、レーザパルス２２ｐにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｐを示している。本実施形態では、レーザパルス２２の進行方向に垂直な方向の平面に沿ったレーザパルス２２の断面形状は、略矩形である。このため、レーザパルス２２が形成するレーザスポット２４の形状も略矩形となる。
【０１７５】
レーザスポット２４の形状は矩形に限定されないが、レーザスポット２４を面内に隙間なく効率的に並べるには、個々のレーザスポット２４の形状が矩形または概略的に矩形の形状を有していることが、例えば楕円形状を有している場合に比べて、望ましい。レーザスポット２４は、レーザ光源（典型的には半導体レーザ素子のアレイ）の発光領域の形状を調整することにより、任意の形状を有し得る。
【０１７６】
図３を参照しながら上述したように、ＬｉＤＡＲセンサ２０は、レーザパルス２２の出射方向を所定角度ピッチαで変化させながらレーザパルス２２を出射する。図２１を参照して、レーザパルス２２ａは、ＬｉＤＡＲセンサ２０のある１つの出射口から出射されたレーザパルスである。レーザパルス２２ｂは、レーザパルス２２ａが出射されたタイミングからＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけ回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスである。レーザパルス２２ｃは、ＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけさらに回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスである。
【０１７７】
レーザパルス２２ａ、２２ｂ、２２ｃのそれぞれは、ＬｉＤＡＲセンサ２０の回転軸２０ａ（図２１、図２２）に垂直な方向において発散角θ１で発散する。本実施形態では、ＬｉＤＡＲセンサ２０の所定角度ピッチαを発散角θ１よりも小さくなるように調整する。これにより、図２１に示すように、ＬｉＤＡＲセンサ２０の回転軸２０ａに垂直な平面（ＺＸ平面）において、レーザパルス２２ａとレーザパルス２２ｂとをオーバーラップさせることができる。また、レーザパルス２２ｂとレーザパルス２２ｃとをオーバーラップさせることができる。すなわち、レーザパルス２２ａにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ａ（図２３）と、レーザパルス２２ｂにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｂとをオーバーラップさせることができるとともに、レーザスポット２４ｂとレーザパルス２２ｃにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｃとをオーバーラップさせることができる。図２３では、角度ピッチαと発散角θ１との関係をレーザスポット上に仮想的に示している。
【０１７８】
次に、無人ヘリコプター１の機体進行方向（飛行方向）において、レーザスポット同士をオーバーラップさせる方法を説明する。図２２を参照して、レーザパルス２２ａは、ＬｉＤＡＲセンサ２０のある１つの出射口から出射されたレーザパルスである。レーザパルス２２ｉは、レーザパルス２２ａが出射されたタイミングからＬｉＤＡＲセンサ２０が１回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスである。レーザパルス２２ｐは、ＬｉＤＡＲセンサ２０がさらにもう１回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスである。
【０１７９】
レーザパルス２２ａは、機体進行方向２０１およびレーザパルス２２ａの出射方向の両方に平行な平面において発散角θ２で発散する。レーザパルス２２ｉは、機体進行方向２０１およびレーザパルス２２ｉの出射方向の両方に平行な平面において発散角θ２で発散する。レーザパルス２２ｐは、機体進行方向２０１およびレーザパルス２２ｐの出射方向の両方に平行な平面において発散角θ２で発散する。発散角θ２で発散するレーザパルス２２ａ、２２ｉ、２２ｐのそれぞれは、計測対象物５１にレーザスポットを形成する。図２２に示す例では、各レーザスポットにおける機体進行方向２０１に平行な方向の長さをＫで表している。また、ＬｉＤＡＲセンサ２０が１回転する間に無人ヘリコプター１が飛行する飛行距離をＪで表している。
【０１８０】
レーザスポットの長さＫは、ＬｉＤＡＲセンサ２０と計測対象物５１との間の距離Ｌに比例するため、距離Ｌが分かればレーザスポットの長さＫを把握することができる。距離Ｌは、例えば絶対高度Ｈである。上述したように、絶対高度Ｈは、気圧センサ１５ｃ、ＬｉＤＡＲセンサ２０、電波高度計等を用いて検出され得る。また、上述したように、絶対高度Ｈは、地表面からの距離であってもよいし、樹冠の表層からの距離であってもよい。
【０１８１】
本実施形態では、無人ヘリコプター１の飛行距離Ｊが、レーザスポット２４の長さＫよりも短くなるように、無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖ、ＬｉＤＡＲセンサ２０の単位時間当たりの回転数Ｒおよび無人ヘリコプター１の高度Ｈのうちの少なくとも一つを調整する。例えば、無人ヘリコプター１の飛行速度Ｖを調整して、飛行距離Ｊが長さＫよりも短くなるようにする。これにより、無人ヘリコプター１の機体進行方向２０１において、レーザパルス２２ａにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ａ（図２３）と、レーザパルス２２ｉにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｉとをオーバーラップさせることができるとともに、レーザスポット２４ｉとレーザパルス２２ｐにより計測対象物５１上に形成されるレーザスポット２４ｐとをオーバーラップさせることができる。
【０１８２】
図２２および図２３を参照して、レーザスポット２４ｊは、レーザパルス２２ｉが出射されたタイミングからＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけ回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスが形成するレーザスポットである。レーザスポット２４ｋは、ＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけさらに回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスが形成するレーザスポットである。レーザスポット２４ｑは、レーザパルス２２ｐが出射されたタイミングからＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけ回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスが形成するレーザスポットである。レーザスポット２４ｒは、ＬｉＤＡＲセンサ２０が角度αだけさらに回転したタイミングで、同じ出射口から出射されたレーザパルスが形成するレーザスポットである。
【０１８３】
本実施形態では、飛行距離Ｊをレーザスポットの長さＫよりも短くするとともに、所定角度ピッチαをレーザパルス２２の発散角θ１よりも小さくする。これにより、図２３に示すように、無人ヘリコプター１の機体進行方向２０１および機体進行方向２０１に垂直な方向の両方において、レーザスポット同士をオーバーラップさせることができる。レーザスポット同士がオーバーラップすることにより、計測対象物５１に満遍なくレーザパルス２２を照射させることができ、計測対象物５１の計測を詳細に行うことができる。
【０１８４】
上述したように、ＬｉＤＡＲセンサ２０は、回転軸２０ａが延びる方向に沿って配置されたＮ個の出射口を有し、最大でＮ個のレーザパルス２２を同時に出射可能である。上記の説明では、レーザスポット２４の長さＫは、１つの出射口から出射された１つのレーザパルスが形成するレーザスポットの長さであったが、２つ以上の出射口から同時に出射された２つ以上のレーザパルスによって形成されるレーザスポットの長さであってもよい。この場合、その同時に出射された２つ以上のレーザパルスのそれぞれが形成するレーザスポットがオーバーラップし、全体として一つのレーザスポットを形成する。長さＫは、その２つ以上のレーザパルスから形成された一つのレーザスポットの長さとなる。この場合も、上記と同様に、無人ヘリコプター１の機体進行方向２０１および機体進行方向２０１に垂直な方向の両方において、レーザスポット同士をオーバーラップさせることができる。
【０１８５】
図２４は、計測対象物５１の一例である森林５４に満遍なくレーザパルス２２を照射させながら行う森林計測の手順を示すフローチャートである。
【０１８６】
ステップＳ４０において、所定角度ピッチαがレーザパルス２２の発散角θ１よりも小さくなるように、所定角度ピッチαを調整する。所定角度ピッチαの調整は、例えばタブレットコンピュータ７０のＣＰＵ７１（図１２）により実行される。
【０１８７】
上述したように、所定角度ピッチαは、α＝２・π・Ｒ／Ｍで表される。発散角θ１は予め分かっている固定値である。ＣＰＵ７１は、単位時間当たりのレーザパルス２２の出射回数ＭおよびＬｉＤＡＲセンサ２０の回転数Ｒのうちの少なくとも一つを変更することより、発散角θ１よりも小さくなるように所定角度ピッチαを調整する。例えば、回転数Ｒを変更することより、所定角度ピッチαを発散角θ１よりも小さくする。なお、飛行前にオペレータが、所定角度ピッチαの値をタブレットコンピュータ７０に入力することにより、所定角度ピッチαを設定してもよい。
【０１８８】
次に、ステップＳ４２において、ＣＰＵ７１は、無人ヘリコプター１の飛行距離Ｊが、レーザスポット２４の長さＫよりも短くなるように、飛行速度Ｖ、回転数Ｒおよび高度Ｈのうちの少なくとも一つを調整する。例えば、飛行速度Ｖを調整して、飛行距離Ｊが長さＫよりも短くなるようにする。回転数Ｒを調整する場合は、α＜θ１の関係が維持できる範囲で調整する。
【０１８９】
例えば、森林計測時にＬｉＤＡＲセンサ２０と森林５４との間の距離Ｌがとる値の範囲を予め設定して計測を行う場合、レーザスポット２４の長さＫがとる値の範囲を予め把握することができる。例えば、飛行前にオペレータがタブレットコンピュータ７０に距離Ｌがとる値の範囲を入力する。ＣＰＵ７１は、距離Ｌがとる値の範囲から、長さＫがとる値の範囲の下限値を演算する。ＣＰＵ７１は、演算した下限値を飛行距離Ｊとの比較に用いる長さＫの値として設定する。なお、飛行前にオペレータが、長さＫの値をタブレットコンピュータ７０に入力することにより、飛行距離Ｊとの比較に用いる長さＫの値を設定してもよい。ＣＰＵ７１は、設定した長さＫよりも飛行距離Ｊが短くなるように、例えば飛行速度Ｖを設定する。
【０１９０】
次に、ステップＳ４４において、森林計測を開始する。森林計測は、図１５および図１６を参照しながら説明した手順、図１９および図２０を参照しながら説明した手順のいずれか、またはそれらの手順の組み合わせにより行われる。
【０１９１】
森林計測中、ＣＰＵ７１は、飛行距離Ｊと長さＫとを比較する（ステップＳ４６）。ＣＰＵ７１は、飛行距離Ｊは長さＫ未満であると判定した場合は、森林計測を継続する（ステップＳ４８）。森林計測が終了するまでステップＳ４６の処理を繰り返す（ステップＳ５２）。
【０１９２】
ステップＳ４６において、飛行距離Ｊは長さＫ以上であると判定した場合、ＣＰＵ７１は、飛行距離Ｊが長さＫよりも短くなるように、飛行速度Ｖ、回転数Ｒおよび高度Ｈのうちの少なくとも一つを調整する（ステップＳ５０）。例えば、飛行速度Ｖを低くする、回転数Ｒを高くする、高度Ｈを高くするのうちの少なくとも一つを行うことにより、飛行距離Ｊが長さＫよりも短くなるように調整する。例えば、飛行速度Ｖを低くすることにより、飛行距離Ｊを長さＫよりも短くする。回転数Ｒを高くする場合は、α＜θ１の関係が維持できる範囲で調整する。高度Ｈを高くする場合は、距離Ｌが予め設定された範囲内を維持できるように調整する。調整後は、ステップＳ４６の処理を再び実行する。
【０１９３】
上記の処理を実行することにより、森林５４に満遍なくレーザパルス２２を照射させながら森林計測を行うことができる。
【０１９４】
なお、森林計測中に、ＬｉＤＡＲセンサ２０と森林５４との間の距離Ｌを測定し、測定した距離Ｌから長さＫを演算してもよい。例えば、距離Ｌは、レーザパルス２２の出射時刻とレーザパルス２２の反射パルスを取得した時刻との差から演算することができる。長さＫは距離Ｌに比例するため、距離Ｌから長さＫを演算することができる。
【０１９５】
上記の説明では、ステップＳ４０、Ｓ４２、Ｓ４６およびＳ５０の処理はＣＰＵ７１が実行するとしたが、無人ヘリコプター１の信号処理回路１５ｇ（図４）が実行してもよい。また、これらの処理は、ＣＰＵ７１と信号処理回路１５ｇとが分担して行ってもよい。
【０１９６】
本実施形態によれば、無人ヘリコプター１が従来の航空機よりも低い高度を飛ぶことにより、レーザスポットの面内個数密度を高めるとともに、レーザスポット中心間隔を縮小することができる。
【０１９７】
低い高度の飛行に伴い飛行速度を低下させた場合、バッテリから供給される電力で電動モータを動作させるマルチコプターでは、航続距離が短いため、計測対象エリアが狭くなってしまう。一方、内燃機関により飛行する無人ヘリコプターは、航続距離が長いため、飛行速度を低下させても、十分な計測対象エリアを確保することができる。
【０１９８】
なお、本明細書では、ＬｉＤＡＲセンサを搭載した無人航空機を例示して説明した。機械回転方式、ＭＥＭＳ方式、フェーズドアレイ方式のＬｉＤＡＲセンサを例示したが、フラッシュＬｉＤＡＲセンサを用いてもよい。フラッシュＬｉＤＡＲセンサには回転軸または揺動軸は存在しないが、斜面の森林を対象とする森林計測を行い得るような位置および角度で無人ヘリコプター１に取り付けられればよい。
【０１９９】
ＬｉＤＡＲセンサおよびミリ波等のレーダ測距装置、アンテナおよび撮像装置（カメラ）は「観測器」と呼び得る。上述の実施形態では、観測器としてＬｉＤＡＲセンサを例示して説明したが、他の観測器を無人航空機に搭載してもよい。この場合、観測器を用いて観測する山、森林、斜面、平坦地等が「観測対象エリア」である。例えば、無人航空機にカメラを搭載する場合、上述の実施形態で例示した飛行方法は、斜面の遭難者の捜索に好適である。撮影時にカメラが取得する光は、ＬｉＤＡＲセンサが取得する、反射点からの反射パルスに対応する。無人航空機を上述の飛行方法で飛行させると、斜面からの距離を概ね維持しながら斜面の遭難者を含む映像をカメラで撮影できる。よって遭難者を緻密に捜索できる。なお、カメラはＬｉＤＡＲのようにレーザパルスを出射しないため、カメラには回転軸または揺動軸は存在しない。カメラの視野が少なくとも森林の斜面を含むよう、カメラを無人航空機に搭載すればよい。
【０２００】
さらに、観測器とは異なる機器を無人航空機に搭載してもよい。そのような機器の一例は、薬剤の散布装置である。無人航空機は、除草剤、殺虫剤等の薬剤の散布に既に利用されている。森林の管理・利用のために斜面の森林に薬剤を散布することがあり得る。その際、散布対象エリアを決定し、無人航空機を上述の飛行方法で散布対象エリアを飛行させながら散布装置で薬剤を斜面に散布する。すると、斜面からの距離を概ね維持しながら、概ね均一な密度で薬剤を散布できる。なお、散布装置もＬｉＤＡＲのようにレーザパルスを出射しないため、散布装置には回転軸または揺動軸は存在しない。散布装置が薬剤を散布する範囲が少なくとも森林の斜面を含むよう、散布装置を無人航空機に搭載すればよい。
【０２０１】
上述の実施形態の説明では、森林計測の対象は主に斜面５２の森林５４であったが、森林計測の対象はそれに限定されない。森林計測の対象は平坦地の森林であってもよい。
【０２０２】
以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。
【０２０３】
上述したように、本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０を搭載した無人航空機１を飛行させて斜面の森林５４を対象とする森林計測を行う方法であって、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、（ｉ）無人航空機１を第１等高線６０ａに沿って所定の絶対高度で飛行させながら、森林５４をライダーセンサ２０でスキャンさせること、および（ｉｉ）無人航空機１を第１等高線６０ａとは異なる第２等高線６０ｂに沿って所定の絶対高度で飛行させながら、ライダーセンサ２０で森林５４を再度スキャンさせることを実行する。
【０２０４】
ある実施形態において、上記方法は、工程（ｉ）および（ｉｉ）の前に、第１等高線６０ａ、第２等高線６０ｂおよび所定の絶対高度を予め指定することをさらに包含してもよい。
【０２０５】
ある実施形態において、上記方法は、森林５４の端部においては、無人航空機１を端部から所定距離離れた位置の上空を飛行させながら、ライダーセンサ２０で端部をスキャンさせることをさらに包含してもよい。
【０２０６】
ある実施形態において、ライダーセンサ２０は森林５４の各樹木の樹冠および幹をスキャンしてもよい。
【０２０７】
ある実施形態において、工程（ｉ）および（ｉｉ）は、水平方向に出射されたレーザパルス２２を用いてライダーセンサ２０に森林５４をスキャンさせることを含んでもよい。
【０２０８】
ある実施形態において、工程（ｉ）および（ｉｉ）は、斜め方向に出射されたレーザパルス２２を用いてライダーセンサ２０に森林５４をスキャンさせることを含んでもよい。
【０２０９】
ある実施形態において、無人航空機１は無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターであってもよい。
【０２１０】
本発明のある実施形態に係る方法は、観測器２０を備える無人航空機１の飛行経路を決定する方法であって、観測器２０による観測対象エリアを特定すること、観測対象エリアが斜面を含む場合、観測対象エリア内の等高線データを参照し、無人航空機１が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、および複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、を実行する。
【０２１１】
ある実施形態において、複数の経路セグメントを決定することは、選択された１または複数の等高線上に複数の通過点を設定すること、および、絶対高度を指定することを包含してもよい。
【０２１２】
ある実施形態において、観測対象エリアは斜面の森林５４を含んでもよい。
【０２１３】
ある実施形態において、観測器２０はライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０であってもよい。
【０２１４】
ある実施形態において、飛行経路を決定することは、森林５４の端部において、端部から所定距離離れた位置の上空を通過する飛行経路を決定することを含んでもよい。
【０２１５】
ある実施形態において、観測器２０は赤外線カメラであってもよい。
【０２１６】
本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０を搭載した無人航空機１を飛行させて斜面の森林５４を対象とする森林計測を行う方法であって、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、（ｉ）無人航空機１を所定の絶対高度および所定の第１真高度で飛行させながら、森林５４をライダーセンサ２０でスキャンさせること、および（ｉｉ）無人航空機１を所定の絶対高度および、所定の第１真高度とは異なる所定の第２真高度で飛行させながら、森林５４をライダーセンサ２０で森林５４を再度スキャンさせることを実行する。
【０２１７】
本発明のある実施形態に係る森林計測システム１００は、無人航空機１とコンピュータ装置７０とを有し、無人航空機１を飛行させて斜面の森林５４を対象とする森林計測を行うための森林計測システム１００であって、無人航空機１は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０と、第１信号処理回路１５ｇと、第１記憶装置１５ｊと、第１通信回路１５ｆとを有し、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、コンピュータ装置７０は、表示装置７５と、入力装置７６と、第２信号処理回路７１と、等高線に関する情報を記憶した第２記憶装置７２と、第２通信回路７３とを有し、第２信号処理回路７１は、等高線に関する情報を第２記憶装置７２から取得し、入力装置７６を介して第１等高線６０ａ、第２等高線６０ｂおよび絶対高度の指定を受け付け、指定された第１等高線６０ａ、第２等高線６０ｂおよび絶対高度のデータを、第２通信回路７３を介して無人航空機１に送信し、第１信号処理回路１５ｇは、第１通信回路１５ｆを介して、第１等高線６０ａ、第２等高線６０ｂおよび絶対高度のデータを受信し、受信した第１等高線６０ａ、第２等高線６０ｂおよび絶対高度のデータを第１記憶装置１５ｊに格納し、無人航空機１を第１等高線６０ａに沿って絶対高度で飛行させながら、森林５４をライダーセンサ２０でスキャンさせ、無人航空機１を第２等高線６０ｂに沿って絶対高度で飛行させながら、ライダーセンサ２０で森林５４を再度スキャンさせる。
【０２１８】
本発明のある実施形態に係る撮影方法は、撮像装置２０を備える無人航空機１を用いて観測対象を撮影する方法であって、観測対象エリアを特定すること、観測対象エリアが斜面を含む場合、観測対象エリア内の等高線データを参照し、無人航空機１が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、決定された飛行経路に沿って無人航空機１を飛行させながら撮像装置２０で撮影することを実行する。
【０２１９】
本発明のある実施形態に係る散布方法は、薬剤の散布装置２０を備える無人航空機１を用いて薬剤を散布する方法であって、散布装置２０による散布対象エリアを特定すること、散布対象エリアが斜面を含む場合、散布対象エリア内の等高線データを参照し、無人航空機１が等高線のいずれかに沿って所定の絶対高度で飛行する複数の経路セグメントを決定すること、複数の経路セグメントを含む飛行経路を決定すること、決定された飛行経路に沿って無人航空機１を飛行させながら薬剤を散布することを実行する。
【０２２０】
本発明のある実施形態に係るコンピュータプログラムは、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０を搭載した無人航空機１を飛行させて行う斜面の森林５４を対象とする森林計測の制御をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、コンピュータプログラムは、（ｉ）無人航空機１を第１等高線６０ａに沿って所定の絶対高度で飛行させながら、森林５４をライダーセンサ２０でスキャンさせること、および（ｉｉ）無人航空機１を第１等高線６０ａとは異なる第２等高線６０ｂに沿って所定の絶対高度で飛行させながら、ライダーセンサ２０で森林５４を再度スキャンさせることの制御をコンピュータに実行させる。
【０２２１】
本発明のある実施形態に係る方法は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０を搭載した無人航空機１を飛行させて森林５４を対象とする森林計測を行う方法であって、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、ライダーセンサ２０を用いて、レーザパルス２２の出射方向を所定角度ピッチで変化させながら出射して周囲の空間を計測すること、森林５４までの距離をＬ、無人航空機１の飛行速度をＶ、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルス２２の個数をＮ、同じ角度方向に出射されるレーザパルス２２の周波数をｆ、所定角度ピッチをαとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人航空機１を飛行させながらライダーセンサ２０を用いて森林５４を対象とする森林計測を行うことを実行する。
【０２２２】
ある実施形態において、所定角度ピッチαは固定値であってもよい。
【０２２３】
ある実施形態において、所定角度ピッチαは設定可能な最小値に固定されていてもよい。
【０２２４】
ある実施形態において、ライダーセンサ２０は機械回転方式であり、レーザパルス２２を出射する１つの出射口における単位時間当たりのレーザパルス２２の出射回数をＭ、および単位時間当たりの回転数をＲとするとき、所定角度ピッチαはα（ｒａｄ）＝２・π・Ｒ／Ｍによって求められ、森林計測を行うことは、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対する（２・π・Ｒ／Ｍ）・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人航空機１を飛行させることを包含してもよい。
【０２２５】
ある実施形態において、単位時間当たりの出射回数Ｍ、および単位時間当たりの回転数Ｒは可変値であってもよい。
【０２２６】
ある実施形態において、単位時間当たりの出射回数Ｍ、および単位時間当たりの回転数Ｒは固定値であってもよい。
【０２２７】
ある実施形態において、ライダーセンサ２０は機械回転方式であり、所定角度ピッチαは、レーザパルス２２の回転軸２０ａに垂直な方向の発散角θ１よりも小さく、上記方法は、ライダーセンサ２０が１回転する間に無人航空機１が飛行する飛行距離Ｊが、森林５４に形成されるレーザスポット２４における機体進行方向に平行な方向の長さＫよりも短くなるように、無人航空機１の飛行速度Ｖ、ライダーセンサ２０の単位時間当たりの回転数Ｒおよび無人航空機１の高度Ｈのうちの少なくとも一つを調整することを包含してもよい。
【０２２８】
ある実施形態において、上記方法は、レーザパルス２２を出射する１つの出射口における単位時間当たりのパルスの出射回数Ｍおよび回転数Ｒのうちの少なくとも一つを変更することより、発散角θ１よりも小さくなるように所定角度ピッチαを調整することを包含してもよい。
【０２２９】
ある実施形態において、無人航空機１は無人ヘリコプターまたは無人マルチコプターであってもよい。
【０２３０】
ある実施形態において、森林５４は、斜面の森林であってもよい。
【０２３１】
本発明のある実施形態に係る森林計測システム１００は、無人航空機１とコンピュータ装置７０とを有し、無人航空機１を飛行させて森林５４を対象とする森林計測を行うための森林計測システム１００であって、無人航空機１は、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０と、第１信号処理回路１５ｇと、記憶装置１５ｊと、第１通信回路１５ｆとを有し、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、コンピュータ装置７０は、表示装置７５と、入力装置７６と、第２信号処理回路７１と、第２通信回路７３とを有し、第２信号処理回路７１は、入力装置７６を介して、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルス２２の個数Ｎ、同じ角度方向に出射されるレーザパルス２２の周波数ｆ、および所定角度ピッチαの指定を受け付け、指定された個数Ｎ、周波数ｆおよび所定角度ピッチαのデータを、第２通信回路７３を介して無人航空機１に送信し、第１信号処理回路１５ｇは、第１通信回路１５ｆを介して、個数Ｎ、周波数ｆおよび所定角度ピッチαのデータを受信し、受信した個数Ｎ、周波数ｆおよび所定角度ピッチαのデータを記憶装置１５ｊに格納し、森林５４までの距離をＬ、無人航空機１の飛行速度をＶとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人航空機１を飛行させて、ライダーセンサ２０を用いて森林５４を対象とする森林計測を行う。
【０２３２】
本発明のある実施形態に係るコンピュータプログラムは、ライダー（ＬｉＤＡＲ）センサ２０を搭載した無人航空機１を飛行させて行う森林５４を対象とする森林計測の制御をコンピュータ１５、７０に実行させるコンピュータプログラムであって、ライダーセンサ２０の回転軸２０ａまたは揺動軸２０ａは、機体進行方向を向くよう無人航空機１に搭載されており、コンピュータプログラムは、ライダーセンサ２０を用いて、レーザパルス２２の出射方向を所定角度ピッチで変化させながら出射して周囲の空間を計測すること、森林５４までの距離をＬ、無人航空機１の飛行速度をＶ、同じ角度方向に同時に出射されるレーザパルス２２の個数をＮ、同じ角度方向に出射されるレーザパルス２２の周波数をｆ、所定角度ピッチをαとするとき、Ｖ／（ｆ・Ｎ）に対するα・Ｌの相対値が所定の範囲内に収まるように、無人航空機１を飛行させながらライダーセンサ２０を用いて森林５４を対象とする森林計測を行うことの制御をコンピュータ１５、７０に実行させる。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
本発明の技術は、森林、特に斜面の森林、を対象とする森林計測、遭難者捜索、薬剤の散布等を行う際に好適に利用され得る。
【符号の説明】
【０２３４】
１：無人ヘリコプター、４：機体、１５：飛行制御ボックス、１５ａ：ＧＰＳモジュール、１５ｂ：加速度センサ、１５ｃ：気圧センサ、１５ｄ：地磁気センサ、１５ｅ：超音波センサ、１５ｆ：通信回路、１５ｇ：信号処理回路、１５ｈ：ＲＯＭ、１５ｉ：ＲＡＭ、１５ｊ：記憶装置、１５ｋ：内部バス、２０：ＬｉＤＡＲセンサ、２２：レーザパルス、５０：山、５２：斜面、５４：森林（斜面林）、６０：飛行経路、６０ａ：第１等高線（経路セグメント）、６０ｂ：第２等高線（経路セグメント）、６０ｃ：経路セグメント、７０：タブレットコンピュータ、７１：ＣＰＵ、７２：メモリ、７３：通信回路、７４：画像処理回路、７５：ディスプレイ、７６：タッチスクリーンパネル、７７：通信バス、８０：基地局操縦装置、９０：等高線データ、１００：森林計測システム
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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