特許 6493988 移動体を用いたレーザ測量における誤差補正装置および誤差補正プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6493988

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】移動体を用いたレーザ測量における誤差補正装置および誤差補正プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20190325BHJP

   G01C 7/04 20060101ALI20190325BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103Z

   G01C7/04

   G01C15/00 103A

   G01B11/24 A

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-217036(P2016-217036)

(22)【出願日】2016年11月7日

(65)【公開番号】特開2018-77051(P2018-77051A)

(43)【公開日】2018年5月17日

【審査請求日】2017年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】513005280

【氏名又は名称】株式会社ａｍｕｓｅ ｏｎｅｓｅｌｆ

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冨井 隆春

【審査官】 河内 悠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１７５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６３３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４５１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００３４４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １／００− １／１４

５／００−１５／１４

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

１７／００−１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、
前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、
誤差補正における補正値を入力するための入力部と、
前記記憶部に記憶された計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、第１経路移動時の計測領域内の断面モデルと第２経路移動時の計測領域内の断面モデルとを演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを重畳して表示する表示部とを有しており、
前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルは、計測領域の中の同一の断面位置に対応する断面モデルであり、
前記演算部は、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記第１経路移動時の断面モデルと前記第２経路移動時の断面モデルとを再演算し、前記表示部に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを更新することを特徴とする誤差補正装置。

【請求項2】

レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、
前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、
誤差補正における補正値を入力するための入力部と、
前記記憶部に記憶された計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記測量対象領域内の断面モデルを演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記断面モデルと、複数箇所の実測点とを重畳して表示する表示部とを有しており、
前記演算部は、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記断面モデルを再演算し、前記表示部に表示される前記断面モデルを更新することを特徴とする誤差補正装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の誤差補正装置であって、
前記演算部は、前記移動体の移動によって得られるオリジナルファイルの計測データから一部の計測データを抜き出して中間ファイルとし、前記中間ファイルの計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記断面モデルを演算することを特徴とする誤差補正装置。

【請求項4】

コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、
前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、を備えており、
前記コンピュータに、
前記記憶部に記憶された計測データと、前記入力部により入力された補正値とに基づいて、計測領域の中の同一の断面位置に対応する第１経路移動時の計測領域内の断面モデルと第２経路移動時の計測領域内の断面モデルとを演算する機能と、
演算された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを表示部に重畳して表示させる機能と、
前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記第１経路移動時の断面モデルと前記第２経路移動時の断面モデルとを再演算し、前記表示部に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを更新する機能と、を実行させることを特徴とする誤差補正プログラム。

【請求項5】

コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、
前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、を備えており、
前記コンピュータに、
前記記憶部に記憶された計測データと、前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記測量対象領域内の断面モデルを演算する機能と、
演算された前記断面モデルと、複数箇所の実測点とを表示部に重畳して表示させる機能と、
前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記断面モデルを再演算し、前記表示部に表示される前記断面モデルを更新する機能と、を実行させることを特徴とする誤差補正プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドローンや車両等の移動体を用いて行うレーザ測量において誤差補正を行う誤差補正装置および誤差補正プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ドローンや車両等の移動体にカメラを搭載して地形や構造物等の測量対象を撮影し、複数箇所からの撮影写真によって測量対象の三次元測量を行う写真測量が従来から知られている。しかしながら、このような写真測量は、地形の測量を行う箇所に樹木や草木等が存在すると、地表面の形状を正しく測定できないといった課題がある。

【0003】

写真測量に代わる三次元測量としてレーザ測量がある。移動体を用いたレーザ測量では、移動体にレーザスキャナを搭載し、該レーザスキャナが発するレーザパルスで測量対象となる地形や構造物を走査しながら多数の測定点において測量対象までの距離を測定する。そして、その測定データと、ＧＮＳＳ（全地球測位システム：Global Navigation Satellite System）計測器およびＩＭＵ（慣性計測装置：Inertial Measurement Unit）から得られる移動体の位置や姿勢とに基づいて測量対象の三次元測量を行う。

【0004】

例えば、飛行体を用いた航空レーザ測量を行う場合、レーザパルスによる測定点は地上において密に存在する。中にはレーザパルス光が樹木や草木等に反射されて地上までの距離を正確に反映しない測定点もあるが、レーザパルス光が樹木や草木をすり抜けて地面に到達する測定点も多数存在する。このため、レーザ測量では、適切なフィルタリング処理を行うことで樹木や草木等の影響を取り除き、地表面の形状のみとした測量結果を得ることが可能となる。

【0005】

レーザ測量において移動体にレーザスキャナを搭載する際には取付誤差が発生する。この取付誤差が生じたままでは正確な測量を行うことができないため、誤差補正が必要となる（非特許文献１）。また、測量を行う前には、調整作業としてアライメントが通常行われるが、このアライメントを行った後にも微小な誤差が残るため、これを補正する微調整としての誤差補正も必要となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】国土地理院、「航空レーザ測量の利用技術に関する研究」、<URL:http://www.gsi.go.jp/common/000022304.pdf>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記誤差補正は、飛行体が有する３軸方向、すなわち、機首が上下に振れる方向（ピッチング）、機首が左右に振れる方向（ヘディングまたはヨーイング）、機体が左右に揺れる方向（ローリング）の全ての傾きについて補正を行う必要がある。しかしながら、この中の１軸に対して誤差補正を行うと、他の２軸に対しても影響が生じる。したがって、３軸に全てについての誤差を許容範囲に収めるには多数回の試行錯誤を必要とする。

【0008】

上記誤差補正は、専門の技術者の勘やノウハウに頼って行われているのが実情であり、一般の使用者がこのような補正を行うことは極めて困難である。非特許文献１には、誤差補正を行うことの必要性が記載されているが、その補正についての具体的な手順は記載されていない。また、専門の技術者が補正を行う場合であっても、その作業には多大な時間や労力が必要とされていた。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、移動体を用いたレーザ測量における誤差補正が容易に行える誤差補正装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明は、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、前記記憶部に記憶された計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、第１経路移動時の計測領域内の断面モデルと第２経路移動時の計測領域内の断面モデルとを演算する演算部と、前記演算部により演算された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを表示する表示部とを有しており、前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルは、計測領域の中の同一の断面位置に対応する断面モデルであり、前記演算部は、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記第１経路移動時の断面モデルと前記第２経路移動時の断面モデルとを再演算し、前記表示部に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを更新することを特徴としている。

【0011】

上記の構成によれば、ユーザが補正値を変更するたびに、第１経路移動時の断面モデルと第２経路移動時の断面モデルとが再演算され、表示部に表示される断面モデルが更新される。この為、ユーザは、表示部に表示される第１経路移動時の断面モデルと第２経路移動時の断面モデルとを一致させるように補正値の入力・変更を行うことで、直感的な誤差補正作業が可能となる。これにより、ユーザに対して熟練した技能を必要とすることなく、ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの３軸の全てについて、誤差をなくす方向に容易に収束させることが可能となる。

【0012】

また、上記の課題を解決するために、本発明は、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された計測データに基づいて、第１経路移動時の計測領域内の断面モデルと第２経路移動時の計測領域内の断面モデルとを演算する演算部と、前記演算部により演算された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを表示する表示部と、前記表示部に表示された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルにおいて、互いに対応する複数箇所の設定点を設定入力するための入力部と、を有しており、前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルは、計測領域の中の同一の断面位置に対応する断面モデルであり、前記演算部は、誤差補正開始前の最初に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルに対して前記設定点が入力されると、前記計測データに対して所定の補正範囲内で所定の補正幅で補正値を順次変更しながら前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを演算し、演算されたすべての断面モデルに対して、前記設定点の間の距離を演算してずれ具合を評価し、最終的にずれが最も小さいと評価された断面モデルにおいて設定されていた補正値を補正決定値として出力することを特徴としている。

【0013】

上記の構成によれば、ユーザは最初に設定点の選択を行うだけで、演算部の自動演算により補正値が決定される。

【0014】

また、本発明の他の誤差補正装置は、上記の課題を解決するために、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、前記記憶部に記憶された計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記測量対象領域内の断面モデルを演算する演算部と、前記演算部により演算された前記断面モデルと、複数箇所の実測点とを表示する表示部とを有しており、前記演算部は、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記断面モデルを再演算し、前記表示部に表示される前記断面モデルを更新することを特徴としている。

【0015】

上記の構成によれば、ユーザが補正値を変更するたびに、測量対象領域の断面モデルが再演算され、表示部に表示される断面モデルが更新される。この為、ユーザは、表示部に表示される断面モデルを、同時に表示される実測点と一致させるように補正値の入力・変更を行うことで、直感的な誤差補正作業が可能となる。これにより、ユーザに対して熟練した技能を必要とすることなく、ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの３軸の全てについて、誤差をなくす方向に容易に収束させることが可能となる。またこの時、高さのオフセット調整も同時に行える。

【0016】

また、本発明の他の誤差補正装置は、上記の課題を解決するために、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行する誤差補正装置であって、前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された計測データに基づいて、前記測量対象領域内の断面モデルを演算する演算部と、前記演算部により演算された前記断面モデルと、複数箇所の実測点とを表示する表示部と、前記表示部に表示された前記断面モデルにおいて、前記実測点に対応する複数箇所の設定点を設定入力するための入力部と、を有しており、前記演算部は、誤差補正開始前の最初に表示される前記断面モデルに対して前記設定点が入力されると、前記計測データに対して所定の補正範囲内で所定の補正幅で補正値を順次変更しながら前記断面モデルを演算し、演算された断面モデルにおける前記設定点と、各設定点に対応する実測点との間の距離を演算してずれ具合を評価し、最終的にずれが最も小さいと評価された断面モデルにおいて設定されていた補正値を補正決定値として出力することを特徴としている。

【0017】

上記の構成によれば、ユーザは最初に設定点の選択を行うだけで、演算部の自動演算により補正値が決定される。またこの時、高さのオフセット調整も同時に行える。

【0018】

また、上記誤差補正装置では、前記演算部は、前記移動体の移動によって得られるオリジナルファイルの計測データから一部の計測データを抜き出して中間ファイルとし、前記中間ファイルの計測データと前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記断面モデルを演算する構成とすることができる。

【0019】

上記の構成によれば、表示部に表示される断面モデルは、オリジナルファイルではなく、一部の計測データを抜き出した中間ファイルから作成されるものとなり、演算部におけるモデル作成の演算を高速に行うことができる。その結果、ユーザによる補正値の入力・変更に対してリアルタイムに断面モデルの表示を行うことができる。これにより、誤差補正に掛かる時間も大幅に短縮することが可能となる。

【0020】

また、本発明の誤差補正プログラムは、コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、を備えており、前記コンピュータに、前記記憶部に記憶された計測データと、前記入力部により入力された補正値とに基づいて、計測領域の中の同一の断面位置に対応する第１経路移動時の計測領域内の断面モデルと第２経路移動時の計測領域内の断面モデルとを演算する機能と、演算された前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを表示部に表示させる機能と、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記第１経路移動時の断面モデルと前記第２経路移動時の断面モデルとを再演算し、前記表示部に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを更新する機能と、を実行させることを特徴としている。

【0021】

また、本発明の他の誤差補正プログラムは、コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で、第１経路と、第２経路とは移動方向が異なる第２経路とで移動させ、この移動によって得られた第１経路移動時の計測データと第２経路移動時の計測データとを記憶する記憶部と、前記第１経路移動時の計測領域内の断面モデルおよび前記第２経路移動時の計測領域内の断面モデルにおいて、互いに対応する複数箇所の設定点を設定入力するための入力部と、を有しており、前記コンピュータに、前記記憶部に記憶された計測データに基づいて、計測領域の中の同一の断面位置に対応する第１経路移動時の断面モデルと第２経路移動時の断面モデルとを演算する機能と、誤差補正開始前の最初に表示される前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルに対して前記設定点が入力されると、前記計測データに対して所定の補正範囲内で所定の補正幅で補正値を順次変更しながら前記第１経路移動時の断面モデルおよび前記第２経路移動時の断面モデルを演算する機能と、演算されたすべての断面モデルに対して、前記設定点の間の距離を演算してずれ具合を評価し、最終的にずれが最も小さいと評価された断面モデルにおいて設定されていた補正値を補正決定値として出力する機能と、を実行させることを特徴としている。

【0022】

また、本発明の他の誤差補正プログラムは、コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、誤差補正における補正値を入力するための入力部と、を備えており、前記コンピュータに、前記記憶部に記憶された計測データと、前記入力部により入力された補正値とに基づいて、前記測量対象領域内の断面モデルを演算する機能と、演算された前記断面モデルと、複数箇所の実測点とを表示部に表示させる機能と、前記入力部により入力される補正値を変更されるたびに、前記断面モデルを再演算し、前記表示部に表示される前記断面モデルを更新する機能と、を実行させることを特徴としている。

【0023】

また、本発明の他の誤差補正プログラムは、コンピュータに、レーザスキャナを搭載した移動体を用いて行うレーザ測量における誤差補正を実行させるための誤差補正プログラムであって、前記コンピュータは、前記移動体を測量対象領域内で移動させ、この移動によって得られた計測データを記憶する記憶部と、前記測量対象領域の断面モデルにおいて複数箇所の実測点と対応する複数箇所の設定点を設定入力するための入力部と、を有しており、前記コンピュータに、前記記憶部に記憶された計測データに基づいて、前記断面モデルを演算する機能と、誤差補正開始前の最初に表示される前記断面モデルに対して前記設定点が入力されると、前記計測データに対して所定の補正範囲内で所定の補正幅で補正値を順次変更しながら前記断面モデルを演算する機能と、演算された断面モデルにおける前記設定点と、各設定点に対応する実測点との間の距離を演算してずれ具合を評価し、最終的にずれが最も小さいと評価された断面モデルにおいて設定されていた補正値を補正決定値として出力する機能と、を実行させることを特徴としている。

【発明の効果】

【0024】

本発明の誤差補正装置および誤差補正プログラムは、ユーザに対して熟練した技能を要求することなく、直感的で簡易な誤差補正を実現できるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】ドローンを用いたレーザ測量システムの概要を示す図である。

【図2】（ａ）〜（ｃ）は、レーザ測量システムにおけるレーザとＩＭＵによって計測される直交３軸との関係を示す図である。

【図3】（ａ）〜（ｃ）は、レーザスキャナとＩＭＵとの間に生じる誤差を示す図である。図である。

【図4】（ａ），（ｂ）は、誤差が生じている場合の、実際の測量対象物と測量結果とのずれを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態を示すものであり、誤差補正装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

【図6】ドローンによって測量される全計測データからなるオリジナルファイルの計測領域と、一部の計測データを抜き出してなる中間ファイルにおける計測領域とを示す図である、

【図7】表示部に表示される往路飛行時の三次元モデルと復路飛行時との三次元モデルとを示す図であり、（ａ）は誤差補正の開始前、（ｂ）は誤差補正完了後の状態を示す。

【図8】ドローンによって測量される全計測データからなるオリジナルファイルの計測領域と、一部の計測データを抜き出してなる中間ファイルにおける計測領域との変形例を示す図である、

【発明を実施するための形態】

【0026】

[実施の形態１]
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0027】

まずは、本発明が適用されるレーザ測量システムについて、図１および図２を参照して説明する。本実施の形態においては、レーザスキャナを搭載する移動体としてドローンを用い、ドローンを用いた航空レーザ測量を行う場合を例示している。このように、無線操縦が可能な小型の飛行体を用いることにより、航空レーザ測量を簡便に行うことが可能となる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、上記移動体は、飛行機やヘリコプター等のドローン以外の飛行体であってもよく、あるいは、車両等の移動体であってもよい。

【0028】

本実施の形態に係る航空レーザ測量システムでは、図１に示すように飛行体であるドローン１０にレーザスキャナ１１を搭載し、レーザスキャナ１１から地上に向けてレーザスポットを照射し、その反射時間を計測して地上までの距離を求める。また、ドローン１０には、ＩＮＳ（慣性航法装置：inertial navigation system）計測器１２も搭載されている。ＩＮＳ計測器１２は、ドローン１０の位置を計測するＧＮＳＳ機能と、ドローン１０の姿勢を計測するＩＭＵ機能とを有している。尚、図１の構成例では、ＩＮＳ計測器１２にてドローン１０の位置および姿勢を計測するものとしているが、ＧＮＳＳ計測器とＩＭＵとを別々に設けてドローン１０の位置および姿勢を計測してもよい。

【0029】

レーザスキャナ１１により得られる測距データは、測定時におけるドローン１１の位置データおよび姿勢データと対応付けられ、これらが計測データとして格納される。尚、レーザスキャナ１１は１秒間に数万〜数十万のレーザパルスを照射可能であるが、ＩＮＳ計測器１２のＧＮＳＳ機能による位置計測は１秒間に数回程度、ＩＮＳ計測器１２のＩＭＵ機能による姿勢計測は１秒間に数百回程度である。このため、レーザスキャナ１１の測距データと対応付けられる位置データおよび姿勢データの殆どは、補間演算によって求められる。

【0030】

また、レーザスキャナ１１は、ドローン１０の姿勢を計測するＩＮＳ計測器１２に対してできるだけ精度よく取り付けることが好ましい。しかしながら、完全に誤差なく取り付けることはほぼ不可能であり、ある程度の取付誤差は発生する。また、取付誤差を補正した後も、使用のたびに調整作業としてのアライメントが必要である。上記アライメントは、例えばドローン１０を所定のルート（例えば８の字状）で飛行させてセルフアライメントで行うことができるが、そのようなセルフアライメントでは完全に誤差を補正することはできず、微小な誤差は残るものであるため、微調整としての誤差補正も随時必要となる。

【0031】

例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＩＮＳ計測器１２によって計測される直交３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の傾きが、ドローン１０が一定の速度で、かつ所定の方角に向かって水平直線飛行を行っている場合にそれぞれ０°となるように設定される。また、この時、ｚ軸は鉛直方向に平行になり、ドローン１０の進行方向がｙ軸に平行になるものとする。

【0032】

一方、レーザスキャナ１１は、所定のスキャン方向に沿って一定のスキャン幅でレーザパルスの走査を行う（図１参照）。この時、レーザスキャナ１１がＩＮＳ計測器１２に対して誤差なく取り付られていると仮定した場合、スキャン幅の中央の光を基準ビームとすると、基準ビームがｚ軸と平行となり、かつスキャンの主走査ラインがｘ軸と平行となるように取り付けられる（副走査方向は進行方向と一致する）。

【0033】

しかしながら実際には、レーザスキャナ１１とＩＮＳ計測器１２との間には取付誤差が生じており、その誤差は、例えばｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りそれぞれの回転角度として表すことができる。ここでは、図３に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りのそれぞれの誤差（回転角度）をφ（ピッチング）、ω（ローリング）、κ（ヘディング）とする。

【0034】

このような誤差を補正しない状態で測量を行った場合、実際の測量対象物と測量結果との間に生じるずれを、図４を参照して説明する。図４では、ドローン１０が土手等の対象物を横切るように測量を行った場合を例示している。φ（ピッチング）方向のずれが生じている場合、測量結果（図４（ａ）に破線で示す）において生じる主なずれは、実際の測量対象物（図４（ａ）に実線で示す）に対してｙ軸方向にずれたものとなる。ω（ローリング）方向のずれが生じている場合、測量結果（図４（ｂ）に破線で示す）において生じる主なずれは、実際の測量対象物（図４（ｂ）に実線で示す）に対してｘｚ平面内で回転するようにずれたものとなる。そして、κ（ヘディング）方向のずれが生じている場合、測量結果（図４（ｃ）に一点鎖線で示す）において生じる主なずれは、実際の測量対象物（図４（ｃ）に実線で示す）に対してｘｙ平面内で回転するようにずれたものとなる。尚、実際の測量結果は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す３種類のずれが合成された形で表れる。

【0035】

上述したようにレーザスキャナ１１とＩＮＳ計測器１２との間に取付誤差が生じており、この取付誤差によるずれを補正しないで測量を行うと、正確な測量結果は得られない。このため、取付誤差によるずれを補正する誤差補正が必要となる。また、上記取付誤差の補正以外に、使用時のアライメントでは補正しきれない微小誤差を補正するための微調整としての誤差補正も必要となる。本発明は、このような誤差補正を行うための誤差補正装置および誤差補正方法に関する。尚、実際の誤差補正は、ドローン１０の製品出荷前に取付誤差の補正がメーカー側によって行われ、その補正値が基本値として入れられ、製品出荷後には使用のたびにユーザによって微小な誤差を補正するための微調整が行われるようにすることが好ましい。本発明の誤差補正装置および誤差補正方法は、この何れの誤差補正にも使用できるものである。

【0036】

図５は、本実施の形態に係る誤差補正装置２０の概略構成を示す機能ブロック図である。誤差補正装置２０は、記憶部２１、演算部２２、入力部２３、表示部２４から構成されている。

【0037】

記憶部２１は、ドローン１０による計測データ（測距データ、位置データ、姿勢データ）を格納するメモリであり、オリジナルファイルと中間ファイルとのそれぞれについて記憶領域を有している。演算部２２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、記憶部２１に格納されている計測データと、入力部２３から入力される補正値とに基づいて測量対象領域の三次元モデルを作成する。入力部２３は、誤差補正における補正値をユーザが入力するための手段である。表示部２４は、演算部２２により作成される測量対象領域の三次元モデルを表示する手段である。

【0038】

誤差補正装置２０を用いた誤差補正を実施する時には、最初にドローン１０による測量対象領域の計測を行う。この計測は、レーザスキャナ１１の誤差補正がされていない状態で行われるものであり、測量対象領域上で同一の飛行経路を往復飛行することによって行われる。そして、この往復飛行によって得られた計測データが記憶部２１にオリジナルファイルとして格納され、その状態で誤差補正装置２０による誤差補正作業が可能となる。尚、オリジナルファイルである計測データでは、往路飛行時の計測データと復路飛行時の計測データとが区別できるようになっている。

【0039】

演算部２２は、オリジナルファイルから一部の計測データを抜き出して最初の中間ファイルを作成する。図６に示すように、中間ファイルにおける計測領域は、副走査方向の一部の領域に対応して得られる。また、上記中間ファイルでも、往路飛行時の計測データと復路飛行時の計測データとが区別できるようになっており、往路飛行時の中間ファイルと復路飛行時の中間ファイルは同一の領域に対応するように抜き出される。

【0040】

中間ファイルとして抜き出す計測領域は、例えば、往路飛行時の計測データに対して何時何分何秒から何時何分何秒までといった時間指定をユーザが行い、指定された計測時間に対応する計測データを中間ファイルとして抜き出すことができる。また、復路飛行時の計測データに対しても同様の方法で中間ファイルを抜き出すことができる。

【0041】

抜き出される往路飛行時および復路飛行時の中間ファイルは、計測時の飛行方向が異なるだけで、同一の地形（計測領域）に対応するものとされる。このため、ユーザが上記時間指定を行う時には、例えば、測量結果（往路飛行時または復路飛行時の計測領域）をグーグルアース（登録商標）等を用いてマップ表示し、そのマップ表示から中間ファイルとして抽出しようとする地形（計測領域）の計測開始位置と計測終了位置との時間抽出を行うようにすればよい。

【0042】

次に、演算部２２は、作成された中間ファイルから往路飛行時の計測領域の一部である断面モデルと復路飛行時の計測領域の一部である断面モデルとを作成し、これらを表示部２４に表示させる。これらの断面モデルは、計測領域の中の同一箇所に対応する断面モデルとされる。図７(ａ)は、誤差補正が行われる前の往路飛行時の断面モデル３１と復路飛行時の断面モデル３２とが表示部２４に表示された状態を示す図である。往路飛行時の断面モデル３１と復路飛行時の断面モデル３２とは、計測領域の中の同一箇所に対応するものであるため、レーザスキャナ１１とＩＮＳ計測器１２との間の取付誤差やその他の微小誤差が無ければこれらは完全に一致する。しかしながら実際には、上記誤差が存在することにより、往路飛行時の断面モデル３１と復路飛行時の断面モデル３２とが一致せず、互いにずれた状態で表示されている。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示す測量結果を往路飛行時の測量結果であると仮定すると、復路飛行時の測量結果は、往路飛行時とずれの方向が逆（ずれ量はほぼ同じ）となる。

【0043】

尚、断面モデル３１，３２の断面位置は、ユーザが任意に指定することができる。例えば、グーグルアース（登録商標）等を用いてマップ表示される測量結果の鳥瞰図等においてユーザが断面位置を指定すれば、その断面位置での断面モデル３１，３２が表示部２４に表示される。

【0044】

本実施の形態における断面モデル作成時の具体的な演算は、例えば、以下のような手順にて行うことができる。まず、中間ファイルとして抜き出された計測領域全体の計測データを用いて、この計測領域の三次元モデルが演算される。そして、この計測領域全体の三次元モデルから、指定された断面位置に対応する断面モデルが作成される。

【0045】

また、表示部２４には、補正値表示ウインドウ３３と補正値増減キー３４とが表示されている。補正値表示ウインドウ３３は、ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの３軸のそれぞれについて、ユーザにより入力された補正値を表示するためのウインドウであり、最初に表示される補正値は０となっている。補正値増減キー３４は、補正値表示ウインドウ３３に表示される補正値を増減させるキーである。ユーザが補正値を入力する場合は、例えばテンキー等を用いて補正値表示ウインドウ３３に補正値を直接入力してもよく、あるいは、カーソル等で補正値増減キー３４をクリックし、補正値を所定量（例えば、０．００１°）ずつ増減させて変更してもよい。

【0046】

ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの何れかにおいて、ユーザが補正値を入力（または変更）すると、その入力結果に応じて演算部２２が往路飛行時および復路飛行時の両方について再演算を行い、この再演算によって作成された断面モデル３１，３２を表示部２４に表示させる。ユーザは、表示部２４に表示される断面モデル３１，３２を確認しながら、断面モデル３１，３２を一致させるように補正値の入力（または変更）を行う。図７(ｂ)は、ユーザの誤差補正作業（補正値の入力）によって、往路飛行時の断面モデル３１と復路飛行時の断面モデル３２とが一致した状態の表示部２４を示す図である。また、この時の補正値表示ウインドウ３３に表示されている補正値が、最終的な誤差補正値として得られる。

【0047】

尚、断面モデルの再演算時の演算も、上述した最初の演算時と同様の手順で行われる。すなわち、中間ファイルとして抜き出された計測領域全体の計測データに対して入力された補正値が反映され、補正値が反映された計測データを用いて、この計測領域の三次元モデルが再演算される。そして、再演算された計測領域全体の三次元モデルから、指定された断面位置に対応する断面モデルが作成される。

【0048】

上述のように、断面モデル３１，３２を一致させるように誤差補正を行った場合、その断面の面内方向に存在する誤差については補正されるが、該断面との直交方向に存在する誤差については補正しきれず誤差が残っている可能性がある。このため、実際の誤差補正では、少なくとも２つの断面（好ましくは互いに直交する２つの断面）に対して上記誤差補正を行うことが好ましい。こうして２つの断面において誤差がなくなれば、計測領域全体で誤差がなくなったものと見なすことができる。無論、３つ以上の断面に対して上記誤差補正を行ってもよい。

【0049】

尚、上述のように、断面モデル３１，３２を一致させるように補正値の入力（または変更）を行う方法は、φ（ピッチング）、ω（ローリング）およびκ（ヘディング）方向のずれを相対的に補正するものとなる。このため、高さ方向のオフセットについては、上記誤差補正を行った後、一致した断面モデル３１，３２が、少なくとも一つの実測点にあっていることを確認するようにするとよい。ここでの実測点とは、測量を行う現場で実際に実測した三次元の座標点であり、絶対的な座標点である。このため、相対的な誤差補正がなされた後の断面モデルをさらに絶対的座標点に合わせ込むことで、絶対的な誤差補正が行える。

【0050】

本実施の形態に係る誤差補正装置２０では、ユーザは、表示部２４に表示される断面モデル３１，３２を一致させるように補正値の入力・変更を行うものであり、直感的な誤差補正作業が可能となる。これにより、熟練した技能を必要とすることなく、ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの３軸の全てについて、誤差をなくす方向に容易に収束させることが可能となる。

【0051】

また、断面モデル３１，３２は、オリジナルファイルから一部の計測データを抜き出してなる中間ファイルから作成されるものであるため、モデル作成の演算を高速に行うことができ、ユーザによる補正値の入力・変更に対してリアルタイムに断面モデル３１，３２の表示を行うことができる。これにより、誤差補正に掛かる時間も大幅に短縮することが可能となる。

【0052】

また、本実施の形態に係る誤差補正装置２０では、誤差補正作業に係る時間および労力を大幅に削減することができる。このため、誤差補正時の変更幅を従来よりも小さくしても対応可能である。例えば、従来であれば、０．１°幅でずれの補正を行っていたものを、本発明では０．００１°幅で補正を行うことも可能となり、補正精度の向上にも寄与する。

【0053】

尚、上記説明では、ドローン１０を往復飛行させ、往路飛行時の計測データと復路飛行時の計測データとに基づいて誤差補正を行う場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、誤差補正に用いる２つの計測データは、同じ場所に対して計測方向（ドローン１０の飛行方向）が異なるものであればよく、往復飛行によって得られる計測データに限定されない。例えば、図８に示すように、ドローン１０を、第１経路と、第１経路に直交する第２経路とで飛行させ、第１経路飛行時の計測データと第２経路飛行時の計測データとに基づいて誤差補正を行うことも可能である。この場合には、第１経路飛行時の計測領域と第２経路飛行時の計測領域との重畳箇所を中間ファイルにおける計測領域とすればよい。

【0054】

また、上記説明では、測定時の飛行経路が異なる２つの測定データを用い、これらの測定データから作成される２つの断面モデル３１，３２を一致させるように補正値の入力（または変更）を行う方法を例示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、測量を行う現場で実際に実測した三次元の座標点（実測点）を演算部２２に読み込ませ、この実測点を用いて誤差補正を行うことも可能である。

【0055】

この場合、誤差補正時におけるドローン１０による測量は、一つの飛行経路に対応するものだけでよく、演算部２２で作成される断面モデルも一つとされる（例えば、上記説明における断面モデル３１）。一方、ドローン１０による測量とは別に、複数の箇所で実測を行い、得られた複数の実測点の三次元座標を演算部２２に読み込ませる。例えば、ユーザが実測点の三次元座標を入力部２３を介して入力すると、その三次元座標が記憶部２１に格納され、演算部２２は記憶部２１から実測点の三次元座標を読み込むことができる。

【0056】

そして、演算部２２は、ドローン１０による測量結果から作成される一つの断面モデル３１と、三次元座標が入力された複数の実測点とを表示部２４に表示させる。この時、断面モデル３１において誤差が無ければ、これらは完全に一致する。しかしながら実際には、誤差が存在することにより、断面モデル３１は上記実測点に一致せず、ずれた状態で表示されている。

【0057】

ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの何れかにおいて、ユーザが補正値を入力（または変更）すると、その入力結果に応じて演算部２２が断面モデル３１について再演算を行い、この再演算によって作成された断面モデル３１を表示部２４に表示させる。ユーザは、表示部２４に表示される断面モデル３１と上記実測点とを確認しながら、断面モデル３１を複数の上記実測点に一致させるように補正値の入力（または変更）を行う。こうして、断面モデル３１と上記実測点とが一致した時の補正値表示ウインドウ３３に表示されている補正値が、最終的な誤差補正値として得られる。

【0058】

このように、ドローン１０による航空レーザ測量から得られる断面モデルを実測点に合わせ込んで調整を行う方法では、実測点の三次元座標は絶対的な座標であるため、φ（ピッチング）、ω（ローリング）およびκ（ヘディング）方向のずれを補正すると同時に高さのオフセットを同時にリアルタイムに合わせ込める。

【0059】

また、航空レーザ測量を行う時の測量範囲全体では、１方向の１回の飛行で得られる計測範囲を並べて測量範囲全体をカバーすることも多い。この時、特に高さ方向は現場のローカルの高さに合わせることが多く、隣接する計測範囲のすり合わせを行う場合に、実測の点を表示しておくことで隣接する計測範囲の高さを容易に合わせることができる。

【0060】

また、上記説明における誤差補正では、ユーザ自身が補正値の入力・変更を行って表示部２４に表示される往路飛行時と復路飛行時との三次元モデル３１，３２を一致させるようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、補正値を演算部２２の自動演算で求めるようにすることも考えられる。

【0061】

例えば、誤差補正開始前の最初の断面モデル３１，３２において、互いに対応する複数箇所の点を、ユーザが入力部２３から設定入力する。この設定点は、例えば、建物のエッジ部分など、対応関係が明確に認識できる箇所を選べばよい。複数の設定点が決まると、演算部２２は、断面モデル３１，３２において対応する設定点の間の距離（ずれ量）を演算し、そのずれ具合を最小二乗法などで評価する。

【0062】

さらに、演算部２２は、ピッチングφ、ローリングωおよびヘディングκの全てにおいて、所定の補正範囲内で所定の補正幅で補正値を順次変更しながら、そのすべての組み合わせに対して、同様の方法でずれ具合を評価する。そして、最終的にずれが最も小さいと評価された補正値の組み合わせが最終的な補正値（補正決定値）として出力され、誤差補正が完了する。

【0063】

この方法では、ユーザは、最初に設定点の選択を行うだけで、自身が補正値の入力・変更を行う必要はないため、より簡単に誤差補正を行うことができる。無論、このような自動演算による誤差補正は、一つの断面モデルと、三次元座標が入力された複数の実測点との合わせ込みによって誤差補正を行う場合にも適用可能である。この場合、実測点に対応する箇所を断面モデルにおける設定点とすればよい。

【0064】

以上説明した誤差補正装置２０において、演算部２２における各処理はコンピュータにて実施されるプログラムにて実現される。本発明の対象は、このプログラムそのものや、このプログラムがコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されているものを含む。

【0065】

本発明では、この記録媒体として、図５に示されている演算部２２で処理が行なわれるために必要なメモリ、例えばＲＯＭのようなものそのものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していない外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロコンピュータがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいはいずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。

【0066】

ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、ＦＤ（フレキシブルディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＢＤ等の光ディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。

【0067】

また、本発明においては、インターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成であることから、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め装置本体に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。

【0068】

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0069】

１０ ドローン（移動体）
１１ レーザスキャナ
１２ ＧＮＳＳ測量器
１３ ＩＭＵ
２０ 誤差補正装置
２１ 記憶部
２２ 演算部
２３ 入力部
２４ 表示部
３１ 往路飛行時の断面モデル
３２ 復路飛行時の断面モデル
３３ 補正値表示ウインドウ
３４ 補正値増減キー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】