特開 2023-109003 地形計測システム、およびセンサ体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023109003

(43)【公開日】2023-08-07

(54)【発明の名称】地形計測システム、およびセンサ体

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/04 20060101AFI20230731BHJP

   G01S 19/42 20100101ALI20230731BHJP

【ＦＩ】

G01C7/04

G01S19/42

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022010357

(22)【出願日】2022-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大畠 陽二郎

(72)【発明者】

【氏名】大須賀 公一

(72)【発明者】

【氏名】浦 大介

【テーマコード（参考）】

5J062

【Ｆターム（参考）】

5J062BB07

5J062CC07

5J062FF04

(57)【要約】

【課題】地表面の形状をより容易にかつ精度よく計測できる地形計測システムを提供する。
【解決手段】移動体１は、地表面に対して相対移動可能である。位置検知部１４は、移動体１の位置を測定する。ＦＳＴは、２つのリンクと、２つのリンクを連結する関節部と、関節部により連結された２つのリンクの相対位置を検出する関節角検出部７２と、を有している。ＦＳＴは、移動体１とともに地表面に対して相対移動して地表面に接触可能である。ＦＳＴは、地表面から作用する外力によって、２つのリンクの相対位置を変化可能である。移動体１の位置と、ＦＳＴのリンクの相対位置とに基づいて、地表面の形状が算出される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地表面に対して相対移動可能な移動機構部と、
前記移動機構部の位置を測定する測位部と、
２つのリンクと、前記２つのリンクを連結する関節部と、前記関節部により連結された前記２つのリンクの相対位置を検出する検出器と、を有し、前記移動機構部とともに前記地表面に対して相対移動して前記地表面に接触可能であり、前記地表面から作用する外力によって前記相対位置を変化可能な、少なくとも１つの接触変形部と、
前記測位部の測位結果と前記検出器の検出結果とに基づいて前記地表面の形状を算出する形状算出部と、を備える、地形計測システム。

【請求項2】

前記少なくとも１つの接触変形部は、複数の接触変形部を有し、
前記複数の接触変形部の比重が互いに異なる、請求項１に記載の地形計測システム。

【請求項3】

前記移動機構部は、前記地表面から離れた空間内を移動可能である、請求項１または請求項２に記載の地形計測システム。

【請求項4】

前記移動機構部は、水平方向に移動可能な水平移動部を含む、請求項３に記載の地形計測システム。

【請求項5】

前記移動機構部は、上下方向に移動可能な上下移動部を含む、請求項３または請求項４に記載の地形計測システム。

【請求項6】

前記地表面の形状計測に関する情報を送信する通信部をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の地形計測システム。

【請求項7】

地表面の形状計測に用いられるセンサ体であって、
２つのリンクと、
前記２つのリンクを連結する関節部と、
前記関節部により連結された前記２つのリンクの相対位置を検出する検出器とを備え、
前記センサ体が前記地表面に接触したときに前記地表面から作用する外力によって変化する前記相対位置を前記検出器が検出し、前記地表面の形状を計測するための検出結果を出力する、センサ体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地形計測システム、およびセンサ体に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１７－２２７０１４号公報（特許文献１）には、油圧ショベルのバケットの刃先が水底の測定点に接触しているときの刃先の位置データを算出することにより、水底の測定点の位置データが算出され、水底の複数の位置データに基づいて水底の現況地形データを生成する、施行システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２２７０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記文献に記載の技術では、油圧ショベルの刃先を水底に接触させて水底の地形を計測することが記載されている。水底の複数の測定点に刃先を接触させる作業は時間がかかる。水中での掘削作業では、掘削後に地形が崩れる可能性があり地形が安定しないので、バケットの刃先の位置データに基づく地形計測の精度を向上するのが難しい。

【0005】

本開示では、地表面の形状をより容易にかつ精度よく計測できる地形計測システムおよびセンサ体が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従った地形計測システムは、地表面に対して相対移動可能な移動機構部と、移動機構部の位置を測定する測位部と、接触変形部と、形状算出部とを備えている。接触変形部は、２つのリンクと、２つのリンクを連結する関節部と、関節部により連結された２つのリンクの相対位置を検出する検出器と、を有している。接触変形部は、移動機構部とともに地表面に対して相対移動して地表面に接触可能である。接触変形部は、地表面から作用する外力によって、２つのリンクの相対位置を変化可能である。形状算出部は、測位部の測位結果と検出器の検出結果とに基づいて、地表面の形状を算出する。

【0007】

本開示に従ったセンサ体は、地表面の形状計測に用いられるセンサ体であって、２つのリンクと、２つのリンクを連結する関節部と、関節部により連結された２つのリンクの相対位置を検出する検出器とを備えている。センサ体が地表面に接触したときに地表面から作用する外力によって変化する２つのリンクの相対位置を、検出器が検出する。センサ体は、地表面の形状を計測するための検出結果を出力する。

【発明の効果】

【0008】

本開示に従うと、地表面の形状をより容易にかつ精度よく計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る地形計測システムの概略構成を示す模式図である。

【図2】センサ体の構成を示す第１の図である。

【図3】センサ体の構成を示す第２の図である。

【図4】地形計測システムの構成例を示す機能ブロック図である。

【図5】地形計測方法の一例を示すフローチャートである。

【図6】第２実施形態に係る地形計測システムの概略構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0011】

図１は、実施形態に係る地形計測システムの概略構成を示す模式図である。実施形態に係る地形計測システムは、地表面の形状を計測するためのシステムである。図１に示される水底１００は、地表面の一例である。水底１００とは、たとえば、河底、河側壁、海底、池の底、または油が溜まった容器の底などである。図１に示されるように、地形計測システムは、移動体１と、地形検知部５０とを主に備えている。

【0012】

実施形態に係る移動体１は、水面１１０を移動する移動ボートである。移動体１は、流体に浮遊可能とされている。移動体１は、形状計測対象の水底１００に対して相対移動可能である。移動体１は、移動体推進装置４を備えている。移動体推進装置４はたとえば、モータ、エンジンなどの駆動源を含んでいる。移動体推進装置４はたとえば、駆動源の発生する回転駆動力が出力軸に出力され、出力軸を介して回転駆動力を伝達されたプロペラが回転することにより、移動体１を推進させ、移動体１を水底１００に対して相対移動させることができる。

【0013】

移動体１は、出力部６と受信部８とを備えている。出力部６と受信部８とは、外部との通信を行う通信部を構成している。

【0014】

地形検知部５０は、移動体１の下方に配置されている。地形検知部５０は、移動体１の下面に取り付けられている。地形検知部５０は、水面１１０に浮かぶ移動体１から水中に延び、水底１００にまで到達するように配置されている。

【0015】

地形検知部５０は、フレキシブルセンサチューブ（以下、ＦＳＴという。）６０を備えている。ＦＳＴ６０は、地表面の形状計測に用いられるセンサ体の一例である。ＦＳＴ６０は、移動体１の下方に配置されている。図２および図３は、センサ体の構成を示す図である。図３には、図２中に示される矢印ＩＩＩ方向から見たＦＳＴ６０が図示されている。図２には、図３中に示される矢印ＩＩ方向から見たＦＳＴ６０が図示されている。

【0016】

ＦＳＴ６０は、複数のリンク６２と、リンク６２同士を連結する関節部６４，６６とを有している。ＦＳＴ６０は多関節構造を有しており、関節部６４，６６はＦＳＴ６０の可動部である。ＦＳＴ６０は、複数のリンク６２が関節部６４，６６を介して長尺状につながった、多関節構造体である。関節部６４は、ＦＳＴ６０の長さ方向に隣り合う２つのリンク６２を連結する。関節部６４により連結された２つのリンク６２は、関節部６４を中心として相対回転移動可能である。関節部６６は、ＦＳＴ６０の長さ方向に隣り合う２つのリンク６２を連結する。関節部６６により連結された２つのリンク６２は、関節部６６を中心として相対回転移動可能である。

【0017】

図２，３に示される例では、関節部６４は、図２中の紙面垂直方向の回転自由度を有しており、関節部６６は、図３中の紙面垂直方向の回転自由度を有している。関節部６４を中心とするリンク６２の移動方向と、関節部６６を中心とするリンク６２の移動方向とが、９０°異なっている。この例に限られず、関節部６４，６６はいずれも、２以上の自由度を有してもよい。たとえば関節部６４，６６は、ユニバーサルジョイントを有してもよく、ユニバーサルジョイントにより連結された２つのリンク６２の成す角度が自在に変化可能である構成であってもよい。関節部６４，６６は、軸方向の回転関節を持つ構成であってもよい。

【0018】

図１には５つのリンク６２が例示的に図示されており、図２，３には６つのリンク６２が例示的に図示されているが、ＦＳＴ６０は２以上の任意の数のリンク６２を有してもよい。ＦＳＴ６０は、７つ以上の多数のリンク６２を有していてもよい。

【0019】

ＦＳＴ６０は水面１１０の下方に配置されており、水中に配置されている。ＦＳＴ６０は防水仕様とされている。各関節部６４，６６をシールすることで、ＦＳＴ６０の防水がなされている。各関節部６４，６６にリップシールが設けられていてもよい。

【0020】

ＦＳＴ６０の先端に、回転体６８が取り付けられている。図１に示される回転体６８は、水底１００に接触している。回転体６８が水底１００に接触した状態でＦＳＴ６０の全体が水底１００に対して相対移動するときに、回転体６８は水底１００に対して相対回転する。回転体６８は、たとえばタイヤを有していてもよい。

【0021】

ＦＳＴ６０の基端（上端）は、ＦＳＴ左右移動機構部５６に取り付けられている。図１中の左右方向に延びるＦＳＴ左右移動機構部５６の両端に、それぞれＦＳＴ６０が取り付けられている。地形計測システムは、ＦＳＴ６０を複数備えている。

【0022】

複数のＦＳＴ６０の比重が、互いに異なっている。ＦＳＴ６０の各リンク６２には、重りを取り付けることができる。リンク６２に取り付ける重りの重量を調整することにより、ＦＳＴ６０の比重の調整が可能とされている。たとえば、一方のＦＳＴ６０の比重を浮泥層の比重と同等の１２００ｋｇ／ｍ^３に調整することができ、他方のＦＳＴ６０の比重を浮泥層の比重より大きく圧密泥層の比重よりも小さい１２００～２６５０ｋｇ／ｍ^３に調整することができる。

【0023】

図１中の左右方向に延びるＦＳＴ左右移動機構部５６の中央部に、ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端が取り付けられている。ＦＳＴ上下移動機構部５４の上端は、移動体１に取り付けられている。

【0024】

ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端は、上下方向に移動可能である。ＦＳＴ左右移動機構部５６は、ＦＳＴ上下移動機構部５４に対して水平方向に相対移動可能である。ＦＳＴ左右移動機構部５６は、移動体１に対して水平方向に相対移動可能である。ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端が上下方向に移動することにより、ＦＳＴ６０が上下方向に移動する。ＦＳＴ左右移動機構部５６が水平方向に移動することにより、ＦＳＴ６０が水平方向に移動する。

【0025】

ＦＳＴ６０は、地表面に対して相対移動可能である。図１に示される配置では、回転体６８が水底１００に接触しておりＦＳＴ６０のリンク６２は水底１００に接触していないが、ＦＳＴ６０をさらに下方に移動させてＦＳＴ６０を水底１００に接近させることで、ＦＳＴ６０のリンク６２を水底１００に接触させることができる。ＦＳＴ６０は、水底１００に接触している回転体６８およびリンク６２に対して水底１００から作用する外力によって、関節部６４，６６により連結された２つのリンク６２の相対位置を変化可能である。

【0026】

水底１００に接触するリンク６２は、ＦＳＴ６０の先端のリンク６２に限られず、複数のリンク６２を水底１００に接触させることが可能である。水底１００に接触するリンク６２の数だけ、水底１００の形状計測のための計測点が得られる。そのため、複数のリンク６２が水底１００に接触する程度にＦＳＴ６０を水底１００に接近させて、水底１００の形状を計測するのが望ましい。

【0027】

移動体１、ＦＳＴ上下移動機構部５４、およびＦＳＴ左右移動機構部５６は、地表面に対して相対移動可能な、実施形態の移動機構部を構成している。移動機構部は、少なくとも前後左右のいずれかに移動可能に構成されている。移動体１とＦＳＴ左右移動機構部５６は、水平方向に移動可能な実施形態の水平移動部を構成している。ＦＳＴ上下移動機構部５４は、上下方向に移動可能な実施形態の上下移動部を構成している。移動体１、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６は、水底１００から離れて配置されており、水面１１０または水中を移動可能とされている。

【0028】

ＦＳＴ６０は、移動機構部とともに地表面に対して相対移動して地表面に接触可能である。地表面に接触しているＦＳＴ６０は、地表面から作用する外力によって、変形する。ＦＳＴ６０は、ＦＳＴ６０を地表面に接触させたときに地表面から作用する外力によって互いに連結された２つのリンク６２の相対位置が変化する、実施形態の接触変形部を構成している。

【0029】

図４は、地形計測システムの構成例を示す機能ブロック図である。上述した通り、地形検知部５０は、ＦＳＴ上下移動機構部５４と、ＦＳＴ左右移動機構部５６とを備えている。地形検知部５０はさらに、関節角検出部７２と、回転検出部７４とを備えている。

【0030】

関節角検出部７２は、ＦＳＴ６０の関節部６４，６６に設けられている。関節角検出部７２は、関節部６４，６６により連結された２つのリンク６２のなす角度を検出する、実施形態の検出器を構成している。関節角検出部７２は、たとえばポテンショメータなどの、変化量検出センサである。

【0031】

回転検出部７４は、ＦＳＴ６０の先端の回転体６８に設けられている。回転検出部７４は、回転体６８の回転を検出する。回転検出部７４は、たとえばロータリーエンコーダである。

【0032】

移動体１は、上述した通り、移動体推進装置４と、出力部６と、受信部８とを備えている。移動体１はさらに、姿勢検知部１２と、位置検知部１４と、コントローラ２０とを備えている。

【0033】

姿勢検知部１２は、移動体１に搭載されている。姿勢検知部１２は、移動体１の姿勢を検知する。姿勢検知部１２は、たとえば慣性計測装置（ＩＭＵ：inertial measurement unit）である。ＩＭＵにより、移動体１の３次元の角速度と加速度とが検知される。ＩＭＵにより検知された角速度および加速度に基づいて、移動体１の姿勢の変化が算出される。

【0034】

位置検知部１４は、移動体１に搭載されている。位置検知部１４は、移動体１の位置を検知する。位置検知部１４はたとえば、衛星測位システムを利用して、地球を基準としたグローバル座標系における移動体１の位置を検知する。位置検知部１４は、たとえばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いるものであり、ＧＮＳＳレシーバを有している。ＧＮＳＳレシーバのアンテナは、たとえば、移動体１から上方に突き出して配置されている。ＧＮＳＳレシーバは、衛星から測位信号を受信する。衛星測位システムは、ＧＮＳＳレシーバが受信した測位信号により、ＧＮＳＳレシーバのアンテナの位置を演算して、移動体１の位置を算出する。

【0035】

コントローラ２０は、ＦＳＴ検知データ処理部２２と、ＦＳＴ上下位置制御部２４と、ＦＳＴ水平位置制御部２６と、推進装置制御部２８と、記憶部３０とを備えている。

【0036】

ＦＳＴ検知データ処理部２２は、関節角検出部７２により検出されたリンク６２間の角度に基づいて、ＦＳＴ６０の形状を推定する。ＦＳＴ検知データ処理部２２は、ＦＳＴ６０の各関節部６４，６６に設けられた関節角検出部７２の出力信号を集約することにより、ＦＳＴ６０の全体形状を算出する。

【0037】

ＦＳＴ上下位置制御部２４は、ＦＳＴ６０の上下方向の位置を制御する。ＦＳＴ上下位置制御部２４は、ＦＳＴ上下移動機構部５４に出力される制御信号を生成する。入力された制御信号に従ってＦＳＴ上下移動機構部５４の下端が上下方向に移動することにより、ＦＳＴ６０が上下方向に移動する。

【0038】

ＦＳＴ水平位置制御部２６は、ＦＳＴ６０の水平方向の位置を制御する。ＦＳＴ水平位置制御部２６は、ＦＳＴ左右移動機構部５６に出力される制御信号を生成する。入力された制御信号に従ってＦＳＴ左右移動機構部５６が移動体１に対して水平方向に相対移動することにより、ＦＳＴ６０が水平方向に移動する。

【0039】

推進装置制御部２８は、移動体推進装置４を制御する。推進装置制御部２８は、移動体推進装置４に出力される制御信号を生成する。入力された制御信号に従って移動体推進装置４が移動体１を推進させることにより、ＦＳＴ６０が水平方向に移動する。

【0040】

記憶部３０は、不揮発性のメモリであり、必要なデータを記憶する領域として設けられている。記憶部３０には、地表面の形状計測を実行するために地形計測システムの動作を制御するためのプログラム、およびそのプログラムの実行に必要な各種データなどが記憶されている。記憶部３０にはまた、地表面の形状計測に伴って発生するワーキングデータが一時的に記憶される。

【0041】

移動体１と地形検知部５０とは、信号線４５により接続されている。関節角検出部７２および回転検出部７４の検出結果は、信号線４５を介して、地形検知部５０から移動体１のコントローラ２０へ出力される。ＦＳＴ上下位置制御部２４の生成した制御信号、およびＦＳＴ水平位置制御部２６の生成した制御信号は、信号線４５を介して、移動体１のコントローラ２０から地形検知部５０へ出力される。

【0042】

出力部６と受信部８とは、ネットワークを介して、外部の遠隔コントローラ８０に接続されている。出力部６は、水底１００の形状計測に関する情報を、遠隔コントローラ８０へ送信する。受信部８は、水底１００の形状計測に関する制御信号を、遠隔コントローラ８０から受信する。

【0043】

遠隔コントローラ８０は、ＦＳＴ検知データ処理部２２によるＦＳＴ６０の形状の算出結果を受信する。遠隔コントローラ８０はまた、姿勢検知部１２および位置検知部１４による移動体１の位置および姿勢の検知結果を受信する。遠隔コントローラ８０は、移動体１の位置および姿勢と、ＦＳＴ６０の形状とに基づいて、水底１００の形状を推定する。遠隔コントローラ８０は、リンク６２が水底１００に接触した状態でＦＳＴ６０の全体が水底１００に対して相対移動するときの、ＦＳＴ６０の形状の変化から、水底１００の形状を推定する。遠隔コントローラ８０は、地表面の形状を算出する実施形態の形状算出部を構成している。

【0044】

回転検出部７４が回転体６８の回転を検出することによって、水底１００の形状の推定の精度が向上されている。回転体６８が水底１００に接触した状態で回転体６８が水底１００に対して相対移動するとき、回転体６８は水底１００に対して相対回転する。回転体６８の回転が、回転検出部７４により検出される。回転検出部７４が、回転体６８が回転していることを検出するとき、回転体６８は水底１００に接触している。遠隔コントローラ８０は、ＦＳＴ６０と回転体６８とを含む多関節構造体の全体形状に基づいて、回転体６８の位置から水底１００の形状を推定する。

【0045】

図５は、地形計測方法の一例を示すフローチャートである。図４について説明した内容と一部重複もあるが、図５を参照して、計測対象の地表面の形状を計測する処理について、以下に説明する。

【0046】

まず、ステップＳ１において、ＦＳＴ６０の形状計測が開始される。ＦＳＴ検知データ処理部２２は、関節角検出部７２の検出結果の入力を受ける。ＦＳＴ検知データ処理部２２は、ＦＳＴ６０の各関節部６４，６６に設けられた関節角検出部７２の出力信号を集約することにより、ＦＳＴ６０の全体形状を算出する。ＦＳＴ６０の形状計測が開始されると、以後は、後述するステップＳ５において計測を終了するまで、ＦＳＴ６０の形状の計測と、計測により取得された形状データの記録とが継続される。

【0047】

ステップＳ２において、計測対象の地表面の全領域について、地表面の形状の推定が完了したか否かが判断される。全領域の地形形状の推定が完了していないと判断されると（ステップＳ２の判断においてＮＯ）、ステップＳ３に進み、移動体１の位置姿勢情報とＦＳＴ６０の形状計測結果とより、地表面の形状の推定が行われる。

【0048】

姿勢検知部１２が検知した移動体１の姿勢が、コントローラ２０に入力される。位置検知部１４が検知した移動体１の位置が、コントローラ２０に入力される。姿勢検知部１２と位置検知部１４とは、移動体１の位置を測定する実施形態の測位部を構成している。移動体１に対するＦＳＴ６０の相対位置は、ＦＳＴ上下位置制御部２４およびＦＳＴ水平位置制御部２６によって規定される。移動体１の姿勢の情報、移動体１の位置の情報、および移動体１に対するＦＳＴ６０の相対位置の情報によって、グローバル座標系におけるＦＳＴ６０の位置が算出され、水底１００のどの位置の形状を計測しているかがわかるようになる。

【0049】

遠隔コントローラ８０は、リンク６２が水底１００に接触した状態でＦＳＴ６０の全体が水底１００に対して相対移動するときの、ＦＳＴ６０の形状の変化から、水底１００の形状を推定する。ＦＳＴ６０を用いた水底１００の形状の推定結果と、そのときのＦＳＴ６０の位置とから、グローバル座標系における水底１００の位置とその形状とが推定される。

【0050】

ステップＳ４において、ステップＳ３での地形推定結果をもとに、地表面の形状を未だ計測していない未探査領域へ、ＦＳＴ６０を移動させる。移動体推進装置４を駆動し、必要に応じてＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６を駆動することによって、適切な位置へＦＳＴ６０を移動させる。この移動中のＦＳＴ６０の形状の変化から、未探査領域の形状計測が実行される。

【0051】

ステップＳ２の判断に戻り、全領域の地形形状の推定が完了していないと判断されている間は、ステップＳ３の地形形状の推定と、ステップＳ４のＦＳＴ６０の移動とが繰り返される。全領域の地形形状の推定が完了したと判断されると（ステップＳ２の判断においてＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、ＦＳＴ６０を用いた地表面の形状計測が終了する。

【0052】

図６は、第２実施形態に係る地形計測システムの概略構成を示す模式図である。図１に示される地形計測システムでは、ＦＳＴ６０の基端（上端）がＦＳＴ左右移動機構部５６およびＦＳＴ上下移動機構部５４を介して移動体１に取り付けられ、ＦＳＴ６０の下端が水底１００に向かって延びる構成とされた。これに対し、図６に示される第２実施形態の地形計測システムでは、ＦＳＴ６０の両端が移動体１に取り付けられ、ＦＳＴ６０の中央部が水底１００に向かって延びている。

【0053】

ＦＳＴ６０の先端を水底１００に向かって延ばす図１の構成の場合、移動体１の移動経路、および水流によって、複数のＦＳＴ６０の先端同士が交差して水中で絡む可能性があり、移動体１の移動方法の工夫が必要になる。これに対し、図６に示されるようにＦＳＴ６０の両端を移動体１に固定することで、複数のＦＳＴ６０が交差しにくくなる。複数のＦＳＴ６０が水中で絡むことなく、水底１００にＦＳＴ６０を接触させて水底１００の形状を精度よく計測することが可能になる。

【0054】

以上説明したように、実施形態に係る地形計測システムでは、姿勢検知部１２および位置検知部１４によって検知される移動体１の位置姿勢情報に基づいて、グローバル座標系におけるＦＳＴ６０の位置が算出される。図５に示されるように、形状計測対象の地表面である水底１００に接触して変形するＦＳＴ６０の形状と、ＦＳＴ６０の位置情報とによって、グローバル座標系における水底１００の位置とその形状とが推定される。

【0055】

従来、水底１００の形状計測には一般に音響ソナーが用いられているが、砂埃などの外乱により計測誤差が発生してしまう。実施形態に係る地形計測システムでは、ＦＳＴ６０を水底１００に接触させて直接地形を計測するため、水が泥で濁っている場合、または水中に浮泥層が形成されている場合においても、外乱の影響を受けず水底１００の形状をリアルタイムで精度よく計測することができる。簡単な構造のＦＳＴ６０を用いて地表面の形状を計測できるので、地形計測のコストを抑制でき、より容易に地形を計測することができる。河川、湾口の浚渫など水底１００を掘削する場合に、水底１００の掘削前および掘削後の地形を精度よく計測することで、高品質な施工管理が可能になる。

【0056】

水底１００の現況地形を精度よく把握することで、浚渫用のショベルを稼働させる際に、無駄な掘削などがなくなり、作業効率が向上する。水底１００の現況地形をリアルタイムに計測することで、さらに施工の精度が向上する。ＩＣＴ（Information and Communication Technology）機能を備えるショベルを用いる場合、正確な現況地形の情報を活用して、ショベルを自動運転することが可能となる。また、水底１００を走行しながら水底１００の土砂を掘削および運土可能な水中ブルドーザにおいて、正確な現況地形の情報を活用して、所望の水底１００の形状にするために水中ブルドーザのブレードの位置を的確に制御できる。浚渫の施工が終わった後、施工後の地形を正確に計測することもできる。

【0057】

図１，６に示されるように、地形計測システムは、ＦＳＴ６０を複数備え、複数のＦＳＴ６０の比重が互いに異なってもよい。一方のＦＳＴ６０の比重を浮泥層の比重１２００ｋｇ／ｍ^３にし、他方のＦＳＴ６０の比重を圧密層の比重１２００～２６５０ｋｇ／ｍ^３に調整することができる。浮泥層と圧密層とが混在しても、異なる比重のＦＳＴ６０を用いて同時計測するため、データ解析が容易であり、データ解析時間の短縮化を実現できる。一方のＦＳＴ６０が浮泥層で浮き他方のＦＳＴ６０が浮泥層を沈むようにＦＳＴ６０の比重を調整することで、浮泥層の厚さを計測することが可能になる。

【0058】

図１に示されるように、移動体１、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６は、水底１００から離れた空間内を移動可能であってもよい。移動体１、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６を水底１００に接触させずに、ＦＳＴ６０の一部を水底１００に接触させた状態で水底１００に対してＦＳＴ６０を相対移動させることで、ＦＳＴ６０を用いて水底１００の形状を精度よく計測することができる。

【0059】

図１に示されるように、地形計測システムは、水面１１０を移動する移動体１と、移動体１に対して水平方向に相対移動可能なＦＳＴ左右移動機構部５６とを備えてもよい。ＦＳＴ６０をＦＳＴ左右移動機構部５６に取り付けることで、ＦＳＴ６０を水平方向に移動できる。水底１００に対して相対移動するときのＦＳＴ６０の形状の変化を検出することで、水底１００の形状を精度よく計測することができる。

【0060】

図１に示されるように、ＦＳＴ上下移動機構部５４の少なくとも下端が上下方向に移動可能であってもよい。ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端にＦＳＴ左右移動機構部５６が取り付けられ、ＦＳＴ左右移動機構部５６にＦＳＴ６０が取り付けられているので、ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端を上下方向に移動させることでＦＳＴ６０を上下方向に移動させることができる。これにより、ＦＳＴ６０を確実に水底１００に接触させて、水底１００の形状を計測することができる。

【0061】

図１に示されるように、水面１１０を移動する移動体１に、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６を介して、ＦＳＴ６０が取り付けられている。ＦＳＴ上下移動機構部５４の下端は、移動体１に対して上下方向に相対移動可能である。ＦＳＴ左右移動機構部５６は、移動体１に対して水平方向に相対移動可能である。このようにすれば、移動体１を動かさなくても、ＦＳＴ６０を水底１００に対して相対移動させて、ＦＳＴ６０を用いて水底１００の形状を計測することができる。

【0062】

移動体１から延びるＦＳＴ６０が水底１００に接触できる程度の長さを有していれば、ＦＳＴ上下移動機構部５４は必ずしも必要ではないが、ＦＳＴ上下移動機構部５４が設けられていることで、ＦＳＴ６０の長さが短くてもＦＳＴ６０を水底１００に接触させやすくなる。これにより地形計測システムのコストを低減することができる。

【0063】

図１，４に示されるように、地形計測システムは、出力部６を備えてもよい。出力部６は、移動体１の位置および姿勢、ＦＳＴ６０の形状などの、水底１００の形状計測に関する情報を、外部の遠隔コントローラ８０に送信する。遠隔コントローラ８０が、受信した情報に基づいて水底１００の形状を算出することにより、水底１００の形状を精度よく計測することができる。移動体１および地形検知部５０に含まれる構成を簡素化できるので、地形計測システムのコストを低減することができる。

【0064】

図１，４に示されるように、地形計測システムは、受信部８を備えている。遠隔コントローラ８０から、移動体１、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６を駆動させる制御信号を移動体１に送信することで、遠隔操作による地表面の形状計測が可能になる。また、地形計測システムを自動運転することで、地表面の形状を無人で計測することが可能になる。

【0065】

これまでの説明においては、移動体１が水面１１０に浮かぶ移動ボートである例を説明したが、この例に限られるものではない。移動体１は、遠隔操作により水中を移動可能な水中ＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）などの、水中ドローンであってもよい。水中ドローンはそれ自体が上下方向および水平方向に移動可能であるので、ＦＳＴ上下移動機構部５４およびＦＳＴ左右移動機構部５６を介さずに、ＦＳＴ６０を水中ドローンに直接取り付けてよい。

【0066】

形状計測対象の地表面は、水底１００に限られない。移動体１は空中ドローンであり、地形計測システムは陸上の地形を計測するためのシステムであってもよい。ＦＳＴ６０を地表面に接触させて地形を計測する実施形態の地形計測システムによれば、霧または煙などで地表面の視認性が低下している場合、および夜間においても、計測対象の地表面の形状を精度よく計測することができる。

【0067】

地表面の形状を算出する演算を実行するコンピュータは、遠隔地にある遠隔コントローラ８０である必要はない。移動体１に含まれるコントローラ２０が、ＦＳＴ６０の形状とＦＳＴ６０の位置情報とに基づいて、地表面の形状を算出してもよい。コントローラ２０が算出した地表面の形状が、出力部６から遠隔コントローラ８０に送信されてもよい。この場合、コントローラ２０が形状算出部を構成し、地表面の形状の算出結果が、出力部６から送信される「地表面の形状計測に関する情報」に相当する。

【0068】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0069】

１ 移動体、４ 移動体推進装置、６ 出力部、８ 受信部、１２ 姿勢検知部、１４ 位置検知部、２０ コントローラ、２２ ＦＳＴ検知データ処理部、２４ ＦＳＴ上下位置制御部、２６ ＦＳＴ水平位置制御部、２８ 推進位置制御部、３０ 記憶部、４５ 信号線、５０ 地形検知部、５４ ＦＳＴ上下移動機構部、５６ ＦＳＴ左右移動機構部、６０ フレキシブルセンサチューブ（ＦＳＴ）、６２ リンク、６４，６６ 関節部、６８ 回転体、７２ 関節角検出部、７４ 回転検出部、８０ 遠隔コントローラ、１００ 水底、１１０ 水面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】