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(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】P2023042263
(43)【公開日】2023-03-27
(54)【発明の名称】風力発電設備の点検方法
(51)【国際特許分類】
F03D 17/00 20160101AFI20230317BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20230317BHJP
B64D 47/08 20060101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
F03D17/00
B64C39/02
B64D47/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021149473
(22)【出願日】2021-09-14
(71)【出願人】
【識別番号】000156938
【氏名又は名称】関西電力株式会社
(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】角田 恵
(72)【発明者】
【氏名】水田 潤一
(72)【発明者】
【氏名】森井 祐介
【テーマコード（参考）】
3H178
【Ｆターム（参考）】
3H178AA03
3H178AA22
3H178AA24
3H178AA43
3H178BB56
3H178CC01
3H178DD51X
(57)【要約】
【課題】強風によって風車のブレードが回転している場合にも、無人航空機に搭載したカメラを用いてブレードを適切に外観点検する方法を提供する。
【解決手段】風力発電設備の点検方法は、風車１０のナセル１３に取り付けられた測距センサ２２の検出データを利用して、風車１０のブレード１１の回転軸まわりの角度を定期的に判定するステップと、現時点までのブレード１１の回転軸まわりの角度の変化に基づいて、現時点から所定時間後までのブレード１１の回転角を推定するステップと、現時点のブレード１１の回転軸まわりの角度および推定されたブレード１１の回転角に基づいて、現時点から上記所定時間後までのブレード１１に沿った無人航空機３０の飛行経路を決定するステップと、決定された飛行経路に従って無人航空機３０を飛行させながら、無人航空機３０に搭載されたカメラ３３にブレード１１を撮影させるステップとを備える。
【選択図】図２
【解決手段】風力発電設備の点検方法は、風車１０のナセル１３に取り付けられた測距センサ２２の検出データを利用して、風車１０のブレード１１の回転軸まわりの角度を定期的に判定するステップと、現時点までのブレード１１の回転軸まわりの角度の変化に基づいて、現時点から所定時間後までのブレード１１の回転角を推定するステップと、現時点のブレード１１の回転軸まわりの角度および推定されたブレード１１の回転角に基づいて、現時点から上記所定時間後までのブレード１１に沿った無人航空機３０の飛行経路を決定するステップと、決定された飛行経路に従って無人航空機３０を飛行させながら、無人航空機３０に搭載されたカメラ３３にブレード１１を撮影させるステップとを備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風車のナセルに取り付けられた測距センサの検出データを利用して、前記風車のブレードの回転軸まわりの角度を定期的に判定するステップと、
現時点までの前記ブレードの前記回転軸まわりの角度の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記ブレードの回転角を推定するステップと、
前記現時点の前記ブレードの前記回転軸まわりの角度および前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させるステップとを備える、風力発電設備の点検方法。
現時点までの前記ブレードの前記回転軸まわりの角度の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記ブレードの回転角を推定するステップと、
前記現時点の前記ブレードの前記回転軸まわりの角度および前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させるステップとを備える、風力発電設備の点検方法。
【請求項2】
前記ナセルに設けられた電子コンパスの検出データまたは前記ナセルに取り付けられた複数の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定するステップと、
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定するステップとをさらに備え、
前記飛行経路を決定するステップでは、前記現時点の前記ナセルの方位および前記推定された前記ナセルの回転角にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項１に記載の風力発電設備の点検方法。
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定するステップとをさらに備え、
前記飛行経路を決定するステップでは、前記現時点の前記ナセルの方位および前記推定された前記ナセルの回転角にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項１に記載の風力発電設備の点検方法。
【請求項3】
前記風車は洋上に設けられた浮体式の風車であり、
前記風力発電設備の点検方法は、
前記ナセルに取り付けられた少なくとも１個の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定するステップと、
前記現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定するステップとをさらに備え、
前記飛行経路を決定するステップでは、前記現時点の前記風車の位置および前記推定された前記風車の位置の変化にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項２に記載の風力発電設備の点検方法。
前記風力発電設備の点検方法は、
前記ナセルに取り付けられた少なくとも１個の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定するステップと、
前記現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定するステップとをさらに備え、
前記飛行経路を決定するステップでは、前記現時点の前記風車の位置および前記推定された前記風車の位置の変化にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項２に記載の風力発電設備の点検方法。
【請求項4】
洋上に設けられた浮体式の風車のナセルに取り付けられた少なくとも１個の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定するステップと、
現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定するステップと、
前記ナセルに設けられた電子コンパスの検出データまたは前記ナセルに取り付けられた複数の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定するステップと、
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定するステップと、
前記風車のブレードの回転軸まわりの前記現時点の停止角度を判定するステップと、
前記現時点の前記風車の位置、前記推定された前記風車の位置の変化、前記現時点の前記ナセルの方位、前記推定された前記ナセルの回転角、ならびに前記ブレードの前記現時点の停止角度に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させるステップとを備える、風力発電設備の点検方法。
現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定するステップと、
前記ナセルに設けられた電子コンパスの検出データまたは前記ナセルに取り付けられた複数の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定するステップと、
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定するステップと、
前記風車のブレードの回転軸まわりの前記現時点の停止角度を判定するステップと、
前記現時点の前記風車の位置、前記推定された前記風車の位置の変化、前記現時点の前記ナセルの方位、前記推定された前記ナセルの回転角、ならびに前記ブレードの前記現時点の停止角度に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させるステップとを備える、風力発電設備の点検方法。
【請求項5】
前記ブレードの前記現時点の停止角度を判定するステップは、前記ナセルに取り付けられた測距センサの検出データを利用して、前記ブレードの停止角度を判定するステップを含む、請求項４に記載の風力発電設備の点検方法。
【請求項6】
前記飛行経路を決定するステップは、
前記風車が前記現時点の位置から移動せず、かつ前記ナセルが前記現時点の方位から変化せず、かつ前記ブレード前記現時点の角度から変化しない場合に、前記現時点から前記所定時間後まで前記ブレードに沿って前記無人航空機を移動させる場合の前記無人航空機の飛行経路の基準を決定するステップと、
前記推定された前記風車の前記位置の変化、前記推定された前記ナセルの前記回転角、および前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記飛行経路の基準を補正するステップとを含む、請求項３に記載の風力発電設備の点検方法。
前記風車が前記現時点の位置から移動せず、かつ前記ナセルが前記現時点の方位から変化せず、かつ前記ブレード前記現時点の角度から変化しない場合に、前記現時点から前記所定時間後まで前記ブレードに沿って前記無人航空機を移動させる場合の前記無人航空機の飛行経路の基準を決定するステップと、
前記推定された前記風車の前記位置の変化、前記推定された前記ナセルの前記回転角、および前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記飛行経路の基準を補正するステップとを含む、請求項３に記載の風力発電設備の点検方法。
【請求項7】
前記飛行経路の基準は、前記風車の前記ブレードの回転軸に平行な座標軸と前記ナセルの回転軸上の座標原点とを有するローカル座標系で記述された飛行経路を、大地に固定されたグローバル座標系に変換することによって得られ、
前記飛行経路の基準を補正するステップは、
前記ローカル座標系から前記グローバル座標系への変換式を、前記推定された前記風車の前記位置の変化および前記推定された前記ナセルの前記回転角に基づいて補正するステップと、
前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記ローカル座標系で記述された前記飛行経路を補正するステップとを含む、請求項６に記載の風力発電設備の点検方法。
前記飛行経路の基準を補正するステップは、
前記ローカル座標系から前記グローバル座標系への変換式を、前記推定された前記風車の前記位置の変化および前記推定された前記ナセルの前記回転角に基づいて補正するステップと、
前記推定された前記ブレードの回転角に基づいて、前記ローカル座標系で記述された前記飛行経路を補正するステップとを含む、請求項６に記載の風力発電設備の点検方法。
【請求項8】
１台以上のコンピュータに請求項１～７のいずれか１項に記載の風力発電設備の点検方法を実行させるための風力発電設備の点検プログラム。
【請求項9】
カメラおよび測位衛星から測位信号を受信するための測位アンテナを搭載した無人航空機と、
風車のナセルに取り付けられた測距センサと、
前記ナセルに設けられた電子コンパスと、
前記無人航空機の前記測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報、前記測距センサの検出データまたはこれに基づく情報、および前記電子コンパスの検出データまたはこれに基づく情報を受信する制御用計算機とを備え、
前記制御用計算機は、
前記測距センサの前記検出データまたはこれに基づく情報を利用して、前記風車のブレードの回転軸まわりの角度を定期的に判定し、
現時点までの前記ブレードの前記回転軸まわりの角度の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記ブレードの回転角を推定し、
前記電子コンパスの検出データまたはこれに基づく情報を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定し、
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定し、
前記現時点の前記ブレードの前記回転軸まわりの角度、前記推定された前記ブレードの回転角、前記現時点の前記ナセルの方位、および前記推定された前記ナセルの回転角に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定し、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させる、風力発電設備の点検システム。
風車のナセルに取り付けられた測距センサと、
前記ナセルに設けられた電子コンパスと、
前記無人航空機の前記測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報、前記測距センサの検出データまたはこれに基づく情報、および前記電子コンパスの検出データまたはこれに基づく情報を受信する制御用計算機とを備え、
前記制御用計算機は、
前記測距センサの前記検出データまたはこれに基づく情報を利用して、前記風車のブレードの回転軸まわりの角度を定期的に判定し、
現時点までの前記ブレードの前記回転軸まわりの角度の変化に基づいて、前記現時点から所定時間後までの前記ブレードの回転角を推定し、
前記電子コンパスの検出データまたはこれに基づく情報を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定し、
前記現時点までの前記ナセルの方位の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ナセルの回転角を推定し、
前記現時点の前記ブレードの前記回転軸まわりの角度、前記推定された前記ブレードの回転角、前記現時点の前記ナセルの方位、および前記推定された前記ナセルの回転角に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定し、
前記決定された飛行経路に従って前記無人航空機を飛行させながら、前記無人航空機に搭載されたカメラに前記ブレードを撮影させる、風力発電設備の点検システム。
【請求項10】
前記風車は洋上に設けられた浮体式の風車であり、
前記点検システムは、前記ナセルに取り付けられ、前記測位衛星から前記測位信号を受信するための少なくとも１個の測位アンテナをさらに備え、
前記制御用計算機は、
前記ナセルに取り付けられた前記少なくとも１個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を受信し、
前記少なくとも１個の測位アンテナで受信した前記測位信号またはこれに基づく情報を利用して、前記風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定し、
前記現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定し、
前記現時点の前記風車の位置および前記推定された前記風車の位置の変化にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項９に記載の風力発電設備の点検システム。
前記点検システムは、前記ナセルに取り付けられ、前記測位衛星から前記測位信号を受信するための少なくとも１個の測位アンテナをさらに備え、
前記制御用計算機は、
前記ナセルに取り付けられた前記少なくとも１個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を受信し、
前記少なくとも１個の測位アンテナで受信した前記測位信号またはこれに基づく情報を利用して、前記風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定し、
前記現時点までの前記風車の位置の変化に基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記風車の位置の変化を推定し、
前記現時点の前記風車の位置および前記推定された前記風車の位置の変化にさらに基づいて、前記現時点から前記所定時間後までの前記ブレードに沿った前記無人航空機の飛行経路を決定する、請求項９に記載の風力発電設備の点検システム。
【請求項11】
前記点検システムは、前記電子コンパスに代えて、前記ナセルに取り付けられ前記測位衛星からの前記測位信号を受信するための少なくとも２個の測位アンテナを備え、
前記制御用計算機は、
前記ナセルに取り付けられた前記少なくとも２個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を受信し、
前記少なくとも２個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定する、請求項９または１０に記載の風力発電設備の点検システム。
前記制御用計算機は、
前記ナセルに取り付けられた前記少なくとも２個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を受信し、
前記少なくとも２個の測位アンテナで検出された前記測位信号またはこれに基づく情報を利用して、前記ナセルの方位を定期的に判定する、請求項９または１０に記載の風力発電設備の点検システム。
【請求項12】
前記制御用計算機は、前記ナセルの内部またはユーザが操作するコントローラに搭載される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の点検システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、風力発電設備の点検方法、点検プログラム、および点検システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、風力発電設備における風車のブレードを点検する際には、ハブから垂下させたロープを利用して作業員がブレードに沿って移動しながら、目視等で損傷の有無を確認していた。このため、点検作業に多くの時間を要していた。
【0003】
そこで、作業員の負担を減らし、点検時間およびコストを低減するために、ドローンなどの無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）を利用して、風力発電設備を点検する方法が種々提案されている（たとえば、特開２０１９－７３９９９号公報（特許文献１）を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－７３９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
世界第６位の排他的経済水域を持つ我が国においては、洋上風力発電への期待が高まっている。洋上風力発電設備には、水深の浅い海域においてタワーが海底に固定された着床式と、水深の深い海域にも設置可能な浮体式とがある。
【0006】
浮体式の洋上風力発電設備をドローンなどの無人航空機に搭載したカメラで外観点検する際の問題点の一つは、波、風、潮流などの影響によって風車が水平方向に浮遊したり、上下方向に動揺したり、風車の向きが変化したりすることである。また、着床式と浮体式の共通の問題点として、外観点検中に強風によってブレードが完全に停止できずに回転したり、ナセルが回転したりすることが挙げられる。このため、外観点検中に風車のブレードと衝突せずに無人航空機を自律飛行させるためには、リアルタイムで風車の位置変動ならびにブレードおよびナセルの角度変動を把握する必要がある。なお、着床式における上記の課題は、陸上風力発電設備にも当てはまる。
【0007】
本開示は、上記の課題を考慮してなされたものであり、その目的の一つは、強風によって風車のブレードが完全に停止できずに回転している場合にも、無人航空機に搭載したカメラを用いてブレードを適切に外観点検する方法を提供することである。本開示の他の目的の一つは、浮遊および動揺し得る浮体式の洋上風力発電設備を、無人航空機に搭載したカメラを用いて適切に外観点検する方法を提供することである。本開示のその他の目的、特徴および効果は、以下の詳細な説明において言及する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一局面における風力発電設備の点検方法は、風車のナセルに取り付けられた測距センサの検出データを利用して、風車のブレードの回転軸まわりの角度を定期的に判定するステップと、現時点までのブレードの回転軸まわりの角度の変化に基づいて、現時点から所定時間後までのブレードの回転角を推定するステップと、現時点のブレードの回転軸まわりの角度および推定されたブレードの回転角に基づいて、現時点から上記の所定時間後までのブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、決定された飛行経路に従って無人航空機を飛行させながら、無人航空機に搭載されたカメラにブレードを撮影させるステップとを備える。
【0009】
他の局面における風力発電設備の点検方法は、洋上に設けられた浮体式の風車のナセルに取り付けられた少なくとも１個の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、風車の水平方向および垂直方向の位置を定期的に判定するステップと、現時点までの風車の位置の変化に基づいて、現時点から所定時間後までの風車の位置の変化を推定するステップと、ナセルに設けられた電子コンパスの検出データまたはナセルに取り付けられた複数の測位アンテナによって受信された測位信号を利用して、ナセルの方位を定期的に検出するステップと、現時点までのナセルの方位の変化に基づいて、現時点から上記所定時間後までのナセルの回転角を推定するステップと、風車のブレードの回転軸まわりの現時点の停止角度を検出するステップと、現時点の風車の位置、推定された風車の位置の変化、現時点のナセルの方位、推定されたナセルの回転角、ならびに風車のブレードの現時点の停止角度に基づいて、現時点から上記所定時間後までのブレードに沿った無人航空機の飛行経路を決定するステップと、決定された飛行経路に従って無人航空機を飛行させながら、無人航空機に搭載されたカメラにブレードを撮影させるステップとを備える。
【発明の効果】
【0010】
上記の一局面の風力発電設備の点検方法によれば、現時点から所定時間後までのブレードの回転角を推定することによって、強風によって風車のブレードが完全に停止できずに回転している場合にも、無人航空機に搭載したカメラを用いてブレードを適切に外観点検できる。上記の他の局面の風力発電設備の点検方法によれば、現時点から所定時間後までの風車の位置の変化およびナセルの回転角を推定することにより、浮遊および動揺し得る浮体式の洋上風力発電設備を、無人航空機に搭載したカメラを用いて適切に外観点検できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】浮体式の洋上風力発電設備１００の構成例を示す外観図である。
【図4】風車１０のナセル１３の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図5】ドローン３０の本体部３１の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図6】コントローラ９０のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図7】風車の全景撮影の際のドローンの飛行経路を示す図である。
【図8】ブレードの詳細撮影の際のドローンの飛行経路を示す図である。
【図9】ブレードの停止角度を検出するための第１の方法を説明するための図である。
【図10】ブレードの停止角度を検出するための第２の方法を説明するための図である。
【図11】風車の水平方向の移動について説明するための図である。
【図12】風車の垂直方向の移動について説明するための図である。
【図13】ナセルの回転について説明するための図である。
【図14】ブレードの回転について説明するための図である。
【図15】風車の詳細撮影のためにドローンの飛行経路を設定する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】
【0012】
以下、実施形態について図面を参照して詳しく説明する。以下では、無人航空機（ＵＡＶ）としてドローンを例に挙げて説明する。以下では、実施の形態１において浮体式の洋上風力発電設備の場合を説明し、次に実施の形態２において着床式洋上風力発電設備および陸上風力発電設備の場合の変更点について説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【0013】
＜実施の形態１＞
［浮体式の洋上風力発電設備の概略的な構成例］
図１は、浮体式の洋上風力発電設備１００の構成例を示す外観図である。図１を参照して、洋上風力発電設備１００は、海面１７上に浮かぶ浮体１５と、浮体１５上に取り付けられた風車１０とを備える。浮体１５は、係留ライン（チェーンまたはロープなど）１６によって海底１８に係留される。
［浮体式の洋上風力発電設備の概略的な構成例］
図１は、浮体式の洋上風力発電設備１００の構成例を示す外観図である。図１を参照して、洋上風力発電設備１００は、海面１７上に浮かぶ浮体１５と、浮体１５上に取り付けられた風車１０とを備える。浮体１５は、係留ライン（チェーンまたはロープなど）１６によって海底１８に係留される。
【0014】
風車１０は、浮体１５に立設するタワー１４と、タワー１４の上部に搭載されたナセル１３と、ナセル１３の正面に設けられたハブ１２と、ハブ１２に取り付けられた３枚のブレード１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとを備える。ブレード１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃについて、総称する場合または任意の１つを示す場合にブレード１１と記載する。
【0015】
ブレード１１は、ハブ１２に連結されたロータ軸（図４の６１）の回転によって、ロータ軸６１の軸方向回りに回転する。また、ナセル１３は、タワー１４の長手方向の軸まわりに回動可能である。ブレード１１の長手方向の軸まわりの角度（ブレード１１の「ピッチ角」と称する）と、ナセル１３の回動角度（「ヨー角」または「パン角」と称する）とが調整可能である。さらに、ナセル１３のピッチ角（チルト角とも称する）が調整可能に構成されていてもよい。
【0016】
［ローカル座標系とグローバル座標系］
図２は、図１の風車１０のナセル１３の部分を拡大して示す側面図である。図２には、ドローン３０の外観およびコントローラ９０の外観も示されている。また、図３は、図２のナセル１３の周辺部分を上から見た上面図である。
図２は、図１の風車１０のナセル１３の部分を拡大して示す側面図である。図２には、ドローン３０の外観およびコントローラ９０の外観も示されている。また、図３は、図２のナセル１３の周辺部分を上から見た上面図である。
【0017】
図１～図３に示すように、本開示では、ドローン３０の位置およびブレード１１の回転角度を表すのに、ローカル座標系（ＸＹＺ座標系）とグローバル座標系（ＰＱＲ座標系）とを用いる。風車１０の位置およびナセル１３の回転角度を表すのに、グローバル座標系（ＰＱＲ座標系）を用いる。
【0018】
ローカル座標系（ＸＹＺ座標系）の原点２７は、ナセル１３の回転軸２４上に設定される。ブレード１１の回転軸２５の方向をＹ軸方向とし、ナセル１３の回転軸２４の方向をＺ軸方向とし、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに垂直な方向（すなわち、ナセル１３の側面側）をＸ軸方向とする。したがって、ナセル１３の回転に伴ってローカル座標系のＸ軸方向およびＹ軸方向は変化する。ハブ１２が設けられている風車１０の正面側が＋Ｙ方向であり、上方が＋Ｚ方向である。ナセル１３のヨー角はＺ軸まわりの回転角度であり、ナセル１３のピッチ角（チルト角）はＸ軸まわりの回転角度である。
【0019】
グローバル座標系（ＰＱＲ座標系の）の原点２８は、大地に対して固定される。Ｒ軸を鉛直方向とし、Ｐ軸およびＱ軸は地球の方位に基づいて定められる。たとえば、Ｐ軸は東西方向に定められ、Ｑ軸は南北方向に定められる。したがって、風車１０が移動したり、ナセル１３が回転したりしても、グローバル座標系の座標原点２８および各座標軸の方向は変化しない。風車１０が揺動していない場合には、Ｒ軸方向とＺ軸方向とは平行である。本開示では、グローバル座標系を基準にしたときの、ローカル座標系のＹ軸方向（すなわち、ブレード１１の回転軸２５の方向）をナセル１３の方位と称する。
【0020】
ローカル座標系で表された座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、グローバル座標系で表された座標（ｐ，ｑ，ｒ）に変換できる。図２および図３に示すように、グローバル座標系の原点２８に対してローカル座標系の原点２７は、Ｐ軸方向にｐ０、Ｑ軸方向にｑ０、Ｒ軸方向にｒ０変位しているとする。また、図３に示すように、Ｒ軸（Ｚ軸）に垂直な方向から見た場合において、Ｘ軸のＰ軸に対する傾きおよびＹ軸のＱ軸に対する傾きをφ０とする。この場合、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）からグローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）への変換式は、次式（１）で表される。すなわち、グローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）は、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）をｚ軸回りにφ０回転させた後に、変位ベクトル（ｐ０，ｑ０，ｒ０）だけ移動させたものである。
【0021】
【数1】
【0022】
［洋上風力発電設備の点検システムの構成］
次に、図２および図３を参照して、洋上風力発電設備１００の点検システムの構成について説明する。点検システムは、各々が測位衛星４０から測位信号４１を受信する第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂと、無線通信信号４２を送受信するための無線アンテナ２１と、測距センサ２２とを備える。これらの測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂ、無線アンテナ２１および測距センサ２２は、ナセル１３の上部に取り付けられている。ナセル１３の上部には、さらに、風向風速計（不図示）が取り付けられている。
次に、図２および図３を参照して、洋上風力発電設備１００の点検システムの構成について説明する。点検システムは、各々が測位衛星４０から測位信号４１を受信する第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂと、無線通信信号４２を送受信するための無線アンテナ２１と、測距センサ２２とを備える。これらの測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂ、無線アンテナ２１および測距センサ２２は、ナセル１３の上部に取り付けられている。ナセル１３の上部には、さらに、風向風速計（不図示）が取り付けられている。
【0023】
第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂは、Ｙ軸方向に互いに間隔をあけて配置される。第１ア測位ンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂの各々は、４台以上の測位衛星４０から同時に測位信号４１を受信する。図２には、代表的に１つの測位衛星４０が図示されている。測位衛星４０として、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星と、「みちびき」と称される我が国の準天頂衛星（ＱＺＳＳ：Quasi-Zenith Satellite System）とが併用される。「みちびき」から受信する測位補強情報を利用することにより、センチメータ級の測位精度が実現できる。
【0024】
ナセル１３の上部に互いに間隔をあけて２個の測位信号用の測位アンテナを設けることにより、ナセル１３の方位を検出できる。測位アンテナは、互いに間隔をあけて３個以上設けられていてもよい。なお、２個の測位信号用の測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂに代えて１個の測位信号４１用の測位アンテナ２０と、ナセル１３に設けられた電子コンパス６５とを備えていてもよい。１個の測位信号４１用の測位アンテナ２０によって、風車１０の垂直方向および水平方向の位置を検出でき、電子コンパス６５によってナセル１３の方位を検出できる。
【0025】
測距センサ２２は、ブレード２２の検出位置に基づいて回転軸回りの現時点のブレード１１の角度を決定するために設けられる。測距センサ２２として、たとえば、ＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）センサが用いられる（以下、「ＬｉＤＡＲセンサ２２」と記載する）。ＬｉＤＡＲセンサ２２は、パルス状のレーザー光２３を走査させることにより、対象物からの反射光に基づいて、対象物までの距離および角度を検出する。ＬｉＤＡＲセンサ２２は、２次元用のセンサでも３次元用のセンサでもよい。
【0026】
点検システムは、さらにドローン３０を備える。ドローン３０は、本体部３１と、本体部３１に腕部３６を介して接続されたプロペラモータ７８と、プロペラモータ７８によって回転されるプロペラ３２と、本体部３１の下部に設けられた脚部３７とを備える。プロペラモータ７８を駆動するためのモータ駆動回路（図５の７７）は、たとえば、腕部３６の内部に配置される。プロペラモータ７８およびプロペラ３２の各々の個数は、ドローン３０全体の重量などに応じて、３個、４個、６個、８個などのうちで選択される。各プロペラモータ７８の回転速度を制御することにより、ドローン３０の垂直方向の上昇および下降、任意の斜め方向の上昇および下降、空中停止、前進、後退、右移動、左移動、右回転、左回転などが可能である。
【0027】
ドローン３０は、さらに、本体部３１の下部に取り付けられたカメラ３３と、本体部３１の上部に取り付けられた測位信号４１の受信用の測位アンテナ３４および無線通信信号４２の送受信用の無線アンテナ３５とを備える。
【0028】
カメラ３３は、点検のため風車１０のブレード１１の外観撮影に用いられる高解像度のカメラである。カメラ３３と本体部３１との間のアクチュエータ（不図示）を制御することにより、カメラの撮影方向を調整できる。さらに、自律飛行のためのＦＰＶ（First Person View：一人称視点）用の動画像を撮影するために、図示しない低解像度のカメラが本体部３１に取り付けられている。
【0029】
ドローン３０の動作は、ナセル１３の内部に設けられた制御用計算機（図４の５０Ｂ）によって制御してもよいし、ユーザ用のコントローラ９０に設けられた制御用計算機（図６の９１）によって制御してもよい。前者の場合、制御用計算機５０Ｂは、第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂによって受信した測位信号４１とＬｉＤＡＲセンサ２２の検出信号とに基づいて、もしくは１個の測位アンテナによって受信した測位信号４１と電子コンパス６５の検出信号とＬｉＤＡＲセンサ２２の検出データとに基づいてドローン３０の飛行経路を設定する。制御用計算機５０Ｂは、設定した飛行経路を、無線アンテナ２１を介してドローン３０に送信する。ドローン３０は、受信した飛行経路に従って飛行する。
【0030】
一方、後者の場合、コントローラ９０に設けられた制御用計算機９１は、第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂによって受信した測位信号４１に基づく情報とＬｉＤＡＲセンサ２２の検出信号に基づく情報とを、ナセル１３から受信する。もしくは、制御用計算機９１は、１個の測位アンテナによって受信した測位信号４１に基づく情報と、電子コンパス６５の検出信号に基づく情報と、ＬｉＤＡＲセンサ２２の検出データに基づく情報とを、ナセル１３から受信する。制御用計算機９１は、受信した信号に基づいて、ドローン３０の飛行経路を設定する。制御用計算機９１は、設定した飛行経路を、無線アンテナ９４を介してドローン３０に送信する。ドローン３０は、受信した飛行経路に従って飛行する。
【0031】
［風車１０のナセル１３の内部のハードウェア構成例］
図４は、風車１０のナセル１３の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４を参照して、ナセル１３は、制御用計算機５０Ａ，５０Ｂ、増速機５１、ブレーキ装置５２、発電機５３、ピッチ制御装置５５、ヨー駆動装置５６、送受信機５８、測位信号受信機５７Ａ，５７Ｂ、蓄電池５９、電源回路６０などを内蔵する。なお、前述のように、ナセル１３の内部には、電子コンパス６５が設けられていてもよい。
図４は、風車１０のナセル１３の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４を参照して、ナセル１３は、制御用計算機５０Ａ，５０Ｂ、増速機５１、ブレーキ装置５２、発電機５３、ピッチ制御装置５５、ヨー駆動装置５６、送受信機５８、測位信号受信機５７Ａ，５７Ｂ、蓄電池５９、電源回路６０などを内蔵する。なお、前述のように、ナセル１３の内部には、電子コンパス６５が設けられていてもよい。
【0032】
制御用計算機５０Ａは、ナセル１３に内蔵される各種機器（ブレーキ装置５２、発電機５３、ピッチ制御装置５５、ヨー駆動装置５６など）を制御する。制御用計算機５０Ｂは、点検システムの構成要素であり、ブレード１１の回転軸まわりの角度、ナセル１３の方位、風車１０の位置、ドローン３０の位置などの情報に基づいて、ブレード１１の点検のためのドローン３０の飛行経路を計算する。制御用計算機５０Ａ，５０Ｂの各々は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および不揮発性メモリを含むマイクロコンピュータによって構成される。不揮発性メモリはＣＰＵによって動作するプログラムを格納する。制御用計算機５０Ａ，５０Ｂの機能を両方とも備えた共通化された制御用計算機が設けられていてもよい。
【0033】
増速機５１は、ブレード１１の回転軸であるロータ軸６１に連結される。増速機５１は、ロータ軸６１の回転速度を発電機５３の運転に必要な速度まで増速するギア装置である。増速機５１によって増速された回転速度は、動力伝達軸６２によって発電機５３に伝達される。
【0034】
ブレーキ装置５２は、動力伝達軸６２に取り付けられ、動力伝達軸６２の回転を停止させることにより、ブレード１１の回転を停止させる。
【0035】
発電機５３は、動力伝達軸６２の回転エネルギーから電力を生成する。発電機５３によって生成された交流電力は、変圧器６３によって昇圧された後、電力ケーブル６４によって陸上の電力設備に伝送される。変圧器６３は、ナセル１３の内部に設けられていてもよいし、タワー１４の内部に設けられていてもよいし、風車１０の外部において浮体１５に取り付けられていてもよい。
【0036】
ピッチ制御装置５５はブレード１１のピッチ角度を調整する。ピッチ角度の調整によって風車１０の運転効率を高めることができ、さらに台風のような著しい強風の場合には、ピッチ角度を０度付近にする（すなわち、ブレードの面を風の流れる方向と概ね平行にする）ことによってブレードの損傷を防止できる。
【0037】
ヨー駆動装置５６は、ブレード１１の回転軸の方向（すなわち、ロータ軸６１の方向）を風の方向に自動的に追随させる。これにより、風車１０の運転効率を高めることができる。
【0038】
送受信機５８は、無線アンテナ２１を介して、ドローン３０に設けられた送受信機（図５の７３）との間で情報のやりとりを行う。たとえば、制御用計算機５０Ｂは、測位信号４１に基づいて検知されたドローン３０の現在位置の情報を、ドローン３０から受信する。他の態様において、送受信機５８は、無線アンテナ２１を介して、コントローラ９０に設けられた送受信機（図６の９５）に情報を送信するように構成されていてもよい。
【0039】
第１の測位信号受信機５７Ａは、４台以上の測位衛星４０からの測位信号４１を、第１測位アンテナ２０Ａを介して受信する。制御用計算機５０Ｂは、受信した測位信号４１に基づいて、第１測位アンテナ２０Ａの現在位置を検知する。同様に、第２の測位信号受信機５７Ｂは、４台以上の測位衛星４０からの測位信号４１を、第２測位アンテナ２０Ｂを介して受信する。制御用計算機５０Ｂは、受信した測位信号４１に基づいて、第２測位アンテナ２０Ｂの現在位置を検知する。ここで、第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂは、ナセル１３を上方から見て、衛星測位システムの検出精度よりも十分に大きい距離離れて設置されている。したがって、制御用計算機５０Ｂは、第１測位アンテナ２０Ａの位置情報と第２測位アンテナ２０Ｂの位置情報とを用いることにより、ナセル１３の現在の方位（すなわち、ロータ軸６１の方位）を検知できる。
【0040】
蓄電池５９は、ナセル１３の内部の各装置の電源として用いられる。電源回路６０は、蓄電池５９からの電力に基づいてナセル１３の内部の各装置の駆動電圧を生成する。なお、ナセル１３の内部には、発電機５３の発電電力によって蓄電池５９を充電するための電力変換器（不図示）が設けられていてもよい。
【0041】
［ドローン３０の本体部３１のハードウェア構成例］
図５は、ドローン３０の本体部３１の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５を参照して、本体部３１は、制御用計算機７０、慣性計測ユニット７１、測位信号受信機７２、送受信機７３、記憶装置７４、蓄電池７９、電源回路８０などを内蔵する。
図５は、ドローン３０の本体部３１の内部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５を参照して、本体部３１は、制御用計算機７０、慣性計測ユニット７１、測位信号受信機７２、送受信機７３、記憶装置７４、蓄電池７９、電源回路８０などを内蔵する。
【0042】
制御用計算機７０は、モータ駆動回路７７、カメラ３３などの動作を制御する。制御用計算機７０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および不揮発性メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用回路によって構成されてもよい。また、制御用計算機７０は、これらのうちの少なくとも２つの組み合わせによって構成されてもよい。
【0043】
慣性計測ユニット７１は、加速度センサ、角速度センサ（ジャイロセンサ）、地磁気センサ、気圧センサ、温度センサなどを１つのパッケージに統合したセンサユニットである。制御用計算機７０は、慣性計測ユニット７１の各種センサの検出値に基づいて、ドローン３０の自律飛行および姿勢制御を行う。
【0044】
測位信号受信機７２は、４台以上の測位衛星４０からの測位信号４１を、測位アンテナ３４を介して受信する。制御用計算機７０は、受信した測位信号４１に基づいて、ドローン３０の現在位置を検知する。
【0045】
送受信機７３は、無線アンテナ３５を介して、点検対象の風車１０のナセル１３に設けられた送受信機５８との間で情報のやりとりを行う。たとえば、制御用計算機７０は、測位信号４１に基づいて検知されたドローン３０の現在位置の情報を、風車１０の制御用計算機５０Ｂに送信する。
【0046】
記憶装置７４は、一例として、ＳＤメモリカードなどの着脱可能な不揮発性の記録媒体７６と、記録媒体７６へのデータの書き込みおよび記録媒体７６からのデータの読み出しを行うためのリーダライタ７５とを含む。リーダライタ７５は、制御用計算機７０の指令に従って、カメラ３３によって撮影された点検用の高解像度の静止画像などを記録媒体７６に格納する。
【0047】
蓄電池７９は、ドローン３０の電源として用いられる。電源回路８０は、蓄電池７９からの電力に基づいて、ドローン３０の各部を駆動するための駆動電圧を生成する。ドローン３０は、動力源として蓄電池７９とともにエンジンおよび発電機を備えていてもよい。
【0048】
［コントローラ９０のハードウェア構成例］
図６は、コントローラ９０のハードウェア構成例を示すブロック図である。コントローラ９０は、ユーザがマニュアル操作でドローン３０の動作およびカメラ３３の動作を制御するために設けられる。本開示の場合、一実施態様として、コントローラ９０の制御用計算機９１は、ドローン３０を自律飛行させるための飛行経路を設定する。
図６は、コントローラ９０のハードウェア構成例を示すブロック図である。コントローラ９０は、ユーザがマニュアル操作でドローン３０の動作およびカメラ３３の動作を制御するために設けられる。本開示の場合、一実施態様として、コントローラ９０の制御用計算機９１は、ドローン３０を自律飛行させるための飛行経路を設定する。
【0049】
図６に示すように、コントローラ９０は、制御用計算機９１と、タッチスクリーン９２と、コントロールスティック９３と、無線アンテナ９４と、送受信機９５と、蓄電池９８と、電源回路９９とを備える。
【0050】
制御用計算機９１は、コントローラ９０の全体を制御する。制御用計算機９１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および不揮発性メモリを含むマイクロコンピュータによって構成されてもよいし、ＦＰＧＡによって構成されてもよいし、ＡＳＩＣなどの専用回路によって構成されていてもよい。また、制御用計算機９１は、これらのうちの少なくとも２つの組み合わせによって構成されていてもよい。
【0051】
タッチスクリーン９２は、ドローン３０のカメラ３３の画像およびコントローラ９０を操作するための情報などをユーザに表示するとともに、ユーザから入力を受け付けるためのインタフェースである。コントロールスティック９３は、ドローン３０およびカメラ３３をマニュアル制御するための入力デバイスである。
【0052】
送受信機９５は、無線アンテナ９４を介して、ドローン３０に対して制御信号を送信するとともに、測位信号４１に基づくドローン３０の位置情報をドローン３０から受信する。送受信機９５は、さらに、無線アンテナ９４を介して、点検対象の風車１０のナセル１３に設けられた送受信機５８との間で情報のやりとりを行ってもよい。
【0053】
蓄電池９８は、コントローラ９０の電源として用いられる。電源回路９９は、蓄電池９８からの電力に基づいて、コントローラ９０の各部を駆動するための駆動電圧を生成する。
【0054】
［ドローンの飛行経路の設定方法］
（風車の移動などを考慮しない場合）
次にドローン３０のカメラ３３で風車１０を点検する際の飛行経路の設定方法について説明する。まず、風および波ともに穏やかであり、潮流が問題にならない場合、すなわち、風車１０の移動などを考慮しない場合のドローン３０の飛行経路について説明する。風車１０の点検は、風車１０の全景を撮影する全景撮影と、ブレード１１に接近してブレード１１の表面を撮影する詳細撮影との２段階で実行される。風車１０の移動および回転などを考慮しない場合の詳細撮影用の飛行経路は、風車１０の移動および回転などを考慮する場合の飛行経路に対して基準となる飛行経路である。
（風車の移動などを考慮しない場合）
次にドローン３０のカメラ３３で風車１０を点検する際の飛行経路の設定方法について説明する。まず、風および波ともに穏やかであり、潮流が問題にならない場合、すなわち、風車１０の移動などを考慮しない場合のドローン３０の飛行経路について説明する。風車１０の点検は、風車１０の全景を撮影する全景撮影と、ブレード１１に接近してブレード１１の表面を撮影する詳細撮影との２段階で実行される。風車１０の移動および回転などを考慮しない場合の詳細撮影用の飛行経路は、風車１０の移動および回転などを考慮する場合の飛行経路に対して基準となる飛行経路である。
【0055】
図７は、風車の全景撮影の際のドローンの飛行経路を示す図である。図７に示すように、ドローンの飛行経路８１Ａ，８１Ｂは、水平面上でタワー１４の回りを周回するように設定される。この場合、飛行経路８１の半径をブレード１１の長さよりも長く設定することによって、ブレード１１がどの位置で停止していてもドローン３０がブレード１１に衝突しないようにできる。
【0056】
図８は、ブレードの詳細撮影の際のドローンの飛行経路を示す図である。図８に示すように、ブレード１１Ａを詳細撮影する場合には、ドローン３０は、ブレード１１Ａの前縁（Leading Edge）２６Ｌに沿ってブレードの基部から先端に移動し、ブレード１１の先端付近でブレード１１の前縁２６Ｌから後縁（Trailing Edge）２６Ｔに移動し、その後、ブレードの１１Ａの後縁２６Ｔに沿ってブレードの先端から基部に移動する。
【0057】
なお、図８の場合とは逆に、ドローン３０を後縁２６Ｔから前縁２６Ｌの順にドローン３０を飛行させてもよい。また、図８では、簡単のためにブレード１１Ａの停止角度θ０の方向にドローン３０を移動させているが、ブレード１１Ａの前縁２６Ｌおよび後縁２６Ｔの形状に応じて飛行経路を調整してもよい。
【0058】
上記のようにドローン３０の飛行経路を制御するために、ドローン３０の飛行経路上に複数のウェイポイントＷＰ０～ＷＰ１９が設定され、ドローン３０はウェイポイントを順に移動するように制御される。なお、本開示では、経由地点ＷＰ１～ＷＰ１８だけでなく、始点ＷＰ０および終点ＷＰ１９もウェイポイントに含めている。ブレード１１Ｂ，１１Ｃについても同様の飛行経路でドローン３０が移動するように制御される。
【0059】
具体的に図８の場合、ブレード１１Ａの停止角度が水平方向からθ０度であるとする。ブレード１１Ａの停止角度の検出方法については、図９および図１０を参照して後述する。ドローン３０の基準となる飛行速度をｖとし、各ウェイポイント間の移動時間をｔとする。ウェイポイント間の飛行速度ｖおよび移動時間ｔは、必ずしも互いに等しくなくてよい。
【0060】
現在のウェイポイントの座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とすると、次のウェイポイントの座標（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））は、次式（２Ａ）に示すように、速度ベクトル（ｖｘ（ｔ），ｖｙ（ｔ），ｖｚ（ｔ））が現時刻ｔ０から移動時間ｔが経過するまでの間で積分された値を、現在のウェイポイントの座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に加算することによって得られる。なお、一般にＡ（ｔ）は、Ａが時間ｔの関数であることを示す。速度ベクトルが定数の場合には、次式（２Ｂ）に示すように上記の積分は速度ベクトル（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）に移動時間ｔを乗算した値に等しい。
【0061】
【数2】
【0062】
具体的に図８の場合には、ウェイポイントＷＰ０からウェイポイントＷＰ９までの間において、速度ベクトルは次式（３Ａ）で与えられる。ウェイポイントＷＰ９からウェイポイントＷＰ１０までの間において、速度ベクトルは次式（３Ｂ）で与えられる。ウェイポイントＷＰ１０からウェイポイントＷＰ１９までの間において、速度ベクトルは次式（３Ｃ）で与えられる。
【0063】
【数3】
【0064】
上記のように飛行経路は、まずローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて表される。そして、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、前述の式（１）を用いてグローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）に変換される。ドローン３０は、グローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）を用いて表された設定経路に従って飛行する。
【0065】
次に、ブレードの停止角度の検出方法について説明する。図９は、ブレードの停止角度を検出するための第１の方法を説明するための図である。図９では、風車１０をナセル１３の後方（すなわち、ハブ１２の反対側）から見た図が示されている。図９に示すように、ＬｉＤＡＲセンサ２２を用いて、いずれか１つのブレード１１の前縁２６Ｌまたは後縁２６Ｔの停止位置が検出される。第１の方法は、ＬｉＤＡＲセンサ２２の検出結果に基づいて、ブレード１１の停止角度θ０を判定するものである。
【0066】
図１０は、ブレードの停止角度を検出するための第２の方法を説明するための図である。第２の方法は、ブレード１１の全景撮影飛行の際に撮影した画像を解析することにより、ブレード１１の停止角度を判定するものである。図１０では、風車１０の正面側から見た画像８７が示されている。いずれか１つのブレードの停止位置、具体的には前縁２６Ｌまたは後縁２６Ｔの停止位置を判定することにより、ブレード１１の停止角度θ０が決定される。
【0067】
（風車が水平移動および／または垂直移動する場合）
次に、風、波、潮流などの影響により、風車が水平方向および／または垂直方向に移動する場合について説明する。
次に、風、波、潮流などの影響により、風車が水平方向および／または垂直方向に移動する場合について説明する。
【0068】
図１１は、風車の水平方向の移動について説明するための図である。図１２は、風車の垂直方向の移動について説明するための図である。図１１には、風車１０をグローバル座標系の＋Ｒ方向から見た図が示されており、図１２には、風車１０をグローバル座標系の＋Ｐ方向から見た図が示されている。
【0069】
測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂによって受信された測位信号４１に基づいて、風車１０の位置は一定時間ごとに検出されている。なお、風車１０の代表点の位置としてローカル座標系の座標原点２７の位置が予め定められる。現時刻ｔ０からｔ秒後の風車の代表点２７の位置は、現時刻までの風車１０の位置変化８２の検出値に基づいて推定できる。たとえば、現時刻までの風車１０の位置変化８２の検出値に基づいて、現時点までの風車１０の軌道を決定し、この軌道を外挿することによって、現時点からｔ秒後の位置Ｐ（ｔ）を推定してもよい。
【0070】
現時刻ｔ０の風車１０の代表点（ずなわち、ローカル座標系の座標原点２７）の位置とｔ秒後の代表点２７の推定位置との間の推定変位量を、推定移動ベクトル（Ｄｐ（ｔ），Ｄｑ（ｔ），Ｄｒ（ｔ））で表す。すなわち、風車１０は、現時刻ｔ０からｔ秒間の間に、グローバル座標系のＰ軸方向にＤｐ（ｔ）だけ移動し、Ｑ軸方向にＤｑ（ｔ）だけ移動し、Ｒ軸方向Ｄｒ（ｔ）だけ移動したと推定される。この場合、風車１０の移動にともなって、ローカル座標系の座標原点２７とグローバル座標系の座標原点２８との間の距離が変更されるので、前述のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）からグローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）への変換式（１）は、次式（４Ａ）のように変更される。すなわち、前述の式（１）の変位ベクトル（ｐ０，ｑ０，ｒ０）に推定移動ベクトル（Ｄｐ（ｔ），Ｄｑ（ｔ），Ｄｒ（ｔ））が加算される。
【0071】
【数4】
【0072】
現時刻ｔ０の風車１０の代表点２７の位置からｔ秒後の代表点２７の推定位置までの推定変位量が線形近似できる場合、すなわち、風車１０の移動速度ベクトル（ｄｐ，ｄｑ，ｄｒ）と経過時間ｔとの積で表される場合には、上式（４Ａ）は上式（４Ｂ）に示すように変形できる。具体的に、推定移動ベクトル（Ｄｐ（ｔ），Ｄｑ（ｔ），Ｄｒ（ｔ））は、（ｄｐ・ｔ，ｄｑ・ｔ，ｄｒ・ｔ）に変更される。最終的なドローン３０の移動経路は、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて表された前述の式（２Ｂ）および（３Ａ）～（３Ｂ）で表される移動経路を、変換式（４Ａ）または（４Ｂ）に代入することよって得られる。
【0073】
（風車が水平面内で回転する場合、ナセルが回転軸まわりに回転する場合）
次に、風の影響によりナセル１３がタワー１４に対して回転する場合、もしくは、風、波、潮流などの影響により、風車１０が水平面内で回転する場合について説明する。
次に、風の影響によりナセル１３がタワー１４に対して回転する場合、もしくは、風、波、潮流などの影響により、風車１０が水平面内で回転する場合について説明する。
【0074】
【0075】
測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂによって受信された測位信号４１に基づいて、風車１０の第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂのそれぞれの取り付け位置は一定時間ごとに検出されている。したがって、第１測位アンテナ２０Ａから第２測位アンテナ２０Ｂへ向かう方向の変化に基づいて、ナセル１３の方位（すなわち、ブレード１１の回転軸の方位）が検出できる。現時刻ｔ０からｔ秒後までのナセル１３の推定回転角φ（ｔ）は、現時刻ｔ０までのナセル１３の方位変化８４の検出値に基づいて推定できる。たとえば、現時刻ｔ０までのナセル１３の方位角の変化を関数で近似し、得られた近似関数を外挿することによって現時刻ｔ０からｔ秒後までの回転角φ（ｔ）を推定してもよい。
【0076】
上記のようにナセル１３がタワー１４に対して推定回転角φ（ｔ）だけ回転した場合、もしくは風車１０が水平面内で推定回転角φ（ｔ）だけ回転した場合には、グローバル座標系に対してローカル座標系がｚ軸回りに推定回転角φ（ｔ）だけ回転することになる。したがって、前述のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）からグローバル座標（ｐ，ｑ，ｒ）への変換式が変更される。具体的に式（４Ａ）において、回転角φ０がφ０＋φ（ｔ）に変更される。結果として、次式（５Ａ）の変換式が得られる。
【0077】
【数5】
【0078】
推定回転角φ（ｔ）が回転角速度Ωと経過時間ｔとの積で表され、風車１０の推定移動ベクトルが移動速度（ｄｐ，ｄｑ，ｄｒ）と経過時間ｔとの積で表される場合、上式（５Ａ）は、上式（５Ｂ）のように変形できる。最終的なドローン３０の移動経路は、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて表された前述の式（２Ｂ），（３Ａ）～（３Ｂ）の移動経路を、変換式（５Ａ）または（５Ｂ）に代入することよって得られる。
【0079】
（ブレードが回転する場合）
次に、風の影響により、風車１０のブレード１１が回転する場合について説明する。風車１０のナセル１３には、動力伝達軸６２の回転を停止させるブレーキ装置５２が設けられている。しかし、強風の場合には、ブレーキ装置５２では十分に動力伝達軸６２の回転を停止できずに、ブレード１１が回転する場合がある。
次に、風の影響により、風車１０のブレード１１が回転する場合について説明する。風車１０のナセル１３には、動力伝達軸６２の回転を停止させるブレーキ装置５２が設けられている。しかし、強風の場合には、ブレーキ装置５２では十分に動力伝達軸６２の回転を停止できずに、ブレード１１が回転する場合がある。
【0080】
【0081】
ナセル１３の上部に取り付けられたＬｉＤＡＲセンサ２２によって、ブレード１１の回転軸まわりの角度の変化は一定時間ごとに検出されている。現時刻ｔ０のブレード１１の回転軸まわりの角度をθ０とする。現時刻ｔ０からｔ秒後までのブレード１１Ａの推定回転角θ（ｔ）は、現時刻ｔ０までのブレード１１の回転軸まわりの角度の検出値の変化８５に基づいて推定できる。たとえば、現時刻ｔ０までのブレード１１の回転軸まわりの角度の変化を関数で近似し、得られた近似関数を外挿することによって、現時刻ｔ０からｔ秒後までのブレード１１Ａの回転角θ（ｔ）を推定してもよい。
【0082】
上記のようにブレード１１が回転角θ（ｔ）だけさらに回転した場合、ローカル座標系で表された移動速度を表す式（３Ａ）～（３Ｃ）において、ブレードの停止角度θ０がθ０＋θ（ｔ）に変更される。したがって、ドローン３０の移動速度を表す式（３Ａ）～（３Ｃ）は、次式（６Ａ）～（６Ｃ）に書き直される。次式（６Ａ）～（６Ｃ）では、推定回転角θ（ｔ）が、回転角速度ωと経過時間ｔとの積によって線形近似できる場合の式も示されている。
【0083】
【数6】
【0084】
最終的なドローン３０の移動経路を求めるためには、ローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて表された上式（６Ａ）～（６Ｃ）の移動速度を表す式を、前述の式（２Ａ）に代入して積分演算を実行する。これにより、ローカル座標での移動経路を表す式が得られる。次に、得られたローカル座標（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））を変換式（５Ａ）または（５Ｂ）に代入することよって、最終的なグローバル座標（ｐ（ｔ），ｑ（ｔ），ｒ（ｔ））でのドローン３０の移動経路を表す式が得られる。
【0085】
【0086】
図１５のステップＳ１００において、風車１０のナセル１３に設けられた制御用計算機５０Ｂは、ＬｉＤＡＲセンサ２２の検出データを定期的に受信する。
【0087】
次のステップＳ１１０において、制御用計算機５０Ｂは、ＬｉＤＡＲセンサ２２の検出データに基づいて、ブレード１１の回転軸まわりの角度を定期的に判定する。
【0088】
その次のステップＳ１２０において、制御用計算機５０Ｂは、現時点ｔ０までのブレード１１の回転軸まわりの角度の判定値の変化に基づいて、現時点ｔ０からｔ秒後までのブレード１１の回転角度θ（ｔ）を推定する。
【0089】
上記のステップＳ１００～Ｓ１２０と並行してステップＳ１３０において、ナセル１３の上部に設けられた第１測位アンテナ２０Ａおよび第２測位アンテナ２０Ｂは、同じ測位信号４１を定期的に受信する。
【0090】
次のステップＳ１４０において、制御用計算機５０Ｂは、測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂの少なくとも一方で受信された測位信号４１に基づいて、風車１０の位置（水平位置および垂直位置）を定期的に判定する。
【0091】
その次のステップＳ１５０において、制御用計算機５０Ｂは、現時点ｔ０までの風車１０の位置の判定値の変化に基づいて、現時点ｔ０からｔ秒後までの風車１０の位置変化（すなわち、移動量および移動方向を表す移動ベクトル）を推定する。
【0092】
上記のステップＳ１４０およびＳ１５０と並行してステップＳ１６０において、制御用計算機５０Ｂは、測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂの各々で受信された測位信号４１に基づいて、風車１０のナセル１３の方位（すなわち、ナセル１３の回転軸まわりの角度）を定期的に判定する。なお、制御用計算機５０Ｂは、ナセル１３に設けられた電子コンパス６５によってナセル１３の方位を判定してもよい。
【0093】
次のステップＳ１７０において、制御用計算機５０Ｂは、現時点ｔ０までのナセル１３の方位の判定値の変化に基づいて、現時点ｔ０からｔ秒後までのナセル１３の回転角度φ（ｔ）を推定する。
【0094】
一方、ステップＳ２００において、ドローン３０に設けられた測位アンテナ３４は、上記のナセル１３に設けられた測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂで受信された測位信号４１と同じ測位信号４１を定期的に受信する。
【0095】
次のステップＳ２１０において、ドローン３０に設けられた制御用計算機７０は、測位アンテナ３４で受信された測位信号４１に基づいて、ドローン３０の位置を定期的に判定する。判定されたドローン３０の位置情報は、送受信機７３および無線アンテナ３５を介して、風車１０のナセル１３に設けられた制御用計算機５０Ｂに向けて送信される。
【0096】
上記の各情報に基づいて、ステップＳ１８０において、ナセル１３に設けられた制御用計算機５０Ｂは、現時刻ｔ０の風車１０の位置、現時刻ｔ０のナセル１３の方位、現時点のｔ０ブレード１１の回転軸まわりの角度θ０、現時刻ｔ０からｔ秒後までの風車１０の位置変化の推定値（すなわち、移動ベクトル（Ｄｐ（ｔ），Ｄｑ（ｔ），Ｄｒ（ｔ）））、現時刻ｔ０からｔ秒後までのナセル１３の回転角度φ（ｔ）の推定値、および現時刻ｔ０からｔ秒後までのブレードの回転角度θ（ｔ）の推定値に基づいて、現時刻ｔ０からｔ秒後までの飛行経路（すなわち、グローバル座標系でのウェイポイント（ｐ（ｔ），ｑ（ｔ），ｒ（ｔ）））を決定する。
【0097】
次のステップＳ２２０において、ドローン３０の制御用計算機７０は、ナセル１３の制御用計算機５０Ｂによって決定された飛行経路に従って、ドローン３０を制御することにより、次の到達すべきウェイポイント（ｐ（ｔ），ｑ（ｔ），ｒ（ｔ））にまで、ドローン３０を導く。さらに、制御用計算機７０は、カメラ３３を制御することによってブレード１１を撮影する。以下、上記の一連のステップが繰り返されることにより、ドローン３０の飛行経路が制御され、風車１０のブレード１１の詳細撮影が実施される。
【0098】
なお、上記では、ブレード１１の回転軸まわりの角度の判定および推定（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）、風車１０の位置の判定および推定（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、ナセル１３の方位の判定および推定（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）、および飛行経路の決定（ステップＳ１８０）は、風車１０のナセル１３に設けられた制御用計算機５０Ｂで実行される。これに代えて、これらの各ステップの全部または一部を、ドローン３０に設けられた制御用計算機７０で実行するようにしてもよいし、コントローラ９０に設けられた制御用計算機９１で実行するようにしてもよい。
【0099】
［効果］
上記の実施形態によれば、風、波、潮流などの影響によって、浮体式の洋上風力発電設備の風車１０が水平方向に浮遊したり上下方向に動揺したり、ナセル１３の方位が変化したり、ブレード１１の回転軸まわりの角度が変化したりする場合が考慮される。そして、このような場合であっても、無人航空機に搭載したカメラを用いて風車１０のブレード１１を適切に点検できる。
上記の実施形態によれば、風、波、潮流などの影響によって、浮体式の洋上風力発電設備の風車１０が水平方向に浮遊したり上下方向に動揺したり、ナセル１３の方位が変化したり、ブレード１１の回転軸まわりの角度が変化したりする場合が考慮される。そして、このような場合であっても、無人航空機に搭載したカメラを用いて風車１０のブレード１１を適切に点検できる。
【0100】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、着床式の洋上風力発電設備および陸上風力発電設備の場合について説明する。これらの設備の場合には、風車１０のタワー１４の下部が海底または地面に固定されている。したがって、浮体式の風車１０ように、波、風、潮流などの影響により、風車１０が垂直方向および水平方向に移動したり、風車１０の向きが変化したりすることはない。しかし、強風に抗しきれずにブレード１１が回転したり、ナセル１３が回転したりする場合があり得る。本実施形態の風力発電設備の点検方法によれば、このような場合にもドローン３０に搭載されたカメラ３３を用いてドローン３０の自律飛行により風車１０のブレード１１を適切に外観点検できる。
実施の形態２では、着床式の洋上風力発電設備および陸上風力発電設備の場合について説明する。これらの設備の場合には、風車１０のタワー１４の下部が海底または地面に固定されている。したがって、浮体式の風車１０ように、波、風、潮流などの影響により、風車１０が垂直方向および水平方向に移動したり、風車１０の向きが変化したりすることはない。しかし、強風に抗しきれずにブレード１１が回転したり、ナセル１３が回転したりする場合があり得る。本実施形態の風力発電設備の点検方法によれば、このような場合にもドローン３０に搭載されたカメラ３３を用いてドローン３０の自律飛行により風車１０のブレード１１を適切に外観点検できる。
【0101】
具体的に、着床式の洋上風力発電設備および陸上風力発電設備の場合には、前述の式（４Ａ）および（５Ａ）において、推定移動ベクトル（Ｄｐ（ｔ），Ｄｑ（ｔ），Ｄｒ（ｔ））は（０，０，０）である。また、式（４Ｂ）および（５Ｂ）において、風車１０の移動速度ベクトル（ｄｐ，ｄｑ，ｄｒ）は（０，０，０）である。また、図１５のフローチャートにおいて、ステップＳ１４０およびＳ１５０は実行されない。その他の点については、実施の形態２は実施の形態１と同様であるので説明を繰り返さない。
【0102】
したがって、実施の形態２の風力発電設備の点検方法では、風車１０のナセル１３に取り付けられた測距センサ（ＬｉＤＡＲセンサ）２２の検出データを利用して、ブレード１１の回転軸２５のまわりの角度が定期的に判定される。そして、現時点までのブレード１１の回転軸まわり角度の変化に基づいて、現時点から所定時間後までのブレード１１の回転角が推定される。さらに、風車１０のナセル１３に設けられた電子コンパス６５の検出データ、またはナセル１３に取り付けられた少なくとも２個の測位アンテナ２０Ａ，２０Ｂによって検出された測位信号に基づいて、ナセル１３の方位が定期的に判定される。そして、現時点までのナセル１３の方位の変化に基づいて、現時点から上記所定時間後までのナセル１３の回転角が推定される。現時点から上記所定時間後までのブレード１１に沿ったドローン３０の飛行経路は、現時点のブレード１１の角度、推定されたブレード１１の回転角、現時点のナセル１３の方位、および推定されたナセル１３の回転角に基づいて決定される。
【0103】
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ないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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】
【0104】
１０ 風車、１１，１１Ａ～１１Ｃ ブレード、１２ ハブ、１３ ナセル、１４ タワー、１５ 浮体、１７ 海面、１８ 海底、２０Ａ 第１測位アンテナ、２０Ｂ 第２測位アンテナ、２１ 無線アンテナ、２２ 測距センサ（ＬｉＤＡＲセンサ）、２３ レーザー光、２６Ｌ 前縁、２６Ｔ 後縁、３０ ドローン、３１ 本体部、３２ プロペラ、３３ カメラ、３４ 測位アンテナ、３５ 無線アンテナ、３６ 腕部、３７ 脚部、４０ 測位衛星、４１ 測位信号、４２ 無線通信信号、５０Ａ，５０Ｂ，７０，９１ 制御用計算機、５１ 増速機、５２ ブレーキ装置、５３ 発電機、６１ ロータ軸、５５ ピッチ制御装置、５６ 駆動装置、５７Ａ，５７Ｂ，７２ 測位信号受信機、５８，７３ 送受信機、５９，７９ 蓄電池、６０，８０ 電源回路、６２ 動力伝達軸、６３ 変圧器、６４ 電力ケーブル、６５ 電子コンパス、７１ 慣性計測ユニット、７４ 記憶装置、７５ リーダライタ、７６ 記録媒体、７７ モータ駆動回路、７８ プロペラモータ、９０ コントローラ、１００ 洋上風力発電設備、ＷＰ０～ＷＰ１９ ウェイポイント。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】