特開 2024-64552 点群計測方法および点群計測装置

(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】P2024064552

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】点群計測方法および点群計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/89 20200101AFI20240507BHJP

   G01S 7/487 20060101ALI20240507BHJP

   G01S 7/292 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

G01S17/89

G01S7/487

G01S7/292

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173221

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】松井 祐二

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮介

【テーマコード（参考）】

5J070

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J070AC02

5J070AE07

5J070AE11

5J070AF01

5J070AK19

5J070BD01

5J084AA13

5J084AB16

5J084AB17

5J084AC08

5J084AD01

5J084EA11

(57)【要約】

【課題】霧環境中でも構造物の形状を正確に算出することが可能な点群計測方法および点群計測装置を提供する。
【解決手段】構造物１１～１３の形状を計測する点群計測方法において、点群センサ２およびミリ波レーダ１の各計測点を取得する第１ステップと、点群センサ２の計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化する第２ステップと、グループ化した各点群の範囲内にミリ波レーダ１の計測点が存在するか否かを判定する第３ステップと、ミリ波レーダ１の計測点が存在すると判定されたグループ２１～２３の各点群を基に構造物１１～１３の形状を算出する第４ステップとを有する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物の形状を計測する点群計測方法において、
点群センサおよびミリ波レーダの各計測点を取得する第１ステップと、
前記点群センサの計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化する第２ステップと、
グループ化した各点群の範囲内に前記ミリ波レーダの計測点が存在するか否かを判定する第３ステップと、
前記ミリ波レーダの計測点が存在すると判定されたグループの各点群を基に前記構造物の形状を算出する第４ステップとを有する
ことを特徴とする点群計測方法。

【請求項2】

請求項１に記載の点群計測方法において、
前記第４ステップで算出された前記構造物の形状のうち２つの隣接する形状の間隔を前記構造物の間隙幅として算出する第５ステップを有する
ことを特徴とする点群計測方法。

【請求項3】

請求項１に記載の点群計測方法において、
前記第３ステップで、グループ化した各点群の範囲内のいずれにも前記ミリ波レーダの計測点が存在しないと判定された場合に、前記点群センサの感度を切り替えた後、前記第１ステップから前記第３ステップを再び実行する
ことを特徴とする点群計測方法。

【請求項4】

請求項１に記載の点群計測方法において、
前記第４ステップは、
グループ化した各点群が半円柱状に位置しているか否かを判定するステップと、
前記半円柱状に点群が位置していると判定されたグループの点群を外挿することにより前記構造物の形状を算出するステップとを有する
ことを特徴とする点群計測方法。

【請求項5】

請求項１に記載の点群計測方法において、
前記第１ステップは、
複数の計測位置または計測方向で前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を取得するステップと、
前記複数の計測位置または計測方向で計測された前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を環境に固定された座標系でそれぞれ足し合わせるステップとを有する
ことを特徴とする点群計測方法。

【請求項6】

構造物の形状を計測する点群計測装置において、
点群センサと、
ミリ波レーダと、
演算装置とを備え、
前記演算装置は、
前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を取得し、
前記点群センサの計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化し、
グループ化した各点群の範囲内に前記ミリ波レーダの計測点が存在するか否かを判定し、
前記ミリ波レーダの計測点が存在すると判定されたグループの点群を基に前記構造物の形状を算出する
ことを特徴とする点群計測装置。

【請求項7】

請求項６に記載の点群計測装置において、
前記演算装置は、前記構造物の各形状のうち２つの隣接する形状の間隔を前記構造物の間隙幅として算出する
ことを特徴とする点群計測装置。

【請求項8】

請求項６に記載の点群計測装置において、
前記点群センサおよび前記ミリ波レーダが搭載され、前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの計測位置または計測方向を変更可能な走行装置を備え、
前記演算装置は、複数の計測位置または計測方向で前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を取得し、前記複数の計測位置または計測方向で計測された前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を環境に固定した座標系でそれぞれ足し合わせる
ことを特徴とする点群計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物の点群計測方法または点群計測装置に関わる。

【背景技術】

【0002】

センサから可視光や近赤外光を送信方向走査をしながら送信し、構造物表面で反射した光をセンサで受信し、反射光がセンサに戻るまでの伝播時間を計測することによって、構造物表面の形状を計測する点群計測技術がある。霧が発生している環境で、このような点群計測を行うと、霧の粒子による光の遮蔽で計測感度が低下したり、霧の粒子による光の散乱で誤計測が生じたりするという問題がある。このため、霧が発生している環境においても、霧の影響を低減し、本来計測すべき構造物の形状を確実に計測する方法が提案されている。霧環境中で構造物の点群を確実に計測する技術としては、例えば、特許文献１があげられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－４２１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記技術は、実体のある構造物表面では光は反射するが透過はしない、不規則形状の霧では光は反射もするし透過もする、という違いを利用して計測した反射点群の識別をしている。複数の反射点を反射点群にグループ化し、第１グループを通る走査線上に第２反射点が存在し、第２反射点と第１反射点の比率が所定以上の場合に、第１グループは霧と判定する。

【0005】

この方法では、光の走査線上に１つのグループしか存在しない場合、第２反射点と第１反射点の比較ができないので誤判定の怖れがある。また、霧が１グループしか発生していない場合には、構造物の反射点群と霧の反射点群を識別できるが、霧が２グループ以上発生している場合にも誤判定の怖れがある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、霧環境中でも構造物の形状を正確に算出することが可能な点群計測方法および点群計測装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、構造物の形状を計測する点群計測方法において、点群センサおよびミリ波レーダの各計測点を取得する第１ステップと、前記点群センサの計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化する第２ステップと、グループ化した各点群の範囲内に前記ミリ波レーダの計測点が存在するか否かを判定する第３ステップと、前記ミリ波レーダの計測点が存在すると判定されたグループの各点群を基に前記構造物の形状を算出する第４ステップとを有するものとする。

【0008】

また、本発明は、構造物の形状を計測する点群計測装置において、点群センサと、ミリ波レーダと、演算装置とを備え、前記演算装置は、前記点群センサおよび前記ミリ波レーダの各計測点を取得し、前記点群センサの計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化し、グループ化した各点群の範囲内に前記ミリ波レーダの計測点が存在するか否かを判定し、前記ミリ波レーダの計測点が存在すると判定されたグループの点群を基に前記構造物の形状を算出するものとする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ミリ波レーダの計測点を基に構造物の点群と霧の点群とを判別することにより、霧環境中でも構造物の形状を正確に算出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施例における計測対象構造物と計測センサの配置を示す説明図である。

【図2】本発明の第１の実施例における計測機器の構成を示す構成図である。

【図3】本発明の第１の実施例における作業手順を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第１の実施例において点群センサの感度が不適切な場合の計測結果を示す説明図である。

【図5】本発明の第１の実施例において点群センサの感度が適切な場合の計測結果を示す説明図である。

【図6】本発明の第１の実施例において計測点群のグループ化を説明する説明図である。

【図7】本発明の第１の実施例において構造物外径の算出を説明する説明図である。

【図8】本発明の第１の実施例において構造物の距離の算出を説明する説明図である。

【図9】本発明の第２の実施例における計測対象構造物と計測センサの配置を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【実施例0012】

本発明の第１の実施例を、１～図８を参照しながら説明する。

【0013】

第１の実施例では、屋内設備に据え付けられた設備の一部である２本の配管と１つの矩形構造物を計測対象としている。地震により図示していない建屋の外壁が崩れ、設備の一部も変形している怖れがある。また、外壁が崩れているため、建屋内においても霧が発生する環境となっている。設備の一部は、図１に示すように、配管１１、配管１２、矩形構造物１３から構成されている。建屋奥には、図示していない複数の構造物が存在するが、地震で一部の経路が通過不能となっているため、建屋奥に行きつくには配管１１と配管１２の間、または、配管１２と矩形構造物１３の間を通過しなければならない。建屋や建屋内の構造物が更に崩壊する怖れがあるため、遠隔装置で建屋奥を調査や復旧作業をしたいが、調査装置や作業装置を選定する際には、配管１１と配管１２の間隔、および、配管１２と矩形構造物１３の間隔を知っておく必要がある。

【0014】

構造物を計測するためのミリ波レーダ１とアクティブステレオ方式の点群センサ２を台３の上に配置した（図１）。なお、ミリ波レーダ１のデータをミリ波データ収録部４で収録し、点群センサ２のデータを点群データ収録部５で収録する。ミリ波データと点群データは、ＰＣ６で演算、解析できる装置構成としている（図２）。

【0015】

以下、図３のフローチャートの手順に従い作業を進めていく。まず、ミリ波レーダ１と点群センサ２で構造物を計測する（ステップＦ１，Ｆ２）。計測結果の平面断面図を、図４に示す。ミリ波レーダ１が計測した計測点を菱形印で、点群センサ２が計測した計測点を丸印で表示している。なお、計測の時点では、霧１４と霧１５が発生していた。ミリ波レーダ１は、霧の影響は受けずに正対面からの反射波を受信するので、配管１１，配管１２、矩形構造物１３で１点ずつ反射点を計測していて、霧１４と霧１５の位置には反射点を計測していない。ミリ波レーダ１の各計測点の近傍に点群センサ２で計測した点群があるかを調べ（ステップＦ３）、点群が計測されていないので、点群センサ２の感度が不適切と判断する。点群センサ２の感度を高感度側に切り替え（ステップＦ４）、ミリ波レーダ１と点群センサ２で再計測を行う（ステップＦ１，Ｆ２）。再計測結果の平面断面図を図５に示す。点群センサ２の感度を適正化できたので、配管１１，配管１２、矩形構造物１３のセンサ側を向いている面で点群が計測できたが、霧１４と霧１５の位置でも点群が計測されている。

【0016】

点群センサ２の計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化する（ステップＦ５）。点群をグループ化した結果を、図６に示す。なお、霧と構造物が近い場合であっても、霧の濃さが一定の場合には、霧前面での信号強度が大きく、センサからの距離が大きくなると信号強度が徐々に低下するので、センサ、霧、構造物の順に並んでいると、霧前面は点群として計測されやすく、背面側は点群として計測されにくいため、霧の点群と構造物の点群が同じグループと認識されることはないと考えられる。また、霧は空中に浮遊できる軽量小径な水滴であり、各水滴は空中でランダムな動きをしていて、水滴が動いた時に構造物と接触すると、その水滴は構造物に付着し、霧ではなくなる。このため構造物表面から水滴のランダムな動きの平均値に相当する距離まで、構造物と霧の間に隙間空間ができる。霧と構造物が近いように見えても、この隙間空間が存在するため、霧のグループと構造物のグループを分けることができる。

【0017】

各グループ２１～２５の範囲内にミリ波レーダ１の計測点があるかを調べると（ステップＦ６）、グループ２１～２３の範囲内にはミリ波レーダの計測点があり、グループ２４，２５の範囲内にはミリ波レーダの計測点が無いことが判る。グループ２４，２５は霧のグループであると判定して非表示とし（ステップＦ７）、グループ２１～２３は構造物１１～１３のグループであると判定し、グループ２１～２３を基に構造物１１～１３の形状を算出して表示する（ステップＦ８）。グループ２４，２５を非表示とし、配管１１の形状３１、配管１２の形状３３、矩形構造物１３の形状３３、を表示した平面断面図を図７に示す。また、グループ２１，２２については、点群が半円柱状に位置していることから円柱状の構造物であると判断できるので、形状３３，３４の外挿形状３６，３７も算出して表示している。算出した、形状３１または外挿形状３６と形状３２または外挿形状３７との最短距離を算出することにより（ステップＦ９）、配管１１と配管１２の間隔３８を算出することが可能となる。また、形状３２または外挿形状３７と形状３３との最短距離を算出することにより、配管１２と矩形構造物１３の間隔３９を算出することが可能となる。その結果を図８に示す。

【0018】

以上のように、ミリ波レーダ１の計測点と点群センサ２で計測した点群を演算処理すると、霧が発生している環境でも、霧の影響を受けることなく構造物１１～１３の外形を算出し、構造物１１～１３の間隔３８，３９を算出することが可能となる。

【0019】

（まとめ）
本実施例では、構造物１１～１３の形状を計測する点群計測方法において、点群センサ２およびミリ波レーダ１の各計測点を取得する第１ステップと、点群センサ２の計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化する第２ステップと、グループ化した各点群の範囲内にミリ波レーダ１の計測点が存在するか否かを判定する第３ステップと、ミリ波レーダ１の計測点が存在すると判定されたグループ２１～２３の各点群を基に構造物１１～１３の形状を算出する第４ステップとを有する。または、本実施例では、構造物１１～１３の形状を計測する点群計測装置１０において、点群センサ２と、ミリ波レーダ１と、ＰＣ６（演算装置）とを備え、ＰＣ６（演算装置）は、点群センサ２およびミリ波レーダ１の各計測点を取得し、点群センサ２の計測点の集合である点群を、１つのグループの任意の計測点と他のグループの任意の計測点との距離が所定の閾値以上となるようにグループ化し、グループ化した各点群の範囲内にミリ波レーダ１の計測点が存在するか否かを判定し、ミリ波レーダ１の計測点が存在すると判定されたグループ２１～２３の点群を基に構造物１１～１３の形状を算出する。

【0020】

以上のように構成した本実施例によれば、ミリ波レーダ１の計測点を基に構造物１１～１３の点群と霧１４，１５の点群とを判別することにより、霧環境中でも構造物１１～１３の形状を正確に算出することが可能となる。

【0021】

また、本実施例における点群計測方法は、前記第４ステップで算出された構造物１１～１３の形状のうち２つの隣接する形状の間隔３８，３９を構造物１１～１３の間隙幅として算出する第５ステップを有する。または、本実施例におけるＰＣ６（演算装置）は、構造物１１～１３の各形状のうち２つの隣接する形状の間隔３８，３９を構造物１１～１３の間隙幅として算出する。これにより、構造物１１～１３の間隙幅（間隔３８，３９）を正確に算出することが可能となる。

【0022】

また、本実施例における点群計測方法では、前記第３ステップで、グループ化した各点群の範囲内のいずれにもミリ波レーダ１の計測点が存在しないと判定された場合に、点群センサ２の感度を切り替えた後、前記第１ステップから前記第３ステップを再び実行する。これにより、構造物１１～１３の点群を確実に取得することが可能となる。

【0023】

また、本実施例における第４ステップは、グループ化した各点群が半円柱状に位置しているか否かを判定するステップと、前記半円柱状に点群が位置していると判定されたグループ２１，２２の点群を外挿することにより構造物１１，１２の形状を算出するステップとを有する。これにより、円柱状の構造物１１，１２の一部の点群しか計測できない場合でも構造物１１，１２の全体の形状を算出することが可能となる。

【実施例0024】

本発明の第２の実施例を、図９を参照しながら説明する。

【0025】

第２の実施例では、化学薬品を貯留するタンク内で意図しない化学反応が発生し、タンクが破損して内容物の一部がタンク外に漏えいした時に、開口部からタンク内に投入する調査装置の制約寸法を調べるものである。

【0026】

図９に示すように、タンク６１に開口部６２が発生し、反応生成物６３が漏えいしている。タンク６１の近傍では、発煙による霧（図示せず）が継続している。また、反応生成物６３の組成が不明のため、作業員はタンク６１に近づけない。タンク６１の内部を調査する遠隔装置を選定するには、開口部６２の寸法を把握しておく必要がある。

【0027】

構造物を計測するためのミリ波レーダ５１と点群センサ５２を走行装置５３の上に配置した。なお、ミリ波レーダ５１のデータをミリ波データ収録部５４で収録し、点群センサ５２のデータを点群データ収録部５５で収録する。ミリ波データと点群データは、ＰＣ５６で演算、解析する。また、走行装置５３は走行指示部５７からの指示で走行することができ、走行装置５３に取付けられた距離計、磁気センサ（図示せず）等のセンサ信号に基づいて走行後の装置位置や角度（向き）を装置位置・角度検出部５８で算出できる構成としている。

【0028】

第１の実施例と同様に、図３に記載の手順で、ミリ波レーダ５１と点群センサ５２で計測を行い、霧環境中でも霧の影響を受けることなく構造物６１の外形を算出し、開口部６２の寸法を参照することが可能となる。また、計測精度をさらに向上させたい場合には、走行装置５３を他の位置（位置Ａ，Ｂ）に移動させて繰り返し計測を行い、異なる位置または方向で計測した点群をまとめて解析することで計測精度を向上させることができる。

【0029】

（まとめ）
本実施例における点群計測方法における、点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の各計測点を取得する第１ステップは、複数の計測位置または計測方向で点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の各計測点を取得するステップと、前記複数の計測位置または計測方向で計測された点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の各計測点を環境に固定された座標系でそれぞれ足し合わせるステップとを有する。または、本実施例における点群計測装置５０は、点群センサ５２およびミリ波レーダ５１が搭載され、点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の計測位置または計測方向を変更可能な走行装置５３を備え、ＰＣ５６（演算装置）は、複数の計測位置または計測方向で点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の各計測点を取得し、前記複数の計測位置または計測方向で計測された点群センサ５２およびミリ波レーダ５１の各計測点を環境に固定した座標系でそれぞれ足し合わせる。

【0030】

以上のように構成した本実施例によれば、複数の計測位置または計測方向で構造物６１を点群センサ５２およびミリ波レーダ５１で計測することにより、構造物６１の形状および構造物６１の間隙幅（開口部６２の幅）をより正確に算出することが可能となる。

【0031】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。