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図面 (15)

課題

自装置の周辺及び進行方向に吹く風の状態を判定する。

解決手段

状態判定装置は、自機の周辺の風景撮像された風景画像を生成する撮像部と、撮像部が生成する風景画像内に複数の構造物の間に懸垂される線状物の画像が存在する場合に、風景画像から線状物の画像を抽出する画像抽出部と、画像抽出部が抽出する線状物の画像に基づいて、線状物が懸垂されている懸垂方向と、重力方向との差分を算出する差分算出部と、差分算出部が算出する差分に基づいて、構造物の間に吹く風の状態を判定する風状態判定部とを備える。

概要

背景

従来、飛行体(例えば、ドローン)に重量物を搭載した場合であっても、この飛行体を前後左右に容易に操舵することができる技術が提案されている(例えば、特許文献1)。

概要

自装置の周辺及び進行方向に吹く風の状態を判定する。風状態判定装置は、自機の周辺の風景撮像された風景画像を生成する撮像部と、撮像部が生成する風景画像内に複数の構造物の間に懸垂される線状物の画像が存在する場合に、風景画像から線状物の画像を抽出する画像抽出部と、画像抽出部が抽出する線状物の画像に基づいて、線状物が懸垂されている懸垂方向と、重力方向との差分を算出する差分算出部と、差分算出部が算出する差分に基づいて、構造物の間に吹く風の状態を判定する風状態判定部とを備える。

目的

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、飛行体の周辺及び進行方向の風の状態を判定することができる風状態判定装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

自装置の周辺風景撮像された風景画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成する前記風景画像内に複数の構造物の間に懸垂される線状物の画像が存在する場合に、前記風景画像から前記線状物の画像を抽出する画像抽出部と、前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像に基づいて、前記線状物が懸垂されている懸垂方向と、重力方向との差分を算出する差分算出部と、前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の状態を判定する風状態判定部とを備える風状態判定装置

請求項2

重力方向に対する前記撮像部の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部が算出する前記傾きに基づいて、前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像における重力方向を示す画像内重力方向を算出する画像内重力方向算出部と、を更に備え、前記差分算出部は、前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記画像内重力方向算出部が算出する前記画像内重力方向とに基づいて、前記差分を算出する請求項1に記載の風状態判定装置。

請求項3

前記構造物の径間を少なくとも含む設備情報に基づいて、前記構造物間に懸垂される前記線状物の懸垂曲線面を推定する懸垂曲線面推定部を更に備え、前記差分算出部は、前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記懸垂曲線面推定部が推定する前記懸垂曲線面が示す重力方向とに基づいて、前記差分を算出する請求項1又は請求項2に記載の風状態判定装置。

請求項4

前記風状態判定部は、前記差分算出部が算出する前記差分と、前記線状物に関する設備情報とに基づいて、前記構造物の間に吹く風の風圧を判定する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の風状態判定装置。

請求項5

前記風状態判定部は、前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の風向を判定する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の風状態判定装置。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の風状態判定装置を備える飛行体

技術分野

0001

本発明は、風状態判定装置及び飛行体に関する。

背景技術

0002

従来、飛行体(例えば、ドローン)に重量物を搭載した場合であっても、この飛行体を前後左右に容易に操舵することができる技術が提案されている(例えば、特許文献1)。

先行技術

0003

特開2001−39397号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に記載されるような飛行体は、飛行中に風の影響を受けやすい。ここで、飛行体の周辺及び進行方向の風の状態を、予め判定することができれば、飛行中の飛行体に対する風の影響を低減することができる。しかしながら、特許文献1に記載されている技術では、飛行体の周辺及び進行方向の風の状態を判定することまではできないという問題があった。本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、飛行体の周辺及び進行方向の風の状態を判定することができる風状態判定装置を提供する。

課題を解決するための手段

0005

本発明の一態様は、自装置の周辺の風景撮像された風景画像を生成する撮像部と、前記撮像部が生成する前記風景画像内に複数の構造物の間に懸垂される線状物の画像が存在する場合に、前記風景画像から前記線状物の画像を抽出する画像抽出部と、前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像に基づいて、前記線状物が懸垂されている懸垂方向と、重力方向との差分を算出する差分算出部と、前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の状態を判定する風状態判定部とを備える風状態判定装置である。

0006

また、本発明の一態様の風状態判定装置は、重力方向に対する前記撮像部の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部が算出する前記傾きに基づいて、前記画像抽出部が抽出する前記線状物の画像における重力方向を示す画像内重力方向を算出する画像内重力方向算出部と、を更に備え、前記差分算出部は、前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記画像内重力方向算出部が算出する前記画像内重力方向とに基づいて、前記差分を算出する。

0007

また、本発明の一態様の風状態判定装置は、前記構造物の径間を少なくとも含む設備情報に基づいて、前記構造物間に懸垂される前記線状物の懸垂曲線面を推定する懸垂曲線面推定部を更に備え、前記差分算出部は、前記線状物の画像が示す前記懸垂方向と、前記懸垂曲線面推定部が推定する前記懸垂曲線面が示す重力方向とに基づいて、前記差分を算出する。

0008

また、本発明の一態様の風状態判定装置において、前記風状態判定部は、前記差分算出部が算出する前記差分と、前記線状物に関する設備情報とに基づいて、前記構造物の間に吹く風の風圧を判定する。

0009

また、本発明の一態様の風状態判定装置において、前記風状態判定部は、前記差分算出部が算出する前記差分に基づいて、前記構造物の間に吹く風の風向を判定する。

0010

また、本発明の一態様は、上述の風状態判定装置を備える飛行体である。

発明の効果

0011

本発明によれば、飛行体の周辺及び進行方向の風の状態を判定することができる。

図面の簡単な説明

0012

第1の実施形態に係る風状態判定装置を備える飛行体の外観の一例を示す概要図である。
本実施形態の風状態判定装置の構成の一例を示す構成図である。
本実施形態の記憶部に記憶されている設備情報の一例を示す表である。
本実施形態の風状態判定装置の動作の一例を示す流れ図である。
本実施形態の撮像部が撮像する風景画像の一例を示す模式図である。
本実施形態の画像抽出部が抽出する電線の画像の一例を示す模式図である。
重力方向と、電線の懸垂方向との関係の一例を示す模式図である。
風圧がより強い場合の重力方向と、電線の懸垂方向との関係の一例を示す模式図である。
風向が逆方向の場合の重力方向と、電線の懸垂方向との関係の一例を示す模式図である。
第2の実施形態に係る風状態判定装置の構成の一例を示す構成図である。
本実施形態の懸垂曲線面推定部による懸垂曲線面の推定結果の一例を示す図である。
本実施形態の風状態判定装置の動作の一例を示す流れ図である。
本実施形態の3次元的角度の一例を示す図である。
本実施形態の電線の振れの一例を示す図である。

実施例

0013

[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明に係る風状態判定装置の一実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る風状態判定装置1を備える飛行体の外観の一例を示す概要図である。ドローンDRNは、飛行体の一例であり、遠隔操縦又は自律制御により空中を飛行する。ドローンDRNは、複数のロータを備えており、このロータの回転数などを調整することにより、様々な方向に飛行する。なお、ここでは飛行体の具体例としてドローンDRNについて説明するが、飛行体はこれに限られない。

0014

ドローンDRNは、風状態判定装置1を備えている。この風状態判定装置1は、制御部10と、撮像部20と、ジャイロセンサ30と、GPS受信部40と、記憶部50とを備えている。風状態判定装置1のより具体的な構成について、図2を参照して説明する。

0015

図2は、本実施形態の風状態判定装置1の構成の一例を示す構成図である。
撮像部20は、カメラを備えており、自機の周辺の風景を撮像し、撮像した風景の画像である風景画像PICを生成する。すなわち、撮像部20は、自機の周辺の風景が撮像された風景画像PICを生成する。撮像部20は、生成した風景画像PICを制御部10に供給する。

0016

ジャイロセンサ30は、ドローンDRNの飛行姿勢を検出し、検出した飛行姿勢を制御部10に供給する。
GPS受信部40は、GPS(Global Positioning System)衛星が送信する測位信号を受信する。
記憶部50には、設備情報51が記憶されている。この設備情報51について、図3を参照して説明する。

0017

図3は、本実施形態の記憶部50に記憶されている設備情報51の一例を示す表である。記憶部50には、鉄塔TWごとに、鉄塔TW及び電線WRの設置に関する情報が、設備情報51として記憶されている。より具体的には、記憶部50には、鉄塔番号と、接続先の鉄塔番号と、電線径と、電線の単位長さ重量と、鉄塔の設置位置とが互いに関連付けられて、設備情報51として記憶されている。鉄塔番号とは、鉄塔TWごとに固有に付された、鉄塔TWを識別する番号である。接続先の鉄塔番号とは、ある鉄塔TWに電線WRを介して隣接する他の鉄塔TWの鉄塔番号である。電線径とは、電線WRの直径である。電線の単位長さ重量とは、鉄塔TW間に懸垂される電線WRの単位長さ当たりの重量である。設置位置とは、緯度経度と電線支持高さとによって示される、鉄塔TWが設置されている位置及び電線WRを支持する位置である。図3に示す一例であれば、鉄塔番号101と、接続先鉄塔番号「…、102、…」と、電線径38[mm]と、設置位置(N35.666954,E139.843463、H50.00)とが関連付けられて記憶されている。ここで、接続先鉄塔番号「102」とは、鉄塔番号101の鉄塔TWから電線WRがかけられている鉄塔TWの番号が、鉄塔番号102であることを示す。電線径38[mm]とは、鉄塔番号101の鉄塔TWと、鉄塔番号102の鉄塔TWとの間に懸垂されている電線WRの直径が、38[mm]であることを示す。また、設置位置(N35.666954,E139.843463、H50.00)とは、鉄塔番号101の鉄塔TWが北緯35.666954度、東経139.843463度に設置されており、この鉄TWが高さ50.00[m]の位置に電線を指示していることを示す。

0018

図2戻り、制御部10は、画像抽出部11と、傾き算出部12と、画像内懸垂方向算出部13と、画像内重力方向算出部14と、差分算出部15と、風状態判定部16とを備えている。制御部10が備える各部の構成及び動作の具体例について、図4から図7を参照して説明する。

0019

図4は、本実施形態の風状態判定装置1の動作の一例を示す流れ図である。
画像抽出部11は、撮像部20が生成する風景画像PICから、電線WRの画像を抽出する(図4のステップS10)。この撮像部20が生成する風景画像PICの一例について、図5を参照して説明する。

0020

図5は、本実施形態の撮像部20が撮像する風景画像PICの一例を示す模式図である。ここで、風景画像PICの座標系を定義する。この一例において、風景画像PICとは、矩形画像である。風景画像PICの画素座標は、直交画像座標系(Xp、Yp)によって示される。風景画像PICの横方向が軸Xpであり、軸Xpと直交する風景画像PICの縦方向が軸Ypである。また、風景画像PICに含まれる風景の座標は、三次元直交座標系(Xg,Yg,Zg)によって示される。風景画像PICに含まれる風景の鉛直下方向、すなわち重力方向が軸Zgであり、この軸Zgにそれぞれ直行する方向が軸Xg、軸Ygである。

0021

この一例では、撮像部20は、電線の一部を撮像している。風景画像PICには、鉄塔TWの画像と、電線WRの画像とが含まれる。この鉄塔TWとは、構造物の一例である。電線WRとは、線状物の一例である。この一例では、2本の鉄塔TW、すなわち鉄塔TW1と鉄塔TW2との間に、電線WRが懸垂されている。また、風景画像PICには、樹木や地面、空などの背景画像BGが含まれる。
画像抽出部11は、図5に示す風景画像PICから、電線WRの画像を抽出する。画像抽出部11が抽出する電線WRの画像の一例について、図6を参照して説明する。

0022

図6は、本実施形態の画像抽出部11が抽出する電線WRの画像の一例を示す模式図である。画像抽出部11は、既知画像処理技術によって電線WRの画像を抽出する。具体的には、画像抽出部11は、鉄塔TW1の頂部の点P11と、最下部の点P12とに基づいて、鉄塔TW1の形状を推測することにより、電線WRの一端を抽出する。画像抽出部11は、鉄塔TW2の頂部の点P21と、最下部の点P22とに基づいて、鉄塔TW2の形状を推測することにより、電線WRの他端を抽出する。さらに、画像抽出部11は、風景画像PICに2値化やフィルタリングなどの既知の画像処理を施すことにより、電線WRの一端から他端までの軌跡を抽出する。すなわち、画像抽出部11は、撮像部20が生成する風景画像PIC内に複数の鉄塔TWの間に懸垂される電線WRの画像が存在する場合に、風景画像PICから電線WRの画像を抽出する。風景画像PICから電線WRの画像を抽出することにより、制御部10は、その後の画像処理において背景画像BGの影響を低減することができる。
なお、以下の説明において、2本の鉄塔TWのそれぞれの頂点、すなわち点P11と点P21を結ぶ弦CDの中点を、点P31と記載する。点P31から重力方向dGF、すなわち軸Zgの正の方向に下した線と、地面との交点を、点P32と記載する。点P31から電線WRの中間点である点P33を通る線と、地面との交点を、点P34と記載する。

0023

図2に戻り、画像内懸垂方向算出部13は、画像抽出部11が抽出した電線WRの画像に基づいて、画像内における電線WRの懸垂方向dCTを算出する(図4のステップS20)。ここで、電線WRの懸垂方向dCTについて、図7を参照してより具体的に説明する。

0024

図7は、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとの関係の一例を示す模式図である。電線WRは、両端が鉄塔TWに固定されると、重力により、その形状が懸垂曲線になる。ここで懸垂曲線は、懸垂線カテナリー曲線、又は単にカテナリーとも称する。また、懸垂曲線と、弦CDとがなす面を懸垂曲線面とも記載する。懸垂方向dCTとは、電線WRの懸垂曲線の垂下方向である。ここで、鉄塔TW1及び鉄塔TW2の間に風が吹いていない場合には、電線WRの懸垂曲線の垂下方向、つまり懸垂方向dCTと、重力方向dGF方向とは、一致する。一方、鉄塔TW1と鉄塔TW2との間に風が吹くことにより電線WRが風圧の影響を受ける場合には、懸垂方向dCTと、重力方向dGFとは、一致しない。図7において、軸Xgの正方向に風が吹いている場合、電線WRの位置は、軸Xgの正方向にずれる。ここで、電線WRの位置が点P33にずれた場合、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとのなす角は、角度θ1である。次に、図2に戻り、画像内における重力方向dGFの算出について説明する。

0025

傾き算出部12は、ジャイロセンサ30が検出した自機の飛行姿勢に基づいて、重力方向dGFに対する自機の傾きを算出する(図4のステップS30)。上述した撮像部20のカメラは、自機、すなわちドローンDRNに直接固定される場合と、ドローンDRNにジンバル機構などを介して取り付けられる場合とがある。ここでは、自機、すなわちドローンDRNには、撮像部20のカメラが直接固定されている場合について説明する。重力方向dGFに対して自機が傾いた場合、撮像部20のカメラは、自機の傾きに応じて重力方向dGFに対して傾く。すなわち、傾き算出部12は、重力方向dGFに対する撮像部20のカメラの傾きを算出する。重力方向dGFに対して自機が傾いた場合、撮像部20が生成する風景画像PICも、自機の傾きに応じて重力方向dGFに対して傾く。重力方向dGFに対する自機の傾きを算出すれば、風景画像PICの重力方向dGFに対する傾きを算出することができる。

0026

画像内重力方向算出部14は、電線WRの画像と、傾き算出部12が算出した撮像部20のカメラの傾きとに基づいて、電線WRの画像内における重力方向dGFを算出する(図4のステップS40)。
差分算出部15は、画像内懸垂方向算出部13が算出した懸垂方向dCTと、画像内重力方向算出部14が算出した重力方向dGFとの差分を算出する(図4のステップS50)。すなわち、差分算出部15は、画像抽出部11が抽出する電線WRの画像に基づいて、電線WRが懸垂されている懸垂方向dCTと、重力方向dGFとの差分を算出する。図7に示す一例では、差分算出部15は、懸垂方向dCTと、重力方向dGFとの差分である角度θ1を算出する。

0027

風状態判定部16は、差分算出部15が算出する差分に基づいて、鉄塔TWの間に吹く風の状態を判定する(図4のステップS60)。ここで、風の状態には、風速、風圧、風向が含まれる。図7に示す一例では、風状態判定部16は、軸Xgの正方向に風が吹いていると判定する。この風状態判定部16による風の状態の判定について、より詳しく説明する。

0028

電線WRには、重力方向dGFに向かう垂直荷重と、水平方向の水平荷重とが加わる。垂直荷重は、電線WRの自重や、電線WRに付着した氷雪等によって生じる。なお、以下の説明においては、電線WRに付着した氷雪等による垂直荷重への影響の説明は省略する。水平荷重は、風により発生する。水平荷重は、風圧荷重とも称する。

0029

電線WRの自重W1は、次の式(1)によって示される。式(1)において、符号mは、電線WRの質量を示し、符号gは、重力加速度を示す。

0030

0031

また、風圧荷重Wkは、次の式(2)によって示される。式(2)において、符号Dは、電線WRの直径を示し、符号lは、電線WRの長さを示し、符号Wpは、電線WRの単位面積に加わる、図5に示す軸Xg方向の風圧を示す。なお、電線WRが撚り線の場合には、7本撚りでは電線WRの直径は素線の直径の3倍、19本撚りでは電線WRの直径は素線の直径の5倍である。

0032

0033

式(2)に示すように、風圧荷重Wkは、電線WRの直径と、電線WRの長さとの積によって表される。つまり、風圧荷重Wkは、図5に示す軸Xg方向に電線WRを見た場合の、電線WRの面積によって示される。
電線WRの合成荷重Wは、次の式(3)によって示される。

0034

0035

風状態判定部16は、図7に示すように、差分算出部15が算出した重力方向dGFと懸垂方向dCTとのなす角度θに基づいて、風圧荷重Wkを算出することにより、電線WRに加わる風圧を算出する。

0036

一例として、風圧が図7に示す場合よりも強い場合について、図8を参照して説明する。
図8は、風圧がより強い場合の重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとの関係の一例を示す模式図である。風圧が図7に示す場合よりも強い場合、電線WRは、軸Xgの正方向にずれる。図7の場合に比べ、図8の場合の方が、電線WRのずれ量が大きい。具体的には、電線WRは、点P35に位置する。この点P35は、点P33よりもずれ量が大きい。電線WRが点P35に位置した場合、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとのなす角は、角度θ2である。この角度θ2は、風圧が弱い場合の角度θ1よりも大きい。風状態判定部16は、この角度θの大きさを判定することにより、風圧を判定することができる。

0037

また、風状態判定部16は、風向を判定することもできる。風状態判定部16が風向を判定する場合の一例について、図9を参照して説明する。
図9は、風向が逆方向の場合の重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとの関係の一例を示す模式図である。ここで風向が逆方向とは、風が軸Xgの負方向に吹いている場合をいう。風向が逆方向の場合、電線WRは、軸Xgの負方向にずれる。電線WRが点P36に位置した場合、重力方向dGFと、電線WRの懸垂方向dCTとのなす角は、角度θ3である。この角度θ3は、風向が軸Xgの正方向の場合の角度θ1と向きが逆である。風状態判定部16は、この角度θの向きを判定することにより、風向を判定することができる。

0038

以上説明したように、本実施形態の風状態判定装置1は、撮像部20が撮像した電線WRの画像に基づいて、電線WRに吹きつける風の状態を判定する。撮像部20がドローンDRNの進行方向の風景を撮像する場合、ドローンDRNは、進行経路上の風の状態を予め知ることができる。したがって、ドローンDRNは、進行経路上の風が強い場合には、減速したり、風が弱まるまでその場で待機したりすることができる。つまり、ドローンDRNは、風状態判定装置1を備えることにより、風による外乱を受けにくくすることができるため、飛行制御を安定化することができる。

0039

また、風状態判定装置1は、風速計などの測定機器を用いずに風の状態を判定することができるため、風速計を追加してドローンDRNの重量が増すことを抑止することができる。また、ドローンDRNが飛行制御用や風景撮影用のカメラを備えている場合がある。この場合には、風状態判定装置1は、このカメラを撮像部20として利用することができる。この場合には、風状態判定装置1は、撮像部20の追加搭載によって、ドローンDRNの重量が増すことを抑止することができる。

0040

[第2の実施形態]
図10から図11を参照して、第2の実施形態に係る風状態判定装置2について説明する。なお、上述した第1の実施形態と同一の構成及び動作については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

0041

図10は、本発明の第2の実施形態に係る風状態判定装置2の構成の一例を示す構成図である。
風状態判定装置2は、制御部10に代えて制御部110を備えている。
制御部110は、傾き算出部12に代えて、画像内重力方向算出部114と、現在位置判定部117と、懸垂曲線面推定部118とを備える点において、上述した第1の実施形態の制御部10と異なる。

0042

現在位置判定部117は、GPS受信部40が受信した測位信号に基づいて、ドローンDRNの現在位置を判定する。現在位置判定部117は、判定したドローンDRNの現在位置を、懸垂曲線面推定部118に供給する。

0043

懸垂曲線面推定部118は、現在位置判定部117が判定したドローンDRNの現在位置と、記憶部50に記憶されている設備情報51とに基づいて、鉄塔TW間に懸垂されている電線WRの両側支持点を結んだ直線CDとその中間点を推定する。すなわち、懸垂曲線面推定部118は、電線WRの支持位置を少なくとも含む設備情報51に基づいて、鉄塔TW間に懸垂される電線WRの両側支持点とその中間点の視野角を推定する。懸垂曲線面推定部118は、推定した直線CDと中間点の視野角及び重力方向を示す情報を、画像内重力方向算出部114に供給する。

0044

懸垂曲線面推定部118が行う懸垂曲線面の推定手順の具体例を図11を参照して次に示す。
図11は、本実施形態の懸垂曲線面推定部118による懸垂曲線面の推定結果の一例を示す図である。懸垂曲線面推定部118は、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと、中間点P31とを結んだ直線Pd−P31を算出する。また、懸垂曲線面推定部118は、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと、電線WRの各両側支持点とを結んだ直線Pd−P11及び直線Pd−P21との3次元的角度である視野角θd1及び視野角θd2を算出する。懸垂曲線面推定部118は、撮像された画像内において直線CDを、視野角θd1:視野角θd2として内分することにより、中間点P31の画像内位置を算出する。また、懸垂曲線面推定部118は、3次元空間において、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと直線CDを含む面Sdcdと、ドローンDRNの3次元現在位置Pdと垂線P31−P32を通る面とがなす角度を、画像内において直線CDと垂線がなす角度として算出する。

0045

画像内重力方向算出部114は、画像抽出部11が抽出した鉄塔TW方向と電線WRの画像及び懸垂曲線面推定部118が推定した電線WRの両側支持点とその中間点の視野角を示す情報に基づいて、画像内の中間点位置とその重力方向dGFを算出する。
これら画像内重力方向算出部114、現在位置判定部117及び懸垂曲線面推定部118の具体的な動作について、図12を参照して説明する。

0046

図12は、本実施形態の風状態判定装置2の動作の一例を示す流れ図である。図12に示す流れ図において、ステップS10、ステップS20、ステップS50及びステップS60については、上述した第1の実施形態における各ステップと同一であるため、説明を省略する。

0047

現在位置判定部117は、GPS受信部40が受信した測位信号を取得し、取得した測位信号を既知の位置算出手順に従って処理する。現在位置判定部117は、処理の結果得られた位置を、ドローンDRNの現在位置として判定する(ステップS110)。

0048

懸垂曲線面推定部118は、現在位置判定部117が判定したドローンDRNの現在位置を取得する。また、懸垂曲線面推定部118は、取得した現在位置によって、記憶部50に記憶されている設備情報51を検索する。具体的には、懸垂曲線面推定部118は、取得した現在位置と、設備情報51の設置位置とを、鉄塔番号ごとに比較する。懸垂曲線面推定部118は、比較の結果、現在位置と設置位置との距離が最も小さい鉄塔番号を、検索結果として取得する。懸垂曲線面推定部118は、取得した鉄塔番号に関連付けられている、接続先の鉄塔番号、電線径、及び設置位置の各情報を取得する。つまり、懸垂曲線面推定部118は、現在位置判定部117が判定したドローンDRNの現在位置に基づいて、この現在位置に応じた設備情報51を取得する(ステップS120)。

0049

次に、懸垂曲線面推定部118は、ステップS120において取得した設備情報51に基づいて、懸垂曲線面を推定する(ステップS130)。具体的には、懸垂曲線面推定部118は、設備情報51に含まれる接続先鉄塔と、鉄塔の設置位置とに基づいて、鉄塔の径間を算出し、無風状態で重力方向に懸垂した場合に電線が存在する推定される面、すなわち推定懸垂曲線面を特定する。この推定懸垂曲線面が示す無風状態の電線WRの懸垂方向と、撮像部20が撮像した電線WRの懸垂方向とを比較することにより、電線WRの懸垂方向dCTの、重力方向dGFに対するずれ量を算出することができる。

0050

画像内重力方向算出部114は、画像抽出部11が抽出した鉄塔TWの方向と電線WRの画像と、懸垂曲線面推定部118が推定した直線CDの視野角とに基づいて、その中間点位置P31と画像内における重力方向dGF、すなわち画像内重力方向を算出する(ステップS140)。ここで、重力方向dGFは、現在位置判定部117及び設備情報51から取得した位置情報からCDに対する画像上の角度として算出してもよい。
以下、風状態判定装置2の各部は、第1の実施形態と同様に処理を行う。
すなわち、差分算出部15は、直線CDに平行な接線と画像が示す電線WRの接点と中間点P31とを結ぶ懸垂方向dCTと、画像内重力方向算出部114が推定する懸垂曲線が示す重力方向dGFとに基づいて、差分を算出し、さらに視野角により補正し3次元差分θを算出する(ステップS50)。

0051

より具体的な算出手順を説明する。
差分算出部15は、画像抽出部11が抽出した鉄塔TWの上下方向、或は懸垂曲線面推定部118で求めたCD及び垂線が画像内でなす角度と、上記視野角による求まる内分点P31を基に垂線P31−P32を算出する。画像内のP33は懸垂線WRとCDに平行な直線が接する点として近似的に求められ、画像内における懸垂線傾きが直線P31−P33と上記垂線P31−P32のなす角度θcとして求められる。
差分算出部15は、この画像内角度θcを、P31を中心とした3次元極座標空間における直線Pd−P31の仰角方位角から補正換算することにより、3次元空間における懸垂線傾きがP31を中心とした3次元空間における垂線P31−P32と直線P31−P33の成す角度θとして算出する。
すなわち、直線Pd−P31と極座標の中心P31で直交する面を面Srとすると、面Sr上への垂線P31−P32の投影線と、角度θcにより中間点P31で交差する面Srの直交面Sc上に直線P31−P33は存在することになり、中間点P31を通り直線CDから90度の方位角をもつ鉛直面SmとScとの交差線として直線P31−P33が求まる。

0052

この直線P31−P33と垂線P31−P32とが成す3次元的角度の一例を図13に示す。
図13は、本実施形態の3次元的角度の一例を示す図である。この直線P31−P33と垂線P31−P32とが成す3次元的角度が、図7における懸垂線WRの傾きθ1である。この直線P31−P33の振れ、つまりP33の振れを鉛直下方向に満た様子を図14に示す。
図14は、本実施形態の電線の振れの一例を示す図である。
風状態判定部16は、差分算出部15が算出する差分と、電線径や単位長さ重量を含む電線情報とに基づいて、鉄塔TWの間に吹く風の状態を判定する(ステップS60)。

0053

以上説明したように、本実施形態の風状態判定装置2は、撮像部20が撮像した電線WRの画像に基づいて、電線WRに吹きつける風の状態を判定する。撮像部20がドローンDRNの進行方向の風景を撮像する場合、ドローンDRNは、進行経路上の風の状態を予め知ることができる。したがって、ドローンDRNは、進行経路上の風が強い場合には、減速したり、風が弱まるまでその場で待機したりすることができる。つまり、ドローンDRNは、風状態判定装置2を備えることにより、風による外乱を受けにくくすることができるため、飛行制御を安定化することができる。

0054

また、撮像部20が撮像した電線WRの画像に基づいて風を検出する場合には、電線WRに対する撮像方向によっては、重力方向dGFと懸垂方向dCTの差分の算出が困難になる場合がある。具体的には、電線WRに対する撮像方向によっては、重力方向dGFと懸垂方向dCTの差分の算出精度が低下することがある。本実施形態の風状態判定装置2は、画像に加えて自機と設備の相対的な3次元位置情報を利用することで、重力方向dGFと懸垂方向dCTの差分を3次元的に精度よく算出することができる。したがって、風状態判定装置2は、懸垂方向dCTを算出する場合に、電線WRに対する撮像方向に起因する精度低下を抑制することができる。つまり、風状態判定装置2は、精度を低下させることなく差分を算出することができるため、風状態の判定を精度よく行うことができる。

0055

設備情報51には、更に電線WRの径間張力、電線WRの単位長さ当たりの重量、電線WRの弛度、鉄塔TW間の高低差などの情報が含まれていてもよい。

0056

なお、各実施形態において、線状物が電線WRである場合を一例にして説明したが、これに限られない。線状物は、構造物により2点で支えた場合に、この2点間に懸垂曲線が生じる物体であればよい。例えば、線状物には、索道鉄道索条電波送受信に用いられるワイヤーアンテナなども含まれる。また、各実施形態において、線状物を支持する構造物が鉄塔TWである場合を一例にして説明したが、これに限られない。構造物は、懸垂曲線を保って線状物を支持できればよく、樹木や建物、索道の支柱などであってもよい。

0057

また、各実施形態において、風状態判定装置1がドローンDRNに備えられる場合について説明したが、これに限られない。風状態判定装置1は、ドローンDRN以外の移動体に備えられてもよい。また、風状態判定装置1は、定置式の装置であってもよい。例えば、風状態判定装置1は、送電線の鉄塔上に定置される装置であってもよい。

0058

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

0059

なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラム形式コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク光磁気ディスクCD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラム通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

0060

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル差分プログラム)であってもよい。

0061

1,2…風状態判定装置、10,110…制御部、11…画像抽出部、12…傾き算出部、13…画像内懸垂方向算出部、14…画像内重力方向算出部、15…差分算出部、16…風状態判定部、117…現在位置判定部、118…懸垂曲線面推定部、20…撮像部、30…ジャイロセンサ、40…GPS受信部、50…記憶部、TW…鉄塔(構造物)、WR…電線(線状物)、DRN…ドローン(飛行体)

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