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JP2016080572A - Laser measurement system - Google Patents

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JP2016080572A
JP2016080572A JP2014213557A JP2014213557A JP2016080572A JP 2016080572 A JP2016080572 A JP 2016080572A JP 2014213557 A JP2014213557 A JP 2014213557A JP 2014213557 A JP2014213557 A JP 2014213557A JP 2016080572 A JP2016080572 A JP 2016080572A
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JP
Japan
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laser
measurement system
sensor
laser beam
dimensional
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Pending
Application number
JP2014213557A
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Japanese (ja)
Inventor
逸史 藤田
Itsushi Fujita
逸史 藤田
研一 渋谷
Kenichi Shibuya
研一 渋谷
智樹 河端
Tomoki Kawabata
智樹 河端
稚佳子 江藤
Chikako Eto
稚佳子 江藤
智 瀬宮
Satoshi Semiya
智 瀬宮
昌裕 林
Masahiro Hayashi
昌裕 林
康至 大森
Yasuyuki Omori
康至 大森
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Aero Asahi Corp
Original Assignee
Aero Asahi Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser measurement system which is small and lightweight, but is capable of measuring geography highly accurately.SOLUTION: The laser measurement system comprises: a laser range finder 7 including a laser source 11 emitting a laser beam 10, and a diffusion module 15 dividing the laser beam 10 into many laser beams 20 and diffusing them in a quadrangular-pyramid-manner; a frame H holding the laser range finder 7; a GNSS sensor 31 detecting three-dimensional positional information of an aircraft; a gyro sensor G detecting attitude information of the frame H; and a CCD sensor 18 photoelectrically detecting the laser beam reflected by the ground surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はレーザ計測システムに関するものであり、さらに詳細には、航空機に搭載したレーザ測距器を用いて、地形情報を取得するレーザ計測システムに関するものである。   The present invention relates to a laser measurement system, and more particularly to a laser measurement system that acquires topographic information using a laser range finder mounted on an aircraft.

レーザ測距器にGNSS受信機とIMU(姿勢計測装置)とを組み合わせ、航空機より地表に向けレーザを発射して、レーザ照射点(計測点)の三次元的位置を測量するレーザ計測システムが知られている。   A laser measuring system that combines a GNSS receiver and an IMU (attitude measurement device) with a laser rangefinder, emits a laser from the aircraft toward the ground, and measures the three-dimensional position of the laser irradiation point (measurement point) is known. It has been.

レーザ測距器は、レーザを発射した時間とレーザが地表で反射して戻って来た時間から航空機と地表の距離を測定するように構成され、GNSS受信機は衛星の電波から航空機の三次元的位置を測定するように構成されている。一方、IMUは航空機の姿勢や加速度を測定し、測定値からレーザ光の発射方向を補正するように構成され、これらの測定データを組み合せることにより、計測点の緯度経度標高が高精度に測量することが可能になる(非特許文献1:公共測量
作業規程の準則 解説と運用 326,327頁 社団法人
日本測量協会発行)。
The laser range finder is configured to measure the distance between the aircraft and the ground surface from the time when the laser was fired and the time when the laser reflected back from the ground surface, and the GNSS receiver is a 3D Configured to measure the target position. On the other hand, the IMU is configured to measure the attitude and acceleration of the aircraft and correct the laser beam emission direction from the measured values. By combining these measurement data, the latitude and longitude elevation of the measurement point can be measured with high accuracy. (Non-patent document 1: Standards and rules of public survey work regulations, pages 326,327, published by Japan Surveying Association).

近年のレーザ測距器は、1秒当り数万回ないし10万回程度のレーザ発射能力があり、このレーザ光を航空機の進行方向に対して、左右方向にスキャンすることにより、1回の飛行で、幅広い帯状領域を測量することができる。飛行高度2000mでスキャン角度が20度の場合、測定領域の幅は約700mで、計測点の間隔は50〜60cmである(国土地理院のHP「航空レーザ測定」参照)。   Recent laser rangefinders have a laser emission capability of several tens of thousands to 100,000 times per second. By scanning this laser light in the left-right direction with respect to the traveling direction of the aircraft, one flight can be performed. Thus, it is possible to survey a wide band area. When the flight altitude is 2000 m and the scan angle is 20 degrees, the width of the measurement area is about 700 m, and the distance between the measurement points is 50 to 60 cm (refer to HP “Aerial Laser Measurement” of the Geospatial Information Authority of Japan).

このように、従来のスキャン方式は広い領域を効率的に測定することができる半面で、計測点の数が膨大でデータの処理に時間がかかり、また、レーザの反射ミラーなどスキャニング機構が高価で耐久性に欠けるという問題が指摘されている。   In this way, the conventional scanning method can efficiently measure a wide area, but the number of measurement points is enormous and it takes time to process data, and the scanning mechanism such as a laser reflection mirror is expensive. The problem of lack of durability has been pointed out.

そこで、特許文献1(特開2012−225706号公報)は、航空機に複数台のレーザ測距器を搭載し、各レーザ測距器のレーザ発射方向の角度をずらして固定し、これらとレーザ照射点の距離を測るレーザ測距手段と、レーザ測距手段より取得した測距データとGNSS受信機による位置情報およびIMUによる姿勢情報を組み合せて、レーザ照射点の三次元的位置を計算する位置計算手段とを備え、航空機の飛行線に平行な複数本の線上の地形情報を読み取り、災害発生時の地形の変異を迅速に把握することを可能にするレーザ計測システムを開示している。   Therefore, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-225706), a plurality of laser rangefinders are mounted on an aircraft, the angles of the laser emission directions of the laser rangefinders are shifted and fixed, and laser irradiation is performed with these laser rangefinders. Position calculation that calculates the three-dimensional position of the laser irradiation point by combining laser distance measurement means for measuring the distance of the point, distance measurement data obtained from the laser distance measurement means, position information by the GNSS receiver, and attitude information by the IMU And a laser measurement system that reads terrain information on a plurality of lines parallel to the flight line of an aircraft and quickly grasps terrain variations at the time of a disaster.

特開2012−225706号明細書JP 2012-225706 A Specification

公共測量 作業規程の準則 解説と運用 326,327頁 社団法人日本測量協会発行Public Surveys Work Rules Standards Explanation and Operation Pages 326,327 Published by Japan Surveying Association

しかしながら、かかるレーザ計測システムにおいては、航空機に複数台のレーザ測距器を搭載する必要があるため、大型で重く、また、航空機の進行方向に対して、レーザを左右方向にスキャンすることにより、1回の飛行で、幅広い帯状領域を測量する従来のレーザ計測システムに比して、測定点各々の精度自体は変わらないものの、その測定点量が少なく、得られる地表の情報量が少ないという問題があった。   However, in such a laser measurement system, since it is necessary to mount a plurality of laser rangefinders on the aircraft, it is large and heavy, and by scanning the laser in the left-right direction with respect to the traveling direction of the aircraft, Compared to conventional laser measurement systems that survey a wide band in a single flight, the accuracy of each measurement point is the same, but the amount of measurement points is small and the amount of information on the ground surface is small. was there.

したがって、本発明は、小型で軽量であり、航空機の進行方向に対して、レーザを左右方向にスキャンし、幅広い帯状領域を測量するレーザスキャン方式のレーザ計測システムと同等な精度で、地形を測量することができるレーザ計測システムを提供することなる。   Therefore, the present invention is small and lightweight, and surveys the terrain with the same accuracy as a laser scanning system laser measuring system that scans a laser in the left-right direction with respect to the aircraft traveling direction and surveys a wide band area. It is possible to provide a laser measurement system capable of doing this.

本発明のかかる目的は、航空機に搭載されたレーザ計測システムであって、レーザビームを照射するレーザ照射デバイスと、レーザ照射デバイスを保持する架台と、前記航空機の三次元的な位置情報を検出するGNSSセンサと、前記架台の姿勢情報を検出する姿勢センサと、地上面によって反射されたレーザビームを光電的に検出する光検出器を備え、前記レーザ照射デバイスが、レーザビームを地上に向けて、特定の時間にわたって、錐体状に連続照射することを特徴とするレーザ計測システムによって達成される。   An object of the present invention is a laser measurement system mounted on an aircraft, which detects a laser irradiation device that irradiates a laser beam, a gantry that holds the laser irradiation device, and three-dimensional position information of the aircraft. A GNSS sensor, a posture sensor that detects posture information of the gantry, and a photodetector that photoelectrically detects a laser beam reflected by the ground surface, and the laser irradiation device directs the laser beam to the ground, This is achieved by a laser measurement system characterized by continuous irradiation in a cone shape over a specific time.

本明細書において、航空機とは、有人/無人に関わらず人や物を乗せて、空中を飛行することができる乗り物をいう。   In this specification, an aircraft refers to a vehicle that can fly in the air with a person or an object, whether manned or unmanned.

本明細書において、錐体は、円錐、楕円錐などの円錐、三角錐、四角錘、八角錐などの角錐を含んでいる。   In the present specification, the cone includes a cone such as a cone and an elliptical cone, and a pyramid such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, and an octagonal pyramid.

本発明によれば、レーザ計測システムは、航空機の機体から地上に向けて、レーザビームを錐体状に特定の時間にわたり、連続照射し、地上面によって反射されたレーザビームを光検出器によって検出するように構成されているから、レーザビームによって地上面をスキャンさせる反射ミラーなどスキャニング機構を設ける必要がなく、したがって、レーザ計測システムが高価で、耐久性がないという従来技術の問題を解消することができ、また、特開2012−225706号明細書によって提案されているレーザ計測システムのように、複数台のレーザ測距器を搭載する必要がないから、大型で重いという特開2012−225706号明細書によって提案されているレーザ計測システムの問題点を解決することが可能になる。   According to the present invention, a laser measurement system continuously irradiates a laser beam in a cone shape for a specific time from an aircraft body to the ground, and a laser beam reflected by the ground surface is detected by a photodetector. Therefore, there is no need to provide a scanning mechanism such as a reflecting mirror that scans the ground surface with a laser beam, and therefore the problem of the prior art that the laser measurement system is expensive and not durable is eliminated. Moreover, unlike the laser measurement system proposed by Japanese Patent Laid-Open No. 2012-225706, there is no need to mount a plurality of laser rangefinders. It is possible to solve the problems of the laser measurement system proposed by the specification.

本発明の好ましい実施態様においては、前記レーザ照射デバイスが、レーザビームをパルス状に放出するレーザ光源と、前記レーザ光源から放出されたレーザビームを多数のレーザビームに分割し、多数のレーザビームを錐体状に地上面に照射するように構成されている。   In a preferred embodiment of the present invention, the laser irradiation device divides the laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams, and divides the laser beams into a plurality of laser beams. It is configured to irradiate the ground surface in a cone shape.

本明細書において、多数のレーザビームに分割するとは、n×nのマトリックス(nは2以上の整数である。)、たとえば、128×128のマトリックス状に、あるいは、256×256のマトリックス状に地上面が照射されるように、1本のレーザビームを分割することをいい、多数のレーザビームの本数はとくに限定されるものではない。   In this specification, dividing into multiple laser beams means an n × n matrix (n is an integer of 2 or more), for example, a 128 × 128 matrix or a 256 × 256 matrix. This means that one laser beam is divided so that the ground surface is irradiated, and the number of many laser beams is not particularly limited.

本発明のかかる好ましい実施態様によれば、航空機の機体から地上面に向けて、多数のレーザビームが錐体状に照射されるから、地上面の広い領域によって反射されるから、複数台のレーザ測距器を搭載する必要がなく、小型でかつ安価なレーザ照射デバイスを用いて、高い精度で測量をすることができる。   According to this preferred embodiment of the present invention, since a large number of laser beams are irradiated in a cone shape from the aircraft body toward the ground surface, the laser beams are reflected by a wide area on the ground surface. It is not necessary to mount a distance measuring device, and surveying can be performed with high accuracy using a small and inexpensive laser irradiation device.

また、本発明のかかる好ましい実施態様によれば、航空機の機体から地上面に向けて、多数のレーザビームが錐体状に照射されるから、面状の地形画像を連続的に生成することが可能になる。   Further, according to such a preferred embodiment of the present invention, since a large number of laser beams are irradiated in a cone shape from the aircraft body toward the ground surface, it is possible to continuously generate a planar terrain image. It becomes possible.

本発明のさらに好ましい実施態様においては、光検出器として二次元撮像素子が用いられ、レーザ計測システムが、さらに、前記二次元CCDセンサによって光電的に検出されて生成された計測画像データを、検出時間、GNSSセンサが検出した位置情報および前記姿勢センサが検出した前記架台の姿勢情報とともに記録するメモリ手段と、前記二次元CCDセンサによって光電的に検出されて生成された画像データを前記姿勢センサが検出した前記架台の姿勢情報によって補正した補正画像データに基づいて、地形画像を表示可能な表示手段を備えている。   In a further preferred embodiment of the present invention, a two-dimensional imaging device is used as a photodetector, and the laser measurement system further detects measurement image data generated by photoelectric detection by the two-dimensional CCD sensor. The posture sensor stores time, the position information detected by the GNSS sensor and the posture information of the gantry detected by the posture sensor, and the image data photoelectrically detected and generated by the two-dimensional CCD sensor. Display means capable of displaying a topographic image based on the corrected image data corrected by the detected attitude information of the gantry is provided.

本発明のかかる好ましい実施態様によれば、リアルタイムに、補正をされた地形画像を観察しつつ、計測を続けることが可能になる。   According to such a preferred embodiment of the present invention, it is possible to continue the measurement while observing the corrected topographic image in real time.

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記二次元撮像素子が、二次元CCDセンサおよびCMOSセンサよりなる群から選ばれている。   In a further preferred embodiment of the present invention, the two-dimensional imaging device is selected from the group consisting of a two-dimensional CCD sensor and a CMOS sensor.

本発明によれば、小型で軽量であり、航空機の進行方向に対して、レーザを左右方向にスキャンし、幅広い帯状領域を測量するレーザスキャン方式のレーザ計測システムと同等な測量精度を実現することができるレーザ計測システムを提供することが可能になる。   According to the present invention, it is small and lightweight, and realizes surveying accuracy equivalent to a laser scanning system laser measuring system that scans a laser in the left-right direction with respect to the aircraft traveling direction and surveys a wide band-like region. It is possible to provide a laser measurement system capable of

また、従来のレーザスキャン方式のレーザ計測システムにおいては、同時刻に取得可能なデータは1ポイントにならざるを得ないが、本発明によれば、同時刻に複数ポイントのデータ取得が可能となり、時間軸での変異が激しい観測対象のより正確な測量精度を実現することができるレーザ計測システムを提供することが可能になる。   In the laser measurement system of the conventional laser scan method, the data that can be acquired at the same time must be one point, according to the present invention, it is possible to acquire data of a plurality of points at the same time, It is possible to provide a laser measurement system capable of realizing more accurate surveying accuracy of an observation target with a severe variation in the time axis.

図1は、本発明の好ましい実施態様にかかるレーザ計測システムにおいて、レーザ機が搭載される水平防振架台を示す図面である。FIG. 1 is a view showing a horizontal anti-vibration mount on which a laser machine is mounted in a laser measurement system according to a preferred embodiment of the present invention. 図2は、本発明の好ましい実施態様にかかるレーザ計測システム全体の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the entire laser measurement system according to a preferred embodiment of the present invention. 図3は、図1に示される水平防振架台のブロックダイアグラムである。FIG. 3 is a block diagram of the horizontal vibration isolator shown in FIG. 図4は、レーザ測距装置のレーザビーム放出部の略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of a laser beam emitting portion of the laser distance measuring device. 図5は、レーザ測距装置のレーザビーム受光部の略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a laser beam receiving unit of the laser distance measuring device. 図6は、図1ないし図5に示されたレーザ計測システムの計測装置のブロックダイアグラムである。FIG. 6 is a block diagram of the measuring device of the laser measuring system shown in FIGS. 図7は、本実施態様において、コントローラによって実行される処理を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing processing executed by the controller in this embodiment. 図8は、断面データを用いて、土砂崩れの状態を求める場合における土砂崩れが発生した事故現場の略縦断面図である。FIG. 8 is a schematic longitudinal cross-sectional view of an accident site where a landslide occurred in the case of obtaining a landslide state using the cross-sectional data.

図1は、本発明の好ましい実施態様にかかるレーザ計測システムにおいて、レーザ機が搭載される水平防振架台を示す図面であり、図2は、本発明の好ましい実施態様にかかるレーザ計測システム全体の構成を示す模式図、図3は、図1に示される水平防振架台のブロックダイアグラムである。   FIG. 1 is a view showing a horizontal vibration isolator on which a laser machine is mounted in a laser measurement system according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an overall view of the laser measurement system according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration, and FIG. 3 is a block diagram of the horizontal vibration isolator shown in FIG.

図1ないし図3に示されるように、ヘリコプター(図1ないし図3には図示されていない)に取り付けられた水平防振架台Hには、ジャイロセンサGが接続され、ジャイロセンサGが検出した姿勢計測データに基づいて、X軸、Y軸およびZ軸の3軸のサーボモータ1,2および3をフィードバック制御して、水平防振架台Hの姿勢がヘリコプターの傾きに関係なく水平に維持される。   As shown in FIGS. 1 to 3, a gyro sensor G is connected to a horizontal anti-vibration mount H attached to a helicopter (not shown in FIGS. 1 to 3), and the gyro sensor G detects it. Based on the attitude measurement data, the X-axis, Y-axis, and Z-axis servo motors 1, 2, and 3 are feedback-controlled so that the attitude of the horizontal anti-vibration stand H remains horizontal regardless of the helicopter tilt. The

図示されてはいないが、水平防振架台Hは、ヘリコプターの振動を受けにくくするため、バネを介して、ヘリコプターに取付けられている。   Although not shown, the horizontal anti-vibration stand H is attached to the helicopter via a spring in order to make it difficult to receive vibration of the helicopter.

図2および図3に示されるように、サーボモータ1,2および3により、水平防振架台Hがロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の3軸回りに、それぞれo角、p角およびk角だけ回転されるように構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the servo motors 1, 2 and 3 allow the horizontal anti-vibration mount H to rotate around the three axes of the roll axis, the pitch axis and the yaw axis by only the o angle, p angle and k angle, respectively. It is configured to be rotated.

図2および図3において、参照符号4で示されているのは、これらサーボモータ1、2および3ならびにジャイロセンサGを制御する制御部であり、図3において、参照符号5で示されているのは電源部である。図3に示されるように、3基のサーボモータ1、2および3は、ジャイロセンサGが検出した姿勢計測データに基づき、制御部4によって、制御されるように構成されている。   2 and 3, reference numeral 4 indicates a control unit that controls the servo motors 1, 2, and 3 and the gyro sensor G, and is indicated by reference numeral 5 in FIG. 3. Is the power supply section. As shown in FIG. 3, the three servo motors 1, 2, and 3 are configured to be controlled by the control unit 4 based on the attitude measurement data detected by the gyro sensor G.

図1ないし図3に示されるように、水平防振架台Hには、さらに、IMU(姿勢計測装置)およびレーザ測距装置7が搭載されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the horizontal vibration isolator H is further mounted with an IMU (attitude measurement device) and a laser distance measuring device 7.

図4は、レーザ測距装置7のレーザビーム放出部の略斜視図である。   FIG. 4 is a schematic perspective view of the laser beam emitting portion of the laser distance measuring device 7.

図4に示されるように、レーザ測距装置7はレーザビーム10をパルス状に放出するレーザ光源11と、レーザ光源11から放出されたレーザビーム10を平行なビームに変換するコリメータレンズ12と、コリメータレンズ12によって平行なビームに変換されたレーザビーム10を、多数のレーザビーム20に分割し、四角錘状に拡散させる拡散モジュール15を備えている。拡散モジュール15に入射したレーザビーム10は、n×nのマトリックス状に、たとえば、128×128のマトリックス状に地上に向けて照射される。拡散モジュール15としては、たとえば、Advanced Scientific Concepts, Inc.によって製造販売されている「3D Flash Lidar」(登録商標)に使われている拡散部材が好ましく使用される。   As shown in FIG. 4, the laser distance measuring device 7 includes a laser light source 11 that emits a laser beam 10 in a pulse shape, a collimator lens 12 that converts the laser beam 10 emitted from the laser light source 11 into a parallel beam, The laser beam 10 converted into a parallel beam by the collimator lens 12 is divided into a number of laser beams 20 and is provided with a diffusion module 15 that diffuses into a quadrangular pyramid shape. The laser beam 10 incident on the diffusion module 15 is irradiated toward the ground in an n × n matrix, for example, a 128 × 128 matrix. As the diffusion module 15, for example, a diffusion member used in “3D Flash Lidar” (registered trademark) manufactured and sold by Advanced Scientific Concepts, Inc. is preferably used.

図5は、レーザ測距装置7のレーザビーム受光部の略斜視図である。   FIG. 5 is a schematic perspective view of a laser beam receiving unit of the laser distance measuring device 7.

図5に示されるように、拡散モジュール15によって分割され、地表面によって反射されたレーザビーム20は、集光レンズ16によって集光されて、二次元CCDセンサ18によって、光電的に検出される。   As shown in FIG. 5, the laser beam 20 divided by the diffusion module 15 and reflected by the ground surface is collected by the condenser lens 16 and is detected photoelectrically by the two-dimensional CCD sensor 18.

図6は、図1ないし図5に示されたレーザ計測システムのブロックダイアグラムである。   FIG. 6 is a block diagram of the laser measurement system shown in FIGS.

図6に示されるように、本実施態様にかかるレーザ計測システムは、システム全体の動作を制御するコントローラ30と、GNSS衛星の電波を受信して、ヘリコプターの三次元的位置、すなわち、緯度・経度・高度を検出するGNSSセンサ31と、水平防振架台Hの姿勢を検出するジャイロセンサGと、二次元CCDセンサ18を備えたレーザ測距装置7と、二次元CCDセンサ18によって生成された測量画像データを、GNSSセンサ31によって検出されたヘリコプターの三次元的位置情報およびIMU(姿勢計測装置)が検出したレーザ測距装置の姿勢情報とともに記録するメモリ装置35と、測量画像をリアルタイムに表示可能なディスプレイ装置36を備えている。   As shown in FIG. 6, the laser measurement system according to the present embodiment receives a radio wave of a controller 30 that controls the operation of the entire system and a GNSS satellite, and the three-dimensional position of the helicopter, that is, latitude and longitude. A GNSS sensor 31 that detects altitude, a gyro sensor G that detects the attitude of the horizontal anti-vibration mount H, a laser distance measuring device 7 that includes a two-dimensional CCD sensor 18, and a survey generated by the two-dimensional CCD sensor 18. A memory device 35 that records image data together with the three-dimensional position information of the helicopter detected by the GNSS sensor 31 and the posture information of the laser ranging device detected by the IMU (attitude measurement device), and the survey image can be displayed in real time A display device 36 is provided.

本実施態様において、コントローラ30によって、計測点の地上座標が算出される。 図7は、本実施態様において、コントローラ30によって実行される処理を示すフローチャートである。   In this embodiment, the controller 30 calculates the ground coordinates of the measurement point. FIG. 7 is a flowchart showing processing executed by the controller 30 in this embodiment.

まず、メモリ装置35から、レーザ測距装置7によって測距された距離データと、ジャイロセンサGによって検出された水平防振架台Hの姿勢データと、GNSSセンサ31によって検出されたヘリコプターの三次元的位置データが読み出される。   First, the distance data measured by the laser distance measuring device 7 from the memory device 35, the attitude data of the horizontal vibration isolator H detected by the gyro sensor G, and the three-dimensional helicopter detected by the GNSS sensor 31. The position data is read out.

IMU(姿勢計測装置)が検出したレーザ測距装置の姿勢情報には、回転マトリックス処理と回転行列処理が施され、レーザ測距装置7によって測距された距離データを補正するための投影計算が行われ、投影座標が求められる。   The attitude information of the laser distance measuring device detected by the IMU (attitude measuring apparatus) is subjected to rotation matrix processing and rotation matrix processing, and projection calculation for correcting the distance data measured by the laser distance measuring device 7 is performed. Done and the projected coordinates are determined.

こうして得られた投影座標と、GNSSセンサ31によって検出されたヘリコプターの三次元的位置データを用いて、座標計算が行われて、計測点の三次元的位置を示す地上座標が算出される。   Coordinate calculation is performed using the projection coordinates thus obtained and the three-dimensional position data of the helicopter detected by the GNSS sensor 31, and the ground coordinates indicating the three-dimensional position of the measurement point are calculated.

コントローラ30は、こうして算出した計測点の三次元的位置を示す地上座標をメモリ装置35の所定のメモリ領域に格納する。ここに、n×nのマトリックス状に、たとえば、128×128のマトリックス状の計測点に向けて、同時に、レーザビーム20が照射され、ほぼ同時に、128×128のマトリックス状の計測点によって反射されたレーザビーム20が二次元CCDセンサ18によって検出され、コントローラ30によって、計測点の三次元的位置を示す地上座標が算出されるから、計測点の三次元的位置を示す地上座標をメモリ装置35の所定のメモリ領域に格納するのと同時に、ディスプレイ装置36に、地上面の測量画像をリアルタイムに表示することができる。   The controller 30 stores the ground coordinates indicating the three-dimensional position of the measurement point thus calculated in a predetermined memory area of the memory device 35. Here, the laser beam 20 is simultaneously irradiated in an n × n matrix, for example, toward a 128 × 128 matrix measurement point, and is reflected almost simultaneously by a 128 × 128 matrix measurement point. Since the laser beam 20 is detected by the two-dimensional CCD sensor 18 and the ground coordinates indicating the three-dimensional position of the measurement point are calculated by the controller 30, the ground coordinates indicating the three-dimensional position of the measurement point are stored in the memory device 35. At the same time, the survey image of the ground surface can be displayed on the display device 36 in real time.

さらに、コントローラ30は、高さが等しい計測点を結ぶ等高線を作成して、ディスプレイ装置36に表示された地図上に表示することができる。この場合には、以前に作成した地図データと対比することによって、断面データを求めることができ、求めた断面データから、たとえば、図8に示されるように、土砂崩れによって山の斜面に土砂Mが堆積した場合、事故現場の位置と堆積した土砂Mの高さや幅などを把握し、土砂崩れの規模を速やかに把握することが可能になる。図8において、Aはヘリコプターである。   Furthermore, the controller 30 can create contour lines connecting measurement points having the same height and display them on the map displayed on the display device 36. In this case, the cross-sectional data can be obtained by comparing with the previously created map data. From the obtained cross-sectional data, for example, as shown in FIG. In the case of accumulation, it is possible to grasp the position of the accident site and the height and width of the accumulated sediment M, and to quickly grasp the scale of the landslide. In FIG. 8, A is a helicopter.

本実施態様によれば、レーザ測距装置7は、レーザ光源11からパルス状に放出され、コリメータレンズ12によって、平行な光に変換されたレーザビーム10を多数のレーザビーム20に分割し、四角錘状に拡散させる拡散モジュール15を備えているから、小型で軽量でありながら、航空機の進行方向に対して、レーザを左右方向にスキャンし、幅広い帯状領域を測量するレーザスキャン方式のレーザ計測システムと同等な測量精度を実現することが可能になる。   According to this embodiment, the laser distance measuring device 7 divides the laser beam 10 emitted in a pulse form from the laser light source 11 and converted into parallel light by the collimator lens 12 into a large number of laser beams 20, and squares. Since it has a diffusion module 15 that diffuses in the form of a spindle, it is small and lightweight, but it scans the laser in the left-right direction with respect to the traveling direction of the aircraft, and measures a wide belt-like region to measure a wide band area. It is possible to realize surveying accuracy equivalent to.

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

たとえば、前記実施態様においては、128×128のマトリックス状の計測点によって反射されたレーザビーム20は、二次元CCDセンサ18によって光電的に検出されるように構成されているが、128×128のマトリックス状の計測点によって反射されたレーザビーム20を二次元CCDセンサ18によって光電的に検出することは必ずしも必要ではなく、CMOSセンサなど、他の二次元撮像素子を用いて、128×128のマトリックス状の計測点によって反射されたレーザビーム20を光電的に検出することができる。   For example, in the above embodiment, the laser beam 20 reflected by the 128 × 128 matrix measurement points is configured to be detected photoelectrically by the two-dimensional CCD sensor 18, but the 128 × 128 It is not always necessary to photoelectrically detect the laser beam 20 reflected by the measurement points in the matrix form by the two-dimensional CCD sensor 18, and a 128 × 128 matrix using another two-dimensional image sensor such as a CMOS sensor. The laser beam 20 reflected by the measurement point can be detected photoelectrically.

1、2、3 サーボモータ
4 制御部
5 電源部
7 レーザ測距装置
10 レーザビーム
11 レーザ光源
12 コリメータレンズ
15 拡散モジュール
16 集光レンズ
18 二次元CCDセンサ
20 レーザビーム
30 コントローラ
31 GNSSセンサ
35 メモリ装置
36 ディスプレイ装置
A ヘリコプター
G ジャイロセンサ
H 水平防振架台
M 土砂
1, 2, 3 Servo motor 4 Control unit 5 Power supply unit 7 Laser ranging device 10 Laser beam 11 Laser light source 12 Collimator lens 15 Diffusion module 16 Condensing lens 18 Two-dimensional CCD sensor 20 Laser beam 30 Controller 31 GNSS sensor 35 Memory device 36 Display device A Helicopter G Gyro sensor H Horizontal anti-vibration stand M Earth and sand

Claims (4)

航空機に搭載されたレーザ計測システムであって、レーザビームを照射するレーザ照射デバイスと、レーザ照射デバイスを保持する架台と、前記航空機の三次元的な位置情報を検出するGNSSセンサと、前記架台の姿勢情報を検出する姿勢センサと、地上面によって反射されたレーザビームを光電的に検出する光検出器を備え、前記レーザ照射デバイスが、レーザビームを地上に向けて、特定の時間にわたって、錐体状に連続照射することを特徴とするレーザ計測システム。   A laser measurement system mounted on an aircraft, comprising: a laser irradiation device that irradiates a laser beam; a gantry that holds the laser irradiation device; a GNSS sensor that detects three-dimensional position information of the aircraft; and A posture sensor for detecting posture information and a photodetector for photoelectrically detecting a laser beam reflected by the ground surface, and the laser irradiation device directs the laser beam to the ground for a certain period of time. Laser measurement system characterized by continuous irradiation in the shape of a laser beam. 前記レーザ照射デバイスが、レーザビームをパルス状に放出するレーザ光源と、前記レーザ光源から放出されたレーザビームを多数のレーザビームに分割し、多数のレーザビームを錐体状に地上面に照射するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ計測システム。   The laser irradiation device divides the laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams, and irradiates the laser beam onto the ground surface in a cone shape. The laser measurement system according to claim 1, wherein the laser measurement system is configured as described above. 光検出器として二次元撮像素子が用いられ、レーザ計測システムが、さらに、前記二次元CCDセンサによって光電的に検出されて生成された計測画像データを、検出時間、前記GNSSセンサが検出した位置情報および前記姿勢センサが検出した前記架台の姿勢情報とともに記録するメモリ手段と、前記二次元CCDセンサによって光電的に検出されて生成された画像データを前記姿勢センサが検出した前記架台の姿勢情報によって補正した補正画像データに基づいて、地形画像を表示可能な表示手段を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ計測システム。   A two-dimensional imaging device is used as a photodetector, and the laser measurement system further detects measurement image data generated by photoelectric detection by the two-dimensional CCD sensor, detection time, and position information detected by the GNSS sensor. And memory means for recording together with posture information detected by the posture sensor, and image data generated by photoelectric detection by the two-dimensional CCD sensor is corrected by posture information detected by the posture sensor. 3. The laser measurement system according to claim 1, further comprising display means capable of displaying a topographic image based on the corrected image data. 前記二次元撮像素子として、二次元CCDセンサおよびCMOSセンサよりなる群から選ばれていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のレーザ計測システム。   4. The laser measurement system according to claim 1, wherein the two-dimensional image sensor is selected from the group consisting of a two-dimensional CCD sensor and a CMOS sensor. 5.
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