本發(fā)明涉及構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)：

例如被用于火力發(fā)電所的鍋爐爐膛需要在制作時以及運(yùn)轉(zhuǎn)開始后定期開放，操作者進(jìn)入到內(nèi)部并進(jìn)行維護(hù)檢查。在該維護(hù)檢查時，需要明確檢查區(qū)域，但鍋爐爐膛的容量較大，通過目視觀察難以準(zhǔn)確地掌握檢查區(qū)域。因此，以往，通過利用卷尺等來對檢查區(qū)域的高度位置以及左右位置進(jìn)行測定標(biāo)記，從而掌握操作者的所在處或者維護(hù)檢查位置，但在該方法中，需要操作人員的腳手架架設(shè)或吊艙設(shè)置，需要大量的勞力、成本以及檢查時間。

因此，以往，提供了通過無人檢查裝置來清掃煙囪等構(gòu)造物的內(nèi)部的技術(shù)(專利文獻(xiàn)1)。但是，該技術(shù)方案也需要用于設(shè)置線的架臺，其準(zhǔn)備中需要勞力、成本以及檢查時間。

此外，提出了在屋外的構(gòu)造物中，使用無人機(jī)和GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))的不需要腳手架架設(shè)的無人檢查技術(shù)的應(yīng)用(專利文獻(xiàn)2)。

但是，在鍋爐內(nèi)部、煙囪等構(gòu)造物的屋內(nèi)的檢查中，由于來自衛(wèi)星的電波不能達(dá)到，因此不能進(jìn)行基于GPS的飛行位置掌握，不能進(jìn)行穩(wěn)定的操縱，因此存在不能應(yīng)用基于現(xiàn)有的無人機(jī)的檢查技術(shù)的問題。

對此，也提出了能夠進(jìn)行不使用GPS的屋內(nèi)的飛行的系統(tǒng)(專利文獻(xiàn)3)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平6-73922號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特表2011-530692號公報

專利文獻(xiàn)3：歐州專利申請公開第1901153號說明書

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

-發(fā)明要解決的課題-

但是，在專利文獻(xiàn)3的提出中，取代使用GPS，在地上需要特征點(diǎn)(或者條紋)，該特征點(diǎn)(或者條紋)存在限定了能夠設(shè)置的場所的問題。此外，由于鍋爐爐膛或煙囪等構(gòu)造物的內(nèi)部是昏暗的封閉空間，因此存在不能確認(rèn)特征點(diǎn)的問題。

因此，迫切希望出現(xiàn)一種在鍋爐爐膛或煙囪等被封閉的屋內(nèi)構(gòu)造物中，能夠進(jìn)行使內(nèi)部的位置信息可靠的基于無人的檢查，通過不需要例如腳手架或架設(shè)從而能夠減少勞力、成本以及檢查時間的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)。

本發(fā)明鑒于上述問題，其課題在于，提供一種能夠進(jìn)行使內(nèi)部的位置信息可靠的基于無人的檢查，通過不需要例如腳手架架設(shè)從而能夠減少勞力、成本以及檢查時間的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)以及方法。

-解決課題的手段-

用于解決上述的課題的本發(fā)明的第1發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，具備：無人漂浮機(jī)，具備通過遠(yuǎn)程操作來使其在構(gòu)造物的內(nèi)部進(jìn)行空中懸浮的漂浮單元；距離測量部，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對該無人漂浮機(jī)與所述構(gòu)造物的內(nèi)壁面的距離進(jìn)行測量；慣性測量部，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對該無人漂浮機(jī)的機(jī)體姿勢進(jìn)行掌握；攝像部，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對所述構(gòu)造物的壁面?zhèn)鹊臉?gòu)造體進(jìn)行拍攝；操作部，對所述無人漂浮機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；飛行位置信息獲取部，根據(jù)所述距離測量部的信息和慣性測量部的信息，獲取所述無人漂浮機(jī)的當(dāng)前位置信息；和監(jiān)視器部，對來自所述攝像部的圖像信息和來自所述飛行位置信息獲取部的位置信息進(jìn)行顯示，在所述飛行位置信息獲取部中，執(zhí)行以下步驟：通過所述距離測量部，對該無人漂浮機(jī)與構(gòu)造物的內(nèi)壁面的水平距離信息進(jìn)行測量的水平方向距離測量步驟；通過所述慣性測量部，獲取無人漂浮機(jī)的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟；使用所述姿勢角度獲取步驟中獲取到的姿勢角度來修正所述水平距離信息的水平方向距離修正步驟；以所述慣性測量部中獲取到的偏航角為基準(zhǔn)，獲取所述無人漂浮機(jī)的前后左右的至少2點(diǎn)的距離的水平方向距離獲取步驟；和根據(jù)所述構(gòu)造物的已知的橫剖面形狀信息，獲取水平方向的當(dāng)前位置信息的水平方向當(dāng)前位置信息獲取步驟。

第2發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1發(fā)明中，在所述飛行位置信息獲取部中，執(zhí)行以下步驟：通過所述距離測量部，對該無人漂浮機(jī)與構(gòu)造物的上下任意的高度方向的距離信息進(jìn)行測量的高度方向距離測量步驟；通過所述慣性測量部，獲取無人漂浮機(jī)的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟；使用所述姿勢角度獲取步驟中獲取到的姿勢角度來修正所述高度方向的距離信息的高度方向距離修正步驟；和根據(jù)所述構(gòu)造物的已知的縱剖面形狀信息，獲取高度方向的當(dāng)前位置信息的高度方向當(dāng)前位置信息獲取步驟。

第3發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1發(fā)明中，針對多個點(diǎn)進(jìn)行所述水平方向距離測量步驟中的測量，將平均的距離用作為所述水平距離信息。

第4發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第2發(fā)明中，針對多個點(diǎn)進(jìn)行所述高度方向距離測量步驟中的測量，將平均的距離用作為高度方向的距離信息。

第5發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1或者第2發(fā)明中，所述飛行位置信息獲取部被搭載于無人漂浮機(jī)，通過發(fā)送部來向地上部一側(cè)發(fā)送獲取到的當(dāng)前位置信息，并由監(jiān)視器部進(jìn)行顯示。

第6發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1或者第2發(fā)明中，所述飛行位置信息獲取部被搭載于地上部一側(cè)的控制器終端，通過發(fā)送部來向地上部一側(cè)發(fā)送所述距離測量部的信息和慣性測量部的信息，在所述飛行位置信息獲取部中進(jìn)行處理，并由監(jiān)視器部顯示當(dāng)前位置信息。

第7發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1或者第2發(fā)明中，所述攝像部是靜止圖像攝像部或者動態(tài)圖像攝像部的任意一者或者兩者。

第8發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，在第1或者第2發(fā)明中，在所述無人漂浮機(jī)的周圍具有保護(hù)部。

第9發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，使用無人漂浮機(jī)，該無人漂浮機(jī)具備通過遠(yuǎn)程操作來使其在構(gòu)造物的內(nèi)部空中懸浮的漂浮單元，所述構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法具備：距離測量步驟，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對該無人漂浮機(jī)與所述構(gòu)造物的內(nèi)壁面的距離進(jìn)行測量；慣性測量步驟，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對該無人漂浮機(jī)的機(jī)體姿勢進(jìn)行掌握；攝像步驟，被搭載于所述無人漂浮機(jī)，對所述構(gòu)造物的壁面?zhèn)鹊臉?gòu)造體進(jìn)行拍攝；操作步驟，對所述無人漂浮機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；飛行位置信息獲取步驟，根據(jù)所述距離測量步驟的信息和慣性測量步驟的信息，獲取所述無人漂浮機(jī)的當(dāng)前位置信息；和監(jiān)視器顯示步驟，對來自所述攝像步驟的圖像信息和來自所述飛行位置信息獲取步驟的位置信息進(jìn)行顯示，在所述飛行位置信息獲取步驟中，執(zhí)行以下步驟：通過所述距離測量步驟，對該無人漂浮機(jī)與構(gòu)造物的內(nèi)壁面的水平距離信息進(jìn)行測量的水平方向距離測量步驟；通過所述慣性測量步驟，獲取無人漂浮機(jī)的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟；使用所述姿勢角度獲取步驟中獲取到的姿勢角度來修正所述水平距離信息的水平方向距離修正步驟；以所述慣性測量步驟中獲取到的偏航角為基準(zhǔn)，獲取所述無人漂浮機(jī)的前后左右的至少2點(diǎn)的距離的水平方向距離獲取步驟；和根據(jù)所述構(gòu)造物的已知的橫剖面形狀信息，獲取水平方向的當(dāng)前位置信息的水平方向當(dāng)前位置信息獲取步驟。

第10發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第9發(fā)明中，在所述飛行位置信息獲取步驟中，執(zhí)行以下步驟：通過所述距離測量步驟，對該無人漂浮機(jī)與構(gòu)造物的上下任意的高度方向的距離信息進(jìn)行測量的高度方向距離測量步驟；通過所述慣性測量步驟，獲取無人漂浮機(jī)的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟；使用所述姿勢角度獲取步驟中獲取到的姿勢角度來修正所述高度方向的距離信息的高度方向距離修正步驟；和根據(jù)所述構(gòu)造物的已知的縱剖面形狀信息，獲取高度方向的當(dāng)前位置信息的高度方向當(dāng)前位置信息獲取步驟。

第11發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第9發(fā)明中，針對多個點(diǎn)執(zhí)行所述水平方向距離測量步驟中的測量，將平均的距離用作為所述水平距離信息。

第12發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第10發(fā)明中，針對多個點(diǎn)進(jìn)行所述高度方向距離測量步驟中的測量，將平均的距離用作為高度方向的距離信息。

第13發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第9或者第10發(fā)明中，由無人漂浮機(jī)一側(cè)處理所述飛行位置信息獲取步驟，向地上部一側(cè)發(fā)送獲取到的當(dāng)前位置信息，并由監(jiān)視器進(jìn)行顯示。

第14發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第9或者第10發(fā)明中，在地上部一側(cè)進(jìn)行所述飛行位置信息獲取步驟的處理，向地上部一側(cè)發(fā)送所述距離測量步驟的信息和慣性測量步驟的信息，在所述飛行位置信息獲取步驟中進(jìn)行處理，并由監(jiān)視器顯示當(dāng)前位置信息。

第15發(fā)明是一種構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視方法，其特征在于，在第9或者第10發(fā)明中，所述攝像步驟是靜止圖像攝像步驟或者動態(tài)圖像攝像步驟的任意一者或者兩者。

-發(fā)明效果-

根據(jù)本發(fā)明，能夠進(jìn)行使例如鍋爐爐膛或煙囪等構(gòu)造物的內(nèi)部的位置信息可靠的基于無人的檢查，由于不需要例如腳手架架設(shè)從而能夠?qū)崿F(xiàn)勞力、成本以及檢查時間的大幅度的減少。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1所涉及的無人漂浮機(jī)的示意圖。

圖2是表示進(jìn)行實(shí)施例1所涉及的鍋爐爐膛的檢查的樣子的示意圖。

圖3是實(shí)施例1所涉及的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。

圖4是實(shí)施例1所涉及的另一構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。

圖5是表示使用激光掃描儀作為實(shí)施例1所涉及的距離測量部的情況下的掃描范圍的一個例子的圖。

圖6是表示實(shí)施例1所涉及的無人漂浮機(jī)的姿勢位置的3個方式的圖。

圖7是實(shí)施例1所涉及的水平方向的位置監(jiān)控流程圖。

圖8是實(shí)施例1所涉及的高度方向的位置監(jiān)控流程圖。

圖9是表示實(shí)施例1所涉及的水平方向的當(dāng)前位置的獲取的一個例子的圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖，來對本發(fā)明的適當(dāng)?shù)膶?shí)施例詳細(xì)進(jìn)行說明。另外，本發(fā)明并不由本實(shí)施例限定，此外，在存在多個實(shí)施例的情況下，也包含將各實(shí)施例組合而構(gòu)成的情況。

【實(shí)施例1】

圖1是實(shí)施例1所涉及的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的示意圖。圖2是表示進(jìn)行實(shí)施例1所涉及的鍋爐爐膛的檢查的樣子的示意圖。圖3是實(shí)施例1所涉及的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。如圖1至圖3所示，本實(shí)施例所涉及的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)具備：無人漂浮機(jī)11，具備通過遠(yuǎn)程操作來使其在例如鍋爐爐膛等被封閉的構(gòu)造物50的內(nèi)部空中懸浮以及移動的漂浮單元即例如螺旋槳22；距離測量部(例如激光掃描儀、超聲波傳感器等)12，被搭載于無人漂浮機(jī)11，對該無人漂浮機(jī)11與構(gòu)造物50的內(nèi)壁面的距離進(jìn)行測量；慣性測量部(Inertial Measurement Unit：IMU)，被搭載于該無人漂浮機(jī)11，對其機(jī)體姿勢進(jìn)行掌握；攝像部(靜止圖像攝像部13A、動態(tài)圖像攝像部13B)13，被搭載于無人漂浮機(jī)11，拍攝構(gòu)造物50的壁面?zhèn)鹊臉?gòu)造體(例如配管、接頭等)；操作部15，對無人漂浮機(jī)11進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；飛行位置信息獲取部16，根據(jù)距離測量部12的信息(信號)和慣性測量部的信息(信號)來獲取無人漂浮機(jī)11的當(dāng)前位置信息；和監(jiān)視器部14，對來自攝像部13的圖像信息和來自飛行位置信息獲取部16的位置信息進(jìn)行顯示。另外，12a是激光射出部。

并且，在飛行位置信息獲取部16中，執(zhí)行以下步驟：通過距離測量部12，對該無人漂浮機(jī)11與構(gòu)造物50的內(nèi)壁面的水平距離信息(r(t)，α_s)進(jìn)行測量的距離測量步驟(步驟1：S-1)；通過慣性測量部，獲取無人漂浮機(jī)11的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟(步驟2：S-2)；使用步驟2中獲取到的姿勢角度來修正水平距離信息(r(t)，α_s)的距離修正步驟(步驟3：S-3)；以由慣性測量部獲取到的偏航(yaw)角為基準(zhǔn)，對無人漂浮機(jī)11的前后左右的至少2點(diǎn)(前(L_f(t))和左(L_L(t))、前(L_f(t))和右(L_R(t))、后(L_B(t))和左(L_L(t))、后(L_B(t))和右(L_R(t))的任意2點(diǎn))的距離進(jìn)行獲取的距離獲取步驟(步驟4：S-4)；和根據(jù)構(gòu)造物50的已知的橫剖面形狀信息來獲取水平方向的當(dāng)前位置信息的水平方向當(dāng)前位置信息獲取步驟(步驟5：S-5)。

在本實(shí)施例中，以例如鍋爐爐膛、煙囪等單純形狀(剖面形狀為矩形、圓形)的構(gòu)造物50為對象。由于是構(gòu)造物50的內(nèi)部，因此提供一種使用不利用GPS的距離測量部(例如激光掃描儀、超聲波傳感器等)12、用于無人漂浮機(jī)11的機(jī)體姿勢控制的傳感器群即慣性測量部(Inertial Measurement Unit：IMU)，來監(jiān)控?zé)o人漂浮機(jī)11的飛行位置(當(dāng)前飛行位置信息)的系統(tǒng)。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，通過被設(shè)置于被封閉的構(gòu)造物(鍋爐爐膛)50的外部的地面工作站的個人計算機(jī)PC的監(jiān)視器部14，確認(rèn)無人漂浮機(jī)11的飛行位置、影像(損壞部位)，并通過操作部15，操作無人漂浮機(jī)11，進(jìn)行鍋爐爐膛50的封閉空間的內(nèi)壁檢查。

檢查是從圖2所示的鍋爐爐膛50的入口導(dǎo)入無人漂浮機(jī)11，然后使其在鍋爐爐膛50內(nèi)上升規(guī)定距離，通過地上側(cè)的操作部15的操作，使其沿著4個方向的壁的內(nèi)面旋轉(zhuǎn)。然后，再次使其上升規(guī)定距離，相同使其沿著4個方向的壁的內(nèi)面旋轉(zhuǎn)。反復(fù)進(jìn)行該操作，直到檢查到鍋爐爐膛50的頂部之后，使其下降并結(jié)束檢查。

通過攝像部來檢查內(nèi)面的配管的龜裂等損傷的程度。在該檢查時，在被封閉的屋內(nèi)構(gòu)造物，根據(jù)本實(shí)施例，由于在監(jiān)視器部14中進(jìn)行飛行位置以及損壞部位的確認(rèn)，因此能夠進(jìn)行使內(nèi)部的位置信息可靠的基于無人的檢查。

如圖1所示，無人漂浮機(jī)11通過機(jī)體保護(hù)部21(前方側(cè)保護(hù)部21A、左側(cè)保護(hù)部21B、右側(cè)保護(hù)部21C、后方側(cè)保護(hù)部21D)來防護(hù)周圍，具備：設(shè)置于該機(jī)體保護(hù)部21的四角的上表面的漂浮單元即螺旋槳22、搭載于機(jī)體主體21E的中心部的距離測量部12、設(shè)置于前方側(cè)保護(hù)部21A的一部分的靜止圖像攝像部13A、和經(jīng)由支撐部13b而設(shè)置于后方側(cè)保護(hù)部21D的動態(tài)圖像攝像部13B。另外，由于距離測量部12掃描規(guī)定角度(在本實(shí)施例中為±135°)，因此能夠通過未圖示的旋轉(zhuǎn)單元來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

這里，作為確認(rèn)內(nèi)部信息的攝像部13，可以是靜止圖像攝像部13A或者動態(tài)圖像攝像部13B的任意一個。

以下，在本實(shí)施例中，對使用激光掃描儀來作為距離測量部12的情況下的位置監(jiān)控的順序進(jìn)行說明。

<水平方向的監(jiān)控>

(1)為了實(shí)施水平方向的監(jiān)控，首先通過距離測量部12來獲取距離(r(t)，α_s)。

這里，圖5中表示激光掃描儀的掃描的范圍的一個例子。在本實(shí)施例中，使用了北陽電機(jī)社制的掃描式范圍傳感器“UTM-30LX(商品名)”來進(jìn)行掃描。

如圖5所示，該掃描式范圍傳感器是通過激光來進(jìn)行掃描并且測定到檢測物為止的距離的二維掃描式的光距離傳感器，以0°為中心，掃描角度是±135°。

在圖5中，距離(r)是從距離測量部12的激光掃描儀到內(nèi)壁50a的測量時刻的實(shí)測距離，α是進(jìn)行該測量的掃描步幅的角度。本裝置中的掃描儀的測量步幅(s)為每0.25°。

(2)接下來，在慣性測量部(IMU)中，獲取無人漂浮機(jī)11的姿勢角度俯仰(pitch)角(θ(t))、偏航(yaw)角(ψ(t))、側(cè)滾(roll)角

圖6是表示實(shí)施例1所涉及的無人漂浮機(jī)的姿勢位置的3個方式的圖。

慣性測量部(IMU)對掌管運(yùn)動的3個軸的角度(或者角速度)和加速度進(jìn)行檢測的裝置。

這里，圖6中，上段是無人漂浮機(jī)11的上下旋轉(zhuǎn)的樣子，是使朝向內(nèi)壁50a側(cè)的前方側(cè)保護(hù)部21A(機(jī)首側(cè))升高或者降低的旋轉(zhuǎn)(俯仰(θ))。圖6中，中段是無人漂浮機(jī)11的機(jī)體的左右旋轉(zhuǎn)的樣子，是使機(jī)首的朝向向左右偏離、左側(cè)保護(hù)部21B和右側(cè)保護(hù)部21C向左右搖動的旋轉(zhuǎn)(偏航(ψ))。圖6中，下段是圍繞無人漂浮機(jī)11的行進(jìn)方向的軸的旋轉(zhuǎn)的樣子，是將機(jī)體向左右傾斜的旋轉(zhuǎn)(側(cè)滾)。另外，機(jī)體的左右是以行進(jìn)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)。

接下來，參照圖3對位置監(jiān)控測量步驟進(jìn)行說明。

在飛行位置信息獲取部16中，基于距離測量部12的實(shí)際距離信息和慣性測量部(IMU)的姿勢角度信息，求出真實(shí)的距離。這是由于無人漂浮機(jī)11并不局限于能夠一直沿著XY坐標(biāo)飛行，因此需要進(jìn)行修正。

圖7是實(shí)施例1所涉及的水平方向的位置監(jiān)控流程圖。

水平方向的測量是通過第1步驟(S-1)～第5步驟(S-5)來進(jìn)行的。

另外，在本實(shí)施例中，在該測量之前，設(shè)置了對在構(gòu)造物50的內(nèi)部將無人漂浮機(jī)11設(shè)置于底部時的初始朝向信息進(jìn)行獲取的初始朝向信息獲取步驟(S-0)，但也可以省略該步驟。

1)第1步驟是通過距離測量部12，對無人漂浮機(jī)11與構(gòu)造物50的內(nèi)壁50a的水平距離信息(r(t)，α_S)進(jìn)行測量的水平方向距離測量步驟(S-1)。

2)第2步驟是通過慣性測量部(IMU)，獲取無人漂浮機(jī)11的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟(S-2)。

3)第3步驟是使用第2步驟(S-2)中獲取到的姿勢角度來修正水平距離信息(r(t)，α_S)的水平方向距離修正步驟(S-3)。

4)如圖9所示，第4步驟是以慣性測量部(IMU)中獲取到的偏航角(ψ)為基準(zhǔn)，對無人漂浮機(jī)11的前后左右的至少2點(diǎn)(前(L_F(t))和左(L_L(t))、前(L_F(t))和右(L_R(t))、后(L_B(t))和左(L_L(t))、后(L_B(t))和右(L_R(t))的任意2點(diǎn))的距離進(jìn)行獲取的水平方向距離獲取步驟(S-4)。

5)第5步驟是根據(jù)構(gòu)造物50的已知的橫剖面形狀信息，獲取水平方向的當(dāng)前位置信息的水平方向當(dāng)前位置信息獲取步驟(S-5)。

通過執(zhí)行該第1步驟(S-1)～第5步驟(S-5)，能夠獲取將無人漂浮機(jī)11的測量時的姿勢角度考慮在內(nèi)的水平方向的真實(shí)的距離信息。

這里，利用第3步驟(S-3)中獲取到的姿勢角度來修正測量距離是如下進(jìn)行的。

將由(r(t)，α_S)得到的激光測量點(diǎn)變換為(x_R，y_R)坐標(biāo)。該坐標(biāo)變換是根據(jù)下述式(1)來求出的。

【式1】

修正后的測量點(diǎn)(x’(t)，y’(t))的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換是根據(jù)下述式(2)來求出的。

【式2】

將根據(jù)式(2)而求出的值變換為激光測量的(r，α)坐標(biāo)系。該坐標(biāo)變換是根據(jù)下述式(3)來求出的。

【式3】

接下來，在第4步驟(S-4)中，以由慣性測量部(IMU)獲取到的偏航角ψ(t)為基準(zhǔn)，獲取無人漂浮機(jī)11的前后左右的距離。但是，在掃描角超出規(guī)定的掃描范圍的情況下，作為距壁側(cè)的距離而不采用。

·將成為掃描角α₁＝ψ(t)的掃描角的數(shù)據(jù)設(shè)為正面距離L_F(t)

·將成為掃描角α₂＝Ψ(t)-90°的掃描角設(shè)為左側(cè)距離L_L(t)

·將成為掃描角α₃＝ψ(t)+90°的掃描角設(shè)為右側(cè)距離L_R(t)

·將成為掃描角α₄＝ψ(t)+180°的掃描角設(shè)為后方距離L_B(t)

在最后的第5步驟(S-5)中，使用能夠測量的距離(最低2個：前后左右各自的至少2點(diǎn))，根據(jù)已知的橫剖面形狀來獲取當(dāng)前位置(x(t)，y(t))。

由此，能夠獲取真實(shí)的當(dāng)前位置，能夠通過監(jiān)視器部14來確認(rèn)在該當(dāng)前的位置拍攝到的攝像信息和位置信息。

每當(dāng)無人漂浮機(jī)11移動就進(jìn)行該位置信息的測量，由此能夠可靠地進(jìn)行連續(xù)的位置信息的掌握。

<高度方向的監(jiān)控>

圖8是實(shí)施例1所涉及的高度方向的位置監(jiān)控流程圖。

獲取初始朝向信息的初始朝向信息獲取步驟(S-10)使用獲取水平方向的初始朝向信息的初始朝向信息獲取步驟(S-0)中的信息。

高度方向的測量是通過以下的第11步驟(S-11)～第14步驟(S-14)來進(jìn)行的。

6)第11步驟是通過距離測量部12，對無人漂浮機(jī)11與構(gòu)造物50的高度方向的下方側(cè)的距離信息(L_D(t)，α_s)進(jìn)行測量的高度方向距離測量步驟(S-11)。

這里，基于高度方向的激光的測量通過未圖示的反射鏡等的反射光學(xué)系統(tǒng)來進(jìn)行。在隨著激光的照射距離上升而不能達(dá)到的情況下，也可以使其向上方側(cè)反射來測量上方側(cè)的距離信息(L_U(t)，α_s)。

7)第12步驟是通過慣性測量部(IMU)，獲取無人漂浮機(jī)11的姿勢角度的姿勢角度獲取步驟(S-12)。

8)第13步驟是使用第12步驟(S-12)中獲取到的姿勢角度(θ(t))來修正高度方向的距離信息(L_D(t))的高度方向距離修正步驟(S-13)。

9)第14步驟是根據(jù)構(gòu)造物50的已知的縱剖面形狀信息來獲取高度方向的當(dāng)前位置信息的高度方向當(dāng)前位置信息獲取步驟(S-14)。

第13步驟(S-13)的修正是根據(jù)下述式(4)來求出修正后的測量點(diǎn)(z’(t))。

【式4】

Z′＝z cosαcosβ…式(4)

根據(jù)以上所述，水平方向和高度方向能夠從實(shí)際測量距離變換為真實(shí)的距離，能夠可靠地獲取位置信息。

其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地掌握不能使用GPS的構(gòu)造物50的屋內(nèi)的基于無人機(jī)的測量位置的檢查。其結(jié)果，不需要如以往那樣在構(gòu)造物50的內(nèi)部設(shè)置腳手架或架設(shè)，能夠大幅度地削減用于內(nèi)部檢查的勞力、成本以及檢查時間。

圖3是實(shí)施例1所涉及的構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。圖4是實(shí)施例1所涉及的另一構(gòu)造物的屋內(nèi)監(jiān)視系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。

如圖3所示，在本實(shí)施例中，是在無人漂浮機(jī)11一側(cè)來執(zhí)行位置信息處理的情況。

在本實(shí)施例中，飛行位置信息獲取部16被搭載于無人漂浮機(jī)11一側(cè)的規(guī)定區(qū)域(未圖示)，這里，獲取真實(shí)的當(dāng)前位置信息，通過發(fā)送部13a來將該獲取到的真實(shí)的當(dāng)前位置信息發(fā)送到地上部一側(cè)，并由監(jiān)視器部14進(jìn)行顯示。

另外，無人漂浮機(jī)11的操作是由接收部15a接受來自操作部15的信號，并向漂浮機(jī)驅(qū)動部19發(fā)出飛行的指令。

此外，在本實(shí)施例中，將攝像部13(靜止圖像攝像部13A，動態(tài)圖像攝像部13B)13的攝像信息同時經(jīng)由發(fā)送部13a發(fā)送到地上側(cè)，并由監(jiān)視器部14進(jìn)行顯示。

與此相對地，在圖4所示的另一實(shí)施例中，是使位置信息處理處于地上部的個人計算機(jī)PC的控制器終端一側(cè)的情況。

在本實(shí)施例中，飛行位置信息獲取部16被搭載于地上部一側(cè)(基站)的PC的控制器終端，通過發(fā)送部13a來將距離測量部12的信息(信號)和慣性測量部(IMU)的信息(信號)發(fā)送到地上部一側(cè)。然后，基于接收到的信息在飛行位置信息獲取部16中進(jìn)行處理，獲取真實(shí)的當(dāng)前位置信息，由監(jiān)視器部14顯示該獲取到的當(dāng)前位置信息。

雖然在本實(shí)施例中，通過發(fā)送部13a來發(fā)送由攝像部13拍攝的攝像信息，但在本發(fā)明中，并不限定于此，例如也可以將攝像信息暫時保存于無人漂浮機(jī)11一側(cè)的攝像部的存儲器部，在觀察結(jié)束后，向地面工作站側(cè)發(fā)送信息，使攝像信息與位置信息一致。

如以上所說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)使例如鍋爐爐膛或煙囪等構(gòu)造物50的內(nèi)部的位置信息可靠的基于無人的檢查，能夠?qū)崿F(xiàn)通過不需要例如腳手架架設(shè)從而大幅度減少勞力、成本以及檢查時間。

【實(shí)施例2】

雖然在實(shí)施例1中，將距離測量部12中的測量作為一個點(diǎn)的信息，但本發(fā)明并不局限于此，也可以基于多個點(diǎn)的測量信息來提高位置測量的精度。

也就是說，在水平方向以及高度方向的距離計算中，以距離測量部12中的掃描角為中心來提取多個點(diǎn)，將平均的值作為各自的距離。并且，在該多個點(diǎn)之中半數(shù)以上為距離測量異常或者不能測量的情況下，不用于位置監(jiān)控。

其結(jié)果，能夠減少距離獲取誤差的影響。

-符號說明-

11 無人漂浮機(jī)

12 距離測量部(激光掃描儀)

13 攝像部(靜止圖像攝像部13A、動態(tài)圖像攝像部13B)

14 監(jiān)視器部

15 操作部

16 飛行位置信息獲取部

21 機(jī)體保護(hù)部

22 螺旋槳

50 構(gòu)造物