JP7347130B2

JP7347130B2 - フレネルゾーンの検査方法とそれに用いられる障害物検出システム

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Publication number: JP7347130B2
Application number: JP2019201040A
Authority: JP
Inventors: 俊文安田; 雄三山本; 知洋赤澤; 浩才野; 勉原田; 裕貴岩田; 宏樹櫻井
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: JP2021077944A

Description

本発明は、対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間に形成されるフレネルゾーンの検査方法に係り、特に、無線通信に対する障害物がフレネルゾーンに存在するか否かを効率よく検査することが可能なフレネルゾーンの検査方法とそれに用いられる障害物検出システムに関する。

マイクロ波帯の無線通信において電力損失を少なくして通信回線品質を確保するには、フレネルゾーンと呼ばれる送信アンテナと受信アンテナの間の一定の範囲に障害物が入らないようにすることが必要である。フレネルゾーンに障害物が存在しないような場所を選んでアンテナを設置することは当然であるが、アンテナを設置した後に成長した樹木や高層建築物、あるいは工事用クレーンがフレネルゾーンに侵入してくる場合がある。

図７はフレネルゾーンを模式的に表した図である。
図７に示すように、フレネルゾーン５１は、基地局５２と固定局５３のアンテナ５２ａ，５３ａの間に形成される領域である。なお、アンテナ５２ａ，５３ａの位置をそれぞれＰ_１及びＰ_２とすると、線分Ｐ_１Ｐ_２上の点Ｐにおけるフレネルゾーン５１の半径Ｈは以下の式（１）によって表される。ただし、λは無線通信に使用される電波の波長である。また、ｎは無次元数であり、ｎが大きいほど、フレネルゾーン５１の半径Ｈは大きくなる。そして、ｄ_１とｄ_２はそれぞれ線分ＰＰ_１と線分ＰＰ_２の長さである。

フレネルゾーン５１の内部に、樹木などの障害物５４が存在している可能性がある場合、その確認は、従来、目視で行われていた。しかし、アンテナ５２ａとアンテナ５３ａのうちの一方の側から方位磁石を用いて他方のアンテナの位置を推測し、実際には目に見えない状態のフレネルゾーン５１の範囲を想像しなければならないことから、この方法では、フレネルゾーン５１における障害物の存在を正確に判断することが困難であった。

２つの無線用通信アンテナの間のフレネルゾーンにおいて障害物の有無を検出する技術については、例えば、特許文献１に「通信エリア検査装置」という名称の発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、基地局と固定局のように無線通信を行う対向した２局の位置情報や使用する電波の周波数などの検査条件を入力する検査条件入力部と、入力された検査条件をもとに２局間のフレネルゾーンを算出するフレネルゾーン算出部と、算出されたフレネルゾーンの直下の敷地を、地図データベースを参照して検索する敷地情報検索部と、検索された敷地内にある建物の建物情報を、建築申請書などが提出されている建物情報を格納する建築申請データベースを参照して検索する建物情報検索部と、検索された建物情報をもとに、フレネルゾーン内に入るような建物の有無を判定する障害物判定部を備えた構成となっている。
このような構成によれば、アンテナの設置前に限らず、アンテナの設置後においても、新たに建築が予定されている建物群の情報に基づいて、上述のフレネルゾーンに入る可能性のある建物の有無を判定することができる。

また、特許文献２には、「対象物表面の３Ｄ座標を決定するための測定システム」という名称で、工業製品を３次元測定するための測定システムと、その測定システムにおいて使用される無人制御可能なオートモービル・エアークラフトと、当該測定システムにおいて３次元測定を行う際に用いられる３Ｄ座標を決定する方法に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示されたオートモービル・エアークラフトは、事前に決められたルートを飛行可能に構成されるとともに、無人制御可能な走査装置を備えた構造となっている。そして、明細書には、走査装置のスキャナから放射されたスキャンビームによって対象物表面が走査され、表面のそれぞれの位置の局所的な測定座標が決定されるとともに、対象物における測定点がレーザトラッカによって対象物座標系に参照付けられて、対象物の３Ｄ座標が形成されることが記載されている。
このような構造のオートモービル・エアークラフトを用いると、簡単には近づくことができないような場所に対象物が設置されている場合であっても、その３Ｄ座標を容易に取得することができる。

特開２００５－１９２１４５号公報特表２０１４－５１３７９２号公報

上述の従来技術である特許文献１に開示された発明は、必要な情報を得ることができる建築物などの人工的に造り出された障害物については、適用できるものの、樹木などのように実際に現場に行って調査をしないと必要な情報が得られない障害物の検出には適用できないという課題があった。

特許文献２に開示された発明は、オートモービル・エアークラフトと呼ばれる無人制御可能な飛行体を用いることで、人間が近づけないような場所にある対象物についても容易に３Ｄ座標を得ることができるものの、フレネルゾーンのように飛行体の飛行経路について制約を受ける場合については適用が困難であるという課題があった。

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、無線通信に対する障害物がフレネルゾーンに存在するか否かを効率よく検査することが可能なフレネルゾーンの検査方法とそれに用いられる障害物検出システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間のフレネルゾーンの検査に用いられる障害物検出システムであって、フレネルゾーンにおいて無線通信の障害物となり得る測定対象物の位置情報を取得して３次元座標値に変換する障害物検出装置と、フレネルゾーンの３次元座標値を取得するフレネルゾーン演算装置と、測定対象物とフレネルゾーンの３次元座標値同士を比較することにより測定対象物が障害物に該当するか否かを判定する障害物判定装置と、障害物検出装置、フレネルゾーン演算装置及び障害物判定装置の動作を制御する制御装置と、を備え、障害物検出装置は、無人飛行体と、通信部と、演算部と、からなり、無人飛行体は、レーザ光を利用して測定対象物までの距離を測定するレーザ測距装置と、レーザ光の照射方向を変更可能にレーザ測距装置を保持するホルダと、ＧＮＳＳ衛星から受信したＧＮＳＳ信号に基づいて現在の位置情報を取得する位置情報取得部と、予め定められた飛行経路が格納された飛行体記憶部と、この飛行体記憶部に格納された飛行経路に沿って飛行可能に動力機構と操舵機構を制御する飛行体制御部と、を備え、演算部はレーザ測距装置によって測定された測定対象物までの距離と位置情報取得部によって取得された現在の位置情報から測定対象物の３次元座標値を算出し、障害物判定装置は、通信部と制御装置を経由して測定対象物の３次元座標値を受け取るとともに、測定対象物の３次元座標値がフレネルゾーンの内部を示す３次元座標値の範囲に含まれている場合に測定対象物を障害物と判定することを特徴とするものである。

このような構造の障害物検出システムにおいては、フレネルゾーンが中心軸を通る平面で切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、当該中心軸を通る第１の鉛直平面と直交し、かつ、当該中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線を飛行経路に設定して無人飛行体を飛行させながら、ホルダによってレーザ測距装置から照射されるレーザ光の向きを調整することによりフレネルゾーンの境界面の接線方向へレーザ光を照射させると、障害物検出装置によってフレネルゾーンの下側境界面の近傍に存在する測定対象物の３次元座標値が得られるという作用を有する。
また、上記測定対象物がフレネルゾーンの内部に侵入している場合、その測定対象物に上記レーザ光が照射された点を通る鉛直線とフレネルゾーンの境界面との交点に向けてレーザ光を照射させることで、上記測定対象物のフレネルゾーンの内部に侵入している箇所の３次元座標値が障害物検出装置によって得られるという作用を有する。そして、上記測定対象物が障害物判定装置によって障害物であると判定されるという作用を有する。

第２の発明は、第１の発明において、無人飛行体は、現在の飛行姿勢情報を取得する姿勢情報取得部を備え、飛行体記憶部には、予め定められた飛行姿勢が格納されており、姿勢情報取得部によって取得された現在の飛行姿勢情報と、飛行体記憶部に格納されている飛行姿勢に基づいて無人飛行体の動力機構と操舵機構が飛行体制御部によって制御されることを特徴とするものである。
このような構造の障害物検出システムにおいては、ホルダによってレーザ測距装置を傾ける代わりに、飛行体制御部により無人飛行体を所定の角度で傾けた状態で飛行させることで、第１の発明と同様の作用が発揮される。

第３の発明は、対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間に形成されるフレネルゾーンの検査方法であって、フレネルゾーンの３次元座標値を演算によって求める工程と、レーザ光の照射方向を変更可能な状態でレーザ測距装置が搭載された無人飛行体を予め定められた飛行経路に沿って飛行させる工程と、フレネルゾーンにおいて無線通信の障害物となり得る測定対象物と無人飛行体の距離をレーザ測距装置によって測定する工程と、無人飛行体の現在の位置情報を取得して、この位置情報とレーザ測距装置の測定結果から測定対象物の３次元座標値を演算によって求める工程と、測定対象物とフレネルゾーンについて３次元座標値同士を比較して、測定対象物の３次元座標値がフレネルゾーンの内部を示す３次元座標値の範囲に含まれている場合に測定対象物を障害物と判定する工程と、を備え、無人飛行体は、フレネルゾーンが中心軸を通る平面で切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、中心軸を通る第１の鉛直平面と直交し、かつ、中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線を飛行経路とするとともに、現在位置における曲線の接線方向に向けてレーザ光を照射した後、測定対象物にレーザ光が照射された点を通る第１の鉛直線とフレネルゾーンの境界面との交点に向けてレーザ光を再度照射することを特徴とするものである。

このようなフレネルゾーンの検査方法においては、上記曲線に沿って無人飛行体を飛行させながら、ホルダによってレーザ測距装置から照射されるレーザ光の向きを調整することにより、上記曲線の無人飛行体の現在位置における接線方向に対して平行となるように前方へレーザ光を照射させると、障害物検出装置によってフレネルゾーンの下側境界面の近傍であって、かつ、無人飛行体の進行方向の前方に存在する測定対象物の３次元座標値が得られるという作用を有する。
また、上記測定対象物がフレネルゾーンの内部に侵入している場合、その測定対象物に上記レーザ光が照射された点を通る鉛直線とフレネルゾーンの境界面との交点に向けてレーザ光を照射させることで、上記測定対象物のフレネルゾーンの内部に侵入している箇所の３次元座標値が障害物検出装置によって得られるという作用を有する。そして、上記測定対象物が障害物判定装置によって障害物であると判定されるという作用を有する。

第４の発明は、第３の発明において、無人飛行体は、現在位置においてフレネルゾーンが第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面で切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、第１の鉛直平面と直交し、かつ、中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線の現在位置における接線方向に向けてレーザ光を照射した後、測定対象物にレーザ光が照射された点を通る第２の鉛直線とフレネルゾーンの境界面との交点に向けてレーザ光を再度照射することを特徴とするものである。

このようなフレネルゾーンの検査方法においては、第３の発明の場合と同じ飛行経路に沿って無人飛行体を飛行させながら、中心軸を通る第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面でフレネルゾーンが切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、第１の鉛直平面と直交し、かつ、中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線について無人飛行体の現在位置における接線方向を求め、この方向の両側へレーザ光を照射させると、障害物検出装置によってフレネルゾーンの下側境界面の近傍であって、かつ、無人飛行体の左右方向（進行方向に直交する方向）に存在する測定対象物の３次元座標値が得られるという作用を有する。
また、上記測定対象物がフレネルゾーンの内部に侵入している場合、その測定対象物に上記レーザ光が照射された点を通る第２の鉛直線とフレネルゾーンの境界面との交点に向けてレーザ光を照射させることで、上記測定対象物のフレネルゾーンの内部に侵入している箇所の３次元座標値が障害物検出装置によって得られるという作用を有する。そして、上記測定対象物が障害物判定装置によって障害物であると判定されるという作用を有する。

以上説明したように、第１の発明では、レーザ光を２段階に分けて２つの異なる方向へ照射することができる。したがって、第１の発明を用いることによれば、以下に述べる第３の発明又は第４の発明に係るフレネルゾーンの検査方法を容易に実施することが可能である。

第２の発明によれば、ホルダによってレーザ測距装置を傾ける代わりに、飛行体制御部により無人飛行体を所定の角度で傾けた状態で飛行させることで、第１の発明と同様の効果が発揮される。

第３の発明によれば、レーザ光を２段階に分けて所定の方向へ照射することにより、フレネルゾーンの下側境界面の下方であって、かつ、無人飛行体の進行方向の前方に存在する樹木等について、そのまま上方に伸びて、フレネルゾーンの内部に侵入しているのか、あるいは、フレネルゾーンには達してないのかを明確に区別して検出することが可能である。

第４の発明によれば、フレネルゾーンの下側境界面の下方であって、かつ、無人飛行体の側方に存在する樹木等に関して、第３の発明と同様の効果が発揮される。

本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの構成を示したブロック図である。（ａ）は無人飛行体の外観を示した斜視図であり、（ｂ）は無人飛行体の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態に係るフレネルゾーンの検査方法の手順の一例を示したフローチャートである。（ａ）及び（ｂ）は、図７において固定局側から基地局側に向けて無人飛行体が飛行している状態を模式的に示した図である。図７に示したフレネルゾーンが図４に示した無人飛行体の現在位置において、中心軸（線分Ｐ_１Ｐ_２を含む直線）を通る第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面で切断された状態を模式的に示した図である。図７に示したフレネルゾーンが図４に示した無人飛行体の現在位置において、中心軸（線分Ｐ_１Ｐ_２を含む直線）を通る第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面で切断された状態を模式的に示した図である。フレネルゾーンを模式的に表した図である。

本発明の障害物検出システムは、ドローンなどの小型の無人飛行体を用いて、無線通信区間内に存在する測定対象物の３次元座標値（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を取得して、その３次元座標値がフレネルゾーンを示す３次元座標値と一致している場合に当該測定対象物を無線通信に対する障害物と判定するものである。その構成と作用及び効果については、図１乃至図６を参照しながら具体的に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る障害物検出システムの構成を示したブロック図である。図２（ａ）は無人飛行体の外観を示した斜視図であり、図２（ｂ）は無人飛行体の構成を示したブロック図である。
なお、図７を用いて既に説明した構成要素については、同一の符号を付するとともに、その説明を適宜省略する。

図１に示すように、本発明の障害物検出システム１は、無線通信区間において障害物となり得る測定対象物の位置情報を取得して３次元座標値に変換する障害物検出装置２と、無線通信区間内のフレネルゾーン５１の３次元座標値を取得するフレネルゾーン演算装置３と、測定対象物とフレネルゾーンの３次元座標値を比較することにより上記測定対象物が無線通信に対する障害物であるか否かを判定する障害物判定装置４と、障害物検出装置２乃至障害物判定装置４の動作を制御する制御装置５を備えている。

障害物検出装置２は、無人飛行体６と、通信部７と、演算部８からなり、フレネルゾーン演算装置３は、基地局５２と固定局５３の位置やアンテナ５２ａ，５３ａの大きさなどの情報と使用される電波の周波数などのデータを入力するための入力部９と、入力部９から入力されたアンテナに関するデータが格納される記憶部１０と、この記憶部１０に格納されたデータを前述の式（１）に用いてフレネルゾーン５１の３次元座標値を算出するフレネルゾーン演算部１１からなる。そして、障害物判定装置４は、測定対象物とフレネルゾーンの３次元座標値を比較する比較演算部１２と出力部１３からなる。
なお、記憶部１０は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と不揮発性メモリ等からなる。ただし、ＲＡＭと不揮発性メモリは少なくともいずれか一方を備えていれば良い。また、ＲＯＭには、入力部９から入力されたデータやフレネルゾーン演算部１１で使用されるプログラムやデータが格納され、ＲＡＭや不揮発性メモリには、フレネルゾーン演算部１１による演算結果が格納される。

図２（ａ）に示すように、無人飛行体６は、各先端にモータ１５がそれぞれ設置されるとともに同一平面を形成するように放射状に配置された複数本のアーム１６と、モータ１５の回転軸に取り付けられたプロペラ１７と、アーム１６の基端が連結された本体フレーム１８と、レーザ光を利用して測定対象物までの距離を測定するレーザ測距装置１９と、本体フレーム１８の下面に設置されるとともにレーザ光を所定の方向への照射可能にレーザ測距装置１９を保持するホルダ２０と、レーザ測距装置１９とホルダ２０を囲むように本体フレーム１８に設置された脚部２１を備えている。

レーザ測距離装置１９は、複数のアーム１６が形成する平面と平行な平面内で３６０度回動自在、かつ、上記平面に垂直な平面内で少なくとも３００度回動自在に、ホルダ２０によって保持されている。
すなわち、レーザ測距装置１９は、複数のアーム１６が形成する平面が水平である場合には、水平方向の全方位に向けてレーザ光を照射可能であるとともに、水平面から６０度斜め上方から鉛直方向下向きを含む回動角度３００度の範囲でレーザ光を照射可能となっている。

図２（ｂ）に示すように、本体フレーム１８には、飛行体制御部２２と、飛行体記憶部２３と、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）信号を受信するための飛行体通信部２４と、位置情報取得部２５と、姿勢情報取得部２６と、予め定められた飛行経路や飛行姿勢などの情報を入力するための飛行体入力部１４が設置されている。

飛行体記憶部２３の構成はフレネルゾーン演算装置３の記憶部１０と同じである。ただし、飛行体記憶部２３には、飛行体通信部２４によってＧＮＳＳ衛星から受信したＧＮＳＳ信号に基づいて位置情報取得部２５における処理によって得られた無人飛行体６の現在の位置情報と姿勢情報取得部２６によって得られた現在の飛行姿勢情報が格納される。
飛行体制御部２２は、位置情報取得部２５と姿勢情報取得部２６によって取得された無人飛行体６の現在の位置情報及び飛行姿勢情報と、飛行体記憶部２３に予め格納されている飛行経路及び飛行姿勢に基づいて無人飛行体６の動力機構と操舵機構を制御する。これにより、無人飛行体６は予め定められた飛行経路を所定の飛行姿勢を保ちながら飛行する。

障害物検出装置２の演算部８は無人飛行体６のレーザ測距装置１９によって測定された測定対象物までの距離と位置情報取得部２５によって取得された無人飛行体６の現在の位置情報に基づいて測定対象物の３次元座標値を算出し、その結果を通信部７から制御装置５に送る。
障害物判定装置４の比較演算部１２は、制御装置５を経由して受け取った測定対象物の３次元座標値をフレネルゾーン５１の３次元座標値と比較して、測定対象物の３次元座標値がフレネルゾーンの内部を示す３次元座標値の範囲に含まれている場合に測定対象物を無線通信の障害物と判定する。

比較演算部１２の判定結果は、出力部１３において、モニターに表示され、あるいは紙媒体や電子ファイルの形式で出力される。なお、モニターには、フレネルゾーン演算装置３によって算出されたフレネルゾーン５１を仮想空間上に立体表示され、そこに、障害物検出装置２によって位置が特定された樹木等の測定対象物が重ね合わせるようにして表示される。
ただし、当該測定対象物においてフレネルゾーン５１の内部に侵入している箇所については、無線通信の障害物であることが明確になるように赤色で表示されるとともに、フレネルゾーン５１から一定の距離の範囲内にある箇所については、黄色で表示されるものとする。

姿勢情報取得部２６は、無人飛行体６に関し、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）についての角度や角速度を検出するための３軸ジャイロスコープと、３軸方向についての加速度を検出するための３軸加速度センサと、軸方向の検出値に基づいて方位角を検出するための３軸磁気センサと、飛行高度を検出するための高度測定センサと、水平方向の飛行速度を検出するための水平速度センサを備えている。

このような構造の障害物検出システム１においては、ホルダ２０によってレーザ測距装置１９から照射されるレーザ光の向きを調整することにより、所望の方向へレーザ光が照射されるという作用を有する。そのため、障害物検出システム１を用いることによれば、レーザ光を２段階に分けて２つの異なる方向へ照射することを特徴とする本発明に係るフレネルゾーンの検査方法を容易に実施することができる。
なお、障害物検出システム１では、レーザ測距装置１９をホルダ２０によって傾けた状態で無人飛行体６を飛行させる代わりに、飛行体制御部２２を用いて無人飛行体６そのものを傾けた状態で飛行させることができる。この場合も、ホルダ２０によってレーザ測距装置１９を傾けた状態で無人飛行体６を飛行させる場合と同様の作用及び効果が発揮される。

障害物検出システム１を用いて、無線通信区間に形成されるフレネルゾーンを検査する方法について図３乃至図６を用いて説明する。
図３は本発明に係るフレネルゾーンの検査方法の手順の一例を示したフローチャートであり、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図７において固定局側から基地局側に向けて無人飛行体が飛行している状態を模式的に示した図である。
また、図５及び図６は、図７に示したフレネルゾーンが図４に示した無人飛行体の現在位置において、中心軸（線分Ｐ_１Ｐ_２を含む直線）を通る第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面で切断された状態を模式的に示した図である。
なお、図４乃至図６では、フレネルゾーンの輪郭線を破線で示している。また、図１及び図２を用いて既に説明した構成要素については、同一の符号を付するとともに、その説明を適宜省略する。

まず、障害物検出システム１のフレネルゾーン演算装置３は、入力部９から入力されて記憶部１０に予め格納されている基地局５２と固定局５３の位置やアンテナ５２ａ，５３ａの大きさなどの情報と使用される電波の周波数などのデータを前述の式（１）に用いてフレネルゾーン５１の３次元座標値を算出し、記憶部１０に格納する（図３のステップS１）。

制御装置５はフレネルゾーン演算装置３の記憶部１０に格納されているフレネルゾーン５１の３次元座標値を読み出して、無人飛行体６の飛行経路を設定する（図３のステップS２）。具体的には、図７に示したフレネルゾーン５１において、中心軸（線分Ｐ_１Ｐ_２を含む直線）を通る平面で切断した場合に輪郭線を形成する楕円のうち、上記中心軸を通る第１の鉛直平面と直交し、かつ、上記中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線Ｐ_１Ｐ_２を無人飛行体６の飛行経路とする。制御装置５は、この飛行経路を障害物検出装置２の通信部７に送信し、通信部７は制御装置５から受信した飛行経路を無人飛行体６の飛行体記憶部２３に格納する。

無人飛行体６を基地局５２のアンテナ５２ａ又は固定局５３のアンテナ５３ａの近傍に設置した状態で、制御装置５が障害物検出装置２の通信部７に飛行開始信号を送信すると、通信部７は飛行開始信号を無人飛行体６の飛行体制御部２２に送信する。飛行体制御部２２を介して飛行開始信号を受信したモータ１５はプロペラ１７の回転駆動を開始する。このとき、飛行体制御部２２は、飛行体記憶部２３に予め格納されている飛行経路及び飛行姿勢に基づいて無人飛行体６の動力機構と操舵機構を制御する。これにより、無人飛行体６は所定の飛行姿勢を保った状態で予め定められた飛行経路に沿って飛行を開始する（図３のステップＳ３）。

図４（ａ）に矢印で示すように、無人飛行体６は、レーザ測距装置１９によりレーザ光を進行方向の前方へ照射する（図３のステップＳ４）。具体的には、ホルダ２０によってレーザ測距装置１９から照射されるレーザ光の向きを調整することにより、飛行経路に設定されたフレネルゾーン５１の輪郭線をなす曲線２９ａの現在位置における接線方向に沿って前方へレーザ光を照射する。
無人飛行体６の前方に樹木などの測定対象物２７ａが存在している場合、レーザ測距装置１９は無人飛行体６から測定対象物２７ａまでの距離を測定し、この測定結果と位置情報取得部２５が取得した無人飛行体６の現在の位置情報に基づいて障害物検出装置２の演算部８が測定対象物２７ａの３次元座標値を算出する。

フレネルゾーン演算装置３は制御装置５の指示に従って、フレネルゾーン５１の境界面上で測定対象物２７ａのＸ座標及びＹ座標を有する点（図４（ａ）又は図４（ｂ）に示した点Ｑ_２）を求め、その３次元座標値を制御装置５に送る。その後、図４（ｂ）に矢印で示すようにレーザ測距装置１９は点Ｑ_２に向けてレーザ光を照射する。なお、点Ｑ_２は、１度目のレーザ光が測定対象物２７ａに照射された点Ｑ_１を通る鉛直線２８ａとフレネルゾーン５１の境界面との交点に相当する。

この再度のレーザ光の照射によって測定対象物２７ａが検出された場合、レーザ測距装置１９は無人飛行体６から測定対象物２７ａまでの距離を測定し、上述のとおり、障害物検出装置２の演算部８は測定対象物２７ａの３次元座標値を算出し、その３次元座標値を通信部７と制御装置５を経由して障害物判定装置４の比較演算部１２に送る。

図５に矢印で示すように、無人飛行体６は、レーザ測距装置１９によりレーザ光を側方（進行方向に直交する方向）へ照射する（図３のステップＳ５）。具体的には、ホルダ２０によってレーザ測距装置１９から照射されるレーザ光の向きを調整することにより、中心軸を通る第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面でフレネルゾーン５１が切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、第１の鉛直平面と直交し、かつ、中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線２９ｂの現在位置における接線方向（両方向）へレーザ光を照射する。
無人飛行体６の側方に樹木などの測定対象物２７ｂが存在している場合、レーザ測距装置１９は無人飛行体６から測定対象物２７ｂまでの距離を測定し、この測定結果と位置情報取得部２５が取得した無人飛行体６の現在の位置情報に基づいて障害物検出装置２の演算部８が測定対象物２７ｂの３次元座標値を算出する。

フレネルゾーン演算装置３は制御装置５の指示に従って、フレネルゾーン５１の境界面上で測定対象物２７ｂのＸ座標及びＹ座標を有する点（図５又は図６に示した点Ｑ_４）を求め、その３次元座標値を制御装置５に送る。その後、図６に矢印で示すようにレーザ測距装置１９は点Ｑ_４に向けてレーザ光を照射する。なお、点Ｑ_４は、１度目のレーザ光が測定対象物２７ｂに照射された点Ｑ_３を通る鉛直線２８ｂとフレネルゾーン５１の境界面との交点に相当する。

この再度のレーザ光の照射によって無人飛行体６の側方に測定対象物２７ｂが検出された場合、レーザ測距装置１９は無人飛行体６から測定対象物２７ｂまでの距離を測定し、前述したように障害物検出装置２の演算部８は測定対象物２７ｂの３次元座標値を算出し、その３次元座標値を通信部７と制御装置５を経由して障害物判定装置４の比較演算部１２に送る。

比較演算部１２は図３に示したステップＳ４及びステップＳ５における再度のレーザ光の照射によって検出された測定対象物２７ａ，２７ｂの３次元座標値をフレネルゾーン５１の３次元座標値と比較する。
図４乃至図６に示すように、点Ｑ_２，Ｑ_４はフレネルゾーン５１の境界面上の点であるため、測定対象物２７ａ，２７ｂが点Ｑ_２，Ｑ_４において検出された場合には、測定対象物２７ａ，２７ｂの一部がフレネルゾーン５１の内部に存在することは明らかである。この場合、測定対象物２７ａ，２７ｂの３次元座標値がフレネルゾーン５１の内部を示す３次元座標値の範囲に含まれることになるため、比較演算部１２は、測定対象物２７ａ，２７ｂの一部がフレネルゾーン５１の内部に存在する障害物であると判定する（ステップＳ６）。一方、図３に示したステップＳ４又はステップＳ５において、測定対象物２７ａ，２７ｂが点Ｑ_２，Ｑ_４において検出されない場合、又は点Ｑ_２や点Ｑ_４が存在しない場合、フレネルゾーン演算装置３は、測定対象物２７ａ，２７ｂの３次元座標値がフレネルゾーン５１の内部を示す３次元座標値の範囲に含まれる可能性がないという結果を制御装置５に送り、その結果を制御装置５から受け取った障害物判定装置４の比較演算部１２は、測定対象物２７ａ，２７ｂの一部がフレネルゾーン５１の内部に存在する障害物となり得ない旨の判定を行う。

以上説明したように、本発明のフレネルゾーンの検査方法は、無人飛行体６を予め定められた飛行経路（図４（ａ）又は図４（ｂ）に示した曲線２９ａ）に沿って飛行させながら、レーザ光を２段階に分けて２つの異なる方向へ照射することを特徴とする。そして、１度目のレーザ光の照射によって、フレネルゾーン５１の下側境界面の近傍に存在する樹木等が検出され、２度目のレーザ光の照射によって、その樹木等がそのまま上に伸びて、その一部がフレネルゾーン５１の内部に侵入しているものであるか否かが検出される。
このように、本発明のフレネルゾーンの検査方法によれば、フレネルゾーン５１の下側境界面の近傍に存在する樹木等について、その一部がフレネルゾーン５１の内部に侵入して、障害物となっているか否かを明確に区別して検出することが可能である。

本発明のフレネルゾーンの検査方法とそれに用いられる障害物検出システムは、対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間に形成されるフレネルゾーンの内部に、無線通信に対する障害物となり得るものが存在するか否かを検査する場合に適用可能である。

１…障害物検出システム２…障害物検出装置３…フレネルゾーン演算装置４…障害物判定装置５…制御装置６…無人飛行体７…通信部８…演算部９…入力部１０…記憶部１１…フレネルゾーン演算部１２…比較演算部１３…出力部１４…飛行体入力部１５…モータ１６…アーム１７…プロペラ１８…本体フレーム１９…レーザ測距装置２０…ホルダ２１…脚部２２…飛行体制御部２３…飛行体記憶部２４…飛行体通信部２５…位置情報取得部２６…姿勢情報取得部２７ａ，２７ｂ…測定対象物２８ａ，２８ｂ…鉛直線２９ａ，２９ｂ…曲線５１…フレネルゾーン５２…基地局５３…固定局５２ａ，５３ａ…アンテナ５４…障害物

Claims

対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間のフレネルゾーンの検査に用いられる障害物検出システムであって、
前記フレネルゾーンにおいて無線通信の障害物となり得る測定対象物の位置情報を取得して３次元座標値に変換する障害物検出装置と、
前記フレネルゾーンの３次元座標値を取得するフレネルゾーン演算装置と、
前記測定対象物と前記フレネルゾーンの前記３次元座標値同士を比較することにより前記測定対象物が前記障害物に該当するか否かを判定する障害物判定装置と、
前記障害物検出装置、前記フレネルゾーン演算装置及び前記障害物判定装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記障害物検出装置は、無人飛行体と、通信部と、演算部と、からなり、
前記無人飛行体は、
レーザ光を利用して前記測定対象物までの距離を測定するレーザ測距装置と、
前記レーザ光の照射方向を変更可能に前記レーザ測距装置を保持するホルダと、
ＧＮＳＳ衛星から受信したＧＮＳＳ信号に基づいて現在の位置情報を取得する位置情報取得部と、
予め定められた飛行経路が格納された飛行体記憶部と、
この飛行体記憶部に格納された前記飛行経路に沿って飛行可能に動力機構と操舵機構を制御する飛行体制御部と、を備え、
前記演算部は前記レーザ測距装置によって測定された前記測定対象物までの距離と前記位置情報取得部によって取得された前記現在の位置情報から前記測定対象物の３次元座標値を算出し、
前記障害物判定装置は、
前記通信部と前記制御装置を経由して前記測定対象物の前記３次元座標値を受け取るとともに、前記測定対象物の前記３次元座標値が前記フレネルゾーンの内部を示す前記３次元座標値の範囲に含まれている場合に前記測定対象物を前記障害物と判定することを特徴とする障害物検出システム。
前記無人飛行体は、現在の飛行姿勢情報を取得する姿勢情報取得部を備え、
前記飛行体記憶部には、予め定められた飛行姿勢が格納されており、
前記姿勢情報取得部によって取得された前記現在の飛行姿勢情報と、前記飛行体記憶部に格納されている前記飛行姿勢に基づいて前記無人飛行体の前記動力機構と前記操舵機構が前記飛行体制御部によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の障害物検出システム。
対向して配置された一対の無線通信用アンテナの間に形成されるフレネルゾーンの検査方法であって、
前記フレネルゾーンの３次元座標値を演算によって求める工程と、
レーザ光の照射方向を変更可能な状態でレーザ測距装置が搭載された無人飛行体を予め定められた飛行経路に沿って飛行させる工程と、
前記フレネルゾーンにおいて無線通信の障害物となり得る測定対象物と前記無人飛行体の距離を前記レーザ測距装置によって測定する工程と、
前記無人飛行体の現在の位置情報を取得して、この位置情報と前記レーザ測距装置の測定結果から前記測定対象物の３次元座標値を演算によって求める工程と、
前記測定対象物と前記フレネルゾーンについて前記３次元座標値同士を比較して、前記測定対象物の前記３次元座標値が前記フレネルゾーンの内部を示す前記３次元座標値の範囲に含まれている場合に前記測定対象物を前記障害物と判定する工程と、を備え、
前記無人飛行体は、
前記フレネルゾーンが中心軸を通る平面で切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、前記中心軸を通る第１の鉛直平面と直交し、かつ、前記中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線を前記飛行経路とするとともに、
現在位置における前記曲線の接線方向に向けて前記レーザ光を照射した後、
前記測定対象物に前記レーザ光が照射された点を通る第１の鉛直線と前記フレネルゾーンの境界面との交点に向けて前記レーザ光を再度照射することを特徴とするフレネルゾーンの検査方法。
前記無人飛行体は、
前記現在位置において前記フレネルゾーンが前記第１の鉛直平面と直交する第２の鉛直平面で切断された場合に輪郭線を形成する楕円のうち、前記第１の鉛直平面と直交し、かつ、前記中心軸を通る平面よりも下方に位置する曲線の前記現在位置における接線方向に向けて前記レーザ光を照射した後、
前記測定対象物に前記レーザ光が照射された点を通る第２の鉛直線と前記フレネルゾーンの境界面との交点に向けて前記レーザ光を再度照射することを特徴とする請求項３に記載のフレネルゾーンの検査方法。