CN104819706B

CN104819706B - 测量系统

Info

Publication number: CN104819706B
Application number: CN201510048423.5A
Authority: CN
Inventors: 大友文夫; 熊谷薰; 大佛毅; 大佛一毅; 大谷仁志
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US9201422B2; EP2902744A1; EP2902744B1; CA2876894A1; CN104819706A; JP2015145784A; US20150220085A1; US9773420B2; JP6326237B2; US20160049081A1

Abstract

公开了一种测量系统。测量系统具有：飞行装置，搭载GPS装置和测量装置并能进行远程操纵；位置测量装置，能进行测距、测角、跟踪，被设置于任意的位置；地面基地，控制飞行体的飞行；远程操纵机，与该地面基地进行数据的发送和接收，能够与飞行装置进行无线通信；以及控制装置，设置于飞行装置或者地面基地，测量系统构成为：飞行装置具备作为测量对象的回归反射体，位置测量装置构成为跟踪回归反射体，进行测距、测角，飞行装置在飞行中在至少两点通过GPS装置获取GPS坐标，位置测量装置从设置地点测量飞行装置的两点的位置，控制装置中的任一个根据两点的GPS坐标、位置测量装置的测距结果以及测角结果来求出该位置测量装置的设置地点的绝对坐标或者GPS坐标。

Description

测量系统

技术领域

本发明是涉及使用小型无人飞行体(UAV：Unmanned Aerial Vehicle)进行构造物等的测量的测量系统的发明。

背景技术

近年来，随着UAV(Unmanned AeriA1 Vehicle：小型无人飞行体)的进步，在UAV搭载各种装置并对UAV进行远程操作，或者使UAV自动飞行，进行所需要的作业。例如在UAV搭载照片测量用照相机、扫描仪，进行从高空向下方的测量或者在人不能进入的场所的测量。另外，在UAV自身的位置测量中，在UAV搭载GPS装置，通过该GPS装置来测量UAV的位置。

然而，在水坝、房屋的侧面、桥梁的下面无法接收来自人造卫星的电波，无法进行UAV的位置测量。因此，存在无法进行UAV的远程操作或者无法进行利用UAV的测量这样的问题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种在无法接收来自人造卫星的电波的环境下也能够进行UAV的远程操作和自动飞行，而且在由搭载了照片测量用照相机、扫描仪、光谱照相机的UAV无法测量的场所、环境下也设为能够对房屋、水坝等建筑物进行测量的测量系统。

为了达到所述目的，本发明的测量系统是如下的测量系统，该测量系统具有：飞行装置，搭载GPS装置和测量装置并能够进行远程操纵；位置测量装置，能够进行测距、测角、跟踪，设置于任意的位置；地面基地，控制飞行体的飞行；远程操纵机，与该地面基地进行数据的发送和接收，能够与所述飞行装置进行无线通信；以及控制装置，被设置于所述飞行装置或者所述地面基地，本发明的测量系统是构成为如下的测量系统：所述飞行装置具备作为测量对象的回归反射体，所述位置测量装置以跟踪所述回归反射体，进行测距、测角的方式构成，所述飞行装置在飞行中在至少两点通过所述GPS装置获取GPS坐标，所述位置测量装置从设置地点测量所述飞行装置的所述两点的位置，所述控制装置中的任一个根据所述两点的所述GPS坐标、所述位置测量装置的测距结果以及测角结果来求出该位置测量装置的设置地点的绝对坐标或者GPS坐标。

另外，本发明的测量系统是如下的测量系统，所述控制装置根据所述绝对坐标或者所述GPS坐标来控制所述飞行装置的飞行。

另外，本发明的测量系统是如下的测量系统，所述测量装置是对测量对象物的形状进行测量的形状测量装置，所述控制装置根据在测量位置由所述形状测量装置获取的测量对象物的形状、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述测量位置的绝对坐标或者由所述GPS装置获取的GPS坐标，来获取所述测量对象物的形状的坐标。

另外，本发明的测量系统是如下的测量系统，所述测量装置为照相机，所述控制装置根据在至少飞行中的两点通过所述照相机获取的测量对象物的图像、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述两点的绝对坐标或者GPS坐标或者由所述GPS装置获取的所述两点的绝对坐标或者GPS坐标，来进行测量对象物的照片测量。

另外，本发明的测量系统是如下的测量系统，所述位置测量装置设置于多个任意地点，所述控制装置获取所述位置测量装置的各设置地点的绝对坐标或者GPS坐标，从各设置地点通过所述位置测量装置进行测量，把获取的测量结果分别变换为绝对坐标或者GPS坐标，对从各设置地点测量得到的测量结果进行集中。

更进一步地，另外本发明的测量系统是如下的测量系统，所述飞行装置的所述测量装置对所述位置测量装置的死角范围进行测量，所述位置测量装置对所述飞行装置的不能飞行范围或者所述GPS装置不能进行位置测量的范围进行测量，所述控制装置把所述位置测量装置的测量结果变换为GPS坐标或者绝对坐标，对由所述飞行装置的所述测量装置测量的结果与由所述位置测量装置测量的结果进行集中。

根据本发明，测量系统具有：飞行装置，搭载GPS装置和测量装置并能够进行远程操纵；位置测量装置，能够进行测距、测角、跟踪，设置于任意的位置；地面基地，控制飞行体的飞行；远程操纵机，与该地面基地进行数据的发送和接收，能够与所述飞行装置进行无线通信；以及控制装置，被设置于所述飞行装置或者所述地面基地，所述飞行装置具备作为测量对象的回归反射体，所述位置测量装置以跟踪所述回归反射体，进行测距、测角的方式构成，所述飞行装置在飞行中在至少两点通过所述GPS装置获取GPS坐标，所述位置测量装置从设置地点测量所述飞行装置的所述两点的位置，所述控制装置中的任一个以根据所述两点的所述GPS坐标、所述位置测量装置的测距结果以及测角结果来求出该位置测量装置的设置地点的绝对坐标或者GPS坐标的方式构成，因此在无法获取所述位置测量装置的设置地点的绝对坐标或者GPS坐标的、难以进行获取的场所的测量变得容易。

另外，根据本发明，所述控制装置根据所述绝对坐标或者所述GPS坐标来控制所述飞行装置的飞行，因此在不能进行利用所述GPS装置的位置测量的情况下，利用所述位置测量装置的测量结果进行所述飞行装置的远程操纵，另外不能进行利用该位置测量装置的所述飞行装置的位置测量的情况下，利用所述GPS装置的位置测量结果进行所述飞行装置的远程操纵，没有测量环境的制约。

另外，根据本发明，所述测量装置是对测量对象物的形状进行测量的形状测量装置，所述控制装置根据在测量位置通过所述形状测量装置获取的测量对象物的形状、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述测量位置的绝对坐标或者通过所述GPS装置获取的GPS坐标，来获取所述测量对象物的形状坐标，因此能够对形状复杂的或者大型测量对象物的形状进行测量。

另外，根据本发明，所述测量装置为照相机，所述控制装置根据至少在飞行中的两点通过所述照相机获取的测量对象物的图像、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述两点的绝对坐标或者GPS坐标或者由所述GPS装置获取的所述两点的绝对坐标或者GPS坐标，来进行测量对象物的照片测量，因此在不能进行利用所述GPS装置的位置测量的场所，也能够进行使用了所述飞行装置的照片测量。

进一步地，另外根据本发明，所述位置测量装置被设置于多个任意地点，所述控制装置获取所述位置测量装置的各设置地点的绝对坐标或者GPS坐标，从各设置地点通过所述位置测量装置进行测量，把获取的测量结果分别变换为绝对坐标或者GPS坐标，对从各设置地点测量得到的测量结果进行集中，因此设为能够容易地进行在复杂地区的测量、复杂形状的测量对象物的测量。

附图说明

图1是示出本实施例的测量系统的结构图。

图2的(A)是本实施例的飞行装置的立体图，图2的(B)是示出方向角传感器的一个例子的立体图。

图3是所述飞行装置的截面图。

图4是该飞行装置的控制系统的结构图。

图5是示出本实施例的位置测量装置的一个例子的概要结构图。

图6是示出本实施例的地面基地的概要结构以及所述飞行装置、所述位置测量装置、所述地面基地、远程操纵机的关联的图。

图7是示出本实施例中的所述位置测量装置的设置位置的测量的流程图。

图8是示出本实施例中的所述飞行装置的引导的流程图。

图9是示出本实施例中的所述飞行装置的引导、所述飞行装置和所述位置测量装置的测量的说明图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边说明本发明的实施例。

首先，在图1中，说明本实施例的测量系统。

测量系统1主要由各一台的飞行装置(UAV)2、位置测量装置3、地面基地4以及远程操纵机5构成。此外，在图1中示出作为所述位置测量装置3使用全站仪(TS)的情况。

所述飞行装置2主要具备：飞行体15(后述)；作为支承构件的轴6，经由万向架机构被铅直地支承于该飞行体15；作为摄像装置的照相机7，被设置于该轴6的下端；GPS装置8，设置于所述轴6的上端；作为回归反射体的棱镜9，设置于所述轴6的下端；方向角传感器10，与该棱镜9一体地设置，被以与所述照相机7的光轴已知的关系来设置；以及飞行体通信部11，在与所述地面基地4之间进行通信。

在此，对于所述飞行装置2设定基准位置，该基准位置与所述照相机7、所述GPS装置8、所述棱镜9的关系成为已知。此外，作为所述飞行装置2的基准位置，例如设为所述照相机7的图像元件(未图示)的中心位置等。

此外，以能够经由水平轴进行中心旋转的方式支承所述照相机7，所述照相机7的光轴经与所述轴6的轴心平行的平面内进行旋转。另外，所述照相机7的旋转范围至少包括所述照相机7的光轴从铅直的位置至水平位置为止的范围。

通过所述万向架机构以所述轴6的轴心变为铅直的方式支承所述轴6，因此在所述照相机7的光轴变为铅直的情况下，该照相机7的光轴与所述轴6的轴心相符。

所述棱镜9的光轴也以成为与所述轴6的轴心平行的方式被设置，被设定为变为铅直的方式，进一步地所述棱镜9与所述照相机7的位置关系也成为已知。此外，以该照相机7与所述棱镜9的光轴变为铅直的方式支承所述照相机7即可，所述轴6的轴心不一定必须铅直。

朝下方设置所述棱镜9，该棱镜9具有对从下方整个范围入射的光进行回归反射的光学特性。另外，代替所述棱镜9也可以将反射贴纸(reflected sea1)设置于所述轴6的规定位置。

由所述GPS装置8测量的位置存在于所述轴6的轴心上，并且由所述GPS装置8测量的位置对于所述照相机7成为已知。

所述方向角传感器10检测所述飞行装置2的朝向。作为所述方向角传感器10例如有以下的传感器。

在周围和圆周所需等分的位置设置有受光传感器30。每个受光传感器30能够对从所述位置测量装置3发出的测距光或者跟踪光进行受光。成为通过判断哪一个受光传感器30对测距光或者跟踪光进行了受光并进行了检测，来检测对于测距光或者跟踪光的朝向(即对于所述位置测量装置3的朝向)的方式。

在任意的位置设置所述位置测量装置3，进一步地以该位置测量装置3成为水平的方式进行校平。该位置测量装置3能够进行利用非棱镜测量(不使用棱镜、回归反射体的测量)和棱镜测量(将棱镜、回归反射体设为测量对象的测量)的距离测量并且能够测量水平角、铅直角。

在非棱镜测量中，以所述位置测量装置3的设置位置为基准，能够在预定的范围内进行非棱镜测量。

另外，所述位置测量装置3具有跟踪功能。在进行棱镜测量的状态下，所述位置测量装置3在所述飞行装置2的飞行中一边跟踪所述棱镜9一边测量以该棱镜9的所述位置测量装置3的设置位置为基准的三维坐标(斜距离(Slope distance)、水平角、铅直角)。此外，作为所述位置测量装置3使用全站仪(TS)，但是，如果所述位置测量装置3具有跟踪功能而能够测量斜距离、水平角、铅直角，则并不限定于TS。

所述位置测量装置3以有线或者无线方式与所述地面基地4进行电连接，测量出的三维坐标作为坐标数据被输入到所述地面基地4。

能够通过以下方法测量所述位置测量装置3的设置位置(绝对坐标)。

通过该位置测量装置3测量飞行中的所述飞行装置2的位置，并且进一步地通过所述GPS装置8测量所述飞行装置2的两处位置坐标。根据由所述位置测量装置3获取到的测量结果、由所述GPS装置8获取到的位置坐标(GPS坐标)，通过后方交会法测量所述位置测量装置3的设置位置(GPS坐标)。进一步地，通过对GPS坐标进行坐标变换来求出绝对坐标。因而，如果求出GPS坐标，则能够求出所述位置测量装置3的绝对坐标，能够将由该位置测量装置3测量出的三维坐标变换为绝对坐标，也能够将以该位置测量装置3的设置位置为基准进行非棱镜测量的结果变换为绝对坐标。

进一步地，另外使用所述位置测量装置3跟踪所述棱镜9(即所述飞行装置2)，能够还将测量出的所述棱镜9的三维坐标(即所述飞行装置2的三维坐标)(TS坐标)同样地变换为GPS坐标以及进一步地变换为绝对坐标。因而，将通过所述位置测量装置3测量出的所述飞行装置2的位置坐标从所述地面基地4实时地发送至所述飞行装置2，由此能够根据由所述位置测量装置3测量出的位置坐标使所述飞行装置2飞行。此外，在以下说明中，将所述位置测量装置3的测量结果变换为GPS坐标系而得到的坐标也被称为GPS坐标。

所述地面基地4例如为PC，具备具有运算功能的运算装置、保存数据、程序的存储部以及进一步地具有基地通信部。该基地通信部能够与所述位置测量装置3、所述远程操纵机5进行通信，该远程操纵机5能够在与所述飞行体通信部11之间进行无线通信。另外，所述地面基地4根据非棱镜测量的结果来设定飞行安全范围，以在该飞行安全范围内对所述飞行装置2进行远程操作的方式，对所述远程操纵机5发送与飞行范围有关的控制数据。

所述远程操纵机5是对所述飞行装置2的飞行进行远程操作的操纵机，在通过所述地面基地4发送与飞行范围有关的飞行范围限制数据的情况下，以从所述远程操纵机5发送的飞行控制信号受到飞行范围限制数据的限制，使所述飞行装置2在所述飞行安全范围内飞行的方式进行控制。另外，能够对所述照相机7、该照相机7的快门进行远程操作。

此外，如后述那样，所述飞行装置2具备控制装置，因此通过对该控制装置设定飞行计划数据，从而所述飞行装置2根据来自所述位置测量装置3的位置数据或者由所述GPS装置8测量出的位置数据，还能够自主飞行。

接着，在图2的(A)、图2的(B)、图3中说明所述飞行装置2。

所述飞行体15具有以放射状地延伸的多个且偶数个螺旋桨框架17，在各螺旋桨框架17的前端设置有螺旋桨单元。该螺旋桨单元由安装于所述螺旋桨框架17的前端的螺旋桨马达18以及安装于该螺旋桨马达18的输出轴上的螺旋桨19(在图示中19a~19h)构成。由所述螺旋桨马达18使所述螺旋桨19进行旋转，所述飞行体15飞行。

所述飞行体15的中心具有中空圆筒状的主框架21，在该主框架21的上端设置有朝向外侧延伸的外凸缘22，在下端设置有朝向中心延伸的内凸缘23。在该内凸缘23的中心部中形成圆形的孔24。

所述螺旋桨框架17为棒状，被配设于与所述主框架21的轴心正交的平面内，在水平方向上以等角度间隔设置有规定数量的螺旋桨框架(至少4个，优选8个，在图示中表示8个(17a~17h))。所述螺旋桨框架17的内端部贯通所述主框架21并且固定于所述外凸缘22。

以上下贯通所述主框架21的方式设置所述轴6，该轴6被悬架25支承为铅直，该悬架25经由防振构件26被设置于所述内凸缘23。

所述悬架25具有正交的两个方向的摇摆轴27a、27b，所述悬架25在正交的两个方向上摇摆自由地支承所述轴6。所述防振构件26吸收所述螺旋桨马达18、所述螺旋桨19进行旋转时的振动，使得振动不会传递至所述轴6。

倾斜传感器28设置于所述轴6的下端，检测由于所述飞行体15的飞行状态的变化而产生的所述轴6的倾斜。另外，所述倾斜传感器28是在所述轴6相对于铅直倾斜的情况下检测铅直线与该轴6的轴心的角度的传感器，所述倾斜传感器28的检测结果送出至后述的控制装置35(参照图4)。

所述方向角传感器10设置于所述主框架21的所需位置。所述方向角传感器10检测所述飞行体15的朝向。作为该飞行体15的朝向，例如是以朝向设置所述位置测量装置3的位置的方向为基准的飞行体的朝向。另外，在本实施例中，作为所述方向角传感器10使用图2的(B)示出的方向角传感器。此外，作为所述方向角传感器10也可以使用方位传感器。

在本实施例中，示出将所述方向角传感器10与所述棱镜9一体地设置的情况。当参照图2的(B)来概述时，沿着形成为圆筒状的传感器壳29的外周面设置有受光传感器30a、30b、30c、30d。该受光传感器30a、30b、30c、30d被配设于将圆周四等分的位置，各受光传感器30a、30b、30c、30d构成为在对从所述位置测量装置3发射的测距光或者跟踪光进行受光的情况下发出受光信号。另外，通过判断哪一个位置的所述受光传感器30a、30b、30c、30d对测距光或者跟踪光进行受光，来检测出所述飞行装置2相对于所述位置测量装置3的方向。

在所述轴6的下端设置有控制箱31。在该控制箱31的内部收纳有所述控制装置35。在所述控制箱31的下表面设置有照相机保持件32，在该照相机保持件32经由水平轴33设置有所述照相机7。该照相机7能够以所述水平轴33为中心进行旋转，设置有经由该水平轴33使所述照相机7旋转的摄像方向变更马达(未图示)。此外，关于所述照相机7的基准姿势，光轴为铅直，所述摄像方向变更马达按照所述控制装置35的指令，使所述照相机7相对于铅直旋转所需角度。在图2的(A)中，以更容易理解的方式，使该照相机7的光轴成为水平。

在所述照相机保持件32的下表面经由支承构件34设置有所述方向角传感器10。进一步地在该方向角传感器10的下表面与该方向角传感器10一体地设置有所述棱镜9。

在所述轴6的上端设置有所述GPS装置8。该GPS装置8的中心(该GPS装置8的基准位置)与所述轴6的轴心一致，另外，所述棱镜9的光轴与所述轴6的轴心平行。

所述控制箱31、所述照相机保持件32、所述照相机7以及所述棱镜9等作为配重构件而发挥功能。在外力不对所述轴6起作用的状态、即自由的状态下，以所述轴6成为铅直的状态的方式设定所述控制箱31、所述照相机保持件32、所述照相机7以及所述棱镜9的重量平衡。

在利用所述控制箱31、所述照相机保持件32、所述照相机7以及所述棱镜9等的配重功能能够使所述轴6充分保持为铅直的情况下，虽然可以不设置平衡辅助构件，但是为了使该轴6稳定地保持为铅直姿势，在该轴6急剧地倾斜的情况下(在所述飞行体15的姿势急剧地变化的情况下)，也可以设置平衡辅助构件以使得能够迅速地恢复至铅直状态。

在以下例子中，说明作为平衡辅助构件而设置阻尼弹簧(damper spring)16的情况。

在所述螺旋桨框架17与所述轴6之间架设所述阻尼弹簧16。至少设置3个该阻尼弹簧16，优选设置4个该阻尼弹簧16，优选将该阻尼弹簧16设置于与所述摇摆轴27a、27b平行地延伸的所述螺旋桨框架17与所述轴6之间。

另外，4个所述阻尼弹簧16分别使张力作用于所述轴6与所述螺旋桨框架17之间，被设定为所述飞行体15为水平姿势(所述螺旋桨框架17为水平的状态)且由于张力的平衡而所述轴6保持铅直状态。另外，将所述阻尼弹簧16的张力、弹簧常数设定为小，在所述飞行体15倾斜的情况下，所述轴6由于重力的作用而朝向铅直方向。

所述阻尼弹簧16是对所述轴6施力而成为铅直状态的施力单元，在该轴6摇摆、振动的情况下，所述阻尼弹簧16是使所述轴6迅速地恢复至铅直状态的部件，是使振动减小的部件。另外，作为施力单元，除了上述阻尼弹簧16以外，还可以设为扭力盘簧，该扭力盘簧在所述悬架25的所述摇摆轴27a、27b进行旋转的情况下，使得在恢复方向上旋转。

参照图4说明所述飞行装置2的控制系统。

在所述控制箱31的内部收纳有所述控制装置35。

该控制装置35主要具备控制运算部36、时钟信号发生部37、存储部38、摄像控制部39、飞行控制部41、陀螺仪单元(gyro unit)42、马达驱动部43以及所述飞行体通信部11。

由所述摄像控制部39控制所述照相机7的拍摄，另外，由所述照相机7拍摄得到的图像作为图像数据被输入到所述摄像控制部39。

作为所述照相机7使用数字照相机，能够拍摄静止图像并且还能够拍摄运动图像。另外，作为摄像元件使用作为像素的集合体的CCD、CMOS传感器等，能够确定各像素在摄像元件内的位置。例如，通过把摄像元件的照相机的光轴所通过的点设为原点的正交坐标来确定各像素的位置。所述静止图像被使用于照片测量，另外，使用所述运动图像进行运动图像追踪。

如上述那样，所述照相机7的光轴与所述轴6的轴心相符，所述棱镜9的光轴成为与所述轴6的轴心平行。另外，所述棱镜9的光轴与所述照相机7的光轴成为已知的位置关系。

在所述存储部38形成程序保存部和数据保存部。在所述程序保存部保存有用于控制所述照相机7的拍摄的拍摄程序、用于驱动控制所述螺旋桨马达18的飞行控制程序、用于将获取到的数据发送到所述地面基地4并且接收来自所述远程操纵机5的飞行指令等的通信程序、用于对由所述照相机7获取到的数据进行处理并保存的数据处理程序以及用于使用运动图像来进行追踪的图像追踪程序等程序。

在所述数据保存部中保存有用于执行自主飞行的飞行计划数据、由所述照相机7获取到的静止图像数据、运动图像数据、在飞行中进行测量的所述飞行装置2的位置数据、从所述远程操纵机5发送的由所述位置测量装置3测量得到的所述飞行装置2的位置数据以及进一步地保存有获取到所述静止图像数据、所述运动图像数据时的时间、位置数据等。

所述摄像控制部39根据从所述控制运算部36发出的控制信号，进行与所述照相机7的拍摄有关的控制。作为控制的方式，为与测量对象物相应的照相机角度的选定、所述照相机7的拍摄控制、在获取运动图像当中以规定时间间隔获取静止图像的控制等。另外，根据从所述时钟信号发生部37发出的时钟信号，关于所述照相机7，对拍摄时期进行控制或者进行同步控制。

所述方向角传感器10检测所述飞行体15的朝向，将检测结果输入到所述控制运算部36。所述陀螺仪单元42检测所述飞行体15的飞行状态下的姿势，将检测结果输入到所述控制运算部36。

所述飞行体通信部11在由所述远程换纵机5对所述飞行体15的飞行进行远程操作的情况下，接收来自所述远程操纵机5的操纵信号，将该操纵信号输入到所述控制运算部36。或者，所述飞行体通信部11具有把由所述照相机7拍摄的图像数据与进行拍摄的时刻一起发送到地面侧的所述地面基地4等功能。

所述控制运算部36将由所述位置测量装置3测量的位置坐标(TS坐标)变换为GPS坐标，作为所述飞行装置2的GPS坐标而获取。进一步地，获取由所述GPS装置8测量的所述飞行装置2的GPS坐标。所述控制运算部36根据得到的GPS坐标和从所述远程操纵机5发送的飞行命令来运算飞行控制信号，或者根据在所述存储部38保存的飞行计划数据和所述GPS坐标来运算飞行控制信号，将飞行控制信号输出到所述飞行控制部41。

关于利用根据所述位置测量装置3的测量结果得到的GPS坐标以及由所述GPS装置8测量的GPS坐标中的哪一个，作为原则，利用能够获取的GPS坐标。例如，在所述飞行装置2与所述位置测量装置3之间存在障碍物而无法通过所述位置测量装置3跟踪所述飞行装置2的情况下，来自所述位置测量装置3的位置数据消失，因此使用由所述GPS装置8测量的位置坐标。另外，在房屋等来自人造卫星的电波被遮挡那样的环境中，利用根据所述位置测量装置3的测量结果得到的GPS坐标。此外，作为使所述飞行装置2飞行的位置信息，也可以使用根据GPS坐标求出的绝对坐标。

此外，在得到来自所述位置测量装置3的测量结果、所述GPS装置8的测量结果两者的情况下，也可以预先确定利用的优选顺序。此外，关于测量精度，所述位置测量装置3一方的较好，因此在使精度优先的情况下，优选使该位置测量装置3的测量结果优先。

另外，所述控制运算部36根据在所述存储部38保存的所需程序，执行为了获取图像而必要的控制。

当被从所述控制运算部36输入飞行控制信号时，所述飞行控制部41根据该飞行控制信号经由所述马达驱动部43将所述螺旋桨马达18驱动为所需的状态。

参照图5说明所述位置测量装置3。

该位置测量装置3主要具备位置测量控制装置45、望远镜部46(参照图1)、测距部47、水平角检测器48、铅直角检测器49、铅直旋转驱动部51以及水平旋转驱动部52等。

所述望远镜部46是对测量对象物进行准直的部件，所述测距部47是经由所述望远镜部46出射测距光，进一步地经由该望远镜部46对来自所述测量对象物的反射光进行受光，并进行测距的部件。另外，所述测距部47作为测量模式具有非棱镜测量模式、棱镜测量模式以及进一步地一边进行棱镜测量一边跟踪所述测量对象物(棱镜)的跟踪测量模式这三种模式，能够在三种模式中的任一模式下测量到所述测量对象物为止的距离。此外，在跟踪测量模式下，除了所述测距光以外还经由所述望远镜部46出射跟踪光。

所述水平角检测器48在检测所述望远镜部46的准直方向内检测水平角。另外，所述铅直角检测器49在所述望远镜部46的准直方向内检测铅直角。所述水平角检测器48、所述铅直角检测器49的检测结果被输入到所述位置测量控制装置45。

该位置测量控制装置45主要具有运算处理部55、测距控制部56、位置测量存储部57、位置测量通信部58以及马达驱动控制部59等。

在所述位置测量存储部57保存有用于通过非棱镜测量模式、棱镜测量模式、跟踪测量模式的各模式进行测距的测量程序、用于与所述飞行装置2和所述地面基地4进行通信的通信程序等程序，还保存有测量对象物的测量结果(测距、测角)。

所述测距控制部56根据来自所述运算处理部55的测量模式选择指令，决定使所述测距部47在非棱镜测量模式、棱镜测量模式、跟踪测量模式中的哪一个模式下执行测量，按照所决定的模式控制所述测距控制部56。在此，在非棱镜测量模式下，所述位置测量装置3将大楼等建筑物作为测量对象物而执行测量，在跟踪测量模式下测量对象物成为所述棱镜9，一边跟踪所述飞行装置2一边测量该飞行装置2的位置。

所述马达驱动控制部59为了使所述望远镜部46对测量对象物进行准直或者为了跟踪测量对象物而控制所述铅直旋转驱动部51、所述水平旋转驱动部52，使所述望远镜部46在铅直方向或者水平方向上旋转。

所述位置测量通信部58将在跟踪测量模式下对测量对象物(所述棱镜9)进行测量的结果(所述棱镜9的斜距离、铅直角、水平角)实时地发送到所述地面基地4。

图6是示出该地面基地4的概要结构以及所述飞行装置2、所述位置测量装置3、所述地面基地4、所述远程操纵机5的关联的图。

所述地面基地4具备具有运算功能的运算处理装置61、基地存储部62以及进一步地具有基地通信部63。

所述运算处理装置61具有所述时钟信号发生部，使经由所述远程操纵机5接收到的图像数据、快门时刻数据、坐标数据分别与时钟信号相关联，根据该时钟信号作为时间序列的数据而进行处理，并保存到所述基地存储部62。

在该基地存储部62保存有根据从因特网等得到的地图信息来制作设定飞行范围等飞行计划的飞行计划制作程序、根据所述飞行计划和由所述位置测量装置3得到的事先测量数据来运算所述飞行装置2的飞行安全范围的飞行范围运算程序、用于根据所述飞行安全范围制作飞行控制数据并且进一步控制所述飞行装置2的飞行的飞行控制程序、进行照片测量所需要的运算程序、在所述远程操纵机5与所述位置测量装置3之间进行数据通信的通信程序、根据从所述飞行装置2发送的两个位置以上的该飞行装置2的GPS坐标来运算所述位置测量装置3的设置位置的GPS坐标的程序、以及根据所述位置测量装置3的设置位置的GPS坐标将所述位置测量装置3的测量结果(所述棱镜9的斜距离、铅直角、水平角)变换为GPS坐标的程序等各种程序。

此外，关于根据该位置测量装置3的设置位置的GPS坐标将所述位置测量装置3的测量结果变换为GPS坐标的作业，还可以将所述位置测量装置3的测量结果按原样发送到所述飞行装置2，在该飞行装置2的所述控制装置35进行执行。

进一步地，将由所述飞行装置2获取到的图像、由所述位置测量装置3测量的测量数据(坐标数据)、获取图像时的时间、位置坐标等各种数据保存到所述基地存储部62。

所述基地通信部63在所述地面基地4与所述远程操纵机5之间进行有线通信或者无线通信。

以下，说明本测量系统的作用。

首先，参照图7说明获取设置于任意的位置的所述位置测量装置3的位置(GPS坐标或者绝对坐标)的作用。

通过所述远程操纵机5以手动操纵的方式使所述飞行装置2飞行。此外，在预先设定了飞行计划的情况下，也可以根据飞行计划通过自动操纵使所述飞行装置2飞行。与该飞行装置2的开始飞行的同时执行所述位置测量装置3的跟踪。

在步骤：01中，将所述飞行装置2的飞行中的所需位置设为点P1，通过所述GPS装置8获取所述点P1的GPS坐标A1。将获取到的该GPS坐标A1经所述远程操纵机5发送到所述地面基地4。

在步骤：02中，通过所述位置测量装置3测量所述棱镜9在所述飞行装置2位于所述点P1时的位置(即设为所述飞行装置2的基准位置、该飞行装置2的位置)，通过所述位置测量装置3获取所述点P1的TS坐标B1。此外，以所述GPS装置8的坐标获取与所述位置测量装置3的坐标获取成为同一时刻的方式，通过所述地面基地4对坐标获取定时进行同步控制。

将由所述位置测量装置3获取到的所述TS坐标B1发送到所述地面基地4。由所述GPS装置8获取到的所述GPS坐标A1、由所述位置测量装置3获取到的所述TS坐标B1分别被与进行获取时间相关联，并保存到所述基地存储部62。

在步骤：03中，所述飞行装置2移动到另一所需位置点P2。在此，根据所述点P1和所述点P2的坐标来运算移动距离，考虑所述飞行装置2的飞行高度以及测量所要求的精度来决定移动距离的长度。

在步骤：04中，通过所述GPS装置8获取所述点P2的GPS坐标A2。将获取到的该GPS坐标A2经由所述远程操纵机5发送到所述地面基地4。

在步骤：05中，通过所述位置测量装置3测量所述飞行装置2位于所述点P2时的所述飞行装置2的位置，获取所述点P2的TS坐标B2。不用说同步地对所述GPS坐标A2的获取和所述TS坐标B2的获取进行控制。

在步骤：06中，将所述点P1与所述位置测量装置3的设置位置的相对位置以及所述点P2与所述位置测量装置3的设置位置的相对位置作为所述TS坐标B1、所述TS坐标B2来进行测量，将所述点P1和所述点P2的GPS坐标作为所述GPS坐标A1、所述GPS坐标A2来进行测量，因此通过后方交会法计算出所述位置测量装置3的设置位置的GPS坐标。

由于求出该位置测量装置3的设置位置的GPS坐标，因此能够将由该位置测量装置3测量的所述飞行装置2的TS坐标变换为GPS坐标。因而，与由所述GPS装置8获取到的位置信息同样地，能够根据由所述位置测量装置3测量的所述飞行装置2的位置信息来控制所述飞行装置2的飞行。

如上述那样，能够通过所述GPS装置8或者还能够通过所述位置测量装置3获取该飞行装置2的位置信息。

参照图4、图8说明所述飞行装置2的引导作用。

如上述那样，通过求出任意地设置的所述位置测量装置3的设置位置(GPS坐标)，从而能够进行基于该位置测量装置3对所述飞行装置2的位置测量的该飞行装置2的远程操纵。

在进行该飞行装置2的测量的情况下，由利用目视的远程操纵对该飞行装置2进行操纵，进一步地还能够利用测量人员的判断来适当地进行照片拍摄。

另外，也可以预先在所述飞行装置2、所述地面基地4设定飞行计划或者测量计划，根据所述飞行计划或者所述测量计划执行测量。

以下说明是设定了飞行计划的情况，另外是将该飞行计划设定于所述飞行装置2的情况。

在步骤：21中，所述控制运算部36根据在所述存储部38保持的飞行计划读取目标位置坐标(目标位置)，获取所述飞行装置2的当前位置信息。

在步骤：22中，由所述控制运算部36判断获取到的位置信息是GPS坐标还是TS坐标。此外，在能够获取所述GPS坐标和所述TS坐标两者的情况下，预先设定优选顺序。例如设定为使来自所述GPS装置8的位置信息优先。

在步骤：23中，在并非来自所述GPS装置8的位置信息而是能够获取来自所述位置测量装置3的位置信息的情况下，所述控制运算部36将TS坐标变换为GPS坐标。在能够获取来自所述GPS装置8的位置信息的情况下，将所述GPS坐标按原样作为当前位置信息来获取。

在步骤：24中，所述控制运算部36将目标位置与当前位置进行比较，求出偏差，以偏差成为0的方式将控制信号发至所述飞行控制部41。该飞行控制部41根据该控制信号经由所述马达驱动部43来控制所述螺旋桨马达18的驱动。

在步骤：25中，在目标位置与当前位置一致的情况下、即偏差成为0或者成为允许范围的情况下，执行由所述照相机7进行的拍摄等所需的作业。当所需作业完成时，通过所述控制运算部36读取下一目标位置，重复执行步骤：21~步骤：25。

另外，在步骤：25中通过所述控制运算部36判断为目标位置与当前位置不一致的情况下，进一步重复执行步骤：22~步骤：25。

参照图9说明使用了上述引导作用的测量。此外，在图中，用L1示出的线的上方是所述GPS装置8能够接收人造卫星的电波的空间(能够获取由所述GPS装置8得到的位置信息的空间72)，线L1的下方示出无法获取由所述GPS装置8得到的位置信息的空间73。另外，在图9中，示出主要执行照片测量的情况。在执行照片测量的情况下，需要所述照相机7的朝向(方向)，因此利用由所述方向角传感器10得到的信号。

进一步地，在使所述飞行装置2接近测量对象物(房屋)飞行或者在存在障碍物的空间内飞行的情况下，为了确保飞行安全，利用由障碍物检测传感器69得到的信号。该障碍物检测传感器69例如为超声波传感器，检测所述飞行装置2与测量对象物或者障碍物之间的距离。所述控制运算部36根据检测出的距离以与障碍物之间的距离不会成为规定的距离以下的方式来控制飞行。

此外，在图9中，P1~P6示出由飞行计划设定的目标位置，P1~P4是所述飞行装置2经所述空间72飞行而能够利用所述GPS装置8的点。另外，P5、P6是所述飞行装置2经所述空间73飞行而无法利用所述GPS装置8的点。

另外，图9示出将所述位置测量装置3设置于初始设置位置S1并接着设置于设置位置S2的状态。对于所述设置位置S1、所述设置位置S2均如上述那样执行步骤：01~步骤：06，获取GPS坐标。

在所述飞行装置2经所述空间72飞行期间，能够获取由所述GPS装置8得到的位置坐标(GPS坐标)，根据从该GPS装置8得到的位置信息来控制所述飞行装置2的飞行。所述飞行装置2被引导到P1~P4，在P1~P4分别获取照片，根据获取到的照片和P1~P4的位置信息来进行照片测量。

此外，在得到由所述位置测量装置3测量的位置信息的情况下，由该位置测量装置3测量的位置信息一方的精度高，因此根据由所述位置测量装置3得到的位置信息来控制所述飞行装置2的飞行，由此提高测量精度。

在所述飞行装置2经所述空间73飞行的情况下，是无法利用所述GPS装置8的状况。例如，是沿着房屋的侧壁进行照片拍摄而房屋遮挡来自人造卫星的电波的情况。

在所述飞行装置2经所述空间73飞行的情况下，根据由所述位置测量装置3测量的位置信息来控制飞行装置2的飞行。进一步地，由所述飞行装置2测量P5、P6的位置坐标。

另外，存在在将所述位置测量装置3设置于一位置处的状态下产生死角的情况，死角的范围无法由该位置测量装置3测量。在本实施例中，能够根据测量状况将该位置测量装置3移动至任意的位置。如上述那样，移动后的所述设置位置S2的GPS坐标也能够容易地测量得到，因此由所述设置位置S1获取到的测量数据、由所述设置位置S2获取到的测量数据均能够设为GPS坐标系以及进一步设为绝对坐标系，还能容易地进行相互的数据关联。

根据本实施例的测量系统，能够在各种测量方式下执行测量。

[测量方式1]

在以照片测量为主的情况下，所述位置测量装置3作为用于测量所述飞行装置2的位置而控制该飞行装置2的飞行的位置信息获取单元而发挥功能。

在测量方式1中，在能够从所述GPS装置8和所述位置测量装置3获取位置信息的情况下，按照所设定的优选顺序获取位置信息，在按飞行计划设定的位置获取测量用的照片。

在此，作为无法通过所述位置测量装置3获取位置信息的情况，是测量房屋的屋顶等所述飞行装置2进入所述位置测量装置3的死角的情况等。另外，作为无法由所述GPS装置8获取位置信息的情况，是测量房屋的壁面或者桥梁的下方等的情况，是来自人造卫星的电波无法到达的场所等。此外，在对房屋的壁面等进行照片拍摄的情况下，不用说进行使所述照相机7旋转并使光轴设为水平等控制。

另外，辅助地，在测量所述飞行装置2无法飞行的场所的情况下，在窄小的空间或者存在房顶等的场所，通过所述位置测量装置3直接对测量对象物进行测量。

[测量方式2]

在以所述位置测量装置3的测量为主的情况下，所述飞行装置2被用作对所述位置测量装置3的设置场所的GPS坐标或者绝对坐标进行测量的单元。

如上述那样，将所述位置测量装置3设置于任意位置，使所述飞行装置2飞行，通过所述GPS装置8获取两点GPS坐标，进一步地利用所述位置测量装置3对所述飞行装置2在该两点的位置进行测量，由此能够获取该位置测量装置3的设置位置的GPS坐标以及进一步地获取绝对坐标。

因而，通过利用所述位置测量装置3对测量对象物进行测量，从而能够获取该测量对象物的GPS坐标或者绝对坐标。进一步地，如果是能够对所述测量对象物进行准直的位置，则能够任意地变更所述位置测量装置3的设置位置，因此可得到在所述位置测量装置3被设置于房屋的背面侧等一点的情况下无法获取的测量结果。

进一步地，在变更所述位置测量装置3的设置位置的情况下，也能够测量GPS坐标或者绝对坐标，因此可容易地进行全部测量数据的关联。

[测量方式3]

在重视测量精度的情况下，在获取到所述位置测量装置3的设置位置的GPS坐标之后，利用所述位置测量装置3来进行测量对象物的测量，在与由该位置测量装置3无法测量的场所、部位、例如房屋的屋顶、测量对象物之间存在障碍物等的状态下，由所述飞行装置2执行照片测量。此时，由所述位置测量装置3获取用于控制所述飞行装置2的飞行的位置信息。

[测量方式4]

在使用多个位置测量装置3在大范围内或者复杂的场所中进行测量的情况下或者对复杂形状的测量对象物(建筑物)进行测量的情况下，在最适合于测量的场所设置多台所述位置测量装置3，从各个设置位置执行测量，另外，使用所述飞行装置2的所述GPS装置8对所述位置测量装置3的设置位置的GPS坐标进行测量。

根据本实施例，能够使用所述飞行装置2的所述GPS装置8获取任意位置上的GPS坐标，因此在无法获取或者不易获取所述位置测量装置3的设置位置的绝对坐标或者GPS坐标的场所的测量变得容易。另外，能够将所述位置测量装置3的测量结果变换为GPS坐标，因此将所述位置测量装置3设置于多个场所，能够容易地集中测量的结果，另外，通过照片测量得到的测量结果以及利用所述位置测量装置3测量的测量结果的集中也可容易地进行。

在所述实施例中，作为所述飞行装置2的测量而进行了照片测量，但是也可以将其它测量装置搭载于所述飞行装置2。例如，可以使得作为形状测量装置而搭载激光扫描仪来获取测量对象物的点群数据，或者还可以搭载用于地质调查、调查作物的生长状态的光谱照相机。

Claims

1.一种测量系统，具有：飞行装置，搭载GPS装置和测量装置并能够进行远程操纵；位置测量装置，能够进行测距、测角、跟踪，被设置于任意的位置；地面基地，控制所述飞行装置的飞行；远程操纵机，与该地面基地进行数据的发送和接收，能够与所述飞行装置进行无线通信；被设置于所述飞行装置的控制装置；以及被设置于所述地面基地的运算处理装置，所述测量系统构成为：所述飞行装置具备作为测量对象的回归反射体，所述位置测量装置构成为跟踪所述回归反射体，进行测距、测角，所述飞行装置在飞行中在至少两点通过所述GPS装置获取GPS坐标，所述位置测量装置从设置地点测量所述飞行装置的所述两点的位置，

所述控制装置、所述运算处理装置中的任一个根据所述两点的所述GPS坐标、所述位置测量装置的测距结果以及测角结果来求出该位置测量装置的设置地点的绝对坐标或者GPS坐标，

进一步，根据所述设置地点的绝对坐标或者GPS坐标将由所述位置测量装置测量到的所述飞行装置的测量结果即TS坐标变换成GPS坐标，

用GPS装置取得的GPS坐标或者将TS坐标变换后的GPS坐标中的任一个控制所述飞行装置的飞行，

并且，在能够同时获取由GPS装置得到的GPS坐标、TS坐标的情况下，预先设定优选顺序。

2.根据权利要求1所述的测量系统，所述控制装置根据所述绝对坐标或者由GPS装置获取的所述GPS坐标或者将TS坐标变换后的GPS坐标来控制所述飞行装置的飞行。

3.根据权利要求2所述的测量系统，

所述飞行装置的所述测量装置是对本测量系统要测量的测量对象物的形状进行测量的形状测量装置，所述控制装置根据在测量位置由所述形状测量装置获取到测量对象物的形状、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述测量位置的绝对坐标或者由所述GPS装置获取的GPS坐标来获取所述本测量系统要测量的测量对象物的形状的坐标。

4.根据权利要求2所述的测量系统，

所述飞行装置的所述测量装置是照相机，所述控制装置根据至少在飞行中的两点通过所述照相机获取的本测量系统要测量的测量对象物的图像、变换所述位置测量装置的测量结果而得到的所述两点的绝对坐标或GPS坐标或者由所述GPS装置获取的所述两点的绝对坐标或GPS坐标来进行所述本测量系统要测量的测量对象物的照片测量。

5.根据权利要求1所述的测量系统，

所述位置测量装置被设置于多个任意地点，所述控制装置获取所述位置测量装置的各设置地点的绝对坐标或者GPS坐标，从各设置地点通过所述位置测量装置进行测量，将获取的测量结果分别变换为绝对坐标或者GPS坐标，对从各设置地点测量得到的测量结果进行集中。

6.根据权利要求1所述的测量系统，

所述飞行装置的所述测量装置对所述位置测量装置的死角范围进行测量，所述位置测量装置对所述飞行装置的不能飞行范围或者不能进行利用所述GPS装置的位置测量的范围进行测量，所述控制装置将所述位置测量装置的测量结果变换为GPS坐标或者绝对坐标，对由所述飞行装置的所述测量装置测量的结果和由所述位置测量装置测量的结果进行集中。