JP2009068951A

JP2009068951A - 空中架線の管理システム

Info

Publication number: JP2009068951A
Application number: JP2007236702A
Authority: JP
Inventors: Yukioki Asari; 幸起浅里; Satoshi Shimizu; 聡清水; Etsuji Kuroda; 悦司黒田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】電柱に架かる電線等の状態を精度良く、かつ、安価に計測して管理する空中架線の管理装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載され空中架線の画像データを撮影する撮像部と、車両に搭載されレーザを走査することで空中架線に対する距離方位データを取得する距離方位データ取得部と、車両に搭載され前記車両の位置と姿勢角を計測する計算機と、を備え、前記計算機は前記撮像部が撮影した画像データと前記距離方位データ取得部が取得した距離方位データとを入力し、前記画像データから電柱を検出して前記電柱を含む空間面内にある前記距離方位データを抽出し、抽出した前記距離方位データから空中架線に対応する距離方位データを取得して当該距離方位データに基き前記空中架線の地上高を計測するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線などの監視及び管理を行う空中架線の管理システムに関するものである。

電力を発電施設から変電施設まで送る送電線に何らかの物体が接近または接触することによって停電事故が発生することがあり、従来、この対策として、送電線に接近する樹木などの障害物との離隔距離を測定する接近樹木離隔検出装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１９２１８８号公報

このように従来、送電線等の電線の管理は、航空機にレーサ計測装置等の計測機器を搭載し、その航空機が管理対象のエリアを飛行して対象物のレーザ計測や画像計測を行ってきた。
近年、市街地に設置されている電線にクレーン車両等の高さを有する車両の高部箇所先端が接触して事故が発生するということが起きている。
電力を発電施設から変電施設まで送る送電線の管理については、従来、航空機を飛行させること等により行ってきたが、例えば、市街地の道路に沿って多数設置された電柱に張られた各電線の垂れ下がりの状態についてまで、航空機により計測管理することは、地上近辺に張られている電線に対する計測精度の面やコストの面で難しいという課題があった。

この発明は、係る課題を解決するためになされたもので、電柱に架かる電線等の状態を精度良く、かつ、安価に計測して管理する空中架線の管理装置を提供することを目的とする。

この発明に係る空中架線の管理システムは、電線等の空中架線を計測管理する空中架線の管理システムであって、車両に搭載され空中架線の画像データを撮影する撮像部と、前記車両に搭載されレーザを走査することで空中架線に対する距離方位データを取得する距離方位データ取得部と、前記車両に搭載され前記車両の位置と姿勢角を計測する計算機と、を備え、前記計算機は前記撮像部が撮影した画像データと前記距離方位データ取得部が取得した距離方位データとを入力し、前記画像データから電柱を検出して前記電柱を含む空間面内にある前記距離方位データを抽出し、抽出した前記距離方位データから空中架線に対応する距離方位データを取得して当該距離方位データに基き前記空中架線の地上高を計測するようにした。

この発明によれば、電柱に架かる電線等の空中架線の垂れ下がり状態を精度良く、かつ、安価に計測することができ、空中架線の管理を容易にすることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における空中架線の管理システムの運用概念図を示したものである。
図１において、車両１００は、オドメトリ装置２００、３台のジャイロ２１０、３台のＧＰＳ２２０（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、カメラ２３０、レーザスキャナ２４０、および、処理装置（計算機）２５０を備える。なお、ジャイロの替わりにＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を用いるようにしてもよい。

なお、この車両１００は、特開２００７−２１８７０５号公報に記載される計測台車（基台、車両）が搭載するオドメトリ装置、ジャイロ、ＧＰＳ、カメラ、レーザスキャナと同一の構成を備え、これらのオドメトリ装置、ジャイロ、ＧＰＳ、カメラ、レーザスキャナからの出力データを用いて、処理装置２５０において車両１００の測位演算をすると共に電柱に架かる電線等の空中架線の垂れ下がりの状態を計測する。
また、本実施の形態では処理装置２５０は車両１００に搭載されるが、オドメトリ装置２００、３台のジャイロ２１０、３台のＧＰＳ２２０、カメラ２３０、レーザスキャナ２４０の出力データを一旦図示しない記憶装置に記憶させておき、後処理により、車両とは別の場所に備えられた処理装置（計算機）２５０により、記憶装置に記憶したデータを用いて、電線等の空中架線の垂れ下がりの状態を計測するようにしてもよい。

図２は、本実施の形態の車両１００のブロック図である。
オドメトリ装置２００はオドメトリ手法を実行し車両１００の走行距離を示す距離データを算出する。
３台のジャイロ２１０は車両の３軸方向の傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）を示す角速度データを算出する。
３台のＧＰＳ２２０は車両の走行位置（座標）を示す測位データを算出する。
ジャイロ２１０とＧＰＳ２２０とはデッドレコニングにより車両の位置、姿勢を測定する。
カメラ（撮像部に対応する）２３０は、車両の進行方向の前方を可視光で撮像する。
レーザスキャナ（距離方位データ取得部に対応する）２４０は車両１００の進行方向斜め上方に向けて設定され、左右にレーザ送受信部を振りながらレーザを発信し、電柱、電柱間に架けられた電線、建物等の地物で反射したレーザを受信することによりレーザスキャナ２４０に対して地物が存在する方向およびレーザスキャナ２４０から地物までの距離を計測する。つまり、車両１００の走行と共に、レーザスキャナ２４０は進行方向において特定の距離離れた地点を含む水平走査線上に位置する地物について計測を続けることにより、車両１００が走行した道路上にに存在する全ての地物、ここでは、電柱１０や電柱間に張られた電線２０についてレーザスキャナ２４０からの位置および距離を計測することができる。レーザスキャナ２４０の計測値はレーザスキャナ２４０からの方向および距離を示す点群データとして表される。以下、レーザスキャナ２４０の計測した点群データをレーザデータ（地物形状情報の一例）とする。レーザデータは道路上に存在する電柱や電線の表面をレーザスキャナ２４０からの方向および距離を示す点群で表す。
つまり、オドメトリ装置２００とジャイロ２１０とＧＰＳ２２０により算出される車両の位置、姿勢と、レーザデータに基づいて、電柱や電線の位置および表面形状を特定することができる。
処理装置２５０は、カメラ２３０と、レーザスキャナ２４０と、オドメトリ２００と、ジャイロ２１０と、ＧＰＳ２２０が計測したデータに基づいて、電線を認識し、電柱間に張られた電線の垂れ下がりの最下点の地上高を、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を用いて推定評価する。

図３は、実施の形態１における処理装置２５０が行う電線検知のアルゴリズムフロー図である。

まず、オドメトリ装置２００が出力する距離データと、ジャイロ２１０が出力する角速度データと、ＧＰＳ２２０が出力する測位データとを入力して車両位置姿勢を算出する（Ｓ１０１）。
次に、車両位置姿勢と、車両１００にカメラ２３０を取付た際のオフセット値であるカメラ取付オフセットを入力し、カメラ位置姿勢を算出する（Ｓ１０２）。
また、カメラ２３０が出力する画像データを入力し、画像データから電柱を検出し（Ｓ１０３）、検出した各々の電柱の画像位置を認識結果として算出する（Ｓ１０４）。電柱の検出は、例えばパターンマッチング等の処理により行うことができる。
次に、カメラ位置姿勢とＳ１０４で得られた認識結果とを入力し電柱見込み角を算出する。（Ｓ１０５）。
一方、レーザスキャナ２４０が出力する方位・距離データと、車両１００にレーザスキャナ２４０を取付た際のオフセット値であるレーザスキャナ取付オフセットを入力し算出したレーザスキャナ位置姿勢とを入力し、三次元点群モデルを算出する（Ｓ１０６）。
次に、三次元点群モデルを入力し、三次元点群モデルをカメラ２３０の画像平面に投影変換し（Ｓ１０７）、三次元点群モデルから各々の電柱の位置に対応する点群を抽出する（Ｓ１０８）。
次に、隣り合う２本の電柱を含む空間面５０を算出する（Ｓ１０９）。
そして、空間面５０に含まれる点群から、電線に対応する点群を抽出し、電線の垂れ下がりの最も低い点の地上からの高さを算出する（Ｓ１１０）。

なお、三次元点群モデルの生成処理は、例えば特開２００７−２１８７０５号公報に記載の処理に従い行うことができる。

図４は、三次元点群モデルの一例を示す図である。図４では、左右に２本の電柱に対応する点群が示されている。また、図４には、左右の隣り合う２本の電柱を含む空間面５０を図示している。

図５は、本実施の形態における処理装置２５０が行う電線の抽出と、抽出した電線の垂れ下がりの最下点の高さを算出する処理のアルゴリズムフローである。
処理装置２５０は、図５に示す方法により電線の垂れ下がりの最下点の地上高を測定する。

まず、空間面５０に含まれる点群を抽出する。電線は隣り合う電柱を含む面に位置すると考えられるからである。なお、隣り合う２本の電柱を含む空間面５０については所定の厚みをもつ立体形状（直方体）としてもよく、この立体形状の中に含まられる点群を抽出するようにしてもよい。

次に、このようにして抽出した点群から、電線などの空中架線を抽出し、空中架線の最下点の高さを計測する手順について説明する。
図５は、本実施の形態に係る処理装置２５０が行う電線の垂れ下がりの最下点の高さを算出するアルゴリズムフロー図である。
図５において、処理装置２５０は、まず、抽出した点群の中の１つの点の周囲の点の所定の周囲の点密度を計算する。１つの点の選択については、例えば左右２本の電柱の間の中央付近にある点を選ぶようにしてもよいし、または、電柱の先端周辺の点を選択するようにしてもよい（（ステップ）Ｓ２０１）。また、所定の周囲については、例えば周囲１ｍの範囲など予め範囲を設定しておき、その範囲の点密度を計算する。
次に、点密度が所定の値以下であるか否かを評価し、点密度が所定の値以下であれば次のステップであるＳ２０３に移る（Ｓ２０２）。空中架線は電柱などと比べ、レーザスキャナ２４０による計測点が少ないことによる。Ｓ２０２において、点密度が所定の値以下でなければ、例えば電柱や建物などの点密度が高い構造物を計測した点であると判断し、Ｓ２０１に戻り、先と異なる点を選択する。
Ｓ２０３では、選択した点が空中架線上の点の候補として記憶する（Ｓ２０３）。
このようにして複数記憶された点を結び、曲線を作成する（Ｓ２０４）。
次に、Ｓ２０４で作成された曲線が、下に凸の形状であり、かつ、その曲率が一定値以下であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。曲線が下に凸の形状で、かつ、曲率が一定値以下であればＳ２０６に移行し、一定値以下でなければＳ２０４に戻り、次の曲線を作成する。
Ｓ２０６で処理装置２５０は、曲率が一定値以下であった曲線を空中架線と判断する（Ｓ２０６）。
次に、空中架線と判断した曲線において下に凸となった頂の点を、空中架線の最下点と判断する。そして、最下点と判断した点から垂直方向に降ろした地面との差をとることにより、空中架線の最下点の高さを計測する（Ｓ２０７）。

このように、本実施の形態の処理装置２５０は、２本の電柱から作成した空間面５０にある点群を抽出し、その点群の中で周囲の点密度が所定の値以下である点を選択して記憶する。そして、記憶した点を結んで曲線を作成する。作成した曲線の曲率が所定の値以下であれば、その曲線を空中架線（電線）と判定する。空中架線と判定した曲線で下に凸となった頂の点を空中架線の最下点と判断し、最下点とその最下点から垂直に降ろした点群（地面）との交点との差をとることにより、電線の最下点の地上高を計測する。

本実施の形態では、レーザスキャナ２４０を上向きに設置した車両を走行させ、空中架線をその下方向からレーザスキャナ２４０により走査して計測するようにしたので、計測対象である空中架線とその背景との間隔を長い距離にすることが容易となる。例えばレーザスキャナ２４０による計測時に、空中架線の背景に建物等がなく、背景が空となるのであれば、空中架線と背景（空）との計測データの分離が容易となって、空中架線の抽出を容易にすることができる。
また、本実施の形態のレーザスキャナ２４０は比較的近い距離から対象物（空中架線や電柱など）を計測することから、航空機による計測に比べて計測の精度が向上し、また、空間面５０を作成する際に行う電柱の抽出も精度良く行うことができる。
また、最初に電柱に基いて空間面５０を求め、空間面５０の中の点群から電線を探すようにしているので空中架線の抽出が容易となり、効率的に空中架線の最下点の地上高を算出することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、空中架線の最下点の地上高を算出するようにしたが、空中架線の弛み具合を計測するようにしてもよい。実施の形態２では、空中架線の弛み量を計測して空中架線の管理を行う。

本実施の形態の車両１００のブロック図は、実施の形態１で示した図２と同じである。また、計測結果から空中架線を抽出するまでのフローも、実施の形態１で説明した図５の（ステップ）Ｓ２０６までと同じである。
実施の形態２では、図５のＳ２０６で抽出した空中架線の曲線において、曲線の両端位置の高さと、下に凸となった曲線の最下点の高さとの差を算出し、算出した値を空中架線の弛み量として記憶する。
この空中架線の弛み量が所定の値以上となると、何らかの原因で空中架線が、設定された範囲から外れて垂れ下がっていると判断し図示しない警告手段に警告を発するようにする。
このように実施の形態２では、空中架線の弛み量を計測し、この弛み量に基いて空中架線を管理するようにした。本実施の形態２によれば、車両１００を走行させることで、容易に空中架線の異常を検出して管理を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態１では２本の電柱を含む空間面５０を求めこの空間面５０内の点群を対象にして空中架線を抽出したが、１本の電柱から空間面５０を定め、この空間面５０内の点群から空中架線を抽出するようにしてもよい。

図６は、実施の形態３の空間面５０の設定の一例を示した図である。レーザスキャナ２４０が計測した点群から１つの電柱を抽出する。電柱の抽出は実施の形態１と同様にパターンマッチング等のより行うことができる。
次に、抽出した電柱の長手方向を含む面を設定しこれを空間面５０とする。この空間面内に含む点群を対象として実施の形態１で示した図５のフローに従い、空中架線を抽出する。設定した空間面５０において空中架線が抽出できない場合、電柱の長手方向を軸に空間面５０を回転させ、再度、図５のフローに従い空中架線を抽出するようにする。

このように、認識した１本の電柱により空間面を設定し、電柱の長手方向を軸にこの空間面を回転させながら空間面内の点群の中から空中架線を抽出するようにしてもよい。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、認識した電柱に基いて空間面を設定し、空間面内の点群から空中架線を抽出するようにしたが、このような空間面を設定せずに、レーザスキャナ２４０が計測した点群の全てについて、実施の形態１で示した図５の（ステップ）Ｓ２０１〜Ｓ２０２の処理を行い、空中架線上の点の候補を抽出するようにしてもよい。
このようにして抽出された点を用いて、図５のステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理を行うことで空中架線を判定し、空中架線の最下点の高さを測定することが可能である。

実施の形態５．
実施の形態１〜３では、認識した電柱をもとに空中架線を抽出するようにしたが、空中架線がビルや家屋などの建物内に引き込まれて接続されている場合がある。予めこのように建物内に空中架線が引き込まれていることが判っている場合は、まず、ビルや家屋などの建物の認識を行い、認識した建物周辺の点群から優先して点を抽出し、その点をもとに実施の形態１で示した図５のステップＳ２０１以降の処理を行うようにしてもよい。
このようにすることで、空中架線の最下点の高さを測定するまでの処理時間を短縮することができる。

実施の形態６．
実施の形態１〜３、５では、処理装置２５０が電柱や建物を認識し、電柱や建物をもとに空中架線を抽出するようにしたが、例えば、処理装置２５０がレーザスキャナ２４０からの計測データ（レーザデータ）を入力した時点で、計測データをＣＡＤ上に表示し、空中架線がありそうなところを作業者に入力させるようにしてもよい。
図７は、処理装置２５０が行う処理の一例を示した図である。作業者からＣＡＤ上で電線のありそうなところのマーク入力があると（Ｓ３０１）、処理装置２５０は、マークされたエリアの上部にレーザスキャナによる検出点があれば記憶し（Ｓ３０２）、見つかった検出点を結んで曲線として描画する（Ｓ３０３）。そして、その曲線の最も低い点と、垂直に降ろした地面の点との差をとることにより、高さを計算する（Ｓ３０４）。
このようにすることで、より正確に空中架線を抽出して、空中架線の最下点の高さを測定することができる。

実施の形態１に係る運用概念図である。実施の形態１に係る車両１００のブロック図である。実施の形態１に係る処理装置２５０の電線検知のアルゴリズムフロー図である。実施の形態１に係る三次元点群モデルの一例を示す図である。実施の形態１に係る処理装置２５０が行う電線の垂れ下がりの最下点の高さを算出するアルゴリズムフロー図である。実施の形態３に係る空間面の設定の一例を示した図である。実施の形態６に係る処理装置２５０が行う処理の一例を示した図である。

符号の説明

１０電柱、２０電線、５０空間面、１００車両、２００オドメトリ装置、２１０ジャイロ、２２０ＧＰＳ、２３０カメラ、２４０レーザスキャナ、２５０処理装置

Claims

電線等の空中架線を計測管理する空中架線の管理システムであって、
車両に搭載され空中架線の画像データを取得する撮像部と、
前記車両に搭載されレーザを走査することで空中架線に対する距離方位データを取得する距離方位データ取得部と、
前記車両に搭載され前記車両の位置と姿勢角を計測する計算機と、を備え、
前記計算機は前記撮像部が撮影した画像データと前記距離方位データ取得部が取得した距離方位データとを入力し、前記画像データから電柱を検出して前記電柱を含む空間面内にある前記距離方位データを抽出し、抽出した前記距離方位データから空中架線に対応する距離方位データを取得して当該距離方位データに基き前記空中架線の地上高を計測することを特徴とする空中架線の管理システム。
前記計算機は前記空間面内にある前記距離方位データを結んだ曲線を作成し、前記曲線の曲率が所定の値以下であれば空中架線に対応する距離方位データであると判定することを特徴とする請求項１記載の空中架線の管理システム。
前記空間面は２本の電柱を含むように形成されることを特徴とする請求項２記載の空中架線の管理システム。