Research on technology to measure the condition of a wide range of river embankments and river beds in three dimensions in real time and with high accuracy

大范围河堤河床三维实时高精度测量技术研究

• 批准号: 22K04653
• 负责人: 西山 哲
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04653/
• 关键词: ドローン測量; レーザ測量; 緑色光レーザ; 携帯型レーザスキャナ; 長時間飛行; 高精度測量; 変状検出技術; 3次元点群自動処理; 河川巡視・点検; レーザー測量; 3次元ビッグデータ; 高効率・高精度; 河川堤防・河床

研究内容の主要項目について報告する．（１）緑色レーザースキャナ搭載の長時間かつ強風下の安定飛行が可能なドローン測量の開発：近赤外線レーザー光を波長約530nmの緑色帯にする光ファイバーを使用する小型変調器を開発し，UAV専用の近赤外線レーザースキャナを緑色レーザーに変換することを実現し，結果として総重量3.0㎏以下の小型緑色レーザスキャナを製作することを可能にした．さらに電気自動車の航続距離の延長用に開発されたレンジエクステンダーを使用し，ガソリンを使用するエンジンによる発電器の製作を可能にした．これにより，エンジンにより給電しながら飛行するドローンと小型緑色レーザスキャナの組み合わせにより，2時間以上の飛行が可能なUAVによるレーザー測量が実現した．（２）携帯型緑色レーザーデータを活用する広範囲地上レーザー測量技術の開発：レーザースキャナを携帯型にして，伸縮が可能で剛性の高いフレームに設置して背負い，徒歩にて周囲150mのレーザー点群を取得するシステムを構築した．このシステムの自己測位にSLAM技術を導入することで，歩きながらレーザ測量することで，堤防形状を±50㎜精度で再現する技術を構築した．ただし，本年度はまだ近赤外線レーザスキャナでの試行であり，緑色レーザスキャナでの試行は来年度の課題とした．（３）高密度レーザー点群によるビッグデータからのリアルタイム変状箇所抽出技術の開発：1時期目と2時期目に計測した3次元レーザ点群に対して，各対応点間の距離が最小になるように図形を回転および平行移動させるICP (Iterative Closest Point)アルゴリズムの自動処理化を（１）および（２）の手法と組み合わせ，瞬時に堤防の変状個所を検知する技術を構築した．また，この技術で抽出できる変状が，±50㎜精度で定量化できることを実証した．

我将报告我的主要研究项目。 (1) 开发配备绿色激光扫描仪、可在强风中长时间稳定飞行的测绘无人机：开发使用光纤的小型调制器，将近红外激光转换为波长为大约530 nm，专门用于无人机我们成功地将近红外激光扫描仪转换为绿色激光，因此我们能够制造出总重量不到3.0公斤的紧凑型绿色激光扫描仪。此外，通过使用为延长电动汽车的续航里程而开发的增程器，可以使用汽油发动机制造发电机。结果，通过将由发动机驱动飞行的无人机与小型绿色激光扫描仪相结合，实现了使用可飞行两个多小时的无人机进行激光测量。 （2）便携式绿光激光数据广域地面激光测量技术开发：将便携式激光扫描仪安装在可拉伸、高刚性的框架上，背在背上，利用周长150m的激光点云进行测量。我们建立了一个系统来获取 .通过在该系统的自定位中引入SLAM技术，我们创造了一种通过边走边进行激光测量来以±50mm的精度再现路堤形状的技术。不过，今年仍然是近红外激光扫描仪的试验，而绿色激光扫描仪的试验将是明年的主题。 (3)利用高密度激光点云从大数据中实时提取变形位置技术的发展：通过结合自动处理，将第一阶段和第二阶段测量的3D激光点云的每个对应点之间的距离最小化。 ICP（迭代最近点）算法，该算法旋转和平移图形，以便我们还证明，使用该技术提取的变形可以以 ±50 毫米的精度进行量化。

项目成果

河川管理へのグリーンレーザドローンを用いた三次元点群の活用法

如何利用绿色激光无人机利用 3D 点云进行河流管理

• 发表时间: 2022
• 作者: 小柳颯輝;瓜生大地;熊倉俊郎;中井専人;安達聖;鈴木紘一;山崎正喜;斎藤隆幸;山倉祐也;Md Touhidul Islam;Keisuke Yoshida;Satoshi Nishiyama;Koichi Sakai;Shin Adachi;Shijun Pan;秋山菜乃香;西山哲;富田紀子;冨井隆春;佐野ひかる
• 通讯作者: 秋山菜乃香;西山哲;富田紀子;冨井隆春;佐野ひかる

Promises and uncertainties in remotely sensed riverine hydro-environmental attributes: Field testing of novel approaches to unmanned aerial vehicle-borne lidar and imaging velocimetry

遥感河流水文环境属性的前景和不确定性：无人机载激光雷达和成像测速新方法的现场测试

• DOI: 10.1002/rra.4042
• 发表时间: 2022
• 期刊: River Research and Applications
• 影响因子: 2.2
• 作者: 小柳颯輝;瓜生大地;熊倉俊郎;中井専人;安達聖;鈴木紘一;山崎正喜;斎藤隆幸;山倉祐也;Md Touhidul Islam;Keisuke Yoshida;Satoshi Nishiyama;Koichi Sakai;Shin Adachi;Shijun Pan
• 通讯作者: Md Touhidul Islam;Keisuke Yoshida;Satoshi Nishiyama;Koichi Sakai;Shin Adachi;Shijun Pan