JP2017126101A - 移動経路設定装置、移動経路設定方法及び移動経路設定プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】飛行経路設定装置10は、無人航空機1の外囲状況に関する外囲情報を取得する機体センサー11及び通信部12と、無人航空機1の外囲状況に関する確率モデル132を記憶した記憶部13と、制御部14とを備える。制御部14は、取得された外囲情報及び確率モデル132に基づいて、将来の複数の所定時刻における無人航空機1の外囲状況を予測した予測シナリオFを時刻毎に複数作成し、これら複数の予測シナリオFに基づいて飛行経路を探索する。
【選択図】図2
Description
そこで、例えば特許文献1に記載の技術では、飛行経路における大気条件の変化を予測し、その予測結果に応じて飛行経路を修正している。
例えば敵勢力圏内を飛行する航空機においては、大気条件は勿論のこと、敵機からの攻撃などによっても移動時の安全性が脅かされ得るため、これら様々な要因を考慮した安全な飛行経路を設定できることが望ましい。
前記移動体の外囲状況に関する外囲情報を取得する情報取得手段と、
前記移動体の外囲状況に関する確率モデルを記憶した記憶手段と、
前記外囲情報及び前記確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成手段と、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索手段と、
を備えることを特徴とする。
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に1つに統合する統合手段を備え、
前記経路探索手段は、前記統合手段により時刻毎に1つに統合された予測シナリオに基づいて、1つの移動経路を探索することを特徴とする。
前記統合手段は、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオの各々に基づいて、前記移動体の移動時の安全性に対する危険度を数値化して地図データ上に表した危険度マップを作成するとともに、
作成された複数の危険度マップに基づいて、時刻毎の複数の危険度マップ上の対応する各地点における前記危険度の統合値を算出することにより、前記複数の危険度マップを時刻毎に1つに統合した統合危険度マップを作成し、
前記経路探索手段は、前記統合手段により作成された統合危険度マップに基づいて、前記危険度が最も小さくなる移動経路を探索することを特徴とする。
前記移動体が無人航空機であり、
当該移動経路設定装置が前記無人航空機に搭載されていることを特徴とする。
そのため、移動時の安全性を脅かし得る外囲状況の要因に対応する確率モデルを備えておくことにより、将来に起こり得る様々な外囲状況の変化を想定して移動経路を設定することができる。
したがって、大気条件しか考慮できなかった従来と異なり、移動時の安全性を脅かし得る様々な要因を考慮した、より安全な移動経路を作成・設定することができる。
したがって、各予測シナリオについて経路探索を行って複数の移動経路を作成し、これら複数の移動経路の中から最適なものを選択する手法に比べ、比較的に計算時間の長い経路探索計算(最適化計算)が1度で足り、時間短縮を図ることができる。
まず、本実施形態における飛行経路設定装置10の構成について、図1を参照して説明する。
図1は、飛行経路設定装置10が搭載された無人航空機1の概略構成を示すブロック図である。
具体的に、飛行経路設定装置10は、図1に示すように、機体センサー11と、通信部12と、記憶部13と、制御部14とを備えて構成されている。
飛行経路設定プログラム130は、後述の飛行経路設定処理(図2参照)を制御部14に実行させるためのプログラムである。
地図データ131は、山や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道,建造物などの土地の利用状態に関する情報も含めた総合的な地理情報を有するものであり、記憶部13には、少なくとも無人航空機1の飛行空域を含む所定範囲のものが記憶されている。
なお、本実施形態では、敵の移動速度や天候といった複数種類の外囲状況に対応した複数の確率モデル132が記憶部13に記憶されているが、1種類の外囲状況に対して複数の確率モデル132が記憶されていてもよい。例えば、晴天時と台風時とでは天気の急変の確率が大きく異なるため、天候に関する確率モデル132として晴天時用と台風時用とが備えられていてもよい。このようにした場合、外囲状況に応じて最適な確率モデル132が選択されるようにすればよい。
続いて、飛行経路設定処理を実行する際の飛行経路設定装置10の動作について、図2を参照して説明する。
図2は、飛行経路設定処理の流れを示すフローチャートである。
なお、ここでは、無人航空機1が初期設定された飛行経路に沿って、所定の目標地点に向かって飛行中であるものとする。
具体的に、制御部14は、自機の位置情報や他機の位置情報等を機体センサー11により取得するとともに、天候・気象情報等を通信部12により取得し、記憶部13に記憶させる。
なお、取得される情報は原則として現在(情報取得時)の情報であるが、例えば管制局から得られる他機の移動情報や天候・気象情報など、将来の予測情報も含まれるものについては、この予測情報も取得される。
具体的に、制御部14は、ステップS1で取得した外囲状況に関する外囲情報と、当該外囲状況に対応する確率モデル132等とを記憶部13から読み出す。そして、制御部14は、これら外囲情報及び確率モデル132等を用いて、例えばモンテカルロ法によるシミュレーションを行い、将来の複数の時刻(例えば、10分後、20分後、…)における予測シナリオFを、所定の将来時刻にまで亘って時刻毎に複数作成する。
具体的に、制御部14は、地図データ131を記憶部13から読み出して、水平面内で格子状(例えば、各辺が南北及び東西に沿った正方格子状)の複数のセルに分割し、各セルにおける危険度を予測シナリオFから数値化する。
またこのとき、制御部14は、ステップS1で取得した外囲情報に基づいて、現在の危険度マップMも同時に作成する。
具体的に、制御部14は、時刻毎の全ての危険度マップM上の対応する各セルにおける危険度の統合値を算出し、1つのマップにまとめる。こうして、各時刻に1つの統合危険度マップMIが作成される。ここで、危険度の統合値とは、時刻毎の全ての危険度マップM上の対応する各セルにおける危険度を、例えば予測シナリオFの特徴などに応じた係数で個別に重み付けして1つに統合した値である。但し、場合によっては単純に平均値などとしてもよい。
具体的に、制御部14は、時刻毎に1つに統合された統合危険度マップMIを用い、危険度が最も小さくなる最適な飛行経路を探索する。このときの探索手法としては、代表的な探索アルゴリズムの1つであるA*アルゴリズム(A-Star algorithm)が用いられる。
そして、制御部14は、無人航空機1の飛行経路を探索されたものに更新する。
続いて、上述した飛行経路設定装置10の動作について、具体例を挙げて説明する。
本動作例では、無人航空機1が、敵勢力の戦車Tや、飛行が困難な悪天候BWの存在する空域を飛行する場合について説明する。
図3〜図8は、本動作例を説明するための図である。このうち、図3は、現在の外囲状況例を示す図であり、図4(a)〜(c)は、将来の時刻における予測シナリオF例を示す図であり、図5は、図3の外囲状況例に対応する現在の危険度マップMを示す図である。また、図6(a)〜(c)は、図4(a)〜(c)の予測シナリオF例に対応する危険度マップMを示す図であり、図7は、図6(a)〜(c)の危険度マップMを統合した統合危険度マップMIを示す図であり、図8は、統合危険度マップMIに基づく経路探索を説明するための図である。
これにより、図3に示すように、現在(情報取得時)における自機の外囲情報として、3台の戦車Tと悪天候BWの存在についての情報が取得される。ここで、戦車Tの射程範囲Rについては、敵の情報として記憶部13に予め記憶されている。
これにより、例えば図4(a)〜(c)に示すように、現在から所定時間後の時刻t1における、3台の戦車Tの位置や悪天候BWの状態が異なる3つの予測シナリオFt1が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻t2,t3,…の各々における複数の予測シナリオFt2,Ft3,…も、同様にして作成される。
これにより、図5に示すように、現在(時刻t0)における危険度マップMt0が作成されるとともに、図6(a)〜(c)に示すように、時刻t1における3つの予測シナリオFt1に対応する3つの危険度マップMt1が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻t2,t3,…の各々における複数の予測シナリオFt2,Ft3,…に対応する複数の危険度マップMt2,Mt3,…も、同様にして作成される。
なお、図5及び図6(a)〜(c)では、飛行安全性に対する危険度を、ドットが濃いほど危険度が高いものとして、ドットの濃淡(無地を含む)で示している。また同図では、分かり易さのために戦車Tの射程範囲Rや悪天候BWを実線で示している。
これにより、図7に示すように、時刻t1における3つの危険度マップMt1が統合された統合危険度マップMIt1が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻t2,t3,…における統合危険度マップMIt2,MIt3,…も、同様にして作成される。
そして、無人航空機1の飛行経路が、探索されたものに設定される。
以上のように、本実施形態によれば、無人航空機1の外囲状況に関する外囲情報が取得され、当該外囲情報と外囲状況に関する確率モデル132とに基づいて、将来の所定時刻における無人航空機1の外囲状況を予測した予測シナリオFが時刻毎に複数作成される。そして、作成された複数の予測シナリオFに基づいて飛行経路が探索される。
そのため、飛行安全性を脅かし得る外囲状況の要因に対応する確率モデル132を備えておくことにより、将来に起こり得る様々な外囲状況の変化を想定して飛行経路を設定することができる。
したがって、大気条件しか考慮できなかった従来と異なり、飛行安全性を脅かし得る様々な要因を考慮した、より安全な飛行経路を作成・設定することができる。
したがって、各予測シナリオについて経路探索を行って複数の飛行経路を作成し、これら複数の飛行経路の中から最適なものを選択する手法に比べ、比較的に計算時間の長い経路探索計算(最適化計算)が1度で足り、時間短縮を図ることができる。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
10 飛行経路設定装置(移動経路設定装置)
11 機体センサー
12 通信部
13 記憶部
130 飛行経路設定プログラム(移動経路設定プログラム)
131 地図データ
132 確率モデル
14 制御部
F 予測シナリオ
M 危険度マップ
MI 統合危険度マップ
例えば飛行中の航空機においては、大気条件は勿論のこと、鳥や他機など空中の障害物によっても移動時の安全性が脅かされ得るため、これら様々な要因を考慮した安全な飛行経路を設定できることが望ましい。
具体的に、飛行経路設定装置10は、図1に示すように、機体センサー11と、通信部12と、記憶部13と、制御部14とを備えて構成されている。
なお、本実施形態では、障害物の移動速度や天候といった複数種類の外囲状況に対応した複数の確率モデル132が記憶部13に記憶されているが、1種類の外囲状況に対して複数の確率モデル132が記憶されていてもよい。例えば、晴天時と台風時とでは天気の急変の確率が大きく異なるため、天候に関する確率モデル132として晴天時用と台風時用とが備えられていてもよい。このようにした場合、外囲状況に応じて最適な確率モデル132が選択されるようにすればよい。
具体的に、制御部14は、時刻毎に1つに統合された統合危険度マップMIを用い、危険度が最も小さくなる最適な飛行経路を探索する。このときの探索手法としては、代表的な探索アルゴリズムの1つであるA*アルゴリズム(A-Star algorithm)などが用いられる。
そして、制御部14は、無人航空機1の飛行経路を探索されたものに更新する。
続いて、上述した飛行経路設定装置10の動作について、具体例を挙げて説明する。
本動作例では、無人航空機1が、障害物Hや、飛行が困難な悪天候BWの存在する空域を飛行する場合について説明する。
図3〜図8は、本動作例を説明するための図である。このうち、図3は、現在の外囲状況例を示す図であり、図4(a)〜(c)は、将来の時刻における予測シナリオF例を示す図であり、図5は、図3の外囲状況例に対応する現在の危険度マップMを示す図である。また、図6(a)〜(c)は、図4(a)〜(c)の予測シナリオF例に対応する危険度マップMを示す図であり、図7は、図6(a)〜(c)の危険度マップMを統合した統合危険度マップMIを示す図であり、図8は、統合危険度マップMIに基づく経路探索を説明するための図である。
これにより、図3に示すように、現在(情報取得時)における自機の外囲情報として、3つの障害物Hと悪天候BWの存在についての情報が取得される。ここで、障害物Hの影響範囲Rについては、障害物の情報として記憶部13に予め記憶されている。
これにより、例えば図4(a)〜(c)に示すように、現在から所定時間後の時刻t1における、3つの障害物Hの位置や悪天候BWの状態が異なる3つの予測シナリオFt1が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻t2,t3,…の各々における複数の予測シナリオFt2,Ft3,…も、同様にして作成される。
これにより、図5に示すように、現在(時刻t0)における危険度マップMt0が作成されるとともに、図6(a)〜(c)に示すように、時刻t1における3つの予測シナリオFt1に対応する3つの危険度マップMt1が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻t2,t3,…の各々における複数の予測シナリオFt2,Ft3,…に対応する複数の危険度マップMt2,Mt3,…も、同様にして作成される。
なお、図5及び図6(a)〜(c)では、飛行安全性に対する危険度を、ドットが濃いほど危険度が高いものとして、ドットの濃淡(無地を含む)で示している。また同図では、分かり易さのために障害物Hの影響範囲Rや悪天候BWを実線で示している。
そして、無人航空機1の飛行経路が、探索されたものに設定される。
Claims (6)
- 移動体の移動経路を設定する移動経路設定装置であって、
前記移動体の外囲状況に関する外囲情報を取得する情報取得手段と、
前記移動体の外囲状況に関する確率モデルを記憶した記憶手段と、
前記外囲情報及び前記確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成手段と、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索手段と、
を備えることを特徴とする移動経路設定装置。 - 前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に1つに統合する統合手段を備え、
前記経路探索手段は、前記統合手段により時刻毎に1つに統合された予測シナリオに基づいて、1つの移動経路を探索することを特徴とする請求項1に記載の移動経路設定装置。 - 前記統合手段は、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオの各々に基づいて、前記移動体の移動時の安全性に対する危険度を数値化して地図データ上に表した危険度マップを作成するとともに、
作成された複数の危険度マップに基づいて、時刻毎の複数の危険度マップ上の対応する各地点における前記危険度の統合値を算出することにより、前記複数の危険度マップを時刻毎に1つに統合した統合危険度マップを作成し、
前記経路探索手段は、前記統合手段により作成された統合危険度マップに基づいて、前記危険度が最も小さくなる移動経路を探索することを特徴とする請求項2に記載の移動経路設定装置。 - 前記移動体が無人航空機であり、
当該移動経路設定装置が前記無人航空機に搭載されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の移動経路設定装置。 - 移動体の移動経路を設定する移動経路設定方法であって、
前記移動体の外囲状況に関する外囲情報を取得する情報取得手段と、前記移動体の外囲状況に関する確率モデルを記憶した記憶手段とを用い、
前記外囲情報及び前記確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成工程と、
前記予測シナリオ作成工程で作成された複数の予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索工程と、
を備えることを特徴とする移動経路設定方法。 - 移動体の移動経路を設定する移動経路設定プログラムであって、
前記移動体の外囲状況に関する外囲情報を取得する情報取得手段と、前記移動体の外囲状況に関する確率モデルを記憶した記憶手段とを備える移動経路設定装置に、
前記外囲情報及び前記確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成機能と、
前記予測シナリオ作成機能により作成された複数の予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索機能と、
を実現させることを特徴とする移動経路設定プログラム。
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