JP2018016203A

JP2018016203A - 通信システム及び通信パスの設定方法

Info

Publication number: JP2018016203A
Application number: JP2016148362A
Authority: JP
Inventors: 藤井　知; Satoshi Fujii; 知藤井; 有本　和民; Kazutami Arimoto; 和民有本; 山内　直樹; Naoki Yamauchi; 直樹山内; 研作木下; Kensaku Kinoshita; 憲昭吉川; Kensho Yoshikawa
Original assignee: Cyber Creative Institute Co Ltd; Techno Axel Networks Co Ltd
Current assignee: Cyber Creative Institute Co Ltd; Techno Axel Networks Co Ltd
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: JP6818292B2

Abstract

【課題】ドローン相互間及びドローンと地上の車両との間で共通に通信パスを設定することが可能な通信システム等の提供。【解決手段】通信システムは、無線通信部を有する無人航空機と、前記無人航空機と無線通信を行う陸上移動局又は制御局とを備え、前記無人航空機と前記陸上移動局又は制御局との通信パスの設定を、前記無人航空機に付与された識別子を用いて行う。【選択図】図１

Description

本発明は、無人航空機と陸上移動局又は制御局との間で通信を行う通信システムに関する。

近年、ドローン（無人航空機）が注目を集めている。ドローンを用いたシステムとして、例えば、次のようなものが提案されている。ドローンに撮影機能を持たせて、上空を撮像した映像を陸上移動局又は制御局に配信し、災害時の被災状況把握を可能とするシステム、コンビニエンスストアの商品をドローンに積載して宅配するシステムなどである。また、地上の車両とドローン（電気ヘリコプター）を利用する大規模災害の通信確保や被災状況の調査を行うシステムが提案されている（非特許文献１）。

ドローンの運用においては、上空を飛行するドローンと陸上との無線通信は必須である。ドローンと陸上移動局又は制御局との間では、制御信号のやり取りや、観測データの送受信に無線通信が使われる。特許文献１には、ドローン（無人ヘリコプター）の機体制御部にＩＤ情報を格納し、無線操作手段から送信された情報が、格納されているＩＤ情報に対応するか否かを判断し、対応する場合にのみ情報を受け入れるシステムが記載されている。それにより、同じ周波数帯の無線電波を用いて複数台のドローンを混信させることなく制御することが可能となる。

特開２００６−１４８７号公報

間瀬憲一，"［招待講演］電気自動車と電気ヘリコプターを利用する大規模災害の通信確保及び被災状況調査"，電子情報通信学会技術研究報告，（一社）電子情報通信学会，２０１２年１２月６日，Ｖｏｌ．１１２，Ｎｏ．１５０，Ｐ．９７−１０２

今後、ドローンの活用が進み、同一エリアを多数のドローンが飛行する運用が想定されている。従来、ドローンは地上の制御局との通信のみが想定されている。しかし、多数のドローンを運用する場合において、例えば、制御局以外の移動局（車両やスマホ）と通信することや、ドローン間で通信をすることができれば、柔軟な運用が可能となる。特に、空中の気象状態の急な変化のように、飛行に大きな支障となる事象が発生した場合には、直ちにドローンに緊急通知するのが、望ましい運用である。しかしながら、従来、ドローン相互間及びドローンと地上の車両との間で共通に通信パスを設定するためのパラメータが設定されていなかった。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ドローン相互間及びドローンと地上の車両との間で共通に通信パスを設定することが可能な通信システムの提供を目的とする。

本発明に係る通信システムは、無線通信部を有する無人航空機と、前記無人航空機と無線通信を行う陸上移動局又は制御局とを備え、前記無人航空機と前記陸上移動局及び又は制御局との通信パスの設定を、前記無人航空機に付与された識別子を用いて行うことを特徴とする。

本発明にあっては、通信パス設定を無人航空機に付与された識別子を用いて行うので、通信パスを陸上移動局又制御局から設定可能となる。

本発明に係る通信システムは、前記無人航空機に割り当てられる周波数は、高度及び空域により定まることを特徴とする。

本発明にあっては、無人航空機の高度及び空域により、無人航空機へ割り当てる周波数を定めるため、複数の無人航空機の平面的な位置が近接していても、高度を変えることにより、混信せずに複数の無人航空機が同時に通信可能となる。

本発明に係る通信システムは、前記無人航空機に割り当てられる周波数は、隣接する空域間では異なることを特徴とする。

本発明にあっては、無人航空機に割り当てる周波数が隣接空域間では異なるので、複数の無人航空機を利用すれば、より広い範囲で通信可能となる。

本発明に係る通信システムは、前記陸上移動局は、車両に搭載された無線端末、携帯無線端末を含むことを特徴とする。

本発明にあっては、陸上移動局として、車両に搭載さたれた無線端末、携帯無線端末を含むので、制御局のみの場合と比較して、多様な運用形態が可能となる。

本発明に係る通信システムは、前記無人航空機は、センサ部、該センサ部及び前記無線通信部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記センサ部及び前記無線通信部が消費する電力を低減するように、前記センサ部及び前記無線通信部のタスクをスケジューリングすることを特徴とする。

本発明にあっては、タスクをスケジューリングすることにより、無人航空機の消費電力を低減することが可能となる。

本発明に係る通信システムは、中継機能を有する前記無人航空機を複数備えることを特徴とする。

本発明にあっては、無人航空機が中継機能を有するので、複数の無人航空機を中継局として使用すれば、遠距離通信が可能となる。

本発明に係る通信パスの設定方法は、無線通信部を有する無人航空機と、前記無人航空機と無線通信を行う陸上移動局及び又は制御局とを備える通信システムにおける通信パス設定方法であって、前記無人航空機と前記陸上移動局及び又は制御局との通信パスの設定を、前記無人航空機に付与された識別子を用いて行うことを特徴とする。

本発明にあっては、通信パス設定を無人航空機に付与された識別子を用いて行うので、通信パスを陸上移動局及び又は制御局から設定可能となる。

本発明にあっては、ドローン相互間及びドローンと地上の車両との間で共通に通信パスを設定することが可能となる。

通信システムの構成例を示す説明図である。ドローンの構成例を示すブロック図である。車両の構成例を示すブロック図である。制御局の構成例を示すブロック図である。ドローンの初期設定処理の手順を示すフローチャートである。初期設定の例を示す表である。待ち受け処理の手順を示すフローチャートである。センサ情報処理の手順を示すフローチャートである。映像情報処理の手順を示すフローチャートである。バッテリ監視情報処理の手順を示すフローチャートである。制御コマンド処理の手順を示すフローチャートである。周波数割当の一例を示す説明図である。通信モードの設定例を示す表である。周波数設定処理の手順を示すフローチャートである。ドローンの構成をエネルギ管理の観点からみた場合のブロック図である。タスクスケジューリングによる消費エネルギ削減方法を示す説明図である。タスクスケジューリングによる消費エネルギ削減方法を示す説明図である。通信システムの他の構成例を示す説明図である。

以下、実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。本明細書において、航空機とは、大気中を飛行する機械を総称する。航空機には軽航空機、重航空機が含まれる。軽航空機は浮力を利用して飛行する航空機である。軽航空機は、例えば、軽飛行船、気球などである。重航空機は揚力を利用して飛行する航空機である。重航空機は、例えば、グライダー、飛行機、ヘリコプター、重飛行船などである。

移動局とは移動する無線局である。航空機局とは航空機が備える移動局である。陸上移動局とは、陸上で運用される移動局である。制御局とは陸上の移動しない通信局である。以下、航空機局の一例としてドローンに搭載された無線局を用いる。陸上移動局の例として、車両に搭載された無線局、携帯電話端末を用いる。無線通信についての説明において、ドローンとの記載は、ドローンに搭載された無線局を示す。無線通信についての説明において、車両との記載は、車両に搭載された無線局を示す。

（実施の形態１）
図１は通信システム１の構成例を示す説明図である。通信システム１は、ドローン１００、ドローン１５０、車両２００、携帯電話機（携帯無線端末）３００、携帯電話網４００、インターネット５００、制御局６００を含む。図１のＲ１からＲ６は無線インタフェースを示す。Ｒ１はドローン１００（１５０）・車両２００間のインタフェースを示す。Ｒ２はドローン１００（１５０）・携帯電話網４００間のインタフェースを示す。Ｒ３はドローン１００（１５０）・携帯電話網４００間のインタフェースを示す。Ｒ４はドローン１００・ドローン１５０間のインタフェースを示す。Ｒ５は車両２００・携帯電話網４００間のインタフェースを示す。Ｒ６は携帯電話機３００・携帯電話網４００間のインタフェースを示す。

図２は、ドローン１００の構成例を示すブロック図である。図２に示すのは、ドローン１００の構成である。ドローン１５０についても、同様な構成である。ドローン１００の構成は９つのグループ分けできる。

入力部１００ａは、各種センサ（センサ部）１０１、カメラ１０２、マイク１０３、音声認識・変換部１０４を含む。各種センサ１０１とは、温度センサ、風速計、湿度センサ、ジャイロ、加速度センサ、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信機等である。各種センサ１０１により、上空の気象情報（温度、湿度、風速）を取得する。また、各種センサ１０１により、自機の位置を取得する。カメラ１０２は、ＣＣＤカメラ、Ｃ−ＭＯＳカメラ、イメージセンサなどである。カメラ１０２により、地上の風景を動画又は静止画として取得する。マイク１０３はムービング・コイル型マイクロフォン、リボン型マイクロフォン、コンデンサ型マイクロフォンなどである。マイク１０３は音声コマンドを取得する。マイク１０３は指向性であるものが望ましい。音声認識・変換部１０４は、マイク１０３で取得した音声コマンドの認識を行う。また、音声認識・変換部１０４は、認識した音声コマンドをテキストコマンドに変換する。入力部１００ａが取得した各種データは、インタフェース部１０６により規定のデータフォーマットに変換され、制御接続部１０７に出力される。

電源部１００ｂは、バッテリ部１０８、バッテリ監視部１０９を含む。バッテリ部１０８は、リチウムポリマー充電池、ニッケル水素充電池などである。バッテリ監視部１０９はバッテリ部１０８の残量を測定し、インタフェース部１０６を介して、測定結果を制御接続部１０７に出力する。

機体制御部１００ｃは、自律制御ユニット１１０を含む。自律制御ユニット１１０は、ドローン１００の飛行状態を取得し、制御接続部１０７にインタフェース部１０６を介して出力する。飛行状態は、例えば、飛行速度、飛行加速度、飛行位置（緯度、経度）、飛行高度である。飛行状態は、各種センサ１０１により取得する。飛行状態を取得するための専用のセンサを備えても良い。また、自律制御ユニット１１０は、図示しない駆動部を制御する。駆動部はエンジン、モータなどである。

ＩＤ入力部１００ｄは、ＳＩＭ（ＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＩｄｅｎｔｉｔｙＭｏｄｕｌｅ）カード１１２、カード装着部１１３を含む。ＳＩＭカード１１２には、予め割り当てられた識別番号が記憶されている。識別番号により、ドローン１００を一意に特定可能である。ＳＩＭカード１１２はカード装着部１１３に装着される。制御接続部１０７は、インタフェース部１０６、カード装着部１１３を介して、ＳＩＭカード１１２に記憶された、識別番号を読み出す。

保守部１００ｅは、近距離無線インタフェース部１２３を含む。近距離無線インタフェース部１２３はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）による通信を行う。ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）インタフェース、有線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）インタフェースなどの有線インタフェースを設けても良い。近距離無線インタフェース部１２３は、スマートフォンやＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）と通信を行う。それより、ドローン１００の初期設定データの入力、変更といった保守作業が行える。

無線通信部１００ｆは、データ用無線送受信部１１４、制御用信号送受信部１１６、アンテナ１１５、１１７を含む。データ用無線送受信部１１４は、制御接続部１０７からの指示にしたがい、無線インタフェースＲ１を用い、アンテナ１１５を介して制御局６００と通信を行う。データ用無線送受信部１１４は、各種センサ１０１の計測値、カメラ１０２で取得した画像を制御局６００に送信する。データ用無線送受信部１１４は、制御局６００から各種データを受信する。受信するデータは、例えば、他のドローン１５０の位置や、車両２００の位置である。データ用無線送受信部１１４による通信で使用する待ち受け方式は、初期設定データとして記憶する。制御用信号送受信部１１６は、制御接続部１０７からの指示にしたがい、無線インタフェースＲ１を用い、アンテナ１１７を介して制御局６００と通信を行う。制御用信号送受信部１１６は、自律制御ユニット１１０から取得した航行制御に関する情報、制御接続部１０７から取得した制御情報を送信する。また、制御用信号送受信部１１６は制御局６００から受信した航行制御に関する情報を、自律制御ユニット１１０に出力する。制御用信号送受信部１１６は制御局６００から受信した制御情報を制御接続部１０７に出力する。制御用信号送受信部１１６による通信で使用する待ち受け方式は、初期設定データとして記憶する。

記憶部１００ｇは、一時記憶部１１８、ＩＤ記憶部１１９、保守運用情報記憶部１２０を含む。一時記憶部１１８は、各種センサ１０１が取得したセンサ情報、バッテリ監視部１０が取得したバッテリ残量、自律制御ユニット１１０が取得した飛行情報を一時記憶する。ＩＤ記憶部１１９はカード装着部１１３から出力された、通信に必要な通信用識別子を記憶する。保守運用情報記憶部１２０は、保守運用作業に用いるＰＣ、スマートフォンから入力された保守運用に関する情報を記憶する。保守運用に関する情報は、例えば、暗証番号、各種センサ１０１の閾値、待受通信モード、電源制御信号、飛行性能、音声コマンド、エネルギ供給やエネルギ消費に関するパラメータ、ドローン１００のエネルギ管理や飛行に関するパラメータである。

判定部１２１は、保守運用情報記憶部１２０に記憶された暗証番号と、保守運用作業に用いるＰＣ、スマートフォンから入力された初期設定や、パラメータ更新時に入力される暗証番号との照合を行う。判定部１２１は、保守運用情報記憶部１２０に記憶された飛行禁止区域、一時記憶部１１８に記憶している現在位置、飛行性能、バッテリ残量から継続飛行が可能か否かの判定などを行う。

制御接続部（制御部）１０７は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）などを含む。制御接続部１０７は、ドローン１００の各部の制御を行う。

図３は車両２００の構成例を示すブロック図である。図３は無線局の構成を示している。車両２００は、中継用無線送受信部２０２、制御用信号中継送受信部２０５、アンテナ２０１、２０４、マイク２１０、音声認識部２１１、保守運用ＰＣ２１２、離着陸制御部２１４、バッテリ交換制御ユニット２１５、周波数変換部２０６、アンテナ２０７、判定部２０８、モニタ表示部２０９、保守運用情報記憶部２１３を含む。

車両２００は、ドローン１００と制御局６００との中継を行う。ドローン１００から制御局６００へ中継する情報は、各種センサ１０１が取得したセンサ情報、カメラ１０２が取得した画像情報、バッテリ監視部１０９が取得したバッテリ残量、自律制御ユニット１１０が取得した飛行速度、飛行加速度、飛行位置、飛行高度を含む。制御局６００からドローン１００へ中継する情報は、発着信、機体制御、バッテリ交換などのコマンド情報を含む。機体制御やバッテリ交換のコマンドは、制御局６００に限らず、車両２００が直接、送信してもよい。コマンドの形態はテキストでも良いし音声でも良い。ドローン１００が、制御局６００と車両２００とから、同時に両立し得ないコマンドを受信した場合、いずれからのコマンドを優先して実行する。いずれを優先するかについては、予め定め、初期設定として記憶する。

中継用無線送受信部２０２は、ドローン１００からＲ１データを、アンテナ２０１を介して受信する。Ｒ１データは、各種センサ１０１の計測値、カメラ１０２で取得した画像などである。中継用無線送受信部２０２受信したＲ１データを制御接続部２０３に出力する。制御用信号中継送受信部２０５は、ドローン１００からＲ１制御情報を、アンテナ２０４を介して受信する。Ｒ１制御情報は、航行制御に関する情報、その他の制御情報である。制御用信号中継送受信部２０５は、制御接続部２０３に出力する。Ｒ１データ及びＲ１制御情報には、情報種別が付加されている。情報種別は、制御局６００へ中継すべき情報であるか、車両２００で止めておく情報であるかを示すものである。車両２００が受信したＲ１データ及びＲ１制御情報は、判定部２０８により情報種別の判定が行われる。判定部２０８が制御局６００へ中継すべきと判定した、Ｒ１データ及びＲ１制御情報は、周波数変換部２０６、アンテナ２０７を介して、制御局６００へ送信される。

車両２００で止めておくＲ１データ及びＲ１制御情報は、モニタ表示部２０９に表示される。保守者はモニタ表示部２０９の表示内容に基づいて、必要なコマンドをドローン１００に与え、制御を行う。コマンドは音声コマンドやテキストコマンドである。音声コマンドは、マイク２１０により入力する。マイク２１０に入力された音声コマンドは、音声認識部２１１で認識される。音声認識部２１１は音声コマンドをテキストコマンドに変換する。テキストコマンドは、制御用信号中継送受信部２０５、アンテナ２０４を介して、ドローン１００へ送信される。テキストコマンドは、例えば、保守運用ＰＣ２１２により入力する。なお、テキストコマンドをさらにバイナリ形式に変換して、ドローン１００へ送信してもよい。

Ｒ１制御情報として、バッテリ交換情報を受信した場合、制御接続部２０３は、離着陸制御部２１４により、ドローン１００を所定の位置に着陸させる。バッテリ交換制御ユニット２１５は、ドローン１００のバッテリ交換を行う。バッテリ交換されたドローン１００は、再び、離着陸制御部２１４により、離陸する。

中継用無線送受信部２０２、制御用信号中継送受信部２０５の待ち受け周波数などの送受信に関する設定は、初期設定として予め行っておくものとする。初期設定は、例えば、保守運用ＰＣ２１２を用いて行う。

図４は、制御局６００の構成例を示すブロック図である。制御局６００は、入出力部６０１、モニタ・表示部６０２、通信制御部６０３、ドローン情報格納部６０４、車両情報格納部６０５、エリア地図情報格納・表示部６０６、画像処理部６０７、センサ情報処理部６０８、機械学習部６０９、判定部６１０、異常処理部６１１、制御部６２０を含む。

制御局６００は、ドローン１００の初期設定、ドローン１００の監視や飛行制御、ドローン１００で収集した情報に基づいて学習、判定を行う。入出力部６０１、モニタ表示部３０２により、ドローン１００の初期設定を行う。通信制御部６０３は、対ドローン１００、対車両２００との情報の授受、信号の生成を含む通信制御を行う。ドローン情報格納部６０４は、ドローンＩＤ、通信機能、バッテリ、飛行能力、飛行高度、飛行エリア、飛行速度など飛行制御に必要な情報を格納する。車両情報格納部６０５は、車両ＩＤや、通信機能、バッテリ交換機能、離着陸機能などに関する情報を格納する。エリア地図情報格納・表示部６０６は、エリア地図、ドローン１００の現在位置、車両２００の現在位置を格納する。エリア地図情報格納・表示部６０６は、エリア地図上にドローン１００及び車両２００の現在位置を表示する。エリア地図は、空域を含む３次元地図である。画像処理部６０７は、ドローン１００のカメラ１０２が取得した画像を処理する。センサ情報処理部６０８は、各種センサ１０１が取得したセンサ情報を処理する。機械学習部６０９は、過去に異常事態が発生した場合の画像、センサ情報を多数学習している。判定部６１０は、画像処理部６０７により処理した画像、センサ情報処理部６０８により処理したセンサ情報と、機械学習部６０９の学習結果とにより、異常判定を行う。異常が発生していると、判定部６１０が判定した場合、異常処理部６１１が復旧処理を行う。異常内容によっては、ドローン１００を回収する。

次に、ドローン１００が行う処理について説明する。図５はドローン１００の初期設定処理の手順を示すフローチャートである。初期設定処理は、ドローン１００の設定を変更するための処理である。設定変更が必要なければ、ドローン１００を起動する毎に行う必要はない。ＰＣ又はスマートフォンをドローン１００に有線で接続するか、ＷｉＦｉなどで接続し、ＰＣ又はスマートフォンから設定に必要なパラメータを入力する。

まず、ドローン１００の制御接続部１０７は、暗証番号を受け付ける（ステップＳ１１）。制御接続部１０７は認証を行う（ステップＳ１２）。認証は、予め記憶してある暗証番号と受け付けた暗証番号とを比較する。両者が一致すれば、認証成功である。両社が一致しなければ、認証失敗である。制御接続部１０７は認証に成功したか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御接続部１０７は認証に失敗したと判定した場合（ステップＳ１３でＮＯ）、処理を終了する。制御接続部１０７は認証に成功したと判定した場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、センサの設定を行う（ステップＳ１４）。各種センサ１０１毎に、取得頻度、制御局６００へ送信する頻度、測定値の閾値を設定する。位置情報の閾値については、ＧＰＳで３次元座標を取得した上で、閾値を決めても良い。位置情報の閾値の形式は、（ｘ_s1，ｙ_s1，ｚ_s1）〜（ｘ_s2，ｙ_s2，ｚ_s2）のようにしても良い。

制御接続部１０７は、中継設定を行う（ステップＳ１５）。中継設定は、ドローン１００と制御局６００との間の中継方法に関する設定である。中継方法は、以下の経路より選択する。１．ドローン１００−車両２００−携帯電話網４００−制御局６００。２．ドローン１００−携帯電話機３００−携帯電話網４００−制御局６００。３．ドローン１００−携帯電話網４００−制御局６００。４．ドローン１００−他のドローン１５０−携帯電話網４００−制御局６００。例えば、伝送する情報がカメラ１０２からの画像のように、緊急性が低く、遅延要件が厳しくない情報である場合は、中継方法として、上記３．を選択すべきである。飛行禁止区域への接近情報などのように、緊急性が高く遅延要件が厳しいアラーム情報の場合は、上記１．又は上記２．を選択すべきである。そして、アラーム情報を受信した車両２００又は携帯電話機３００より、迅速に対処すればよい。

制御接続部１０７は、識別子設定を行う（ステップＳ１６）。識別子はドローン１００が通信経路を設定するためのものである。例えば、ドローン１００自身の機器ＩＤ（例えばＭＡＣアドレス）、制御局６００のＩＤ、車両２００のＩＤ、携帯電話機３００のＩＤを設定する。ＩＤの設定はＳＩＭカード１１２をドローン１００に装着することで行ってもよい。

制御接続部１０７は待ち受け設定を行う（ステップＳ１７）。通信インタフェースＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４それぞれの待ち受け時、発信時の通信方式、通信周波数、チャネル番号を設定する。例えば、Ｒ１データはＳチャンネル（Ｆ１１１チャンネル）、出力１０ｍＷとする。Ｒ１機体制御はＣチャンネル（Ｆ１１２チャンネル）、出力５ｍＷと設定する。なお、待ち受け通信モードＦ１１１、Ｆ１１２チャンネルは、周波数群Ｆ１１に含まれるチャネルとする。

制御接続部１０７はバッテリ交換設定を行う（ステップＳ１８）。バッテリ交換を行う位置の座標（ｘ_R，ｙ_R，ｚ_R）や、交換を判断するバッテリ残量の閾値などを設定する。制御接続部１０７は飛行性能設定を行う（ステップＳ１９）。例えば、単位距離飛行時のエネルギ消費量（ｋｍ／Ｗ・ｈｏｕｒ）や、各種センサ１０１を動作させることによるエネルギ消費量を設定する。制御接続部１０７はセキュリティ設定を行う（ステップＳ２０）。例えば、飛行禁止区域を設定する。例えば、飛行禁止高度や、禁止区域を示す地理座標列である。

制御接続部１０７は音声コマンド設定を行う（ステップＳ２１）。例えば、音声でドローン１００の機体の制御を行うための音声コマンドと機体制御コマンドとの対応テーブルを設定する。制御接続部１０７はタイマ設定を行う（ステップＳ２２）。カメラ１０２による画像の取得、制御局６００へのデータ送信のタイミング、センサ情報の取得、閾値判定、制御局６００へ送信タイミングを決定するための設定、例えば、インターバルタイマの時間設定を行う。制御接続部１０７は初期設定処理を終了する。なお、図５に示すステップＳ１４からステップＳ２２の実行順は、一例である。図６に示した順序と異なっても良い。図６は初期設定の例を示す表である。図６に示す設定項目、設定内容は、あくまでも一例である。

次に、ドローン１００で実行する待ち受け処理について説明する。図７は待ち受け処理の手順を示すフローチャートである。待ち受け処理は、タイマ割り込み、データ用無線送受信部１１４又は制御用信号送受信部１１６の受信割り込みにより実行される。例えば、風速情報を１０分毎に取得すると初期設定されている場合、インターバルタイマにより１０分毎にタイマ割り込みを掛かり、待ち受け処理が実行される。また、データ用無線送受信部１１４又は制御用信号送受信部１１６が、車両２００、携帯電話機３００、制御局６００からデータ又は制御コマンドを受信した場合、受信割り込みが掛かり、待ち受け処理が実行される。

制御接続部１０７は、待ち受け処理が起動された要因の種別を判定する（ステップＳ３１）。制御接続部１０７は、種別がセンサ情報を取得するための割り込みであるか否かを判定する(ステップＳ３２)。制御接続部１０７は、種別がセンサ情報を取得するための割り込みであると判定した場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、センサ情報処理を実行し（ステップＳ３３）、待ち受け処理を終了する。制御接続部１０７は、種別がセンサ情報を取得するための割り込みでないと判定した場合（ステップＳ３２でＮＯ）、映像情報を取得するための割り込みであるか否かを判定する(ステップＳ３４)。制御接続部１０７は、種別が映像情報を取得するための割り込みであると判定した場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）、映像情報処理を実行し（ステップＳ３５）、待ち受け処理を終了する。制御接続部１０７は、種別が映像情報を取得するための割り込みでないと判定した場合（ステップＳ３４でＮＯ）、バッテリ監視情報を取得するための割り込みであるか否かを判定する(ステップＳ３６)。制御接続部１０７は、種別がバッテリ監視情報を取得するための割り込みであると判定した場合（ステップＳ３６でＹＥＳ）、バッテリ監視情報処理を実行し（ステップＳ３７）、待ち受け処理を終了する。制御接続部１０７は、種別がバッテリ監視情報を取得するための割り込みでないと判定した場合（ステップＳ３６でＮＯ）、制御コマンド処理を実行し（ステップＳ３８）、待ち受け処理を終了する。

図８はセンサ情報処理の手順を示すフローチャートである。制御接続部１０７は、一時記憶部１１８よりセンサ情報を取得する（ステップＳ４１）。制御接続部１０７は取得したセンサ情報が、閾値範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ４２）。具体的には、制御接続部１０７は、保守運用情報記憶部１２０から読み出した閾値の上限及び下限と、取得したセンサ情報とを比較し、取得したセンサ情報が閾値範囲内であるか否か判定する。制御接続部１０７は、取得したセンサ情報が閾値範囲内にあると判定した場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、取得したセンサ情報を一時記憶部１１８に記憶する（ステップＳ４３）。制御接続部１０７は、所定時間が経過した否かを判定する（ステップＳ４４）。制御接続部１０７は所定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ４４でＮＯ）、所定時間が経過した否かの判定を繰り返す（ステップＳ４４）。制御接続部１０７は、所定時間が経過していると判定した場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、送信先を選択する（ステップＳ４５）。送信先は例えば、制御局６００である。制御接続部１０７は、データ用無線送受信部１１４を送信モード設定し（ステップＳ４６）、センサ情報を送信する（ステップＳ４７）。制御接続部１０７は、所定時間を計測するタイマをリセットする（ステップＳ４８）。制御接続部１０７は、センサ情報処理を終了する。制御接続部１０７は、取得したセンサ情報が閾値範囲内にないと判定した場合（ステップＳ４２でＮＯ）、アラーム情報を作成する（ステップＳ４９）。制御接続部１０７は、送信先を選択する（ステップＳ５０）。送信先は例えば、制御局６００である。制御接続部１０７は、データ用無線送受信部１１４を送信モード設定し（ステップＳ５１）、アラーム情報を送信する（ステップＳ５２）。制御接続部１０７は、センサ情報処理を終了する。

図９は、映像情報処理の手順を示すフローチャートである。制御接続部１０７は、カメラ１０２が撮影して得た画像情報を取得する（ステップＳ６１）。制御接続部１０７は、送信先を選択する（ステップＳ６２）。送信先は例えば、制御局６００である。制御接続部１０７はデータ用無線送受信部１１４を送信モードに設定する（ステップＳ６３）。制御接続部１０７は画像情報を送信する（ステップＳ６４）。制御接続部１０７は映像情報処理を終了する。

図１０は、バッテリ監視情報処理の手順を示すフローチャートである。制御接続部１０７は、バッテリ監視部１０９からバッテリ残量を取得する（ステップＳ７１）。制御接続部１０７は一時記憶部１１８より現在位置を読み出す（ステップＳ７２）。制御接続部１０７は保守運用情報記憶部１２０からバッテリ交換位置を読み出す（ステップＳ７３）。制御接続部１０７は保守運用情報記憶部１２０から単位距離飛行時のバッテリ消費量を読み出す（ステップＳ７４）。制御接続部１０７は、バッテリ残量、現在位置、バッテリ交換位置、バッテリ消費量を判定部１２１に出力する。制御接続部１０７は、判定部１２１に、バッテリ残量が規定の位置まで戻るのに充分であるか否かを判定させる（ステップＳ７５）。制御接続部１０７は、残量が充分であると判定した場合（ステップＳ７５でＹＥＳ）、バッテリ監視情報処理を終了する。制御接続部１０７は、残量が充分でないと判定した場合（ステップＳ７５でＮＯ）、自律制御ユニット１１０を制御し、バッテリ交換位置まで、誘導する（ステップＳ７６）。制御接続部１０７は、バッテリ監視情報処理を終了する。

図１１は制御コマンド処理の手順を示すフローチャートである。制御接続部１０７は、制御局６００からコマンドを受信したか否かを判定する（ステップＳ７１）。制御接続部１０７は、制御局６００からコマンドを受信したと判定した場合（ステップＳ７１でＹＥＳ）、コマンドに応じた制御情報を自律制御ユニット１１０に出力する（ステップＳ７２）。制御接続部１０７は制御コマンド処理を終了する。制御接続部１０７は、制御局６００からコマンドを受信していないと判定した場合（ステップＳ７１でＮＯ）、音声コマンドが入力されたか否かを判定する（ステップＳ７３）。制御接続部１０７は、音声コマンドが入力されたと判定した場合（ステップＳ７３でＹＥＳ）、音声コマンドを通常のコマンドに変換する（ステップＳ７４）。制御接続部１０７は、処理をステップＳ７２に移す。制御接続部１０７は、音声コマンドが入力されていないと判定した場合（ステップＳ７３でＮＯ）、受信した内容又は音声入力された内容を破棄し（ステップＳ７５）、制御コマンド処理を終了する。

次に、無線インタフェースＲ１〜Ｒ５への周波数割当について、説明する。図１２は周波数割当の一例を示す説明図である。ドローン１００が使用する同一周波数の配置は三次元空間で行う。例えば、図１２Ａドローン１００が飛行する空間のエリアをＺ１空間、Ｚ２空間と、高度で区分する。区分した各空間のエリア（空域）に対応して、同一周波数を割り当てる無線セルを設定する。例えば、図１２Ａに示すＺ１空間では、（Ｘ１，Ｙ１）のエリアにＦ１１の周波数を割り当てる。これと隣接する（Ｘ２，Ｙ２）のエリアにＦ１１とは異なるＦ１２の周波数を割り当てる。（Ｘ１，Ｙ１）のエリアと所定の干渉保護比を有する（Ｘ３，Ｙ３）のエリアには（Ｘ１，Ｙ１）エリアと同じＦ１１の周波数を割り当てる。ドローンが割当周波数の異なる無線セルを飛行する際は、飛行先の無線セルに割り当てられた周波数に切り替える。

また、Ｚ２空間ではＺ１空間とは異なる周波数を割り当てる。図１２Ａに示すように、例えば、Ｚ２空間でＺ１空間よりドローンの飛行範囲が広い場合、Ｚ１で設定したエリアより広いエリア、例えば（Ｘ１，Ｙ１）エリアと（Ｘ２，Ｙ２）エリアとを合わせたエリアに同一周波数（Ｆ２１）を設定してもよい。

図１３は、通信モードの設定例を示す表である。通信モードは対向する機器と伝送する情報種別に応じて選択する。例えば、Ｒ１、Ｒ４では、データはＷＡＶＥ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓｉｎＶｅｈｉｃｕｌａｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｐ）のＳｃｈ（ＳｅｒｉｃｅＣｈａｎｎｅｌ）で伝送する。また、Ｒ１、ｒ４では、機体制御情報は、ＷＡＶＥのＣｃｈ（ＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）で伝送する。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６は、携帯電話網インタフェースとして、３Ｇ／ＬＴＡ／５ＧＬＰＷＡ（ＬａｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅａ）で伝送する。

図１４は、周波数設定処理の手順を示すフローチャートである。制御接続部１０７は、一時記憶部１１８より現在位置を読み出す（ステップＳ８１）。制御接続部１０７は、高度に対応した空間を判定する（ステップＳ８２）。制御接続部１０７は判定した空間と、設定されている空間とを参照し、空間を変更すべきか否かを判定する（ステップＳ８３）。制御接続部１０７は、空間を変更すべきと判定した場合（ステップＳ８３でＹＥＳ）、エリア判定を行う（ステップＳ８４）。制御接続部１０７は判定した空間とエリアとから、周波数の設定を行う（ステップＳ８５）。制御接続部１０７は周波数設定処理を終了する。制御接続部１０７は、空間を変更すべきでないと判定した場合（ステップＳ８３でＮＯ）、エリアの判定を行う（ステップＳ８６）。制御接続部１０７は、エリアを変更すべきか否かを判定する（ステップＳ８７）。制御接続部１０７は、エリアを変更すべきかと判定した場合（ステップＳ８７でＹＥＳ）、処理をステップＳ８５に移す。制御接続部１０７は、エリアを変更すべきでないと判定した場合（ステップＳ８７でＮＯ）、周波数設定処理を終了する。周波数設定処理は、繰り返し実行される。

ここで、通信パスの設定について述べる。上述したように、ドローン１００は複数の通信モード、複数の周波数に対応している。ドローン１００は、通信パスの設定にあたり、通信相手により、定まる通信モードを選択する。また、ドローン１００は自機の位置から、用いる周波数を定める。ドローン１００は、上述したように、通信に用いる自機のＩＤ、他のドローン１０１や車両２００を用いるＩＤを記憶している。したがって、これらのＩＤを用い、通信モードに応じた通信パス設定コマンドを発行し、通信相手との通信パスを設定する。なお、通信パスの設定は、制御局６００や車両２００が行ってもよい。

実施の形態１においては、ドローン１００に予め設定したＩＤ（識別子）を用いて、通信パス設定をするので、呼の生起による設定が可能となる。また、通信パスの設定を制御局６００から行えるので、拡張性の高くなる。

実施の形態１においては、ドローン１００に割り当てる無線周波数はドローンの飛行する空域に対応する高度毎に干渉しない独立の周波数を割り当てる。それにより、平面視で同じエリアに複数のドローンが飛行していた場合であっても、互いに異なる高度あれば、混信することはない。それにより、通信品質の低下を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、ドローン１００が安定して運用できるように、消費電力を節約するようエネルギ管理を行う。本実施の形態における車両２００、制御局６００の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。本実施の形態におけるドローン１００、１５０の構成は、実施の形態１の構成にエネルギ供給制御部１２４が追加されている。エネルギ供給制御部１２４は、バッテリの電流容量（Ｑｏ）、バッテリの残量（Ｑａ）、バッテリ交換に要するエネルギ消費量（Ｑｂ）、バッテリ負荷の寿命依存性（Ｒ）を基にドローンの飛行、センシング、通信に関するエネルギ消費量（Ｑｃ）を決定する。具体的には、Ｑａ＋ＱｂがＱｏ以下となるようにＱｃを決定する。Ｑｃの値の調整は、飛行速度、センシング間隔を含めて行う。なお、飛行速度はバッテリ負荷の寿命依存性（Ｒ）を考慮して行う。

エネルギ管理について説明する。図１５はドローン１００の構成をエネルギ管理の観点からみた場合のブロック図である。電源マネージャ１５１は、バッテリの監視、制御を行う。電源マネージャ１５１は、エネルギ管理機構の中核をなす。電源マネージャ１５１は、バッテリの電気容量、負荷電流の寿命依存性、バッテリの回復効果等のエネルギ供給量に関するパラメータを保有する。また、エネルギ残量のモニタ機能とそのパラメータを保有する。さらに、電源マネージャ１５１は、ドローン１００の各実行タスクによる消費エネルギ見積もり値、飛行に関する消費エネルギ見積もり値を保有する。電源マネージャ１５１は、これらの消費エネルギ見積もり値を入力パラメータとして、ドローン１００への最適なエネルギ供給を提供するエネルギ管理方式を決定する。これらの保有値は、電源状態レジスタに記憶する。エネルギ管理方式のもとで、制御機能を有効化することで、ドローン１００の低消費、高エネルギ効率化が可能となる。

これらを実現するハードウェアとして、ドローン１００は、各構成要素へのエネルギを供給するハードウェアスイッチ群１５２を備える。ハードウェアスイッチ群１５２により、パワゲーティングの粒度の最適化が可能となる。また、ソフトウェア機構としては、制御に関わるタスク群のスケジューリングを行うタスクスケジューラ１５３を備える。

また、ドローン１００はコントローラ１５４、データバッファ１５５、マイコン１５６を備える。これの供給するエネルギに関わる電源制御が行われる。

簡単な処理は、コントローラ１５４にて実行する。これにより、マイコン１５６の処理負荷を軽減することが可能となり、ドローン１００全体の消費エネルギが削減される。各種センサ１０１、カメラ１０２、バッテリ監視部１０９、自律制御ユニット１１０、データ用無線送受信部１１４、制御用信号送受信部１１６などからのデータをデータバッファ１５５でバッファリングすることにより、マイコン１５６などの動作頻度を削減することが可能となる。また、アプリケーションに依存したＣＰＵ１５６のエネルギ消費最適化のために、ＣＰＵ１５６へのエネルギ供給は、電源マネージャ１５１の下で行われる。なお、タイマ等のエネルギの常時供給が必要なＲＴＣ（ＲｅａｌＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１５７は、電源マネージャ１５１の管理外とする。

次に、消費エネルギ削減方法の具体例を説明する。図１６はタスクスケジューリングによる消費エネルギ削減方法を示す説明図である。図１６Ａは従来の電力制御の例を示す。図１６Ｂは本実施形態の電力削減の例を示す。図１６に示す例では、所定の機能を実現するハードウェアとして、ＵｎｉｔＡとＵｎｉｔＢとがあるとする。ＵｎｉｔＡ、ＵｎｉｔＢは協働して複数のタスクを実行することにより、所定の機能を実現する。ＵｎｉｔＡはタスク１（ｔｓｋ１）、タスク５（ｔｓｋ５）、タスク６（ｔｓｋ６）、タスク８（ｔｓｋ８）を実行する。ＵｎｉｔＢは、タスク２（ｔｓｋ２）、タスク３（ｔｓｋ３）、タスク（ｔｓｋ４）、タスク７（ｔｓｋ７）を実行する。あるタスクの終了位置から、他のタスクの開始位置への矢印は、タスク間の依存関係を示している。例えば、タスク３はタスク１が終了しなければ、実行できないことを示している。

図１６Ａに示す従来のタスクスケジューリングでは、ＵｎｉｔＡ、ＵｎｉｔＢのタスクが出来る限り早く終了することを最優先にして、スケジューリングしている。そのため、両Ｕｎｉｔは、タスクのない時間帯は、スタンバイ状態となっている。それに対して、図１６Ｂに示す本実施形態におけるスケジューリングでは、タスクの終了時間を対称犠牲しているが、消費電力の削減を図っている。ＵｎｉｔＡでは、タスク５とタスク６との間の空き時間、タスク６とタスク８との間の空き時間を前倒しすることにより、タスクを実行していない空き時間が一つとなり、その時間も長くなっている。それにより、ＵｎｉｔＡは空き時間にパワーオフとすることが可能となり、消費電力の削減ができる。また、ＵｎｉｔＢにおいては、タスク２の開始を遅らせている。それにより、タスク２とタスク３との間の空き時間をなくしている。それにより、スタンバイ及びスタンバイからの復帰がなくなるので、これらを実行するときの消費電力を削減することが可能となる。

図１７はタスクスケジューリングによる消費エネルギ削減方法を示す説明図である。図１７Ａは従来の電力制御の例を示す。図１７Ｂは本実施形態の電力削減の例を示す。図１７はあるＵｎｉｔの電源オンオフと、流れる電流を示している。センサのようにある一定周期で間欠的に動作するＵｎｉｔである。図１７に示す電流でＲを付しているのは、ラッシュカレントである。ラッシュカレントとは、電源をオンにした直後に定常よりも大きな電流が流れることを言う。ｔｓｋを付した電流はタスク実行時に流れる電流である。図１７Ａに示す従来のスケジューリングでは、５回電源のオンオフが発生しているラッシュカレントも５回生じている。図１７Ｂに示す本実施の形態のスケジューリングでは、電源がオフの時間、オンの時間を長くすることにより、ラッシュカレントが発生する電源オンの回数を低減している。それにより、消費電力を削減することが可能となる。また、一回あたりの電源オンの時間を長くしているので、全体としての電源オンの時間は、従来技術と比較しても変化がない。適用するユニットがセンサユニットであれば、従来と同等のセンサ情報を得ることが可能となる。

本実施の形態においては、エネルギ供給制御部１２４を備える。エネルギ供給制御部１２４は、バッテリ残量、飛行による消費エネルギ見積もり値に基づいて、各種センサ１０１やカメラ１０２を用いた情報収集機能や、通信機能による消費エネルギを制御する。それにより、最適なエネルギ供給を提供するエネルギ管理方式を自律的に決定し、各機能を実行するので、低消費、高エネルギ効率化が可能となる。

（変形例１）
上述の実施の形態では、一つの制御局６００は、ドローン１００、１５０、車両２００、携帯電話機３００からなる一群の通信局を管理していた。しかし、これに限らない。図１８は通信システム１の他の構成例を示す説明図である。一つの制御局６００は、ドローン１００、１５０、車両２００、携帯電話機３００からなる一群の通信局と、ドローン１０ａ、１５ａ、車両２０ａ、携帯電話機３０ａからなる他の一群の通信局を管理している。図１８に示すように、一群と他の一群とでは、使用する無線インタフェースを異なるようにしてある。それにより、通信が混成しないようにしてある。本変形では一つの制御局６００で複数群の通信局を管理できるので、複数のエリアでドローンを運用することが可能となる。

（変形例２）
変形例１において、ドローンはある一群に属していたが、それに限らない。ドローンの現在位置によりハンドオーバーさせて、所属を一群から他の一群に変更してもよい。また、２つの群が隣接するエリアでは、両方の群に属することとしてもよい。本変形例では、各群の状況に応じて、ドローンの配置を柔軟に行うことが可能となる。例えば、ある群において、ドローンが実行すべきタスクが増加した場合に、他の群からドローンを補充することが可能となる。

各実施の形態で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組み合わせ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１通信システム
１００ドローン
１０バッテリ監視部
１０１センサ
１０２カメラ
１０３マイク
１０４変換部
１０６インタフェース部
１０７制御接続部
１０８バッテリ部
１０９バッテリ監視部
１１０自律制御ユニット
１１２ＳＩＭカード
１１３カード装着部
１１４データ用無線送受信部
１１６制御用信号送受信部
１１８一時記憶部
１２０保守運用情報記憶部
１２４エネルギ供給制御部
２００車両
４００携帯電話網
６００制御局

Claims

無線通信部を有する無人航空機と、前記無人航空機と無線通信を行う陸上移動局及び又は制御局とを備え、
前記無人航空機と前記陸上移動局及び又は制御局との通信パスの設定を、前記無人航空機に付与された識別子を用いて行うこと
を特徴とする通信システム。
前記無人航空機に割り当てられる周波数は、高度及び空域により定まること
を特徴とする請求項１に記載の通信システム。
前記無人航空機に割り当てられる周波数は、隣接する空域間では異なること
を特徴とする請求項２に記載の通信システム。
前記陸上移動局は、車両に搭載された無線端末、携帯無線端末を含むこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信システム。
前記無人航空機は、センサ部、該センサ部及び前記無線通信部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記センサ部及び前記無線通信部が消費する電力を低減するように、前記センサ部及び前記無線通信部のタスクをスケジューリングすること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。
中継機能を有する前記無人航空機を複数備えること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の通信システム。
無線通信部を有する無人航空機と、前記無人航空機と無線通信を行う陸上移動局及び又は制御局とを備える通信システムにおける通信パスの設定方法であって、
前記無人航空機と前記陸上移動局及び又は制御局との通信パスの設定を、前記無人航空機に付与された識別子を用いて行うこと
を特徴とする通信パスの設定方法。