JP2018025458A - 目標物監視システムおよび目標物監視方法 - Google Patents
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Abstract
Description
P(tn)=p0(tn)×PD(tn)+(1−p0(tn))×PM(tn) …(1)
演算装置(140)は、統合目標分布P(tn−1)と、統合目標分布P(tn)と、目標物(2)の非物理モデル(113)に基づいて、目標物の航跡および予測針路確率を算出する。表示装置(150)は、地図情報(114)と、航跡および予測針路確率とを組み合わせて表示する。
ここでは、監視する目標物が海上を移動する船舶である場合について説明する。図1Aは、監視対象の一例である海面の状態を例示する平面図である。なお、監視する目標物は、その他、例えば陸上を移動する車両などであっても良い。
海上のように面積が広い監視領域1に対して比較的小さい船舶のような目標物2の位置および移動を、有意義な精度で監視するためには、センサとして哨戒機や人工衛星などを利用することが現実的である。ただし、航空機である哨戒機は、一度に搭載可能な燃料などの制限により、目標物2の付近に留まり続けることが出来ない。したがって、哨戒機は、目標物2の付近と、飛行場などの基地との間を往復する必要がある。また、人工衛星は、その移動経路があらかじめ決定されており、かつ、途中で変更することが非常に困難である。したがって、本実施形態による目標物監視システムでは、監視領域1を移動する目標物2を、1つまたは複数のセンサを用いて、断続的に探知する。
センサが目標物2の位置を探知した結果には、無視出来ない誤差が含まれていることが考えられる。そこで、本実施形態による目標物監視システムでは、探知の精度を向上するために、探知の結果を目標物2の単なる座標ではなく、誤差を勘案した存在確率分布として扱う。ここで、目標物2の存在確率分布は、二次元正規分布として以下のように算出される。
本実施形態では、目標物2の位置を探知した結果を存在確率分布として扱うにあたって、計算時間を短縮するために、監視領域1を2次元のメッシュ状に分割し、メッシュごとに各種のデータを管理する。図1Cは、監視領域1を2次元メッシュ状に分割管理することを説明するための平面図である。
4Δx≦xn<5Δx、かつ、3Δy≦yn<4Δy
が成り立つので、座標(xn,yn)はメッシュ(5,4)に含まれるものとして管理される。
PD((Xi,Yj),tn)=FD((Xi,Yj),tn)ΔxΔy
本実施形態では、目標物2の位置を断続的に探知してその予測針路確率を算出するにあたって、ベイズの定理を適用する。ベイズの定理によれば、下記の恒等式を用いて条件付きの確率を算出することが出来る。
(1)まず、センサによる目標物2の探知が最初に起こったら、その探知位置から、目標物2の目的地や、考えられる経由地などを示す移動経路を複数設定する。ここで、これらの移動経路において目標物2の移動速度についても併せて設定することが可能である。
(2)次に、センサによる次の探知が起こる前に、目標物2がどれくらいの確率で各移動経路に沿って移動するのか、を見積もった事前確率を設定する。
(3)センサによる次の探知が起こった時点で、前述の「数5」式を用いて事後確率を計算する。この時点における事後確率が、その先の移動経路の推定となる。
(4)以降、センサによる探知が起こるたびに上記(3)の処理を繰り返す。
PMA((Xi,Yj),tn)=FMA((Xi,Yj),t)ΔxΔy
ここで、tは前回の探知時刻tn―1から今回の探知時刻tnまでの経過時間である。上記のPMA((Xi,Yj),tn)では、角度θeの積分範囲を[0〜2π]としているので、これを全周拡散分布と呼ぶ。図8Bは、全周拡散分布41の一例を示す図である。
・目標物2としての船舶は、帰投などの明確な意思変更が無い限り、針路を直前とは逆の方向へ変更する可能性は低い。
・監視領域1としての海上を航行する、目標物2としての船舶が、短時間で大幅な針路変更をすることは物理的に難しい。
これらのことから、角度θeの積分範囲を、[0〜2π]の全周に固定せず、任意の範囲に指定することも可能である。そこで、目標物2が角度θeを、任意の範囲[θl〜θh]の一様分布から選択する場合の、拡散存在確率分布PMの算出方法について説明する。
PM((Xi,Yj),tn)=FM((Xi,Yj),t)ΔxΔy
ここで、tは前回の探知時刻tn―1から今回の探知時刻tnまでの経過時間である。上記のPM((Xi,Yj),tn)では、角度θeの積分範囲を[θl〜θh]としているので、これを所定範囲方向拡散分布と呼ぶ。図8Cは、所定範囲方向拡散分布42の一例を示す図である。図8Cの場合、x軸を中心に[−π/6〜π/6](ラジアン)の範囲で算出している。このように算出される所定範囲方向拡散分布は、その中心に対して非点対称となる。未来位置予測処理部143が所定範囲方向拡散分布を算出する処理を、拡散存在確率分布算出処理と呼ぶ。
・センサ200A、200Bから受信した探知情報に、目標物2の移動速度uに係る情報が含まれている場合
・センサ200A、200Bから受信した探知情報に、目標物2の移動速度uに係る情報が含まれていない場合
g(u)=δ(u−u0)
ここで、u0は、探知情報に含まれる目標物2の速度である。また、デルタ関数δ(x)は、
x≠0のとき、δ(x)=0、かつ、
ul≦u≦uhの場合は、
g(u)=1/(uh−ul)
その他の場合は、
g(u)=0
第1実施形態において、図3のフローチャートに示した第3ステップS103として、探知の信頼度p0について説明した。本実施形態では、第1実施形態の変更例として、探知の信頼度p0がそれ以降の探知で変更された場合の対処法について説明する。
第1実施形態では、ベイズの定理を適用するために、仮説経路11〜15を先に生成し、目標物2の探知をその後に行うと説明した。しかし、実際には、探知を繰り返す中で、仮説経路11〜15を修正する必要性が生じる場合がある。本実施形態では、第1実施形態の変更例として、探知開始後に仮説経路を変更し、かつ、ベイズの定理を適用する方法について説明する。
第3実施形態では、仮説経路を修正した後も、仮説経路を修正する前の予測針路確率の知見を活用するために、探知時刻t2以前の予測針路確率については修正を行わない。しかし、実際には、修正前の知見を捨ててでも、より抜本的な針路修正の必要性が生じる場合がある。本実施形態では、第1実施形態または第3実施形態の変更例として、探知開始後に仮説経路を変更する別の方法について説明する。
本実施形態では、監視領域1を移動する目標物2の位置をより精度よく探知するために、監視サーバ100が探知計画を立案または更新し、センサ200A、200Bがこの探知計画を実行する。
2:目標物
3:移動ベクトル
4:メッシュ
10:移動経路
11〜15:仮説経路
11A〜15A:仮説経路
11B〜15B:仮説経路
20〜25:時刻
31〜35:探知位置
40:存在確率分布
40A:頂点
41:全周拡散分布
42:所定範囲方向拡散分布
51:前回得られた目標物の統合目標分布
52:前回の存在確率分布に基づく拡散存在確率分布
52A:目標物の針路方向範囲
53:今回得られた目標物の存在確率分布
100:監視サーバ
101:バス
102:入出力インタフェース
103:演算装置
104:記憶装置
105:外部記憶装置
106:記録媒体
110:データベース
111:センサモデル格納領域
112:目標物理モデル格納領域
113:目標非物理モデル格納領域
114:地図情報格納領域
120:センサ情報入力部
130:目標行動仮説生成処理部
140:センサ情報処理部
141:航跡抽出処理部
142:目標行動推定処理部
143:未来位置予測処理部
150:出力部
200A、200B:センサ
300:ネットワーク
Claims (11)
- 記憶装置と、
演算装置と、
表示装置と
を具備し、
前記記憶装置は、目標物の物理モデルと、前記目標物の非物理モデルと、地図情報とを記憶しており、
前記物理モデルは、前記目標物の物理的制約を示し、
前記非物理モデルは、前記目標物の行動パターンを示し、
nを2以上の任意の自然数とするとき、前記演算装置は、外部センサから受信するデータに基づいて、時刻tnにおける前記目標物の存在確率分布PDを算出する存在確率分布算出処理を実行し、
前記演算装置は、前記時刻tnよりも前の時刻であるtn−1における前記目標物の統合目標分布P(tn−1)と、前記目標物の前記物理モデルとに基づいて、前記時刻tnにおける前記目標物の拡散存在確率分布PM(tn)を算出する拡散存在確率分布算出処理を実行し、
前記演算装置は、前記外部センサの種類または前記外部センサの周囲の環境のうちの少なくとも一方に基づいて、前記存在確率分布PD(tn)の信頼度p0(tn)を算出する信頼度算出処理を実行し、
前記演算装置は、前記時刻tnにおける前記目標物の統合目標分布P(tn)を、以下に示す数式(1)に基づいて算出し、
P(tn)=p0(tn)×PD(tn)+(1−p0(tn))×PM(tn) …(1)
前記演算装置は、前記統合目標分布P(tn−1)と、前記統合目標分布P(tn)と、前記目標物の前記非物理モデルとに基づいて、前記目標物の航跡および予測針路確率を算出し、
前記表示装置は、前記地図情報と、前記航跡および前記予測針路確率とを組み合わせて表示する
目標物監視システム。 - 請求項1に記載の目標物監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記統合目標分布P(tn−1)および前記物理モデルに加え、前記目標物の前記非物理モデルに基づいて、前記拡散存在確率分布PM(tn)を算出する
目標物監視システム。 - 請求項2に記載の目標物監視システムにおいて、
前記存在確率分布PD(tn)は、前記外部センサから受信するデータに基づいて算出される前記目標物の探知位置からの距離が遠いほど存在確率が減少する分布である
目標物監視システム。 - 請求項3に記載の目標物監視システムにおいて、
前記拡散存在確率分布PM(tn)は、前記存在確率分布PD(tn)の中心に対して、非点対称の分布である
目標物監視システム。 - 請求項2乃至4のいずれか一項に記載の目標物監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記物理モデルと、前記非物理モデルと、前記時刻tn以前の複数の時点での前記目標物の探知位置とに基づいて、前記目標物の複数の仮説経路を算出する仮説経路算出処理を実行し、
前記表示装置は、前記複数の仮説経路を、前記航跡および前記予測針路確率とともに表示する
目標物監視システム。 - 請求項2乃至4のいずれか一項に記載の目標物監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記物理モデルと、前記非物理モデルと、前記時刻tn以前の複数の時点での前記目標物の探知位置とに基づいて、前記目標物の複数の仮説経路を算出する仮説経路算出処理を実行し、
前記演算装置は、前記複数の仮説経路に基づいて、前記拡散存在確率分布PM(tn)を算出する
目標物監視システム。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の目標物監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記時刻tnよりも後の時刻であるtn+1における前記目標物の存在確率分布PD(tn+1)と、前記時刻tn+1における前記目標物の存在確率分布PD(tn+1)の信頼度p0(tn+1)とに基づいて、前記統合目標分布P(tn)を修正することにより、修正後統合目標分布PC(tn)を算出し、
前記演算装置は、前記修正後統合目標分布PC(tn)に基づいて、前記航跡を修正し、
前記表示装置は、修正後の航跡を表示する
目標物監視システム。 - 請求項7に記載の目標物監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記存在確率分布算出処理を実行することにより、前記存在確率分布PD(tn+1)を算出し、
前記演算装置は、前記信頼度算出処理を実行することにより、前記信頼度p0(tn+1)を算出し、
前記演算装置は、前記存在確率分布PD(tn+1)と、前記信頼度p0(tn+1)とに基づいて、前記統合目標分布P(tn)を修正することにより、前記修正後統合目標分布PC(tn)を算出し、
前記演算装置は、前記修正後統合目標分布PC(tn)と、前記目標物の前記物理モデルとに基づいて、前記時刻tn+1における前記目標物の拡散存在確率分布PM(tn+1)を算出し、
前記演算装置は、前記時刻tn+1における前記目標物の統合目標分布P(tn+1)を、以下に示す数式に基づいて算出し、
P(tn+1)=p0(tn+1)×PD(tn+1)+(1−p0(tn+1))×PM(tn+1) …(2)
前記演算装置は、前記修正後統合目標分布PC(tn)と、前記統合目標分布P(tn+1)とに基づいて、前記航跡を修正するとともに、前記予測針路確率を更新し、
前記表示装置は、前記地図情報と、前記修正後の航跡と、更新後の予測針路確率とを組み合わせて表示する
目標物監視システム。 - 請求項7または8に記載の目標物監視システムにおいて、
前記外部センサと、前記外部センサとは異なる第2外部センサとをさらに備え、
前記演算装置は、前記第2外部センサから受信するデータに基づいて、前記時刻tn+1における前記目標物の存在確率分布PD(tn+1)を算出する前記存在確率分布算出処理を実行する
目標物監視システム。 - 外部センサを用いて目標物を探知することと、
nを2以上の任意の自然数とするとき、演算装置を用いて、前記外部センサから受信するデータに基づいて、時刻tnにおける前記目標物の存在確率分布PD(tn)を算出することと、
前記演算装置を用いて、前記時刻tnよりも前の時刻であるtn−1における前記目標物の統合目標分布P(tn−1)と、前記目標物の物理的制約を示す物理モデルとに基づいて、前記時刻tnにおける前記目標物の拡散存在確率分布PM(tn)を算出することと、
前記演算装置を用いて、前記外部センサの種類または前記外部センサの周囲の環境のうちの少なくとも一方に基づいて、前記存在確率分布PD(tn)の信頼度p0(tn)を算出することと、
前記演算装置は、前記時刻tnにおける前記目標物の存在確率分布P(tn)を、以下に示す数式(1)に基づいて算出することと、
P(tn)=p0(tn)×PD(tn)+(1−p0(tn))×PM(tn) …(1)
前記演算装置を用いて、前記統合目標分布P(tn−1)と、前記統合目標分布P(tn)と、前記目標物の行動パターンを示す非物理モデルとに基づいて、前記目標物の航跡および予測針路確率を算出することと、
表示装置に、地図情報と、前記航跡および前記予測針路確率とを組み合わせて表示することと
を具備する
目標物監視方法。 - 前記請求項10に記載の目標物監視方法において、
前記演算装置を用いて、前記統合目標分布P(tn)と、前記予測針路確率とに基づいて、前記時刻tnよりも後の時刻である時刻tn+1における前記目標物の拡散存在確率分布PM(tn+1)を算出することと、
前記演算装置を用いて、前記拡散存在確率分布PM(tn+1)に基づいて、前記目標物の存在確率が高い領域を特定することと、
前記外部センサまたは前記外部センサとは異なる第2外部センサを用いて、前記目標物の存在確率が高い領域を探知することと、
前記統合目標分布P(tn)に基づいて、前記目標物の航跡および予測針路確率を算出することと、
表示装置に、地図情報と、前記航跡および前記予測針路確率とを組み合わせて表示することと
を具備する
目標物監視方法。
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