JP2018100931A - 演算装置、演算方法、演算システムおよびプログラム - Google Patents

演算装置、演算方法、演算システムおよびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】測量装置で無人航空機を追尾する技術において、見失った無人航空機の検出をより確実に行う。【解決手段】予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用されるＵＡＶ探索用制御部２００であって、レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、無人航空機の位置を特定する技術に関する。
無人航空機（ＵＡＶ：(Unmanned aerial vehicle)）を測量に用いる技術が知られている。この技術では、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System）を用いた位置測定装置（所謂ＧＰＳ受信機）、ＩＭＵ（慣性航法装置）、高度計、カメラを搭載したＵＡＶを予め定めた経路に沿って飛行させて地上の撮影を行い、航空写真測量等を行う。
写真測量では、カメラの位置データの精度が重要となる。ところで、ＵＡＶは、ＧＮＳＳを利用して自身の位置を特定できるが、その精度は水平方向で１ｍ程度、垂直方向で３ｍ程度であり、写真測量に求められる精度は得られない。ＧＮＳＳを利用したより高精度の位置測定機器をＵＡＶに搭載する方法もあるが、機器の重量や消費電力の点で汎用のＵＡＶに搭載するは難しい。この問題に対する対応して、ＴＳ（トータルステーション）で飛行するＵＡＶを追尾し、ＴＳが備えるレーザー測距機能を用いてＵＡＶの位置を特定する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。
ＵＳ２０１４／０２１０６６３号公報
上記のＴＳでＵＡＶを追尾する方法では、ＴＳが備えるターゲットの自動追尾機能が利用される。この技術では、探索用レーザー光でＵＡＶを捕捉および追尾する。ＵＡＶは、探索用レーザー光を入射方向に反射する反射プリズムを備え、この反射プリズムからの反射光をＴＳ側で検出することで、ＴＳによるＵＡＶの追尾が行われる。
ところでＵＡＶは、風の影響等で予期しない動きをする場合があり、ＴＳがＵＡＶを見失う場合がある。また、ＴＳによるＵＡＶの追尾中に、ＴＳとＵＡＶの間に木の枝や葉、鳥、電柱や電線といった障害物が入り込み、ＴＳがＵＡＶを見失う場合もある。
ＴＳはターゲットを探索する機能を備えているが、相手が空中を移動するＵＡＶの場合、見失ったＵＡＶを再び捕捉するのが困難な場合が多々ある（もちろん、上手くゆく場合もある）。このような背景において、本発明は、測量装置で無人航空機を追尾する技術において、見失った無人航空機の検出をより確実に行う技術の提供を目的とする。
請求項１に記載の発明は、予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算装置であって、レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部とを備える演算装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記予め定めた航路のデータに基づき、前記測量装置から見た前記無人航空機の見かけの速度を予想する見かけの速度予想部を備え、前記測量装置による前記無人航空機の探索において、前記探索制御部は、前記速度予想部で予想された前記無人航空機の見かけの速度よりも速い見かけの速度で前記測量装置の可動部を動かす制御を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記探索制御部による前記無人航空機の探索を行うタイミングとして、前記速度予想部で予想された前記見かけの速度が予め定めた値以下となるタイミング、前記推定部が推定した前記無人航空機が旋回飛行をするタイミング、前記推定部が推定した前記無人航空機が前記測量装置から遠ざかる飛行をするタイミング、前記推定部が推定した前記無人航空機が前記測量装置から予め定めた距離よりも遠くを飛行しているタイミングの中の一または複数が選択されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記無人航空機の探索が、前記測量装置が前記無人航空機を捕捉している状態から見失った場合に行われることを特徴とする。請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記推定部は、前記無人航空機が旋回飛行をする空域、前記無人航空機が前記測量装置から遠ざかる飛行をする空域、前記無人航空機が前記測量装置から予め定めた距離よりも遠くを飛行する空域の少なくとも一つを推定し、前記探索制御部は、前記推定された少なくとも一つの空域に絞って前記無人航空機の探索の制御を行うことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算方法であって、レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定ステップと、前記推定ステップで推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御ステップとを有する演算方法である。
請求項７に記載の発明は、予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算システムであって、レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部とを備える演算システムである。
請求項８に記載の発明は、予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用されるプログラムであって、コンピュータに読み取らせて、コンピュータを（１）レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、（２）前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部として動作させる演算用プログラムである。
本発明によれば、測量装置で無人航空機を追尾する技術において、見失った無人航空機の検出がより確実に行える。
ＵＡＶの位置の測定に係る原理図である。 トータルステーションのブロック図である。 ＵＡＶ探索用制御部のブロック図である。 ＴＳから見たＵＡＶの見かけの速度を求める原理を示す原理図（Ａ）および（Ｂ）である。 処理の手順の一例を示すフローチャートである。
１．第１の実施形態
（概要）
図１には、飛行するＵＡＶ (Unmanned aerial vehicle)と地上に配置されたＴＳ（トータルステーション）が示されている。ＵＡＶは、市販のものであり、予め定めた飛行ルートを自律飛行し、航空写真測量のための撮影を行う。もちろん、ＵＡＶの無線操縦による飛行制御も可能である。ＵＡＶは、カメラ、ＧＮＳＳを利用した位置測定装置（例えば、ＧＰＳ受信機）、ＩＭＵ（慣性航法装置）、高度計、予め定めた飛行経路および飛行ログを記憶する記憶部、飛行のための制御装置を備えている。
ＵＡＶは、自身が備えた位置特定装置とＩＭＵの機能を利用して、予め定められた航路を予め定められた速度で飛行する。なお、位置特定装置の測定誤差があるので、予め定められた航路と実際に飛ぶ航路との間には、ある程度の誤差がある。飛行の経過は、飛行ログに記憶される。飛行ログには、時刻とＵＡＶの位置（緯度・経度・高度）の情報が関連付けされて記憶される。
ＵＡＶは、外部から見やすい場所（ＴＳから探索され易い場所、例えばＵＡＶの下部）にＴＳからの探索用レーザー光と測距用レーザー光を受光し反射する専用の反射プリズムが取り付けられている。この反射プリズムは、ＴＳによる測量用の専用ターゲットであり、入射したレーザー光を入射した方向に反射する。
ＴＳは、ＧＮＳＳを用いた高精度な位置測定装置、画像を取得するカメラ、ターゲット（上記の反射プリズム）を探索する探索用レーザースキャン機能、測距用レーザー光を用いてターゲットまでの距離を測距するレーザー測距機能、レーザー測距されたターゲットの方向（水平角と垂直角（仰角または俯角））を計測する機能を有する。ターゲットまでの距離と方向を計測することで、ＴＳに対するターゲットの位置を測定できる。ここで、ＴＳの位置が判っていれば、ターゲット（この場合はＵＡＶ）の地図座標系における位置（緯度・経度・高度もしくは直交座標系上のＸＹＺ座標）を知ることができる。これらの機能は、市販のＴＳが持っている機能であり、特別なものではない。これらＴＳに関する技術としては、例えば、特開2009-229192号公報や特開2012-202821号公報等に記載されている。なお、地図座標系というのは、地図情報を扱う座標系（例えば、緯度，経度，高度（標高））であり、例えばＧＮＳＳで得られる位置情報は通常地図座標系で記述される。
以下、本実施形態で利用するＴＳ（トータルステーション）の一例を説明する。図２には、ＴＳ（トータルステーション）１００のブロック図が示されている。ＴＳ１００において、探索制御部２００以外の部分は、市販のＴＳと同じである。ＴＳ１００は、カメラ１０１、ターゲット探索部１０２、測距部１０３、水平・垂直方向検出部１０４、水平・垂直方向駆動部１０５、ＵＡＶ探索用制御部２００、データ記憶部１０６、位置特定部１０７、通信部１０８、ターゲット位置算出部１０９を備えている。
カメラ１０１は、ターゲット等の測量対象の動画像または静止画像を撮影する。カメラ１０１が撮影した画像のデータは、測距対象に係る測定時刻、測定方向、測定距離、測定対象の位置等のデータと関連付けされて適当な記憶領域に記憶される。本実施形態の場合、カメラ１０１により、ＵＡＶの画像が取得される。ターゲット探索部１０２は、扇形ビームを有した探索用レーザー光を用いたタ−ゲットの探索を行う。探索用レーザー光により、測距部１０３は、測距用レーザー光を用いたターゲットまでの距離の計測を行う。水平・垂直方向検出部１０４は、測距部１０３が測距したターゲットの水平方向角と垂直方向角（仰角および俯角）を計測する。ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分は、水平回転および仰角（俯角）制御が可能であり、水平方向角と垂直方向角は、エンコーダにより計測される。このエンコーダの出力が水平・垂直方向角検出部１０４で検出され、水平方位角と垂直方位角（仰角および俯角）の計測が行われる。
水平・垂直方向駆動部１０５は、ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分の水平回転および仰角制御（および俯角制御）を行うモータ、該モータの駆動回路、該駆動回路の制御回路を含む。ＵＡＶ探索用制御部２００は、飛行するＵＡＶを探索する。ＵＡＶ探索用制御部２００については後述する。データ記憶部１０６は、ＴＳ１００の動作に必要な制御プログラム、各種のデータ、測量結果等を記憶する。
位置特定部１０７は、ＧＮＳＳを用いたＴＳ１００の位置の特定を行う。位置特定部１０７は、誤差補正信号や補助航法衛星のデータを用いた高精度な位置の測定を行う。通信部１０８は、外部の機器との間で通信を行う。ＴＳ１００は、外部の端末（専用端末やスマートフォン等）による操作が可能であり、この際の通信を行う。通信の形態としては、無線通信や光通信が挙げられる。ターゲット位置算出部１０９は、ターゲット（この場合は、ＵＡＶ）までの距離と方向からＴＳ１００に対するターゲットの位置（座標）を算出する。ここで、ターゲットまでの距離は、測距部１０３で得られ、ターゲットの方向は水平・垂直方向検出部１０４で得られる。ＴＳ１００の位置は、位置特定部１０７で特定されるので、ＴＳ１００に対するターゲットの位置を求めることで、ターゲットの地図座標系における位置を求めることができる。
（ＵＡＶ探索用制御部の構成）
以下、ＵＡＶ探索用制御部２００について説明する。図３には、ＵＡＶ探索用制御部２００のブロック図が示されている。ＵＡＶ探索用制御部２００は、ＣＰＵ、記憶部、各種のインターフェースを備えたコンピュータであり、専用のハードウェアによって構成されている。
図３に示す各機能部の一部または全部を専用の演算回路によって構成してもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の演算回路によって構成された機能部を組み合わせてもよい。
例えば、図示する各機能部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に代表されるＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成される。また、一部の機能を専用のハードウェアで構成し、他の一部を汎用のマイコンにより構成することも可能である。
各機能部を専用のハードウェアで構成するのか、ＣＰＵにおけるプログラムの実行によりソフトウェア的に構成するのかは、要求される演算速度、コスト、消費電力等を勘案して決定される。なお、機能部を専用のハードウェアで構成することとソフトウェア的に構成することは、特定の機能を実現するという観点からは、等価である。
ＵＡＶ探索用制御部２００は、機能部として記憶部２０１、推定部２０２、探索制御部２０３、速度予想部２０４、探索タイミング選択部２０５、探索範囲設定部２０６を備える。記憶部２０１は、ＵＡＶに記憶される予め定めた航路のデータと同じものが記憶される。このデータは飛行計画のデータであり、通過する複数のポイントＰｎの座標（緯度，経度，高度）と隣接するポイント間の速度が指定されている。この飛行計画に従ってＵＡＶは自律飛行する。ここで、Ｐｎの位置と飛行時間とから指定する時刻における位置を求めることができる。
また、記憶部２０１には、ＵＡＶ探索用制御部２００を備えるＴＳ１００（図２参照）の位置のデータが記憶される。ＴＳ１００の位置は、予め高精度ＧＮＳＳを用いてＴＳ１００の位置特定部１０７により測定、または、基準点を用いてＴＳ１００の座標を測量により求める。なお、飛行計画のデータを他の記憶装置や記憶媒体からＵＡＶ探索用制御部２００にダウンロードし、それを記憶部２０１に一時的に記憶する形態も可能である。
推定部２０２は、記憶部２０１に記憶されたＴＳ１００の位置データおよび予め定めた航路のデータ（飛行計画のデータ）に基づき、特定の時刻におけるＴＳ１００から見たＵＡＶの方向を推定する。以下、図４を用いてＴＳ１００から見たＵＡＶの方向を推定する原理を説明する。なお、以下に説明するのは、基本的な原理であり、多様な方法があることはいうまでもない。
図４（Ａ）には、３次元直交座標表示の場合が示され、図４（Ｂ）には、極座標表示の場合が示されている。図４（Ａ）と図４（Ｂ）は、利用する座標系が異なるだけであり、原点Ｏと点Ｐの関係は両者で同じである。
図４（Ａ）および（Ｂ）において、原点ＯがＴＳの位置（測定の原点）であり、点Ｐが特定の時刻におけるＵＡＶの位置である。ここで、ＵＡＶの位置は、予め定めた航路のデータから決められる。よって、ここで扱うＵＡＶの位置は、予定（飛行計画）に基づくものであり、その意味で以下に説明する処理は位置の推定に係る処理となる。
以下、時刻ｔ１におけるＴＳ１００から見たＵＡＶの方向を推定する場合を説明する。まず、飛行予定データから、時刻ｔ１における点Ｐの位置（ＵＡＶの位置）のデータを得る。この段階では、図４（Ａ）に示すように、点Ｐの座標は（緯度，経度，高度）によって特定されている。
次いで、図４（Ａ）→図４（Ｂ）に示すように、三次元直交座標系を極座標系に変換する。この変換は、初歩的な数学的な操作により行われる。図４（Ｂ）に示す極座標系に変換することで、水平角φ（この場合は、ｘ軸から反時計回りに計った角度）と仰角θが求まる。ここで、（φ，θ）が時刻ｔ１におけるＴＳから見たＵＡＶの推定される方向となる。そして同様な原理により、ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・におけるＵＡＶの方向を求めることで、指定した時刻におけるＵＡＶのＴＳ１００から見た方向を推定することができる。また、各時刻におけるベクトルｒ（図４（Ｂ）参照）が求まる。ベクトルｒは、ＴＳ１００から見たＵＡＶの方向と距離を示すベクトルである。以上の原理による（ｒ，φ，θ）を求める処理が推定部２０２において行われる。
探索制御部２０３は、推定部２０２で推定した方向に基づくＵＡＶの探索を制御する処理を行う。ＴＳ１００の可動部は、水平方向における回転、仰角および俯角の動作をモータにより行う。このモータの動作を制御する制御信号が探索制御部２０３から出力される。
基本的な前提として、飛行するＵＡＶの追尾は、ＴＳ１００が備えているターゲットの自動追尾機能を用いる。この機能により、探索用のレーザー光のスキャンおよびターゲット（この場合は、専用の反射プリズム）からの反射光の検出により、飛行するＵＡＶをＴＳ１００が自動で追尾する。ただし、飛行開始から追尾を行わない場合、あるいは自動追尾が上手くゆかず、ＴＳ１００がＵＡＶを見失った場合、飛行しているＵＡＶをＴＳ１００が捕捉する必要がある。この際の処理に探索制御部２０３が利用させる。探索は任意のタイミングで行うことができるが、特に後述するタイミングで行うことが好ましい。
速度予想部２０４は、ＴＳから見たＵＡＶの見かけの速度を予想する。ＴＳから見たＵＡＶの見かけの速度は、ＵＡＶのＴＳから見た視線方向の変化率として定義される。例えば、図４（Ｂ）の場合でいうと、ＵＡＶを追うＴＳからの視線の変化率は、時間に対するφの変化率(dφ/dt)とθの変化率(dθ/dt)で表される。すなわち、角度φ方向における時間に対する角度変化率(dφ/dt)と角度θ方向における時間に対する角度変化率(dθ/dt)を合成したものがＴＳから見たＵＡＶの見かけの速度となる。（φ，θ）の変化率、すなわち、(dφ/dt)と (dθ/dt)を求める計算が速度予想部２０４で行われる。
探索タイミング選択部２０５は、後述する探索タイミングの中から一つを選択する。選択基準としては、時間的に最初に到来するタイミングを選択する場合や時間と予め定めた優先順位を勘案して選択する場合等が挙げられる。また、２以上のタイミングを選択し、選択した複数のタイミングにおける処理を順次実行する形態も可能である。探索を開始する時刻の指定は、ＵＡＶをロストしてから（見失ってから）ΔＴ秒後、飛行開始からΔＴ’秒後、ＴＳ１００やＵＡＶ探索用制御部２００が搭載する時計で○○時○○分○○秒といった形態で行われる。
以下、好ましい探索タイミングについて説明する。以下に説明する好ましい探索タイミングは、飛行計画のデータに基づいて推定される。
（第１の好ましい探索タイミング）
第１の好ましい探索タイミングは、速度予想部２０４で推定された見かけの速度が予め定めた値以下となるタイミングである。ＴＳ１００から見た見かけの速度が速いと、ＵＡＶが探索用レーザー光の照射範囲（探索範囲）を通過する（横切る）スピードがそれだけ速くなるので、探索用レーザー光がＵＡＶを捕捉する確率が低下する。
他方で、ＴＳ１００から見た見かけの速度が遅いと、ＵＡＶが探索用レーザー光の照射範囲（探索範囲）を通過する（横切る）スピードがそれだけ遅くなるので、探索用レーザー光がＵＡＶを捕捉する確率は高くなる。よって、ＵＡＶの見かけの速度が予め定めた閾値以下と推定される場合に、飛行計画から予想される空域に狙いを定めてＵＡＶの探索を行うと、ＵＡＶを捕捉できる確率が高くなる。
例えば、ある時点でＴＳがＵＡＶを見失ったとする。この場合、ＵＡＶの見かけの速度が予め定めた閾値以下となる空域を飛行計画に基づき計算により推定し、その空域にＴＳ１００を向け、その空域に飛んでくるであろうＵＡＶを事前に待ち構える。こうすることで、見失ったＵＡＶを再捕捉できる可能性を高めることができる。この飛行計画から推定した空域で待ち構えてＵＡＶを捕捉する手法は、他の好ましい探索タイミングにおいても有効である。
（第２の好ましい探索タイミング）
第２の好ましい探索タイミングは、ＵＡＶが旋回飛行を行うと推定されるタイミングである。旋回をする際、ＵＡＶの速度は低下する。また、ＴＳから見た単位時間当たりの見かけの移動量は、直線飛行をする場合に比較して少なくなる。よって、ＵＡＶが旋回するタイミングでＵＡＶの探索を行うことで、ＵＡＶを捕捉できる確率が高くなる。
（第３の好ましい探索タイミング）
第３の好ましい探索タイミングは、ＵＡＶがＴＳから遠ざかる飛行を行うと推定されるタイミングである。ＴＳから見て、ＵＡＶが遠ざかる飛行を行う場合、ＴＳから見た単位時間当たりの見かけの移動量は、徐々に小さくなる。よって、ＵＡＶが遠ざかるタイミングでＵＡＶの探索を行うことで、ＵＡＶを捕捉できる確率が高くなる。
（第４の好ましい探索タイミング）
第４の好ましい探索タイミングは、ＵＡＶがＴＳに対して予め定めた距離よりも遠くを飛行すると推定されるタイミングである。同じ視野で考えた場合、ＵＡＶが遠くを飛行している場合は、近くを飛行している場合に比較して、視野内を通過するＵＡＶの像の動きは遅くなる。このため、予め定めた距離よりも遠くを飛行することが予定飛行ルートから推定される場合、その推定された飛行ルート付近で待ち構えてＵＡＶの探索を行うことで、ＵＡＶを見つけ出す確率が高くなる。
探索範囲設定部２０６は、探索タイミング選択部２０５で選択された探索タイミングに基づき、ＵＡＶの探察範囲を設定する。探索の範囲の設定は、以下のようにして行われる。まず、探索タイミングが選択されることで、そのタイミングにおける飛行予定の航路が飛行計画から得られる。飛行予定の航路が判れば、その航路を飛行するＵＡＶのＴＳから見た方向（φ，θ）の範囲が求められる。この範囲を基にある程度の幅を持たせた範囲が探索範囲となる。この処理が探索範囲設定部２０６で行われる。
（処理の一例）
図３のＵＡＶ探索用制御部２００で行われる処理の一例を説明する。図５は、ＵＡＶ探索用制御部２００で行われる処理の手順の一例が示されている。図５の処理を実行するためのプログラムは、ＵＡＶ探索用制御部２００の記憶部２０１や適当な記憶媒体、あるいはネットワーク上のサーバ等に記憶され、そこから提供される。
図５の処理は、ＴＳ（ト―タルステーション）１００がＵＡＶを捕捉していない状態で開始される。このような場合として、ＴＳ１００がＵＡＶを捕捉していない状態でＵＡＶが飛行を始めた場合、あるいはＴＳ１００がＵＡＶを捕捉追尾している状態でＵＡＶを見失った場合が挙げられる。
処理が開始されると、その時点でＵＡＶが飛行しているか否かが判定される（ステップＳ１０１）。この判定は、飛行計画（予め定められた飛行ルートと飛行時間の関係を定めたデータ）に基づいて行われる。飛行が終了していないと判定された場合、ステップＳ１０２に進み、飛行が終了している判定される場合、処理を終了する。
ステップＳ１０２では、飛行計画に基づき、その時点から最も近い将来に到来する探索タイミングを選択する。ここで候補となる探索タイミングは、上述した第１〜第４の好ましい探索タイミングの４形態である。この際、複数の探索タイミングが同時に抽出される場合も有り得る。この場合は、見かけの速度が最小となる探索タイミングを選択する。
この処理では、選択された探索タイミングの範囲に含まれる特定の時刻が選択される。選択される特定の時刻としては、ＵＡＶをロストしてから（見失ってから）ΔＴ秒後、飛行開始からΔＴ’秒後、ＴＳ１００やＵＡＶ探索用制御部２００が搭載する時計で○○時○○分○○秒といったものが選択される。
例えば、飛行計画では、飛行ルートの位置・経路における速度が設定されている。よって、例えばＵＡＶをロストしてからΔＴ秒後に特定の方向の範囲における探索の実行が指定されることで、飛行空域を予想したＵＡＶの追っかけ探索が実行される。
ステップＳ１０２の処理は、図３の探索タイミング選択部２０５で行われる。また、見かけの速度は、ベクトルｒを推定部２０２で推定し、（φ，θ）の変化率を速度予想部２０４で予想することで得られる。
探索タイミングを選択したら、飛行計画に基づき探索範囲を設定する（ステップＳ１０３）。この処理では、ステップＳ１０２で選択された探索タイミングを含む一定の期間を選択し、飛行計画からその期間におけるベクトルｒを求める。そしてベクトルｒによって予想される飛行予定経路を含むある程度の範囲をφとθの角度範囲として設定する。こうして探索範囲を設定する。ステップＳ１０３の処理は、探索範囲設定部２０６で行われる。
探索範囲を設定したら、その範囲にＵＡＶが到達する予定時刻の少し前の段階（例えば２秒〜５秒前の段階）からその範囲でのＵＡＶの探索を行う（ステップＳ１０４）。この処理は、探索制御部２０３からの制御信号に基づき、ＴＳ１００が備えたターゲットの探索機能を用いて行う。ＵＡＶの探索は、ＴＳ１００が撮影した画像の解析に基づき行ってもよい。
上記の探索の際、当該探索範囲におけるＵＡＶの見かけの速度Ｖを速度予想部２０４で算出し、ＵＡＶの予想移動方向に沿ってｖ＝２Ｖの見かけの走査速度で探索を行う。すなわち、推定されるＵＡＶの見かけの速度の２倍の見かけの速度でＴＳ１００の可動部が動くように（つまり２倍の速度で探索用の視線が動くように）、ＴＳ１００の動作制御が行われる。
上記の制御が行われることで、見かけの速度で考えて、ＵＡＶを２倍の速度で追いかける状態となり、走査されて照射される探索用レーザー光がＵＡＶに追い付かず、探索ができなくなる事態が避けられる。ここで、探索の走査方向をＵＡＶの移動方向に沿って複数設定することで、ＵＡＶを捕捉する確立を高めることができる。
走査速度は、ＵＡＶの見かけの速度の２倍程度が適当であるが、２倍に限定されるものではない。また、ＴＳから見たＵＡＶの見かけの速度の変化が大きい場合、各時刻（例えば、３秒毎）における推定される見かけの速度を計算し、それに基づきＴＳの制御を行う。
探索の結果、ＵＡＶが捕捉できれば、ステップＳ１０５の後、処理を終了し、ＵＡＶが捕捉できなければ、ステップＳ１０６に進む。ここで、ステップＳ１０３で設定した探索範囲におけるＵＡＶの飛行が終了したと推定されるか否か（ＵＡＶを捕捉できなければ、この時点では、飛行が推定される状態）が判定され（ステップＳ１０６）、探索範囲における飛行が終了していると判定された場合は、ステップＳ１０２の前段階に戻り、再度の探索範囲の選択を行う。探索範囲における飛行が終了していないと判定された場合は、ステップＳ１０４の探索制御を続行する。
以上のようにして、ＴＳ側でＵＡＶの飛行計画を予め把握し、この飛行計画に基づき、ＴＳが捕捉していないＵＡＶの探索が行われる。
２．第２の実施形態
図３のＵＡＶ探索用制御部２００を独立した制御装置として構成することも可能である。この場合、図３に関連して説明したＵＡＶ探索用制御部２００が独立した装置となる。この制御装置は、ＴＳ（トータルステーション）と無線通信等の適当な通信回線で接続され、ＴＳの動作を制御する制御信号をＴＳに向かって出力する。この場合、ＴＳは外部からの動作制御が可能な形態のものを用いる。
ＵＡＶ探索用制御部２００を備えた制御装置は、専用のハードウェアで構成されていてよいし、ＰＣ，タブレット，スマートフォン等に動作用ソフトウェアをインストールすることで、図３の機能を実現する形態でもよい。また例えば、タブレットを用いる場合に、タブレットでは困難な演算は、外付け機器で行う形態とし、この外付け機器とタブレットを組み合わせてＵＡＶ探索用制御部をシステムとして構成することも可能である。これは、タブレットに限らず、ＰＣやスマートフォンの場合も同じである。また、遠隔地に配置されたサーバをＵＡＶ探索用制御部２００として動作させ、そこにインターネット回線等を介してタブレットやスマートフォンを用いてアクセスし、当該タブレットやスマートフォンを端末として、操作を行う形態も可能である。
また、図３の機能部を通信回線で接続された複数の独立したハードウェアで実現するシステムを構成することも可能である。例えば、操作端末としてスマートフォンを用い、記憶部２０１としてサーバやＰＣを用い、その他の機能部を実現するハードウェアをＴＳに接続されるアダプタ形式の筐体に収めた補助装置とする。この補助装置は、上述したスマートフォンやサーバとインターネット回線等を利用して通信が可能であり、利用に際しては、飛行計画のデータを上述したサーバから補助機器にダウンロードし、スマートフォンを操作端末として、第１の実施形態で説明した動作を行う。この場合、分散配置された機能部が通信を介して統合されて機能するシステムが構成される。そしてこのシステムにおいて、図５の処理が実行される。

Claims (8)

  1. 予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算装置であって、
    レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、
    前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部と
    を備える演算装置。
  2. 前記予め定めた航路のデータに基づき、前記測量装置から見た前記無人航空機の見かけの速度を予想する見かけの速度予想部を備え、
    前記測量装置による前記無人航空機の探索において、前記探索制御部は、前記速度予想部で予想された前記無人航空機の見かけの速度よりも速い見かけの速度で前記測量装置の可動部を動かす制御を行う請求項１に記載の演算装置。
  3. 前記探索制御部による前記無人航空機の探索を行うタイミングとして、
    前記速度予想部で予想された前記見かけの速度が予め定めた値以下となるタイミング、
    前記推定部が推定した前記無人航空機が旋回飛行をするタイミング、
    前記推定部が推定した前記無人航空機が前記測量装置から遠ざかる飛行をするタイミング、
    前記推定部が推定した前記無人航空機が前記測量装置から予め定めた距離よりも遠くを飛行しているタイミング
    の中の一または複数が選択される請求項１または２に記載の演算装置。
  4. 前記無人航空機の探索が、前記測量装置が前記無人航空機を捕捉している状態から見失った場合に行われる請求項１〜３のいずれか一項に記載の演算装置。
  5. 前記推定部は、
    前記無人航空機が旋回飛行をする空域、
    前記無人航空機が前記測量装置から遠ざかる飛行をする空域、
    前記無人航空機が前記測量装置から予め定めた距離よりも遠くを飛行する空域
    の少なくとも一つを推定し、
    前記探索制御部は、前記推定された少なくとも一つの空域に絞って前記無人航空機の探索の制御を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の演算装置。
  6. 予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算方法であって、
    レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定ステップと、
    前記推定ステップで推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御ステップと
    を有する演算方法。
  7. 予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用される演算システムであって、
    レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、
    前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部と
    を備える演算システム。
  8. 予め定めた航路で飛行する無人航空機の探索に利用されるプログラムであって、
    コンピュータに読み取らせて、コンピュータを
    レーザー光を用いて前記無人航空機の位置を測量する測量装置の位置のデータおよび前記予め定めた航路のデータに基づき、特定の時刻における前記測量装置から見た前記無人航空機の方向を推定する推定部と、
    前記推定部で推定した方向に基づき、前記測量装置による前記無人航空機の探索を制御する探索制御部と
    して動作させるプログラム。
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