JP2018147467A - 無人航空機の飛行制御装置および飛行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予定航路に従って飛行中の無人航空機の測位精度が低下した場合でも、測位精度を確保して飛行を継続することができる「無人航空機の飛行制御装置および飛行制御方法」を提供する。【解決手段】測位部１１により測位されたＧＰＳ受信機２００の位置に基づいて、あらかじめ設定された予定航路に従って無人航空機が飛行しているときに、測位精度検出部１２により検出される測位精度が所定値より低下したとき、飛行制御部１３が予定航路とは異なる航路で無人航空機を飛行させるように制御することにより、予定航路を飛行すると測位精度が低下してしまう場合でも、予定航路とは異なる航路で無人航空機を飛行させることにより、測位精度を確保して、位置を測位しながら無人航空機の飛行を継続することができるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、無人航空機の飛行制御装置および飛行制御方法に関し、特に、測位された位置に基づいて、予定航路に従って無人航空機の飛行を制御する装置に用いて好適なものである。

現在、小型無人航空機（ドローン）は、ホビー用から産業用へと応用分野が拡がってきている。例えば、人が行けない場所での地形調査や災害調査、インフラ点検など、リモートセンシングとしてドローンを活用した取り組みが活発になってきている。例えば、河川の巡視点検業務において、目視による点検を補完するために、山間部など人が行けない場所においてドローンを活用し、河川周辺の崖崩れなどの異常を自動撮影することが可能である。また、物品の運搬にドローンを活用することも行われつつある。

人が行けない場所にドローンを飛ばして河川の巡視点検を行ったり、物品の輸送を行ったりする場合、ドローンは人の目が届かないエリアでの目視外飛行となる。この場合、ドローンは、ＧＰＳ電波を受信して自分の位置を把握しながら、操縦者の監視を受けずに、あらかじめ設定された予定航路を自律制御によって飛行する必要がある。この場合、ＧＰＳ電波を捕捉できない環境でどのように自律飛行を実現するかが問題となる。

例えば、河川の巡視点検業務において、ドローンによる目視外飛行での点検が必要な場所には、深い渓谷になっているところがある。そのため、あらかじめ設定された予定航路の周囲が山で囲まれて、ＧＰＳ電波を捕捉することができなくなる恐れがある。ＧＰＳ電波を捕捉できなくなると、ドローンは正しい位置を保てなくなり、最悪の場合は障害物に衝突して墜落する危険性がある。物品の輸送目的でドローンを使う場合も、航路によっては上記と同様の問題が生じ得る。

なお、予定航路の飛行時に、民家等の落下回避領域に接近しているか否かを判定し、落下回避領域に接近していると判定された場合に、飛行速度を上昇させるようにした無人航空機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６０５１３２７号公報

上記特許文献１に記載の無人航空機によれば、仮に飛行中の無人航空機が急な故障により制御不能に陥り、墜落する場合においても落下回避領域に落下することを極力回避することが可能となる。しかしながら、飛行中の無人航空機がＧＰＳ電波を捕捉することができなくなって、予定航路の正しい位置を飛行することができなくなるという問題は解消することができない。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、予定航路に従って飛行中の無人航空機の測位精度が低下した場合でも、測位精度を確保して飛行を継続することができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、測位部により測位された位置または方位に基づいて、あらかじめ設定された予定航路に従って無人航空機が飛行しているときに、測位精度が所定値より低下したとき、予定航路とは異なる航路で無人航空機を飛行させるようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、予定航路を飛行すると測位精度が低下してしまう場合でも、予定航路とは異なる航路で無人航空機を飛行させることにより、測位精度の低下を回避することが可能となり、位置または方位を測位しながら飛行を継続することが可能となる。これにより、予定航路に従って飛行中の無人航空機の測位精度が低下した場合でも、測位精度を確保して飛行を継続することができる。

第１の実施形態による飛行制御装置の機能構成例を示す図である。 山間部におけるＧＰＳ電波の受信状況を説明するための図である。 第１の実施形態による別航路を説明するための図である。 第１の実施形態による飛行制御装置の動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による別航路を説明するための図である。 第３の実施形態による飛行制御装置の機能構成例を示す図である。 磁気センサの測位精度が悪化したときのドローンの飛行制御を説明するための図である。 第１の実施形態による別航路の変形例を説明するための図である。 第１の実施形態による別航路の変形例を説明するための図である。 第１の実施形態による別航路の変形例を説明するための図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による飛行制御装置の機能構成例を示す図である。第１の実施形態による飛行制御装置１００は、無人飛行機（ドローン）に搭載され、ＧＰＳ受信機２００を用いて測位される位置と高度に基づいて、予定航路に従ってドローンの飛行を自律制御するものである。

図１に示すように、第１の実施形態による飛行制御装置１００は、その機能構成として、測位部１１、測位精度検出部１２および飛行制御部１３を備えている。また、飛行制御装置１００は、記憶媒体として、予定航路記憶部１４を備えている。

上記各機能ブロック１１〜１３は、ハードウェア、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記各機能ブロック１１〜１３は、実際にはコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えて構成され、ＲＡＭやＲＯＭ、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。

予定航路記憶部１４は、ドローンが飛行する航路をあらかじめ設定した予定航路の情報を記憶するものである。予定航路は、ドローンが飛行する航路を複数のウェイポイントで設定したものである。各々のウェイポイントは、緯度・経度・高度の情報を持つ。ドローンは、複数のウェイポイントを順番に辿るように自動で飛行する。

ウェイポイントの設定は、飛行制御装置１００とは異なるコンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、あるいはグランドステーションと呼ばれる専用端末など）にて行う。そして、設定した複数のウェイポイントから成る予定航路情報を、飛行制御装置１００の予定航路記憶部１４に記憶させる。なお、飛行制御装置１００に予定航路（ウェイポイント）の設定機能を持たせるようにしてもよい。

測位部１１は、ＧＰＳ受信機２００で受信されるＧＰＳ電波に基づいて、ドローンの位置（緯度・経度）および高度を測位する。測位精度検出部１２は、測位部１１による測位精度を検出する。測位精度は、例えば、ＧＰＳ電波の受信強度として検出することが可能である。あるいは、所定の受信強度以上でＧＰＳ電波を受信できているＧＰＳ衛生の数を測位精度として検出するようにしてもよい。

図２は、山間部における巡視点検業務にドローンを使用する場合におけるＧＰＳ電波の受信状況を説明するための図である。図２（ａ）は、渓谷がそれほど深くなく、ドローンの周囲が山で囲まれていない状況を示している。この場合は、ＧＰＳの測位精度は良好になる。一方、図２（ｂ）は、ドローンが深い渓谷の比較的低い高度を飛行中で、ドローンの周囲が山で囲まれている状況を示している。この場合は、ＧＰＳの測位精度が低下する可能性がある。

飛行制御部１３は、測位部１１により測位された位置および高度に基づいて、予定航路記憶部１４にあらかじめ設定された予定航路に従って、ドローンの飛行を制御する。また、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとき、予定航路とは異なる航路でドローンを飛行させるように制御する。

すなわち、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出されるＧＰＳ電波の受信強度が所定値より低くなったとき、あるいは、所定の受信強度以上でＧＰＳ電波を受信できているＧＰＳ衛生の数が所定値より少なくなったときに、予定航路とは異なる航路でドローンを飛行させるように制御する。ここで、予定航路とは異なる航路（以下、別航路という）とは、測位精度の低下を検出した地点からドローンを予定航路よりも上方に上昇（予定航路の高度のみを増加）させた後、予定航路上の別の地点に復帰させる航路である。

図３は、第１の実施形態による別航路を説明するための図である。図３において、(1)〜(10)は、１０個の連続するウェイポイントの位置および高度を示している。なお、ここでは便宜上、ウェイポイント(1)〜(10)の位置は横軸の１次元のみで表し、水平面上の２次元的な位置の表現は割愛している。

図３において、ドローンが予定航路３００に従って飛行中に、ウェイポイント(1)とウェイポイント(2)との間の地点Ａにおいて、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとする。この場合、飛行制御部１３は、地点Ａから別航路３０１に従ってドローンを飛行させ、予定航路３００上の別の地点Ｄに復帰させるように制御する。別航路３０１の飛行は、上昇飛行段階、維持飛行段階および下降飛行段階の３段階の飛行から成る。

すなわち、飛行制御部１３は、まず上昇飛行段階において、地点Ａから緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、ドローンを予定航路３００よりも上方に上昇させる。このとき、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値以上となる地点Ｂまでドローンを上昇させる。

次に、飛行制御部１３は、維持飛行段階に移り、上昇飛行段階で上昇した地点Ｂの高度（以下、ＧＰＳ捕捉高度という）を保ったまま、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿ってドローンを進行させる。すなわち、飛行制御部１３は、予定航路３００のウェイポイント(2)以降で示される緯度・経度に従って、当該ウェイポイント(2)以降で示される高度とは異なるＧＰＳ捕捉高度でドローンを飛行させる。

そして、飛行制御部１３は、ＧＰＳ捕捉高度で地点Ｃまでドローンを所定距離あるいは所定時間だけ飛行させた後、下降飛行段階に進む。なお、維持飛行段階を終了する地点Ｃは、地点Ｂから所定数個目のウェイポイントとしてもよい。下降飛行段階において、飛行制御部１３は、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、予定航路３００上の別の地点Ｄに復帰させるようにドローンの飛行を制御する。すなわち、飛行制御部１３は、予定航路３００のウェイポイント(6)以降で示される緯度・経度に従ってドローンを進行させながら、ＧＰＳ捕捉高度から徐々に高度を下げていく。

ドローンを復帰させる予定航路３００上の別の地点Ｄは、例えば、地点Ｃから単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり（単位飛行距離は、水平飛行距離でもよいし、道のり飛行距離でもよい）所定の割合でドローンの高度を下げていき、測位部１１により測定される高度が予定航路３００の高度と一致した地点とすることが可能である。この場合における予定航路３００の高度とは、一のウェイポイントと次のウェイポイントとを直線で接続した場合における当該直線上の高度のことである。この場合、飛行制御部１３は、地点Ｃから単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり所定の割合でドローンの高度を下げていった場合の軌道と、一のウェイポイントと次のウェイポイントとを接続した直線との交点の位置に追加のウェイポイントを設定し、当該追加のウェイポイントに向かうようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。図３は、当該交点を復帰地点Ｄに設定した状態を示している。

あるいは、地点Ａから別航路３０１を飛行させる際にあらかじめ復帰地点Ｄを設定し、設定した復帰地点Ｄに復帰するように、地点Ｃから地点Ｄに向けて徐々にドローンの高度を下げるよう制御するようにしてもよい。この場合における復帰地点Ｄの設定法は任意である。一例として、地点Ａから所定距離離れた地点を復帰地点Ｄに設定することが可能である。あるいは、地点Ａから所定距離以上離れた位置にあるウェイポイントを復帰地点Ｄに設定することが可能である。

図４は、上記のように構成した第１の実施形態による飛行制御装置１００の動作例を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、予定航路記憶部１４に予定航路３００の情報を設定し、ドローンの飛行を指示したときに開始する。

まず、測位部１１は、ＧＰＳ受信機２００で受信されるＧＰＳ電波に基づいて、ドローンの位置および高度を測位する（ステップＳ１）。そして、飛行制御部１３は、測位部１１により測位された位置および高度に基づいて、予定航路記憶部１４にあらかじめ設定された予定航路３００に従って、ドローンの飛行を制御する（ステップＳ２）。

飛行制御部１３の制御によるドローンの飛行中に、測位精度検出部１２は、測位部１１による測位精度を検出する（ステップＳ３）。そして、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、測位精度が所定値より低下していない場合、処理はステップＳ１２に進む。

一方、測位精度が所定値より低下した場合、飛行制御部１３は、当該測位精度の低下を検出した地点から、緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、ドローンを予定航路３００よりも上方に上昇させる（ステップＳ５）。この上昇中においても、測位部１１は、ドローンの位置および高度を測位する（ステップＳ６）。また、測位精度検出部１２は、測位部１１による測位精度を検出する（ステップＳ７）

そして、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値以上となったか否かを判定する（ステップＳ８）。測位精度が所定値以上になっていない場合、処理はステップＳ５に戻り、ドローンの高度上昇を継続する。一方、測位精度が所定値以上になった場合、飛行制御部１３は、上昇した地点のＧＰＳ捕捉高度を保ったまま、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿ってドローンを所定距離あるいは所定時間だけ進行させる（ステップＳ９）。

その後、飛行制御部１３は、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿ってドローンを進行させながら、徐々に高度を下げていく（ステップＳ１０）。そして、飛行制御部１３は、測位部１１により測定される高度が予定航路３００の高度と一致したか否かを判定する（ステップＳ１１）。まだ飛行高度が予定航路３００の高度と一致していない場合、処理はステップＳ１０に戻り、ドローンの下降を継続する。

一方、測位部１１により測位されるドローンの飛行高度が予定航路３００の高度と一致した場合、飛行制御部１３は、ドローンが予定航路３００の終点に到着したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ドローンが予定航路３００の終点にまだ到着していない場合、処理はステップＳ１に戻り、予定航路３００に従ったドローンの飛行制御を継続する。一方、ドローンが予定航路３００の終点に到着したと判定された場合、図４に示すフローチャートの処理は終了する。

以上詳しく説明したように、第１の実施形態では、測位部１１により測位された位置および高度に基づいて、あらかじめ設定された予定航路に従ってドローンが飛行しているときに、測位精度が所定値より低下した場合、予定航路とは異なる航路でドローンを飛行させるようにしている。特に、第１の実施形態では、測位精度が所定値以上となる地点までドローンを上昇させた後、予定航路に沿ってドローンを飛行させ、予定航路上の別の地点に復帰させるようにしている。

このように構成した第１の実施形態によれば、予定航路を飛行すると測位精度が低下してしまう場合でも、予定航路とは異なる航路でドローンを飛行させることにより、測位精度の低下を回避することが可能となり、位置および高度を測位しながら飛行を継続することが可能となる。これにより、予定航路に従って飛行中のドローンの測位精度が低下した場合でも、測位精度を確保して飛行を継続することができる。

なお、上記第１の実施形態では、上昇飛行段階において、緯度・経度は変えずにドローンを上昇させる際に、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値以上となるまでドローンを上昇させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上昇飛行段階の飛行を開始してから、測位精度検出部１２により検出される測位精度が第２の所定値だけ上がるまでドローンを上昇させるようにしてもよい。あるいは、飛行高度が所定の高さとなるまでドローンを上昇させるようにしてもよい。更に別の例として、上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量となるまでドローンを上昇させるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。第２の実施形態による飛行制御装置１００の機能構成は、図１と同様である。ＧＰＳの測位精度が所定値より低下したときに、予定航路とは異なる別航路でドローンを飛行させ、予定航路上の別の地点に復帰させる点においても、第２の実施形態は第１の実施形態と同じである。ただし、別航路の内容が第１の実施形態と異なる。第２の実施形態における別航路は、退行飛行段階、上昇飛行段階、維持飛行段階および下降飛行段階の４段階の航路から成る。

図５は、第２の実施形態による別航路を説明するための図である。図５においても図３と同様、(1)〜(10)は１０個の連続するウェイポイントの位置（水平面上の２次元的な位置の表現は割愛）および高度を示している。図５において、ドローンが予定航路３００に従って飛行中に、ウェイポイント(1)とウェイポイント(2)との間の地点Ａにおいて、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとする。この場合、飛行制御部１３は、地点Ａから予定航路３００上でドローンを退行させた後（退行飛行段階）、退行した地点Ｂから緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、ドローンを予定航路３００よりも上方に上昇させる（上昇飛行段階）。

退行飛行段階において、飛行制御部１３は、例えば、ＧＰＳの測位精度が所定値より低下した地点Ａから予定航路３００上で所定距離だけドローンを退行させる。予定航路３００上で所定距離だけ退行させた地点Ｂは、ドローンが直前に飛行した地点であり、その地点ではＧＰＳの測位精度が所定値より低下していなかった地点である。よって、ドローンを地点Ｂまで退行させれば、ＧＰＳの測位精度は所定値以上まで回復する。

なお、ここでは地点Ａから所定距離だけドローンを退行させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、地点Ａから所定時間だけドローンを退行させるようにしてもよい。あるいは、地点Ａから１つ前のウェイポイント（図５の例では、ウェイポイント(1)）までドローンを退行させるようにしてもよい。

その後、飛行制御部１３は、上昇飛行段階に移り、退行飛行段階で退行した地点Ｂから緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、所定の高さの地点Ｃまでドローンを上昇させる。上述したように、地点Ｂにおいて既にＧＰＳの測位精度は所定値以上まで回復しているので、そこから高度を上げた場合、どの高度であってもＧＰＳの測位精度は所定値以上となっている可能性が高い。そこで、第１の実施形態のように、測位精度検出部１２により検出される測位精度が所定値以上となる地点までドローンを上昇させるといった制御は不要である。

なお、飛行制御部１３は、退行した地点Ｂにおいて測位精度検出部１２により検出された測位精度よりも第２の所定値だけ測位精度が上がる高さまでドローンを上昇させるようにしてもよい。または、上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量となるまでドローンを上昇させるようにしてもよい。

次に、飛行制御部１３は、維持飛行段階に移り、上昇飛行段階で上昇した地点Ｃの高度を保ったまま、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿ってドローンを進行させる。そして、飛行制御部１３は、地点Ｄまでドローンを所定距離あるいは所定時間だけ飛行させた後、下降飛行段階に進む。下降飛行段階において、飛行制御部１３は、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、予定航路３００上の別の地点Ｅに復帰させるようにドローンの飛行を制御する。

以上のように別航路を設定した第２の実施形態によれば、ＧＰＳの測位精度が確実に所定値以上となる地点Ｂまでいったん戻り、そこから所定の高さまで上昇して別航路を飛行するように制御されるので、必要最小限の上昇で済ませることができる。すなわち、第１の実施形態の場合、ＧＰＳの測位精度が所定値より低下した地点からドローンを上昇させるので、渓谷の深さによっては、かなりの高度まで上昇しなければならない可能性もある。この場合、点検したい河川からの距離が遠くなり、細かい部分で十分な撮影や測定ができなくなる可能性がある。第２の実施形態によれば、このような不都合を回避することが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図面に基づいて説明する。図６は、第３の実施形態による飛行制御装置１００’の機能構成例を示す図である。なお、この図６において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図６に示すように、第３の実施形態では、ＧＰＳ受信機２００に加えて磁気センサ２０１および気圧センサ２０２を備えている。また、飛行制御装置１００’は、図１に示した測位部１１、測位精度検出部１２および飛行制御部１３に代えて、測位部１１’、測位精度検出部１２’および飛行制御部１３’を備えている。

第３の実施形態において、測位部１１’は、ＧＰＳ受信機２００、磁気センサ２０１および気圧センサ２０２を用いてドローンの位置、方位、高度をそれぞれ測位する。飛行制御部１３’は、測位部１１’により測位された位置、方位および高度に従ってドローンの飛行を制御する。なお、気圧センサ２０２は設けず、第１の実施形態と同様にＧＰＳ受信機２００によってドローンの位置および高度を測位するようにしてもよい。

磁気センサ２０１については、一部地形によっては、鉱脈等の影響により測位精度が所定値より低下する場合がある。そこで、測位精度検出部１２’は、ＧＰＳ受信機２００の測位精度に加え、磁気センサ２０１の測位精度を更に検出する。そして、飛行制御部１３’は、測位精度検出部１２’により検出された磁気センサ２０１の測位精度が所定値より低下したときも、図７のようにドローンを上昇させて、予定航路とは異なる別航路でドローンを飛行させるように制御する。

なお、上記第１〜第３の実施形態では、上昇飛行段階においてドローンを所定の高さまで上昇させた後、維持飛行段階においてその高度を維持したまま所定距離または所定時間ドローンを飛行させるようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上昇飛行段階と下降飛行段階との間の維持飛行段階を省き、ドローンを所定の高さまで上昇させた直後から高度を徐々に下げるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３の実施形態において、ドローンが予定航路を外れて上昇した後、徐々に高度を下げていく際に、測位精度が所定値より低下したことが再び検出された場合は、その地点からドローンを再び上昇させて、同様の飛行制御を再度行うようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態において、上昇飛行段階、維持飛行段階および下降飛行段階のそれぞれに関するドローンの飛行制御を説明したが、本発明はこれに限定されず、これ以外の飛行制御を適用することも可能である。以下に、各段階の飛行制御の変形例について詳しく説明する。

まず、上昇飛行段階の飛行制御の変形例を説明する。上記第１および第２の実施形態では、測位精度が所定値より低下したことが検出された場合に、その地点の緯度・経度は変えずに高度のみを変えてドローンを上昇させる例について説明したが、予定航路の緯度・経度に沿ってドローンを進行させながら上昇させるようにしてもよい。

例えば、第１の実施形態に対する変形例として、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとき、その地点から、予定航路の水平方向の軌道は変えずに予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を上げるようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。また、第２の実施形態に対する変形例として、飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとき、その地点から予定航路上でドローンを退行させた後、当該退行した地点から、予定航路の水平方向の軌道は変えずに予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を上げるようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。

より具体的には、飛行制御部１３は、予定航路の水平方向の軌道は変えずに予定航路に沿って進行させながら、単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり一定の割合で徐々に高度を上げるようにドローンの飛行を制御する。図８は、このような飛行制御を行う場合における別航路３０１を説明するための図である。図８に示したウェイポイント(1)〜(10)は、図３に示したものと同じである。

図８において、ドローンが予定航路３００に従って飛行中に、ウェイポイント(1)とウェイポイント(2)との間の地点Ａにおいて、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したものとする。この場合、飛行制御部１３は、地点Ａからの上昇飛行段階において、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿って進行させながら、単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり一定の割合で徐々に高度を上げて、ドローンを予定航路３００よりも上方に上昇させる。

このとき、飛行制御部１３は、例えば、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値以上となる地点Ｂまでドローンを上昇させる。なお、上昇飛行段階の飛行を開始してから測位精度検出部１２により検出される測位精度が第２の所定値だけ上がるまで、飛行高度が所定の高さとなるまで、または、上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量となるまでの何れかの態様で、ドローンを上昇させるようにしてもよい。

図８の例において、維持飛行段階および下降飛行段階の飛行制御については図３と同様なので、ここでは重複する説明を割愛する。なお、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したときに、図３のようにその地点から緯度・経度を変えずに垂直に上昇したり、図５のようにいったん後退してから垂直に上昇したりすると、飛行所要時間の増加により、ドローンの到達可能距離が短くなってしまう。

これに対し、図８のように、上昇飛行段階において前進しながら徐々に高度を上げていくことにより、飛行所要時間の増加を最小限に抑えることができる。また、上昇飛行段階、維持飛行段階および下降飛行段階のそれぞれにおいて、一定の割合で高度を増減させたり高度を維持したりして直線的に飛行することにより、バッテリの消費を低く抑えることができる。この図８に示すような別経路３０１は、例えば物品を運搬する場合など、移動が主目的である場合に有効である。

上昇飛行段階における飛行制御の別の例として、飛行制御部１３は、予定航路の水平方向の軌道は変えずに予定航路に沿って進行させながら、予定航路のウェイポイント毎の高度変化割合に対して一定の割増割合ずつ徐々に高度を上げるようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。図９は、このような飛行制御を行う場合における別航路３０１を説明するための図である。図９に示したウェイポイント(1)〜(10)は、図３に示したものと同じである。

図９において、ドローンが予定航路３００に従って飛行中に、ウェイポイント(1)とウェイポイント(2)との間の地点Ａにおいて、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したものとする。この場合、飛行制御部１３は、まず、地点Ａから次のウェイポイント(2)までの高度変化の割合（図９において地点Ａとウェイポイント(2)とを結ぶ直線の傾斜角に相当）に対して、一定の割増を持たせた割合でドローンを徐々に上昇させる。

地点(2)’は、ウェイポイント(2)と同じ緯度・経度まで、地点Ａから予定航路３００に沿って一定の割増割合でドローンの高度を徐々に上げた後の地点を示している。地点Ａと地点(2)’とを結ぶ直線の傾斜角が、上述した割増割合に相当する。飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したときに、この地点(2)’を追加ウェイポイント(2)’として設定し、当該追加ウェイポイント(2)’に向かうようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。

次いで、飛行制御部１３は、予定航路３００におけるウェイポイント(2)から次のウェイポイント(3)までの高度変化の割合に対して、一定の割増を持たせた割合でドローンを徐々に上昇させる。なお、図９において、ウェイポイント(2)から次のウェイポイント(3)までの間は、高度が徐々に下がっている。つまり、高度変化の割合はマイナスの値になっている。この場合、飛行制御部１３は、例えば、高度変化の割合の絶対値をとり、当該絶対値に対して一定の割増を持たせた割合でドローンを徐々に上昇させるようにする。

地点(3)’は、ウェイポイント(3)と同じ緯度・経度まで、追加ウェイポイント(2)’から予定航路３００に沿って一定の割増割合でドローンの高度を徐々に上げた後の地点を示している。飛行制御部１３は、測位精度検出部１２により検出された測位精度が所定値より低下したとき、または、ドローンが追加ウェイポイント(2)’に到達したときに、地点(3)’を追加ウェイポイント(3)’として設定し、当該追加ウェイポイント(3)’に向かうようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。

以下同様に、飛行制御部１３は、予定航路３００におけるウェイポイント(3)から次のウェイポイント(4)までの高度変化の割合に対して一定の割増を持たせた割合で、追加設定したウェイポイント(3)’から同じく追加設定したウェイポイント(4)’までドローンを徐々に上昇させる。図９の例において、地点Ａから追加ウェイポイント(4)’の地点Ｂ’までが、上昇飛行段階の飛行制御に相当する。

なお、上昇飛行段階を終了する追加ウェイポイント(4)’は、例えば、測位精度検出部１２により検出される測位精度が所定値以上となる地点とすることが可能である。この地点は、地点Ａ以降にある複数のウェイポイントに対応する高度上昇地点（予定航路３００上のウェイポイントと同じ緯度・経度で、高度がそのウェイポイントよりも上昇している地点）のうち、測位精度検出部１２により検出される測位精度が最初に所定値以上となった地点である。あるいは、上昇飛行段階の飛行を開始してから測位精度検出部１２により検出される測位精度が第２の所定値以上上がった地点で上昇飛行段階を終了するようにしてもよい。これらの場合は、１つのウェイポイントを追加設定し、その追加設定したウェイポイントにドローンが到達する都度、測位精度が上述の条件を満たすか否かを判定し、満たさない場合に次のウェイポイントを追加設定するという動作を繰り返す。

また、上昇飛行段階を終了する追加ウェイポイント(4)’は、地点Ａ以降にある複数のウェイポイントに対応する高度上昇地点のうち、ドローンの飛行高度が所定の高さ以上となった地点、あるいは、地点Ａにおいて上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量以上となった地点とするようにしてもよい。これらの場合は、地点Ａにおいて、ドローンの飛行高度が上述の条件を満たす地点まで１以上のウェイポイントをあらかじめ追加設定しておくことが可能である。

次に、維持飛行段階の飛行制御の変形例を説明する。上記第１および第２の実施形態では、飛行制御部１３は、維持飛行段階において、上昇飛行段階における上昇後の飛行高度を維持したまま予定航路に沿って進行させるようにした。これに対し、上昇飛行段階の飛行が終了した地点における予定航路との高度差を維持したまま、予定航路の水平方向の軌道は変えずに予定航路に沿って進行させるようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。

図９の例において、追加ウェイポイント(4)’の地点Ｂ’から追加ウェイポイント(6)’の地点Ｃ’までが維持飛行段階の飛行区間を示している。すなわち、図９の例において、飛行制御部１３は、上昇飛行段階の飛行が終了した地点Ｂ’である追加ウェイポイント(4)’と、それに対応する予定航路３００のウェイポイント(4)との高度差を維持したまま、予定航路３００に沿って追加ウェイポイント(6)’まで進行させるようにドローンの飛行を制御している。維持飛行段階の飛行区間は、例えば、ウェイポイントの所定個数分とすることが可能である。

最後に、下降飛行段階の飛行制御の変形例を説明する。上記第１および第２の実施形態では、飛行制御部１３は、下降飛行段階において、予定航路に沿って進行させながら、単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり一定の割合で徐々に高度を下げるようにしたが、予定航路のウェイポイント毎の高度変化割合に対して一定の割増割合ずつ徐々に高度を下げるようにしてもよい。

図９の例において、追加ウェイポイント(6)’の地点Ｃ’からウェイポイント(10)の地点Ｄまでの区間が下降飛行段階の飛行区間を示している。すなわち、図９の例において、飛行制御部１３は、維持飛行段階の飛行が終了した地点Ｃ’である追加ウェイポイント(6)’から予定航路３００に沿って進行させながら、追加ウェイポイント(9)’まで、予定航路３００のウェイポイント毎の高度変化割合（絶対値）に対して一定の割増割合ずつ徐々に高度を下げていく。最後の追加ウェイポイント(9)’から予定航路３００上のウェイポイント(10)までの区間は、別航路３０１と予定航路３００との接続区間となっている。

図９に示した別航路３０１は、比較的複雑な予定航路３００に沿って、空撮目的でドローンを飛行させる場合に有効である。元の予定航路３００のルート形状と近い形状を維持しながら、元の予定航路３００よりも上方へ高度を上げて飛行することができるからである。ここで、比較的複雑な予定航路３００とは、隣り合うウェイポイントの間隔が比較的短く、多くのウェイポイントが存在する航路である。例えば、山間部の道路の様子をドローンに搭載したカメラで上空から撮影する場合、道路の真上を道路との距離を一定に保ちながらドローンを飛行させるため、ウェイポイントの数は多くなる。このような場合に、図９に示した別航路３０１でドローンを飛行させれば、測位精度が落ちたときにドローンの高度が突然上がったことが分かりにくく、違和感のない映像を撮影することができる。

なお、上述した上昇飛行段階における各パターンの飛行制御（図３に示す垂直上昇パターン、図８に示す線形的上昇パターン、図９に示す元経路依存上昇パターン）と、維持飛行段階における各パターンの飛行制御（図３および図８に示す高度維持パターン、図９に示す高度差維持パターン）と、下降飛行段階における各パターンの飛行制御（図３および図８に示す線形的下降パターン、図９に示す元経路依存下降パターン）とを任意に組み合わせて適用することが可能である。また、これらの任意の組み合わせは、図５に示した退行飛行段階の後の上昇飛行段階、維持飛行段階および下降飛行段階にも適用することが可能である。

図１０は、上昇飛行段階における線形的上昇パターンと、維持飛行段階における高度差維持パターンと、下降飛行段階における線形的下降パターンとを組み合わせて適用した別航路３０１を示す図である。この図１０に示す別航路３０１は、例えば、山間部の河川の様子をドローンに搭載したカメラで上空から撮影する場合など、空撮目的でドローンを飛行させる場合であるが、隣り合うウェイポイントの間隔が比較的空いている場合に有効である。

また、図３、図５および図８に示す別航路３０１において、予定航路３００の水平方向の軌道は変えずに予定航路３００に沿ってドローンを進行させる際に、各ウェイポイント(2)〜(9)に対応する高度上昇地点を追加ウェイポイントに設定し、当該追加ウェイポイントに向かうようにドローンの飛行を制御するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３の実施形態では、予定航路の終点において、ＧＰＳ受信機２００または磁気センサ２０１の測位精度が所定値より低下したことが検出された場合、ドローンが上昇してしまい、終点に着地することができなくなってしまう。そこで、測位精度が所定値より低下したことが検出された場合、その地点が予定航路の終点か否かを更に判定するようにし、終点の場合には予定航路の通りにドローンを飛行させる（着地させる）ようにしてもよい。

あるいは、測位精度の低下を検出した地点が予定航路の終点から所定の距離範囲内か否かを判定し、所定の距離範囲内の場合は、その地点でドローンを停止飛行するように制御するとともに、自律飛行から手動飛行にモードを切り替えるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３の実施形態において、ドローンがカメラを搭載して撮影を行いながら飛行する場合、ドローンが予定航路を外れて上昇する高度に応じて、カメラのズーミングを制御するようにしてもよい。すなわち、ドローンが上昇する際には徐々にズームインを行い、ドローンが下降する際には徐々にズームアウトを行うようにする。

その他、上記第１〜第３の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１１，１１’ 測位部
１２，１２’ 測位精度検出部
１３，１３’ 飛行制御部
１４ 予定航路記憶部
１００，１００’ 飛行制御装置
２００ ＧＰＳ受信機
２０１ 磁気センサ
２０２ 気圧センサ

Claims (25)

1. 無人航空機の位置および高度を測位する測位部と、
   上記測位部により測位された位置および高度に基づいて、複数のウェイポイントを用いてあらかじめ設定された予定航路に従って上記無人航空機の飛行を制御する飛行制御部と、
   上記測位部による測位精度を検出する測位精度検出部とを備え、
   上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が所定値より低下したとき、上記予定航路とは異なる航路で上記無人航空機を飛行させるように制御することを特徴とする無人航空機の飛行制御装置。
2. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下したとき、その地点から上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
3. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下したとき、その地点の緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、上記無人航空機を上昇させるように上記無人航空機の上昇飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項２に記載の無人航空機の飛行制御装置。
4. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下したとき、その地点から、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を上げるように上記無人航空機の上昇飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項２に記載の無人航空機の飛行制御装置。
5. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら、単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり一定の割合で徐々に高度を上げるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
6. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら、上記予定航路のウェイポイント毎の高度変化割合に対して一定の割増割合ずつ徐々に高度を上げるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
7. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値以上となるまで、上記上昇飛行段階の飛行を開始してから上記測位精度検出部により検出される測位精度が第２の所定値以上上がるまで、飛行高度が所定の高さ以上となるまで、または、上記上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量以上となるまで、上記無人航空機を上昇させることを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の無人航空機の飛行制御装置。
8. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、上昇後の飛行高度を維持したまま、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させるように上記無人航空機の維持飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
9. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、その地点における上記予定航路との高度差を維持したまま、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させるように上記無人航空機の維持飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
10. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の下降飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
11. 上記飛行制御部は、上記維持飛行段階において上記無人航空機を飛行させた後、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の下降飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項８または９に記載の無人航空機の飛行制御装置。
12. 上記飛行制御部は、上記下降飛行段階において、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら、単位時間当たりまたは単位飛行距離当たり一定の割合で徐々に高度を下げるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項１０または１１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
13. 上記飛行制御部は、上記下降飛行段階において、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら、上記予定航路のウェイポイント毎の高度変化割合に対して一定の割増割合ずつ徐々に高度を下げるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項１０または１１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
14. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下したとき、その地点から上記予定航路上で上記無人航空機を退行させた後、退行した地点から上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させ、その後さらに上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の飛行を制御することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
15. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下した地点から上記予定航路上で所定距離または所定時間だけ上記無人航空機を退行させることを特徴とする請求項１４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
16. 上記飛行制御部は、上記測位精度検出部により検出された測位精度が上記所定値より低下した地点から上記予定航路上の１つ前のウェイポイントまで上記無人航空機を退行させることを特徴とする請求項１４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
17. 上記飛行制御部は、上記退行した地点から、その地点の緯度・経度は変えずに高度のみを変えて、上記無人航空機を上昇させるように上記無人航空機の上昇飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項１４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
18. 上記飛行制御部は、上記退行した地点から、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を上げるように上記無人航空機の上昇飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項１４に記載の無人航空機の飛行制御装置。
19. 上記飛行制御部は、飛行高度が所定の高さ以上となるまで、上記上昇飛行段階の飛行を開始してからの飛行高度の上昇量が所定量以上となるまで、または、上記退行した地点において上記測位精度検出部により検出された測位精度よりも第２の所定値以上測位精度が上がる高さまで上記無人航空機を上昇させることを特徴とする請求項１４〜１８の何れか１項に記載の無人航空機の飛行制御装置。
20. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、上昇後の飛行高度を維持したまま、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させるように上記無人航空機の維持飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項１７または１８に記載の無人航空機の飛行制御装置。
21. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、その地点における上記予定航路との高度差を維持したまま、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させるように上記無人航空機の維持飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項１７または１８に記載の無人航空機の飛行制御装置。
22. 上記飛行制御部は、上記上昇飛行段階において上記無人航空機を上記予定航路よりも上方に上昇させた後、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の下降飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項１７または１８に記載の無人航空機の飛行制御装置。
23. 上記飛行制御部は、上記維持飛行段階において上記無人航空機を飛行させた後、上記予定航路の水平方向の軌道は変えずに上記予定航路に沿って進行させながら徐々に高度を下げ、上記予定航路上の別の地点に復帰させるように上記無人航空機の下降飛行段階の飛行を制御することを特徴とする請求項２０または２１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
24. 上記測位部は、上記無人航空機の方位を更に測位し、
    上記測位精度検出部は、上記測位部による上記位置の測位精度および上記方位の測位精度を検出し、
    上記飛行制御部は、上記測位部により測位された位置、方位および高度に基づいて、上記予定航路に従って上記無人航空機の飛行を制御し、上記測位精度検出部により検出された上記位置の測位精度または上記方位の測位精度が所定値より低下したとき、上記予定航路とは異なる航路で上記無人航空機を飛行させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機の飛行制御装置。
25. 無人航空機が備える飛行制御装置によって上記無人航空機の飛行を制御する方法であって、
    上記飛行制御装置の測位部が、上記飛行制御装置の位置および高度を測位する第１のステップと、
    上記飛行制御装置の飛行制御部が、上記測位部により測位された位置および高度に基づいて、あらかじめ設定された予定航路に従って上記無人航空機の飛行を制御する第２のステップと、
    上記飛行制御装置の測位精度検出部が、上記飛行制御部の制御による上記無人航空機の飛行中に、上記測位部による測位精度を検出する第３のステップと、
    上記飛行制御装置の上記飛行制御部が、上記測位精度検出部により検出された測位精度が所定値より低下したと判定したとき、上記予定航路とは異なる航路で上記無人航空機を飛行させるように制御する第４のステップとを有することを特徴とする無人航空機の飛行制御方法。