JP2018169094A - 巡回経路設定装置、巡回経路設定方法及び巡回経路設定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】捕捉対象の存在確率分布の生成とその利用とを両立させ、効率的な巡回を実現させる。【解決手段】航空機１は、所定の巡回領域ＰＡ内を巡回して船舶Ｗを捉えるものであり、当該航空機１周辺における船舶Ｗの存否情報を取得する探知センサ１３と、制御部１８とを備える。制御部１８は、巡回領域ＰＡの地図データ１６１を水平面内で複数のセルＣに分割し、各セルＣに対して当該セルＣにおける船舶Ｗの存在確率の確率分布を設定し、複数のセルＣの確率分布に基づいて、当該複数のセルＣのうち、乱数に対応する存在確率が最大となるセルＣを目的地に設定し、航空機１の現在地から目的地までの移動経路を設定し、この移動経路に沿って航空機１が移動しているときに探知センサ１３が取得した船舶Ｗの存否情報に基づいて、船舶Ｗの存在確率の確率分布を更新する。【選択図】図５

Description

本発明は、所定の巡回領域内で移動体を巡回させる技術に関し、特に、特定の捕捉対象を捉えるうえで効率的な巡回を行うのに有用な技術である。

従来、特定の捕捉対象を捉える目的で航空機などの移動体を巡回させる場合、その巡回領域全体を網羅的に巡回させる手法が一般的であった。そのため、捕捉対象の出現頻度が低く、巡回の必要性が低い区域にも移動体を巡回させており、効率的な巡回を行えていなかった。

そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、監視対象範囲をメッシュ状に区画して、レーダーなどのセンサが取得した情報に基づいて、各メッシュに目標物（捕捉対象）が存在するか否かの情報を反映させ、随時更新させている。
この技術を利用すれば、巡回領域における捕捉対象の出現頻度分布を把握し、より効率的な巡回を行うことができる。

特開２０１３−８０３９６号公報

しかしながら、例えば捕捉対象を探知するセンサが画像センサであったり巡回領域が広大であったりした場合、その区域の付近まで移動しなければ当該区域における捕捉対象の存在を確認することができない。
このような場合には、上記特許文献１に記載のような捕捉対象の出現頻度（存在確率）分布を、好適に生成し、かつ利用することが困難になる。

すなわち、効率的な巡回を行うためには、高精度な存在確率分布を利用し、捕捉対象の存在確率が高い地点を重点的に巡回することが求められる。他方、高精度な存在確率分布を生成するためには、その存在確率の高低に関わらず巡回領域全体を巡回する必要がある。
つまり、存在確率分布の生成と利用とは、従来のように単純にこれを行おうとしたのでは、互いに相反してしまい、効率的な巡回を実現させることができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、捕捉対象の存在確率分布の生成とその利用とを両立させ、効率的な巡回を実現させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の第１の発明は、所定の巡回領域内を巡回して捕捉対象を捉える移動体の移動経路を設定する巡回経路設定装置であって、
前記巡回領域を含む地図情報を水平面内で複数のセルに分割するセル分割手段と、
前記複数のセルの各々に対し、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率の確率分布を設定する確率分布設定手段と、
乱数を生成する乱数生成手段と、
前記複数のセルに設定された前記確率分布に基づいて、当該複数のセルのうち、前記乱数生成手段に生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを目的地に設定する目的地設定手段と、
前記移動体の現在地から前記目的地までの移動経路を設定する経路設定手段と、
前記移動体に搭載され、当該移動体周辺における前記捕捉対象の存否情報を取得する情報取得手段と、
前記経路設定手段により設定された移動経路に沿って前記移動体が移動しているときに前記情報取得手段が取得した前記捕捉対象の存否情報に基づいて、前記セルに設定された前記捕捉対象の存在確率の確率分布を更新する確率分布更新手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記確率分布設定手段は、前記複数のセルの各々に対し、前記確率分布として、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率を確率変数とする確率密度関数を設定し、
前記目的地設定手段は、前記複数のセルのうち、当該セルの確率密度関数を積分した累積分布関数の逆関数において、前記乱数生成手段に生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを、目的地に設定することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、
前記目的地設定手段による、前記捕捉対象の存在確率の確率分布に基づく前記目的地の設定と、
前記経路設定手段による当該目的地までの移動経路の設定と、
当該移動経路に沿った前記移動体の移動中における、前記情報取得手段による前記捕捉対象の存否情報の取得と、
前記確率分布更新手段による、当該取得された前記捕捉対象の存否情報に基づく前記捕捉対象の存在確率の確率分布の更新と、
をこの順に繰り返すことを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明〜第３の発明のいずれか一の発明において、
前記経路設定手段は、
前記移動体の現在地を始点とする単位時間当たりの複数の単位時間経路を設定する単位経路設定手段と、
前記複数の単位時間経路の各々について、巡回経路としての適性に関する評価値を算出する評価値算出手段と、
前記複数の単位時間経路のうち、前記評価値が最も高い一の単位時間経路を選択し、当該一の単位時間経路の先端に前記現在地を移動させる経路選択手段と、
を有し、
前記単位経路設定手段による前記複数の単位時間経路の設定と、前記評価値算出手段による前記評価値の算出と、前記経路選択手段による前記一の単位時間経路の選択及び前記現在地の移動とを、当該現在地が前記目的地に到達するまでこの順に繰り返すことを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、
前記単位経路設定手段は、前記移動体の移動性能に基づいて前記複数の単位時間経路を設定することを特徴とする。

第６の発明は、第４の発明又は第５の発明において、
前記評価値算出手段は、前記複数の単位時間経路の各々について、当該単位時間経路の先端の地点での前記捕捉対象の存在確率と、当該単位時間経路の先端の地点から前記目的地までの残距離と、当該単位時間経路を移動したときの前記移動体の燃料消費量とに基づいて、前記評価値を算出することを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明〜第６の発明のいずれか一の発明において、
前記移動体が航空機であることを特徴とする。

第８の発明及び第９の発明は、第１の発明の巡回経路設定装置と同様の特徴を具備する巡回経路設定方法及び巡回経路設定プログラムである。

第１の発明によれば、捕捉対象の存在確率の確率分布に基づく目的地設定により、捕捉対象の存在確率の高いセルが目的地として選択されやすいものの、その選択パラメータに乱数を用いることで、存在確率の高いセルばかりが選択されてしまう目的地選択の偏りが抑制される。
そして、存在確率の高いセルへの選択の偏りが抑制された目的地への移動によって、より巡回領域全体が巡回されるようになり、その際に取得した捕捉対象の存否情報が存在確率の確率分布に好適に反映される。
これにより、捕捉対象の存在確率分布を好適に利用して存在確率の高い地点が巡回されやすくするとともに、より巡回領域全体が巡回されるようにして、より高精度な存在確率分布を好適に生成することができる。したがって、捕捉対象の存在確率分布の生成とその利用とを好適に両立させて、効率的な巡回を実現させることができる。

第３の発明によれば、目的地の設定と、当該目的地までの移動経路の設定と、当該移動経路に沿った移動体の移動中における捕捉対象の存否情報の取得と、当該取得された捕捉対象の存否情報に基づく存在確率の確率分布の更新とが繰り返される。
これにより、捕捉対象の最新の出現状況を学習させ、当該捕捉対象の存否に関する予測精度を向上させて、好適な目的地及びその移動経路の設定を行うことができる。

第４の発明によれば、複数の単位時間経路のうち巡回経路としての適性に関する評価値の最も高いものが順次選択され、これが連なって目的地までの移動経路が形成されるので、巡回経路としての適性に優れた好適な移動経路を設定することができる。

第５の発明によれば、移動体の移動性能に基づいて複数の単位時間経路が設定されるので、移動体がその移動性能上無理なく移動できる好適な移動経路を設定することができる。

第６の発明によれば、各単位時間経路の評価値が、当該単位時間経路の先端の地点での捕捉対象の存在確率と、当該単位時間経路の先端の地点から目的地までの残距離と、当該単位時間経路を移動したときの移動体の燃料消費量とに基づいて算出される。
これにより、捕捉対象の存在確率、目的地までの残距離及び燃料消費量が考慮された好適な移動経路を設定することができる。

実施形態における航空機による海洋パトロールの概念図である。 実施形態における航空機の機能構成を示すブロック図である。 存在確率マップの一例を示す図である。 実施形態における巡回経路設定処理の流れを示すフローチャートである。 図４の巡回経路設定処理のうちの目的地設定処理の流れを示すフローチャートである。 存在確率マップの各セルに設定される確率密度関数の例を示す図である。 図６（ａ），（ｂ）の確率密度関数を積分した累積分布関数を示す図である。 図４の巡回経路設定処理のうちの移動経路設定処理の流れを示すフローチャートである。 移動経路設定処理における単位時間当たりの経路を示す図である。 移動経路設定処理における現在地から目的地までの航空機の移動経路の設定を説明するための図である。

以下、本発明に係る巡回経路設定装置を航空機に適用した場合の実施形態について、図面を参照して説明する。

［構成］
まず、本実施形態における航空機１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、航空機１による海洋パトロールの概念図であり、図２は、航空機１の機能構成を示すブロック図であり、図３は、後述する存在確率マップＭの一例を示す図である。

本実施形態における航空機１は、図１に示すように、巡回領域ＰＡである所定の海上空域をパトロール（巡回飛行）して特定の船舶Ｗを捕捉する任務を担うものである。
具体的には、図２に示すように、航空機１は、当該航空機１を飛行させるための飛行機構１１のほか、探知センサ１３と、位置センサ１４と、記憶部１６と、制御部１８とを備えて構成されている。

このうち、探知センサ１３は、本実施形態においては特に船舶Ｗを探知するためのセンサであり、例えば画像センサやレーダーなどである。この探知センサ１３は、制御部１８からの制御指令に基づいて船舶Ｗを探知し、その存否情報を取得して制御部１８に出力する。

位置センサ１４は、自機（航空機１）の位置情報を取得するセンサであり、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信機や慣性航法装置などである。この位置センサ１４は、制御部１８からの制御指令に基づいて自機の位置情報を取得し、取得した位置情報を制御部１８に出力する。

記憶部１６は、航空機１の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１６は、巡回経路設定プログラム１６０と、地図データ１６１とを予め記憶している。
巡回経路設定プログラム１６０は、後述の巡回経路設定処理を制御部１８に実行させるためのプログラムである。
地図データ１６１は、海や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道，建造物，田畑，緊要地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る。ただし、地図データ１６１は、少なくとも航空機１の巡回領域ＰＡを含むものであればよい。

また、記憶部１６は、存在確率マップＭを記憶する存在確率マップ記憶領域１６２を有している。
存在確率マップＭは、図３に示すように、巡回領域ＰＡにおける船舶Ｗの存在確率分布を表すものであり、巡回領域ＰＡを分割した複数のセルＣの各々に、当該セルＣにおける船舶Ｗの存在確率に関する確率密度関数（確率分布）が設定されたものである。この存在確率マップＭは、後述の巡回経路設定処理において生成及び更新される。
なお、図３では、分かりやすさのために、各セルＣでの船舶Ｗの存在確率として、当該セルの確率分布における期待値を示している。

制御部１８は、図２に示すように、航空機１の各部を中央制御する。具体的に、制御部１８は、飛行機構１１を駆動制御して航空機１の飛行を制御したり、探知センサ１３や位置センサ１４の動作を制御したりする他、記憶部１６に記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行する。

［動作］
続いて、巡回経路設定処理を実行する際の航空機１の動作について説明する。
図４は、巡回経路設定処理の流れを示すフローチャートであり、図５は、巡回経路設定処理のうち後述の目的地設定処理の流れを示すフローチャートであり、図６（ａ），（ｂ）は、存在確率マップＭの各セルＣに設定される確率密度関数ｆ(Ｘ)の例を示す図であり、図７（ａ），（ｂ）は、図６（ａ），（ｂ）の確率密度関数ｆ(Ｘ)を積分した累積分布関数Ｆ(Ｘ)を示す図である。
また、図８は、巡回経路設定処理のうち後述の移動経路設定処理の流れを示すフローチャートであり、図９は、移動経路設定処理における単位時間経路Ｒｕを示す図であり、図１０は、移動経路設定処理における移動経路Ｒの設定を説明するための図である。

巡回経路設定処理は、巡回領域ＰＡ内での航空機１の巡回経路を設定する処理である。この巡回経路設定処理は、当該処理の実行指示が入力されたときに、制御部１８が記憶部１６から巡回経路設定プログラム１６０を読み出して展開することで実行される。
なお、ここでは、航空機１が巡回領域ＰＡ内を飛行中であるものとする。

図４に示すように、巡回経路設定処理が実行されると、まず制御部１８は、巡回領域ＰＡ内における目的地を設定する（ステップＳ１）。ここで、「目的地」とは、その設定時点における航空機１の飛行目的地であって、パトロールにおける最終目的地を含む経由地点である。

この目的地設定処理では、トンプソンサンプリングを用いた確率的判定手法により、効率的なパトロールを行えるように目的地が設定される。
効率的なパトロールを行うためには、高精度な存在確率マップＭを利用し、船舶Ｗの存在確率が高い地点を重点的に巡回することが求められる。他方、高精度な存在確率マップＭを生成するためには、その存在確率の高低に関わらず巡回領域ＰＡ全体を巡回する必要がある。
そこで、本実施形態では、この相反する存在確率マップＭの利用と生成とを、乱数と確率分布を用いたトンプソンサンプリングによって目的地を設定することで両立させ、効率的なパトロールを実現している。

具体的に、この目的地設定処理では、図５に示すように、まず制御部１８は、巡回領域ＰＡを含む地図データ１６１を、水平面内で格子状の複数のセルＣに分割する（ステップＳ１１）。本実施形態では、特に限定はされないが、南北及び東西に沿った各分割線によって区画された正方格子状の複数のセルＣが生成される。

次に、制御部１８は、複数のセルＣの各々に、当該セルＣの地点における船舶Ｗの存在確率に関する確率密度関数（確率分布）ｆ(Ｘ)を対応付けて、存在確率マップＭを生成する（ステップＳ１２）。そして、制御部１８は、生成した存在確率マップＭを記憶部１６の存在確率マップ記憶領域１６２に記憶させる。
ここで、確率密度関数ｆ(Ｘ)は、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すように、船舶Ｗの存在確率Ｘを確率変数（連続確率変数）としてその確率密度（存在確率Ｘがその値となる確からしさ）を記述する関数である。

次に、制御部１８は、存在確率マップＭの各セルＣについて、確率密度関数ｆ(Ｘ)を積分した累積分布関数Ｆ(Ｘ)を算出する（ステップＳ１３）。

次に、制御部１８は、各セルＣの累積分布関数Ｆ(Ｘ)に基づいて、巡回領域ＰＡの全セルＣのうち、所定の乱数に対応する存在確率Ｘが最大となるセルＣを、目的地として設定する（ステップＳ１４）。
具体的に、制御部１８は、まず乱数（疑似乱数を含む）を生成する。それから、制御部１８は、存在確率マップＭの各セルＣについて、当該セルＣの累積分布関数Ｆ(Ｘ)の逆関数において、累積（累積分布関数Ｆ(Ｘ)）がこの乱数値となる存在確率Ｘを算出する。そして、制御部１８は、全セルＣのうち、算出した存在確率Ｘが最大となるセルＣを、目的地として設定する。
例えば図７に示すように、（ａ），（ｂ）の２つの累積分布関数Ｆ(Ｘ)を有する２つのセルＣがある場合、乱数値１に対しては、これに対応する存在確率Ｘが最大となる（ａ）のセルＣが目的地とされる。一方、乱数値２に対しては、これに対応する存在確率Ｘが最大となる（ｂ）のセルＣが目的地とされる。

このように、巡回領域ＰＡにおける船舶Ｗの存在確率分布を表す存在確率マップＭを利用して目的地を設定することにより、船舶Ｗの存在確率Ｘの高いセルＣが当該目的地として選択されやすい。しかし、その選択パラメータに乱数を用いることで、存在確率Ｘの高いセルＣばかりが選択されてしまう目的地選択の偏りが抑制される。

目的地（のセルＣ）が設定されると、制御部１８は、図４に示すように、この目的地Ｐｄ（図１０参照）までの移動経路を設定する（ステップＳ２）。
この移動経路設定処理では、航空機１の機体性能や船舶Ｗの存在確率Ｘを考慮した経路探索が行われる。

具体的には、図８に示すように、まず制御部１８は、航空機１の機体性能に基づいて、水平面内における単位時間当たりの経路（以下、「単位時間経路」という。）Ｒｕを複数設定する（ステップＳ２１）。
本実施形態では、図９に示すように、単位時間経路Ｒｕとして、左右各６０ｄｅｇ旋回飛行、左右各３０ｄｅｇ旋回飛行、直線飛行を、自機位置Ｐから各々１分間行ったときの５つの経路が設定される。ここで、「自機位置Ｐ」とは、移動経路設定処理上での航空機１の位置であり、当該処理の最初の時点では現在地Ｐｃである（図１０参照）。
なお、単位時間経路Ｒｕにおける旋回飛行のバンク角や時間などの数値は、航空機１の機体性能（機体規模や運動特性等）に基づいて適宜設定される。また、このステップで設定する単位時間経路Ｒｕの数量は特に限定されない。

次に、制御部１８は、単位時間経路Ｒｕの各々について、巡回経路としての適性に関する評価値を算出する（ステップＳ２２）。
具体的に、この評価値は、各単位時間経路Ｒｕにおける、移動先（当該単位時間経路Ｒｕの先端）のセルＣでの船舶の存在確率（期待値）と、移動先の地点から目的地Ｐｄまでの残距離と、航空機１の燃料消費量とを、適宜重み付けして合算した値である。移動先のセルＣの存在確率は高いほど、残距離及び燃料消費量はそれぞれ少ないほど、評価値が高くなる。
なお、この評価値には、少なくとも上述の３項目（船舶Ｗの存在確率、残距離、燃料消費量）が含まれていればよく、例えばさらに、移動先の地点における外囲環境（天候や他機の存在等）の定量化値などを含めてもよい。

次に、制御部１８は、複数の単位時間経路Ｒｕのうち最も評価値が高いものを選択し、当該選択した単位時間経路Ｒｕの先端の地点に自機位置Ｐを移動させる（ステップＳ２３）。

次に、制御部１８は、直前のステップＳ２３での移動によって自機位置Ｐが目的地Ｐｄに到達したか否かを判定し（ステップＳ２４）、到達したと判定した場合には（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、移動経路設定処理を終了させる。
一方、このステップＳ２４において、自機位置Ｐが目的地Ｐｄに到達していないと判定した場合には（ステップＳ２４；Ｎｏ）、制御部１８は、上述のステップＳ２１へ処理を移行する。そして、ステップＳ２４で自機位置Ｐが目的地Ｐｄに到達したと判定されるまで、ステップＳ２１〜Ｓ２３が繰り返される。
こうして、図１０に示すように、現在地Ｐｃから目的地Ｐｄまでの航空機１の移動経路Ｒが、各自機位置Ｐにおける最も評価値の高い単位時間経路Ｒｕを連ねたものとして探索・設定される。

このように、航空機１の機体性能に基づく複数の単位時間経路Ｒｕの設定と、そのうち巡回経路としての適性に関する評価値が最も高いものの選択とを順次繰り返すことにより、航空機１の機体性能上無理がなく、かつ、船舶Ｗの存在確率Ｘや飛行距離といった巡回経路としての適性に優れた移動経路Ｒが設定される。

目的地Ｐｄまでの移動経路Ｒが設定されると、制御部１８は、図４に示すように、設定された移動経路Ｒに沿って、目的地Ｐｄに向けた航空機１の飛行を開始させる（ステップＳ３）。
このとき、制御部１８は、移動経路Ｒに沿った飛行中において、探知センサ１３による船舶Ｗの探知を随時行い、その探知結果（船舶Ｗの存否情報）を記憶部１６に記憶させておく（ステップＳ４）。

そして、目的地Ｐｄに到達した後（ステップＳ５）、制御部１８は、記憶部１６に記憶された船舶Ｗの存否情報に基づいて存在確率マップＭを更新する（ステップＳ６）。具体的に、制御部１８は、存在確率マップ記憶領域１６２に記憶されている存在確率マップＭのうち、移動経路Ｒ中の各セルＣの確率密度関数ｆ(Ｘ)を、当該移動経路Ｒにおける船舶Ｗの存否情報に基づいて更新する。
こうして、更新された確率密度関数ｆ(Ｘ)は分散が減って期待値をとる確度が高まり（図６（ａ），（ｂ）参照）、存在確率マップＭの精度が向上する。

このように、移動中に取得した船舶Ｗの存否情報に基づいて存在確率マップＭを更新させることにより、船舶Ｗの最新の出現状況を学習させ、船舶Ｗの存否に関する予測精度を向上させることができる。

次に、制御部１８は、巡回経路設定処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ７）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ７；Ｎｏ）、制御部１８は、上述のステップＳ１へ処理を移行し、次の目的地Ｐｄの設定を行う。
こうして、目的地Ｐｄ及びそこまでの移動経路Ｒの設定と、当該移動経路Ｒに沿った飛行と、この飛行中における船舶Ｗの存否情報の取得と、当該取得された存否情報に基づく存在確率マップＭの更新とが、順次繰り返される。
一方、ステップＳ７において、例えば所定の巡回時間が経過するなどして巡回経路設定処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、制御部１８は、巡回経路設定処理を終了させる。

［効果］
以上のように、本実施形態によれば、船舶Ｗの存在確率Ｘの確率分布に基づく目的地設定により、船舶Ｗの存在確率Ｘの高いセルＣが目的地Ｐｄとして選択されやすいものの、その選択パラメータに乱数を用いることで、存在確率Ｘの高いセルＣばかりが選択されてしまう目的地Ｐｄ選択の偏りが抑制される。
そして、存在確率Ｘの高いセルＣへの選択の偏りが抑制された目的地Ｐｄへの移動によって、より巡回領域ＰＡ全体が巡回されるようになり、その際に取得した船舶Ｗの存否情報が存在確率Ｘの確率分布（確率密度関数ｆ(Ｘ)）に好適に反映される。
これにより、船舶Ｗの存在確率マップＭを好適に利用して存在確率Ｘの高い地点が巡回されやすくするとともに、より巡回領域ＰＡ全体が巡回されるようにして、より高精度な存在確率マップＭを好適に生成することができる。したがって、船舶Ｗの存在確率マップＭの生成とその利用とを好適に両立させて、効率的な巡回を実現させることができる。

また、目的地Ｐｄの設定と、当該目的地Ｐｄまでの移動経路Ｒの設定と、当該移動経路Ｒに沿った航空機１の移動中における船舶Ｗの存否情報の取得と、当該取得された船舶Ｗの存否情報に基づく存在確率Ｘの確率分布（確率密度関数ｆ(Ｘ)）の更新とが繰り返される。
これにより、船舶Ｗの最新の出現状況を学習させ、当該船舶Ｗの存否に関する予測精度を向上させて、好適な目的地Ｐｄ及びその移動経路Ｒの設定を行うことができる。

また、複数の単位時間経路Ｒｕのうち巡回経路としての適性に関する評価値の最も高いものが順次選択され、これが連なって目的地Ｐｄまでの移動経路Ｒが形成されるので、巡回経路としての適性に優れた好適な移動経路Ｒを設定することができる。

また、航空機１の機体性能に基づいて複数の単位時間経路Ｒｕが設定されるので、航空機１がその機体性能上無理なく移動できる好適な移動経路Ｒを設定することができる。

また、各単位時間経路Ｒｕの評価値が、当該単位時間経路Ｒｕの先端のセルＣでの船舶Ｗの存在確率Ｘと、当該単位時間経路Ｒｕの先端の地点から目的地Ｐｄまでの残距離と、当該単位時間経路Ｒｕを移動したときの航空機１の燃料消費量とに基づいて算出される。
これにより、船舶Ｗの存在確率Ｘ、目的地Ｐｄまでの残距離及び燃料消費量が考慮された好適な移動経路Ｒを設定することができる。

［変形例］
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。

例えば、上記実施形態では、航空機１が目的地Ｐｄ及び移動経路Ｒの設定を行ってから飛行を開始し、目的地Ｐｄに到着した後に存在確率マップＭの更新と次の目的地Ｐｄ及びその移動経路Ｒの設定を行うこととした。しかし、目的地Ｐｄまでの飛行中に、存在確率マップＭの更新と次の目的地Ｐｄ及び移動経路Ｒの設定を随時行うこととしてもよい。さらに、飛行中に存在確率マップＭの更新を随時行うこととし、このマップ更新に伴って、そのときに向かっている目的地Ｐｄを変更可能にしてもよい。

また、上記実施形態では、トンプソンサンプリングを用いた確率的判定手法により目的地を設定することとした。しかし、この目的地設定では、捕捉対象の確率分布と乱数とを用いた確率的判定手法によって、目的地選択の偏りが抑制されればよく、その確率的判定手法はトンプソンサンプリングに限定されない。

また、上記実施形態では、本発明に係る巡回経路設定装置を航空機１に適用した場合について説明した。しかし、本発明を適用可能な移動体は、所定の巡回領域内を巡回するものであれば航空機でなくともよく、例えば車両や船舶であってもよいし、室内のゴミを探知して掃除するお掃除ロボットなどであってもよい。

また、本発明に係る巡回経路設定装置は、移動体に搭載されたものに限定されず、例えば移動体を遠隔操縦する固定設備等に備えられていてもよい。ただし、捕捉対象の存否情報を取得する情報取得手段（上記実施形態における探知センサ１３）は移動体に搭載される必要がある。そのため、巡回経路設定装置を移動体と別体とした場合には、移動体に搭載された情報取得手段が取得した存否情報を、通信手段等により巡回経路設定装置が移動体から受信する必要がある。

１ 航空機
１３ 探知センサ
１６ 記憶部
１６０ 巡回経路設定プログラム
１６１ 地図データ
１６２ 存在確率マップ記憶領域
１８ 制御部
Ｘ 船舶の存在確率
ｆ(Ｘ) 確率密度関数
Ｆ(Ｘ) 累積分布関数
Ｍ 存在確率マップ
Ｐ 自機位置
Ｐｃ 現在地
Ｐｄ 目的地
ＰＡ 巡回領域
Ｒ 移動経路
Ｒｕ 単位時間経路
Ｗ 船舶

Claims (9)

1. 所定の巡回領域内を巡回して捕捉対象を捉える移動体の移動経路を設定する巡回経路設定装置であって、
   前記巡回領域を含む地図情報を水平面内で複数のセルに分割するセル分割手段と、
   前記複数のセルの各々に対し、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率の確率分布を設定する確率分布設定手段と、
   乱数を生成する乱数生成手段と、
   前記複数のセルに設定された前記確率分布に基づいて、当該複数のセルのうち、前記乱数生成手段に生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを目的地に設定する目的地設定手段と、
   前記移動体の現在地から前記目的地までの移動経路を設定する経路設定手段と、
   前記移動体に搭載され、当該移動体周辺における前記捕捉対象の存否情報を取得する情報取得手段と、
   前記経路設定手段により設定された移動経路に沿って前記移動体が移動しているときに前記情報取得手段が取得した前記捕捉対象の存否情報に基づいて、前記セルに設定された前記捕捉対象の存在確率の確率分布を更新する確率分布更新手段と、
   を備えることを特徴とする巡回経路設定装置。
2. 前記確率分布設定手段は、前記複数のセルの各々に対し、前記確率分布として、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率を確率変数とする確率密度関数を設定し、
   前記目的地設定手段は、前記複数のセルのうち、当該セルの確率密度関数を積分した累積分布関数の逆関数において、前記乱数生成手段に生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを、目的地に設定することを特徴とする請求項１に記載の巡回経路設定装置。
3. 前記目的地設定手段による、前記捕捉対象の存在確率の確率分布に基づく前記目的地の設定と、
   前記経路設定手段による当該目的地までの移動経路の設定と、
   当該移動経路に沿った前記移動体の移動中における、前記情報取得手段による前記捕捉対象の存否情報の取得と、
   前記確率分布更新手段による、当該取得された前記捕捉対象の存否情報に基づく前記捕捉対象の存在確率の確率分布の更新と、
   をこの順に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の巡回経路設定装置。
4. 前記経路設定手段は、
   前記移動体の現在地を始点とする単位時間当たりの複数の単位時間経路を設定する単位経路設定手段と、
   前記複数の単位時間経路の各々について、巡回経路としての適性に関する評価値を算出する評価値算出手段と、
   前記複数の単位時間経路のうち、前記評価値が最も高い一の単位時間経路を選択し、当該一の単位時間経路の先端に前記現在地を移動させる経路選択手段と、
   を有し、
   前記単位経路設定手段による前記複数の単位時間経路の設定と、前記評価値算出手段による前記評価値の算出と、前記経路選択手段による前記一の単位時間経路の選択及び前記現在地の移動とを、当該現在地が前記目的地に到達するまでこの順に繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の巡回経路設定装置。
5. 前記単位経路設定手段は、前記移動体の移動性能に基づいて前記複数の単位時間経路を設定することを特徴とする請求項４に記載の巡回経路設定装置。
6. 前記評価値算出手段は、前記複数の単位時間経路の各々について、当該単位時間経路の先端の地点での前記捕捉対象の存在確率と、当該単位時間経路の先端の地点から前記目的地までの残距離と、当該単位時間経路を移動したときの前記移動体の燃料消費量とに基づいて、前記評価値を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の巡回経路設定装置。
7. 前記移動体が航空機であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の巡回経路設定装置。
8. 所定の巡回領域内を巡回して捕捉対象を捉える移動体の移動経路を設定する巡回経路設定方法であって、
   前記移動体に搭載され、当該移動体周辺における前記捕捉対象の存否情報を取得する情報取得手段を備える巡回経路設定装置が、
   前記巡回領域を含む地図情報を水平面内で複数のセルに分割するセル分割工程と、
   前記複数のセルの各々に対し、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率の確率分布を設定する確率分布設定工程と、
   乱数を生成する乱数生成工程と、
   前記複数のセルに設定された前記確率分布に基づいて、当該複数のセルのうち、前記乱数生成工程で生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを目的地に設定する目的地設定工程と、
   前記移動体の現在地から前記目的地までの移動経路を設定する経路設定工程と、
   前記経路設定工程で設定された移動経路に沿って前記移動体が移動しているときに前記情報取得手段が取得した前記捕捉対象の存否情報に基づいて、前記セルに設定された前記捕捉対象の存在確率の確率分布を更新する確率分布更新工程と、
   を実行することを特徴とする巡回経路設定方法。
9. 所定の巡回領域内を巡回して捕捉対象を捉える移動体の移動経路を設定する巡回経路設定プログラムであって、
   前記移動体に搭載され、当該移動体周辺における前記捕捉対象の存否情報を取得する情報取得手段を備える巡回経路設定装置を、
   前記巡回領域を含む地図情報を水平面内で複数のセルに分割するセル分割手段、
   前記複数のセルの各々に対し、当該セルにおける前記捕捉対象の存在確率の確率分布を設定する確率分布設定手段、
   乱数を生成する乱数生成手段、
   前記複数のセルに設定された前記確率分布に基づいて、当該複数のセルのうち、前記乱数生成手段に生成された乱数に対応する前記存在確率が最大となるセルを目的地に設定する目的地設定手段、
   前記移動体の現在地から前記目的地までの移動経路を設定する経路設定手段、
   前記経路設定手段により設定された移動経路に沿って前記移動体が移動しているときに前記情報取得手段が取得した前記捕捉対象の存否情報に基づいて、前記セルに設定された前記捕捉対象の存在確率の確率分布を更新する確率分布更新手段、
   として機能させることを特徴とする巡回経路設定プログラム。