JP2018191124A - 中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 周辺環境の変化に対応して、適切な滞空位置を決定する中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】 データの送受信を中継する中継装置であって、中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定する領域設定部４６０と、中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得する周辺環境情報取得部４２０および位置情報取得部４５０と、環境データに基づいて、領域内の座標のうち中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定する座標判定部４３０とを含む。【選択図】 図４

Description

本発明は、中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラムに関する。

遠隔地の状況を監視するため、いわゆるドローンなどの無人航空機（Unmanned Aerial Vehicle、以下ＵＡＶとして参照する）が用いられることがある。ＵＡＶは、遭難者の捜索、貨物の位置確認、海上における漁網の位置確認などの分野で実用化されている。また、遠隔地の測量や点検などへの応用も期待されている。

ところで、ＵＡＶがリアルタイムで監視を行うためには、機体の制御や監視したデータなどを、無線にて管制装置などと通信する。特に、管制装置から監視地点までの距離が長距離になる場合には、安定した通信を確保するために、中継用ＵＡＶを介して通信する。このような中継用ＵＡＶが中継する滞空位置を効率的に決定するために、特開２０１４−１６２３１６号公報（特許文献１）が知られている。

特許文献１には、捜索対象に関する目標情報および目標情報に基づいて決定される捜索モデルに基づいて、捜索場所、捜索パターン、中継場所などを設定し、捜索計画として各ＵＡＶの制御を決定する構成が開示されている。また、特許文献１には、天候、脅威、通信状態などの周辺環境の条件を評価し、評価結果を捜索計画に反映する構成が開示されている。特許文献１によれば、ＵＡＶを用いた捜索作業において、中継用ＵＡＶの滞空位置を自動立案することができる。

しかしながら、ＵＡＶの動作は、風や雨などの影響を受けやすく、特に上空ではこれらの要因が変化しやすい。この点につき、特許文献１では、滞空位置決定後の周辺環境の変化に対応した構成となっていない。したがって、周辺環境の変化によって、ＵＡＶの故障や落下などの事故により中継が途絶する可能性があった。

そこで、滞空位置の周辺環境が滞空に適さないものに変化した場合に、適切な位置にＵＡＶを移動する技術が求められていた。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、周辺環境の変化に対応して、適切な滞空位置を決定する中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明によれば、データの送受信を中継する中継装置であって、
前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定する領域設定手段と、
前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得する環境データ取得手段と、
前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定する座標判定手段と
を含む、中継装置が提供される。

上述したように、本発明によれば、周辺環境の変化に対応して、適切な滞空位置を決定する中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラムが提供される。

本発明の実施形態における遠隔地中継システム全体のハードウェアの概略構成を示す図。 各種アンテナの指向性について説明する図。 本実施形態の中継用ＵＡＶに含まれるハードウェア構成を示す図。 本実施形態の中継用ＵＡＶに含まれるソフトウェアブロック図。 本実施形態における環境データの取得と環境評価について説明する図。 本実施形態の中継用ＵＡＶが実行する処理を示すフローチャート。 本実施形態において中継用ＵＡＶを追加する図。 本実施形態においてアンテナの性能に基づいて環境評価対象エリアを決定する方法を示す図。 本実施形態において実測によって環境評価対象エリアを決定する方法を示す図。 本実施形態において環境評価対象エリアの探索経路を算出する例を示す図。

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。また、以下の実施形態では、遠隔地中継システム１００の一例として、遠隔地を監視するシステムを例に挙げているが、実施形態を監視に限定するものではなく、測量、捜索、点検などであってもよい。

図１は、本発明の実施形態における遠隔地中継システム１００全体のハードウェアの概略構成を示す図である。本実施形態の遠隔地中継システム１００には、管制装置１１０、中継用ＵＡＶ１２０、監視用ＵＡＶ１３０が含まれており、これら各種装置は制御データや取得データなどを無線にて相互に通信できる。なお、遠隔地中継システム１００に含まれる中継用ＵＡＶ１２０の台数は、図１に示したものに限らず、システムに含まれる台数に制限はない。また、以下の実施形態の説明では、管制装置１１０から中継用ＵＡＶ１２０を経由して監視用ＵＡＶ１３０に至る一連のフローを、便宜上、管制装置１１０側を上流、監視用ＵＡＶ１３０側を下流として参照する。

管制装置１１０は、例えばパーソナルコンピュータのような情報処理装置である。管制装置１１０は、中継用ＵＡＶ１２０と無線で通信し、システムに含まれる各ＵＡＶの動作の制御や、監視用ＵＡＶ１３０からの監視データの取得などを行う。

中継用ＵＡＶ１２０は、管制装置１１０が送信する制御データや、監視用ＵＡＶ１３０が送信する監視データなどの各種データを送受信する中継装置であり、自律飛行が可能な移動体である。中継用ＵＡＶ１２０は、管制装置１１０と中継用ＵＡＶ１２０と監視用ＵＡＶ１３０のうち、上流側および下流側の２つの装置と相互に通信する（なお、通信する２つの装置の両方が、自装置以外の中継用ＵＡＶ１２０であってもよい）。したがって、中継用ＵＡＶ１２０は、通信対象となる装置が２つあることから、それぞれの装置の方向に対して指向性を有するアンテナを備える。

ここで、アンテナの指向性について図２を以て説明する。図２は、各種アンテナの指向性について説明する図であり、各アンテナの指向性の特性を示すポーラパターン図である。図２（ａ）はホイップアンテナを、図２（ｂ）はダイポールアンテナを、図２（ｃ）は八木・宇田アンテナを、図２（ｄ）はパラボラアンテナをそれぞれ示している。

ホイップアンテナは、図２（ａ）に示すように指向性を持たず、全方位に対して等方性の放射パターンを持つ。また、ダイポールアンテナは、図２（ｂ）に示すように、相対する２つの方向に対して指向性を有する放射パターンを持つ。

八木・宇田アンテナやパラボラアンテナは、一般に指向性アンテナとも呼ばれ、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、特定の方向に対して鋭い放射パターンを持つ。このような指向性アンテナを用いることで、特定の方向への電波の送信を行うことができ、また、特定の方向からの電波の受信強度を大きくできる。したがって、他の装置への不要な放射や、他の装置からのノイズなどの影響を低減できる。本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０は、指向性アンテナを用いることが好ましい。

説明を図１に戻す。監視用ＵＡＶ１３０は、監視対象となるエリアを自律飛行し、カメラなどによって当該エリアの情報を収集し、リアルタイムデータ伝送を行う移動体である。収集した監視データは、中継用ＵＡＶ１２０を経由して、管制装置１１０に送信される。監視用ＵＡＶ１３０で使用されるアンテナも、指向性アンテナであることが好ましい。

なお、図１に示す通信可能領域は、２つの装置（例えば、管制装置１１０と中継用ＵＡＶ１２０ａ、中継用ＵＡＶ１２０ａと中継用ＵＡＶ１２０ｂ、中継用ＵＡＶ１２０ｂと監視用ＵＡＶ１３０など）が相互に通信可能な領域を示している。したがって、中継用ＵＡＶ１２０ａは、上流側の管制装置１１０および下流側の中継用ＵＡＶ１２０ｂと通信するため、両者との通信可能領域がオーバーラップしたエリアにて中継を行う。同様に、中継用ＵＡＶ１２０ｂは、上流側の中継用ＵＡＶ１２０ａおよび下流側の監視用ＵＡＶ１３０と通信するため、両者との通信可能領域がオーバーラップしたエリアにて中継を行う。なお、実際の通信可能領域は、３次元的な広がりを持つ。

次に、中継用ＵＡＶ１２０のハードウェア構成について説明する。図３は、本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０に含まれるハードウェア構成を示す図である。中継用ＵＡＶ１２０は、ＣＰＵ３０１と、ＲＡＭ３０２と、ＲＯＭ３０３と、記憶装置３０４と、飛行ユニット３０５と、通信Ｉ／Ｆ３０６と、ＧＰＳ３０７と、高度計３０８と、センサＩ／Ｆ３０９とを含んで構成される。また、上述した各ハードウェアは、バスを介して接続されている。

ＣＰＵ３０１は、中継用ＵＡＶ１２０の動作を制御するプログラムを実行し、所定の処理を行う装置である。ＲＡＭ３０２は、ＣＰＵ３０１が実行するプログラムの実行空間を提供するための揮発性の記憶装置であり、プログラムやデータの格納用、展開用として使用される。

ＲＯＭ３０３は、ＣＰＵ３０１が実行するプログラムやファームウェアなどを記憶するための不揮発性の記憶装置である。記憶装置３０４は、中継用ＵＡＶ１２０を機能させるソフトウェア、各種設定情報、各種データなどを記憶する、読み書き可能な不揮発性の記憶装置である。

飛行ユニット３０５は、中継用ＵＡＶ１２０を地上から浮上させ、上空での移動、滞空などの動作を行う装置であり、例えば、複数のプロペラなどを含んで構成できる。また、飛行ユニット３０５には、ジャイロスコープを含むこともでき、これによって中継用ＵＡＶ１２０が自律して飛行する際の姿勢を安定させることできる。

通信Ｉ／Ｆ３０６は、上述した各種のアンテナに接続され、通信を行うためのインターフェースである。通信Ｉ／Ｆ３０６は、自装置の通信可能領域内にある他の装置と通信を行い、制御データや監視データの送受信を行う。また、各装置は、自装置が有するアンテナの放射強度の３次元的な放射パターンのデータを記憶しておき、当該データに基づいて通信可能領域を設定することができる。

ＧＰＳ３０７は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、当該電波に基づいて、中継用ＵＡＶ１２０の緯度および経度を算出するための装置である。高度計３０８は、中継用ＵＡＶ１２０の地表面からの高度を測定する装置であり、例えば、レーザの反射や、気圧などによって測定できる。中継用ＵＡＶ１２０は、ＧＰＳ３０７および高度計３０８によって、自装置の現在地を３次元的な座標の位置情報として取得できる。

センサＩ／Ｆ３０９は、種々のセンサと接続され、中継用ＵＡＶ１２０の周辺の環境データを取得するインターフェースである。なお、センサＩ／Ｆ３０９に接続される各種センサについての詳細は後述する。

以上、本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０に含まれるハードウェア構成について説明した。次に、本実施形態における各ハードウェアによって実行される機能手段について、図４を以て説明する。図４は、本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０に含まれるソフトウェアブロック図である。

中継用ＵＡＶ１２０は、無線通信制御部４１０、周辺環境情報取得部４２０、座標判定部４３０、データ格納部４４０、位置情報取得部４５０、領域設定部４６０、飛行経路設定部４７０、機体制御部４８０を含む。以下に、各機能手段の詳細について説明する。

無線通信制御部４１０は、通信Ｉ／Ｆ３０６やアンテナを制御することで、外部の装置との通信を行う手段である。無線通信制御部４１０は、例えば、外部の装置から送信された機体制御コマンド、機体位置情報、姿勢情報、監視データなどを受信し、さらにこれらの情報を他の装置へ転送する。

周辺環境情報取得部４２０は、センサＩ／Ｆ３０９および各種センサを制御し、中継用ＵＡＶ１２０の周辺の環境データを取得する手段である。周辺環境情報取得部４２０は、例えば、風速値、雨量、温湿度、粉塵量、電波強度などを取得できる。また、取得した各種環境データは、位置情報と対応付けてデータ格納部４４０に格納される。

座標判定部４３０は、周辺環境情報取得部４２０が取得した各種環境データを座標ごとに評価し、当該座標が滞空位置として適切であるか否かを評価する手段である。具体的には、環境データの各値と、あらかじめ設定された閾値とを比較して評価する。座標判定部４３０は、評価対象とした座標において中継用ＵＡＶ１２０が飛行できるか否か、飛行できる場合には当該座標に滞空できるか否かを判定する。また、座標判定部４３０が評価した結果は、位置情報と対応付けてデータ格納部４４０に格納される。

データ格納部４４０は、記憶装置３０４を制御し、各種データを格納する手段である。データ格納部４４０には、例えば、周辺環境情報取得部４２０が取得した環境データを格納する環境データ格納部４４１、座標判定部４３０が評価した結果を格納する評価結果データ格納部４４２、座標と地形や構造物を対応付けたデータを格納する地形・構造物データ格納部４４３などが含まれる。また、データ格納部４４０には、他の装置から受信した監視データなどを格納してもよい。

位置情報取得部４５０は、中継用ＵＡＶ１２０の位置の３次元座標を取得する手段であり、緯度経度情報取得部４５１と、高度情報取得部４５２とを含む。緯度経度情報取得部４５１は、ＧＰＳ３０７を制御し、中継用ＵＡＶ１２０の緯度および経度の情報を取得する。また、高度情報取得部４５２は、高度計３０８を制御し、中継用ＵＡＶ１２０の地表面からの高度情報を取得する。これらの緯度経度情報及び高度情報に基づいて、位置情報取得部４５０は、中継用ＵＡＶ１２０の現在地の位置情報を、３次元の座標データとして取得できる。また、位置情報取得部４５０は、中継用ＵＡＶ１２０の位置情報を連続的に取得することで、自装置の移動履歴データを取得することができる。

領域設定部４６０は、周辺環境情報を取得し、評価を行う対象となる領域（以下、評価対象エリアとして参照する）を設定する手段である。例えば、中継用ＵＡＶ１２０が滞空し、データの中継を行っていた座標の周辺環境が変化し、滞空の継続に適さなくなった場合に、当該中継用ＵＡＶ１２０は滞空または飛行に適した座標に移動する。この場合、他の装置との通信が確保されることが前提となることから、上流側の装置との通信可能領域と、下流側の装置との通信可能領域とがオーバーラップした範囲内に移動する必要がある。したがって、領域設定部４６０は、上記のオーバーラップした範囲を環境データの評価対象エリアとして設定する。このようにして評価対象エリアを設定し、当該エリア内の各座標の環境データを評価することで、上流の装置および下流の装置との通信が可能であって、滞空または飛行に適した座標を判定できる。

飛行経路設定部４７０は、中継用ＵＡＶ１２０が自律飛行する経路を設定する手段である。具体的には、領域設定部４６０が設定した評価対象エリア内において、環境データを取得するために自律飛行する経路を設定する。また、中継用ＵＡＶ１２０は、ユーザが指定した座標へ移動することもでき、飛行経路設定部４７０は、現在地から指定された座標まで移動する飛行経路を設定する。飛行経路設定部４７０が設定した経路データは、機体制御部４８０へ転送される。

機体制御部４８０は、飛行ユニット３０５を制御する手段であり、例えば飛行経路設定部４７０が設定した経路データに基づいて、中継用ＵＡＶ１２０を移動させる。また、機体の制御は管制装置１１０から送信される制御データに基づいて行うこともでき、ユーザの操作によって中継用ＵＡＶ１２０を移動させることも可能である。

なお、上述したソフトウェアブロックは、ＣＰＵ３０１が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、各実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。

以上、本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０に含まれるソフトウェアブロックについて説明した。次に、上述したソフトウェアブロックのうち、環境評価に係る機能手段についての詳細を説明する。図５は、本実施形態における環境データの取得と環境評価について説明する図である。図５には、各種センサ、周辺環境情報取得部４２０、座標判定部４３０、データ格納部４４０の詳細を示す。

周辺環境情報取得部４２０は、各種センサが出力する周辺環境に関する種々のデータを取得する。周辺環境情報取得部４２０には、例として、風速値取得部４２１、雨量取得部４２２、温湿度取得部４２３、粉塵量取得部４２４、電波強度取得部４２５が含まれ、それぞれセンサＩ／Ｆ３０９を介して、各種センサに接続される。

風速値取得部４２１は、風速計５０１が出力する風速値を取得する。雨量取得部４２２は、降雨センサ５０２が出力する雨量の値を取得する。温湿度取得部４２３は、温湿度センサ５０３が出力する温度および湿度の値を取得する。粉塵量取得部４２４は、粉塵計５０４が出力する粉塵量の値を取得する。電波強度取得部４２５は、電波強度計５０５が出力する電波強度の値を取得する。

なお、取得する環境データは上記のものに限定されず、その他の周辺環境に関するデータを取得してもよい。また、ＵＡＶの動作によって測定値に影響がある場合には、取得した環境データを補正してもよい。例えば、ＵＡＶが移動しながら風速値を取得する場合には、ＵＡＶの速度によって測定値が変化するので、自装置の速度を補正して環境データを取得する。

各取得部が取得した周辺環境のデータは、環境データ格納部４４１に格納される。なお、位置情報取得部４５０は、環境データの取得時の座標を取得し、環境データと座標とを対応付けて環境データ格納部４４１に格納する。

座標判定部４３０は、各センサから取得した各種環境データを座標ごとに評価し、各座標が飛行可能か否か、および滞空可能か否かを判定する。環境評価は、あらかじめ設定された環境データの閾値に基づいて行い、飛行または滞空ができる条件を満たすか否かを判定する。すなわち、環境データ格納部４４１に格納された環境データの値と所定の閾値とを比較し、各座標が飛行および滞空に適した環境であるかを判定する。なお、ＵＡＶの性能によって飛行または滞空できる環境が異なることから、上記の閾値は、ＵＡＶの性能に応じて設定できる。閾値の設定は、ユーザや管制装置１１０などによって行うことができる。

座標判定部４３０は上記の判定を行い、座標ごとに「飛行可能であり、かつ滞空可能」、「飛行可能であるが滞空不可能」、「飛行も滞空も不可能」などの項目に分類して評価することができる。座標判定部４３０が環境評価した結果は、座標ごとに評価結果データ格納部４４２に格納される。

中継用ＵＡＶ１２０は、評価結果データ格納部４４２に格納される評価結果に基づいて、飛行や滞空に適した座標に移動してデータの中継動作を行うことができる。

次に、中継用ＵＡＶ１２０が中継位置を決定する処理について、図６を以て説明する。図６は、本実施形態の中継用ＵＡＶ１２０が実行する処理を示すフローチャートである。中継用ＵＡＶ１２０は、ステップＳ１０００から処理を開始する。なお、ステップＳ１０００の時点において、中継用ＵＡＶ１２０は、通信可能領域内の一地点に滞空し、データの中継動作を行っているものとする。

ステップＳ１００１で、周辺環境情報取得部４２０は、中継用ＵＡＶ１２０の現在位置の環境データを取得する。その後、ステップＳ１００２で、座標判定部４３０は、中継用ＵＡＶ１２０の現在位置の周辺環境が中継動作に適切な環境であるかを判定する。周辺環境が適切である場合（ＹＥＳ）には、引き続き現在位置での中継動作を継続するとともに、ステップＳ１００１に戻り、環境データの取得および評価の処理を繰り返す。

一方で、中継動作の開始時には適切な周辺環境であったが、その後、現在位置の周辺環境が変化し、滞空の継続に適さなくなる場合がある。このように、現在位置の座標の周辺環境が適切ではない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１００３に進む。

周辺環境が適切ではない場合には、中継用ＵＡＶ１２０は、環境条件が適切な座標に移動して中継動作を行う。したがって、中継用ＵＡＶ１２０はステップＳ１００３以降の処理によって、適切な座標を決定し、移動する。領域設定部４６０は、ステップＳ１００３で、環境データを取得し、評価するエリアを決定する。環境評価対象エリアは、自装置と他の装置との通信が確保されることが前提となる。したがって、上流側の装置との通信可能領域と、下流側の装置との通信可能領域とがオーバーラップした領域が、環境評価対象エリアとして決定される。

環境評価対象エリアを決定する方法には、アンテナの性能に基づいて決定する方法と、電波強度の実測によって決定する方法がある。アンテナの性能に基づいて決定する方法は、自装置、上流の装置、下流の装置について、それぞれの現在位置とアンテナの指向性の性能に基づいて、環境評価対象エリアを決定する。電波強度の実測によって決定する方法は、上流の装置および下流の装置との通信を維持しながら自装置が現在位置から旋回を繰り返し、各装置の電波強度を測定することで、環境評価対象エリアを決定する。なお、上述した環境評価対象エリアを決定する各方法の詳細は後述する。

ステップＳ１００３で環境評価対象エリアを決定した後、ステップＳ１００４では、飛行経路設定部４７０が、中継用ＵＡＶ１２０が環境評価を行う探索経路を決定する。その後、ステップＳ１００５で、機体制御部４８０は決定された探索経路に基づいて飛行ユニット３０５を制御することで、環境評価対象エリアを探索する。ステップＳ１００５では、周辺環境情報取得部４２０は、連続的に環境データを取得し、位置情報取得部４５０は、位置情報を取得する。このようにして、ステップＳ１００５では、環境評価対象エリア内の位置情報と環境データを対応付けて収集する。

中継用ＵＡＶ１２０が環境評価対象エリア内の探索を行った後、座標判定部４３０は、ステップＳ１００６で、収集した環境評価対象エリア内の環境データを評価し、最も環境の良い座標を決定する。

ステップＳ１００７で座標判定部４３０は、ステップＳ１００６で決定された座標の周辺環境が、中継用ＵＡＶ１２０が滞空するのに適切であるか否かを判定する。ステップＳ１００７の処理によって、中継動作に最適な座標を判定することができる。適切であると判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０１０に進み、中継位置を決定する処理を終了し、当該座標にて滞空し、中継動作を行う。適切ではないと判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ１００８に進む。

ステップＳ１００８では、中継用ＵＡＶ１２０は、環境評価対象エリア内には中継動作に適切な座標がない旨をユーザに対して通知し、併せてユーザに対して対応動作の選択を促す。その後、ステップＳ１００９では、中継用ＵＡＶ１２０はユーザが選択した動作を実行する。ユーザが選択し得る中継用ＵＡＶ１２０の動作としては、例えば、（１）中継動作の中止、（２）飛行による中継動作の継続、（３）中継用ＵＡＶ１２０の追加などが挙げられる。

中継用ＵＡＶ１２０が当該エリアに留まると落下などの事故が発生する可能性がある場合には、（１）中継動作の中止を選択する。中継動作の中止を選択した場合、監視用ＵＡＶ１３０からのリアルタイムデータ伝送を中止し、中継用ＵＡＶ１２０を自律飛行させ、当該エリアから離脱させる。中継用ＵＡＶ１２０の移動先は、ユーザが指定してもよいし、あらかじめ管制装置１１０が設定してもよい。

環境評価対象エリア内に滞空に適した座標はないが、飛行に適した座標がある場合には、（２）飛行による中継動作の継続を選択することができる。したがって、中継用ＵＡＶ１２０は、評価結果データ格納部４４２に格納されている評価結果データのうち、飛行可能と判定された座標を抽出し、当該座標をつないだ経路を旋回しながら中継動作を行う。なお、飛行可能な座標がない場合には、（１）と同様に、中継用ＵＡＶ１２０は当該エリアから離脱し、リアルタイムデータ伝送を中止する。

また、飛行による中継動作の継続を選択した場合には、一定時間経過後に、再度環境評価対象エリアを探索し、評価してもよい。上記の処理によって、遠隔地中継システム１００は、監視用ＵＡＶ１３０からのリアルタイムデータ伝送を継続できる。

また、環境評価対象エリア内に滞空に適した座標がない場合には、（３）中継用ＵＡＶ１２０の追加を選択してもよい。図７は、本実施形態において中継用ＵＡＶ１２０を追加する図である。図７（ａ）では、中継用ＵＡＶ１２０が、上流側の中継用ＵＡＶ１２１と、下流側の中継用ＵＡＶ１２２と通信する例を示しており、中継用ＵＡＶ１２０の環境評価対象エリア内には滞空に適した座標はなかった場合を想定している。

このような場合において（３）中継用ＵＡＶ１２０の追加を選択すると、図７（ｂ）に示すように、中継用ＵＡＶ１２０は環境評価対象エリア外に配置され、さらに追加の中継用ＵＡＶ１２０’が配置される。中継用ＵＡＶ１２０は、追加の中継用ＵＡＶ１２０’が所定の位置に到着するまでの間、（２）の動作を行い、環境評価対象エリア内を飛行することで、中継動作を行うことができる。なお、飛行可能な座標がない場合には、中継用ＵＡＶ１２０は当該エリアから離脱し、追加の中継用ＵＡＶ１２０’が所定の位置に到着するのを待機する。

中継用ＵＡＶ１２０，１２０’を配置する座標は、上流側の中継用ＵＡＶ１２１の座標を開始座標とし、下流側の中継用ＵＡＶ１２２の座標を目標座標として、中継位置の自動立案を行うことで決定する。また、追加する中継用ＵＡＶ１２０の数は２以上であってもよい。

上述したように、中継用ＵＡＶ１２０を追加することで遠隔地中継システム１００は、監視用ＵＡＶ１３０からのリアルタイムデータ伝送を継続できる。

説明を図６に戻す。ステップＳ１００８〜Ｓ１００９において、上記の（１）〜（３）などの動作を選択し、実行した後、ステップＳ１０１０に進み、中継位置を決定する処理を終了する。

図６の処理を行うことによって、中継用ＵＡＶ１２０は、現在位置の環境の変化に対応して、中継動作を行う位置を決定することができる。

次に、ステップＳ１００３における環境評価対象エリアを決定する方法について、図８および図９を以て説明する。まず、アンテナの性能から算出する方法について説明する。図８は、本実施形態においてアンテナの性能に基づいて環境評価対象エリアを決定する方法を示す図である。

図８では、中継用ＵＡＶ１２０ａの環境評価対象エリアを決定する例を示しており、中継用ＵＡＶ１２０の上流には管制装置１１０があり、下流には中継用ＵＡＶ１２０ｂがある。また、各装置の座標は、管制装置１１０がｕ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、中継用ＵＡＶ１２０がｕ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、中継用ＵＡＶ１２０ｂがｕ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とする。

中継用ＵＡＶ１２０ａは、管制装置１１０および中継用ＵＡＶ１２０ｂと通信するために、両装置との通信が可能な領域内にて中継動作を行う必要がある。したがって、中継用ＵＡＶ１２０ａの環境評価対象エリアは、管制装置１１０との通信可能領域と、中継用ＵＡＶ１２０ｂとの通信可能領域が重複した領域である。また、通信可能領域は、自装置および通信する装置の座標と、通信する装置のアンテナの電波強度の放射パターンから算出できる。このため、領域設定部４６０は、あらかじめ各装置の座標および放射パターンを取得する。

例えば、中継用ＵＡＶ１２０ａと管制装置１１０との通信可能領域Ａ２１は、ｕ１からｕ２に向けて、管制装置１１０のアンテナが電波を放射する放射パターン（ｕ２−ｕ１ベクトル方向）によって描画される領域となる。同様に、中継用ＵＡＶ１２０ａと中継用ＵＡＶ１２０ｂとの通信可能領域Ａ２３は、ｕ３からｕ２に向けて、中継用ＵＡＶ１２０ｂのアンテナが電波を放射する放射パターン（ｕ２−ｕ３ベクトル方向）によって描画される領域となる。

なお、各装置間で通信をするためにフレネルゾーンを確保する必要がある。しかしながらフレネルゾーン内に障害物がある場合には、伝搬損失が発生し、受信電力は自由空間での電波伝搬理論値から外れる。このため、通信が適切に行われず、データを送受信できない場合がある。そこで、電波の伝搬の障害となる山や建物などの障害物の情報を加味して通信可能領域を補正してもよい。障害物の情報は、地形・構造物データ格納部４４３に格納される。

上記のようにして描画された２つの通信可能領域Ａ２１，Ａ２３が重複する領域は、中継用ＵＡＶ１２０ａが管制装置１１０および中継用ＵＡＶ１２０ｂのいずれとも通信できる領域である。したがって、領域設定部４６０は、当該領域を環境評価対象エリアとして設定する。なお、アンテナの放射パターンは３次元に広がりを持つパターンであり、通信可能領域および環境評価対象エリアも３次元の空間となる。

ここまで、アンテナの性能に基づいて環境評価対象エリアを決定する方法について説明した。次に、電波強度を実測することで決定する方法について説明する。図９は、本実施形態において実測によって環境評価対象エリアを決定する方法を示す図である。なお、図９では、中継用ＵＡＶ１２０ａの環境評価対象エリアを決定する例を示しており、中継用ＵＡＶ１２０の上流には管制装置１１０があり、下流には中継用ＵＡＶ１２０ｂがあるものとする。

図９（ａ）に示すように、中継用ＵＡＶ１２０ａは、現在位置である原点Ｏを中心に、ｘ−ｙ平面内をらせんを描くように旋回を繰り返して移動する。この動作の間に中継用ＵＡＶ１２０ａの電波強度計５０５は、管制装置１１０からの電波強度Ｄ_ｕ１と中継用ＵＡＶ１２０ｂからの電波強度Ｄ_ｕ３とを測定し、それぞれの値を取得する。

らせん移動の周回回数の増加に伴って、中継用ＵＡＶ１２０ａと管制装置１１０または中継用ＵＡＶ１２０ｂとの距離が大きくなるため、Ｄ_ｕ１またはＤ_ｕ３のいずれかの電波強度が低下する。中継用ＵＡＶ１２０ａは、電波強度が所定の閾値を上回る範囲内で移動を行い、各座標の電波強度の値をマッピングする。なお、閾値はあらかじめ設定することができ、装置間の通信が充分に行える電波強度を閾値として設定する。

さらにらせん移動を継続すると、閾値を下回る箇所が発生する。この座標をつなぎ合わせることで、図９（ｂ）に示すように、電波強度の閾値を外周とする閉曲面を、ｘ−ｙ平面上に描画できる。同様の動作を、ｙ−ｚ平面、ｚ−ｘ平面においても行い、ｙ−ｚ平面上の閉曲面およびｚ−ｘ平面上の閉曲面を描画する。

描画した３つの閉曲面について、電波強度の減衰量を加味してつなぎ合わせることで、図９（ｃ）に示す３次元の閉曲面が形成できる。当該閉曲面は、中継用ＵＡＶ１２０ａが管制装置１１０と通信可能で、かつ中継用ＵＡＶ１２０ｂと通信可能な領域であることから、環境評価対象エリアとして設定できる。

なお、上述した実測によって環境評価対象エリアを決定する方法の場合には、電波強度の取得と併せて、周辺環境データを取得してもよい。この場合、電波強度と周辺環境評価が閾値を満たす座標があれば、当該座標を中継位置として設定できる。したがって、ステップＳ１００４以降の処理を省略できる。

ここまで、図８および図９にて、環境評価対象エリアを決定する方法について説明した。中継用ＵＡＶ１２０は、上述した各方法によって決定した環境評価対象エリア内の環境データを評価し、中継動作に適した座標を探索する（ステップＳ１００３〜Ｓ１００６）。中継用ＵＡＶ１２０が環境評価対象エリアを探索する経路は、飛行経路設定部４７０によって任意の方法で決定することができる。以下に、探索経路を決定する方法の一例を、図１０を以て説明する。図１０は、本実施形態において環境評価対象エリアの探索経路を算出する例を示す図である。

環境評価対象エリアは、図９（ｃ）に示すように、３次元の広がりを持つ閉曲面内の領域である。そこで、本実施形態における探索経路の算出方法では、図１０（ａ）に示すように３次元空間を以下の８つの領域に分割する。
領域１：ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ≧０
領域２：ｘ≧０，ｙ＜０，ｚ≧０
領域３：ｘ＜０，ｙ≧０，ｚ≧０
領域４：ｘ＜０，ｙ＜０，ｚ≧０
領域５：ｘ≧０，ｙ≧０，ｚ＜０
領域６：ｘ≧０，ｙ＜０，ｚ＜０
領域７：ｘ＜０，ｙ≧０，ｚ＜０
領域８：ｘ＜０，ｙ＜０，ｚ＜０

上記のように分割された各領域内に、原点Ｏを通る直線ｌ_ｋ（ｋ＝１〜８）を伸ばす。図１０（ｂ）に示すように、直線ｌｋは、角度θ，φによって定義される。以下に、各領域内の直線ｌ_ｋを表す角度の例を示す。
ｌ_１：θ＝ π／４，φ＝π／４
ｌ_２：θ＝３π／４，φ＝π／４
ｌ_３：θ＝７π／４，φ＝π／４
ｌ_４：θ＝５π／４，φ＝π／４
ｌ_５：θ＝ π／４，φ＝３π／４
ｌ_６：θ＝３π／４，φ＝３π／４
ｌ_７：θ＝７π／４，φ＝３π／４
ｌ_８：θ＝５π／４，φ＝３π／４

そして、環境評価対象エリアの閉曲面の表面と各直線ｌ_ｋとの交点をＰ_ｋ（ｋ＝１〜８）として定義する。Ｐ_ｋは、中継用ＵＡＶ１２０が飛行する経路の通過点であり、各領域内に１つの通過点が含まれる。探索経路は、原点ＯとＰ_１〜Ｐ_８の９点を通る経路として設定できる。また、原点と各通過点を通る順序は、任意の順序であってよい。

以上、中継用ＵＡＶ１２０が探索する経路を決定する方法について説明した。なお、上述した方法は一例であって、実施形態を限定するものではなく、他の方法によって探索経路を決定してもよい。

また、ここまでに説明した実施形態では、全ての機能手段を中継用ＵＡＶ１２０が備える場合を示したが、この実施形態に限定するものではない。例えば管制装置１１０が、中継用ＵＡＶ１２０から送信される環境データを評価し、当該中継用ＵＡＶ１２０が滞空する座標を決定し、動作を制御することができる。一例として、座標判定部４３０、データ格納部４４０、領域設定部４６０、飛行経路設定部４７０、機体制御部４８０などの機能手段のうち、一部または全部を管制装置１１０が備えていてもよい。

以上、説明した本発明の実施形態によれば、周辺環境の変化に対応して、適切な滞空位置を決定する中継装置、情報処理装置、システム、中継位置決定方法、情報処理方法およびプログラムを提供することができる。

上述した本発明の実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１００…遠隔地中継システム、１１０…管制装置、１２０…中継用ＵＡＶ、１３０…監視用ＵＡＶ、３０１…ＣＰＵ、３０２…ＲＡＭ、３０３…ＲＯＭ、３０４…記憶装置、３０５…飛行ユニット、３０６…通信Ｉ／Ｆ、３０７…ＧＰＳ、３０８…高度計、３０９…センサＩ／Ｆ、４１０…無線通信制御部、４２０…周辺環境情報取得部、４２１…風速値取得部、４２２…雨量取得部、４２３…温湿度取得部、４２４…粉塵量取得部、４２５…電波強度取得部、４３０…座標判定部、４４０…データ格納部、４４１…環境データ格納部、４４２…評価結果データ格納部、４４３…地形・構造物データ格納部、４５０…位置情報取得部、４５１…緯度経度情報取得部、４５２…高度情報取得部、４６０…領域設定部、４７０…飛行経路設定部、４８０…機体制御部５０１…風速計、５０２…降雨センサ、５０３…温湿度センサ、５０４…粉塵計、５０５…電波強度計

特開２０１４−１６２３１６号公報

Claims (13)

1. データの送受信を中継する中継装置であって、
   前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定する領域設定手段と、
   前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得する環境データ取得手段と、
   前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定する座標判定手段と
   を含む、中継装置。
2. 前記中継装置は、
   前記中継装置が前記領域内の飛行する経路を設定する、飛行経路設定手段と、
   前記中継装置の機体を制御し、前記経路に基づいた自律飛行を行う、機体制御手段と
   を含む、請求項１に記載の中継装置。
3. 前記座標判定手段は、
   各座標の前記環境データと、所定の閾値とを比較することで、前記中継装置が当該座標において飛行可能であるか、または滞空可能であるかを判定する、
   請求項１または２に記載の中継装置。
4. 前記領域設定手段は、
   前記中継装置と通信する他の装置が備えるアンテナの放射パターンおよび当該他の装置の座標に基づいて、前記領域を設定する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の中継装置。
5. 前記領域設定手段は、
   前記中継装置が現在位置の周辺の空間を自律飛行しながら、当該中継装置と通信する他の装置からの電波強度を測定し、前記電波強度が所定の閾値を満たす領域を、前記領域として設定する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の中継装置。
6. 前記中継装置の滞空に適した座標が前記領域内にない場合には、当該領域内を飛行することで中継動作の継続を実行する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の中継装置。
7. 前記中継装置の滞空に適した座標が前記領域内にない場合には、当該領域からの離脱を実行する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の中継装置。
8. データの送受信を中継する中継装置と、前記中継装置の動作を制御する管制装置とを含むシステムであって、
   前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定する領域設定手段と、
   前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得する環境データ取得手段と、
   前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定する座標判定手段と
   を含む、システム。
9. データの送受信を中継する中継装置の中継位置を決定する情報処理装置であって、
   前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定する領域設定手段と、
   前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得する環境データ取得手段と、
   前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定する座標判定手段と
   を含む、情報処理装置。
10. データの送受信を中継する中継装置の中継位置を決定する情報処理装置が実行するプログラムであって、該プログラムは、
    前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定するステップと、
    前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得するステップと、
    前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定するステップと
    を前記情報処理装置に実行させる、プログラム。
11. データの送受信を中継する中継装置の中継位置を決定する情報処理装置が実行する情報処理方法であって、該方法は、
    前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定するステップと、
    前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得するステップと、
    前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定するステップと
    を含む、情報処理方法。
12. データの送受信を中継する中継装置に、当該中継装置の中継位置を決定する処理を実行させるプログラムであって、該プログラムは、
    前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定するステップと、
    前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得するステップと、
    前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定するステップと
    を前記中継装置に実行させる、プログラム。
13. データの送受信を中継する中継装置が実行する中継位置決定方法であって、該方法は、
    前記中継装置が当該中継装置と通信する他の装置との通信可能な領域を設定するステップと、
    前記中継装置の周辺の環境データを、当該環境データを取得した位置の座標と対応付けて取得するステップと、
    前記環境データに基づいて、前記領域内の座標のうち、前記中継装置の滞空に適した環境条件の座標を判定するステップと
    を含む、中継位置決定方法。