JP2019004376A - 通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】見通しの悪い場所においても通信の安定性を保つことができる。【解決手段】無線通信によって移動する移動装置用の通信システムであって、移動装置２と、移動装置２を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置３と、前記通信電波を中継する複数の中継装置４と、を備える。複数の中継装置４は初期位置で待機しており、移動装置２が操作装置３から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動装置２の近くまで順番に移動する。複数の中継装置４は移動装置２に追随して移動し、移動装置２が操作装置３から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動を順番に停止してもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システムおよび通信方法に関する。

災害発生時においては、その後の対応を行う上で災害発生箇所や原因の特定が重要となる。ここで、地下施設やトンネル内などでの災害では、上空からの撮影が不可能であり、災害発生箇所や原因の特定が難しい。なお、地下施設内や坑内に設置されている既設のカメラを利用することも考えられるが、設置場所により災害発生箇所を撮影できない場合や災害時には故障する可能性もある。そのため、現状では人間が地下施設やトンネル内に潜入して災害発生箇所や原因の調査を行う必要があり、災害発生箇所や原因の調査に伴う二次災害のリスクが高かった。

二次災害のリスクを低減させるためにロボットを用いた調査の研究が進められている。
中継技術としては、水中航走体用の技術として特許文献１の技術が提案されている。特許文献１に記載される技術は、水中を航走する水中航走体と、この水中航走体の制御を行う母船と、水面近傍で航走する自走中継器とを備え、自走中継器によって母船と水中航走体との通信を中継する。

特開２００１−３０８７６６号公報

しかし、特許文献１に記載される技術は、障害物が比較的少なく見通しのよい水中を想定しているので、障害物が多く見通しの悪い場所（例えば、地下施設内や坑内）における災害発生箇所や原因の特定の調査に用いることができない。すなわち、無線は直線指向性のために、障害物が多く見通しの悪い場所では通信電波が到達可能な距離に中継アンテナを設置する必要が生じる。しかし、特許文献１ではそのことに関する考察がなされていなかった。

このような観点から、本発明は、見通しの悪い場所においても通信の安定性を保つことができる通信システムおよび通信方法を提供する。

前記課題を解決するため、本発明に係る通信システムは、無線通信によって移動する移動装置用の通信システムである。
この通信システムは、移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える。
前記複数の中継装置は初期位置で待機しており、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に前記移動装置の近くまで順番に移動する。
ここで、通信電波を受信しづらい状況とは、通信電波を受信するのに実際に支障をきたす場合に限らず、近い将来で支障をきたすことを予測できる場合も含む。前者は、例えば通信電波の受信強度が閾値を下回った場合であり、後者は、例えば見通しが明らかに悪い方向（例えば横穴）に移動する場合である。

また、本発明に係る通信方法は、無線通信によって移動する移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える通信システムの通信方法である。
前記複数の中継装置を初期位置で待機させておき、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に前記移動装置の近くまで順番に移動させる。

本発明に係る通信システムおよび通信方法においては、無線通信を中継可能な間隔で中継装置を配置することができる。そのため、移動装置が操作装置から遠ざかる移動や通信電波の指向性を損なう移動などを行っても、通信の安定性を保つことができる。

また、本発明に係る通信システムは、前記操作装置が、前記移動装置の走行経路を記憶しており、各々の前記中継装置は、前記操作装置から前記走行経路を取得し、自身の位置から前記走行経路上の特定位置までの最短経路を算出する最短経路算出機能を有するのがよい。
そして、前記操作装置から直接送信される通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第一中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第一最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第一中継地点まで前記第一最短経路で移動する。
また、前記第一中継装置を介して送信される前記通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第二中継装置が前記第一中継地点まで前記第一最短経路で移動すると共に、前記第一中継装置が前記第一中継地点から前記移動装置までの第二最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第二中継地点まで前記第二最短経路で移動する。

このようにすると、第一中継装置が第二中継装置に押し出されるようにして第二中継地点まで移動するので、第二中継装置が第一中継装置を追い越すことがない。そのため、狭い場所であっても中継装置を配置することができる。

また、本発明に係る通信システムは、前記操作装置が、前記移動装置の走行経路を記憶しており、各々の前記中継装置は、前記操作装置から前記走行経路を取得し、自身の位置から前記走行経路上の特定位置までの最短経路を算出する最短経路算出機能を有するのがよい。
そして、前記操作装置から直接送信される通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第一中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第一最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第一中継地点まで前記第一最短経路で移動する。
また、前記第一中継装置を介して送信される前記通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第二中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第二最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第二中継地点まで前記第二最短経路で移動する。

このようにすると、通信電波を受信しづらい状況になった場合に、移動させる中継装置が一台のみでよいので制御が容易である。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る通信システムは、無線通信によって移動する移動装置用の通信システムである。
この通信システムは、移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える。
前記複数の中継装置は前記移動装置に追随して移動し、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動を順番に停止する。

また、本発明に係る通信方法は、無線通信によって移動する移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える通信システムの通信方法である。
前記複数の中継装置を前記移動装置に追随して移動させ、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動を順番に停止させる。

本発明に係る通信システムおよび通信方法においては、無線通信を中継可能な間隔で中継装置を配置することができる。そのため、移動装置が操作装置から遠ざかる移動や通信電波の指向性を損なう移動などを行っても、通信の安定性を保つことができる。

また、本発明に係る通信システムは、前記複数の中継装置が、縦列をなして移動し、最後尾の中継装置から順番に移動を停止するのがよい。

このようにすると、中継装置が他の中継装置を追い抜いたり、追い越したりすることがない。そのため、狭い場所であっても中継装置を配置することができる。

また、本発明に係る通信システムは、前記移動装置が、帰還命令を受信した場合に前記中継装置が中継を行っている中継地点の近くを通って帰還し、前記中継装置は、前記移動装置が所定距離よりも近づいた場合に前記移動装置に追随して帰還するのがよい。

このようにすると、移動装置が操作装置に近づく移動を行っても、通信の安定性を保つことができる。

本発明によれば、見通しの悪い場所においても通信の安定性を保つことができる。

本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの概略構成図である。 調査装置の機能構成図である。 操作装置の機能構成図である。 中継装置の機能構成図である。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。 本発明の実施形態に係る遠隔操作システムの動作を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は各時点における状態を示す。

以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

≪実施形態に係る通信システムの構成≫
図１を参照して、実施形態に係る通信システムについて説明する。ここでは、通信システムとして、移動装置を遠方から遠隔操作する遠隔操作システム１を想定し、特に地下施設やトンネル内などでの災害発生時に移動装置を遠隔操作して初動調査を行う場合を例示する。なお、通信システムの用途や構成はここで説明する遠隔操作システム１に限定されるものではない。

図１に示す遠隔操作システム１は、移動装置としての調査装置２と、調査装置２を遠隔操作するために操作者により操作される操作装置３と、調査装置２と操作装置３との間における通信を必要に応じて中継する二つの中継装置４とを備えて構成されている。必要に応じた中継とは、調査装置２が移動することにより操作装置３から送信される通信電波が調査装置２に直接届かなくなる場合に中継装置４が中継を行うことを意図している。
ここでは二つの中継装置４が図示されているが、一つの中継装置４または三つ以上の中継装置４を直列的に接続して調査装置２と操作装置３との間における通信を中継することもできる。なお、以下では、各々の中継装置４を区別する場合に、符号に下付きの数字を付して表示する場合がある。

遠隔操作システム１では調査装置２と操作装置３との間で双方向通信できればよく、使用する電波の周波数帯や通信方式などは特に限定されるものではない。日本国内であれば、例えば2.4GHz帯の電波を使用した通信を行うことができ、「Wi-Fi」や「Bluetooth（登録商標）」などの通信規則に基づいて種々の情報を送受信することができる。

また、遠隔操作システム１では、各装置間の通信に利用される電波Ｐが互いに干渉しないように制御される。ここでは、操作装置３と中継装置４₂との通信に利用される電波Ｐ_Aと、中継装置４₂と中継装置４₁との通信に利用される電波Ｐ_Bと、中継装置４₁と調査装置２との通信に利用される電波Ｐ_Cとが干渉しないように制御される。この制御は、例えば互いに干渉しない異なるチャネル（以下、ＣＨと表記する場合がある）を用いた通信である。ここでのチャネルは、通信用に割り当てられる周波数帯域を意味する。また、この制御は、例えば互いに通信を行うタイミングが重複しないようにした通信である。ここでは、互いに干渉しない異なるチャネルを用いて通信を行う場合を想定して説明する。

なお、以下では、操作装置３から調査装置２への通信を「下り方向通信」と称し、調査装置２から操作装置３への通信を「上り方向通信」と称する。下り方向通信では、主に操作装置３を介して入力された操作命令が送信される。上り方向通信では、主に調査装置２の位置情報や調査装置２によって撮影された撮影画像が送信される。操作者は、上り方向通信により送信される撮影画像を操作装置３で確認し、操作装置３を用いて調査装置２を操作する。また、操作者による操作内容は、下り方向通信により操作命令として調査装置２に送信される。

＜調査装置＞
調査装置２は、遠隔操作システム１において移動局として機能し、遠隔操作により地下施設やトンネル内を走行する。調査装置２の機能構成を図２に示す。なお、図２では、本発明に関連する構成のみを記載しており、本発明に関連していない機能については図示および説明を省略する。
調査装置２は、通信装置２０と、撮影部２６と、センサ群２７と、走行制御部２８と、駆動機構２９とを備えて構成されている。また、通信装置２０は、通信アンテナ２１と、通信アンテナ２１に接続される送受信機２２と、通信制御部２３とからなる。通信制御部２３および走行制御部２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。これらの機能がプログラム実行処理により実現する場合、図示しない記憶手段には、これらの機能を実現するためのプログラムが格納されている。

通信アンテナ２１は、通信電波を用いた通信を行う。通信アンテナ２１は、送受信機２２で発生された高周波電気エネルギーを通信電波として空間に発射し、また空間から通信電波を受け取り、高周波電気エネルギーを生成する。
送受信機２２は、無線通信における送信のための通信電波に用いる高周波電気エネルギーを発生する送信機としての機能と、受信した通信電波に基づく高周波電気エネルギーを復調して情報を復元する受信機としての機能とを備える装置である。なお、送受信機２２は、送信機と受信機とが別々の装置として構成されていてもよい。

通信制御部２３は、操作装置３や中継装置４との無線通信を制御するものであり、ここでは受信強度測定部２４と、アクセス制御部２５とを備える。
受信強度測定部２４は、通信アンテナ２１における通信環境を測定するものであり、例えば通信アンテナ２１で受信した通信電波のチャネル毎の受信強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）を測定する。
アクセス制御部２５は、受信強度測定部２４で測定した通信アンテナ２１の通信環境（例えば、受信強度）の変化に基づいて、中継装置４による通信の中継が必要であるか否かを判定する。中継装置４による通信の中継が必要になった場合に、中継装置４による通信の中継を開始する指示を行い、通信で使用する新たなチャネルを操作装置３や中継装置４との間で調整する。

撮影部２６は、例えばＣＣＤ（Charged Coupled Device）カメラであり、調査装置２の遠隔操作に適した画像を撮影できる場所（例えば、調査装置２の前部）に設置される。これにより、撮影部２６は、走行中の調査装置２の前方を撮影する。撮影部２６により撮影された撮影画像は操作装置３に送信され、調査装置２の遠隔操作や災害発生箇所や原因の特定に使用される。
センサ群２７は、例えばジャイロやロータリーエンコーダを含むものであって、調査装置２の方位角や走行する速度を検出する。センサ群２７により検出した方位角や速度は、走行制御部２８に送信され、慣性航法（ＩＮＳ）を用いた現在位置の算出などに用いられる。

走行制御部２８は、調査装置２の走行に関する制御を行う。走行制御部２８は、通信装置２０の通信制御部２３を介して操作命令を受け取り、操作命令に基づいて駆動機構２９を制御する。また、走行制御部２８は、自身の位置情報を操作装置３に対して随時送信する。なお、位置情報を所定間隔で送信するようにしてもよい。
駆動機構２９は、回転体（例えばタイヤ）およびこれを支持する支持機構などからなる。駆動機構２９の駆動方式は特に限定されずに、タイヤ方式やクローラ方式などであってよい。

＜操作装置＞
操作装置３は、遠隔操作システム１において制御局として機能し、無線通信により調査装置２を遠隔操作する。操作装置３の機能構成を図３に示す。なお、図３では、本発明に関連する構成のみを記載しており、本発明に関連していない機能については図示および説明を省略する。
操作装置３は、通信装置３０と、入力部３６と、表示部３７と、主制御部３８とを備えて構成されている。また、通信装置３０は、通信アンテナ３１と、通信アンテナ３１に接続される送受信機３２と、通信制御部３３とからなる。通信制御部３３および主制御部３８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。これらの機能がプログラム実行処理により実現する場合、図示しない記憶手段には、これらの機能を実現するためのプログラムが格納されている。

通信アンテナ３１、送受信機３２および通信制御部３３の機能は、調査装置２の通信アンテナ２１、送受信機２２および通信制御部２３の機能と同様である。

入力部３６は、例えばキーボード型、ジョイスティック型、ホイール型などのコントローラであり、操作者により操作される。
表示部３７は、例えば液晶ディスプレイであり、表示部３７には調査装置２で撮影された画像や調査装置２の状態（例えば、位置や進行方向）が表示される。

主制御部３８は、調査装置２から位置情報を随時受信し、受信した位置情報と時刻とを対応付けることで調査装置２の走行経路を算出する。そして、主制御部３８は、調査装置２の走行経路を記憶する。
また、主制御部３８は、中継装置４による通信の中継を開始する指示を調査装置２から受け付け、対応する中継装置４に対して中継の開始を指示する。この際に、主制御部３８は、記憶する調査装置２の走行経路情報を対応する中継装置４に対して送信する。なお、調査装置２が中継装置４に対して中継の開始を直接指示してもよい。また、主制御部３８は、中継装置４からの要求に応じて、調査装置２の走行経路情報を中継装置４に応答してもよい。また、中継装置４が調査装置２から位置情報を随時受信し、調査装置２の走行経路を自身で算出してもよい。

＜中継装置＞
中継装置４は、遠隔操作システム１において中継局として機能し、調査装置２と操作装置３との間における通信を中継する。中継装置４の機能構成を図４に示す。なお、図４では、本発明に関連する構成のみを記載しており、本発明に関連していない機能については図示および説明を省略する。
中継装置４は、通信装置４０と、撮影部４６と、センサ群４７と、走行制御部４８と、駆動機構４９とを備えて構成されている。また、通信装置４０は、二つの通信アンテナ４１Ａ，４１Ｂと、通信アンテナ４１Ａ，４１Ｂの何れか一方に１対１の関係で接続される送受信機４２Ａ，４２Ｂと、通信制御部４３とからなる。通信制御部４３および走行制御部４８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。これらの機能がプログラム実行処理により実現する場合、図示しない記憶手段には、これらの機能を実現するためのプログラムが格納されている。

通信アンテナ４１Ａ，４１Ｂ、送受信機４２Ａ，４２Ｂおよび通信制御部４３の機能は、調査装置２の通信アンテナ２１、送受信機２２および通信制御部２３の機能と同様である。
ここで、通信アンテナ４１Ａおよび送受信機４２Ａは、例えば調査装置２や直列的に接続された中継装置４の中で下流側のものとの間の通信に使用され、受信強度測定部４４Ａは通信アンテナ４１Ａにおける通信環境を測定する。また、通信アンテナ４１Ｂおよび送受信機４２Ｂは、例えば操作装置３や直列的に接続された中継装置４の中で上流側のものとの間の通信に使用され、受信強度測定部４４Ｂは通信アンテナ４１Ｂにおける通信環境を測定する。

撮影部４６、センサ群４７、走行制御部４８および駆動機構４９の機能は、調査装置２の撮影部２６、センサ群２７、走行制御部２８および駆動機構２９の機能と同様である。
ここで、撮影部４６で撮影された撮影画像は走行制御部４８に送信され、調査装置２の追尾や障害物の検知などに使用される。なお、撮影部４６に代えて、または撮影部４６に加えてレーダを備える構成にし、レーダを用いて調査装置２の追尾や障害物の検知などを行ってもよい。詳細は後述する「通信システムの動作」を参照。
また、走行制御部４８は、自身の位置から調査装置２の走行経路上の特定位置までの最短経路を算出する最短経路算出機能を備える。具体的には、走行制御部４８は中継を開始する指示を受け付けると、調査装置２の走行経路上に目標点を設定し、目標点までの経路を算出し、算出した経路に沿って中継装置４を走行させる。そして、移動後に通信の中継を開始する。詳細は後述する「通信システムの動作」を参照。

≪実施形態に係る通信システムの動作≫
図５ないし図１２を参照して（適宜、図１ないし図４参照）、実施形態に係る遠隔操作システム１の動作について、中継装置４の走行方法を異ならせた二つの方式について説明する。ここでは、図５（ａ）に示す地下施設８０内の調査を行う場合を想定する。地下施設８０は、二つの直線通路８１，８２と、直線通路８１，８２を互いに結ぶ連結通路８３とを有する。なお、中継装置４は、何れか一方の方式で稼働するように予め設定されていてもよいし、二つの方式を事後的に切り替えられるように構成されていてもよい。

＜中継装置を派遣させる方式（レスキュー式）＞
図５（ａ）に示すように、操作者は、操作装置３を所持した状態で直線通路８１内のスタート地点に位置しており、調査装置２および中継装置４₁，４₂は、操作者の周辺（初期位置）で待機している。操作者は、この状態から調査装置２の操作を開始する。

操作者は、操作装置３からの通信電波が届く範囲で調査装置２を遠隔操作し、災害発生箇所や原因の調査を行う。ここでは、直線通路８１内が操作装置３からの通信電波が届く範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して直線通路８１内を走行させると、調査装置２は撮影した画像を操作装置３に随時送信する。また、調査装置２は所定時間間隔で自身の位置を算出し、算出した位置情報を操作装置３に随時送信する。操作装置３は、スタート地点から現時点までの調査装置２の走行経路を記憶する。なお、操作装置３からの通信電波が直接届く範囲で操作装置３を遠隔操作している間は、中継装置４₁，４₂は移動せずに操作者の周辺で待機を続ける（図５（ｂ）参照）。ここでは、直線通路８１内を調査した結果、災害発生箇所や原因は発見されなかったとする。

続いて、連結通路８３内の調査を行うために、操作者は調査装置２を遠隔操作して連結通路８３内に進入させる。ここでは、連結通路８３は操作装置３からの通信電波が直接届かない範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して連結通路８３内に進入させると、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になる。具体的には、操作装置３からの通信電波の受信強度が弱まり、予め決められている閾値を下回る。その場合に、調査装置２は操作装置３に対して通信の中継の要請を行い、操作装置３は中継装置４₁に対して中継の開始を指示する。なお、通信電波を受信しづらい状況は、通信電波を受信するのに実際に支障をきたす場合に限らず、近い将来で支障をきたすことを予測できる場合であってもよい。

中継の開始指示を受けた中継装置４₁は、スタート地点から調査装置２の現在位置（通信の中継の要請を行った位置）までの調査装置２の走行経路を取得し、スタート地点から調査装置２の現在位置までの最短経路（第一最短経路）を算出する。そして、中継装置４₁は、算出した最短経路を用いて調査装置２の近くまで移動し、調査装置２と操作装置３との間の通信の中継を開始する（図６（ａ）参照）。つまり、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になった位置が第一中継地点となる。中継装置４₁による中継の開始に合わせて、調査装置２、操作装置３および中継装置４₁はチャネルの調整を行う。これにより、連結通路８３は操作装置３からの通信電波が届く範囲となり、調査装置２を遠隔操作により走行させることができるようになる（図６（ｂ）参照）。ここでは、連結通路８３内を調査した結果、災害発生箇所や原因は発見されなかったとする。

続いて、直線通路８２内の調査を行うために、操作者は調査装置２を遠隔操作して直線通路８２内を走行させる。ここでは、直線通路８２の大部分は、中継装置４₁による中継を行ったとしても操作装置３からの通信電波が届かない範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して直線通路８２内を走行させると、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になる。具体的には、操作装置３からの通信電波の受信強度が弱まり、予め決められている閾値を下回る。その場合に、調査装置２は操作装置３に対して通信の中継の要請を再び行い、操作装置３は中継装置４₂に対して中継の開始を指示するとともに、中継装置４₁に対して中継地点の移動を指示する。

中継の開始指示を受けた中継装置４₂は、スタート地点から調査装置２の現在位置（通信の中継の要請を行った位置）までの調査装置２の走行経路を取得し、スタート地点から中継装置４₁が中継を行っている第一中継地点までの最短経路（第一最短経路）を算出する。そして、中継装置４₂は、算出した最短経路を用いて中継装置４₁が中継を行っている第一中継地点まで移動し、調査装置２と操作装置３との間の通信の中継を開始する（図７（ａ）参照）。なお、中継装置４₂は、中継装置４₁からスタート地点から第一中継地点までの最短経路を取得し、取得した情報に基づいて第一中継地点まで移動してもよい。
また、中継を既に行っている中継装置４₁は、調査装置２の現在位置（通信の中継の要請を行った位置）までの調査装置２の走行経路を取得し、第一中継地点から調査装置２の現在位置までの最短経路（第二最短経路）を算出する。そして、中継装置４₁は、算出した最短経路を用いて調査装置２の近くまで移動し、調査装置２と操作装置３との間の通信の中継を継続する（図７（ａ）参照）。つまり、第一中継地点を介した通信電波を受信しづらい状況になった位置が第二中継地点となる。中継装置４₂による中継の開始に合わせて、調査装置２、操作装置３および中継装置４₁，４₂はチャネルの調整を行う。このように中継装置４₁は中継装置４₂により押し出されるようにして移動する（玉突き方式）。

これにより、直線通路８２は操作装置３からの通信電波が届く範囲となり、調査装置２を遠隔操作により走行させることができるようになる（図７（ｂ）参照）。ここでは、直線通路８２内を調査した結果、災害発生箇所や原因を発見したとする。
なお、中継装置４₁，４₂による中継が開始した後で、通信を切らさないように中継装置４₁，４₂が移動して通信の安定性を保つようにするのがよい。

続いて、地下施設８０内の調査を終了するために、操作者は調査装置２に対して帰還命令を送信する。帰還命令を受けた調査装置２は、スタート地点から現在位置（帰還命令を受けた位置）までの走行経路に基づき、現在位置からスタート地点までの最短経路を算出し、算出した最短経路によりスタート地点まで移動する（図８（ａ）参照）。また、中継装置４₁，４₂は、各々の中継地点からスタート地点までの最短経路をそれぞれ算出し、算出した最短経路を用いてスタート地点まで移動する。中継装置４₁，４₂がスタート地点まで戻る際に、通信を切らさないように通信の安定性を保ちながら中継装置４₁，４₂は移動する（図８（ａ）参照）。

なお、例えば、調査装置２が所定距離以内（例えば、２ｍ以内）に近づくと、中継装置４₁，４₂は調査装置２の後を追随するようにして帰還してもよい（図８（ｂ）参照）。また、中継装置４₁，４₂は、調査装置２が算出した最短経路を取得し、取得した最短経路を用いてスタート地点まで移動してもよい。また、操作者の遠隔操作により災害発生箇所から調査装置２を帰還させてもよい。

＜中継装置を追随させる方式（カルガモ親子式）＞
図９（ａ）に示すように、操作者は、操作装置３を所持した状態で直線通路８１内のスタート地点に位置しており、調査装置２および中継装置４₁，４₂は、操作者の周辺（初期位置）で待機している。操作者は、この状態から調査装置２の操作を開始する。

操作者は、操作装置３からの通信電波が届く範囲で調査装置２を遠隔操作し、災害発生箇所や原因の調査を行う。ここでは、直線通路８１内が操作装置３からの通信電波が直接届く範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して直線通路８１内を走行させると、中継装置４₁，４₂は調査装置２に追随して走行する（図９（ｂ）参照）。このとき、調査装置２は操作装置３から通信電波を直接受信しており、中継装置４₁，４₂は通信を中継していない。調査装置２は撮影した画像を操作装置３に随時送信する。また、調査装置２は所定時間間隔で自身の位置を算出し、算出した位置情報を操作装置３に随時送信する。操作装置３は、スタート地点から現時点までの調査装置２の走行経路を記憶する。ここでは、直線通路８１内を調査した結果、災害発生箇所や原因は発見されなかったとする。

続いて、連結通路８３内の調査を行うために、操作者は調査装置２を遠隔操作して連結通路８３内に進入させる。ここでは、連結通路８３は操作装置３からの通信電波が直接届かない範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して連結通路８３内に進入させると、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になる。具体的には、操作装置３からの通信電波の受信強度が弱まり、予め決められている閾値を下回る。その場合に、調査装置２は操作装置３に対して通信の中継の要請を行い、操作装置３は中継装置４₂に対して中継の開始を指示する。なお、通信電波を受信しづらい状況は、通信電波を受信するのに実際に支障をきたす場合に限らず、近い将来で支障をきたすことを予測できる場合であってもよい。

中継の開始指示を受けた中継装置４₂は、その場で停止して調査装置２と操作装置３との間の通信の中継を開始する（図１０（ａ）参照）。つまり、中継装置４₂は、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になった位置で調査装置２から切り離され、切り離された位置が第一中継地点となる。中継装置４₂による中継の開始に合わせて、調査装置２、操作装置３および中継装置４₂はチャネルの調整を行う。これにより、連結通路８３は操作装置３からの通信電波が届く範囲となり、調査装置２を遠隔操作により走行させることができるようになる（図１０（ｂ）参照）。ここでは、連結通路８３内を調査した結果、災害発生箇所や原因は発見されなかったとする。

続いて、直線通路８２内の調査を行うために、操作者は調査装置２を遠隔操作して直線通路８２内を走行させる。ここでは、直線通路８２の大部分は、中継装置４₂による中継を行ったとしても操作装置３からの通信電波が届かない範囲であるとする。操作者が調査装置２を遠隔操作して直線通路８２内を走行させると、操作装置３からの通信電波を受信しづらい状況になる。具体的には、操作装置３からの通信電波の受信強度が弱まり、予め決められている閾値を下回る。その場合に、調査装置２は操作装置３に対して通信の中継の要請を再び行い、操作装置３は中継装置４₁に対して中継の開始を指示する。

中継の開始指示を受けた中継装置４₁は、その場で停止して調査装置２と操作装置３との間の通信の中継を開始する（図１１（ａ）参照）。つまり、中継装置４₁は、第一中継地点を介した通信電波を受信しづらい状況になった位置で調査装置２から切り離され、切り離された位置が第二中継地点となる。中継装置４₁による中継の開始に合わせて、調査装置２、操作装置３および中継装置４₁，４₂はチャネルの調整を行う。このように中継装置４₁，４₂は、通信電波の受信強度が弱まった段階で調査装置２から切り離されて中継を行う（切離し方式）。

これにより、直線通路８２は操作装置３からの通信電波が届く範囲となり、調査装置２を遠隔操作により走行させることができるようになる（図１１（ｂ）参照）。ここでは、直線通路８２内を調査した結果、災害発生箇所や原因を発見したとする。
なお、中継装置４₁，４₂による中継が開始した後で、通信を切らさないように中継装置４₁，４₂が移動して通信の安定性を保つようにするのがよい。

続いて、地下施設８０内の調査を終了するために、操作者は調査装置２に対して帰還命令を送信する。帰還命令を受けた調査装置２は、スタート地点から現在位置（帰還命令を受けた位置）までの走行経路に基づき、現在位置からスタート地点までの最短経路を算出し、算出した最短経路によりスタート地点まで移動する（図１２（ａ）参照）。また、中継装置４₁，４₂は、各々の現在位置からスタート地点までの最短経路をそれぞれ算出し、算出した最短経路を用いてスタート地点まで移動する。中継装置４₁，４₂がスタート地点まで戻る際に、通信を切らさないように通信の安定性を保ちながら中継装置４₁，４₂は移動する（図１２（ａ）参照）。

なお、例えば、調査装置２が所定距離以内（例えば、２ｍ以内）に近づくと、中継装置４₁，４₂は調査装置２の後を追随するようにして帰還してもよい（図１２（ｂ）参照）。また、中継装置４₁，４₂は、調査装置２が算出した最短経路を取得し、取得した最短経路を用いてスタート地点まで移動してもよい。また、操作者の遠隔操作により災害発生箇所から調査装置２を帰還させてもよい。

以上のように、本実施形態に係る遠隔操作システム１は、調査装置２と操作装置３との間に、無線通信を中継可能な間隔で中継装置４を配置することができる。そのため、調査装置２が操作装置３から遠ざかる移動や通信電波の指向性を損なう移動などを行っても、通信の安定性を保つことができる。

また、ここで説明した中継装置４の走行方法の何れであっても中継装置４が他の中継装置４を追い抜いたり、追い越したりすることがない。そのため、狭い場所であっても中継装置４を配置することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例を以下に例示する。

本実施形態では、操作者が操作装置３を用いて調査装置２を遠隔操作して、災害発生箇所や原因を特定する遠隔操作システム１（図１参照）を想定していたが、本発明の用途や構成はこれに限定されるものではない。例えば、操作者に操作される装置（ここでは調査装置２）は、移動するものであればよく、要救助者を救助することを目的とする装置や施設内を検査することを目的とする装置であってよい。

また、本実施形態では、調査装置２、操作装置３および中継装置４間における情報のやり取りを例示したものに過ぎず、調査装置２、操作装置３および中継装置４間における情報のやり取りはこれに限定されない。

また、本実施形態では、調査装置２や中継装置４として地上を走行する場合を想定していた。しかしながら、調査装置２や中継装置４の移動方法は地上を走行するものに限定されず、他の移動方法を用いて移動してもよい。調査装置２や中継装置４は、空中を飛行するもの（例えば、ドローン）や水上を航行するもの（例えば、ボート）であってよい。また、調査装置２や中継装置４は、地上を歩行するものであってもよい。

また、本実施形態では、調査装置２が慣性航法（ＩＮＳ）を用いた現在位置の算出を行い、算出した位置を用いて中継装置４を調査装置２の近くまで走行させていた。しかしながら、調査装置２の位置の特定は、他の手段であってもよく、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）やＩＭＥＳ（Indoor Messaging System）を用いて位置の特定を行ってもよい。慣性航法（ＩＮＳ）とＧＰＳやＩＭＥＳとを併用してもよい。

また、本実施形態では、「中継装置を派遣させる方式（レスキュー式）」において、図７（ａ）に示すように、第一中継地点を介した通信電波が弱まった場合に、第一中継地点で中継を行っていた中継装置４₁は、新たな中継装置４₂により押し出されるようにして第二中継地点まで移動していた（玉突き方式）。しかしながら、第一中継地点を介した通信電波が弱まった場合に、第一中継地点で中継を行っていた中継装置４₁は移動せずに、新たな中継装置４₂が中継装置４₁を追い越すようにして第二中継地点まで直接移動してもよい（追越し方式）。その場合、中継装置４₂は、スタート地点から調査装置２の現在位置（通信の中継の要請を行った位置）までの調査装置２の走行経路を取得し、スタート地点から調査装置２の現在位置までの最短経路（第二最短経路）を算出する。このようにすると、通信電波を受信しづらい状況になった場合に、移動させる中継装置４が一台のみでよいので制御が容易である。

また、本実施形態では、通信電波を受信しづらい状況として「受信強度が予め決められている閾値を下回る」ことを想定していた。しかしながら、通信電波を受信しづらい状況は、通信電波を受信するのに実際に支障をきたす場合に限らず、近い将来で支障をきたすことを予測できる場合であってもよい。例えば、調査装置２は、撮影部２６で撮影した画像から、見通しが明らかに悪い方向（例えば横穴）に移動することを判定し、中継装置４による通信の中継を開始する指示を受信強度が閾値を下回る前に行ってもよい。
また、調査装置２からの通信電波が途絶えた場合に、操作装置３が中継装置４による通信の中継を開始する指示を行ってもよい。

１ 遠隔操作システム（通信システム）
２ 調査装置（移動装置）
３ 操作装置
４ 中継装置

Claims (8)

1. 無線通信によって移動する移動装置用の通信システムであって、
   移動装置と、
   前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、
   前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備え、
   前記複数の中継装置は初期位置で待機しており、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に前記移動装置の近くまで順番に移動する、
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記操作装置は、前記移動装置の走行経路を記憶しており、
   各々の前記中継装置は、前記操作装置から前記走行経路を取得し、自身の位置から前記走行経路上の特定位置までの最短経路を算出する最短経路算出機能を有し、
   前記操作装置から直接送信される通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第一中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第一最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第一中継地点まで前記第一最短経路で移動し、
   前記第一中継装置を介して送信される前記通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第二中継装置が前記第一中継地点まで前記第一最短経路で移動すると共に、前記第一中継装置が前記第一中継地点から前記移動装置までの第二最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第二中継地点まで前記第二最短経路で移動する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記操作装置は、前記移動装置の走行経路を記憶しており、
   各々の前記中継装置は、前記操作装置から前記走行経路を取得し、自身の位置から前記走行経路上の特定位置までの最短経路を算出する最短経路算出機能を有し、
   前記操作装置から直接送信される通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第一中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第一最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第一中継地点まで前記第一最短経路で移動し、
   前記第一中継装置を介して送信される前記通信電波を受信しづらい状況になった場合に、第二中継装置が前記初期位置から前記移動装置までの第二最短経路を算出し、前記移動装置の近くの第二中継地点まで前記第二最短経路で移動する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 無線通信によって移動する移動装置用の通信システムであって、
   移動装置と、
   前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、
   前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備え、
   前記複数の中継装置は前記移動装置に追随して移動し、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動を順番に停止する、
   ことを特徴とする通信システム。
5. 前記複数の中継装置は、縦列をなして移動し、最後尾の中継装置から順番に移動を停止する、ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記移動装置は、帰還命令を受信した場合に前記中継装置が中継を行っている中継地点の近くを通って帰還し、
   前記中継装置は、前記移動装置が所定距離よりも近づいた場合に前記移動装置に追随して帰還する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の通信システム。
7. 無線通信によって移動する移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える通信システムの通信方法であって、
   前記複数の中継装置を初期位置で待機させておき、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に前記移動装置の近くまで順番に移動させる、
   ことを特徴とする通信方法。
8. 無線通信によって移動する移動装置と、前記移動装置を操作する操作命令を通信電波により送信する操作装置と、前記通信電波を中継する複数の中継装置と、を備える通信システムの通信方法であって、
   前記複数の中継装置を前記移動装置に追随して移動させ、前記移動装置が前記操作装置から送信される通信電波を受信しづらい状況になる度に移動を順番に停止させる、
   ことを特徴とする通信方法。

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