JP2019040321A - ドローン監視システム及びドローン監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドローンを従来より確実に探知可能なドローン監視システム及びドローン監視方法を提供する。【解決手段】本発明のドローン監視システム１０は、要監視エリアＲ１における不審ドローン９５の探知のために、飛行を認可した複数の認可ドローン９０を要監視エリアＲ１内で飛行させて、それら認可ドローン９０に搭載の不審物探知装置２１により不審ドローン９５を探知する。そのために、ドローン監視システム１０は、認可ドローン９０に搭載のドローン無線端末２０と無線通信可能な複数の無線基地局１１を、要監視エリアＲ１を含むドローン通信エリアＲ２に分散配置して備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、要監視エリア内で不審なドローンを監視するドローン監視システム及びドローン監視方法に関する。

近年、飛行する小型のドローンが急速に普及し、それに伴い、条例や政令等によりドローンの飛行禁止エリアが多く設けられてきている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７-０５２３８９(図１）

ところが、ドローンは飛行機やヘリコプター等に比べて小型であるため、レーダにて探知することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ドローンを従来より確実に探知することが可能なドローン監視システム及びドローン監視方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明のドローン監視方法は、ドローンの飛行を監視する要監視エリアに、飛行を予め認可した認可ドローンを飛行させて、認可をされていない不審ドローンを、前記認可ドローンに搭載の不審物探知装置にて探知するところに特徴と有する。

また本発明のドローン監視システムは、ドローンの飛行を監視する要監視エリア内で、飛行を認可されていない不審ドローンを探知するドローン監視システムであって、予め飛行を認可した認可ドローンに搭載されるドローン無線端末と、前記認可ドローンに搭載され、前記不審ドローンを探知するための不審物探知装置と、前記ドローン無線端末を通して前記不審物探知装置の探知結果を取り込む監視サーバーと、を備えるところに特徴を有する。

本発明のドローン監視システム及びドローン監視方法によれば、要監視エリアで認可ドローンを飛行させて不審物探知装置を要監視エリア内で移動し、不審物探知装置を不審ドローンに近づけて探知を行うことができる。これにより、飛行機等に比べて探知が困難であった不審ドローンを従来より確実に探知することができる。また、不審ドローンの探知にドローンを使用するので、ドローンの有効利用が図られる。

要監視エリア及びドローン通信エリアの概念図 無線基地局を構成するモバイル端末と送受信ドングルの斜視図 ドローン監視方法の概念図 認可ドローンの概念図

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、要監視エリアＲ１（遊園地、万博会場、オリンピック競技等のスポーツ会場、公園、港、飛行場、野外コンサート会場等）が概念的に示されている。本実施形態のドローン監視システム１０は、この要監視エリアＲ１全体を網羅する概ね縦横３［Ｋｍ］×３［Ｋｍ］のドローン通信エリアＲ２に複数の無線基地局１１を分散配置して備えている。具体的には、複数の無線基地局１１は、例えば、縦横に概ね５００［ｍ］の間隔で７行７列に配置されて要監視エリアＲ１に分散配置されている。

各無線基地局１１は、図２に示すように、市販のモバイル端末１２（例えば、スマートフォン）に送受信機ドングル１３を接続してなる。送受信機ドングル１３は、移動体用に開放されている小電力通信の２．４８ＧＨｚの無線送受信機であって、汎用コネクタ１３Ｃ（例えば、ＵＳＢコネクタ）を含んだモバイル端末接続用インターフェース１（例えば、ＵＳＢインターフェース）を備え、その汎用コネクタ１３Ｃに、モバイル端末１２に接続された専用接続線１２Ａの汎用コネクタ１２Ｂが接続されている。そして、各モバイル端末１２が、携帯電話回線（例えば、３Ｇ，４Ｇ，ＬＴＥ等）、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、インターネット等を介して監視サーバー１４に接続されている。

なお、複数の無線基地局１１は、例えば、それら専用の通信ポストに設置する他、店舗、外灯等に設置してもよい。また、通行の障害にならないように、例えば、路面に固定の反射鏡のように扁平構造をなして地表に固定された専用ケースに収納してもよい。また、複数のモバイル端末１２と監視サーバー１４とは、インターネットを介さずに専用回線で接続されていてもよい。

図３には、本実施形態のドローン監視システム１０全体の概念図が示されている。同図において符号２０は、要監視エリアＲ１内で飛行が許可されたドローン９０に搭載されるドローン無線端末であり、送受信機ドングル１３との間で無線通信を行う。具体的には、ドローン無線端末２０と送受信機ドングル１３とは、キャリア周波数が前述の２．４８ＧＨｚ、変復調方式がＦ２Ｄ（２ＦＳＫ）、通信速度が１０［ｋｂｐｓ］の仕様で無線通信を行う。

また、その仕様で、アンテナゲインを３［ｄＢｉ］とすると、現時点で許可されている１０［ｍＷ］の無線出力制限では、通信距離が概ね５００［ｍ］と見積もられる。よって、上述の如くドローン通信エリアＲ２全体に５００［ｍ］間隔で送受信機ドングル１３を有した無線基地局１１が配置されていることで、ドローン通信エリアＲ２内の任意の位置のドローン無線端末２０に対して監視サーバー１４が何れかの無線基地局１１を通して通信を行うことができる。

なお、上記仕様より、通信速度を下げて通信距離を長くするか、逆に通信距離を下げて通信速度を上げてもよい。さらには、１０［ｍＷ］の無線出力制限を上げる許可を得て、通信距離及び通信速度の両方又は一方を上げてもよい。

ドローン９０としては、例えば水平旋回する直径１５〜２５［ｃｍ］のプロペラ９０Ａを４つ以上有し、下面にカメラ９０Ｂを備えたものが挙げられる。また、ドローン無線端末２０は、ドローン９０の制御装置９１に接続されている。各ドローン無線端末２０には、それぞれ識別番号が設定されていて、その識別番号がドローン９０の識別番号にもなる。以下、ドローン無線端末２０を搭載し、識別番号が付されたドローン９０を「認可ドローン９０」という。

ドローン９０の制御装置９１には、離着陸場所及び飛行ルートが設定されている。各認可ドローン９０は、監視サーバー１４からの指令に従って、設定された飛行ルートを飛行し、カメラ９０Ｂで撮影した画像データと、次述するＧＰＳモジュール９１Ａにて求められる位置データ（例えば、緯度，経度、高度）と、識別番号データ等とを監視サーバー１４に送信する。

また、図４に示すように、ドローン９０の制御装置９１には、監視サーバー１４との間の通信が断絶した場合に自動的に設定された着陸場所に戻って着陸する自動帰還プログラムが組み込まれている。さらに、制御装置９１には、ＧＰＳモジュール９１Ａ、Ｆｉ−Ｗｉモジュール９１Ｂ、コントローラ用無線モジュール９１Ｃとが備えられている。制御装置９１は、通常は、監視サーバー１４以外の端末との間でＦｉ−Ｗｉモジュール９１Ｂ及びコントローラ用無線モジュール９１Ｃよる通信が禁止されていて、監視サーバー１４からの通信許可を受けた場合に、監視サーバー１４以外の端末と通信を行うことができる。

具体的には、各ドローン９０は、監視サーバー１４からの許可を得れば、コントローラ９２の操作情報をコントローラ用無線モジュール９１Ｃに受信可能になり、コントローラ９２のマニュアル操作に応じて飛行する。また、その飛行中にカメラ９０Ｂにて撮影した画像をＦｉ−Ｗｉモジュール９１Ｂを通して操作者のモバイル端末（例えば、スマートホン）に送信することもできる。

ドローン無線端末２０を搭載せずに要監視エリアＲ１に侵入するドローン９５（以下、「不審ドローン９５」という）を検出するために、認可ドローン９０には不審物探知装置２１が搭載されている。不審物探知装置２１は、例えば、３方向パッチアンテナ２１Ａを備え、１０［ＧＨｚ］、２０［ｎｓ］、１０［Ｗｐｅａｋ］のパルスバースト信号を発出する。そして、パルスバースト信号の発出からその反射信号を受信するまでの反射時間を計測する。

ここで、不審物探知装置２１の受信電力は−８０［ｄＢｍ］、不審物探知装置２１の小塔電力は１０［Ｗ］、アンテナゲインは略１５［ｄＢｉ］、レーダー反射断面積（Ｒａｄａｒ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）＝σ＝０．０３［ｍ^２］と見積もることができ、波長は０．０３［ｍ］であるから、不審物探知装置２１による探知距離は、以下の式から概ね半径６０［ｍ］と見積もることができる。即ち、不審物探知装置２１により、その不審物探知装置２１を搭載した認可ドローン９０を中心とする半径略６０［ｍ］のセル球体の内側の不審ドローン９５をスキャンすることができる。

不審物探知装置２１は、パルスバースト信号の発出からその反射信号を受信するまでの反射時間の計測結果を探知結果データとして、ドローン無線端末２０を通して、前述の画像データ、識別番号データ等と共に監視サーバー１４に送信する。

なお、３方向パッチアンテナ２１Ａの代わりに、前方１２０度の範囲をカバーするフェーズドアレイを使用してもよい。また、ＦＭｃｈｉｒｐやＢａｋｅｒ符号化等の技術により、探知距離を前述の略６０［ｍ］から略１００［ｍ］に上げることが見込まれる。

ドローン監視システム１０では、以下のようにして要監視エリアＲ１内の不審ドローン９５を検知する。即ち、本実施形態では、例えば、ドローン通信エリアＲ２が１．５［ｋｍ］×１．５［ｋｍ］の４つの区画エリアに分割され、各区画エリア毎に２機ずつ計８機の認可ドローン９０が用意される。また、各区画エリア毎に離着陸場が設定され、それら各離着陸場には、充電スタンドが設置されている。そして、各認可ドローン９０は、充電スタンドで充電される状態で待機し、監視サーバー１４からパトロール開始指示を受けると、担当する区画エリア内の設定された飛行ルートを飛行する。また、認可ドローン９０は、指示された飛行ルートの飛行を終えるか、監視サーバー１４から帰還指示を受けるか、前述の自動帰還プログラムが実行されると、離着陸場に帰還して、充電スタンドで充電される状態になるように着陸する。

飛行ルートは、例えば、区画エリア内を認可ドローン９０が蛇行飛行するように設定されている。即ち、認可ドローン９０が、区画エリアの縦方向の一端において、横方向の一端から他端まで直進してから縦方向の他端側へと２５［ｍ］移動し、次いで、横方向の他端から一端まで直進してから縦方向の他端側へと２５［ｍ］移動する動作を繰り返して蛇行するように設定されている。また、飛行高度は例えば５０〜６５［ｍ］に設定されて、例えば、各区画エリア毎に５［ｍ］ずつ高度を異ならて接触事故を防止している。

認可ドローン９０は、飛行中にカメラ９０Ｂで撮影した画像データを、位置データ（例えば、緯度，経度、高度）、識別番号データと共に監視サーバー１４に送信する。そして、各認可ドローン９０からの画像データが監視サーバー１４のモニタに多元中継で映し出される。それら中継画像を人間が監視することで、要監視エリアＲ１内の不審ドローン９５を探知することができる。また、監視サーバー１４は、例えば、画像処理により画像中の不審ドローン９５を有無を判別する。そして、不審ドローン９５が画像中に含まれている虞があると判断したときに異常発生処理を行う。具体的には、例えば、モニタのうち不審ドローン９５を含む虞がある中継画像に「異常有り」という旨の警告を表示すると共に、不審ドローン９５の映像を捉えたと思われる認可ドローン９０の位置を、要監視エリアＲ１に対応するマップに重ねてモニタに表示する。

各認可ドローン９０は、監視サーバー１４からスキャン指令が付与されたときに、不審物探知装置２１を作動させてパルスバースト信号の発出し、その反射信号を受信するまでの反射時間を、反射物体までの距離の代用値として計測する。そして、その検出結果である反射時間データを監視サーバー１４に送信する。また、複数の認可ドローン９０の不審物探知装置２１が同時に作動しないように、監視サーバー１４は、認可ドローン９０毎にタイミングをずらしてスキャン指令を出力する。

監視サーバー１４は、認可ドローン９０から受け取った反射時間データに基づいて、認可ドローン９０からパルスバースト信号を反射する反射物体までの距離を計算する。そして、認可ドローン９０の高度に基づき、地上からどのくらいの高さに反射物体が位置するかを演算する。また、監視サーバー１４には、予め建造物等の位置データ及び高さデータが記憶されている。そして、それら建造物等の位置データ等と認可ドローン９０の位置データとから、パルスバースト信号を反射し得る正規の建造物等が存在するか否かを判別し、正規の建造物等ではないと判断した場合に、上記した異常発生処理を行う。

なお、不審ドローン９５が検出されたときに、例えば、待機している認可ドローン９０のマニュアル操作を監視サーバー１４によって許可し、認可ドローン９０を不審ドローン９５が存在すると思われる位置まで飛行させてもよい。そして、その認可ドローン９０のカメラ９０Ｂや不審物探知装置２１によって別途不審ドローン９５を探知してよい。この場合、認可ドローン９０の完全マニュアル操作を許可せずに、他の認可ドローン９０に接近するエリアの飛行を禁止する飛行制限をかけてもよい。

以上のようにして、本実施形態のドローン監視システム１０によれば、要監視エリアＲ１内で不審ドローン９５を探知することができる。即ち、本実施形態のドローン監視システム１０によれば、要監視エリアＲ１で認可ドローン９０を飛行させて不審物探知装置２１を要監視エリアＲ１内で移動し、不審物探知装置２１を不審ドローン９５に近づけて探知を行うことができる。これにより、飛行機等に比べて探知が困難であった不審ドローン９５を従来より確実に探知することができる。また、不審ドローン９５の探知にドローンを使用するので、ドローンの有効利用が図られる。また、本実施形態では、不審物探知装置２１のみならず、カメラ９０Ｂも本発明に係る「不審物探知装置」として利用するので、より確実に不審ドローン９５の検知を行うことができる。

［第２実施形態］
本実施形態のドローン監視システム（図示せず）は、複数の各認可ドローンに、低電力のＡＤＳ−Ｂ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ−Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）送信機が搭載される一方、監視サーバーにマルチパス対応のＡＤＳ−Ｂ受信機が接続されている。そして、各認可ドローンに自身の識別番号データと位置データとを放送させて、それをＡＤＳ−Ｂ受信機を通して監視サーバーが受信する。これにより、監視サーバーで、要監視エリアＲ１内を飛行中の多数の認可ドローンを確実かつ容易に探知することができ、監視が容易になる。

なお、例えば、前記ＡＤＳ−Ｂ送信機の放送周波数及び信号形式を、航空機に搭載されている応答機に合わせてＳＳＲと互換性を持たせることで、航空管制塔において、認可ドローンの監視をすることもできる。また、船舶用ＡＩＳを利用して同様のシステムを構成してもよい。

［第３実施形態］
本実施形態のドローン監視システム（図示せず）は、複数の各認可ドローンに、低電力のＭｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機が搭載される一方、監視サーバーに受動型ＳＳＲが接続されている。そして、認可ドローンのＭｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機に近隣のＳＳＲからの質問信号に応答させて、その応答信号を受動型ＳＳＲを通して監視サーバーに取り込み監視する。本実施形態においても、第２実施形態と同様に、Ｍｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機の放送周波数及び信号形式を、航空機に搭載されている応答機に合わせてＳＳＲと互換性を持たせてもよい。なお、Ｍｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機からの応答信号の到達距離を制限して、親局ＳＳＲへの影響を抑えることが好ましい。

［第４実施形態］
本実施形態のドローン監視システム（図示せず）は、前記第３実施形態のドローン監視システムにおいて、互いに離れた３箇所にＳＳＲ送信機を配置して、それら３つのＳＳＲ送信機に対する応答信号を受動型ＳＳＲを通して監視サーバーに取り込む。そして、監視サーバーが、監視サーバーの位置と各ＳＳＲ送信機の位置とを２つの焦点としかつ、Ｍｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機（認可ドローン）の位置を含んだ３つの楕円球を演算して、それらの交点からＭｏｄｅ−Ａ／Ｃ応答機（認可ドローン）の位置を求める。なお、その際、３つのＳＳＲ送信機が、同時に質問信号を発出しないように、ＴＴＳ方式で質問信号を送出させる。また、認可ドローンは、応答信号にＩＤと高度情報とを含めるようにする。

［第５実施形態］
本実施形態は第１実施形態の変形例であって、認可ドローン９０に搭載される不審物探知装置２１は、上側探知用アンテナと下側探知用アンテナと別々に備え、認可ドローン９０より上側の不審ドローン９５を上側探知用アンテナから発出されるパルスバースト信号で探知し、認可ドローン９０より下側の不審ドローン９５を下側探知用アンテナから発出されるパルスバースト信号で探知する。これにより、不審ドローン９５の位置の絞り込みが容易になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態の不審物探知装置２１に代えて、熱源カメラ（サーモカメラ）を認可ドローン９０に搭載し、不審ドローン９５のモータは発する熱に基づいて不審ドローン９５を検知してもよい。

（２）前記第１実施形態の不審物探知装置２１に代えて超音波受波機を認可ドローン９０に搭載し、不審ドローン９５のモーターが高速回転したときに発生する超音波に基づいて不審ドローン９５を検知してもよい。

（３）前記第１実施形態の不審物探知装置２１に代えてノイズ検出回路を搭載し、不審ドローン９５のモータ駆動回路から発生するノイズに基づいて不審ドローン９５を検知してもよい。

（４）認可ドローン９０に上側撮影用カメラと下側撮影用カメラとを設けて、認可ドローン９０より上側と認可ドローン９０より下側の映像を別々に撮影して不審ドローン９５を検知してもよい。

（５）前記第１実施形態では、複数の認可ドローン９０で要監視エリアＲ１内の不審ドローン９５を探知していたが、１つの認可ドローン９０で要監視エリアＲ１内の不審ドローン９５を探知してもよい。

１０ ドローン監視システム
１１ 無線基地局
１３ 送受信機ドングル
１４ 監視サーバー
２０ ドローン無線端末
２１ 不審物探知装置
９０ 認可ドローン
９０Ｂ カメラ（不審物探知装置）
９５ 不審ドローン

Claims (6)

1. ドローンの飛行を監視する要監視エリアに、飛行を予め認可した認可ドローンを飛行させて、認可をされていない不審ドローンを、前記認可ドローンに搭載の不審物探知装置にて探知するドローン監視方法。
2. 前記認可ドローンに搭載のドローン無線端末と無線通信可能な複数の無線基地局を前記要監視エリアに分散配置しておき、それら複数の無線基地局に共通して接続される監視サーバーに、前記不審物探知装置による探知結果を取り込んで、前記不審ドローンの有無を判別する請求項１に記載のドローン監視方法。
3. 複数の前記認可ドローンの前記不審物探知装置で前記要監視エリアを分担して前記不審ドローンの探知を行う請求項１又は２に記載のドローン監視方法。
4. ドローンの飛行を監視する要監視エリア内で、飛行を認可されていない不審ドローンを探知するドローン監視システムであって、
   予め飛行を認可した認可ドローンに搭載されるドローン無線端末と、
   前記認可ドローンに搭載され、前記不審ドローンを探知するための不審物探知装置と、
   前記ドローン無線端末を通して前記不審物探知装置の探知結果を取り込む監視サーバーと、を備えるドローン監視システム。
5. 前記ドローン無線端末と無線通信可能で前記要監視エリアに分散配置される複数の無線基地局を備え、
   前記複数の無線基地局が前記監視サーバに共通して接続されている請求項４に記載のドローン監視システム。
6. 前記ドローン無線端末及び前記不審物探知装置が複数の前記認可ドローンに搭載され、
   前記監視サーバに、前記複数の不審物探知装置の探知結果が取り込むまれる請求項４又は５に記載のドローン監視システム。

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