JP2019086478A - 移動体の位置計測システム - Google Patents
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Abstract
【課題】移動体の位置を外部信号に依らずに好適に計測する。【解決手段】位置計測システム１００は、無人機１０と、識別情報を有する標識２０とを備えて構成される。無人機１０は、標識２０の画像を取得する光学センサと、制御部とを備える。制御部は、光学センサにより取得された標識２０の画像に基づいて、標識２０の識別情報と、無人機１０から見た標識２０の方位とを取得し、取得された標識２０の識別情報に基づいて標識２０の座標を取得し、取得された標識２０の方位及び座標に基づいて無人機１０の位置を算出する。標識２０は、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つを、識別情報として有する。【選択図】図１
Description
本発明は、移動体の位置を計測する技術に関する。
現在の航空機の運航管理では、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した高精度の位置計測技術により高密度運航を実現している。そのため、各機のＧＰＳ機器が偽のＧＰＳ信号によるなりすましやジャミングを受けた場合、高密度運航に必要な位置精度が確保できなくなり、管制官の指示のもとで周辺機体との運航間隔を広げるなどの対応が必要となる。さらに、ＧＰＳ信号のジャミングやなりすましが複数機に及んだ場合には、これら複数機に対して運航間隔を広げる必要が生じるため、運航スケジュールに著しい乱れを生じてしまう。
また、無人機（無人航空機）の運用においても、ＧＰＳを利用した自機位置計測が広く用いられている。そのため、無人機のＧＰＳ機器が偽のＧＰＳ信号によるなりすましやジャミングを受けた場合、無人機が正確な自機位置を把握できなくなり、最悪の場合には迷走や墜落に至るおそれがある。
また、無人機（無人航空機）の運用においても、ＧＰＳを利用した自機位置計測が広く用いられている。そのため、無人機のＧＰＳ機器が偽のＧＰＳ信号によるなりすましやジャミングを受けた場合、無人機が正確な自機位置を把握できなくなり、最悪の場合には迷走や墜落に至るおそれがある。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、飛行体に搭載した撮像装置によって既知の位置に設けられた多重円形などのターゲットマークを撮像し、取得した画像に基づいてターゲットマークと飛行体との位置関係を演算している。この技術によれば、ＧＰＳ信号などの外部信号に依らずに、飛行体の自機位置を計測することができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ターゲットマークが単純な形状や模様のものであるため、その識別機能に限界がある。例えば複数のターゲットを航路上に配しておき、航空機に各ターゲットを識別・特定させて、その座標情報から自機位置を計測させることなどはできない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、航空機などの移動体の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、移動体と、識別情報を有する標識とを備えて構成された移動体の位置計測システムであって、
前記移動体は、
前記標識の画像を取得する光学センサと、
前記光学センサにより取得した標識の画像に基づいて、当該標識の識別情報と、前記移動体から見た当該標識の方位とを取得する情報取得手段と、
取得された標識の識別情報に基づいて、当該標識の座標を取得する座標取得手段と、
取得された標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有し、
前記標識は、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つを、前記識別情報として有することを特徴とする。
前記移動体は、
前記標識の画像を取得する光学センサと、
前記光学センサにより取得した標識の画像に基づいて、当該標識の識別情報と、前記移動体から見た当該標識の方位とを取得する情報取得手段と、
取得された標識の識別情報に基づいて、当該標識の座標を取得する座標取得手段と、
取得された標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有し、
前記標識は、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つを、前記識別情報として有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、移動体と、既知の座標に設けられて前記移動体の位置に関する情報を取得する位置取得手段と、前記移動体にデータ送信する発信局とを備えて構成された移動体の位置計測システムであって、
前記発信局は、
前記位置取得手段により取得された前記移動体の情報に基づいて得られた前記移動体の位置を、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つにより前記移動体にデータ送信する発信器と、
を有することを特徴とする。
前記発信局は、
前記位置取得手段により取得された前記移動体の情報に基づいて得られた前記移動体の位置を、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つにより前記移動体にデータ送信する発信器と、
を有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記標識は、互いに異なる位置に固定されるとともに各々が固有の識別情報を有する少なくとも２つが設けられ、
前記移動体は、
少なくとも２つの前記標識の各々の識別情報と座標とを対応付けた標識データを予め記憶している記憶手段を有し、
前記座標取得手段が、取得された標識の識別情報に基づいて、前記標識データを参照して当該標識の座標を取得し、
前記位置算出手段が、少なくとも２つの標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出することを特徴とする。
前記標識は、互いに異なる位置に固定されるとともに各々が固有の識別情報を有する少なくとも２つが設けられ、
前記移動体は、
少なくとも２つの前記標識の各々の識別情報と座標とを対応付けた標識データを予め記憶している記憶手段を有し、
前記座標取得手段が、取得された標識の識別情報に基づいて、前記標識データを参照して当該標識の座標を取得し、
前記位置算出手段が、少なくとも２つの標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
少なくとも２つの前記標識が、移動経路上の前記移動体の前記光学センサから捕捉可能なように配列されていることを特徴とする。
少なくとも２つの前記標識が、移動経路上の前記移動体の前記光学センサから捕捉可能なように配列されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記位置取得手段は、互いに異なる位置に固定された少なくとも２つの定点カメラであり、
前記発信局は、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々により取得された前記移動体の画像に基づいて、当該定点カメラから見た前記移動体の方位を取得する方位取得手段と、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々の座標及び当該定点カメラから見た前記移動体の方位に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とする。
前記位置取得手段は、互いに異なる位置に固定された少なくとも２つの定点カメラであり、
前記発信局は、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々により取得された前記移動体の画像に基づいて、当該定点カメラから見た前記移動体の方位を取得する方位取得手段と、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々の座標及び当該定点カメラから見た前記移動体の方位に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記少なくとも２つの定点カメラが、移動経路上の前記移動体を捕捉可能なように配列されていることを特徴とする。
前記少なくとも２つの定点カメラが、移動経路上の前記移動体を捕捉可能なように配列されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項２、５、６のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記発信局が、移動経路上の前記移動体と通信可能なように複数設けられていることを特徴とする。
前記発信局が、移動経路上の前記移動体と通信可能なように複数設けられていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記移動体が航空機であって、
位置情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ受信機と、
当該移動体の自機位置を前記ＧＰＳ信号に基づいて補正しつつ計測する慣性航法装置と、
を有し、
前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に、当該位置計測システムによる前記移動体の位置計測を行うことを特徴とする。
前記移動体が航空機であって、
位置情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ受信機と、
当該移動体の自機位置を前記ＧＰＳ信号に基づいて補正しつつ計測する慣性航法装置と、
を有し、
前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に、当該位置計測システムによる前記移動体の位置計測を行うことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システムにおいて、
前記移動体が無人航空機であることを特徴とする。
前記移動体が無人航空機であることを特徴とする。
本発明によれば、固有の反射スペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンとして標識に具備された識別情報が、移動体に搭載された光学センサにより取得され、この標識の識別情報に基づいて当該標識の座標が取得されて、移動体の自機位置が算出される。
あるいは、位置取得手段により取得された情報に基づいて得られた移動体の位置が、固有の反射スペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンにより発信局から移動体にデータ送信される。
これにより、固有の反射スペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンを利用して移動体に必要な情報を伝達し、自機位置を取得させることができる。
したがって、移動体の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
あるいは、位置取得手段により取得された情報に基づいて得られた移動体の位置が、固有の反射スペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンにより発信局から移動体にデータ送信される。
これにより、固有の反射スペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンを利用して移動体に必要な情報を伝達し、自機位置を取得させることができる。
したがって、移動体の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
＜位置計測システムの構成＞
まず、本発明の第１実施形態における位置計測システム１００の構成について説明する。
図１は、位置計測システム１００の概念図であり、図２は、位置計測システム１００における無人機１０の概略の機能構成を示すブロック図であり、図３は、位置計測システム１００における標識２０の構成例を説明するための図である。
＜位置計測システムの構成＞
まず、本発明の第１実施形態における位置計測システム１００の構成について説明する。
図１は、位置計測システム１００の概念図であり、図２は、位置計測システム１００における無人機１０の概略の機能構成を示すブロック図であり、図３は、位置計測システム１００における標識２０の構成例を説明するための図である。
図１に示すように、位置計測システム１００は、無人機（無人航空機）１０と複数の標識２０（図１では２つのみ図示）とを備えて構成され、外部からの信号に依らずに無人機１０に自機位置の情報を取得させるためのものである。
図２に示すように、無人機１０は、当該無人機１０を飛行させるための飛行機構１１のほか、光学センサ１３、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機１４、慣性航法装置１５、記憶部１８及び制御部１９を備えている。
このうち、光学センサ１３は、機外の画像情報を取得可能な撮像手段であり、本実施形態においては、標識２０の画像を取得するためのものである。この光学センサ１３は、後述するように、標識２０の識別情報を捉えることができるものである。
ＧＰＳ受信機１４は、無人機１０の自機位置（現在位置）の情報を含むＧＰＳ信号を、ＧＰＳ衛星から受信するものである。このＧＰＳ受信機１４は、ＧＰＳ信号の受信状況や、ＧＰＳ信号から取得した無人機１０の自機位置の情報を、制御部１９へ出力する。
なお、ＧＰＳ以外の衛星測位システムを利用してもよく、その場合にはＧＰＳ受信機１４を当該システムに対応した機器に替える必要があるのは勿論である。
なお、ＧＰＳ以外の衛星測位システムを利用してもよく、その場合にはＧＰＳ受信機１４を当該システムに対応した機器に替える必要があるのは勿論である。
慣性航法装置１５は、ジャイロや加速度計により、外部からの電波に依ることなく無人機１０の位置や速度等を計測可能なものである。この慣性航法装置１５は、計測した無人機１０の自機位置の情報を制御部１９へ出力する。また、慣性航法装置１５は、誤差の累積を低減するために、ＧＰＳ信号から取得された自機位置に基づく補正を加えて慣性航法位置を出力する。
記憶部１８は、無人機１０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１８は、標識データ１８０を予め記憶している。
標識データ１８０は、複数の標識２０の各々について、その識別子と当該標識２０の座標情報とが対応付けられて記憶されたデータである。識別子とは、複数の標識２０の各々を識別するための各標識２０固有の情報（例えば識別番号）である。
標識データ１８０は、複数の標識２０の各々について、その識別子と当該標識２０の座標情報とが対応付けられて記憶されたデータである。識別子とは、複数の標識２０の各々を識別するための各標識２０固有の情報（例えば識別番号）である。
制御部１９は、無人機１０の各部を中央制御する。具体的に、制御部１９は、飛行機構１１を駆動制御して無人機１０の飛行を制御したり、光学センサ１３の動作を制御したりする。
複数の標識２０は、それぞれが地上又は海上の互いに異なる位置に固定された状態で、例えば無人機１０の飛行航路に沿うようにして配列されている。但し、複数の標識２０は、飛行航路に沿って配列されていなくともよく、飛行航路上の無人機１０の光学センサ１３から捕捉可能なように配列されていればよい。
これら複数の標識２０は、それぞれが固有の識別情報を有している。標識２０の「識別情報」とは、当該標識２０の識別子に対応しており、この識別子を上空からの撮像により認識・取得可能な形式に符号化（コード化）したものである。
これら複数の標識２０は、それぞれが固有の識別情報を有している。標識２０の「識別情報」とは、当該標識２０の識別子に対応しており、この識別子を上空からの撮像により認識・取得可能な形式に符号化（コード化）したものである。
この標識２０の識別情報としては、例えば、図３（ａ）に示すような特殊な反射スペクトルが挙げられる。この場合、光学センサ１３にはスペクトルを捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能であり、また変化を伴わないので１回の計測には画像１枚の撮像時間で足りる。
または、図３（ｂ）に示すように、一定周期でスペクトルの変化するパネルを標識２０に設けて、そのスペクトル変化パターンを識別情報として用いてもよい。
または、図３（ｃ）に示すように、一定周期で色相の変化する照明を標識２０に設けて、その色相変化パターンを識別情報として用いてもよい。この場合、光学センサ１３は可視光を捉えられる比較的に安価なもので足りるが、夜間の計測ができない。
または、図３（ｄ）に示すように、一定周期で輝度の変化する照明等を標識２０に設けて、その輝度変化パターンを識別情報として用いてもよい。
あるいは、図３（ｅ）に示すように、一定周期で温度の変化するパネルを標識２０に設けて、その温度変化パターンを識別情報として用いてもよい。この場合、光学センサ１３には赤外線を捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能である。
また、これらの識別情報を組み合わせて１つの標識２０に用いてもよい。例えば、色相変化パターンを昼間用の識別情報とし、反射スペクトルを夜間用の識別情報として１つの標識２０に具備させてもよい。この場合、２種類の識別情報は、同一の標識２０を示す１つの識別子に対応しているのは勿論である。
なお、変化パターンを利用する場合には、例えば一定の消灯時間（温度の無変化時間）によってパターンの開始と終了を区切ればよい。
または、図３（ｂ）に示すように、一定周期でスペクトルの変化するパネルを標識２０に設けて、そのスペクトル変化パターンを識別情報として用いてもよい。
または、図３（ｃ）に示すように、一定周期で色相の変化する照明を標識２０に設けて、その色相変化パターンを識別情報として用いてもよい。この場合、光学センサ１３は可視光を捉えられる比較的に安価なもので足りるが、夜間の計測ができない。
または、図３（ｄ）に示すように、一定周期で輝度の変化する照明等を標識２０に設けて、その輝度変化パターンを識別情報として用いてもよい。
あるいは、図３（ｅ）に示すように、一定周期で温度の変化するパネルを標識２０に設けて、その温度変化パターンを識別情報として用いてもよい。この場合、光学センサ１３には赤外線を捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能である。
また、これらの識別情報を組み合わせて１つの標識２０に用いてもよい。例えば、色相変化パターンを昼間用の識別情報とし、反射スペクトルを夜間用の識別情報として１つの標識２０に具備させてもよい。この場合、２種類の識別情報は、同一の標識２０を示す１つの識別子に対応しているのは勿論である。
なお、変化パターンを利用する場合には、例えば一定の消灯時間（温度の無変化時間）によってパターンの開始と終了を区切ればよい。
＜位置計測方法＞
続いて、第１実施形態の位置計測システム１００において、飛行中の無人機１０が自機位置を取得する位置計測方法について説明する。
図４は、この位置計測方法の流れを示すフローチャートである。
続いて、第１実施形態の位置計測システム１００において、飛行中の無人機１０が自機位置を取得する位置計測方法について説明する。
図４は、この位置計測方法の流れを示すフローチャートである。
位置計測システム１００による位置計測は、本実施形態では、ＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどしてＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に実行される。
この位置計測では、図４に示すように、まず制御部１９は、光学センサ１３で地上又は海上の標識２０を撮像し（ステップＳ１）、この標識２０の識別情報を取得するとともに、当該標識２０の方位（無人機１０から見た方位）を計測して取得する（ステップＳ２）。
この位置計測では、図４に示すように、まず制御部１９は、光学センサ１３で地上又は海上の標識２０を撮像し（ステップＳ１）、この標識２０の識別情報を取得するとともに、当該標識２０の方位（無人機１０から見た方位）を計測して取得する（ステップＳ２）。
次に、制御部１９は、取得した標識２０の識別情報から、当該標識２０の識別子を取得する（ステップＳ３）。
具体的に、制御部１９は、パターン等の識別情報に対応する予め設定されたデコード情報を用い、このパターン等に符号化された識別子を取得する。
具体的に、制御部１９は、パターン等の識別情報に対応する予め設定されたデコード情報を用い、このパターン等に符号化された識別子を取得する。
次に、制御部１９は、取得した識別子を記憶部１８の標識データ１８０と照合し、この識別子を有する標識２０の座標情報を取得する（ステップＳ４）。
そして、制御部１９は、少なくとも２つの標識２０についての座標情報とその方位を参照し、この少なくとも２つの方位ベクトルの交点として、無人機１０の自機位置を算出する（ステップＳ５）。算出した自機位置は慣性航法装置１５が出力する慣性航法位置の補正に用いられる。
これにより、例えばＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどして慣性航法装置１５による自機位置計測の信頼性が損なわれた場合であっても、好適に無人機１０の自機位置を計測することができる。
そして、制御部１９は、少なくとも２つの標識２０についての座標情報とその方位を参照し、この少なくとも２つの方位ベクトルの交点として、無人機１０の自機位置を算出する（ステップＳ５）。算出した自機位置は慣性航法装置１５が出力する慣性航法位置の補正に用いられる。
これにより、例えばＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどして慣性航法装置１５による自機位置計測の信頼性が損なわれた場合であっても、好適に無人機１０の自機位置を計測することができる。
次に、制御部１９は、位置計測を終了させるか否かを判定し（ステップＳ６）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、上述のステップＳ１へ処理を移行する。
一方、例えば無人機１０の目的地への到着等により位置計測を終了させると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部１９は、位置計測を終了させる。
一方、例えば無人機１０の目的地への到着等により位置計測を終了させると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部１９は、位置計測を終了させる。
以上のように、本第１実施形態によれば、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン又は温度変化パターンとして標識２０に具備された識別情報が、無人機１０に搭載された光学センサ１３により取得される。そして、この標識２０の識別情報に基づいて当該標識２０の座標が取得されて、無人機１０の自機位置が算出される。
これにより、スペクトルや色相、輝度、温度の変化パターンを利用して無人機１０に必要な情報（標識２０の座標）を伝達し、自機位置を取得させることができる。
したがって、無人機１０の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
ひいては、ＧＰＳ受信機１４がジャミングやなりすましを受けた場合であっても、慣性航法装置１５単体よりも高精度の自機位置計測を行うことができる。
これにより、スペクトルや色相、輝度、温度の変化パターンを利用して無人機１０に必要な情報（標識２０の座標）を伝達し、自機位置を取得させることができる。
したがって、無人機１０の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
ひいては、ＧＰＳ受信機１４がジャミングやなりすましを受けた場合であっても、慣性航法装置１５単体よりも高精度の自機位置計測を行うことができる。
なお、標識２０の識別情報は、当該標識２０の識別子でなく座標情報を符号化したものであってもよい。この場合、標識データ１８０を参照することなく自機位置の算出が可能であるが、単純な識別子を符号化したものよりも情報量が増える。
［第２実施形態］
＜位置計測システムの構成＞
続いて、本発明の第２実施形態における位置計測システム２００の構成について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図５は、位置計測システム２００の概念図であり、図６は、位置計測システム２００の概略の機能構成を示すブロック図であり、図７は、位置計測システム２００における位置発信局５０からの位置情報の発信形態例を説明するための図である。
＜位置計測システムの構成＞
続いて、本発明の第２実施形態における位置計測システム２００の構成について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図５は、位置計測システム２００の概念図であり、図６は、位置計測システム２００の概略の機能構成を示すブロック図であり、図７は、位置計測システム２００における位置発信局５０からの位置情報の発信形態例を説明するための図である。
図５に示すように、位置計測システム２００は、無人機（無人航空機）３０と、複数の定点カメラ４０と、複数の位置発信局５０とから構成されている。なお、図５では、定点カメラ４０と位置発信局５０は各々２つのみ図示している。
図６に示すように、無人機３０は、飛行機構１１、光学センサ１３、ＧＰＳ受信機１４、慣性航法装置１５及び制御部１９を、上記第１実施形態における無人機１０と同様に備えるほか、各位置発信局５０との間で各種情報を送受信可能な送受信機３１を備えている。
複数の定点カメラ４０は、無人機３０の画像情報を取得するための撮像手段であり、それぞれが地上又は海上の互いに異なる所定の位置（座標）に固定された状態で、例えば無人機１０の飛行航路に沿うようにして配列されている。これら複数の定点カメラ４０は、情報を送受信可能なネットワークを介して各位置発信局５０と接続されており、各定点カメラ４０で取得した画像情報やその撮像方位の情報が、当該定点カメラ４０の座標情報を付されて各位置発信局５０に送信されるようになっている。
なお、複数の定点カメラ４０は、各々に制御部が設けられてその動作が自律的に制御されることとしてもよいし、例えばいずれかの位置発信局５０に動作制御されることとしてもよい。また、複数の定点カメラ４０は、無人機１０の飛行航路に沿って配列されていなくともよく、飛行航路上の無人機１０を捕捉可能なように配列されていればよい。
なお、複数の定点カメラ４０は、各々に制御部が設けられてその動作が自律的に制御されることとしてもよいし、例えばいずれかの位置発信局５０に動作制御されることとしてもよい。また、複数の定点カメラ４０は、無人機１０の飛行航路に沿って配列されていなくともよく、飛行航路上の無人機１０を捕捉可能なように配列されていればよい。
複数の位置発信局５０は、無人機３０に座標情報を送信するための設備であり、例えば無人機１０の飛行航路に沿うようにして設置されている。但し、複数の位置発信局５０は、飛行航路に沿って設置されていなくともよく、飛行航路上の無人機１０と通信可能なように設置されていればよい。
各位置発信局５０は、通信部５１と、制御部５２とを備えている。
各位置発信局５０は、通信部５１と、制御部５２とを備えている。
通信部５１は、情報を送受信可能なネットワークを介して複数の定点カメラ４０と接続されており、各定点カメラ４０で取得された画像情報等が送信されてくる。また、通信部５１は、無人機３０の送受信機３１と通信可能となっており、他者から傍受されにくいデータ送信形態で無人機３０に座標情報を送信可能となっている。
このようなデータ送信形態としては、無人機３０の光学センサ１３で取得可能な情報の変化パターン等により、符号化した座標情報をデータ送信する形態を用いることができる。
具体的には、例えば図７（ａ）に示すような特殊な反射スペクトルを有するパネルを通信部５１の発信器とし、この反射スペクトルにより座標情報をデータ送信するものが挙げられる。この場合、光学センサ１３にはスペクトルを捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能であり、また変化を伴わないので１回の計測には画像１枚の撮像時間で足りる。
または、図７（ｂ）に示すように、一定周期でスペクトルの変化するパネルを通信部５１の発信器とし、そのスペクトル変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。
または、図７（ｃ）に示すように、一定周期で色相の変化する照明を発信器とし、その色相変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。この場合、光学センサ１３は可視光を捉えられる比較的に安価なもので足りるが、夜間の計測ができない。
または、図７（ｄ）に示すように、一定周期で輝度の変化する照明等を発信器とし、その輝度変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。
あるいは、図７（ｅ）に示すように、一定周期で温度の変化するパネルを発信器とし、その温度変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。この場合、光学センサ１３には赤外線を捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能である。
また、これらのデータ送信形態を組み合わせてデータ送信可能な発信器としてもよい。例えば、色相変化パターンを昼間用のデータ送信形態とし、温度変化パターンを夜間用のデータ送信形態としてもよい。
具体的には、例えば図７（ａ）に示すような特殊な反射スペクトルを有するパネルを通信部５１の発信器とし、この反射スペクトルにより座標情報をデータ送信するものが挙げられる。この場合、光学センサ１３にはスペクトルを捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能であり、また変化を伴わないので１回の計測には画像１枚の撮像時間で足りる。
または、図７（ｂ）に示すように、一定周期でスペクトルの変化するパネルを通信部５１の発信器とし、そのスペクトル変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。
または、図７（ｃ）に示すように、一定周期で色相の変化する照明を発信器とし、その色相変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。この場合、光学センサ１３は可視光を捉えられる比較的に安価なもので足りるが、夜間の計測ができない。
または、図７（ｄ）に示すように、一定周期で輝度の変化する照明等を発信器とし、その輝度変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。
あるいは、図７（ｅ）に示すように、一定周期で温度の変化するパネルを発信器とし、その温度変化パターンにより座標情報をデータ送信してもよい。この場合、光学センサ１３には赤外線を捉えられるものが必要であるが、夜間の計測が可能である。
また、これらのデータ送信形態を組み合わせてデータ送信可能な発信器としてもよい。例えば、色相変化パターンを昼間用のデータ送信形態とし、温度変化パターンを夜間用のデータ送信形態としてもよい。
制御部５２は、図６に示すように、位置発信局５０の各部を中央制御する。具体的に、制御部５２は、複数の定点カメラ４０から取得した画像情報等に基づいて無人機３０の位置を算出したり、この位置情報（座標情報）を通信部５１から無人機３０に送信したりする。
＜位置計測方法＞
続いて、第２実施形態の位置計測システム２００において、飛行中の無人機３０が自機位置を取得する位置計測方法について説明する。
図８は、この位置計測方法の流れを示すフローチャートである。
続いて、第２実施形態の位置計測システム２００において、飛行中の無人機３０が自機位置を取得する位置計測方法について説明する。
図８は、この位置計測方法の流れを示すフローチャートである。
位置計測システム２００による位置計測は、本実施形態では、ＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどしてＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に実行される。
この位置計測では、図８に示すように、まず定点カメラ４０により、飛行中の無人機３０が撮像される（ステップＴ１）。
そして、撮像された無人機３０の画像情報とその撮像方位の情報が、この定点カメラ４０の座標情報を付されて各位置発信局５０に送信される（ステップＴ２）。
この位置計測では、図８に示すように、まず定点カメラ４０により、飛行中の無人機３０が撮像される（ステップＴ１）。
そして、撮像された無人機３０の画像情報とその撮像方位の情報が、この定点カメラ４０の座標情報を付されて各位置発信局５０に送信される（ステップＴ２）。
次に、位置発信局５０の制御部５２が、送信されてきた情報に基づいて、無人機３０の位置を算出する（ステップＴ３）。
具体的に、制御部５２は、まず、無人機３０の画像情報とその撮像方位の情報から、定点カメラ４０から見た無人機３０の方位を算出する。それから、制御部５２は、少なくとも２つの定点カメラ４０についての座標情報と当該定点カメラ４０から見た無人機３０の方位とを参照し、この少なくとも２つの方位ベクトルの交点として、無人機３０の位置を算出する。
なお、定点カメラ４０から見た無人機３０の方位は、この定点カメラ４０に設けられた制御部で予め算出され、この方位と当該定点カメラ４０の座標情報とが位置発信局５０に送信されることとしてもよい。
具体的に、制御部５２は、まず、無人機３０の画像情報とその撮像方位の情報から、定点カメラ４０から見た無人機３０の方位を算出する。それから、制御部５２は、少なくとも２つの定点カメラ４０についての座標情報と当該定点カメラ４０から見た無人機３０の方位とを参照し、この少なくとも２つの方位ベクトルの交点として、無人機３０の位置を算出する。
なお、定点カメラ４０から見た無人機３０の方位は、この定点カメラ４０に設けられた制御部で予め算出され、この方位と当該定点カメラ４０の座標情報とが位置発信局５０に送信されることとしてもよい。
次に、算出された無人機３０の位置が、上述したような傍受されにくいデータ送信形態で位置発信局５０から無人機３０にデータ送信される（ステップＴ４）。
具体的には、まず位置発信局５０の制御部５２が、算出した無人機３０の位置情報（座標情報）を、光学センサ１３で取得可能な情報（固有のスペクトル、又はスペクトル・色相・輝度・温度の変化パターン）に符号化し、この情報を発信するように通信部５１の発信器を動作等させる。そして、無人機３０の制御部１９が、光学センサ１３により位置発信局５０の発信器を撮像することにより、この情報が無人機３０に取得される。その後、制御部１９は、取得した情報に対応する予め設定されたデコード情報を用い、この情報に符号化された位置情報（座標情報）を取得する。取得された位置情報は慣性航法装置１５が出力する慣性航法位置の補正に用いられる。
これにより、例えばＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどして慣性航法装置１５による自機位置計測の信頼性が損なわれた場合であっても、好適に無人機３０の自機位置を計測することができる。
なお、このデータ送信時には、各位置発信局５０が無人機３０に向けてデータ送信を行うこととしてもよいし、それぞれのデータ送信可能範囲（距離）に基づいて、無人機３０にデータ送信可能な位置発信局５０のみがデータ送信を行うこととしてもよい。
具体的には、まず位置発信局５０の制御部５２が、算出した無人機３０の位置情報（座標情報）を、光学センサ１３で取得可能な情報（固有のスペクトル、又はスペクトル・色相・輝度・温度の変化パターン）に符号化し、この情報を発信するように通信部５１の発信器を動作等させる。そして、無人機３０の制御部１９が、光学センサ１３により位置発信局５０の発信器を撮像することにより、この情報が無人機３０に取得される。その後、制御部１９は、取得した情報に対応する予め設定されたデコード情報を用い、この情報に符号化された位置情報（座標情報）を取得する。取得された位置情報は慣性航法装置１５が出力する慣性航法位置の補正に用いられる。
これにより、例えばＧＰＳ受信機１４がジャミングや偽信号のなりすましを受けるなどして慣性航法装置１５による自機位置計測の信頼性が損なわれた場合であっても、好適に無人機３０の自機位置を計測することができる。
なお、このデータ送信時には、各位置発信局５０が無人機３０に向けてデータ送信を行うこととしてもよいし、それぞれのデータ送信可能範囲（距離）に基づいて、無人機３０にデータ送信可能な位置発信局５０のみがデータ送信を行うこととしてもよい。
次に、無人機３０及び位置発信局５０の各々で位置計測を終了させるか否かが判定され（ステップＴ５）、終了させないと判定された場合には（ステップＴ５；Ｎｏ）、上述のステップＴ１へ処理が移行される。
一方、例えば無人機３０の目的地への到着等により位置計測を終了させると判定された場合には（ステップＴ５；Ｙｅｓ）、位置計測が終了される。
一方、例えば無人機３０の目的地への到着等により位置計測を終了させると判定された場合には（ステップＴ５；Ｙｅｓ）、位置計測が終了される。
以上のように、本第２実施形態によれば、無人機３０を撮像した定点カメラ４０の座標及び当該定点カメラ４０から見た無人機３０の方位に基づいて無人機３０の位置が算出される。そして、算出された無人機３０の位置が、固有のスペクトルやスペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン、温度変化パターンにより、位置発信局５０から無人機３０にデータ送信される。
これにより、スペクトルや色相・輝度・温度の変化パターンを利用して無人機３０に必要な情報を伝達し、その自機位置を取得させることができる。
したがって、無人機３０の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
ひいては、ＧＰＳ受信機１４がジャミングやなりすましを受けた場合であっても、慣性航法装置１５単体よりも高精度の自機位置計測を行うことができる。
また、符号化された特殊なデータ送信形態であるため、広域の電波送信に比べ、他者からの傍受を受けにくくすることができる。
これにより、スペクトルや色相・輝度・温度の変化パターンを利用して無人機３０に必要な情報を伝達し、その自機位置を取得させることができる。
したがって、無人機３０の位置を、外部信号に依らずに好適に計測することができる。
ひいては、ＧＰＳ受信機１４がジャミングやなりすましを受けた場合であっても、慣性航法装置１５単体よりも高精度の自機位置計測を行うことができる。
また、符号化された特殊なデータ送信形態であるため、広域の電波送信に比べ、他者からの傍受を受けにくくすることができる。
［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した２つの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。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した２つの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、標識２０又は定点カメラ４０が少なくとも２つあれば（すなわち、座標と方位が２組取得できれば）、無人機の位置を算出することができる。
但し、測距手段を無人機１０又は定点カメラ４０に設け、標識２０又は定点カメラ４０と無人機との距離を計測できるようにすれば、１つの位置算出に必要な標識２０又は定点カメラ４０は１つで足りる。
但し、測距手段を無人機１０又は定点カメラ４０に設け、標識２０又は定点カメラ４０と無人機との距離を計測できるようにすれば、１つの位置算出に必要な標識２０又は定点カメラ４０は１つで足りる。
また、上記実施形態では、位置計測システムによる無人機の位置計測は、ＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に実行されることとしたが、常時実行されることとしてもよい。
また、第１実施形態における標識２０は、既知の座標に固定されていれば、地上や海上、空中のいずれに設けられていてもよい。
また、第２実施形態における定点カメラ４０は、既知の座標に設けられていれば固定されていなくともよい。例えば、当該定点カメラ４０に代えて、正確な位置検出が可能な無人航空機に搭載されたカメラを用いることとしてもよい。
さらに言えば、第２実施形態における定点カメラ４０は、無人機（移動体）の位置に関する情報を取得できればよく、例えば当該定点カメラ４０に代えてレーダーを用いることとしてもよい。レーダーを用いた場合には、定点カメラと異なり、１台だけで無人機（移動体）の位置を特定できる。
また、第２実施形態における定点カメラ４０は、既知の座標に設けられていれば固定されていなくともよい。例えば、当該定点カメラ４０に代えて、正確な位置検出が可能な無人航空機に搭載されたカメラを用いることとしてもよい。
さらに言えば、第２実施形態における定点カメラ４０は、無人機（移動体）の位置に関する情報を取得できればよく、例えば当該定点カメラ４０に代えてレーダーを用いることとしてもよい。レーダーを用いた場合には、定点カメラと異なり、１台だけで無人機（移動体）の位置を特定できる。
また、第１実施形態における標識２０の識別情報は、当該標識２０の特殊形状（又は模様、あるいは形状や模様の変化）としてもよい。
また、第２実施形態のおける位置発信局５０からのデータ送信形態は、通信部５１に無人機３０のものと対応した指向性アンテナを設けて電波でデータ送信するものとしてもよい。この場合には、位置発信局５０の制御部５２が、指向性アンテナを無人機３０の位置（方向）に向けたうえで、無人機３０の位置情報を電波で送信すればよい。
また、第２実施形態のおける位置発信局５０からのデータ送信形態は、通信部５１に無人機３０のものと対応した指向性アンテナを設けて電波でデータ送信するものとしてもよい。この場合には、位置発信局５０の制御部５２が、指向性アンテナを無人機３０の位置（方向）に向けたうえで、無人機３０の位置情報を電波で送信すればよい。
また、本発明に係る移動体は、無人機（無人航空機）に限定されず、例えば有人の航空機であってもよいし、有人又は無人の船舶や車両などであってもよい。
１００、２００ 位置計測システム
１０、３０ 無人機
１３ 光学センサ
１４ ＧＰＳ受信機
１５ 慣性航法装置
１８ 記憶部
１８０ 標識データ
１９ 制御部
２０ 標識
３１ 送受信機
４０ 定点カメラ
５０ 位置発信局
５１ 通信部
５２ 制御部
１０、３０ 無人機
１３ 光学センサ
１４ ＧＰＳ受信機
１５ 慣性航法装置
１８ 記憶部
１８０ 標識データ
１９ 制御部
２０ 標識
３１ 送受信機
４０ 定点カメラ
５０ 位置発信局
５１ 通信部
５２ 制御部
Claims (9)
- 移動体と、識別情報を有する標識とを備えて構成された移動体の位置計測システムであって、
前記移動体は、
前記標識の画像を取得する光学センサと、
前記光学センサにより取得した標識の画像に基づいて、当該標識の識別情報と、前記移動体から見た当該標識の方位とを取得する情報取得手段と、
取得された標識の識別情報に基づいて、当該標識の座標を取得する座標取得手段と、
取得された標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有し、
前記標識は、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つを、前記識別情報として有することを特徴とする移動体の位置計測システム。 - 移動体と、既知の座標に設けられて前記移動体の位置に関する情報を取得する位置取得手段と、前記移動体にデータ送信する発信局とを備えて構成された移動体の位置計測システムであって、
前記発信局は、
前記位置取得手段により取得された前記移動体の情報に基づいて得られた前記移動体の位置を、固有の反射スペクトル、スペクトル変化パターン、色相変化パターン、輝度変化パターン及び温度変化パターンの少なくとも１つにより前記移動体にデータ送信する発信器と、
を有することを特徴とする移動体の位置計測システム。 - 前記標識は、互いに異なる位置に固定されるとともに各々が固有の識別情報を有する少なくとも２つが設けられ、
前記移動体は、
少なくとも２つの前記標識の各々の識別情報と座標とを対応付けた標識データを予め記憶している記憶手段を有し、
前記座標取得手段が、取得された標識の識別情報に基づいて、前記標識データを参照して当該標識の座標を取得し、
前記位置算出手段が、少なくとも２つの標識の方位及び座標に基づいて、当該移動体の位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置計測システム。 - 少なくとも２つの前記標識が、移動経路上の前記移動体の前記光学センサから捕捉可能なように配列されていることを特徴とする請求項３に記載の移動体の位置計測システム。
- 前記位置取得手段は、互いに異なる位置に固定された少なくとも２つの定点カメラであり、
前記発信局は、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々により取得された前記移動体の画像に基づいて、当該定点カメラから見た前記移動体の方位を取得する方位取得手段と、
前記少なくとも２つの定点カメラの各々の座標及び当該定点カメラから見た前記移動体の方位に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の移動体の位置計測システム。 - 前記少なくとも２つの定点カメラが、移動経路上の前記移動体を捕捉可能なように配列されていることを特徴とする請求項５に記載の移動体の位置計測システム。
- 前記発信局が、移動経路上の前記移動体と通信可能なように複数設けられていることを特徴とする請求項２、５、６のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システム。
- 前記移動体が航空機であって、
位置情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ受信機と、
当該移動体の自機位置を前記ＧＰＳ信号に基づいて補正しつつ計測する慣性航法装置と、
を有し、
前記ＧＰＳ信号に含まれる位置情報の信頼性が低いと判定された場合に、当該位置計測システムによる前記移動体の位置計測を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システム。 - 前記移動体が無人航空機であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動体の位置計測システム。
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