JP2019131083A - 観測装置、観測方法、観測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】所定の地理的範囲において、上空と地表近傍の間の環境データを取得することができる観測装置、観測方法、観測プログラムを提供すること。【解決手段】観測装置１は、推力を得るための複数のプロペラ８と、観測装置１の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断手段と、観測位置に到達した場合に、プロペラ８に接続されたモーター６の回転を停止する、または、モーター６の回転を制御して観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、モーター６の回転を停止する回転制御手段と、モーター６の回転を停止した自由落下中において、モーター６の回転を再開する回転再開高度に到達したか否かを判断する回転再開高度判断手段と、回転再開高度に到達した場合に、モーター６の回転を再開する回転再開手段と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、観測装置、観測方法、観測プログラムに関する。

従来、観測気球に積んださまざまな計器装置によって磁場現象や大気流、宇宙線やオゾン層などの科学的データの収集をする技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特表２００２−５４４０６４号公報

観測気球は、風の影響を受けやすい性質を有し、水平方向へ移動し易いから、所定の地理的範囲において、上空と地表近傍の間の環境データを取得することは困難である。

本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、所定の地理的範囲において、上空と地表近傍の間の環境データを取得することができる観測装置、観測方法、観測プログラムを提供することを目的とする。

第一の発明は、推力を得るための複数のプロペラと、観測装置の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断手段と、前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御手段と、前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断手段と、前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開手段と、を有する観測装置である。

第一の発明の構成によれば、観測装置は、観測位置に到達すると、モーターの回転を停止し、自由落下する。あるいは、観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、モーターの回転を停止し、自由落下する。観測装置は、観測位置から所定範囲内の位置、または、自由落下中に環境データを取得することができる。観測装置は、気球のような風の影響を受けやすい構成を含まないから、モーターの回転を停止すると、ほぼ鉛直に落下する。そして、回転再開高度に到達すると、モーターの回転を再開し、安全に着地する。これにより、所定の地理的範囲における上空と地表近傍の間の環境データを取得することができる。

第二の発明は、第一の発明の構成において、前記観測位置判断手段によって、前記所定の高度に到達したが、前記所定の座標と乖離していると判断した場合に、前記モーターの回転を制御することによって、前記観測装置が前記所定の座標に位置するように調整する第一位置調整手段を有する観測装置である。

第三の発明は、第二の発明の構成において、前記モーターの回転を停止して自由落下している間に、前記観測装置の位置が所定の座標範囲内か否かを判断する落下中座標判断手段と、前記観測装置の位置が前記所定の座標範囲外の場合に、前記モーターの回転を制御して、前記観測装置が前記所定の座標範囲内に位置するように調整する落下中位置調整手段と、を有する観測装置である。

第四の発明は、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの構成において、前記観測装置が自由落下している間に、前記観測装置の水平方向の位置を所定範囲内に制御するための気流制御手段を有する観測装置である。

第五の発明は、第一の発明乃至第四の発明のいずれかの構成において、前記回転制御手段は、さらに、前記観測装置が飛行するときの制御とは異なる方法によって前記プロペラの回転を制御することによって、自由落下の降下速度及び／または水平方向の位置を調整する、観測装置である。

第六の発明は、推力を得るための複数のプロペラと、前記観測装置の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、を有する観測装置が実施する観測方法であって、所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断ステップと、前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御ステップと、前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断ステップと、前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開ステップと、を有する観測方法である。

第七の発明は、推力を得るための複数のプロペラと、前記観測装置の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、を有する観測装置を制御するコンピュータを、所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断手段、前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御手段、前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断手段、前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開手段、として機能させるための観測プログラムである。

本発明によれば、所定の地理的範囲における上空と地表近傍の間の環境データを取得することができる。

本発明の実施形態に係る観測装置の使用状態を示す概略図である。 観測装置を示す概略図である。 観測装置の機能ブロックを示す概略図である。 観測装置の動作例を示す概略フローチャートである。 第二の実施形態に係る観測装置を示す概略図である。 姿勢制御部材を示す概略図である。 観測装置の動作例を示す概略フローチャートである。 観測装置の動作例を示す概略フローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。

＜第一の実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の観測装置１（以下、「無人機１」という。）は、複数のプロペラの回転によって推力を得て、地表の出発位置Ｐ１から矢印ｚ１に示す鉛直方向に上昇する。そして、無人機１は、観測位置Ｐ２に到達すると、プロペラに接続されたモーターの回転を停止し、矢印ｚ２に示す鉛直方向に自由落下する。無人機１は、自由落下により高度を下げて、所定の回転再開高度Ｈ２以下に到達すると、モーターの回転を再開し、出発位置Ｐ１に帰還する。出発位置Ｐ１の座標と観測位置Ｐ２の座標（緯度及び経度）は同一であり、高度が異なる。無人機１は、自由落下する間に、環境データを取得する。環境データは、例えば、大気の成分、温度、湿度、磁場、風の方向であるが、これらに限定されない。

以下、図２を参照して、無人機１の構成の概略を説明する。無人機１は、筐体２を有する。筐体２の内部には、無人機１の各部を制御するコンピュータ、自律移動装置、モーター駆動回路、無線通信装置、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの航法衛星システムを利用した測位装置、慣性センサー、気圧センサー等の電子部品が配置されている。筐体２には、さらに、環境データを取得するための各種センサー（以下、「環境センサー」と呼ぶ。）を格納している。環境センサーは、例えば、温度センサー、湿度センサー、磁場センサー等であるが、これらに限定されない。これらの各種センサーは、環境データ取得手段の一例である。

筐体２には、４本の棒状のアーム４が接続されている。各アーム４にはモーター６が接続されており、各モーター６にはプロペラ８が接続されている。無人機１は、プロペラ８の回転によって、移動するための推力を得る。アーム４は、例えば、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、強度を保ちつつ、軽量に構成されている。

プロペラ８に接続された各モーター６は、直流モーター（ブラシレスＤＣモーター）である。各モーター６は、筐体２内の自律移動装置によってそれぞれ独立して制御され、無人機１を上下水平方向の移動や空中での停止（ホバリング）及び姿勢制御を自在に行うことができるようになっている。これらを、無人機１が飛行するときの制御と呼ぶ。

筐体２の下部には、ジンバル１２が接続され、ジンバル１２にカメラ１０が接続されている。ジンバル１２は、カメラ１０による撮影画像のぶれを最小化し、かつ、カメラ１０の光軸を任意の方向に制御することができる３軸の固定装置である。カメラ１０は情報取得手段の一例である。なお、情報取得手段は、カメラに限らず、例えば、レーザースキャナー等であってもよい。

図３は、無人機１の機能構成を示す図である。無人機１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００、記憶部１０２、無線通信部１０４、衛星測位部１０６、慣性センサー部１０８、環境データ取得部１１０、駆動制御部１１２、画像処理部１１４、及び、電源部１２０を有する。

無人機１は、無線通信部１０４によって、基地局１５０と通信可能になっている。無人機１は、無線通信部１０４によって、基地局１５０から、発進や移動等の指示を受信する。

無人機１は、衛星測位部１０６及び慣性センサー部１０８によって、現在位置を測位する。無人機１は、衛星測位部１０６によって、基本的に、４つ以上の航法衛星からの電波を受信して無人機１の位置を計測する。航法衛星は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星や準天頂衛星である。

無人機１は、慣性センサー部１０８によって、無人機１自体の位置を測定し、姿勢を検出することができる。慣性センサー部１０８は、加速度センサー及びジャイロセンサーによって、出発点からの無人機１の移動を積算して、無人機１の位置を計測する。衛星測位部１０６及び慣性センサー部１０８は、測位手段の一例である。

また、加速度センサー及びジャイロセンサーによって、無人機１がプロペラ８を停止している間における無人機１自体の移動速度と移動方向を検知することができる。プロペラ８の停止時における無人機１の移動速度と移動方向は、無人機１にかかる外力を反映しているから、加速度センサー及びジャイロセンサーによって得られるデータは、無人機１にかかる風などの外力を算出するためのデータとなる。加速度センサー及びジャイロセンサーは、環境データ取得手段の一例でもある。

無人機１は、駆動制御部１１２によって、各モーター６の回転を制御し、上下水平移動や空中停止、傾きなどの姿勢を制御するようになっている。

無人機１は、画像処理部１１４によって、カメラ１０によって取得した画像を処理する。

電源部１２０は、例えば、交換可能な可充電電池であり、無人機１の各部に電力を供給するようになっている。

記憶部１０２には、自律移動及びプロペラ８の回転に必要な各種データ及びプログラムのほか、観測位置判断プログラム、第一位置調整プログラム、回転制御プログラム、環境データ取得開始プログラム、回転再開高度判断プログラム、回転再開プログラム、及び、帰還プログラムが格納されている。ＣＰＵ１００と観測位置判断プログラムは、観測位置判断手段の一例である。ＣＰＵ１００と第一位置調整プログラムは、第一位置調整手段の一例である。ＣＰＵ１００と回転制御プログラムは、回転制御手段の一例である。ＣＰＵ１００と環境データ取得開始プログラムは、環境データ取得開始手段の一例である。ＣＰＵ１００と回転再開高度判断プログラムは、回転再開高度判断手段の一例である。ＣＰＵ１００と回転再開プログラムは、回転再開手段の一例である。ＣＰＵ１００と帰還プログラムは、帰還手段の一例である。

無人機１は、観測位置判断プログラムによって、出発位置Ｐ１（図１参照）から上昇しつつ、無人機１の位置が所定の高度及び座標で規定される観測位置Ｐ２（図１参照）に到達したか否かを判断する。高度は標高で規定され、座標は緯度と経度で規定される。観測位置Ｐ２の高度Ｈ１は、例えば、８０００メートル（ｍ）である。無人機１は、無人機１自体の位置を測位して得た位置と、記憶部１０２に格納している観測位置Ｐ２の高度及び座標を対比して、無人機１の現在位置が観測位置Ｐ２であるか否かを判断する。

無人機１は、現在位置が観測位置Ｐ２の高度に到達したが、座標が観測位置Ｐ２の座標と乖離していると判断した場合には、第一位置調整プログラムによって、各プロペラ８の回転を制御して、現在位置の座標が観測位置Ｐ２の座標と一致するように位置を調整する。

無人機１は、観測位置Ｐ２に到達したと判断すると、回転制御プログラムによって、すべてのモーター６の回転を停止し、プロペラ８の回転を停止する。すべてのプロペラ８の回転（モーター６の回転によるプロペラ８の回転）を停止すると、無人機１は推力を失うから、ほぼ鉛直方向に自由落下する。

無人機１は、すべてのモーター６の回転を停止すると、環境データ取得開始プログラムによって、大気成分などの環境データの取得を開始する。

無人機１は、自由落下を開始すると、回転再開高度判断プログラムによって、モータ−６の回転を再開する回転再開高度Ｈ２以下に到達したか否かを判断する。回転再開高度Ｈ２は、地表からの高さで規定され、例えば、２０メートル（ｍ）である。

無人機１は、回転再開高度Ｈ２に到達したと判断すると、回転再開プログラムによって、モーター６の回転を再開する。モーター６の回転を再開すると、無人機１の自由落下は停止し、制御された速度で飛行（降下）する。

無人機１は、モーター６の回転を再開すると、帰還プログラムによって、無人機１の現在位置と出発位置Ｐ１の座標が解離しているか否かを判断し、乖離している場合には、各プロペラ８の回転を制御して、水平方向への移動方向を調整し、出発位置Ｐ１へ帰還する。

以下、無人機１の動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。無人機１は出発位置Ｐ１（図１参照）から上昇を開始すると（図４のステップＳＴ１）、無人機１自体の位置の測位を継続的に行う（ステップＳＴ２）。無人機１は、現在位置が、観測位置Ｐ２の高度である予定高度か否かを判断し（ステップＳＴ３）、予定高度であれば、観測位置Ｐ２の座標である予定座標か否かを判断する（ステップＳＴ４）。現在位置が予定座標と乖離している場合には、各プロペラ８の回転（モーター６の回転）を制御して、現在位置が予定座標となるように位置を調整する（ステップＳＴ５）。

無人機１は、現在位置が予定座標であると判断すると（ステップＳＴ４）、すべてのプロペラ８（モーター６）の回転を停止し（ステップＳＴ６）、環境データの取得を開始する（ステップＳＴ７）。無人機１は、現在位置がプロペラの回転を再開する回転再開高度Ｈ２以下であると判断すると（ステップＳＴ８）、すべてのプロペラ８（モーター６）の回転を再開し（ステップＳＴ９）、現在位置が出発位置Ｐ１の座標と乖離している場合には、各プロペラ８（モーター６）の回転を制御して位置を調整し（ステップＳＴ１０）、出発位置Ｐ１へ帰還する（ステップＳＴ１１）。

＜第二の実施形態＞
図５乃至図８を参照して、第二の実施形態について説明する。第一の実施形態と共通する事項は説明を省略し、第一の実施形態と異なる事項についてのみ説明する。

第二の実施形態の無人機１Ａは、自由落下中に環境データを取得するほか、一か所以上の任意の空中位置において、空中停止（ホバリング）して、環境データを取得することができる。また、無人機１Ａが飛行するときのようにモーター６を駆動させることなく、自由落下の落下速度を調整することができるように構成されている。さらに、無人機１Ａが飛行するときのようにモーター６を駆動させることなく、自由落下における水平方向の位置を制御することができるように構成されている。

無人機１Ａのプロペラ８Ａ等は、可変ピッチプロペラとして構成されている。すべてのモーター６の回転を停止した自由落下中に、プロペラ８Ａ等によってオートローテーション（自由回転飛行）を行い、そのときに、プロペラピッチ（迎え角）を変更することによって、オートローテーションを調整する。プロペラピッチの変更に必要な電力は、モーター６の回転に必要な電力に比べて極めて小さい。これにより、微小な電力で、自由落下における落下速度を調整することができる。また、プロペラ８Ａごとに、プロペラピッチを変えることによって、自由落下における水平方向の位置調整も、微小な電力消費で実施することができる。例えば、一つのプロペラ８Ａのピッチと、他の三つのプロペラ８Ａのピッチを異なるようにすることで、自由落下の方向を調整することができる。

また、図５（ａ）に示すように、第二の実施形態の無人機１Ａの筐体２には、中空の棒状部材２０が配置され、棒状部材２０には板状の羽根状部材２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び２２Ｄが接続されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の無人機１Ａの棒状部材２０と羽根状部材２２Ａ等を矢印ｚ２方向から視た平面図である。図５（ｂ）に示すように、羽根状部材２２Ａ等は、等角度の間隔（９０度の間隔）で、棒状部材２０に放射状に配置されている。

図６（ａ）は羽根状部材２２Ａ等の正面図及び側面図であり、図６（ｂ）は羽根状部材２２Ａ等の側面図である。図６（ａ）に示すように、羽根状部材２２Ａ等は、基部２２ａ及び可動部２２ｂから構成される。基部２２ａと可動部２２ｂは軸２２ｃで接続されており、可動部２２ｂは基部２２ａに対して、矢印ａ１及びａ２方向に回動可能に構成されている。
直線状に配置された羽根状部材２２Ａと２２Ｃ（図５（ｂ）参照）は、同一方向及び同一角度で回動し、直線状に配置された羽根状部材２２Ｃと２２Ｄ（図５（ｂ）参照）は、同一方向及び同一角度で回動するように構成されている。

羽根状部材２２Ａ等の各軸２２ｃは、それぞれ、ワイヤー（図示せず）の一端に接続されており、各ワイヤーの他端は筐体２に格納された各サーボモーター（図示せず）に接続されている。なお、羽根状部材２２Ａと２２Ｃは共通のサーボモーターに接続し、羽根状部材２２Ｂと２２Ｄは共通のサーボモーターに接続する構成にしてもよい。ワイヤーは、棒状部材２０の内部を通過して、各サーボモーターと各軸２２ｃを接続している。各サーボモーターの回転を制御することによって、各軸２２ｃを回動させ、各可動部２２ｂを所定の角度に回動させることができる。棒状部材２０、羽根状部材２２Ａ等、ワイヤー及びサーボモーターは、気流制御手段の一例である。

羽根状部材２２Ａ等の基本状態は、図６（ａ）に示す状態であり、基部２２ａと可動部２２ｂが１８０度に配置され、一つの平面を形成している。無人機１Ａが、観測位置Ｐ２（図１参照）において、すべてのプロペラ８の回転を停止すると、無人機１Ａは自由落下を開始する。このとき、羽根状部材２２Ａ等が図６（ａ）の基本状態であることによって、気流が鉛直方向に制御され、風の影響を受けにくくなる。これにより、無人機１Ａは、ほぼ鉛直方向に落下する。

また、無人機１Ａが、自由落下中に、すべての羽根状部材２２Ａ等の各可動部２２ｂを同一角度で回動させ、基部２２ａと可動部２２ｂが所定の角度θ（図６（ｂ）参照）を維持するようにすることで気流の方向が水平成分を有するように変更する。これにより、自由落下する落下速度が遅くなる。すなわち、基部２２ａと可動部２２ｂの角度θを調整することによって、自由落下の落下速度を調整することができる。

上述のように、無人機１Ａは、プロペラ８Ａ等のプロペラピッチを変更する制御、及び、基部２２ａと可動部２２ｂの角度θを調整する制御の双方を使用して、自由落下の落下速度を調整することができる。

また、無人機１Ａが、自由落下中に風に流された場合には、羽根状部材２２Ａ等において、角度θを異なるように調整することで、自由落下の方向を調整することができる。例えば、羽根状部材２２Ａ及び２２Ｃを図６（ｂ）に示すように角度θに回動し、羽根状部材２２Ｂ及び２２Ｄは図６（ａ）に示す基本状態を維持すると、無人機１Ａは、矢印ｘ１方向へ移動する。無人機１Ａは、自由落下中の水平方向の位置が所定範囲外になった場合には、モーター６を回転させて、プロペラ８Ａ等を回転させることによって、水平方向の位置を制御することもできるが、このように、羽根状部材２２Ａ等の制御によっても水平方向の位置を制御することができる。

無人機１Ａの記憶部１０２（図３参照）には、自律移動及びプロペラ８Ａ等の回転に必要な各種データ及びプログラムのほか、観測位置判断プログラム、第一位置調整プログラム、目標位置維持プログラム、環境データ取得開始プログラム、回転制御プログラム、落下中座標判断プログラム、落下中位置調整プログラム、第二観測位置判断プログラム、第二位置調整プログラム、回転再開高度判断プログラム、回転再開プログラム、及び、帰還プログラムが格納されている。ＣＰＵ１００と目標位置維持プログラムは、目標位置維持手段の一例である。ＣＰＵ１００と落下中座標判断プログラムは、落下中座標判断手段の一例である。ＣＰＵ１００と落下中位置調整プログラムは、落下中位置調整手段の一例である。ＣＰＵ１００と第二観測位置判断プログラムは、第二観測位置判断手段の一例である。ＣＰＵ１００と第二位置調整プログラムは、第二位置調整手段の一例である。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ２に到達したと判断すると、目標位置維持プログラムによって、空中停止（ホバリング）し、観測位置Ｐ２の所定範囲内へ滞在する。風などの影響によって、無人機１Ａの位置が観測位置Ｐ２から乖離した場合には、各プロペラ８Ａ等を回転させて、所定範囲内へ戻る。これにより、無人機１Ａは、観測位置Ｐ２から所定範囲内に滞在するようになっている。所定範囲内は、例えば、観測位置Ｐ２から半径２０メートル以内である。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ２から所定範囲内に滞在しつつ、環境データ取得開始プログラムによって、大気成分などの環境データの取得を開始する。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ２における環境データの取得を開始して、所定時間が経過すると、回転制御プログラムによって、すべてのモーター６の回転を停止する。所定時間は、例えば、１分間である。すべてのモーター６の回転を停止すると、無人機１は推力を失うから、ほぼ鉛直方向に自由落下する。自由落下の落下速度は、プロペラ８Ａ等のプロペラピッチの変更、及び、羽根状部材２２Ａ等の基部２２ａと可動部２２ｂの角度θを調整することによって制御する。無人機１Ａは、自由落下中においても、環境データを取得する。

無人機１Ａは、落下中座標判断プログラムによって、自由落下している間に、無人機１Ａ自体の位置が所定の座標範囲内（許容座標範囲内）か否かを判断する。許容座標範囲は、例えば、出発位置Ｐ１の座標（緯度及び経度）の中心から半径２０メートル（ｍ）である。

無人機１Ａは、現在位置が許容座標範囲外である場合に、落下中位置調整プログラムによって、羽根状部材２２Ａ等において、基部２２ａと可動部２２ｂの角度θが異なるように調整することによって水平方向の位置を制御する。例えば、羽根状部材２２Ａ及び２２Ｃにおいては、基部２２ａと可動部２２ｂの角度θを基本状態である１８０度に維持し、羽根状部材２２Ｂ及び２２Ｄにおいては、可動部を３０度だけ回動し、基部２２ａと可動部２２ｂの角度θを１５０度に変更する。これにより、無人機１Ａは、矢印ｘ１方向へ移動する。また、無人機１Ａは、羽根状部材２２Ａ等の角度θの制御のほか、各プロペラ８Ａのプロペラピッチを変更する、あるいは、各モーター６の回転（プロペラ８Ａの回転）を制御して、無人機１Ａが許容座標範囲内に位置するように調整することもできる。これにより、無人機１Ａは、出発位置Ｐ１と観測位置Ｐ２を結ぶ方向（鉛直方向）により近い方向へ落下しつつ、環境データを取得することができる。

無人機１Ａは、第二観測位置判断プログラムによって、現在位置が第二の観測位置Ｐ３（図示せず）の高度から所定高度αだけ高い高度に到達したか否かを判断する。観測位置Ｐ３は、例えば、出発位置Ｐ１と観測位置Ｐ２（図１参照）の中間の位置である。所定高度αは、例えば、１５メートル（ｍ）である。

無人機１Ａは、現在位置が観測位置Ｐ３の高度から所定高度αだけ高い高度に到達したと判断すると、第二位置調整プログラムによって、すべてのモーター６の回転を再開し、降下速度を調整し、必要に応じて水平方向の位置を調整し、観測位置Ｐ３へ向かう。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ３に到達したと判断すると、目標位置維持プログラムによって、空中停止（ホバリング）し、観測位置Ｐ３の所定範囲内へ所定時間の間滞在する。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ３から所定範囲内に滞在しつつ、環境データ取得開始プログラムによって、大気成分などの環境データの取得を開始する。

無人機１Ａは、観測位置Ｐ３における環境データの取得を開始して、所定時間が経過すると、回転制御プログラムによって、すべてのモーター６の回転を停止する。すべてのモーター６の回転を停止すると、無人機１は推力を失い、ほぼ鉛直方向に自由落下する。

無人機１Ａは、自由落下を開始すると、回転再開高度判断プログラムによって、モーター６の回転を再開する回転再開高度Ｈ２以下に到達したか否かを判断する。回転再開高度Ｈ２は、地表からの高さで規定され、例えば、２０メートル（ｍ）である。

無人機１Ａは、回転再開高度Ｈ２以下に到達したと判断すると、回転再開プログラムによって、モーター６の回転を再開する。モーター６の回転を再開すると、無人機１Ａの自由落下は停止し、制御された速度で飛行（降下）する。

無人機１Ａは、モーター６の回転を再開すると、帰還プログラムによって、出発位置Ｐ１へ帰還する。

以下、図７及び図８を参照して、無人機１Ａの動作を説明する。ステップＳＴ１乃至ステップＳＴ５（図７参照）は、第一の実施形態と同様であるから説明を省略する。無人機１Ａは、現在位置が予定座標であると判断すると（ステップＳＴ４）、目標位置を維持し、環境データの取得を開始する（ステップＳＴ１０１）。目標位置は、第一の観測位置Ｐ２である。

無人機１Ａは、所定時間経過後、すべてのモーター６の回転を停止する（ステップＳＴ１０２）。すべてのモーター６の回転を停止すると、無人機１Ａは自由落下する。自由落下中は、プロペラ８Ａ等のピッチを変更して落下速度を調整し、また、羽根状部材２２Ａ等の角度θを変更したり、必要に応じて、プロペラ８Ａ等を回転させて、鉛直方向により近い方向に落下するようにする。

無人機１Ａは、自由落下を開始すると、第二の予定高度に到達したか否かを判断する（ステップＳＴ１０３）。第二の予定高度は、観測位置Ｐ３（図示せず）の高度から所定高度αだけ高い高度である。

無人機１Ａは、第二の予定高度に到達したと判断すると（ステップＳＴ１０３）、モーター６の回転を再開し（ステップＳＴ１０４）、落下速度（降下速度）を遅くする。続いて、無人機１Ａは、現在位置の座標が予定座標か否かを判断し（ステップＳＴ１０５）、予定座標から乖離している場合には、モーター６の回転を制御し、水平方向の位置を調整する（ステップＳＴ１０６）。

無人機１Ａは、現在位置が予定座標であると判断すると（ステップＳＴ１０５）、モーター６の回転を制御し、観測位置Ｐ３から所定範囲の位置を維持し（ステップＳＴ１０７）、環境データを取得する。

無人機１Ａは、所定時間経過後、すべてのモーター６の回転を停止し（ステップＳＴ１０８）、自由落下へ移行する。

無人機１Ａは、モーター６の回転再開高度Ｈ２以下であると判断すると（図８のステップＳＴ１０９）、モーター６の回転を再開し（ステップＳＴ１１０）、必要に応じて各モーター６の回転を制御して、無人機１Ａが出発位置Ｐ１の座標に位置するように位置を調整し（ステップＳＴ１１１）、出発位置Ｐ１（図１参照）へ帰還する（ステップＳＴ１１２）。

なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１，１Ａ 観測装置（無人機）
２ 筐体
４ アーム
６ モーター
８，８Ａ プロペラ
１０ カメラ
１２ ジンバル
２０ 棒状部材
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ 羽根状部材

Claims (7)

1. 推力を得るための複数のプロペラと、
   観測装置の位置を測位するための測位手段と、
   環境データを取得するための環境データ取得手段と、
   所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断手段と、
   前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御手段と、
   前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断手段と、
   前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開手段と、
   を有する観測装置。
2. 前記観測位置判断手段によって、前記所定の高度に到達したが、前記所定の座標と乖離していると判断した場合に、前記モーターの回転を制御することによって、前記観測装置が前記所定の座標に位置するように調整する第一位置調整手段を有する、
   請求項１に記載の観測装置。
3. 前記モーターの回転を停止して自由落下している間に、前記観測装置の位置が所定の座標範囲内か否かを判断する落下中座標判断手段と、
   前記観測装置の位置が前記所定の座標範囲外の場合に、前記モーターの回転を制御して、前記観測装置が前記所定の座標範囲内に位置するように調整する落下中位置調整手段と、
   を有する請求項２に記載の観測装置。
4. 前記観測装置が自由落下している間に、前記観測装置の水平方向の位置を所定範囲内に制御するための気流制御手段を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の観測装置。
5. 前記回転制御手段は、さらに、前記観測装置が飛行するときの制御とは異なる方法によって前記プロペラの回転を制御することによって、自由落下の降下速度及び／または水平方向の位置を調整する、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の観測装置。
6. 推力を得るための複数のプロペラと、前記観測装置の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、を有する観測装置が実施する観測方法であって、
   所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断ステップと、
   前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御ステップと、
   前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断ステップと、
   前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開ステップと、
   を有する観測方法。
7. 推力を得るための複数のプロペラと、前記観測装置の位置を測位するための測位手段と、環境データを取得するための環境データ取得手段と、を有する観測装置を制御するコンピュータを
   所定の高度と座標で規定される観測位置に到達したか否かを判断する観測位置判断手段、
   前記観測位置に到達した場合に、前記プロペラに接続されたモーターの回転を停止する、または、前記モーターの回転を制御して前記観測位置から所定範囲内の位置に所定時間滞在し、その後、前記モーターの回転を停止する回転制御手段、
   前記モーターの回転を停止した自由落下中において、前記モーターの回転を再開する回転再開高度以下に到達したか否かを判断する回転再開高度判断手段、
   前記回転再開高度に到達した場合に、前記モーターの回転を再開する回転再開手段、
   として機能させるための観測プログラム。