JP2020101973A

JP2020101973A - 航空機

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Publication number: JP2020101973A
Application number: JP2018239412A
Authority: JP
Inventors: 久美子金田一; Kumiko Kindaichi; 健太郎工藤; Kentaro Kudo; 孝之大栗; Takayuki Oguri; 山根　章弘; Akihiro Yamane; 章弘山根; 晃敏阪口; Akitoshi Sakaguchi
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: JP7222695B2; US20200202115A1; US11644563B2

Abstract

【課題】空中から不審船を適切に特定する航空機を提供する。【解決手段】飛行制御システムにおいて、航空機（無人機１０）は、海上捜索レーダによって検出された船舶と、自動船舶識別装置においてデータを発信している船舶とを比較し、不審船候補を特定する船舶照合部５２と、不審船候補に接近するための経路に従い不審船候補に接近した後、不審船候補を撮像して画像を生成する画像生成部５６と、画像中の不審船候補に、不審船としての外見的特徴があるかどうかを判定する外見判定部５８と、不審船としての外見的特徴があれば、その旨、外部装置に送信する情報送信部６２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、空中を飛行可能な航空機に関する。

不審船（不審な行動をする船舶）が自船周囲に存在する場合に、その行動パターンに基づいて、船舶を不審船と特定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００５−０９６６７４号公報

しかし、上記の技術では、不審船の探索範囲が自船の周囲に限られ、また、探索範囲自体も狭いので、不審船が存在しても、それを適切に特定できない場合があった。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、空中から不審船を適切に特定可能な航空機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の航空機は、海上捜索レーダによって検出された船舶と、自動船舶識別装置においてデータを発信している船舶とを比較し、不審船候補を特定する船舶照合部と、不審船候補に接近するための経路に従い不審船候補に接近した後、不審船候補を撮像して画像を生成する画像生成部と、画像中の不審船候補に、不審船としての外見的特徴があるかどうかを判定する外見判定部と、不審船としての外見的特徴があれば、その旨、外部装置に送信する情報送信部と、を備える。

不審船候補に接近するための経路として、不審船候補に接近することによる燃料消費が最小となる経路、および、不審船候補に接近後、不審船候補の上空を旋回する経路が導出されるとしてもよい。

外部装置で不審船か否か特定した結果に基づき、外見判定部の判定基準が調整されるとしてもよい。

航空機は、不審船候補の航路に基づいて、不審船の行動的特徴があるかどうかを判定する行動判定部を備えるとしてもよい。

本発明によれば、空中から不審船を適切に特定することが可能となる。

飛行制御システムの概略的な構成を説明するための説明図である。無人機の制御系を説明するための機能ブロック図である。不審船探索処理の流れを示すフローチャートである。経路導出部の処理を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<飛行制御システム１>
図１は、飛行制御システム１の概略的な構成を説明するための説明図である。飛行制御システム１は、無人機１０と、外部装置２０と、衛星３０とを含んで構成される。

無人機（無人航空機）１０は、人が搭乗しない航空機であり、海上の不審船２を特定する。外部装置２０は、地上に設置され、無人機１０から不審船２の候補に関する情報を受信して不審船２を特定する。また、詳細な説明は省略するが、外部装置２０は、無人機１０の位置や状態を把握するとともに、無人機１０の緊急的な飛行制御指令を送信する管制部としても機能する。なお、外部装置２０は、必ずしも地上に設置しなくとも、例えば、無人機１０とは別体の航空機や船舶であってもよい。衛星３０は、無人機１０と外部装置２０との通信を担う。ここでは、航空機の一例として無人機を挙げて説明するが、大気中を飛行する機械であれば足り、有人機やＯＰＶ（Optionally Piloted Vehicle）にも適用できる。

ここで、無人機１０と外部装置２０との通信に衛星３０が用いられるのは以下の理由からである。すなわち、無人機１０は不審船２に接近するために高度を下げる場合がある。そうすると、無人機１０の見通し距離が短縮し、無人機１０と外部装置２０とが直接通信（ダイレクトリンク）できなくなるおそれがある。ここでは、衛星３０を介することで見通し距離の制限を解除できるので、無人機１０と外部装置２０との通信を確実に確立することが可能となる。

<無人機１０>
図２は、無人機１０の制御系を説明するための機能ブロック図である。無人機１０は、飛行関連センサ１２と、飛行機構１４と、飛行通信部１６、飛行制御部１８とを含んで構成されている。

飛行関連センサ１２は、無人機１０に設けられた慣性航法装置（Inertial Navigation System）等の様々なセンサを通じて、飛行位置（経度、緯度、高度を含む）、機体速度、機体姿勢、機体が受ける風力、風向、天候、機体周囲の気圧、温度等の現在の飛行状態を検出する。また、無人機１０は、飛行関連センサ１２として、海上における２００ｋｍ以上の範囲で船舶を捜索可能な海上捜索レーダ、自動船舶識別装置（Automatic Identification System）におけるデータを受信可能なＡＩＳ受信機、赤外線画像を撮像可能なＥＯ／ＩＲカメラも搭載している。

ここで、自動船舶識別装置は、海上移動業務識別コード（ＭＭＳＩ）等の識別符号、船名、水平位置、針路、速度、目的地等の情報を発信するＶＨＦ帯のデジタル無線機器であり、テキスト表示に加え、または代えて、電子海図やレーダ画面に、データを発信している船舶を表示することができる。

飛行機構１４は、翼が機体に固定されている固定翼と、推力を得る内燃機関（例えば、ジェットエンジンやレシプロエンジン）とで構成され、推力により翼周りに揚力を生じさせることで、機体が大気中に浮上した状態を維持する。ただし、揚力を生じさせる機構はかかる場合に限らず、回転翼航空機（ヘリコプター）のように、回転可能に設けられた回転翼（ローター）により揚力および推力を得ることも可能である。

また、飛行機構１４では、昇降舵や補助翼（エルロン）を通じてバンク角（ロール角）、機首角（ピッチ角）、内燃機関の出力等を調整することで、飛行方位（ヨー角）、高度、飛行速度を変化させることも可能である。

飛行通信部１６は、衛星３０を通じて外部装置２０と通信を確立し、無人機１０が取得した情報を外部装置２０に送信する。

飛行制御部１８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、無人機１０全体を管理および制御する。ＲＡＭ（もしくはＲＯＭ）には、無人機１０が飛行する予定経路や、その予定経路のそれぞれの飛行位置における飛行状態（飛行速度、機体姿勢等）を特定可能な飛行データ等、無人機１０が飛行するのに必要な様々なデータが保持されている。

また、飛行制御部１８は、ＲＯＭやＲＡＭと協働して飛行保持部５０、船舶照合部５２、経路導出部５４、画像生成部５６、外見判定部５８、行動判定部６０、情報送信部６２、判定学習部６４としても動作する。以下、無人機１０による不審船探索処理について、当該飛行制御部１８の各機能部の動作も踏まえて詳述する。

（不審船探索処理）
図３は、不審船探索処理の流れを示すフローチャートである。不審船探索処理では、飛行保持部５０が、予定経路に従って無人機１０を飛行制御する（Ｓ２００）。船舶照合部５２が、不審船候補を特定すると（Ｓ２０２）、経路導出部５４が、不審船候補に接近するための経路を導出する（Ｓ２０４）。続いて、画像生成部５６が、不審船候補を撮像して画像を生成する（Ｓ２０６）。そして、外見判定部５８が、不審船２としての外見的特徴があるかどうかを判定し（Ｓ２０８）、行動判定部６０が、不審船２の行動的特徴があるかどうかを判定する（Ｓ２１０）。次に、情報送信部６２が、不審船２としての外見的特徴や行動的特徴があれば、その旨、外部装置２０に送信する（Ｓ２１２）。最後に、判定学習部６４が、外部装置２０で不審船２か否か特定した結果に基づき、外見判定部の判定基準を調整する（Ｓ２１４）。以下、各処理を具体的に説明する。

<飛行保持処理Ｓ２００>
飛行保持部５０は、ＲＡＭから飛行データを取得し、その飛行データに基づいて、無人機１０の予定経路を、それぞれの飛行位置における飛行状態で飛行制御する。

<船舶照合処理Ｓ２０２>
海上捜索レーダは、海上の所定範囲に存在する全ての船舶を検出できる。したがって、通常、海上捜索レーダによって検出された船舶と、自動船舶識別装置においてデータを発信している船舶とは等しいはずである。しかし、不審船２は、自動船舶識別装置においてデータを発信していない場合がある。そこで、船舶照合部５２は、レーダによって検出された船舶のうち、自動船舶識別装置においてデータを発信していない船舶を抽出する。

ただし、正規の船舶であっても、停泊中に自動船舶識別装置におけるデータを停波する場合がある。したがって、自動船舶識別装置においてデータを発信していない船舶があったとしても、直ちに不審船２であると特定すべきではない。

したがって、船舶照合部５２は、海上捜索レーダによって検出された船舶と、自動船舶識別装置においてデータを発信している船舶とを比較し、海上捜索レーダによって検出された船舶のうち、自動船舶識別装置においてデータを発信していない船舶を、不審船２の候補である不審船候補として特定する。

そして、船舶照合部５２は、不審船候補が特定されなければ、飛行保持処理Ｓ２００からを繰り返し、不審船２が特定されれば、経路導出処理Ｓ２０４に移行する。

<経路導出処理Ｓ２０４>
経路導出部５４は、船舶照合部５２が特定した不審船候補に接近するための経路を導出する。

図４は、経路導出部５４の処理を説明するための説明図である。ここでは、不審船候補が３隻存在する場合を説明する。また、無人機１０の経路が実線の矢印で示される。経路導出部５４は、全ての不審船候補の航路を推定し、自機が最速で接近可能な１の不審船候補（ここでは不審船候補３ａ）を特定する。そして、特定した不審船候補３ａの航路を引き続き推定しつつ、不審船候補３ａへの最適な経路を導出する。飛行保持部５０は、かかる経路に従い、無人機１０を不審船候補３ａに自律的に接近させる。ここで、最適な経路とは、高度（機体周囲の気圧）、天候、風速、風向を考慮した上で、無人機１０の燃料消費が最小となる経路である。したがって、無人機１０は、早期に不審船候補を特定するとともに、不審船２の探索を長時間実行することができる。

続いて、経路導出部５４は、無人機１０を、不審船候補３ａの上空において、所定距離の旋回半径で旋回させる。旋回が完了すると、経路導出部５４は、自機が最速で接近可能な他の不審船候補（ここでは不審船候補３ｂ）を特定する。そして、特定した不審船候補３ｂの航路を引き続き推定しつつ、不審船候補３ｂへの最適な経路を導出する。飛行保持部５０は、かかる経路に従い、無人機１０を、不審船候補３ｂに自律的に接近させる。このような動作を全ての不審船候補３ａ、３ｂ、３ｃに対して繰り返し実行する。

ここで、所定距離は、不審船候補の外見を判定できる赤外線画像をＥＯ／ＩＲカメラで撮像可能な範囲内の距離を示す。なお、不審船候補から何らかの攻撃を受けるおそれがあるので、所定距離は、赤外線画像を撮像可能な範囲内で最長であることが望ましい。

また、図４における不審船候補３ｂ、３ｃのように、不審船候補同士の距離が近い場合、１の不審船候補３ｂから遠くても他の不審船候補３ｃに近づく場合もある。その場合は、図４中、破線で示すように、両者を一体的に扱い、経路導出部５４は、その外周を旋回する経路を導出するとしてもよい。

<画像生成処理Ｓ２０６>
画像生成部５６は、経路導出部５４が導出した経路を自機が旋回している間に、ＥＯ／ＩＲカメラを通じて不審船候補を撮像し、画像（例えば赤外線画像）を生成する。ここでは、不審船候補を複数の方向（角度）から撮像することで、不審船２の特定精度を向上させる。

<外見判定処理Ｓ２０８>
外見判定部５８は、画像中の不審船候補に、不審船２としての外見的特徴があるかどうかを判定する。

ここで、外見的特徴は、以下の様な外見を言う。（１）外見上漁船であるが、船上に漁具が存在しない。（２）外見上漁船であるが、エンジンの位置が通常の漁船の位置と異なる。（３）エンジンが複数（例えば２〜４）備わっている。（４）偽装の煙突が存在する。（５）船体の後部に大きなハッチを有する（上陸用ボートや水中スクータを搭載している可能性がある）。（６）アンテナの数が通常より多い。（７）ロケット砲や機関銃を装備している。外見判定部５８は、不審船候補が、このような外見的特徴の項目に一つでも該当すれば、不審船２の可能性があると判定することとなる。

<行動判定処理Ｓ２１０>
行動判定部６０は、経路導出部５４が特定した不審船候補の航路に基づいて、不審船２の行動的特徴があるかどうかを判定する。また、行動判定部６０は、デジタル無線機が受信した電波に基づき、例えば、不審船候補が通常の漁船では使用されない特殊な電波で長時間交信していることをもって、不審船２の可能性があると判定してもよい。

ここで、行動的特徴は、以下の様な行動を言う。（１）船舶は外見上漁船であるが、漁をすることなく同一箇所に停泊している。（２）航路が定まることなく、徘徊している。行動判定部６０は、不審船候補が、このような行動的特徴の項目に一つでも該当すれば、不審船２の可能性があると判定することとなる。なお、行動判定部６０は、不審船候補に接近しなくても、遠隔から不審船候補の航路を確認することで、行動的特徴を判定することができる。

ここでは、外見判定部５８による外見的特徴と、行動判定部６０による行動的特徴とをいずれも判定することで、不審船２の可能性があるという判定の精度向上を図っている。

<情報送信処理Ｓ２１２>
情報送信部６２は、不審船候補に不審船２としての外見的特徴があれば、または、不審船２としての行動的特徴があれば、飛行通信部１６を通じ、衛星３０を介して外部装置２０と通信を確立し、その旨外部装置２０に送信する。

<判定学習処理Ｓ２１４>
上述したように、外見判定部５８が、不審船候補に不審船２としての外見的特徴があると判定したら、その旨、情報送信部６２により外部装置２０に送信される。また、行動判定部６０が、不審船候補に不審船２の行動的特徴があると判定したら、その旨、情報送信部６２により外部装置２０に送信される。外部装置２０では、外見判定部５８および行動判定部６０の判定に基づき、不審船候補が不審船２であるか否か特定する。

判定学習部６４は、ＡＩ（Artificial Intelligence）で構成され、外部装置２０で不審船候補が不審船２か否か特定した結果に基づき、外見判定部５８および行動判定部６０の判定基準を調整する。具体的に、外部装置２０で不審船候補が不審船２であると特定した場合に参照された項目について、その重み付けを上げる。一方、外部装置２０で不審船候補が不審船２ではないと特定した場合に参照された項目について、その重み付けを下げる。そして、外見判定部５８および行動判定部６０は、各項目にその重み付けを乗じ点数化して、外見的特徴および行動的特徴の有無を判定する。

かかる構成により、時間の経過に伴い、不審船２の外見的特徴および行動的特徴の判定精度が高くなり、外見判定部５８および行動判定部６０が不審船候補として送信してきた船舶を外部装置２０が不審船２と特定する確率（不審船識別性能）が高くなる。

なお、ここでは、経路導出部５４を無人機１０に搭載する例を挙げて説明したが、外部装置２０で備えるとしてもよい。このように、外部装置２０側で経路導出部５４を備えることで、処理能力が制限される無人機１０ではなく、処理能力に制限がない外部装置２０に処理負荷の重い不審船候補に接近するための経路の導出処理を担わせることができるので、無人機１０の処理負荷の軽減を図ることができる。また、ここでは、判定学習部６４を無人機１０に搭載する例を挙げて説明したが、外部装置２０で備えるとしてもよい。このように、外部装置２０側で判定学習部６４を備えることで、無人機１０それぞれが個別に判定した結果を外部装置２０で統一して調整することができる。すなわち、判定基準のばらつきを抑えることが可能となる。

以上のように、無人機１０が、不審船候補を特定し、その不審船候補に接近して不審船２の外見的特徴や行動的特徴があるか否かを判定することで、空中から不審船２を適切に特定することが可能となる。また、無人機１０が自律的に、不審船候補を探索し、その旨送信するので、外部装置２０では、その不審船候補が送信されたタイミングでのみ不審船２を特定すれば足りる。すなわち、人が不審船候補を抽出するための経路や常時観察を行う必要がなく、作業負担を軽減することができる。

また、コンピュータを航空機（無人機１０）として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムとは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段を言う。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の不審船探索処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、空中を飛行可能な航空機に利用することができる。

２不審船
１０無人機（航空機）
２０外部装置
５２船舶照合部
５４経路導出部
５６画像生成部
５８外見判定部
６０行動判定部
６２情報送信部
６４判定学習部

Claims

海上捜索レーダによって検出された船舶と、自動船舶識別装置においてデータを発信している船舶とを比較し、不審船候補を特定する船舶照合部と、
前記不審船候補に接近するための経路に従い前記不審船候補に接近した後、前記不審船候補を撮像して画像を生成する画像生成部と、
前記画像中の前記不審船候補に、不審船としての外見的特徴があるかどうかを判定する外見判定部と、
不審船としての外見的特徴があれば、その旨、外部装置に送信する情報送信部と、
を備える航空機。
前記不審船候補に接近するための経路として、前記不審船候補に接近することによる燃料消費が最小となる経路、および、前記不審船候補に接近後、前記不審船候補の上空を旋回する経路が導出される請求項１に記載の航空機。
前記外部装置で不審船か否か特定した結果に基づき、前記外見判定部の判定基準が調整される請求項１または２に記載の航空機。
前記不審船候補の航路に基づいて、不審船の行動的特徴があるかどうかを判定する行動判定部を備える請求項１から３のいずれかに記載の航空機。