JP2021021663A - Method for measuring wind direction and wind velocity and unmanned aircraft used in the same - Google Patents
Method for measuring wind direction and wind velocity and unmanned aircraft used in the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021021663A JP2021021663A JP2019139272A JP2019139272A JP2021021663A JP 2021021663 A JP2021021663 A JP 2021021663A JP 2019139272 A JP2019139272 A JP 2019139272A JP 2019139272 A JP2019139272 A JP 2019139272A JP 2021021663 A JP2021021663 A JP 2021021663A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wind
- aircraft
- wind direction
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
【課題】風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することを目的とし、より詳細な風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することを目的とする。【解決課題】風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することが可能となり、空港等において、ドップラーライダー等による観測が行われ乱気流(三次元方向の風速)の風向風速が測定されてきてもいるが、測定装置が高価であることや、高度分解能も10m程度である等の課題があるが、本方法ではより正確に風向及び風速の情報を得ることができる。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring method capable of obtaining wind direction and wind speed information and an unmanned aerial vehicle used therefor, and to provide a measuring method capable of obtaining more detailed wind direction and wind speed information and an unmanned aerial vehicle used therefor. The purpose is to do. PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring method capable of obtaining wind direction and wind speed information and an unmanned aircraft used for the measurement method, and observation by a Doppler lidar or the like is performed at an airport or the like to obtain turbulence (wind speed in a three-dimensional direction). Although the wind direction and speed have been measured, there are problems such as the cost of the measuring device and the altitude resolution of about 10 m, but this method can obtain the wind direction and speed information more accurately. .. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、風向及び風速を測定する方法及びそれに用いる無人航空機に関する。 The present invention relates to a method for measuring wind direction and speed and an unmanned aerial vehicle used therein.
人が搭乗することなく飛行し、地表近傍の情報を取得することのできる無人航空機が近年広く開発・市販されてきている。 In recent years, unmanned aerial vehicles that can fly without a person on board and can acquire information near the surface of the earth have been widely developed and marketed.
無人航空機の中でも、自律的に空中のある特定の位置に留まること(ホバリング)ができるいわゆるドローンは、複数の回転機及び回転翼によってホバリングが可能であり、しかも軽量かつ安価な構成で実現可能であるため、近年広く普及しつつある。 Even among unmanned aerial vehicles, so-called drones that can autonomously stay at a specific position in the air (hovering) can be hovered by multiple rotors and rotor blades, and can be realized with a lightweight and inexpensive configuration. For this reason, it has become widespread in recent years.
一方、地表近傍及びその上空において、気象観測は人間の経済的活動において非常に重要な情報であって、様々な方法による取得が試みられている。 On the other hand, meteorological observations are very important information in human economic activities near the surface of the earth and above it, and acquisition by various methods is being attempted.
上記に関する技術として、例えば下記特許文献1には、周囲の環境情報を測定するセンサー手段を備えた情報収集ロボットが開示されている。 As a technique related to the above, for example, Patent Document 1 below discloses an information collecting robot provided with sensor means for measuring ambient environment information.
しかしながら、上記文献に記載の情報収集ロボットでは、周囲の環境情報を測定することができるものの、その測定は、その位置における方位と風速といった点の情報に過ぎず、より詳細な風向及び風速の情報を得るためには情報量として不足があるといった課題がある。 However, although the information collecting robot described in the above document can measure the surrounding environment information, the measurement is only information on points such as the direction and the wind speed at the position, and more detailed wind direction and wind speed information. There is a problem that the amount of information is insufficient in order to obtain the information.
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、より詳細な風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a measuring method capable of obtaining more detailed wind direction and wind speed information and an unmanned aerial vehicle used for the measurement method.
上記課題を解決する一の観点に係る無人航空機を用いて風向及び風速を測定する方法は、空中における第一の位置における位置情報を取得するステップ、前記第一の位置においてホバリングさせるステップ、重力パラメータを除いてフィードバック制御をオフにして第二の位置まで自然移動させるステップ、第一の位置から第二の位置に移動する間の軌跡に基づき風向及び風速を求めるステップ、を備えるものである。 The method of measuring the wind direction and the wind speed using an unmanned aerial vehicle according to one aspect of solving the above problems includes a step of acquiring position information at a first position in the air, a step of hovering at the first position, and a gravity parameter. Except for, the step of turning off the feedback control and naturally moving to the second position, and the step of obtaining the wind direction and the wind speed based on the trajectory during the movement from the first position to the second position are provided.
また、他の一観点に係る無人航空機は、球体状の筐体と、筐体から放射線状に延伸し、先端近傍に回転機及び回転機により回転する回転翼を備える複数のアームと、を備えるものである。 Further, the unmanned aerial vehicle according to another aspect includes a spherical housing and a plurality of arms having a rotary blade extending radially from the housing and rotating by a rotary machine and a rotary machine in the vicinity of the tip. It is a thing.
以上、本発明によって、より詳細な風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a measuring method capable of obtaining more detailed wind direction and wind speed information and an unmanned aerial vehicle used therefor.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態に記載された具体的な例示にのみ限定されるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different embodiments and is not limited to the specific examples described in the embodiments shown below.
(風向及び風速の測定方法)
図1は、本実施形態に係る、風向及び風速の測定方法(以下「本方法」という。)のフローの概略を示す図である。本図で示すように、本方法では、(1)空中における第一の位置における位置情報を取得するステップ、(2)第一の位置においてホバリングさせるステップ、(3)重力パラメータを除くフィードバック制御をオフにして第二の位置まで自然移動させるステップ、(4)第一の位置から第二の位置に移動する間の軌跡に基づき風向及び風速を求めるステップ、を備える。
(Measurement method of wind direction and speed)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a flow of a wind direction and wind speed measuring method (hereinafter referred to as “the present method”) according to the present embodiment. As shown in this figure, in this method, (1) a step of acquiring position information at the first position in the air, (2) a step of hovering at the first position, and (3) feedback control excluding gravity parameters are performed. It includes a step of turning it off and naturally moving it to a second position, and (4) a step of obtaining a wind direction and a wind speed based on a trajectory during the movement from the first position to the second position.
本方法で用いる無人航空機(以下「本航空機」という。)は、後述するが、上記ステップを実行し本発明の効果を達成することができる限りにおいて限定されるわけではないが、複数の回転機及びこの回転機に接続されて回転する回転翼を備える複数のアームと、この複数のアームが接続される筐体部を備えるいわゆるドローンであることが好ましい。なお、回転機としては、軸を備えてこの軸を回転させることができる限りにおいて限定されず、例えば電気によって駆動するモーターであってもよく、液体燃料によって駆動するエンジンローターであってもよい。 The unmanned aerial vehicle (hereinafter referred to as "the aircraft") used in the present method is not limited as long as the above steps can be performed and the effect of the present invention can be achieved, but a plurality of rotors A so-called drone including a plurality of arms including rotary blades connected to the rotary machine and rotating, and a housing portion to which the plurality of arms are connected is preferable. The rotary machine is not limited as long as it has a shaft and can rotate the shaft. For example, a motor driven by electricity or an engine rotor driven by liquid fuel may be used.
まず、本方法では、(1)第一の位置における位置情報を取得するステップを備える。ここで「第一の位置」とは、本方法において求める風向及び風速を測定するためには空中における二つの位置の情報が必要であって、測定を開始する位置と、測定を終了する位置の二つを本方法の説明上区別するために用いる用語に過ぎず、「第一」という用語そのものに上記以外の意味はない。 First, this method includes (1) a step of acquiring position information at the first position. Here, the "first position" means the information of two positions in the air in order to measure the wind direction and the wind speed obtained in this method, and the position where the measurement is started and the position where the measurement is finished. The term "first" itself has no meaning other than the above, as it is merely a term used to distinguish the two in the explanation of this method.
ここで、本航空機を第一の位置に移動させる方法は、操作者が操作機械(いわゆるリモコンやプロポ)を用いて手動で本航空機を操作し、測定開始を希望する位置まで移動させることとしてもよく、若しくは、目視や座標を確認しながら好みの位置を第一の位置として定めることとしてもよいし、予め設定した空中の座標に移動させるように自動操縦としてもよく、特に限定されるものではない。 Here, the method of moving the aircraft to the first position is that the operator manually operates the aircraft using an operating machine (so-called remote controller or radio) and moves the aircraft to a desired position to start measurement. Well, you may set your favorite position as the first position while visually checking the coordinates, or you may autopilot to move to the preset aerial coordinates, and it is not particularly limited. Absent.
またこの「第一の位置」における位置情報の求め方としては、限定されるわけではないが、地球を周回する人工衛星からの電波を受信することにより位置情報を求めるGPS(Global Positioning System)を用いることが好ましい。また、GPSでは高度を含む三次元的な情報を得ることができるため、正確な風向風速を求めることができる。 Further, the method of obtaining the position information in this "first position" is not limited, but GPS (Global Positioning System) for obtaining the position information by receiving radio waves from artificial satellites orbiting the earth is used. It is preferable to use it. In addition, since GPS can obtain three-dimensional information including altitude, it is possible to obtain an accurate wind direction and speed.
また、GPSの中でも、地上に設置した基準局からの位置情報データを用いてより高い位置測定を行うRTK−GPS(Real Time Kinetic GPS)を用いることも好ましい。RTK−GPSは、GPSにおいて用いる人工衛星からの電波に加え、基準局からの電波も受信する構成とするものであって、基準局の位置情報を考慮に入れることで、GPSによる測定位置精度をさらに高めることが可能であり、最適な場合、測定精度を数センチ以内とすることが可能となる。この場合のイメージを図2に示しておく。なお、後述する本航空機の構成で改めて説明するが、本航空機にはGPS受信機が備えられており、GPS受信機により位置情報を取得した後、本航空機内の制御装置内の記録媒体に記録する、又は、無線通信機により地上の処理装置に位置情報を出力することが可能となっている。 Further, among GPS, it is also preferable to use RTK-GPS (Real Time Kinetic GPS) that performs higher position measurement using position information data from a reference station installed on the ground. RTK-GPS is configured to receive radio waves from reference stations in addition to radio waves from artificial satellites used in GPS, and by taking into account the position information of the reference stations, the accuracy of measurement position by GPS is further improved. It is possible, and in the optimum case, the measurement accuracy can be within a few centimeters. The image in this case is shown in FIG. As will be described again in the configuration of the aircraft described later, the aircraft is equipped with a GPS receiver, and after acquiring the position information by the GPS receiver, it is recorded on the recording medium in the control device in the aircraft. Or, it is possible to output position information to a processing device on the ground by a wireless communication device.
ここで上記の記載から明らかであるが、位置情報には、緯度及び経度の情報を含み、更に高度の情報を含むことが好ましい。なお、本方法をより具体的に処理するために、位置情報は、情報処理装置いわゆるコンピュータによってデータとして処理可能となるようデータとして取得することが好ましく、より具体的には緯度データ、経度データ、高度データを含むことが好ましい。また、この場合において、位置情報に加え、その時刻データを含んでおくことが好ましい。このようにすることで、第二の位置情報との関係に基づき風向や風速を求めていくことが可能となる。 Here, as is clear from the above description, the position information preferably includes latitude and longitude information, and further includes altitude information. In order to process this method more concretely, it is preferable to acquire the position information as data so that it can be processed as data by an information processing device, so-called computer, and more specifically, latitude data, longitude data, and so on. It is preferable to include altitude data. Further, in this case, it is preferable to include the time data in addition to the position information. By doing so, it is possible to obtain the wind direction and the wind speed based on the relationship with the second position information.
また、本方法では、(2)第一の位置においてホバリングさせるステップを備える。ここで「ホバリング」とは、本航空機が空中の一点近傍に留まる飛行状態をいう。ここで「近傍」とするのは、現実的に本航空機を完全に空中の一点に誤差や揺らぎなく留めることは不可能であるため、その誤差等の範囲があることを意味する。 Further, this method includes (2) a step of hovering at the first position. Here, "hovering" refers to a flight state in which the aircraft stays near a point in the air. The term "neighborhood" here means that there is a range of error, etc., because it is practically impossible to completely keep the aircraft at one point in the air without error or fluctuation.
本ステップでは、ホバリングを行うことができる限りにおいて限定されるわけではないが、その位置に留まるようフィードバック制御を行う。より具体的には、本航空機に加速度センサーやジャイロセンサーを搭載し、それらに変化が生じた場合、元の位置に戻るよう回転翼の回転数等を制御し、本航空機を同じ位置に留まらせるよう制御を行う。 In this step, feedback control is performed so as to stay at that position, although not limited to the extent that hovering can be performed. More specifically, the aircraft is equipped with an acceleration sensor and a gyro sensor, and when changes occur, the number of rotations of the rotor blades is controlled so that the aircraft returns to its original position, and the aircraft stays in the same position. Control.
また、本方法では、(3)重力パラメータを除いてフィードバック制御をオフにして第二の位置まで自然移動させるステップを含む。本ステップは、上記ホバリングにおいて、十分に本航空機が第一の位置において安定した後開始することが好ましい。 In addition, this method includes (3) a step of turning off the feedback control and naturally moving to the second position except for the gravity parameter. It is preferable that this step is started after the aircraft is sufficiently stabilized in the first position in the hovering.
本ステップにおいて、フィードバック制御をオフにするとは、上記(2)でいう、ホバリングさせるフィードバック制御において、元の位置に戻ろうとする制御を行わないようにすることをいい、「重力パラメータを除いてフィードバック制御をオフにする」とは、フィードバック制御において用いる複数のパラメータのうち、少なくとも一つを考慮しないようにする、具体的には重力パラメータ以外のパラメータをゼロ又は初期値にすることをいう。また、ここで重力パラメータを除くのは、本航空機が落下しないようにするために最低限必要なためである。 In this step, turning off the feedback control means not performing the control to return to the original position in the feedback control for hovering described in (2) above, and "feedback excluding the gravity parameter". "Turning off control" means not considering at least one of a plurality of parameters used in feedback control, specifically, setting a parameter other than the gravity parameter to zero or an initial value. In addition, the gravity parameter is excluded here because it is the minimum necessary to prevent the aircraft from falling.
ここで、フィードバック制御におけるパラメータについてより具体的に説明する。制御パラメータについては様々な用いることが可能であるが、重力パラメータ及び推力パラメータを設けることが好ましい。 Here, the parameters in the feedback control will be described more specifically. Although various control parameters can be used, it is preferable to provide gravity parameters and thrust parameters.
重力パラメータは、重力に逆らい本航空機の空中での浮遊を可能とするために必要な上向きの力(重力方向反対向きの力)を意味するパラメータであり、このパラメータを適切な値とすることで本航空機は同じ位置に留まることが可能となる。重力パラメータは、本航空機の重さによって定まるものであり、製造時に設定および固定しておいてもよく、また、使用者が使用する際、風などの自重以外の要素が無視できる環境中(例えば屋内や地上近傍の空中)において実際に浮遊を開始させ(推力パラメータの値を徐々に増加させて)、同じ位置に留まるよう調整を行いながら制御し、その制御によって得られるパラメータ(具体的には推力パラメータの重力方向上向き成分)を重力と釣り合っている状態と判断し、重力パラメータとすることとしてもよい。この重力パラメータは、上空において本航空機に対し上から吹き付ける風又は下から吹き付ける風が発生している場合に、この風による影響を除去するために必要である。 The gravity parameter is a parameter that means the upward force (force in the opposite direction of gravity) required to enable the aircraft to float in the air against gravity, and by setting this parameter to an appropriate value, The aircraft will be able to stay in the same position. Gravity parameters are determined by the weight of the aircraft and may be set and fixed at the time of manufacture, and in an environment where factors other than own weight such as wind can be ignored when used by the user (for example). Actually start floating (indoors or in the air near the ground) (gradually increase the value of the thrust parameter), control while adjusting so that it stays at the same position, and the parameters obtained by that control (specifically, The thrust parameter's upward component in the direction of gravity) may be determined to be in balance with gravity and used as the gravity parameter. This gravity parameter is necessary to eliminate the influence of this wind when a wind blowing from above or a wind blowing from below is generated on the aircraft in the sky.
また、推力パラメータは、本航空機を上空において自在に移動させるために必要なパラメータであるとともに、本航空機が同じ位置に留まるためにも必要なパラメータであり、この推力パラメータ及び重力パラメータに基づき、回転機を回転させて、本航空機を所望の位置まで飛行させる又は所望の位置でホバリングさせることができる。この推力パラメータを用いることで、本航空機に、重力以外の垂直方向に沿った力や水平方向に沿った力が加わったとしても、同じ位置に留まるようにするために本航空機を移動させることができる。なお、ホバリングを行っている場合において、重力方向に沿った力の典型的な例は上から下、又は下から上に向かう風(これらの成分を含む風の垂直成分の力)に基づくものであり、水平方向に沿った力の典型的な例は、水平方向に沿った風(これらの成分を含む風の水平成分の力)に基づくものである。推力パラメータは、水平方向及び重力方向(垂直方向)の三次元的な成分を備えている。もちろん、この推力パラメータの大きさを制御することで本航空機は所望の速度で所望の位置まで上昇移動することができる。 In addition, the thrust parameter is a parameter necessary for the aircraft to move freely in the sky and also for the aircraft to stay in the same position, and it rotates based on the thrust parameter and the gravity parameter. The aircraft can be rotated to fly the aircraft to the desired position or hover at the desired position. By using this thrust parameter, it is possible to move the aircraft so that it stays in the same position even if a force other than gravity is applied in the vertical direction or in the horizontal direction. it can. In addition, when hovering, a typical example of the force along the direction of gravity is based on the wind from top to bottom or from bottom to top (the force of the vertical component of the wind including these components). Yes, a typical example of a force along the horizontal direction is based on the wind along the horizontal direction (the force of the horizontal component of the wind containing these components). Thrust parameters have three-dimensional components in the horizontal and gravitational directions (vertical direction). Of course, by controlling the magnitude of this thrust parameter, the aircraft can ascend to a desired position at a desired speed.
上記の記載から明らかなように、ホバリングさせるフィードバック制御とは、本航空機が同じ位置に留まるために、重力パラメータ以外の推力パラメータを調整することをいう。すなわち、ホバリングを行っている際に発生しているこの推力パラメータが、空中における風の影響により発生するパラメータであると考えることができる。なお推力パラメータは、三次元的であり、水平方向だけでなく重力方向(垂直方向)の成分を備える。重力方向(垂直方向)が上記の通り、その場の風の垂直成分に由来するものであり、水平方向が、その場の風の水平成分に由来するものである。そして、この状態から、推力パラメータをゼロとすると、自重に起因する重力パラメータのみが残り、風の影響のみ受けることが可能となる。 As is clear from the above description, the feedback control for hovering means adjusting the thrust parameters other than the gravity parameter so that the aircraft stays in the same position. That is, it can be considered that this thrust parameter generated during hovering is a parameter generated by the influence of the wind in the air. The thrust parameter is three-dimensional and includes components in the gravitational direction (vertical direction) as well as in the horizontal direction. As described above, the gravitational direction (vertical direction) is derived from the vertical component of the wind in the place, and the horizontal direction is derived from the horizontal component of the wind in the place. Then, from this state, if the thrust parameter is set to zero, only the gravity parameter due to its own weight remains, and it is possible to be affected only by the wind.
このステップによると、本航空機は風による影響のみ受けることとなり、本航空機の移動は純粋に風(風向・風速)による影響と考えることができるようになる。このステップが行う期間はあらかじめ設定する所定の期間としてもよく、所定の距離だけ本航空機が移動するまでの期間としてもよく、本航空機の操作者が任意に停止させるまでの期間としてもよい。なお、本航空機に障害物を検知する障害物センサーを設け、このセンサーが障害物を検知し、本航空機が障害物等に衝突しそうになった場合に停止するまでの期間としてもよい。 According to this step, the aircraft will be affected only by the wind, and the movement of the aircraft can be considered to be purely affected by the wind (wind direction / speed). The period for which this step is performed may be a predetermined period set in advance, a period until the aircraft moves by a predetermined distance, or a period until the operator of the aircraft stops the aircraft arbitrarily. An obstacle sensor for detecting an obstacle may be provided in the aircraft, and the period may be set until the sensor detects an obstacle and the aircraft stops when it is about to collide with an obstacle or the like.
また、本方法では、(4)第一の位置から第二の位置に移動する間の軌跡に基づき風向及び風速を求めるステップを備える。図3に、本ステップの説明におけるイメージを示しておく。本図で示すように、本航空機は、まず上昇し、ホバリングした後、フィードバック制御をオフにして自然移動を行う。 Further, this method includes (4) a step of obtaining the wind direction and the wind speed based on the trajectory during the movement from the first position to the second position. FIG. 3 shows an image in the description of this step. As shown in this figure, the aircraft first ascends, hoveres, and then turns off feedback control to move naturally.
ここで「第二の位置」は、上記(3)のステップが終了した時点における本航空機の位置をいい、「第二」とは、上記「第一の位置」と区別するために用いられるために用いられる用語に過ぎず、これ以外に技術的な意味は含まない。 Here, the "second position" refers to the position of the aircraft at the time when the step (3) is completed, and the "second" is used to distinguish it from the "first position". It is just a term used for, and has no other technical meaning.
本ステップでは、第一の位置から第二の位置に移動する間の軌跡を求める。ここで「軌跡」は、位置情報の時間変化をいい、具体的には位置情報データとその時刻データの組み合わせからなるデータを複数備えていることを意味する。 In this step, the locus during the movement from the first position to the second position is obtained. Here, the "trajectory" refers to a time change of position information, and specifically means that a plurality of data composed of a combination of position information data and the time data are provided.
ここで、風速及び風向(具体的には風速データ及び風向データ)は、様々な方法によって得ることができるが、下記式により求めることができる。
上記式において、動圧Pは、上空で流された距離を時間で割った値として求めることができる。これは、位置情報及びその時刻の組み合わせを少なくとも二つ用いることで容易に算出できる。 In the above equation, the dynamic pressure P can be obtained as a value obtained by dividing the distance flowed in the sky by the time. This can be easily calculated by using at least two combinations of position information and its time.
また、上記式において、空気密度ρは、気体の状態方程式を利用し、空気の温度及び気圧によって求めることが可能である。すなわち、本航空機に温度計及び気圧計を備えさせることにより、その位置及び時刻における温度及び気圧を求めることが可能であり、その場における空気密度を求めることが可能となる。 Further, in the above equation, the air density ρ can be obtained from the temperature and atmospheric pressure of air by using the gas state equation. That is, by equipping the aircraft with a thermometer and a barometer, it is possible to obtain the temperature and atmospheric pressure at the position and time, and it is possible to obtain the air density on the spot.
また、上記式において、抗力係数CDは、本航空機が有する形状によって生じうる値であり、本航空機の製造時点において定められる定数である。 In the above formula, the drag coefficient C D is a value which may occur by the shape possessed by the present aircraft, a constant determined at time of manufacture of the aircraft.
また、上記式において、表面積Sも、上記抗力係数CDと同じく、本航空機の形状に依存するものであって、本航空機の製造時点において定められる定数である。すなわち、本方法では、動圧P及び空気密度ρを適宜求めること、より具体的には位置情報の変化とその位置における空気密度を求める程度で速度Vを定めることが可能となる。特に、本方法では、位置情報に三次元的な要素が含まれているため、速度Vについても、三次元的に求めることが可能となる。 In the above formula, also the surface area S, as with the drag coefficient C D, be one that depends on the shape of the aircraft, a constant determined at time of manufacture of the aircraft. That is, in this method, it is possible to determine the velocity V by appropriately obtaining the dynamic pressure P and the air density ρ, and more specifically, by obtaining the change in the position information and the air density at the position. In particular, in this method, since the position information includes a three-dimensional element, the velocity V can also be obtained three-dimensionally.
以上、本方法によって、より詳細な風向及び風速の情報を得ることのできる測方法及びそれに用いる無人航空機を提供することが可能となる。最近では、空港等において、ドップラーライダー等による観測が行われ乱気流(三次元方向の風速)の風向風速が測定されてきてもいるが、測定装置が高価であることや、高度分解能も10m程度である等の課題があるが、本方法ではより正確に風向及び風速の情報を得ることができる。 As described above, this method makes it possible to provide a measuring method capable of obtaining more detailed wind direction and wind speed information and an unmanned aerial vehicle used for the measuring method. Recently, at airports, etc., observations by Doppler lidar etc. have been carried out to measure the wind direction and speed of eddy (wind speed in the three-dimensional direction), but the measuring device is expensive and the altitude resolution is about 10 m. Although there are some problems, this method can obtain wind direction and wind speed information more accurately.
(無人航空機)
本方法は、上記のステップを実現して風向及び風速を測定することができる限りにおいて構造は限定されるわけではないが、例えば以下の構造の無人航空機を用いることでより容易に達成することができる。以下具体的に説明する。
(Unmanned aerial vehicle)
The structure of this method is not limited as long as the above steps can be realized and the wind direction and speed can be measured, but it can be more easily achieved by using an unmanned aerial vehicle having the following structure, for example. it can. This will be described in detail below.
図4は、本実施形態に係る無人航空機(以下「本航空機」という。)1の外観の概略斜視図であり、図5は、その上面図である。また、図6は、本航空機の機能ブロックを示す図である。本航空機は、本図で示すように、球体状の筐体2と、筐体2から放射線状に延伸し、先端近傍に回転機31及び回転翼32を備える複数のアーム3と、を備えており、筐体2内に上記回転機31及び回転翼32を制御する制御装置4を格納してなる。なお、図6では説明簡略のため回転機は二つのみで表示しているが実際は上述の通り複数の回転機が独立に制御装置に接続され、それぞれ独立に制御される。 FIG. 4 is a schematic perspective view of the appearance of the unmanned aerial vehicle (hereinafter referred to as “the aircraft”) 1 according to the present embodiment, and FIG. 5 is a top view thereof. Further, FIG. 6 is a diagram showing a functional block of the aircraft. As shown in this figure, the aircraft is provided with a spherical housing 2 and a plurality of arms 3 extending radially from the housing 2 and having a rotor 31 and a rotor 32 in the vicinity of the tip. The control device 4 for controlling the rotor 31 and the rotor 32 is housed in the housing 2. In FIG. 6, for the sake of brevity, only two rotating machines are shown, but in reality, as described above, a plurality of rotating machines are independently connected to the control device and are controlled independently.
本航空機1における筐体2とは、本航空機1の制御に必要な制御装置4を格納するものである。筐体2の形状としては、限定されるわけではないが、上記図で示すように、球形状であることが好ましい。球形状とすることで、上下左右いずれの方向からの風を均等に受けることが可能となるため、より正確な風向及び風速を求めることができるようになる。特に、本航空機1は、独立して移動が可能なものであるため、巻き風等の複雑な風の流れを追うことも可能となるといった利点がある。 The housing 2 in the aircraft 1 houses the control device 4 necessary for controlling the aircraft 1. The shape of the housing 2 is not limited, but is preferably a spherical shape as shown in the above figure. The spherical shape makes it possible to receive wind evenly from any direction, up, down, left, or right, so that a more accurate wind direction and speed can be obtained. In particular, since the aircraft 1 can move independently, there is an advantage that it is possible to follow a complicated wind flow such as a winding wind.
また、本航空機1におけるアーム3とは、上記の通り、回転機31及び回転翼32を筐体から所望の距離だけ離して支持するための部材であるとともに、その内部に導線を配置し、制御装置4と接続させることができるようにするための部材である。 Further, as described above, the arm 3 in the aircraft 1 is a member for supporting the rotor 31 and the rotor 32 at a desired distance from the housing, and also arranges and controls a lead wire inside the arm 3. It is a member for being able to be connected to the device 4.
また、本航空機1においてアーム3は、上記の通り複数設けられており、これらは、球体状の筐体の中心から点対象となるよう配置されていることが好ましい。点対象となるよう配置されることで、均等に浮力を得ることができるとともに、風の方向や強さをどの方向からであっても均等に受けることが可能となる。特に、球体の中心から前後・左右・上下に均等に配置されていることが好ましい。この場合においてアーム3の本数は、限定されるわけではないが、4本以上あることが好ましく、より好ましくは6本(上下対称に3本ずつ)、更に好ましくは上記図で示すように8本(上下対称に4本ずつ)である。本数を多数均等に配置することで、やはりどの方向からの風の向きからも均等に受けることが可能となる。 Further, in the aircraft 1, a plurality of arms 3 are provided as described above, and it is preferable that these are arranged so as to be point-symmetrical from the center of the spherical housing. By arranging them so as to be point-symmetrical, it is possible to obtain buoyancy evenly and to receive the direction and strength of the wind evenly from any direction. In particular, it is preferable that the spheres are evenly arranged in the front-back, left-right, and up-down directions from the center of the sphere. In this case, the number of arms 3 is not limited, but is preferably 4 or more, more preferably 6 (3 each vertically symmetrically), and further preferably 8 as shown in the above figure. (4 each vertically symmetrically). By arranging a large number of them evenly, it is possible to receive the wind evenly from any direction.
なお、本航空機1における回転機31は、回転翼32を回転させるために用いられるものであり、この回転数を制御することで揚力を調整することができる。また、本航空機1における回転翼32は、揚力を発生させるために用いられるものであり、回転機に接続され回転する。 The rotary machine 31 in the aircraft 1 is used to rotate the rotary blade 32, and the lift can be adjusted by controlling the rotation speed. Further, the rotary blade 32 in the aircraft 1 is used to generate lift, and is connected to the rotary machine to rotate.
また、本航空機1には、地表や周囲の環境における画像情報を取得するための撮像装置や、上記の通り、温度計、気圧計、ジャイロセンサー、加速度センサーを備えていてもよい。 Further, the aircraft 1 may be provided with an imaging device for acquiring image information on the ground surface and the surrounding environment, and as described above, a thermometer, a barometer, a gyro sensor, and an acceleration sensor.
また、本航空機1では、ホバリングから重力パラメータ以外のパラメータ制御をオフにして風の押圧に任せて自由に浮遊させることになるため、障害物等が近くに存在した場合にその接触を避けるための障害物センサーを設けておくことが好ましい。障害物センサーとしては、距離を測る距離センサー、より具体的には赤外線センサー等の光学センサーであることは好ましい一例である。 In addition, in this aircraft 1, parameter control other than gravity parameters is turned off from hovering, and it is left to the pressure of the wind to float freely. Therefore, in order to avoid contact when an obstacle or the like exists nearby. It is preferable to provide an obstacle sensor. As the obstacle sensor, a distance sensor for measuring a distance, more specifically, an optical sensor such as an infrared sensor is a preferable example.
また、本航空機1には、上記の記載から明らかであるが、位置情報を取得するための位置情報取得装置を設けている。位置情報取得装置としては特に限定されるわけではないが、GPS(RTK−GPSを含む)を利用する際の電波を受信するための受信機であることがより好ましい。 Further, as is clear from the above description, the aircraft 1 is provided with a position information acquisition device for acquiring position information. The position information acquisition device is not particularly limited, but a receiver for receiving radio waves when using GPS (including RTK-GPS) is more preferable.
なお、本航空機では、上記各種センサーによって本航空機が取得した情報を送信するための送信機が備えられていることが好ましい。このようにすることで、本航空機が取得した情報を別途地上などに設けられる処理装置で処理することが可能となり、本航空機の重量負担、処理負担等を軽減することができる。 It is preferable that the aircraft is provided with a transmitter for transmitting information acquired by the aircraft by the various sensors described above. By doing so, the information acquired by the aircraft can be processed by a processing device separately provided on the ground or the like, and the weight burden, processing burden, etc. of the aircraft can be reduced.
また、本航空機1の筐体2内には、上記回転機31、回転翼32、撮像装置、位置情報取得装置、送信機、各種センサーを制御することのできる制御装置4を備えている。制御装置4は、地上で操作者が操作する操作装置からの指示信号を受信し、所定の処理(回転機の回転数制御等)を行う。 Further, in the housing 2 of the aircraft 1, the rotary machine 31, the rotary blade 32, the image pickup device, the position information acquisition device, the transmitter, and the control device 4 capable of controlling various sensors are provided. The control device 4 receives an instruction signal from the operation device operated by the operator on the ground, and performs a predetermined process (rotational speed control of the rotating machine, etc.).
なお、本航空機1は、地上から操作するための操作装置(リモコン、プロポ)を備えており、操作者は、本航空機の制御に必要な処理を行う。 The aircraft 1 is provided with an operating device (remote controller, radio) for operating from the ground, and the operator performs processing necessary for controlling the aircraft.
また、地上には、処理装置を設けておき、操作装置又は本航空機に接続され、上記風向及び風速の処理を処理することが可能となる。この処理装置としては、いわゆるコンピュータを用いることができる。 Further, a processing device is provided on the ground and is connected to the operating device or the aircraft to process the above-mentioned wind direction and speed processing. A so-called computer can be used as this processing device.
本発明は、風向及び風速を測定する方法及びこれに用いられる無人航空機として産業上の利用可能性がある。
The present invention has industrial applicability as a method for measuring wind direction and speed and an unmanned aerial vehicle used therein.
Claims (3)
前記第一の位置においてホバリングさせるステップ、
重力パラメータを除いてフィードバック制御をオフにして空中における第二の位置まで自然移動させるステップ、
前記第一の位置から前記第二の位置に移動する間の軌跡に基づき風向及び風速を求めるステップ、を備える無人航空機を用いて風向及び風速を測定する方法。 Steps to get location information at the first position in the air,
The step of hovering in the first position,
Steps to turn off feedback control and move naturally to a second position in the air, except for gravity parameters,
A method of measuring a wind direction and a wind speed using an unmanned aerial vehicle including a step of obtaining a wind direction and a wind speed based on a trajectory while moving from the first position to the second position.
前記筐体から放射線状に延伸し、先端近傍に回転機及び前記回転機により回転する回転翼を備える複数のアームと、を備えた無人航空機。 With a spherical housing,
An unmanned aerial vehicle including a rotating machine and a plurality of arms having rotary wings rotated by the rotating machine in the vicinity of the tip, which are radially extended from the housing.
The unmanned aerial vehicle according to claim 2, wherein the plurality of arms are arranged so as to be point-finished from the center of the spherical housing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019139272A JP7349710B2 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Method for measuring wind direction and speed and unmanned aircraft used therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019139272A JP7349710B2 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Method for measuring wind direction and speed and unmanned aircraft used therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021021663A true JP2021021663A (en) | 2021-02-18 |
| JP7349710B2 JP7349710B2 (en) | 2023-09-25 |
Family
ID=74574765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019139272A Active JP7349710B2 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Method for measuring wind direction and speed and unmanned aircraft used therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7349710B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114113671A (en) * | 2021-11-24 | 2022-03-01 | 国家电投集团广西灵川风电有限公司 | High-time-width-resolution wind measurement system and wind measurement method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017098571A1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | 楽天株式会社 | Wind estimation system, wind estimation method, and program |
| JP2017166382A (en) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | Ntn株式会社 | Unmanned moving body and inspection method using unmanned moving body |
| JP2018075869A (en) * | 2016-11-07 | 2018-05-17 | 株式会社荏原製作所 | Wired drone group |
| JP2019502200A (en) * | 2016-11-29 | 2019-01-24 | コアンチョウ・エックスエアークラフト・テクノロジー・カンパニー・リミテッド | Method and apparatus for controlling unmanned aircraft |
-
2019
- 2019-07-29 JP JP2019139272A patent/JP7349710B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017098571A1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | 楽天株式会社 | Wind estimation system, wind estimation method, and program |
| JP2017166382A (en) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | Ntn株式会社 | Unmanned moving body and inspection method using unmanned moving body |
| JP2018075869A (en) * | 2016-11-07 | 2018-05-17 | 株式会社荏原製作所 | Wired drone group |
| JP2019502200A (en) * | 2016-11-29 | 2019-01-24 | コアンチョウ・エックスエアークラフト・テクノロジー・カンパニー・リミテッド | Method and apparatus for controlling unmanned aircraft |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114113671A (en) * | 2021-11-24 | 2022-03-01 | 国家电投集团广西灵川风电有限公司 | High-time-width-resolution wind measurement system and wind measurement method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle |
| CN114113671B (en) * | 2021-11-24 | 2024-03-22 | 国家电投集团广西灵川风电有限公司 | High space-time resolution wind measuring system and wind measuring method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7349710B2 (en) | 2023-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5633799B2 (en) | Weather observation equipment | |
| JP6683357B1 (en) | Continuity inspection system | |
| JP6729884B6 (en) | Wind direction wind speed measurement method and wind direction wind speed measurement system | |
| CN108369243B (en) | Wind estimation system, wind estimation method, and program | |
| JP5713231B2 (en) | Flying object | |
| AU2022252796B2 (en) | Semantic adjustment of unmanned aerial vehicle delivery points | |
| AU2022252791B2 (en) | Semantic abort of unmanned aerial vehicle deliveries | |
| JP2020071580A (en) | Information processing apparatus, flight control method, and flight control system | |
| US12492019B2 (en) | Processes for generating and updating flyable airspace for unmanned aerial vehicles | |
| AU2022252792B2 (en) | Unmanned aerial vehicle trajectories for nudging and un-nudging | |
| AU2022203829B2 (en) | Stereo abort of unmanned aerial vehicle deliveries | |
| AU2025200369A1 (en) | Fold-out propeller tip extensions | |
| JP7349710B2 (en) | Method for measuring wind direction and speed and unmanned aircraft used therefor | |
| JP7078601B2 (en) | Information processing equipment, information processing methods, and programs | |
| KR102741529B1 (en) | Drone simulation device and drone simulation method using the same | |
| US12164308B2 (en) | Tether-based wind estimation | |
| Büchi | Sensors and GPS for Drones and Quadcopters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220725 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230518 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230606 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230904 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230905 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7349710 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |