JP2021068263A

JP2021068263A - 着陸支援システム

Info

Publication number: JP2021068263A
Application number: JP2019194171A
Authority: JP
Inventors: 翼中村; Tasuku Nakamura; 裕介三原; Yusuke Mihara; 佳史大滝; Yoshifumi Otaki; 一敏西井; Kazutoshi Nishii
Original assignee: Keio University; Toyota Motor Corp
Current assignee: Keio University; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: JP7323424B2

Abstract

【課題】着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定することにより、着陸可否の判断精度を向上させることが可能な着陸支援システムを提供すること。【解決手段】本実施の形態にかかる着陸支援システム１は、上空から地表の可動構造物を撮像する撮像部１１と、撮像部１１によって撮像された撮像画像に基づいて、地表の局所領域における風向及び風速を推定する推定部１２と、を備え、推定部１２による推定結果に基づいて、地表の局所領域への着陸可否の判断が行われる。それにより、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定することができるため、着陸可否の判断精度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、着陸支援システムに関する。

搭乗者の移動手段として用いられる空中を移動可能な飛行体や、上空から地表の様子を撮影するため等に用いられる遠隔操作可能な飛行体の開発が進んでいる。特に、近年では、移動手段として誰もが手軽に利用可能な飛行体の開発が進んでいる。

このような飛行体は、機体に何らかの異常が発生した場合、緊急の着陸場所を決定して安全且つ速やかに着陸する必要がある。しかしながら、緊急の着陸場所の風向及び風速によっては、飛行体は、その風の影響を受けて安全に着陸できない可能性がある。

このような問題に対する解決策は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、気象センサによって検出された風向及び風速に基づいて着陸可否の判断を支援する着陸支援システムが開示されている。

特許第６４７３９７９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された着陸支援システムは、大局的な風向及び風速を推定しているに過ぎず、着陸予定の地表における局所的な風向及び風速を推定しているわけではない。そのため、特許文献１に開示された着陸支援システムでは、精度良く着陸可否の判断をすることができない、という課題があった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定することにより、着陸可否の判断精度を向上させることが可能な着陸支援システムを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様に係る着陸支援システムは、上空から地表の可動構造物を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された撮像画像に基づいて、前記地表の局所領域における風向及び風速を推定する推定部と、を備え、前記推定部による推定結果に基づいて、前記局所領域への着陸可否の判断が行われる。着陸支援システムを搭載した飛行体は、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定することができるため、着陸可否の判断精度を向上させることができる。

本発明によれば、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定することにより、着陸可否の判断精度を向上させることが可能な着陸支援システムを提供することができる。

本実施の形態に係る着陸支援システムの構成例を示すブロック図である。図１に示す着陸支援システムによる大局的な風向及び風速の推定方法を説明するための図である。図１に示す着陸支援システムによる局所的な風向及び風速の推定方法を説明するための図である。樹木の幹の直径、樹木の高さ、樹木の密度、及び、それらに対応する、所定の運動方程式に用いられる係数ｍ，ｃ，ｋのテーブルを示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る着陸支援システム１の構成例を示すブロック図である。着陸支援システム１は、搭乗者の移動手段として用いられる空中を移動可能な飛行体や、上空から地表の様子を撮影するため等に用いられる遠隔操作可能な飛行体に搭載されている。特に本実施の形態では、着陸支援システム１が、移動手段として誰もが手軽に利用可能な３００ｍ〜１０００ｍ程度の低空を飛行する飛行体に搭載されている場合を例に説明する。

図１に示すように、着陸支援システム１は、撮像部１１と、推定部１２と、を少なくとも備える。撮像部１１は、所謂カメラであって、上空から着陸予定の地表を含む地表を撮像する。なお、撮像部１１は、ステレオカメラであることが好ましい。それにより、撮像部１１は、着陸予定の地表付近の可動構造物（風の影響を受けて揺動する物体）がどの方向に変化してもその変化量を精度良く推定することが可能となる。

推定部１２は、撮像部１１によって撮像された地表の可動構造物の変位状態に基づいて、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速を推定する。それにより、着陸支援システム１は、地表の大局的な風向及び風速を推定する場合よりも、着陸可否の判断精度を向上させることができる。

なお、推定部１２は、例えば、演算処理、制御処理等を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

（推定部１２による風推定方法の詳細）
推定部１２による風推定方法について、さらに具体的に説明する。
まず、推定部１２は、撮像部１１によって撮像された撮像画像から、着陸予定の地表付近の可動構造物を抽出する。例えば、推定部１２は、着陸予定の地表付近に植えられた樹木群を抽出する。

その後、推定部１２は、地表の大局的な風向及び風速の推定を行う。例えば、推定部１２は、撮像部１１によって撮像された地表付近の樹木群が風によって揺らされている領域自体が移動した量から、地表の大局的な風向及び風速を推定する（図２参照）。

その後、推定部１２は、着陸予定の地表付近における局所的な風向及び風速の推定を行う。例えば、推定部１２は、まず、撮像部１１によって撮像された撮像画像から、例えば、樹木Ｔｒの幹の直径、樹木Ｔｒの高さ、樹木Ｔｒの密度、及び、樹木Ｔｒの枝の単位時間当たりの変位量、を推定する（図３参照）。

なお、樹木Ｔｒの幹の直径、及び、樹木Ｔｒの高さは、例えば、道路の車幅や、自動車の大きさとの相対比較によって推定される。また、樹木Ｔｒの密度は、例えば、撮像部１１によって撮像された樹木Ｔｒの形状及び色などから当該樹木Ｔｒの種類を特定することによって推定される。また、樹木Ｔｒの枝の単位時間当たりの変位量は、例えば図３の撮像画像を参照すると、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの間の樹木Ｔｒの枝の変化量ΔＸから、ΔＸ／Δｔとして求められる。

ここで、本実施の形態では、例えば事前の風洞実験により、風から樹木が受ける外力の大きさＦと、樹木Ｔｒの幹の直径、樹木Ｔｒの高さ、樹木Ｔｒの密度、及び、樹木Ｔｒの枝の単位時間当たりの変位量と、の関係が、例えば、以下の式（１）のような運動方程式としてモデル化されている。

なお、係数ｍは質量、係数ｃは減衰係数、係数ｋはバネ係数を表している。また、ｘ１は、地表面のｘ１軸方向における樹木の枝の単位時間当たりの変位量を表し、ｘ２は、地表面のｘ１軸と直交するｘ２軸方向における樹木の枝の単位時間当たりの変位量を表している。

例えば、樹木Ｔｒの幹の直径、樹木Ｔｒの高さ、及び、樹木Ｔｒの密度と、それらに対応する係数ｍ、ｃ、ｋの値は、図４に示すようなテーブルとして、着陸支援システム１における図示しない格納部に格納されている。なお、図４に示すテーブルのうち、Ａ０１〜Ａ２７、Ｂ０１〜Ｂ２７、Ｃ０１〜Ｃ２７は、それぞれモデルＭ００１〜Ｍ０２７における係数ｍ、ｃ、ｋの値を示している。

したがって、式（１）に、樹木Ｔｒの幹の直径、樹木Ｔｒの高さ、及び、樹木Ｔｒの密度に基づいて決定される係数ｍ、ｃ、ｋの値を代入し、かつ、樹木Ｔｒの枝の単位時間当たりの変位量ｘ１，ｘ２の値を代入することにより、外力Ｆを算出することができる。

ここで、外力の大きさＦは、以下の式（２）のように表される。

なお、Ｃｄは樹木の空気抵抗係数を表し、ρは樹木の密度を表し、Ａは枝の前面投影面積を表し、ｖは風速を表している。

したがって、式（１）によって算出された外力Ｆの値を、式（２）に代入することにより、風速ｖを算出することができる。

要するに、推定部１２は、機械学習によって学習済みの推定モデルを用いて推定を行っている。それにより、着陸支援システム１は、推定部１２による推定処理を高速化させることができる。

このように、本実施の形態に係る着陸支援システム１は、撮像部１１によって撮像された撮像画像から抽出された地表の可動構造物の変位状態に基づいて、着陸予定の地表付近（局所領域）における局所的な風向及び風速を推定する。それにより、本実施の形態に係る着陸支援システム１は、地表の大局的な風向及び風速を推定する場合よりも、着陸可否の判断精度を向上させることができる。

ここで、低空を飛行する飛行体は、機体に何らかの異常が発生した場合、風向及び風速を考慮しつつ緊急の着陸場所を決定し、安全且つ速やかに着陸する必要がある。そのため、低空を飛行する飛行体に着陸支援システム１を搭載して、風向及び風速を考慮しつつ着陸の可否を判断することは特に有効である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本実施の形態では、着陸予定の地表付近に植えられた樹木を用いて、着陸予定の地表付近の風向及び風速を推定する場合を例に説明したが、これに限られない。樹木以外の風によって揺動する物体を用いて、着陸予定の地表付近の風向及び風速が推定されても良い。

また、本実施の形態では、樹木Ｔｒの幹の直径、樹木Ｔｒの高さ、樹木Ｔｒの密度、及び、樹木Ｔｒの枝の単位時間当たりの変位量から、地表の風向及び風速を推定する場合を例に説明したが、これに限られない。地表の風向及び風速を推定するために必要な入力データの種類は、追加されも良いし、許容される精度の範囲内で削減されても良い。

なお、推定部１２は、算出された推定値と、同一地点の過去の推定値と、を比較することにより、算出された推定値の信頼度を出力するようにしても良い。或いは、推定部１２は、他の飛行体によって得られた推定値を共有するようにしても良い。

１着陸支援システム
１１撮像部
１２推定部
Ｔｒ樹木

Claims

上空から地表の可動構造物を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された撮像画像に基づいて、前記地表の局所領域における風向及び風速を推定する推定部と、
を備え、
前記推定部による推定結果に基づいて、前記局所領域への着陸可否の判断が行われる、
着陸支援システム。