JP2022069708A

JP2022069708A - 測位システム

Info

Publication number: JP2022069708A
Application number: JP2020178506A
Authority: JP
Inventors: 充宏前田; Mitsuhiro Maeda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2022092048A1

Abstract

【課題】飛行体のための高度を推定できるようにする。【解決手段】測位システムであって、飛行体が備える気圧計が測定した気圧である飛行気圧を取得する飛行気圧取得部と、飛行体の位置を取得する位置取得部と、位置に対応する地上気圧を取得する気象情報取得部と、地上気圧ならびに飛行気圧に基づいて、飛行体の高度を推定する高度推定部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、測位システムに関する。

特許文献１では、気圧値を用いて高度を推定している。

特開2013-002933号公報

しかしながら、特許文献１では高度を測定しようとする場所に基準面用無線センサー端末を設置してその場所の気圧を測定しなければならず、場所を移動する飛行体の高度に用いることができない。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、飛行体のための高度を推定できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、測位システムであって、飛行体が備える気圧計が測定した気圧である飛行気圧を取得する飛行気圧取得部と、前記飛行体の位置を取得する位置取得部と、前記位置に対応する地上気圧を取得する気象情報取得部と、前記地上気圧ならびに前記飛行気圧に基づいて、前記飛行体の高度を推定する高度推定部と、を備えることを特徴とする。

その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、飛行体のための高度を推定できる。

本発明の一実施形態に係る飛行体１の機能ブロック図である。フライトコントローラ１０の機能ブロック図である。本実施形態のフライトコントローラ１０の動作を説明する図である。

＜発明の概要＞
本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明は、たとえば、以下のような構成を備える。
［項目１］
飛行体が備える気圧計が測定した気圧である飛行気圧を取得する飛行気圧取得部と、
前記飛行体の位置を取得する位置取得部と、
前記位置に対応する地上気圧を取得する気象情報取得部と、
前記地上気圧ならびに前記飛行気圧に基づいて、前記飛行体の高度を推定する高度推定部と、
を備えることを特徴とする測位システム。
［項目２］
項目１に記載の測位システムであって、
前記飛行体の操作場所における気圧である操作場所気圧を取得する操作場所気圧取得部をさらに備え、
前記気象情報取得部は、前記位置に対応する第１の前記地上気圧に加えて、前記操作場所に対応する第２の前記地上気圧を取得し、
前記高度推定部は、前記操作場所気圧と前記第２の地上気圧とに応じて、前記第１の地上気圧を補正し、補正した前記第１の地上気圧と前記飛行気圧とに基づいて前記飛行体の高度を推定すること、
を特徴とする測位システム。

＜飛行体の概要＞
以下、本発明の一実施形態に係る飛行体１について説明する。本実施形態の飛行体１は、例えば、複数のプロペラを備える回転翼機とすることができる。本実施形態の飛行体１では、気圧計による高度測定を補正して高度推定の精度を上げようとするものである。

飛行体に気圧計を搭載して気圧を測定し、測定した気圧から飛行体の高度を推定することが行われる。高度の推定は、一般的に、標準大気圧（１０１３．２ｈＰａ、２９．９２ｉｎＨｇ）を基準として行われる。標準大気圧を基準として推定される高度は気圧高度と呼ばれる。気圧高度と、地上からの高度（絶対高度）とは誤差がある。そこで、本実施形態の飛行体では、気象庁や気象会社が提供する地上気圧を用いて気圧高度を絶対高度に補正するようにする。

設備点検やインフラ点検などでは、絶対高度が必要になる状況があるが、通常は気圧計以外に電波高度計などを飛行体１に設ける必要があるところ、本実施形態の飛行体１によれば、気圧計のみを用いて絶対高度を推定することができる。

＜飛行体１＞
図１は、本発明の一実施形態に係る飛行体１の機能ブロック図である。

フライトコントローラ１０は、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

フライトコントローラ１０は、メモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラ１０が実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラは飛行体にジンバルを介して設置される。

フライトコントローラ１０は、飛行体の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する飛行体の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、ＥＳＣを経由して飛行体の推進機構（モータ等）を制御する。モータによりプロペラが回転することで飛行体の揚力を生じさせる。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラ１０は、１つ以上の外部のデバイス（例えば、送受信機（プロポ）、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部は、センサ類で取得したデータ、フライトコントローラが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

センサ類１１は、高度センサ、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。本実施形態では、センサ類１１には少なくともＧＰＳセンサと高度センサと気温センサとが含まれるものとし、高度センサは気圧計であるものとする。

＜フライトコントローラ１０＞
図２は、フライトコントローラ１０の機能ブロック図である。フライトコントローラ１０は、位置取得部２１１、飛行気圧取得部２１２、気温取得部２１３、気象情報取得部２１４、高度推定部２１５、飛行ログ記録部２１６、飛行ログ記憶部２３１を備える。

飛行気圧取得部２１１は、飛行体１が備える気圧計が測定した気圧（以下、飛行気圧という。）を取得する。

位置取得部２１２は、飛行体１の位置を取得する。位置取得部２１２は、ＧＰＳセンサを用いて位置情報を取得することができる。

気象情報取得部２１４は、位置に対応する地上気圧を取得することができる。気象情報取得部２１４は、送受信部を介して、気象庁（気象業務支援センター）や気象会社が運用する気象サーバ２０から、地上気圧を含む気象情報２１を取得することができる。気象情報２１は、例えば、ＧＰＶデータ（全球数値予報モデル（ＧＳＭ）であっても、メソ数値予報モデル（ＭＳＭ）であっても、局地数値予報モデル（ＬＦＭ）であってもよい。）である。気象情報２１は、予測値ではなく、観測値又は解析値とすることができる。なお、解析値に代えて、予測値を用いるようにしてもよい。この場合には、直近の予測値を用いることができる。気象情報取得部２１４は、飛行体１の位置に最も近い格子点の気圧をＧＰＶデータから取得することができる。また、気象情報取得部２１４は、飛行体１の位置の周囲の格子点の気圧を内挿計算するようにしてもよい。気象情報取得部２１４は、複数の格子点（例えば、日本域あるいは予め設定した飛行体１が飛行する可能性のある領域に含まれる全ての格子点）についての気象要素の解析値（観測値又は直近での予測値を含む。）を含む気象情報２１を取得し、位置取得部２１１が取得した位置に最も近い格子点又は当該位置の周囲の格子点についての気象要素（少なくとも地上気圧を含む。）を気象情報２１から抽出するようにしてもよいし、位置取得部２１１が取得した位置を指定したリクエストを気象サーバ２０に送信して、当該位置に対応する解析値を気象情報２１として取得するようにしてもよい。

高度推定部２１５は、地上気圧と飛行気圧とに基づいて、飛行体の高度を推定することができる。高度推定部２１５は、高度ｈ（ｍ）、飛行体１が観測した気温Ｔ（℃）、地上気圧Ｐ０（ｈＰａ）、飛行気圧Ｐ（ｈＰａ）として、次式により高度ｈを計算することができる。

飛行ログ記録部２１６は、位置及び高度を含む情報（以下、飛行ログという。）を作成して、飛行ログ記憶部２３１に登録することができる。飛行ログには、日時、位置、高度に加えて、その他のセンサ類１１が取得したデータ（例えば、画像等とすることができる。）を含めることができる。

フライトコントローラ１０は、さらに操作場所気圧取得部２１７を備えることができる。操作場所気圧取得部２１７は、飛行体１の操作場所における気圧（以下、操作場所気圧という。）を取得する。操作場所気圧取得部２１７は、例えば、プロポや飛行体１の制御装置（例えば、スマートフォンとすることができる。）から操作場所気圧を取得することがでいる。例えば、飛行体１の操作者が所持しているスマートフォンが備える気圧計から気圧を取得して、これを操作場所気圧とすることができる。

この場合に、気象情報取得部２１４は、飛行体１の位置に対応する地上気圧（第１地上気圧）とともに、操作場所（操作場所の緯度経度をプロポや制御装置から取得することができる。）に対応する地上気圧（第２地上気圧）を取得するようにし、高度推定部２１５は、操作場所気圧と第２地上気圧とに応じて、第１地上気圧を補正し、補正した第１地上気圧と飛行気圧とに基づいて飛行体１の高度を推定するようにすることができる。高度推定部２１５は、例えば、第２地上気圧と操作場所気圧との差をオフセットとして、第１地上気圧にオフセットを加算することができる。

図３は、本実施形態のフライトコントローラ１０の動作を説明する図である。

フライトコントローラ１０は、ＧＰＳセンサから位置情報を取得し（Ｓ３１１）、気圧センサから飛行気圧を取得し（Ｓ３１２）、気温センサから気温を取得する（Ｓ３１３）。フライトコントローラ１０は、気象サーバ２０から、位置情報に対応する気象情報２１を取得し（Ｓ３１４）、気象情報２１に含まれる地上気圧と、計測した飛行気圧と、計測した気温とに基づいて、飛行体１の高度を推定することができる（Ｓ３１５）。フライトコントローラ１０は、位置と高度とを少なくとも含む飛行ログ（その他の情報を含めることもできる。）を作成して飛行ログ記憶部２３１に登録する（Ｓ３１６）。

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施形態では、絶対高度を推定するものとしたが、海水面からの高度（標高）を推定するようにしてもよい。この場合、気象情報２１には、地上気圧に代えて又は加えて海面更正気圧を含めるようにし、海面更正気圧を用いて標高を推定するようにすることができる。この場合、飛行ログには高度ではなく標高（ジオポテンシャル高度）を記録するようにすることができる。

また、本実施形態では、気温を気温センサで測定するものとしたが、気温を用いずに高度と気象情報から気圧との関係についての近似曲線（近似直線であってもよい。）を求め、当該近似曲線から、飛行気圧に対応する高度を求めるようにすることもできる。この場合、気象情報２１には、地上に関するＧＰＶデータのみでなく上空（気圧面）に関するＧＰＶデータを含めるようにし、地上の気圧と気圧面ごとの気圧と、地上の標高（例えば、地図情報や地形図等の情報から地上の標高は既知のものとする。）と気圧面の高度とを用いて、高度と気圧との関係を近似曲線（近似直線）に近似させ、求めた近似曲線に対して、飛行体１で測定した飛行気圧を与えて高度を求めるようにすることができる。

また、本実施形態では、フライトコントローラ１０において高度の推定を行うものとしたが、フライトコントローラ１０では、飛行ログに高度に代えて気温及び気圧（または気圧のみ）を記録するようにし、飛行ログ記憶部２３１に登録されている飛行ログを解析するコンピュータにおいて高度の推定を行うようにすることができる。この場合、当該コンピュータが、気象情報取得部２１４及び高度推定部２１５を備えるようにし、各飛行ログについて、日時に対応する気象情報２１を取得して、高度を推定するようにすることができる。

また、フライトコントローラ１０において気温及び気圧を測定し、測定した位置、気温及び飛行気圧を制御装置に通信で送信するようにし、制御装置側で高度を推定したうえで飛行ログを記録することもできる。

また、本実施形態では、測定値若しくは解析値（又は解析値に近い予測値）を用いて高度の推定を行うものとしたが、予測値を用いて飛行体１の飛行計画（フライトプラン）に関する高度を設定するようにしてもよい。例えば、フライトプランでは、高度の設定を気圧で行うようにし、気象情報２１に気圧の予測値を含めるようにして、飛行時刻に対応する地上気圧の予測値を用いて、当該飛行時刻における設定高度の気圧を求め、当該気圧を当該飛行時刻における気圧として計画に設定することができる。これにより、フライトコントローラ１０は、高度について、気圧センサからの値に応じて飛行制御を行うようにすることができる。

また、本実施形態では飛行体１の高度を推定するものとしたが、これに限らず、任意の移動体又は可搬型のコンピュータの高度を推定するようにすることもできる。例えば、スマートフォンなどのＧＰＳセンサと気圧計とを備えるコンピュータが、さらに気温センサを備えるようにし、気象サーバ２０から気象情報２１を取得するようにして、スマートフォンの高度を推定するようにすることができる。

１飛行体
１０フライトコントローラ
１１センサ群
２０気象サーバ
２１気象情報
２１１位置取得部
２１２飛行気圧取得部
２１３気温取得部
２１４気象情報取得部
２１５高度推定部
２１６飛行ログ記録部
２１７操作場所気圧取得部
２３１飛行ログ記憶部

Claims

飛行体が備える気圧計が測定した気圧である飛行気圧を取得する飛行気圧取得部と、
前記飛行体の位置を取得する位置取得部と、
前記位置に対応する地上気圧を取得する気象情報取得部と、
前記地上気圧ならびに前記飛行気圧に基づいて、前記飛行体の高度を推定する高度推定部と、
を備えることを特徴とする測位システム。
請求項１に記載の測位システムであって、
前記飛行体の操作場所における気圧である操作場所気圧を取得する操作場所気圧取得部をさらに備え、
前記気象情報取得部は、前記位置に対応する第１の前記地上気圧に加えて、前記操作場所に対応する第２の前記地上気圧を取得し、
前記高度推定部は、前記操作場所気圧と前記第２の地上気圧とに応じて、前記第１の地上気圧を補正し、補正した前記第１の地上気圧と前記飛行気圧とに基づいて前記飛行体の高度を推定すること、
を特徴とする測位システム。