JP6283129B1 - 飛行空間情報提供装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ドローンは、荒天下では飛行に支障をきたすため、気象情報を提供する提案もなされている(例えば、非特許文献2参照)。
また、上記の3次元情報及び気象情報もドローンの飛行ルートに関連付けられてはいなかった。
これにより、利用者である小型無人航空機(以下、ドローンという)の操縦者に、ドローンの飛行する空間の飛行制限情報や気象情報を提供できるだけでなく、ドローンが進入するメッシュが進入可能なメッシュか否かの情報も提供できるので、ドローンの航行
の安全性を大幅に高めることができる。
また、リスク算定判断手段を上記のように構成したので、ドローンが進入すると予測される2次元メッシュに進入可能か否かをより正確に判断することができる。
なお、前記地形情報に、樹木や建物の高さ情報を含めれば、安全な最低地上高度を設定できる。
情報端末機3は、例えば、ドローン制御装置6に接続したスマートフォンやタブレット内の機能(アプリケーション・ソフト)として構築される。
図1に示すように、情報センター2は、情報端末機3だけでなく、ドローン5a〜5zを制御するドローン制御装置6a〜6zにそれぞれ接続されている複数台の情報端末機3a〜3zにも情報を送信することができる。
ドローン5は、駆動装置51とGNSS受信装置52と撮影装置53とを備えた小型無人航空機で、ドローン制御装置6により制御され、空中からの写真もしくは動画を撮影する。
ドローン制御装置6は、ドローン5から送られてくるGNSS受信装置52の情報から、ドローン5の現在の位置座標p(x,y)、高度h(≧0)、速度v(≧0)、及び、進行方位角d(水平角θと仰角φ)を算出して、ドローン5の飛行を制御するとともに、これらドローン5の情報を、一定の時間(例えば、5分)ごとに情報端末機3に送る。
なお、ドローン5a〜5z、及び、ドローン制御装置6a〜6zは、ドローン制御装置6a〜6zが、情報端末機3と同じ機能を有する情報端末機3a〜3zを備えていれば、ドローン5、及び、ドローン制御装置6と同一のものである必要はない。
情報取得手段21は、インターネット4を介して、航空計測等で得られた地形の3次元モデル(地形情報)、航空法で定められた飛行禁止区域、最低地上高度、最高地上高度などの飛行制限情報、気象庁が公開する雨量強度、風速等の分布データ(以下、気象情報という)を、初期・定期・随時に取得する。なお、地形情報には、樹木や建物などの高さ情報も含まれているものとする。
飛行空間メッシュ範囲構築更新手段22は、管理対象全領域を網羅する2次元メッシュを構成するとともに、情報取得手段21が入力した各種情報を、対応する2次元メッシュ上の位置に記憶する。
各メッシュには、1次元または2次元のメッシュID(MID)が付けられる。
各メッシュの図心・頂点等は、緯度・経度等の位置座標を有する。すなわち、任意の位置座標値を指定すれば、指定された位置座標値が含まれるMIDを検索することができる。逆に、MIDを指定すれば、指定されたメッシュの図心・頂点等は、緯度経度等の位置座標を得ることができる。以下、MIDが(m,n)の2次元メッシュをRm,nという。添字mは経度に相当する数値で、添字nは緯度に相当する数値である。
最低地上高度Hlm,nは、図3に示すような、ドローン5が飛行可能な地表・建物・樹木等からの最低高度であり、それら最低高度のうちの最も高い値をHlm,nとする。
例えば、2次元メッシュRm,nには複数の建物があり、それらの建物のうち最も高い建物の高さが周りの樹木よりも高い場合には、最も高い建物の高さ+30mが最低地上高度Hlm,nとなる。最低地上高度Hlm,nは、航空法の定めに準じて許可を得た場合、それに応じて変更することができる。
最高地上高度Hhm,nは、ドローン5が飛行可能な地表からの最高高度で、航空法の定めに準じて許可を得た場合、それに応じて変更することができる。
飛行禁止フラグFam,nは、航空法に定める飛行禁止区域等を含む場合に、FALSE(フラグON)の値とし、そうでない場合、TRUE(フラグOFF)の値とする。飛行禁止フラグについても、航空法の定めに準じて許可を得た場合、それに応じて変更することができる。
具体的には、図2の左下の2次元メッシュを便宜上R1,1とし、同図の斜線で示す領域を飛行禁止区域とすると、斜線で示す領域を含む2次元メッシュR1,6,R1,7などの飛行禁止フラグFa1,6,Fa1,7はFALSEで、斜線で示す領域を含まない2次元メッシュR1,1,R1,2などの飛行禁止フラグFa1,1,Fa1,2はTRUEとなる。
なお、後述するように、本例では、情報端末機3にて、最低地上高度Hlm,n、最高地上高度Hhm,n、及び、飛行禁止フラグFam,nの変更が可能な構成としている。
後述するように、雨量強度は、気象庁等により一定間隔(例えば、10分)で更新されるため、Wrm,n(Ti)も同様時間か間隔で更新する。
なお、任意の時刻tにおける雨量強度Wrm,n(t)は、時刻t前後の時刻Ti,Ti+1における予報値Wrm,n(Ti),Wrm,n(Ti+1)から、以下の式により線形補完等で求めればよい。
Wrm,n(t)=(Wrm,n(Ti+1)−Wrm,n(Ti))×(t−Ti)÷(Ti+1−Ti)+Wrm,n(Ti)
風速Wwm,n(Ti)は、現況の風速Wwm,n(T0)、及び、一定間隔での風速の予報値Wwm,n(Ti)である(i=1〜N)。すなわち、風速Wwm,n(Ti)の情報量は、雨量強度Wrm,n(Ti)の情報量と同じく、N+1個である。風速の値は、例えば、12m/sのように、秒速で表す。
風速についても、一定間隔(例えば、10分)で更新されるため、Wwm,n(Ti)も同様の時間間隔で更新する。
なお、任意の時刻tにおける風速Wwm,n(t)も、時刻t前後の時刻Ti,Ti+1での予報値Wwm,n(Ti),Wwm,n(Ti+1)から、以下の式により線形補完等で求めればよい。
Wwm,n(t)=(Wwm,n(Ti+1)−Wwm,n(Ti))×(t−Ti)÷(Ti+1−Ti)+Wwm,n(Ti)
飛行空間領域は、その範囲が要求に明示されている場合には、それに従い、明示されていない場合には、ドローン5の飛行位置から半径1kmのような、デフォルト値を用いる等により確定する。
本例では、図2に示すように、飛行空間領域を、550m×350m(11メッシュ×7メッシュ)とした。
飛行空間メッシュ範囲検索手段24は、飛行空間メッシュ範囲要求応答手段23を介して受信した情報端末機3からの要求に応じた、飛行空間領域の2次元メッシュ範囲を確定し、この確定された飛行空間領域の各2次元メッシュ上に各種情報を記憶したデータを、飛行空間メッシュ範囲要求応答手段23に送る。
なお、情報端末機3a〜3zの構成も情報端末機3の構成と同一である。
飛行空間メッシュ範囲要求入力手段31は、要求される飛行空間メッシュ範囲であるドローン5の飛行する空間範囲を入力し、これを飛行空間メッシュ範囲要求手段32に送り、飛行空間メッシュ範囲要求手段32からの応答を待つ。応答を受けた後、応答の内容を表示手段36の表示画面に表示する。表示する応答の内容は、飛行空間メッシュ範囲要求に対応した2次元メッシュ情報が飛行空間メッシュ範囲要求手段32に正常送信された、または、送信エラーが発生した等のメッセージである。
飛行空間メッシュ範囲要求手段32は、飛行空間メッシュ範囲要求入力手段31から送られた空間範囲の情報を、インターネット4を介して、情報センター2に送信し、情報センター2からの応答を待つ。応答を受けた後、応答の内容を飛行空間メッシュ範囲要求入力手段31と飛行空間メッシュ情報変更手段33とに送る。飛行空間メッシュ範囲要求入力手段31に送る応答の内容は、上記のように、飛行空間メッシュ範囲要求に対応した2次元メッシュ情報が飛行空間メッシュ範囲要求手段32に正常送信された、または、送信エラーが発生した等のメッセージであり、飛行空間メッシュ情報変更手段33に送る応答の内容は、情報センター2から送信された飛行空間範囲に対応する2次元メッシュ情報である。
また、飛行可能な判断閾値である飛行可能雨量強度閾値θr、飛行可能風速閾値θw、及び、飛行可能高度差閾値θhを、操縦者の指示に従い変更する。なお、飛行可能高度差閾値θhは、現在位置から隣接メッシュへの飛行可能な高度差で、隣接メッシュの最低地上高度Hlm’,n’と現在の高度hとの差の上限値である。
ドローン情報入力手段34は、ドローン制御装置6を介して、ドローン5の情報を入力し、入力された情報を飛行リスク算定判断手段35に送る。なお、ドローン5の情報としては、前述したように、現在の時刻τ、現在の位置座標p(x,y)、現在の高度h(≧0)、現在の速度v(≧0)、現在の進行方位角dなどが挙げられる。
ドローン情報入力部351は、ドローン5の情報(τ,p(x,y),h,v,d)を入力する。ドローン5の情報は、一定の時間(例えば、1秒)ごとに、ドローン制御装置6からドローン情報入力手段34を介して入力される。
飛行空間メッシュ範囲要求部352は、インターネット4を介して、情報センター2にドローン5の現在位置座標周辺の飛行空間メッシュ範囲要求を送信し、情報センター2からの結果送信を待つ。
判定閾値記憶部353は、ドローン5が次に進入する2次元メッシュが進入可能なメッシュ否かを判定するための判定閾値θh,θr,θwを記憶する。
ここで、θhは飛行可能高度差(Hlm’,n’−h)の閾値で、θrは雨量強度の閾値、θwは風速の閾値である。
なお、飛行空間メッシュ情報変更手段33にて、判定閾値θh,θr,θwが変更された場合には、変更された判定閾値θh,θr,θwを判定閾値とする。
進入時刻算出部354は、ドローン情報入力部351に入力されたドローン5の情報から、ドローン5が隣接メッシュに進入する時刻t1を算出する。
具体的には、図5に示すように、現在の時刻τにおいて、ドローン5は、メッシュRm,n内の位置pにあり、速度vでd方向に向かって飛行しているとする。位置pからd方向のメッシュRm’,n’の辺までの距離をLとすると、ドローン5がメッシュRm’,n’に進入する時刻t1は、t1=L/v+τ、と表わせる。
なお、図5では、ドローン5が水平飛行する際の計算例を示したが、ドローン5が上昇もしくは下降しながらドローン5がメッシュRm’,n’に進入する場合には、vに代えて、vの水平面への正斜影vxyを用いればよい。正斜影vxyは、速度vと進行方位角dとから算出される(vxy=|vcosφ|)。
なお、ドローン5が既に進入否の隣接メッシュに進入している場合にも警告を発する。
メッシュRm’,n’が進入可能なメッシュであるか否かの判断は、以下に示す5項目の判定値から算出される総合判定値αにて行う。各判定値は、TRUEまたはFALSEの2論理値をとる。
(1)飛行禁止フラグによる判定値αa
Fam’,n’がフラグONのとき、αa=FALSE
フラグOFFのとき、αa=TRUE
(2)隣接メッシュの最低地上高度と現在の高度との差による判定値αb
Hlm’,n’−h≦θhのとき、αb=TRUE
上記以外とき、αb=FALSE
(3)ドローン高度hによる判定値αh
Hlhm’,n’≦h≦Hhm’,n’のとき、αh=TRUE
上記以外とき、αh=FALSE
なお、ドローン高度hは、高度やアラート表示により、隣接メッシュに進入した後、操縦者により適切に制御・変更することができる。
(4)雨量強度による判定値αr
Wrm’,n’(t1)≦θrのとき、αr=TRUE
上記以外とき、αr=FALSE
(5)風速による判定値αw
Wwm’,n’(t1)≦θwのとき、αw=TRUE
上記以外とき、αw=FALSE
総合判定値αは、α=αa∧αb∧αh∧αr∧αwにより算出する。
α=TRUEなら隣接メッシュRm’,n’は進入可能なメッシュで、α=FALSEなら進入否なメッシュである。
すなわち、隣接メッシュRm’,n’は、αa,αb,αh,αr,αwのいずれかひとつでもFALSEであれば進入否となる。
なお、情報センター2が、例えば、飛行空間メッシュ範囲要求の受付けを行う時間を午前6時から午後9時までの間とする。
まず、受付開始時刻に情報センター2を起動し、インターネット4と接続して、管理対象全領域(例えば、全国)の3次元地図情報を取得(ステップS20)した後、この取得した3次元地図情報を用いて、管理対象全領域を網羅する2次元メッシュを作成する(ステップS21)。
次に、インターネット4を介して、最低地上高度、最高地上高度、及び、飛行禁止エリアの(以下、飛行域制限データという)を取得し、2次元メッシュ上の該当位置に記憶する(ステップS22)。
ステップS23では、飛行域制限データの取得から所定期間(例えば、6ヶ月)経過したか否かを判定し、6ヶ月経過していれば、ステップS20に戻って、飛行域制限データを取得する。
すなわち、飛行域制限データである最低地上高度、最高地上高度、及び、飛行禁止エリアのデータは、6ヶ月経過するごとに更新する。
後述するように、ステップS24の処理は、所定期間(例えば、10分)経過するごとに行う。すなわち、気象データは、データの取得時から10分経過するごとに更新する。
2次元メッシュ上に記憶された、飛行域制限データ、及び、気象データを、以下、2次元メッシュデータという。
次に、ドローン側から、インターネット4経由で、飛行空間メッシュ範囲要求があったか否かをチェックする(ステップS25)。
要求があったときには、要求された飛行空間メッシュ範囲の2次元メッシュデータを検索し、結果を、インターネット4経由で、要求元の情報端末機3に送信する(ステップS26)。
要求がない場合、及び、結果の送信後には、ステップS27に進んで、提供サービスの終了時刻を過ぎたか否かを判定する。
提供サービスの終了時刻前であれば、気象データの取得時から10分経過したか否かを判定し(ステップS28)、提供サービスの終了時刻もしくは終了時刻を過ぎた場合には、情報センター2を停止する。
ステップS28において、気象データの取得時から10分経過した場合には、ステップS24に戻って、気象データを更新し、10分経過していない場合には、ステップ25に戻って、取得飛行空間メッシュ範囲要求があったか否かのチェックを継続する。
前記ステップS25,S26の処理は、ステップS24の気象データの更新期間内において所定期間(例えば、30秒間隔)経過するごとに行う。
なお、情報端末機3は、前述したように、ドローン制御装置6に接続されたスマートフォンやタブレット内のアプリケーション・ソフトであるので、情報端末機3の起動と停止とは、ドローン5の操縦者が、ドローン制御装置6を操作することで行う。
情報端末機3は、起動後に、まず、操縦者からの飛行空間メッシュ範囲の要求があるか否かをチェックする(ステップS30)。飛行空間メッシュ範囲の要求は、情報端末機3の操作画面(例えば、ドローン制御装置6に接続されたスマートフォンやタブレットなどの操作画面)である表示手段36の表示画面を用いて操縦者が行う。
要求があるときには、飛行空間メッシュ範囲の要求を、インターネット4を介して情報センター2に送信し、情報センター2からの結果送信を待つ(ステップS31)。前述したように、情報センター2から送られてくる飛行空間メッシュ情報は、2次元メッシュ情報の部分集合である。
なお、要求がないときには、ステップS30に戻って、飛行空間メッシュ範囲の要求があるか否かのチェックを継続する。
情報センター2からの結果受信後には、送信結果を表示手段36の表示画面に表示(ステップS32)した後、結果の飛行区間メッシュ情報について、操縦者からの変更要求があるか否かをチェックする(ステップS33)。これは、操縦者が航空法に則り、国交省から許可を得て、ドローン飛行空域等の拡大を行う場合にのみ行う。
変更要求があるときには、操縦者の入力した指示にしたがって、空間メッシュ情報、飛行可能判定閾値(θr,θw,θh)を変更し(ステップS34)する。また、変更がなかった場合には、直ちにステップS35に進む。
次に、入力されたドローン5の現在位置座標周辺の飛行空間メッシュ範囲の要求を、インターネット4を介して情報センター2に送信し、情報センター2からの結果送信を待つ(ステップS36)。
情報センター2からの結果受信後には、結果の飛行空間メッシュ情報を表示手段36の表示画面に表示する(ステップS37)。
次に、ドローン5の現在位置メッシュの隣接メッシュに進入可能か否かを判定し(ステップS38)、進入可能な場合には、そのメッシュを強調表示する(ステップS39)。
これは、飛行可能な空間のその時点での概況を操縦者に提示するためで、表示内容としては、例えば、以下のメッシュを強調表示する。
進入可能なメッシュは、総合判定値α=TRUEの条件を満たすメッシュである。
次に、ドローン5の飛行が終了したか否かを判定する(ステップS40)。具体的には、操縦者がドローン5の飛行を終了したとき、情報端末機3を停止する。
ドローン5の飛行が終了していない場合には、ステップS35に戻って、ドローン機体情報を入力する操作を繰り返す。
ステップS38において、隣接メッシュが進入否であった場合には、表示手段36の表示画面にアラートを表示する(ステップS41)。
アラートが表示された場合、操縦者は、ドローン5が飛行ルートを変更して目的到達点を目指す、目的到達点に向かわず引き返す、目的到達点を変更する、のいずれかの処理を行うために、ドローン5の速度v、及び、進行方位角dのいずれか一方あるいは両方を変更するので、アラートが表示された場合も、ステップS35に戻って、ドローン機体情報を入力する操作を繰り返す。
なお、ドローン5が既に進入否のメッシュに進入してしまった場合にも、アラートを表示する。
また、前記実施の形態では、情報センター2がドローン制御装置6の情報端末機3にドローン5の飛行空間範囲の2次元メッシュ情報を提供する場合について説明したが、情報センター2は、例えば、ドローン制御装置6a,6bなどの複数のドローン制御装置の情報端末機6a,6bなどに、同時に接続して、ドローン5a,5bなどの飛行空間範囲の2次元メッシュ情報を提供することができる。なお、2次元メッシュ情報の提供は、飛行空間メッシュ範囲要求の受付け順に行うことはいうまでもない。
また、前記実施の形態では、情報センター2の起動時刻を午前6時とし、停止時刻を午後9時としたが、これに限るものではなく、情報センター2の可動時間は適宜設定してもよい。あるいは、情報センター2の起動と停止とを、情報センター2の管理者が行ってもよい。
2 情報センター、
21 情報取得手段、22 飛行空間メッシュ範囲構築更新手段、
23 飛行空間メッシュ範囲要求応答手段、24 飛行空間メッシュ範囲検索手段、
3,3a〜3z 情報端末機、
31 飛行空間メッシュ範囲要求入力手段、
32 飛行空間メッシュ範囲要求手段、33 飛行空間メッシュ情報変更手段、
34 ドローン情報入力手段、35 飛行リスク算定判断手段、36 表示手段、
4 インターネット、
5,5a〜5z ドローン、
51 駆動装置、52 GNSS受信装置、53 撮影装置、
6,6a〜6z ドローン制御装置、
100 ドローン飛行空間情報提供システム。
Claims (1)
- 小型無人航空機航行の安全性を高めるための飛行空間情報提供装置であって、
小型無人航空機の飛行対象となる空間領域の地形情報を取得して前記空間領域を2次元メッシュに分割し、これら分割された各2次元メッシュ上に、前記小型無人航空機に対する飛行制限情報と気象情報とを与えた飛行空間メッシュを構築する情報センターと、
前記小型無人航空機の制御装置に接続されて、前記情報センターから、前記飛行空間メッシュのうちの前記小型無人航空機が飛行する飛行空間メッシュを取得して、前記小型無人航空機が進入するメッシュの飛行リスクを算出して、前記小型無人航空機が前記メッシュに進入可能か否かを判断し、前記判断の結果を利用者に提供する情報端末機とを備え、
前記地形情報は、樹木や建物の高さ情報を含み、
前記飛行制限情報は、航空法で定められた飛行禁止区域、最低地上高度、及び、最高地上高度を含み、
前記気象情報は、気象庁が公開する雨量強度の分布データを含み、
前記情報センターは、
前記地形情報と前記飛行制限情報と前記気象情報とを取得する情報取得手段と、
前記空間領域を2次元メッシュに分割し、これら分割された各2次元メッシュ上に、前記取得された飛行制限情報と気象情報とを与えた飛行空間メッシュを構築する空間メッシュ構築更新手段と、
前記情報端末機からの要求に応じて、前記小型無人航空機の飛行に必要な空間領域である飛行空間領域の飛行空間メッシュを前記情報端末機に送る飛行空間メッシュ範囲要求応答手段とを備え、
前記空間メッシュ構築更新手段は、所定時間毎に、前記気象情報を更新し、
前記情報端末機は、
前記制御装置を介して、前記小型無人航空機の現在位置と速度とを含む航空機情報を入力する航空機情報入力手段と、
前記情報センターに、前記小型無人航空機の現在位置を含む飛行空間領域の飛行空間メッシュの情報を要求する飛行空間メッシュ範囲要求入力手段と、
前記小型無人航空機が進入すると予測される2次元メッシュが進入可能なメッシュであるか否かを判断するリスク算定判断手段と、
前記リスク算定判断手段の判断結果を表示する表示手段とを備え、
前記リスク算定判断手段は、
前記航空機情報入力手段から入力された前記小型無人航空機の航空機情報から、前記小型無人航空機の現在位置周辺の飛行空間メッシュの範囲要求を前記情報センターに要求する飛行空間メッシュ範囲要求部と、
前記航空機情報入力手段から入力された前記小型無人航空機の航空機情報から、前記小型無人航空機が隣接メッシュに進入する時刻を算出する進入時刻算出部と、
前記隣接メッシュに進入する時刻における飛行空間メッシュの情報から、前記隣接メッシュが進入可能なメッシュか否かを判断するリスク算定判断部とを備えることを特徴とする飛行空間情報提供装置。
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