JP6783681B2

JP6783681B2 - 演算装置、演算方法およびプログラム

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Inventors: 信幸西田
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Description

本発明は、飛行する航空機を光学的に追跡する技術に関する。

無人航空機（ＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle)）を測量に用いる技術が知られている。この技術では、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System）を用いた位置測定装置（所謂ＧＰＳ受信機）、ＩＭＵ（慣性航法装置）、高度計、カメラを搭載したＵＡＶを予め定めた経路に沿って飛行させて地上の撮影を行い、航空写真測量等を行う。

対空標識を不要もしくはその数を減らした写真測量では、カメラの位置データの精度が重要となる。ところで、ＵＡＶは、ＧＮＳＳを利用して自身の位置を特定できるが、その精度は水平方向で１ｍ程度、垂直方向で３ｍ程度であり、写真測量に求められる精度は得られない。ＧＮＳＳを利用したより高精度の位置測定機器をＵＡＶに搭載する方法もあるが、機器の重量や消費電力の点で汎用のＵＡＶに搭載するは難しい。この問題に対する対応して、ＴＳ（トータルステーション）で飛行するＵＡＶを追尾し、ＴＳが備えるレーザー測距機能を用いてＵＡＶの位置を特定する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。

ＵＳ２０１４／０２１０６６３号公報

上記のＴＳでＵＡＶを追尾する方法では、ＴＳが備えるターゲットの自動追尾機能が利用される。この技術では、探索用レーザー光でＵＡＶを捕捉および追尾する。ＵＡＶは、探索用レーザー光を入射方向に反射する反射プリズムを備え、この反射プリズムからの反射光をＴＳ側で検出することで、ＴＳによるＵＡＶの追尾が行われる。

ところで、ＴＳから見たＵＡＶの方向に太陽があると、探索用レーザー光の反射光よりも太陽光の方が高強度なので、探索用レーザー光の検出ができなくなる場合がある。これは、測距用のレーザー光においても同じである。

よって、ＵＡＶをＴＳにより追跡している状況において、ＴＳからＵＡＶを見た視線上に太陽があると、ＴＳにおけるＵＡＶから反射した探索用レーザー光および測距用レーザー光の検出が困難になり、ＵＡＶを見失い、またＵＡＶの位置測定ができなくなる。これは、カメラを用いて飛行するＵＡＶを追跡する場合も同様である。

このような背景において、本発明は飛行計画に従って飛行する航空機を光学的に追跡する技術において、太陽の影響により追跡が困難になる問題を解決することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出部を備えた演算装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置は、太陽と前記飛行計画に従って飛行する前記航空機を結ぶ線上の位置に基づいて算出されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置は、太陽と前記飛行計画に従って飛行する前記航空機を結ぶ線上の位置を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記算出部で算出された位置に基づき、前記航空機を追跡する光学装置の設置が不適な位置を算出する光学装置設置不適位置算出部を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記航空機を追跡する光学装置の設置位置の情報を受け付ける光学装置の設置位置取得部と、前記算出部で算出された位置と前記光学装置の前記設置位置とを比較し、前記光学装置による前記航空機の追跡において、前記光学装置の前記設置位置が太陽光の影響を受けるか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入るか否かを前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき判定する判定部を備えた演算装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記光学装置の視野に太陽が入るか否かの判定は、前記光学装置から見た太陽の方向と、前記飛行計画に従って飛行する航空機を追跡する前記光学装置の光軸の方向とが特定の関係を満たすか否かを判定することで行われることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、前記飛行計画における前記光学装置の視野に太陽が入るタイミングにおける前記航空機の高度を変更する高度変更部を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出ステップを有する演算方法である。

請求項１０に記載の発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータを飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出部として動作させるプログラムである。

本発明によれば、飛行計画に従って飛行する航空機を光学的に追跡する技術において、太陽の影響により追跡が困難になる問題が解決される。

実施形態の概念図である。ＴＳ（トータルステーション）の一例のブロック図である。実施形態の演算装置のブロック図である。実施形態の概念図である。処理の一例を示すフローチャートである。処理の一例を示すフローチャートである。処理の一例を示すフローチャートである。実施形態の概念図である。実施形態の概念図である。

１．第１の実施形態
（概要）
以下ＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle)をＴＳ（トータルステーション）により追跡する場合を例に挙げ説明する。ここでは、ＵＡＶを追跡する光学装置としてＴＳの場合を説明するが、カメラが撮影した画像に基づき、ＵＡＶを追跡する形態の光学装置を利用することもできる。

図１には、飛行するＵＡＶ (Unmanned aerial vehicle)２００、地上に配置されたＴＳ（トータルステーション）１００、太陽光の影響に係るＴＳ１００の設置位置の妥当性に関する処理を行う演算装置３００が示されている。ここで、ノート型のＰＣ（パーソナルコンピュータ）を利用して演算装置３００を構成した例が示されている。ＴＳ１００と演算装置３００とは、適当な通信規格を利用した通信を行え、両者の間におけるデータの通信や演算装置３００を構成するＰＣを用いたＴＳ１００の遠隔装置が可能とされている。また、演算装置３００に係る各種の操作は、演算装置３００を構成するＰＣを操作することで行われる。

ＵＡＶ２００は、市販のものであり、予め定めた飛行ルートを自律飛行し、航空写真測量のための撮影を行う。もちろん、ＵＡＶ２００の無線操縦による飛行制御も可能である。ＵＡＶ２００は、カメラ、ＧＮＳＳを利用した位置測定装置（例えば、ＧＰＳ受信機）、ＩＭＵ（慣性航法装置）、高度計、予め定めた飛行経路および飛行ログを記憶する記憶部、飛行のための制御装置を備えている。

ＵＡＶ２００は、自身が備えた位置特定装置とＩＭＵの機能を利用して、予め定められた航路を予め定められた速度で飛行する。なお、位置特定装置の測定誤差があるので、予め定められた航路と実際に飛ぶ航路との間には、ある程度の誤差がある。飛行の経過は、飛行ログに記憶される。飛行ログには、時刻とＵＡＶの位置（緯度・経度・高度）の情報が関連付けされて記憶される。

ＵＡＶ２００は、外部から見やすい場所（ＴＳから探索され易い場所、例えばＵＡＶ２００の下部）にＴＳ１００からの探索用レーザー光と測距用レーザー光を受光し反射する専用の反射プリズムが取り付けられている。この反射プリズムは、ＴＳ１００による測量用の専用ターゲットであり、入射したレーザー光を入射した方向に反射する。

ＴＳ１００は、ＧＮＳＳを用いた位置測定装置、画像を取得するカメラ、ターゲット（上記の反射プリズム）を探索する探索用レーザースキャン機能、測距用レーザー光を用いてターゲットまでの距離を測距するレーザー測距機能、レーザー測距されたターゲットの方向（水平角と垂直角（仰角または俯角））を計測する機能を有する。ターゲットまでの距離と方向を計測することで、ＴＳ１００に対するターゲットの位置を測定できる。ここで、ＴＳ１００の位置が判っていれば、ターゲット（この場合はＵＡＶ）の地図座標系における位置（緯度・経度・高度もしくは直交座標系上のＸＹＺ座標）を知ることができる。これらの機能は、市販のＴＳが持っている機能であり、特別なものではない。これらＴＳに関する技術としては、例えば、特開2009-229192号公報や特開2012-202821号公報等に記載されている。なお、地図座標系というのは、地図情報を扱う座標系（例えば、緯度，経度，高度（標高））であり、例えばＧＮＳＳで得られる位置情報は通常地図座標系で記述される。

以下、本実施形態で利用するＴＳ（トータルステーション）１００の一例を説明する。図２には、ＴＳ１００のブロック図が示されている。ＴＳ１００は、カメラ１０１、ターゲット探索部１０２、測距部１０３、水平・垂直方向検出部１０４、水平・垂直方向駆動部１０５、データ記憶部１０６、位置測定部１０７、通信部１０８、ターゲット位置算出部１０９を備えている。

カメラ１０１は、ターゲット等の測量対象の動画像または静止画像を撮影する。カメラ１０１が撮影した画像のデータは、測距対象に係る測定時刻、測定方向、測定距離、測定対象の位置等のデータと関連付けされて適当な記憶領域に記憶される。本実施形態の場合、カメラ１０１により、ＵＡＶ２００の画像が取得される。ターゲット探索部１０２は、扇形ビームを有した探索用レーザー光を用いたタ−ゲットの探索を行う。測距部１０３は、測距用レーザー光を用いたターゲットまでの距離の計測を行う。水平・垂直方向検出部１０４は、測距部１０３が測距したターゲットの水平方向角と垂直方向角（仰角および俯角）を計測する。ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分は、水平回転および仰角（俯角）制御が可能であり、水平方向角と垂直方向角は、エンコーダにより計測される。このエンコーダの出力が水平・垂直方向角検出部１０４で検出され、水平方向角と垂直方向角（仰角および俯角）の計測が行われる。

水平・垂直方向駆動部１０５は、ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分の水平回転および仰角制御（および俯角制御）を行うモータ、該モータの駆動回路、該駆動回路の制御回路を含む。データ記憶部１０６は、ＴＳ１００の動作に必要な制御プログラム、各種のデータ、測量結果等を記憶する。

位置測定部１０７は、ＧＮＳＳを用いたＴＳ１００の位置の測定を行う。位置測定部１０７は、相対測位と単独測位の両方を行う機能を有する。相対測位を行える環境であれば、相対測位を用いたＴＳ１００の位置の測定が好ましいが、相対測位が困難な場合は単独測位によるＴＳ１００の位置の測定が行われる。

通信部１０８は、演算装置３００や外部の機器との間で通信を行う。ＴＳ１００は、外部の端末（専用端末、ＰＣ、タブレット、スマートフォン等）による操作が可能であり、この際の通信が通信部１０８を用いて行われる。また、通信部１０８は、ＴＳ１００の動作に必要な各種のデータの受け付け、およびＴＳ１００が取得した各種のデータの外部への出力を行う。通信の形態としては、無線通信や光通信が挙げられる。

ターゲット位置算出部１０９は、ターゲット（この場合は、ＵＡＶ搭載の反射プリズム）までの距離と方向からＴＳ１００に対するターゲットの位置（座標）を算出する。ここで、ターゲットまでの距離は、測距部１０３で得られ、ターゲットの方向は水平・垂直方向検出部１０４で得られる。ＴＳ１００の位置は、位置測定部１０７で特定されるので、ＴＳ１００に対するターゲットの位置を求めることで、ターゲットの地図座標系における位置を求めることができる。

（演算装置）
図３には、演算装置３００が示されている。演算装置３００は、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の追跡の際に、太陽の存在がＵＡＶ２００の追跡の障害になる場合を予測あるいは判定する演算を行う。以下、演算装置３００について説明する。図３には、演算装置３００のブロック図が示されている。

この例では、図１に示すように、演算装置３００は、ノート型のＰＣ（パーソナルコンピュータ）により構成されている。演算装置３００は、ＣＰＵ、記憶部、各種のインターフェースを備えたコンピュータであり、汎用（例えば、ＰＣ）あるいは専用のハードウェアによって構成することができる。

図３に示す各機能部の一部または全部を専用の演算回路によって構成してもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の演算回路によって構成された機能部を組み合わせてもよい。

例えば、図示する各機能部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に代表されるＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成される。また、一部の機能を専用のハードウェアで構成し、他の一部を汎用のマイコンにより構成することも可能である。

各機能部を専用のハードウェアで構成するのか、ＣＰＵにおけるプログラムの実行によりソフトウェア的に構成するのかは、要求される演算速度、コスト、消費電力等を勘案して決定される。なお、機能部を専用のハードウェアで構成することとソフトウェア的に構成することは、特定の機能を実現するという観点からは、等価である。

飛行計画データ受付部３０１は、ＵＡＶ２００の飛行計画のデータを受け付ける。飛行計画では、飛行開始の時刻、通過する複数のポイントＰｎの座標（緯度，経度，高度）と隣接するポイント間の速度が指定されている。この飛行計画に従ってＵＡＶ２００は自律飛行する。ここで、Ｐｎの位置と飛行時間とから指定する時刻における位置を求めることができる。飛行開始の時刻は、現場で任意の時刻を指定することが可能であり、通常は飛行を開始した時刻を時間軸上の原点として、その時点から上述した飛行計画に従って飛行が開始される。飛行計画としては、飛行開始からの時刻と位置の関係を規定した形態も可能である。

飛行計画は、測量対象となる地形の状況等に鑑み、技術者が事前に設定する。勿論、測量現場で飛行計画を作成する場合もある。また、予め作成しておいた飛行計画を測量現場の状況に応じて修正し、その後に修正された飛行計画がＵＡＶ２００に入力され、飛行が行われる場合もある。

算出部３０２は、飛行計画データ受付部３０１が受け付けた飛行計画に従って飛行するＵＡＶ２００と太陽を結ぶ線上の位置を算出する。図４に演算部３０２が行う演算に関する概念図を示す。図４の例では、飛行計画における飛行予定経路に起因する太陽光の影を地上に投影し、地上に形成される影の跡の座標を算出する。この地上に投影された影のトレース跡が地上におけるＵＡＶ２００の影の経路となる。

以下、ＵＡＶ２００の飛行に伴って地上に形成される（正確には形成されるであろう）
ＵＡＶの影の跡の経路に係る計算の一例を説明する。まず、仮想空間に三次元座標系を設定し、この仮想空間に測量対象となる土地を設定する。測量対象の土地の起伏の情報等はこの段階で概略判明しているものを用いても良い。

次に、ＵＡＶ２００の飛行計画から飛行ルートの情報を取得し、上述した仮想空間の中にＵＡＶ２００の飛行ルートを設定する。飛行ルートを設定したら、飛行開始の時刻を原点として、ＵＡＶ２００を上記飛行ルート上で仮想的に移動させ、その際に生じる影の地上における位置をプロットしてゆく。

具体的には、太陽とＵＡＶ２００を結ぶ直線の方程式を求め、その直線と地表面とが交わる位置をＵＡＶ２００の影が形成される位置とする演算を行う。この処理を時間軸上に沿って特定の間隔で行うことで、地表面に形成されるＵＡＶ２００に影の軌跡が得られる。

例えば、時刻ｔを考える。ここで時刻ｔにおける飛行ルート上におけるＵＡＶ２００の空中における位置Ｐは、飛行計画から求められる。また、時刻ｔに位置Ｐから見た太陽の方向（天球における太陽の位置）は、天文計算等によって求める。

位置Ｐから見た太陽の方向が判れば、位置Ｐと太陽を結ぶ直線を求め、この直線と地表面との交点の位置がＵＡＶの影の位置Ｕとなる。そして、位置Ｕを時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・において（例えば、１秒毎に）求めることで、太陽光に起因するＵＡＶの影の位置の軌跡を示す位置Ｕｉ(i=1,2,3・・・)が求まる。

なお、現状の技術では、バッテリーの容量の問題から、ＵＡＶ１００の飛行時間は最大３０分程度である。よって、上記の処理において、飛行経路の中間地点における太陽の位置を採用し、太陽が動かない前提で計算を行ってもよい。

位置Ｕｉが描く軌跡上では、その位置を視点としてＵＡＶ２００を見ると、当該視点とＵＡＶ２００を結ぶ線上に太陽が見える状態となる。よって位置Ｕｉは、飛行計画に従って飛行するＵＡＶ２００をＴＳ１００によって追跡する際に、ＴＳ１００の視野に太陽が入る位置となる。当然この位置は、ＵＡＶ２００を追跡する視点としては適切でない位置となる。

光学装置設置不適位置算出部３０３は、算出部３０２で算出された位置Ｕｉに基づき、ＵＡＶ１００を追跡するＴＳの設置が不適な位置を算出する。以下、具体的な処理の内容について説明する。図４には、ＵＡＶ２００の影の光軸を中心として角度θの開き角の円錐４０１を設定し、それが地面に投影された円形または楕円形の投影領域をＴＳ１００の設置に不適な位置（範囲）として算出する例が示されている。ここで、ＵＡＶ２００の影の光軸は、ＵＡＶ２００とＵｉを結ぶ線として算出される。

この場合、符号４０２の範囲内が、ＵＡＶ２００を見た場合に太陽が視野に入る可能性がある視点の範囲となる。θの値は、ＵＡＶ２００の飛行高度、ＵＡＶ２００とＴＳ１００の間の距離、ＴＳ１００の探索モードにおける視野に基づいて決定される。簡易的には、θを固定値として、飛行計画の高度に合わせて複数用意し、飛行計画の高度の情報に基づき設定される形態が挙げられる。

また、Ｕｉを中心とした特定の範囲（例えば半径ｒの円の領域）をＴＳ１００の設置に不適な位置（範囲）として算出する形態も可能である。また、より簡便には、影の軌跡を含む領域をＴＳ設置禁止区域４０３と設定する形態も考えられる。この場合、例えば、Ｕｉと領域４０３の外縁の最小距離を特定の距離(例えば、３０ｍや５０ｍ)とすることでＴＳ設置禁止区域４０３を設定する。

光学装置の設置位置取得部３０４は、ＴＳ１００の設置位置に係る情報を取得する。ＴＳ１００の位置を取得する形態には、ＴＳ１００を実際に設置した状態においてＴＳ１００の位置情報を取得する第１の形態と、ＴＳ１００の設置を予定する位置を取得する第２の形態が挙げられる。

第１の形態では、ＴＳ１００の位置が位置測定部１０７（図２参照）を用いて取得され、それが光学装置の設置位置取得部３０４に送信される。ＴＳ１００の測位を専用機器やスマートフォンのＧＰＳ機能等を用いて行い、それを演算装置３００の設置位置取得部３０４に送信する形態も可能である。第２の形態では、ＴＳ１００の設置を予定する位置の測位を、ＴＳ１００が有する測量機能、携帯型ＧＰＳ、スマートフォンのＧＰＳ機能等を用いて行う。この場合も測位データは、設置位置取得部３０４に送られる。

判定部３０５は、算出部３０２で算出された位置ＵｉとＴＳ１００の設置位置とを比較し、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の追跡において、ＴＳ１００の設置位置が太陽光の影響を受けるか否かを判定する。

以下、判定部３０５における処理について説明する。この場合、ＴＳの設置位置あるいは設置予定位置が、光学装置設置不適位置算出部３０３が算出した位置に含まれるか否か、が判定される。例えば、図４のＴＳ設置禁止区域４０３の範囲にＴＳ１００の設置位置が含まれるか否か、の判定が判定部３０５で行われる。この判定の処理は、ＴＳ１００の設置予定位置が指定された場合も同じである。

角度算出部３０６は、飛行計画に従って飛行するＵＡＶ２００を追跡するＴＳ１００の視線の方向と、ＴＳから見た太陽の方向とがなす角度αを差出する。この処理では、飛行開始時刻を指定し、ＵＡＶ２００が飛行計画に従って飛行した場合におけるＴＳ１００の視線（ＵＡＶ２００を追跡するＴＳの光軸）の向きの変化をシミュレートする。このシミュレートによりＵＡＶ２００の追跡を行うＴＳ１００の光軸の向きの範囲が得られる。

他方で、ＴＳ１００の位置のデータを入力し、ＴＳ１００の設置場所あるいは設置予定位置から見た上記の飛行期間における太陽の方向を計算する。なお、太陽は無限遠にあるので、太陽を見る視点の位置は、ＵＡＶ２００が飛行する範囲（ＴＳ１００が追跡できる程度の距離）内の適当な位置でよい。

例えば、上記のシミュレーションの結果、ＵＡＶ２００の追跡時にＴＳ１００は、北を０°とした時計回りで考えた水平角Δθ１の範囲、水平方向からの仰角Δφ１の範囲で光軸の方向が変化する、といった結果が得られる。また、太陽の方向は、水平角Δθ２の範囲、水平方向からの仰角Δφ２の範囲で変化する、といった結果が得られる。なお、ＵＡＶの飛行時間は、最大でも３０分程度であるので、飛行期間の中間時刻における太陽の方向を採用してもよい。

ＴＳ１００の光軸（光軸１）の変化範囲と太陽の方向（光軸２）の変化範囲を得たら、２つの光軸のなす角度の最小値αを計算する。以上の処理が角度算出部３０６において行われる。２つの光軸のなす角度の比較は、時刻を合わせて行うと高い精度が得られるが、時刻に関係なく角度だけを比較するのでもよい。

時刻を合わせて２つの光軸のなす角度の比較は、以下のようにして行われる。この場合、時刻ｔ１におけるＵＡＶ２００を追跡するＴＳ１００の光軸の方向と太陽の方向との比較、時刻ｔ２におけるＵＡＶ２００を追跡するＴＳ１００の光軸の方向と太陽の方向との比較、時刻ｔ３におけるＵＡＶ２００を追跡するＴＳ１００の光軸の方向と太陽の方向との比較、・・・を行う。そして、各時刻での２つの光軸のなす角度を求め、更にその最小値αを求める。

時刻に関係なく２つの光軸のなす角度の比較は、以下のようにして行われる。この場合、ＵＡＶ２００の飛行中におけるＴＳ１００の光軸の方向の範囲を求め、更にその際の太陽の方向の範囲（あるいは中間時刻における太陽の方向）を求める。そして、２つの光軸のなす角度を求め、更にその最小値αを求める。

角度算出部３０６を用いた場合、判定部３０５は、前記角度αが予め定めた閾値Th以下である場合（α＜Th）に、ＴＳ１００の位置が太陽光の影響を受ける位置である旨を判定する。例えば、光軸１と光軸２のなす角度が０°の時刻が存在する場合、その時刻でＴＳ１００は太陽を指向していることになり、探索用レーザー光や測距用レーザー光に比較してはるかに強い太陽光の影響でＵＡＶ２００の光学的な追跡および測距はできなくなる。上記の閾値は、ＴＳ１００のターゲット探索機能の視野にもよるが、例えば５°程度が採用される。

通信部３０７は、ＴＳ１００を初め他の機器との間で通信を行う。記憶部３０８は、演算装置３００の動作に必要な各種のデータ、動作用プログラム、太陽の軌道に関するデータや計算プログラム、演算装置３００での処理の結果のデータ等が記憶される。

表示制御部３０９は、表示部３１０に表示される地図データ上に太陽光の影響でＴＳ１００の設置に不適な範囲を表示する。このＴＳ１００の設置に不適な範囲は、光学装置設置不適位置算出部３０３で算出される。例えば、表示制御部３０９の機能により、表示部３１０に表示される地図画面上に図４のＴＳ設置禁止区域４０３が表示される。

例えば、市販の地図ソフトやネット上から入手できる地図ソフトを用い、地図画面を作成し、この地図画面を表示部３１０に表示する。そして、この地図画面上に上記のＴＳ設置禁止区域を表示させる。この処理が、表示制御部３０９で行われる。

表示部３１０は、演算装置３００を構成するＰＣのディスプレイである。演算装置３００が表示部３１０を必ずしも備える必要はなく、外部の表示装置を利用してもよい。

飛行高度変更部３１１は、ＵＡＶ２００を追跡するＴＳ１００の光軸上に太陽がこないように飛行計画で定められた飛行高度を変更する。図８に示すように、飛行経路上でＴＳ１００とＵＡＶ２００を結ぶ線上に太陽がある場合、ＵＡＶ２００の高度を変更（図８の場合は、高度を下げた場合）すると、ＴＳ１００とＵＡＶ２００を結ぶ線上から太陽を外すことができる。

例えば、飛行計画、飛行開始時間、ＴＳ１００の設置位置を指定した際に、図６や図７の処理により、ＴＳ１００の視野に太陽が入る状況が予想されたとする。この場合、太陽とＴＳ１００を結ぶ線上に位置する飛行計画におけるＵＡＶ２００の高度を変更し、ＴＳ１００、ＵＡＶ２００および太陽が一直線上に並ばないようにする。この処理が飛行高度変更部３１１で行われる。なお高度を変更すると、図９に示す撮影範囲が変更されるので、撮影されない範囲が生じないように高度の修正を行う。

（処理の例１）
以下、図３の演算装置３００で行われる処理の一例を説明する。図５は、演算装置３００で行われる処理の手順の一例が示されている。図５の処理を実行するためのプログラムは、演算装置３００の記憶部３０８や適当な記憶媒体、あるいはネットワーク上のサーバ等に記憶され、そこから提供される。これは、他の処理の例でも同じである。

この例では、飛行計画を立てる際に、太陽光の影響を受けるＴＳの設置位置の範囲をユーザに提示する場合を説明する。処理が開始されると、まず飛行計画が飛行計画データ受付部３０１で受け付けられる（ステップＳ１０１）。

飛行計画を取得したら、飛行開始の時刻を指定する（ステップＳ１０２）。これは、ユーザが行う。なお、飛行開始時刻が飛行計画で指定されている場合は、その時刻が飛行開始時刻として指定される。

飛行開始時刻を指定したら、ＵＡＶの飛行をシミュレートし、図４に示す原理により、太陽光に起因するＵＡＶが作る影の軌跡Ｕｉを算出する（ステップＳ１０３）。この処理は、算出部３０２で行われる。

ＵＡＶが作る影の軌跡Ｕｉを算出したら、図４に関連して説明した原理に基づき、ＴＳの設置に適切でない位置を算出する（ステップＳ１０４）。この処理は、光学装置設置不適位置算出部３０３で行われる。

ＴＳの設置に適切でない位置を算出したら、その領域を地図データ上に表示する（ステップＳ１０５）。この処理は、表示制御部３０９で行われる。

図５の処理によれば、ＵＡＶの飛行計画に対するＴＳの適切な設置位置の範囲を把握することが容易となる。

（処理の例２）
図６の処理では、ＴＳの設置位置を指定した場合に、その位置が太陽光の影響を受ける位置であるか否か（つまり、適切な設置位置であるか否か）の判定が行われ、その結果がユーザに報知される。

図６の処理が開始されると、まず飛行計画受付部３０１において、飛行計画の取得が行われる（ステップＳ２０１）。次いで飛行開始時刻が指定される（ステップＳ２０２）。その後、飛行計画に従って飛行を行った場合がシミュレートされ、その際に地上に形成されるＵＡＶの影の軌跡が計算される（ステップＳ２０３）。この処理は、算出部３０２で行われる。

ＵＡＶ２００の影の軌跡を計算したら、ＴＳ１００の設置位置（または設置予定の位置）を指定する（ステップＳ２０４）。例えば、ＴＳ１００を仮設置し、ＴＳ１００の位置をＴＳ１００が有するＧＮＳＳを用いた単独測位機能を用いて測定し、その測定値を光学装置の設置位置取得部３０４に送る。勿論、可能であるなら相対測位による測位を行う。また、ＴＳ１００の設置を予定している地点の測量をＴＳ１００の測量機能を用いて行い、その測量データを光学装置の設置位置取得部３０４に送ってもよい。

次に、判定部２０５において、ＵＡＶ２００の影の位置とステップＳ２０４で得たＴＳ１００の設置位置とが比較され（ステップＳ２０５）、ＴＳ１００の設置位置が太陽光の影響を受ける位置か否か、が判定される（ステップＳ２０６）。この判定では、例えば、ＴＳ１００の設置位置が図４の符号４０３のエリアに入るか否かが判定される。

ここで、ＴＳ１００の設置位置が太陽光の影響を受けない位置であれば、ステップＳ２０７に進み、太陽の影響を受ける位置であれば、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０７では、表示部３１０にＴＳ１００の設置位置が適切である旨の報知表示が行われる。また、ステップＳ２０８では、表示部３１０にＴＳ１００の設置位置が不適切である旨の報知表示が行われる。

なお、再度ＴＳ１００の設置位置に関する判定を行う場合は、ステップＳ２０４以下の処理が繰り返される。

（処理の例３）
図７の処理は、ＴＳ１００の設置位置を指定した場合に、その位置が太陽光の影響を受ける位置であるか否か（つまり、適切な設置位置であるか否か）の判定が行われ、その結果がユーザに報知される。処理の目的と得られる結果は、図６の処理と同じである。しかしながら、図７の処理は、処理の方法が図６の場合と異なる。

図７の処理では、まずＵＡＶ２００の飛行計画を取得する（ステップＳ３０１）。そして、飛行開始時刻を指定する（ステップＳ３０２）。次に、ＴＳ１００を設置する位置を指定する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０１はステップＳ２０１（ステップＳ１０１）と同じであり、ステップＳ３０２はステップＳ２０２（ステップＳ１０２）と同じであり、ステップＳ３０３はステップＳ２０４と同じである。

次にステップＳ３０４〜Ｓ３０７の処理が角度算出部３０６で行われる。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で指定した位置から飛行計画に従って飛行するＵＡＶ２００をＴＳ１００により追跡した場合におけるＴＳ１００の光軸の変化の範囲を算出する。

ステップＳ３０５では、ＵＡＶ２００の飛行期間における対象となる地域から見た太陽の方向の範囲を算出する。ステップＳ３０６では、ステップＳ３０４で算出したＴＳ１００の光軸方向の変化の範囲（第１の光軸の向きの範囲）と太陽の方向（第２の光軸の向きの範囲）の範囲とを比較し、２つの光軸のなす角度の最小値αを算出する。

αを算出したら、αが予め定めた閾値以下であるか否かを判定が判定部３０５で行われる（ステップＳ３０７）。ここで、αが閾値を越える値であれば、ステップＳ３０３で指定したＴＳ１００の設置位置が適切である旨の報知が行われる（ステップＳ３０８）。αが閾値以下であれば、ステップＳ３０３で指定したＴＳ１００の設置位置が適切でない旨の報知（警告報知）が行われる（ステップＳ３０９）。

（処理の例４）
この例では、飛行計画、飛行開始時間、ＴＳ１００の設置位置に不都合（太陽光が障害となる不都合）がある場合に、飛行計画におけるＵＡＶ２００の高度を変更することで、上記の不都合を回避する処理に関する。

この場合、飛行計画、飛行開始時間、ＴＳ１００の設置位置が指定されると、図６または図７の処理により、図８に示すような、ＵＡＶ２００を追尾するＴＳ１００の視野に太陽が入るか否かが調べられる。そして、ＴＳ１００の視野に太陽が入る状況が予想される場合、その位置におけるＵＡＶの高度を上または下にずらした航路を設定し、ＴＳ１００、ＵＡＶ２００および太陽が一直線上に並ぶ状況が回避される航路を探索する。

ＴＳ１００、ＵＡＶ２００および太陽が一直線上に並ぶ状況が回避できる飛行計画が設定できる場合、その内容に当所の飛行計画を修正し、それをユーザに提示する。この際、図９に示す地上の撮影範囲が変更されることに留意して、新たな高度の設定を行う。この新たな高度の設定が飛行高度修正部３１１で行われる。なお、高度の変更は、問題となる飛行予定航路の位置で最低限行われればよい。もちろん、飛行計画における予定航路の他の部分や飛行計画の全体で高度の変更を行うことも可能である。また、急激な高度の変更に伴うＵＡＶ２００の姿勢の安定性の低下や撮影範囲の急激な変化を避けるために、高度を変更する位置の前後において緩やかに高度が変化する飛行コースを設定することも可能である。

２．その他
識別装置３００を専用のハードウェアで構成することもできる。識別装置３００を通信回線で結ばれた複数のハードウェアで構成したシステムとして構築することも可能である。例えば、識別装置３００の機能の一部をＰＣで構成し、他の一部をサーバで構成し、また表示部としてタブレットを用い、通信回線を介して全体として識別装置３００として機能するシステムを構成する例が挙げられる。

識別装置３００の機能の少なくとも一部をＴＳ１００に組み込んだ構成も可能である。例えば、図３の識別装置３００における表示制御部３０９と表示部３１０以外の機能をＴＳ１００に組み込み、表示制御部３０９と表示部３１０の機能はノート型ＰＣやタブレットを用いて実現する。

また、ＵＡＶの活用方法としては、測量に限定されず、各種の空撮、警備、監視等が挙げられる。この際、飛行するＵＡＶの地上からの監視が必要となる場合がある。この技術にＴＳあるいはＴＳが備えるような探索機能を有する光学機器を用いる場合がある。この技術に本発明を利用することができる。

ＴＳ１００にＵＡＶ２００の飛行計画のデータを入力し、この飛行計画のデータに基づき、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の追尾を行ってもよい。この場合、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の追跡は容易となるが、それでもＵＡＶ２００自身の測位機能の誤差の影響で予定したコースから外れた飛行を行う場合があり、その際にＴＳ１００のターゲット探索機能によるＵＡＶ２００の探索が必要となる。よって、この場合もＴＳによるＵＡＶの追尾および測位における太陽の影響が問題となり、本発明は有効となる。

Claims

飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出部を備えた演算装置。
前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置は、太陽と前記飛行計画に従って飛行する前記航空機を結ぶ線上の位置に基づいて算出される請求項１に記載の演算装置。
前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置は、太陽と前記飛行計画に従って飛行する前記航空機を結ぶ線上の位置を含む請求項２に記載の演算装置。
前記算出部で算出された位置に基づき、前記航空機を追跡する光学装置の設置が不適な位置を算出する光学装置設置不適位置算出部を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の演算装置。
前記航空機を追跡する光学装置の設置位置の情報を受け付ける光学装置の設置位置取得部と、
前記算出部で算出された位置と前記光学装置の前記設置位置とを比較し、前記光学装置による前記航空機の追跡において、前記光学装置の前記設置位置が太陽光の影響を受けるか否かを判定する判定部と
を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の演算装置。
飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入るか否かを前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき判定する判定部を備えた演算装置。
前記光学装置の視野に太陽が入るか否かの判定は、前記光学装置から見た太陽の方向と、前記飛行計画に従って飛行する航空機を追跡する前記光学装置の光軸の方向とが特定の関係を満たすか否かを判定することで行われる請求項６に記載の演算装置。
前記光学装置の視野に太陽が入るタイミングにおける前記航空機の高度を変更する高度変更部を備える請求項６または７に記載の演算装置。
飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出ステップ
を有する演算方法。
コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータを
飛行計画に従って飛行する航空機を光学装置によって追跡する際に、前記光学装置の視野に太陽が入る前記光学装置の位置を、前記飛行計画および天球における太陽の位置情報に基づき算出する算出部
として動作させることを特徴とするプログラム。