JP6832473B1 - 処理システム、無人で飛行可能な航空機、及び粉塵状態推定方法 - Google Patents

処理システム、無人で飛行可能な航空機、及び粉塵状態推定方法 Download PDF

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Abstract

飛行システムは、センサを備え無人で飛行可能な航空機を含む。飛行システムは、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定し、その推定結果に基づいて、前記航空機を制御する。

Description

本発明は、センサを備え無人で飛行可能な航空機を含むシステム等の技術分野に関する。
従来、無人航空機が備えるセンサにより当該無人航空機の周囲の粉塵量を取得することが可能になっている。例えば、特許文献１には、無人航空機に搭載されるセンサにより取得された、周辺の粉塵量を座標ごとに評価し、当該無人航空機の周辺環境が滞空に適さないものに変化した場合に、適切な位置に無人航空機を移動する技術が開示されている。
特開2018-191124号公報
特許文献１等の従来技術では、センサにより無人航空機の周囲に発生した砂塵等の粉塵を直接検出することができる。しかし、無人航空機の飛行中に大量の粉塵が当該無人航空機の周囲に発生した場合、当該無人航空機が粉塵による影響を受ける場合がある。
そこで、本発明は、無人で飛行可能な航空機が粉塵による影響を受ける前に粉塵の状態を推定することが可能な処理システム、無人航空機、及び粉塵状態推定方法を提供する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、センサを備え無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機を含む処理システムであって、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択する第１選択部と、を含むことを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機が粉塵による影響を受ける前に粉塵の状態を推定することができ、推定された粉塵の状態に応じて適切な物品受け渡し方法を選択することができる。請求項２に記載の発明は、センサを備え無人で飛行可能な航空機を含む処理システムであって、前記航空機が移動予定先のエリアにおいて着陸する処理システムにおいて、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択する第２選択部と、を含むことを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機が粉塵による影響を受ける前に粉塵の状態を推定することができ、推定された粉塵の状態に応じて適切な着陸方法を選択することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の処理システムにおいて、前記処理部による推定結果に基づいて、前記航空機を制御する制御部を更に含むことを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機が粉塵による影響を受けにくくすることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の処理システムにおいて、前記制御部は、前記処理部による推定結果に基づいて、所定の飛行経路に沿って飛行中の前記航空機の飛行経路を変更させることを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機を、粉塵による影響を受けにくい飛行経路に沿って飛行させることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の処理システムにおいて、前記処理部による推定結果に基づいて、所定の飛行経路に沿って飛行中の前記航空機の飛行経路を再設定する設定部を更に含むことを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機を、粉塵による影響を受けにくい飛行経路に沿って飛行させることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の処理システムにおいて、前記処理部による推定結果に基づいて、前記移動予定先のエリアにおいて前記粉塵を抑える液体を投下するか否かを判定する判定部を更に含むことを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機が発生させる推進力により地面に堆積した砂が砂塵として舞うことを防ぐことができる。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の処理システムにおいて、前記第１選択部は、前記物品の受け渡しのために、前記航空機をホバリングさせた状態で前記物品を降下させる物品受け渡し方法を選択することを特徴とする。これにより、無人で飛行可能な航空機が発生させる推進力により地面に堆積した砂が砂塵として舞うことを防ぐことができる。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の処理システムにおいて、前記第１選択部は、前記物品の受け渡しのために、前記航空機を着陸させる物品受け渡し方法を選択することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の何れか一項に記載の処理システムにおいて、前記移動予定先のエリア内の地面を観測することで得られたセンシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおいて未来に発生しうる粉塵の状態を推定することを特徴とする。これにより、地面に堆積した砂の状態を検知し未来に発生しうる粉塵の状態を推定することができる。
請求項１０に記載の発明は、請求項１０に記載の処理システムにおいて、前記処理部は、前記地面に堆積した砂と粉塵との少なくとも何れか一方の状態に基づいて、前記未来に舞う可能性のある粉塵の状態を推定することを特徴とする。これにより、前記地面に堆積した砂と粉塵との少なくとも何れか一方の状態から無人で飛行可能な航空機が発生させる推進力により発生しうる粉塵の状態を推定することができる。
請求項１１に記載の発明は、無人で飛行可能な航空機であって、移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機において、センサと、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択する第１選択部と、を備えることを特徴とする。請求項１２に記載の発明は、無人で飛行可能な航空機であって、移動予定先のエリアにおいて着陸する航空機において、センサと、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択する第２選択部と、を備えることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、センサを備える無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機を含む処理システムにより実行される粉塵状態推定方法であって、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得するステップと、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定するステップと、前記粉塵の状態の推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択するステップと、を含むことを特徴とする。請求項１４に記載の発明は、センサを備える無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて着陸する航空機を含む処理システムにより実行される粉塵状態推定方法であって、前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得するステップと、前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定するステップと、前記粉塵の状態の推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、無人で飛行可能な航空機が粉塵による影響を受ける前に粉塵の状態を推定することができる。
飛行システムＳの概要構成例を示す図である。 UAV１の概要構成例を示す図である。 制御サーバＣＳの概要構成例を示す図である。 制御部２３における機能ブロック例を示す図である。 粉塵の状態とUAV１の高度との組ごとに設定された制御情報の一例を示す図である。 粉塵の状態とUAV１の高度との組ごとに設定された制御情報の一例を示す図である。 制御サーバＣＳの制御部２３により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、飛行システムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
［１．飛行システムＳの構成及び動作概要］
先ず、図１を参照して、無人で飛行可能な航空機を所定の目的のために飛行させる飛行システムＳの構成及び動作概要について説明する。所定の目的の例として、例えば、運搬、測量、撮影、点検、監視等が挙げられる。図１は、飛行システムＳの概要構成例を示す図である。図１に示すように、飛行システムＳ（処理システムの一例）は、大気中（空中）を飛行する無人航空機（以下、「UAV（Unmanned Aerial Vehicle ）」と称する）１、運航管理システム（以下、「UTMS（UAV Traffic Management System）」と称する）２、及びポート管理システム（以下、「PMS（Port Management System）」と称する）３を含んで構成される。UAV１、UTMS２、及びPMS３は、通信ネットワークＮＷを介して互いに通信可能になっている。通信ネットワークＮＷは、例えば、インターネット、移動体通信ネットワーク及びその無線基地局等から構成される。なお、図１の例では、１つのUAV１を示すが実際には複数存在する。UTMS２とPMS３とは、１つの管理システムとして構成されてもよい。
UAV１は、地上からオペレータによる遠隔操縦に従って飛行、または自律的に飛行することが可能になっている。UAV１は、無人で飛行可能な航空機の一例である。UAV１は、ドローン、またはマルチコプタとも呼ばれる。UAV１は、飛行中、自己の飛行位置からセンサにより移動予定先のエリア（以下、「移動先エリア」という）を観測する（以下、センシング（リモートセンシング）ともいう）。これにより得られたセンシングデータは、飛行システムＳにおいて、UAV１の移動先エリアにおける粉塵の状態の推定に用いられる。ここで、粉塵とは、空中に舞う（浮遊する）塵状の粒子をいう。当該粒子が砂である場合、粉塵は砂塵（砂埃）ともいう。UAV１は、GCS（Ground Control Station）により管理される。GCSは、例えば、アプリケーションとして通信ネットワークＮＷに接続可能な操縦端末に搭載される。この場合、オペレータは、例えば、操縦端末を操作してUAV１を遠隔操縦する人である。或いは、GCSは、サーバ等により構成されてもよい。この場合、オペレータは、例えば、GCSの管理者、またはサーバが備えるコントローラである。
UTMS２は、制御サーバＣＳを含む１以上のサーバ等を備えて構成される。UTMS２は、UAV１の運航を管理する。UAV１の運航管理には、UAV１の運航計画の管理、UAV１の飛行状況の管理、及びUAV１の制御が含まれる。UAV１の運航計画とは、UAV１の出発地点（飛行開始地点）から目的地点（または経由地点）までの飛行経路（予定経路）等を含む飛行計画である。飛行経路は、例えば、その経路上の緯度及び経度で表され、飛行高度を含んでもよい。UAV１の飛行状況の管理は、UAV１の航空機情報に基づいて行われる。UAV１の航空機情報には、少なくともUAV１の位置情報が含まれる。UAV１の位置情報は、UAV１の現在位置を示す。UAV１の現在位置とは、飛行中のUAV１の飛行位置である。UAV１の航空機情報には、UAV１の速度情報等が含まれてもよい。速度情報は、UAV１の飛行速度を示す。UAV１の制御には、UAV１の移動先エリアにおいて推定された粉塵の状態に基づく制御が含まれる。なお、UAV１の制御には、UAV１の飛行状況に応じてUAV１に対して情報及び指示を与えるなどの航空管制が含まれてもよい。
PMS３は、１または複数のサーバ等により構成される。PMS３は、例えばUAV１の移動先エリア内の目的地点（または経由地点）に設置された離着陸施設（以下、「ポート」と称する）を管理する。ポートの管理は、ポートの位置情報及びポートの予約情報等に基づいて行われる。ここで、ポートの位置情報は、ポートの設置位置を示す。ポートの予約情報には、ポートを予約したUAV１の機体ＩＤ、及び到着予定時刻の情報等が含まれる。UAV１の機体ＩＤは、UAV１を識別する識別情報である。なお、UAV１は、上記ポートのように整備された地点以外の地点（以下、「臨時着陸地点」という）に着陸する場合もある。かかる場合の例として、UAV１が飛行する空域の気象が急変（悪化）することなどにより正常な飛行を維持することが困難になった場合や、災害時などUAV１が救援物資を配送する場合などが挙げられる。UAV１の臨時着陸地点は、一般に、整備されたポートに比べて、より多くの砂塵が発生しやすい。
［１−１．UAV１の構成及び機能概要］
次に、図２を参照してUAV１の構成及び機能概要について説明する。図２は、UAV１の概要構成例を示す図である。図２に示すように、UAV１は、駆動部１１、測位部１２、無線通信部１３、撮像部１４、及び制御部１５等を備える。なお、図示しないが、UAV１は、水平回転翼であるロータ（プロペラ）、各種センサ、運搬される物品を保持する物品保持機構、粉塵を抑える水（液体の一例）を投下（散水）するための散水機構、及びUAV１の各部へ電力を供給するバッテリ等を備える。ロータは、水平回転翼であり、垂直方向の推進力を発生させる。UAV１は緊急着陸用のパラシュートを搭載する場合もある。また、UAV１はロータとともに固定翼を備える場合（例えば、垂直離着陸（VTOL（Vertical takeoff and landing））型ドローンである場合）もある。UAV１の飛行制御に用いられる各種センサには、気圧センサ、３軸加速度センサ、地磁気センサ、及び気象センサ等が含まれる。気象センサは、気象状態の監視に用いられる。各種センサにより検出された検出情報は、制御部１５へ出力される。散水機構には、水を蓄えるタンク、及び水を投下するスプリンクラー等が備えられる。なお、粉塵を抑えるために水以外の液体が使用されてもよい。
駆動部１１は、モータ及び回転軸等を備える。駆動部１１は、制御部１５から出力された制御信号に従って駆動するモータ及び回転軸等により複数のロータを回転させる。測位部１２は、電波受信機及び高度センサ等を備える。測位部１２は、例えば、GNSS（Global Navigation Satellite System）の衛星から発信された電波を電波受信機により受信し、当該電波に基づいてUAV１の水平方向の現在位置（緯度及び経度）を検出する。なお、UAV１の水平方向の現在位置は、撮像部１４により撮像された画像データや上記無線基地局から発信された電波に基づいて補正されてもよい。さらに、測位部１２は、高度センサによりUAV１の垂直方向の現在位置（高度）を検出してもよい。測位部１２により検出された現在位置を示す位置情報は、制御部１５へ出力される。
無線通信部１３は、通信ネットワークＮＷを介して行われる通信の制御を担う。撮像部１４は、カメラ（２Ｄまたは３Ｄカメラ）等を備える。撮像部１４は、カメラの画角に収まる範囲内の実空間を連続的に撮像する。撮像部１４により撮像された画像データは、制御部１５へ出力される。カメラは、UAV１の飛行制御のほか、センサとして、UAV１の移動先エリアのセンシングにも用いられる。ここで、移動先エリアとは、例えば、UAV１の現在位置から進行方向にあり、ある距離以上離れたエリアである。UAV１の飛行経路が設定されている場合、移動先エリアは当該飛行経路上にあり、UAV１が進行に応じて進行方向に移動する。当該距離は、例えばUAV１が粉塵の影響を受ける距離以上であることが望ましい。また、当該距離は、移動先エリアにおける粉塵の状態により変わりうる（例えば、当該距離は粉塵が多いほど長くなる）。また、移動先エリアのセンシングとは、例えば、UAV１を視点としてUAV１の移動先エリア内の空中と地面の少なくとも何れか一方を観測（観察）することをいう。地面は平らであるとは限らず凹凸が形成されている場合もある。このようなセンシングに用いられるセンサとして、カメラ等の光学センサ（例えば、物体から反射された可視光線や赤外線を検出するセンサ）のほか、マイクロ波（電波）センサや超音波センサを適用することができる。なお、センシングにより得られたセンシングデータは、制御部１５へ出力される。
制御部１５は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び不揮発性メモリ等を備える。制御部１５は、例えばＲＯＭまたは不揮発性メモリに記憶されたセンシングプログラムに従い、UAV１の飛行中、カメラ等のセンサを用いて移動先エリアのセンシングを行う。このとき、制御部１５は、センサにより検出可能な範囲を連続的に観測するとよい。なお、UAV１の飛行中、制御部１５は、UAV１の機体ＩＤとともに、UAV１の航空機情報を無線通信部１３を介して、UTMS２へ定期的に送信する。移動先エリアのセンシングによりセンシングデータが得られた場合、制御部１５は、UAV１の機体ＩＤ及び航空機情報とともに、無線通信部１３を介して、当該センシングデータをサーバＣＳへ送信する。
また、制御部１５は、例えばＲＯＭまたは不揮発性メモリに記憶された制御プログラムに従ってUAV１の各種制御を実行する。各種制御には、離陸制御、飛行制御、着陸制御、散水制御、及び物品受け渡し制御が含まれる。飛行制御及び着陸制御においては、測位部１２から取得された位置情報、撮像部１４から取得された画像データ、各種センサから取得された検出情報、及び目的地点（経由地点または臨時着陸地点でもよい。以下同様）の位置情報等が用いられて、ロータの駆動制御、UAV１の位置、姿勢及び進行方向の制御が行われる。かかる飛行制御において、例えばUTMS２から取得される飛行計画情報（例えば、UAV１の飛行経路を示す）が用いられてもよい。なお、UAV１の自律的な飛行は、当該UAV１に備えられる制御部１５が飛行制御を行うことによる自律飛行に限定されるものではなく、当該UAV１の自律的な飛行には、例えば飛行システムＳ全体として飛行制御を行うことによる自律飛行も含まれる。
また、着陸制御は、例えばUTMS２またはGCSからの、当該移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令によっても行われる。例えば、制御部１５（第２選択部の一例）は、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令に応じて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択する。着陸方法の例として、(i)ロータの駆動制御によりUAV１を徐々に降下して着陸する方法（通常の着陸方法）、(ii)ロータの駆動を停止し、パラシュートを開くことにより着陸する方法（UAV１がパラシュートを搭載する場合に限る）、(iii)ロータの駆動を停止し、固定翼で滑空飛行（例えば旋回しながら滑空飛行）することにより着陸する方法（UAV１が固定翼を備える場合に限る）が挙げられる。一方、散水制御は、例えば移動先エリアにおいて、例えばUTMS２またはGCSからの、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令によって行われる。例えば、制御部１５は、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令に応じて、移動先エリアにおいて粉塵を抑える水を投下（散水）する。
物品受け渡し制御では、例えば移動先エリアにおいて、物品保持機構に保持された物品がUAV１から人、UGV（Unmanned Ground Vehicle）、または他のUAV１へ目的地点で受け渡される（授受される）。物品受け渡し制御は、例えばUTMS２またはGCSからの、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令によっても行われる。例えば、制御部１５（第１選択部の一例）は、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令に応じて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択する。物品受け渡し方法の例として、(iv)物品の受け渡しのためにUAV１をホバリングさせた状態で例えばリールやウィンチ等を用いて物品を降下させる方法、(v)物品の受け渡しのために物品を投下（落下）させる方法、(vi)物品の受け渡しのためにUAV１を着陸させる方法が挙げられる。(iv)の物品受け渡し方法によれば、当該物品が地面に到達したとき、または地面から数ｍの高さに到達したときに当該物品が切り離されることで当該物品が受け渡される。一方、(vi)の物品受け渡し方法によれば、UAV１が着陸した後に物品が切り離されることで当該物品が受け渡される。なお、物品の切り離しは、当該物品を吊り下げたフックを自動で（つまり、制御部１５からの制御信号により）開放することにより行われてもよいし、当該物品を吊り下げたフックを手動で（つまり、人により）開放するにより行われてもよい。
［１−２．制御サーバＣＳの構成及び機能概要］
次に、図３及び図４を参照して制御サーバＣＳの構成及び機能概要について説明する。図３は、制御サーバＣＳの概要構成例を示す図である。図３に示すように、制御サーバＣＳは、通信部２１、記憶部２２、及び制御部２３等を備える。通信部２１は、通信ネットワークＮＷを介して行われる通信の制御を担う。記憶部２２は、例えば、ハードディスクドライブ等を備える。記憶部２２には、UAV１の機体ＩＤ、及びUAV１の航空機情報が対応付けられて記憶される。
制御部２３は、プロセッサであるＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリ等を備える。図４は、制御部２３における機能ブロック例を示す図である。制御部２３は、例えばＲＯＭまたは不揮発性メモリに記憶されたプログラムに従って、図４に示すように、飛行経路設定部２３ａ、センシングデータ取得部２３ｂ、推定処理部２３ｃ、散水判定部２３ｄ、及び航空機制御部２３ｅ等として機能する。なお、飛行経路設定部２３ａは設定部の一例である。センシングデータ取得部２３ｂは取得部の一例である。推定処理部２３ｃは処理部の一例である。散水判定部２３ｄは判定部の一例である。航空機制御部２３ｅは制御部の一例である。
飛行経路設定部２３ａは、例えばUAV１またはGCSから飛行計画申請があった場合に、飛行計画申請に基づいて、UAV１の飛行経路を設定する。また、飛行経路設定部２３ａは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、所定の飛行経路（例えば、上記設定された飛行経路）に沿って目的地点へ向かっているUAV１の飛行経路を再設定する。例えば、飛行経路設定部２３ａは、UAV１の飛行経路上にある移動先エリアにおける粉塵の状態に基づいて、粉塵が多い空域を迂回する飛行経路を再設定する。なお、現在の飛行経路から高度を上げた飛行経路が再設定されてもよい。
センシングデータ取得部２３ｂは、UAV１が飛行中、UAV１の飛行位置からセンサにより当該UAV１の移動先エリアを観測することで得られたセンシングデータをUAV１の機体ＩＤとともに、例えばUAV１またはGCSから取得する。センシングデータには、例えば、移動予定先のエリア内の空中と地面の少なくとも何れか一方の状態を表す画像データが含まれる。
推定処理部２３ｃは、センシングデータ取得部２３ｂにより取得されたセンシングデータに基づいて、UAV１の移動先エリアにおける粉塵の状態を推定する。つまり、実際に粉塵が取り込まれてその量が検出されるのではなく、センシングデータの解析（例えば、画像解析）から粉塵の状態が推定される。ここで、粉塵の状態の例として、粉塵の度合い（レベル）、粉塵の量等が挙げられる。粉塵の度合いは、例えば、「多い」（レベル：高）、「中」（レベル：中）、「少ない」（レベル：低）というように段階的に表される（数値や記号等で表されてもよい）。粉塵の量は、例えば１ｍ３中に含まれる粉塵の質量で表される。
また、推定される粉塵の状態には、現在の粉塵の状態と、未来の粉塵の状態とがある。現在の粉塵の状態とは、UAV１が目的地点に向けて飛行している時点（つまり、センシングデータが得られた時点）における粉塵の状態をいう。例えば、推定処理部２３ｃは、センシングデータに含まれる画像データから得られる色の濃さに基づいて、現在の粉塵の状態として粉塵の度合い（例えば、色が濃いほど粉塵は多い）を推定する。また、推定処理部２３ｃは、上記画像データから得られた色の濃さと、色の濃さと粉塵の質量の関係を示すモデル（例えば機械学習による学習済モデル）とに基づいて、現在の粉塵の状態として粉塵の量を推定する。
一方、未来の粉塵の状態とは、UAV１が目的地点に向けて飛行している時点から所定時間後（例えば、５分〜１０分後）の時点における粉塵の状態をいう。所定時間後の時点は、例えば、UAV１が目的地点に到着する予定時刻である。例えば、推定処理部２３ｃは、現在の粉塵の状態から所定時間後（例えば、５分〜１０分後）の粉塵の状態を予測することで未来に発生しうる粉塵の状態を推定する。現在の粉塵の状態から所定時間後の粉塵の状態は、例えば所定時間後の気象予報（例えば、天候、風向き等）に基づき予測されるとよい。
また、推定処理部２３ｃは、移動先エリア内の地面（例えば、目的地点付近の地面）が観測されることで得られたセンシングデータに基づいて、当該地面に堆積した砂の状態（例えば、砂の量または度合い）を特定し、当該特定された砂の状態から未来に舞う可能性のある砂塵の状態を推定してもよい。例えば、堆積した砂の量が多いほど、未来において砂塵は多いという状態が推定される。これは、地面に堆積した砂の量が多いほど、UAV１が降下する際に推進力により発生する風によって砂塵が舞う量が多くなるためである。
散水判定部２３ｄは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、UAV１の移動先エリアにおいて粉塵を抑える水を投下するか否かを判定する。例えば、散水判定部２３ｄは、推定処理部２３ｃにより、未来の粉塵の状態として粉塵が多いと推定された場合、水を投下すると判定する。
航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、飛行中のUAV１を制御する。かかる制御は、例えば、UAV１または当該UAV１を管理するGCSに対して、移動先エリアにおける粉塵の状態に基づく制御指令を送信することで行われる。例えば、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、飛行中のUAV１の飛行制御、散水制御、着陸方法の選択制御、または物品受け渡し方法の選択制御を行う。
例えば、飛行制御において、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、飛行経路設定部２３ａにより飛行経路が再設定された場合、所定の飛行経路に沿って飛行中のUAV１の飛行経路を変更させる。これにより、UAV１を、粉塵による影響を受けにくい飛行経路に沿って飛行させることができる。なお、飛行経路設定部２３ａにより飛行経路が再設定されない場合であっても、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより、現在の粉塵の状態として粉塵が多いと推定された場合に、所定の飛行経路に沿って飛行中のUAV１の飛行経路を変更させてもよい。
また、散水制御において、航空機制御部２３ｅは、散水判定部２３ｄにより水を投下すると判定された場合、水を投下するようにUAV１を制御する。また、着陸方法の選択制御において、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択させる。これにより、推定された粉塵の状態に応じて適切な着陸方法を選択することができる。例えば、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより、未来の粉塵の状態として粉塵が多いと推定された場合、上述した(ii)または(iii)の着陸方法を選択させる。
また、物品受け渡し方法の選択制御において、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃによる推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択させる。これにより、推定された粉塵の状態に応じて適切な物品受け渡し方法を選択することができる。例えば、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより、現在の粉塵の状態として粉塵が多いと推定された場合、上述した(iv) または(v)の物品受け渡し方法を選択させる。
なお、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより推定された粉塵の状態と、移動先エリア内でホバリング中のUAV１の高度とに基づいて、ホバリング中のUAV１を制御してもよい。この場合、粉塵の状態とUAV１の高度との組ごとに予め設定された制御情報が用いられる。図５及び図６は、粉塵の状態とUAV１の高度との組ごとに設定された制御情報の一例を示す図である。なお、図５及び図６の例では、粉塵の状態（粉塵の度合い）は、「多い」、「中」、及び「少ない」の３段階に区分され、UAV１の高度は、「高い」（例えば、１００ｍ以上）、「中」、「低い」（例えば、５０ｍ未満）の３段階に区分されているが、２段階または、４段階以上に区分されてもよい。
図５の例では、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより粉塵が中と推定され、且つそのときのUAV１の高度が中と判定された場合、図５に示す制御情報１にしたがって、UAV１をホバリングさせた状態で待機（同じ高度で待機）させるか、或いはUAV１から物品を投下させる。また、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより粉塵が少ないと推定され、且つそのときのUAV１の高度が高いと判定された場合、図５に示す制御情報１にしたがって、UAV１を下降させる。そして、UAV１を下降させることによりUAV１の高度が中となったが、そのときの粉塵は変わらず少ないと推定された場合、航空機制御部２３ｅは、UAV１をさらに下降させるか、或いはUAV１から物品を投下させる。一方、UAV１をさらに下降させることによりUAV１の高度が低いとなったが、そのときの粉塵は変わらず少ないと推定された場合、航空機制御部２３ｅは、UAV１を着陸させる。
一方、図６の例では、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより粉塵が中と推定され、且つそのときのUAV１の高度が中と判定された場合、図６に示す制御情報２にしたがって、UAV１をホバリングさせた状態でリールを用いて物品を降下させる。また、航空機制御部２３ｅは、推定処理部２３ｃにより粉塵が多いと推定され、且つそのときのUAV１の高度が低いと判定された場合、図６に示す制御情報２にしたがって、UAV１を上昇させる。そして、UAV１を上昇されることによりUAV１の高度が中となったが、そのときの粉塵は変わらず多いと推定された場合、航空機制御部２３ｅは、UAV１をさらに上昇させる。一方、UAV１を上昇させることによりUAV１の高度が中となり、そのときの粉塵が低下して中と推定された場合、航空機制御部２３ｅは、UAV１をホバリングさせた状態でリールを用いて物品を降下させる。
［２．飛行システムＳの動作］
次に、図７を参照して、飛行システムＳの動作について説明する。図７は、制御サーバＣＳの制御部２３により実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、制御対象となるUAV１の航空機情報が定期的に制御サーバＣＳにより受信されるものとする。
図７に示す処理は、制御対象となるUAV１の飛行開始後に開始される。図７に示す処理が開始されると、制御部２３は、所定の飛行経路に沿って飛行するUAV１が目的地点に到着したか否かを判定する（ステップＳ１）。目的地点への到着判断は、例えば、UAV１の位置情報と目的地点の位置情報とに基づき、UAV１の現在位置が目的地点の近傍範囲（例えば、数ｍ）以内に入ったか否かを判定することにより行われる。制御部２３は、UAV１が目的地点に到着していないと判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、制御部２３は、UAV１が移動先エリアを観測すること（つまり、移動先エリアから離れた飛行位置からセンシング）により得られたセンシングデータを、通信部２１を介して取得したか否かを判定する。制御部２３は、センシングデータを取得したと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３へ進む。一方、制御部２３は、センシングデータを取得していないと判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ３では、制御部２３は、ステップＳ２で取得されたセンシングデータに基づいて、上述したように、UAV１の移動先エリアにおける粉塵の状態を推定する。例えば、現在の粉塵の状態と未来の粉塵の状態との双方が推定処理部２３ｃにより推定される。推定された粉塵の状態を示す情報は、現在または未来の状態であるかを示す状態種別、及び推定時刻に対応付けられて時系列的に記憶部２２に記憶される。
ステップＳ４では、制御部２３は、ステップＳ３における推定結果に基づいて、所定の飛行経路に沿って飛行中のUAV１の飛行経路を変更させるか否かを判定する。例えば、制御部２３は、ステップＳ３で推定された現在の粉塵の状態（つまり、UAV１の飛行経路上にある移動先エリアにおける粉塵の状態）が第１基準レベル以上である場合、UAV１の飛行経路を変更させると判定し（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。
なお、UAV１の飛行経路を変更させるか否かは、時系列で行われた複数回の推定結果に基づいて判定されてもよい。例えば、記憶部２２に記憶された最も新しい粉塵の状態に対応付けられた推定時刻から過去所定時間（例えば、５分）遡った過去時点までに推定された複数回の粉塵の状態（最新の粉塵の状態を含む）の平均値（または最大値）が第１基準レベル以上である場合、UAV１の飛行経路を変更させると判定される。
一方、制御部２３は、ステップＳ３で推定された現在の粉塵の状態が第１基準レベル未満である場合、UAV１の飛行経路を変更させないと判定し（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ４の判定時にまだ粉塵の状態が推定されていなければステップＳ１に戻る。
ステップＳ５では、制御部２３は、ステップＳ３における推定結果に基づいて、現在の粉塵の状態が第１基準レベル未満となる空域を通過する飛行経路を再設定する。例えば、粉塵が多い空域を迂回する飛行経路や、粉塵が少ない高度を飛行する飛行経路が再設定される。次いで、制御部２３は、UAV１の現在の飛行経路を、ステップＳ５で再設定された飛行経路に変更させる制御指令をUAV１に対して送信し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。当該制御指令は、GCSを介してUAV１へ送信されてもよい。
そして、UAV１は、ステップＳ６における制御サーバＣＳからの制御指令に応じて、現在の飛行経路を再設定された飛行経路に変更し、変更された飛行経路に沿って目的地点に向かって飛行を継続する。
以上のステップＳ２〜Ｓ６は、UAV１が目的地点に到着したと判定されるまで繰り返される。そして、制御部２３は、UAV１が目的地点に到着したと判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、制御部２３は、ステップＳ３における推定結果に基づいて、UAV１の移動先エリア内の目的地点において粉塵を抑える水を投下させるか否かを判定する。例えば、制御部２３は、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態（例えば、記憶部２２に記憶された最も新しい未来の粉塵の状態）が第２基準レベル以上である場合、当該粉塵を抑える水を投下させると判定し（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８へ進む。
なお、第２基準レベルは、第１基準レベルとは異なってもよい。また、粉塵を抑える水を投下させるか否かは、UAV１の飛行経路を変更させるか否かと同様、時系列で行われた複数回の推定結果に基づいて判定されてもよい。また、ステップＳ７の処理はステップＳ９の処理後に行われてもよい。
一方、制御部２３は、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態が第２基準レベル未満である場合、当該粉塵を抑える水を投下させないと判定し（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ９へ進む。
ステップＳ８では、制御部２３は、粉塵を抑える水を投下させる制御指令をUAV１に対して送信し、ステップＳ９へ進む。当該制御指令は、GCSを介してUAV１へ送信されてもよい。
そして、UAV１は、ステップＳ８における制御サーバＣＳからの制御指令に応じて、散水制御により目的地点の上空から粉塵を抑える水を投下する。これにより、UAV１が発生させる推進力（つまり、当該推進力で発生する風）により地面に堆積した砂が砂塵として舞うことを防ぐことができる。
ステップＳ９では、制御部２３は、ステップＳ３における推定結果に基づいて、複数の物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を決定（選択）する。例えば、制御部２３は、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態が第３基準レベル以上である場合、UAV１をホバリングさせた状態でリール等を用いて物品を降下させる物品受け渡し方法（上記(iv)の物品受け渡し方法）を決定する。一方、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態が第３基準レベル未満である場合、UAV１を着陸させる物品受け渡し方法（上記(vi)の物品受け渡し方法）を決定する。
なお、第３基準レベルは、第１基準レベル及び第２基準レベルとは異なってもよい。また、物品受け渡し方法の選択は、UAV１の飛行経路を変更させるか否かと同様、時系列で行われた複数回の推定結果に基づいて判定されてもよい。
次いで、制御部２３は、ステップＳ９で決定された物品受け渡し方法を選択させる制御指令をUAV１に対して送信し（ステップＳ１０）、図７に示す処理を終了する。当該制御指令は、GCSを介してUAV１へ送信されてもよい。
そして、UAV１は、ステップＳ１０における制御サーバＣＳからの制御指令に応じて、１つの物品受け渡し方法を選択し、選択された物品受け渡し方法で物品受け渡し制御を行う。例えば、UAV１は、ホバリング状態でリールを用いて物品を降下させ、当該物品が地面に到達したとき、または地面から数ｍの高さに到達したときに当該物品を切り離す。これにより、UAV１が発生させる推進力により地面に堆積した砂が砂塵として舞うことを防ぐことができる。
なお、上記ステップＳ９では、物品受け渡し方法が決定されるように構成したが、これに代えて、UAV１の着陸方法が決定されるように構成してもよい。この場合、制御部２３は、ステップＳ３における推定結果に基づいて、複数の着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を決定（選択）する。例えば、制御部２３は、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態が第３基準レベル以上である場合、ロータの駆動を停止しパラシュートを開くことにより着陸する着陸方法（上記(ii)の着陸方法）を決定する。一方、ステップＳ３で推定された未来の粉塵の状態が第３基準レベル未満である場合、ロータの駆動制御によりUAV１を徐々に降下して着陸方法（上記(i)の着陸方法）を決定する。
次いで、制御部２３は、ステップＳ９で決定された着陸方法を選択させる制御指令をUAV１に対して送信する。そして、UAV１は、制御サーバＣＳからの当該制御指令に応じて、１つの着陸方法を選択し、選択された着陸方法で着陸制御を行う。例えば、UAV１は、ロータの駆動を停止しパラシュートを開くことにより着陸する。これにより、UAV１が発生させる推進力（つまり、当該推進力で発生する風）により地面に堆積した砂が砂塵として舞うことを防ぐことができる。
以上説明したように、上記実施形態によれば、UAV１の飛行位置からセンサにより移動先エリアを観測することで得られたセンシングデータを取得し、当該センシングデータに基づいて移動先エリアにおける粉塵の状態を推定するように構成したので、UAV１が粉塵による影響を受ける前に粉塵の状態を推定することができる。そして、このような推定結果に基づいて、UAV１を制御するように構成したので、UAV１が飛行中に粉塵による影響を受けにくくすることができる。さらに、上記実施形態によれば、観測された移動先エリア内の地面に堆積した砂と粉塵との少なくとも何れか一方の状態に基づいて、未来に舞う可能性のある粉塵の状態を推定するように構成したので、UAV１が発生させる推進力により発生しうる粉塵の状態を精度良く推定することができる。
なお、上記実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態から種々構成等に変更を加えてもよく、その場合も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上記実施形態においては、制御サーバＣＳがセンシングデータに基づいて移動先エリアにおける粉塵の状態を推定するように構成したが、これに代えて、UAV１またはGCSがセンシングデータに基づいて移動先エリアにおける粉塵の状態を推定し、その推定結果に基づいて、UAV１を制御するように構成してもよい。
また、上記実施形態においては、無人で飛行可能な航空機としてUAVを例にとって説明したが、本発明は、航空機内に操縦者（パイロット）が存在しなくても飛行することができる有人航空機に対しても適用可能である。かかる有人航空機には、操縦者以外の人（例えば乗客）が搭乗されてもよい。
１ UAV
２ UTMS
３ PMS
ＣＳ 制御サーバ
１１ 駆動部
１２ 測位部
１３ 無線通信部
１４ 撮像部
１５ 制御部
２１ 通信部
２２ 記憶部
２３ 制御部
２３ａ 飛行経路設定部
２３ｂ センシングデータ取得部
２３ｃ 推定処理部
２３ｄ 散水判定部
２３ｅ 航空機制御部
Ｓ 飛行システム

Claims (14)

  1. センサを備え無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機を含む処理システムであって、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、
    前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択する第１選択部と、
    を含むことを特徴とする処理システム。
  2. センサを備え無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて着陸する航空機を含む処理システムであって、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、
    前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択する第２選択部と、
    を含むことを特徴とする処理システム。
  3. 前記処理部による推定結果に基づいて、前記航空機を制御する制御部を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の処理システム。
  4. 前記制御部は、前記処理部による推定結果に基づいて、所定の飛行経路に沿って飛行中の前記航空機の飛行経路を変更させることを特徴とする請求項３に記載の処理システム。
  5. 前記処理部による推定結果に基づいて、所定の飛行経路に沿って飛行中の前記航空機の飛行経路を再設定する設定部を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の処理システム。
  6. 前記処理部による推定結果に基づいて、前記移動予定先のエリアにおいて前記粉塵を抑える液体を投下するか否かを判定する判定部を更に含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の処理システム。
  7. 前記第１選択部は、前記物品の受け渡しのために、前記航空機をホバリングさせた状態で前記物品を降下させる物品受け渡し方法を選択することを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
  8. 前記第１選択部は、前記物品の受け渡しのために、前記航空機を着陸させる物品受け渡し方法を選択することを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
  9. 前記移動予定先のエリア内の地面を観測することで得られたセンシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおいて未来に発生しうる粉塵の状態を推定することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の処理システム。
  10. 前記処理部は、前記地面に堆積した砂と粉塵との少なくとも何れか一方の状態に基づいて、前記未来に舞う可能性のある粉塵の状態を推定することを特徴とする請求項９に記載の処理システム。
  11. 無人で飛行可能な航空機であって、移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機において、
    センサと、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、
    前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択する第１選択部と、
    を備えることを特徴とする航空機。
  12. 無人で飛行可能な航空機であって、移動予定先のエリアにおいて着陸する航空機において、
    センサと、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得する取得部と、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定する処理部と、
    前記処理部による推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択する第２選択部と、
    を備えることを特徴とする航空機。
  13. センサを備える無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて受け渡される物品の運搬を行う航空機を含む処理システムにより実行される粉塵状態推定方法であって、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得するステップと、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定するステップと、
    前記粉塵の状態の推定結果に基づいて、複数の異なる物品受け渡し方法のうち何れか１つの物品受け渡し方法を選択するステップと、
    を含むことを特徴とする粉塵状態推定方法。
  14. センサを備える無人で飛行可能な航空機であって移動予定先のエリアにおいて着陸する航空機を含む処理システムにより実行される粉塵状態推定方法であって、
    前記航空機の飛行位置から前記センサにより当該航空機の移動予定先のエリアを観測することで得られたセンシングデータを取得するステップと、
    前記センシングデータに基づいて、前記移動予定先のエリアにおける粉塵の状態を推定するステップと、
    前記粉塵の状態の推定結果に基づいて、複数の異なる着陸方法のうち何れか１つの着陸方法を選択するステップと、
    を含むことを特徴とする粉塵状態推定方法。
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