JP6852672B2 - 飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、飛行体、特には、無人飛行機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）の飛行ルートを制御する飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びこれらを実現するためのプログラムに関する。

近年、ＵＡＶが低空域の有効活用を図る手段として大いなる期待を集めている。これは、電動モータ及びバッテリーの小型化及び高出力化により、小型のＵＡＶが安価で提供されるようになったことによる。とりわけ、操縦性及び安定性の点から、小型のＵＡＶの多くは、複数のローターを備えたマルチコプタータイプとなっている。

また、コンピュータの高性能化及び小型化により、ＵＡＶには、従来からの遠隔操作の模型ヘリコプター等とは異なり、コンピュータも備えられている。このため、ＵＡＶの飛行ルートを制御する方法としては、操縦者がマニュアル操縦する方法のほか、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いてあらかじめ設定した座標経路に沿って自律的に飛行させる方法なども実現されている。

また、ＵＡＶを自律的に飛行させる場合においては、鉄塔及び送電線などの障害物とＵＡＶとの衝突を回避する必要がある。このため、特許文献１は、ＵＡＶに障害物の座標をあらかじめ飛行ルートと共に入力しておくことで、ＵＡＶが障害物に接近しすぎた場合に、ＵＡＶに障害物を自動的に回避させる技術を提案している。

更に、ＵＡＶは、防犯の分野での利用も期待されている。例えば、特許文献２は、建物に設置した監視カメラが侵入者を検知すると、ＵＡＶをそこに急行させて、ＵＡＶに搭載されているカメラによって、侵入者の検知及び追跡を行う技術を開示している。

特開２００３−１２７９９４号公報（第１図） 特開２０１４−１４９６２０号公報（第１図）

しかしながら、ＵＡＶ、特にマルチコプタータイプのＵＡＶの活用においては、突然落下する危険性が大きいという問題がある。また、突然の落下の原因としては、操縦ミス、電池切れ、燃料切れ、突風などによる環境条件の変化、通信不能事態の発生といったことが考えられる。

そして、このような突然の落下によって、ＵＡＶが歩行者の頭上に万一落下すると、生死にかかわる事態となる。また、このような突然の落下を予測することは難しい。このため、現状においては、ＵＡＶの突然の落下に対する手立ては、落下のリスクを避けるために、ＵＡＶの飛行を、人がいない空間での運用に制限する、または落下の危険性をいとわない緊急事態での運用に制限することしかないのである。

本発明の目的の一例は、上記問題を解決し、人が存在する場所及びその付近の空域においても、ＵＡＶを低いリスクで運用可能とし得る、飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一側面における飛行体制御装置は、
飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、検知部と、
前記飛行体の落下範囲を推定する、落下範囲推定部と、
検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、制御部と、
を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における飛行体制御方法は、
（ａ）飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、ステップと、
（ｂ）前記飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
（ｃ）検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、ステップと、
を有することを特徴とする。

更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、ステップと、
（ｂ）前記飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
（ｃ）検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、人が存在する場所及びその付近の空域においても、ＵＡＶを低いリスクで運用することができる。

図１は、本発明の実施の形態１における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１において制御対象となる飛行体とその落下範囲の一例を示す図である。 図３は、飛行体と風向きとの関係の一例を示す図である。 図４は、風速及び高度に応じた落下範囲の一例を示す図である。 図５は、地上に存在する人と落下範囲との位置関係の一例を示す図である。 図６は、図５に示した状態から飛行体２００の高度を下げた場合を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。 図８は、本発明の実施の形態２における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態２における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。 図１０は、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。 図１２は、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置の構成の他の例を示すブロック図である。 図１３は、本発明の実施の形態１〜３における飛行体制御装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における、飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びプログラムについて、図１〜図７を参照しながら説明する。

［装置構成］
最初に、本実施の形態１における飛行体制御装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示す飛行体制御装置１００は、飛行体２００の制御を行なうための装置である。ここで、飛行体２００には、飛行機、ヘリコプター、飛行船等、飛行可能なもの全てが含まれる。また、図１においては、飛行体２００の一例として無人飛行機（ＵＡＶ）を示しているが、飛行体２００においては、有人及び無人の別は問われない。

図１に示すように、飛行体制御装置１００は、検知部１０１と、落下範囲推定部１０２と、制御部１０３とを備えている。このうち、検知部１０１は、飛行体２００の下方を撮影する撮像装置２０１が出力した映像データから、対象を検知する。対象としては、飛行体２００の落下による飛行体２００との衝突を回避する必要があるもの、例えば、人、ベビーカー、自転車、自動車、列車、船舶、航空機、絶滅が危惧される野生動物、建物等が挙げられる。

また、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００の落下範囲を推定する。具体的には、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００の機能が停止又は低下することによって、飛行体２００が落下した場合の落下範囲を推定する。制御部１０３は、検知された対象の位置と落下範囲とが重ならないように飛行体２００を制御する。

このように、飛行体制御装置１００は、飛行体２００に搭載された撮像装置２０１の映像から、飛行体２００との衝突を回避したい対象を検出する。また、飛行体制御装置１００は、飛行体２００が落下した時に対象との衝突の可能性があると、飛行体２００が対象に衝突しないように制御する。このため、飛行体制御装置１００によれば、人が存在する場所及びその付近の空域であっても、飛行体２００を低リスクで運用することが可能となる。

続いて、図１に加えて図２を用いて、本実施の形態１における飛行体制御装置の構成について更に具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態１において制御対象となる飛行体とその落下範囲の一例を示す図である。

図２に示すように、本実施の形態１においては、飛行体２００として、４つのプロペラ備えるマルチコプタータイプのＵＡＶが用いられている。また、飛行体２００には、その下方に存在する対象を撮影するための撮像装置２０１が搭載されている。図２において、２０６は、衝突回避の対象を示している。なお、図２では、対象２０６は人を示している。更に、図１に示すように、飛行体２００は、各プロペラを駆動するモータ２０３と、制御部１０３の指示に応じて各モータに電力を供給するモータ駆動部２０２とを備えている。

撮像装置２０１の具体例としては、例えば、可視光カメラ、遠赤外線カメラ、及びＴｏＦ（Time of Flight）カメラが挙げられる。また、撮像装置２０１は、これらのうちの２つ以上を組み合せて構成されていても良い。

撮像装置２０１の撮影方向は、図２の例では、例えば、飛行体２００の鉛直下方に設定される。但し、撮影方向は、鉛直下方に限定されることはなく、後述する落下範囲が撮影可能となるように、飛行体２００の下方に設定されていれば良い。例えば、撮影方向は、飛行体２００の進行方向から下方に傾けた方向であっても良い。

また、例えば、特許文献２に開示されているように、飛行体２００が、人物を追跡するためのカメラを備えている場合は、撮像装置２０１は、この追跡用のカメラと兼用であってもよいし、この追跡用のカメラとは別個のカメラであってもよい。

検知部１０１は、上述したように、撮像装置２０１が出力した映像データから、衝突回避の対象となる人等を検知する。検知部１０１による対象の検知手法としては、既知のさまざまな検知手法を用いることができる。

例えば、撮像装置２０１が可視光カメラの場合は、事前に機械学習手法を用いて構築され、且つ、認識対象に対応する特徴量が登録された認識辞書を用いることで、人物を検出できる。具体的には、まず、映像データで特定される映像からさまざまな矩形領域が切り出され、次いで、切り出された各矩形領域から特徴量が算出される。その後、算出された特徴量が認識辞書に照合され、それによって、人物を示す領域が特定され、特定された領域が人物として検出される。

また、認識辞書を構築する際の学習アルゴリズムとしては、ＳＶＭ（Support Vector Machine）、カスケード型識別器などが挙げられる。また、特徴量としては、ＨｏＧ（Histograms of Oriented Gradients）特徴量、Ｈａａｒ−Ｌｉｋｅ特徴量などを用いることができる。

また、例えば、撮像装置２０１が遠赤外線カメラの場合は、映像データで特定される赤外線映像から、画素値が体温に近い温度に対応している画素を抽出し、これらの隣接画素を接合して２次元的な領域を抽出することによって、人物を検出できる。更に、撮像装置２０１が遠赤外線カメラの場合も、可視光カメラの場合と同様に、認識辞書を用いることによって人物を検知できる。具体的には、この場合は、映像データで特定される赤外線画像から、画像処理により、温度が急激に変化している箇所が抽出される。そして、抽出された箇所から特徴量が算出され、その後、算出された特徴量が認識辞書に照合され、それによって、人物が検出される。

加えて、撮像装置２０１がＴｏＦカメラの場合も、可視光カメラの場合と同様に、認識辞書を用いることによって人物を検知できる。具体的には、この場合は、映像データで特定される距離画像から、隣接する画素間の距離が不連続になっている箇所が抽出される。そして抽出された箇所から特徴量が算出され、その後、算出された特徴量が認識辞書に照合され、それによって、人物が検出される。

また、検知部１０１は、対象を検知すると、地表平面上における対象の位置を特定する。具体的には、まず、飛行体２００に固有の３次元座標系、撮像装置２０１の内部パラメータ、飛行体２００に固有の３次元座標系に対する撮像装置２０１の外部パラメータ、飛行体２００の地上高が既知であるとする。この場合、検知部１０１は、映像中の対象の座標を特定し、特定した座標と上記の既知の情報とを用いて、幾何学計算を実行することによって、映像中の対象の地表上での位置を特定することができる。

飛行体２００に固有の３次元座標系は、飛行体２００の各部の位置を特定するために、飛行体２００の内部に設定された座標系であり、あらかじめ設定されていればよい。撮像装置２０１の内部パラメータ、例えば、焦点距離などは、事前に計測されていればよい。

飛行体２００に固有の３次元座標系に対する撮像装置２０１の外部パラメータは、例えば、飛行体２００に対するレンズの光軸の角度及びレンズの位置等である。撮像装置２００の位置及び向きが飛行体２００に対して固定されている場合は、この外部パラメータは、事前に計測されていればよい。一方、撮像装置２００の位置及び向きが飛行体２００に対して可動する場合は、外部パラメータは、事前の計測値と、飛行体２００に対する撮像装置２００の位置を検知するセンサからの位置情報とを統合して、計算幾何学を実行することによって算出される。

飛行体２００の地上高は、例えば、撮像装置２０１がＴｏＦカメラであるならば、ＴｏＦカメラが出力する距離情報に基づいて、飛行体２００から地面までの距離を算出することによって計測されていればよい。また、飛行体２００が電波高度計などの高度を測定する装置を備えている場合は、飛行体２００の地上高は、この装置からの情報によって算出されればよい。

また、検知部１０１においては、対象の地表上での位置を表現するために座標系が設定される。ここでは、この座標系のことを「地表平面座標系」と呼ぶこととする。本実施の形態１において、地表平面座標系としては、どのような座標系が設定されていてもよく、特に限定されるものではない。

具体的には、地表平面座標系としては、設定対象となる飛行体２００から地表面に向かって鉛直方向に伸びる垂線と地表面との交わる点を原点とし、飛行体２００の正面方向（進行方向）に平行な軸をｘ軸、ｘ軸に直交する軸をｙ軸とする、座標系が挙げられる。この座標系は、設定対象となる飛行体２００を中心に設定される座標系であり、飛行体２００の移動に伴い、原点は時々刻々移動することになる。但し、本実施の形態１においては、飛行体２００に対する対象の相対位置を確定できれば、飛行体２００の制御を行えるので、この地表平面座標件は、本発明の目的にかなった座標系といえる。

また、地表平面座標系としては、撮像装置２０１からの映像中に設定された座標系、即ち、画像座標系も挙げられる。また、地表平面座標系としては、ＧＰＳなどで用いられるＥＣＥＦ（Earth Centered Earth Fixed）直交座標系などのグローバル座標系も挙げられる。グローバル座標系が用いられる場合は、設定対象となる飛行体２００のグローバル座標系における位置と、設定対象となる飛行体２００を基準とした対象の相対位置とから、対象のグローバル座標系での位置が算出される。これにより、対象の地表上での位置は、グローバル座標系によって表現されることになる。

落下範囲推定部１０２は、本実施の形態１では、制御対象となる飛行体２００が現時刻に落下を開始した場合に想定される地上の落下範囲を推定する。飛行体２００がマルチコプタータイプである場合は、落下時において、飛行体２００は滑空することが困難である。このため、図２に示すように、例えば無風の場合は、飛行体２００は、その直下に位置する点２０４を中心とした円２０５内に落下すると考えられる。従って、この場合、落下範囲推定部１０２は、円２０５を落下範囲として推定する。また、円２０５の半径は、飛行体２００の高度に応じて変化することから、落下範囲推定部１０２は、あらかじめ設定された高度と円２０５の半径との関係に基づいて、円２０５の半径を設定する。

また、より実際的には、落下範囲は風の影響を相当に受ける。このため、落下範囲の推定においては、飛行体２００の高度に加えて、風の向き及び風速もパラメータとして用いられているのがよい。このため、本実施の形態１においては、落下範囲推定部１０２が、少なくとも地上からの高度と風速との組み合わせに対する落下範囲をデータベースとしてあらかじめ保持し、データベースを参照して、落下範囲を推定する、のが好ましい。この点について図３及び図４を用いて説明する。

図３は、飛行体と風向きとの関係の一例を示す図である。図４は、風速及び高度に応じた落下範囲の一例を示す図である。図３に示すように、飛行体２００が風による影響を受けているとする。この場合、落下範囲推定部１０２は、風の向きを示す仮想的な矢印を鉛直方向に沿って地上に投影して得られた方向（矢印３０１で示す方向）を主軸方向に設定し、これに直交する方向（矢印３０２で示す方向）をサブ軸方向に設定する。

そして、図４に示すように、風速と飛行体２００の現在の高度とを、それぞれパラメータとして、両者の様々な組み合わせ毎に、落下範囲４０１〜４０３が設定される。設定された落下範囲４０１〜４０３は、対応する組み合わせに関連付けられて、データベースとして保持される。

また、落下範囲推定部１０２は、データベースを用いる代わりに、風の向き、風速、および飛行体２００の高度に基づいて、飛行体２００が落下した場合の物理的なシミュレーションを実行して、リアルタイムに落下範囲を算出することもできる。

また、図３及び図４において、風向き及び風速は、落下開始以前の自律制御が良好に機能していた時点における飛行体２００の姿勢制御情報を用いれば、推定することができる。但し、この場合、風向き及び風速は、飛行体２００に固有の３次元座標系上で推定されているので、検知部１０１による対象検知の場合と同様に、落下範囲推定部１０２は、計算幾何学を用いて地表平面座標系における落下範囲を設定する。

なお、図３及び図４の例では、風向きを示す仮想的な矢印を鉛直方向に沿って地上に投影して得られた方向３０１が、主軸方向とされる例について説明しているが、無風の場合は、主軸方向が不定となる。しかし、無風の場合は、落下範囲は、飛行体２００の現在位置を中心とした同心円状となるため、主軸方向は任意に設定されていても全く問題はない。

制御部１０３は、本実施の形態１では、対象の位置と落下範囲とが地表平面座標系で表現されているので、地表平面座標系上で両者が重なっているかどうかを判定する。判定の結果、両者が重なっている場合は、制御部１０３は、検知部１０１によって検出された対象が、落下範囲推定部１０２によって推定された落下範囲内に位置しないように、飛行体２００の位置を制御する。具体的には、制御部１０３は、対象の位置と落下範囲とが重ならないように、モータ駆動部２０２を介して、各モータ２０３の出力を調整して、飛行体２００に回避運動を行なわせる。

対象の位置と落下範囲との重なりを避けるために行なわれる飛行体２００の主たる回避運動としては、次の２つが挙げられる。１つは、検出した対象が落下範囲内に入らぬよう、飛行体２００を水平方向に移動させる回避運動である。もう１つは、検出した対象が落下範囲内に入らぬよう、飛行体２００を降下させて高度を下げる回避運動である。

前者のメリットは、飛行体２００の位置に対する落下範囲の相対位置が基本的に変化しないため、検出した対象が落下範囲内に入らぬように、落下範囲を水平移動させることを考えればよく、制御が容易であるという点である。落下範囲の水平移動する際の方向および距離が、飛行体２００を移動させるべき方向および距離に対応することとなる。

後者のメリットは、落下範囲の面積を絞り込んで小さくすることができる点と、万が一落下した場合の衝撃を小さくできる点とである。落下範囲の面積を小さくできる理由は、後者の回避運動を行なうと、飛行体２００が地面に到達するまでの落下時間が短くなり、落下時の飛行体２００の水平方向への移動量が確実に低下するからである。

ここで、図５及び図６を用いて、飛行体の高度を低下させる回避運動のメリットについて具体的に説明する。図５は、地上に存在する人と落下範囲との位置関係の一例を示す図である。図６は、図５に示した状態から飛行体２００の高度を下げた場合を示す図である。

図５に示すように、例えば、複数の人５０２が地上に存在しており、飛行体２００が現在の高度に位置している場合は、飛行体２００がどのように水平移動しても、落下範囲５０１内に人５０２が入ってしまう状態にあるとする。このような状態において、飛行体２００に、高度を下げる回避運動を行なわせると、図６に示すように、落下範囲６０１は、落下範囲５０１よりも狭くなるので、落下範囲６０1と人６０２の位置とを重複させないようにすることができる。

［装置動作］
次に、本発明の実施の形態１における飛行体制御装置１００の動作について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態１における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１〜図６を参酌する。また、本実施の形態１では、飛行体制御装置１００を動作させることによって、飛行体制御方法が実施される。よって、本実施の形態１における飛行体制御方法の説明は、以下の飛行体制御装置１００の動作説明に代える。

図７に示すように、最初に、検知部１０１は、撮像装置２０１が出力した映像データを取得する（ステップＡ１）。次に、検知部１０１は、ステップＡ１で取得した映像データから、対象を検知する（ステップＡ２）。また、ステップＡ２では、検知部１０１は、映像中の対象の座標に各種パラメータを適用して幾何学計算を実行し、検知した対象の地表平面上における位置を特定する。

次に、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００が落下した場合の落下範囲を推定する（ステップＡ３）。このとき、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００が飛行している空域の風の方向及び風速を考慮して、落下範囲を推定する。

その後、制御部１０３は、ステップＡ２で検出した対象とステップＡ３で推定した落下範囲とが重なっているかどうかを判定し、重なっている場合は、対象が落下範囲に入らないように飛行体２００を制御する（ステップＡ４）。具体的には、制御部１０３は、飛行体２００に、水平方向への移動及び高度の低下のいずれか又は両方の回避運動を行なわせ、対象と落下範囲との重なりを解消する。

なお、ステップＡ４では、例えば、制御部１０３は、飛行体２００を水平方向に移動するように制御しても、検知された対象の位置と落下範囲との重なりを解消できない場合に、飛行体２００の高度が下がるように飛行体２００を制御して、検知された対象の位置と落下範囲とが重ならないようにしても良い。

［実施の形態１による効果］
以上のように、本実施の形態１では、飛行体２００の運用において、落下によるリスクを低減することが可能となる。本実施の形態１によれば、人が存在する場所及びその付近の空域であっても、飛行体２００を低リスクで運用することが可能となる。

［プログラム］
本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータに、図７に示すステップＡ１〜Ａ４を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態１における飛行体制御装置１００と飛行体制御方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、及び制御部１０３として機能し、処理を行なう。

また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、及び制御部１０３のいずれかとして機能しても良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における、飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びプログラムについて、図８及び図９を参照しながら説明する。

［装置構成］
最初に、本実施の形態２における飛行体制御装置の構成について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態２における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、本実施の形態２における飛行体制御装置１２０は、図１にも示した、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、及び制御部１０３に加えて、移動範囲推定部１０４を更に備えている。本実施の形態２における飛行体制御装置１２０は、この点で、図１に示した実施の形態１における飛行体制御装置１００と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

移動範囲推定部１０４は、飛行体２００が落下し始めたと仮定した場合に、落下の開始から地上に到達するまでの間に、検知部１０１によって検知済みの対象が地上において移動する可能性の範囲（以下「予想移動範囲」と表記する。）を推定する。

例えば、飛行体２００が現在の時刻から落下し始め、それが地上に到達するまでの時間が5秒、対象である人の走る速さが最大７ｍ／秒と仮定する。この場合は、移動範囲推定部１０４は、対象である人の存在位置を中心とした半径３５ｍの円形の範囲を、予想移動範囲として推定する。なお、予想移動範囲も、最終的には地表平面座標系で表現される。

また、本実施の形態２では、制御部１０３は、実施の形態１と異なり、移動範囲推定部１０４によって、対象について予想移動範囲が推定されると、移動範囲推定部１０４が推定した予想移動範囲と落下範囲とが重なっているかどうかを判定する。判定の結果、両者が重なっている場合は、制御部１０３は、両者が重ならないように、飛行体２００を制御する。なお、上述したように、予想移動範囲も落下範囲と同様に地表平面座標系で表現されるので、制御部１０３における重なりの判定は容易なものとなる。

［装置動作］
次に、本発明の実施の形態２における飛行体制御装置１２０の動作について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態２における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図８を参酌する。また、本実施の形態２では、飛行体制御装置１２０を動作させることによって、飛行体制御方法が実施される。よって、本実施の形態２における飛行体制御方法の説明は、以下の飛行体制御装置１２０の動作説明に代える。

図９に示すように、最初に、検知部１０１は、撮像装置２０１が出力した映像データを取得する（ステップＢ１）。次に、検知部１０１は、ステップＢ１で取得した映像データから、対象を検知する（ステップＢ２）。また、ステップＢ２では、検知部１０１は、検知した対象の地表平面上における位置を特定する。なお、ステップＢ１及びＢ２は、それぞれ、図７に示したステップＡ１及びＡ２と同様のステップである。

次に、移動範囲推定部１０４は、ステップＢ２で検知された対象の予想移動範囲を推定する（ステップＢ３）。具体的には、移動範囲推定部１０４は、映像データ上で、対象の移動速度を算出し、更に、飛行体２００の高度及び速度から、現時点で落下し始めた場合の飛行体２００が地上に到達するまでの時間も算出する。そして、移動範囲推定部１０４は、算出した対象の移動速度と時間とを用いて、予想移動範囲を推定する。

次に、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００が落下した場合の落下範囲を推定する（ステップＢ４）。その後、制御部１０３は、ステップＢ３で推定した予想移動範囲とステップＢ４で推定した落下範囲とが重なっているかどうかを判定し、重なっている場合は、予想移動範囲と落下範囲とが重ならないように飛行体２００を制御する（ステップＢ５）。具体的には、制御部１０３は、飛行体２００に、水平方向への移動及び高度の低下のいずれか又は両方の回避運動を行なわせ、予想移動範囲と落下範囲との重なりを解消する。なお、ステップＢ４は、図７に示したステップＡ３と同様のステップである。

なお、ステップＢ５では、例えば、制御部１０３は、飛行体２００を水平方向に移動するように制御しても、検知された対象の位置と落下範囲との重なりを解消できない場合に、飛行体２００の高度が下がるように飛行体２００を制御して、予想移動範囲と落下範囲とが重ならないようにしても良い。

［実施の形態２による効果］
以上のように、本実施の形態２によれば、落下時の飛行体２００と対象との衝突をより確実に回避することができるので、飛行体２００の運用において、落下によるリスクをよりいっそう低減することが可能となる。

また、上述の例では、予想移動範囲と落下範囲とが重ならないように飛行体２００を制御する例について説明しているが、本実施の形態２は、この例に限定されるものではない。例えば、移動範囲推定部１０４は、上述の予想移動範囲の代わりに、設定されたエリア毎に、飛行体の落下時における対象の存在確率といった、落下時に飛行体が対象に衝突する可能性を表す数値を算出してもよい。この場合、制御部１０３は、値が最小値となるエリアに移動するように、飛行体２００を制御する。この態様によれば、より多くの人物が存在する場所に飛行体２００が落下するリスクを低減させることができ、飛行体２００の最適制御が可能となる。

［プログラム］
本実施の形態２におけるプログラムは、コンピュータに、図９に示すステップＢ１〜Ｂ５を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態２における飛行体制御装置１２０と飛行体制御方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、制御部１０３、及び移動範囲推定部１０４として機能し、処理を行なう。

また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、制御部１０３、及び移動範囲推定部１０４のいずれかとして機能しても良い。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における、飛行体制御装置、飛行体制御方法、及びプログラムについて、図１０及び図１１を参照しながら説明する。

［装置構成］
最初に、本実施の形態３における飛行体制御装置の構成について図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置の構成を示すブロック図である。

図１０に示すように、本実施の形態３における飛行体制御装置１３０は、図１にも示した、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、及び制御部１０３に加えて、落下危険性推定部１０５をさらに備える。本実施の形態３における飛行体制御装置１３０は、この点で、図１に示した実施の形態１における飛行体制御装置１００と異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、落下危険性推定部１０５は、飛行体２００の現在の状況に基づいて、飛行体２００が落下する危険性を推測する。具体的には、落下危険性推定部１０５は、例えば、風速、気流の乱れ、バッテリー残量、遠隔操作用の無線電波の受信状態、モータ２０３の温度、飛行体制御装置１３０を構築するコンピュータの温度等を、時々刻々モニタリングし、各項目の値（「モニタリング情報」と表記する）を取得する。

そして、モニタリングの対象となっている項目は、それぞれ、その値があるところを超えると落下の危険性を高めるものであるので、項目毎にあらかじめ閾値が設定されている。よって、落下危険性推定部１０５は、モニタリングの対象となっている各項目について、その値があらかじめ定めた落下の危険性を示す閾値以上となっているかどうかを判定する。

判定の結果、１項目以上において閾値を超えている場合は、落下危険性推定部１０５は、落下の危険性が高まっていると判断し、その旨を制御部１０３に出力する。一方、判定の結果、いずれの項目についても閾値を超えていない場合は、落下危険性推定部１０５は、現時刻における落下の危険性は低いと判断し、その旨を制御部１０３に出力する。

制御部１０３は、落下危険性推定部１０５が落下の危険性が高いと判断した場合は、検知部１０１が検出した対象の位置が、落下範囲推定部１０２が推定した落下範囲と重ならないように、飛行体２００を制御する。

また、制御部１０３は、落下危険性推定部１０５が落下の危険性が少ないと判断した場合は、検知部１０１が検出した対象の位置が、落下範囲推定部１０２が推定した落下範囲と重なることを許すこともできる。この場合、制御部１０３が、飛行体２００に回避運動を行なわせることはない。

［装置動作］
次に、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置１３０の動作について図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態３における飛行体制御装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１０を参酌する。また、本実施の形態３では、飛行体制御装置１３０を動作させることによって、飛行体制御方法が実施される。よって、本実施の形態３における飛行体制御方法の説明は、以下の飛行体制御装置１３０の動作説明に代える。

図１１に示すように、最初に、検知部１０１は、撮像装置２０１が出力した映像データを取得する（ステップＣ１）。次に、検知部１０１は、ステップＣ１で取得した映像データから、対象を検知する（ステップＣ２）。また、ステップＣ２では、検知部１０１は、検知した対象の地表平面上における位置を特定する。次に、落下範囲推定部１０２は、飛行体２００が落下した場合の落下範囲を推定する（ステップＣ３）。なお、ステップＣ１〜Ｃ３は、それぞれ、図７に示したステップＡ１〜Ａ３と同様のステップである。

次に、落下危険性推定部１０５は、飛行体２００の現在の状況に基づいて、飛行体２００が落下する危険性を推測する（ステップＣ４）。具体的には、ステップＣ４では、落下危険性推定部１０５は、常時モニタリングしている各項目について、その値があらかじめ定めた閾値以上となっているかどうかを判定する。落下危険性推定部１０５は、判定の結果、１項目以上において閾値を超えている場合は、落下の危険性が高まっていると判断し、そうでない場合は、落下の危険性は低いと判断する。

その後、制御部１０３は、ステップＣ４において危険性が高いと判断されているかどうかを確認し、危険性が高いと判断されている場合は、対象が落下範囲に入らないように飛行体２００を制御する（ステップＣ５）。

［実施の形態３による効果］
以上の、本実施の形態３によれば、落下の危険性が小さい場合には、飛行体２００は人の上空も飛行できるので、飛行体２００による人口密度の高い場所の上空での作業、そうした空域の通過などが可能となる。この結果、飛行体２００による作業の効率化が図られることとなる。

また、図１２に示すように、本実施の形態３における飛行体制御装置１３０は、実施の形態２において図８に示した移動範囲推定部１０４を備えることもできる。この場合は、制御部１０３は、ステップＣ４において危険性が高いと判断されたときに、対象の位置及び予想移動範囲のうちのいずれかと落下範囲とが重ならないように飛行体２００を制御する。

［プログラム］
本実施の形態３におけるプログラムは、コンピュータに、図１１に示すステップＣ１〜Ｃ５を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態３における飛行体制御装置１３０と飛行体制御方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、制御部１０３、及び落下危険性推定部１０５として機能し、処理を行なう。

また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、検知部１０１、落下範囲推定部１０２、制御部１０３、及び落下危険性推定部１０５のいずれかとして機能しても良い。

（物理構成）
ここで、実施の形態１〜３におけるプログラムを実行することによって、飛行体制御装置を実現するコンピュータについて図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態１〜３における飛行体制御装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

図１３に示すコンピュータは、飛行体に搭載される組み込みコンピュータである。但し、実施の形態１〜３において、コンピュータは、地上から飛行体とデータ通信を行うコンピュータであっても良い。この場合は、飛行体制御装置は、飛行体とは別の場所に構築されることになる。

図１３に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、通信インターフェイス１１４とを備える。これらの各部は、バス１１５を介して、互いにデータ通信可能に接続される。

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。

記憶装置１１３の具体例としては、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。通信インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１６に格納された状態で提供される。記録媒体１１６の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記憶媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記憶媒体が挙げられる。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１４を介して提供されていても良い。

なお、本実施の形態における飛行体制御装置は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、飛行体制御装置は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。

上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記１８）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。

（付記１）
飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、検知部と、
前記飛行体の落下範囲を推定する、落下範囲推定部と、
検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、制御部と、
を備えることを特徴とする飛行体制御装置。

（付記２）
前記落下範囲推定部は、前記飛行体の地上からの高度と、風の向きおよび風速を特定する風情報とに基づいて、前記落下範囲を推定する、
付記１に記載の飛行体制御装置。

（付記３）
前記落下範囲推定部は、少なくとも地上からの高度と風速との組み合わせに対する落下範囲をデータベースとしてあらかじめ保持し、前記データベースを参照して、前記落下範囲を推定する、
付記２に記載の飛行体制御装置。

（付記４）
検知された前記対象が、前記飛行体が落下を開始してから地上に到達するまでの間に、地上において移動する可能性のある範囲を予想移動範囲として推定する、移動範囲推定部をさらに備え、
前記制御部は、推定された前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記１に記載の飛行体制御装置。

（付記５）
前記制御部は、前記飛行体を水平方向に移動するように制御しても、検知された前記対象の位置と前記落下範囲との重なりを解消できない場合、前記飛行体の高度が下がるように前記飛行体を制御して、検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないようにする、
付記１に記載の飛行体制御装置。

（付記６）
前記飛行体の状況に基づいて、前記飛行体が落下する危険性を推測する、落下危険性推定部をさらに備え、
前記制御部は、推測された前記危険性があらかじめ定めた水準を超える場合に、検知された前記対象の位置及び前記予想移動範囲のうちいずれかと前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記４に記載の飛行体制御装置。

（付記７）
（ａ）飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、ステップと、
（ｂ）前記飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
（ｃ）検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、ステップと、
を有することを特徴とする飛行体制御方法。

（付記８）
前記（ｂ）のステップにおいて、前記飛行体の地上からの高度と、風の向きおよび風速を特定する風情報とに基づいて、前記落下範囲を推定する、
付記７に記載の飛行体制御方法。

（付記９）
前記（ｂ）のステップにおいて、少なくとも地上からの高度と風速との組み合わせに対する落下範囲をデータベースとしてあらかじめ保持し、前記データベースを参照して、前記落下範囲を推定する、
付記８に記載の飛行体制御方法。

（付記１０）
（ｄ）検知された前記対象が、前記飛行体が落下を開始してから地上に到達するまでの間に、地上において移動する可能性のある範囲を予想移動範囲として推定する、ステップをさらに有し、
前記（ｃ）のステップにおいて、推定された前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記７に記載の飛行体制御方法。

（付記１１）
前記（ｃ）のステップにおいて、前記飛行体を水平方向に移動するように制御しても、検知された前記対象の位置と前記落下範囲との重なりを解消できない場合、前記飛行体の高度が下がるように前記飛行体を制御して、検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないようにする、
付記７に記載の飛行体制御方法。

（付記１２）
（ｅ）前記飛行体の状況に基づいて、前記飛行体が落下する危険性を推測する、ステップをさらに有し、
前記（ｃ）のステップにおいて、推測された前記危険性があらかじめ定めた水準を超える場合に、検知された前記対象の位置及び前記予想移動範囲のうちいずれかと前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記１０に記載の飛行体制御方法。

（付記１３）
コンピュータに、
（ａ）飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから、対象を検知する、ステップと、
（ｂ）前記飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
（ｃ）検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、ステップと、
を実行させるプログラム。

（付記１４）
前記（ｂ）のステップにおいて、前記飛行体の地上からの高度と、風の向きおよび風速を特定する風情報とに基づいて、前記落下範囲を推定する、
付記１３に記載のプログラム。

（付記１５）
前記（ｂ）のステップにおいて、少なくとも地上からの高度と風速との組み合わせに対する落下範囲をデータベースとしてあらかじめ保持し、前記データベースを参照して、前記落下範囲を推定する、
付記１４に記載のプログラム。

（付記１６）
前記コンピュータに、
（ｄ）検知された前記対象が、前記飛行体が落下を開始してから地上に到達するまでの間に、地上において移動する可能性のある範囲を予想移動範囲として推定する、ステップをさらに実行させ、
前記（ｃ）のステップにおいて、推定された前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記１３に記載のプログラム。

（付記１７）
前記（ｃ）のステップにおいて、前記飛行体を水平方向に移動するように制御しても、検知された前記対象の位置と前記落下範囲との重なりを解消できない場合、前記飛行体の高度が下がるように前記飛行体を制御して、検知された前記対象の位置と前記落下範囲とが重ならないようにする、
付記１３に記載のプログラム。

（付記１８）
前記コンピュータに、
（ｅ）前記飛行体の状況に基づいて、前記飛行体が落下する危険性を推測する、ステップをさら実行させ、
前記（ｃ）のステップにおいて、推測された前記危険性があらかじめ定めた水準を超える場合に、検知された前記対象の位置及び前記予想移動範囲のうちいずれかと前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
付記１６に記載のプログラム。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１５年８月２５日に出願された日本出願特願２０１５−１６５８５０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

以上のように、本発明によれば、ＵＡＶといった飛行体を、人が存在する場所及びその付近の空域においても、低いリスクで運用することができる。本発明は、種々の飛行体に有用である。

１００ 飛行体制御装置
１０１ 検知部
１０２ 落下範囲推定部
１０３ 制御部
１０４ 移動範囲推定部
１０５ 落下危険性推定部
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 通信インターフェイス
１１５ バス
１１６ 記録媒体
２００ 飛行体
２０１ 撮像装置
２０２ モータ駆動部
２０３ モータ
２０４ 飛行体の直下に位置する点
２０５ 落下範囲となる円
２０６ 対象（人）
３０１ 風の向きを示す仮想的な矢印を地上に投影して得られた方向（主軸方向）
３０２ 主軸方向に直交する方向（サブ軸方向）
４０１、４０２、４０３ 風速および高度の組み合せ毎に設定された落下範囲
５０１ 人の存在位置と重なりのある落下範囲
５０２ 人
６０１ 人の存在位置と重なりのない落下範囲
６０２ 人

Claims (8)

1. 飛行体の落下範囲を推定する、落下範囲推定部と、
   前記飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから検知された動体の移動速度と前記落下範囲とに基づいて、前記飛行体を制御する、制御部と、
   を備えることを特徴とする飛行体制御装置。
2. 前記落下範囲推定部は、前記飛行体の地上からの高度と、風の向きおよび風速を特定する風情報とに基づいて、前記落下範囲を推定する、
   請求項１に記載の飛行体制御装置。
3. 前記落下範囲推定部は、少なくとも地上からの高度と風速との組み合わせに対する落下範囲をデータベースとしてあらかじめ保持し、前記データベースを参照して、前記落下範囲を推定する、
   請求項２に記載の飛行体制御装置。
4. 前記動体が、前記飛行体が落下を開始してから地上に到達するまでの間に、地上において移動する可能性のある範囲を予想移動範囲として推定する、移動範囲推定部をさらに備え、
   前記制御部は、推定された前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
   請求項１から３のいずれかに記載の飛行体制御装置。
5. 前記制御部は、前記飛行体を水平方向に移動するように制御しても、前記予想移動範囲と前記落下範囲との重なりを解消できない場合、前記飛行体の高度が下がるように前記飛行体を制御して、前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないようにする、
   請求項４に記載の飛行体制御装置。
6. 前記飛行体の状況に基づいて、前記飛行体が落下する危険性を推測する、落下危険性推定部をさらに備え、
   前記制御部は、推測された前記危険性があらかじめ定めた水準を超える場合に、前記予想移動範囲と前記落下範囲とが重ならないように前記飛行体を制御する、
   請求項４に記載の飛行体制御装置。
7. （ａ）飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
   （ｂ）前記飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから検知された動体の移動速度と前記落下範囲とに基づいて、前記飛行体を制御する、ステップと、
   を有することを特徴とする飛行体制御方法。
8. コンピュータに、
   （ａ）飛行体の落下範囲を推定する、ステップと、
   （ｂ）前記飛行体の下方を撮影する撮像装置が出力した映像データから検知された動体の移動速度と前記落下範囲とに基づいて、前記飛行体を制御する、ステップと、
   を実行させるプログラム。

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