JP6984739B2 - 捜索支援装置、捜索支援方法、及びプログラム - Google Patents

捜索支援装置、捜索支援方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、捜索経路を算出する、捜索支援装置、捜索支援方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
ビークルにセンサを搭載し、目標物の捜索を行うシステムが利用されている。海上や海中、空中で利用されるこれらのシステムにおいて、ビークルの有人、無人を問わず、移動経路の決定は、オペレータがウェイポイントを手動で入力する方式が採用されている。
また、地上で利用されるビークルについては、自動車のカーナビゲーションに代表される経路探索により、ルートを決定する方式が採用されている。
関連する技術として、特許文献1には、戦闘用の航空機における最適な飛行経路を探索する飛行経路探索装置について開示されている。その飛行経路探索装置によれば、地図データを水平面内で複数の格子に分割し、地図データ及び敵勢力範囲情報に基づいて、複数の格子それぞれの攻撃回避度合いに関する点数を算出し、算出された複数の格子の各点数に基づいて、任務開始位置から攻撃位置までの飛行経路を探索する。
また、特許文献2には、目標位置まで、味方の誤射を避けるように飛行計画を立案する飛行計画立案装置が開示されている。その飛行計画立案装置によれば、飛行経路情報と、気象情報と、脅威情報とに基づいて、飛行計画を立案する。
また、特許文献3には、船舶について燃料の消費を最小化するための航路を算出する運行支援システムが開示されている。
特開2015−001377号公報 特開平04−298000号公報 特開2009−286230号公報
ところで、ビークルに周囲環境の影響を受けやすいセンサを搭載し、目標物の捜索を行うシステムにおいて、目標物の捜索を行いつつ、目標物の位置まで移動する場合、周囲環境を把握し、周囲環境に応じて捜索経路を算出する必要がある。
しかしながら、上述した特許文献1、2に開示の装置においては、飛行経路を算出する装置ではあるが、上述したようなセンサを利用して、周囲環境に応じて目標物の位置まで、捜索経路を算出することについて開示されていない。また、特許文献3においても、航路を算出しているが、上述したようなセンサを利用して、周囲環境に応じて目標物の位置まで、捜索経路を算出することについて開示されていない。更に、特許文献1から3には、脅威となる対象から、自身の被探知を抑制しながら、目標物の位置まで移動することについて開示されていない。
従って、上述した特許文献1から3に開示された技術を用いても、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて目標位置までの捜索経路を算出することは困難である。
本発明の目的の一例は、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて目標位置までの捜索経路を算出する捜索支援装置、捜索支援方法、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捜索支援装置は、
囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ手段の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ手段の捜索有効範囲を推定する、捜索有効範囲推定手段と、
前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、脅威有効範囲推定手段と、
前記捜索センサ手段の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所の分布とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、経路算出手段と、
を有す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捜索支援方法は、
コンピュータが、
(a)囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定し、
(b)前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定し、
(c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、
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)囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定する、ステップと、
(b)前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、ステップと、
(c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、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、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて目標位置までの捜索経路を算出することができる。
図1は、捜索支援装置の一例を示す図である。 図2は、捜索支援装置を有する捜索支援システムの一例を示す図である。 図3は、捜索支援システムの具体的な図である。 図4は、目標物の探知確率の説明をするための図である。 図5は、脅威となる対象物からの被探知確率の説明をするための図である。 図6は、捜索経路の表示の一例を示す図である。 図7は、探知確率要求度と被探知確率要求度の変動を示す図である。 図8は、捜索経路を算出する動作の一例を示す図である。 図9は、移動コストを算出する動作の一例を示す図である。 図10は、捜索支援装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態1について、図1から図10を参照しながら説明する。
[装置構成]
最初に、図1を用いて、本実施の形態における捜索支援装置の構成について説明する。図1は、捜索支援装置の一例を示す図である。
図1に示す本実施の形態における捜索支援装置1は、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて目標位置までの捜索経路を算出する装置である。図1に示すように、捜索支援装置1は、捜索センサ部2と、環境センサ部3と、捜索有効範囲推定部4と、脅威有効範囲推定部5と、経路算出部6とを有する。目標位置は、目標位置を含むその周辺範囲としてもよい。
このうち、捜索センサ部2は、目標物を捜索する。環境センサ部3は、周囲環境を計測し、計測結果に基づいて環境情報を生成する。捜索有効範囲推定部4は、環境情報と捜索センサ部2の性能を示す性能情報とを用いて、捜索センサ部2の捜索有効範囲を推定する。脅威有効範囲推定部5は、環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、対象物の保有するセンサの脅威有効範囲を推定する。経路算出部6は、捜索センサ部2の捜索有効範囲と、対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、脅威となる対象物の存在確率の分布とに基づいて、目標物までの捜索経路を算出する。
このように、本実施の形態では、捜索センサ部2の捜索有効範囲と、対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、脅威となる対象物の存在確率の分布とに基づいて、目標物までの捜索経路を算出できる。そのため、例えば、ビークルに周囲環境の影響を受けやすいセンサを搭載した場合でも、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて、目標位置までの捜索経路を算出することができる。その結果、ビークルに搭載したセンサが周囲環境の影響を受けやすいセンサを利用しても、ミッションの目的に対して最適性の高い捜索経路を算出することができる。
[システム構成]
続いて、図2を用いて、本実施の形態における捜索支援装置1と、捜索支援装置1を有する捜索支援システム20について具体的に説明する。図2は、捜索支援装置を有する捜索支援システムの一例を示す図である。
図2に示すように、本実施の形態における捜索支援システム20は、データベース局101及びビークル110を有する。データベース局101は、例えば、データベースを設置する施設である。データベース局101は、脅威対象情報データベース102と、広域目標情報データベース103と、広域環境情報データベース104と、広域危険度情報データベース105と、通信装置106とを有する。
脅威対象情報データベース102は、脅威となる対象物が保有するセンサの性能を示す情報を記憶する。広域目標情報データベース103は、捜索支援システム20の外部から取得する目標物の存在を示す情報を有する。広域環境情報データベース104は、捜索支援システム20の外部から取得する周囲環境を計測した環境情報を有する。言い換えれば、環境情報は、センサの性能、又はビークルの移動性能の算出に用いる情報である。広域危険度情報データベース105は、捜索支援システム20の外部から取得する脅威となる対象物の存在を示す情報を有する。通信装置106は、これらのデータベース102から105が有するデータを、ビークル110の通信装置114を介して送信する。
ビークル110は、移動可能なビークルである。ビークル110は、パラメータ入力装置111と、捜索センサ装置112(捜索センサ部2)と、環境情報取得センサ装置113(環境センサ部3)と、通信装置114と、捜索支援装置115(捜索有効範囲推定部4、脅威有効範囲推定部5及び経路算出部6を有する捜索支援装置1)と、表示装置116とを有する。
パラメータ入力装置111は、ミッションの目的に合わせたパラメータ値を設定する。捜索センサ装置112は、ミッションにより設定される目標物を捜索し、目標物について目標物情報を生成する。環境情報取得センサ装置113は、センサの性能、又はビークルの移動性能の算出に用いる環境情報を生成する。例えば、周囲のセンサ能力やビークルの移動性能に関する情報である。通信装置114は、データベース局101から、通信装置106を介してデータを受信する。捜索支援装置115は、捜索経路の算出を行う。表示装置116は、算出した捜索経路を表示する。
捜索支援システムについて具体的に説明する。
ビークル110を水上又は水中航走体とし、捜索センサ装置112を音波によりセンシングを行うソーナーとした場合について、図3を用いて説明する。図3は、捜索支援システムの具体的な図である。
図3において、ビークル110は、パラメータ入力装置201(111)、捜索センサ装置202(112:ソーナー)、環境情報取得センサ装置203(113)、データベース局204(101)、捜索支援装置205(115)、表示装置206(116)を有する。
パラメータ入力装置201は、開始・終了位置設定情報210と、速力設定情報211と、ミッション設定情報212とを捜索支援装置205へ入力する。
具体的には、開始・終了位置設定情報210は、ビークル110による捜索の開始位置と終了位置とを示す情報を有する。速力設定情報211は、ビークル110の速力を設定するための情報である。なお、複数の設定値を有してもよい。ミッション設定情報212は、実施するミッションに関する目標物の探知確率の要求度と、脅威となる対象物からの被探知確率の要求度と、ミッション遂行時間の要求度とを有する情報である。要求度は、実施するミッションにおける各パラメータの重要度を表した値であり、捜索経路の算出において、重み付けとして利用する。例えば、目標物の探知確率の要求度を高く設定し、脅威となる対象物からの被探知確率の要求度を低く設定する場合、目標物を探知しやすいが、脅威となる対象物からは探知される可能性の高い経路を算出する。
捜索センサ装置202は、音波情報を取得し、取得した音波情報に対して、信号処理、及び情報処理などを行う装置である。また、捜索センサ装置202は、目標物情報(目標位置情報220、目標運動情報221)を捜索支援装置205へ入力する。
具体的には、目標位置情報220は、探知した目標物の位置の分布及び確度それぞれを示す情報である。目標運動情報221は、目標物の移動方向と移動速度の分布を示す情報である。
環境情報取得センサ装置203は、周囲水中音速情報230と、周囲流速情報231とを捜索支援装置205へ出力する。
具体的には、周囲水中音速情報230は、水中センサを用いて取得した水温を示す情報と、電気伝導度から算出した水中音速の鉛直プロファイルを示す情報などである。周囲流速情報231は、水中センサを用いて取得した、周囲の水流の速度ベクトルを示す情報である。
データベース局204は、脅威対象センサ性能情報240と、広域目標位置情報241と、広域水中音速情報242と、広域流速情報243と、広域危険度情報244とを捜索支援装置205へ、通信装置106を介して送信する。
具体的には、脅威対象センサ性能情報240は、データベース局204から受信した、ビークル110の脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す情報である。広域目標位置情報241は、ビークル110の目標物の存在確率の分布を示す情報である。広域水中音速情報242は、ミッションにおいて捜索する領域全体の水中音速分布を示す情報である。広域流速情報243は、ミッションにおいて捜索する領域全体の流速分布を示す情報である。広域危険度情報244は、脅威となる対象物の存在確率の分布を示す情報である。
捜索支援装置205は、パラメータ入力装置201と、捜索センサ装置202と、環境情報取得センサ装置203と、データベース局204とから取得した情報を用いて、経路情報と、探知確率情報と、被探知確率情報とを算出する。
捜索支援装置205は、捜索経路算出部250と、センサ性能推定部251と、目標位置推定部252と、水中音速推定部253と、流速推定部254と、捜索センサ能力データ255と、地形データ256とを有する。更に、捜索支援装置205は、探知確率算出部261と、被探知確率算出部262と、移動コスト算出部263と、表示情報生成部264とを有する。
捜索経路算出部250は、センサ性能推定部251(捜索有効範囲推定部4、脅威有効範囲推定部5)、目標位置推定部252、流速推定部254から取得した情報と、広域危険度情報244と、地形データ256の情報とを用いて、捜索経路を探索し、経路情報を算出する。
具体的には、捜索経路算出部250は、パラメータ入力装置201から取得した、複数の捜索条件パラメータが入力された場合、そのうち一つの捜索条件パラメータを選択する。続いて、捜索経路算出部250は、選択した捜索条件パラメータについて、捜索経路を探索の対象とする範囲を算出する。
なお、捜索経路算出部250は、捜索条件パラメータで設定された開始位置と終了位置との間の移動について、捜索条件パラメータで設定されたビークル110の速力を用いた場合、捜索条件パラメータで設定されたミッション遂行時間内に到達できる範囲のみを経路探索範囲とする。
ここで、開始位置と終了位置との間において設定された速力で直線移動し、かつミッション設定情報中のミッション遂行時間を超える場合、選択された条件で到達できないと判定し、捜索経路を探索する対象範囲から外す。
続いて、捜索経路算出部250は、捜索経路を探索で使用するセルを生成するため、経路探索範囲を後述するグリッド分割処理をする。なお、グリッドの間隔は固定値としてもよいし、可変値としてもよい。
続いて、捜索経路算出部250は、捜索条件パラメータにより設定された開始位置から終了位置までの間に対する捜索経路算出処理を実行する。具体的には、捜索経路算出処理は、捜索経路に対して、個別の移動コストの設定ができる経路探索アルゴリズムである、ダイクストラ法、又はA*(A-Star)法などを用いる。ここで、移動コストとは、事前に設定された要求度に依存する移動に必要な仮想的な費用を示す値である。本実施の形態では、移動に必要な時間をベースとして、目標物の探知確率と、脅威となる対象物からの被探知確率とを踏まえて算出する。例えば、目標の探知確率の要求度を高く設定する場合は、目標物を探知しやすい経路はより低い移動コストとなる。また、脅威となる対象物からの被探知確率の要求度を高く設定する場合、脅威から探知されやすい経路はより高い移動コストとなる。
また、経路情報は、捜索を開始する開始位置から捜索を終了する終了位置までの捜索経路を示す情報である。探知確率情報は、ビークル110により捜索対象である目標物を探知できる範囲と、探知確率とを示す情報である。被探知確率情報は、ビークル110が脅威となる対象物から探知される範囲と、被探知確率とを示す情報である。
センサ性能推定部251が有する捜索有効範囲推定部4は、例えば、水中音速推定部253から取得した入力データと、捜索センサ能力データ255と、地形データ256とを用いて、入力データに対する捜索センサ装置202のソーナー性能を推定する。また、センサ性能推定部251が有する脅威有効範囲推定部5は、例えば、水中音速推定部253から取得した入力データと、脅威対象センサ性能情報240と、地形データ256とを用いて、入力データに対する脅威となる対象物が保有するソーナー性能を推定する。
なお、センサ性能推定部251は、捜索センサ装置202の性能がビークル110の速度により変化する場合、速力設定情報211を取得して、取得した速力設定情報211を加え、ソーナー性能を推定してもよい。
目標位置推定部252は、目標位置情報220と目標運動情報221より算出した指定日時における捜索センサ装置202により検出した、目標物の推定位置情報に加えて、広域目標位置情報241から取得した入力データを統合し、広域における目標物の存在確率の分布を算出する。
水中音速推定部253は、広域水中音速情報242を周囲水中音速情報230で補正することで水中音速分布の推定値を算出する。
流速推定部254は、広域流速情報243を周囲流速情報231で補正することで流速分布の推定値を算出する。
探知確率算出部261は、環境情報を用いて、推定した目標位置に到達する到達日時を推定し、目標物情報を用いて到達日時における目標物の存在確率の分布を推定する。また、探知確率算出部261は、環境情報を用いて到達日時における推定した目標位置の環境を推定するとともに、推定した目標物の存在確率の分布と、推定した目標位置の環境とを用いて、到達日時における、推定した目標位置における目標物の探知確率を算出する。
具体的には、探知確率算出部261は、まず、海流の流速情報などの環境情報を用いて、推定した目標位置に到達する到達日時と、推定した目標位置に到達するまでの移動時間とを推定する。続いて、探知確率算出部261は、目標位置情報220と目標運動情報221を用いて推定した目標位置と、広域目標位置情報241とに基づいて、到達日時における、推定した目標位置における目標物の存在確率の分布を算出する。また、探知確率算出部261は、広域水中音速情報242を周囲水中音速情報230で補正することで、水中音速分布の変動を加味し、到達日時における水中音速分布の推定値を算出する。そして、探知確率算出部261は、到達日時における、目標物の存在確率の分布と、水中音速分布の推定値と、捜索センサ能力データ255と、地形データ256とを用いて、目標物の探知確率を算出する。
目標物の探知確率の算出について、図4を用いて更に説明する。図4は、目標物の探知確率の説明をするための図である。
図4に示す目標存在推定マップ501は、グリッド分割処理により生成された複数のセルにより分割された、到達日時における目標物の存在確率の分布を示すマップである。なお、図4に示すようにセルの色が濃いほど、目標物の存在確率は高いものとする。
捜索有効範囲502は、到達日時における水中音速分布の推定値と、捜索センサ能力データ255と、地形データ256とを用いて算出した中心点503を基準とした捜索センサ装置202の有効範囲を示している。
探知確率マップ504は、目標存在推定マップ501と捜索有効範囲502との値を位置座標ごとに乗算することで算出される情報を示している。そして、探知確率マップ504に示すセルすべて乗算値を加算することで、目標物の探知確率に関する指標値を算出する。
被探知確率算出部262は、環境情報を用いて、推定した目標位置に到達する到達日時を推定し、目標物情報を用いて到達日時における目標物の存在確率の分布を推定する。また、被探知確率算出部262は、環境情報を用いて到達日時における推定した目標位置の環境を推定し、推定した目標物の存在確率の分布と、推定した目標位置の環境とを用いて、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報と、推定した目標位置の環境とを用いて、脅威となる対象物からの被探知確率を算出する。
具体的には、被探知確率算出部262は、探知確率算出部261と同様、推定した目標位置に到達する到達日時と、推定した目標位置に到達するまでの移動時間と、到達日時における推定した目標位置における目標物の存在確率の分布を算出する。また、被探知確率算出部262は、探知確率算出部261と同様、到達日時における水中音速分布の推定値を算出する。そして、被探知確率算出部262は、到達日時における、水中音速分布の推定値と、脅威対象センサ性能情報240と、広域危険度情報244と、地形データ256とを用いて、脅威となる対象物からの被探知確率を算出する。
脅威となる対象物からの被探知確率の算出について、図5を用いて更に説明する。図5は、脅威となる対象物からの被探知確率の説明をするための図である。
図5に示す脅威対象存在予測マップ601は、グリッド分割処理により生成された複数のセルにより分割された、到達日時における、脅威となる対象物の存在確率の分布を示すマップである。脅威対象存在予測マップ601は、広域危険度情報244を用いて生成される。なお、図5に示すようにセルの色が濃いほど、脅威となる対象物の存在確率は高いものとする。
脅威有効範囲602は、到達日時における水中音速分布の推定値と、脅威対象センサ性能情報240と、地形データ256とを用いて算出した中心点603を基準とした脅威となる対象物が保有するセンサにより探知される可能性のある有効範囲である。
被探知確率マップ604は、脅威対象存在予測マップ601と脅威有効範囲602との値を位置座標ごとに乗算することで算出される情報を示している。そして、被探知確率マップ604に示すセルすべての乗算値を加算することで、脅威となる対象物からの被探知確率に関する指標値を算出する。
移動コスト算出部263は、推定した目標位置における探知確率と、探知確率の要求度とを乗算した値と、推定した目標位置における被探知確率と、被探知確率の要求度とを乗算した値とを乗算して、推定した目標位置までの移動時間に対する、移動コストを算出する。
具体的には、移動コスト算出部263は、推定した目標位置が含まれるセルまでの移動時間に対して、推定した目標物の探知確率と、捜索条件パラメータで設定された目標物の探知確率の要求度とを乗算して乗算値を算出する。また、移動コスト算出部263は、推定した目標位置が含まれるセルまでの移動時間に対して、脅威となる対象物からの被探知確率と、捜索条件パラメータで設定された脅威となる対象物からの被探知確率の要求度とを乗算して乗算値を算出する。そして、移動コスト算出部263は、これらの乗算値を乗算して、推定した目標位置が含まれるセルまでの移動時間に対して、移動コストを算出する。
表示情報生成部264は、生成した経路情報と、探知確率情報と、被探知確率情報それぞれに対応する表示を、表示装置206に表示させるための表示情報を生成する。具体的には、表示情報生成部264は、経路情報についての表示を表示装置206に表示させるための経路表示情報270と、探知確率情報についての表示を表示装置206に表示させるための探知確率表示情報271と、被探知確率情報についての表示を表示装置206に表示させるための被探知確率表示情報272とを生成し、表示装置206へ送信する。
図6は、捜索経路の表示の一例を示す図である。図6に示す経路表示部701には、捜索条件パラメータごとの複数の捜索経路701a、701b、701cの算出結果と、経路探索対象範囲701dと経路探索用グリッド(セル)を表示する。
捜索条件パラメータ設定画面702は、捜索条件パラメータを設定する画面であり、複数の条件を設定することができる。目標探知確率要求度設定部703は、経路探索における目標物の探知確率に対する重みである探知確率に対する要求度を設定するためのユーザーインターフェースである。要求度は、例えば、数値入力でもよいし、スライドバーなどを用いて設定してもよい。被探知確率要求度設定部704は、経路探索における脅威となる対象物からの被探知確率に対する重みである被探知確率に対する要求度を設定するためのユーザーインターフェースである。ミッション遂行時間の要求値設定部705は、ミッション遂行時間の要求値を入力するユーザーインターフェースである。なお、要求度、要求値は、例えば、数値入力でもよいし、スライドバーなどを用いて設定してもよい。
探知・被探知確率表示部706は、捜索条件パラメータごとの最適捜索経路を選択した場合の捜索センサ装置202による目標物の探知確率の推移のグラフ、又は脅威となる対象物からの被探知確率の推移を示すグラフを表示する。
(変形例)
パラメータ入力装置201は、捜索条件ごとにそれぞれ一つの探知確率に対応する要求度と被探知確率に対する要求度を入力している。しかし、ミッション期間内(移動時間)において探知確率に対する要求度と被探知確率に対する要求度が変動する場合、図7に示すように要求度(探知確率要求度、被探知確率要求度)を、時間に応じて更新する設定をしてもよい。図7は、探知確率要求度と被探知確率要求度の変動を示す図である。
時間に応じて変動する要求度とは、実施するミッションにおける各パラメータの重要度が時間によって変化することを示す。例えば、ミッション開始直後は特に脅威となる対象物からの被探知が問題となるが一定時間後には被探知されても問題が無くなる場合は、ミッション開始直後の時間において被探知確率要求度を高く設定し、一定時間後に同要求度を低く設定する。この場合、移動コストの算出において用いる要求度(探知確率要求度、被探知確率要求度)は、移動コストを算出する位置への到達日時における値を用いる。
[装置動作]
次に、本発明の実施の形態における捜索支援装置の動作について図8、図9を用いて説明する。図8は、捜索経路を算出する動作の一例を示す図である。図9は、移動コストを算出する動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図1から図6を参酌する。また、本実施の形態では、捜索支援装置を動作させることによって、捜索支援方法が実施される。よって、本実施の形態における捜索支援方法の説明は、以下の捜索支援装置の動作説明に代える。
捜索経路を算出する動作について説明をする。
ステップA1(捜索条件選択)において、捜索経路算出部250は、パラメータ入力装置201から複数の捜索条件パラメータが入力された場合、そのうち一つの捜索条件パラメータを選択する。
ステップA2(経路探索対象範囲算出)において、捜索経路算出部250は、経路探索の対象とする範囲を算出する。捜索条件パラメータで設定された開始位置と終了位置との間の移動について、捜索条件パラメータで設定されたビークル110の速力を用いた場合、捜索条件パラメータで設定されたミッション遂行時間内で到達可能な範囲のみを経路探索範囲とする。
ステップA3において、捜索経路算出部250は、選択された条件において、ビークル110が終了位置に到達可能であるか否かを判定する。開始位置と終了位置との間を、設定された速力で直線移動する場合において、ビークル110の移動時間が、ミッション設定情報により設定されたミッション遂行時間(到達日時)を超えた場合(ステップA3:No)、選択された条件で到達可能ではないと判定し、以降の経路探索の対象範囲としない。
次に、ビークル110の移動時間がミッション遂行時間(到達日時)を超えていない場合(ステップA3:Yes)、ステップA4(経路探索用グリッド生成)において、捜索経路算出部250は、経路探索範囲に対してグリッド分割処理を実行する。
ステップA5(経路探索)において、捜索経路算出部250は、捜索条件パラメータにて設定された開始位置から終了位置の間に対する経路探索処理を実行する。例えば、経路に対して個別の移動コストの設定ができる、経路探索アルゴリズムであるダイクストラ法やA*法などを用いる。なお、セル間の移動コストは、図4に示す捜索条件パラメータに従った重みをつけた手法を用いるものとする。
ステップA6において、捜索経路算出部250は、パラメータ入力装置201から入力されたすべての捜索条件パラメータに対して捜索経路を算出したか否かを判定する。全ての捜索条件パラメータに対して捜索経路を算出していない場合(ステップA6:No)、捜索経路算出部250は、次の捜索条件パラメータに対して捜索経路算出を実行する。全ての捜索条件パラメータに対して捜索経路を算出してした場合(ステップA6:Yes)、捜索経路算出部250は、捜索経路算出処理を終了する。
移動コストを算出する動作について説明をする。
ステップB1(対象セルの到達時刻の算出)において、探知確率算出部261又は被探知確率算出部262は、移動コストの基準となるセルから、移動コストを算出する対象となる隣接セルまでの、ビークル110の移動時間を、海流の流速情報などを用いて算出する。
ステップB2(対象セル到達日時での推定した目標位置の算出)において、探知確率算出部261又は被探知確率算出部262は、目標位置情報220と広域目標位置情報241とより、対象セルの到達日時における目標物の存在確率の分布を算出する。
ステップB3(対象セル到達日時での推定環境の算出)において、探知確率算出部261又は被探知確率算出部262は、広域水中音速情報24を周囲水中音速情報230で補正することで、対象セルの到達日時における水中音速分布の推定値を算出する。なお、ステップB2、ステップB3の処理の順番は限定しない。
ステップB4(対象セルでの搭載センサによる目標物の探知確率の算出)において、探知確率算出部261は、対象セルの到達日時における目標物の存在確率の分布と、水中音速分布の推定値と、捜索センサ能力データ255と、地形データ256とを用いて、対象セルにおける目標物の探知確率を算出する。図5を参照。
ステップB5(対象セルでの脅威となる対象物からの被探知確率の算出)において、被探知確率算出部262は、対象セルの到達日時における水中音速分布の推定値と、脅威対象センサ性能情報240と、広域危険度情報244と、地形データ256とを用いて、対象セルにおける脅威となる対象物からの被探知確率を算出する。図6を参照。なお、ステップB4、ステップB5の処理の順番は限定しない。
ステップB6(対象セルへの重み付き移動コストの算出)において、移動コスト算出部263は、セル間の移動時間に対して、対象セルにおける目標物の探知確率と、捜索条件パラメータを用いて設定された目標探知確率の要求度との乗算値を算出する。また、移動コスト算出部263は、対象セルにおける脅威となる対象物からの被探知確率と、捜索条件パラメータを用いて設定された脅威となる対象物からの被探知確率の要求度との乗算値を算出する。そして、移動コスト算出部263は、それら乗算値を乗算して対象セルまでの移動コストを算出する。
[本実施の形態の効果]
以上のように本実施の形態によれば、捜索センサ部2の捜索有効範囲と、対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、脅威となる対象物の存在確率の分布とに基づいて、目標物までの捜索経路を算出できる。そのため、例えば、ビークルに周囲環境の影響を受けやすいセンサを搭載した場合でも、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて、目標位置までの捜索経路を算出することができる。その結果、ビークルに搭載したセンサが周囲環境の影響を受けやすいセンサを利用しても、ミッションの目的に対して最適性の高い捜索経路を算出することができる。
また、本実施の形態では、有人ビークルにおけるオペレータへの捜索経路の提示について説明をしたが、水中無人機や水上無人機などの無人ビークルに対して、捜索支援装置1を適用してもよい。
更に、無人機に搭載した捜索支援装置1は、事前に優先順位づけをした捜索条件パラメータを記憶し、それら捜索条件パラメータを用いて捜索経路探索処理を実行してもよい。また、捜索経路探索処理を実行した後、最も優先順位が高い捜索経路を選択し、無人機の行動判断に利用することができる。
[プログラム]
本発明の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図8に示すステップA1からA6を実行させるプログラム、図9に示すステップB1からB6を実行させるプログラムであれば良い。また、表示装置206に表示情報を表示させるプログラムであればよい。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、本実施の形態における捜索支援装置と捜索支援方法とを実現することができる。
また、コンピュータのプロセッサは、捜索経路算出部250、センサ性能推定部251、目標位置推定部252、水中音速推定部253、流速推定部254、探知確率算出部261、被探知確率算出部262、移動コスト算出部263、表示情報生成部264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、捜索経路算出部250、センサ性能推定部251、目標位置推定部252、水中音速推定部253、流速推定部254、探知確率算出部261、被探知確率算出部262、移動コスト算出部263、表示情報生成部264のいずれかとして機能してもよい。
[物理構成]
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、捜索支援装置を実現するコンピュータについて図10を用いて説明する。図10は、本発明の実施の形態における捜索支援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10に示すように、コンピュータ410は、CPU411と、メインメモリ412と、記憶装置413と、入力インターフェイス414と、表示コントローラ415と、データリーダ/ライタ416と、通信インターフェイス417とを備える。これらの各部は、バス421を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ410は、CPU411に加えて、又はCPU411に代えて、GPU(Graphics Processing Unit)、又はFPGA(Field-Programmable Gate Array)を備えていてもよい。
CPU411は、記憶装置413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412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。メインメモリ412は、典型的には、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の揮発性の記憶装置である。また、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420に格納された状態で提供される。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417を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
また、記憶装置413の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス414は、CPU411と、キーボード及びマウスといった入力機器418との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ415は、ディスプレイ装置419と接続され、ディスプレイ装置419での表示を制御する。
データリーダ/ライタ416は、CPU411と記録媒体420との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体420からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ410における処理結果の記録媒体420への書き込みを実行する。通信インターフェイス417は、CPU411と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
また、記録媒体420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)等の磁気記録媒体、又はCD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)などの光学記録媒体が挙げられる。
なお、本実施の形態における捜索支援装置1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、捜索支援装置1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。
[付記]
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。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)から(付記18)により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)
囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定する、捜索有効範囲推定部と、
前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、脅威有効範囲推定部と、
前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、経路算出部と、
を有することを特徴とする捜索支援装置。
(付記2)
付記1に記載の捜索支援装置であって、
記目標物について、推定した目標位置と、前記予測場所についての存在確率分布と、移動方向と、移動速度とを有する目標物情報を生成する捜索センサ部
をさらに備え、
前記経路算出部は、前記目標物情報に基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
ことを特徴とする捜索支援装置。
(付記3)
付記2に記載の捜索支援装置であって、
前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、前記到達日時における、推定した前記目標位置における前記目標物の探知確率を算出する、探知確率算出部
を有することを特徴とする捜索支援装置。
(付記4)
付記3に記載の捜索支援装置であって、
前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物からの被探知確率を算出する、被探知確率算出部
を有することを特徴とする捜索支援装置。
(付記5)
付記4に記載の捜索支援装置であって、
推定した前記目標位置における前記探知確率と、前記探知確率の要求度とを乗算した値と、推定した前記目標位置における前記被探知確率と、前記被探知確率の要求度とを乗算した値とを乗算して、推定した前記目標位置までの移動時間に対する、移動コストを算出する、移動コスト算出部
を有することを特徴とする捜索支援装置。
(付記6)
付記5に記載の捜索支援装置であって、
前記捜索経路、又は探知確率、又は被探知確率、又はそれらを組み合わせた表示をするための表示情報を生成する、表示情報生成部
を有することを特徴とする捜索支援装置。
(付記7)
コンピュータが、
(a)囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定し、
(b)前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定し、
(c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記8)
付記7に記載の捜索支援方法であって、
前記(c)の処理において、前記捜索センサ部が生成した、前記目標物について、推定した目標位置と、前記予測場所についての存在確率の分布と、移動方向と、移動速度とを有する目標物情報に基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記9)
付記8に記載の捜索支援方法であって、
(d)前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、前記到達日時における、推定した前記目標位置における前記目標物の探知確率を算出する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記10)
付記9に記載の捜索支援方法であって、
(e)前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物からの被探知確率を算出する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記11)
付記10に記載の捜索支援方法であって、
(f)推定した前記目標位置における前記探知確率と、前記探知確率の要求度とを乗算した値と、推定した前記目標位置における前記被探知確率と、前記被探知確率の要求度とを乗算した値とを乗算して、推定した前記目標位置までの移動時間に対する、移動コストを算出する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記12)
付記11に記載の捜索支援方法であって、
(g)前記捜索経路、又は探知確率、又は被探知確率、又はそれらを組み合わせた表示をするための表示情報を生成する
ことを特徴とする捜索支援方法。
(付記13)
コンピュータに、
(a)囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定する、ステップと、
(b)前記環境情報と、脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、ステップと、
(c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、ステップと、
を実行させるプログラム。
(付記14)
付記13に記載のプログラムであって、
前記(c)のステップにおいて、前記捜索センサ部が生成した、前記目標物について、推定した目標位置と、前記予測場所についての存在確率の分布と、移動方向と、移動速度とを有する目標物情報に基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
ことを特徴とするプログラム
(付記15)
付記14に記載のプログラムであって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
(d)前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、前記到達日時における、推定した前記目標位置における前記目標物の探知確率を算出する、ステップを実行させるプログラム。
(付記16)
付記15に記載のプログラムであって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
(e)前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物からの被探知確率を算出する、ステップを実行させるプログラム。
(付記17)
付記16に記載のプログラムであって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
(f)推定した前記目標位置における前記探知確率と、前記探知確率の要求度とを乗算した値と、推定した前記目標位置における前記被探知確率と、前記被探知確率の要求度とを乗算した値とを乗算して、推定した前記目標位置までの移動時間に対する、移動コストを算出する、ステップを実行させるプログラム。
(付記18)
付記17に記載のプログラムであって、
前記プログラムが、前記コンピュータに、
(g)前記捜索経路、又は探知確率、又は被探知確率、又はそれらを組み合わせた表示をするための表示情報を生成する、ステップを実行させるプログラム。
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、2018年3月26日に出願された日本出願特願2018−058821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、周囲環境と脅威となる対象物とに応じて目標位置までの捜索経路を算出することができる。本発明は、捜索経路を算出が必要な分野において有用である。
1 捜索支援装置
2 捜索センサ部
3 環境センサ部
4 捜索有効範囲推定部
5 脅威有効範囲推定部
6 経路算出部
20 捜索支援システム
101 データベース局
102 脅威対象情報データベース
103 広域目標情報データベース
104 広域環境情報データベース
105 広域危険度情報データベース
106 通信装置
110 ビークル
111 パラメータ入力装置
112 捜索センサ装置
113 環境情報取得センサ装置
114 通信装置
115 捜索支援装置
116 表示装置
201 パラメータ入力装置
202 捜索センサ装置
203 環境情報取得センサ装置
204 データベース局
205 捜索支援装置
206 表示装置
410 コンピュータ
411 CPU
412 メインメモリ
413 記憶装置
414 入力インターフェイス
415 表示コントローラ
416 データリーダ/ライタ
417 通信インターフェイス
418 入力機器
419 ディスプレイ装置
420 記録媒体
421 バス

Claims (10)

  1. ビークルに搭載された捜索支援装置であって、
    周囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ手段の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ手段の捜索有効範囲を推定する、捜索有効範囲推定手段と、
    前記環境情報と、前記ビークルに対して脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、脅威有効範囲推定手段と、
    前記捜索センサ手段の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、経路算出手段と、
    を有することを特徴とする捜索支援装置。
  2. 請求項1に記載の捜索支援装置であって、
    前記目標物について、推定した目標位置と、前記予測場所についての存在確率の分布と、移動方向と、移動速度とを有する目標物情報を生成する、捜索センサ手段
    をさらに備え、
    前記経路算出手段は、前記目標物情報に基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
    ことを特徴とする捜索支援装置。
  3. 請求項2に記載の捜索支援装置であって、
    前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、前記到達日時における、推定した前記目標位置における前記目標物の探知確率を算出する、探知確率算出手段
    を有することを特徴とする捜索支援装置。
  4. 請求項3に記載の捜索支援装置であって、
    前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、脅威となる前記対象物からの被探知確率を算出する、被探知確率算出手段
    を有することを特徴とする捜索支援装置。
  5. 請求項4に記載の捜索支援装置であって、
    推定した前記目標位置における前記探知確率と、前記探知確率の要求度とを乗算した値と、推定した前記目標位置における前記被探知確率と、前記被探知確率の要求度とを乗算した値とを乗算して、推定した前記目標位置までの移動時間に対する、移動コストを算出する、移動コスト算出手段
    を有することを特徴とする捜索支援装置。
  6. 請求項5に記載の捜索支援装置であって、
    前記捜索経路、又は探知確率、又は被探知確率、又はそれらを組み合わせた表示をするための表示情報を生成する、表示情報生成手段
    を有することを特徴とする捜索支援装置。
  7. ビークルに搭載されたコンピュータが、
    (a)周囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定し、
    (b)前記環境情報と、前記ビークルに対して脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定し、
    (c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
    ことを特徴とする捜索支援方法。
  8. ビークルに搭載されたコンピュータに、
    (a)周囲環境を表す環境情報と、目標物を捜索する捜索センサ部の性能を示す性能情報とを用いて、前記捜索センサ部の捜索有効範囲を推定する、ステップと、
    (b)前記環境情報と、前記ビークルに対して脅威となる対象物の保有するセンサの性能を示す性能情報とを用いて、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲を推定する、ステップと、
    (c)前記捜索センサ部の捜索有効範囲と、前記対象物の保有するセンサの捜索有効範囲と、前記脅威となる対象物の予測場所とに基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する、ステップと、
    を実行させるプログラム。
  9. 請求項8に記載のプログラムであって、
    前記(c)のステップにおいて、前記捜索センサ部が生成した、前記目標物について、推定した目標位置と、前記予測場所についての存在確率の分布と、移動方向と、移動速度とを有する目標物情報に基づいて、前記目標物までの捜索経路を算出する
    ことを特徴とするプログラム。
  10. 請求項9に記載のプログラムであって、
    前記プログラムが、前記コンピュータに、
    (d)前記環境情報を用いて推定した前記目標位置に到達する到達日時を推定し、前記目標物情報を用いて前記到達日時における前記目標物の存在確率の分布を推定し、前記環境情報を用いて前記到達日時における推定した前記目標位置の環境を推定し、推定した前記目標物の存在確率の分布と、推定した前記目標位置の環境とを用いて、前記到達日時における、推定した前記目標位置における前記目標物の探知確率を算出する、ステップを実行させるプログラム。
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