JP7112714B2 - 監視装置、監視プログラム及び飛行体を利用した監視システム - Google Patents

Description

本発明は、監視装置、監視プログラム及び飛行体を利用した監視システムに関し、特に、複数の飛行体を利用して特定の領域を監視する技術に関する。

特許文献１には、無人航空機（ＵＡＶ）による捜索作業の計画を自動立案する捜索作業支援システムが提案されている。特許文献２には、小型無人航空機による信号源探索が可能な信号源探索方法及び信号源探索システムが提案されている。

特開２０１４－１６２３１６号公報 特開２０１１－１１２３７０号公報

ところで、近年、領海・領空における安全確保の観点から、特定の領域を常時監視する又は一時的に監視する必要が生じており、国防上も重要な問題となっている。上述した特許文献１及び２においては、広域における監視業務を行うには適していない。

そこで、本発明は、特定領域において複数の飛行体による監視業務を行う技術を提供することを一つの目的とする。

本発明によれば、
仮想的にメッシュ化された監視領域内を移動する移動装置の移動履歴に基づいて、当該監視領域の監視を行う監視装置であって、
前記移動装置が存在する現在メッシュ位置を取得する取得部と、
前記移動装置が過去の一定時間内に存在した過去メッシュ位置を記憶する記憶部と、
前記過去メッシュ位置及び前記現在メッシュ位置に基づいて、前記移動装置が次に移動すべき移動先メッシュ位置を演算する演算部と、
前記移動先メッシュ位置に関する情報を前記移動装置に送信する送信部とを備える、
監視装置が得られる。

本発明によれば、飛行体の安全性を客観的に担保し得る仕組みとそれを識別する技術を提供することができる。

本発明の実施の形態による監視システムによる監視状態のイメージ図である。 本発明の実施の形態によるシステムの構成図である。 図２に示されるドローンの機体の外観を示す模式図である。 図３のドローンの機能ブロック図である。 図２の監視装置の機能ブロック図である。 本実施の形態によるシステムによる監視業務のイメージ図である。 図５に示すドローンの移動履歴のデータレコードのイメージ図である。 図５に示すドローンの移動先の演算に関する計算式の例を示す図である。 図７の計算式によって算出された移先の評価である。 本実施の形態による監視装置の処理フローを示す図である。 本実施の形態による監視装置の処理フローを示す他の図である。 本実施の形態によるシステムに複数機のドローンを利用した場合の変形例を示す図である。 図１２のシステムにおける複数台のドローンの移動履歴のデータレコードのイメージ図である。 図１２に示す各ドローンの移動先の演算に関する計算式の例を示す図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による監視装置、監視プログラムは、以下のような構成を備える。
［項目１］
仮想的にメッシュ化された監視領域内を移動する移動装置の移動履歴に基づいて、当該監視領域の監視を行う監視装置であって、
前記移動装置が存在する現在メッシュ位置を取得する取得部と、
前記移動装置が過去の一定時間内に存在した過去メッシュ位置を記憶する記憶部と、
前記過去メッシュ位置及び前記現在メッシュ位置に基づいて、前記移動装置が次に移動すべき移動先メッシュ位置を演算する演算部と、
前記移動先メッシュ位置に関する情報を前記移動装置に送信する送信部とを備える、
監視装置。
［項目２］
項目１に記載の監視装置であって、
前記演算部は、現在メッシュ位置から所定距離以内の周囲メッシュに対し重みづけを行うものであって、前記過去メッシュからの距離が大きいほど大きな重みづけを行う、
監視装置。
［項目３］
項目２に記載の監視装置であって、
前記過去メッシュ位置の夫々に対して、取得時からの時間経過とともに初期値から減少していくパラメータを付与する付与部をさらに備えており、
前記重みづけは、前記過去メッシュからの距離と、当該過去メッシュの夫々に付与されたパラメータの両方に基づいて前記移動先メッシュ位置を演算する、
監視装置。
［項目４］
項目１乃至項目３のいずれかに記載の監視装置であって、
前記取得部は、他の移動装置に関する前記現在メッシュ位置及び前記過去メッシュ位置を取得する、
監視装置。
［項目５］
項目１乃至項目４のいずれかに記載の監視装置であって、
表示部と、
前記監視領域、前記現在メッシュ位置及び前記過去メッシュ位置を前記表示部に出力する表示出力部とを備える、
監視装置。

＜実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による監視装置、監視プログラムについて、図面を参照しながら説明する。

＜概略＞
図１に示されるように、本実施の形態による監視装置によって実現される監視システムは、監視領域を移動する飛行体をより均一に効率的に監視業務にあたらせるためのものである。

図示されるように、監視システムは、監視領域３０を２０×３５にメッシュ化を行い複数台のドローンを飛行させることにより、監視領域の情報（映像）を収集している。図においては、白色で一定期間内のドローンの移動履歴（移動経路）を示している。白色の部分は、時間経過ごとに黒色に変化するものであり、当該一定期間経過後には移動経路以外の部分と同じ色（１００％黒色）となる。

＜概要＞
図２に示されるように、本発明の実施の形態による、監視システムは、監視装置１０と、複数のドローン２０とを備えている。監視装置１０と各ドローン２０とはネットワークを介して通信可能に構成されている。なお、図においては、概念の理解を容易にするために、監視装置１０とドローン２０とを別体として示されているが、監視装置１０はいずれかのドローン２０に搭載されていてもよいし、複数のドローン２０が共同して監視装置１０の機能を実現することとしてもよい。

＜ドローンの構成＞
本実施の形態によるドローン２０は、以下のような構成を有している。なお、本実施の形態によるドローン（Ｄｒｏｎｅ）は、マルチコプター（Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｐｔｅｒ）、無人飛行体（Ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ）、ＲＰＡＳ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｉｌｏｔｅｄ ａｉｒｃｒａｆｔ ｓｙｓｔｅｍｓ）、又はＵＡＳ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等と称呼されることがある。

図３及び図４は、第１の実施の形態にかかるドローン２０の機能ブロック図である。まず、フライトコントローラ２１は、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。カメラ５Ｕ及びカメラ５Ｌは、ジンバルを介して機体に装備され、ジンバルによって、例えば、機体に対して上下方向に回転することができる。好ましくは、機体に対して３軸方向（ピッチ角、ロール角、ヨー角）に回転できることが好ましい。また、本例では、図２に示すように、機体の上方及び下方に二台のカメラを有する飛行体を挙げているが、上方又は下方いずれかのカメラにより、架線を上方及び下方の両方を撮像することができれば、一台のカメラを有する飛行体を用いることもできる。

また、フライトコントローラ２１は、メモリ２２を有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリ２２は、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラは飛行体にジンバルを介して設置される。

フライトコントローラは、飛行体の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θ_ｘ、θ_ｙ及びθ_ｚ）を有する飛行体の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、ＥＳＣを経由して飛行体の推進機構（モータ等）を制御する。モータによりプロペラが回転することで飛行体の揚力を生じさせる。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、送受信機（プロポ）２３、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

例えば、送受信部２４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部２４は、センサ類で取得したデータ、フライトコントローラが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類２５は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。

また、画像処理部３１は、カメラ５で撮像した画像データを一時的にメモリ３２に格納する。なお、画像データは、画像処理部３１の全部又は一部の機能を、図示しないドローン外部の管理端末等に備えることも可能である。

次に図５を参照して、本実施の形態による監視装置１０の機能ブロックを説明する。本実施の形態においては、領域情報管理部によって監視領域の情報（位置情報）が予め設定され、仮想メッシュ化される。メッシュのサイズは数百メートル四方～数キロメートル四方まで、監視領域の全体の面積に応じて適宜設定可能である。設定したメッシュはメッシュ管理部によって管理される。

なお、上述した監視装置１０の機能の一部又は全部は、ドローン２０から離れた地点に位置しネットワークを介して接続されているコンピュータ端末としてもよいし、ドローン２０の筐体内に持たせることとしてもよい。

監視装置２０の受信部は、ドローン２０から位置情報及び映像情報を受信する。取得した映像情報は、記憶部に格納される。一方、取得した位置情報は、対応するメッシュの識別情報（座標情報等）とともに記憶部に格納される。このとき、評価部は、メッシュの識別情報には、時間とともに変化するパラメータが関連付けられ、併せて記憶部に格納される。

本実施の形態による位置情報は、ドローン２０の現在の位置情報である現在メッシュ位置と、ドローン２０の過去の位置情報である過去メッシュ位置とを含んでいる。

演算部は、記憶部に格納された過去メッシュ位置と、現在メッシュ位置とに基づいてドローン２０が次に移動すべきメッシュである移動先メッシュを演算する。このとき、演算部は、監視領域をできるだけ効率的にまんべんなく監視するため、直近に監視したメッシュからは遠ざかるようにして移動先メッシュを決定する。具体的には、現在メッシュ位置から所定距離以内の周囲メッシュに対して、過去メッシュからの距離が大きいほど大きな重みづけを行い、かつ当該メッシュに付与されたパラメータの値を乗じることによって最終的な重みづけの補正を行う。

図６乃至図１１を参照して移動先メッシュの決定方法を説明する。図６に示されるように、監視領域３０は横（ｘ方向）１０マス×縦（ｙ方向）８マスにメッシュ化されている。ドローン２０は、（０，０）をスタートし、（１，０）、（１，０）、（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）と移動を行った。

図７に示されるように、移動のデータレコードは記憶部に経時的に格納される。データレコードは少なくともメッシュ位置、メッシュのｘ座標、メッシュのｙ座標、パラメータＶを有している。一定期間ごとに、現在メッシュ位置ｎ、ひとつ前に存在していた過去メッシュ位置を（ｎ－１）、その一つ前に存在していた位置を（ｎ－２）・・・とし、本実施の形態においては、５つ前に位置していた過去メッシュ位置（ｎ－５）まで管理されている。

パラメータＶは、一定期間（データレコードの更新期間）が経過すると１ずつ低減される。データレコードの更新期間は、ドローン２０が現在メッシュ位置とは異なるメッシュに移動した場合としているが、例えば、数秒から数時間という時間単位でもよい。

ドローン２０は、自己の位置情報を取得して監視装置１０に送信する。監視装置においては、受信した位置情報からドローン２０がどのメッシュに存在しているのかを把握する。図８は、メッシュとドローン２０の位置関係を示した図である。図示されるように、過去に通過した各メッシュは過去メッシュ位置として、ｘ座標，ｙ座標，パラメータＶという情報が関連付けられて、管理されている。パラメータは所定時間が経過すると更新される。

本実施の形態におけるパラメータＶは、Ｖ（ｔ）＝－ａｔ＋ｂ（ただし、ｂは最初に付与されるパラメータの値、ｔは経過時間、ａは任意の定数）で表すことができる一時の減少関数である。しかしながら、これ以外の減衰関数であってもよい。即ち、パラメータの値が経過とともに減少する関数であれば、どのようなものでも採用可能である。これは、時間経過とともに情報の新しさがなくなっていくからである。

図８に示されるように、ドローン２０は座標（３，２）の位置に位置しており、付与されたばかりのパラメータＶの値は６となっている。ドローン２０がこの次に移動できるメッシュは隣接している周辺メッシュ＃１乃至＃７のいずれかとなる。

本実施の形態における監視装置は、ドローン２０の移動先が、過去に監視したメッシュからより離れるように設定する。この際、過去メッシュ位置｛（０，０）、（１，０）、（１，０）、（１，１）、（１，２）、（２，２）｝において、最も直近に位置していた過去メッシュ位置_ｎ－１（２，２）からはより遠くに離れるように、その次に位置していた過去メッシュ位置_ｎ－２（１，２）からはその次に遠く離れるように・・・というように、移動先候補に選定されるための重みづけは、時間経過とともに（すなわち、より過去に存在していた過去メッシュ位置になるほど）大きくする。より過去に監視していたメッシュについての情報の新鮮さが低くなっていくからである。

換言すれば、パラメータＶは情報の新鮮さ（情報新鮮度）と定義することもできる。情報が新鮮であれば、それ以上そのメッシュを監視（探索）する必要は低いが、情報の新鮮さが低くなった場合にはそのメッシュの再監視（再探索）をする必要が高い。なお、監視前における監視領域の情報新鮮度は全てのメッシュにおいて０ということになる。

以上の考え方を数式したものを図９に示す。図９は、移動先メッシュの重みづけＦの算定方法である。図に示されるように、Ｆは、過去メッシュ位置からの距離（Ｄ_１、Ｄ_２・・・Ｄ_ｎ）と付与されたパラメータ（Ｖ_１、Ｖ_２・・・Ｖ_ｎ）の内積で表すことができる。なお、本実施の形態においては、Ｄは隣接していれば１としている。即ち、図８において、＃２と＃３との距離Ｄは１であるし、＃２と＃３との距離も１である。

図８に示されるように、メッシュ＃１乃至＃７まで、図９に示した数式によって、Ｆを算出した。図においては、（ｘ座標，ｙ座標，パラメータＶ，Ｆ）が示されている。この場合、メッシュ位置＃７のＦ値が最も高い。即ち、直近の過去メッシュ位置からより離れることを重視した場合ドローン２０が次に移動すべきメッシュとしては＃７となる。

続いて、図８及び図９を参照して監視装置１０の処理フローを説明する。図１０に示されるように、監視装置１０は、ドローン２０から送信される位置情報から現在メッシュ位置を取得する（ステップＳ７０１）。現在メッシュ位置にパラメータを付与する（ステップＳ７０２）。現在メッシュ位置と、パラメータとを関連付けて記憶部に格納する（ステップＳ７０３）。一定期間毎に記憶部のデータレコード上のパラメータを更新する（ステップＳ７０４）。更新は、パラメータが０になるまで（Ｓ７０５）行われる。

図１１に示されるように、監視装置１０の他の処理は、現在メッシュ位置を取得し（ステップＳ８０１）、記憶部から過去のメッシュ位置とパラメータとを読み出す（ステップＳ８０２）。図９に示される算出式で移動先メッシュの候補となる各メッシュ位置の重みづけを行い、移動先メッシュを演算する（ステップ８０３）。算出した移動先メッシュ情報をドローン２０に送信する（ステップＳ８０４）。

上述した実施の形態は、ドローン２０が一機の場合であったが、図１２に示されるように、二機（もしくはそれ以上）であってもよい。この場合、移動先候補の演算には、図１３及び図１４に示されるように、他のドローン２０の現在メッシュ位置、過去メッシュ位置及びパラメータに基づいて各ドローンの移動先の演算を行う。

なお、図１に示されるように、本実施の形態による監視装置１０は、上述した現在メッシュ位置及び過去メッシュ位置とパラメータを管理者に可視化するための表示部を備えることとしてもよい。図示されるように、パラメータＶが０の箇所は黒色で示されており、直近に付与されたパラメータは白色で示されている。パラメータの現ショアは黒色から白色に変化するグラデーションで示されている。

以上説明した監視装置によれば、監視領域を網羅的に監視することができる。また、複数台のドローン２０によって監視した場合であっても、互いの監視履歴（移動したメッシュ位置）に基づいて効率的に監視することができる。

＜監視装置のハードウェア構成＞
本実施の形態による監視装置は、例えばワークステーションやパーソナルコンピュータのような汎用コンピュータとしてもよいし、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。

監視装置は、少なくとも、プロセッサ、メモリ、ストレージ、送受信部、入出力部等を備え、これらはバスを通じて相互に電気的に接続される。

プロセッサは、監視装置全体の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御、及びアプリケーションの実行に必要な情報処理等を行う演算装置である。例えばプロセッサはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、ストレージに格納されメモリに展開されたプログラム等を実行して各情報処理を実施する。

メモリは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリは、プロセッサのワークエリア等として使用され、また、監視装置の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ ／ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種設定情報等を格納する。

ストレージは、アプリケーション・プログラム等の各種プログラムを格納する。各処理に用いられるデータを格納したデータベースがストレージに構築されていてもよい。

送受信部は、監視装置をネットワークに接続する。なお、送受信部は、有線通信又は無線通信を適宜適用可能であり、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離通信インタフェースを備えていてもよい。

入出力部は、キーボード、マウス、マイク、撮影部（カメラ）、タッチパネル類等の情報入力機器、及びディスプレイやスピーカー等の出力機器である。

バスは、上記各要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号及び各種制御信号を伝達する。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 監視システム
１０ 監視装置
２０ ドローン
２１、２２ カメラ
３０ 監視領域

Claims (6)

1. 仮想的にメッシュ化された監視領域内を移動する移動装置の移動履歴に基づいて、当該監視領域の監視を行う監視装置であって、
   前記移動装置が存在する現在メッシュ位置を取得する取得部と、
   前記移動装置が過去の一定時間内に存在した過去メッシュ位置を記憶する記憶部と、
   前記過去メッシュ位置及び前記現在メッシュ位置に基づいて、前記移動装置が次に移動すべき移動先メッシュ位置を演算する演算部と、
   前記移動先メッシュ位置に関する情報を前記移動装置に送信する送信部とを備え、
   前記演算部は、現在メッシュ位置から所定距離以内の周囲メッシュに対し重みづけを行うものであって、前記過去メッシュからの距離が大きいほど大きな重みづけを行う、
   監視装置。
2. 請求項１に記載の監視装置であって、
   前記過去メッシュ位置の夫々に対して、取得時からの時間経過とともに初期値から減少していくパラメータを付与する付与部をさらに備えており、
   前記重みづけは、前記過去メッシュからの距離と、当該過去メッシュの夫々に付与されたパラメータの両方に基づいて前記移動先メッシュ位置を演算する、
   監視装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の監視装置であって、
   前記取得部は、他の移動装置に関する前記現在メッシュ位置及び前記過去メッシュ位置を取得する、
   監視装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の監視装置であって、
   表示部と、
   前記監視領域、前記現在メッシュ位置及び前記過去メッシュ位置を前記表示部に出力する表示出力部とを備える、
   監視装置。
5. 仮想的にメッシュ化された監視領域内を移動する移動装置の移動履歴に基づいて、当該監視領域の監視を行う監視装置を、
   前記移動装置が存在する現在メッシュ位置を取得する取得部、
   前記移動装置が過去の一定時間内に存在した過去メッシュ位置を記憶する記憶部、
   前記過去メッシュ位置及び前記現在メッシュ位置に基づいて、前記移動装置が次に移動すべき移動先メッシュ位置を演算する演算部、
   前記移動先メッシュ位置に関する情報を前記移動装置に送信する送信部として機能させ、
   前記演算部は、現在メッシュ位置から所定距離以内の周囲メッシュに対し重みづけを行うものであって、前記過去メッシュからの距離が大きいほど大きな重みづけを行う、
   監視プログラム。
6. 仮想的にメッシュ化された監視領域内を移動する移動装置と、当該移動装置の移動履歴に基づいて当該監視領域の監視を行う監視装置とを含む監視システムであって、
   前記移動装置は、自機が存在する現在メッシュ位置と当該メッシュ位置において撮影した映像を前記監視装置に送信し、
   前記監視装置は、前記移動装置が過去の一定時間内に存在した過去メッシュ位置を記憶して、前記過去メッシュ位置及び前記現在メッシュ位置に基づいて前記移動装置が次に移動すべき移動先メッシュ位置を演算するとともに、前記移動先メッシュ位置に関する情報を前記移動装置に送信し、
   前記移動装置は、前記移動先メッシュ位置に移動し、
   前記監視装置は、前記移動先メッシュ位置を演算する際に、現在メッシュ位置から所定距離以内の周囲メッシュに対し重みづけを行うものであって、前記過去メッシュからの距離が大きいほど大きな重みづけを行う、
   監視プログラム。
   

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