JP7215706B6 - 飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、無人航空機の飛行経路を算出するような飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法に関する。

従来、大気にレーザー光を照射し、大気中の塵（エアロゾル）からの散乱を望遠鏡で得ることで風速やエアロゾル量を得るコヒーレント・ドップラー・ライダー（ＣＤＬ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｌｉｄａｒ）が提案されている（特許文献１参照）。

一方で、近年、空中で姿勢制御をしつつ飛行できるドローンが提供されている。このようなドローンは、操縦者の操縦によって方向や速度、高度を変化させて飛行する。飛行中のドローンは、風の影響を受ける。そして、例えば直進させているドローンが風によって流されたとき、そのままにしておくと構造物に衝突することや経路が変わってしまったままになる。このため、操縦者は、コントローラを操作して軌道修正を行う。こうすることで、ドローンを適切に飛行させることができる。

しかし、このような方法では、操縦者が常にドローンの飛行状況をチェックし適宜軌道修正しなければならないため、操縦者の負担が大きいという問題があった。特に、ドローンが小型化するほど風の影響を受けやすく、また飛行させる場所が都市部であるほど早く軌道修正しないと構造物に衝突するという問題があった。

特開２００８－１２４３８９号公報

この発明は、上述の問題に鑑みて、人による操縦を必要とせず、かつ、風の影響を考慮してドローンを飛行させることができる飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法を提供し、利便性を向上することを目的とする。

この発明は、地上物が存在せず無人航空機が飛行可能な水平方向および高さ方向の３次元の地図データを記憶する３次元地図データ記憶部と、現在位置を取得する現在位置取得部と、目的地を取得する目的地取得部と、現在位置から目的地までの前記地図データにおける飛行可能な経路を算出する３次元経路算出部と、風況データを取得する風況データ取得部と、前記風況データから飛行を避けた方が良い警戒領域を算出する警戒領域算出部と、前記３次元経路算出部により算出した経路が前記警戒領域算出部により算出した警戒領域を通過する経路であった場合に、前記警戒領域を避けて経路を再算出する３次元経路再算出部とを備えた飛行経路算出システム、飛行経路算出プログラム、および無人航空機経路制御方法であることを特徴とする。

この発明により、人による操縦を必要とせず、かつ、風の影響を考慮してドローンを飛行させることができる。

無人航空機飛行管理システムの構成を示すブロック図。 管理サーバ、操作端末、および無人航空機の機能ブロック図。 管理サーバの制御部が実行する風況検出機能の機能ブロック図。 管理サーバと無人航空機の動作を示すフローチャート。

以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１は、無人航空機飛行管理システム１（飛行経路算出システム）の構成を示すブロック図である。
無人航空機飛行管理システム１は、インターネット９に通信可能に接続された管理サーバ２、操作端末４、ドップラーライダー５、および無人航空機６により構成されている。

管理サーバ２は、制御部２１、記憶部２２、入力部２３、表示部２４、および通信部２５を備えている。
操作端末４は、制御部４１、記憶部４２、入力部４３、表示部４４、および通信部４５を備えている。

ドップラーライダー５は、各種制御を実行する制御部と、レーザー光を発信するレーザー光発信部と、前記レーザー光がエアロゾルに反射した反射光を受信する反射光受信部と、データを出力するデータ出力部を備えている。レーザー光発信部は、発振波長を狭帯域化したパルスレーザーを水平方向に３６０度全周に渡って発信するとともに、垂直方向に発信角度を変えて上方に向けて発信する。反射光受信部は、エアロゾルで散乱されドップラーシフトを受けた反射光を受信し、この反射光とレーザー光発信部からのマスターレーザーをミキサー上で合成し、合成した信号成分のうちで低周波のビート信号をＩＦアンプ（Ｉ．Ｆ．Ａｍｐ．）で増幅し、増幅した信号をアナログ／デジタル変換器でＡ／Ｄ変換してデジタル信号とする。データ出力部は、前記反射光受信部によりデジタル信号にされた反射光データを解析装置に送信する。

管理サーバ２は、サーバコンピュータで構成されており、操作端末４はパーソナルコンピュータにより構成されている。管理サーバ２と操作端末４は、いずれもハードウェア要素としてＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ等で構成されて各種演算や制御動作を実行する制御部（２１、４１）、ハードディスクやフラッシュメモリ等で構成されてデータのリードライトを許容する記憶部（２２、４２）、タッチパネルやキーボードやマウスや押下ボタンやこれらの複数で構成されて接触操作による入力を受け付ける入力部（２３、４３）、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成されて文字や図等の画像を表示する表示部（２４、４４）、およびＬＡＮボードやＷＩＦＩユニット等で構成されて有線または無線での通信を実行する通信部（２５、４５）を備えている。

管理サーバ２の記憶部２２は、無人航空機６の飛行状況を管理する管理ＰＧ（プログラム）２８と、観測した観測風況データや立入禁止領域を示す立入禁止領域データなどを記憶するＤＢ（データベース）２９が記憶されている。

操作端末４は、ユーザの操作入力により無人航空機６に搬送させる搬送物と目的地の入力などを受け付ける操作ＰＧ（プログラム）４８と、入力された目的地と搬送物と無人航空機６のＩＤとで構成される操作データ４９とが記憶されている。

無人航空機６は、ＧＰＳ衛生と通信して現在位置を取得するＧＰＳユニット６１と、地表からの重力方向の高さを検知する高度センサ６２と、向いている方位を検知して方位データを得る方位センサ６３、少なくとも前方から下方までを撮影して撮影画像（撮影映像）を取得するカメラ６４、物体に近接したことを検知する近接センサ６５、人が近いことを検知する対人センサ６６、ジャイロ機構によって姿勢を検知し姿勢データを得る姿勢センサ６７、各種制御動作を行う制御部７１、モータ８１の回転数を制御して姿勢を安定化させる姿勢制御部７２、インターネット９を介して通信を行う通信部７３、状態を示すランプの発光を行う発光部７４、スピーカにより音声を出力する音声出力部７５、データを記憶する記憶部７６、および複数のモータ８１を備えている。

この無人航空機６は、姿勢センサ６７の検知する姿勢に応じて姿勢制御部７２がモータ８１の駆動を制御して姿勢を安定して保つことができ、制御部７１による前進や後退を含む水平方向移動、向きを変える水平方向回転、高さを変える上下移動、およびこれらを複合した移動する任意方向移動を精度よく実行する。そして、近接センサ６５により物体が近付くと離れる方向へ移動する、対人センサ６６により人が近くにいることを検知すると離れる方向へ移動するかそれ以上近付かずに音声出力部７５によって注意を促す音声を出力する、発光部７４と音声出力部７５によって緊急着陸態勢であることを知らせるなど、搬送物を安全に運ぶために必要な適宜の動作を実行する。

図２は、管理サーバ２の制御部２１、操作端末４の制御部４１、および無人航空機６の制御部７１が実行する機能を説明する機能ブロック図である。
管理サーバ２の制御部２１は、ライダーデータ取得部１２１、位置別風況データ算出部１２２、危険風況領域判定部１２３、警戒領域データ出力部１２４、観測風況データ記憶部１２５、近未来風況データ推定部１２６、立入禁止領域算出部１２７、立入禁止領域記憶部１２８、立入禁止領域出力部１２９、および無人航空機飛行状況管理部１３１として機能する。

ライダーデータ取得部１２１は、異なる位置に設置された複数のドップラーライダー５から観測データを取得する。この観測データは、各ドップラーライダー５の観測レンジにおける緯度データ、経度データ、および視線風データにより構成されている。なお、視線風データは、ドップラーライダー５の視線方向であるレーザー光照射方向成分の風速のデータである。

位置別風況データ算出部１２２は、複数のドップラーライダー５から得られた観測データを解析し、緯度・経度・風向風速データを分単位で出力する。すなわち、複数のドップラーライダー５の観測レンジが重なっている領域においては、各ドップラーライダー５の視線方向成分の位置別（緯度経度による位置）の風速から、位置別の風向および風速が算出される。この風向および風速を緯度および経度別（すなわち位置別）に出力したものが、緯度・経度・風向風速データである。

危険風況領域判定部１２３は、位置別風況データ算出部１２２により算出された風速が予め設定された閾値を超える領域を危険風況領域として判定する。この危険風況領域は、緯度、経度、および高度によって、３次元の領域で判定される。また、この閾値は、例えば風速５ｍ／ｓとするなど、適宜設定することができる。また、この閾値は、一律どこでも同じとする、あるいは、構造物が密集して衝突しやすい都市部の方が構造物が少なく衝突しにくい地方部よりも弱い風速の閾値とするなど、適宜の設定とすることができる。また、危険風況領域判定部１２３は、警戒領域が広域である場合や、竜巻や突風等の極端風況が生じる場合に、該当領域の全無人航空機６に対して緊急着陸を指示する緊急着陸要否の判定も実行する。

警戒領域データ出力部１２４は、危険風況領域判定部１２３によって判定した危険風況領域を警戒領域として出力し、緊急着陸の必要な領域を緊急着陸領域として出力する。この警戒領域および緊急着陸領域は、緯度、経度、および高度からなる３次元の領域である。

観測風況データ記憶部１２５は、位置別風況データ算出部１２２によって算出した位置別風況データを観測時刻と共に記憶する。これにより、３次元位置における風向および風速が観測時間毎（例えば１分毎）に記憶されていく。

近未来風況データ推定部１２６は、観測風況データ記憶部１２５に記憶されている直近の所定期間の位置別風況データから３０分先までの位置別の風向および風速を推定し、時刻・緯度・経度・風向・風速からなる推定風況データを出力する。

立入禁止領域算出部１２７は、観測風況データ記憶部１２５に記憶された過去の位置別風況データを参照し、所定割合以上の確率で警戒領域となっている領域、および突風が所定割合以上発生している領域を立入禁止領域として算出する。また、立入禁止領域算出部１２７は、諸事情により操作端末４等で無人航空機６の立入を禁止する領域として指定された領域も立入禁止領域とする。

立入禁止領域記憶部１２８は、立入禁止領域算出部１２７により算出された立入禁止領域を立入禁止領域データとして記憶する。この立入禁止領域データは、緯度、経度、および高度からなる３次元の領域である。

立入禁止領域出力部１２９は、立入禁止データを無人航空機６へ送信する。
無人航空機飛行状況管理部１３１は、無人航空機６から搬送物、目的地、および現在位置で構成される飛行状況を取得し、管理する。

操作端末４の制御部４１は、搬送指示入力部１４１、および搬送指示出力部１４２として機能する。搬送指示入力部１４１は、搬送物の内容を示す搬送物データと、その搬送物が緊急輸血用血液などの緊急性の高いものであるか否かを示す緊急性データと、目的地を示す目的地データと、搬送に使用する無人航空機６を識別する無人航空機識別データ（ＩＤ）の入力を受け付ける。搬送指示出力部１４２は、入力された無人航空機識別データの無人航空機６に対して、搬送物データ、緊急性データ、および目的地データを送信する。

無人航空機６の制御部７１は、警戒領域データ取得部１６１、警戒領域通過判定部１６２、緊急着陸要否判定部１６３、経路再算出部１６４、緊急着陸可能領域記憶部１６５、搬送指示取得部１６６、経路算出部１６７、搬送データ記憶部１６８、経路外れ判定部１６９、飛行状況出力部１７１、３次元地図データ記憶部１７２、立入禁止領域記憶部１７３、飛行制御部１７４、および現在位置取得部１７５として機能する。

警戒領域データ取得部１６１は、管理サーバ２で算出された警戒領域データを取得する。
警戒領域通過判定部１６２は、警戒領域データの警戒領域が搬送データ記憶部１６８に記憶されている経路上に存在するか否か判定する。

緊急着陸要否判定部１６３は、緊急着陸領域が搬送データ記憶部１６８に記憶されている経路上に存在するか否か判定する。

経路再算出部１６４は、入力条件に応じて目的地までの経路を再算出する。この経路再算出部１６４は、警戒領域通過判定部１６２により警戒領域を通過すると判定された場合であれば、警戒領域を通過せずに目的地へ飛行する経路を再算出し、緊急着陸要否判定部１６３により緊急着陸領域を通過すると判定された場合であれば、最寄りの緊急着陸可能地点に最短距離で飛行する経路を再算出する。また、経路再算出部１６４は、何らかの要因により飛行経路から外れた場合にも目的地までの経路の再算出を行う。

緊急着陸可能領域記憶部１６５は、緊急着陸が可能な領域を示す緊急着陸可能領域データを記憶している。この緊急着陸可能領域データは、例えば緯度・経度・高度によるデータとする、あるいは住所によるデータとするなど、緊急着陸可能な領域を示す適宜のデータとすることができる。緊急着陸可能領域としては、着陸可能なビルの屋上など、適宜の領域が設定される。

搬送指示取得部１６６は、搬送物の内容を示す搬送物データおよび目的地を示す目的地データを操作端末４から取得する。この搬送物データには、搬送物が緊急性の高いものであるか否かを示す緊急性データが含まれている。

経路算出部１６７は、３次元地図データ記憶部１７２に記憶されている地図データに基づき、搬送指示取得部１６６が取得した目的地までの飛行可能な経路を算出して経路データを作成する。この飛行可能な経路は、３次元の飛行経路であり、緯度・経度に加えて高度が含まれている。なお、この３次元の飛行経路は、例えば、緯度・経度で構成される２次元の地図データを高度別にレイヤー状に複数備えた３次元地図データを記憶しておき、適宜のレイヤー（高度）上で２次元方向（水平方向）の移動をしつつ、適宜の地点でレイヤー（高度）を切り替えて切り替え後のレイヤー（高度）にて２次元方向（水平方向）の移動をするといった形にすることができる。他にも、３次元の経路は、飛行可能な緯度・経度・高度からなる３次元の領域を３次元地図データとして記憶しておき、３次元上の地点を結ぶように緯度・経度・高度を随時変更しながら移動すると言った形にすることもできる。なお、３次元地図データをレイヤー別の多層構造としておくことにより、例えば高度別に飛行速度を定めるなど、全体としての管理を容易にすることができる。この経路算出部１６７は、立入禁止領域と警戒領域（危険風況領域）を避けて目的地までの経路を算出する。なお、目的地が立入禁止領域または警戒領域内にある場合は、その立入禁止領域または警戒領域だけは避けずに経路設定し、立入禁止領域または警戒領域が近付くとその場か最寄りの緊急着陸可能領域に待機して、その立入禁止領域または警戒領域の風速が所定の閾値以下となったときに当該領域に進入して目的地へ飛行する、あるいは、配達不可能地としてエラー出力し、目的地とすることを拒否する構成とするなど、適宜の処理を行う構成とすることが好ましい。これにより、立入禁止領域または警戒領域が目的地となった場合に、経路を算出して飛行を始めたが最終目的地に到達せずに周囲で経路の再計算を繰り返し続けることを防止できる。

搬送データ記憶部１６８は、搬送物データ、目的地データ、経路データ、及び現在位置を記憶する。このうち、搬送物データと目的地データは、最初にセットされたデータが記憶され、経路データは、経路算出部１６７および経路再算出部１６４により経路が算出される毎に更新して記憶され、現在位置は、現在位置取得部１７５により現在位置が取得される毎に更新される。

経路外れ判定部１６９は、現在地データが経路データ上に存在するか緯度・経度・高度の３次元で判定する。経路から外れている場合に、経路外れ判定部１６９は、現在位置を経路再算出部１６４へ送信する。

飛行状況出力部１７１は、搬送物データ、目的地データ、および現在地を管理サーバ２へ送信する。これにより、管理サーバ２が全ての無人航空機６の飛行状況を把握できるようにしている。

３次元地図データ記憶部１７２は、３次元の地図データを記憶している。この３次元の地図データは、上述したように緯度・経度からなる２次元の地図データをレイヤー（高度）別の多層構造にした３次元の地図データとする、あるいは、緯度・経度・高度の３次元で飛行可能な領域が示される３次元の地図データとするなど、適宜のデータとすることができる。

立入禁止領域記憶部１７３は、管理サーバ２から受信した立入禁止領域データを記憶する。

飛行制御部１７４は、搬送データ記憶部１６８が記憶している目的地データと経路データ、および現在位置取得部１７５が取得する現在位置データと、内部に保有する方位センサ６３（図１参照）から取得する方位データと、姿勢センサ６７から取得する姿勢データに基づいて、経路データの経路に沿って飛行するべく、姿勢制御部７２（図１参照）に飛行データを送信する。この飛行データは、移動速度および移動方向により構成されている。この飛行データを受けた姿勢制御部７２（図１参照）は、複数のモータ８１（図１参照）を制御し、指定された速度および方向への飛行を行う。

現在位置取得部１７５は、ＧＰＳユニット６１（図１参照）および高度センサ６２（図１参照）により、現在位置（緯度・経度・高度）を示す現在位置データを取得する。

図３は、管理サーバ２の制御部２１が管理プログラム２８により実行する風況検出機能を示す機能ブロック図である。なお、図３に示す機能ブロックによる処理は、方向と距離で定められるレンジ単位で実行して全てのレンジに対して繰り返して実行する。

データ整理部２３１は、反射光データからスペクトルデータを取得して整理する。すなわち、データ整理部２３１は、反射光データが有効なデータであればそのまま処理を継続してデータ保存できるようにしておき、欠測が予め定めた所定量より多い反射光データ、およびデータ不存在の場合に、スペクトルＦＩＦＯバンク、パラメータＦＩＦＯバンク、及び有効データ数ＦＩＦＯバンクにデータを記憶しないといったことを行う。

なお、スペクトルＦＩＦＯバンクは、ビーム方向別に、高度と周波数の情報をＮＳ個記憶し、新しく取得したデータを追加していき、ＮＳ個を超えると、古いデータから削除していく。パラメータＦＩＦＯバンクは、ビーム方向別に、高度とピークパワー、高度とドップラーシフト、高度とスペクトル幅、および高度とＳＱＳＵＭのデータをそれぞれＮＰ個記憶し、新しく取得したデータを追加していき、ＮＰ個を超えると、古いデータから削除していく。有効データ数ＦＩＦＯバンクは、ビーム番号別に、過去に取得したデータが有効か否かを記憶し、１個前、２個前というように最も近いデータから順に有効か否かを記憶しており、新しいデータがあれば随時追加する。

また、データ整理部２３１は、反射光データのスペクトルデータに問題がなければ、有効パラメータデータ算出部２３４に処理を進め、そうでなければ、ノイズレベル推定部２３２へ処理を進める。

ノイズレベル推定部２３２は、反射光データのスペクトルデータに存在するノイズのレベルを推定する。このノイズレベルの推定は、予め定めた所定値に基づいて推定する、あるいはピーク数が所定数以上多くなる領域をノイズレベルと推定するなど、適宜の方法により推定することができる。

平均スペクトル強度推定部２３３は、取得した反射光データのスペクトルから平均スペクトル強度を推定する。この推定は、過去のデータから予め推定しておく、あるいは、今回のデータからスペクトル強度の平均値を取得して推定するなど、適宜の方法により推定することができる。

有効パラメータデータ算出部２３４は、反射光データのスペクトルデータから有効なパラメータを算出する。このパラメータは、高度とピークパワー、高度とドップラーシフト、高度とスペクトル幅、および高度とＳＱＵＳ等、適宜のパラメータとすることができる。このようにパラメータを算出した有効パラメータデータ算出部２３４は、フィッティング初期値を推定するフィッティング初期値推定部２３５へ処理を渡す。

フィッティング初期値推定部２３５は、推定法決定部２３６、スペクトルからの初期値推定部２３７（スペクトル初期値推定処理）、パラメータからの初期値推定部２３８（パラメータ初期値推定処理）、および再推定要否決定部２３９（フィッティングやり直し決定部）を有している。

推定法決定部２３６は、スペクトルとパラメータのいずれから初期値を決めるのが良いか決定する。具体的には、スペクトルＦＩＦＯバンクに記憶されている前回の観測データ（あるいは複数の観測データの平均のデータ）のスペクトルにおけるピークが予め設定した設定数以下（例えば１つ以下）であれば、前回の観測データのスペクトルから初期値を推定するものと決定し、そうでなければ前回の観測データのパラメータから初期値を決定するものとする。

スペクトルからの初期値推定部２３７は、過去の複数の観測データの平均のデータのスペクトルから初期値を推定する。この初期値の推定は、スペクトルをそのまま初期値とする。ここで平均する過去の観測データは直近から所定個とすることができ、スペクトルＦＩＦＯバンクに記憶されている全ての観測データとすることができる。

パラメータからの初期値推定部２３８は、パラメータＦＩＦＯバンクに記憶されている複数の観測データのパラメータの平均値から初期値を推定する。このパラメータからの初期値の推定は、直近から所定個の複数回のパラメータの各平均値を初期値とすることができ、パラメータＦＩＦＯバンクの全てのデータの平均値とすることができる。

このように、スペクトルからの初期値推定部２３７またはパラメータからの初期値推定部２３８が直近の観測データから初期値を推定することにより、大気の状況は同じ位置（地点）であればそれほど大きく変わらないことを利用して適切な解析を実現できる。

再推定要否決定部２３９は、スペクトルからの初期値推定部２３７またはパラメータからの初期値推定部２３８により推定した初期値が適切か否か判定し、適切であればそのまま採用し、不適切であれば再度初期値の推定をやり直す。具体的には、パラメータから推定した初期値が予め定めた許容範囲内に入っていない、あるいはスペクトルから推定した初期値におけるピーク数が予め定めた許容数内に入っていない場合に、推定法決定部２３６に処理を戻してやり直しを行う。

これにより、例えば、スペクトルのピーク数が設定値以下であったために、パラメータからの初期値推定部２３８により初期値を推定したが、推定した初期値が予め定められた適正範囲内に無い場合や欠測している場合等に、再度推定をやり直してスペクトルからの初期値推定部２３７により初期値を推定するといったことができる。このようにして過去の観測データに基づいてできるだけ好ましい初期値を設定することで、後のフィッティングの精度を向上させることができる。

フィッティング実行部２４１（フィッティング処理部）は、決定した初期値を利用してフィッティングを実行する。このフィッティングは、既存の適宜のフィッティング処理により行えばよく、この実施例では最小二乗法を利用するガウシアンフィッティングを用いる。

フィッティング結果検討部２４２は、フィッティングの結果が適切か否か検討し、適切であれば次に処理を進めるが、不適切であれば、その内容によって、有効パラメータデータ算出部２３４かフィッティング実行部２４１に処理を戻す。

結果のスムージング部２４３（障害物由来ピーク判定部，障害物由来ピーク排除部）は、障害物由来のピークを取り除く。これにより、障害物によるピークのないスペクトルが得られる。

また、結果のスムージング部２４３は、レンジ単位で見た結果が不適切な場合に修正する特異点修正処理も実行する。詳述すると、互いに近い領域の大気は同様の動きをするものであるから、あるレンジの隣にあるレンジ（若しくは所定範囲の近傍のレンジ）、すなわち隣の方向や隣の距離や隣の高さでは、それほど大きく変わらない。このため、ドップラーライダー５から見てあるレンジについて一方の隣（１つ手前の距離あるいは一方の隣の方向若しくは一方の高さ）におけるデータと他方の隣（１つ奥の距離あるいは他方の隣の方向若しくは他方の高さ）におけるデータが近い値であるにもかかわらず、その間にあるレンジのデータが遠い値である場合、このレンジのデータを取り除いて１つ手前の距離のデータと１つ奥の距離のデータの中間値に変更する内挿を行う。ここで比較し内挿するデータは、ピークの値、あるいは風速などの風情報とするなど、適宜のデータとすることができる。このように内挿値を代入した状態の観測データとしておくことにより、ノイズ等による不適切なデータを削減でき、適切かつ精度よい解析を行うことができる。

データ保存部２４４は、障害物由来のピークをカットしたスペクトルを観測データとしてスペクトルＦＩＦＯバンクに追加し、有効パラメータデータ算出部２３４で取得したパラメータをパラメータＦＩＦＯバンクに追加して、これらの各データの有効／無効を有効データ数ＦＩＦＯバンクに追加して、最新データを保存する。なお、これらのＦＩＦＯバンクに加えて、適宜のデータベースに同じデータ（スペクトルおよびパラメータ）を蓄積することが好ましい。これにより、過去の観測データを蓄積していくことができ、スペクトルＦＩＦＯバンクやパラメータＦＩＦＯバンクから削除された過去の情報についても参照することができる。

また、上述した再推定要否決定部２３９は、表示系の処理として、クラッタデータ抽出部２４５によりクラッタデータを抽出する。これにより、構造物や飛行物によるクラッタデータを抽出することができる。

固定物体同定部２４６は、上記クラッタデータ抽出部２４５により抽出したクラックから固定物体（障害物）を同定する。すなわち、クラッタの存在する位置が構造物または飛行物の存在する位置であるから、これを利用者にとってわかりやすくするために固定物体を同定し、表示できるようにする。

モニター出力部２４７は、観測したスペクトルデータ等を上記固定物体同定部２４６で同定した固定物体の位置と共に表示部２４（図１参照）にモニター表示する。これにより、風速などの風状況と、ビルなどの障害物体の位置を重ね合わせて表示することが可能となり、利用者がわかりやすく理解することができる。

この構成により、管理サーバ２は、エアロゾルのドップラーシフトを高精度に検出し、風況状況を観測することができる。そして、乱流、ビル風、および突風域等の危険風況を検出でき、検出した危険風況とその位置に関する緯度、経度、乱れの強さ、風向風速、および警戒面積情報を出力することができる。具体的には、予め設定された閾値を風速が超えた領域を危険風況の領域とする。閾値は、少なくとも風速５ｍ／ｓ以上等の適宜の値に設定される。

また、１台のドップラーライダー５のみで観測される領域は、各観測レンジの緯度・経度・視線風情報を得ることができ、２台以上のドップラーライダー５により観測される領域は、それぞれのドップラーライダー５で観測される視線風ベクトルの合成により緯度・経度・風向風速情報が得られる。このため、１台のドップラーライダー５のみで観測される領域での前記閾値は、２台以上のドップラーライダー５により観測される領域での前記閾値よりも小さい値とするなど、風向情報が得られるか否かによって閾値を異ならせても良い。
このような危険風況の検出は、１分毎に実行するなどの分単位で行われることが好ましい。

図４は、管理サーバ２の制御部２１および無人航空機６の制御部７１（図１参照）が実行する動作を示すフローチャートである。
制御部２１は、上述した風況検出機能により常時風況を検出しており、危険風況が検出されない間は（ステップＳ１：Ｎｏ）、アラート送信をすることなく（ステップＳ２）、風況検出を継続する。

危険風況が検出されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部２１は、観測されたリアルタイム風況を高分解能数値モデルに同化する（ステップＳ３）。

制御部２１は、近未来の風況をメートルオーダー（１ｍ２単位）の分解能で算出する（ステップＳ４）。なお、近未来の風況とは、例えば３分後、５分後、１０分後、３０分後、１時間後、あるいは２時間後など、予め設定された適宜の将来時刻の予測風況をいう。なお、この実施例では３０分後の近未来の風況を予測する。

制御部２１は、リアルタイム状況と予測情報、飛行中の無人航空機６にアラートを送信する（ステップＳ５）。すなわち、制御部２１は、現在の危険風況の領域（緯度、経度、警戒面積）を示す現在危険風況領域データと、近未来に危険風況になると予測される領域（緯度、経度、警戒面積）を示す近未来危険風況領域データと、注意を促すアラート信号を各無人航空機６に送信する。

アラート信号は、例えば、風速が強くなるにつれて低危険度、中危険度、高危険度と段階的に高くするなど、風速に応じて危険度を段階的に示す複数段階のアラート信号とすることが好ましい。また、これを受ける無人航空機６は、自身の飛行能力に応じてどの段階のアラート信号であればどのように動作するか設定しておくことが好ましい。これにより、例えば無人航空機６が大型であれば低危険度の領域はそのまま通過し、無人航空機６が小型であれば低危険度の領域でも回避するなど、無人航空機６の飛行能力と風速状況に応じて対応を決定することができる。また、このように段階的にすることで、警戒領域が広域である場合や、竜巻や突風等の極端風況である場合などを高危険度とし、この高危険度の場合には付近の無人航空機６を緊急着陸させるなど、風況に応じた対応を実行させることができる。

なお、送信対象としては、全ての無人航空機６に全ての上記現在危険風況領域および近未来危険風況領域を送信する、または、上記現在危険風況領域または近未来危険風況領域が経路上に存在する無人航空機６のみに対して当該無人航空機６の経路上の現在危険風況領域および近未来危険風況領域のみを送信するなど、適宜の設定とすることができる。

無人航空機６の制御部７１は、受信した領域内に現在位置が入っていなければ（ステップＳ６：Ｎｏ）、そのまま飛行を継続する（ステップＳ１１）。

受信した領域内に現在位置が入っていれば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部７１は、搬送している荷物が救急性のあるものか否かを確認する（ステップＳ７）。

救急性の無い荷物を運んでいる場合であれば（ステップＳ７：Ｎｏ）、制御部７１は、緊急着陸可能領域記憶部１６５（図２参照）を参照し、現在位置に最も近い緊急着陸可能領域に着陸する（ステップＳ８）。

救急性のある荷物を運んでいる場合であれば（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、緊急に運ぶ必要があるために、制御部７１は、ルート再設定の必要があるか否か判定する（ステップＳ９）。このルート再設定の必要性の判断は、経路上に現在危険風況領域または近未来危険風況領域があれば再設定必要と判断し、経路上に現在危険風況領域および近未来危険風況領域がなければ再設定不要と判断する。

ルート再設定が必要なければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、制御部７１は、位置情報を通報し管理者による継走を許容する（ステップＳ１０）。従って、このとき、制御部７１は、飛行を継続する。

ルート再設定が必要であれば（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、制御部７１は、飛行を継続する（ステップＳ１１）。この場合、制御部７１は、経路再算出部１６４（図２参照）によってルート再設定を行って再設定された経路にて飛行を継続する。

以上の構成および動作により、人による操縦を必要とせず、かつ、風の影響を考慮して無人航空機６を飛行させることができる。すなわち、経路上に危険風況領域（現在危険風況領域および近未来危険風況領域）が存在すると、経路を再計算して回避する、あるいは緊急着陸して危険風況が解消するまで待機するといったことができる。

また、緊急着陸領域を定めておき、風による警戒領域が広域である場合や、竜巻や突風等の極端風況の場合に緊急着陸指示をすることで、危険風況が解消するまで待機し、解消後に再出発することができる。

また、無人航空機６の搬送している搬送物が緊急輸血用血液などの緊急性の高い物である場合に、緊急着陸指示があっても緊急着陸しないため、経路を再計算して緊急性の高い搬送物を確実に早くに届けることができる。このとき、緊急性の低い搬送物を搬送している無人航空機６が緊急着陸しているために、風にあおられて他の無人航空機６と衝突するといったリスクが大幅に軽減され、比較的安全に飛行することができる。

また、過去に危険風況となることが多かった領域を立入禁止領域と予め定めて経路から外すことにより、経路の再計算や緊急着陸を行う回数を削減でき、安定した飛行を行うことができる。

また、近未来の風況を推定して警戒領域となる予測警戒領域を避けて経路算出するため、飛行している位置が警戒領域になってしまう状況を減らすことができる。

なお、この発明の飛行経路算出システムは、実施形態の無人航空機飛行管理システム１に対応し、以下同様に、
コンピュータは、無人航空機６に対応し、
飛行経路算出プログラムは、飛行プログラム７７に対応し、
風況データ取得部は、ライダーデータ取得部１２１に対応し、
警戒領域算出部は、危険風況領域判定部１２３に対応し、
緊急着陸指示部は、警戒領域データ出力部１２４に対応し、
風況推定部は、近未来風況推定部１２６に対応し、
立入禁止領域算出手段は、立入禁止領域算出部１２７に対応し、
警戒領域取得部は、警戒領域データ取得部１６１に対応し、
緊急性判定部は、緊急着陸要否判定部１６３に対応し、
３次元経路再算出部は、経路再算出部１６４に対応し、
緊急着陸可能領域記憶部は、緊急着陸可能領域記憶部１６５に対応し、
目的地取得部は、搬送指示取得部１６６に対応し、
３次元経路算出部は、経路算出部１６７に対応し、
搬送物緊急性データ記憶部は、搬送データ記憶部１６８に対応し、
３次元地図データ記憶部は、３次元地図データ記憶部１７２に対応し、
現在位置取得部は、現在位置取得部１７５に対応するが、この発明は、これに限らず他の様々な実施形態とすることができる。

例えば、管理サーバ２は、風況の検出、近未来風況の予測、無人航空機６の飛行管理を全て行う構成としたが、風況の検出を行う風況検出サーバ、近未来の風況の予測を行う風況予測サーバ、無人航空機６の飛行管理を行う飛行管理サーバとそれぞれ分離して構成してもよい。

この発明は、無人航空機を利用する様々な産業に用いることができる。

１…無人航空機飛行管理システム
６…無人航空機
７７…飛行プログラム
１２１…ライダーデータ取得部
１２３…危険風況領域判定部
１２４…警戒領域データ出力部
１２６…近未来風況推定部
１２７…立入禁止領域算出部
１６１…警戒領域データ取得部
１６３…緊急着陸要否判定部
１６４…経路再算出部
１６５…緊急着陸可能領域記憶部
１６６…搬送指示取得部
１６７…経路算出部
１６８…搬送データ記憶部
１７２…３次元地図データ記憶部
１７５…現在位置取得部

Claims (5)

1. 地上物が存在せず無人航空機が飛行可能な水平方向および高さ方向の３次元の地図データを記憶する３次元地図データ記憶部と、
   現在位置を取得する現在位置取得部と、
   目的地を取得する目的地取得部と、
   現在位置から目的地までの前記地図データにおける飛行可能な経路を算出する３次元経路算出部と、
   風況データを取得する風況データ取得部と、
   前記風況データから飛行を避けた方が良い警戒領域を算出する警戒領域算出部と、
   前記３次元経路算出部により算出した経路が前記警戒領域算出部により算出した警戒領域を通過する経路であった場合に、前記警戒領域を避けて経路を再算出する３次元経路再算出部と、
   を備え、
   前記無人航空機を緊急着陸させても良い緊急着陸可能領域を記憶する緊急着陸可能領域記憶部と、
   飛行中の前記無人航空機に対して所定の前記緊急着陸可能領域に緊急着陸するように緊急着陸指示する緊急着陸指示部と、
   をさらに備え、前記３次元経路再算出部は、前記緊急着陸指示を受けると、現在位置から指定された前記緊急着陸可能領域までの経路を再算出する構成であり、
   前記無人航空機の搬送物が緊急搬送物か否かを判別可能な搬送物緊急性データを記憶する搬送物緊急性データ記憶部と、
   前記緊急着陸指示部により緊急着陸させようとする前記無人航空機に関する前記搬送物緊急性データが緊急性の高い搬送物であることを示すか否か判定する緊急性判定部と、
   をさらに備え、前記緊急性判定部が緊急性ありと判定した場合、前記緊急着陸指示部による緊急着陸指示を行わずに飛行継続させる構成である、
   飛行経路算出システム。
2. 過去の前記風況データに基づいて飛行に影響を与えやすく飛行を避けた方が良い立入禁止領域を算出する立入禁止領域算出部を備え、
   前記３次元経路算出部および前記３次元経路再算出部は、前記立入禁止領域を飛行しない経路を算出する構成である
   請求項１に記載の飛行経路算出システム。
3. 過去の前記風況データと最新の前記風況データに基づいて近未来に飛行を避けた方が良い警戒領域となる予測警戒領域を推定する風況推定部を備え、
   前記３次元経路再算出部は、前記予測警戒領域も避けて前記経路を再算出する構成である
   請求項１または請求項２に記載の飛行経路算出システム。
4. コンピュータを、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の飛行経路算出システムとして機能させる
   飛行経路算出プログラム。
5. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の飛行経路算出システムにより、
   前記警戒領域算出部による警戒領域の算出を所定の時間間隔で繰り返し、警戒領域が出現する毎に前記３次元経路再算出部により経路を再算出し、再算出された最新の経路に沿って前記無人航空機を飛行させる
   無人航空機経路制御方法。

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