JP7271028B2 - 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１
０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（Ｕ
ｎｍａｎｎｅｄ 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）２
３、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１
３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 Ｄｉ
ｓｃ 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ＢＩ
ＯＳ（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 (1)

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、
   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と、
   を備え、
   前記演算部は、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。
   

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