JP7355315B2 - Mobile object management system, mobile object management device, and mobile object management method - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 2018年10月1日から5日間の日程でSpainのMadridにおいて開催された「The IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems」で発表 [刊行物等] 2018年12月19日に東京銀座ロータリークラブ(東京都中央区)の「先端技術活用による土木革命 米国一流大学と新潟企業の海を越えた共同開発」で発表
本発明は、移動体の移動計画を管理する技術に関する。 The present invention relates to a technique for managing a movement plan of a moving object.
移動体の1つである無人航空機(UAV: Unmanned aerial vehicle)は、姿勢制御や飛行制御等に関する技術が改良され、その操作性が向上した。またこのような無人航空機は、小型で低価格帯の機種も増えている。このような背景から、近年では、様々な産業分野での活用が試行されている。
例えば、建築・土木分野において、橋やビル等の構造物の点検に無人航空機が用いられる場合がある(特許文献1参照)。
Unmanned aerial vehicles (UAVs), which are a type of mobile object, have improved their operability due to improvements in technology related to attitude control, flight control, etc. In addition, the number of small and low-priced unmanned aerial vehicles is increasing. Against this background, in recent years, attempts have been made to utilize it in various industrial fields.
For example, in the field of architecture and civil engineering, unmanned aerial vehicles are sometimes used to inspect structures such as bridges and buildings (see Patent Document 1).
大型の構造物の点検に無人航空機を用いる場合には、点検を行う作業範囲は広範囲に及ぶ。そのため、点検を実施する無人航空機に対して要求される飛行距離も長くなる。無人航空機は、電源である充電池(バッテリ)から供給された電力によって、プロペラを回転させるモータ等の駆動装置を駆動させ飛行する。よって、無人航空機の飛行時間は、充電池からの電力供給時間に依存する。このように、無人航空機を用いて大型の構造物の点検を行う場合には、一連の作業の中で、複数回、充電池を交換する必要がある。そのため、無人航空機を用いる点検作業現場では、適切なタイミングで充電池を交換し、効率よく点検を実施できることが望まれている。 When unmanned aerial vehicles are used to inspect large structures, the scope of inspection is wide-ranging. Therefore, the flight distance required for the unmanned aircraft that conducts the inspection also increases. An unmanned aircraft flies by driving a drive device such as a motor that rotates a propeller using electric power supplied from a rechargeable battery (battery) as a power source. Therefore, the flight time of an unmanned aircraft depends on the power supply time from the rechargeable battery. In this way, when inspecting a large structure using an unmanned aerial vehicle, it is necessary to replace the rechargeable battery multiple times during a series of operations. Therefore, at inspection work sites using unmanned aerial vehicles, it is desired to be able to replace rechargeable batteries at appropriate timing and carry out inspections efficiently.
本発明の態様は、駆動電力を供給する電源の交換が必要な移動体を用いた作業において、適切なタイミングで電源を交換し、効率のよい作業の実施を実現することを目的とする。 An aspect of the present invention is to replace the power source at an appropriate timing in work using a moving body that requires replacing the power source that supplies driving power, and to realize efficient work.
本発明の一態様である移動体の管理システムは、第1移動体と第2移動体とを用いて、点検範囲が広範囲に及ぶ構造物の点検作業を実施するためのシステムである。第1移動体は、駆動装置に電力を供給する電源としてバッテリを備え、点検作業を実施する。第2移動体は、第1移動体から前記点検作業の結果データを受信し記録する。
本管理システムは、計画部と制御部とを備える。計画部は、構造物に対して第1移動体が全ての点検作業を実施するために、全点検区間を対象に、第1移動体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な部分点検区間ごとに、第1移動体の最短移動経路を計算し、点検作業の実施時における第1移動体の移動経路を計画する。制御部は、計画した移動経路に従って、第1移動体が全点検区間を移動し点検作業を実施するように、第1移動体の駆動を制御する。
A management system for a moving body, which is one aspect of the present invention, is a system for carrying out inspection work on a structure whose inspection range is wide, using a first moving body and a second moving body. The first mobile body is equipped with a battery as a power source for supplying power to the drive device, and performs inspection work. The second moving body receives and records the result data of the inspection work from the first moving body.
This management system includes a planning section and a control section. In order for the first mobile body to carry out all inspection work on the structure, the planning department targets each partial inspection zone in which the first mobile body can continue to move without replacing the battery, targeting all inspection zones. Next, the shortest moving route of the first moving body is calculated, and the moving route of the first moving body at the time of carrying out the inspection work is planned. The control unit controls the driving of the first moving body so that the first moving body moves through the entire inspection area and performs the inspection work according to the planned movement route.
本発明の一態様によれば、駆動電力を供給する電源の交換が必要な移動体を用いた作業において、適切なタイミングで電源を交換し、効率よく作業を実施できる。 According to one aspect of the present invention, in work using a moving body that requires replacement of a power source that supplies driving power, the power source can be replaced at an appropriate timing and the work can be performed efficiently.
まず、本開示の実地形態では、移動体の管理システムを「水路の点検作業」に活用する場合を例に説明を行う。日本では、長さは数十キロメートルに及ぶ灌漑用水路の点検が手作業で行われている。このような手動点検方法では、老朽化に伴う定期的な点検に対する需要の増加と、季節的に点検の実施に適した時期が限られているため、対応が不十分な状況となっている。そこで、点検時間の短縮(作業の効率化)を目的とし、無人航空機と地上車両との異なる移動体を組み合わせて用いる自動点検は、手動点検の代替手段として有効である。このような産業上の利用効果の観点から、本開示の実施形態では、水路の点検作業に適用する例を挙げる。 First, in the practical embodiment of the present disclosure, an example will be described in which a mobile body management system is utilized for "waterway inspection work." In Japan, irrigation canals that are tens of kilometers long are inspected manually. Such manual inspection methods are insufficient to cope with the increasing demand for periodic inspections due to aging and the limited seasonal periods suitable for inspections. Therefore, for the purpose of shortening inspection time (improving work efficiency), automatic inspection using a combination of different moving objects, such as an unmanned aircraft and a ground vehicle, is effective as an alternative to manual inspection. From the viewpoint of such industrial application effects, the embodiment of the present disclosure will cite an example of application to waterway inspection work.
以降に、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、実施形態の内容に限定されない。本発明の構成は、本開示の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the contents of the embodiments. The configuration of the present invention can be modified as appropriate without departing from the technical idea of the present disclosure.
<第1実施形態>
[システム構成]
図1は、本実施形態に係る移動体の管理システム1の一例を示す図である。図1に示すように、作業現場では、少なくとも2つの異なる移動体を用いる。具体的には、車両2(第2移動体)及び無人航空機3(第1移動体)である。
<First embodiment>
[System configuration]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a mobile
車両2は、運転者Drの運転操作により走行する移動体である。車両2は、乗車している管理者Opが無人航空機3による作業を監視できるように、水路周辺の道路を移動し、点検作業の拠点として機能する基地車両である。なお、車両2は、後述する移動計画(走行計画)に従って、遠隔操作により走行してもよいし、自律走行してもよい。以降の説明では、車両2は、便宜上、基地車両2と称す。無人航空機3は、無人で飛行する移動体である。無人航空機3は、上述したように、点検対象の水路に進入し、所定距離又は所定時間の間、水路内を飛行し、水路の壁面等の劣化状態を点検する。無人航空機3は、後述する移動計画(飛行計画)に従って自律飛行する。以降の説明では、無人航空機3は、便宜上、ドローン3と称す。
The
管理システム1は、管理装置4と、入力装置5と、出力装置6と、通信装置7と、位置センサ8と、を備える。管理装置4、入力装置5、出力装置6、通信装置7、及び位置センサ8は、例えば基地車両2に設置される。通信装置7は、管理装置4とドローン3の間で通信を実施する。管理装置4は無線通信機9を備え、ドローン3は無線通信機34を備える。よって、管理装置4とドローン3とは、通信装置7を介して無線通信する。通信装置7は、例えばIPアドレスのルーティング機能を用いて、管理装置4とドローン3の間で通信を実施する。
The
入力装置5は、例えば管理者Opからの入力操作を受け付け、入力データを生成する。入力装置5により生成された入力データは、管理装置4に出力される。入力装置5は、コンピュータ用キーボード、ボタン、スイッチ、及びタッチパネル等の少なくとも1つである。
The
出力装置6は、管理装置4からの出力信号を受信しデータを出力することで、例えば管理者Opに情報を提供する。出力装置6は、表示データを表示可能な表示装置、音声を出力可能な音声出力装置、及び印刷物を出力可能な印刷装置等の少なくとも1つである。なお、表示装置は、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display:LCD)又は有機ELディスプレイ(Organic Electroluminescence Display:OELD)のようなフラットパネルディスプレイ等を含む。
The
位置センサ8は、基地車両2の位置を検出する。位置センサ8は、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用して、基地車両2の位置を検出する。全地球航法衛星システムは、全地球測位システム(GPS:Global Positioning System)等を含む。全地球航法衛星システムは、例えば緯度、経度、及び高度の座標データで規定される基地車両2の絶対位置を検出する。全地球航法衛星システムにより、グローバル座標系において規定される基地車両2の位置が検出される。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。位置センサ8は、GPS受信機等を含み、基地車両2の絶対位置(座標)を検出する。
The
ドローン3は、飛行制御装置30と、飛行装置31と、本体32と、位置センサ33と、無線通信機34と、電源35と、計測装置36と、を備える。
The
ドローン3は、プロペラ31Pが回転することにより飛行する。よって、飛行装置31は、プロペラ31P及び駆動装置31D等を含む。駆動装置31Dは、プロペラ31Pを回転させるための駆動力を発生する。駆動装置31Dは、電動機(モータ)等を含む。飛行制御装置30は、フライトコントローラと呼ばれ、後述する計測装置36からの計測データに基づき所定の演算を行い、機体の姿勢制御や飛行制御を行う。飛行制御装置30は、演算結果に基づき駆動装置31Dに制御信号を送信することで機体を制御する。本体32は、飛行装置31に支持される。位置センサ33は、ドローン3の位置を検出する。位置センサ33は、GPS受信機等を含み、ドローン3の絶対位置(座標)を検出する。無線通信機34は、基地車両2が搭載する通信装置7と無線通信可能である。
The
ドローン3は、電動機に電力を供給する電源35を有する。電源35は、充電池(バッテリ)等を含む。以降の説明では、電源35は、便宜上、バッテリ35と称す。
The
計測装置36は、撮像装置37及び慣性計測装置(Inertial Measurement Unit:IMU)等を含み、ドローン3の周辺及び機体自身をセンシングし、飛行環境及び飛行状態を計測する。撮像装置37は、被写体を撮像し画像データを取得する。撮像装置37は、光学デバイスとイメージセンサとを有する。光学デバイスは、光学レンズ等を含む。イメージセンサは、CCD(Couple Charged Device)イメージセンサ又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等を含む。慣性計測装置(非図示)は、移動体の角速度(回転運動)を検出する角速度計(ジャイロ)、加速度(直線運動)を検出する加速度計等を備え、移動体の動きを計測する。慣性計測装置は、加速度計及び角速度計以外にも、磁力計(3軸)、温度センサ、及びプロセッサ等を含んでいてもよい。
The
[コンピュータシステムの基本構成]
図2は、本実施形態に係るコンピュータシステム100の一例を示す図である。
上述の管理装置4及び飛行制御装置30のそれぞれは、コンピュータシステム100等を含む。コンピュータシステム100は、プロセッサ101と、メモリ102と、ストレージ103と、インタフェース104と、を有する。プロセッサ101は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。メモリ102は、ROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリ及びRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリ等を含む。ストレージ103は、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等を含む。インタフェース104は、入出力回路等を含む。上述の管理装置4の機能及び飛行制御装置30の機能は、プログラムとしてストレージ103に記憶されている。プロセッサ101は、プログラムをストレージ103から読み出してメモリ102に展開し、プログラムに従って処理を実行する。なお、プログラムは、公衆回線を介してコンピュータシステム100に配信されてもよい。
[Basic configuration of computer system]
FIG. 2 is a diagram showing an example of the
Each of the
[水路の点検作業]
図3は、本実施形態に係る水路の点検作業の流れを示す模式図である。図3に示すように、水路の点検作業は、いくつかの作業工程に分けられる。まずは、少なくとも管理者である現場監督を含む数人の担当者は、点検作業を実施する現場に行き、事前の調査を行う(ステップS1)。担当者は、事前調査の結果に基づき、点検に関する全体の作業計画を検討する(ステップS2)。このとき検討される作業計画には、後述する基地車両2及びドローン3の移動計画が含まれる。また、作業計画は、管理装置4の機能を用いて行われる。
[Waterway inspection work]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of waterway inspection work according to the present embodiment. As shown in Figure 3, the waterway inspection work is divided into several work steps. First, several persons in charge, including at least the site supervisor who is the manager, go to the site where the inspection work is to be carried out and conduct a preliminary investigation (step S1). The person in charge considers the overall work plan regarding the inspection based on the results of the preliminary investigation (step S2). The work plan considered at this time includes a movement plan for the
担当者は、管理装置4とドローン3を乗せた基地車両2によって再び現場に行き、点検作業を実施する(ステップS3)。このときドローン3は、事前に決定しておいた作業計画に従って、点検対象の水路に対して飛行を開始し、水路を点検する。基地車両2は、作業計画に従って、水路周辺の道路の走行を開始する。その結果、乗車している管理者Opが点検中のドローン3を監視し、実施作業を管理する。
The person in charge returns to the site using the
担当者は、点検後に水路の計測データを処理する(ステップS4)。ここでいうデータ処理では、計測データの確からしさを確認するとともに、所定のツールを用いてデータ分析を行い、分析結果に基づき報告書を作成する。 After the inspection, the person in charge processes the measurement data of the waterway (step S4). In the data processing referred to here, the reliability of measurement data is confirmed, data is analyzed using a predetermined tool, and a report is created based on the analysis results.
図4は、本実施形態に係る管理システム1の処理を示す図である。図4に示す処理は、上述したステップS3の工程で実行される処理の詳細である。図4に示すように、管理システム1では、現地作業において、基地車両2とドローン3との間で次のような処理が実行される。
FIG. 4 is a diagram showing the processing of the
基地車両2では、乗車中の管理者Opが管理装置4を介しドローン3に対して離陸を指示する(ステップS21)。その後、基地車両2が走行を開始することで、管理者Opがドローン3の機体を監視する(ステップS22)。基地車両2は、事前に計画された移動計画に従って運転手Drが運転操作を行うことで、水路周辺の道路を走行し移動する(ステップS23)。
In the
基地車両2では、移動計画に従ってドローン3の機体回収位置に到着すると(ステップS24)、管理者Opがドローン3の機体を回収する(ステップS25)。そして、管理者Opは、点検の途中であれば、回収したドローン3のバッテリ35を交換し(ステップS26)、バッテリ35を交換した後のドローン3を所定の離陸位置に設置する。このとき離陸位置が現在の機体回収位置から所定の距離以上遠い場合には、基地車両2によってバッテリ35を交換した後のドローン3を離陸位置まで運ぶ。
When the
ドローン3は、離陸指示を受信すると、飛行制御装置30が駆動装置31Dを制御し、プロペラ31Pを回転させ離陸する(ステップS31)。そして、ドローン3は、図5に示すように、離陸位置から水路C内に進入し、点検開始位置SPに移動する(ステップS32)。
When the
ドローン3は、例えば図6に示すように、事前に計画された移動計画に従って水路C内を自律飛行し点検する(ステップS33)。このときドローン3は、物体検出領域DRを有し、機体周辺の物体(例えば進行方向に対して右側の壁RW及び左側の壁LW等)と接触しないように飛行する。また、ドローン3は、撮像装置37により、水路C内の左右両方の壁RW,LWを、同じ画角IA(以下「撮像範囲」と称す)内に撮像し、撮像画像を基地車両2(管理装置4)に送信する。これにより、管理者Opは、管理装置4を用いて、蓄積された撮像画像の時系列データを画像解析することで、水路Cの劣化状態を判断する。なお、ドローン3は、撮像装置37による撮像範囲IAに、水路Cの右側及び左側の壁RW,LWが含まれない場合には、例えば図7に示すように、水路C内をジグザグ飛行してもよい。これにより、ドローン3は、例えば水路Cの横幅が撮像範囲IAの横幅よりも格段に広い場合であっても、点検対象である壁RW,LWの全ての範囲を撮像できる。
For example, as shown in FIG. 6, the
ドローン3は、移動計画に従って点検終了位置Eに到着すると(ステップS34)、図8に示すように、機体の飛行位置を点検終了位置EPから所定の高さまで上昇させる。その結果、ドローン3は、水路C内から退出した後、機体回収位置に移動し着陸する(ステップS35)。上述したように、その後は、管理者Opによって着陸したドローン3が回収され、バッテリ35が交換される。
When the
[機能構成]
大規模な農業地域では、点検対象である水路Cの作業範囲は広い。具体的には、大規模な農業地域では、数十[km]に及ぶ水路Cが数十[km2]の農地に広がっている。これに対して、通常、産業分野で利用されるドローン3は、管理者Opが居る基地から通信可能な約7[km]以内の飛行領域において約20-40分間飛行できる程度である。このように、点検対象である水路Cは、搭載バッテリ35の容量に基づくドローン3の継続飛行可能な範囲を超えている。そのため、点検作業全体の中で、ドローン3のバッテリ35を複数回交換しながら点検作業を繰り返し実施する必要がある。
[Functional configuration]
In large-scale agricultural areas, the work area of waterway C, which is the subject of inspection, is wide. Specifically, in large-scale agricultural areas, several tens of kilometers of waterways C extend across several tens of kilometers of farmland. On the other hand, the
そこで、本実施形態に係る管理システム1では、適切なタイミングでバッテリ35を交換し、効率よく繰り返し点検作業が実施されるように、管理装置4によって次のような処理を行う。具体的には、管理装置4は、基地車両2及びドローン3における点検作業全体の移動経路を最適化する(移動経路を計画する)。このとき管理装置4は、バッテリ35の容量に応じた継続飛行可能範囲等に基づき最適な移動経路を計算し決定する。そして、管理装置4は、最適化された移動経路のデータを基地車両2及びドローン3の移動計画のデータに反映する。
Therefore, in the
以下に本実施形態に係る管理システム1が有する移動計画機能について説明する。図9は、本実施形態に係る移動計画機能の概要を示す図である。図9(A)に示すように、本実施形態に係る移動計画機能は、まず、点検対象全体の水路Cを表す水路パスPCと水路Cの周辺の道路を表す道路パスPRとを地図データ441から抽出する。次に、移動計画機能は、図9(B)に示すように、抽出データに含まれる水路パスPCを、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な範囲に従って分割し、複数の分割水路パスDPCn(点検対象全てのうち、継続飛行可能な距離又は時間に相当する点検区間)を生成する。次に、移動計画機能は、図9(C)に示すように、分割水路パスDPC(分割点検区間)ごとに当該パスに対する基地車両2及びドローン3の各移動経路の最適化を実行する。換言すれば、移動計画機能は、基地車両2とドローン3とが通信可能な位置関係を維持可能な、分割点検区間における第1移動経路(基地車両2及びドローン3の移動距離又は移動時間)を最適化する第1移動経路決定処理を実行する。次に、移動計画機能は、図9(D)に示すように、各分割水路パスDPCn同士を接続する基地車両2の移動経路の最適化を実行する。換言すれば、移動計画機能は、各分割点検区間同士を接続する第2移動経路(基地車両2がドローン3を運ぶ際の移動距離又は移動時間)を最適化する第2移動経路決定処理を実行する。
The movement planning function of the
このように、本実施形態に係る移動計画機能は、点検対象全ての水路Cを表す水路パスPCを、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な範囲(継続飛行可能な距離又は時間:20-40分)の単位で分割する。そして、移動計画機能は、複数の分割水路パスDPCnに対して、パス内の移動経路(第1移動経路)の最適化を行う。そして、移動計画機能は、パスごとに移動経路が最適化された各分割水路パスDPCn同士を接続する移動経路(第2移動経路)の最適化を行う。これにより、本実施形態に係る管理システム1(管理装置4)は、バッテリ35の容量に応じて、適切に移動経路を決定できる。すなわち、管理システム1は、適切なタイミングでバッテリ35を交換し、効率のよい作業の実施を実現する、基地車両2及びドローン3(異なる2種類の移動体)の移動計画を作成できる。
In this way, the movement planning function according to the present embodiment allows the
図10は、本実施形態に係る管理システム1の機能ブロック図である。本実施形態に係る管理システム1が有する管理装置4及びドローン3は、図10に示すような各機能を有する。
FIG. 10 is a functional block diagram of the
[管理装置]
管理装置4は、送受信部40、グラフ処理部41、経路計画部42、移動体制御部43、及び記憶部44等を有し、各機能部が連携して動作することで所定の機能を提供する。送受信部40は、ドローン3等の管理装置4以外の他の機器との間でデータの送受信を行う。記憶部44は、管理装置4が移動計画機能を実行するために必要な各種データを保存する所定の記憶領域である。なお、記憶部44は、図2に示すメモリ102及び/又はストレージ103が有する機能である。
[Management device]
The
本実施形態に係る各種データは、地図データ441、パラメータデータ442、移動計画データ443、及び計測データ444等を含む。地図データ441は、点検対象全体の水路Cとその周辺の道路とを含む地図データである。地図データ441は、例えば現地踏査の段階で事前に入手しておく。パラメータデータ442は、移動計画の中で、基地車両2及び/又はドローン3の移動経路を決定するための各種パラメータ値を示すデータである。パラメータデータ442は、主に、基地車両2及びドローン3のそれぞれに関する情報を含む。基地車両2に関するパラメータ値は、例えば点検作業に利用する車両総数及び通信装置7による通信距離(車両から無線通信可能な距離)等を含む。ドローン3に関するパラメータ値は、例えば点検作業に利用する機体総数、バッテリ35の交換なしでの継続飛行可能時間及び飛行速度等を含む。また、パラメータデータ442は、点検作業に影響を及ぼす外部要因に関する情報をさらに含んでもよい。外部要因のパラメータ値は、例えば基地車両2が走行予定の道路の交通情報、点検作業を実施する地域の気象情報、及び航空法に基づく飛行禁止区域の設定情報等を含む。なお、外部要因のパラメータ値は、例えば公衆回線(インターネット)を介して取得した最新の情報を記憶するようにしてもよい。一方、外部要因以外のパラメータ値は、例えば現地踏査の結果を基に決定した事前の情報を記憶するようにしてもよい。移動計画データ443は、異なる2種類の移動体を用いて水路Cの点検作業を実施するための移動体の移動計画を示すデータである。移動計画データ443は、基地車両2及び/又はドローン3の最適な移動経路データ(移動経路の最適化データ)等を含む。移動計画データ443は、後述する経路計画部42が生成し記憶部44に記憶される。計測データ444は、水路Cの点検結果を示すデータであり、各種センサの計測データである。計測データ444は、撮像装置37の撮像データ等を含む。計測データ444は、ドローン3から所定の通信回線を介して管理装置4に送信される。その結果、計測データ444は、送受信部40を介して受信され記憶部44に記憶される。このとき計測データ444は、ドローン3から定期的に送信され記憶部44に時系列データとして記憶される。
Various data according to this embodiment include
[グラフ処理機能]
グラフ処理部41は、点検対象全体の水路Cとその周辺の道路とが含まれている地図データ441から、移動計画機能において利用可能なデータを生成し、所定のデータ処理を行う。本実施形態では、数学的モデルの1つであるグラフデータを生成する。なお、ここでいうグラフデータとは、ノード(節点/頂点)の集合とエッジ(枝/辺)の集合によって表現され、各エッジの接続関係によって、ノード間の経路を表すデータ構造の1つである。
[Graph processing function]
The
グラフ処理部41は、グラフ生成部411及びエッジ分割部412を有する。
The
図11は、本実施形態に係るグラフ生成の一例を示す図である。グラフ生成部411は、地図データ441からグラフデータGDを生成する。グラフ生成部411は、図11Aに示すように、所定の画像処理(例えば所定の特徴量に基づくフィルタ処理)によって、地図データ441から点検対象全体の水路Cを表す水路パスPCを抽出する。また、グラフ生成部411は、所定の画像処理によって、地図データ441から水路Cの周辺の道路を表す道路パスPRを抽出する。グラフ生成部411は、図11Bに示すように、水路Cの抽出データ(パスデータ)から水路CのグラフデータGDを生成する。グラフ生成部411は、例えば抽出した水路パスPCに対して、各パス同士の接続点にノードを挿入する。これにより、グラフ生成部411は、パスデータを複数のノードNDn(1≦n≦a)と複数のエッジEGn(1≦n≦a)によってノード間(ノードNDnとノードNDn+1との間)の経路を表すデータ構造のグラフデータGDを生成する。つまり、グラフ生成部411は、地図データ441を、パスデータを介してグラフデータGDに変換する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of graph generation according to this embodiment. The
エッジ分割部412は、図11Cに示すように、グラフデータGDを構成する各エッジEGを等間隔に分割し、グラフデータGDを再構成する。上述したように、水路Cの作業範囲は広い。そのため、1つのエッジEDに対応する作業対象範囲が、ドローン3がバッテリ35の交換なしで点検作業を実施可能な範囲より広い場合がある。具体的には、1つのエッジEDに対応する作業対象の距離又は時間が、ドローン3がバッテリ35の交換なしで点検作業を実施可能な距離又は時間より長い場合がある。そこで、本実施形態では、エッジ分割部412が、1つのエッジEGを等間隔に分割する。そして、後述する経路計画部42が、複数の分割エッジSEGnmを連結し組み合わせることによって、点検区間に対応するサブグラフデータを生成する構成としている。これにより、本実施形態では、ドローン3がバッテリ35の交換なしで点検作業を実施可能な点検区間を柔軟に構成できる。
As shown in FIG. 11C, the
なお、エッジEGの分割間隔d1,d2(分割エッジSEGに対応する距離又は時間)は、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な距離又は時間よりも短い必要がある。一方、分割間隔d1,d2が小さすぎると(分割粒度が細かすぎると)、後述する移動経路の決定に関する計算量が増加する(計算コストが増大する)。そのため、エッジEGの分割間隔d1,d2は、例えば作業計画を検討する中で事前にシミュレーションを行い、継続飛行可能な距離又は時間と計算量とに基づき最適化された間隔(距離又は時間の事前調整値)を用いることが望ましい。
Note that the division intervals d1 and d2 of the edge EG (distance or time corresponding to the division edge SEG) need to be shorter than the distance or time that the
[移動計画機能]
経路計画部42は、水路Cを表す水路パスPCにおいてドローン3が飛行し点検する移動経路を最適化する。経路計画部42は、水路Cの周辺の道路の道路パスPRにおいて基地車両2が走行しドローン3の飛行に追従する移動経路を最適化する。このとき経路計画部42は、バッテリ35の容量に応じた継続飛行可能時間及び飛行速度等に基づき最適な移動経路を計算し決定する。このように、移動計画部42は、基地車両2及びドローン3における点検作業全体の移動経路を最適化し、最適化された移動経路のデータを基地車両2及びドローン3の移動計画データ443に反映する。その結果、水路Cの点検作業において、適切なタイミングでドローン3のバッテリ35を交換し、基地車両2及びドローン3を用いた効率のよい作業の実施を実現する、異なる2種類の移動体の最適な移動計画が作成される。
[Movement planning function]
The
経路計画部42は、サブグラフ生成部421、第1移動経路決定部422、及び第2移動経路決定部423を有する。
The
図12は、本実施形態に係るサブグラフ生成の一例を示す図である。サブグラフ生成部421は、ドローン3がバッテリ35の交換なしで点検作業を実施可能な点検区間を表すサブグラフデータSGDを生成する。サブグラフ生成部421は、図12に示すように、各エッジEGnを等間隔に分割し再構成されたグラフデータRGDから複数のサブグラフデータSGDn(1≦n≦c)を生成する。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of subgraph generation according to this embodiment. The
サブグラフデータSGDを生成するためには、サブグラフデータSGDの生成数(サブグラフの総数)及びサブグラフデータSGDを構成するエッジ数(1つのサブグラフのエッジ総数)を決定する必要がある。具体的には、サブグラフデータSGDの生成では、水路Cの点検作業全体の移動経路において、ドローン3のバッテリ35を交換し、水路Cの各分割水路パスDPCnの間を移動する時間が最小限となるようなサブグラフデータSGDの生成数及びエッジ数を決定する必要がある。そこで、本実施形態では、この問題(サブグラフの生成数の最小化問題)を数理モデル化し(問題を定式化し)、数理最適化(問題解決の一手法)によって問題を解決する手法を適用する。これにより、サブグラフ生成部421は、サブグラフデータSGDの生成数及びエッジ数を計算し、計算結果に基づき複数のサブグラフデータSGDnを生成する。
In order to generate subgraph data SGD, it is necessary to determine the number of generated subgraph data SGD (total number of subgraphs) and the number of edges forming subgraph data SGD (total number of edges of one subgraph). Specifically, in generating the subgraph data SGD, the
数理モデルは、変数、制約条件、及び目的関数によって構成される。本実施形態では、上記問題を、目的関数が二次式であり、制約条件が一次式の二次計画問題(QP:Quadratic Programming)とする。さらに、本実施形態では、二次計画問題のうち、変数の中に整数が含まれる場合の混合整数二次計画問題(MIQP:Mixed Integer Quadratic Programming)とする。 A mathematical model is composed of variables, constraints, and objective functions. In this embodiment, the above problem is a quadratic programming problem (QP) in which the objective function is a quadratic expression and the constraint is a linear expression. Furthermore, in this embodiment, among the quadratic programming problems, a mixed integer quadratic programming problem (MIQP: Mixed Integer Quadratic Programming) is used when integers are included in variables.
図13は、本実施形態に係るサブグラフ生成の計算処理を示すフローチャートである。サブグラフ生成部421は、上記問題を混合整数二次計画問題として数理モデル化し、図13に示すような計算処理を実行する。これにより、サブグラフ生成部421は、サブグラフデータSGDの生成数及びエッジ数の計算結果に基づき、複数のサブグラフデータSGDnを生成する。
FIG. 13 is a flowchart showing calculation processing for generating a subgraph according to this embodiment. The
図13に示すように、サブグラフ生成部421は、サブグラフデータSGDの生成数Sの初期値S0を設定する(ステップS41)。初期値S0は下記式[1]で示される。
K:ドローンの総数;
M:完全に充電されたバッテリによってドローンが点検作業を実施可能な範囲に相当するエッジeの数(ドローンがバッテリの交換なしで継続飛行可能な範囲に相当するエッジの数);
Ne:再構成後のグラフのエッジeの総数;及び
KM:サブグラフを構成するエッジeの最大数である。
As shown in FIG. 13, the
K: Total number of drones;
M: Number of edges e corresponding to the range in which the drone can carry out inspection work with a fully charged battery (number of edges corresponding to the range in which the drone can continue to fly without replacing the battery);
Ne: total number of edges e in the graph after reconstruction; and KM: maximum number of edges e constituting the subgraph.
なお、上記変数値K,Mは、記憶部44が記憶するパラメータデータ442に含まれる各パラメータ値又はパラメータ値から算出された値である。例えば変数値Kは、点検作業に利用するドローン3の総数の値である。また、変数値Mは、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な時間の値及び飛行速度の値に基づき、再構成後のグラフデータRGDにおけるエッジEGに対して計算された値である。このように、サブグラフ生成部421は、点検作業時に用いるドローン3の総数、及び、バッテリ35の容量に応じた継続飛行可能な範囲を考慮し、サブグラフデータSGDの生成数S及びエッジ数を決定している。
Note that the variable values K and M are each parameter value included in the
サブグラフ生成部421は、初期値S0を設定後、上記混合整数二次計画問題を数理モデル化した下記式[2]-[6](目的関数及び定式化された制約条件)を用いて計算し、サブグラフの生成数Sの最小化問題を解決する(ステップS42)。
(目的関数)
(objective function)
(定式化された制約条件)
(変数リスト)
xsi∈{0,1}:ノードiがサブグラフsに含まれるか否かを表す決定変数;
xsj∈{0,1}:ノードjがサブグラフsに含まれるか否かを表す決定変数;及び
wse∈{0,1}:エッジeがサブグラフsに含まれるか否かを表す決定変数である。
(variable list)
x si ∈{0,1}: decision variable indicating whether node i is included in subgraph s;
x sj ∈{0,1}: a decision variable that indicates whether node j is included in subgraph s; and w se ∈{0,1}: a decision variable that indicates whether edge e is included in subgraph s. It is.
(制約条件リスト)
制約[3]:各エッジeが1つのサブグラフsにのみ属している必要がある;
制約[4]:ドローンの総数Kを全てのサブグラフsのエッジ数Eの下限値とし、サブグラフsの最大数KMを全てのサブグラフsのエッジ数Eの上限値とする;
制約[5]:各サブグラフs同士を接続する必要がある;及び
制約[6]:エッジeijがサブグラフsに含まれる場合にはノードiとノードjとの両方がサブグラフsに含まれる。
(constraint list)
Constraint [3]: Each edge e must belong to only one subgraph s;
Constraint [4]: Let the total number of drones K be the lower limit of the number E of edges of all subgraphs s, and let the maximum number KM of subgraphs s be the upper limit of the number E of edges of all subgraphs s;
Constraint [5]: It is necessary to connect each subgraph s; and Constraint [6]: When edge e ij is included in subgraph s, both node i and node j are included in subgraph s.
サブグラフ生成部421は、上記式[2]-[6]に基づき、上記混合整数二次計画問題の数理モデルの計算が実行可能か否かを判定する(ステップS43)。つまり、サブグラフ生成部421は、生成数Sの最小化問題が解決されたか否かを判定する。サブグラフ生成部421は、実行不可能と判定した場合(ステップS43:NO)、生成数Sに1を加算する(ステップS44)。一方、サブグラフ生成部421は、実行可能と判定した場合(ステップS43:YES)、処理を終了する。このように、サブグラフ生成部421は、上記混合整数二次計画問題が解決されるまで反復処理を実行する。サブグラフ生成部421は、サブグラフデータSGDの生成数Sを初期値S0から+1ずつ増加させる。その結果、サブグラフ生成部421は、上記混合整数二次計画問題が解決された時点の生成数(サブグラフの総数)S及びエッジ数(1つのサブグラフのエッジ総数)Eに基づき、複数のサブグラフデータSGDnを生成する。
The
サブグラフデータSGDが生成された後は、当該データに対応する水路Cの分割水路パスDPC内をドローン3が点検作業するための最適な移動経路を決定する必要がある。そのため、第1移動経路決定部422は、生成された1つのサブグラフデータSGDに対して、基地車両2及びドローン3の各移動経路(第1移動経路)の最適化を行う。具体的には、第1移動経路決定部422は、1つのサブグラフデータSGD内の複数のノードNDnと複数のエッジEGnとを最短で経由するドローン3の移動経路を決定する。また、第1移動経路決定部422は、ドローン3の移動経路に対して、通信装置7を介して移動中のドローン3と通信可能な距離に位置する基地車両2の移動経路を決定する。そこで、本実施形態では、サブグラフ生成時と同様に、この問題を数理モデル化し、数理最適化によって問題を解決する手法を適用する。
After the subgraph data SGD is generated, it is necessary to determine an optimal movement route for the
図14は、本実施形態に係るサブグラフに対する基地車両2及びドローン3の最短経路問題の一例を示す図である。図14に示す例は、1つのサブグラフデータSGDで表現される水路Cの分割水路パスDPCを1台のドローン3が点検作業する場合を想定している。また、分割水路パスDPCの周辺には、基地車両3が走行可能な道路(道路パスPR)が存在する。そして、ドローン3の周囲には、基地車両2(車両に搭載された通信装置7)との通信可能領域CRが存在する。このように、1つのサブグラフデータSGDに対して、点検作業で用いられる基地車両2の総数とドローン3の総数とが決まっている場合には、基地車両2及びドローン3の最短経路問題(サブグラフ内の移動距離の最小化問題)は、混合整数二次計画問題として数理モデル化することができる。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the shortest path problem for the
図15は、本実施形態に係るに対する基地車両2及びドローン3の最短経路問題を解決するための計算処理を示すフローチャートである。第1移動経路決定部422は、上記問題を混合整数二次計画問題として数理モデル化し、図15に示すような計算処理を実行する。これにより、第1移動経路決定部422は、1つのサブグラフデータSGDに対するドローン3の最短移動経路を決定し、ドローン3の最短移動経路に応じた基地車両2の最短移動経路を決定する。つまり、第1移動経路決定部422は、1つのサブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の各最短移動経路を含む第1移動経路を決定する。
FIG. 15 is a flowchart showing calculation processing for solving the shortest path problem for the
図15に示すように、第1移動経路決定部422は、サブグラフデータSGDで表現される水路Cの分割水路パスDPCに対する作業計画対象時間(離散時間ステップ)Tの初期値T0を設定する(ステップS51)。初期値T0は下記式[7]で示される。
Ns:サブグラフsにおけるエッジeの総数である。
As shown in FIG. 15, the first movement
Ns: Total number of edges e in subgraph s.
第1移動経路決定部422は、初期値T0を設定後、上記混合整数二次計画問題を数理モデル化した下記式[8]-[14](目的関数及び定式化された制約条件)を用いて計算し、サブグラフ内の移動距離の最小化問題を解決する(ステップS52)。
(目的関数)
(objective function)
(定式化された制約条件)
(変数リスト)
Kcar:基地車両の総数;
xkti∈{0,1}:時間tにおいてドローンkがサブグラフのノードiに位置するか否かを表す決定変数;
ykcarti∈{0,1}:時間tにおいて基地車両kcarがサブグラフのノードiに位置するか否かを表す決定変数;及び
ωktkcar∈{0,1}:時間tにおいてドローンkが基地車両kcarの通信可能領域内に位置するか否か表す決定変数;
wektd∈{0,1}:d方向において時間tから点検作業の飛行を開始するドローンkによってエッジeが訪問されるか否かを表す決定変数である。
なお、エッジeij(ノードi<ノードj)の場合のd=1は、エッジeijがドローンkによって点検されるときに、ドローンが最初にノードiに到達し、次にノードjに到達することを表す。d=2は、ドローンが最初にノードjに到達し、次にノードiに到達することを表す。
R: 0と1で構成される伝送行列であり、ノードiとノードjとの間のユークリッド距離がドローンの最大伝送可能距離(最大通信可能距離)より小さい場合にはR(i,j)=1である;
Acanal:0と1で構成される水路の分割水路パスを表すサブグラフの隣接行列であり、ノードiとノードjとが隣接している場合にはAcanal(i,j)=1である;及び
Aroad:0と1で構成される道路の分割道路パスを表すサブグラフの隣接行列であり、ノードiとノードjとが隣接している場合にはAroad(i,j)=1である。
(variable list)
K car : total number of base vehicles;
x kti ∈{0,1}: decision variable representing whether drone k is located at node i of the subgraph at time t;
y kcarti ∈{0,1}: decision variable representing whether base vehicle kcar is located at node i of the subgraph at time t; and ω ktkcar ∈{0,1}: drone k is located at base vehicle kcar at time t. a decision variable representing whether or not the location is within the communication coverage area;
w ektd ε{0, 1}: a decision variable representing whether edge e is visited by drone k that starts an inspection flight from time t in direction d.
Note that d=1 for edge e ij (node i < node j) means that when edge e ij is inspected by drone k, the drone first reaches node i and then reaches node j. represents something. d=2 represents that the drone reaches node j first and then node i.
R: A transmission matrix composed of 0 and 1, and if the Euclidean distance between node i and node j is smaller than the maximum transmission distance (maximum communication distance) of the drone, R (i, j) = is 1;
Acanal: An adjacency matrix of a subgraph representing a divided channel path of a waterway composed of 0 and 1, and if node i and node j are adjacent, Acanal (i, j) = 1; and Aroad : This is an adjacency matrix of a subgraph representing a divided road path of a road consisting of 0 and 1, and when node i and node j are adjacent, Aroad (i, j)=1.
なお、上記変数値ωktkcarは、記憶部44が記憶するパラメータデータ442に含まれるパラメータ値から算出された値である。例えば変数値ωktkcarは、ドローン3が基地車両2と通信可能な距離の値に基づき、ドローン3が基地車両2の通信可能領域CR内に位置するか否かを判断し、判断結果から計算された値である。このように、第1移動経路決定部422は、ドローン3と基地車両2との間の通信可能領域CRを考慮し、1つのサブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の各最短移動経路を含む第1移動経路を決定している。
Note that the variable value ω ktkcar is a value calculated from the parameter values included in the
(制約条件リスト)
制約条件には、主に、基地車両2とドローン3との位置関係の制約及び通信可能範囲の制約である。具体的には下記の通りである。
制約[9]:全てのエッジeを1回ずつ点検する必要がある;及び
制約[10]:決定変数wektdが決定変数xktiの十分条件である。
具体的には、wekt1=1は、xkti=1及びxk(t+1)j=1の十分条件であり、wekt2=1は、xktj=1及びxk(t+1)i=1の十分条件であるという関係である。
制約[11],[12]:常に全てのドローンにおいて、ドローンkの伝送可能距離内(通信可能距離内)に少なくとも1台の基地車両kcarが位置していなければならない;
制約[13]:一定の時間経過の中で、全ての基地車両Kcar及びドローンKが1つのノードにのみ出現しなければならない;及び
制約[14]:基地車両kcarとドローンkとは連続する時間経過の中で隣接するノードにだけ移動する。
(constraint list)
The constraint conditions mainly include constraints on the positional relationship between the
Constraint [9]: It is necessary to check every edge e once; and Constraint [10]: The decision variable w ektd is a sufficient condition for the decision variable x kti .
Specifically, w ekt1 =1 is a sufficient condition for x kti =1 and x k(t+1)j =1, and w ekt2 =1 is a sufficient condition for x ktj =1 and x k(t+1)i =1. This relationship is a sufficient condition.
Constraints [11], [12]: For all drones, at least one base vehicle kcar must always be located within the transmission range (within the communication range) of drone k;
Constraint [13]: All base vehicles Kcar and drone K must appear at only one node within a certain period of time; and Constraint [14]: Base vehicle kcar and drone K must appear at consecutive times. Move only to adjacent nodes in the process.
なお、第1移動経路決定部422では、1つのサブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の各最短移動経路を含む第1移動経路を決定する上で、上記制約[9]-[14]に加え、次のような条件も想定している。
(追加想定条件)
想定[1]:サブグラフで表現される水路の分割水路パスの端は、ドローンによって点検される必要がある;
想定[2]:サブグラフを構成するエッジをドローンによって点検するには一定の時間が必要である;及び
想定[3]:点検作業の開始時と終了時において、ドローンが水路と基地車両との間を飛行するためにかかる時間は、点検作業時間に比べてかなり短いため、経路決定処理において考慮しなくてもよい。
Note that the first movement
(Additional assumed conditions)
Assumption [1]: The end of the divided channel path of the channel represented by the subgraph needs to be inspected by a drone;
Assumption [2]: A certain amount of time is required for the drone to inspect the edges that make up the subgraph; and Assumption [3]: At the beginning and end of the inspection work, the drone will take a certain amount of time between the waterway and the base vehicle. The time required to fly the aircraft is considerably shorter than the inspection work time, so it does not need to be taken into consideration in the route determination process.
上記想定[3]の理由は、下記の通りである。
点検作業時に移動しながら水路Cの壁の鮮明な撮像画像を取得するために、ドローン3は、低速(画像品質を維持可能な速度)で飛行する必要がある。そのため、経路決定処理では、この点検作業時間を考慮する必要がある。それに比べて、ドローン3は、水路Cと基地車両2との間を飛行するとき、点検作業時に比べて高速で飛行してもよい。よって、経路決定処理では、水路Cと基地車両2との間の飛行時間を考慮する必要はない。
The reason for the above assumption [3] is as follows.
In order to acquire a clear captured image of the wall of the waterway C while moving during inspection work, the
第1移動経路決定部422は、上記式[7]-[14]に基づき、上記混合整数二次計画問題の数理モデルの計算が実行可能か否かを判定する(ステップS53)。第1移動経路決定部422は、最短経路問題が解決されたか否かを判定する。第1移動経路決定部422は、実行不可能と判定した場合(ステップS53:NO)、作業計画対象時間(離散時間ステップ)Tに1を加算する(ステップS54)。一方、第1移動経路決定部422は、実行可能と判定した場合(ステップS53:YES)、処理を終了する。このように、第1移動経路決定部422は、上記混合整数二次計画問題が解決されるまで反復処理を実行する。第1移動経路決定部422は、サブグラフデータSGDで表現される水路Cの分割水路パスDPCに対する作業計画対象時間Tを初期値T0から+1ずつ増加させる。第1移動経路決定部422は、上記混合整数二次計画問題が解決された時点の移動経路を、基地車両2及びドローン3の最短移動経路として決定する。
The first movement
水路Cの分割水路パスDPC内を点検作業するための最適な移動経路を決定後は、全ての分割水路パスDPCnを基地車両2が経由する最短の移動経路を決定する必要がある。そのため、第2移動経路決定部423は、グラフ内の移動経路が最適化された全てのサブグラフデータSGDnに対して、基地車両2の移動経路(第2移動経路)の最適化を行う。具体的には、第2移動経路決定部423は、複数のサブグラフ同士を最短で経由する基地車両2の移動経路を決定する。
After determining the optimal travel route for inspecting the divided waterway paths DP Cn of the waterway C, it is necessary to determine the shortest travel route for the
図16は、本実施形態に係るサブグラフ間における基地車両2の最短経路問題を非対称の巡回セールスマン問題に置き換える例を示す図である。図16に示す例では、水路Cの各分割水路パスDPCnを表現する1つのサブグラフSGnを1つのノードNDとしている。これにより、複数のサブグラフ同士を経由する場合の最短経路問題を、非対称の巡回セールスマン問題(ATSP:Asymmetric Traveling Salesman Problem)に置き換えている。より具体的には、本実施形態では、各サブグラフSGnに対応する複数のノードNDを含む新しいグラフデータNGDを生成する。そして、本実施形態では、基地車両2がノード間を自由に移動可能とするために、新しいグラフNGDは、複数のサブグラフSGnが互いに接続されている。その上で、本実施形態では、互いに接続されているサブグラフSGを経由し各サブグラフSGnを1回ずつ経由する場合の最短経路問題(サブグラフ間の移動距離の最小化問題)を、非対称の巡回セールスマン問題として解決する。なお、巡回セールスマン問題は、組み合わせ最適化問題の1つである。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the shortest path problem for
図17は、本実施形態に係るサブグラフ間における基地車両2の最短経路問題を解決するための計算処理のフローチャートである。第2移動経路決定部423は、上記問題を非対称の巡回セールスマン問題として数理モデル化し、図17に示すような計算処理を実行する。これにより、第2移動経路決定部423は、グラフ内の移動経路が最適化された全てのサブグラフデータSGDnを1回ずつ経由する基地車両2の最短移動経路を決定する。つまり、第2移動経路決定部423は、全てのサブグラフデータSGDnを1回ずつ経由する基地車両2の最短移動経路を含む第2移動経路を決定する。
FIG. 17 is a flowchart of calculation processing for solving the shortest path problem for the
図17に示すように、第2移動経路決定部423は、各サブグラフSGnに対応する複数のノードNDnによって構成された新しいグラフデータNGDにおいて、各サブグラフ同士を接続するエッジの重みを決定する(ステップS61)。エッジの重みを決定する問題(エッジの重み付け問題)は、混合整数二次計画問題として数理モデル化することができる。よって、第2移動経路決定部423は、上記混合整数二次計画問題を数理モデル化した下記式[15]-[16](目的関数及び定式化された制約条件)を用いて計算し、エッジの重み付け問題を解決する。
(目的関数)
(objective function)
(定式化された制約条件)
(変数リスト)
Q:各サブグラフ同士を接続する各エッジの重みを表す行列であり、QAB:=Q(A,B)は、サブグラフAのノードからサブグラフBのノードへの移動方向を示す有向エッジの重みである;
dij:道路の道路パスPRを表すグラフのノードiとノードjとの間の最短経路の長さ;及び
xij∈{0,1}:サブグラフAのノードiからサブグラフBのノードjに移動するか否かを表す決定変数である。
(variable list)
Q: A matrix representing the weight of each edge connecting each subgraph, and Q AB :=Q(A,B) is the weight of a directed edge indicating the direction of movement from a node of subgraph A to a node of subgraph B. is;
d ij : Length of the shortest path between node i and node j of the graph representing the road path PR of the road; and x ij ∈{0,1}: From node i of subgraph A to node j of subgraph B This is a decision variable that indicates whether or not to move.
図16には、サブグラフデータSGDで表現される水路Cの分割水路パスDPCにおけるドローン3の離陸位置(飛行開始位置)が“○”で示されており、着陸位置が“×”で示されている。この場合、ドローン3の離陸位置(飛行終了位置)は、分割水路パスDPCの点検作業の開始位置に相当し、対応するサブグラフの開始ノードに相当する。また、ドローン3の着陸位置は、分割水路パスDPCの点検作業の終了位置に相当し、対応するサブグラフの終了ノードに相当する。よって、第2移動経路決定部423は、例えばサブグラフAの終了ノードとサブグラフBの開始ノードとを接続する全てのエッジのうち最短のエッジを特定しQABを算出する。このようなQABを算出する手法は、上記式[15]のように数理モデルの目的関数として定式化できる。なお、上記ドローン3の離陸位置(飛行開始位置)及び着陸位置(飛行終了位置)は、第1移動経路決定部422によって決定されている。ドローン3の離陸位置及び着陸位置は、サブグラフデータSGDに対するドローン3の移動経路が決定した時点で、決定した移動経路における移動開始ノードと移動終了ノードに基づき特定される。よって、第1移動経路決定部422は、計算用のパラメータ値として、決定した移動経路における移動開始ノードと移動終了ノードに対応するドローン3の離陸位置及び着陸位置を第2移動経路決定部423に渡す。
In FIG. 16, the takeoff position (flight start position) of the
(制約条件リスト)
制約[16]:サブグラフAの全ての終了ノードに1回だけ到達する必要があり、サブグラフBの全ての開始ノードに1回だけ到達する必要がある。
(constraint list)
Constraint [16]: All ending nodes of subgraph A need to be reached only once, and all starting nodes of subgraph B need to be reached only once.
第2移動経路決定部423は、上記[15]-[16]を用いて、新しいグラフデータNGDにおける各サブグラフ同士を接続するエッジの重みQを決定後、複数のサブグラフ同士を最短で経由する基地車両2の移動経路(最小距離の閉塞パス)を決定する(ステップS62)。
After determining the weight Q of the edge connecting each subgraph in the new graph data NGD using the above [15]-[16], the second movement
上述したように、サブグラフ間における基地車両2の最短経路問題(サブグラフ間の移動距離の最小化問題)は、非対称の巡回セールスマン問題として数理モデル化することができる。よって、第2移動経路決定部423は、上記非対称の巡回セールスマン問題を数理モデル化した下記式[17]-[19](目的関数及び定式化された制約条件)を用いて計算し、サブグラフ間の移動距離の最小化問題を解決する。
(目的関数)
(objective function)
(定式化された制約条件)
(変数リスト)
xst∈{0,1}:は、時間tに基地車両によってサブグラフsが訪問されるか否かを表す決定変数である。
(variable list)
x st ∈{0,1}: is a decision variable representing whether subgraph s is visited by the base vehicle at time t.
(制約条件リスト)
制約[18]:基地車両は例えば会社から点検作業現場に移動し、作業終了後に再び会社に戻る必要がある;及び
制約[19]:各サブグラフは1回しか訪問できない。
(constraint list)
Constraint [18]: For example, the base vehicle must move from the company to the inspection work site and return to the company again after the work is completed; and Constraint [19]: Each subgraph can only be visited once.
第2移動経路決定部422は、上記式[17]-[19]に基づき、上記非対称の巡回セールスマン問題の数理モデルの計算を実行し、問題が解決された時点の移動経路を、サブグラフ間の基地車両2の最短移動経路(最小距離の閉塞パス)として決定する。
The second movement
以上のように、本実施形態に係る管理装置4では、サブグラフ生成部421は、ドローン3の継続飛行可能距離又は継続飛行可能時間に基づき、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な点検区間に対応するサブグラフデータSGDを生成する。第1移動経路決定部422は、基地車両2とドローン3との間の通信可能領域CRに基づき、1つのサブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の各最短移動経路を含む第1移動経路を決定する。第2移動経路決定部423は、決定された第1移動経路における移動開始ノードと移動終了ノードに対応するドローン3の離陸位置及び着陸位置に基づき、全てのサブグラフデータSGDnを1回ずつ経由する基地車両2の最短移動経路を含む第2移動経路を決定する。
As described above, in the
移動計画部42は、決定された第1移動経路及び第2移動経路の各データを、基地車両2及びドローン3の移動計画データ443に反映するために記憶部44に書き込む。
The
[移動体制御機能]
移動体制御部43は、移動体の1つであるドローン3の飛行を制御する。移動体制御部43は、記憶部44が記憶するドローン3の移動計画データ443を参照し、設定された移動計画(飛行計画)に従ってドローン3が飛行するように所定の制御信号(例えば離陸指示等)や所定の飛行計画データ(例えば作業終了時の着陸位置等)を送信する。制御信号や飛行計画データは、送受信部40を介してドローン3に送信される。
[Mobile object control function]
The mobile
[ドローン]
ドローン3は、送受信部50、位置特定部51、飛行制御部52、駆動部53、計測データ処理部54、及び検出部55等を有し、各機能部が連携して動作することで所定の機能を提供する。送受信部50は、無線通信機54が有する機能であり、基地車両2等のドローン3以外の他の機器との間でデータの送受信を行う。
位置特定部51は、位置センサ33が有する機能であり、所定の座標系に基づきドローン3の現在位置を特定する。位置特定部51は、特定した現在位置を位置情報(例えばGPS値等)として飛行制御部52に転送する。
[Drone]
The
The
飛行制御部52は、飛行制御装置30が有する機能であり、駆動部53への制御信号の送信、検出部55からの検出情報の受信、及び位置特定部51からの位置情報の受信等により、飛行に関するドローン3の機体制御を行う。例えば飛行制御部52は、送受信部50を介して管理装置4から受信した制御信号に従って、ドローン3の離陸等を制御する。また、飛行制御部52は、送受信部50を介して管理装置4から受信した飛行計画データに基づき、経路に沿ったドローン3の飛行及び所定の位置への着陸等を制御する。なお、飛行制御部52は、検出信号及び現在位置に基づく自律飛行の制御も行う。
The
駆動部53は、飛行装置31が有する機能であり、例えば飛行制御部52からの制御信号に従って、指示された挙動となるように駆動装置31Dを制御し、プロペラ31Pを回転駆動する。計測データ処理部54は、検出部55から入力された検出結果、すなわち計測データ444に対して所定のデータ処理を行い、送受信部50を介して処理後のデータを管理装置4に送信する。本実施形態では、点検結果である水路C内の撮像画像が計測データ444の一例として挙げられる。計測データ処理部54は、撮像画像の場合、当該画像に所定の画像処理(例えば画像特徴を強調するためのフィルタ処理等)を行う。なお、計測データ処理部54は、飛行制御装置50が有する機能であってもよい。また、画像処理を行う場合には、画像処理用の集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)によって実現してもよい。検出部55は、計測装置36が有する機能であり、各種センサによるセンシング結果を検出結果として取得し、取得した検出結果を検出情報として飛行制御部52及び計測データ処理部54に転送する。本実施形態では、撮像装置37を各種センサの一例として挙げている。
The
以上のように、本実施形態に係るドローン3は、飛行制御部52が、管理装置4から送信された移動計画に従ってドローン3を飛行させる。これにより、ドローン3は、図6,7に示すような飛行を実施し、水路C内の点検を行う。
As described above, in the
[移動体の管理処理]
図18は、本実施形態に係る基地車両2及びドローン3の管理処理を示すフローチャートである。図18に示す処理は、管理システム1の管理装置4によって実行される。本処理は、主にグラフ生成部41によるグラフ生成処理(ステップS71-S73)及び移動計画部42による移動計画処理(ステップS74−S77)に分けられる。
[Mobile object management processing]
FIG. 18 is a flowchart showing the management process for the
[グラフ生成処理]
管理装置4は、点検対象である水路Cとその周辺の道路を含む地図データ441を読み込む(ステップS71)。管理装置4は、点検対象全体の水路Cを表す水路パスPCと水路Cの周辺の道路を表す道路パスPRとを地図データ441から抽出し、水路パスPC及び道路パスPRのそれぞれに対応するグラフデータGDを生成する(ステップS72)。管理装置4は、グラフデータGDを構成する各エッジEGを等間隔に分割し、グラフデータGDを再構成する(ステップS73)。これにより、本処理では、例えば図11Cに示す再構成後のグラフデータRGDが生成される。
[Graph generation process]
The
[移動計画処理]
管理装置4は、以降の処理において参照するパラメータデータ442を読み込む(ステップS74)。このとき管理装置4は、点検作業に用いる基地車両2の総数、ドローン3の総数、ドローン3におけるバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な距離又は時間、ドローン3の飛行速度、及び、基地車両2とドローン3との通信可能領域CR等の各種パラメータ値を取得する。
[Movement planning process]
The
管理装置4は、取得したパラメータ値に基づき、ドローン3がバッテリ35の交換なしで点検作業を実施可能な点検区間を表すサブグラフデータSGDを生成する(ステップS75)。このとき管理装置4は、各エッジEGnを等間隔に分割し再構成されたグラフデータRGDから複数のサブグラフデータSGDnを生成する。そのため、水路Cの点検作業全体の移動経路において、ドローン3のバッテリ35を交換し、水路Cの各分割水路パスDPCnの間を移動する時間が最小限となるようなサブグラフデータSGDの生成数及びエッジ数を決定する必要がある。
Based on the acquired parameter values, the
そこで、本実施形態では、サブグラフの生成数の最小化問題を混合整数二次計画問題(MIQP)として数理モデル化し問題解決する。管理装置4は、数理モデルの目的関数及び定式化された制約条件を用いて所定の計算を行い、サブグラフの生成数の最小化問題を解決する。なお、このとき用いられるパラメータ値は、ドローン3の総数、バッテリ35の交換なしで継続飛行可能な距離又は時間、及び飛行速度の各値である。その結果、本処理では、ドローン3のバッテリ35を交換し、水路Cの各分割水路パスDPCの間を移動する時間が最小限となる最適なサブグラフデータSGDの生成数及びエッジ数が決定される。
Therefore, in this embodiment, the problem of minimizing the number of generated subgraphs is mathematically modeled as a mixed integer quadratic programming problem (MIQP) to solve the problem. The
管理装置4は、生成されたサブグラフ内におけるドローン3の最短移動経路を決定する(ステップS76)。つまり、管理装置4は、生成されたサブグラフデータSGDに対応する水路Cの分割水路パスDPC内をドローン3が点検作業するための最適な移動経路を決定する。具体的には、管理装置4は、1つのサブグラフデータSGD内の複数のノードNDnと複数のエッジEGnとを最短で経由するドローン3の移動経路を決定する。また、管理装置4は、ドローン3の移動経路に対して、通信装置7を介して移動中のドローン3と通信可能な距離に位置する基地車両2の移動経路を決定する。
The
そこで、本実施形態では、サブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の最短経路問題(サブグラフ内の移動距離の最小化問題)を混合整数二次計画問題(MIQP)として数理モデル化し問題解決する。なお、このとき用いられるパラメータ値は、基地車両2の総数、及び、基地車両2とドローン3との通信可能領域(通信可能距離)CRの各値である。その結果、本処理では、ドローン3と基地車両2との間の通信可能領域CR内において、1つのサブグラフデータSGDに対する基地車両2及びドローン3の各最短移動経路を含む第1移動経路が決定される。
Therefore, in this embodiment, the shortest path problem (minimization problem of the movement distance within the subgraph) of the
管理装置4は、グラフ内の移動経路が最適化されたサブグラフ間における基地車両2の最短移動経路を決定する(ステップS77)。つまり、管理装置4は、全ての分割水路パスDPCnを基地車両2が経由する最短の移動経路を決定する。
The
そこで、本実施形態では、互いに接続されているサブグラフSGを経由し各サブグラフSGnを1回ずつ経由する場合の最短経路問題(サブグラフ間の移動距離の最小化問題)を、非対称の巡回セールスマン問題として混合整数二次計画問題(MIQP)として数理モデル化し問題解決する。なお、このとき用いられるパラメータ値は、第1移動経路における移動開始ノードと移動終了ノードに対応するドローン3の離陸位置及び着陸位置の各値である。その結果、本処理では、全てのサブグラフデータSGDnを1回ずつ経由する基地車両2の最短移動経路を含む第2移動経路が決定される。
Therefore, in this embodiment, the shortest path problem (minimization of the moving distance between subgraphs) in the case of passing through each subgraph SG n once through subgraphs SG n that are connected to each other is solved by an asymmetric traveling salesman. The problem is solved by mathematically modeling it as a mixed integer quadratic programming problem (MIQP). Note that the parameter values used at this time are the values of the takeoff position and landing position of the
管理装置4は、決定された第1移動経路及び第2移動経路の各データを、基地車両2及びドローン3の移動計画データ443に反映するためにデータ出力する(ステップS78)。
The
[効果]
以上詳述したように、本実施形態に係る管理システム1では、以下の効果が得られる。管理システム1は、点検対象全体の水路Cを表す水路パスPCを、ドローン3がバッテリ35の交換なしで継続飛行可能な範囲に従って分割する。その結果、水路パスPCから複数の分割水路パスDPCn(点検対象全てのうち、継続飛行可能な距離又は時間に相当する点検区間)が生成される。さらに、管理システム1は、分割水路パスDPCn(分割点検区間)ごとに当該パスに対する基地車両2及びドローン3の各移動経路の最適化(分割点検区間における基地車両2及びドローン3の最短移動距離又は最短移動時間の決定)を行う。
[effect]
As detailed above, the
これにより、本実施形態に係る管理システム1では、搭載バッテリ35の容量に基づくドローン3の継続飛行可能な範囲を超える広域な作業範囲において、バッテリ35を適切なタイミングで交換しながら、効率よく作業を実施することができる。また、管理システム1では、バッテリ35の交換なしで継続飛行が可能な分割点検区間において、ドローン3が最短距離(又は最短時間)で点検作業を実施できる。
As a result, the
さらに、本実施形態に係る管理システム1は、ドローン3と基地車両2との間の通信可能領域CRを考慮し、基地車両2の移動経路の最適化を行う。これにより、管理システム1では、バッテリ35の交換なしで継続飛行が可能な分割点検区間において、移動中のドローン3から点検結果のデータを受信しながら、バッテリ35の交換地点へ基地車両2を走行させられる。
Furthermore, the
さらに、本実施形態に係る管理システム1は、パス内の移動経路が最適化された各分割水路パスDPCn同士を接続する基地車両2の移動経路の最適化(各分割点検区間を1回ずつ経由する基地車両2の最短移動経路の決定)を行う。これにより、管理システム1では、各分割点検区間の間を、バッテリ35を交換した後のドローン3を運ぶ基地車両2を効率よく走行させることができる。
Furthermore, the
以上のように、本実施形態に係る管理システム1では、駆動電力を供給する電バッテリ35の交換が必要なドローン3を用いる作業において、適切なタイミングでバッテリ35を交換し、効率のよい作業を実施できる。つまり、管理システム1では、ドローン3の継続飛行可能な範囲を超える広域な作業範囲であっても、ドローン3を用いて最適な作業が実施できる。
As described above, in the
[変形例]
図19は、第1変形例に係る管理装置4aの機能ブロック図である。図19に示すように、管理装置4aとは異なる第1装置11がグラフ処理部41を有する構成としてもよい。この場合、地図データ441は、例えば第1装置11が備える記憶部(非図示)の所定の記憶領域に記憶される。また、第1装置11は、グラフ処理部41が生成したグラフデータGDを管理装置4aに送信する。その結果、管理装置4aは、送受信部40を介してグラフデータGDを受信し、記憶部44に記憶する。そして管理装置4aは、移動計画部42が移動計画処理の実行時にグラフデータGDを記憶部44から読み込む構成となる。なお、本変形例に係る第1装置11は、コンピュータシステム100であってもよく、特定用途向けの集積回路(ASIC)であってもよい。
[Modified example]
FIG. 19 is a functional block diagram of the
図20は、第2変形例に係る管理装置4bの機能ブロック図である。図20に示すように、管理装置4bとは異なる第2装置12が移動体制御部43を有する構成としてもよい。この場合、第2装置12は、移動計画データ443の取得要求を管理装置4bに送信する。管理装置4bは、送受信部40を介して取得要求を受信すると、移動計画部42により計画され記憶部44に記憶されている移動計画データ443を、送受信部40を介して第2装置12に送信する。その結果、受信した移動計画データ443は、例えば第2装置12が備える記憶部(非図示)の所定の記憶領域に記憶される。第2装置12は、移動体制御部43が移動体制御処理の実行時に移動計画データ443を記憶部から読み込む構成となる。なお、本変形例に係る第2装置12は、コンピュータシステム100であってもよく、特定用途向けの集積回路(ASIC)であってもよい。
FIG. 20 is a functional block diagram of the
上記実施形態では、サブグラフの生成数の最小化問題やサブグラフ内の移動距離の最小化問題等を数理最適化問題として数理モデル化している。また、サブグラフ間の移動距離の最小化問題を組み合わせ最適化問題として数理モデル化している。これらの数理モデルについては、上記実施形態において説明した混合整数二次計画問題や非対称の巡回セールスマン問題等の数理モデルに限定されない。数理モデルは、問題の定義に応じて適切な解決手法を特定することによって決定されればよい。 In the embodiment described above, the problem of minimizing the number of generated subgraphs, the problem of minimizing the movement distance within a subgraph, etc. is mathematically modeled as a mathematical optimization problem. Furthermore, the problem of minimizing the moving distance between subgraphs is mathematically modeled as a combinatorial optimization problem. These mathematical models are not limited to the mixed integer quadratic programming problem and the asymmetric traveling salesman problem described in the above embodiments. The mathematical model may be determined by identifying an appropriate solution method according to the definition of the problem.
上記実施形態では、パラメータデータ442が、点検作業に影響を及ぼす外部要因に関する情報も含む例を示した。管理システム1では、交通情報に基づき、基地車両2が走行する道路の交通規制(例えば一方通行や速度制限区間等)や渋滞状況を把握することができる。また、管理システム1では、気象情報(例えば降雨、風向、及び風速等)に基づき、ドローン3が飛行する地域の気象状況を把握することができる。また、管理システム1では、飛行禁止区域の設定情報(例えば区域座標及び制限高度等)に基づき、点検区間におけるドローン3の飛行可否を把握することができる。よって、管理システム1では、移動計画処理において、これらの外的要因を考慮し、基地車両2及びドローン3の移動経路の最適化を行うことができる。その結果、管理システム1では、実施環境に応じた適切な点検作業を実施することができる。
In the embodiment described above, an example was shown in which the
上記実施形態では、基地車両2は運転者Drの運転操作により走行するとしたが、本開示の技術は、これに限定されない。例えば、基地車両2は、車両周辺のセンシングデータと移動計画データ443とに基づき、自律走行する構成であってもよい。また、基地車両2は、車両周辺のセンシングデータと移動計画データ443とに基づき、遠隔操作により走行する構成であってもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態に係る管理システム1は、1台の基地車両2と1台のドローン3とを点検作業に用いる構成に限定されない。複数の基地車両2と複数のドローン3とを用いる構成であってもよい。上記実施形態では、点検作業に利用する基地車両2の総数やドローン3の総数等をパラメータデータ442として保持し、移動計画部42がこれらの値を参照し、基地車両2及びドローン3それぞれの最短移動経路を決定する構成が示されている。
The
上記実施形態では、車両2と無人航空機3を、異なる2つの移動体の一例として挙げた。ここでいう車両2には、4輪の車両だけでなく2輪や3輪の車両等が含まれる。また、無人航空機3には、マルチコプター(回転翼機)だけでなく固定翼機や飛行船型の飛行体等が含まれる。また、移動体としては、車両2や無人航空機3等の地上領域や上空領域を移動可能な移動体だけでなく、水上領域や水中領域を移動可能な移動体である船舶や小型潜水艦等も一例として挙げられる。なお、これらの移動体については、用いる作業に応じて適切に選択することが望ましい。
In the embodiment described above, the
上記実施形態では、移動体の管理システム1を水路Cの点検作業に適用する例を挙げたが、本開示の技術は、これに限定されない。本開示の技術は、少なくとも2つの移動体を用いて実施可能な作業であれば適用できる。さらに、本開示の技術は、作業時間の短縮(作業の効率化)を目的とし、手動作業の代替手段として有効である。
In the above embodiment, an example was given in which the mobile
1:管理システム,2:基地車両(車両),3:ドローン(無人航空機),4:管理装置,5:入力装置,6:出力装置,7:通信装置,8:位置センサ,9:無線通信機;
40:送受信部;
41:グラフ処理部,411:グラフ生成部,412:エッジ分割部;
42:移動計画部,421:サブグラフ生成部,422:第1経路決定部,423:第2経路決定部;
43:移動体制御部;
44:記憶部,441:地図データ,442:パラメータデータ,443:移動計画データ,444:計測データ;
50:送受信部;
51:位置特定部,52:飛行制御部,53:駆動部,54:計測データ処理部,55:検出部;
100:コンピュータシステム,101:プロセッサ,102:メモリ,103:ストレージ,104:インタフェース;
GD:グラフデータ,SGD:サブグラフデータ;
ND:ノード,EG:エッジ。
1: Management system, 2: Base vehicle (vehicle), 3: Drone (unmanned aircraft), 4: Management device, 5: Input device, 6: Output device, 7: Communication device, 8: Position sensor, 9: Wireless communication Machine;
40: Transmission/reception section;
41: Graph processing unit, 411: Graph generation unit, 412: Edge division unit;
42: movement planning unit, 421: subgraph generation unit, 422: first route determination unit, 423: second route determination unit;
43: Mobile body control unit;
44: Storage unit, 441: Map data, 442: Parameter data, 443: Movement plan data, 444: Measurement data;
50: Transmission/reception section;
51: position specifying section, 52: flight control section, 53: driving section, 54: measurement data processing section, 55: detection section;
100: Computer system, 101: Processor, 102: Memory, 103: Storage, 104: Interface;
GD: graph data, SGD: subgraph data;
ND: node, EG: edge.
Claims (8)
前記構造物に対して前記第1移動体が全ての点検作業を実施するために、全点検区間を対象に、前記第1移動体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な部分点検区間ごとに、前記第1移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第1移動体の移動経路を計画する計画部と、
計画した移動経路に従って、前記第1移動体が前記全点検区間を移動し前記点検作業を実施するように、前記第1移動体の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記計画部は、
前記複数の部分点検区間の間を前記第2移動体が移動するための前記第2移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第2移動体の移動経路を計画し、
前記点検作業を実施するときに複数の第2移動体を利用する場合、
前記点検作業の実施時に利用可能な前記第2移動体の総数に基づき、前記複数の第2移動体それぞれの前記最短移動経路を計算する、移動体の管理システム。 A first mobile body that is equipped with a battery as a power source for supplying power to a drive device and that performs inspection work, and a second mobile body that receives and records result data of the inspection work from the first mobile body. , a mobile object management system for carrying out inspection work on structures with a wide inspection range,
In order for the first mobile body to perform all inspection work on the structure, for each partial inspection zone in which the first mobile body can continue to move without replacing the battery, for all inspection zones. , a planning unit that calculates the shortest moving route of the first moving body and plans the moving route of the first moving body when performing the inspection work;
a control unit that controls driving of the first moving body so that the first moving body moves through the entire inspection area and performs the inspection work according to a planned movement route ,
The planning department is
Calculating the shortest travel route of the second movable body for the second movable body to move between the plurality of partial inspection sections, and planning the travel route of the second movable body when performing the inspection work. ,
When using a plurality of second moving bodies when carrying out the inspection work,
A mobile body management system that calculates the shortest travel route for each of the plurality of second mobile bodies based on the total number of the second mobile bodies that can be used when performing the inspection work.
前記第1移動体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な距離、又は、継続移動可能な時間及び移動速度、に基づき、前記全点検区間における前記第1移動体の移動経路を示すパスデータを分割し、前記部分点検区間を示す分割パスデータを対象に、前記第1移動体の前記最短移動経路を計算する、請求項1に記載の移動体の管理システム。 The planning department is
Path data indicating a moving route of the first moving object in all the inspection sections is based on the distance that the first moving object can continue to move without replacing the battery, or the time and moving speed that the first moving object can continue to move. The mobile body management system according to claim 1, wherein the shortest travel route of the first mobile body is calculated using divided path data indicating the partial inspection sections.
前記第1移動体と前記第2移動体との通信可能距離に基づき、前記部分点検区間において、前記第1移動体の移動位置が前記第2移動体と通信可能な位置となる、前記第1移動体の前記最短移動経路を計算する、請求項1又は2に記載の移動体の管理システム。 The planning department is
Based on the communicable distance between the first mobile body and the second mobile body, the movement position of the first mobile body becomes a position where communication is possible with the second mobile body in the partial inspection section. The mobile body management system according to claim 1 or 2, wherein the mobile body management system calculates the shortest travel route of the mobile body.
前記計画部は、
前記点検作業の実施時に利用可能な前記第1移動体の総数に基づき、前記複数の第1移動体それぞれの前記最短移動経路を計算する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の移動体の管理システム。 When using a plurality of first moving bodies when carrying out the inspection work,
The planning department is
The movement according to any one of claims 1 to 3, wherein the shortest movement route of each of the plurality of first moving bodies is calculated based on the total number of the first moving bodies available at the time of performing the inspection work. body management system.
前記第2移動体が前記複数の部分点検区間それぞれの点検開始位置に1回だけ訪問し、前記第2移動体が前記複数の部分点検区間それぞれの点検終了位置に1回だけ訪問し、前記点検終了位置を訪問した前記第2移動体の移動位置が次の点検作業対象である前記部分点検区間の前記点検開始位置となる、前記第2移動体の前記最短移動経路を計算する、請求項1に記載の移動体の管理システム。 The planning department is
The second moving body visits the inspection start position of each of the plurality of partial inspection sections only once, the second moving body visits the inspection end position of each of the plurality of partial inspection sections only once, and the inspection 1 . The shortest moving route of the second movable body is calculated such that the movable position of the second movable body that has visited the end position becomes the inspection start position of the partial inspection section that is the target of the next inspection work. A mobile object management system described in .
前記計画部は、
前記飛行体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な前記部分点検区間ごとに、前記飛行体の最短飛行経路を計算し、前記複数の部分点検区間の間を前記車両が走行するための前記車両の最短走行経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記飛行体及び前記車両それぞれの移動経路を計画する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の移動体の管理システム。 The first mobile body is a flying body, the second mobile body is a vehicle,
The planning department is
The vehicle calculates the shortest flight path of the flying object for each of the partial inspection sections in which the flying object can continue to move without replacing the battery, and the vehicle travels between the plurality of partial inspection sections. 6. The mobile object management system according to claim 1, wherein the mobile object management system calculates the shortest traveling route of the vehicle and plans the respective travel routes of the flying object and the vehicle when performing the inspection work.
前記構造物に対して前記第1移動体が全ての点検作業を実施するために、全点検区間を対象に、前記第1移動体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な部分点検区間ごとに、前記第1移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第1移動体の移動経路を計画する計画部と、
計画した移動経路に従って、前記第1移動体が前記全点検区間を移動し前記点検作業を実施するように、前記第1移動体の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記計画部は、
前記複数の部分点検区間の間を前記第2移動体が移動するための前記第2移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第2移動体の移動経路を計画し、
前記点検作業を実施するときに複数の第2移動体を利用する場合、
前記点検作業の実施時に利用可能な前記第2移動体の総数に基づき、前記複数の第2移動体それぞれの前記最短移動経路を計算する、移動体の管理装置。 A first mobile body that is equipped with a battery as a power source for supplying power to a drive device and that performs inspection work, and a second mobile body that receives and records result data of the inspection work from the first mobile body. , a mobile object management device for carrying out inspection work on structures with a wide inspection range,
In order for the first mobile body to perform all inspection work on the structure, for each partial inspection zone in which the first mobile body can continue to move without replacing the battery, for all inspection zones. , a planning unit that calculates the shortest moving route of the first moving body and plans the moving route of the first moving body when performing the inspection work;
a control unit that controls driving of the first moving body so that the first moving body moves through the entire inspection area and performs the inspection work according to a planned movement route ,
The planning department is
Calculating the shortest travel route of the second movable body for the second movable body to move between the plurality of partial inspection sections, and planning the travel route of the second movable body when performing the inspection work. ,
When using a plurality of second moving bodies when carrying out the inspection work,
A mobile body management device that calculates the shortest travel route for each of the plurality of second mobile bodies based on the total number of the second mobile bodies that can be used when performing the inspection work.
前記構造物に対して前記第1移動体が全ての点検作業を実施するために、全点検区間を対象に、前記第1移動体が前記バッテリの交換なしで継続移動可能な部分点検区間ごとに、前記第1移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第1移動体の移動経路を計画するステップと、
計画した移動経路に従って、前記第1移動体が前記全点検区間を移動し前記点検作業を実施するように、前記第1移動体の駆動を制御するステップと、を含み、
前記計画するステップは、
前記複数の部分点検区間の間を前記第2移動体が移動するための前記第2移動体の最短移動経路を計算し、前記点検作業の実施時における前記第2移動体の移動経路を計画し、
前記点検作業を実施するときに複数の第2移動体を利用する場合、
前記点検作業の実施時に利用可能な前記第2移動体の総数に基づき、前記複数の第2移動体それぞれの前記最短移動経路を計算する、移動体の管理方法。
A first mobile body that is equipped with a battery as a power source for supplying power to a drive device and that performs inspection work, and a second mobile body that receives and records result data of the inspection work from the first mobile body. , a method for managing a mobile object for carrying out inspection work on a structure whose inspection range is wide,
In order for the first mobile body to perform all inspection work on the structure, for each partial inspection zone in which the first mobile body can continue to move without replacing the battery, for all inspection zones. , calculating the shortest moving route of the first moving body and planning the moving route of the first moving body when performing the inspection work;
controlling the drive of the first moving body so that the first moving body moves through the entire inspection area and performs the inspection work according to a planned movement route ,
The planning steps include:
Calculating the shortest travel route of the second movable body for the second movable body to move between the plurality of partial inspection sections, and planning the travel route of the second movable body when performing the inspection work. ,
When using a plurality of second moving bodies when carrying out the inspection work,
A method for managing movable bodies, comprising calculating the shortest travel route for each of the plurality of second movable bodies based on the total number of the second movable bodies that can be used when performing the inspection work.
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