JPWO2017017984A1 - 移動体識別システムおよび識別方法 - Google Patents
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Abstract
移動体を識別する移動体識別システムであって、移動体の移動状態を監視する移動状態監視装置が検知した複数の移動体の第一の位置情報を含む移動状態情報を取得し、移動体から移動体が測定した自身の第二の位置情報を含む所定の報告情報を取得し、第一の位置情報と第二の位置情報とに基づいて、移動体の登録状況を識別する。
Description
本発明は、移動体識別システムおよび識別方法に関する。
近年では、いわゆるドローンと呼ばれる、移動体の一種としての無人航空機が普及しつつある。無人航空機は、十数センチメートル程度の小型機から十数メートル程度の大型機まで種々製造されており、その用途も空撮用、観測用など様々である。今後ますます無人航空機の活用が期待されているが、無秩序な飛行を放置したのでは安全の観点から好ましくない。
特許文献1には、他の機体の接近を検知すると自動的に回避するようにした従来技術が開示されている。
従来技術は無人航空機同士の接触を回避できるだけであり、事前に登録された正規の無人航空機とそれ以外の無人航空機(不正規の無人航空機)とが混在して飛行している場合に、それら正規の無人航空機と不正規の無人航空機とを区別することはできない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、正規の移動体を識別できるようにした移動体識別システムおよび識別方法を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明に従う移動体識別技術では、移動体の移動状態を監視する移動状態監視装置が検知した複数の移動体の第一の位置情報を含む移動状態情報を取得し、移動体から移動体が測定した自身の第二の位置情報を含む所定の報告情報を取得し、第一の位置情報と第二の位置情報とに基づいて、移動体の登録状況を識別する。
本発明によれば、複数の移動体のうち正規の移動体がどれであるかを識別することができる。さらに、複数の移動体の中から正規の移動体を取り除いた残った移動体は不正規の移動体であるため、本発明は、複数の移動体を正規の移動体と不正規の移動体とに区別することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下に述べるように、本実施形態では、「移動体」の一例として無人航空機(いわゆるドローン)の識別に適用する場合を説明する。ここで、本実施形態における移動体とは、飛行する移動体に限らず、陸上を移動する移動体や、水上あるいは海中を移動する移動体を含む。本実施形態の移動体は、無人式移動体である。無人式移動体とは、操縦者の乗り込んでいない移動体であることを意味し、操縦者以外の乗員や乗客が移動体に搭乗してもよい。本実施形態では、飛行中の無人航空機群を監視し、どの無人航空機が正規の無人航空機であるかをリアルタイムに識別する。正規の無人航空機を識別できることの結果、どの無人航空機が不正規の無人航空機であるかもリアルタイムで識別することができる。無人航空機の識別結果を外部システムへ出力して警報を発したりすることもできる。
図1〜図12を用いて第1実施例を説明する。図1は、本実施例の「移動体識別システム」としての無人航空機識別システムの全体概要図である。本実施例を含む各実施例では、「移動体識別システム」の例として「無人航空機識別システム」を説明する。図1では、「移動体」の一例としての、複数の無人航空機(ドローン)1(1)〜1(3),1U(4),1U(5)が所定エリアを飛行している様子が示されている。無人航空機とは、遠隔操作により、あるいは、コンピュータ制御による自動動作により、無人で飛行する物体である。無人航空機には、例えば、ヘリコプター型や飛行機型などがあり、その大きさも様々である。所定エリアとは、無人航空機を監視する範囲であり、その大きさは適宜設定することができる。例えば、日本全体のように国を所定エリアとしてもよいし、県や市などの行政区分単位で所定エリアを設定してもよい。官公庁、発電所、遊園地、公園、病院、工場、商業施設などの施設単位で所定エリアを設定してもよい。さらに、河川、道路、山などの地理的要素ごとに所定エリアを設定してもよい。
図1では、正規の無人航空機1(1)〜1(3)と、不正規の無人航空機1U(4),1U(5)とが混在している。正規の無人航空機1(1)〜1(3)とは、後述する認証局2に登録されている無人航空機である。不正規の無人航空機1U(4)〜1U(5)とは、認証局2に登録されていない無人航空機、あるいは、認証局2での登録有効期間が過ぎた無人航空機である。
図1では、正規の無人航空機と不正規の無人航空機を区別せずに連続番号(1)〜(5)を付している。しかし、不正規の無人航空機1Uのみに着目すると、無人航空機1U(4)は第1の不正規無人航空機であり、無人航空機1U(5)は第2の不正規無人航空機である。後述する図12では、正規無人航空機と不正規無人航空機のそれぞれのグループ内で連続番号を付して表示する。以下、無人航空機をドローンと呼ぶことがある。また、正規、不正規を区別せず全体として無人航空機1(ドローン1)と呼ぶ場合がある。
無人航空機識別システムは、例えば、認証局2と、衛星3と、無線LANアクセスポイント4および通信網CN2を含んで構成される。ユーザは、例えば、専用のリモートコントローラやスマートフォンなどのユーザ端末14を用いることで、ドローン1に指示を与えたり、データを読み出したりすることができる。
認証局2は、識別対象のドローン1が登録済ドローンであるかを認証するコンピュータシステムである。認証局2は、所定エリアごとに設置してもよいし、複数の所定エリア(監視範囲)を束ねるようにして設置してもよい。例えば、日本中のドローンを監視するための認証局を日本全体で1つ設置してもよいし、地域毎にあるいは施設毎にサブ認証局を設置してもよい。認証局2は、固定的に設置されている必要はなく、移動可能なシステムとして構成してもよい。例えば、特定の期間だけ特定の地域や施設のドローンを監視すべく、臨時の認証局2を運び込んで設置してもよい。
認証局2は、複数の機能F20,F21,F22を有する。飛行状態取得機能F20は、例えば、カメラなどの光学・画像や、レーダなどの電波や、ソナーやマイクなどの音波、超音波などにより外形で移動体を検出することで飛行状態(位置情報)を検知する機能であり、後述のドローンとの通信とは別の方法で、ドローンが登録・未登録や通信回答の有無にかかわらず飛行状態を取得する。例えば衛星3などの所定エリアの上空に位置する飛行状態監視装置から、ドローンの飛行状態を取得する機能である。「上空」は「一方の側」と呼ぶことができる。衛星3は「一側移動状態監視装置」と呼ぶことができる。飛行状態取得機能F20は、例えば後述する画像解析プログラムP20などから実現される。ここで、「移動状態」の一例である飛行状態とは、監視範囲内で飛行中または駐機中のドローン(正規、不正規を問わない)の位置情報を含む状態である。位置情報に加えて、移動方向や移動速度を飛行状態に含めてもよい。衛星3から時間差をおいて複数の衛星画像を受領して解析することで、位置情報と移動方向、さらに移動速度も検出することができる。
報告情報取得機能F21は、識別対象であるドローン群に問合せ情報を送信することで、ドローン群のうち正規ドローンから報告情報を受け取る機能である。報告情報取得機能F21は、例えば後述するドローン認証管理プログラムP21などから実現することができる。
正規ドローン判別機能F22は、報告情報と飛行状態とに基づいて、識別対象のドローン群の中から正規ドローンを識別する機能である。正規ドローンを見分けることができるため、ドローン群のうち正規ドローン以外のドローンを不正規ドローンであると識別することができる。正規ドローン判別機能F22は、例えば、後述の正規ドローン判定プログラムF22などから実現することができる。
図1を用いて、無人航空機識別システムの全体動作を説明する。まず最初に、登録処理(S1)が実行される。ドローンを飛行させようとするユーザは、そのドローンに関する情報を認証局2に登録する。認証局2は、そのドローンの登録を認めると、暗号制御情報としてのワンタイムパスワード(OTID_B)を発行する。ユーザは、ワンタイムパスワードをドローンにダウンロードして記憶させる。ここで、ワンタイムパスワードは、揮発性の高いパスワードの一例である。すなわち、本実施例では、揮発性の高い暗号制御情報の一例として、ワンタイムパスワードを採用する。しかし、本実施例は、ワンタイムパスワードに限らず、正規ドローンと不正規ドローンの識別に用いることのできる暗号制御情報であれば、ワンタイムパスワード以外のパスワードや、暗号解読プログラムを用いることもできる。
その後、認証局2は、定期的にまたは不定期に、ドローン群を識別する。認証局2は、例えば所定周期でドローン群を識別することもできるし、システム管理者などが指定した時刻にドローン群を識別することもできる。または、外部システムから警報信号などのトリガが入力されたときに、認証局2は、ドローン群を識別することもできる。
ドローン群の識別に際して、認証局2は、暗号化した問合せ情報を識別対象のドローン群へ送信するよう衛星3へ要求する(S2)。この問合せ情報には、問合せ時刻が含まれている。問合せ情報には、問合せ時刻のほかに、認証局2を識別するための情報(認証局IDや位置情報)を含めることもできる。問合せ情報は、ワンタイムパスワード(OTID_A)で暗号化されている。
衛星3は、通信ネットワークCN1を介して、認証局2から問合せ情報の送信要求を受領すると、撮影対象空域(所定エリアを含む)を撮影し、その画像を認証局2へ送信する(S3)。さらに、衛星3は、所定エリアを含む空域に向けて、暗号化された問合せ情報を一斉に送信する(S4)。問合せ情報の送信には、衛星3のデータ放送CN3などを用いることができる。なお、先に問合せ情報を送信し、次に衛星写真を撮影してもよいし、問合せ情報の送信と衛星写真の撮影を同時に行ってもよい。
ドローン群のうち正規ドローン1(1)〜1(3)は、認証局2への登録時にワンタイムパスワード(OTID_B)を取得して保持している。正規ドローンは、暗号化された問合せ情報を受信すると、その問合せ情報をワンタイムパスワード(OTID_B)を用いて解読する(S5)。不正規ドローン1U(4),1U(5)は、ワンタイムパスワード(OTID_B)を保持していないため、問合せ情報を解読することができない。
正規ドローンは、問合せ情報を解読すると、その解読結果と自機の位置情報とを含めて報告情報を生成する。報告情報は、例えば、問合せ情報に含まれている問合せ時刻と、正規ドローンの最新の位置情報とを含む。報告情報には、さらに、問合せ情報の発行元である認証局2を識別する情報、正規ドローンの移動方向や移動速度を示す情報、正規ドローンの登録時の管理番号(ドローンID)などを含めてもよい。報告情報は、認証局2および正規ドローンのみで解読可能な方法で暗号化されるのが好ましい。不正規ドローン1Uが、偽の報告情報を認証局2に送信して、正規ドローンであるかのように装うのを防止するためである。
正規ドローンは、無線アクセスポイント4と直接通信可能な場合、報告情報を無線アクセスポイント4に向けて送信することで、報告情報を認証局2へ送ることができる。図1では、地上に近い正規ドローン1(1)は、報告情報を無線アクセスポイント4へ直接送信することができる(S7)。
これに対し、正規ドローンが無線アクセスポイント4から離れており、直接通信できない場合、他の正規ドローンに報告情報を転送する。図1では、正規ドローン1(3)は、無線通信CN4で交信可能な範囲に位置する他の正規ドローン1(2)へ、正規ドローン1(3)の報告情報を転送する(S6(1))。
正規ドローン1(2)は、自機の報告情報と正規ドローン1(3)から受け取った報告情報を、無線通信CN4を介して正規ドローン1(1)へ転送する(S6(2))。正規ドローン1(1)は、正規ドローン1(2)の報告情報および正規ドローン1(3)の報告情報を、無線アクセスポイント4へ送信する(S7)。
正規ドローン1(1)は、他の正規ドローン1(2),1(3)から報告情報を受信した時点で、それら報告情報を無線アクセスポイント4に送信できる。または、正規ドローン1(1)は、自機の報告情報を認証局2に向けて送信するタイミングに合わせて、他の正規ドローン1(2),1(3)からの報告情報を無線アクセスポイント4へ送信してもよい。
認証局2は、衛星3から取得した衛星写真の解析結果と、正規ドローンから取得した報告情報とに基づいて、ドローン群のうちいずれが正規ドローンであり、いずれが不正規ドローンであるかを判別する。例えば、衛星写真を解析することで、問合せ情報の発行時刻に対応する撮影時刻における、各ドローンの位置が判明する。一方、認証局2が、問合せ情報への応答として正規ドローンから取得する報告情報には、正規ドローンの位置情報が含まれている。
そこで、認証局2は、衛星写真の解析結果から得られる位置情報(および移動方向または移動速度の少なくともいずれか一方)と、報告情報の解読結果から得られる位置情報(および移動方向または移動速度の少なくともいずれか一方)とを、比較照合する。これにより、認証局2は、衛星写真に写っているドローン群のうち、どれが正規ドローンであるかを識別できる。認証局2は、ドローン識別結果を出力することもできる(S8)。例えば、外部の警戒システムは、認証局2から受領したドローン識別結果に基づいて、警報を発することができる。また後述する実施例のように、ドローン識別結果をユーザ端末14などを通じて表示させることもできる。
図2は、正規ドローンのハードウェア構成図である。正規ドローン1は、例えば、機体10と、コントローラ11と、ロータなどを駆動するモータ12と、コントローラ11およびモータ12へ電力を供給するバッテリ13を含む。コントローラ11は、ドローンの飛行を制御するものであり、例えば、マイクロプロセッサ110、メモリ111、マイクロフォン112、カメラ113、センサ群114、GPS受信部115、通信部116、モータ制御部117を含む。
マイクロプロセッサ(図中、CPU)110は、メモリ111に記憶されたコンピュータプログラムP10,P11を実行することで、所定の機能を実現する。記憶装置としてのメモリ111は、飛行制御プログラムP10およびドローン認証プログラムP11と、暗号制御情報としてのワンタイムパスワード(OTID_B)を記憶する。オペレーティングシステムや各種ドライバなどは説明を割愛する。飛行制御プログラムP10は、遠隔操作または自動制御により、ドローンが大気中を飛行するためのコンピュータプログラムである。ドローン認証プログラムP11は、正規ドローンであることを認証するためのコンピュータプログラムであり、認証局2のソフトウェアと協働する。ドローン認証プログラムP11は、認証局2から衛星3を経由して受領した問合せ情報に基づいて報告情報を生成する機能と、他の正規ドローンから受領した報告情報をさらに他の正規ドローンまたは無線アクセスポイント4へ転送する機能と、報告情報を転送するために周囲を飛行する他のドローンを検出する機能などを実現する。
マイクロフォン(以下、マイク)112とカメラ113は、周囲を飛ぶドローンを把握するためのドローン検出手段である。例えば、マイク112の検出する周囲の音を解析することで、他のドローンの飛行音などを検出する。また例えば、カメラ113が撮影する周囲の画像を解析することで、他のドローンの存在を検出する。マイク112で検出する音の解析結果とカメラ113で検出する周囲画像の解析結果とを総合的に判断して、他のドローンの存在を感知する構成でもよい。また、ドローン検出手段は、マイク112やカメラ113に限らず、例えば磁気センサなどを用いてもよい。
センサ群114は、例えば、気圧高度センサ、3軸加速度センサ、3軸ジャイロセンサ、対地速度センサ、地磁気センサ、圧力センサ、赤外線センサ、温度センサ、湿度センサなどの計測手段である。上記のセンサ群は一例であり、それらの全てをドローンが備えている必要はない。ドローンの使用目的に応じたセンサ群を搭載していればよい。
GPS(Global Positioning System)受信部115は、GPSから自機の位置情報を受信するための装置である。通信部116は、衛星3、GPS、無線アクセスポイント4、他のドローンとの間で通信するための装置である。モータ制御部117は、モータ12を制御する装置である。
図2では、ドローン認証プログラムP11をコンピュータプログラムとして実装する場合を例に挙げたが、これに限らず、ドローン認証プログラムP11の実現する機能のうち少なくとも一部を専用ハードウェア回路から実現してもよい。例えば、ワンタイムパスワードを用いて問合せ情報を解読する機能などは、ハードウェア回路とコンピュータプログラムとが協働することで実現することもできる。他の機能構成の説明においても、上記同様に、ハードウェア回路またはソフトウェアのいずれか一方により、または両者の協働により、実装することができる。機能の実装方法の違いは問わない。どのような方法で実装された場合でも、本発明の権利範囲に含まれる。
図3は、不正規ドローン1Uの構成例を示す。不正規ドローン1Uは、図2で述べた正規ドローン1に比較して、少なくともドローン認証プログラムP11およびワンタイムパスワード(OTID_B)を有していない点で異なる。センサ群114の具体的構成やモータ12の数などでも不正規ドローン1Uと正規ドローン1とは異なる可能性はあるが、そのような違いは本質的相違ではない。
図4は、認証局2の構成例を示す。認証局2は、例えば、マイクロプロセッサ210、メモリ211、通信部212を備える。メモリ211は、例えば、画像解析プログラムP20、ドローン認証管理プログラムP21、正規ドローン判定プログラムP22といった各種コンピュータプログラムが格納されている。さらに、メモリ211には、ドローン群に向けて送信する問合せ情報を暗号化するためのワンタイムパスワード(OTID_A)も格納されている。
画像解析プログラムP20は、衛星3から取得する衛星写真を解析し、飛行中(または駐機中)のドローンの数や位置などを検出するプログラムである。画像解析プログラムP20は、図1に示す飛行状態取得機能F20を実現する。
ドローン認証管理プログラムP21は、暗号化した問合せ情報をドローン群へ送信し、その問合せ情報に対する応答である報告情報を正規ドローンから取得して解読するプログラムである。ドローン認証管理プログラムP21は、図1に示す報告情報取得機能F21を実現する。問合せ情報の暗号化には、正規ドローンの保持するワンタイムパスワード(OTID_B)に対応するワンタイムパスワード(OTID_A)が用いられる。
正規ドローン判定プログラムP22は、衛星写真の解析結果(ドローン群の飛行状態)と正規ドローンからの報告情報とを比較することで、ドローン群の中から正規ドローンを判別するプログラムである。正規ドローン判定プログラムP22は、図1に示す正規ドローン判別機能F22を実現する。
なお、コンピュータプログラムP20〜P22の構成は、上記の例に限らない。より細分化したコンピュータプログラム群を用いてもよいし、ドローン認証局制御プログラムのような一つのコンピュータプログラムとして実現してもよい。
通信部212は、無線アクセスポイント4および通信ネットワークCN2を介する正規ドローンとの通信と、通信ネットワークCN1を介する衛星3との通信と、ユーザ端末14との通信とを、実現する装置である。
認証局2は、一つのコンピュータシステムから構成されている必要はなく、複数のコンピュータシステムを協調動作させることで認証局2を構成してもよい。また、物理的計算機内に複数の仮想計算機を生成し、地域毎の認証局を仮想計算機ごとに設ける構成としてもよい。
図5は、衛星3の構成例を示す。衛星3は、例えば、マイクロプロセッサ310、メモリ311、通信部312、撮影部313、姿勢制御部314、センサ群315、GPS受信部316などを備える。
メモリ311は、例えば、衛星制御プログラムP30、画像送信プログラムP31、問合せ情報配信プログラムP32を記憶する。さらに、メモリ311は、認証局2から通信ネットワークCN1を介して受信する問合せ情報も格納する。
衛星制御プログラムP30は、衛星3を制御するコンピュータプログラムである。画像送信プログラムP31は、衛星写真を撮影して認証局2へ送信するコンピュータプログラムである。問合せ情報配信プログラムP32は、認証局2から受領した問合せ情報をドローン群に向けて配信するコンピュータプログラムである。
通信部312は、認証局2との通信と、ドローン群への問合せ情報の送信とを行う装置である。撮影部313は、衛星写真を撮影する装置である。姿勢制御部314は、衛星3の姿勢を制御する装置である。センサ群315は、例えば、赤外線センサ、地磁気センサ、3軸ジャイロセンサなどの各種センサ群である。GPS受信装置316は、GPSから衛星3の位置情報を取得する装置である。
図6は、認証局2の使用するドローン識別結果管理テーブルT20の例である。認証局2は、ドローン群を識別するとその識別結果を管理テーブルT20に記憶する。ドローン識別結果管理テーブルT20は、例えば管理番号C200、問合せ情報の解読可否C201、位置情報C202、ドローンID C203を対応付けて記憶する。
管理番号C200は、衛星写真から判別されたドローン群を区別するために使用される管理番号である。問合せ情報の解読可否C201は、認証局2から送信した問合せ情報を正しく解読できたか否かを示すフラグである。つまり、フラグC201は、問合せ情報の解読に使用するワンタイムパスワード(OTID_B)を有する正規ドローンであるか否かを示す。位置情報C202は、管理番号C200で特定されるドローンの位置を示す情報である。ドローンID C203は、認証局2へドローンを登録した際に付与された識別番号である。
管理テーブルT20に記載された5機のドローンのうち、問合せ情報を正しく解読できた管理番号#1〜#3のドローンのみが正規ドローンである。管理番号#4,#5のドローンは、問合せ情報を正しく解読できていないため、不正規ドローンである。管理番号#4のドローンは、位置情報の送信には成功しているが、問合せ情報を正しく解読できたことを証明していない。つまり、偽装に失敗した不正規ドローンである。
図7は、正規ドローンを管理する正規ドローン管理テーブルT21の例を示す。正規ドローン管理テーブルT21は、例えば、ドローン名C210、ドローンID C211、ワンタイムパスワードC212、問合せ情報の解読結果C213、位置情報C214などを管理する。
ドローン名C210は、正規ドローンの名称である。ユーザは所望の名称をドローンに設定することができる。ドローンID C211は、認証局2が正規ドローンに付与する識別番号である。ワンタイムパスワードC212は、問合せ情報の解読に使用するために認証局2が与えたワンタイムパスワード(OTID_B)である。
問合せ情報の解読結果C213は、正規ドローンがワンタイムパスワード(OTID_B)を用いて問合せ情報を解読して得られた結果を示す。解読結果としては、例えば、問合せに対する回答の要求、問合せ情報の発行時刻、認証局ID、制御コマンドなどがある。制御コマンドとは、正規ドローンの飛行など通信以外の動作を制御する指令であり、例えば、「高度上昇」、「高度低下」、「着陸」、「その場所から移動」など単純な指令や、「所定の区域への進入禁止」「飛行禁止区域の設定/解除(更新)」「速度制限」など飛行計画に条件を加える指令がある。認証局2は、衛星写真の解析結果に基づいて、正規ドローンのうちの所定のドローンに対し、制御コマンドを与えることができる。制御コマンドを受信したドローンは、制御コマンドにかかる操作を実行したり、制御コマンドにかかる条件を考慮して飛行計画を変更したりする。これにより、ドローン同士の接触を未然に防止したり、立ち入り禁止区域からドローンを強制退去させたりすることができる。また、ドローンを指定した制御コマンドを送ることも可能であり、この場合には対象となるドローンのドローンID、位置情報(衛星から取得)、位置情報(1回目の通信でドローンから取得し、2回目の通信で問合せ情報に位置情報を含ませる)などを問合せ情報に含ませておく。
位置情報C214は、正規ドローンの位置を示す。位置は、例えば、緯度、経度、高度を含んで構成される。位置の過去の履歴や、飛行計画における将来の位置を含んでいてもよい。正規ドローンの高度は、正規ドローンの搭載している高度センサの値を用いてもよい。
管理テーブルT21は、図7に示す以外に、例えばバッテリ残量、飛行時間、機種、ベンダー名、ユーザ名などを管理することもできる。なお、管理テーブルT21は、一つのテーブルである必要はなく、複数のテーブルを関連づけることで構成してもよい。
図8は、ドローンを認証局2へ登録する処理を示すフローチャートである。ユーザは、例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話などのユーザ端末14を用いて、認証局2の提供するドローン登録サービスへアクセスし、ユーザ名などの必要な情報を入力する(S10)。ドローン登録サービスは、例えば、ドローン認証管理プログラムP21がWebサービスとして提供する。認証局2は、ユーザ名などをチェックして、ログイン処理を行う(S11)。
ユーザ端末14は、登録希望のドローンの情報を認証局2へ送信する(S12)。ユーザ端末14は、例えば、ユーザの氏名や住所、ドローン名称、ベンダー名、機種名などを認証局2へ送信する。ドローンの本体のみならず、ドローンの飛行に対して登録を要件とする場合には、さらに飛行日時、飛行区域、飛行目的などを登録させてもよい。この場合、登録を証明する後述のワンタイムパスワードは、飛行日時に対応する有効期限に設定することが可能である。
認証局2は、ユーザ端末14から受信したドローン情報を受信し(S13)、そのドローン情報の登録を許可するか判定する(S14)。認証局2は、例えば、ドローン管理者であるユーザの氏名などが入力されていない場合は登録不可と判定し(S14:NO)、エラー処理を行う(S15)。エラー処理では、例えば、必須項目に入力されていない旨のエラーメッセージをユーザ端末14に返す。あるいは、安全確保の観点から、予め指定されたベンダーのドローンや特定機種のドローンは、認証局2への登録を拒否することもできる。
認証局2は、ステップS13で受信したドローン情報の登録を許可すると判定すると(S14:YES)、そのドローン情報を図7で述べた正規ドローン管理テーブルT21へ登録する(S16)。続いて認証局2は、登録したドローンが正規ドローンとして問合せ情報を正しく解読できように、ワンタイムパスワード(OTID_B)を発行し、ユーザ端末14へ送信する(S17)。
ユーザ端末14は、ワンタイムパスワード(OTID_B)を受信して記憶し(S18)、そのワンタイムパスワードをドローンへ転送する(S19)。ドローンは、ユーザ端末14から受信したワンタイムパスワードをメモリ111へ記憶する(S20)。
図9は、ドローン群を識別する処理を示すフローチャートである。まず最初に、認証局2は、衛星3に対して問合せ情報を送信し、その問合せ情報をドローン群に向けて送信するよう要求する(S30)。衛星3は、認証局2から問合せ情報の送信要求を受信すると、衛星写真を撮影し、その画像データを認証局2へ送信する(S31)。衛星3は、認証局2から受領した問合せ情報をドローン群に向けて送信する(S32)。
認証局2は、衛星3から受領した衛星写真の画像データを解析して、何機のドローンがどこに位置しているかを判別する(S33)。
一方、ドローン群のうち正規ドローンは、暗号化された問合せ情報を受信すると、予め記憶しているワンタイムパスワード(OTID_B)を用いて問合せ情報を解読し(S34,S36)、GPSから最新の位置情報を取得する(S35,S37)。そして、位置情報などを含む報告書を作成する。報告書に含まれる位置情報は、問合せ情報を受信してから測定した位置情報でもよいし、位置情報と時刻とを対応させて記憶したログから、問合せ情報に含まれる時刻情報(問合せ時刻や衛星画像撮影時刻)に対応する位置情報を選択して、衛星画像撮影時のドローンの位置としてもよい。
ここでは、正規ドローン1(1),1(2)のうち、一方の正規ドローン1(1)は無線アクセスポイント4と通信可能であり、他方の正規ドローン1(2)は無線アクセスポイント4から遠く離れているため通信できないと仮定する。そして、一方の正規ドローン1(1)と他方の正規ドローン1(2)とは、無線通信可能であるとする。
他方の正規ドローン1(2)は、近くを飛行中の正規ドローン1(1)を発見すると、その正規ドローン1(1)に向けて自機の報告情報を送信する(S38)。一方の正規ドローン1(1)は、他方の正規ドローン1(2)から報告情報を受信すると、その報告情報を無線アクセスポイント4に転送するが、このときに正規ドローン1(1)が報告情報を作成中である場合には自機の報告情報も加えて、無線アクセスポイント4に送信する(S39)。
認証局2は、正規ドローン1(1),1(2)の報告情報を無線アクセスポイント4および通信ネットワークCN2を介して取得する。認証局2は、正規ドローンの報告情報と衛星3から得た飛行状態(衛星写真の解析から得られるドローン群の位置情報など)を比較することで、ドローン群の中から正規ドローンを検出する(S40)。報告情報に含まれる位置情報にかかる位置にあるのが、正規ドローンである。
認証局2は、衛星写真で解析したドローン群全体の飛行状態(ドローン群の位置など)と検出した正規ドローンの位置とに基づいて、ドローン群のうち正規ドローン以外のドローンを不正規ドローンとして検出できる(S41)。衛星3から飛行状態に含まれる複数のドローンのうち、正規ドローンから得た位置情報で該当するものが無いドローンが、不正ドローンである。認証局2は、外部システムやユーザ端末14などからの求めに応じて、あるいは、ドローンの識別結果を得るたびに、その識別結果を出力することができる(S42)。
なお、図9に示すステップの順番は適宜変更することができる。例えば、ステップS31とステップS32の順番を入れ替えてもよいし、ステップS32の前にステップS33が実行されてもよい。
図10を用いて、問合せ情報D1と、報告情報D2の関係の一例を説明する。報告情報D2(1)は、問合せ情報を受信した正規ドローンが作成する報告情報である。もう一つの報告情報D2(2)は、近くを飛行中の他の正規ドローンから受信した報告情報を含んで、作成された報告情報である。
問合せ情報D1は、例えば、問合せ情報の発行元を識別するための情報である認証局IDと、問合せ情報の発行時刻を示すタイムスタンプとを含むことができる。認証局2が全国に一つである場合のように、認証局IDが不要な場合は、タイムスタンプ(問合せ情報の発行時刻)のみから問合せ情報D1を作成してもよい。タイムスタンプを無くして、認証局IDのみから問合せ情報D1を作成してもよい。つまり、問合せ情報D1は、正規ドローンが報告情報を作成して送信するための情報(問合せ情報)を受信したということがわかる構成であればよい。
従って、問合せ情報D1は、例えば「報告情報を送信せよ」といった内容を示す制御コマンドのみを含んで構成してもよい。制御コマンドには、報告情報の送信を指示するコマンドのほかに、緊急着陸を指示するコマンド、現在の飛行地域からの退去を指示するコマンド、認証局2に対するユーザからの連絡を求める指示などを含めることができる。図10に示すように、問合せ情報D1は、認証局ID、タイムスタンプ、一つ以上の制御コマンドの、全てを含んで構成してもよい。ここでは、問合せ情報D1は、認証局IDとタイムスタンプを含んで構成する場合を例に挙げて説明する。
正規ドローンは、問合せ情報D1を受信すると、報告情報D2を作成する。報告情報D2は、例えば、問合せ情報の解読結果と、自機情報とを含む。問合せ情報の解読結果とは、暗号化された問合せ情報を解読して得られた情報であり、認証局IDおよびタイムスタンプである。問合せ情報に制御コマンドが含まれている場合、その制御コマンドの内容、または、その制御コマンドへの応答を解読結果に含めてもよいし、制御コマンドに関する情報を全く含めなくてもよい。
自機情報とは、問合せ情報を受信した正規ドローンに関する情報であり、例えば、ドローンIDと位置情報を含む。認証局2が正規ドローンのユーザ名等の把握を希望する場合、報告情報D2にはドローンIDが含まれている方が好ましい。これに代えて、衛星写真の解析結果から得られた飛行中のドローンが正規ドローンであるか否かだけを識別すれば良いのであれば、報告情報にドローンIDを含める必要はない。ドローンの位置から正規ドローンであるか否かを判定できるためである。ここでは、自機情報にドローンIDと位置情報を含めるものとして説明する。
正規ドローンは、問合せ情報D2(1)を作成すると、認証局2へ送信する。しかし、正規ドローンが直接通信可能な無線アクセスポイント4が無い場合、その正規ドローンは、近くを飛行している他の正規ドローンを検出し、検出した他の正規ドローンに向けて自機の報告情報D2(1)を送信する。報告情報D2(1)の中継に使用するためのドローンは、例えばマイク112で拾った飛行音やカメラ113の画像を解析することで、検出できる。
中継を依頼された正規ドローンは、2つの正規ドローンの情報を含む報告情報D2(2)を作成する。問合せ情報の解読結果(認証局IDおよびタイムスタンプ)は、通常の場合同一であるため、報告情報D2(2)は一つだけ含む。これに限らず、各正規ドローンにおける報告情報D1(1)の全てを含むようにして、報告情報D2(2)を生成してもよい。この場合、報告情報D2(2)は、例えば、「認証局ID、タイムスタンプ、ドローンID、位置」「認証局ID、タイムスタンプ、ドローンID、位置」「認証局ID、タイムスタンプ、ドローンID、位置」・・・のように構成してもよい。
図11は、正規ドローンが報告情報を転送する処理を示すフローチャートである。正規ドローンは、報告情報の送信時期であるか判定する(S50)。報告情報の送信時期とは、例えば、問合せ情報を受信したとき、報告情報を送信していない未対応の問合せ情報があるとき、他の正規ドローンから報告情報を受信したとき、などである。また、ドローンの飛行中には問合せ情報を用いず、予めドローン購入(登録)時、ドローン登録更新時または飛行前などに認証局2と通信して予め問合せ情報(またはこれに相当する認証情報)を受信して保存しておき、飛行中にその回答として報告情報を作成・送信してもよい。この場合、1個の問合せ情報に対しての報告情報の送信回は複数回になり、定期的、所定の飛行距離ごとまたは飛行エリアが変わるごとなどに応じて、自発的に送信しながら正規ドローンは移動する。
正規ドローンは、報告情報の送信時期であると判定すると(S50:YES)、前回報告情報を送信してから所定の時間が経過したか判定する(S51)。所定の時間とは、例えば、報告情報を送信すべき時間間隔として予め設定された報告締切り時間である。報告締切り時間は、認証局2への登録時に正規ドローンに設定してもよいし、問合せ情報の中で指定してもよい。報告締切り時間は、固定値でもよいし、あるいは、例えばドローンの使用目的やユーザ属性などから可変に設定する値でもよい。
正規ドローンは、前回の報告情報の送信時刻から所定の報告締切り時間が経過していると判定すると(S51:YES)、無線アクセスポイント4または中継装置として使用する他の正規ドローンを発見すべく、位置を所定距離以上変化させる(S52)。例えば、正規ドローンは、高度を下げたり、飛行経路を変更したりする。
正規ドローンは、前回の報告情報の送信時刻から所定の報告締切り時間が経過していないと判定すると(S51:NO)、ステップS52をスキップし、後述のステップS53へ移る。
正規ドローンは、報告情報の送信先となる無線アクセスポイント4または他の正規ドローンを探索する(S53)。正規ドローンは、報告情報の送信先を発見したか判定する(S54)。正規ドローンは、送信先を発見した場合(S54:YES)、報告情報を作成して送信する(S55)。報告書には、位置情報と、時刻情報(報告書の作成または送信時刻、位置情報の測定時刻など)を含むものとする。当該位置情報と時刻情報を用いて、時刻の近い衛星画像を用いてドローンの正規・非正規の判断が可能となる。正規ドローンは、自機だけの報告情報を送信する場合、図10に示す報告情報D2(1)を作成して送信する。自機だけでなく他の正規ドローンからの報告情報も送信する場合、正規ドローンは、図10に示す報告情報D2(2)を作成して送信する。
なお、報告情報を作成するタイミングは、送信先を発見した後に限らず、送信先を発見する前でもよい。例えば、ステップS50で送信時期が到来したと判定した時点で、報告情報を作成し、メモリ111に格納してもよい。ただし、ステップS52で位置が変化した場合は、報告情報中の位置情報を最新の値に修正する。
図12は、認証局2が提供するドローン識別結果の画面G10の例である。例えば、地上から空を見上げた風景の中で、どれが正規ドローンであり、どれが不正規ドローンであるかを区別して画面G10に表示することができる。雲、太陽、月、建物、山などの風景を一緒に表示してもよいし、それら風景は省略して表示してもよい。また、ドローンや風景の全部または一部を簡略化して表示してもよい。さらに、東西南北の表示などを画面G10に加えてもよい。
図12の例では、3機の正規ドローンと2機の不正規ドローンとが、名称や色彩などで区別されて画面G10に表示されている。さらに、各ドローンの近くには、例えば、その位置や速度、ユーザ名などを一緒に表示してもよい。
このように構成される本実施例によれば、ドローン群のうちのどれが正規ドローンであるかを識別することができる。本実施例によれば、衛星写真からドローン群全体の飛行状態を把握し、その上で報告情報の解析結果から正規ドローンを判別する。従って、本実施例では、ドローン群の中でどれが不正規ドローンであるかも同時に識別できる。
本実施例では、ドローン群の識別結果を外部システムやユーザ端末14などに出力できるため、例えば警備システムの改善に役立てたり、飛行経路の決定に役立てたりすることができる。例えば、施設管理者などは、認証局2の出力する識別結果を用いて、警戒を強化したり、放送で注意を促したりすることができる。例えば、ユーザは、認証局2の出力する識別結果を用いて、自分の管理する正規ドローンの飛行経路を不正規ドローンの少ない区域へ変更することもできる。
本実施例では、衛星3を用いてドローン群をその上空から撮影するため、比較的広い範囲にわたって、ドローン群の飛行状態を検出することができる。ただし、衛星3に限らず、後述する飛行船3Aにカメラを搭載してドローン群の上側から飛行状態を検出する構成でもよい。あるいは、高層建築物の屋上付近または途中の階からドローン群を撮影し、その飛行状態を検出する構成でもよい。さらには、監視用ドローンを飛行させて、ドローン群の飛行状態を検出する構成でもよい。操縦士の操縦する有人航空機からドローン群を撮影してもよいし、後述の実施例で述べるように、地上からドローン群を撮影してもよいし、海上などからドローン群を撮影してもよい。衛星写真は、静止画像である必要はなく、動画像データでもよい。衛星写真の静止画像データまたは動画像データは、デジタルデータとして生成することができ、適宜圧縮処理を行うこともできる。さらに、衛星写真のデジタルデータを暗号化して認証局2へ送信することもできる。
本実施例では、無線LANのアクセスポイント4を利用して、正規ドローンから報告情報を受領する。このため、都市部であれば既存のアクセスポイント4を利用することで、認証局2は、比較的容易に正規ドローンから報告情報を取得できる。なお、中継用アクセスポイントを搭載したドローンを所定エリアに飛行させる構成でもよい。
図13,図14を用いて、第2実施例を説明する。本実施例は、第1実施例の変形例に該当するため、第1実施例との差異を中心に説明する。本実施例では、認証局2は、携帯電話の基地局5を用いて、正規ドローンと通信する。第1実施例では、問合せ情報をドローン群へ送信する送信手段(衛星3)と正規ドローンから報告情報を取得する受信手段(無線アクセスポイント4,通信ネットワークCN2)とは異なっていた。これに対し、本実施例では、ドローン群へ問合せ情報を送信する手段と正規ドローンから報告情報を受信する受信手段とはいずれも携帯電話の基地局5および通信ネットワークCN2であり、一致している。
図13は、本実施例による無人航空機識別システムの全体概要図である。本実施例では、無線アクセスポイント4に代えて、携帯電話基地局(以下、基地局)5を用いる。さらに、本実施例では、衛星3に代えて、地上のレーダー装置6を用いる。レーダー装置6は、固定された装置でもよいし、移動可能な装置でもよい。ここで、「地上側」とは「他方の側」と呼ぶことができる。レーダー装置6は、移動エリア(飛行エリア)を他方の側から監視する「他側移動状態監視装置」と呼ぶことができる。地上側に限らず、海上や水中などからドローン群を監視してもよい。なお以下では、特に区別する場合を除いて、基地局5(1)〜5(3)を基地局5と呼ぶ。
正規ドローン1(1)〜1(3)は、その高度に応じて、携帯電話通信網で使用する電波の指向性を調整し、常に一つ以上の基地局5と通信可能な位置を維持しながら飛行するように制御される。
例えば、高度の低い正規ドローン1(1)は、電波の指向性θ1を広げる。これにより、高度の低い正規ドローン1(1)は、通信可能エリアW1を広げることができ、基地局5(1)と通信できる。もしもこれとは逆に、正規ドローン1(1)の電波の指向性θ1を狭めると、通信可能エリアW1が狭くなり、基地局5と通信できなくなる。
高度が高い正規ドローン1(3)は、電波の指向性θ3を狭める。これにより、高度の高い正規ドローン1(3)は、通信可能エリアW3を狭めて、限られた基地局5(3)とのみ通信する。もしも、正規ドローン1(3)の電波の指向性θ3を広げると、通信可能エリアW3が広がりすぎて、複数の基地局5(2),5(3)と通信可能になる。このため、正規ドローン1(3)のバッテリ13の消費が激しくなり、飛行時間を短くするおそれがある。
中程度の高度の正規ドローン1(2)も、その高度に応じて、電波の指向性θ2が調整される。このように、正規ドローンの高度に応じて電波の指向性θを調整することで、バッテリ13の消費を抑えながら、基地局5との通信経路を確保できる。
地上レーダー装置6は、例えばドップラーレーダー装置として構成されており、通信ネットワークCN2を介して認証局2に接続されている。地上レーダー装置6は、所定エリアを飛行するドローン群の飛行状態(位置など)を検出して、認証局2に送信する。
本実施例による無人航空機識別システムの全体動作の概略を述べると、まず最初に、ユーザは自己の管理するドローンを認証局2へ登録する(S1)。認証局2は、基地局5に対して、問合せ情報の送信を要求する(S2A)。地上レーダー装置6は、認証局2からの要求に応じて、あるいは定期的に、ドローン群の飛行状態を検出して、認証局2へ送信する(S3A)。
基地局5は、認証局2から受領した問合せ情報を、自局の通信エリア内に送信する(S4A)。正規ドローンは、基地局5から問合せ情報を受領すると解読する(S5A)。正規ドローンは、報告情報を作成し、認証局2に向けて送信する(S6A)。正規ドローンは、それぞれが基地局5を通じて認証局2と通信できるように飛行位置を制御しているため、他の正規ドローンを中継装置として使用する必要はない。ただし、後述の実施例のように、携帯電話通信網を使用する場合であっても、正規ドローン同士が報告情報をバケツリレー方式で転送してもよい。
図14は、ドローン群を識別する処理のフローチャートである。認証局2は、地上レーダー装置6に対して、ドローン群の飛行状態の検出を要求する(S60)。地上レーダー装置6は、ドローン群の位置や速度などの飛行状態を認証局2へ送信する(S61)。認証局2は、基地局5に対して、問合せ情報の送信を要求する(S62)。基地局5は、認証局2からの要求に従い、問合せ情報を自局の周囲へ送信する(S63)。なお、ステップS60の前に、あるいはステップS60と同時に、ステップS62,S63を実行してもよい。
正規ドローンは、基地局5から問合せ情報を受信するとそれを解読し(S64)、GPSから自機の位置情報を取得する(S65)。正規ドローンは、現在の高度に応じて、基地局5と通信するための電波の指向性を調整する(S66)。そして、正規ドローンは、報告情報を認証局2に向けて送信する(S67)。なお、ステップS66は、例えば、ステップS64の前に実行してもよいし、ステップS67の後に実行してもよい。
基地局5は、正規ドローンから報告情報を受信すると、その報告情報を通信ネットワークCN2を介して認証局2へ転送する(S68)。
認証局2は、正規ドローンからの報告情報と、地上レーダー装置6からのドローン群の飛行状態とに基づいて、ドローン群の中から正規ドローンを識別し(S69)、さらにドローン群の中から不正規ドローンを識別する(S70)。認証局2は、外部システムやユーザ端末14などに、ドローン群の識別結果を出力する(S71)。
このように構成される本実施例も第1実施例で述べたと同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、携帯電話の基地局5を用いて正規ドローンへ問合せ情報を送信したり、正規ドローンから報告情報を受信したりするため、無線アクセスポイント4の少ない田園地帯などでもドローン群を監視して識別することができる。
図15を用いて第3実施例を説明する。本実施例では、ユーザ端末14に、認証局2のドローン識別結果を表示する。
ユーザ端末14は、認証局2に対してドローン群の識別結果を要求する(S80)。認証局2は、ドローン群の識別結果をユーザ端末14へ送信する(S81)。ユーザ端末14は、認証局2から取得したドローン群の識別結果を記憶する(S82)。ユーザ端末14は、ユーザ端末に搭載されたカメラ、あるいはユーザ端末に接続された外部カメラを用いて、上空の画像を取得する(S83)。
ユーザ端末14は、撮影画像を解析し、そこに写っている物体を判別し(S84)、その判別した物体の位置を算出する(S85)。例えば、ユーザ端末14は、GPS受信機能やジャイロセンサなどを搭載しており、端末の位置をその物体のおおよその位置としたり、カメラで撮影した方角や画角、ズーム倍率などから物体の位置をさらに調整したりして、画像に写っている物体の位置を算出できる。
ユーザ端末14は、算出した物体の位置と認証局2から取得したドローン群の識別結果とを照合し(S86)、その照合結果をステップS83で取得した画像に重ねて表示する(S87)。ドローン識別結果にかかるドローンの位置であり、撮影したドローンの位置に近いものが1つであれば、そのドローンと特定する。複数ある場合には、正規のドローンである場合にはその機種名に対応する画像データを有しているので、カメラ撮影画像とマッチングデータをとのマッチングで判別したり、それらの画像をディスプレイ上で並べてユーザに判別させる。画像データに似ていなければ、不正ドローンと識別できる。判別結果の合成画像は、ユーザ端末14の備えるディスプレイ、あるいはユーザ端末14に接続された外部ディスプレイに表示される。
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、ユーザ端末14は、認証局2によるドローン群の識別結果を、ユーザ端末14のカメラで撮影した画像に重ねて表示できるため、ユーザは、上空のドローン群のうちどれが正規ドローンで、どれが不正規ドローンであるかを容易に判別できる。なお、本実施例は、上述した第1実施例または第2実施例のいずれとも組み合わせることができる。さらに本実施例は、後述する第4実施例と組み合わせることもできる。
図16は、第4実施例に係る無人航空機識別システムの全体概要図である。本実施例では、正規ドローンとの通信手段として、無線LANのアクセスポイント4と、携帯電話の基地局5の両方を使用可能である。また、本実施例では、衛星3に代えて、例えば飛行船3Aを用いる。飛行船3Aに代えて、監視用ドローンや有人航空機を用いてもよい。このように構成される本実施例も第1実施例および第2実施例の作用効果を奏する。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
1:ドローン(移動体)、2:認証局、3:衛星、3A、飛行船、4:無線アクセスポイント、5:携帯電話基地局、6:レーダー装置、14:ユーザ端末
Claims (7)
- 移動体を識別する移動体識別システムであって、
前記移動体の移動状態を監視する移動状態監視装置が検知した複数の移動体の第一の位置情報を含む移動状態情報を取得し、
前記移動体から、前記移動体が測定した自身の第二の位置情報を含む所定の報告情報を取得し、
前記第一の位置情報と前記第二の位置情報とに基づいて、前記移動体の登録状況を識別する、
移動体識別システム。 - 前記移動体に問合せ情報を送信し、
前記第二の位置情報とともに、前記問合せ情報の回答を前記移動体から受信することを特徴とする請求項1に記載の移動体識別システム。 - 前記移動体に、暗号化された問合せ情報を解読するための暗号制御情報を記憶させ、
前記移動体との間で、前記問合せ情報及びその回答を前記暗号制御情報を用いて暗号通信することを特徴とする
請求項1または2に記載の移動体識別システム。 - 前記第一の位置情報及び前記第二の位置情報には、それぞれの情報作成にかかる時刻情報が含まれており、
当該時刻情報を用いて、第一の位置情報と前記第二の位置情報とにかかる前記移動体の登録状況の識別を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の移動体識別システム。 - 前記問合せ情報には、前記移動体の移動を指令する制御コマンドが含まれていることを特徴とする請求項2に記載の移動体識別システム。
- 前記問合せ情報には、前記指令を行う対象の移動体にかかる移動体IDまたは位置情報が含まれていることを特徴とする請求項5に記載の移動体識別システム。
- 移動体を識別する移動体識別方法であって、
コンピュータシステムが、
前記移動体の移動状態を監視する移動状態監視装置が検知した複数の移動体の第一の位置情報を含む移動状態情報を取得し、
前記移動体から、前記移動体が測定した自身の第二の位置情報を含む所定の報告情報を取得し、
前記第一の位置情報と前記第二の位置情報とに基づいて、前記移動体の移動体の登録状況を識別する、
移動体識別方法。
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