JPWO2019159420A1 - 移動体運行管理システムおよび移動体 - Google Patents

Abstract

縦横無尽にドローンが空を飛び交う場合、ドローン同士が衝突する恐れ、天候不良箇所の飛行による異常飛行、無線通信の混線などが問題となる。移動体運行管理システムは、移動体と、前記移動体と無線通信するチェックポイントと、前記チェックポイントとネットワークで接続されるデータベースと、を備える。前記データベースは前記移動体の運行管理を行うと共に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体の位置を把握し、更に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体に必要に応じた移動経路の指示または変更を指示する。

Description

本開示は移動体運行管理システムに関し、例えばドローン運航管理システムに適用可能である。

現在、ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）、通称ドローン（Drone）による無人飛行体による空のインフラ整備の準備が加速されている。ドローンは無人の飛行体であり、操縦者は、操縦の高度な技術を必要とせず、高度、緯度・経度の情報を入力すれば、自動的に目的地まで飛行できることがひとつの特徴である。また、ドローンは使用用途に応じて、ドローン自体の大きさ、搭載するセンサや無線通信用機能が違うことも特徴である。

将来近いうちに、ドローンは、物流、監視、インフラ点検、災害対応などでの活躍が期待され、ドローンが日常的に空を飛び交う日がくることが予想される。

特開２０１７−５６８９９号公報

縦横無尽にドローンが空を飛び交う場合、ドローン同士が衝突する恐れ、天候不良箇所の飛行による異常飛行、無線通信の混線などが問題となる。 本開示の課題は、前記問題の少なくとも一つの問題を解決する移動体運行管理システムを提供することにある。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 すなわち、移動体運行管理システムは、移動体と、前記移動体と無線通信するチェックポイントと、前記チェックポイントとネットワークで接続されるデータベースと、を備える。前記データベースは前記移動体の運行管理を行うと共に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体の位置を把握し、更に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体に必要に応じた移動経路の指示または変更を指示する。

上記移動体運行管理システムによれば、移動体の安全性を向上させることができる。

ドローン運航管理システムの構成例を示す図である。 図１のドローンを説明する図である。 図２のドローンのセンサ部を説明する図である。 飛行地域の地上部分に天候情報取得装置を設置する場合を示す図である。 他のドローンが天候情報を取得するセンサを設置する場合を示す図である。 図１のチェックポイントの機能的な構成を示すブロック図である。 図６のチェックポイントのセンサ部を説明する図である。 図１のデータベースの機能的な構成を示すブロック図である。 通常運航時のドローンの飛行ルートを示す図である。 図９の飛行ルート上の天候不良により更新された飛行ルートを示す図である。 図１０の更新された飛行ルート上の渋滞による飛行ルートの更新および停止を説明する図である。 図１１の待機状態からの飛行ルート再更新時の状態を示す図である。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

まず、移動体運行管理システムの一例であるドローン運航管理システムについて図１を用いて説明する。図１はドローン運航管理システムの構成例を示す図である。なお、移動体が飛行体である場合は運航管理という語句を用い、移動体が車両である場合および移動体が車両を含む場合は運行管理という語句を用いる。

図１に示すように、ドローン運航管理システム１は、複数の移動体であるドローン１０と、複数のチェックポイント２０と、データベース（ＤＢ）３０とを有して構成され、ドローン１０と各チェックポイント２０とは無線通信で接続され、各チェックポイント２０とデータベース３０とは無線通信ネットワーク４０を介して接続されている。ドローン１０は予め定められたチェックポイントを複数経由しながら目的地点まで飛行する。以下では、五つのチェックポイントで構成する場合を例に説明しているが、チェックポイントの数は任意である。

（ドローン）
次に、ドローンについて図２、３を用いて説明する。図２は図１のドローンを説明する図である。図３は図２のドローンのセンサ部を説明する図である。

図２の模式的な斜視図に示すように、ドローン１０は、例えば４枚のロータ（回転翼）が一平面上に存在し、各ロータ１０１ａ〜１０１ｄがバッテリにより駆動するモータによって回転することによって飛行するクアッドロータ型の小型無人ヘリコプタである。ここで、図の矢印の方向が前方向である。クアッドロータ型のヘリコプタでは、前後・左右で異なる方向に回転するロータ１０１ａ〜１０１ｄを用いることで反トルクの相殺を行っている。そして、例えば、機体をヨー方向に回転させたいときは、前後のロータ１０１ａ，１０１ｃと左右ロータ１０１ｂ，１０１ｄの回転数に差を与える。このように、各ロータ１０１ａ〜１０１ｄの回転数を制御することにより、様々な機体の移動や姿勢の調節を行うことができる。

図２の機能的なブロック図に示すように、ドローン１０は記憶部１１とセンサ部１２と天候情報収集部１３と測位部１４と移動体情報通知部１５と移動経路取得部１６と第１通信部１７と移動制御部１８と制御部１９とを有して構成されている。

記憶部１１はメモリ等の一般的な記憶装置から構成され、ドローン１０に関する様々なデータを記憶する。図２の記憶部が記憶するデータの例に示すように、記憶部１１はドローン情報１１１とチェックポイント情報１１２と測位情報１１３と移動経路情報１１４と気象情報１１５とを記憶する。

ドローン情報１１１は、ドローン１０のＩＤ等、ドローン１０に関する情報である。ドローン情報１１１は、本システムの起動前にあらかじめ記憶されている。

チェックポイント情報１１２は、目的地点まで飛行する際に経由するチェックポイント２０に関する情報である。チェックポイント情報１１２は、チェックポイントを識別するためのチェックポイントＩＤと、そのチェックポイントの位置と、が対応付けて記憶されている。チェックポイント情報１１２は、本システムの起動前にあらかじめ記憶されている。

測位情報１１３は、ドローン１０が測位した自装置の位置を示す情報である。測位情報１１３は、ドローンＩＤと、そのドローン１０が測位した自装置の現在位置と、現在位置を測位したときの現在時刻とが対応付けて記憶されている。測位情報１１３は、測位部１４によって随時更新される。

移動経路情報１１４は、ドローン１０の現在位置から目的地点（または次のチェックポイント）までの飛行ルートを示す情報である。移動経路情報１１４は、上記現在位置である移動経路の始点位置と、目的地点の位置である移動経路の終点位置と、始点位置から終点位置までの間を経由するチェックポイントのＩＤが記憶されている。移動経路情報１１４は、移動経路取得部１６によって設定される。

図３に示すように、センサ部１２は、温度計、湿度計、気圧計、風力計、雨量計など周囲の天候情報を取得するためのセンサ等であり、自律飛行の安定性を損なう要因を検知するためのセンサである。

天候情報収集部１３はセンサ部１２が取得した天候情報を気象情報１１５に記録する。

ここで、ドローン１０にセンサ部１２を設置することなく、天候情報を取得する方法について図４、５を用いて説明する。図４は飛行地域の地上部分に天候情報取得装置を設置する場合を示す図である。図５は他のドローンが天候情報を取得するセンサを設置する場合を示す図である。

図４に示すように、飛行地域の地上部分に設置された天候情報取得装置５０のセンサ５１が天候情報を取得し、ドローン１０が天候情報取得装置５０と無線通信することで、天候情報収集部１３が天候情報を収集して気象情報１１５に記録してもよい。また、図５に示すように、周囲を飛行するドローン１０ａのセンサ部１２が天候情報を取得し、ドローン１０がドローン１０ａと無線通信することで、天候情報収集部１３が天候情報を収集して気象情報１１５に記録してもよい。なお、気象情報１１５には天候情報と共にその天候情報を取得したセンサの位置情報も含まれている。

測位部１４は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）モジュールであり、ドローン１０の現在位置を測位し、その結果を測位情報１１３に記録する。

移動体情報通知部１５は、チェックポイント２０に到着した際、自身のＩＤ（ドローン情報１１１）、測位情報１１３、出発地点、目的地点等の移動体情報をチェックポイント２０に通知する。また、移動体情報通知部１５は、気象情報１１５をチェックポイント２０に通知する。

移動経路取得部１６は、チェックポイント２０を介してデータベース３０から移動経路情報１１４を取得し、現在位置において次のチェックポイントが位置する方向を決定する処理部である。なお、移動経路取得部１６は、出発地点においてはチェックポイント情報１１２から最も近いチェックポイントを探索し次のチェックポイントとする。

天候情報収集部１３が特定の条件を上回る（悪い）天候情報を収集した際（例えば、急激な豪雨や雷、雪などの悪天候を読み取った場合）には、移動経路取得部１６は移動経路情報１１４から取得した次のチェックポイントへの進行方向を回避する方向のチェックポイント（前のチェックポイントや、近接する他のチェックポイント）を次のチェックポイントとする。また、ドローン１０と次のチェックポイントとの間の無線通信が悪天候またはチェックポイント自体の故障により途切れてしまう場合も、同様に、移動経路取得部１６は次のチェックポイントを変更する。

第１通信部１７は、ドローン１０が各チェックポイント２０との間、他のドローンとの間および天候情報取得装置５０との間で、所定の規格に準拠して無線通信する処理部である。

移動制御部１８は、移動経路取得部１６が取得した次のチェックポイント方向または最後のチェックポイントから目的地点の方向にドローン１０が飛行するように、ドローン１０の飛行状態を制御する。なお、移動制御部１８は、例えば、各ロータの回転数を制御することにより、ドローン１０の移動や姿勢を調節する等、これらの各部の動作を制御することにより、ドローン１０の飛行を制御する。

制御部１９は、ドローン１０を構成する上記各部の動作を制御する。

（チェックポイント）
続いて、チェックポイントについて図６、７を用いて説明する。図６は図１のチェックポイントの機能的な構成を示すブロック図である。図７は図６のチェックポイントのセンサ部を説明する図である。

図６に示すように、チェックポイント２０のそれぞれは、記憶部２１とセンサ部２２と気象情報収集部２３と移動体情報取得部２４とチェックポイント情報通知部２５と移動経路情報取得通知部２６と第１通信部２７と第２通信部２８と制御部２９とを有して構成されている。

記憶部２１はメモリ等の一般的な記憶装置から構成され、チェックポイント情報２１１、移動体情報２１２、移動経路情報２１３、気象情報２１４等様々なデータを記憶する。

チェックポイント情報２１１は、チェックポイント２０のＩＤ等、チェックポイント２０に関する情報である。本システムの起動前にあらかじめ記憶されている。

移動体情報２１２はドローン１０からのドローン情報１１１、測位情報１１３、出発地点および目標地点である。

移動経路情報２１３はデータベース３０からの移動経路情報３１４である。

気象情報２１４はドローン１０からの気象情報１１５およびセンサ部２２から取得した天候情報である。なお、気象情報２１４には天候情報と共にその天候情報を取得したセンサの位置情報またはチェックポイントＩＤも含まれている。

図７に示すように、センサ部２２は、センサ部１２と同様の周囲の天候情報を取得するためのセンサ等、自律飛行の安定性を損なう要因を検知するためのセンサである。

気象情報収集部２３は、移動体情報通知部１５から通知された気象情報１１５とセンサ部２２で取得した天候情報を収集し、記憶部２１の気象情報２１４に記録する。

移動体情報取得部２４は、移動体情報通知部１５から通知されたドローン情報１１１を取得し、記憶部２１の移動体情報２１２に記録する。

チェックポイント情報通知部２５は、移動体情報２１２および気象情報２１４をデータベース３０に通知する。

移動経路情報取得通知部２６は、データベース３０から移動経路情報を取得し、記憶部２１の移動経路情報２１３に記録し、ドローン１０に移動経路情報２１３を通知する。

第１通信部２７は、チェックポイント２０がドローン１０との間で、所定の規格に準拠して無線通信する処理部である。

第２通信部２８は、チェックポイント２０がデータベース３０との間で、所定の規格に準拠してネットワーク無線通信する処理部である。

制御部２９は、チェックポイント２０のそれぞれを構成する上記各部の動作を制御する。

（データベース）
続いて、データベースについて図８を用いて説明する。図８は図１のデータベースの機能的な構成を示すブロック図である。

データベース３０はドローン１０の運航を管理する装置であり、一般的なコンピュータから構成される。図８に示すように、データベース３０は記憶部３１とチェックポイント情報取得部３２と探索部３３と移動経路通知部３４と第２通信部３５と制御部３６とを有して構成されている。

記憶部３１はメモリ等の一般的な記憶装置から構成され、移動体情報３１１、チェックポイント情報３１２、環境情報３１３、移動経路情報３１４に関する様々な情報を記憶する。

移動体情報３１１は、チェックポイント２０のチェックポイント情報通知部２５からの移動体情報２１２、すなわち、ドローン情報１１１、測位情報１１３、出発地点および目標地点である。

チェックポイント情報３１２は、各チェックポイント２０のチェックポイント情報、すなわち、チェックポイントＩＤおよび位置情報である。本システムの起動前にあらかじめ記憶されている。

環境情報３１３は、ドレーン１０およびチェックポイント２０等が取得した天候情報およびその位置情報を含む気象情報と、ドローンの渋滞情報と、を記録している。

移動経路情報３１４は、ドローンごとの飛行ルート（出発地点、目標地点、経由するチェックポイント）を記録している。

チェックポイント情報取得部３２は、チェックポイント情報通知部２５から通知された移動体情報２１２および気象情報２１４を取得し、記憶部３１の移動体情報３１１および環境情報３１３に記録する。

探索部３３は各ドローンの現在地から目的地点までの飛行経路（経由するチェックポイント）を探索し、移動経路情報３１４に記録する。

また、探索部３３は、第２通信部３５が各チェックポイント２０から受信したドローン１０のドローン情報１１１、測位情報１１３、気象情報１１５および各チェックポイント２０の気象情報より気象マップおよび渋滞マップを作成し、それらのマップに基づき、記憶部３１に記憶されている移動経路情報を更新する。なお、チェックポイント２０の気象情報だけでもある程度の気象マップが作成可能であるが、特定の距離を移動するごとに気象情報を収集しながらドローン１０が航行すれば、より詳細は気象マップを作成することができる。

移動経路通知部３４は、移動経路情報３１４に基づいて、チェックポイント経由でドローンに飛行経路（全飛行経路または次のチェックポイント）を通知する。

第２通信部３５は、第２通信部２８と同様、各チェックポイント２０との間で上記各種情報を送受信する。

制御部３６は、データベース３０を構成する上記各部の動作を制御する。

データベース３０は運航管理を行うと共にネットワーク４０とチェックポイント２０を介してドローン１０の位置を把握し、更に、ネットワーク４０とチェックポイント２０を介してドローン１０に必要に応じた運航経路の指示または変更の指示が可能である。データベース３０は運航管理を行うと共にドローン１０または他のチェックポイント２０より気象情報を入手し、入手した気象情報より気象マップを生成し、それを基に運航経路を構築することが可能で、チェックポイント２０を介して、該当するドローンに必要に応じた運航経路の指示または変更の指示が可能である。

ドローン１０、チェックポイント２０、データベース３０で行われる各処理は、実際には、ドローン１０、チェックポイント２０、データベース３０にインストールされたプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。上記プログラムは、ＲＯＭ等の不揮発性メモリに予め組み込まれて提供されたり、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルで記録媒体に記録して提供したり、配布してもよい。

（飛行ルート）
次に、通常運航時の飛行ルートの例について図９を用いて説明する。図９は通常運航時のドローンの飛行ルートを示す図である。

図９に示すように、ドローン１０の出発地点（START）から目的地点（DESTINATION）までの飛行ルートＦＲ１には、第一チェックポイントＣ１〜第五チェックポイントＣ５の五つが存在する。通常時運航時においては、例えば、ドローン１０は出発地点から目的地点への飛行ルートとして第二チェックポイントＣ２、第三チェックポイントＣ３、第五チェックポイントＣ５の三つのチェックポイントを通過した後、目的地点へ飛行する。

操縦者がドローン１０に目的地点の緯度・経度を設定すると、ドローン１０は出発地点から最初のチェックポイント２０（第二チェックポイントＣ２）までの移動を行う。

ドローン１０はチェックポイント２０に到達する毎に自身のＩＤを通知すると共に、次チェックポイントの登録情報（ドローン１０が次チェックポイントまでの航路のみを記憶してチェックポイント通過ごとに次チェックポイントの情報を取得する場合）または飛行ルートの更新情報（ドローン１０が目的地点までの航路を記憶しており変更が必要になった場合に航路が更新指示される場合）をチェックポイント２０より無線通信により取得し、当該情報を基に次チェックポイントまでの移動を行う。

ドローン１０は最後のチェックポイント２０（第五チェックポイントＣ５）に到達し自身のＩＤを通知すると共に、最後のチェックポイントであることをチェックポイント２０より無線通信により取得し、当該情報を基に目的地点までの移動を行う。

次に、飛行ルート上の天候不良による飛行ルートの更新の例について図１０を用いて説明する。図１０は図９の飛行ルート上が天候不良により更新された飛行ルートを示す図である。

データベース３０は、ドローン１０以外のドローンおよび第五チェックポイントＣ５からの気象情報に基づいて第五チェックポイントＣ５付近の天候が不良（図では天候不良域を雨雲イメージＲＣで示している）であることを情報として捉え、第五チェックポイントＣ５は通過困難であるとし、第三チェックポイントＣ３に更新された飛行ルートを知らせる。ドローン１０は、第三チェックポイントＣ３の通過時に、通過するチェックポイントの飛行ルートを更新し、第四チェックポイントＣ４を経由して、目的地点へ飛行するよう、新規飛行ルートＦＲ２が形成される。

次に、飛行ルート上のドローンの渋滞による飛行ルートの更新および停止の例について図１１を用いて説明する。図１１は図１０の更新された飛行ルート上の渋滞による飛行ルートの更新および停止を説明する図である。

第四チェックポイントＣ４付近では、多数のドローン１０ａ〜１０ｅを含むドローン群ＤＧが飛行しており、ドローン１０を通過させると、衝突の危険性、無線通信の混線などの影響による安全な運航を確保できないことを、データベース３０で判断し、第三チェックポイントＣ３を介して第三チェックポイントＣ３付近で待機することをドローン１０に通知する。

待機指示を受け取ったドローン１０は、第三チェックポイントＣ３付近の待機場所ＳＰで、飛行ルートの再更新がされるまで待機する。

次に、飛行ルート上のドローンの渋滞解消による飛行ルートの再更新について図１２を用いて説明する。図１２は図１１の待機状態からの飛行ルート再更新時の状態を示す図である。

ドローン群ＤＧの運航が進み、第三チェックポイントＣ３と第四チェックポイントＣ４間のドローンの渋滞が解消されると、第三チェックポイントＣ３で待機していたドローン１０は、第四チェックポイントＣ４経由で目的地点へ向かう飛行ルートをデータベース３０から第三チェックポイントＣ３を介して受信し、停止状態から運航状態へ移行する。

もし、第五チェックポイントＣ５の天候が良好になれば、渋滞している第四チェックポイントＣ４経由ではなく、第五チェックポイントＣ５経由を選択することも可能である。

実施形態では、ドローンの飛行ルートを、通過するチェックポイントで形成し、チェックポイント付近の情報（天候、渋滞など）によって、飛行ルートの適時更新を実施することで、ドローン同士の衝突回避、天候不良ルートの回避、ドローンの渋滞解消による無線通信の混線回避が可能となり、ドローンを、出発地点から目的地点まで、安全に飛行させることが可能となる。

また、悪天候などでドローンの飛行が困難な場合、自律的にその地域を避けることで安定した飛行が可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、実施形態では、移動体としてドローン（無人飛行体）の例について説明したが、これに限定されるものではなく、移動体は無人走行車両であってもよい。無人走行車両であれば、気象情報の他、渋滞情報を環境情報として管理すれば同様に移動経路等の運行管理を実現することができる。
また、実施形態では、ネットワークとして無線通信ネットワークを例に説明したが、これに限定されるものではなく、有線通信ネットワークであってもよい。

また、実施形態では、データベースで運航管理を行う例を説明したが、これに限定されるものではなく、チェックポイントで運航管理を行ってもよい。チェックポイントは、通過するドローンの情報および通過予測時刻を計算する機能を持ち、また、周辺の天候の情報として、風量、雨量を収集し、ドローンの飛行に影響がないか判断する機能を持ち、これらの情報を点在するチェックポイント同士で共有する機能を持つ。上記情報を基に、チェックポイントは、ドローンの安全飛行を考慮し、チェックポイントからドローンへ通過するチェックポイントを更新し、飛行ルートを更新させ、または、飛行を一時停止させる。

また、データベースに表示装置を設け、図９〜１２に示した飛行ルート、天候情報、渋滞情報等を表示するようにしてもよい。

１：ドローン運航管理システム１０：ドローン２０：チェックポイント３０：データベース４０：ネットワーク

Claims (6)

1. 移動体と、
   前記移動体と無線通信するチェックポイントと、
   前記チェックポイントとネットワークで接続されるデータベースと、を備え、
   前記データベースは前記移動体の運行管理を行うと共に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体の位置を把握し、更に、前記ネットワークと前記チェックポイントを介して前記移動体に必要に応じた移動経路の指示または変更を指示する移動体運行管理システム。
2. 請求項１において、
   前記データベースは前記移動体または前記チェックポイントより環境情報を入手し、入手した前記環境情報より環境マップを生成し、前記環境マップを基に移動経路を構築し、前記チェックポイントを介して、該当する移動体に必要に応じた移動経路の指示または変更を指示する移動体運行管理システム。
3. 予め定められたチェックポイントを複数経由しながら目的地域まで移動する移動体であって、
   前記チェックポイントに到達する時に自身のＩＤを通知する第一手段と、次チェックポイントの登録情報または移動経路更新情報を前記チェックポイントより無線通信により取得する第二手段と、前記次チェックポイントの登録情報または前記移動経路更新情報を基に前記次チェックポイントまでの移動を行う第三手段と、を備える移動体。
4. 請求項３において、さらに、
   気象情報を収集する第四手段と、前記チェックポイントを通過する時に収集した前記気象情報を無線通信により前記チェックポイントに伝達する第五手段と、を備える移動体。
5. 請求項４において、
   前記第四手段は、当該移動体のセンサ部または他の移動体のセンサ部または前記チェックポイントのセンサ部により前記気象情報を収集する移動体。
6. 請求項４において、
   前記第四手段が収集した前記気象情報が特定の条件を上回る場合には、前記第三手段は自動的に進行方向を回避する移動体。

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