WO2024004155A1 - 風力発電装置の位置を推定するためのシステム、サブシステム、方法、プログラム及びプログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

風力発電装置の位置を推定するためのシステム、サブシステム、方法、プログラム及びプログラムを記憶した記憶媒体 Download PDF

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WO2024004155A1
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wind power
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unmanned aircraft
flight plan
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▲イク▼沢 宋
リ ナ テイ
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株式会社Acsl
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics

Definitions

  • the present invention relates to a system, method, program, and storage medium storing the program for estimating the position of a wind power generator.
  • one of the objects of the present invention is to provide a system and method for estimating the accurate position of a wind power generator.
  • One aspect of the present invention is a subsystem for estimating the position of a wind power generator, which includes a positioning information acquisition device that acquires positioning information and a distance measuring device that measures the distance between an unmanned aircraft and a target. Positioning information obtained by an unmanned aerial vehicle equipped at three or more different points located at least a predetermined distance from the tower of the wind power generation device based on the known position of the wind power generation device in a horizontal plane at the same altitude; a receiving unit that receives the measured distance between the unmanned aerial vehicle and the tower; and the position information of the three or more different points based on the received positioning information and the measured distance of the three or more different points.
  • the present invention provides a subsystem including a position estimator that estimates the position of the axis of the tower based on the distance between the unmanned aircraft and the tower.
  • the unmanned aerial vehicle moves around the tower based on a preset flight plan path, and the flight plan path moves around the tower of the wind power generator in a horizontal plane at the same altitude. It may be set to move around the tower at a distance of a predetermined distance or more from the tower with reference to the position of the wind power generator.
  • the flight plan path may be all or part of the circumference.
  • the subsystem may further include a flight plan route setting unit that sets the flight plan route.
  • the distance measuring device may be a LiDAR sensor.
  • One aspect of the present invention provides a system including the subsystem and the unmanned aircraft.
  • One aspect of the present invention provides an unmanned aircraft equipped with the above subsystem.
  • One aspect of the present invention is a method for estimating the position of a wind power generation device that is executed by a computer, and includes distance measurement that measures the distance between a positioning information acquisition device that acquires positioning information, an unmanned aerial vehicle, and a target. Positioning obtained by an unmanned aircraft equipped with a device at three or more different points within a horizontal plane at the same altitude, which are separated by a predetermined distance or more from the tower of the wind power generation device, with reference to the known position of the wind power generation device. receiving information and a measured distance between the unmanned aerial vehicle and the tower; and receiving position information of the three or more different points based on the received positioning information and the measured distance of the three or more different points. estimating the position of an axis of the tower based on a distance between the unmanned aerial vehicle and the tower.
  • the unmanned aerial vehicle moves around the tower based on a preset flight plan path, and the flight plan path moves around the tower of the wind power generator in a horizontal plane at the same altitude. It may be set to move around the tower at a distance of a predetermined distance or more from the tower with reference to the position of the wind power generator.
  • the flight plan path may be all or part of the circumference.
  • the method may further include setting the flight plan route.
  • the distance measuring device may be a LiDAR sensor.
  • One aspect of the present invention provides a program for causing a computer to execute the method.
  • One aspect of the present invention provides a computer-readable recording medium on which the program is recorded.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a wind power generator position estimation system according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is an external view of an unmanned aircraft according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing the overall configuration of an unmanned aircraft according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a wind power generator according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing a functional configuration of a wind power generator position estimation subsystem according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing a hardware configuration of a wind power generator position estimation subsystem according to one embodiment of the present invention.
  • 3 is a flowchart of an example of flight plan route processing of the wind power generator position estimation subsystem according to one embodiment of the present invention.
  • 3 is a flowchart of an example of flight plan route processing of the wind power generator position estimation subsystem according to one embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the positional relationship of each point in the horizontal plane of
  • the unmanned aircraft of the present invention is not limited to the multicopter shown in FIG. 2, but may be any unmanned aircraft such as a rotary wing aircraft or a fixed wing aircraft.
  • the system configuration of the unmanned aircraft 1 is not limited to that shown in the figure, but can be any configuration as long as it can perform similar operations.
  • an operation performed by multiple components may be performed by a single component, such as by integrating the functions of a communication circuit into an information processing unit, or by distributing the functions of a CPU to multiple calculation units, etc.
  • the operations performed by a component may be performed by a plurality of components. Further, the various data stored in the memory of the unmanned aircraft 1 may be stored in a different location, and the information recorded in the various memories may be distributed from one type of information to multiple types. Alternatively, multiple types of information may be stored together as one type.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a wind power generator position estimation system according to the present embodiment.
  • the wind power generation device position estimation system 10 includes an unmanned aerial vehicle 1 and a wind power generation device position estimation subsystem 5.
  • the unmanned aerial vehicle 1 acquires positioning information at three or more different points located at least a predetermined distance from the tower of the wind power generator 3 within a horizontal plane at the same altitude, measures and acquires the distance between the unmanned aerial vehicle 1 and the tower.
  • the obtained positioning information and the measured distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 are transmitted to the wind power generator position estimation subsystem 5.
  • FIG. 2 is an external view of a multicopter that is an example of the unmanned aircraft (multicopter) 1 according to the present embodiment.
  • the unmanned aircraft 1 includes a control unit 101, six motors 102 driven by control signals from the control unit 101, and six rotors (rotating It includes a wing) 103, six arms 104 that connect the control unit 101 and each motor 102, and landing legs 105 that support the unmanned aircraft during landing.
  • the number of motors 102, rotors 103, and arms 104 may be three or more, such as three or four, respectively.
  • the six motors 102 are rotated by a control signal from the control unit 101, and by controlling the rotation speed of each of the six rotors 103, the unmanned aircraft 1 can perform various operations such as ascending, descending, flying forward and backward, left and right, and turning. flight is controlled.
  • a pedestal 106 is attached to the control unit 101, and a distance sensor 115 is attached to the pedestal 106.
  • a VSLAM processing unit 124 is installed below the control unit 101.
  • a first camera 108 is attached below the VSLAM processing unit 124 for photographing an object with high resolution via a gimbal 107, which is a movable support member attached to the bottom of the VSLAM processing unit 124.
  • a second camera 109 is attached to take an image of an object for performing Visual SLAM processing, which will be described later.
  • the unmanned aircraft 1 also has a flight position sensor 110 and an antenna 117.
  • FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of the unmanned aircraft 1 shown in FIG. 2.
  • the unmanned aircraft 1 mainly includes a control unit 101, a motor 102 electrically connected to the control unit 101, a rotor 103 mechanically connected to the motor 102, a gimbal 107, a first camera 108, and a second camera 109. , a flight position sensor 110, an attitude sensor 111, a direction sensor 112, an altitude sensor 113, a distance sensor 115, and an antenna 117.
  • the control unit 101 is configured to process information for controlling the flight of the unmanned aircraft 1 and control electrical signals for that purpose, and typically has various electronic components arranged and wired on a board. This is a unit that includes the circuits necessary to realize such functions.
  • the control unit 101 further includes an information processing unit 120, a communication circuit 121, a control signal generation section 122, a speed controller 123, and an interface 125.
  • the information processing unit 120 includes a CPU 120a, a RAM 120b, a ROM 120c, and an external memory 120d.
  • the RAM 120b, ROM 120c, external memory 120d, communication circuit 121, control signal generator 122, and interface 125 are connected to the CPU 120a via a system bus 120h.
  • the control unit 101 appropriately controls the flight of the unmanned aircraft 1 based on control signals from the operator (during non-autonomous flight), flight plan route data (during autonomous flight), and the like. Specifically, the attitude, speed, etc. of the unmanned aircraft 1 are determined based on information obtained from various sensors for flight control and the VSLAM processing unit 124, and the attitude, speed, etc. of the unmanned aircraft 1 are determined based on information obtained from the flight position sensor 107 and the VSLAM processing unit 124.
  • the information processing unit 120 calculates the control command value for each rotor 103 by determining the current flight position of the rotor and comparing it with target values such as the control signal, flight plan route, speed limit, altitude limit, etc.
  • the control signal generating section 122 outputs data indicating the control signal.
  • the control signal generation unit 122 converts the control command value into a pulse signal representing voltage and transmits it to each speed controller 123.
  • Each speed controller 123 converts the pulse signal into a drive voltage and applies it to each motor 102, thereby controlling the drive of each motor 102 and controlling the rotation speed of each rotor 103, thereby controlling the speed of the unmanned aircraft 1. Flight is controlled.
  • the control unit 101 can also control a first camera 108 and a second camera 109, and can also control a gimbal 107, which will be described later, in at least one axis among the yaw axis, pitch axis, and roll axis. By rotating it around, the imaging direction of the first camera 108 can be controlled.
  • the flight plan route data is data representing a three-dimensional (latitude, longitude, altitude) flight plan route of the unmanned aircraft 1, and typically includes a series of multiple waypoints existing on the flight plan route. This is a set of data.
  • the flight plan route is typically a set of straight lines connecting the plurality of waypoints in order, but it can also be a curved line with a predetermined curvature within a predetermined range of waypoints.
  • the flight plan route is a circle
  • the flight plan route can be set by specifying one waypoint as the starting point and the ending point, and specifying the center of the circle.
  • the target location exists near a specific waypoint on the flight plan path.
  • the waypoint can also be the end point (turnaround point) of the flight plan route. Note that a certain waypoint can also be set as the target position. In this case, information indicating that the waypoint is a target position is added to the data of that waypoint.
  • the flight plan route data may include data defining flight speeds at multiple waypoints. Flight plan path data is typically used to define a flight plan path in autonomous flight, but can also be used for flight guidance in non-autonomous flight. Flight plan route data is typically input into and stored in the unmanned aircraft 1 before flight.
  • the first camera 108 is a camera for capturing an image of a target object with high resolution.
  • the first camera 108 is attached to the VSLAM processing unit 124 via a gimbal 107, which is a movable support member that rotatably supports the first camera 108, so that the imaging direction can be changed. ing.
  • the first camera 108 acquires image data in the shooting range of the unmanned aircraft 1 while the unmanned aircraft 1 is in flight, and the acquired images are stored in the information processing unit 120.
  • An image is a moving image that typically consists of a series of frames, which are still images. The images may be still images captured at arbitrary intervals.
  • the gimbal 107 can rotatably support the first camera 108 around a yaw axis, a pitch axis, and a roll axis.
  • the imaging direction of the first camera 108 can be changed.
  • the second camera 109 is a camera for photographing an image of an object for performing Visual SLAM processing, which will be described later, and is mounted so as to face the front of the aircraft.
  • a second camera 109 that captures images at low resolution is provided separately from the first camera 108.
  • the second camera 109 acquires image data in the shooting range of the unmanned aircraft 1 while it is in flight, and the acquired images are stored in the information processing unit 120 and the VSLAM processing unit 124 described below.
  • An image is a moving image that typically consists of a series of frames, which are still images. The images may be still images captured at arbitrary intervals.
  • the flight position sensor 110 is a navigation sensor that senses the coordinates of the flight position of the unmanned aircraft 1, and corresponds to the positioning information acquisition device of the present invention. Flight position sensor 110 preferably senses three-dimensional coordinates. In this embodiment, a GPS (Global Positioning System) sensor is used as the flight position sensor 110, but the present invention is not limited to this, and any other suitable flight position sensor can be used.
  • the flight position sensor 110 is mainly used to control the position of the unmanned aircraft 1 when it flies along the flight plan route in an environment where GPS signals can be well received.
  • the attitude sensor 111 is a sensor, such as a 6-axis gyro (acceleration/angular velocity sensor), for detecting the movement and inclination of the unmanned aircraft 1, and is used to control the attitude of the unmanned aircraft 1 during flight. be done.
  • a 6-axis gyro acceleration/angular velocity sensor
  • the orientation sensor 112 is a sensor, such as a magnetic sensor, for controlling the flight direction.
  • the altitude sensor 113 is a sensor that detects the altitude of the unmanned aircraft 1, such as a barometric pressure sensor, and is used to control the flight altitude of the unmanned aerial vehicle 1.
  • the distance sensor 115 is a sensor that measures distances to surrounding objects and the ground, and corresponds to the distance measuring device of the present invention.
  • a LiDAR (Light Detection And Ranging) sensor is used as the distance sensor 115, but it is not limited to this, and any other suitable distance sensor such as a millimeter wave radar or an ultrasonic sensor can be used. can be used.
  • the antenna 117 is an antenna for receiving radio signals including information and various data for operating and controlling the unmanned aircraft 1, and for transmitting radio signals including telemetry signals from the unmanned aircraft 1.
  • the communication circuit 121 demodulates a control signal, a control signal, various data, etc. for the unmanned aircraft 1 from the radio signal received through the antenna 117 and inputs the demodulated data to the information processing unit 120, and also demodulates the telemetry signal output from the unmanned aircraft 1.
  • It is an electronic circuit for generating a wireless signal that carries signals, etc., and is typically a wireless signal processing IC. Note that, for example, communication of maneuver signals and communication of control signals and various data may be performed by different communication circuits in different frequency bands.
  • a controller for manual operation using a frequency of 950 MHz band, and communicates data using a frequency of 2 GHz band/1.7 GHz band/1.5 GHz band/800 MHz band. It is also possible to adopt a similar configuration.
  • the control signal generation unit 122 is configured to convert control command value data obtained by calculation by the information processing unit 120 into a pulse signal (PWM signal, etc.) representing voltage, and typically includes an oscillation circuit and a switching circuit. It is an IC that includes.
  • the speed controller 123 is configured to convert a pulse signal from the control signal generator 122 into a drive voltage for driving the motor 102, and is typically a smoothing circuit and an analog amplifier.
  • the unmanned aircraft 1 includes a power supply system including a battery device such as a lithium polymer battery or a lithium ion battery, and a power distribution system to each element.
  • the VSLAM processing unit 124 includes a CPU 124a, a RAM 124b, a ROM 124c, an external memory 124d, and an interface 124g.
  • RAM 124b, ROM 124c, external memory 124d, and interface 124e are connected to CPU 124a via system bus 124f.
  • VSLAM processing unit 124 may include a GPU.
  • the VSLAM processing unit 124 executes a program implementing such an algorithm, so that the Self-position estimation and map creation are performed using Visual SLAM using image signals, and the estimated self-position (relative position of the unmanned aircraft 1 with respect to elements existing around the unmanned aircraft 1) and velocity (based on the time differential of the position) ), attitude (obtained by geometric calculation from the arrangement of a plurality of feature points in the photographed image), etc., which represent the state of the unmanned aircraft 1. Signals indicating these quantities are sent to the information processing unit. 120, and the information processing unit 120 uses the information input from the VSLAM processing unit 124.
  • the map information estimated by the VSLAM processing unit 124 is also output to the information processing unit 120 and stored in the external memory 120d.
  • a monocular camera may be used as the second camera 109 instead of a stereo camera, and in this case as well, self-position etc. can be estimated by Visual SLAM using the same principle.
  • the interface 125 connects functional elements such as the information processing unit 120, flight position sensor 110, attitude sensor 111, direction sensor 112, altitude sensor 113, distance sensor 115, gimbal 107, first camera 108, and second camera 109.
  • This configuration electrically connects them by converting the signal format so that signals can be sent and received between them.
  • the interface is shown as one configuration in the drawings, but different interfaces are usually used depending on the type of functional element to be connected. Further, the interface 125 may not be necessary depending on the type of signal input/output by the functional element to be connected. Further, in FIG. 2, even if the information processing unit 120 is connected without an interface 125, an interface may be necessary depending on the type of signal input/output by the functional element to be connected.
  • FIG. 4 is a side view of a wind power generator according to one embodiment of the present invention.
  • the wind power generation device 3 consists of three blades 31 that rotate in response to the wind: a first blade 31-1, a second blade 31-2, and a third blade 31-3 (hereinafter, the distinction between each blade will be referred to as three blades 31). If it is not necessary, it will be called “blade 31", and if it is necessary to distinguish between each blade, it will be called “first blade 31-1", “second blade 31-2”, and “third blade 31-”. 3), a rotor 33 including a hub 32 connecting the base ends of the respective blades 31, a nacelle 35 housing a generator 34 connected to the hub 32, and an installation location of the wind power generator 3.
  • G (a platform provided on land or water), and includes a tower 36 that rotatably supports a nacelle 35.
  • a base end of the blade 31 is connected to a rotor shaft 37 by a hub 32.
  • the hub 32 is connected to a generator 34 via a rotor shaft 37, and the rotation of the rotor 33 is transmitted to the generator 34 via the rotor shaft 37 to generate electricity.
  • the wind power generation device 3 shown in FIG. 4 has been stopped for inspection, and is stopped at an azimuth angle of 0°.
  • the azimuth angle represents the rotational angular position of the rotor 33, and is 0° when the blade 31 is located directly above the hub 32 in the vertical direction.
  • the number of blades included in the wind power generator 3 is three, but the number of blades can be any appropriate number.
  • FIG. 5 is a diagram showing the functional configuration of the wind power generator position estimation subsystem 5 according to one embodiment of the present invention.
  • the wind power generator position estimation subsystem 5 includes a flight route setting section 501 , a distance measurement point setting section 503 , a position estimation section 505 , a transmitting/receiving section 507 , a display section 509 , and a storage section 511 .
  • the wind power generation device position estimation subsystem 5 may be any suitable device separate from the unmanned aircraft 1 such as a ground station computer, a PC, a smartphone, a tablet terminal, a cloud computing system, or a combination thereof. It can be configured as In addition, the information processing unit 120 of the unmanned aircraft 1 may be made to function as the wind power generation device position estimation subsystem 5, or the wind power generation device position estimation subsystem 5 may be mounted on the unmanned aircraft 1 separately from the information processing unit 120. , it may be configured to be included in the unmanned aircraft 1.
  • the wind power generator position estimation subsystem 5 or its components need not be configured as a single physical device, but may be configured as a plurality of physical devices.
  • the flight plan route setting unit 501 sets a flight plan route for moving the unmanned aircraft to each distance measurement point described below.
  • the distance measurement point setting unit 503 sets the tower of the wind power generation device based on the known position of the wind power generation device within a horizontal plane at the same altitude, which is a distance measurement point for measuring the distance between the unmanned aircraft and the tower. Set position information of three or more different points that are more than a predetermined distance away from.
  • the position estimation unit 505 estimates the position of the axis of the tower based on the positioning information acquired at each distance measurement point and the measured distance between the unmanned aircraft and the tower.
  • the transmitting/receiving unit 509 transmits and receives various data and various programs.
  • the display unit 511 displays the results of various processes by the wind power generator position estimation subsystem 5 on various displays.
  • the storage unit 511 stores various data and various programs.
  • FIG. 6 is a diagram showing the hardware configuration of a wind power generator position estimation subsystem according to one embodiment of the present invention.
  • the wind power generator position estimation subsystem 5 includes a CPU 50a, a RAM 50b, a ROM 50c, an external memory 50d, an input section 50e, an output section 50f, and a communication section 50g.
  • the RAM 50b, ROM 50c, external memory 50d, input section 50e, output section 50f, and communication section 50g are connected to the CPU 50a via a system bus 50h.
  • the CPU 50a collectively controls each device connected to the system bus 50h.
  • the ROM 50c and external memory 50d store the BIOS and OS, which are control programs for the CPU 50a, and various programs and data necessary to realize the functions executed by the computer.
  • the RAM 50b functions as the main memory, work area, etc. of the CPU.
  • the CPU 50a loads programs and the like required for execution of processing from the ROM 50c or external memory 50d into the RAM 50b, and executes the loaded programs to realize various operations.
  • the external memory 50d is composed of, for example, a flash memory, a hard disk, a DVD-RAM, a USB memory, etc.
  • the input unit 50e receives operation instructions etc. from the user.
  • the input unit 50e includes input devices such as input buttons, a keyboard, a pointing device, a wireless remote control, a microphone, and a camera.
  • the output unit 50f outputs data processed by the CPU 50a and data stored in the RAM 50b, ROM 50c, and external memory 50d.
  • the output unit 50f is composed of output devices such as an LCD, an organic EL panel, a printer, and a speaker.
  • the communication unit 50g is an interface for connecting and communicating with external devices via a network or directly.
  • the communication unit 50g is composed of interfaces such as a serial interface and a LAN interface.
  • FIGS. 7A and 7B are flowcharts of an example of the wind power generator position estimation process of the wind power generator position estimation system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the positional relationship of each point in the horizontal plane at the altitude h.
  • the storage unit 511 stores specification data regarding the wind power generation device 3, such as the azimuth angle and nacelle azimuth angle of the rotor 33 when stopped, the installation position (latitude, longitude), the height of the tower 36, and the predetermined height of the tower 36.
  • the radius of the blade 31, the length of the blade 31, etc. are stored within known ranges.
  • the flight plan route setting unit 501 of the wind power generator position estimation subsystem 5 determines the provisional position O of the axis of the tower 36 (hereinafter also referred to as “base point”) read from the storage unit 511 or specified by the user.
  • the aircraft orbits at a distance a from the tower 36 in a horizontal plane at an altitude h. That is, a flight plan route RT is set that revolves around the circumference of a radius r0+a, with P0 as the starting point and ending point, with the temporary base position O as the center (S101).
  • the distance a that the unmanned aircraft 1 leaves from the tower 36 is a predetermined distance or more, and the predetermined distance is not affected by, for example, multipath generated by the tower 36, This is the minimum distance at which positioning information based on signals can be acquired almost accurately.
  • the provisional position O of the base point which is the position of the axis of the tower 36, may be the installation position of the wind power generation device 3 that is recorded as the specification data of the wind power generation device 3, or if there is no such record, , the position of the axis of the tower 36 estimated by a method other than the estimation method according to the present invention may be used.
  • the flight plan path is not limited to a circumference, but can be a part of the circumference, a polygon, or any other suitable shape. If the flight plan route is shaped like a triangle or square, there will be parts of the route that approach the tower, and if there is a large discrepancy between the tentative base point and the actual position, there is a possibility that the drone will collide with the tower. If the distance is all or part of the circumference, a certain distance is maintained from the temporary position of the base point, so the risk of the drone colliding with the tower can be reduced.
  • the distance measurement point setting unit 503 allows the unmanned aircraft 1 to appropriately calculate distance measurement points for measuring the distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36, and/or receives a designation from the user, and sets three or more distance measurement points.
  • the position information of the points (in this embodiment, three distance measurement points P1, P2, and P3) is set and stored in the storage unit 511 in association with the flight plan route RT set in step S101 described above (S103). .
  • Each distance measurement point is located at least a predetermined distance a from the tower 36 in a horizontal plane at the same altitude h, based on the tentative base point O, which is the known position of the wind power generator 3. .
  • Flight plan route data can also include altitude or altitude above ground information.
  • the flight plan route data of the unmanned aircraft 1 is stored in the information processing unit 120, it is transmitted to the unmanned aircraft 1 as a wireless signal and read into the information processing unit 120 via the antenna 117 and the communication circuit 121. suitable. If the unmanned aircraft 1 has another suitable interface, the information may be read into the information processing unit 120 of the unmanned aircraft 1 via that interface.
  • the flight plan route RT set in step S101 and each distance measurement point set in step S103 are stored in the information processing unit 120 of the unmanned aircraft 1 via appropriate means such as communication or a USB memory.
  • the information processing unit 120 When the pre-flight preparations are completed, the information processing unit 120 performs autonomous flight control along the flight plan route. That is, the information processing unit 120 reads the flight plan route data from the information processing unit 120, and controls the unmanned aircraft 1 to fly to the target position along the flight plan route determined by the read flight plan route data. Note that the information processing unit 120 can perform non-autonomous flight by accepting manual operations from the user during flight. In this case, the flight plan route is used as a guide, and for example, the unmanned aircraft 1 can be returned to the flight plan route when the manual operation is completed.
  • the unmanned aircraft 1 When the unmanned aircraft 1 reaches the flight starting point, the waypoint P0, by autonomous flight or by maneuvering by the operator, the unmanned aircraft 1 autonomously flies along the flight plan route RT set in step S101 above (S107). ).
  • the unmanned aircraft 1 While flying on the flight plan route RT, the unmanned aircraft 1 receives GPS signals at the first distance measurement point P1, the second distance measurement point P2, and the third distance measurement point P3 by the GPS sensor, which is the flight position sensor 110.
  • the distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 is measured by the LiDAR sensor, which is the distance sensor 105, and the distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 is calculated based on the positioning information acquired at each distance measurement point and the measured unmanned aircraft 1 and the tower 36. and transmits the distance to the wind power generator position estimation subsystem 5 (S109).
  • the positioning information transmitted from the unmanned aircraft 1 may be a position converted to an XY coordinate system instead of a position in a geodetic coordinate system.
  • the transmitting/receiving unit 507 of the wind power generator position estimation subsystem 5 receives the positioning information acquired at each distance measurement point and the measured distance between the unmanned aerial vehicle 1 and the tower 36 transmitted from the unmanned aerial vehicle 1 (S111 ).
  • the position estimating unit 505 of the wind power generator position estimating subsystem 5 uses the positioning information obtained at each distance measurement point received by the transmitting/receiving unit 507 and the measured distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 to The position of the base point is estimated (S113).
  • a specific method for estimating the position of the base point is as follows.
  • the positioning information of the first distance measurement point P1, second distance measurement point P2, and third distance measurement point P3 is expressed in a geodetic coordinate system, that is, in latitude and longitude, convert this to an XY coordinate system.
  • the coordinates of the measured points be P1 (x1, y1), P2 (x2, y2), and P3 (x3, y3).
  • the provisional position O of the base point (the position of the center of the circumference of the flight plan route RT) in the XY coordinate system and the estimated position C of the base point are O(x0, y0) and C(xc, yc), respectively.
  • r is the actual radius of the tower 36
  • d1 is the distance between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 measured at the first distance measurement point P1, the second distance measurement point P2, and the third distance measurement point P3, respectively.
  • d2, and d3. Referring to FIG. 8, the following formulas (1) to (3) hold according to the Pythagorean theorem.
  • the position estimation unit 505 of the wind power generator position estimation subsystem 5 converts the positioning information acquired at the first distance measurement point P1, the second distance measurement point P2, and the third distance measurement point P3 into an XY coordinate system. Then, the positions P1 (x1, y1), P2 (x2, y2), P3 ( x3, y3) and the measured distances d1, d2, d3 between the unmanned aircraft 1 and the tower 36 are substituted into equations (4) and (5) to calculate the values of xc and yc, and the base point position C( xc, yc).
  • the number of distance measurement points is not limited to this, and increasing the number of distance measurement points can improve the accuracy of the estimated base point position. Can be done.
  • one point P0 is set as the starting point and the ending point, and a flight plan route is set in which the unmanned aircraft makes one circuit around the tower.
  • a flight plan route may be set that is part of a circumference, with the distance measurement point P1 as the starting point and the distance measurement point P3 as the ending point.
  • a flight plan route was set in which the unmanned aircraft moves within a horizontal plane at an altitude of h. It is also possible to set a flight plan route that is not performed.
  • a flight plan route is set and the unmanned aircraft is moved by autonomous flight, but all or part of the distance measurement point is moved by non-autonomous flight.
  • An operator may control the unmanned aerial vehicle to move it to each distance measurement point.
  • the exact position of the wind power generation device can be estimated, so for example, the wind power generation device can be inspected using an unmanned aerial vehicle.
  • autonomous flight inspections it is possible to accurately set the flight plan route for inspections, and in the case of non-autonomous flight inspections, it is possible to accurately grasp the relative position of the unmanned aircraft with respect to the wind power generation equipment. can.

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Abstract

風力発電装置の位置を推定するためのサブシステムであって、測位情報を取得する測位情報取得装置と無人航空機と対象との間の距離を測定する距離測定装置を備える無人航空機により、同一高度の水平面内で、判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において取得された測位情報と計測された前記無人航空機と前記タワーとの距離を受け取る受信部と、受け取られた前記測位情報に基づく前記異なる３つ以上の点の位置情報と計測された前記異なる３つ以上の点での前記無人航空機と前記タワーとの距離に基づいて、前記タワーの軸の位置を推定する位置推定部とを備えるサブシステム。

Description

風力発電装置の位置を推定するためのシステム、サブシステム、方法、プログラム及びプログラムを記憶した記憶媒体
　本発明は、風力発電装置の位置を推定するためのシステム、方法、プログラム及びプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
　近時ドローンにより風力発電装置を点検することが提案されている（下記特許文献１、２参照）。
特開２０１９－７３９９９号公報 特開２０２０－１１８１４１号公報
　風力発電装置の設置位置については、不明なことや、設置位置が分かっていても不正確なことも多い。そのような場合、自律飛行による点検の場合でも、非自律飛行による点検の場合でも、風力発電装置との相対位置を適切に取るのが難しい。特に、自律飛行による点検の場合は、正確な飛行計画経路を作成することができないので、点検対象箇所に対して適切な位置を取ることができず、うまく点検することができなかったり、最悪の場合、ドローンが風力発電装置に衝突してしまう危険性がある。
　そこで、本発明は、正確な風力発電装置の位置を推定するためのシステム及び方法を提供することを目的の１つとする。
　本発明の１つの態様は、風力発電装置の位置を推定するためのサブシステムであって、測位情報を取得する測位情報取得装置と無人航空機と対象との間の距離を測定する距離測定装置を備える無人航空機により、同一高度の水平面内で、判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において取得された測位情報と計測された前記無人航空機と前記タワーとの距離を受け取る受信部と、受け取られた前記測位情報に基づく前記異なる３つ以上の点の位置情報と計測された前記異なる３つ以上の点での前記無人航空機と前記タワーとの距離に基づいて、前記タワーの軸の位置を推定する位置推定部とを備えるサブシステムを提供するものである。
　前記無人航空機は、予め設定された飛行計画経路に基づいて前記タワーの周りを移動し、前記飛行計画経路は、前記風力発電装置のタワーを、同一高度の水平面内で、前記判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記タワーから所定距離以上離れて前記タワーの周りを移動するように設定されたものとすることができる。
　前記飛行計画経路は、円周の全部又は一部であるものとすることができる。
　前記サブシステムは、前記飛行計画経路を設定する飛行計画経路設定部を更に備えるものとすることができる。
　前記距離測定装置は、ＬｉＤＡＲセンサであるものとすることができる。
　本発明の１つの態様は、前記サブシステムと前記無人航空機を備えるシステムを提供するものである。
　本発明の１つの態様は、前記サブシステムを搭載した無人航空機を提供するものである。
　本発明の１つの態様は、コンピュータにより実行される風力発電装置の位置を推定する方法であって、測位情報を取得する測位情報取得装置と無人航空機と対象との間の距離を測定する距離測定装置を備える無人航空機により、同一高度の水平面内で、判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において取得された測位情報と計測された前記無人航空機と前記タワーとの距離を受け取ることと、受け取られた前記測位情報に基づく前記異なる３つ以上の点の位置情報と計測された前記異なる３つ以上の点での前記無人航空機と前記タワーとの距離に基づいて、前記タワーの軸の位置を推定することとを含む方法を提供するものである。
　前記無人航空機は、予め設定された飛行計画経路に基づいて前記タワーの周りを移動し、前記飛行計画経路は、前記風力発電装置のタワーを、同一高度の水平面内で、前記判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記タワーから所定距離以上離れて前記タワーの周りを移動するように設定されたものとすることができる。
　前記飛行計画経路は、円周の全部又は一部であるものとすることができる。
　前記方法は、前記飛行計画経路を設定することを更に含むものとすることができる。
　前記距離測定装置は、ＬｉＤＡＲセンサであるものとすることができる。
　本発明の１つの態様は、前記方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。
　本発明の１つの態様は、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。
　上記構成による本発明によれば、正確な風力発電装置の位置を推定するためのシステム及び方法を提供することができる。
本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定システムの全体構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態に係る無人航空機の外観図である。 本発明の１つの実施形態に係る無人航空機の全体構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置の側面図である。 本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステムの機能構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステムのハードウエア構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステムの飛行計画経路処理の例のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステムの飛行計画経路処理の例のフローチャートである。 高度ｈの水平面内の各点の位置関係の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下に説明する具体的態様に限定されるわけではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の態様を取り得る。例えば、本発明の無人航空機は、図２に示すマルチコプタに限らず、回転翼機、固定翼機等、任意の無人航空機であってもよい。また、無人航空機１のシステム構成も、図に示されるものに限らず同様の動作が可能であれば任意の構成を取ることができる。例えば通信回路の機能を情報処理ユニットに統合する等、複数の構成要素が実行する動作を単独の構成要素により実行してもよいし、あるいはＣＰＵの機能を複数の演算部に分散する等、単独の構成要素が実行する動作を複数の構成要素により実行してもよい。また、無人航空機１のメモリ内に記憶される各種データは、それとは別の場所に記憶されていてもよいし、各種メモリに記録される情報も、１種類の情報を複数の種類に分散して記憶してもよいし、複数の種類の情報を１種類にまとめて記憶してもよい。
　図１は、本実施形態に係る風力発電装置位置推定システムの全体構成を示す図である。風力発電装置位置推定システム１０は、無人航空機１、風力発電装置位置推定サブシステム５を備える。無人航空機１は、同一高度の水平面内で、風力発電装置３のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において測位情報を取得し、無人航空機１とタワーとの距離を測定し、取得された測位情報と測定された無人航空機１とタワー３６との距離を風力発電装置位置推定サブシステム５に送信する。
　図２は、本実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）１の一例であるマルチコプタの外観図である。無人航空機１は、外観に関しては、制御ユニット１０１と、制御ユニット１０１からの制御信号により駆動される６つのモータ１０２と、各々のモータ１０２の駆動により回転して揚力を発生させる６つのロータ（回転翼）１０３と、制御ユニット１０１と各々のモータ１０２とを接続する６つのアーム１０４と、着陸時に無人航空機を支える着陸脚１０５とを備える。モータ１０２、ロータ１０３、及びアーム１０４の数は、それぞれ、３、４などのような３以上の数とすることもできる。制御ユニット１０１からの制御信号により６つのモータ１０２が回転させられ、それにより６つのロータ１０３の各々の回転数を制御することにより、上昇、下降、前後左右への飛行、旋回等、無人航空機１の飛行が制御される。
　また、制御ユニット１０１には台座１０６が取り付けられており、距離センサ１１５が台座１０６に取り付けられている。
　また、制御ユニット１０１の下方にはＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４が取り付けられている。ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４の下方には、ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４の下部に取り付けられた可動支持部材であるジンバル１０７を介して、高解像度で対象物を撮影するための第１のカメラ１０８が取り付けられている。また、ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４の前方には、後述のＶｉｓｕａｌ　ＳＬＡＭ処理を行うための対象物の画像を撮影するための第２のカメラ１０９が取り付けられている。また、無人航空機１は、飛行位置センサ１１０、アンテナ１１７も有している。
　図３は、図２に示す無人航空機１の全体構成を示す図である。無人航空機１は、大きく、制御ユニット１０１、制御ユニット１０１に電気的に接続されたモータ１０２、モータ１０２に機械的に接続されたロータ１０３、ジンバル１０７、第１のカメラ１０８、第２のカメラ１０９、飛行位置センサ１１０、姿勢センサ１１１、方位センサ１１２、高度センサ１１３、距離センサ１１５、アンテナ１１７から構成される。
　制御ユニット１０１は、無人航空機１の飛行制御を行うための情報処理や、そのための電気信号の制御を行うための構成であり、典型的には基板上に各種の電子部品を配置して配線することによってそのような機能の実現に必要な回路を構成したユニットである。制御ユニット１０１は、さらに、情報処理ユニット１２０、通信回路１２１、制御信号生成部１２２、スピードコントローラ１２３、インターフェイス１２５から構成される。
　情報処理ユニット１２０は、ＣＰＵ１２０ａ、ＲＡＭ１２０ｂ、ＲＯＭ１２０ｃ、外部メモリ１２０ｄを含む。ＲＡＭ１２０ｂ、ＲＯＭ１２０ｃ、外部メモリ１２０ｄ、通信回路１２１、制御信号生成部１２２、インターフェイス１２５は、システムバス１２０ｈを介して、ＣＰＵ１２０ａに接続されている。
　制御ユニット１０１は、操作者からの操縦信号（非自律飛行時）や飛行計画経路データ（自律飛行時）などに基づいて無人航空機１の飛行を適切に制御する。具体的には、飛行制御用の各種センサやＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４から得られる情報により無人航空機１の姿勢、速度等を判断し、飛行位置センサ１０７やＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４から得られる情報により無人航空機１の現在の飛行位置などを判断し、操縦信号、飛行計画経路、速度制限、高度制限等の目標値と比較することにより情報処理ユニット１２０で各ロータ１０３に対する制御指令値を演算し、制御指令値を示すデータを制御信号生成部１２２に出力する。制御信号生成部１２２は、その制御指令値を電圧を表わすパルス信号に変換して各スピードコントローラ１２３に送信する。各スピードコントローラ１２３は、そのパルス信号を駆動電圧へと変換して各モータ１０２に印加し、これにより各モータ１０２の駆動を制御して各ロータ１０３の回転数を制御することにより無人航空機１の飛行が制御される。また、制御ユニット１０１は、第１のカメラ１０８、第２のカメラ１０９を制御することができ、また、後述のジンバル１０７を、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸のうちの少なくとも１つの軸の周りに回転させることにより第１のカメラ１０８の撮像方向を制御することができる。
　ここで、飛行計画経路データは、無人航空機１の三次元（緯度、経度、高度）の飛行計画経路を表すデータであり、典型的には、飛行計画経路上に存在する一連の複数のウェイポイントの集合のデータである。飛行計画経路は、典型的には、それらの複数のウェイポイントを順番に結んだ直線の集合であるが、ウェイポイントの所定範囲内においては所定の曲率の曲線とすることもできる。飛行計画経路が円周の場合は、１つのウェイポイントを始点と終点として指定し、そして円の中心を指定することにより、飛行計画経路を設定することができる。好適には、飛行計画経路の特定のウェイポイントの近傍に目標位置が存在すると良い。そのウェイポイントには、それを通過後に目標位置に向かう旨の情報が付加される。そのウェイポイントは、飛行計画経路の終点（折り返し点）とすることもできる。なお、あるウェイポイントを目標位置とすることもできる。この場合、そのウェイポイントのデータには、それが目標位置である旨の情報が付加される。飛行計画経路データは、複数のウェイポイントにおける飛行速度を定めるデータを含んでいてもよい。飛行計画経路データは、典型的には自律飛行において飛行計画経路を定めるために使用されるが、非自律飛行において飛行時のガイド用として使用することもできる。飛行計画経路データは、典型的には、飛行前に無人航空機１に入力されて記憶される。
　第１のカメラ１０８は、高解像度で対象物を撮像するためのカメラである。第１のカメラ１０８は、第１のカメラ１０８を回転可能に支持する可動支持部材であるジンバル１０７を介してＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４に取り付けられていて、これにより撮像方向を変えることができるようになっている。第１のカメラ１０８は、無人航空機１の飛行中、それの撮影範囲の画像のデータを取得し、取得された画像は、情報処理ユニット１２０に記憶される。画像は、典型的には一連の静止画像であるフレームからなる動画の画像である。画像は、任意の間隔で撮像した静止画像であってもよい。
　ジンバル１０７は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の周りに第１のカメラ１０８を回転可能に支持することができる。ジンバル１０７により、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸のうちの少なくとも１つの軸の周りに第１のカメラ１０８を回転させることで、第１のカメラ１０８の撮像方向を変えることができる。
　第２のカメラ１０９は、後述のＶｉｓｕａｌ ＳＬＡＭ処理を行うための対象物の画像を撮影するためのカメラであり、機体の前方を向くように取り付けられている。Ｖｉｓｕａｌ ＳＬＡＭ処理の負荷を低減するために、低解像度での撮像を行う第２のカメラ１０９が、第１のカメラ１０８とは別個に設けられている。第２のカメラ１０９は、無人航空機１の飛行中、それの撮影範囲の画像のデータを取得し、取得された画像は、情報処理ユニット１２０や後述のＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４に記憶される。画像は、典型的には一連の静止画像であるフレームからなる動画の画像である。画像は、任意の間隔で撮像した静止画像であってもよい。
　飛行位置センサ１１０は、無人航空機１の飛行位置の座標を感知するナビゲーションのためのセンサであり、本発明の測位情報取得装置に対応する。飛行位置センサ１１０は、好適には、三次元的な座標を感知する。本実施形態においては、飛行位置センサ１１０として、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサが用いられるが、これに限定されるものではなく、他の任意の適切な飛行位置センサを用いることができる。飛行位置センサ１１０は、主として、ＧＰＳ信号が良好に受信可能な環境下で、無人航空機１が飛行計画経路に沿って飛行する時の位置を制御するために使用される。
　姿勢センサ１１１は、例えば６軸ジャイロ（加速度／角速度センサ）のような、無人航空機１の移動と傾きなどを検出するためのセンサであり、無人航空機１の飛行時の姿勢を制御するために使用される。
　方位センサ１１２は、例えば磁気センサのような、飛行方向を制御するためのセンサである。
　高度センサ１１３は、例えば気圧センサのような、無人航空機１の高度を検出するセンサであり、無人航空機１の飛行高度を制御するために使用される。
　距離センサ１１５は、周囲の物体や地面までの距離を測定するセンサであり、本発明の距離測定装置に対応する。本実施形態においては、距離センサ１１５として、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサが用いられるが、これに限定されるものではなく、ミリ波レーダや超音波センサ等の他の任意の適切な距離センサを用いることができる。
　アンテナ１１７は、無人航空機１を操縦したり制御するための情報や各種データを含む無線信号を受信したり、テレメトリ信号を含む無線信号を無人航空機１から送信するための空中線である。
　通信回路１２１は、アンテナ１１７を通じて受信した無線信号から、無人航空機１のための操縦信号、制御信号や各種データなどを復調して情報処理ユニット１２０に入力したり、無人航空機１から出力されるテレメトリ信号などを搬送する無線信号を生成するための電子回路であり、典型的には無線信号処理ＩＣである。なお、例えば、操縦信号の通信と、制御信号、各種データの通信とを別の周波数帯の異なる通信回路で実行するようにしてもよい。例えば、手動での操縦を行うためのコントローラ（プロポ）の送信器と９５０ＭＨｚ帯の周波数で通信し、データ通信を２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／８００ＭＨｚ帯の周波数で通信するような構成を採ることも可能である。
　制御信号生成部１２２は、情報処理ユニット１２０によって演算により得られた制御指令値データを、電圧を表わすパルス信号（ＰＷＭ信号など）に変換する構成であり、典型的には、発振回路とスイッチング回路を含むＩＣである。スピードコントローラ１２３は、制御信号生成部１２２からのパルス信号を、モータ１０２を駆動する駆動電圧に変換する構成であり、典型的には、平滑回路とアナログ増幅器である。図示していないが、無人航空機１は、リチウムポリマーバッテリやリチウムイオンバッテリ等のバッテリデバイスや各要素への配電系を含む電源系を備えている。
　ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４は、ＣＰＵ１２４ａ、ＲＡＭ１２４ｂ、ＲＯＭ１２４ｃ、外部メモリ１２４ｄ、インターフェイス１２４ｇを含む。ＲＡＭ１２４ｂ、ＲＯＭ１２４ｃ、外部メモリ１２４ｄ、インターフェイス１２４ｅは、システムバス１２４ｆを介して、ＣＰＵ１２４ａに接続されている。ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４は、ＧＰＵを備えていてもよい。
　Ｖｉｓｕａｌ　ＳＬＡＭについては、ＭｏｎｏＳＬＡＭやＰＴＡＭ（Ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ等、さまざまなアルゴリズムが開発されている。ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４がそのようなアルゴリズムを実装したプログラムを実行することにより、第２のカメラ１０９からの画像信号を用いてＶｉｓｕａｌ　ＳＬＡＭによる自己位置推定とマップ作成を行い、これにより推定された自己位置（無人航空機１の周囲に存在する要素に対する無人航空機１の相対位置）や速度（位置の時間微分により求められる。）、姿勢（撮影した画像における複数の特徴点の配置から幾何学計算により求められる。）等、無人航空機１の状態を表す量を決定する。これらの量を示す信号は情報処理ユニット１２０へと出力され、そして情報処理ユニット１２０は、ＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４から入力される情報を利用する。またＶＳＬＡＭ処理ユニット１２４が推定したマップ情報も情報処理ユニット１２０へと出力され、外部メモリ１２０ｄに記憶される。なお、第２のカメラ１０９としてはステレオカメラではなく、単眼カメラを用いてもよく、この場合も同様の原理でＶｉｓｕａｌ　ＳＬＡＭによる自己位置等の推定が可能である。
　インターフェイス１２５は、情報処理ユニット１２０、飛行位置センサ１１０、姿勢センサ１１１、方位センサ１１２、高度センサ１１３、距離センサ１１５、ジンバル１０７、第１のカメラ１０８、第２のカメラ１０９などの機能要素との間で信号の送受信ができるように信号の形態を変換することにより、それらを電気的に接続する構成である。なお、説明の都合上、図面においてインターフェイスは１つの構成として記載しているが、接続対象の機能要素の種類によって別のインターフェイスを使用することが通常である。また、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイス１２５が不要な場合もある。また、図２において、インターフェイス１２５が媒介せずに接続されている情報処理ユニット１２０であっても、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイスが必要となる場合もある。
　図４は、本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置の側面図である。風力発電装置３は、風を受けて回転する３枚のブレード３１である第１のブレード３１－１、第２のブレード３１－２、及び第３のブレード３１－３（以下、各ブレードの区別が必要のない場合は「ブレード３１」と呼び、各ブレードの区別が必要な場合は、「第１のブレード３１－１」、「第２のブレード３１－２」、「第３のブレード３１－３」と区別して呼ぶ）、並びにそれぞれのブレード３１の基端を連結するハブ３２を備えるロータ３３と、ハブ３２と連結された発電機３４を収納するナセル３５と、風力発電装置３の設置場所Ｇ（陸上又は水上に設けられたプラットフォーム）に設置され、ナセル３５を回転可能に支持するタワー３６とを備える。ブレード３１の基端は、ハブ３２によって、ロータ軸３７に連結されている。また、ハブ３２は、ロータ軸３７を介して発電機３４に連結され、ロータ３３の回転がロータ軸３７を介して発電機３４に伝達されて発電が行われる。
　図４に示される風力発電装置３は、点検のために停止させられており、アジマス角が０°で停止している。本実施形態では、アジマス角は、ロータ３３の回転角度位置を表すものであり、ブレード３１がハブ３２の鉛直方向真上に位置する場合を０°としている。
　なお、本実施形態においては、風力発電装置３の備えるブレードの数は３つであるが、ブレードの数は、任意の適切な数とすることができる。
　図５は、本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステム５の機能構成を示す図である。風力発電装置位置推定サブシステム５は、飛行経路設定部５０１、距離測定点設定部５０３、位置推定部５０５、送受信部５０７、表示部５０９、記憶部５１１を備える。
　風力発電装置位置推定サブシステム５としては、無人航空機１とは別体の、地上局のコンピュータ、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末等の任意の適切な装置、クラウド・コンピューティングシステム、又はそれらの組み合わせ等として構成することができる。また、無人航空機１の情報処理ユニット１２０を風力発電装置位置推定サブシステム５として機能させたり、情報処理ユニット１２０とは別個に風力発電装置位置推定サブシステム５を無人航空機１に搭載する等して、無人航空機１に備えられる構成としてもよい。風力発電装置位置推定サブシステム５又はその構成要素は、１つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。
　飛行計画経路設定部５０１は、後述の各距離測定点に無人航空機を移動させるための飛行計画経路を設定する。
　距離測定点設定部５０３は、無人航空機とタワーとの距離を測定するための距離測定点である、同一高度の水平面内で、判明している風力発電装置の位置を基準として風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点の位置情報を設定する。
　位置推定部５０５は、各距離測定点において取得された測位情報と計測された無人航空機とタワーとの距離に基づいて、タワーの軸の位置を推定する。
　送受信部５０９は、各種データや各種プログラムの送受信を行う。
　表示部５１１は、風力発電装置位置推定サブシステム５による各種処理の結果を各種ディスプレイ上に表示する。
　記憶部５１１は、各種データや各種プログラムを記憶する。
　図６は、本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定サブシステムのハードウエア構成を示す図である。風力発電装置位置推定サブシステム５は、ＣＰＵ５０ａ、ＲＡＭ５０ｂ、ＲＯＭ５０ｃ、外部メモリ５０ｄ、入力部５０ｅ、出力部５０ｆ、通信部５０ｇを含む。ＲＡＭ５０ｂ、ＲＯＭ５０ｃ、外部メモリ５０ｄ、入力部５０ｅ、出力部５０ｆ、通信部５０ｇは、システムバス５０ｈを介して、ＣＰＵ５０ａに接続されている。
　ＣＰＵ５０ａは、システムバス５０ｈに接続される各デバイスを統括的に制御する。
　ＲＯＭ５０ｃや外部メモリ５０ｄには、ＣＰＵ５０ａの制御プログラムであるＢＩＯＳやＯＳ、コンピュータが実行する機能を実現するために必要な各種プログラムやデータ等が記憶されている。
　ＲＡＭ５０ｂは、ＣＰＵの主メモリや作業領域等として機能する。ＣＰＵ５０ａは、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＯＭ５０ｃや外部メモリ５０ｄからＲＡＭ５０ｂにロードして、ロードしたプログラムを実行することで各種動作を実現する。
　外部メモリ５０ｄは、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＵＳＢメモリ等から構成される。
　入力部５０ｅは、ユーザ等からの操作指示等を受け付ける。入力部５０ｅは、例えば、入力ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、ワイヤレスリモコン、マイクロフォン、カメラ等の入力デバイスから構成される。
　出力部５０ｆは、ＣＰＵ５０ａで処理されるデータや、ＲＡＭ５０ｂ、ＲＯＭ５０ｃや外部メモリ５０ｄに記憶されるデータを出力する。出力部５０ｆは、例えば、ＬＣＤ、有機ＥＬパネル、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスから構成される。
　通信部５０ｇは、ネットワークを介して又は直接、外部機器と接続・通信するためのインタフェースである。通信部５０ｇは、例えばシリアルインタフェース、ＬＡＮインタフェース等のインタフェースから構成される。
　図５に示される風力発電装置位置推定サブシステム５の各部は、ＲＯＭや外部メモリに記憶された各種プログラムが、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部メモリ、入力部、出力部、通信部等を資源として使用することで実現される。
　以上のシステム構成を前提に、本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定システムの風力発電装置位置推定処理例を図１～８を参照して、以下に説明する。
　図７Ａ、図７Ｂは、本発明の１つの実施形態に係る風力発電装置位置推定システムの風力発電装置位置推定処理の例のフローチャートである。図８は、高度ｈの水平面内の各点の位置関係の一例を示す図である。
　記憶部５１１には、風力発電装置３に関する仕様データである、停止時のロータ３３のアジマス角やナセル方位角、設置位置（緯度、経度）、タワー３６の高さ、タワー３６の所定の高さにおける半径、ブレード３１の長さ等が、判明している範囲で記憶されている。
　風力発電装置位置推定サブシステム５の飛行計画経路設定部５０１は、記憶部５１１から読み出された、又はユーザにより指定されたタワー３６の軸（以下、「基点」ともいう）の暫定位置Ｏ、ユーザにより指定された、及び／又は飛行計画経路設定部５０１により適宜設定された、高度ｈ、無人航空機１がタワー３６に対して離れる距離ａ、及び飛行計画経路ＲＴの始点Ｐ０、並びに、記憶部５１１から読み出された、ユーザにより指定された、又は飛行計画経路設定部５０１により適宜設定されたタワー３５の半径ｒ０に基づいて、高度ｈの水平面内でタワー３６から距離ａだけ離れて周回する、すなわち、基点の暫定位置Ｏを中心として、Ｐ０を始点及び終点として、半径ｒ０＋ａの円周上を周回する飛行計画経路ＲＴを設定する（Ｓ１０１）。
　ここで、無人航空機１がタワー３６に対して離れる距離ａは、所定距離以上の距離であり、その所定距離は、例えばタワー３６による発生するマルチパス等の影響を受けず、無人航空機１がＧＰＳ信号に基づく測位情報をほぼ正確に取得することができると考えられる最小距離である。
　また、タワー３６の軸の位置である基点の暫定位置Ｏは、風力発電装置３の仕様データとして記録がある風力発電装置３の設置位置を用いてもよいし、そのような記録がない場合は、本発明による推定方法以外の方法で推定したタワー３６の軸の位置を用いてもよい。
　また、飛行計画経路は、円周に限定されるものではなく、円周の一部や多角形等の他の任意の適切な形状のものとすることができる。飛行計画経路を三角形や四角形等の形状とすると、タワーに接近する経路部分が生じ、基点の暫定位置と実際の位置のずれが大きかった場合にドローンがタワーに衝突する可能性もあるが、円周の全部又は一部とすると、基点の暫定位置から一定の距離が保たれるので、ドローンがタワーに衝突する危険性を低減することができる。
　距離測定点設定部５０３は、無人航空機１が、無人航空機１とタワー３６との距離を測定する距離測定点について、適宜算出するか、及び／又はユーザによる指定を受け取り、３つ以上の距離測定点（本実施形態においては、３つの距離測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の位置情報を設定し、上述のステップＳ１０１で設定された飛行計画経路ＲＴと関連付けて記憶部５１１に記憶する（Ｓ１０３）。各距離測定点は、同一高度ｈの水平面内で、判明している風力発電装置３の位置である基点の暫定位置Ｏを基準としてタワーか３６ら所定距離ａ以上離れた位置にあることになる。
　無人航空機１の飛行前の事前準備として、ステップＳ１０１で設定した飛行計画経路ＲＴとステップＳ１０３で設定された各距離測定点を情報処理ユニット１２０に記憶させる（Ｓ１０５）。飛行計画経路データは、高度あるいは対地高度の情報を含むこともできる。無人航空機１の飛行計画経路データを情報処理ユニット１２０に記憶させる際には、それらを無線信号で無人航空機１に送信し、アンテナ１１７及び通信回路１２１を経由して情報処理ユニット１２０に読み込ませると好適である。無人航空機１が他の適当なインターフェイスを有している場合、そのインターフェイスを経由して無人航空機１の情報処理ユニット１２０に読み込ませてもよい。上述のステップＳ１０１で設定された飛行計画経路ＲＴやステップＳ１０３で設定された各距離測定点は、通信又はＵＳＢメモリ等適切な手段を介して無人航空機１の情報処理ユニット１２０に記憶される。
　飛行前の事前準備が完了すると、情報処理ユニット１２０により飛行計画経路に沿った自律飛行制御が行われる。すなわち、情報処理ユニット１２０は、情報処理ユニット１２０から飛行計画経路データを読み出し、それによって定められる飛行計画経路に沿って目標位置に飛行するように無人航空機１を制御する。なお、情報処理ユニット１２０は、飛行時に、ユーザからの手動の操作を受け付けて非自律飛行を実行させることができる。この場合、飛行計画経路はガイド用として使用することになり、例えば、手動の操作が終了したときに無人航空機１を飛行計画経路上に復帰させることなどができる。
　自律飛行又は操作者による操縦によって無人航空機１が飛行開始点であるウェイポイントＰ０に到達すると、無人航空機１は、上述のステップＳ１０１で設定された飛行計画経路ＲＴに沿って自律飛行を行う（Ｓ１０７）。
　無人航空機１は、飛行計画経路ＲＴを飛行中に、第１の距離測定点Ｐ１、第２の距離測定点Ｐ２、第３の距離測定点Ｐ３において、飛行位置センサ１１０であるＧＰＳセンサによってＧＰＳ信号に基づく測位情報を取得し、距離センサ１０５であるＬｉＤＡＲセンサによって、無人航空機１とタワー３６との距離を測定し、各距離測定点で取得された測位情報と測定された無人航空機１とタワー３６との距離を風力発電装置位置推定サブシステム５に送信する（Ｓ１０９）。ここで、無人航空機１から送信される測位情報は、測地座標系での位置でなく、ＸＹ座標系に変換された位置であってもよい。
　風力発電装置位置推定サブシステム５の送受信部５０７は、無人航空機１から送信された、各距離測定点において取得された測位情報と測定された無人航空機１とタワー３６との距離を受信する（Ｓ１１１）。
　風力発電装置位置推定サブシステム５の位置推定部５０５は、送受信部５０７によって受信された、各距離測定点において取得された測位情報と測定された無人航空機１とタワー３６との距離に基づいて、基点の位置を推定する（Ｓ１１３）。具体的な基点の位置の推定手法は以下の通りである。
　第１の距離測定点Ｐ１、第２の距離測定点Ｐ２、第３の距離測定点Ｐ３の測位情報が測地座標系で、すなわち緯度・経度で表現されている場合、これをＸＹ座標系に変換したそれぞれの測定点の座標をＰ１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３）とする。また、ＸＹ座標系における基点の暫定位置（飛行計画経路ＲＴの円周の中心の位置）Ｏ及び基点の推定位置ＣをそれぞれＯ（ｘ０，ｙ０）、Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）とする。また、タワー３６の実際の半径をｒ、第１の距離測定点Ｐ１、第２の距離測定点Ｐ２、第３の距離測定点Ｐ３において測定された無人航空機１とタワー３６との距離をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とする。図８を参照すると、三平方の定理より、下記の式（１）～（３）が成り立つ。

（ｄ１＋ｒ）2＝（ｘ１－ｘｃ）2＋（ｙ１－ｙｃ）2　　　（１）
（ｄ２＋ｒ）2＝（ｘ２－ｘｃ）2＋（ｙ２－ｙｃ）2　　　（２）
（ｄ３＋ｒ）2＝（ｘ３－ｘｃ）2＋（ｙ３－ｙｃ）2　　　（３）

よって、式（１）～（３）より、ｘｃ、ｙｃ、ｒの値を求めることができる。
　風力発電装置位置推定サブシステム５の位置推定部５０５は、第１の距離測定点Ｐ１、第２の距離測定点Ｐ２、第３の距離測定点Ｐ３において取得された測位情報をＸＹ座標系に変換し、ＸＹ座標系に変換された第１の距離測定点Ｐ１、第２の距離測定点Ｐ２、第３の距離測定点Ｐ３の位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３）と測定された無人航空機１とタワー３６との距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を式（４）、（５）に代入して、ｘｃ、ｙｃの値を算出し、基点の位置C（ｘｃ，ｙｃ）を推定する。
　上記実施形態においては、距離測定点が３つであったが、距離測定点の数はこれに限定されるものではなく、距離測定点を増やすと推定される基点の位置の精度が向上させることができる。
　上記実施形態においては、無人航空機を距離測定点に移動させるために、始点及び終点となる１つの点Ｐ０を設定し、無人航空機がタワーの周りを一周分周回する飛行計画経路を設定したが、例えば距離測定点Ｐ１を始点、距離測定点Ｐ３を終点とする円周の一部となる飛行計画経路を設定してもよい。
　また、上記実施形態においては、無人航空機を距離測定点に移動させるために、高度ｈの水平面内で移動する飛行計画経路を設定したが、各距離測定点への移動を高度ｈの水平面内で行わない飛行計画経路を設定してもよい。
　上記実施形態においては、無人航空機を距離測定点に移動させるために、飛行計画経路を設定し、自律飛行により無人航空機を移動させたが、距離測定点の全部又は一部について、非自律飛行により操作者が操縦して無人航空機を各距離測定点に移動させてもよい。
　本実施形態によれば、風力発電装置の位置又は正確な位置が不明であっても、正確な風力発電装置の位置を推定することができるので、例えば、無人航空機を用いて風力発電装置を点検する場合に、自律飛行による点検の場合、点検用の飛行計画経路を正確に設定することができ、非自律飛行による点検の場合、風力発電装置に対する無人航空機の相対位置を正確に把握することができる。
　以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
１　無人航空機
１０１　制御ユニット
１０２　モータ
１０３　ロータ
１０４　アーム
１０５　着陸脚
１０６　台座
１０７　ジンバル
１０８　第１のカメラ
１０９　第２のカメラ
１１０　飛行位置センサ
１１１　姿勢センサ
１１２　方位センサ
１１３　高度センサ
１１５　距離センサ
１１７　アンテナ
１２０　情報処理ユニット
１２０ａ　ＣＰＵ
１２０ｂ　ＲＡＭ
１２０ｃ　ＲＯＭ
１２０ｄ　外部メモリ
１２０ｈ　システムバス
１２１　通信回路
１２２　制御信号生成部
１２３　スピードコントローラ
１２４　ＶＳＬＡＭユニット
１２４ａ　ＣＰＵ
１２４ｂ　ＲＡＭ
１２４ｃ　ＲＯＭ
１２４ｄ　外部メモリ
１２４ｅ　インターフェイス
１２４ｆ　システムバス
１２５　インターフェイス
３　風力発電装置
３１　ブレード
３１－１　第１のブレード
３１－２　第２のブレード
３１－３　第３のブレード
３２　ハブ
３３　ロータ
３４　発電機
３５　ナセル
３６　タワー
３７　ロータ軸
Ｇ　設置場所
５　風力発電装置位置推定サブシステム
５０ａ　ＣＰＵ
５０ｂ　ＲＡＭ
５０ｃ　ＲＯＭ
５０ｄ　外部メモリ
５０ｅ　入力部
５０ｆ　出力部
５０ｇ　通信部
５０ｈ　システムバス
５０１　飛行計画経路設定部
５０３　距離測定点設定部
５０５　位置推定部
５０７　送受信部
５０９　表示部
５１１　記憶部
１０　風力発電装置位置推定システム
Ｃ　基点の推定位置
Ｏ　基点の暫定位置
Ｐ０　始点、終点
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３　距離測定点
ＲＴ　飛行計画経路

Claims (14)

  1. 　風力発電装置の位置を推定するためのサブシステムであって、
    　測位情報を取得する測位情報取得装置と無人航空機と対象との間の距離を測定する距離測定装置を備える無人航空機により、同一高度の水平面内で、判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において取得された測位情報と計測された前記無人航空機と前記タワーとの距離を受け取る受信部と、
    　受け取られた前記測位情報に基づく前記異なる３つ以上の点の位置情報と計測された前記異なる３つ以上の点での前記無人航空機と前記タワーとの距離に基づいて、前記タワーの軸の位置を推定する位置推定部と、
    を備えるサブシステム。
  2. 　前記無人航空機は、予め設定された飛行計画経路に基づいて前記タワーの周りを移動し、前記飛行計画経路は、前記風力発電装置のタワーを、同一高度の水平面内で、前記判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記タワーから所定距離以上離れて前記タワーの周りを移動するように設定されたものである請求項１に記載のサブシステム。
  3. 　前記飛行計画経路は、円周の全部又は一部である請求項２に記載のサブシステム。
  4. 　前記飛行計画経路を設定する飛行計画経路設定部を更に備える請求項２又は３に記載のサブシステム。
  5. 　前記距離測定装置は、ＬｉＤＡＲセンサである請求項１～４のいずれか１項に記載のサブシステム。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のサブシステムと前記無人航空機を備えるシステム。
  7. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のサブシステムを搭載した無人航空機。
  8. 　コンピュータにより実行される風力発電装置の位置を推定する方法であって、
    　測位情報を取得する測位情報取得装置と無人航空機と対象との間の距離を測定する距離測定装置を備える無人航空機により、同一高度の水平面内で、判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記風力発電装置のタワーから所定距離以上離れた異なる３つ以上の点において取得された測位情報と計測された前記無人航空機と前記タワーとの距離を受け取ることと、
    　受け取られた前記測位情報に基づく前記異なる３つ以上の点の位置情報と計測された前記異なる３つ以上の点での前記無人航空機と前記タワーとの距離に基づいて、前記タワーの軸の位置を推定することと、
    を含む方法。
  9. 　前記無人航空機は、予め設定された飛行計画経路に基づいて前記タワーの周りを移動し、前記飛行計画経路は、前記風力発電装置のタワーを、同一高度の水平面内で、前記判明している前記風力発電装置の位置を基準として前記タワーから所定距離以上離れて前記タワーの周りを移動するように設定されたものである請求項８に記載の方法。
  10. 　前記飛行計画経路は、円周の全部又は一部である請求項９に記載の方法。
  11. 　前記飛行計画経路を設定することを更に含む請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 　前記距離測定装置は、ＬｉＤＡＲセンサである請求項８～１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 　請求項８～１２のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  14. 　請求項１３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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