WO2024252699A1 - 通信用アンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法 - Google Patents

通信用アンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a drone equipped with an antenna for communicating with a passive IC tag installed on an object to be monitored, and a monitoring system and monitoring method using this drone.
  • a monitoring system has been proposed that uses a communication device mounted on a drone to obtain pressure data in a marine hose from a passive IC tag attached to the marine hose, and determines the presence or absence of a fluid leak based on this pressure data (see, for example, Patent Document 1).
  • the wireless communication distance between the passive IC tag and the communication device is generally 2 m or less. Therefore, when performing this wireless communication, it is necessary to position the drone in an upper position close to the IC tag and hover it so that the antenna of the communication device is within, for example, 2 m of the IC tag. Therefore, it is desirable to install the antenna as low as possible relative to the drone, and it is also desirable to have antenna specifications that can increase the wireless communication distance with the IC tag.
  • the drone operator positions the drone in an upper position close to the IC tag by referring to image data captured by the camera device mounted on the drone. Therefore, it is necessary that the antenna mounted on the drone is not in a position that gets in the way when the camera device acquires image data. It is also necessary to ensure that the presence of the camera device does not adversely affect the wireless communication between the antenna and the IC tag. Furthermore, even with an antenna specification that can increase the wireless communication distance with the IC tag, the load on the drone increases as the weight of the antenna increases, shortening the flight time. Therefore, there is room for improvement in reducing the weight of the antenna mounted on the drone while maintaining good wireless communication between this antenna and the IC tag, and more reliably acquiring monitoring data from the IC tag. Note that monitoring based on data acquired from passive IC tags using a communication device mounted on a drone in this way can be applied not only to marine hoses but also to other monitored objects.
  • the object of the present invention is to provide a drone equipped with a lightweight antenna that can maintain better wireless communication with a passive IC tag installed on a monitored object, as well as a monitoring system and monitoring method using this drone.
  • the drone of the present invention is a drone equipped with a communication device and a camera device equipped with an antenna used for wireless communication with a passive IC tag installed on a monitored object, the antenna being a two-element patch antenna having a reflector and two plate-shaped antenna elements arranged side by side at a distance on the underside of the reflector, the reflector and each of the antenna elements being formed from an aluminum alloy plate having a thickness of 3 mm or less, a camera through hole being formed in a position corresponding to the space between each of the antenna elements in the center of the reflector, the reflector being installed on the drone so that the camera through hole is located in the center of the drone in a plan view, the reflector and each of the antenna elements appear in a field of view looking up from directly below the drone, the camera device being positioned above the reflector, and image data below the drone being acquired by the camera device through the camera through hole.
  • the antenna being a two-element patch antenna having a reflector and two plate-shaped antenna elements arranged side by side at
  • the monitoring system of the present invention is a monitoring system for an object to be monitored that includes the above-mentioned drone, the IC tag installed on the object to be monitored, and a computing device to which monitoring data acquired by the communication device from the IC tag via wireless communication is input, and is characterized in that the IC tag stores detection data from a sensor unit that detects the state of the object to be monitored, the detection data acquired by the communication device from the IC tag via wireless communication is used as the monitoring data, and the computing device determines the state of the object to be monitored based on the monitoring data.
  • the monitoring method of the present invention is a method for monitoring an object to be monitored using the above-mentioned drone, the IC tag installed on the object to be monitored, and a computing device to which monitoring data acquired from the IC tag by the communication device via wireless communication is input, and is characterized in that the state of the object to be monitored is detected by a sensor unit installed on the object to be monitored, the detection data by the sensor unit is stored in the IC tag, the detection data is acquired from the IC tag by the communication device via wireless communication, this detection data is used as the monitoring data, and the state of the object to be monitored is judged by the computing device based on the monitoring data.
  • a two-element patch antenna is used as the antenna constituting the communication device mounted on the drone, and the reflector and each of the antenna elements are formed from an aluminum alloy plate having a thickness of 3 mm or less, making it easier to increase the wireless communication distance with the IC tag while reducing the weight of the antenna. Furthermore, since the reflector and each of the antenna elements are visible when looking up from directly below the drone, the antenna can wirelessly communicate with the IC tag without being obstructed by the camera device or other parts of the communication device.
  • the camera through-hole which is formed at a position corresponding to between each of the antenna elements in the center of the reflector, is located in the center of the drone in a plan view.
  • the camera device arranged above the reflector acquires image data below the drone through the camera through-hole, so that the drone operator can refer to this image data to the advantage of accurately positioning the drone in an upper position close to the IC tag and hovering it.
  • it becomes possible to maintain better wireless communication between the IC tag and the antenna which is advantageous for more reliably acquiring data indicating the status of the monitored object from the IC tag.
  • the monitoring system and monitoring method of the present invention can maintain better wireless communication between the IC tag and the antenna, so the monitoring data stored in the IC tag can be acquired more reliably. This is advantageous for accurately grasping the state of the monitored object. Furthermore, because a lightweight drone is used, the drone's flight time per flight is increased, which is advantageous for performing monitoring work quickly.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of a drone from a front view.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the drone of FIG. 1 in a plan view.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a camera device and an antenna in a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the antenna of FIG. 3 as viewed from below.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a surveillance system.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a part of the marine hose of FIG. 6 in an enlarged vertical cross-sectional view.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a part of the marine hose of FIG. 6 in an enlarged vertical cross-sectional view.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a part of the marine hose in a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an enlarged vertical cross-sectional view of the IC tag and its periphery in FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring system in which a computing device and terminal devices are connected via a communication network.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating another embodiment of a monitoring system in an enlarged vertical cross-sectional view of a part of a marine hose.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a part of the marine hose in a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
  • the embodiment of the drone 1 illustrated in Figures 1 and 2 is used to grasp the status of various monitored objects.
  • the arrows W, D, and H in the figures indicate the width, depth, and height directions of the drone 1, respectively.
  • the monitored object is, for example, a floating marine hose 18 used while floating on the water surface, as shown in Figure 6.
  • the communication device 6 mounted on the drone 1 wirelessly communicates with a passive type 3 installed on the marine hose 18.
  • the radio waves (R1, R2) used for this wireless communication are right-handed circularly polarized waves.
  • the frequency of these radio waves (R1, R2) is mainly in the UHF band (range 860MHz to 930MHz, which varies by country; in Japan, 915MHz to 930MHz), although the HF band (13.56MHz) is sometimes used.
  • the drone 1 has multiple propellers 1a, supports 2a, 2b, and 2c spaced apart vertically, and four legs 3.
  • a frame structure is constructed by the supports 2a, 2b, and 2c and the legs 3, and one propeller 1a is installed on each arm extending from the topmost support 2a.
  • the drone 1 is not limited to the structure illustrated in this embodiment, and various known structures can be adopted.
  • This drone 1 is equipped with a GNSS receiver 4, a camera device 5, and a communication device 6.
  • the GNSS receiver 4 can be of various known specifications.
  • the camera device 5 can be of various known digital cameras capable of acquiring still or video image data. Currently, very small and lightweight camera devices 5 are commercially available, so such a camera device 5 can be used.
  • the communication device 6 can be of various known specifications capable of wireless communication with a passive RFID tag.
  • the drone 1 is also equipped with an altimeter, a battery to operate the on-board equipment, and the like.
  • the GNSS receiver 4 is mounted on the top support 2a and is located in the center of the drone 1 in a plan view.
  • the camera device 5 and the main body of the communication device 6 are mounted on the middle support 2b.
  • the camera device 5 is located in the center of the drone 1 in a plan view.
  • the photographing lens of the camera device 5 faces downward.
  • the antenna 7 that constitutes the communication device 6 is mounted on the bottom support 2c.
  • the antenna 7 and the main body of the communication device 6 are connected by a cable.
  • the antenna 7 is fixed to the drone 1 via an insulator.
  • the antenna 7 is a two-element patch antenna having a reflector 9 and two plate-shaped antenna elements 8 arranged side by side with a gap between them on the underside of the reflector 9.
  • the reflector 9 and each antenna element 8 are made of the same material, and are formed from an aluminum alloy plate having a thickness of 3 mm or less.
  • Various known aluminum alloys can be used, such as Al-Mg and Al-Mg-Si aluminum alloy plates.
  • the size is, for example, a width of 400 mm to 500 mm, a depth of 300 mm to 480 mm, and a height (thickness) of 0.5 mm to 3 mm.
  • the reflector 9 is not limited to a rectangle, and can be other shapes such as a square, a circle, or an ellipse.
  • a camera through hole 9a is formed at a position corresponding to between each of the antenna elements 8 in the center of the reflector 9 in a plan view, penetrating the reflector 9 from top to bottom.
  • the diameter of the camera through hole 9a is 50 mm or less, and preferably, for example, 10 mm or more and 40 mm or less.
  • the diameter of the photographing lens of the camera device 5 is 10 mm or less.
  • the photographing lens of the camera device 5 and the camera through hole 9a are arranged coaxially above and below. Therefore, the camera device 5 arranged above the reflector 9 can acquire image data below the drone 1 through the camera through hole 9a.
  • Each antenna element 8 has the same shape, a roughly rectangular shape, with notches 8a formed at two opposing corners of the rectangle.
  • the size of each roughly rectangular antenna element 8 is, for example, a width dimension that is about 30% of the width dimension of the reflector 9, a depth dimension that is about 50% of the width dimension of the reflector 9, and a height dimension (thickness) that is 0.5 mm or more and 3 mm or less.
  • each antenna element 8 has a notch 8a at the upper right and lower left corners, but instead, it can be designed to have notches 8a at the upper left and lower right corners.
  • Each antenna element 8 is disposed at a distance in the width direction W.
  • the distance between the antenna elements 8 in the width direction W (the distance between the opposing sides) is, for example, 80 mm or more and 120 mm or less.
  • the distance between the centers of each antenna element 8 is, for example, 240 mm or more and 260 mm or less.
  • Each antenna element 8 is fixed to the reflector 9 by an insulating fixing part 10. More specifically, as shown in FIG. 5, each antenna element 8 and the reflector 9 are arranged with a gap between them using the insulating fixing part 10 so that no current flows between them.
  • the insulating fixing part 10 has an insulating spacer interposed between the antenna element 8 and the reflector 9.
  • the gap in the height direction H between each antenna element 8 and the reflector 9 is, for example, about 10 mm.
  • Each antenna element 8 is connected to a distributor 11 fixed to the upper surface of the reflector 9 through a conductive wire (communication cable) that passes through the inside of one insulating fixing part 10.
  • a communication cable that is connected to the main body of the communication device 6 is connected to this distributor 11. Therefore, each antenna element 8 is electrically connected to the main body of the communication device 6 via the distributor 11.
  • the reflector 9 is installed on the drone 1 so that the through hole 9a for the camera is located in the center of the drone 1 in a plan view. Furthermore, in the field of view looking up at the drone 1 from directly below, substantially the entire range of the reflector 9 and each of the antenna elements 8 is visible, as illustrated in Figure 4. In other words, with this drone 1, there is substantially nothing located directly below the reflector 9 and each of the antenna elements 8.
  • the total mass of the reflector 9 and each antenna element 8 is preferably 1.2 kg or less, more preferably 1.0 kg or less, and even more preferably 0.8 kg or less.
  • the reflector 9 and each antenna element 8 are more preferably 2 mm or less in thickness, and even more preferably 1.5 mm or less in thickness.
  • the thickness of the reflector 9 and each antenna element 8 is 0.5 mm or more, and more preferably 1 mm or more.
  • the reflector 9 has a shape in which the peripheral portion 9b is bent downward.
  • the peripheral portion 9b bent downward it is possible to compensate for the lack of bending rigidity that occurs when the reflector 9 is made thinner.
  • the thickness of the reflector 9 is 1 mm or less, it is preferable to make the peripheral portion 9b bent downward.
  • the entire area (whole circumference) of the peripheral portion 9b is bent downward, but it is also possible to bend only a part of the peripheral portion 9b of the reflector 9, such as only the peripheral portions 9b of two opposing sides, downward.
  • the bend dimension (height dimension H) of the peripheral portion 9b bent downward is, for example, 10 mm or more and 20 mm or less.
  • the specifications of the antenna 7 are set to the appropriate range described above, taking into consideration the improvement of the gain of the antenna 7 when wireless communication between the antenna 7 and the IC tag 13 and the weight reduction of the antenna 7.
  • the antenna 7 is a one-element patch antenna having one antenna element 8
  • the antenna element 8 is basically placed in the center of the reflector 9. Therefore, even if a camera through hole 9a is formed in the center of the reflector 9, it is blocked by the antenna element 8, so it is necessary to form the camera through hole 9a in another position.
  • the frequency characteristics of the antenna 7 when wireless communication with the IC tag 13 changes depending on the position of the camera through hole 9a.
  • the antenna 7 is made a two-element patch antenna and the camera through hole 9a is formed in a position corresponding to between the respective antenna elements 8 in the center of the reflector 9, it has been found that the frequency characteristics of the antenna 7 when wireless communication with the IC tag 13 hardly changes depending on the presence or absence of the camera through hole 9a. Therefore, in this embodiment, the antenna 7 has these specifications.
  • an embodiment of the monitoring system of the present invention includes the drone 1 described above, an IC tag 13 attached to a marine hose 18 that is the object to be monitored, and a computing device 12 to which monitoring data acquired by a communication device 6 from the IC tag 13 via wireless communication is input.
  • the computing device 12 is located remotely from the location where the marine hose 18 is used, and the communication device 6 and the computing device 12 are configured to be separate and independent, but the communication device 6 and the computing device 12 can also be integrated and mounted on the drone 1.
  • a known computer is used as the arithmetic unit 12, which performs various arithmetic processes using input data.
  • the arithmetic unit 12 receives as input the monitoring data acquired from the IC tag 13 by the communication device 6 and the image data acquired by the camera device 5.
  • a marine hose 18 is composed of a cylindrical hose body and connecting fittings 19 connected to both ends of the hose body in the longitudinal direction.
  • Each connecting fitting 19 has a nipple 19b extending in the longitudinal direction of the hose body and a flange 19a joined to the nipple 19b.
  • Marine hoses 18 are connected to each other via the connecting fittings 19, and generally about 10 marine hoses 18 are connected together for use.
  • the hose body of the marine hose 18 is laminated in the following order from the inner circumference to the outer circumference: inner surface layer 20, first reinforcing layer 21, main body wire layer 22, fluid retention layer 24, second reinforcing layer 23, buoyancy layer 25, and outer surface layer 26.
  • This marine hose 18 is a double carcass type having the first reinforcing layer 21 and the second reinforcing layer 23 laminated at intervals in the radial direction of the hose body with the fluid retention layer 24 interposed therebetween.
  • the main body wire layer 22 can be provided as desired.
  • the inner circumference region of the inner surface layer 20 becomes the flow path 18a for the fluid L.
  • the fluid L include crude oil, heavy oil, gasoline, LPG, water, seawater, and chemicals (alcohols refined from gasoline).
  • the first reinforcing layer 21, main body wire layer 22, and second reinforcing layer 23 are fixed to the nipples 19b using nipple wires 21w, 22w, and 23w at both ends of each layer, and fixing rings 19c protruding from the outer circumferential surfaces of the nipples 19b at both ends of the hose main body.
  • the fluid retention layer 24 formed between the first reinforcing layer 21 and the second reinforcing layer 23 serves as a space for storing the fluid L leaking from the flow path 18a.
  • the IC tag 13 is housed in a casing 27 that is erected on the surface of the marine hose 18 (the outer surface of the nipple 19b) and is located above the water.
  • the IC tag 13 has an IC chip 13a that is installed on a substrate 15 and an antenna section 14 that is connected to the IC chip 13a.
  • the IC chip 13a stores tag-specific information such as the identification number of the IC tag 13, as well as any other necessary information.
  • a commonly available specification is adopted for the IC tag 13, and an RFID tag, for example, can be used.
  • a sensor unit 16 that detects the state of the marine hose 18 is connected to the IC tag 13 (IC chip 13a). In this embodiment, a pressure sensor is used as the sensor unit 16. Note that in FIG. 9, the IC chip 13a and sensor unit 16 are in a suspended state, but they can also be laid flat like the antenna unit 14.
  • the IC tag 13 and the sensor unit 16 are arranged in the upper space of the casing 27.
  • a check valve 28 is installed at the bottom of this upper space.
  • a communication pipe 29 that communicates with the fluid retention layer 24 is connected to the lower space of the casing 27. Therefore, the check valve 28 is interposed between the upper space and the lower space of the casing 27.
  • the check valve 28 only allows the flow of fluid L and gas into the upper space, and regulates the flow from the upper space to the lower space. Therefore, when the pressure value in the upper space rises, that pressure state is maintained.
  • a publicly known check valve 28 may be used.
  • the sensor unit 16 detects the pressure value in the upper space, and the detection data is stored in the IC tag 13 (IC chip 13a).
  • drone 1 is flown from a measurement base, such as on land or on a ship, and moved into the air above marine hose 18.
  • the position coordinates of drone 1 are grasped in real time by GNSS receiver 4.
  • Drone 1 can be flown to a desired location by a drone operator wirelessly controlling it using a controller communicatively connected to computing device 12.
  • drone 1 can also be flown from the measurement base to the desired location by automatic control operation.
  • the drone 1 After the drone 1 has been moved into the air above the marine hose 18, the drone 1 is moved downward to bring the communication device 6 close to the IC tag 13 in order to perform wireless communication between the IC tag 13 and the communication device 6.
  • the drone operator refers to the image data (image data of the top view of the marine hose 18) acquired in real time by the camera device 5, and positions and hovers the drone 1 so that the antenna 7 is close to the IC tag 13 (antenna unit 14) (for example, within 1 to 2 m of the IC tag 13), as shown in the example of FIG. 7.
  • the camera through-hole 9a which is formed at a position corresponding to between each of the antenna elements 8 in the center of the reflector 9, is located in the center of the drone 1 in a plan view.
  • the camera device 5 arranged above the reflector 9 acquires image data below the drone 1 through the camera through-hole 9a, and by referring to this image data, the drone operator can advantageously position the drone 1 accurately at an upper position close to the IC tag 13 (for example, within 1 to 2 m of the IC tag 13) and hover it. In other words, the drone 1 can be positioned so that the IC tag 13 is located in the center of the acquired image data.
  • the antenna 7 transmits outgoing radio waves R1 to the IC tag 13.
  • the outgoing radio waves R1 received by the antenna section 14 constituting the IC tag 13 generate power in the IC tag 13, activating the IC tag 13.
  • the activated IC tag 13 uses this power to transmit a reply radio wave R2 through the antenna section 14.
  • This reply radio wave R2 is received by the antenna 7.
  • wireless communication is performed between the IC tag 13 and the communication device 6 by transmitting the reply radio wave R2 in response to the outgoing radio wave R1.
  • the detection data (pressure data) from the sensor unit 16 stored in the IC tag 13 is acquired by the communication device 6.
  • the calculation device 12 uses the detection data acquired by the communication device 6 as monitoring data and judges the state of the marine hose 18 based on this monitoring data.
  • the pressure value in the fluid retention layer 24 in a healthy state where fluid L is not leaking from the flow path 18a is determined in advance by performing a preliminary test or the like, and set as a reference value.
  • the calculation device 12 compares the magnitude of the acquired monitoring data with the preset reference value. If the monitoring data is equal to or less than the reference value, the calculation device 12 determines that fluid L is not leaking, and if the monitoring data is greater than the reference value, the calculation device 12 determines that fluid L is leaking.
  • a temperature sensor can be used as the sensor unit 16. By using a temperature sensor, it is possible to determine whether or not there is abnormal heating inside the marine hose 18.
  • the antenna 7 constituting the communication device 6 by adopting a two-element patch antenna with the above-mentioned specifications as the antenna 7 constituting the communication device 6, it becomes easier to increase the wireless communication distance between the antenna 7 and the IC tag 13. In other words, the frequency characteristics of the antenna 7 when wirelessly communicating with the IC tag 13 hardly change depending on whether or not there is a through hole 9a for the camera, and the antenna gain can be improved compared to a one-element patch antenna.
  • the antenna 7 can communicate wirelessly with the IC tag 13 more stably without being blocked by the camera device 5 or other parts of the communication device 6. As a result, it becomes possible to maintain wireless communication between the IC tag 13 and the antenna 7 in better condition, which is advantageous for more reliably obtaining monitoring data indicating the status of the marine hose 18 from the IC tag 13. This is therefore advantageous for accurately grasping the status of the marine hose 18.
  • the reflector 9 and each antenna element 8 are made of an aluminum alloy plate with a thickness of 3 mm or less. Therefore, the weight of the antenna 7 is reduced, which reduces the load on the drone 1 and increases the flight time of the drone 1 per flight, which is advantageous for performing surveillance work quickly.
  • the arithmetic device 12 is connected to desired terminal devices 17 via a communication network such as the Internet.
  • various information (data) can be transmitted from the arithmetic device 12 to terminal devices 17 of related parties such as the management office of the operating company (user) of the marine hose 18, which is located remotely from the place where the marine hose 18 is used, the sales company of the marine hose 18, and the manufacturing company.
  • the arithmetic device 12 can sequentially transmit monitoring data acquired by the communication device 6 and the results of judgments made by the arithmetic device 12 to each terminal device 17.
  • the IC tag 13 can be installed in the fluid retention layer 24 at a predetermined position in the longitudinal direction of the marine hose 18.
  • This IC tag 13 is placed in the fluid retention layer 24 during the process (molding process) of manufacturing the marine hose 18, and is fixed in the fluid retention layer 24 by vulcanization adhesion or the like.
  • This IC tag 13 is designed so that the wireless communication state (communication strength) changes when it comes into contact with the fluid L.
  • a target mark indicating the buried position of the IC tag 13 is attached to the surface of the outer layer 26 corresponding to the buried position of the IC tag 13.
  • the strength of the reply radio wave R2 when wireless communication is performed between the communication device 6 and the IC tag 13 is ascertained in advance by performing a pre-test or the like and set as a reference value.
  • the drone operator refers to the image data (image data of the top view of the marine hose 18) acquired in real time by the camera device 5, positions the drone 1 at the target mark described above so that the antenna 7 is in a position close to the IC tag 13 (antenna section 14) as shown in FIG. 11, and hovers the drone 1.
  • the strength of the reply radio wave R2 when wireless communication is performed between the communication device 6 and the IC tag 13 during hovering is used as monitoring data.
  • the calculation device 12 compares the acquired monitoring data with the magnitude of a preset reference value and determines whether or not there is leakage of the fluid L based on the comparison result.
  • the reflector 9 can also be designed to have many ventilation holes that penetrate vertically in addition to the camera through-hole 9a. It is advisable to scatter many ventilation holes on the reflector 9 within a range that ensures the minimum required rigidity of the reflector 9.
  • By designing the reflector 9 to have many ventilation holes it is possible to reduce the air resistance that the reflector 9 experiences while the drone 1 is flying or hovering. This is advantageous for moving the drone 1 to a desired position with high precision and hovering it.
  • the power consumption by the drone 1 is reduced, which is also advantageous for increasing the flight time of the drone 1 per flight.
  • the monitored object is not limited to the marine hose 18, but other examples include conveyor belts, pneumatic fenders, and extra-large tires for construction vehicles.
  • the communication device 6 mounted on the drone 1 is used to grasp the state of the monitored object based on monitoring data acquired from a passive IC tag 13 attached to the monitored object.
  • the present invention can also be used to grasp the state of monitored objects stored in warehouses, factories, etc.
  • the present invention can be applied for the purpose of inventory management of monitored objects, and the temperature and internal pressure state of monitored objects stored can be grasped.

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Abstract

監視対象物に設置されたパッシブ型のＩＣタグとの無線通信をより良好な状態に維持でき、かつ、軽量化されたアンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法を提供する。通信機６を構成するアンテナ７が、反射板９の下面に２枚のアンテナ素子８が並置された２素子型パッチアンテナであり、反射板９および各アンテナ素子８を厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成し、反射板９の中央部の各アンテナ素子８の間の位置に形成されたカメラ用貫通穴９ａが平面視でドローン１の中央部に位置するように反射板９をドローン１に設置し、ドローン１を真下から見上げた視野では、反射板９及び各アンテナ素子８が現れていて、反射板９の上方に配置されたカメラ装置５は、カメラ用貫通穴９ａを通じてドローン１の下方の画像データを取得する。

Description

通信用アンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法
　本発明は、監視対象物に設置されたパッシブ型ＩＣタグとの通信用アンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法に関するものである。
　ドローンに搭載された通信機を利用して、マリンホースに設置されているパッシブ型のＩＣタグからマリンホースでの圧力データを取得し、この圧力データに基づいて流体漏れの有無が判断される監視システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。パッシブ型のＩＣタグと通信機との間の無線通信距離は概ね２ｍ以下である。そのため、この無線通信をする際には、通信機のアンテナがＩＣタグの例えば２ｍ以内になるように、ドローンをＩＣタグに近接した上方位置に位置決めしてホバリングする必要がある。したがって、アンテナはドローンに対してできるだけ下方位置に設置することが望ましく、また、ＩＣタグとの無線通信距離を大きくできるアンテナ仕様が望ましい。
　ドローン操縦者は、ドローンに搭載されたカメラ装置による画像データを参照してドローンをＩＣタグに近接した上方位置に位置決めする。そのため、カメラ装置が画像データを取得する際に、ドローンに搭載されたアンテナが邪魔になる位置に存在しないことが必要である。また、カメラ装置の存在によって、アンテナとＩＣタグとの無線通信に悪影響が生じないようにすることも必要になる。さらには、ＩＣタグとの無線通信距離を大きくできるアンテナ仕様であっても、アンテナの重量が増大するに伴ってドローンの荷重負担が大きくなるので飛行可能時間が短くなる。それ故、ドローンに搭載されるアンテナを軽量化しつつ、このアンテナとＩＣタグとの無線通信を良好な状態に維持して、ＩＣタグから監視用データをより確実に取得するには改善の余地ある。尚、このようにドローンに搭載された通信機を利用してパッシブ型のＩＣタグから取得したデータに基づいて監視することは、マリンホースに限らず他の監視対象物に対しても適用できる。
日本国特開２０２１－４６９２９号公報
　本発明の目的は、監視対象物に設置されたパッシブ型のＩＣタグとの無線通信をより良好な状態に維持でき、かつ、軽量化されたアンテナを備えたドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため本発明のドローンは、監視対象物に設置されているパッシブ型のＩＣタグとの無線通信に使用されるアンテナを備えた通信機およびカメラ装置が搭載されたドローンにおいて、前記アンテナが、反射板とこの反射板の下面に間隔をあけて並置されている２枚の板状のアンテナ素子とを有する２素子型パッチアンテナであり、前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子は厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成されていて、前記反射板の中央部のそれぞれの前記アンテナ素子の間に相当する位置にカメラ用貫通穴が形成されていて、前記反射板は前記カメラ用貫通穴が平面視で前記ドローンの中央部に位置するように前記ドローンに設置されていて、前記ドローンを真下から見上げた視野では前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子が現れていて、前記カメラ装置は前記反射板の上方に配置されていて、前記カメラ用貫通穴を通じて前記ドローンの下方の画像データが前記カメラ装置により取得される構成にしたことを特徴とする。
　本発明の監視システムは、上記のドローンと、前記監視対象物に設置されている前記ＩＣタグと、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された監視用データが入力される演算装置とを備えた監視対象物の監視システムであって、前記ＩＣタグには、前記監視対象物の状態を検知するセンサ部による検知データが記憶されていて、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された前記検知データが前記監視用データとして使用されて、前記監視用データに基づいて前記演算装置により前記監視対象物の状態が判断されることを特徴とする。
　本発明の監視方法は、上記のドローンと、前記監視対象物に設置されている前記ＩＣタグと、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された監視用データが入力される演算装置とを用いた監視対象物の監視方法であって、前記監視対象物の状態を前記監視対象物に設置されたセンサ部により検知して、前記センサ部による検知データを前記ＩＣタグに記憶しておき、前記検知データを無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得して、この検知データを前記監視用データとして使用して、前記監視用データに基づいて前記演算装置により前記監視対象物の状態を判断することを特徴とする。
　本発明のドローンによれば、前記ドローンに搭載される前記通信機を構成する前記アンテナとして２素子型パッチアンテナを採用し、前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子は厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成されているので、前記アンテナの軽量化を図りつつ、前記ＩＣタグとの無線通信距離を大きくし易くなっている。そして、前記ドローンを真下から見上げた視野では前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子が現れていているので、前記アンテナは、前記カメラ装置や前記通信機の他の部品などに遮られることなく、前記ＩＣタグと無線通信できる。
　前記反射板の中央部のそれぞれの前記アンテナ素子の間に相当する位置に形成されている前記カメラ用貫通穴が、平面視で前記ドローンの中央部に位置している。また、前記反射板の上方に配置されている前記カメラ装置は、前記カメラ用貫通穴を通じて前記ドローンの下方の画像データを取得するので、ドローン操縦者はこの画像データを参照することで、前記ドローンを前記ＩＣタグに近接した上方位置に精度よく位置決めしてホバリングするには有利になる。その結果、前記ＩＣタグと前記アンテナとの無線通信をより良好な状態に維持することが可能になり、前記監視対象物の状態を示すデータを前記ＩＣタグからより確実に取得するには有利になる。
　本発明の監視システムおよび監視方法によれば、前記ＩＣタグと前記アンテナとの無線通信をより良好な状態に維持できるので、前記ＩＣタグに記憶されている前記監視用データをより確実に取得できる。そのため、前記監視対象物の状態を精度よく把握するには有利になる。さらに、軽量化された前記ドローンを用いるので、前記ドローンの１回当たりの飛行可能時間が増加し、監視作業を迅速に行うには有利になる。
図１はドローンの実施形態を正面視で例示する説明図である。 図２は図１のドローンを平面視で例示する説明図である。 図３は図１のＡ－Ａ断面視でカメラ装置およびアンテナを例示する説明図である。 図４は図３のアンテナを底面視で例示する説明図である。 図５は図３のＢ－Ｂ断面図である。 図６は監視システムの実施形態を例示する説明図である。 図７は図６のマリンホースの一部を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 図８は図７のＣ－Ｃ断面視でマリンホースの一部を例示する説明図である。 図９は図７のＩＣタグの周辺を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 図１０は通信網を通じて演算装置と端末機器とが接続されている監視システムの構成を模式的に例示する説明図である。 図１１は監視システムの別の実施形態を、マリンホースの一部を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 図１２は図１１のＤ－Ｄ断面視でマリンホースの一部を例示する説明図である。
　以下、本発明のドローンおよびこのドローンを用いた監視システム並びに監視方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
　図１、図２に例示するドローン１の実施形態は、様々な監視対象物の状態を把握するために使用される。図中の矢印Ｗ、Ｄ、Ｈはそれぞれ、ドローン１の幅方向、奥行き方向、高さ方向を示している。監視対象物は例えば、図６に示す水面に浮かんだ状態で使用されるフローティング仕様のマリンホース１８である。ドローン１に搭載された通信機６は、マリンホース１８に設置されたパッシブ型の３と無線通信を行う。
　この無線通信に使用される電波（Ｒ１、Ｒ２）は右旋円偏波である。この電波（Ｒ１、Ｒ２）の周波数は主にＵＨＦ帯（国によって異なるが８６０ＭＨｚ以上９３０ＭＨｚ以下の範囲、日本では９１５ＭＨｚ以上９３０ＭＨｚ）であり、ＨＦ帯（１３．５６ＭＨｚ）が用いられることもある。
　図１、図２に例示するようにドローン１は、複数のプロペラ１ａと、上下に間隔をあけて配置された支持体２ａ、２ｂ、２ｃと、４本の脚部３とを有している。それぞれの支持体２ａ、２ｂ、２ｃと脚部３とによりフレーム構造が構築されていて、最上段の支持体２ａから延在するそれぞれのアームに１つのプロペラ１ａが設置されている。ドローン１はこの実施形態に例示する構造に限定されず、公知の種々の構造を採用することができる。
　このドローン１には、ＧＮＳＳ受信機４と、カメラ装置５と、通信機６とが搭載されている。ＧＮＳＳ受信機４には公知の種々の仕様を用いることができる。カメラ装置５には、静止画または動画の画像データを取得できる公知の種々のデジタルカメラなどを用いることができる。現在は非常に小型軽量のカメラ装置５が市販されているので、そのようなカメラ装置５を採用すればよい。通信機６には、パッシブ型のＲＦＩＤタグとの間で無線通信を行うことができる公知の種々の仕様を用いることができる。ドローン１にはその他に、高度計や搭載されている機器を作動させるバッテリなどが搭載されている。
　ＧＮＳＳ受信機４は、最上段の支持体２ａに設置されていて、平面視でドローン１の中央部に配置されている。カメラ装置５と通信機６の本体は中段の支持体２ｂに設置されている。カメラ装置５は平面視でドローン１の中央部に配置されている。カメラ装置５の撮影用レンズは下方に向いている。通信機６を構成するアンテナ７は最下段の支持体２ｃに設置されている。アンテナ７と通信機６の本体とはケーブルによって接続されている。尚、アンテナ７は絶縁体を介してドローン１に固定されている。
　図３～図５に例示するように、アンテナ７は、反射板９とこの反射板９の下面に間隔をあけて並置されている２枚の板状のアンテナ素子８とを有する２素子型パッチアンテナである。反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８は同じ材質であり、厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成されている。Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金板など、公知の種々のアルミニウム合金を用いることができる。
　この実施形態のように反射板９が長方形の場合のサイズは、例えば幅寸法４００ｍｍ以上５００ｍｍ以下、奥行き寸法３００ｍｍ以上４８０ｍｍ以下、高さ寸法（厚さ）は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。反射板９は長方形に限定されず、正方形、円形、楕円形など他の形状にすることもできる。
　反射板９の平面視の中央部のそれぞれのアンテナ素子８の間に相当する位置に、反射板９を上下に貫通するカメラ用貫通穴９ａが形成されている。カメラ用貫通穴９ａの直径は５０ｍｍ以下であり、例えば１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下が好ましい。カメラ装置５の撮影用レンズの直径は１０ｍｍ以下である。カメラ装置５の撮影用レンズとカメラ用貫通穴９ａとは同軸上に上下に配置されている。したがって、反射板９の上方に配置されているカメラ装置５は、カメラ用貫通穴９ａを通じてドローン１の下方の画像データを取得することができる。
　それぞれのアンテナ素子８は同じ形状であり略四角形であるが、この四角形の対向する２つの隅には切欠き８ａが形成されている。略四角形のそれぞれのアンテナ素子８のサイズは、例えば幅寸法は反射板９の幅寸法の３０％程度、奥行き寸法は反射板９の幅寸法の５０％程度、高さ寸法（厚さ）は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
　切欠き８ａのサイズは、例えば２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下のＣ面取り（Ｃ－２０～Ｃ－２５）である。図４に例示するように、それぞれのアンテナ素子８は右上および左下の隅に切欠き８ａを有しているが、これに代わって、左上および右下の隅に切欠き８ａを有する仕様にすることもできる。
　それぞれのアンテナ素子８は、幅方向Ｗに間隔をあけて配置されている。アンテナ素子８どうしの幅方向Ｗの間隔（対向する辺どうしの間隔）は例えば、８０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である。それぞれのアンテナ素子８の中心位置どうしの離間距離は例えば、２４０ｍｍ以上２６０ｍｍ以下である。
　それぞれのアンテナ素子８は、絶縁固定部１０によって反射板９に固定されている。詳述すると図５に例示するように、それぞれのアンテナ素子８と反射板９とが通電しないように、両者は絶縁固定部１０を用いて隙間をあけて配置されている。即ち、絶縁固定部１０は、アンテナ素子８と反射板９との間に介在する絶縁性のスペーサを有している。それぞれのアンテナ素子８と反射板９との高さ方向Ｈの隙間は例えば１０ｍｍ程度である。
　それぞれのアンテナ素子８は、１つの絶縁固定部１０の内部を挿通する導電線（通信ケーブル）を通じて、反射板９の上面に固定されている分配器１１と接続されている。この分配器１１には通信機６の本体に接続されている通信ケーブルが接続されている。したがって、それぞれのアンテナ素子８は、分配器１１を介して通信機６の本体と通電可能に接続されている。
　反射板９はカメラ用貫通穴９ａが平面視でドローン１の中央部に位置するようにドローン１に設置されている。そして、ドローン１を真下から見上げた視野では図４に例示するように、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８の実質的に全範囲が現れている。即ち、このドローン１では、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８の真下の位置には、実質的に何も配置されていない。
　ドローン１の荷重負担を軽減するために、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８の合計質量は１．２ｋｇ以下であることが好ましく、１．０ｋｇ以下がより好ましい。０．８ｋｇ以下がさらに好ましい。このように、アンテナ７を軽量化するには、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８は厚さ２ｍｍ以下がより好ましく、１．５ｍｍ以下がさらに好ましい。ただし、反射板９を過度に薄肉にして軽量化すると、剛性が低下して反りなどの変形が生じるので、最低限必要な剛性を確保できる厚さに設定される。それぞれのアンテナ素子８も同様に最低限必要な剛性を確保できる厚さに設定される。そのため、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８の厚さは、０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上である。
　反射板９は、その周縁部９ｂが下方に折り曲げられた形状である。周縁部９ｂが下方に折り曲げられた形状にすることで、反射板９の薄肉化に伴う曲げ剛性不足を補うことできる。特に反射板９の厚さが１ｍｍ以下の場合は、周縁部９ｂが下方に折り曲げられた形状にすることが好ましい。
　この実施形態では、周縁部９ｂの全範囲（全周）が下方に折り曲げられた形状であるが、対向する２辺の周縁部９ｂだけなど、反射板９の一部分の周縁部９ｂだけが下方に折り曲げられた形状にすることもできる。下方に折り曲げられた周縁部９ｂの折り曲げ寸法（高さ方向Ｈの寸法）は例えば、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
　アンテナ７（それぞれのアンテナ素子８および反射板９）の仕様は、アンテナ７とＩＣタグ１３との無線通信をする際のアンテナ７の利得の向上と、アンテナ７の軽量化とを考慮して上述した適切範囲に設定されている。尚、アンテナ７が１枚のアンテナ素子８を有する１素子型パッチアンテナの場合は、基本的に反射板９の中央部にアンテナ素子８が配置される。そのため、その反射板９の中央部にカメラ用貫通穴９ａを形成してもアンテナ素子８によって遮断されるので別の位置にカメラ用貫通穴９ａを形成する必要がある。しかしながら、反射板９の中央部以外の位置にカメラ用貫通穴９ａを形成すると、ＩＣタグ１３と無線通信をする際のアンテナ７の周波数特性などが、カメラ用貫通穴９ａの位置に応じて変化する。一方、この実施形態のように、アンテナ７を２素子型パッチアンテナにして、カメラ用貫通穴９ａを反射板９の中央部のそれぞれのアンテナ素子８の間に相当する位置に形成すると、カメラ用貫通穴９ａの有無に起因してＩＣタグ１３と無線通信をする際のアンテナ７の周波数特性などがほとんど変化しないことが判明した。それ故、この実施形態ではアンテナ７をこのような仕様にしている。
　図６に例示するように、本発明の監視システムの実施形態は、上述したドローン１と、監視対象物であるマリンホース１８に設置されているＩＣタグ１３と、無線通信によりＩＣタグ１３から通信機６により取得された監視用データが入力される演算装置１２と、を備えている。この実施形態では、演算装置１２がマリンホース１８の使用場所に対して遠隔地に配置されていて、通信機６と演算装置１２とがそれぞれ分離独立した構成になっているが、通信機６と演算装置１２とを一体化してドローン１に搭載した構成にすることもできる。
　演算装置１２としては、公知のコンピュータが用いられ、演算装置１２は入力されたデータを用いて様々な演算処理を行う。演算装置１２には、通信機６によりＩＣタグ１３から取得された監視用データおよびカメラ装置５により取得された画像データが入力される。
　図６に例示するようにマリンホース１８は、円筒状のホース本体と、このホース本体の長手方向両端にそれぞれ連接された連結金具１９と、で構成されている。それぞれの連結金具１９は、ホース本体の長手方向に延在するニップル１９ｂと、ニップル１９ｂに接合されたフランジ１９ａとを有している。マリンホース１８どうしは互いの連結金具１９を介して連結され、一般的には１０本程度のマリンホース１８が連結されて使用される。
　図７、図８に例示するようにマリンホース１８のホース本体には、内周側から外周側に向かって、内面層２０、第一補強層２１、本体ワイヤ層２２、流体滞留層２４、第二補強層２３、浮力層２５、外面層２６が順に積層されている。このマリンホース１８は、流体滞留層２４を介在させてホース本体の半径方向に間隔をあけて積層された第一補強層２１および第二補強層２３を有するタブルカーカスタイプである。本体ワイヤ層２２は任意で設けることができる。内面層２０の内周側領域が流体Ｌの流路１８ａになる。流体Ｌとしては、原油、重油、ガソリン、ＬＰＧ、水、海水、薬品（ガソリンから精製されたアルコール類）等を例示できる。
　第一補強層２１、本体ワイヤ層２２、第二補強層２３は、それぞれの両端部にあるニップルワイヤ２１ｗ、２２ｗ、２３ｗと、ホース本体の両端部のニップル１９ｂの外周面に突設された固定リング１９ｃ等を用いて、それぞれのニップル１９ｂに固定されている。第一補強層２１と第二補強層２３との間に形成されている流体滞留層２４は、流路１８ａから漏出した流体Ｌを貯留する空間になっている。
　図９に例示するように、ＩＣタグ１３はマリンホース１８の表面（ニップル１９ｂの外周面）に立設されたケーシング２７に収容されていて水上に位置している。ＩＣタグ１３は、基板１５上に設置されたＩＣチップ１３ａと、ＩＣチップ１３ａに接続されたアンテナ部１４とを有している。
　ＩＣチップ１３ａには、そのＩＣタグ１３の識別番号などのタグ固有情報、その他に必要な情報が任意で記憶されている。ＩＣタグ１３としては、一般に流通している仕様が採用され、例えばＲＦＩＤタグを用いることができる。ＩＣタグ１３（ＩＣチップ１３ａ）には、マリンホース１８の状態を検知するセンサ部１６が接続されている。この実施形態では、センサ部１６として圧力センサが用いられている。尚、図９ではＩＣチップ１３ａおよびセンサ部１６は吊り下げられた状態になっているが、アンテナ部１４のように平置きされた状態にすることもできる。
　ケーシング２７の上方空間には、ＩＣタグ１３およびセンサ部１６が配置されている。この上方空間の下部には逆止弁２８が設置されている。また、ケーシング２７の下方空間には、流体滞留層２４に連通する連通管２９が接続されている。したがって、ケーシング２７の上方空間と下方空間との間に逆止弁２８が介在している。逆止弁２８は、上方空間への流体Ｌおよび気体の流れのみを許容して、上方空間から下方空間側への流れを規制する。そのため、上方空間の圧力値が上昇するとその圧力状態が保持される。逆止弁２８は公知のものを使用すればよい。センサ部１６は、上方空間の圧力値を検知し、その検知データはＩＣタグ１３（ＩＣチップ１３ａ）に記憶される。
　以下、このドローン１を有する監視システムの実施形態を使用して、マリンホース１８での流体Ｌの漏れの有無を判断する手順の一例を説明する。
　図６に例示するように、陸上や船上などの測定基地からドローン１を飛行させてマリンホース１８の上空に移動させる。ドローン１の位置座標はＧＮＳＳ受信機４によってリアルタイムで把握される。ドローン１は、演算装置１２に通信可能に接続された操縦器を用いて、ドローン操縦者が無線操縦することによって所望位置に飛行させることができる。所望位置の位置座標をドローン１の制御部に入力することで、自動制御運転によってドローン１を測定基地から所望位置まで飛行させることもできる。
　ドローン１をマリンホース１８の上空に移動させた後は、ＩＣタグ１３と通信機６との間で無線通信を行なうために、ドローン１を下方移動させて通信機６をＩＣタグ１３に近接させる。詳述すると、ＩＣタグ１３と通信機６との間で無線通信を行なう際には、ドローン操縦者は、カメラ装置５によりリアルタイムで取得される画像データ（マリンホース１８の上面視の画像データ）を参照して、図７に例示するように、アンテナ７がＩＣタグ１３（アンテナ部１４）に近接した位置（例えばＩＣタグ１３から１ｍ～２ｍ以内の位置）になるように、ドローン１を位置決めしてホバリングさせる。
　反射板９の中央部のそれぞれのアンテナ素子８の間に相当する位置に形成されているカメラ用貫通穴９ａが、平面視でドローン１の中央部に位置している。反射板９の上方に配置されているカメラ装置５は、カメラ用貫通穴９ａを通じてドローン１の下方の画像データを取得するので、ドローン操縦者は、この画像データを参照することで、ドローン１をＩＣタグ１３に近接した上方位置（例えばＩＣタグ１３から１ｍ～２ｍ以内の位置）に精度よく位置決めしてホバリングするには有利なる。即ち、取得された画像データの中央部にＩＣタグ１３が位置するようにドローン１を位置決めすればよい。
　このようにアンテナ７とＩＣタグ１３（アンテナ部１４）とを近接させた状態で、図７に例示するように、アンテナ７からは、ＩＣタグ１３に対して発信電波Ｒ１が送信される。ＩＣタグ１３を構成するアンテナ部１４が受信した発信電波Ｒ１によって、ＩＣタグ１３には電力が発生してＩＣタグ１３が起動する。起動したＩＣタグ１３はこの電力によってアンテナ部１４を通じて返信電波Ｒ２を送信する。この返信電波Ｒ２がアンテナ７により受信される。このように、発信電波Ｒ１に応じて返信電波Ｒ２が送信されることによりＩＣタグ１３と通信機６との間で無線通信が行われる。
　この無線通信ではＩＣタグ１３に記憶されているセンサ部１６による検知データ（圧力データ）が通信機６により取得される。演算装置１２は、通信機６により取得された検知データを監視用データとして使用して、この監視用データに基づいてマリンホース１８の状態を判断する。
　例えば、流路１８ａから流体Ｌが漏出していない健全な状態での流体滞留層２４での圧力値を、事前テストなどを行って予め把握しておいて基準値として設定する。演算装置１２は、取得された監視用データと予め設定されている基準値との大きさを比較する。演算装置１２は、監視用データが基準値以下の場合は流体Ｌが漏出していないと判断し、監視用データが基準値よりも大きい場合は流体Ｌが漏出していると判断する。
　センサ部１６として、圧力センサに加えて、または、代えて、温度センサを用いることもできる。温度センサを用いることで、マリンホース１８の内部の異常加熱の有無を判断できる。
　この実施形態では、通信機６を構成するアンテナ７として上述した仕様の２素子型パッチアンテナを採用することで、アンテナ７とＩＣタグ１３との無線通信距離を大きくし易くなっている。即ち、カメラ用貫通穴９ａの有無に起因してＩＣタグ１３と無線通信をする際のアンテナ７の周波数特性などがほとんど変化することがなく、また、１素子型パッチアンテナに比してアンテナ利得を向上させることができる。
　そして、ドローン１を真下から見上げた視野では反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８が現れていているので、アンテナ７は、カメラ装置５や通信機６の他の部品などに遮られることなく、ＩＣタグ１３とより安定して無線通信できる。その結果、ＩＣタグ１３とアンテナ７との無線通信をより良好な状態に維持することが可能になり、マリンホース１８の状態を示す監視用データをＩＣタグ１３からより確実に取得するには有利になる。そのため、マリンホース１８の状態を精度よく把握するには有利になる。
　さらに、反射板９およびそれぞれのアンテナ素子８は厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成されている。そのため、アンテナ７の軽量化によってドローン１の荷重負担が軽減し、ドローン１の１回当たりの飛行可能時間が増加するので監視作業を迅速に行うには有利になる。
　図１０に例示するように演算装置１２は、所望の端末機器１７とインターネットなどの通信網を介して接続されている。例えば、マリンホース１８の使用場所に対して遠隔地にあるマリンホース１８の運用会社（ユーザ）の管理室、マリンホース１８の販売会社、製造会社などの関係者の端末機器１７に対して、様々な情報（データ）が演算装置１２から送信可能になっている。そこで、演算装置１２からそれぞれの端末機器１７に対して、通信機６により取得された監視用データや演算装置１２による判断結果を逐次送信することもできる。
　図１１～図１２に例示する監視システムの実施形態のように、ＩＣタグ１３をマリンホース１８の長手方向所定位置で流体滞留層２４内に設置することもできる。その他の構成は、先の実施形態と同様である。このＩＣタグ１３は、マリンホース１８を製造する工程（成形工程）で、流体滞留層２４内に配置して、加硫接着等によって流体滞留層２４内に固定する。このＩＣタグ１３は、流体Ｌが接触することで無線通信状態（通信強度）が変化する仕様にしておく。ＩＣタグ１３の埋設位置に相当する外面層２６の表面には、ＩＣタグ１３の埋設位置であることを示す目標マークを付しておく。
　以下、この監視システムを用いて流路１８ａから流体Ｌの漏れが生じているか否かを判断する手順の一例を説明する。
　例えば、流路１８ａから流体Ｌが漏出していない健全な状態で、通信機６とＩＣタグ１３との間で無線通信した際の返信電波Ｒ２の強さを、事前テストなどを行って予め把握しておいて基準値として設定する。ドローン操縦者は、カメラ装置５によりリアルタイムで取得される画像データ（マリンホース１８の上面視の画像データ）を参照して、図１１に例示するようにアンテナ７がＩＣタグ１３（アンテナ部１４）に近接した位置になるように、ドローン１を上述した目標マークに位置決めしてホバリングさせる。そして、ホバリング中に通信機６とＩＣタグ１３との間で無線通信した際の返信電波Ｒ２の強さを監視用データとして用いる。そして、演算装置１２は、取得された監視用データと予め設定されている基準値との大きさを比較し、その比較結果に基づいて流体Ｌの漏出の有無を判断する。
　反射板９は、カメラ用貫通穴９ａとは別に上下に貫通する通気孔が多数形成されている仕様にすることもできる。多数の通気孔を、反射板９の最低限必要な剛性を確保できる範囲内で反射板９に散在させるとよい。反射板９に通気孔が多数形成されている仕様にすることで、ドローン１が飛行中やホバリング中に反射板９が受ける空気抵抗を低減させることができる。これに伴い、ドローン１を所望位置に精度よく移動させてホバリングさせるには有利になる。また、ドローン１による消費電力が低減するので、ドローン１の１回当たりの飛行可能時間を増加させるにも有利になる。
　監視対象物はマリンホース１８に限定されず、その他にコンベヤベルト、空気式防舷材、建設車両用の超大型タイヤなどを例示できる。ドローン１に搭載された通信機６を利用して上述した実施形態と同様に、これらの監視対象物に設置されたパッシブ型のＩＣタグ１３から取得した監視用データに基づいて監視対象物の状態を把握する。
　また、本発明は、使用中の監視対象物の状態を把握するだけでなく、倉庫や工場などに保管されている監視対象物の状態を把握するために用いることもできる。即ち、監視対象物の在庫管理を目的として本発明を適用して、保管されている監視対象物の温度や内圧状態などを把握することもできる。
１　ドローン
１ａ　プロペラ
２ａ、２ｂ、２ｃ　支持体
３　脚部
４　ＧＮＳＳ受信機
５　カメラ装置
６　通信機
７　アンテナ
８　アンテナ素子（パッチ）
８ａ　切欠き
９　反射板
９ａ　カメラ用貫通穴
９ｂ　周縁部
１０　絶縁固定部
１１　分配器
１２　演算装置
１３　ＩＣタグ
１３ａ　ＩＣチップ
１４　アンテナ部
１５　基板
１６　センサ部
１７　端末機器
１８　マリンホース（監視対象物）
１８ａ　流路
１９　連結金具
１９ａ　フランジ
１９ｂ　ニップル
１９ｃ　固定リング
２０　内面層
２１　第一補強層
２１ｗ　ニップルワイヤ
２２　本体ワイヤ層
２２ｗ　ニップルワイヤ
２３　第二補強層
２３ｗ　ニップルワイヤ
２４　流体滞留層
２５　浮力層
２６　外面層
２７　ケーシング
２８　逆止弁
２９　連通管

Claims (7)

  1. 　監視対象物に設置されているパッシブ型のＩＣタグとの無線通信に使用されるアンテナを備えた通信機およびカメラ装置が搭載されたドローンにおいて、
    　前記アンテナが、反射板とこの反射板の下面に間隔をあけて並置されている２枚の板状のアンテナ素子とを有する２素子型パッチアンテナであり、
    　前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子は厚さ３ｍｍ以下のアルミニウム合金板で形成されていて、
    　前記反射板の中央部のそれぞれの前記アンテナ素子の間に相当する位置にカメラ用貫通穴が形成されていて、
    　前記反射板は前記カメラ用貫通穴が平面視で前記ドローンの中央部に位置するように前記ドローンに設置されていて、前記ドローンを真下から見上げた視野では前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子が現れていて、
    　前記カメラ装置は前記反射板の上方に配置されていて、前記カメラ用貫通穴を通じて前記ドローンの下方の画像データが前記カメラ装置により取得される構成にしたドローン。
  2. 　前記反射板およびそれぞれの前記アンテナ素子の合計質量が１．２ｋｇ以下である請求項１に記載のドローン。
  3. 　前記反射板は、その周縁部が下方に折り曲げられた形状である請求項１または２に記載のドローン。
  4. 　前記反射板に、前記カメラ用貫通穴とは別に上下に貫通する通気孔が多数形成されている請求項１～３のいずれかに記載のドローン。
  5. 　請求項１～４のいずれかに記載のドローンと、前記監視対象物に設置されている前記ＩＣタグと、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された監視用データが入力される演算装置とを備えた監視システムであって、
    　前記ＩＣタグには、前記監視対象物の状態を検知するセンサ部による検知データが記憶されていて、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された前記検知データが前記監視用データとして使用されて、前記監視用データに基づいて前記演算装置により前記監視対象物の状態が判断される監視システム。
  6. 　前記監視対象物がマリンホースである請求項５に記載の監視システム。
  7. 　請求項１～４のいずれかに記載のドローンと、前記監視対象物に設置されている前記ＩＣタグと、無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得された監視用データが入力される演算装置とを用いた監視方法であって、
    　前記監視対象物の状態を前記監視対象物に設置されたセンサ部により検知して、前記センサ部による検知データを前記ＩＣタグに記憶しておき、前記検知データを無線通信により前記ＩＣタグから前記通信機により取得して、この検知データを前記監視用データとして使用して、前記監視用データに基づいて前記演算装置により前記監視対象物の状態を判断する監視方法。
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