(57)【要約】【課題】それぞれの環境に応じた最適な観測や分析を行う無線通信装置、無線通信像システム及び無線通信方法を提供することができるようにする。【解決手段】空中を浮遊し、浮遊する位置における撮像及び浮遊する位置における環境状態を検知し、この撮像または検知の少なくともどちらか一方の機能の実行結果を外部に送信する複数の無線通信装置１０と、無線通信装置を制御する親基地２０とを備え、各無線通信装置１０が相互に通信を行って、撮像及び検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、その機能の実行結果を親基地２０に送信するようにする。【選択図】        図１
2004212214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中を浮遊するための飛行手段と、
前記飛行手段で浮遊する空中の位置で撮像を行う撮像手段と、
前記飛行手段で浮遊する空中の位置における環境状態を検知する検知手段と、
前記撮像手段及び前記検知手段の少なくともどちらか一方からの出力結果を外部に無線送信する無線通信手段とを有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記飛行手段は、前記無線通信手段を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記飛行手段は、大地に対して放射状に広がる浮遊部と、前記浮遊部と前記撮像手段及び前記検知手段とを結ぶ連結線とを備えており、前記連結線の長さが無線通信に用いる電磁波の波長の１／２もしくは１／４であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記飛行手段が落下傘もしくは風船であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記飛行手段が球状のボールからなり、前記ボールがはずむことにより、前記空中を浮遊することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複数の無線通信装置と、
前記無線通信装置を制御する親基地とを有し、
前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記環境状態の検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
空中を浮遊し、浮遊する位置における撮像及び前記浮遊する位置における環境状態を検知し、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の実行結果を外部に送信する複数の無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する親基地とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス通信を行う無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多数のセンサをネットワークに接続して構成されたセンシングネットワークシステムが注目を集めている。例えば、日経エレクトロニクス２００２年７月１５日号Ｐ．９９〜１２９には、いくつかのセンシングネットワークシステムが紹介されている。たとえば、多数のセンサを森林内に散在させ、森林の酸素発生量やＣＯ２吸収量、森林の温度、湿度などを詳細に把握することで山火事の早期発見、ＣＯ２の排出権取引に利用するなどの例が記載されている。
【０００３】
また、カリフォルニア大学バークレイ校（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｂｅｒｋｅｌｅｙ校）のＭｏｔｅと名づけたセンサ・モジュールは、小さいながらも光信号による無線通信機能と、太陽電池による発電機能とを併せ持つものである。このセンサ・モジュールは、太陽電池で得た電力を使い、複数のＭｏｔｅ間で、光信号を使って情報のやり取りができる。また、極端に小さく、なおかつ安価であることを利用して、塗料に混ぜて壁に塗りこんだりするような新しい使い方も提案されている。
【０００４】
具体的な例としては、加速度センサや光センサを集積して、太陽電池を使って必要な電力を得ることができ、光信号による双方向の無線通信が可能なセンサが開発されている。
【０００５】
一方、都市中では、大気中の環境分析が必要である。例えば、交通渋滞によってもたらされる二酸化炭素の濃度分布、工業地域における有害物資の大気中への散布などによる大気中の化学物質の濃度分布、さらには、それらの時間による変化や予測などの必要がある。また、交通渋滞での車の混雑状況を上空から平面的に把握できるようにして、混雑を防止するための交通標識の制御などを可能とするような必要性も生じている。
【０００６】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス２００２年７月１５日号  Ｐ．９９〜１２９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大気中の環境分析や交通渋滞の観測などは、上述のようにセンサを単純に散在させただけでは、最適な分析や観測を行うことができない。すなわち、センサを単に散在させるだけではなく、センサ自身を所望の位置に配置できるようにして、環境状況に応じてセンサの配置を行えるようにする必要がある。
【０００８】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、撮像及び環境状態の検知を必要な空間の位置で行えるようにして、それぞれの環境に応じた最適な観測や分析を行うことができる無線通信装置、無線通信像システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信装置は、空中を浮遊するための飛行手段と、前記飛行手段で浮遊する空中の位置で撮像を行う撮像手段と、前記飛行手段で浮遊する空中の位置における環境状態を検知する検知手段と、前記撮像手段及び前記検知手段の少なくともどちらか一方からの出力結果を外部に無線送信する無線通信手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の無線通信システムは、前記複数の無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する親基地とを有し、前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記環境状態の検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の無線通信方法は、空中を浮遊し、浮遊する位置における撮像及び前記浮遊する位置における環境状態を検知し、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の実行結果を外部に送信する複数の無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する親基地とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の無線通信システムの一例を示した概略構成図である。
図１に示すように、本発明の無線通信システムは、空中を浮遊する無線通信装置１０と、無線通信装置１０と通信を行う親基地２０とを有して構成されている。この無線通信装置１０には、飛行ガイド線５と、飛行ガイド線５の先端にさまざまな種類のセンシング素子が備えられている。図１では、センシング素子の例として撮像素子１、温度センシング素子２、ガスセンシング素子３を備えたものを示しており、以下、上述したセンシング素子を備えた無線通信装置の例で説明を行う。また、無線通信装置１０の飛行ガイド線５には、タンポポの種の綿毛の様に放射状に広がった傘が取り付けられている。この傘を空中で放射状に広げることにより、タンポポの種が飛行するように、空中を浮遊することが可能となる。
【００１４】
空中を浮遊する無線通信装置１０は、地上の状態を撮像素子１により撮像するとともに、周囲の温度を温度センシング素子２により検知し、また、例えば二酸化炭素等のガスをガスセンシング素子３により検出する。これらのセンシングデータは、無線により親基地２０に送信される。また、空中を浮遊する無線通信装置１０の重量としては、１００グラム以下、好ましくは５０グラム以下、さらには１０グラム以下であることが望ましい。軽量化によって、容易に浮遊することできるからである。
【００１５】
親基地２０には、アンテナ２１が設けられており、無線通信装置１０からの情報を無線で受信することができる。また、無線通信装置１０からの撮影映像をディスプレイ２２で表示したり、温度、ガスのデータを表示・記録する機能が備えられており、無線通信装置１０からの空中から見た地上の映像を確認したり、上空の環境データを入手することができる。
【００１６】
また、多数の無線通信装置１０を飛翔させることで、個々の無線通信装置１０からの撮影画像は粗い画像であっても、親基地２０で撮影画像を合成することによって高精細な画像を表示することができる。また、空中における温度分布を３次元的に表示することができる。
【００１７】
このように多数の無線通信装置１０を用いる場合には、無線通信装置１０を簡単な構造にして低価格で提供できるようにすることが必要となる。このためには、例えば１つの無線通信装置１０における撮像素子１の画素数を小さく、例えば１万画素程度にしておき、多数の無線通信装置１０からの画像を親基地２０で合成するとよい。ここで、親基地２０で合成された画像は、１００万画素以上の精細な画像を得ることができる。それと同時に、多数の無線通信装置１０がそれぞれ散在した位置にあることから、それらからの画像を合成することによって異なる角度から見た画像を得ることができることや、化学物質の濃度分布を測定することができるといった長所がある。
【００１８】
また、このように画素数を１万画素程度にすれば、撮像系の信号処理の負担が小さくなり、軽量化を図ることができる。このように、構造を単純にすることによって、重量を１０グラム以下にすることが可能であり、空中に浮遊させるのが容易になる。
【００１９】
ここで、図８に示すように、本発明の無線通信システムにおける無線通信方法について説明を行う。
まず、ステップＳ１では、親基地２０から無線通信装置１０に対して制御信号・電源エネルギーを供給する。続いて、ステップＳ２では、各無線通信装置１０において撮像やその環境状態におけるセンシングを行う。続いて、ステップＳ３では、各無線通信装置１０から親基地２０に対して撮像した画像やセンシング情報を無線通信により送信する。続いて、ステップＳ４では、親基地２０において、各無線通信装置１０から送信された画像の合成を行ったり、温度、ガスのデータを記録したりする。さらに、その結果をディスプレイ２２に表示することもできる。
【００２０】
図２は、無線通信装置１０の構造をより詳しく示した図である。以下の図面も含め、親基地２０は省略して示していない。飛行ガイド線５は、すぐに落下せず浮遊するための傘の役割を果たす浮遊部５１と、浮遊部５１とセンシング素子とを結ぶ連結線５２とを有して構成されている。この浮遊部５１は、無線通信装置１０を空中で飛行できるような構造であれば何でもよい。例えば、繊維状の軽量で飛びやすいようにその体積を広げたものや、傘のような構造にしたものなどが挙げられる。
【００２１】
飛行ガイド線５は、空中に浮遊する役割を果たすとともに、アンテナの役割も果たしている。例えば、モノポールアンテナとして機能させるためには、連結線５２の長さＬは、無線通信の周波数をλとすると、以下の式（１）のようにするとよい。
Ｌ＝λ／４    ・・・・・・    式（１）
ここで、例えば、２．４５ＧＨｚの周波数で無線通信する場合には、約３ｃｍにする。また、ダイポールアンテナとして機能させるためには、連結線５２の長さをλ／２とすればよい。
【００２２】
また、本発明の無線通信装置１０は、互いに通信する機能も有している。
無線通信装置１０が互いに通信することで、さまざまな応用を図ることができる。例えば、温度変化の激しい場所では、各無線通信装置１０がセンシングを行い、変化の緩やかな場所では、２〜３個おきにセンシング行って、その間の無線通信装置１０はセンシングを中断するなどの操作が可能となる。これにより、多数の無線通信装置１０のうち、必要な無線通信装置１０のみを動作させることで全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００２３】
−無線通信装置の他の形態−
図３は、本発明の実施形態における無線通信装置の他の形態１を示した概略構成図である。他の形態１の無線通信装置１１は、中央部にセンシング素子があり、その周囲に複数の飛行ガイド線５がある。これらの飛行ガイド線５も、図１の例と同様に、飛行の目的と同時に無線通信のアンテナの役割も果たしている。
【００２４】
また、図４は、本発明の実施形態における無線通信装置の他の形態２を示した概略構成図である。他の形態２の無線通信装置１２には、落下傘１２１が設けられており、落下傘１２１の下にセンシング素子である撮像素子１、温度センシング素子２、ガスセンシング素子３が設けられている。
【００２５】
また、図５は、本発明の実施形態における無線通信装置の他の形態３を示した概略構成図である。他の形態３の無線通信装置１２は、ボール型の無線通信装置である。この無線通信装置１３は、ボール１３１の中にセンシング素子である撮像素子１、温度センシング素子２、ガスセンシング素子３が設けられている。
【００２６】
また、図６は、本発明の実施形態における無線通信装置の他の形態４を示した概略構成図である。他の形態４の無線通信装置１４は、風船型の無線通信装置である。この無線通信装置１４は、風船１４１の下部にセンシング素子である撮像素子１、温度センシング素子２、ガスセンシング素子３が設けられている。また、その下方には、ガイド線１４２が設けられている。ガイド線１４２は、アンテナの役割も果たしており、その長さは、式（１）で規定される。風船１４１の中には、ヘリウムガスや空気などが入っており、無線通信装置１４が風にのって浮遊するように設計されている。また、ガイド線１４２の根元を人が持つことも可能である。
【００２７】
また、図７は、本発明の実施形態における無線通信装置の他の形態５を示した概略構成図である。他の形態５の無線通信装置１５は、重り１５１に形成されており、この重り１５１を吊り下げ線１５２で吊り下げ、振り子のように動かす。重り１５１の上部には、センシング素子である撮像素子１、温度センシング素子２、ガスセンシング素子３が設けられている。
【００２８】
次に、本発明の無線通信装置のアプリケーションとしては、いくつかの様態がある。
例えば、森林や交通量の多い幹線道路などに、本発明の無線通信装置を散在させて、温湿度や二酸化炭素（ＣＯ２）ガス濃度などを検出して、山火事の発生防止、自動車の排気ガスによる環境問題への調査、道路の込み具合のモニタリングなどに応用することができる。このような用途には、図１における無線通信装置１０、図３における無線通信装置１１、図４における無線通信装置１２、図５における無線通信装置１３が適している。
【００２９】
この他に、人の近づけない領域におけるセンシングがある。例えば、火災、トンネル事故、崩壊などの災害現場、原子力施設、廃棄物などの有害物設置場などある。その他、鳥、虫、植物等の生態調査がある。また、無線通信装置を飛翔させるための空間の大きさとしては、屋外などの大空間、室内空間などの中空間、装置内、配管内などの小空間がある。
【００３０】
さらに、本発明の無線通信装置の種類としては、風の流れに乗る非制御型や、無人軽量飛行機、ヘリコプターなどなどの制御可能型、その中間として手にもった風船などの半制御型がある。また、本発明の無線通信装置は、小さくて軽く、微細であるという特徴がある。このため、飛行のための機構を複雑にすることなく、容易に空中を飛翔させることが可能となる。
【００３１】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００３２】
［実施態様１］  空中を浮遊するための飛行手段と、
前記飛行手段で浮遊する空中の位置で撮像を行う撮像手段と、
前記飛行手段で浮遊する空中の位置における環境状態を検知する検知手段と、
前記撮像手段及び前記検知手段の少なくともどちらか一方からの出力結果を外部に無線送信する無線通信手段とを有することを特徴とする無線通信装置。
【００３３】
［実施態様２］  前記飛行手段は、前記無線通信手段を兼ねることを特徴とする実施態様１に記載の無線通信装置。
【００３４】
［実施態様３］  前記飛行手段は、大地に対して放射状に広がる浮遊部と、前記浮遊部と前記撮像手段及び前記検知手段とを結ぶ連結線とを備えており、前記連結線の長さが無線通信に用いる電磁波の波長の１／２もしくは１／４であることを特徴とする実施態様１または２に記載の無線通信装置。
【００３５】
［実施態様４］  前記飛行手段が落下傘もしくは風船であることを特徴とする実施態様１または２に記載の無線通信装置。
【００３６】
［実施態様５］  前記飛行手段が球状のボールからなり、前記ボールがはずむことにより、前記空中を浮遊することを特徴とする実施態様１または２に記載の無線通信装置。
【００３７】
［実施態様６］  実施態様１〜５のいずれか１項に記載の複数の無線通信装置と、
前記無線通信装置を制御する親基地とを有し、
前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記環境状態の検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とする無線通信システム。
【００３８】
［実施態様７］  空中を浮遊し、浮遊する位置における撮像及び前記浮遊する位置における環境状態を検知し、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の実行結果を外部に送信する複数の無線通信装置と、前記無線通信装置を制御する親基地とを有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記各無線通信装置が相互に通信を行って、前記撮像及び前記検知の少なくともどちらか一方の機能の必要性が高い空中の領域で集中的に前記機能を実行し、前記機能の実行結果を前記親基地に送信することを特徴とする無線通信方法。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、空中を浮遊する飛行手段を有するようにしたので、必要な空間の位置から撮像を行ったり、温度やガス濃度などの環境状態を検知したりすることができる。これにより、それぞれの環境に応じた最適な観測や分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線通信システムの一例を示した概略構成図である。
【図２】無線通信装置の構造をより詳しく示した図である。
【図３】無線通信装置の他の形態１を示した概略構成図である。
【図４】無線通信装置の他の形態２を示した概略構成図である。
【図５】無線通信装置の他の形態３を示した概略構成図である。
【図６】無線通信装置の他の形態４を示した概略構成図である。
【図７】無線通信装置の他の形態５を示した概略構成図である。
【図８】本発明の無線通信システムにおける無線通信方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１  撮像素子
２  温度センシング素子
３  ガスセンシング素子
５  飛行ガイド線
１０〜１５  無線通信装置
２０  親基地
５１  浮遊部
５２  連結線
１２１  落下傘
１３１  ボール
１４１  風船
１４２  ガイド線
１５１  重り
１５２  吊り下げ線
【図１】
2004212214.tif 000003
【図２】
2004212214.tif 000004
【図３】
2004212214.tif 000005
【図４】
2004212214.tif 000006
【図５】
2004212214.tif 000007
【図６】
2004212214.tif 000008
【図７】
2004212214.tif 000009
【図８】
2004212214.tif 000010