(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミッション再計画のためのシステムであって、該システムは、
領域探索のための複数のビークルをリアルタイムで監視し
前記ビークルの中から機能不全に陥って不完全なタスクを実施している少なくとも１つのビークルを検出する
ように動作可能なステータスモジュール（２０６）と、
不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算するように動作可能な必須能力モジュール（２１０）と、
前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルの未走査の面積からなる未走査範囲集合を決定し、
各ビークルのタスク完了位置から前記少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算して移動距離集合を提供し、
前記移動距離集合及び前記未走査範囲集合に基づいてエキストラ範囲集合であって、エキストラ範囲集合の各要素が、前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルについて、前記移動距離に電波到達範囲を乗じたものと、前記未走査の面積との和である、エクストラ範囲集合を決定し、
前記エクストラ範囲集合を前記不完全範囲の面積及び残存能力の面積であって、前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルについて、前記電波到達範囲と速度と、最大飛行時間であって、前記少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルを検出し、ミッションの再計画を行っているタイミング以降の航続時間を示す最大飛行時間とを乗じたものである残存能力の面積と比較して充足度リストを提供する
ように動作可能な充足度能力計算モジュール（２１４）と、
前記充足度リストに基づいて前記ビークルの中から選択されたビークルを割り当てるように動作可能な選択モジュール（２１８）と
を含むシステム。
【請求項２】
前記選択モジュール（２１８）が、前記不完全範囲の面積についてのタスクの完了に要する時間の最小化、前記不完全範囲の面積についてのタスク及び前記未走査範囲集合についてのタスクの完了に要する時間の最小化、又は前記不完全範囲の面積についてのタスクの完了に要する燃料消費の最小化のうちの少なくとも１つに基づいて、選択されたビークルを割り当てるようにさらに動作可能な、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記充足度リストを充足度リストデータベースモジュールに保存するように動作可能な充足度リストデータベースモジュール（２１６）をさらに含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ビークルは飛行機及び地上車両を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ステータスモジュールは、通信モジュールから受信した対応するデータパケットをデコードすることによって、前記各ビークルのステータスを決定するようにさらに動作可能な、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
ミッション再計画のための方法であって、プロセッサの動作によって実施される該方法は、
リアルタイムで領域探索のための複数のビークルを監視することと、
前記ビークルの中から機能不全に陥って不完全なタスクを実施している少なくとも１つビークルを検出することと、
前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルの未走査の面積からなる未走査範囲集合を決定することと、
各ビークルのタスク完了位置から前記少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算して移動距離集合を提供することと、
前記移動距離集合及び前記未走査範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合であって、エキストラ範囲集合の各要素が、前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルについて、前記移動距離に電波到達範囲を乗じたものと、前記未走査の面積との和である、エクストラ範囲集合を決定することと、
前記不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算することと、
前記エクストラ範囲集合を前記不完全範囲の面積及び残存能力の面積であって、前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く各ビークルについて、前記電波到達範囲と速度と最大飛行時間であって、前記少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルを検出し、ミッションの再計画を行っているタイミング以降の航続時間を示す最大飛行時間とを乗じたものである残存能力の面積と比較して充足度リストを提供することと、
前記充足度リストが空でない場合、前記充足度リストに基づいて前記ビークルの中から選択されたビークルを割り当てることと
を含む方法。
【請求項７】
前記不完全範囲の面積についてのタスクの完了に要する時間の最小化、前記不完全範囲の面積についてのタスク及び前記未走査範囲集合についてのタスクの完了に要する時間の最小化、又は前記不完全範囲の面積についてのタスクの完了に要する燃料消費の最小化のうちの少なくとも１つに基づいて、前記選択されたビークルを割り当てることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
メモリモジュールに含まれる充足度リストデータベースモジュールに前記充足度リストを保存することをさらに含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記選択されたビークルによって前記不完全なタスクを実施することをさらに含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記充足度リストが空の場合、前記不完全なタスクをサブタスクに分割すること、前記複数のビークルのうち前記少なくとも１つの機能不全に陥って不完全なタスクを実施しているビークルを除く複数のビークルの中から少なくとも２つの選択されたビークルに前記サブタスクを割り当てること、及び前記少なくとも２つの選択されたビークルによって前記サブタスクを実施することをさらに含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概してロボットビークルによる領域探索に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、複数のビークルを組織的に操作するためのリアルタイムでのミッション再計画に関する。
【背景技術】
【０００２】
捜索救助、動物相調査、国境警備、山火事監視、及びその他の用途など、ＵＡＶ（無人飛行機）に適用される環境の多くは、困難で「機能不全に陥りやすい」環境である。現在の探索パターン手法は、ビークルの動作が最適化されておらず、且つ動作環境が変化するため、リアルタイムでの再計画には対応していない。
【発明の概要】
【０００３】
ミッション再計画のためのシステム及び方法が提示されている。ビークルはリアルタイムで監視されており、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行うビークルが検出される。各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）が決定される。各ビークルのタスク完了位置から機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離が計算され、移動距離集合として提供される。移動距離集合及び残存範囲集合（未走査範囲集合）に基づいてエクストラ範囲集合が決定され、不完全なタスクについて不完全範囲の面積が計算される。充足度リストを提供するため、エクストラ範囲集合は不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較され、充足度リストに基づいてビークルの中から割り当てられたビークルが選択される。
【０００４】
実施形態は、未完了タスクが残存ビークルによって網羅されうるように、非最適条件下で一又は複数の無人飛行機の未完了タスクの完了を指示する発見的方法に基づくリアルタイム再計画のシステム及び方法を提供する。実施形態は、大幅な計算負荷を招くことなく、例えば、４００機を超える無人飛行機及びこれらの中で多数の競合する制約条件を含む大規模なシナリオに拡張することが可能である。
【０００５】
１つの実施形態では、ミッション再計画のためのシステムは、ステータスモジュール、必須能力モジュール、充足度能力計算モジュール、及び選択モジュールを備える。ステータスモジュールは複数のビークルをリアルタイムで監視し、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行う少なくとも１つのビークルを検出する。必須能力モジュールは、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算する。充足度能力計算モジュールは、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定する。充足度能力計算モジュールはさらに、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算し、移動距離集合を提供する。充足度能力計算モジュールはさらに、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定し、エクストラ範囲集合を未完範囲面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較して、充足度リストを作成する。選択モジュールは、充足度リストに基づいて、ビークルの中から選択されたビークルを割り当てる。
【０００６】
別の実施形態では、ミッション再計画のための方法はビークルをリアルタイムで監視し、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行うビークルを検出する。方法はさらに、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定する。方法はさらに、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算し、移動距離集合を提供する。方法はさらに、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定し、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算する。方法はさらに、充足度リストを提供するため、エクストラ範囲集合を不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較し、充足度リストに基づいてビークルの中から選択されたビークルを割り当てる。
【０００７】
さらなる実施形態では、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体は、ミッション再計画のためのコンピュータ実行可能命令を含む。コンピュータ実行可能命令によって実行される方法はビークルをリアルタイムで監視し、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行う少なくとも１つのビークルを検出する。コンピュータ実行可能命令によって実行される方法はさらに、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定する。コンピュータ実行可能命令によって実行される方法はさらに、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算し、移動距離集合を提供する。
【０００８】
コンピュータ実行可能命令によって実行される方法はさらに、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定し、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算する。コンピュータ実行可能命令によって実行される方法はさらに、充足度リストを提供するため、エクストラ範囲集合を不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較し、充足度リストに基づいてビークルの中から選択されたビークルを割り当てる。
【０００９】
本開示の一態様によれば、ミッション再計画のためのシステムが提供される。システムは複数のビークルをリアルタイムで監視できるステータスモジュールを含み、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行う少なくとも１つのビークルを検出する。システムはさらに、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算するように動作可能な必須能力モジュールと、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定するように動作可能な充足度能力計算モジュールとを含み、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算し、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定し、さらに、充足度リストを提供するため、エクストラ範囲集合を不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較する。システムはさらに、充足度リストに基づいて、ビークルの中から選択されたビークルを割り当てるように動作可能な選択モジュールを含む。
【００１０】
有利には、選択モジュールはさらに、不完全範囲の面積を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てるように動作可能である。
【００１１】
有利には、選択モジュールはさらに、不完全範囲の面積及び残存範囲集合（未走査範囲集合）を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てるように動作可能である。
【００１２】
有利には、選択モジュールはさらに、不完全範囲の面積を完了するための燃料消費の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てるように動作可能である。
【００１３】
有利には、本開示はさらに、充足度リストを充足度リストデータベースモジュールに保存するように動作可能な充足度リストデータベースモジュールをさらに含む。
【００１４】
有利には、ビークルは飛行機、及び地上車両を含む。
【００１５】
有利には、ステータスモジュールはさらに、通信モジュールから受信した対応するデータパケットをデコードすることによって、各ビークルのステータスを決定するように動作可能である。
【００１６】
本開示のさらなる態様によれば、ミッション再計画のためのシステムが提供される。方法はプロセッサの動作によって実施され、複数のビークルをリアルタイムで監視すること、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行う少なくとも１つビークルを検出すること、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定すること、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算して移動距離集合を提供すること、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定すること、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算すること、エクストラ範囲集合を不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較して充足度リストを提供すること、及び充足度リストに基づいてビークルの中から選択されたビークルを割り当てることを含む。
【００１７】
有利には、本開示はさらに、不完全範囲の面積を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てることを含む。
【００１８】
有利には、本開示はさらに、不完全範囲の面積及び残存範囲集合（未走査範囲集合）を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てることを含む。
【００１９】
有利には、本開示はさらに、不完全範囲の面積を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てることを含む。
【００２０】
有利には、本開示はさらに、メモリモジュールに含まれる充足度リストデータベースモジュールに充足度リストを保存することを含む。
【００２１】
有利には、本開示はさらに、選択されたビークルによって不完全なタスクを実施することを含む。
【００２２】
有利には、本開示はさらに、充足度リストが空の場合には、不完全なタスクをサブタスクに分割することを含む。好ましくは、本開示はさらに、ビークルの中の少なくとも２つの選択されたビークルにサブタスクを割り当てることを含む。好ましくは、本開示はさらに、少なくとも２つの選択されたビークルによってサブタスクを実施することを含む。
【００２３】
本開示のさらに別の態様によれば、ミッション再計画のためのコンピュータ実行可能命令を含む非一過性のコンピュータ可読記憶媒体が提供される。コンピュータ実行可能命令によって実行される方法は、複数のビークルをリアルタイムで監視すること、ビークルの中から機能不全に陥り不完全なタスクを行う少なくとも１つビークルを検出すること、各ビークルの残存範囲面積（未走査の面積）からなる残存範囲集合（未走査範囲集合）を決定すること、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算して移動距離集合を提供すること、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合を決定すること、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算すること、エクストラ範囲集合を不完全範囲の面積及び各ビークルの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積（残存能力の面積）と比較して充足度リストを提供すること、及び充足度リストに基づいてビークルの中から選択されたビークルを割り当てることを含む。
【００２４】
有利には、本開示はさらに、燃料消費及び時間のうちの１つの最小化に基づいて、不完全範囲の面積及び残存範囲を完了するため選択されたビークルを割り当てるためのコンピュータ実行可能命令を含む。
【００２５】
有利には、本開示はさらに、充足度リストが空の場合には、不完全なタスクをサブタスクに分割することを含む。
【００２６】
有利には、本開示はさらに、選択されたビークルによって不完全なタスクを実施するためのコンピュータ実行可能命令を含む。
【００２７】
この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」で詳細に記載される概念の一部を選択し、単純な形態で紹介するために提供されている。この発明の概要は、特許請求される主題の重要な機構又は基本となる機構を特定することを意図したものでも、特許請求される主題の範囲を決定するために援用されることを意図したものでもない。
【００２８】
本開示の実施形態は、下記の図面と合わせて詳細説明及び請求項を参照することによってさらに完全に理解できる。図面における同じ参照番号は図面全体を通して類似の要素を指すものである。図面は、本開示の広さ、範囲、規模、又は適用性を限定することなく、本開示の理解を促すために提供される。図面の縮尺は必ずしも正確でない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本開示の一実施形態による凸ポリゴンによって示される探索領域を探索する種々の能力を有する複数のビークルを示す例示的な探索領域の図解である。
【図２】本開示の一実施形態によるビークルのリアルタイムでのミッション再計画のためのシステムの例示的な機能ブロック図の図解である。
【図３】本開示の一実施形態によるビークルのリアルタイムでのミッション再計画のためのプロセスを示すフロー図の図解である。
【図４ａ】本開示の一実施形態によるビークルのミッション再計画のためのプロセスを示すフロー図の前半部分である。
【図４ｂ】本開示の一実施形態によるビークルのミッション再計画のためのプロセスを示すフロー図の後半部分である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の詳細な説明は本来的に実施例であり、開示内容又は開示内容の実施形態の応用並びに使用を限定するものではない。特定の装置、技術、及び応用の説明は実施例としてのみ提供されている。本明細書に記載された実施例への修正は当業者には容易に明らかとなるものであり、本明細書に規定された一般的原理を本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、その他の実施例及び応用に適用することができる。さらに、先行技術分野、背景、以下で詳細に説明する概要で明示的又は暗示的に提示される任意の理論によって束縛されることは意図していない。本開示の範囲は請求項と一致するものであり、本明細書に記載され示された実施例に限定されない。
【００３１】
本開示の実施形態は、機能的及び／又は論理的ブロックコンポーネント及び様々な処理ステップの観点から本明細書で説明されうる。当然ながら、上記ブロックコンポーネントを特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアコンポーネントによって実現することが可能である。簡潔にするために、飛行制御システム、数学的モデリング、データ通信、捜索救助技術、航空機操作、及びシステムのその他の機能面（及びシステムの個別の作動コンポーネント）に関する従来の技術及びコンポーネントは本明細書において詳しく説明していない。加えて、当業者は、本開示の実施形態を様々な航空機、制御システム、探索領域及び探索パターンと併用して実施することが可能であり、本明細書に記載した実施形態は本開示の単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。
【００３２】
本明細書において、本開示の実施形態は、実用的且つ非限定的な一用途、すなわち、無人飛行機（ＵＡＶ）を使用した領域の探索の観点から記載される。しかしながら、本開示の実施形態は、このようなＵＡＶによる探索操作に限定されず、本明細書に記載されている技術は、他の用途及び、自動車などの無人地上車両（ＵＧＶ）、船舶、ボート、潜水艦、人工衛星などの無人流体ビークル（ＵＦＶ）、ロボットビークル、自律型ロボットビークル、又は他のビークルでも使用されうる。例えば、実施形態は監視、消火、追跡、戦闘、及び他の用途に適用可能である。
【００３３】
この説明を読んだ後で当業者には明らかとなるように、下記は本開示の実施例及び実施形態であり、これらの実施例による操作には限定されない。その他の実施形態を用いることができ、本開示の例示的な実施形態の範囲から逸脱せずに構造上の変更を加えることが可能である。
【００３４】
捜索救助、動物相調査、国境警備、山火事監視、及びその他の用途など、ＵＡＶ（無人飛行機）に適用される環境の多くは、困難で「機能不全に陥りやすい」環境である。本開示の実施形態は、一又は複数のＵＡＶがミッション中に機能不全に陥った場合に、１機のＵＡＶ又は１群のＵＡＶを再計画するシステム及び方法を提供する。
【００３５】
実施形態は、大量のＵＡＶ及びこれらに含まれる多数の競合する制約条件を扱うことができる、発見的方法に基づくシステム及び方法を提供する。例えば、再計画アルゴリズムは、以下でより詳細に説明されるように隣接度、不均質性、能力、及び他の制約条件などの因子に基づいており、これらの因子の関数である残存電力量がより大きくなるように計算を行う。
【００３６】
したがって、１機のＵＡＶが機能不全に陥ると、再計画アルゴリズムは利用可能なすべてのＵＡＶの中からトーナメント選択を行って、最も近く、最も利用しやすく、より大きな残存電力量を有するＵＡＶを探し出して選択し、選択されたＵＡＶに機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを割り当てる。再計画アルゴリズムは、利用可能な資産（すなわち、探索に参加している残存ビークル）で探索が実施され完了するように、適宜リアルタイムで所定のタスクを再計画し、再配置する。本開示の実施形態は、大幅な計算負荷を招くことなく、実質的に容易に大規模なシナリオに拡張することができる。
【００３７】
１つの実施形態では、方法は、ＵＡＶなどのロボットビークルの非最適条件が探索の実施に対応している間に適用されるミーム的アルゴリズムを含む。ミーム的計算との関連では、ミーム的アルゴリズム（ＭＡ）は最適化問題の解決に用いられる技術である。ミーム的アルゴリズムは、局所探索プロセス又は方法を応用して母集団の中で個体を純化する進化的アルゴリズム（ＥＡ）である。本明細書で使用されているミーム的アプローチの目的は、ＵＡＶ間のタスク分割の形態としてのポリゴン分解により、また以下でより詳細に説明されるように各サブポリゴンに対して、走査時間を最小化することである。
【００３８】
「再計画」という用語は、ＵＡＶが行うことになっている事前定義されたルート又は飛行経路に対して調整を行うプロセスを意味する。再計画に対するニーズは、ミッション実行中の少なくとも１機のＵＡＶの予期せぬ機能不全によって発生する。少なくとも１機のＵＡＶの機能不全は、非最適な操作条件、少なくとも１機のＵＡＶのオペレータによる動作停止、又は他の現象によって引き起こされうる。目標は、機能不全に陥ったＵＡＶによって残された残存ポリゴン分割の走査に要する時間を最小化することである。修正された計画の計算は概して、実質的に狭い時間ウィンドウの範囲内で完了されるべきである。
【００３９】
「リアルタイム」という用語は、時間遅延がほとんど又は全くない状態で信号が連続的に送受信されることを意味する。「ほぼリアルタイム」という用語は、実質的に大幅な時間遅延がないリアルタイム信号を意味する。時間遅延は、例えば、限定するものではないが、自動化されたデータ処理又はネットワーク伝送によって事象の発生の間に導入される遅延、又は他の計算及び伝送による遅延となることがある。本明細書では、「リアルタイム」という用語は「リアルタイム」と「ほぼリアルタイム」の双方を意味する。
【００４０】
無人飛行機（ＵＡＶ）は柔軟で、監視、捜索救助タスクで有用となることがあり、追跡及び戦闘にも使用されうる。良好な画像センサを備えたＵＡＶは正確なリアルタイムの画像を地上の制御オペレータに提供することが可能で、制御オペレータはその情報を流して、意思決定を促す。加えて、アフガニスタン及びイラクでの最近の戦争で使用されたプレデター（商標）などの一部の新しいＵＡＶは、ヘリコプタの平均飛行時間が２時間をわずかに超える程度であるのに対して、再給油不要で３０時間以上飛行することができる。
【００４１】
長時間偵察を行えるＵＡＶの能力は、有人飛行機に対して重要な運用上の利点を有する。ＵＡＶの長い飛行時間は、公海での人員の捜索及び救助など、概して長い作業時間を要する困難なタスクに対処するためにＵＡＶが使用されうることを意味する。ＵＡＶは木又は家屋の下に隠れている人間を検出するための熱検出センサを装備することが可能で、困難な応用シナリオに対してＵＡＶの配備をさらに拡大することができる。
【００４２】
図１は凸ポリゴン１０２によって示される探索領域を探索する種々の能力を有する複数のビークルを示す例示的な探索領域の図解である。ＵＡＶは、一又は複数の固定基地区域から打上げられて動作するように、操作可能である。Ｓ１〜Ｓ３は、ＵＡＶがミッションによる展開前に配備される固定基地区域を示す。
【００４３】
各基地Ｓ１〜Ｓ３は任意の数のＵＡＶを備え、各ＵＡＶは様々な能力を備えることができる。各ＵＡＶは種々の速度、画像センサ解像度（電波到達範囲）及び航続時間を有してもよい。ＵＡＶの能力測定基準は、ＵＡＶが走査可能な総面積によって定義可能であり、以下でより詳細に説明されるように、ＵＡＶの速度、航続時間、電波到達範囲に基づいて計算されうる。
【００４４】
割り当てプロセスの第１ステップは、各基地Ｓ１〜Ｓ３に割り当てられるサブ領域が各基地Ｓ１〜Ｓ３の全能力に比例するように、凸ポリゴン１０２を任意の数の断片に分割することを含む。図１に示した実施形態では、数種のＵＡＶがタスクに使用される。各基地Ｓ１〜Ｓ３の全体能力は、各基地Ｓ１〜Ｓ３に配置されている全ＵＡＶの能力の合計になる。例えば、基地Ｓ１の全能力は２機のＵＡＶ１１０、１１２の能力の合計で、基地Ｓ２の全能力は２機のＵＡＶ１１４、１１６の能力の合計で、基地Ｓ３の全能力は３機のＵＡＶ１１８、１２０、１２２の能力の合計である。各サブ領域が基地Ｓ１〜Ｓ３の各々に割り当てられた後、走査を実施するＵＡＶの最適な組合せを探すため、ミーム的アプローチが使用される。
【００４５】
ミーム的アプローチは、各基地Ｓ１〜Ｓ３（Ｓｉ、ｉ＝１〜３）に割り当てられるサブ領域を、各ＵＡＶが最短の探索時間で重複のない探索が実施できるように、対応する基地（Ｓ１〜Ｓ３）に配置されているＵＡＶ１１０〜１２２の能力に応じて、さらに分割する。ミーム的アプローチについては、本出願と同じ出願人が保有する米国特許出願第１２／９６０，４４０号に記載されており、そのすべての内容が参照によって本願に組み込まれる。
【００４６】
米国特許出願第１２／９６０，４４０号にさらに詳細に説明されているように、アルゴリズムは探索ポリゴンを分割し、各断片１０４、１０６及び１０８を各基地Ｓ１〜Ｓ３にそれぞれ割り当てる。
【００４７】
基地“ｉ”は、基地“ｉ”のすべてのＵＡＶの能力の合計であるＣｉで表わされる能力を備え、ポリゴンＰ（図１の１０２）上にはｍ個の基地がある。作業空間はｍ個の断片（１０４、１０６、及び１０８）に分割され、各断片１０４／１０６／１０８はそれぞれ基地Ｓ１／Ｓ２／Ｓ３に割り当てられる。以下の式が満たされると、解は実行可能とみなされる。
Ａｒｅａ（Ｐ１）：  Ａｒｅａ（Ｐ２）：  …  ：  Ａｒｅａ（Ｐｍ）  ＝  Ｃ１：  Ｃ２：  …  ：  Ｃｍ 
ここで、パートＰｉの面積はＡｒｅａ（Ｐｉ）で、パートＰｉのすべての総面積は以下の領域制約条件に基づく所定のポリゴン１０２の面積に等しくなくてはならない。
【数１】
0006397608.tif 000002
【００４８】
本開示の実施形態は、ＵＡＶ１１８〜１２２の中の個々のＵＡＶが、以下でさらに詳細に説明されるように機能不全に陥った場合、ＵＡＶ１１８〜１２２の中の少なくとも１つのＵＡＶで再計画するためのシステム及び方法を提供する。
【００４９】
図２は本開示の一実施形態によるビークルのリアルタイムでのミッション再計画のためのシステム２００の例示的な機能ブロック図の図解である。システム２００に関連して記載されている様々な例示的なブロック、モジュール、処理論理、及び回路は、本明細書に記載されるビークルのリアルタイムでのミッション再計画を実行するように設計された、汎用プロセッサ、連想記憶メモリ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、任意の好適なプログラマブルロジックデバイス、離散ゲート又はトランジスタロジック、離散ハードウェアコンポーネント、或いはそれらのいずれかの組み合わせを用いて実施又は実行されうる。
【００５０】
システム２００は、ＵＡＶ２３２及び２３６又は図１のＵＡＶ１１８〜１２２と通信するネットワークアーキテクチャの一部、又は携帯電話などのスタンドアロン携帯デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（商標）デバイス、Ｐａｌｍ  Ｔｒｅｏ（商標）、ＭＰ３プレーヤー、ｉＰｏｄ（商標）、ｉＰａｄ（商標）などの携帯情報端末（ＰＤＡ）、又は他の同様な携帯デバイスであってもよい。幾つかの実施形態では、システム２００は、例えば、限定しないが、無線ノートブックコンピュータ、無線パームトップコンピュータ、又は他のモバイルコンピュータデバイスなどのパーソナル無線コンピュータであってもよい。システム２００は、複数の自律型ビークルのリアルタイムでのミッション再計画を提供する。システム２００は、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するため、残存ビークルが探索に参加できるよう、所定のタスクを適宜リアルタイムで再計画し、再分配する。
【００５１】
システム２００は、タスク割当モジュール２０２、コマンドモジュール２０４、ステータスモジュール２０６、リアルタイム再計画モジュール２０８、プロセッサモジュール２２０、メモリモジュール２２２、及び通信モジュール２２４を含みうる。
【００５２】
タスク割当モジュール２０２は複数のタスクをＵＡＶ２３２及び２３６（図１のＵＡＶ１１０〜１２２と同様）にそれぞれ割り当てるように構成されている。
【００５３】
コマンドモジュール２０４は、ＵＡＶ２３２及び２３６の各々に割り当てられたタスクを命令するように構成されている。コマンドモジュール２０４は、通信モジュール２２４を介してＵＡＶ２３２及び２３６に配備を命令する。このように、通信モジュール２２４は、システム２００とミッション管理フレームワーク２２８との間の通信ブリッジとしての役割を果たしてもよい。例えば、限定しないが、通信モジュール２２４は、無線データ通信リンク２３０、及びインターネットソケット（図示せず）を使用して通信ブリッジを提供してもよい。すべてのＵＡＶ２３２及び２３６を制御して、ミッション連続点に追随するため、ミッション連続点はミッション管理フレームワーク２２８によって処理される。ミッション連続点は、例えば、限定しないが、ＵＡＶ２３２及び２３６の各々が領域探索などのタスクを追随して実施するＵＡＶ２３２及び２３６の各々の中継地点を含んでもよい。
【００５４】
ステータスモジュール２０６は、ＵＡＶ２３２及び２３６から機能不全に陥り不完全なタスクを行っている少なくとも１つのＵＡＶを検出するため、ＵＡＶ２３２及び２３６をリアルタイムで監視するように構成されている。ＵＡＶ２３２／２３６の各々に搭載されている健全性管理ロジック（図示せず）は、ＵＡＶ２３２／２３６のステータスを監視し、当該ステータスに対応するデータパケットを通信モジュール２２４に送信する。通信モジュール２２４はデータパケットの有効性を（チェックサム、巡回冗長検査（ＣＲＣ）、又は他の誤差補正法を使用することにより）チェックし、データパケットをステータスモジュール２０６に送る。ステータスモジュール２０６は、ＵＡＶ２３２／２３６のいずれが機能不全に陥っているかをチェックするため、データパケットをデコードすることができる。
【００５５】
リアルタイム再計画モジュール２０８は、充足度リストに基づいて、不完全なタスクを完了するため、ＵＡＶ２３２／２３６及びＵＡＶ１１０〜１２２の中から少なくとも１つの有効なＵＡＶを割り当てるように構成されている。例えば、リアルタイム再計画モジュール２０８は、ＵＡＶ２３２／２３６及びＵＡＶ１１０〜１２２の中から、不完全なタスクを完了するため、最も近く、最も利用しやすく、より大きな残存電力量を有する少なくとも１つの有効なＵＡＶを選択することができる。リアルタイム再計画モジュール２０８は、必須能力計算モジュール２１０（必須能力モジュール２１０）、探索モジュール２１２、充足度能力計算モジュール２１４、充足度リストデータベースモジュール２１６及び選択モジュール２１８を含みうる。
【００５６】
上述したように、リアルタイム再計画モジュール２０８は、大量のＵＡＶ及びこれらに含まれる多数の競合する制約条件を扱うように構成されている。例えば、リアルタイム再計画モジュール２０８は、隣接度、不均質性、能力、及び／又は他の制約条件などの因子に基づいており、これらの因子の関数である残存電力量がより大きくなるように計算を行う。
【００５７】
リアルタイム再計画モジュール２０８は、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の間の隣接度を考慮する。次に、１機のＵＡＶが機能不全に陥ると、リアルタイム再計画モジュール２０８は、利用可能なすべてのＵＡＶの中からトーナメント選択を行って、最も近く、最も利用しやすく、より大きな残存電力量を有するＵＡＶを探し出して選択し、選択されたＵＡＶに機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを割り当てる。リアルタイム再計画アルゴリズム２０８は、利用可能な資産（すなわち、探索に参加している残存ビークル）で探索が実施され完了するように、適宜リアルタイムで所定のタスクを再計画し、再配置する。
【００５８】
リアルタイム再計画アルゴリズム２０８は、ミッションすなわち探索に参加しているＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２は必ずしも均質ではなく、例えば、限定しないが、飛行機、ヘリコプタ、又は他のビークルを含みうるため、不均質性を考慮する。したがって、不均質なシナリオでは、隣接性はより大きな残存電力量を意味しないことがある。なぜなら、飛行機は隣接するヘリコプタよりも速くより少ないエネルギーで停止点まで到達しうるからである。
【００５９】
ＵＡＶ２３２／２３６及びＵＡＶ１１０〜１２２などのＵＡＶに搭載されている一組のセンサは、例えば、種々のセンサ電波到達範囲など、種々の能力を有するため、リアルタイム再計画モジュール２０８は機能を考慮している。隣接するＵＡＶが離れているＵＡＶよりもセンサ到達範囲が小さい場合には、隣接するＵＡＶの探索グリッドはより細かくなることがあり、これは隣接するＵＡＶが探索領域を網羅するためにはより多く移動することを意味する。
【００６０】
必須能力計算モジュール２１０は、不完全なタスクについて不完全範囲の面積を計算するように構成されている。能力判定基準は、例えば、限定しないが、センサ電波到達範囲、速度、航続時間、燃料、及びその他の利点など、ビークルの利点に基づいて計算される。上述のように、各基地（図１のＳ１〜Ｓ３）は、種々の能力を有するＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の中の任意の数のＵＡＶを含む。ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の中の各ＵＡＶは、種々の速度、画像センサ解像度（電波到達範囲／センサ電波到達範囲）及び航続時間を有することがある。ＵＡＶの能力判定基準は、ＵＡＶが走査可能な総面積として定義され、速度、航続時間（最大飛行時間）及び電波到達範囲を掛け合わせることによって計算されうる。例えば、ＵＡＶの機能は以下の関係に基づいて決定される。
ＵＡＶ能力  ＝  電波到達範囲（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）  ×  速度（ｓｐｅｅｄ）  ×  航続時間（ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）
【００６１】
したがって、必須能力計算モジュール２１０は、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを処理するために必要となる能力（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）を、次のように決定することができる。
ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ（ｍ２）  ＝  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ（ｍ）  ×  ｓｐｅｅｄ（ｍ／秒）  ×  ｅｎｄｕｒａｎｃｅ（秒）
【００６２】
探索モジュール２１２は、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の中から有効なＵＡＶを探し出すように構成されている。探索モジュール２１２は、以下に説明するように、通信モジュール２２４から受信したデータに基づいて有効なＵＡＶを探し出すことができる。
【００６３】
充足度能力計算モジュール２１４は、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の中で、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するために必要な能力を備えた有効なＵＡＶのリストを含む、充足度リストを提供するように操作可能である。必要な能力は、不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）によって特徴づけられる。このように、充足度能力計算モジュール２１４は、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の各々の未走査領域を特徴づける残存範囲集合（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）を決定し、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の各々のタスク完了位置ｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）から機能不全に陥ったビークルの停止位置（ｐｏｉｎｔ）までの移動距離（ｇｅｔＡｄｊａｃｅｎｃｙ（ｐｏｉｎｔ，ｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）））を計算して、移動距離集合（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）＝ｇｅｔＡｄｊａｃｅｎｃｙ（ｐｏｉｎｔ，ｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）））を提供する。
【００６４】
充足度能力計算モジュール２１４は次に、以下の関係式を用いて、電波到達距離（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）によって拡大された移動距離集合（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ））に基づくエクストラ範囲集合（Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ））及び残存範囲集合（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）を決定する。
Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）  ＝  Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）  ×  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ  ＋  ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ
面積の単位を有する（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）  ×  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）及び距離の単位をＡｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）は、移動距離集合として交換可能に使用されうる。
【００６５】
移動距離集合（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）  ×  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）は、各ＵＡＶがｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）へ到達して、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）の穴埋めを開始するために、移動が必要となる領域である。残存範囲集合（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）は、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の各ＵＡＶの未走査領域である。したがって、エクストラ範囲集合（Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ））は、自機の未走査領域（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）の走査を完了し、さらにｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）に到達するための能力を追加するためには、ＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の各ＵＡＶがどれだけの領域カバレッジ又は能力が必要となるかを決定する。充足度能力計算モジュール２１４は次に、エクストラ範囲集合Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）を、以下の関係に基づいて不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）及びＵＡＶ２３２、２３６及び１１０〜１２２の各ＵＡＶの残存範囲面積（ｋ．ｐｏｗｅｒ）と比較して充足度リストを提供する。
Ｉｆ（（ｋ．ｐｏｗｅｒ  −  ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ  −  Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ））＞０）
ここで、ｒｅｍａｉｎＡｒｅａは機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを処理するために必要となる能力によって特徴づけられる不完全範囲の面積であり、ｋ．ｐｏｗｅｒは各ＵＡＶの残存能力によって特徴づけられる残存範囲面積であり、又ｋは特定のＵＡＶを示す１以上の整数で、Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）は自機に割り当てられた領域の走査完了に加えて、ｅｎｄｐｏｉｎｔ（ｋ）に到達するために必要な各ＵＡＶの能力を明らかにする。
【００６６】
ｋ．ｐｏｗｅｒが、ｒｅｍａｉｎＡｒｅａとＥｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）の合計を超える場合には、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するため、利用可能な有効なＵＡＶの候補としてＵＡＶ（ｋ）が選択される。
【００６７】
充足度リストデータベースモジュール２１６は、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するために利用可能な有効なＵＡＶを含む充足度リストを含む。
【００６８】
選択モジュール２１８は、種々の制約条件に基づいて不完全なタスクを完了するため充足度リストのＵＡＶ１１０〜１２２から少なくとも１つの利用可能な有効なＵＡＶを選択するように構成されている。例えば、限定しないが、選択モジュール２１８は、例えば、不完全範囲の面積の完了に要する時間の最小化、不完全範囲の面積及び残存範囲集合（未走査範囲集合）の完了に要する時間の最小化、不完全範囲の面積の完了に要する燃料消費の最小化、又は他の制約条件に基づいて、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するため、選択されたＵＡＶを割り当てる。
【００６９】
プロセッサモジュール２２０は、システム２００の作動に関する機能、技術、及び処理タスクを実施するように構成されている処理論理回路を含む。具体的には、処理論理回路は本明細書に記載したシステム２００の探索機能をサポートするように構成されている。例えば、限定しないが、プロセッサモジュール２２０は、ミーム的アルゴリズムを実行し、ステータスモジュール２０６に対してＵＡＶ１１０〜１２２をリアルタイムで監視するように指示し、ＵＡＶ１１０〜１２２の中から機能不全に陥って不完全なタスクを実施している少なくとも１つのＵＡＶを検出し、さらに必須能力計算モジュール２１０に対して不完全なタスクのため不完全になっている範囲の面積の計算を指示するように、適切に構成されていてもよい。別の例では、限定しないが、プロセッサモジュール２２０は、充足度能力計算モジュール２１４に対して充足度リストを提供するように指示し、選択モジュールに対して充足度リストから少なくとも１つの利用可能で有効なビークルを選択するように指示し、メモリモジュール２２２に対してその中の充足度リストデータベースモジュール２１６に充足度リストを保存するように指示し、さらにシステム２００の他の機能を指示及び／又は実施するように、適切に構成されていてもよい。
【００７０】
プロセッサモジュール２２０は、本明細書に記載した機能を実施するように設計された汎用プロセッサ、連想記憶メモリ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、任意の好適なプログラマブル論理装置、個別ゲート又はトランジスタ論理回路、個別ハードウェアコンポーネント、又はそれらの任意の組み合わせで実装、又は実現することができる。このように、プロセッサはマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、ステートマシン等として実現することができる。プロセッサは、コンピューティング装置の組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサコアと連結された一又は複数のマイクロプロッサ、或いは他のいずれかの同様の構成として実施することもできる。
【００７１】
メモリモジュール２２２は、システム２００の動作をサポートするようにフォーマットされた好適な量のメモリを有する任意の好適なデータ記憶領域であってもよい。メモリモジュール２２２は、必要に応じてデータを記憶、維持、及び提供して、以下で説明するように、システム２００の機能性をサポートするように構成されている。具体的な実施形態では、メモリモジュール２２２は、例えば、限定しないが、不揮発性記憶装置（不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置等）、ランダムアクセス記憶装置（例えばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、又はその他任意の形態の公知の記憶媒体を含むことができる。メモリモジュール２２２は、プロセッサモジュール２２０に結合され、例えば、限定しないが、探索シナリオに対応する入力パラメータ値及び出力パラメータ値を保存するように構成されてもよい。
【００７２】
メモリモジュール２２２は、例えば、限定しないが、ビークル能力（例えば、カバレッジ領域）、ビークル性能パラメータ（例えば、速度、旋回率）、走査パターン、走査時間、ビークル操作費用（例えば、燃料費）、充足度リストデータベースモジュール２１６、及び他のデータを保存することができる。加えて、メモリモジュール２２２は、例えば、限定しないが、探索パターン中間地点、ＵＡＶ能力、又は他のデータの保存を目的とするテーブルを有するデータベースの動的な更新を提示することがある。メモリモジュール２２２はまた、例えば、限定しないが、プロセッサモジュール２２０によって実行されるコンピュータプログラム、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラム処理の実行に使用される一時的なデータ、他のプログラム又はデータを保存することができる。
【００７３】
メモリモジュール２２２は、プロセッサモジュール２２０がメモリモジュール２２２から情報を読み取り、メモリモジュール２２２に情報を書き込むことができるようにプロセッサモジュール２２０に結合されていてもよい。一実施例として、プロセッサモジュール２２０及びメモリモジュール２２２は、それぞれのＡＳＩＣ内に常駐することができる。メモリモジュール２２２は、プロセッサモジュール２２０中に統合されてもよい。一実施形態では、メモリモジュール２２２は、プロセッサモジュール２２０によって実行される命令の実行中に、一時的変数又は他の中間情報を格納するためのキャッシュメモリを含んでもよい。
【００７４】
通信モジュール２２４は、ＵＡＶ２３２及び２３６（同様に図１のＵＡＶ１１０〜１２２）間の通信ネットワークを管理する。通信モジュール２２４は、ＵＡＶ２３２及び２３６との間でそれぞれ無線通信リンク２３４及び２３８を介してデータの送受信を行う。通信モジュール２２４は、送信モジュール（図示せず）及び受信モジュール（図示せず）を備えてもよく、又ＵＡＶ２３２及び２３６と通信するための特定の無線通信プロトコル及び変調方式に対応できるＲＦアンテナアレンジメント２２６に結合されてもよい。
【００７５】
通信モジュール２２４は、ＵＡＶ２３２及び２３６の各々に対応するデータパケットをステータスモジュール２０６に受け渡すように構成されている。例えば、既に説明したように、ＵＡＶ２３２及び２３６の各々に搭載されている健全性管理ロジック（図示せず）は、ＵＡＶ２３２及び２３６の各々のステータスを監視し、対応するデータパケットを通信モジュール２２４に送信する。通信モジュール２２４はデータパケットの有効性を（チェックサム、巡回冗長検査（ＣＲＣ）、又は他の誤差補正法を使用することにより）チェックし、データパケットをステータスモジュール２０６に送る。次に、ステータスモジュール２０６は、ＵＡＶ２３２及び２３６のいずれが機能不全に陥っているかをチェックするため、データパケットをデコードすることができる。
【００７６】
通信モジュール２２４は、例えば、限定しないが、残存燃料、飛行時間、劣化などの健全性状態、並びに各ＵＡＶの能力、ステータス（例えば、機能不全又は動作中）に影響を及ぼす非最適性能、及びその他のデータなど、各ＵＡＶの残存飛行能力を受信する。通信モジュール２２４は、ミッション管理フレームワーク２２８に通信可能に結合されており、無線データ通信リンク２３０を介してミッション管理フレームワーク２２８にこのような情報を送信するように構成されている。ミッション管理フレームワーク２２８は、説明できない事象をリアルタイムで取り込むため、リアルタイム再計画モジュール２０８によって提供される再計画を実施し、これによって探索タスクを維持するように構成されている。
【００７７】
図３は、本開示の一実施形態によるビークルのミッション再計画のためのプロセス３００を示すフロー図の図解である。プロセス３００に関連して行われる様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実施するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体、又はこれらの任意の組み合わせによって実施されうる。プロセス３００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどのコンピュータ可読媒体に記録されてもよく、例えば、コンピュータ可読媒体が保存されているプロセッサモジュール２２０などのコンピュータＣＰＵによってアクセス及び実行可能である。
【００７８】
プロセス３００は、任意の数の追加タスク又は別タスクを含んでもよく、図３に示されるタスクは必ずしも図示の順序で実行されなくともよく、プロセス３００は、本明細書に記載されていない追加の機能性を有するより包括的な手続き又はプロセスに包含されてもよいことを理解されたい。例示を目的として、プロセス３００の下記の説明は図１〜２に関連付けて上述した要素を参照することがある。
【００７９】
実際の実施形態では、プロセス３００の一部は、タスク割当モジュール２０２、コマンドモジュール２０４、ステータスモジュール２０６、リアルタイム再計画モジュール２０８、プロセッサモジュール２２０、メモリモジュール２２２、通信モジュール２２４などの種々の要素によって実施されうる。プロセス３００は、図１〜２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有しうる。したがって、共通の機構、機能、及び要素は本明細書に重複して記載していない。
【００８０】
プロセス３００は、複数の割り当てられたタスクをＵＡＶ２３２及び２３６などの複数のビークルにそれぞれ割り当てるタスク割当モジュール２０２などのタスク割当モジュールによって開始されてもよい（タスク３０２）。
【００８１】
プロセス３００は、割り当てられたタスクをビークルで実施することによって継続される（タスク３０４）
【００８２】
プロセス３００は、ビークルを監視するステータスモジュール２０６などのステータスモジュールによって継続される（タスク３０６）。
【００８３】
プロセス３００は、ビークルの中の機能不全に陥ったビークルが不完全なタスクを実施しているかどうかを判断するステータスモジュール２０６によって継続される（問合せタスク３０８）。不完全なタスクが機能不全に陥ったビークルによって実施されない場合には（問合せタスク３０８の「いいえ」の分岐）、プロセス３００はタスク３０６へ進んでもよい。そうでない場合（問合せタスク３０８の「はい」の分岐）には、プロセス３００は機能不全に陥ったビークルの不完全なタスクを完了するために必要な能力を計算することによって継続される（タスク３１２）。
【００８４】
プロセス３００は、ビークルの中から有効なビークルを探し出す検索モジュール２１２などの検索モジュールによって継続される（タスク３１４）。
【００８５】
プロセス３００は、不完全なタスクを完了するため、有効な各ビークルの利用可能な能力を計算する充足度機能計算モジュール２１４などの充足度能力計算モジュールによって継続される（タスク３１６）。利用可能な能力は、以下のプロセス４００のタスク４０８との関連でさらに説明される。
【００８６】
プロセス３００は、不完全なタスクを完了するために必要な能力を有する有効なビークルの充足度リストを作成する充足度能力計算モジュール２１４によって継続される（タスク３１８）
【００８７】
プロセス３００は、充足度リストが空かどうかを判断する（問合せタスク３２０）プロセッサモジュール２２０などのプロセッサモジュールによって継続される。
【００８８】
充足度リストが空でない場合（問合せタスク３２０の「いいえ」分岐）、プロセス３００は、不完全なタスクを完了するため有効なビークルの中から選択されたビークルを割り当てることによって継続される（タスク３２２）。
【００８９】
プロセス３００は、選択されたビークルによって不完全なタスクを完了することによって継続され（タスク３２４）、ミッションの終了へ進む（タスク３１０）。
【００９０】
充足度リストが空の場合（問合せタスク３２０の「はい」分岐）、プロセス３００は不完全なタスクをサブタスクに分割することによって継続される（タスク３２６）。
【００９１】
プロセス３００は、ビークルの中の少なくとも２つの選択されたビークルにサブタスクを割り当てるタスク割当モジュール２０２によって継続される（タスク３２８）。
【００９２】
プロセス３００は、少なくとも２つの選択されたビークルによってサブタスクを実施することによって継続され（タスク３３０）、ミッションの終了へ進む（タスク３１０）。
【００９３】
図４は、本開示の一実施形態によるビークルのミッション再計画のためのプロセス４００を示すフロー図の図解である。プロセス４００に関連して行われる様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実施するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体、又はこれらの任意の組み合わせによって実施されうる。プロセス４００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどのコンピュータ可読媒体に記録されてもよく、例えば、コンピュータ可読媒体が保存されているプロセッサモジュール２２０などのコンピュータＣＰＵによってアクセス及び実行されうる。
【００９４】
プロセス４００は、任意の数の追加タスク又は別タスクを含んでもよく、図４に示されるタスクは必ずしも図示の順序で実行されなくともよく、プロセス４００は、本明細書に詳細に記載されていない追加の機能性を有するより包括的な手続き又はプロセスに包含されてもよいことを理解されたい。例示を目的として、プロセス４００の下記の説明は図１〜２に関連付けて上述した要素を参照することがある。
【００９５】
実際の実施形態では、プロセス４００の一部は、タスク割当モジュール２０２、コマンドモジュール２０４、ステータスモジュール２０６、リアルタイム再計画モジュール２０８、プロセッサモジュール２２０、メモリモジュール２２２、通信モジュール２０４などの種々の要素によって実施されうる。プロセス４００は、図１〜２に示す実施形態と同様の機能、材料、及び構造を有しうる。したがって、共通の機構、機能、及び要素は本明細書に重複して記載していない。
【００９６】
プロセス４００は、ＵＡＶ２３２及び２３６などの複数のビークルをリアルタイムで監視するステータスモジュール２０６などのステータスモジュールによって開始されてもよい（タスク４０２）。
【００９７】
プロセス４００は、ビークルの中の機能不全に陥って不完全なタスクを実施している少なくとも１つのビークルを検出するステータスモジュール２０６によって継続される（タスク４０４）。例えば、リアルタイム再計画モジュール２０８は、ＵＡＶｋが自機の走査タスクを完了せずに機能不全に陥ったことを示す事象を受信する。この時点で、リアルタイム再計画モジュール２０８はトーナメント選択を実行し、これによって、ＵＡＶｋの機能不全により残されている残存領域（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）を処理するため、自機のタスクを完了し且つ十分な能力を有しているＵＡＶｒが選択される。その後、経路再決定手続きがＵＡＶｒに対して、機能不全に陥ったＵＡＶｋの位置まで飛行してＵＡＶｋの不完全なタスクを継続するように指示する。ここで、ｋ及びｒはそれぞれ１以上の整数で、異なる特定のＵＡＶを示している。
【００９８】
プロセス４００は、不完全なタスクについて不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）を計算することによって継続される（タスク４０６）。不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）は、機能不全に陥ったＵＡＶの不完全なタスクを完了するために必要な能力を含む。
【００９９】
プロセス４００は、以下のタスク４１０〜４１６に記載されているように、不完全なタスクを完了するため、各ビークルの利用可能な能力を計算することによって継続される（タスク４０８）。リアルタイム再計画モジュール２０８は、大量のＵＡＶ及びこれらに含まれる多数の競合する制約条件を扱うことができる。例えば、再計画アルゴリズムはＵＡＶ間の隣接度（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ））を考慮している。そのため、１機のＵＡＶが機能不全に陥ると、リアルタイム再計画モジュール２０８は、利用可能なすべてのＵＡＶの中からトーナメント選択を行って、最も近く、最も利用しやすく、より大きな残存電力量を有するＵＡＶを探し出し、選択されたＵＡＶに新しいタスクを割り当てる。
【０１００】
プロセス４００は、各ビークルのタスク完了位置から少なくとも１つの機能不全に陥ったビークルの停止点までの移動距離を計算し、移動距離集合（Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）  ×  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を提供する充足度能力計算モジュール２１４などの充足度能力計算モジュールによって継続される（タスク４１０）。
【０１０１】
プロセス４００は、移動距離集合及び残存範囲集合に基づいてエクストラ範囲集合（Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）  ＝  Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）  ×  ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ  ＋  ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）を決定する充足度能力計算モジュール２１４によって継続される（タスク４１２）。
【０１０２】
プロセス４００は、各ビークルの残存範囲面積からなる残存範囲集合（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）を決定する充足度能力計算モジュール２１４によって継続される（タスク４１４）。
【０１０３】
プロセス４００は、エクストラ範囲集合Ｅｘｔｒａｖａｌｕｅ（ｋ）を不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）及び残存範囲面積（ｋ．ｐｏｗｅｒ）と比較して充足度リストを提供する充足度能力計算モジュール２１４によって継続される（タスク４１６）。
【０１０４】
プロセス４００は、充足度リストを保管する充足度リストデータベースモジュール２１６などの充足度リストデータベースモジュールによって継続される（タスク４１８）。
【０１０５】
プロセス４００は、充足度リストに基づいてビークルから選択されたビークルを割り当てることによって継続される（タスク４２０）。
【０１０６】
プロセス４００は、不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）を完了するための時間の最小化に基づいて選択されたビークルを割り当てる選択モジュール２１８などの選択モジュールによって継続される（タスク４２２）。時間は、例えば、最小Ａｄｊａｃｅｎｃｙ（ｋ）、最大速度、及び／又は大きな電波到達範囲を選択することによって最小化可能である。例えば、隣接するＵＡＶが離れているＵＡＶよりもセンサ電波到達範囲が小さい場合には、隣接するＵＡＶの探索グリッドはより細かくなることがあり、これは領域を網羅するためにはより多く移動することを意味する。したがって、時間を最小化するため、さらなるＵＡＶが選択されることがある。
【０１０７】
プロセス４００は、不完全範囲の面積（ｒｅｍａｉｎＡｒｅａ）及び残存範囲集合（ｋ．ｌｅｆｔＡｒｅａ）を完了するための時間の最小化に基づいて、選択されたビークルを割り当てることによって継続される（タスク４２４）。
【０１０８】
プロセス４００は、不完全範囲の面積を完了するための燃料消費の最小化に基づいて選択されたビークルを割り当てる選択モジュール２１８によって継続される（タスク４２６）。燃料は、例えば、最小の燃料燃焼能力を有するＵＡＶを選択することによって最小化可能である。
【０１０９】
プロセス４００は、選択されたビークル不完全なタスクを実施することによって継続される（タスク４２８）。プロセス４００は、充足度リストが空の場合には、不完全なタスクをサブタスクに分割することによって継続される（タスク４３０）。リアルタイム再計画中には、機能不全に陥ったＵＡＶの残存領域を処理する残存能力を有するＵＡＶが存在しない場合もありうる。このような場合には、特定の残存領域は、協働的に領域の走査を行うように一連の有効なＵＡＶの中で分割されることがある。一方、リアルタイム再計画モジュール２０８は、機能不全に陥った特定のＵＡＶによって残された残存領域の形状を知ることができないが、リアルタイム再計画モジュール２０８は残存する一連の点を知ることができる。このような場合、リアルタイム再計画モジュール２０８は残存する一連の点を２つの部分に分割し、それぞれの部分を少なくとも１つのＵＡＶに割り当てる。
【０１１０】
プロセス４００は、ビークルの中の少なくとも２つの選択されたビークルにサブタスクを割り当てる選択モジュール２１８によって継続される（タスク４３２）。
【０１１１】
プロセス４００は、少なくとも２つのビークルでサブタスクを実施することによって継続される（タスク４３４）。
【０１１２】
このように、本開示の実施形態は、リアルタイム再計画システムを使用することによって、機能不全に陥ったビークルの未完タスクを残存ビークルが網羅することを可能にする、発見的方法に基づく再計画アルゴリズムを提供する。探索時間を短縮するミーム的タスク割当アルゴリズムは、種々の検出及び範囲能力及び基地の配置を考慮することで、複数の無人ビークルによって網羅される領域探索方法を生成するように使用されることがある。実施形態は、大幅な計算負荷を招くことなく、例えば、４００台を超える無人ビークルを含む大規模なシナリオに拡張することが可能である。
【０１１３】
ソフトウェア又はファームウェアに実装される場合、本明細書に記載されているタスク割当モジュール２０２、コマンドモジュール２０４、ステータスモジュール２０６、リアルタイム再計画モジュール２０８、及び通信モジュール２２４などのシステム２００の様々な要素は、基本的に様々なタスクを実施するコードセグメント又は命令である。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読媒体などの非一過性媒体に保存可能であるか、送信媒体又は通信経路上の搬送波に具現化されるコンピュータデータ信号によって送信されうる。
【０１１４】
「プロセッサ可読媒体」又は「マシン可読媒体」は、情報を保存又は送信できる非一過性の媒体を含みうる。プロセッサ可読媒体の実施例は、電子回路、半導体メモリデバイス、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、消去可能型ＲＯＭ（ＥＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、光ファイバー媒体、ＲＦリンク、又は他の非一過性媒体を含む。
【０１１５】
この明細書において、「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータ可読媒体」等の用語は、例えばメモリ、記憶装置、又は記憶ユニット等の媒体を一般に指して使われることがある。これらの形態、及びその他の形態のコンピュータ可読媒体は、プロセッサモジュール２２０によって使用される一又は複数の命令を保存して、プロセッサモジュール２２０に特定の作動を実施させることに関わる。（コンピュータプログラムの形態でのグループ分け、又はその他のグループ分けが可能な）「コンピュータプログラムコード」又は「プログラムコード」と概して称される上記命令は、実行した時にシステム２００などのシステムを使用する方法を可能にする。
【０１１６】
当業者であれば、本明細書に開示されているシステム２００などの実施形態に関連して記載されている種々の例示的なブロック、モジュール、回路、及び処理ロジックが、ハードウェア、コンピュータ可読ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の実用的な組合せに実装されうることを理解するであろう。ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの交換可能性及び互換性を明確に説明するため、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップは概して機能性という用語で記載される。このような機能性がハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとして実装されているかどうかは、システム全体に課せられた特定の用途及び設計制約条件に依存する。本明細書に記載されている概念に精通している者は、このような機能性を各々の具体的な用途に対して好適な方法で実装しうるが、このような実装の判断は本発明の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈されるべきではない。
【０１１７】
少なくとも１つの例示的な実施形態が前述の詳細な説明に提示されているが、膨大な数の変形が存在することを理解されたい。また、本明細書に記載されている一又は複数の実施形態は、発明の主題の範囲、適用性、又は構成を何らかの方法で制限することを意図していないことを理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、記載されている一又は複数の実施形態を実装するための簡便なロードマップを当業者に提供するであろう。請求項によって定義される範囲を逸脱することなく、機能及び要素の配置において様々な変更が可能であり、本特許申請書提出の時点で既知の均等物及び予測しうる均等物を含むことを理解されたい。
【０１１８】
上述では、「接続」又は「連結」されている要素、ノード、又は機構に言及している。本明細書で使用される「接続された」とは、特に明記しない限り、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に必ずしも機械的にではなく、直接結合されている（又は直接連通している）ことを意味する。同様に、特に明記しない限り、「結合された」とは、一つの要素／ノード／機構が別の要素／ノード／機構に必ずしも機械的にではなく、直接あるいは間接的に結合されていることを意味する。このため、図１〜２は要素の例示的な配置構成を示しているが、本開示の実施形態において追加の介在要素、デバイス、機構、又はコンポーネントが存在しうる。
【０１１９】
本明細書で使用される用語及び表現、並びにそれらの変化形は、別途明確な記載がない限り、限定的なものではなく、変更可能なものとして解釈すべきである。前述の例として、「含む」という用語は「非限定的に含む」ことを意味するとして理解すべきであり、「実施例」という用語は、説明しているアイテムの事例を提供するものであり、これらのリストを包括するもの又は限定するものではなく、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」等の形容詞と、同様の意味を持つ用語は、説明したアイテムを所定の時間間隔に限定する、又は所定の時点において利用可能なアイテムに限定するとして解釈すべきでなく、むしろ利用可能な、又は現在、あるいは今後任意の時点で利用可能又は公知となりうる、伝統的な、通常の、又は標準の技術を包含するものとして理解すべきである。
【０１２０】
同様に、「及び」でつながったアイテムのグループは、グループ分けにおいてそれらのアイテムの各々、また全てが存在することが要求されると理解すべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」でつながったものとして理解すべきである。同様に、「又は」でつながったアイテムのグループは、グループ内で相互排他性が要求されると理解すべきではなく、特に明記しない限り、「及び／又は」でもつながったものとして理解すべきである。さらに、本発明のアイテム、要素又はコンポーネントは単一のものとして記載され主張されているが、単一に限定されることが明記されていない限り、複数のものもそれらの範囲内にあるとみなされる。幾つかの実施例における「一又は複数の」、「少なくとも」、「非限定的に」又はその他同様の表現等の広がりを持つ単語及び表現が存在することにより、上記の広がりを持つ表現がない事例では、より狭い場合が意図される又は要求されると解釈すべきではない。
【符号の説明】
【０１２１】
１００    探索領域
１０２    凸ポリゴン
１０４、１０６、１０８    ポリゴンの断片
１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２    ＵＡＶ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３    基地
２００    システム
２０２    タスク割当モジュール
２０４    コマンドモジュール
２０６    ステータスモジュール
２０８    リアルタイム再計画モジュール
２１０    必要機能計算モジュール
２１２    探索モジュール
２１４    充足度機能計算モジュール
２１６    充足度リストデータベースモジュール
２１８    選択モジュール
２２０    プロセッサモジュール
２２２    メモリモジュール
２２４    通信モジュール
２２８    ミッション管理フレームワーク
３００、４００    プロセス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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