(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動経路を設定する移動経路設定装置であって、
前記移動体の複数種類の外囲状況に関する複数の外囲情報を取得する情報取得手段と、
前記複数種類の外囲状況に関する複数の確率モデルを記憶した記憶手段と、
前記複数の外囲情報及び前記複数の確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記複数の外囲情報を含む前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成手段と、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に１つに統合する統合手段と、
前記統合手段により時刻毎に１つに統合された予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索手段と、
を備えることを特徴とする移動経路設定装置。
【請求項２】
前記統合手段は、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオの各々に基づいて、前記移動体の移動時の安全性に対する危険度を数値化して地図データ上に表した危険度マップを作成するとともに、
作成された複数の危険度マップに基づいて、時刻毎の複数の危険度マップ上の対応する各地点における前記危険度の統合値を算出することにより、前記複数の危険度マップを時刻毎に１つに統合した統合危険度マップを作成し、
前記経路探索手段は、前記統合手段により作成された統合危険度マップに基づいて、前記危険度が最も小さくなる移動経路を探索することを特徴とする請求項１に記載の移動経路設定装置。
【請求項３】
前記移動体が無人航空機であり、
当該移動経路設定装置が前記無人航空機に搭載されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動経路設定装置。
【請求項４】
移動体の移動経路を設定する移動経路設定方法であって、
前記移動体の複数種類の外囲状況に関する複数の確率モデルを記憶した記憶手段を備える移動経路設定装置が、
前記複数種類の外囲状況に関する複数の外囲情報を取得する情報取得工程と、
前記複数の外囲情報及び前記複数の確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記複数の外囲情報を含む前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成工程と、
前記予測シナリオ作成工程により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に１つに統合する統合工程と、
前記統合工程により時刻毎に１つに統合された予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索工程と、
を実行することを特徴とする移動経路設定方法。
【請求項５】
移動体の移動経路を設定する移動経路設定プログラムであって、
移動経路設定装置を、
前記移動体の複数種類の外囲状況に関する複数の外囲情報を取得する情報取得手段、
前記複数種類の外囲状況に関する複数の確率モデルを記憶した記憶手段、
前記複数の外囲情報及び前記複数の確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記複数の外囲情報を含む前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成手段、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に１つに統合する統合手段と、
前記統合手段により時刻毎に１つに統合された予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索手段、
として機能させることを特徴とする移動経路設定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の移動経路を設定する技術に関し、特に、将来における外囲状況の変化を考慮した安全な移動経路を作成・設定するのに有用な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両や航空機などの移動体の移動経路を設定する際には、この移動体の外囲状況に関する情報が用いられる。例えば航空機の飛行経路は、機体の各種センサーなどで取得された現在時点での情報に基づいて作成・設定される。そのため、この飛行経路に沿った飛行途中において、情報取得時には認識されなかった何らかの障害に遭遇してしまう可能性があった。
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、飛行経路における大気条件の変化を予測し、その予測結果に応じて飛行経路を修正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２１４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、大気条件の変化しか飛行経路の修正に反映されず、移動時の安全性を脅かし得る他の要因を考慮することができていない。
例えば飛行中の航空機においては、大気条件は勿論のこと、鳥や他機など空中の障害物によっても移動時の安全性が脅かされ得るため、これら様々な要因を考慮した安全な飛行経路を設定できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、移動時の安全性を脅かし得る様々な要因を考慮した安全な移動経路を作成・設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、移動体の移動経路を設定する移動経路設定装置であって、
前記移動体の複数種類の外囲状況に関する複数の外囲情報を取得する情報取得手段と、
前記複数種類の外囲状況に関する複数の確率モデルを記憶した記憶手段と、
前記複数の外囲情報及び前記複数の確率モデルに基づいて、将来の複数の所定時刻における前記複数の外囲情報を含む前記移動体の外囲状況を予測した予測シナリオを、時刻毎に複数作成する予測シナリオ作成手段と、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオを時刻毎に１つに統合する統合手段と、
前記統合手段により時刻毎に１つに統合された予測シナリオに基づいて移動経路を探索する経路探索手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の移動経路設定装置において、
前記統合手段は、
前記予測シナリオ作成手段により作成された複数の予測シナリオの各々に基づいて、前記移動体の移動時の安全性に対する危険度を数値化して地図データ上に表した危険度マップを作成するとともに、
作成された複数の危険度マップに基づいて、時刻毎の複数の危険度マップ上の対応する各地点における前記危険度の統合値を算出することにより、前記複数の危険度マップを時刻毎に１つに統合した統合危険度マップを作成し、
前記経路探索手段は、前記統合手段により作成された統合危険度マップに基づいて、前記危険度が最も小さくなる移動経路を探索することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の移動経路設定装置において、
前記移動体が無人航空機であり、
当該移動経路設定装置が前記無人航空機に搭載されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４及び請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の移動経路設定装置と同様の特徴を具備する移動経路設定方法及び移動経路設定プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，４，５に記載の発明によれば、移動体の外囲状況に関する外囲情報が取得され、当該外囲情報と外囲状況に関する確率モデルとに基づいて、将来の所定時刻における移動体の外囲状況を予測した予測シナリオが時刻毎に複数作成される。そして、作成された複数の予測シナリオに基づいて移動経路が探索される。
そのため、移動時の安全性を脅かし得る外囲状況の要因に対応する確率モデルを備えておくことにより、将来に起こり得る様々な外囲状況の変化を想定して移動経路を設定することができる。
したがって、大気条件しか考慮できなかった従来と異なり、移動時の安全性を脅かし得る様々な要因を考慮した、より安全な移動経路を作成・設定することができる。
【００１２】
また、複数の予測シナリオが時刻毎に１つに統合され、この時刻毎に１つに統合された予測シナリオに基づいて１つの移動経路が探索される。
したがって、各予測シナリオについて経路探索を行って複数の移動経路を作成し、これら複数の移動経路の中から最適なものを選択する手法に比べ、比較的に計算時間の長い経路探索計算（最適化計算）が１度で足り、時間短縮を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、移動経路設定装置の経路設定対象である移動体が無人航空機であり、当該移動経路設定装置がこの無人航空機に搭載されているので、当該無人航空機を安全に自律飛行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における無人航空機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】飛行経路設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】現在の外囲状況例を示す図である。
【図４】将来の時刻における予測シナリオ例を示す図である。
【図５】図３の外囲状況例に対応する現在の危険度マップを示す図である。
【図６】図４の予測シナリオ例に対応する危険度マップを示す図である。
【図７】図６の危険度マップを統合した統合危険度マップを示す図である。
【図８】統合危険度マップに基づく経路探索を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る移動経路設定装置，移動経路設定方向及び移動経路設定プログラムを、無人航空機の飛行経路を設定する飛行経路設定装置，飛行経路設定方法及び飛行経路設定プログラムに適用した場合の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［飛行経路設定装置の構成］
まず、本実施形態における飛行経路設定装置１０の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、飛行経路設定装置１０が搭載された無人航空機１の概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
飛行経路設定装置１０は、本実施形態では無人航空機１に搭載されており、将来の状況予測によって自機の安全な飛行経路を作成・設定するものである。無人航空機１は、本実施形態においては、障害物が存在する領域内を飛行するものである。
具体的に、飛行経路設定装置１０は、図１に示すように、機体センサー１１と、通信部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを備えて構成されている。
【００１８】
機体センサー１１は、無人航空機１の飛行状態を検出したり、機体の外囲状況に関する情報（以下、「外囲情報」という）を取得したりするための各種のセンサーであり、レーダー，映像センサー（カメラ），ジャイロセンサー，速度センサー，ＧＰＳ（Global Positioning System）等を含んで構成されている。これらの機体センサー１１は、制御部１４からの制御指令に基づいて各種情報を取得し、その信号を制御部１４へ出力する。
【００１９】
通信部１２は、地上（海上及び空中を含む）の管制設備や他の航空機との間で通信を行い、互いに各種信号を送受信可能であるほか、通信ネットワークに接続して各種情報を入手可能なものである。
【００２０】
記憶部１３は、無人航空機１の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１３は、飛行経路設定プログラム１３０を記憶している。
飛行経路設定プログラム１３０は、後述の飛行経路設定処理（図２参照）を制御部１４に実行させるためのプログラムである。
【００２１】
また、記憶部１３には、後述の飛行経路設定処理に必要な情報として、地図データ１３１と、各種の確率モデル１３２とが記憶されている。
地図データ１３１は、山や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道，建造物などの土地の利用状態に関する情報も含めた総合的な地理情報を有するものであり、記憶部１３には、少なくとも無人航空機１の飛行空域を含む所定範囲のものが記憶されている。
【００２２】
確率モデル１３２は、無人航空機１の外囲状況に関するものであって不確定性を有するものについての確率的法則性を表すものである。この確率モデル１３２は、本実施形態においては、障害物の情報（例えば障害物の移動速度・方位、能力・性能など）や天候等に関するものであり、地形、天候、パターン、経験則等に基づいて設定されている。
なお、本実施形態では、障害物の移動速度や天候といった複数種類の外囲状況に対応した複数の確率モデル１３２が記憶部１３に記憶されているが、１種類の外囲状況に対して複数の確率モデル１３２が記憶されていてもよい。例えば、晴天時と台風時とでは天気の急変の確率が大きく異なるため、天候に関する確率モデル１３２として晴天時用と台風時用とが備えられていてもよい。このようにした場合、外囲状況に応じて最適な確率モデル１３２が選択されるようにすればよい。
【００２３】
制御部１４は、無人航空機１の各部を中央制御する。具体的に、制御部１４は、エンジンや舵面駆動用のアクチュエータ等からなる飛行機構１５を駆動制御して無人航空機１の飛行を制御したり、記憶部１３に記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
【００２４】
［飛行経路設定装置の動作］
続いて、飛行経路設定処理を実行する際の飛行経路設定装置１０の動作について、図２を参照して説明する。
図２は、飛行経路設定処理の流れを示すフローチャートである。
【００２５】
飛行経路設定処理は、将来の状況予測に基づいて、より安全な飛行経路を探索・設定する処理であり、本実施形態においては飛行中に随時実行される処理である。この飛行経路設定処理は、地上設備からの制御指令等により当該飛行経路設定処理の実行指示が入力されたときに、制御部１４が記憶部１３から飛行経路設定プログラム１３０を読み出して展開することで実行される。
なお、ここでは、無人航空機１が初期設定された飛行経路に沿って、所定の目標地点に向かって飛行中であるものとする。
【００２６】
図２に示すように、飛行経路設定処理が実行されると、まず制御部１４は、自機（無人航空機１）の外囲情報を取得する（ステップＳ１）。
具体的に、制御部１４は、自機の位置情報や他機の位置情報等を機体センサー１１により取得するとともに、天候・気象情報等を通信部１２により取得し、記憶部１３に記憶させる。
なお、取得される情報は原則として現在（情報取得時）の情報であるが、例えば管制局から得られる他機の移動情報や天候・気象情報など、将来の予測情報も含まれるものについては、この予測情報も取得される。
【００２７】
次に、制御部１４は、将来における自機の外囲状況を予測した予測シナリオＦ（図４参照）を、時刻毎に複数作成する（ステップＳ２）。
具体的に、制御部１４は、ステップＳ１で取得した外囲状況に関する外囲情報と、当該外囲状況に対応する確率モデル１３２等とを記憶部１３から読み出す。そして、制御部１４は、これら外囲情報及び確率モデル１３２等を用いて、例えばモンテカルロ法によるシミュレーションを行い、将来の複数の時刻（例えば、１０分後、２０分後、…）における予測シナリオＦを、所定の将来時刻にまで亘って時刻毎に複数作成する。
【００２８】
次に、制御部１４は、ステップＳ２で作成した複数の予測シナリオＦに対応する複数の危険度マップＭ（図６参照）を作成する（ステップＳ３）。危険度マップＭとは、無人航空機１の飛行安全性（飛行時の安全性）に対する危険度を地図データ１３１上に表したものである。
具体的に、制御部１４は、地図データ１３１を記憶部１３から読み出して、水平面内で格子状（例えば、各辺が南北及び東西に沿った正方格子状）の複数のセルに分割し、各セルにおける危険度を予測シナリオＦから数値化する。
またこのとき、制御部１４は、ステップＳ１で取得した外囲情報に基づいて、現在の危険度マップＭも同時に作成する。
【００２９】
次に、制御部１４は、時刻毎の全ての危険度マップＭを統合して統合危険度マップＭＩ（図７参照）を作成する（ステップＳ４）。
具体的に、制御部１４は、時刻毎の全ての危険度マップＭ上の対応する各セルにおける危険度の統合値を算出し、１つのマップにまとめる。こうして、各時刻に１つの統合危険度マップＭＩが作成される。ここで、危険度の統合値とは、時刻毎の全ての危険度マップＭ上の対応する各セルにおける危険度を、例えば予測シナリオＦの特徴などに応じた係数で個別に重み付けして１つに統合した値である。但し、場合によっては単純に平均値などとしてもよい。
【００３０】
次に、制御部１４は、ステップＳ４で作成した統合危険度マップＭＩに基づいて、自機の現在位置から所定の目標位置までの飛行経路を探索する（ステップＳ５）。
具体的に、制御部１４は、時刻毎に１つに統合された統合危険度マップＭＩを用い、危険度が最も小さくなる最適な飛行経路を探索する。このときの探索手法としては、代表的な探索アルゴリズムの１つであるＡ*アルゴリズム（A-Star algorithm）などが用いられる。
そして、制御部１４は、無人航空機１の飛行経路を探索されたものに更新する。
【００３１】
［飛行経路設定装置の動作例］
続いて、上述した飛行経路設定装置１０の動作について、具体例を挙げて説明する。
本動作例では、無人航空機１が、障害物Ｈや、飛行が困難な悪天候ＢＷの存在する空域を飛行する場合について説明する。
図３〜図８は、本動作例を説明するための図である。このうち、図３は、現在の外囲状況例を示す図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、将来の時刻における予測シナリオＦ例を示す図であり、図５は、図３の外囲状況例に対応する現在の危険度マップＭを示す図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）は、図４（ａ）〜（ｃ）の予測シナリオＦ例に対応する危険度マップＭを示す図であり、図７は、図６（ａ）〜（ｃ）の危険度マップＭを統合した統合危険度マップＭＩを示す図であり、図８は、統合危険度マップＭＩに基づく経路探索を説明するための図である。
【００３２】
飛行経路設定処理が実行されると、機体センサー１１及び通信部１２により自機の外囲情報が取得される（ステップＳ１）。
これにより、図３に示すように、現在（情報取得時）における自機の外囲情報として、３つの障害物Ｈと悪天候ＢＷの存在についての情報が取得される。ここで、障害物Ｈの影響範囲Ｒについては、障害物の情報として記憶部１３に予め記憶されている。
【００３３】
次に、ステップＳ１で取得された外囲情報と、記憶部１３から読み出された確率モデル１３２等とを用いてシミュレーションが行われ、将来の所定時刻毎に複数の予測シナリオＦが作成される（ステップＳ２）。
これにより、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、現在から所定時間後の時刻ｔ１における、３つの障害物Ｈの位置や悪天候ＢＷの状態が異なる３つの予測シナリオＦｔ１が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻ｔ２，ｔ３，…の各々における複数の予測シナリオＦｔ２，Ｆｔ３，…も、同様にして作成される。
【００３４】
次に、各予測シナリオＦでの飛行安定性に対する危険度を数値化して地図データ１３１上に落とし込むことにより、ステップＳ２で作成された複数の予測シナリオＦに対応する複数の危険度マップＭが作成される（ステップＳ３）。また同時に、ステップＳ１で取得された現在の外囲状況に対応する現在の危険度マップＭも作成される。
これにより、図５に示すように、現在（時刻ｔ０）における危険度マップＭｔ０が作成されるとともに、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、時刻ｔ１における３つの予測シナリオＦｔ１に対応する３つの危険度マップＭｔ１が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻ｔ２，ｔ３，…の各々における複数の予測シナリオＦｔ２，Ｆｔ３，…に対応する複数の危険度マップＭｔ２，Ｍｔ３，…も、同様にして作成される。
なお、図５及び図６（ａ）〜（ｃ）では、飛行安全性に対する危険度を、ドットが濃いほど危険度が高いものとして、ドットの濃淡（無地を含む）で示している。また同図では、分かり易さのために障害物Ｈの影響範囲Ｒや悪天候ＢＷを実線で示している。
【００３５】
次に、時刻毎の複数の危険度マップＭにおける各セルの危険度の統合値を算出することにより、当該複数の危険度マップＭを統合した統合危険度マップＭＩが作成される（ステップＳ４）。
これにより、図７に示すように、時刻ｔ１における３つの危険度マップＭｔ１が統合された統合危険度マップＭＩｔ１が作成される。また、図示は省略するが、将来の時刻ｔ２，ｔ３，…における統合危険度マップＭＩｔ２，ＭＩｔ３，…も、同様にして作成される。
【００３６】
次に、ステップＳ４で作成された統合危険度マップＭＩに基づいて、自機の現在位置から所定の目標位置までの飛行経路が探索される（ステップＳ５）。より詳しくは、図８に示すように、現在（時刻ｔ０）における危険度マップＭｔ０と、将来の時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔｎにおける統合危険度マップＭＩｔ１，ＭＩｔ２，…，ＭＩｔｎとを用い、Ａ*アルゴリズムなどによる経路探索が行われ、飛行安全性に対する危険度が最も小さくなる飛行経路が探索される。
そして、無人航空機１の飛行経路が、探索されたものに設定される。
【００３７】
［効果］
以上のように、本実施形態によれば、無人航空機１の外囲状況に関する外囲情報が取得され、当該外囲情報と外囲状況に関する確率モデル１３２とに基づいて、将来の所定時刻における無人航空機１の外囲状況を予測した予測シナリオＦが時刻毎に複数作成される。そして、作成された複数の予測シナリオＦに基づいて飛行経路が探索される。
そのため、飛行安全性を脅かし得る外囲状況の要因に対応する確率モデル１３２を備えておくことにより、将来に起こり得る様々な外囲状況の変化を想定して飛行経路を設定することができる。
したがって、大気条件しか考慮できなかった従来と異なり、飛行安全性を脅かし得る様々な要因を考慮した、より安全な飛行経路を作成・設定することができる。
【００３８】
また、例えば鳥等の航空管制を受けない飛行体や障害物の移動情報など、取得が困難な情報であっても、これに関する確率モデル１３２を備えておくことで、好適に加味して飛行経路を設定することができる。
【００３９】
また、複数の予測シナリオＦが危険度マップＭとして時刻毎に１つに統合され、この時刻毎に１つに統合された予測シナリオＦ（統合危険度マップＭＩ）に基づいて１つの飛行経路が探索される。
したがって、各予測シナリオについて経路探索を行って複数の飛行経路を作成し、これら複数の飛行経路の中から最適なものを選択する手法に比べ、比較的に計算時間の長い経路探索計算（最適化計算）が１度で足り、時間短縮を図ることができる。
【００４０】
また、飛行経路設定装置１０の経路設定対象である航空機が無人航空機１であり、当該飛行経路設定装置１０がこの無人航空機１に搭載されているので、当該無人航空機１を安全に自律飛行させることができる。
【００４１】
［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態では、飛行経路設定装置１０の動作例において、予測シナリオＦを３つ作成する場合について説明したが、作成する予測シナリオＦの数は特に限定されない。但し、より多くの予測シナリオＦを作成した方が、より確度の高い統合危険度マップＭＩを作成することができる。
【００４３】
また、飛行経路設定装置１０の動作例では、飛行安全性を脅かし得る要因が障害物Ｈと悪天候ＢＷである場合について説明したが、これらの要因以外であっても、その危険度を適切に数値化可能であれば、例えば火山灰等の空中の障害物や、飛行安全性を脅かす飛行体の飛行の可能性がある範囲、地形や建造物など、あらゆる要因を考慮することができる。
【００４４】
また、飛行経路設定装置１０を無人航空機１の移動経路の設定に適用した例について説明したが、本発明は、有人の航空機は勿論のこと、車両や船舶など、航空機以外の様々な移動体の移動経路の設定にも適用可能である。
【００４５】
また、飛行経路設定装置１０が無人航空機１に搭載されている例について説明したが、本発明に係る飛行経路設定装置は、地上設備に設けられていてもよいし、機上のものと地上設備のものとで連携して制御を行うように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１          無人航空機
１０        飛行経路設定装置（移動経路設定装置）
１１      機体センサー
１２      通信部
１３      記憶部
１３０  飛行経路設定プログラム（移動経路設定プログラム）
１３１  地図データ
１３２  確率モデル
１４      制御部
Ｆ          予測シナリオ
Ｍ          危険度マップ
ＭＩ        統合危険度マップ
【図１】
0006357176.tif 000002
【図２】
0006357176.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006357176.tif 000009