(57)【要約】【課題】  先行技術においては、高所に避雷針を設置できないような場所では、避雷針による落雷対策が困難であった。  【解決手段】  本発明の無人航空機は、高度を含む現在位置を位置情報として算出する算出手段と、画像を取得する撮像手段と、避雷針と、避雷針と接続し、一方が接地された導線である誘導線と、自機の位置及び高度を制御する機能部である制御部と、外部との情報通信を行う通信部とを備え、算出手段が位置情報を通信部に伝達し、撮像手段が、取得した前記画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、算出した対象物の位置を通信部に伝達し、通信部が、算出手段から受け取った位置情報および撮像手段から受け取った対象物の位置を外部に送信し、位置情報や対象物の位置にもとづく飛行指示情報を外部から受信し、制御部が、受信した飛行指示情報に基づいて自機の位置及び高度を制御する。【選択図】      図１
2017182959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自機の現在の位置及び高度である位置情報を算出する算出手段と、
画像を取得する撮像手段と、
避雷針と、
前記避雷針と接続し、一方が接地された導線である誘導線と、
自機の位置及び高度を制御する機能部である制御部と、
外部との情報通信を行う通信部
とを備え、
前記算出手段が前記位置情報を前記通信部に伝達し、
前記撮像手段が、取得した前記画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、算出した前記対象物の位置を前記通信部に伝達し、
前記通信部が、前記算出手段から受け取った前記位置情報および前記撮像手段から受け取った前記対象物の位置を外部に送信し、前記位置情報や前記対象物の位置にもとづく飛行指示情報を外部から受信し、
前記制御部が、受信した前記飛行指示情報に基づいて自機の位置及び高度を制御する、
無人航空機。
【請求項２】
自機の現在の位置及び高度である位置情報を算出する算出手段と、画像を取得する撮像手段と、避雷針と、前記避雷針と接続し、一方が接地された導線である誘導線と、自機の位置及び高度を制御する機能部である制御部と、外部との情報通信を行う通信部とを備える無人航空機と、
地上局とを備え、
前記算出手段が前記位置情報を前記通信部に伝達し、
前記撮像手段が、取得した前記画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、算出した前記対象物の位置を前記通信部に伝達し、
前記通信部は、前記算出手段から受け取った前記位置情報および前記撮像手段から受け取った前記対象物の位置を前記地上局に送信し、
前記地上局は、受信した前記位置情報や前記対象物の位置にもとづき飛行指示情報を算出し、算出した前記飛行指示情報を前記通信部へ送信し、
前記通信部が、前記飛行指示情報を前記地上局から受信し、
前記制御部が、前記受信した飛行指示情報に基づいて位置及び高度を制御する、
無人航空機制御システム。
【請求項３】
前記地上局は、受信した前記対象物の位置から保護すべき領域を決定し、決定した前記保護すべき領域が、前記避雷針の保護領域内に入るように飛行指示情報を算出する
請求項２に記載した無人航空機制御システム。
【請求項４】
前記地上局は、受信した前記対象物の位置から保護すべき領域を決定し、前記保護すべき領域が一つの前記避雷針による保護領域よりも大きい場合は、前記保護すべき領域が、複数の前記無人航空機が備える避雷針の保護領域を重ね合わせた領域内に入るように飛行指示情報を算出する
請求項２に記載した無人航空機制御システム。
【請求項５】
現在の位置及び高度である位置情報を算出し、
画像を取得し、
取得した前記画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、
前記位置情報および前記対象物の位置を外部に送信し、
前記位置情報や前記対象物の位置にもとづく飛行指示情報を外部から受信し、
受信した前記飛行指示情報に基づいて無人航空機の位置及び高度を制御する、
無人航空機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護対象への落雷を免れることのできる装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
重要施設や人等への落雷を防ぐために、高所の建物の屋上や鉄塔に避雷針が設置される。避雷針は先端を尖らせた棒状の導体であり、保護対象とする建築物などの先端部分に設置される。落雷時にはこの避雷針に稲妻が呼び込まれ、接地に誘導される。これにより建物などへの被害が防がれる。
【０００３】
避雷針により落雷が極めて生じにくくなる範囲を保護領域または防護範囲（Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｚｏｎｅｓ）という。この保護領域については多数の研究調査が行われおり、避雷針の先端よりも高度が低い限られた範囲となることが明らかになっている。現在の日本工業規格（ＪＩＳ）によれば、避雷針の先端から鉛直下方に広がる、頂角が５５度以下の円錐の範囲が落雷を免れる範囲とされている。この頂角は避雷針の保護角度と呼ばれることがある。ＪＩＳによれば、避雷針の先端の高度が高くなるほど避雷針の保護角度は小さい。
【０００４】
特許文献１にはこの保護領域を拡大するための避雷針の構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の避雷針により拡大される保護領域には限界がある。そして保護領域は依然として避雷針の先端よりも高度が低い限られた範囲である。このため、海、湖水、ゴルフ場、山岳部等、高所に避雷針を設置できないような場所では、避雷針による保護領域はきわめて限定的であり、落雷対策は困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、高所に避雷針を設置することができない場所において、保護対象への落雷を免れることができる装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の無人航空機自機の現在の位置及び高度である位置情報を算出する算出手段と、画像を取得する撮像手段と、避雷針と、避雷針と接続し、一方が接地された導線である誘導線と、自機の位置及び高度を制御する機能部である制御部と、外部との情報通信を行う通信部とを備え、算出手段が位置情報を通信部に伝達し、撮像手段が、取得した画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、算出した対象物の位置を通信部に伝達し、通信部が、算出手段から受け取った位置情報および撮像手段から受け取った対象物の位置を外部に送信し、位置情報や対象物の位置にもとづく飛行指示情報を外部から受信し、制御部が、受信した飛行指示情報に基づいて自機の位置及び高度を制御する。
【０００９】
本発明の無人航空機制御システムは、自機の現在の位置及び高度である位置情報を算出する算出手段と、画像を取得する撮像手段と、避雷針と、避雷針と接続し、一方が接地された導線である誘導線と、自機の位置及び高度を制御する機能部である制御部と、外部との情報通信を行う通信部とを備える無人航空機と、地上局とを備え、算出手段が位置情報を通信部に伝達し、撮像手段が、取得した画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、算出した対象物の位置を通信部に伝達し、通信部は、算出手段から受け取った位置情報および撮像手段から受け取った対象物の位置を地上局に送信し、地上局は、受信した位置情報や対象物の位置にもとづき飛行指示情報を算出し、算出した飛行指示情報を通信部へ送信し、通信部が、飛行指示情報を地上局から受信し、制御部が、受信した飛行指示情報に基づいて位置及び高度を制御する。
【００１０】
本発明の無人航空機制御方法は、高度を含む現在位置を位置情報として算出し、画像を取得し、取得した画像から、落雷から保護されるべき対象物の位置を算出し、位置情報および対象物の位置を外部に送信し、位置情報や対象物の位置にもとづく飛行指示情報を外部から受信し、受信した飛行指示情報に基づいて無人航空機の位置及び高度を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高所に避雷針を設置することができない場所において、落雷を免れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る無人航空機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る無人航空機制御システムの全体構成を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る無人航空機制御システムの動作を示すシーケンス図である
【図４】本発明の実施形態に係る地上局で行われる無人航空機の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）の算出方法の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る地上局で行われる無人航空機の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）の算出方法の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。
【００１４】
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る無人航空機の構成を示すブロック図である。
【００１５】
本発明の実施形態に係る無人航空機０１は、ＧＰＳ０２、カメラ部０３、避雷針０４、誘導線０５、制御部０６及び通信部０７を備える。
【００１６】
ＧＰＳ０２は、無人航空機０１の現在位置を算出する手段である。ＧＰＳ０２は、例えば、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ、Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムの受信機である。衛星測位システムの他の例としては、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ、Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）がある。ＧＰＳ０２は、上空に打ち上げられている人工衛星のうち、数個の衛星を見つけ出し、見つけ出した数個の衛星からの信号を受け取り、無人航空機０１の位置（経度、緯度）及び高度を含む位置情報を算出する。あるいは、ＧＰＳ０２は、携帯電話の無線基地局からの電波強度等によって位置情報を算出してもよい。ＧＰＳ０２は、位置情報を算出することからこれらは算出手段と呼ばれてもよい。ＧＰＳ０２は、算出した位置情報をカメラ部０３および通信部０７に伝達する。
【００１７】
カメラ部０３は、外部の風景を撮影し画像を取得する撮像手段である。カメラ部０３は、地上を向くように無人航空機０１に取り付けられる。カメラ部０３は、取得した画像から人や重要建物等を検出する。この人や重要建物等は落雷から保護されるべき対象物（保護対象物）である。さらにカメラ部０３は、受け取った位置情報を用いて検出した人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を算出する。カメラ部０３は、算出した人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を通信部０７に伝達する。
【００１８】
避雷針０４は、先端を尖らせた棒状の導体である。
【００１９】
誘導線０５は、一方が接地された導線である。誘導線０５のもう一方は避雷針０４に接続させる。この構成により、無人航空機０１の下方に落雷が極めて生じにくくなる範囲である保護領域が形成される。この保護領域を避雷針の保護領域と呼ぶことがある。
【００２０】
制御部０６は、無人航空機０１全体の動作を制御する機能部である。
【００２１】
通信部０７は、外部との情報通信を行う機能部である。通信部０７は、ＧＰＳ０２から受け取った位置情報およびカメラ部０３から受け取った人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を地上局０８に送信する。
【００２２】
地上局０８は、受信した位置情報および人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）をもとに、保護対象物が保護領域にすべて入るような複数の無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度を算出し、算出した位置及び高度を複数の無人航空機０１それぞれが備える通信部０７に送信する。この算出した位置及び高度を飛行指示情報と呼ぶ。
【００２３】
通信部０７は飛行指示情報を受信するとこれを制御部０６に伝達する。制御部０６は受け取った飛行指示情報に基づいて無人航空機０１の位置(経度、緯度)及び高度を制御する。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る無人航空機制御システムの全体構成を示す概念図である。
【００２５】
本発明の実施形態に係る無人航空機制御システムは、無人航空機０１と地上局０８を少なくとも備える。無人航空機０１は、遠隔操縦または自律式のクワッドコプターやマルチコプター等の、命令を受けて自律飛行する飛行物体である。
【００２６】
（作用）
図３は、本発明の実施形態に係る無人航空機制御システムの動作を示すシーケンス図である。
【００２７】
情報収集のため無人航空機０１を飛行させる。このとき、より広い範囲について漏れなく情報収集するために複数の無人航空機０１を均等に分布させることが望ましい。無人航空機０１が備えるＧＰＳ０２は、無人航空機０１の現在の位置（経度、緯度）及び高度を含む位置情報を算出し、算出した位置情報を通信部０７に伝達する（ステップＳ０１）。
【００２８】
また、無人航空機０１が備えるカメラ部０３は、取得した画像から人や重要建物等を検出し、検出した人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を算出し、算出した人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を通信部０７に伝達する（ステップＳ０２）。
【００２９】
通信部０７は、ＧＰＳ０２から受け取った位置情報およびカメラ部０３から受け取った人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）を地上局０８に送信する（ステップＳ０３）。
【００３０】
地上局０８は、受信した位置情報および人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）をもとに、保護対象物が保護領域にすべて入るような複数の無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）を算出し、算出した飛行指示情報を複数の無人航空機０１それぞれが備える通信部０７に送信する（ステップＳ０４）。
【００３１】
通信部０７は飛行指示情報を受信するとこれを制御部０６に伝達する（ステップＳ０５）。制御部０６は受け取った飛行指示情報に基づいて無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度を移動させ、保持させるよう制御する。
【００３２】
ＧＰＳ０２およびカメラ部０３はそれぞれ定期的に位置情報の算出または人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）の算出を行い、通信部０７を通じて地上局０８へ送信する。地上局０８は、受信した位置情報および人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）をもとに、新たに飛行指示情報を算出し、算出した飛行指示情報を複数の無人航空機０１それぞれが備える通信部０７に送信する。通信部０７は飛行指示情報を受信するとこれを制御部０６に伝達する。制御部０６は受け取った飛行指示情報に基づいて無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度を制御する。これにより、保護対象物が移動した場合にも移動後の保護対象物の位置が保護領域となるように無人航空機０１を制御することができる。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態に係る地上局０８で行われる無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）の算出方法の一例を説明するための図である。
【００３４】
例えば、地上局０８は、受信した人や重要建物等の位置（経度、緯度、高度）から保護すべき領域Ｒを決定する。このときのＲは１次元の長さである。以降１次元の長さについて説明する。避雷針０４の保護角度をθ、無人航空機０１の高度を飛行高度ｈとすると、図４に示されるような幾何学的関係により、無人航空機０１の備える避雷針の保護領域（長さ）は2×h×tanθとなる。保護すべき領域Ｒがこの保護領域内に入るためには2×h×tanθ>Rであればよい。よって地上局０８は、h>R/(2×tanθ)となる最小のhを算出する。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態に係る地上局０８で行われる無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）の算出方法の他の例を説明するための図である。
【００３６】
保護すべき領域Ｒが一つの保護領域よりも大きい場合は、複数の無人航空機０１によりカバーする。保護すべき領域Ｒが大きい場合、地上局０８は、図５に示されるように、複数の無人航空機０１が備える避雷針０４の保護領域を重ね合わせて、保護すべき領域Ｒをカバーするように無人航空機の位置、高度を決定する。複数の無人航空機０１の数を飛行ドローン数N、複数の保護領域（長さ）の総和に対する重ね合わせた保護領域（長さ）の割合を安全係数Ａとする。安全係数Ａは当然１以下となる。安全係数Ａは予め決めておく。このとき重ね合わせた保護領域（長さ）は2×h×tanθ×N×Aとなる。保護すべき領域Ｒがこの重ね合わせた保護領域内に入るためには2×h×tanθ×N×A>Rであればよい。よって地上局０８は、h>R/(2×tanθ×N×A)となる最小のhを算出する。
【００３７】
一部の無人航空機０１が、機器の故障やバッテリの消耗により高度が維持できなくなった場合には、地上局０８は、その一部を除いて改めて無人航空機０１の位置(経度、緯度)、及び高度（飛行指示情報）の算出を行う。
【００３８】
上述したように、ＧＰＳ０２は定期的に位置情報の算出および通信部０７を通じて地上局０８へ位置情報の送信をしている。このため、地上局０８は飛行ドローン数Nを常に把握することができる。また、地上局０８は、高度が維持できなくなった一部の無人航空機０１を検出することもできる。
【００３９】
（効果）
以上により、無人航空機０１が上空に配置され、落雷時には無人航空機０１が備える避雷針０４に稲妻が呼び込まれ、誘導線０５を通じて安全に接地に誘導することができる。つまり、本実施形態により、高所に避雷針を設置することができない場所において、落雷を免れることができる。本実施形態による無人航空機０１は、撮像手段により取得された画像に含まれる保護対象物の位置が、当該無人航空機０１が備える避雷針の保護領域に含まれるように、無人航空機０１の位置及び高度が制御される。このため、保護対象物の位置が変化した場合であっても、無人航空機０１が備える避雷針の保護領域をその変化に追従させることができる。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
０１    無人航空機
０２    ＧＰＳ
０３    カメラ部
０４    避雷針
０５    誘導線
０６    制御部
０７    通信部
０８    地上局
【図１】
2017182959.tif 000003
【図２】
2017182959.tif 000004
【図３】
2017182959.tif 000005
【図４】
2017182959.tif 000006
【図５】
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