(57)【要約】【課題】自律運転時であっても効率よく移動し、高い安全性を維持できる運転経路を生成する。【解決策】  対象エリア80内における移動装置100の運転経路を生成する運転経路生成システムであって、前記対象エリアの端辺上における測定点座標を取得する対象エリア情報取得部10と、前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する移動可能エリア生成部20と、を備える。  【選択図】図９
2020085240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成システムであって、
前記対象エリアの端辺上における複数の測定点座標を取得する対象エリア情報取得部と、
前記複数の測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する移動可能エリア生成部と、
を備える、運転経路生成システム。
【請求項２】
前記移動可能エリア生成部は、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判断した場合に、ユーザインターフェース装置を介して使用者に通知する、
請求項１記載の運転経路生成システム。
【請求項３】
前記移動可能エリア生成部は、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、当該不適切と判定した測定点座標の情報を、前記ユーザインターフェース装置を介して利用者に通知する、
請求項２記載の運転経路生成システム。
【請求項４】
前記対象エリア情報取得部の取得する測定点座標は３次元座標であり、
前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点座標における２点の測定点を通る直線の水平面に対する傾きが所定以上となる測定点座標がある場合に、当該測定点座標が不適切と判定する高所異常確認部を備える、
請求項１乃至３のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項５】
前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点座標が、周方向に隣接する順序通りに取得されているか否かを判定する測定順序確認部を備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項６】
前記測定順序確認部は、前記複数の測定点座標を前記対象エリア情報取得部で取得される順番に基づいて連結する仮想連結線分を規定し、複数の前記仮想連結線分が水平面上において互いに交わる交点の有無を確認し、前記交点の有無に基づいて、前記複数の測定点座標が、周方向に隣接する順序で取得されているか否かを判定する、
請求項５記載の運転経路生成システム。
【請求項７】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該複数の測定点を１個に統一する測定点統一部を備える、
請求項１乃至６のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項８】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該近接した複数の測定点の一方を除外して移動可能エリアを生成する、
請求項７記載の運転経路生成システム。
【請求項９】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該近接した複数の測定点座標の平均値の座標を統一測定点とし、当該統一測定点及び他の測定点に基づいて移動可能エリアを生成する、
請求項７記載の運転経路生成システム。
【請求項１０】
前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点を端点とする多角形の形状を前記多角形よりも頂点の数が少ない多角形に形状を近似して、当該近似した多角形を前記移動可能エリアとする、
請求項1乃至９のいずれかに記載の運転経路生成システム。
【請求項１１】
前記移動可能エリア生成部は、任意の前記測定点の周方向に隣接する第１隣接測定点座標と逆周方向に隣接する第２隣接測定点とを連結する仮想線分と、前記測定点と、の距離が所定未満のとき、当該測定点を前記移動可能エリアの端点座標から除外する多角形近似処理部をさらに備える、
請求項１０記載の運転経路生成システム。
【請求項１２】
前記多角形近似処理部は、前記第１隣接測定点および前記測定点を連結する仮想線分と、前記第２隣接測定点および前記測定点を連結する仮想線分と、の成す角が１８０°を超える測定点において、前記第１隣接測定点および前記第２隣接測定点を連結する仮想線分と、前記測定点との距離が所定未満のとき、当該測定点を近似処理対象点に決定し、当該測定点を通り前記第１隣接測定点および前記第２隣接測定点を連結する仮想線分と平行な多角形近似線を規定し、前記多角形近似線と前記複数の測定点座標を連結する連結線分との交点を、前記移動可能エリアの端点座標とする、
請求項１１記載の運転経路生成システム。
【請求項１３】
前記移動可能エリア生成部は、１個の前記近似処理対象点が決定されるとき、さらに前記第１隣接測定点又は前記第２隣接測定点の周方向に隣接する第３隣接測定点が近似処理対象点であるかを順次判定し、１又は連続する複数の近似処理対象点を決定し、
前記１又は複数の近似処理対象点に隣接する、前記近似処理対象点とは異なる点同士を連結する長仮想線分から最も遠い前記近似処理対象点を通り、前記長仮想線分と平行な多角形近似線を規定し、前記多角形近似線と前記複数の測定点座標を連結する連結線分との交点を、前記移動可能エリアの端点座標とする、
請求項１２記載の運転経路生成システム。
【請求項１４】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の運転経路生成システムで生成された前記移動可能エリア内を飛行する、ドローン。
【請求項１５】
ネットワークを介して前記運転経路生成システムと接続され、運転経路生成システムにより前記移動可能エリア内に生成される運転経路を受信して、前記運転経路に沿って飛行可能な、請求項１２記載のドローン。
【請求項１６】
基地局と、座標測量装置とを有する座標測量システムであって、
前記座標測量装置は、
前記基地局からの信号に基づいて、対象エリアの端辺上における測定点座標を取得する座標検出部と、
前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する移動可能エリア生成部と、
を有する、座標測量システム。
【請求項１７】
対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成方法であって、
対象エリアの端辺上における測定点座標を取得するステップと、
前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成するステップと、
を含む、運転経路生成方法。
【請求項１８】
対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成プログラムであって、
対象エリアの端辺上における測定点座標を取得する命令と、
前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する命令と、
をコンピューターに実行させる、運転経路生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、運転経路生成システム、運転経路生成方法、運転経路生成プログラム、座標測量システム、およびドローンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプター（マルチコプター）の応用が進んでいる。その重要な応用分野の一つとして農地（圃場）への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる（たとえば、特許文献１）。比較的狭い農地においては、有人の飛行機やヘリコプターではなくドローンの使用が適しているケースが多い。【０００３】
準天頂衛星システムやRTK-GPS（Real Time Kinematic - Global Positioning System）などの技術によりドローンが飛行中に自機の絶対位置をセンチメートル単位で正確に知ることができるようになったことで、日本において典型的な狭く複雑な地形の農地でも、人手による操縦を最小限として自律的に飛行し、効率的かつ正確に薬剤散布を行なえるようになっている。【０００４】
その一方で、農業用の薬剤散布向け自律飛行型ドローンについては安全性に対する考慮が十分とは言いがたいケースがあった。薬剤を搭載したドローンの重量は数10キログラムになるため、人の上に落下する等の事故が起きた場合に重大な結果を招きかねない。また、通常、ドローンの操作者は専門家ではないためフールプルーフの仕組みが必要であるが、これに対する考慮も不十分であった。今までに、人間による操縦を前提としたドローンの安全性技術は存在していたが（たとえば、特許文献２）、特に農業用の薬剤散布向けの自律飛行型ドローンに特有の安全性課題に対応するための技術は存在していなかった。【０００５】
また、ドローンが自律飛行を行う運転経路を自動で生成する方法が必要とされている。特許文献３には、圃場において、往復走行させる往復走行経路と、外周形状に沿って周回させる周回走行経路とを生成する走行経路生成システムが開示されている。このシステムは、苗植付装置等の地上走行型の機械が想定されている。【０００６】
特許文献４には、圃場の外形線が内側に局部的に入り込んだ凹部を有する場合の経路生成を行う走行経路生成装置が開示されている。特許文献５には、走行領域内に存在する障害物を迂回する走行経路を生成する自律走行経路生成システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許公開公報  特開２００１−１２０１５１
【特許文献２】特許公開公報  特開２０１７−１６３２６５
【特許文献３】特許公開公報  特開２０１８−１１７５６６
【特許文献４】特許公開公報  特開２０１８−１１６６１４
【特許文献５】特許公開公報  特開２０１７−２０４０６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
自律運転時であっても効率よく移動し、高い安全性を維持できる運転経路を生成する運転経路生成システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る運転経路生成システムは、対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成システムであって、前記対象エリアの端辺上における複数の測定点座標を取得する対象エリア情報取得部と、前記複数の測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する移動可能エリア生成部と、を備える。【００１０】
前記移動可能エリア生成部は、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判断した場合に、ユーザインターフェース装置を介して使用者に通知するものとしてもよい。【００１１】
前記移動可能エリア生成部は、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、当該不適切と判定した測定点座標の情報を、前記ユーザインターフェース装置を介して利用者に通知するものとしてもよい。【００１２】
前記対象エリア情報取得部の取得する測定点座標は３次元座標であり、前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点座標における２点の測定点を通る直線の水平面に対する傾きが所定以上となる測定点座標がある場合に、当該測定点座標が不適切と判定する高所異常確認部を備えるものとしてもよい。【００１３】
前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点座標が、周方向に隣接する順序通りに取得されているか否かを判定する測定順序確認部を備えるものとしてもよい。【００１４】
前記測定順序確認部は、前記複数の測定点座標を前記対象エリア情報取得部で取得される順番に基づいて連結する仮想連結線分を規定し、複数の前記仮想連結線分が水平面上において互いに交わる交点の有無を確認し、前記交点の有無に基づいて、前記複数の測定点座標が、周方向に隣接する順序で取得されているか否かを判定するものとしてもよい。【００１５】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該複数の測定点を１個に統一する測定点統一部を備えるものとしてもよい。【００１６】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該近接した複数の測定点の一方を除外して移動可能エリアを生成するものとしてもよい。【００１７】
前記移動可能エリア生成部は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が所定範囲内に近接した測定点が存在する場合に、当該近接した複数の測定点座標の平均値の座標を統一測定点とし、当該統一測定点及び他の測定点に基づいて移動可能エリアを生成するものとしてもよい。【００１８】
前記移動可能エリア生成部は、前記複数の測定点を端点とする多角形の形状を前記多角形よりも頂点の数が少ない多角形に形状を近似して、当該近似した多角形を前記移動可能エリアとするものとしてもよい。【００１９】
前記移動可能エリア生成部は、任意の前記測定点の周方向に隣接する第１隣接測定点座標と逆周方向に隣接する第２隣接測定点とを連結する仮想線分と、前記測定点と、の距離が所定未満のとき、当該測定点を前記移動可能エリアの端点座標から除外する多角形近似処理部をさらに備えるものとしてもよい。【００２０】
前記多角形近似処理部は、前記第１隣接測定点および前記測定点を連結する仮想線分と、前記第２隣接測定点および前記測定点を連結する仮想線分と、の成す角が１８０°を超える測定点において、前記第１隣接測定点および前記第２隣接測定点を連結する仮想線分と、前記測定点との距離が所定未満のとき、当該測定点を近似処理対象点に決定し、当該測定点を通り前記第１隣接測定点および前記第２隣接測定点を連結する仮想線分と平行な多角形近似線を規定し、前記多角形近似線と前記複数の測定点座標を連結する連結線分との交点を、前記移動可能エリアの端点座標とするものとしてもよい。【００２１】
前記移動可能エリア生成部は、１個の前記近似処理対象点が決定されるとき、さらに前記第１隣接測定点又は前記第２隣接測定点の周方向に隣接する第３隣接測定点が近似処理対象点であるかを順次判定し、１又は連続する複数の近似処理対象点を決定し、
前記１又は複数の近似処理対象点に隣接する、前記近似処理対象点とは異なる点同士を連結する長仮想線分から最も遠い前記近似処理対象点を通り、前記長仮想線分と平行な多角形近似線を規定し、前記多角形近似線と前記複数の測定点座標を連結する連結線分との交点を、前記移動可能エリアの端点座標とするものとしてもよい。【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の別の観点に係るドローンは、上述のいずれかに記載の運転経路生成システムで生成された前記移動可能エリア内を飛行する。【００２３】
上記ドローンは、ネットワークを介して前記運転経路生成システムと接続され、運転経路生成システムにより前記移動可能エリア内に生成される運転経路を受信して、前記運転経路に沿って飛行可能なものとしてもよい。【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の別の観点に係る座標測量システムは、基地局と、座標測量装置とを有する座標測量システムであって、前記座標測量装置は、前記基地局からの信号に基づいて、対象エリアの端辺上における測定点座標を取得する座標検出部と、前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する移動可能エリア生成部と、を有する。【００２５】
上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係る運転経路生成方法は、対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成方法であって、対象エリアの端辺上における測定点座標を取得するステップと、前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成するステップと、を含む。【００２６】
上記目的を達成するため、本発明のさらに別の観点に係る運転経路生成プログラムは、対象エリア内における移動装置の運転経路を生成する運転経路生成プログラムであって、対象エリアの端辺上における測定点座標を取得する命令と、前記測定点座標の適否を判定し、前記判定により前記複数の測定点座標のいずれかが不適切と判定した場合に、前記移動装置が移動可能な移動可能エリアの生成を行わず、又は前記移動可能エリアの生成に当該不適切と判定される測定点座標を利用せず、前記判定により前記複数の測定点座標が適切と判定した場合に、前記複数の測定点座標に基づいて、前記移動可能エリアを生成する命令と、をコンピューターに実行させる。
なお、コンピュータプログラムは、インターネット等のネットワークを介したダウンロードによって提供したり、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
自律運転時であっても効率よく移動し、高い安全性を維持できる運転経路を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明に係るドローンの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】上記ドローンの正面図である。
【図３】上記ドローンの右側面図である。
【図４】上記ドローンの背面図である。
【図５】上記ドローンの斜視図である。
【図６】上記ドローンが有する薬剤散布システムの全体概念図である。
【図７】上記ドローンの制御機能を表した模式図である。
【図８】本願発明に係る運転経路生成システムの様子を示す全体概念図であって、ネットワークを介して接続される運転経路生成装置、ドローン、基地局、操作器、および座標測量装置の様子を示す図である。
【図９】上記運転経路生成装置の機能ブロック図である。
【図１０】上記運転経路生成装置が運転経路を生成する圃場の例であって、（a）測定点を、周方向に隣接する順序通りに測定し、当該順序に従って各隣接点同士を連結した仮想連結線分を示す概略図、（b）測定点を、周方向に隣接する順序とは異なる順序で測定し、測定順序に従って各隣接点同士を連結した仮想連結線分を示す概略図である。
【図１１】上記運転経路生成装置が運転経路を生成する圃場の別の例を示す概略図である。
【図１２】上記圃場において、180°を超える角度に対して多角形近似処理を行う様子を示す概略図である。
【図１３】上記運転経路生成装置が運転経路を生成する圃場の別の例であり、特に進入禁止エリアの様子を示す概略図である。
【図１４】上記運転経路生成装置が有する座標適否判定部が、取得される測定点の情報に基づいて移動可能エリアを生成する工程を示すフローチャートである。
【図１５】上記座標適否判定部が有する重複測定点統一部が、重複測定点を統一する工程を示すフローチャートである。
【図１６】上記座標適否判定部が有する極近測定点統一部が、近接する測定点を統一する工程を示すフローチャートである。
【図１７】上記座標適否判定部が有する高度異常確認部が、異常な高度座標を有する測定点を抽出し、警報を通知する工程を示すフローチャートである。
【図１８】上記座標適否判定部が有する測定順序確認部が、周方向に隣接する順に測定点座標が取得されているかを確認し、測定点座標が隣接する順に取得されていないときに警報を通知する工程を示すフローチャートである。
【図１９】上記座標適否判定部が有する多角形近似処理部が、１８０°以下の角度に対して多角形近似処理を行う工程を示すフローチャートである。
【図２０】上記多角形近似処理部が、１８０°を超える角度に対して多角形近似処理を行う工程を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の別の実施の形態に係る座標測量システムであって、運転経路生成装置と、ネットワークを介して接続されるドローン、基地局、操作器、および座標測量装置の様子を示す全体概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための形態について説明する。図はすべて例示である。以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施形態の完全な理解を促すために、ある特定の詳細について述べられている。しかしながら、実施形態は、これらの特定の詳細に限られない。また、図面を単純化するために、周知の構造および装置については概略的に示されている。
【００３０】
本願明細書において、ドローンとは、動力手段（電力、原動機等）、操縦方式（無線であるか有線であるか、および、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等）を問わず、複数の回転翼を有する飛行体全般を指すこととする。ドローンは移動装置の例であり、本願発明に係る運転経路生成装置により生成される運転経路の情報を適宜受信し、当該運転経路に沿って飛行することが可能である。
【００３１】
図１乃至図５に示すように、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b（ローターとも呼ばれる）は、ドローン100を飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、8機（2段構成の回転翼が4セット）備えられている。
【００３２】
モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4ａ、102-4bは、回転翼101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4bを回転させる手段（典型的には電動機だが発動機等であってもよい）であり、一つの回転翼に対して1機設けられている。モーター（102）は、推進器の例である。１セット内の上下の回転翼（たとえば、101-1aと101-1b）、および、それらに対応するモーター（たとえば、102-1aと102-1b）は、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、互いに反対方向に回転する。なお、一部の回転翼101-3b、および、モーター102-3bが図示されていないが、その位置は自明であり、もし左側面図があったならば示される位置にある。図２、および、図３に示されるように、ローターが異物と干渉しないよう設けられたプロペラガードを支えるための放射状の部材は水平ではなくやぐら状の構造である。衝突時に当該部材が回転翼の外側に座屈することを促し、ローターと干渉することを防ぐためである。
【００３３】
薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4は、薬剤を下方に向けて散布するための手段であり4機備えられている。なお、本願明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指すこととする。
【００３４】
薬剤タンク104は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン100の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられている。薬剤ホース105-1、105-2、105-3、105-4は、薬剤タンク104と各薬剤ノズル103-1、103-2、103-3、103-4とを接続する手段であり、硬質の素材から成り、当該薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ106は、薬剤をノズルから吐出するための手段である。
【００３５】
図6に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。操作器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報（たとえば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等）を表示するための手段であり、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。本願発明に係るドローン100は自律飛行を行なうよう制御されるが、離陸や帰還などの基本操作時、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていてもよい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操作機（図示していない）を使用してもよい（非常用操作機は緊急時に迅速に対応が取れるよう大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であってもよい）。操作器401とドローン100はWi-Fi等による無線通信を行う。
【００３６】
圃場403は、ドローン100による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場403の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場403は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。
【００３７】
基地局404は、Wi-Fi通信の親機機能等を提供する装置であり、RTK-GPS基地局としても機能し、ドローン100の正確な位置を提供できるようになっていてもよい（Wi-Fi通信の親機機能とRTK-GPS基地局が独立した装置であってもよい）。営農クラウド405は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピュータ群と関連ソフトウェアであり、操作器401と携帯電話回線等で無線接続されていてもよい。営農クラウド405は、ドローン100が撮影した圃場403の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行ってよい。また、保存していた圃場403の地形情報等をドローン100に提供してよい。加えて、ドローン100の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行ってもよい。
【００３８】
通常、ドローン100は圃場403の外部にある発着地点406から離陸し、圃場403に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点406に帰還する。発着地点406から目的の圃場403に至るまでの飛行経路（進入経路）は、営農クラウド405等で事前に保存されていてもよいし、使用者402が離陸開始前に入力してもよい。
【００３９】
図7に本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表したブロック図を示す。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピュータであってよい。フライトコントローラー501は、操作器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC（Electronic Speed Control）等の制御手段を介して、モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの回転数を制御することで、ドローン100の飛行を制御する。モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-bの実際の回転数はフライトコントローラー501にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっている。あるいは、回転翼101に光学センサー等を設けて回転翼101の回転がフライトコントローラー501にフィードバックされる構成でもよい。
【００４０】
フライトコントローラー501が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi-Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっている。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護が行われている。また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操作器401上、または、営農クラウド405上や他の場所に存在する別のコンピュータによって実行されてもよい。フライトコントローラー501は重要性が高いため、その構成要素の一部または全部が二重化されていてもよい。
【００４１】
バッテリー502は、フライトコントローラー501、および、ドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であってもよい。バッテリー502はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー501に接続されている。バッテリー502は電力供給機能に加えて、その内部状態（蓄電量、積算使用時間等）をフライトコントローラー501に伝達する機能を有するスマートバッテリーであってもよい。
【００４２】
フライトコントローラー501は、Wi-Fi子機機能503を介して、さらに、基地局404を介して操作器401とやり取りを行ない、必要な指令を操作器401から受信すると共に、必要な情報を操作器401に送信できる。この場合に、通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておいてもよい。基地局404は、Wi-Fiによる通信機能に加えて、RTK-GPS基地局の機能も備えている。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、GPSモジュール504により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。GPSモジュール504は重要性が高いため、二重化・多重化されていてもよく、また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのGPSモジュール504は別の衛星を使用するよう制御されていてもよい。
【００４３】
６軸ジャイロセンサー505はドローン機体の互いに直交する３方向の加速度を測定する手段（さらに、加速度の積分により速度を計算する手段）である。６軸ジャイロセンサー505は、上述の３方向におけるドローン機体の姿勢角の変化、すなわち角速度を測定する手段である。地磁気センサー506は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー507は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。レーザーセンサー508は、レーザー光の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段であり、IR（赤外線）レーザーであってもよい。ソナー509は、超音波等の音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するためのジャイロセンサー（角速度センサー）、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。また、これらのセンサー類は、二重化または多重化されていてもよい。同一目的複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー501はそのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。
【００４４】
流量センサー510は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク104から薬剤ノズル103に至る経路の複数の場所に設けられている。液切れセンサー511は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ512は圃場403を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ513はドローン障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ512とは異なるため、マルチスペクトルカメラ512とは別の機器である。スイッチ514はドローン100の使用者402が様々な設定を行なうための手段である。障害物接触センサー515はドローン100、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または、他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー516は、ドローン100の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー517は薬剤タンク104の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。また、ドローン100外部の基地局404、操作器401、または、その他の場所にセンサーを設けて、読み取った情報をドローンに送信してもよい。たとえば、基地局404に風力センサーを設け、風力・風向に関する情報をWi-Fi通信経由でドローン100に送信するようにしてもよい。
【００４５】
フライトコントローラー501はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ106の現時点の状況（たとえば、回転数等）は、フライトコントローラー501にフィードバックされる構成となっている。
【００４６】
LED107は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。表示手段は、LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー518は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。Wi-Fi子機機能503は操作器401とは別に、たとえば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。Wi-Fi子機機能に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）、NFC等の他の無線通信手段、または、USB接続などの有線通信手段を使用してもよい。スピーカー520は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態（特にエラー状態）を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローン100の視覚的表示が見にくいことがあるため、そのような場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯521はドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。
【００４７】
ドローン100は、様々な形状の圃場に対し、効率よく移動するための運転経路が必要である。すなわち、ドローン100は、ある圃場内に薬剤を散布する場合や、ある圃場内を監視する場合において、当該圃場の上空をくまなく飛行する必要がある。その際、なるべく同じ経路を飛行しないことで、バッテリーの消費や飛行時間を短くすることができる。また、薬剤散布においては、同じ経路に薬剤を散布すると当該経路下の薬剤濃度が高くなってしまう恐れがある。そこで、運転経路生成装置は、ドローン100を始めとする移動装置が圃場の座標情報に基づいて効率よく移動するための運転経路の生成を行う。
【００４８】
図８に示すように、運転経路生成装置1、座標測量装置2、基地局404、操作器401およびドローン100は、運転経路生成システム1000を構成する。運転経路生成装置1、ドローン100、基地局404および座標測量装置2は、ネットワークNWを介して接続されている。運転経路生成装置1は、その機能が営農クラウド405上にあってもよいし、別途の装置であってもよい。圃場は、対象エリアの例である。ドローン100は、移動装置の例である。また、各構成がネットワークNWを介して接続されている構成に代えて、ドローン100が運転経路生成装置1を有する構成であってもよい。さらに、座標測量装置2が運転経路生成装置1を有する構成であってもよい。特に、座標測量装置2は、後述する座標適否判定部25（図9参照）を備えていてもよい。少なくとも、座標測量装置2および基地局404は、座標測量システム2000を構成する。
【００４９】
座標測量装置2は、RTK-GPSの移動局の機能を有する装置であり、圃場の座標情報を測量することができる。座標測量装置2は、使用者により保持して歩行することが可能な小型の装置であり、例えば棒状の装置である。座標測量装置2は、下端を地面についた状態で、使用者が直立して上端部を保持できる程度の長さの、杖のような装置であってもよい。ある圃場の座標情報を読み取るために使用可能な座標測量装置2の個数は、１個であっても複数であってもよい。複数の座標測量装置2により１か所の圃場に関する座標情報を測量可能な構成によれば、複数の使用者がそれぞれ座標測量装置2を保持して圃場を歩行することができるため、測量作業を短時間で完了することができる。
【００５０】
なお、当該測定点の地面の高さは、RTK-GPSに代えて、座標測量装置2がさらに備える、ソナー又はIRレーザーを下向きに発射することで地面の高さを測定する対地高計により計測してもよい。RTK-GPSでの測定においては、上空の複数の衛星と座標測量装置2との位置関係に基づいて地面の高さを測定する。複数の衛星の位置は常に移動しているため、座標測量装置2との位置関係によっては地面の高さを正確に測定できない。例えば、複数の衛星が座標測量装置2の真上に位置していた場合は、地面の高さを正確に測定するのは困難である。そこで、地面の高さに関しては、高さをより正確に測定可能な、別の高度測定装置を備えているとよい。
【００５１】
また、座標測量装置2は、圃場における障害物の情報を測量することができる。障害物は、ドローン100が衝突する危険のある壁や法面、電柱、電線などや、薬剤散布又は監視を要さない各種物体を含む。
【００５２】
座標測量装置2は、入力部201、座標検出部202および送信部203を備える。
【００５３】
入力部201は、座標測量装置2の上端部に設けられる構成であり、例えば使用者の押下を受け付けるボタンである。使用者は、座標測量装置2の下端の座標を測量する際に、入力部201のボタンを押下する。
【００５４】
また、入力部201は、入力される情報が圃場の外周に関する座標であるか、障害物の外周の座標であるかを区別して入力可能に構成されている。さらに、入力部201は、障害物の外周の座標を、障害物の種類と関連付けて入力可能である。
【００５５】
座標検出部202は、基地局404と適宜通信を行って座標測量装置2の下端の３次元座標を検出可能な機能部である。3次元座標は、水平面上において互いに直交するX軸およびY軸上の座標と、水平面に直交するZ軸上の座標である。
【００５６】
送信部203は、入力部201への入力に基づいて、当該入力時の座標測量装置2下端の3次元座標を、ネットワークNWを介して操作器401又は運転経路生成装置1に送信する機能部である。送信部203は、当該３次元座標を、ポインティングされた順番とともに送信する。
【００５７】
圃場の座標情報を読み取る工程において、使用者は、座標測量装置2を持って圃場を移動する。まず、当該圃場の３次元座標を取得する。使用者は、圃場の端点又は端辺上において入力部201によるポインティングを行う。次いで、使用者は、障害物の端点又は端辺上において入力部201によるポインティングを行う。
【００５８】
ポインティングされて送信される圃場の端点又は端辺上の３次元座標は、圃場外周の3次元座標および障害物の３次元座標を区別して、運転経路生成装置1により受信される。また、ポインティングされる３次元座標は、操作器401の受信部4011により受信され、表示部4012により表示されてもよい。また、操作器401は、受信される３次元座標が圃場外周又は障害物の３次元座標として適しているかを判定し、再測量が必要と判定される場合は、表示部4012を通じて使用者に再測量を促してもよい。表示部4012は、ユーザインターフェース装置の例である。
【００５９】
図９に示すように、運転経路生成装置1は、対象エリア情報取得部10、移動可能エリア生成部20、経路生成部40、および経路選択部50を備える。
【００６０】
対象エリア情報取得部10は、座標測量装置2から送信される３次元座標の情報を取得する機能部である。対象エリア情報取得部10は、座標測量装置2により取得される座標情報を、取得される順序とともに取得する。
【００６１】
図9に示すように、移動可能エリア生成部20は、対象エリア情報取得部10により取得される３次元座標に基づいて、圃場80内においてドローン100が移動する移動可能エリア80iを生成する。移動可能エリア生成部20は、座標適否判定部25、進入禁止エリア決定部21、および移動可能エリア決定部22を有する。
【００６２】
座標適否判定部25は、対象エリア情報取得部10により取得される複数の測定点座標の適否を判定し、判定の結果に基づいて、ドローン100が安全に飛行可能な移動可能エリア80iの端点座標を抽出する機能部である。座標適否判定部25は、判定により、取得される測定点座標のいずれかが不適切と判定される場合、移動可能エリア決定部22による移動可能エリアの生成を制限してもよい。また、座標適否判定部25は、取得される測定点座標のいずれかが不適切と判定される場合、移動可能エリア決定部22における移動可能エリアの生成に、当該測定点座標を利用させない。また、座標適否判定部25は、当該不適切と判定した測定点座標の情報を、ユーザインターフェース装置を介して使用者に通知してもよい。
【００６３】
ここで、座標適否判定部25が、不適切と判定される測定点座標を移動可能エリアの生成から除外する構成について、以下に説明する。
【００６４】
座標適否判定部25は、重複測定点統一部251、極近測定点統一部252、高度異常確認部253、測定順序確認部254および多角形近似処理部255を備える。重複測定点統一部251および極近測定点統一部252は、測定点統一部の例である。
【００６５】
重複測定点統一部251は、水平面上又は３次元空間内において重複する測定点座標が存在するか否かを判定し、存在している場合は重複する測定点を１個に統一する機能部である。重複測定点統一部251は、例えば重複する測定点の一方を除外する。また、重複測定点統一部251は、当該複数の測定点座標の平均値を計算し、当該平均値の座標を測定点としてもよい。この構成によれば、移動可能エリア80iの形状をシンプルにし、ドローン100が安全に飛行できる範囲を的確に決定することができる。
【００６６】
極近測定点統一部252は、水平面上又は３次元空間内における複数の測定点間の距離が、互いに所定範囲内に近接して取得されているかを判定し、前記所定範囲内に近接しているとき、当該複数の測定点を１個に統一する機能部である。所定範囲とは、例えばドローン100の散布幅に比べて十分小さい距離である。極近測定点統一部252は、例えば重複する測定点の一方を除外してもよいし、当該複数の測定点座標の平均値を計算し、当該平均値の座標を統一測定点としてもよい。後述する移動可能エリア決定部22は、当該統一測定点及び他の測定点に基づいて、移動可能エリアを生成する。
【００６７】
高度異常確認部253は、複数の測定点座標のうち、高度の測定結果が異常な測定点の有無を判定する機能部である。高度座標は、座標測量装置2が有するRTK-GPSの移動局の機能に基づいて算出されるが、RTK-GPSに使用する衛星と座標測量装置2との位置関係により、正確な高度座標を測定することが困難な場合がある。そこで、高度異常確認部253は、他の測定点に比べて高度の値が著しく異なる場合は、当該測定点を用いた処理を行わず、ユーザインターフェース装置を介して使用者に通知し、再測定を促す。
【００６８】
高度異常確認部253は、複数の測定点間の距離および高低差をそれぞれ算出する。高低差を距離で除することにより傾斜の程度を算出し、傾斜が所定以上の測定点に関しては、再測定を促す。例えば、複数の測定点座標のうち２点の測定点を通る直線の水平面に対する傾きが所定以上となる測定点座標がある場合に、当該測定点座標が不適切と判定してもよい。また、複数の測定点間の傾斜の程度をそれぞれ計算し、いずれの測定点との関係においても傾斜が所定以上となる測定点に関して、再測定を促してもよい。さらに、あらかじめ測定されている座標データと比較し、当該座標データと所定以上異なる場合は、再測定を促すように構成されていてもよい。例えば、日本における国土地理院等の当局が公開している、国土の形状を示すデータを参照してもよい。
【００６９】
高さの測定結果に関する再測定の要否判断は、使用者に行わせてもよい。さらに、当該測定点と平面方向において重複または近接する測定点が存在する場合は、当該測定点を移動可能エリア80iの端点から除外し、重複又は近接する測定点を移動可能エリア80iの端点候補として採用してもよい。
【００７０】
測定順序確認部254は、対象エリア情報取得部10により取得される測定点の水平面上(X-Y平面上）の座標が、周方向に隣接する順序通りに取得されているかを確認する機能部である。
【００７１】
図10(a)及び(b)は、運転経路を生成する圃場における複数測定点の水平面上(X-Y平面上)の位置を示す図である。図10(a)に示すように、測定点41p-45pの水平面上の座標が、周方向に隣接する順序通り、すなわち、41p-45pがこの順に取得されている場合、取得される順序通りに各測定点41p-45pを連結する仮想連結線分41q-45qを規定すると、各仮想連結線分41q-45qが交差しない多角形が規定される。一方、図10(b）に示すように、対象エリア情報取得部10が測定点41p,42p,44p,45p,43pの順で測定点座標を取得している場合、取得される順序通りに各測定点41p-45pを連結する仮想連結線分51q-55qを規定すると、仮想連結線分52qと54q、52qと55qがそれぞれ交差し、水平面上に交点を持つ。このように、測定順序確認部254は、仮想連結線分51q-55qが水平面上において互いに交わる交点の有無を確認し、交点がない場合には、測定点座標が周方向に隣接する順序通りに取得されている、と判定する。交点がある場合には、測定点座標が周方向に隣接する順序通りに取得されていないと判定し、当該測定点を用いた処理を行わず、ユーザインターフェース装置を介して使用者に通知する。具体的には、測定順序確認部254は、使用者に再計測を促す。
【００７２】
多角形近似処理部255は、複数の測定点座標を端点とする多角形の領域において、多角形の形状を、ドローン100が効果的に飛行できる形状に簡素化する機能部である。すなわち、多角形近似処理部255は、測定点を端点とする多角形よりも頂点の数が少ない多角形に形状を近似して、当該近似した多角形を移動可能エリアとする。
【００７３】
多角形近似処理部255は、ある測定点と隣接する測定点とを連結して規定される三角形の形状を確認し、ドローン100の有効幅に対して所定の形状であるとき、当該三角形を移動可能エリアから除外する。より具体的には、多角形近似処理部255は、任意の測定点座標の周方向に隣接する第１隣接測定点と逆周方向に隣接する第２隣接測定点とを連結する仮想線分と、当該測定点座標との距離が所定未満のとき、当該測定点を移動可能エリアの端点座標から除外する。ドローン100の有効幅とは、例えば薬剤散布用ドローン100が１方向の移動で薬剤散布可能な幅である。また、ドローン100の有効幅は、監視用に飛行するドローン100が1方向の移動で監視可能な幅である。
【００７４】
多角形近似処理部255は、第１隣接測定点および第２隣接測定点を連結する仮想線分と、当該測定点座標との距離がドローン100の有効幅未満であるとき、当該測定点を移動可能エリアの端点座標から除外する。有効幅より細い領域には、ドローン100が飛行領域を重複させずに飛行することが困難であるためである。
【００７５】
多角形近似処理部255は、圃場70を区画する多角形の内角が180°を超える測定点と、180°未満の角度を有する測定点とで、異なる近似処理を行う。
【００７６】
図11に示すような圃場70において、測定点60ｐは180°未満の角度を有する点である。また、測定点60pに周方向に隣接する第1隣接点61pおよび逆周方向に隣接する第2隣接点62pを連結する仮想線分60sと、測定点60pとの距離は、ドローン100の有効幅未満である。このとき、多角形近似処理部255は、測定点60pを移動可能エリア70iの端点から除外する。すなわち、多角形近似処理部255は、測定点60p,61p,62pにより規定される三角形を移動可能エリア70iから除外する。圃場70内に生成される移動可能エリア70iは、測定点60p,61p,62pにより規定される三角形が圃場70から除外された領域である。
【００７７】
多角形近似処理部255は、180°を超える角度を有する測定点に関しては、近似処理対象点を特定した上で、当該近似処理対象点に周方向に隣接する測定点に関して近似処理が必要か否かを順次判定し、周方向に連続して配置される１又は複数の測定点により構成される「近似処理範囲」を特定する。多角形近似処理部255は、近似処理範囲に対して一括して近似処理を行い、移動可能エリア70iの形状を簡素化する。
【００７８】
図12に示す圃場70において、圃場70を区画する多角形の内角が180°を超える測定点70pがある。多角形近似処理部255は、測定点70pと、周方向に隣接する第1隣接点71pおよび逆周方向に隣接する第2隣接点72pを連結する仮想線分70sと、の距離がドローン100の有効幅未満であるとき、当該測定点70pを近似処理対象点に決定する。多角形近似処理部255は、第2隣接点72p、および第2隣接点72pの逆周方向に隣接する第3隣接測定点73p、測定点74pについて近似処理対象点の条件を満たしているか否かを順次判定し、近似処理範囲を確定する。同図において、近似処理範囲の始点および終点は、第1隣接点71pおよび測定点74pである。
【００７９】
多角形近似処理部255は、第1隣接点71pおよび測定点74pを連結する長仮想線分71sを規定し、近似処理対象点70p-74pのうち長仮想線分71sから最も遠い点を算出する。同図の例においては、この点は第2隣接点72pである。多角形近似処理部255は、第2隣接点72pを通り長仮想線分71sに平行な多角形近似線72sを、移動可能エリア70iの新たな端辺とする。言い換えれば、長仮想線分71sと、各測定点を周方向に連結する連結線分と、の交点721p,722pを、それぞれ新たな移動可能エリア80iの端点とする。また、さらに言い換えれば、近似処理対象点70p-74pを移動可能エリア70iの端点から除外する。
【００８０】
なお、図21に示すように、本発明の別の実施の形態に係る座標測量システム2001において、座標適否判定部25は、座標測量装置2が備える構成であってもよい。この場合、送信部203は、座標適否判定部25により適切であると判定される座標情報のみを運転経路生成装置1に送信する。この構成によれば、運転経路生成装置1との通信を行うことなく座標の適否を判定することができるため、座標の適否判定を迅速に行うことができる。
【００８１】
図9に示す進入禁止エリア決定部21は、対象エリア情報取得部10により取得される障害物81a,82a,83a,84a,85a（図13参照）の３次元座標および当該障害物の種類に基づいて、ドローン100の進入禁止エリア81b,82b,83b,84b,85bを決定する機能部である。進入禁止エリア81b-85bは、障害物81a-85aおよび障害物周辺のエリアを含む領域である。進入禁止エリア81b-85bは、水平方向および高さ方向に規定される、３次元方向に広がりを有する領域であり、例えば障害物81a-85aを中心にして描かれる直方体状の領域である。なお、進入禁止エリアは、障害物を中心に描かれる球状の領域であってもよい。ドローン100は空中を飛行するため、障害物の高さ方向の大きさによっては障害物の上空を飛行することが可能である。障害物の高さ方向の大きさにより、障害物の上空を進入禁止エリアとはみなさない構成によれば、障害物を過剰に迂回することなく圃場内を効率的に飛行することができる。
【００８２】
障害物外縁から進入禁止エリア81b-85bの外縁に至る距離は、障害物81a-85aの種類により決定される。ドローン100が衝突した場合の危険度が大きい障害物ほど、障害物外縁から進入禁止エリア81b-85bの外縁に至る距離は大きい。例えば、家屋の場合、家屋の外縁から５０ｃｍの範囲を進入禁止エリアとする一方、電線の外縁から８０ｃｍの範囲を進入禁止エリアとする。電線の場合は衝突時にドローン100の故障に加えて送電不良や電線の破壊等の事象が起こり得るため、衝突時の危険度がより高いと考えられるためである。進入禁止エリア決定部21は、障害物の種類と進入禁止エリアの大きさとが関連付けられる障害物テーブルをあらかじめ記憶していて、取得される障害物の種類に応じて進入禁止エリアの大きさを決定する。
【００８３】
移動可能エリア決定部22は、圃場の座標情報からドローン100が移動可能な領域を抽出し、移動可能エリア80iを決定する機能部である。移動可能エリア80iの範囲は、座標適否判定部25により決定される端点座標に囲まれる領域から、進入禁止エリア81b-85bを除外して決定される。特に、移動可能エリア80iの高さ方向に関して、移動可能エリア決定部22は、対象エリア情報取得部10により取得される高さ方向の座標に、作物の高さや、飛行を制御する際に安全が担保できるマージンを合計して、移動可能エリア80iの高さ方向の範囲を決定する。
【００８４】
移動可能エリア決定部22は、座標適否判定部25により、取得される測定点座標のいずれかが不適切と判定された場合、移動可能エリアの生成を行わないことを決定してもよい。
【００８５】
図9に示す経路生成部40は、経路生成対象エリアに、経路パターンに基づいて運転経路を生成する機能部である。経路生成部40は、経路生成対象エリアに複数種類の運転経路を生成可能であってもよい。経路選択部50は、いずれの運転経路に決定するかを選択可能である。使用者は、生成される複数の運転経路を目視して、運転経路を決定してもよい。
【００８６】
また、経路選択部50は、使用者により優先順位の情報が入力可能であってもよい。例えば、使用者は、作業時間、ドローン100のバッテリー消費量、および薬剤消費量のうち、いずれを最優先するかを操作器401に入力する。また、操作器401は、2番目に優先すべき指標を合わせて入力可能であってもよい。経路選択部50は、複数の運転経路のうち、入力される優先順位に最も合致する運転経路を選択する。この構成によれば、使用者の方針に合わせた、効率の良い経路生成が可能である。
【００８７】
●座標適否判定部25が測定点座標の適否を判定するフローチャート
図14を用いて、座標適否判定部25の概略フローチャートを説明する。各工程の詳細については、後述する。同図に示すように、まず、座標適否判定部25は、重複測定点統一部251により重複測定点の判定および統一を行う（S100)。極近測定点統一部252により近接する測定点の判定および統一を行う（S200)。高度異常確認部253は、高度座標の測定結果が異常な測定点の有無を判定する（S300）。高度座標の測定結果が異常な測定点がある場合は、使用者に再測定を促す警報をユーザインターフェース装置を介して通知する。ステップS100,S200およびS300は、順不同であり、同時に行ってもよい。なお、まず高度異常確認処理S300を行い、高度の測定結果が異常な測定点に関して重複又は近接する測定点が存在する場合には、高度が正常に測定されている点を採用するように構成されていてもよい。この構成によれば、高度座標の測定結果が異常であっても、再測定をしなくて済む場合があり、測定作業が簡便になる。
【００８８】
次いで、測定順序確認部254は、対象エリア情報取得部10により取得される測定点の座標が、周方向に隣接する順序通りに取得されているかを確認する（S400）。多角形近似処理部255は、複数の測定点座標のうち、ある測定点と隣接する測定点とを連結して規定される三角形の形状を確認し、ドローン100の移動幅に対して所定の形状であるとき、当該三角形を移動可能エリアから除外する（S500）。
【００８９】
●重複測定点統一部251が行うステップS100の詳細を示すフローチャート
図15に示すように、まず、重複測定点統一部251は、水平面上又は３次元空間内における各測定点間の距離を算出する（S101）。各測定点間距離が0か否かを判定し（S102）、測定点間距離が0の点がある場合は、当該測定点を除外する（S103）。
【００９０】
●極近測定点統一部252が行うステップS200の詳細を示すフローチャート
図16に示すように、まず、極近測定点統一部252は、水平面上又は３次元空間内における各測定点間の距離を算出する（S201）。なお、極近測定点統一部252が距離を算出する工程に代えて、重複測定点統一部251が行うステップS101の結果を取得してもよい。各測定点間距離が所定以下か否かを判定し（S202）、測定点間距離が所定以下の点がある場合は、当該測定点を除外する（S203）。
【００９１】
●高度異常確認部253が行うステップS300の詳細を示すフローチャート
図17に示すように、まず、高度異常確認部253は、各測定点間の３次元方向における各距離を算出する（S301）。なお、高度異常確認部253が距離を算出する工程に代えて、重複測定点統一部251が行うステップS100、又は極近測定点統一部252が行うステップS200の結果を取得してもよい。
【００９２】
高度異常確認部253は、各測定点間距離のうち、X-Y平面、すなわち水平面上における距離と、Z軸方向、すなわち高さ方向における距離と、をそれぞれ求め、当該２点の測定点を通る直線の傾きを算出する。当該傾きが所定以上であるとき（S302）、高度異常確認部253は、使用者に再測定を促す通知を行う（S303）。当該傾きが所定未満であるとき、高度異常確認部253は、当該測定点を移動可能エリアの端点の候補として残留させる。
【００９３】
なお、高度異常確認部253は、使用者に再測定を促すことに代えて、水平面上において重複又は近接する測定点の高さ方向の座標を参照し、当該高さ方向の座標が正常の範囲である場合は、この測定点を移動可能エリアの端点の候補としてもよい。
【００９４】
●測定順序確認部254が行うステップS400の詳細を示すフローチャート
図18に示すように、まず、測定順序確認部254は、座標測量装置2により取得される測定点の測定順序に沿って測定点を互いに連結する連結線分を規定する（S401）。ついで、各連結線分が互いに交差している箇所があるか否かを判定する（S402）。この判定にあたっては、各座標を通る線の式に基づいて、連立方程式の解があるか否かを計算して求めてもよいし、各座標を通る線の式に値を順次代入し、2個の式において成り立つ座標の有無を探索してもよい。
【００９５】
連結線分が互いに交差している箇所があるとき、測定順序確認部254は、使用者に再計測を促す通知を行う（S403）。連結線分が交差している箇所がないとき、測定順序確認部254は、当該測定点を移動可能エリアの端点の候補として残留させる。
【００９６】
●多角形近似処理部255が行うステップS500の詳細を示すフローチャート
図19に示すように、多角形近似処理部255は、180°未満の測定点に関して近似処理を行うために、各測定点に関して順次、以下の処理を行う。以下の説明において、適宜、図11に示す圃場70に移動可能エリア70iを生成する場合を例に説明する。
【００９７】
まず、多角形近似処理部255は、各測定点の角度を算出する（S501）。ついで、算出される角度のうち、180°以下の角の中で最大角度を有する測定点60pを選出する（S502）。
【００９８】
次いで、多角形近似処理部255は、測定点60pの周方向における両隣の測定点61p,62pを直線で結ぶ仮想線分60sと、測定点60pとの距離を算出する（S503）。仮想線分60sと測定点60pとの距離が所定未満の場合（S504）、多角形近似処理部255は、測定点60pを移動可能エリア70iの端点座標から除外する（S505）。次いで、ステップS501の処理に戻り、除外後の各測定点に関して、再度除外の要否を判定する。例えば、測定点60pを除外したことにより、測定点62pにおける角度は変化するため、除外後の各測定点に関して再度除外の要否を判定するとよい。
【００９９】
ステップS504において、仮想線分60sと測定点60pとの距離が所定以上であるとき、多角形近似処理部255は、各測定点を移動可能エリア70iの端点の候補として残留させる。
【０１００】
図20に示すように、多角形近似処理部255は、180°を超える測定点に関して近似処理を行うために、各測定点に関して順次、以下の処理を行う。以下の説明において、その工程における処理の対象となる測定点を対象点と呼ぶ。また、適宜、図12に示す圃場70に移動可能エリア70iを生成する場合を例に説明する。
【０１０１】
まず、多角形近似処理部255は、ある対象点における角度を算出する（S511）。対象点における角度が180°以下であるとき（S512）、対象点を周方向に隣接する測定点に移動させ（S513）、ステップS511に戻る。全ての測定点における角度が180°以下であるとき、多角形近似処理部255は処理を終了する。なお、最初の処理における対象点は、180°以下であるとよい。180°を超える計測点を最初の処理における対象点とすると、対象点が近似処理範囲の中ほどの点である場合、以降に説明する処理において近似処理範囲の始点および終点を正確に算出するのが困難である。
【０１０２】
対象点における角度が180°を超えるとき（S512）、多角形近似処理部255は、対象点70pの周方向に両隣の測定点である、第1隣接点71pおよび第2隣接点72pを結ぶ仮想線分70sと、対象点70pとの距離を算出する（S514）。距離が所定以上のとき（S515）、ステップS513に進み、対象点を隣接する測定点に移動させ、対象点での角度を算出するステップS511に戻る。全ての測定点において、仮想線分との距離が所定未満であるとき、多角形近似処理部255は処理を終了する。
【０１０３】
ステップS515において、仮想線分70sと対象点70pとの距離が所定未満であるとき、多角形近似処理部255は、第1隣接点71pを近似処理対象点とし、かつ、近似処理範囲の始点とする。
【０１０４】
多角形近似処理部255は、対象点を第2隣接点72pに移動させる（S517）。すなわち、第2隣接点72pにおける角度を算出し、180°を超えるか否かを判定する（S518）。第2隣接点72pにおける角度が180°を超えるとき、対象点の周方向に隣接する測定点同士を連結する仮想線分と、対象点との距離が所定未満であるか否かを判定する（S519）。仮想線分と対象点との距離が所定未満であるとき、当該対象点を近似処理対象点であると決定し、対象点を第2隣接点72pに周方向に隣接する測定点、すなわち図12の例においては第3隣接点73pに移動させ、ステップS518に戻る。
【０１０５】
ステップS518-S519において、対象点の角度が180°以下であり、又は仮想線分と対象点との距離が所定以上あるとき、多角形近似処理部255は、近似処理範囲の終点を、当該対象点に決定する（S521）。図12の例においては、近似処理範囲の終点は測定点74pである。
【０１０６】
次いで、多角形近似処理部255は、近似処理範囲の始点および終点、すなわち第1隣接点71pおよび測定点74pを連結する長仮想線分71sを規定し、長仮想線分71sから最も遠い測定点を選出する（S522）。図12の例においては、長仮想線分71sから最も遠い測定点は、第2隣接点72pである。
【０１０７】
多角形近似処理部255は、第2隣接点72pを通り、長仮想線分71sに平行な多角形近似線72sを、移動可能エリア70iの新たな端辺とする（S523）。言い換えれば、長仮想線分71sと、各測定点を周方向に連結する連結線分と、の交点721p,722pを、それぞれ新たな移動可能エリア70iの端点とする。
【０１０８】
このように、多角形近似処理部255が測定点を順次判定し、近似処理範囲を一括して近似する構成によれば、ドローン100の安全な飛行が困難なエリアを効率よく除外することができる。
【０１０９】
本構成によれば、自律運転時であっても効率よく移動し、高い安全性を維持できる運転経路を生成することができる。
【０１１０】
なお、本説明においては、農業用薬剤散布ドローンを例に説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、自律的に動作する機械全般に適用可能である。農業用以外の、自律飛行を行うドローンにも適用可能である。また、自律的に動作する、地面を自走する機械にも適用可能である。
【０１１１】
（本願発明による技術的に顕著な効果）
本発明に係る運転経路生成システムにおいては、自律運転時であっても効率よく移動し、高い安全性を維持できる運転経路を生成する。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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