JP2023175386A - 飛行システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、無人航空機を容易かつ高い位置精度で、定点に誘導できる飛行システムの提供を目的とする。【解決手段】本発明の一実施形態に係る飛行システムは、無人航空機と、上空から識別可能であり、上記無人航空機に定点を伝達する表示装置とを備え、上記表示装置に表示され、上記定点を示すための第１画像要素が、コードが表示されない中空領域を含む２次元バーコードであり、上記中空領域に上記第１画像要素と相似な第２画像要素が縮小表示される入れ子構造を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、飛行システムに関する。

無人航空機（いわゆるドローン）は、近年、配送システム、監視システム、農薬散布等の農業支援などその応用範囲が飛躍的に広がっている。

近年は移動体、例えば自動車と連携したドローンの活用が注目されている。この移動体及びドローンを備える飛行システムでは、例えば自動車のルーフが離着陸台となり、飛行中のドローンをこの離着陸台に着陸させることが必要となる。

この離着陸台は、一般に地上に設定される静止した着陸場所よりも面積が狭い。さらに、移動体に設けられた離着陸台に着陸したドローンに対して、再飛行に備えて充電が行われる。この充電方法として、離着陸台に設けられた非接触充電システムが用いられるのが一般的である。このような非接触充電システムでは、離着陸台に設けられたコイルに対するドローンに設けられたコイルの相対位置が充電効率に大きく影響する。この充電効率を高めるため、ドローンを高い位置精度で着陸させることが求められている。

この要求に対し、移動体に設けられた離着陸台が上空から識別可能な表示装置を有し、着陸環境情報を含む画像を上記表示装置に表示する飛行システムが提案されている（特開２０２０－１４９６４０号公報参照）。この飛行システムでは、離着陸台側から着陸環境情報を画像を通じて伝達することで着陸の位置精度を高めている。

特開２０２０－１４９６４０号公報

上記飛行システムで、画像表示によりドローン側から遠方の離着陸台の着陸位置を視認するには、一定の大きさの指標が必要となる。例えば数ｃｍの精度で位置を制御したい場合に、遠方から認識できる大きさが数十ｃｍであると、この指標の大きさ自体が位置誤差となり得る。一方、無線通信等を介して離着陸台側から着陸環境情報を伝達する方式である場合、通信環境等に依存して一定の遅延が生じ得る。この遅延は、高速で移動するドローンにあっては位置精度の誤差となり得る。このようにドローンがリアルタイムに精度の高い位置情報を得ることは難しい。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、無人航空機を容易かつ高い位置精度で、定点に誘導できる飛行システムの提供を目的とする。

本発明の一実施形態に係る飛行システムは、無人航空機と、上空から識別可能であり、上記無人航空機に定点を伝達する表示装置とを備え、上記表示装置に表示され、上記定点を示すための第１画像要素が、コードが表示されない中空領域を含む２次元バーコードであり、上記中空領域に上記第１画像要素と相似な第２画像要素が縮小表示される入れ子構造を有している。

本発明の飛行システムは、無人航空機を容易かつ高い位置精度で、定点に誘導できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る飛行システムを示す構成図である。 図２は、図１の自動車を上空から見た状態を示す模式図である。 図３は、図１の無人航空機の構成例を示すブロック図である。 図４は、図１の自動車の構成例を示すブロック図である。 図５は、図２の表示装置に表示される画像の一例を示す模式図である。 図６は、図５の第１画像要素を示す模式図である。 図７は、図５の第２画像要素を示す模式図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一実施形態に係る飛行システムは、無人航空機と、上空から識別可能であり、上記無人航空機に定点を伝達する表示装置とを備え、上記表示装置に表示され、上記定点を示すための第１画像要素が、コードが表示されない中空領域を含む２次元バーコードであり、上記中空領域に上記第１画像要素と相似な第２画像要素が縮小表示される入れ子構造を有している。

当該飛行システムは、第１画像要素と第２画像要素とが同一のコードを示し、かつ第１画像要素に比べて第２画像要素が小さく、従って解像度も高い。この構成により、第１画像要素を認識できる距離が第２画像要素を認識できる距離よりも大きく、第２画像要素が示す定点の位置精度が第１画像要素が示す定点の位置精度よりも高い。このため、無人航空機は、比較的遠距離から第１画像要素を認識し、その第１画像要素が示す定点へアプローチすることができる。そして、上記無人航空機が上記定点へ近づき、第２画像要素を認識できる距離に至ると、上記無人航空機は、第２画像要素を利用することで、高い位置精度で定点に移動できる。

上記入れ子構造が、複数回繰り返されているとよい。このように上記入れ子構造を複数回繰り返すことで、段階的に位置精度を高めることができるので、より遠距離から、あるいはより高い精度で無人航空機を誘導できるようになる。

上記中空領域の中心に、上記定点を示すマーカーが表示されているとよい。上記中空領域には、第１画像要素及び第２画像要素ともにコードを有していないので、この領域の中心に上記マーカーを表示することで、無人航空機から上記定点を認識し易くすることができる。

上記中空領域の形状が、上記第１画像要素の外形と相似形をなしており、上記第２画像要素の外形と上記中空領域の形状とが一致するとよい。各形状をこのような関係とすることで、所望の相似比の上記第１画像要素及び上記第２画像要素を少ない表示領域で表示することができる。

上記無人航空機が離着陸可能な離着陸台を備え、上記表示装置が、上記離着陸台に配設されており、上記定点が、上記無人航空機の着陸ポイントであるとよい。当該飛行システムは、無人航空機を離着陸台に着陸させる場合に、特に好適に用いられる。

ここで、「無人航空機」とは、人が搭乗せず、無線による遠隔操縦又は搭載コンピュータにあらかじめプログラムされたパターンで自律飛行をする航空機の総称であり、典型的には自律航法装置を備えた小型のマルチロータヘリコプタ（ドローン）を指す。「上空」とは、地上の基準点から天頂となす角度が４５度以内かつ基準点からの相対高度が５ｍ以内の範囲を指すものとする。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る飛行システムについて、適宜図面を参照しつつ詳説する。

図１に示す飛行システムは、無人航空機１と、移動体である自動車２と、上記移動体に搭載され、無人航空機１が離着陸可能な離着陸台３と、図２に示すように離着陸台３に配設され、上空から識別可能である表示装置４とを備える。当該飛行システムは、無人航空機１を離着陸台３に着陸させる場合に、特に好適に用いられる。

当該飛行システムでは、無人航空機１が自動車２の離着陸台３に搭載されて目的地まで運搬される。目的地に到着後、無人航空機１は離着陸台３から離陸し、所定の位置まで移動する。所定の位置まで移動した無人航空機１Ａは、所定の活動、例えば配送、監視、農薬散布等を行う。その間、自動車２は移動している。所定の活動を終えた無人航空機１Ａは、移動後の自動車２Ｂまで移動し、その離着陸台３へ着陸する。図１で無人航空機１Ｂは、離着陸台３へ着陸した状態を表している。

＜無人航空機＞
無人航空機１は、例えば図３に示すように、記憶部１１と、カメラ１２と、画像認識部１３と、センサ部１４と、着陸制御部１５と、機体制御用信号送受信部１６と、映像データ用無線送受信部１７と、通信制御部１８とを備える構成とすることができる。

（記憶部）
記憶部１１は、各種情報を一時的あるいは恒久的に記憶する。記憶部１１は、例えば半導体メモリ、固定ディスク、リムーバルディスク等で構成される。

記憶部１１が記憶する情報としては、例えば無人航空機１（自機）のＩＤ情報、着陸すべき自動車２のＩＤ情報などを挙げることができる。また、例えば画像認識部１３が画像処理を行う際、記憶部１１は、その処理データを一時記憶するために用いてもよい。

（カメラ）
カメラ１２は、図１に示すように、無人航空機１が着陸時に下方を撮像できるように設置されている。具体的な位置は特に限定されないが、例えば図１に示すように無人航空機１の胴体の下面にレンズが下方に向くように取り付けられている。

カメラ１２としては、無人航空機１に搭載可能な公知のカメラを用いることができる。カメラ１２は、例えば風景や地形の撮影、飛行時の周囲の監視等を行うカメラと共通としてもよい。

カメラ１２は、後述する離着陸台３の表示装置４に表示された画像５を撮影することができる。撮影した画像５は後述する通信制御部１８を介して記憶部１１に格納される。

（画像認識部）
画像認識部１３は、表示装置４に表示された画像５をカメラ１２により認識する。この画像認識部１３は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置により構成することができる。上記演算処理装置として、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の画像処理専用のプロセッサを用いてもよい。

具体的には、画像認識部１３は、記憶部１１に格納されているカメラ１２の撮影画像を後述する通信制御部１８を介して読み出し、その画像に対して演算処理（いわゆる画像処理）を行うことで着陸に必要な情報（着陸環境情報）を抽出する。抽出される着陸環境情報については、後述する。

（センサ部）
センサ部１４は、無人航空機１の位置や飛行状態等を検出するためのジャイロセンサ、速度センサ、航法センサ等の公知の機体センサを有する。

また、センサ部１４は、無人航空機１の周辺の環境を測定する環境センサを備えてもよい。上記環境センサとしては、例えば無人航空機１から見た自動車２の相対運動（位置、速度や進行方向）を検出するセンサや、無人航空機１と離着陸台３との間の障害物等を検出するセンサを挙げることができる。無人航空機１は、離着陸台３に着陸するまでの間、離着陸台３とは高度差がある。特に高度差が大きい段階においては、地上にある離着陸台３とは風速や気流の方向が異なる。無人航空機１は飛行しているため、これら風速や気流により着陸のための飛行制御に誤差が生じ得るが、上記環境センサとして、自動車２の相対運動を検出する環境センサを備えることで、この誤差を補正し易くなる。また、障害物等を検出するセンサを備えることで、安全な着陸径路を探索し易くできる。

（着陸制御部）
着陸制御部１５は、主に画像認識部１３、必要に応じてセンサ部１４及び後述する機体制御用信号送受信部１６等から得られる情報に基づき、飛行経路を決定し、安全に無人航空機１を離着陸台３へ着陸できるよう無人航空機１の姿勢や速度、進行方向を制御する。

着陸制御部１５は、飛行経路や無人航空機１の取るべき姿勢を算出する例えばＣＰＵ等の演算処理装置と、無人航空機１の飛行制御装置とにより構成される。上記演算処理装置は、例えば画像認識部１３の演算処理装置など他に設けられている演算処理装置の一部又は全部を兼ねてもよいし、それぞれ独立に設けてもよい。無人航空機１の飛行制御装置は公知であるため、詳細説明を省略する。

（機体制御用信号送受信部）
機体制御用信号送受信部１６は、自動車２と無人航空機１との間で機体制御用信号を送受信するためのアンテナである。

上記機体制御用信号としては、無人航空機１が着陸を行う場合であれば、例えば無人航空機１から自動車２への着陸要求信号や、自動車２から無人航空機１への着陸許可信号など、公知の着陸動作に必要な信号が挙げられる。

また、機体制御用信号送受信部１６は、無人航空機１の位置情報を確認するためのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星との通信を行うこともできるよう構成されている。

（映像データ用無線送受信部）
映像データ用無線送受信部１７は、カメラ１２で撮影した映像データを自動車２へ送信し、また自動車２で撮影した映像データを受信するためのアンテナである。

この映像データ用無線送受信部１７は、機体制御用信号送受信部１６と兼ねて１つのアンテナとしてもよいが、データ送受信の効率化の観点から別々に設けられることが好ましい。

（通信制御部）
通信制御部１８は、機体制御用信号送受信部１６及び映像データ用無線送受信部１７で自動車２と通信を行うための変復調、符号化及び復号化を行うとともに、記憶部１１、カメラ１２、画像認識部１３、センサ部１４、着陸制御部１５、機体制御用信号送受信部１６及び映像データ用無線送受信部１７の間でのデータのやり取りを制御する。

この通信制御部１８は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置により構成することができる。上記演算処理装置は、例えば画像認識部１３や着陸制御部１５の演算処理装置など他に設けられている演算処理装置の一部又は全部を兼ねてもよいし、それぞれ独立に設けてもよい。

また、通信制御部１８が自動車２と通信を行う回線は、特に限定されず公知の回線、例えばモバイルに用いられる３Ｇ帯や４Ｇ帯、ＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ ８０２．１１規格の無線ＬＡＮ）、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度道路交通システムで利用されているＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）などを利用することができる。

＜自動車＞
自動車２は、図４に示すように、無人航空機１を制御するための車載機６を備える。車載機６は、例えば表示制御部６０と、記憶部６１と、カメラ６２と、画像認識部６３と、センサ部６４と、距離方位演算部６５と、コマンド生成部６６と、機体制御用信号送受信部６７と、映像データ用無線送受信部６８と、通信制御部６９とを有する。

（表示制御部）
表示制御部６０は、画像５を表示装置４に表示する。具体的には、表示制御部６０は、後述する表示装置４に表示する画像５を構成する画像情報データを作成し、表示装置４に送信する。この表示制御部６０は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置により構成することができる。

（記憶部）
記憶部６１は、各種情報を一時的あるいは恒久的に記憶する。記憶部６１は、無人航空機１の記憶部１１と同様に構成できる。

記憶部６１には、その領域の一部にデータベースが格納されていてもよい。このデータベースには、無人航空機１のＩＤや制御のためのシーケンス手順等の各種情報、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に必要な音声認識データなど格納され、複数種の無人航空機１の制御を実現したり、乗員からの声による指示を認識したりすることが可能とする。

（カメラ）
カメラ６２は、自動車２の離着陸台３へ着陸体勢に入っている無人航空機１を自動車２側から撮影するために用いられる。

このカメラ６２は、無人航空機１を撮影できる限り、その種類は特に限定されない。また、カメラ６２は、無人航空機１を撮影できるように自動車２の上部、好ましくは離着陸台３に上空を撮影できるように設置される。

カメラ６２が撮影した画像は、後述する通信制御部６９を介して記憶部６１に格納される。

（画像認識部）
画像認識部６３は、上述のようにカメラ６２で撮影された無人航空機１を認識する。この画像認識部６３は、認識対象が無人航空機１である点を除き、無人航空機１の画像認識部１３と同様に構成できる。

（センサ部）
センサ部６４は、離着陸台３の位置、高度、風速及び照度、並びに自動車２の速度及び進行方向を取得するための測定装置等を有する。

離着陸台３の位置は、ＧＰＳ衛星からの情報に基づいて取得可能である。離着陸台３の高度は、ＧＰＳ衛星からの情報に基づいてもよいが、センサ部６４として高度計を備えてもよい。離着陸台３の風速や照度は、センサ部６４として風速計や照度計を備えることで取得できる。自動車２の速度は、自動車２が自走のために有する速度計を用いることで取得できる。自動車２の進行方向は、ＧＰＳ衛星からの情報に基づいてもよいが、センサ部６４として方位計を備えてもよい。

（距離方位演算部）
距離方位演算部６５は、着陸体勢に入っている飛行中の無人航空機１と自動車２との距離と方位とを算出する。距離方位演算部６５は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置により構成することができる。この演算処理装置は、例えば画像認識部６３の演算処理装置など他に設けられている演算処理装置の一部又は全部を兼ねてもよいし、それぞれ独立に設けてもよい。以下、演算処理装置で構成されるものについては、同様である。

無人航空機１は比較的小さいため、距離方位を測定するための基点は、例えば無人航空機１の重心位置等で代表できる。一方、自動車２は比較的大きいため、距離方位を測定するための基点は、無人航空機１が実際に着陸する離着陸台３に設定することが好ましく、無人航空機１が実際に着陸する際の中心位置となる定点（詳細は後述する）に設定することがさらに好ましい。このように基点を決定することで、着陸に必要な距離及び方位の精度を高めることができる。

無人航空機１と自動車２との距離及び方位の算出は、カメラ６２により撮影されたドローンの画像データとカメラ６２の撮影方位とを用いて行うことができる。あるいは、無人航空機１から映像データ用無線送受信部１７を介して送信されてくる画像データを用いてもよい。さらに、ＧＰＳ衛星からの無人航空機１や自動車２の位置情報を用いることもできる。これらは単独で用いてもよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。組み合わせて用いることで、距離及び方位の算出精度を向上させることができる。

（コマンド生成部）
コマンド生成部６６は、離着陸台３の表示装置４に表示すべき着陸環境情報を含む情報の生成と、その情報に対応した無人航空機１への制御コマンドとを生成する。コマンド生成部６６は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置により構成することができる。

上記着陸環境情報を含む情報は、後述する通信制御部６９を介して表示制御部６０へ送信され、表示制御部６０により画像情報データが作成され、表示装置４に表示される。コマンド生成部６６は、この着陸環境情報としてセンサ部６４で取得した情報である離着陸台３の位置、高度、風速及び照度、並びに自動車２の速度及び進行方向を用いる。つまり、上記着陸環境情報は、離着陸台３の位置、高度、及び照度、並びに自動車２の速度及び進行方向のうちの少なくとも１つを含む。上記着陸環境情報として、これらのうちの少なくとも１つを含めることで、自動車２が移動することで変化し易い情報を無人航空機１の着陸制御に利用することができるので、着陸制御がさらに容易となるうえに、着陸の位置精度をさらに高められる。

コマンド生成部６６は、無人航空機１の着陸時には、リアルタイムで表示装置４に表示すべき情報の生成を行う。コマンド生成部６６からの情報に基づいて表示制御部６０により画像情報データが作成され、表示装置４に表示されるから、表示制御部６０が表示する画像５により、無人航空機１の着陸時に上記着陸環境情報がリアルタイムで更新される。このように表示制御部６０が表示する画像５により、無人航空機１の着陸時に上記着陸環境情報を実質的にリアルタイムで更新することにより、さらに着陸の位置精度を高められる。なお、「リアルタイム」は、所定の間隔をおいて更新作業を行う場合を含み、上記所定の間隔は、１０分以下、好ましくは５分以下とされる。

一方、上記制御コマンドは、通信制御部６９を介して機体制御用信号送受信部６７から無人航空機１へ送信される。無人航空機１へ送信された制御コマンドは、無人航空機１の機体制御用信号送受信部１６で受信され、着陸制御部１５へ送られる。なお、この制御コマンドは、主として機体制御用のコマンドであるが、他のコマンドを含んでもよい。

（機体制御用信号送受信部）
機体制御用信号送受信部６７は、自動車２と無人航空機１との間で機体制御用信号を送受信するためのアンテナである。この機体制御用信号送受信部６７は、無人航空機１の機体制御用信号送受信部１６と同様に構成される。

（映像データ用無線送受信部）
映像データ用無線送受信部６８は、カメラ６２で撮影した映像データを無人航空機１へ送信し、また無人航空機１で撮影した映像データを受信するためのアンテナである。この映像データ用無線送受信部６８は、無人航空機１の映像データ用無線送受信部１７と同様に構成される。

（通信制御部）
通信制御部６９は、機体制御用信号送受信部６７及び映像データ用無線送受信部６８で無人航空機１と通信を行うための変復調、符号化及び復号化を行うとともに、表示制御部６０、記憶部６１、カメラ６２、画像認識部６３、センサ部６４、距離方位演算部６５、コマンド生成部６６、機体制御用信号送受信部６７、及び映像データ用無線送受信部６８の間でのデータのやり取りを制御する。

この通信制御部６９は、例えばＣＰＵ等の演算処理装置により構成することができる。また、通信を行う回線としては、無人航空機１の通信制御部１８と対応する回線が用いられる。

＜離着陸台＞
離着陸台３の設置位置は、無人航空機１が着陸可能であれば特に限定されず、図１に示すように自動車２のルーフや、荷台、ボンネット等適宜の位置とできる。また、離着陸台３の広さは、無人航空機１が着陸可能な大きさとされる。

＜表示装置＞
表示装置４は、無人航空機１に定点を伝達する。上記定点は、無人航空機１の飛行経路において目標となるスポットであり、当該飛行システムのように離着陸を行う場合、上記定点は、無人航空機１の着陸ポイントとすることができる。なお、上記定点は、必ずしも着陸ポイントとする必要はなく、例えば離着陸台３のコーナーの１つにおいてもよい。この場合、無人航空機１は着陸ポイントを定点からの相対位置で把握し、着陸を行うことになる。

表示装置４は離着陸台３の上面側に配設されている。表示装置４を離着陸台３の最表面に配設し、表示装置４自体に無人航空機１を着陸させることもできるが、離着陸台３を表面がメッシュ状で、かつ表面側から流入する空気を側方へ流出する空気孔を有する中空板状の部材で構成し、表示装置４を上記部材の中空部で、空気の側方への流出を妨げない位置に配設することが好ましい。このような構成にあっては、無人航空機１は上記部材のメッシュ状部分に着陸する。無人航空機１は着陸時には下方に向かって強い気流を発生するが、この下方気流はメッシュを通過し、上記空気孔を介して側方へ流出する。このため、無人航空機１の着陸直前に発生し易い離着陸台３からの反射気流の影響を低減でき、無人航空機１の着陸制御の安定性を高められる。また、表示装置４を上記部材の中空部に配設することで、無人航空機１が直接着陸することがないため、表示装置４の故障や破損の発生を低減できる。なお、この構成では、メッシュの径は、表示装置４の表示を上空から識別可能な程度に粗くされる。

表示装置４としては、公知の液晶ディスプレイ等を用いることができるが、中でもフレキシブルディスプレイが好ましい。フレキシブルディプレイを用いることで、画像表示が必要な際に離着陸台３に適宜配設することができるので、不要時は格納することで表示装置４の故障や破損の発生を低減できる。また、フレキシブルディスプレイは薄いので、無人航空機１の着陸時の下方気流に影響を与え難い。

表示装置４の形状（表示画面の平面視形状）としては、正方形状又は長方形状（合わせて「方形状」ともいう）とすることができる。表示装置４の形状を方形状とすることで、既存のディスプレイを容易に用いることができる。また、表示装置４の形状としては、円形状とすることもできる。表示装置４の形状を円形状とすることで、その中心を上記定点として利用することで、無人航空機１から上記定点を認識し易くすることができる。

表示装置４の１辺の長さ（表示装置４が円形状である場合は、その直径の長さ）の下限としては、３０ｃｍが好ましく、４０ｃｍがより好ましい。一方、表示装置４の１辺の長さの上限としては、１００ｃｍが好ましく、６０ｃｍがより好ましい。表示装置４の１辺の長さが上記下限未満であると、画像５の大きさが制約され、無人航空機１から認識できる距離が短くなるおそれがある。逆に、表示装置４の１辺の長さが上記上限を超えると、離着陸台３に配設することが困難のなるおそれや、離着陸台３が不必要に大きくなり過ぎるおそれがある。

表示装置４は、調光可能なものが好ましく、またカラー表示可能なものが好ましい。さらに、表示装置４の最大光量の下限としては、４０００ＬＵＸが好ましく、４５００ＬＵＸがより好ましい。表示装置４の最大光量が上記下限未満であると、画像５の明るさが制約され、無人航空機１から認識できる距離が短くなるおそれがある。一方、表示装置４の最大光量の上限は、特に限定されないが、消費電力等の観点から、例えば１００００ＬＵＸとされる。

＜画像＞
当該飛行システムにおいて、表示装置４に表示される画像５について説明する。画像５は、図５に示すように、第１画像要素５１と、第２画像要素５２と、第３画像要素５３と、マーカー５４とから構成されている。なお、図５において、矢印は自動車２の進行方向を示している。

（第１画像要素）
第１画像要素５１は、表示装置４に表示され、上記定点を示すための画像要素である。第１画像要素５１は、図６に示すように、コードが表示されない中空領域５１ｘを含む２次元バーコードである。

図６に示す第１画像要素５１では、２次元バーコードは８×８の正方形状のマトリックスであり、中空領域５１ｘとして、その中央の４×４のマトリックスが不使用である。つまり、中空領域５１ｘの形状は、第１画像要素５１の外形と相似形をなしている。なお、この構成は一例であって他の構成を妨げるものではない。

２次元バーコードの１マスを構成する正方形の１辺の長さの下限としては、３ｃｍが好ましく、４ｃｍがより好ましい。一方、上記１辺の長さの上限としては、７ｃｍが好ましく、６ｃｍがより好ましい。上記１辺の長さが上記下限未満であると、無人航空機１から認識できる距離が短くなるおそれがある。逆に、上記１辺の長さが上記上限を超えると、表示装置４に表示できなくなるおそれや、第１画像要素５１により無人航空機１に伝達できる情報が不十分となるおそれがある。

２次元バーコードは、例えば以下のようにコードを割り付けることができる。なお、これは一例であって、コードの割り付けは任意に決定することができる。

前方から第１列には、固定の前方向パターン５１ａが割り付けられている。また、前方から第５列（最終列）には、固定の後方向パターン５１ｂが割り付けられている。この２つのパターンを参照することで、自動車２の進行方向を知ることができる。

中間に位置する第２列から第７列には、着陸環境情報パターン５１ｃが割り付けられている。この着陸環境情報は、上述したように自動車２側で得られる環境情報であり、自動車２の車載機６に備えられたコマンド生成部６６で生成される。

（第２画像要素）
図７に示す第２画像要素５２は、第１画像要素５１と相似であり、第１画像要素５１の中空領域５１ｘに縮小表示される（図５参照）。つまり、第１画像要素５１と第２画像要素５２とは入れ子構造になっている。

第２画像要素５２で表示されている２次元バーコードは、第１画像要素５１で表示されている２次元バーコードと、値も含め同一である。

第２画像要素５２の外形と第１画像要素５１の中空領域５１ｘの形状とは、図５に示すように、一致していることが好ましい。各形状をこのような関係とすることで、所望の相似比の第１画像要素５１及び第２画像要素５２を少ない表示領域で表示することができる。

第１画像要素５１と第２画像要素５２との相似比は、１．５：１以上３：１以下が好ましい。上記相似比が上記下限未満であると、中空領域５１ｘを広く取る必要が生じるため、各画像に含められる情報量が制約されるおそれがある。逆に、上記相似比が上記上限を超えると、無人航空機１のスムーズな着陸制御が困難となるおそれがある。

（第３画像要素）
第３画像要素５３は、第２画像要素５２と相似であり、第２画像要素５２の中空領域５２ｘに縮小表示される（図５参照）。つまり、第２画像要素５２と第３画像要素５３とも入れ子構造になっている。なお、第２画像要素５２に対する第３画像要素５３の関係は、第１画像要素５１に対する第２画像要素５２の関係と同一であるので、第３画像要素５３の詳細説明は省略する。

上記入れ子構造は、例えば第１画像要素５１及び第２画像要素５２のみ（１回のみ）とすることもできるが、このように複数回（図５では２回）繰り返されているとよい。上記入れ子構造を複数回繰り返すことで、段階的に位置精度を高めることができるので、より遠距離から、あるいはより高い精度で無人航空機１を誘導できるようになる。

上記入れ子構造の数としては、２以上５以下が好ましい。上記入れ子構造の数が上記下限未満（すなわち１）であると、段階的に位置精度を高める効果は得られない。逆に、上記入れ子構造の数が上記上限を超えると、入れ構造の数を増やすことによる位置精度の向上効果が不十分となるおそれがある。

（マーカー）
マーカー５４は、上記定点を示す。当該飛行システムでは、無人航空機１は、この定点を目標に着陸する。

マーカー５４は、任意の位置に表示することもできるが、中空領域５１ｘ（５２ｘ）の中心に表示されているとよい。中空領域５１ｘには、第１画像要素５１及び第２画像要素５２ともにコードを有していないので、この領域の中心にマーカー５４を表示することで、無人航空機１から上記定点を認識し易くすることができる。

マーカー５４の形状は特に限定されないが、円環状又は円形状とすることができる。マーカー５４の大きさは、要求される位置精度にもよるが、例えば直径で１ｃｍ以上３ｃｍ以下とすることができる。この場合、誤差数ｃｍでの制御が可能となる。

＜着陸制御方法＞
当該飛行システムにおける着陸制御方法を説明するに当たり、まず、無人航空機１の飛行について簡単に説明する。無人航空機１は、配送システム、監視システム、農業支援などに用いられる。例えば監視システムとして、自動車２から無人航空機１を用いて自動車２の周囲の風景画像を取得する場合、無人航空機１は、自動車２を離陸し上昇後、自動車２の上空でホバリングする。次に、水平飛行により目的地へ速やかに移動後、目的地近傍の上空でホバリングしつつ、最終の撮影ポイントへ高度や位置を調整しながら比較的低速で移動する。撮影ポイントで風景画像を取得した後、再び水平飛行する高度に復帰し、着陸地近傍へ速やかに移動する。着陸地近傍に移動した後は、下降及び着陸を行う。なお、上述では撮影ポイントのみで撮影する場合で説明しているが、水平飛行中に画像取得することも可能である。

この着陸制御方法は、水平飛行する高度に復帰した後、着陸地近傍へ速やかに移動し下降及び着陸を行う過程で用いられる。上記着陸制御方法は、誘導ステップと着陸ステップとに分けられる。

（誘導ステップ）
誘導ステップでは、無人航空機１のカメラ１２が離着陸台３の表示装置４の画像５を認識できる位置まで自動車２が無人航空機１を誘導する。

具体的には、自動車２の車載機６のコマンド生成部６６が生成した着陸指示に関する制御コマンドを、機体制御用信号送受信部６７を介して無人航空機１に送信する。この制御コマンドには、例えば自動車２のＩＤ（以下、「車両ＩＤ」）、無人航空機１のＩＤ（以下、「航空機ＩＤ」）、着陸地点位置、到着予定時間などが含まれる。

車両ＩＤは、自動車２の固有ＩＤであり無人航空機１はこの車両ＩＤにより自機が着陸すべき自動車２を特定することができる。また、航空機ＩＤは無人航空機１の固有ＩＤであり、無人航空機１はこの航空機ＩＤにより自機への制御コマンドであるか否かの認識をすることができる。

着陸地点位置は、無人航空機１の着陸を予定している地点であり、自動車２が無人航空機１を収容するための移動先でもある。この着陸地点位置は、ＧＰＳで規定される位置情報を用いてもよく、予め無人航空機１及び自動車２間で定められ、無人航空機１の記憶部１１及び自動車２の記憶部６１に格納されたスポット名を用いてもよい。また、到着予定時間は、自動車２が着陸地点位置への移動を完了する予測時間である。

当該飛行システムでは、無人航空機１の作業中に、無人航空機１が離着陸する自動車２が移動可能である。従って、無人航空機１を離陸させた位置と、着陸させる位置とが同一とは限らない。また、この制御コマンドを送信した時点で自動車２が、無人航空機１の着陸位置にいるとは限らない。このため、着陸地点位置及び到着予定時間の情報を無人航空機１との間で共有する必要がある。

この着陸指示に関する制御コマンドについて、機体制御用信号送受信部１６を介して受け取った無人航空機１は、通信制御部１８で車両ＩＤ及び航空機ＩＤを確認し、自機への指示であること及び着陸すべき自動車２及び自機の着陸地点位置を認識する。

無人航空機１は、例えばセンサ部１４の情報から取得した現在の自機位置及び着陸見込時間を車両ＩＤ及び航空機ＩＤに加え、機体制御用信号送受信部１６を介して自動車２へ送信する。例えば着陸見込時間は、現在の自機位置、着陸予定地点及び自機の予定飛行速度を用いて算出することができる。なお、これらの情報を自動車２へ送信することは必須ではなく、例えば着陸指示の制御コマンドを受信した旨の信号のみを送ってもよい。

これらの制御コマンドのやり取りを行った後、無人航空機１及び自動車２は上記着陸予定地点へ向かう。着陸地点位置及び到着予定時間等の情報は、移動中に変化し得る情報であるため、定期的に更新されてもよく、あるいは一定の変化が生じた際にその都度更新してもよい。この情報の更新は、誘導ステップを再度行うことによりすることができる。

（着陸ステップ）
このステップは、自動車２及び無人航空機１が着陸地点位置に移動した後に行う。無人航空機１が着陸地点位置に移動しているか否かは、無人航空機１が第１画像要素５１の２次元バーコードを認識できるか否かにより判断する。認識できない場合は、誘導ステップを継続し、無人航空機１をさらに自動車２に接近させるか、高度が低いと判断される場合は、無人航空機１の高度を上げて第１画像要素５１の視認性を高めてもよい。

誘導ステップから着陸ステップに切り変わる際には、第１画像要素５１は認識できるが、第１画像要素５１よりも小さい第２画像要素５２、第３画像要素５３及びマーカー５４は認識できないという状態になり得る。しかし、無人航空機１は、最も大きい第１画像要素５１を認識できるので、第１画像要素５１の情報をもとに、定点へのアプローチを続けられる。第２画像要素５２以下が認識できないことから、この段階では無人航空機１と上記定点とは遠距離にあり、許容される誤差も大きい。従って第１画像要素５１のみの情報でアプローチを続けることが可能である。

着陸ステップに入った後は、無人航空機１は基本的には第１画像要素５１が示す定点に向かってアプローチすればよい。例えば図５に示す画像５に基づく場合、上記定点は第１画像要素５１の中空領域５１ｘにあることは既知であるので、仮にマーカー５４を無人航空機１が認識できない場合にあっても、この中空領域５１ｘに向かってアプローチしていけばよい。

上述のように無人航空機１は、無人航空機１自体のカメラ１２やセンサ部１４から得られる情報のみでアプローチを続けることもできるが、自動車２側からの着陸環境情報も併用することで、きめ細かい飛行制御を可能とし、着陸の位置精度を高められる。この自動車２側からの着陸情報は、着陸環境情報パターン５１ｃを介して以下の手順で行える。

まず、自動車２は、車載機６のセンサ部６４により離着陸台３の位置、高度、及び照度、並びに自動車２の速度及び進行方向を取得する。また、距離方位演算部６５は、着陸体勢に入っている飛行中の無人航空機１と自動車２との距離と方位とをカメラ６２から得られる情報等をもとに算出する。

離着陸台３の位置、高度、風速及び照度、並びに自動車２の速度及び進行方向と、無人航空機１と自動車２との距離及び方位は、表示制御部６０を介して表示装置４に着陸環境情報パターン５１ｃとして表示される。着陸環境情報パターン５１ｃには、上記情報以外の情報、例えば車両ＩＤや航空機ＩＤなどが合わせて表示されてもよい。また、上記情報の全てを同時に表示する必要はなく、例えば変化のあった情報のみを表示してもよく、あるいは時分割して順に表示してもよい。

そして、無人航空機１は、画像認識部１３によりカメラ１２で映像から第１画像要素５１を認識し、そのうちの着陸環境情報パターン５１ｃから着陸環境情報を抽出し、自機の着陸制御に用いる。

例えば抽出した着陸環境情報に車両ＩＤや航空機ＩＤの情報が含まれる場合、画像認識部１３は、この車両ＩＤ及び航空機ＩＤの情報から、自機が着陸すべき対象であるか否かを照合する。照合できない場合は、例えば自動車２の車載機６と通信することで、誘導ステップを再実行し、正しい着陸場所へ移動する。照合できた場合は、着陸環境情報の抽出を継続する。

自動車２の速度及び進行方向は、無人航空機１のカメラ１２の映像の経時変化から求めることもできるが、着陸環境情報として送信されてくる着陸環境情報パターン５１ｃに含まれる自動車２の速度及び進行方向を用いることで、その精度を高めることができる。

また、無人航空機１と自動車２との距離及び方位は、無人航空機１のカメラ１２により撮影された映像のみで算出することもできるが、大気の状態等により誤差が生じる場合がある。着陸環境情報として送信されてくる着陸環境情報パターン５１ｃに含まれる自動車２側から測定した無人航空機１と自動車２との距離及び方位の情報を参照することで、この誤差を低減する。これにより無人航空機１の着陸精度を向上させることができる。

さらに、着陸環境情報として送信されてくる着陸環境情報パターン５１ｃに含まれる離着陸台３の風速により着陸地点の実際の風速に基づいた着陸態勢の微修正を行うことができる。

第１画像要素５１に基づいてアプローチを続けていくと、無人航空機１と画像５との距離が縮まり、やがて無人航空機１は、第２画像要素５２が認識できるようになる。このとき、無人航空機１は、情報を取得する対象を第１画像要素５１から第２画像要素５２に切り替える。第２画像要素５２は大きさが第１画像要素５１よりも小さいため、より小さい目標に対してアプローチすることで、制御誤差を低減できる。第２画像要素５２に含まれる情報は、第１画像要素５１と同じであるので、飛行制御を断続することなく、あるいは初期化することなく、アプローチを継続できる。また、第２画像要素５２は、第１画像要素５１の中空領域５１ｘに表示されているので、第１画像要素５１から第２画像要素５２に切り替えても、カメラ１２の向きを変えなくてもよいか、変更を要したとしても微調整ですむ。

さらに第２画像要素５２に基づいてアプローチを続けていくと、無人航空機１は第３画像要素５３を認識できるようになり、情報を取得する対象をこの第３画像要素５３に切り替える。最終的には、無人航空機１は、マーカー５４を認識し、この無人航空機１の着陸ポイントをしめす定点であるマーカー５４上に着陸することができる。

＜利点＞
当該飛行システムは、第１画像要素５１と第２画像要素５２とが同一のコードを示し、かつ第１画像要素５１に比べて第２画像要素５２が小さく、従って解像度も高い。この構成により、第１画像要素５１を認識できる距離が第２画像要素５２を認識できる距離よりも大きく、第２画像要素５２が示す定点の位置精度が第１画像要素５１が示す定点の位置精度よりも高い。このため、無人航空機１は、比較的遠距離から第１画像要素５１を認識し、その第１画像要素５１が示す定点へアプローチすることができる。そして、無人航空機１が上記定点へ近づき、第２画像要素５２を認識できる距離に至ると、無人航空機１は、第２画像要素５２を利用することで、高い位置精度で定点に移動できる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記実施形態では、移動体が自動車である場合を説明したが、移動体は自動車には限定されない。移動体とは陸地又は水上を自走可能な車両を指し、自動車のほか、オートバイ、船舶等が含まれる。

また、離着陸台は移動体に搭載されるものに限られず、陸上や水上に固定されたものであってもよい。

さらに、表示装置は離着陸台に搭載されるものには限定されず、例えばドローンが定点観測すべき農場の位置など特定のポイントに配置されるものを含む。

上記実施形態では、画像要素の２次元バーコードが着陸環境情報パターンを含む場合を説明したが、着陸環境情報パターンを含むことは必須の構成要素ではない。定点の位置のみを伝達する２次元バーコードであってもよい。この場合、移動体側の環境情報を取得し、表示装置に表示する各機能は、その全部あるいは一部を省略してもよい。

上記実施形態では、無人航空機及び自動車がＧＰＳ衛星と通信を行える構成を有する場合を説明したが、本発明はＧＰＳ衛星との通信を行わない飛行システムにも適用可能である。このような飛行システムとしては、例えば無人航空機が自動車から発信される電波を受信することで、自動車の位置（方位や距離）を認識しつつ飛行するシステムを挙げることができる。

上記実施形態では、無人航空機が映像データ用無線送受信部を備える場合を説明したが、例えば自動車で撮影した映像データがない、あるいは無人航空機側で利用しない場合は、送信機能のみを有するものであってもよい。同様に、受信機能のみを有するものであってもよく、さらには映像データ用無線送受信部を備えないものであってもよい。

以上説明したように、本発明の飛行システムは、無人航空機を容易かつ高い位置精度で、定点に誘導できる。

１、１Ａ、１Ｂ 無人航空機
１１ 記憶部
１２ カメラ
１３ 画像認識部
１４ センサ部
１５ 着陸制御部
１６ 機体制御用信号送受信部
１７ 映像データ用無線送受信部
１８ 通信制御部
２、２Ｂ 自動車
３ 離着陸台
４ 表示装置
５ 画像
５１ 第１画像要素
５１ａ 前方向パターン
５１ｂ 後方向パターン
５１ｃ 着陸環境情報パターン
５１ｘ 中空領域
５２ 第２画像要素
５２ｘ 中空領域
５３ 第３画像要素
５４ マーカー
６ 車載機
６０ 表示制御部
６１ 記憶部
６２ カメラ
６３ 画像認識部
６４ センサ部
６５ 距離方位演算部
６６ コマンド生成部
６７ 機体制御用信号送受信部
６８ 映像データ用無線送受信部
６９ 通信制御部

Claims (5)

1. 無人航空機と、
   上空から識別可能であり、上記無人航空機に定点を伝達する表示装置と
   を備え、
   上記表示装置に表示され、上記定点を示すための第１画像要素が、コードが表示されない中空領域を含む２次元バーコードであり、
   上記中空領域に上記第１画像要素と相似な第２画像要素が縮小表示される入れ子構造を有している飛行システム。
2. 上記入れ子構造が、複数回繰り返されている請求項１に記載の飛行システム。
3. 上記中空領域の中心に、上記定点を示すマーカーが表示されている請求項１又は請求項２に記載の飛行システム。
4. 上記中空領域の形状が、上記第１画像要素の外形と相似形をなしており、
   上記第２画像要素の外形と上記中空領域の形状とが一致する請求項１又は請求項２に記載の飛行システム。
5. 上記無人航空機が離着陸可能な離着陸台を備え、
   上記表示装置が、上記離着陸台に配設されており、
   上記定点が、上記無人航空機の着陸ポイントである請求項１又は請求項２に記載の飛行システム。
   

Images