JP6884003B2 - 無人航空機の追跡装置、無人航空機の追跡方法、無人航空機の追跡システムおよびプログラム - Google Patents

無人航空機の追跡装置、無人航空機の追跡方法、無人航空機の追跡システムおよびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、飛行する無人航空機を光学的に追跡する技術に関する。
無人航空機（ＵＡＶ(Unmanned aerial vehicle)）を測量に用いる技術が知られている。この技術では、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System）を用いた位置測定装置（所謂ＧＰＳ受信機）、ＩＭＵ（慣性航法装置）、高度計、カメラを搭載したＵＡＶを予め定めた経路に沿って飛行させて地上の撮影を行い、航空写真測量等を行う。
ＵＡＶは、ＧＮＳＳを利用して自身の位置を特定できるが、単独測位であるので、その精度は水平方向で１ｍ程度、垂直方向で３ｍ程度であり、写真測量に求められる精度は得られない。ＧＮＳＳを利用したより高精度の位置測定機器（相対測位が可能な機器）をＵＡＶに搭載する方法もあるが、機器の重量や消費電力の点で汎用のＵＡＶに搭載するは難しい。この問題に対する対応して、ＴＳ（トータルステーション）で飛行するＵＡＶを追尾し、ＴＳが備えるレーザー測距機能を用いてＵＡＶの位置を特定する方法がある（例えば、特許文献１を参照）。
ＵＳ２０１４／０２１０６６３号公報
上記のＴＳでＵＡＶを追尾する方法では、ＴＳが備えるターゲットの自動追尾機能が利用される。この技術では、探索用レーザー光でＵＡＶを捕捉および追尾する。ＵＡＶは、探索用レーザー光を入射方向に反射する反射プリズムを備え、この反射プリズムからの反射光をＴＳ側で検出することで、ＴＳによるＵＡＶの追尾が行われる。
ＴＳによるＵＡＶの追尾は、通常以下のようにして行われる。まず飛行開始前の状態にある地上に置いたＵＡＶをＴＳにより捕捉しロックする。次いで、ＵＡＶの飛行を開始し、飛行するＵＡＶの追尾をＴＳにより行う。この方法では、最初の段階で地上に置いたＵＡＶとＴＳの間に障害物があり、最初のロックが困難となる場合がある。また、ターゲットとなるプリズムは、ＵＡＶの下部に配置されているので、地上にあるＵＡＶのプリズムから反射光が上手く得られない状況も有り得る。
上記の問題に対処する方法として、飛行開始直後にＵＡＶをホバリングさせ、ＴＳによる捕捉を容易にする方法が考えられる。この場合、ＴＳがＵＡＶを確実に捕捉できるように、ホバリングの時間をある程度余裕をもって設定する必要がある。しかしながら、ホバリングの時間をある程度余裕をもって設定すると、ＵＡＶのバッテリーの消費が問題となる。
また、上記の方法では、ＵＡＶが風で流される等して設定したホバリング位置からのズレが生じた場合に、ＴＳによるＵＡＶのロックに失敗する可能性もある。
このような背景において、本発明は、光学装置でＵＡＶを追尾する際のＵＡＶのロックを確実に行う技術の提供を目的とする。
請求項１に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部とを備え、前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡装置である。請求項２に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と、前記方向算出部により算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行う探索部と、前記探索部が前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信する送信部とを備える無人航空機の追跡装置である。
請求項３に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得するステップと、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップとを有し、前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡方法である。請求項４に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得するステップと、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと、前記算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行うステップと、前記探索により前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信するステップとを備える無人航空機の追跡方法である。
請求項５に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部とを備え、前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡システムである。請求項６に記載の発明は、基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と、前記方向算出部により算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行う探索部と、前記探索部が前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信する送信部とを備える無人航空機の追跡システムである。
請求項７に記載の発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータに基準となる位置の情報を取得するステップと、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップとを実行させ、前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われるプログラムである。
請求項８に記載の発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータに基準となる位置の情報を取得するステップと、飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと、前記算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行うステップと、前記探索により前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信するステップとを実行させるプログラムである。
本発明によれば、光学装置でＵＡＶを追尾する際のＵＡＶのロックを確実に行う技術が得られる。
実施形態の概念図である。 ＴＳ（トータルステーション）の一例のブロック図である。 ＵＡＶの一例のブロック図である。 ＵＡＶで行われる処理の一例を示すフローチャートである。 ＴＳで行われる処理の一例を示すフローチャートである。
１．第１の実施形態
（概要）
この例では、ＴＳ（トータルステーション）１００の位置を測定し、他方で特定の空域に留まる（この例では、ホバリングしている）ＵＡＶ２００の位置情報をＵＡＶ２００が備える位置特定装置から取得する。そして、ＴＳ１００の位置とホバリング状態にあるＵＡＶ２００の位置情報に基づき、ＴＳ１００から見たＵＡＶ２００の方向を算出し、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の捕捉を行う。ここでは、ＵＡＶを追跡する光学装置としてＴＳの場合を説明するが、カメラが撮影した画像に基づき、ＵＡＶを追跡する形態の光学装置を利用することもできる。
図１には、飛行するＵＡＶ (Unmanned aerial vehicle)２００、地上に配置されたＴＳ（トータルステーション）１００が示されている。この例では、ＴＳ１００によって、飛行するＵＡＶ２００の追跡を行う。
（ＴＳ（トータルステーション））
ＴＳ１００は、ＧＮＳＳを用いた位置測定装置、画像を取得するカメラ、ターゲット（ＵＡＶの反射プリズム）を探索する探索用レーザースキャン機能、測距用レーザー光を用いてターゲットまでの距離を測距するレーザー測距機能、レーザー測距されたターゲットの方向（水平角と垂直角（仰角または俯角））を計測する機能、ＵＡＶと通信を行う機能を有する。
ターゲットまでの距離と方向を計測することで、ＴＳ１００に対するターゲットの位置を測定できる。ここで、ＴＳ１００の位置が判っていれば、ターゲット（この場合はＵＡＶ）の地図座標系における位置（緯度・経度・高度もしくは直交座標系上のＸＹＺ座標）を知ることができる。この機能は、市販のＴＳが持っている機能であり、特別なものではない。ＴＳに関する技術としては、例えば、特開2009-229192号公報や特開2012-202821号公報等に記載されている。なお、地図座標系というのは、地図情報を扱う座標系（例えば、緯度，経度，高度（標高））であり、例えばＧＮＳＳで得られる位置情報は通常地図座標系で記述される。
以下、本実施形態で利用するＴＳ（トータルステーション）１００の一例を説明する。図２には、ＴＳ１００のブロック図が示されている。ＴＳ１００は、カメラ１０１、ターゲット探索部１０２、測距部１０３、水平・垂直方向検出部１０４、水平・垂直方向駆動部１０５、データ記憶部１０６、位置測定部１０７、通信装置１０８、ターゲット位置算出部１０９、ＵＡＶ方向算出部１１０、制御用マイコン１１１を備えている。
カメラ１０１は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いたカメラモジュールを利用して構成されている。通信装置１０８は、専用のハードウェアで構成された無線モジュールで構成されている。図２に示すその他の機能部は、専用のハードウェアで構成してもよいし、マイコンによりソフトウェア的に構成してもよい。図２の構成を実現するために利用するハードウェアとしては、各種の電子デバイス(例えば、カメラを構成するカメラモジュールや通信装置１０８を構成する無線モジュール)、モータ等を利用した各種の駆動機構、センサ機構、光学部品、各種の電子回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。以上のハードウェアの構成に関しては、ＵＡＶ２００についても同じである。
カメラ１０１は、ＵＡＶ２００やターゲット等の測量対象の動画像または静止画像を撮影する。カメラ１０１が撮影した画像のデータは、測距対象に係る測定時刻、測定方向、測定距離、測定対象の位置等のデータと関連付けされて適当な記憶領域に記憶される。
ターゲット探索部１０２は、三角錐型または扇形ビームを有した探索用レーザー光を用いたタ−ゲット（ＵＡＶ）の探索を行う。ターゲットの探索は、ＴＳ１００を基準位置として行われる。測距部１０３は、測距用レーザー光を用いたターゲットまでの距離の計測を行う。水平・垂直方向検出部１０４は、測距部１０３が測距したターゲットの水平方向角と垂直方向角（仰角および俯角）を計測する。ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分は、水平回転および仰角（俯角）制御が可能であり、水平方向角と垂直方向角は、エンコーダにより計測される。このエンコーダの出力が水平・垂直方向角検出部１０４で検出され、水平方向角と垂直方向角（仰角および俯角）の計測が行われる。
水平・垂直方向駆動部１０５は、ターゲット探索部１０２および測距部１０３の光学系を備えた筐体部分の水平回転および仰角制御（および俯角制御）を行うモータ、該モータの駆動回路、該駆動回路の制御回路を含む。データ記憶部１０６は、ＴＳ１００の動作に必要な制御プログラム、各種のデータ、測量結果等を記憶する。
位置測定部１０７は、ＧＮＳＳを用いたＴＳ１００の位置の測定を行う。位置測定部１０７は、相対測位と単独測位の両方を行う機能を有する。相対測位を行える環境であれば、相対測位を用いたＴＳ１００の位置の測定が好ましいが、相対測位が困難な場合は単独測位によるＴＳ１００の位置の測定が行われる。
通信装置１０８は、ＵＡＶ２００および外部の機器との間で通信を行う。ＴＳ１００は、外部の端末（専用端末、ＰＣ、タブレット、スマートフォン等）による操作が可能であり、この際の通信が通信装置１０８を用いて行われる。また、通信装置１０８は、ＴＳ１００の動作に必要な各種のデータの受け付け、およびＴＳ１００が取得した各種のデータの外部への出力を行う。特に、通信装置１０８はＵＡＶ２００の位置の情報をＵＡＶ２００から受け付け取得する。通信の形態としては、ＵＡＶ２００との間では無線通信が利用され、外部の端末との間の通信は、無線通信、光通信、有線通信が利用される。
ターゲット位置算出部１０９は、ターゲット（この場合は、ＵＡＶ搭載の反射プリズム）までの距離と方向からＴＳ１００に対するターゲットの位置（座標）を算出する。ここで、ターゲットまでの距離は、測距部１０３で得られ、ターゲットの方向は水平・垂直方向検出部１０４で得られる。基準位置となるＴＳ１００の位置は、位置測定部１０７で特定されるので、ＴＳ１００に対するターゲットの位置を求めることで、ターゲットの地図座標系における位置を求めることができる。
ＵＡＶ方向算出部１１０は、飛行開始直後に上昇し、ホバリングした状態のＵＡＶ２００のＴＳ１００から見た方向を算出する。以下、この処理について説明する。この処理では、ＵＡＶ２００から、位置測定装置２０２で測定されたＵＡＶ２００の位置情報を取得する。また、位置測定部１０７で測定したＴＳ１００の位置を基準位置として取得する。ＴＳ１００の測位は、相対測位が好ましいが、単独測位であっても構わない。
そしてＴＳ１００を原点とする三次元直交座標系を設定し、そこにＵＡＶ２００の位置をプロットする。この結果、ＴＳ１００から見たホバリング中のＵＡＶ２００の方向が求まる。具体的には、ＴＳ１００とＵＡＶ２００を結ぶ直線の方程式を求め、その直線の水平面内における延長方向（例えば、北を０°とした時計回りで考えた水平方向の角度）と仰角を求めることで、ＴＳ１００から見たＵＡＶ２００の方向の算出が行われる。
制御用マイコン１１１は、後述する図５のフローチャートの処理の実行を統括して制御する。
（ＵＡＶ）
図２には、ＵＡＶ２００のブロック図が示されている。ＵＡＶ２００は、回転翼機型であり、垂直上昇（下降）およびホバリング（空中での静止）が可能な形態を有する。ＵＡＶ２００は、予め定めた飛行ルートを自律飛行し、航空写真測量のための撮影を行う。もちろん、ＵＡＶ２００の無線操縦による飛行制御も可能である。ＵＡＶ２００は、カメラ２０１、ＧＮＳＳを利用した位置測定装置（例えば、ＧＰＳ受信機）２０２、ＩＭＵ（慣性航法装置）２０３、高度計２０４、予め定めた飛行計画および飛行ログを記憶する記憶部２０５、ロータの回転制御等の飛行のための制御を行う飛行制御部２０６、ＴＳ１００と通信を行うための無線装置２０７、後述する図４の処理の実行を統括して制御する制御用マイコン２０８を備えている。
ＵＡＶ２００は、自身が備えた位置特定装置とＩＭＵの機能を利用して、予め定めた飛行計画に従って飛行する。飛行計画では、飛行開始の時刻、通過する複数のポイントＰｎの座標（緯度，経度，高度）と隣接するポイント間の速度が指定されている。この飛行計画に従ってＵＡＶ２００は自律飛行する。ここで、Ｐｎの位置と飛行時間とから指定する時刻における位置を求めることができる。飛行開始の時刻は、現場で任意の時刻を指定することが可能である。飛行計画としては、飛行開始からの時刻と位置の関係を規定した形態も可能である。
この例における飛行計画では、飛行が開始されると、まず上昇し、ホバリングを行い、予め定めた高度で停止する。この停止状態は、ＴＳ１００から送られてくるホバリング解除信号を受けて解除され、それを契機としてカメラ２０１を用いた写真測量に係る飛行が開始され、その後は飛行計画に従った飛行が行われる。飛行の経過は、飛行ログに記憶される。飛行ログには、時刻とＵＡＶの位置（緯度・経度・高度）と姿勢の情報が関連付けされて記憶される。また、カメラ２０１が撮影した画像のデータは、撮影時刻、撮影時刻におけるＵＡＶ２００の位置（緯度、経度、高度）と姿勢（向き）に関連付けされて記憶部２０５に記憶される。
ＵＡＶ２００は、外部から見やすい場所（ＴＳから探索され易い場所、例えばＵＡＶ２００の下部）にＴＳ１００からの探索用レーザー光と測距用レーザー光を受光し反射する専用の反射プリズムが取り付けられている。この反射プリズムは、ＴＳ１００による測量用の専用ターゲットであり、入射したレーザー光を入射した方向に反射する。
（ＵＡＶの動作）
図４にＵＡＶ２００で行われる処理の手順の一例を示す。図４に示す処理を実行するためのプログラムは、記憶部２０５に記憶され、制御用マイコン２０８に統括されて実行される。
ＵＡＶ２００の飛行開始が指示されると、ＵＡＶ２００はまず飛行計画で定められた高度まで上昇する（ステップＳ１０１）。なお、飛行開始が指示されると、ＵＡＶ２００では、位置測定装置２０２における測位を開始する。測位は、一定時間毎（例えば、０．５秒毎）に行われる。
上昇を開始したら、無線装置２０７からＴＳ１００に上昇を開始した旨の信号を送信する（ステップＳ１０２）。この信号を受けて、ＴＳ１００での処理が開始される。そして、飛行計画で定めた高度に到達したら、位置と高度を一定に保つホバリングの状態に移行する（ステップＳ１０３）。ホバリングを開始したら、ＴＳ１００に停止完了信号と、停止している位置（ホバリングしている位置）のデータを送信する（ステップＳ１０４）。
ホバリングしている状態で、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の捕捉が完了した旨のＴＳ１００からの信号（捕捉完了信号）を待つ（ステップＳ１０５）。ＴＳ１００からの捕捉完了信号を受信したら、飛行計画に従う写真測量のための飛行を開始する（ステップＳ１０６）。なお、規定の時間を過ぎてもＴＳ１００からの捕捉完了信号が受信できない場合は、エラー発生と見なし、ＵＡＶ２００の飛行は行わず、ＵＡＶ２００からユーザのコントローラ（図示せず）にエラー信号が送信され、またＵＡＶ２００は飛行を中止し、ホバリング状態から下降し、着陸する。
（ＴＳの動作）
ＵＡＶ２００が上昇を開始した旨の信号を無線装置１０８が受信したら、ＴＳ１００の側での処理が開始される。処理が開始されると、ＴＳ１００は、位置測定部１０７を用いて、基準位置となる自身の位置の測定を行い（ステップＳ２００）、ＵＡＶ２００からの停止完了信号と位置情報の信号を待つ（ステープＳ２０１）。停止完了信号と位置情報の信号を無線装置１０８が受信したら、自身の位置情報と受信したＵＡＶ２００の位置情報に基づき、ＴＳ１００から見たＵＡＶ２００の方向をＵＡＶ方向算出部１１０で算出する（ステップＳ２０２）。
ホバリング中のＵＡＶ２００の方向を算出したら、その方向を中心としたターゲット探索部１０２を用いたＵＡＶ２００の探索を行う（ステップＳ２０３）。ＵＡＶ２００の測位は単独測位であるので、仮にＴＳ１００の測位が相対測位であっても、ホバリングするＵＡＶ２００の位置情報には誤差が含まれる。この点を考慮して、探索範囲が設定される。
ステップＳ２０３の探索の結果、ターゲット探索部１０２がＵＡＶ２００を捕捉できたら、捕捉完了信号を通信装置１０８からＵＡＶ１００に送信する（ステップＳ２０５）。そして、捕捉完了信号を契機としてホバリングを中止し、飛行計画に従う飛行を行うＵＡＶ２００の追尾を開始する（ステップＳ２０６）。また、ＵＡＶ２００を捕捉しつつＴＳ１００から見たＵＡＶ２００の位置の測定を継続して行う。
上記の処理によれば、ＵＡＶから送信されるホバリング位置の位置情報に基づき、ＴＳによるＵＡＶのロックが確実に行われ、またＴＳによるＵＡＶのロックが完了した段階でＵＡＶがホバリングを止め、航空測量の為の飛行を開始する。このため、ＴＳによるＵＡＶの捕捉が確実に行われると共に、ＵＡＶの無駄なバッテリー消費を抑えることができる。
（その他）
飛行するＵＡＶを監視する必要がある場合がある。この場合、ＵＡＶの位置の特定は必ずしも必要とされないが、上述した場合と同様に最初の段階でＵＡＶをＴＳ等の光学装置で捕捉しロックする必要がある。この技術に本発明を利用することができる。
図４および図５には、ＵＡＶが飛行を開始した直後にＵＡＶをＴＳでロックする場合の例を示したが、飛行中のＵＡＶをＴＳが見失った際にＴＳからＵＡＶにロスト信号を送信し、それを受けてＵＡＶがホバリングを行うと共に位置情報をＴＳに送り、ＴＳによるＵＡＶの再ロックを行う技術に本発明を利用することもできる。
図４、図５に示す処理では、ＴＳ１００によるＵＡＶ２００の捕捉を容易に行う方法として、ＵＡＶ２００にホバリングを行わせ、その状態でＴＳ１００から見たＵＡＶの方向を算出し、ＴＳ１００によるＵＡＶ１００の捕捉を行っている。ホバリングでなくても、ＵＡＶ２００が特定の空域に留まればＵＡＶ２００を見つけ易いので、特定の空域でＵＡＶ２００を周回飛行、往復飛行、八の字飛行等させ、その状態のＵＡＶ２００をＴＳ１００で捕捉しロックしてもよい。
この場合、ＴＳ１００が取得するＵＡＶ２００の位置情報は、特定の範囲に分散するが、その平均値や中心値を用いてＵＡＶ２００の概略の方向を算出し、それに基づきＵＡＶ２００の探索が行われる。
図４および図５の処理の制御をＰＣ（パーソナルコンピュータ）、タブレット、専用のハードウェア等で行う構成も可能である。例えば、ＰＣを用いる場合、ＰＣに無線装置を接続し、当該ＰＣとＴＳの間、当該ＰＣとＵＡＶとの間で通信を行い。ＰＣに制御されてＵＡＶにおいて図４の処理が実行され、ＴＳにおいて図５の処理が実行される。また、処理を複数のハードウェアで分散して行い、システムとして全体を動作させる形態も可能である。例えば、通信機能とユーザインターフェース機能をスマートフォンで実現し、他の機能をＰＣ、専用のハードウェア、サーバ等で行い、通信を介して、図４及び５の処理を実行するシステムを構成することが可能である。

Claims (8)

  1. 基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と
    を備え、
    前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、
    前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、
    前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡装置。
  2. 基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と、
    前記方向算出部により算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行う探索部と、
    前記探索部が前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信する送信部と
    を備える無人航空機の追跡装置。
  3. 基準となる位置の情報を取得するステップと、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと
    を有し、
    前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、
    前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、
    前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡方法。
  4. 基準となる位置の情報を取得するステップと、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと、
    前記算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行うステップと、
    前記探索により前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信するステップと
    を備える無人航空機の追跡方法。
  5. 基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と
    を備え、
    前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、
    前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、
    前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われる無人航空機の追跡システム。
  6. 基準となる位置の情報を取得する基準位置取得部と、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得する無人航空機位置取得部と、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出する無人航空機の方向算出部と、
    前記方向算出部により算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行う探索部と、
    前記探索部が前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信する送信部と
    を備える無人航空機の追跡システム。
  7. コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
    コンピュータに
    基準となる位置の情報を取得するステップと、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと
    を実行させ、
    前記無人航空機の位置の情報は、前記無人航空機が留まる特定の空域の位置の情報であり、
    前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向の算出は、
    前記無人航空機が前記特定の空域に留まる飛行を開始した旨を知らせる信号の受信を契機として行われるプログラム。
  8. コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
    コンピュータに
    基準となる位置の情報を取得するステップと、
    飛行状態にある無人航空機の位置の情報を取得するステップと、
    前記基準となる位置と前記飛行状態にある前記無人航空機の位置とに基づき、前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を算出するステップと、
    前記算出された前記基準となる位置から見た前記無人航空機の方向を中心とした前記無人航空機の探索を行うステップと、
    前記探索により前記無人航空機を捕捉した旨の信号を前記無人航空機に送信するステップと
    を実行させるプログラム。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020036683A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Tiered unassisted discovery in directional rf networks
JP6527299B1 (ja) * 2018-12-07 2019-06-05 楽天株式会社 物品受け渡し場所の決定方法、着陸場所の決定方法、物品受け渡しシステム、及び情報処理装置
CN109823109A (zh) * 2019-03-25 2019-05-31 方春光 一种利用无人机进行摩崖作画造像的方法
JP7176994B2 (ja) * 2019-04-02 2022-11-22 株式会社安藤・間 位置計測システム、及び位置計測方法
CN110298866A (zh) * 2019-06-06 2019-10-01 武汉易科空间信息技术股份有限公司 基于无人机影像技术的地面物体跟踪方法及***
US20220404837A1 (en) * 2019-11-20 2022-12-22 Nec Corporation Moving body control system, moving body control apparatus, and moving body control method
CN111580559A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 杭州今奥信息科技股份有限公司 一种无人飞行器防丢失方法和控制***
CN111880527B (zh) * 2020-06-19 2022-12-27 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 井下无人驾驶运输车机器人控制方法
CN112033372B (zh) * 2020-07-20 2022-11-04 河北汉光重工有限责任公司 无雷达引导的固定屏占比稳定自动跟踪方法
JP7434131B2 (ja) 2020-10-14 2024-02-20 株式会社日立製作所 駐機支援システム
CN112985389B (zh) * 2021-02-18 2023-05-02 三峡大学 基于无人机运动状态的激光充电跟踪方法
CN114740511B (zh) * 2022-06-13 2022-09-20 广州地铁设计研究院股份有限公司 基于测量机器人的无人机定位方法及无人机定位***

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5124319B2 (ja) 2008-03-21 2013-01-23 株式会社トプコン 測量機、測量システム、測定対象の検出方法、および測定対象の検出プログラム
CN102156481B (zh) * 2011-01-24 2013-06-05 广州嘉崎智能科技有限公司 无人飞行器的智能追踪控制方法及***
JP5725922B2 (ja) 2011-03-25 2015-05-27 株式会社トプコン 測量システム及びこの測量システムに用いる測量用ポール及びこの測量システムに用いる携帯型無線送受信装置
EP2511658A1 (de) 2011-04-14 2012-10-17 Hexagon Technology Center GmbH Vermessungssystem und Verfahren zur Neupunktbestimmung
EP2511781A1 (de) * 2011-04-14 2012-10-17 Hexagon Technology Center GmbH System und Verfahren zur Steuerung eines unbemannten Fluggeräts
EP2511659A1 (de) * 2011-04-14 2012-10-17 Hexagon Technology Center GmbH Geodätisches Markierungssystem zur Markierung von Zielpunkten
JP6326237B2 (ja) * 2014-01-31 2018-05-16 株式会社トプコン 測定システム
JP6533983B2 (ja) * 2015-03-12 2019-06-26 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 追尾アンテナシステムおよび追尾アンテナ装置
FR3035523B1 (fr) * 2015-04-23 2017-04-21 Parrot Systeme de pilotage de drone en immersion
CN105974940B (zh) * 2016-04-29 2019-03-19 优利科技有限公司 适用于飞行器的目标跟踪方法
US9954599B2 (en) * 2016-07-14 2018-04-24 At&T Intellectual Property I, L.P. Method and system to dynamically identify and control a UAV with emitting instruments

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