JP7248008B2 - 領域評価システム、方法およびプログラム - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1および図2は、本発明の第1の実施形態の領域評価システムの構成例を示す構成図である。図1および図2に示すように、本実施形態の領域評価システム100は、業務計画部10と、1つ以上の経路計画部20(20-1~20-n)とを備える。
例えば、業務計画部10は、あるミッションmiのミッション効用u(mi)の算出を以下の式(1)を用いて行ってもよい。
c(mi)=Σcj ・・・(3)
A.タスクアサイン
・タスクJ1(配送先D1):拠点S1(拠点S1にいる移動体30-1)
・タスクJ2(配送先D2):拠点S2(拠点S1にいる移動体30-2)
B.報酬r(m)
・タスクJ1:100
・タスクJ2:100
・合計Σr(j):100+100=200
C.移動コストc(j):pの到着時間+pの価格
・タスクJ1(経路P1):10+0=10
・タスクJ2(経路P2):15+0=15
・合計Σc(j):10+15=25
D.ミッション効用u(m):Σr(j)-Σc(j)
・ミッションM1:200-25=175
A.タスクアサイン
・タスクJ1(配送先D1):拠点S2(拠点S2にいる移動体30-3)
・タスクJ2(配送先D2):拠点S2(拠点S1にいる移動体30-2)
B.報酬r(m)
・タスクJ1:100
・タスクJ2:100
・合計Σr(j):100+100=200
C.移動コストc(j):pの到着時間+pの価格
・タスクJ1(経路P3):40+0=40
・タスクJ2(経路P2):15+0=15
・合計Σc(j):40+15=55
D.ミッション効用u(m):Σr(j)-Σc(j)
・ミッションM2:200-55=145
次に、移動体の運航に用いる領域や移動体の運航計画の管理(申請の受付、承認、コンフリクト制御等)を行う移動体運航管理システム(UAV Traffic Management System,UTMS)への、上記の領域評価システムの適用例を示す。
・複数の配送タスクが、それぞれ配送先と目標到達時間の指定とともに与えられる。
・MPは、各配送タスクに対して、効用が最大となるように配送拠点(および/またはUAV)を割り当てる。
・PPは、各UAV(各配送拠点に対し割り当てられたUAV)に対して配送拠点から配送先までのパスを生成する。
・各配送タスクには、達成に対する報酬が設けられている。
・ミッション効用u(m)を最大化するミッションm*を算出する。
ここで、u(m)およびm*は、上記の式(1)および式(3)と同様でよい。なお、本例においてミッションmは、与えられたタスクに対する移動体資源アサインの組み合わせで表される。
・流量保存則、エッジ容量制約など。
例えば、MP10Aは、制約条件として流量保存則(フロー保存則とも呼ばれる)を適用してもよい。すなわち、スタート地点(拠点)、ゴール地点(配送先)およびこれらの間にある中継点において、入出力量(本例の場合、当該地点に入る移動体と該地点から出る移動体の数)が一致する、という制約を与えてもよい。また、例えば、MP10Aは、制約条件として、さらにエッジ容量に関する制約を加えてもよい。ここで、エッジ容量とは、各拠点からある1つのタスクに対してアサイン可能な移動体の数を表す。例えば、配送を1台のみで行う場合、容量は1に設定される。
・ユーグリッド距離(推定)
MP10Aは、移動コスト(上記の各グラフのエッジ移動コスト)の初期値を、ユークリッド距離で推定してもよい。
移動コストに変化が生じた場合、オンラインで(即座に)ミッションの再計画を行う。このとき、負閉路除去法などの最小フローコスト問題の効率的解法を使用してもよい。
・ミッションm*を制約してk番目のUAVの最適パスpk *を算出する。
ここで、pk *は、上記の式(4)と同様でよい。ただし、c(p)をc(pk)とする。
・(1)スタート地点とゴール地点
・(2)ゴール到達制限時刻
・(3)利用可能領域のみ使用可
・(4)連続飛行可能時間内
移動コストに変化が生じた場合、オンラインで(即座に)パスの再計画を行う。このとき、D*(Dスター)などのオンライン経路計画アルゴリズムを使用してもよい。
領域状態が、空間座標(例えば、3次元座標)と時間で区切られた(空間+1)次元のブロック(例えば、4次元ブロック)で管理される場合、時間軸も考慮した経路計画を行う(図9(c)、図11等参照)。
・(1)配送タスク(配送先と配送要求時間(到達制限時間)とあれば報酬)の集合
・(2)配送拠点(およびそれが有する移動体資源)の集合
・(3)運航に用いる領域についての領域状態(使用禁止か否か、承認済みか否か、使用可能な価格等)
MP10Aの出力:
・ミッション(運航計画群)のプランとその効用
・(ステップS101):
MP10Aは、配送拠点と配送先をつないだグラフを生成する。図12(b)は、本例で生成されるグラフの例である。
MP10Aは、グラフのエッジ移動コストを2点間の直線距離移動時間(直線距離/移動速度)として初期化する(図12(b)参照)。本例では、各グラフ(s1-d1を結ぶグラフg11、s1-d2を結ぶグラフg12、s2-d1を結ぶグラフg21、s2-d2を結ぶグラフg22)のエッジ移動コストc11、c12、c21、c22がそれぞれ、4、15、15、3と計算されたものとする。
MPA10Aは、各配送タスクに対して配送元(スタート地点)とする拠点(並びに移動体資源)を割り当てる。このとき、MPA10Aは、各配送タスクの配送先に対して、それぞれ最もエッジ移動コストの低い拠点(さらに該拠点が有する移動体資源)を割り当ててもよい。全ての配送タスクに対して拠点を割り当てた結果として、上記の第1次ミッションが生成される。
・ミッション報酬=タスク報酬の総和=100+100=200
・ミッションコスト=タスクの移動コスト(初期値)の総和=4+3=7
・ミッションの効用=ミッション報酬-ミッションコスト=200-7=193
PP20Aは、ステップS103で生成されたミッションに含まれる全てのグラフ(すなわち、配送先と配送拠点の組で表される移動体資源)について、与えられた経路選択領域において、その配送拠点から配送先までの最適経路およびその移動コストを算出し、その結果をMP10Aに通知する。このとき、本例のPP20Aは、時間軸も考慮した経路計画を行う。
MP10Aは、PP20Aからこのような算出結果に基づいて、グラフ上の移動コストを更新する。図14(a)に更新前、(b)に更新後のグラフを示す。本例では、PP20Aより、s1-d1間の移動コストc11=7、s2-d2間の移動コストc22=25と算出されたとする。その場合、MP10Aは、移動コストの更新が行われたとしてステップS103に戻り、ミッションの見直しを行う。
MP10Aは、例えば、更新前のミッションの効用に比べて更新後のミッションの効用が低かった場合、拠点の割り当てからミッションの見直しを行ってもよい。本例の場合、更新前のミッションの効用=ミッション報酬(100+100)-ミッションコスト(4+3)=193であったが、更新後のミッションの効用=ミッション報酬(100+0)-ミッションコスト(7+N/A)=93となる。ここでは、到達制限時刻オーバー(例えば、図中のs2-d2間参照。)など達成できないグラフ(タスク)については、その報酬およびコストをミッションの報酬およびコストに反映させずに、ミッションの効用を算出している。
PP20Aは、1回目と同様、指定されたグラフについて、与えられた経路選択領域において、その配送拠点から配送先までの最適経路およびその移動コストを算出し、その結果をMP10Aに通知する。本例では、PP20Aにより、当該グラフの移動コスト(実際の到着時間)が18と算出されたとする。
1.(競り上げオークション形式)
以下、運航計画申請時に競り上げオークション形式によって領域が割り当てられる場合の領域評価例について説明する。以下に示す例では、オークションにより経路価格が変動する場合を想定している。
・・・(a11)
次に、他事業者との間で領域交渉を行う場合の領域評価例について説明する。これにより、交渉により経路価格が変更する場合においても適切に交渉価格を算出できる。なお、以下に示す例では、運航計画申請時に、領域交渉を行う例を示すが、運行中においても同様に行うことができる。
なお、上記では、配送タスクを例に種々の領域の評価例を示したが、本発明の領域の評価方法は配送タスクに使用される領域に限定されない。他の例として、警備や防犯目的でルート周回や対象追跡を行うタスクや、測量や点検目的で対象エリアを網羅的に運航するタスクや、災害対応(被害状況把握や被災者捜索など)を目的として対象エリアを網羅的に運航するタスクや、農業系(農薬散布、植育状態測定など)を目的として対象エリアを網羅的に運航するタスクや、ニュース・芸能・スポーツなどにおいて対象物追跡や多角撮影を行うタスクや、個人運転の車・タクシー・バスなどの業務車両・船舶・ドローンタクシー等を利用して人の輸送を行うタスクなどが挙げられる。
例えば、業務計画部10やMP10Aは、各対象エリアに対して1つ以上の移動体資源を割り当てた結果として、ミッションの効用(各エリアのカバー時間の総和、最大値)が最小となるように移動体資源を割り当ててもよい。その際、経路計画部20やPP20Aは、例えば、移動コスト=エリアカバー時間として、移動コストが最小となるよう経路を導出してもよい。
ミッションの効用は、当該ミッションにおいて与えられたタスクの経済的または業務的な効用と、当該ミッションに含まれる移動体資源の移動コストとに基づいて定められる付記10または付記11に記載の領域評価システム。
10 業務計画部
20 経路計画部
30 移動体
40 領域評価部
300A 移動体運航管理システム(UTMS)
200 領域管理システム
100A 業務管理システム
10A MP(Mission Planner)
20A PP(Path Planner)
40A 領域評価部
50A 運航計画申請部
60A 交渉部
601 領域評価部
1000 コンピュータ
1001 CPU
1002 主記憶装置
1003 補助記憶装置
1004 インタフェース
1005 ディスプレイ装置
1006 入力デバイス
Claims (10)
- 移動体の運航経路に用いられる第1の領域を使用する第1のミッションと、少なくとも前記第1の領域を使用しない点で前記第1のミッションと異なる第2のミッションとが与えられたとき、前記第1の領域の価値を、前記第1のミッションの、ミッションに含まれる移動体によるタスクの達成に対する報酬と移動コストとに基づいて規定される効用と前記第2のミッションの前記効用の差異に基づいて評価する領域評価部を備え、
前記第1の領域は、他者を相手に行われる使用権の授受の対象とされる領域である
ことを特徴とする領域評価システム。 - 前記第1のミッションおよび第2のミッションはそれぞれ、そのミッションの生成条件において生成されるミッションの中で、効用が最適値をとるミッションである
請求項1に記載の領域評価システム。 - 前記第1のミッションおよび前記第2のミッションはそれぞれ、1つ以上の移動体の運航を伴うタスクに対して、該タスクに割り当てられる1つ以上の移動体の各々に対するコストを最小にする、スタートとゴールが決められた運航経路に基づいて、効用が最適値をとるよう導出されたミッションである
請求項2に記載の領域評価システム。 - ミッションには移動体の運航計画が含まれ、前記第1の領域は、前記運航計画において用いられる予定の領域である
請求項1から請求項3のいずれかに記載の領域評価システム。 - ミッションには移動体の運航計画が含まれ、前記第1の領域は、移動体が前記運航計画を実行している領域である
請求項1から請求項3のいずれかに記載の領域評価システム。 - ミッションが与えられると、当該ミッションに含まれる移動体の各々に対してコストを最小にする、スタートとゴールが決められた運航経路を導出する経路計画部を備え、
前記領域評価部は、前記経路計画部によって、スタートとゴールが決められた運航経路が導出された2つのミッションにおける一方のミッションである前記第1のミッションの効用と、他方のミッションである前記第2のミッションの効用の差異に基づいて、前記第1の領域の価値を評価する
請求項3に記載の領域評価システム。 - 移動体には、スタート地点、スタート時刻、対象範囲もしくはゴール地点を含む1以上の地点、実行完了までの許容時刻、および運航可能領域の少なくともいずれかが指定される
請求項6に記載の領域評価システム。 - ミッションの効用は、当該ミッションにおいて与えられた前記タスクの経済的または業務的な価値と、当該ミッションに含まれる前記移動体の移動コストとに基づいて定められる
請求項6または請求項7に記載の領域評価システム。 - 情報処理装置が、
移動体の運航経路に用いられる第1の領域を使用する第1のミッションと、少なくとも前記第1の領域を使用しない点で前記第1のミッションと異なる第2のミッションとが与えられたとき、前記第1の領域の価値を、前記第1のミッションの、ミッションに含まれる移動体によるタスクの達成に対する報酬と移動コストとに基づいて規定される効用と前記第2のミッションの前記効用の差異に基づいて評価し、
前記第1の領域は、他者を相手に行われる使用権の授受の対象とされる領域である
ことを特徴とする領域評価方法。 - コンピュータに、
移動体の運航経路に用いられる第1の領域を使用する第1のミッションと、少なくとも前記第1の領域を使用しない点で前記第1のミッションと異なる第2のミッションとが与えられたとき、前記第1の領域の価値を、前記第1のミッションの、ミッションに含まれる移動体によるタスクの達成に対する報酬と移動コストとに基づいて規定される効用と前記第2のミッションの前記効用の差異に基づいて評価する処理
を実行させ、
前記第1の領域は、他者を相手に行われる使用権の授受の対象とされる領域である
領域評価プログラム。
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