海上探索系统、无人飞行体及无人飞行方法与流程

本发明涉及海上探索系统、无人飞行体及无人飞行方法。

背景技术：

在专利文献1中，记载了为了使得能够从船舶容易地发现被投放至海上的浮标，进行控制以使无人飞行体对浮标进行追踪，在无人飞行体和浮标之间的水平距离处于成为规定的距离以下的范围内的情况下，停留于该范围内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2017-119477号公报

技术实现要素：

本申请的发明人的目标是，实现使用无人飞行体从海上对鱼群等目标物进行探索的海上探索。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其主要目的在于，提供能够使用无人飞行体高效地进行海上探索的海上探索系统、无人飞行体及无人飞行方法。

为了解决上述课题，本发明的一个方式的海上探索系统包含无人飞行体、以及设置了起飞降落台的至少一个浮标，所述无人飞行体具备：位置检测部件，检测本机的当前位置；以及飞行控制部件，基于所述本机的当前位置，控制从所述起飞降落台起飞、在所指定的探索路线上自主飞行及向所述起飞降落台降落中的至少某一个。

此外，本发明的其他方式的无人飞行体具备：外部拍摄部件，生成拍摄了本机的外部而得到的图像数据；位置检测部件，检测所述本机的当前位置；以及飞行控制部件，基于所述本机的当前位置，控制从在至少一个浮标上设置的起飞降落台起飞、在所指定的探索路线上自主飞行及向所述起飞降落台降落中的至少某一个。

此外，本发明的其他方式的无人飞行方法中，生成拍摄了本机的外部而得到的图像数据；检测所述本机的当前位置；基于所述本机的当前位置，控制从在至少一个浮标上设置的起飞降落台起飞、在所指定的探索路线上自主飞行及向所述起飞降落台降落中的至少某一个。

发明效果

根据本发明，能够使用无人飞行体高效地进行海上探索。

附图说明

图1是示意性地示出实施方式所涉及的海上探索系统的图。

图2是表示无人飞行体的结构例的框图。

图3是表示无人飞行体的控制部的功能结构例的框图。

图4是表示浮标的结构例的框图。

图5是表示浮标的控制部的功能结构例的框图。

图6是表示海上探索系统的次序例的时序图。

图7是表示图像识别处理的次序例的流程图。

图8是表示目标发现处理的次序例的流程图。

图9是表示降落模式的次序例的流程图。

图10是表示状况检测处理的次序例的流程图。

图11是表示探索结束处理的次序例的流程图。

标号说明：

1海上探索系统，2无人飞行体，2a天线，20控制部，21推进器，22gnss接收机，23无线通信部，24传感器组，25飞行控制部，26电池，261受电部，263余量检测部，271相机，272相机，28马达，201位置检测部，202图像发送部，203指令接收部，204近浮标检测部，205路线设定部，206图像识别部，3浮标，3a天线，3t起飞降落台，30控制部，31gnss接收机，32无线通信部，33无线通信部，34姿势传感器，35推力控制部，36推力产生部，361马达，362螺旋桨，37发电部，38电池，39充电部，392送电部，301图像转发部，302指令转发部，303位置检测部，304位置发送部，305姿势检测部，306姿势发送部，307状况检测部，308禁止接近发送部，4通信装置。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选的实施方式。另外，以下所示的各实施方式例示用于将本发明的技术思想具体化的方法及装置，本发明的技术思想并非限定于下述。本发明的技术思想能够在权利要求书中记载的技术范围内施加各种变更。

[系统结构]

图1是示意性地表示实施方式所涉及的海上探索系统1的图。海上探索系统1具备无人飞行体2、在海面上漂浮的多个浮标3、和在陆上或船上设置的通信装置4。

无人飞行体2例如是具备多个推进器(propeller、螺旋桨)21的多轴直升机(multicopter)，能够进行水平方向的飞行、铅直方向的飞行及悬停(hovering)。无人飞行体2也被称为无人机(drone)。对无人飞行体2施加防水加工。

在浮标3的上部，设置有供无人飞行体2起飞降落的起飞降落台3t。浮标3具有用于与无人飞行体2进行通信的通信功能、和用于与通信装置4进行通信的通信功能。无人飞行体2和通信装置4不直接进行通信，而经由浮标3间接地进行通信。浮标3如后述那样具有定点保持功能。不限于此，浮标3既可以是在海面上漂流的漂流浮标，也可以是被锚定于海底的锚定浮标。

无人飞行体2从浮标3的起飞降落台3t起飞，按照所指定的探索路线进行自主飞行，并降落至浮标3的起飞降落台3t。

在起飞降落台3t上待机的无人飞行体2在经由浮标3接收到来自通信装置4的探索指令的情况、或事先设定的探索开始时间到来的情况等下，从起飞降落台3t起飞，开始探索。无人飞行体2从起飞降落台3t以铅直方向上升从而起飞。

探索中的无人飞行体2将包含拍摄海面等而得到的图像数据等的探索数据经由浮标3而发送至通信装置4。探索路线既可以被包含于探索指令，也可以预先被存储。此外，无人飞行体2具有对在探索中发现的鱼群等进行追踪的追踪功能。

探索中或追踪中的无人飞行体2在经由浮标3接收到来自通信装置4的探索结束指令的情况、或电池余量低于阈值的情况等下，返回至最接近的浮标3，并降落于起飞降落台3t。无人飞行体2从起飞降落台3t的上空以铅直方向下降从而降落。

降落于起飞降落台3t的无人飞行体2从浮标3接受用于电池充电的供电，且待机直至下次的探索。浮标3具备通过太阳光发电或波浪发电等进行发电的发电部。

无人飞行体2也可以是多个。在多个无人飞行体2同时进行探索的情况下，通信装置4对各个无人飞行体2设定探索路线以使探索区域不重复。

通过如本实施方式那样使用无人飞行体2和浮标3，与使用具有鱼群探测功能的浮标进行浮标周边的受限的范围的鱼群探测的以往方法相比，能够进行大范围的探索，能够实现高效的渔场选择。此外，与使用从陆上或船上送出的有人直升机以目视的方式探索鱼影的以往方法相比，也能够实现高效且低成本的渔场选择。

[无人飞行体]

图2是表示无人飞行体2的结构例的框图。无人飞行体2具备控制部20、天线2a、gnss接收机22、无线通信部23、传感器组24、飞行控制部25、电池26、受电部261、余量检测部263、相机271、272及马达28。gnss接收机22及无线通信部23与天线2a连接。

控制部20是包含cpu、ram、rom、非易失性存储器及输入输出接口等的计算机。cpu按照从rom或非易失性存储器加载到ram的程序来执行信息处理。程序例如既可以经由光盘或存储卡等信息存储介质而被供应，例如也可以经由互联网等通信网络而被供应。

gnss接收机22接收来自gnss(globalnavigationsatellitesystem：全球定位卫星系统)的电波，基于所接收到的电波而算出无人飞行体2的当前位置，并输出至控制部20。

无线通信部23是用于与浮标3进行无线通信的通信模块。无线通信部23例如使用2.4ghz频段的小电力数据通信系统。

传感器组24包含用于取得无人飞行体2飞行所需的信息的各种传感器。传感器组24例如包含三轴加速度传感器、三轴角速度传感器(陀螺传感器)、磁传感器及气压传感器等。

飞行控制部25根据来自控制部20的飞行控制指令来驱动在各推进器21中设置的马达28，从而对各推进器21的旋转速度进行调整，实现无人飞行体2的自主飞行。

电池26向无人飞行体2的各部供应电力。针对电池26设置了从浮标3接受充电的受电部261。受电部261例如包含实现无线充电的线圈及ac/dc转换器等。不限于此，受电部261也可以是连接器。余量检测部263检测电池26的余量，并输出至控制部20。

相机271、272是对无人飞行体2的外部进行拍摄而生成用于探索的图像数据的外部拍摄部件。一方的相机271被设置为对无人飞行体2的上方进行拍摄，另一方的相机272被设置为对无人飞行体2的下方进行拍摄。相机271、272既可以将图像数据个别地输出，也可以输出包含连续地拍摄的多个图像数据的动态图像数据。

在相机271、272中，优选为了对大范围进行拍摄而使用鱼眼镜头或广角镜头。此外，就相机271、272而言，优选为了设为还能够进行夜间拍摄而是红外线相机或低照度相机。

图3是表示无人飞行体2的控制部20的功能结构例的框图。控制部20具备位置检测部201、图像发送部202、指令接收部203、近浮标检测部204、路线设定部205及图像识别部206。这些功能部通过控制部20按照程序执行信息处理从而被实现。

位置检测部201基于来自gnss接收机22的信息，检测无人飞行体2的当前位置。

图像发送部202将包含从相机271、272取得的图像数据等的探索数据从无线通信部23发送至浮标3。探索数据的发送目的地是由近浮标检测部204检测的与无人飞行体2最接近的浮标3。探索数据除了包含图像数据外，也可以包含无人飞行体2的位置信息等。

指令接收部203从无线通信部23接收从浮标3发送的探索指令或探索结束指令等指令。

近浮标检测部204从多个浮标3之中检测与无人飞行体2最接近的浮标3。无人飞行体2和浮标3的距离根据无人飞行体2的当前位置和从浮标3取得的浮标3的当前位置来算出。不限于此，也可以通过对从浮标3接收到的电波的强度进行比较从而检测最接近的浮标3。

路线设定部205设定无人飞行体2自主飞行的探索路线或返回路线等路线。探索路线既可以被包含于来自浮标3的探索指令，也可以预先被存储至控制部20的存储器。返回路线以直线连结无人飞行体2和最接近的浮标3的方式被设定。

图像识别部206对从相机271、272取得的图像数据进行分析，并对图像数据中包含的鱼群或海鸟等目标物进行识别。在目标物的识别中，例如使用从图像数据提取特征而识别目标物的图像识别技术。不限于此，也可以使用通过机器学习而预先制成的学习完毕模型。

[浮标]

图4是表示浮标3的结构例的框图。浮标3具备控制部30、天线3a、gnss接收机31、无线通信部32、无线通信部33、姿势传感器34、推力控制部35、推力产生部36、发电部37、电池38、充电部39及送电部392。gnss接收机31及无线通信部32、33与天线3a连接。

控制部30是包含cpu、ram、rom、非易失性存储器及输入输出接口等的计算机。cpu按照从rom或非易失性存储器加载到ram的程序执行信息处理。程序例如也可以经由光盘或存储卡等信息存储介质而被供应，例如也可以经由互联网等通信网络而被供应。

gnss接收机31接收来自gnss的电波，基于所接收到的电波而算出浮标3的当前位置，并输出至控制部30。

无线通信部32是用于与无人飞行体2进行无线通信的通信模块。无线通信部32例如使用2.4ghz频段的小电力数据通信系统。

无线通信部33是实现用于与通信装置4进行无线通信的例如卫星通信的卫星通信模块。

姿势传感器34将与浮标3的姿势相应的信号输出至控制部30。姿势传感器34例如包含三轴角速度传感器(陀螺传感器)。

推力控制部35基于来自控制部30的推力控制指令对推力产生部36进行驱动从而使浮标3移动。推力产生部36包含马达361和与其连结的螺旋桨(screw)362。不限于此，也可以排出高压的水流从而产生推力。推力产生部36也可以为了调整移动方向而具备多个螺旋桨362，也可以具备舵。

推力控制部35实现将浮标3维持在规定位置上的定点保持功能。具体而言，推力控制部35对推力产生部36进行反馈控制以抑制目标位置和当前位置的差量。由此浮标3具有定点保持功能，从而无人飞行体2容易反复探索规定海域。

发电部37通过太阳光发电或波浪发电等进行发电。电池38对由发电部37发电的电力进行蓄电，并且向浮标3的各部供应电力。充电部39使用在电池38中蓄电的电力，对在起飞降落台3t上待机的无人飞行体2的电池26(参照图2)进行充电。

充电部39例如具有包含实现无线充电的线圈及dc/ac转换器等的送电部392。不限于此，送电部392也可以是连接器。

除此之外，浮标3也可以具有用于保持起飞降落台3t上的无人飞行体2的保持机构。保持机构例如以在降落后抓住无人飞行体2且在起飞前放开无人飞行体2的方式工作。

图5是表示浮标3的控制部30的功能结构例的框图。控制部30具备图像转发部301、指令转发部302、位置检测部303、位置发送部304、姿势检测部305、姿势发送部306、状况检测部307及禁止接近发送部308。这些功能部通过控制部30按照程序执行信息处理从而被实现。

图像转发部301临时地保持通过无线通信部32(小电力数据通信)从无人飞行体2接收到的探索数据，并且通过无线通信部33(卫星通信)发送至通信装置4。

指令转发部302临时地保持通过无线通信部33(卫星通信)从通信装置4接收到的探索指令或探索结束指令等指令，并且通过无线通信部32(小电力数据通信)发送至无人飞行体2。

通过这样构成为无人飞行体2和通信装置4不直接进行通信，而经由浮标3间接地进行通信，从而不需要无人飞行体2具备用于与通信装置4进行通信的高输出的通信模块，所以能够减轻无人飞行体2的重量。

位置检测部303基于来自gnss接收机31的信息，检测浮标3的当前位置。位置发送部304将所检测的浮标3的位置信息发送至无人飞行体2。

姿势检测部305基于来自姿势传感器34的信号而检测浮标3的姿势。浮标3的姿势表示起飞降落台3t的斜率。姿势发送部306将所检测的浮标3的姿势信息发送至无人飞行体2。浮标3的姿势信息在无人飞行体2降落时被使用。

状况检测部307检测浮标3的周围的状况。禁止接近发送部308在浮标3的周围的状况满足规定条件的情况下，将禁止向浮标3接近的禁止接近指令发送至无人飞行体2。关于周围的状况的检测及禁止接近指令的发送，细节在后面叙述。

[时序图]

图6是表示海上探索系统1的次序例的时序图。

通信装置4向无人飞行体2所待机的浮标3发送探索指令(s41)。浮标3将来自通信装置4的探索指令转发至无人飞行体2(s31)。无人飞行体2若从浮标3接收探索指令，则从起飞降落台3t起飞，开始探索(s21)。

或者，无人飞行体2在事先被设定的设定条件、例如探索开始时间到来的情况下，也从起飞降落台3t起飞，开始探索(s31、s21)。设定条件的判定既可以由浮标3进行，也可以由无人飞行体2进行。

在探索中，无人飞行体2利用本机的当前位置，以经过所指定的探索路线的方式自主飞行，并且将探索数据发送至浮标3(s22)。浮标3将来自无人飞行体2的探索数据转发至通信装置4(s32)，通信装置4从浮标3接收探索数据(s42)。探索数据被用于选择渔场等。

无人飞行体2将与本机最接近的浮标3设为探索数据的发送目的地。例如，无人飞行体2若在探索中检测到其他浮标3，则对至作为探索数据的发送目的地的浮标3为止的距离、和至新检测到的其他浮标3为止的距离进行比较，在后者小的情况下对探索数据的发送目的地进行切换。

通信装置4向与无人飞行体2最接近的浮标3、即在最近转发探索数据的浮标3发送探索结束指令(s43)。浮标3将来自通信装置4的探索结束指令转发至无人飞行体2(s33)。无人飞行体2若从浮标3接收探索结束指令，则返回至浮标3(s23)。

或者，无人飞行体2在电池余量低于阈值的情况下，返回至与本机最接近的浮标3(s23)。无人飞行体2在返回至浮标3时，以对无人飞行体2的当前位置和浮标3的当前位置以直线连结的方式设定返回路线，以经过所设定的返回路线的方式自主飞行。

无人飞行体2若到达至浮标3的上空，则转移至降落模式(s24)。在降落模式中，无人飞行体2被定位于浮标3的正上，从该处下降，降落于起飞降落台3t。无人飞行体2一边调整水平位置一边下降，以使起飞降落台3t位于由对无人飞行体2的下方进行拍摄的相机272生成的图像数据的中央等。

浮标3在无人飞行体2进行降落的期间，将浮标3的姿势信息发送至无人飞行体2从而进行降落辅助(s34)。关于无人飞行体2的降落，细节在后面叙述。

降落于起飞降落台3t的无人飞行体2从浮标3接受用于电池充电的供电，且待机直至下次的探索。

[图像识别处理]

图7是表示图像识别处理的次序例的流程图。无人飞行体2的控制部20通过按照程序执行同图所示的图像识别处理，作为图像识别部206而发挥作用。

首先，控制部20从相机271、272取得图像数据(s201)，对图像数据进行分析(s202)。

在分析的结果是识别到鱼群的情况下(s203：是)，控制部20转移至后述的目标发现处理(s206)。例如，控制部20在从对下方进行拍摄的相机272取得的图像数据中，识别在表层游泳或跳出海面的鱼群。

此外，在分析的结果是识别到海鸟，且海鸟正在进行狩猎鱼群的动作的情况下(s204：是，s205：是)，控制部20转移至后述的目标发现处理(s206)。例如，控制部20在从对上方进行拍摄的相机271或对下方进行拍摄的相机272取得的图像数据中，识别海鸟。

海鸟是否正在进行狩猎鱼群的动作，通过从连续得到的图像数据检测海鸟的移动来判定。海鸟狩猎鱼群的动作，例如是海鸟在上空持续回旋的动作、从上空飞入海中的动作、在海面上聚集的动作等。

在鱼群和海鸟都没有识别到的情况下(s203：否，s204：否)、或识别到海鸟但没有进行狩猎鱼群的动作的情况下(s204：是，s205：否)，控制部20继续探索(s207)。

[目标发现处理]

图8是表示目标发现处理的次序例的流程图。无人飞行体2的控制部20按照程序执行同图所示的目标发现处理。

首先，控制部20将鱼群的发现报告和此时拍摄到的图像数据经由浮标3发送至通信装置4(s211)。图像数据供用户判定是否需要追踪时使用。

接着，控制部20开始鱼群的追踪(s212)。控制部20基于图像数据来决定无人飞行体2的飞行方向等以使相机271、272持续拍摄到鱼群或海鸟，并生成飞行控制指令。另外，在追踪鱼群的期间，控制部20也持续发送探索数据。

其后，控制部20在跟丢了所追踪的鱼群的情况下，或经由浮标3接收到来自通信装置4的中止追踪指令的情况下(s213：是)，恢复至探索模式(s214)。

[降落模式]

关于无人飞行体2的降落模式及浮标3的降落辅助(图6的s24、s34)进行说明。图9是表示降落模式的次序例的流程图。无人飞行体2的控制部20按照程序执行同图所示的降落模式。

首先，控制部20接收浮标3的姿势信息(s221)。浮标3将本机的姿势信息发送至无人飞行体2作为降落辅助。

接着，控制部20计算浮标3的姿势变化的周期性(s222)。浮标3的姿势变化具有周期性是由于浮标3受到波浪的影响。浮标3的姿势变化的周期性例如能够通过对表示浮标3的姿势的指标的时序数据应用离散傅里叶变换或曲线拟合等方法来计算。

接着，控制部20基于所算出的浮标3的姿势变化的周期性，决定向起飞降落台3t的降落定时(s223)。例如，降落定时被调整，以使在起飞降落台3t成为水平的定时，无人飞行体2降落于起飞降落台3t。

[状况检测处理]

关于由浮标3进行的周围的状况的检测及禁止接近指令的发送进行说明。图10是表示状况检测处理的次序例的流程图。浮标3的控制部30通过按照程序执行同图所示的状况检测处理，作为状况检测部307及禁止接近发送部308而发挥作用。

首先，控制部30检测浮标3的周围的状况(s301)。具体而言，控制部30基于来自姿势传感器34的信号来检测浮标3的周围的波浪的大小。此外，也可以设置风力传感器，检测浮标3的周围的风的强度，也可以设置相机，根据浮标3的上空的图像来判定天气。

接着，控制部30基于所检测的浮标3的周围的状况，判定浮标3的周围是否为暴风雨天(s302)。在此，暴风雨天是指，妨碍无人飞行体2的飞行和/或降落的程度的天气，例如关于波浪的大小和/或风的强度等而设定阈值。

在浮标3的周围为暴风雨天的情况，例如波浪的大小和/或风的强度等超过阈值的情况下(s302：是)，控制部30将禁止向浮标3接近的禁止接近指令发送至无人飞行体2(s303)。无人飞行体2若接收到禁止接近指令，则如有必要就变更路线以不接近该浮标3。

[探索结束处理]

关于在有多个无人飞行体2的情况下，通信装置4发送探索结束指令时的处理进行说明。图11是表示通信装置4执行的探索结束处理的次序例的流程图。

首先，通信装置4决定使探索中的无人飞行体2降落的浮标3(s401)。在此，例如与无人飞行体2最接近的浮标3被决定为降落对象的浮标3。

接着，通信装置4判定在被决定为降落对象的浮标3上是否有其他无人飞行体2在待机中(s402)。其他无人飞行体2是否为待机中例如通过参照记述了无人飞行体2和浮标3的关系的动态地制成的表来判定。

在其他无人飞行体2为待机中的情况下(s402：是)，通信装置4在经由浮标3对该其他无人飞行体2发送了探索指令的基础上(s403)，向探索中的无人飞行体2经由浮标3发送探索结束指令(s404)。

由此，能够将探索中的无人飞行体2与在起飞降落台3t上待机中的无人飞行体2顺利地调换。