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世界上第一个通过无人机之间的直接通信成功地实现了自动跟踪群飞行和自主接近避免的时代,提高了无人机的运用效率和空中安全性

 Wsz6868 2022-04-13

世界上第一个通过无人机之间的直接通信成功地实现了自动跟踪群飞行和自主接近避免的时代,提高了无人机的运用效率和空中安全性

重点 开发了无人机之间直接通信并通知彼此的位置,从而可以自主飞行的系统 世界上首次成功地通过4架无人机进行了自动跟踪群飞行和自主接近回避的实证 在无人机泛滥的时代,有助于提高运营效率和空中安全

国立研究开发法人信息通信研究机构( NICT能源研究所理事长:德田英幸)开发了无人机之间不通过地面的操纵者和网络直接通信各自的位置信息等的系统。 应用该系统,世界上首次成功地进行了3架无人机保持一定间隔跟踪先导无人机并编队飞行的群飞行技术,以及即使4架无人机飞行在同一空域也能自主避免相互接近的系统的实证实验。 根据本技术,特别是在飞行到目视外的情况下,有助于无人机运用的效率化、电波的有效利用以及天空的安全·安心,期待通过多个无人机的同时飞行应用于物流和大范围的农药喷洒、灾害对策等各个领域。

※此次成果的一部分是国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构( NEDO,理事长:石冢博昭)推进的“机器人无人机活跃的节能社会的实现项目”中的“关于远距离的机体识别以及与载人飞机的空域共享的研究开发”

背景 近年来,在农业、测量、警备、物流、灾害调查、检查等广泛领域,运用无人机的动向变得活跃起来,很多无人机在空中飞舞的时代马上就到了。 国家的管制也在不断放宽,本年度内,“面向小型无人机环境整治的官民协议会”每年汇总的“面向天空工业革命的路线图”中被称为4级的有人地带上空的目视外飞行也将成为可能。

这次的成果 

図1

 图1. 4架无人机联合的自动跟踪群飞行实验 [点击图像放大显示]在本研究开发中,无人机之间开发了“机体间通信系统”,使用特定小电力无线站即920 MHz频带的电波(输出20mW,上空可用,无需无线站许可),相互进行广播通信,共享通过GNSS获得的位置信息。 通过在各无人机上连接飞行控制装置,使无人机之间能够相互协作。 该系统包括“其他无人机自动追随先导无人机的群飞行(包括起降)。 )”和“自主避近”的飞行控制算法,分别在4架飞机上的群飞行及避近飞行试验方面取得了世界首次成功(参照图1、2 )。 图1左边的橙色线条显示了每个无人机的飞行轨迹,红色的三架无人机跟随黄色的先导机可以一边保持编队一边飞行。 另外,如图2左侧所示,确认了4架飞机改变方向避免接近后,如图2右侧所示,分别恢复到预定的路径。 另外,本系统不仅可以在无人机之间使用,也可以在无人机和有人直升机之间使用,也证实了在直升机隔开几km的距离接近的情况下,无人机可以自主避免接近。

図2

图2. 4架无人机自主避碰实验中的飞行轨迹[点击图像放大显示]

今后的展望 这些技术有助于在预计今后会出现混乱的上空高效、安全、放心的无人机的使用,有望在物流、农业、检查、防灾等各种场景中使用。 另外,以这次的成果为基础,关于应对更多无人机在同一空域内飞行的情况的通信控制方式和飞行控制方式的研究,以及根据飞行环境形成编队队形等的群飞行技术和通信技术的高度化,打算以本方式的实用化为目标。
相关的以往新闻稿 2018年3月20日世界首次在无人机和有人直升机机体之间进行位置信息共享通信实验——以实现无人机安全目视外飞行的航行管理系统为目标——2019年1月24日通过无人机之间的直接通信自动避免接近错误的实验成功-面向目视外飞行的安全飞行运用-这部分成果是国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构( NEDO )委托业务的结果。
补充资料
此次开发的无人机群飞行及进近回避系统 过去,无人机每架无人机由一个人操控,但为了提高运行效率,允许一个人操控多架无人机的需求不断提高。 虽然迄今为止,一个人驾驶多个无人机在技术上是可行的,但由于每个无人机都需要与地面侧进行无线通信,因此存在电波拥挤的问题。 特别是用于操纵的2.4 GHz频带通常被广泛使用,利用其他频率(在此为920 MHz )将扩大避免通信拥挤的可能性。 另外,基于通过GNSS得到的位置信息,用预先决定的飞行程序自主飞行来运用多个无人机的系统也已实用化,但直到在飞行途中变更飞行计划,或者不经由地面的操纵者而在无人机之间追随或联合飞行为止 另外,在目视外飞行中,由于操纵者无法直接目视确认无人机的机影,如果多个无人机在同一空域飞行,碰撞等风险会增加。 除了以往的基于超声波传感器、摄像机、雷达的回避技术之外,如果无人机之间通过直接通信,无人机自身能够把握周围无人机的位置,不经由地面的操纵者就能够避免碰撞的危机,则操作者可以在混合有不同的多个无人机的同一空域更加安全在此次开发的群飞行的飞行控制中,各无人机通过NICT开发的机体间通信系统(参照图3 ),以1秒1次以上的频率向周围广播本机的位置信息,分别接收该信息,从而掌握与周围无人机的相对位置,保持安全的飞行间隔 在这次实验中,对于一架先导的无人机,三架随动无人机能够保持编队的形状飞行(参照图4左)。 另外,在此次开发的避免接近的飞行控制中,当其他无人机接近到一定距离时,可以当场停止,或者向安全的方向自动变更行进路线,在离开到足够距离后返回原来的飞行路线上,从而彼此自主地避免危机(参照图4右)。 到目前为止,已经证实了在多达3架无人机之间避免接近的问题,但是在这次的实验中,首次用4架无人机成功避免了无人机之间的自主接近。 从东西南北方向向同一地点直行飞行的情况下,在相互接近约20 m的距离时,确认了不需要操作者操作,各自自主地改变飞行路径,避免了危险的接近。
図3
图3 .不经由地面操纵者的机身间通信系统
図4
图4 .机身间通信可能的群飞行及避免接近的示意图
用语解说 机器人无人机活跃的节能社会实现项目 由北约推动的项目。 在小额运输的增加和装载率的降低等要求能源使用效率化的物流领域,以及通过有效且高效的检查实现长寿化带来的资源节约成为紧迫课题的基础设施检查领域中,期待通过活用无人飞机和机器人来实现节能化。 因此,该项目在促进可在物流、基础设施检查、灾害应对等领域活用的无人飞机和机器人的开发的同时,进行了用于社会安装的系统构筑和飞行试验等。 在这个项目中,在“无人飞机的航行管理系统及防撞技术的开发”的“无人飞机的航行管理系统的开发”方面,进行了关于远程ID和机体间通信的努力。 http:/// 
 面向小型无人机环境整治的官民协议会 在平成27年11月5日政府召开的“第2次面向未来投资的官民对话”中,安倍前内阁总理大臣关于成立小型无人机使用者和相关府省厅等协商制度具体应有状态的“官民协议会”的指示,受此影响,面向确保小型无人机安全的制度设计方向、使用 内阁官房担任事务局。 https://www.kantei./jp/singi/kogatamujinki/index.html 
  特定小功率无线电台 这是根据对以比较小的范围内为服务区域的无线通信的需求的高涨而制度化的无线电台之一。 无线电台的一个要件是“适合总务大臣另行告示的用途、电波的形式、频率以及空中线电力”。 本系统中使用的920 MHz频带无线设备属于此类,不需要取得无线电台许可。 此外,在本系统中,代替降低通信速度,采用了到达远方的被称为LPWA(Low Power Wide Area,低功率广域网)的通信方式,如果小功率并且条件良好,则能够隔开10 km以上的距离传输数据。 https://www.tele.soumu./j/ADM/system/ml/small/index.htm 
  广播通信 无线LAN等一般的数据通信是指定通信对象而一对一地双向通信,与此相对,广播通信是从一个终端同时且单向地对不特定多个终端发送相同数据的通信方法。 在此次开发的机体间通信系统中,为了不相互碰撞信号,多个终端分别划分定时并进行广播通信,由此能够在终端之间使用共同的频率来相互共享各位置信息。 
  GNSS 卫星定位系统,是指利用人造卫星发射的信号进行位置测量、导航、时刻发布的系统。 GPS和准天顶卫星系统等。 商用无人机必须配备有该接收器,在始终掌握本机位置的同时,能够沿着预定的飞行路线自主飞行。

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