ドローン競技向け屋内測位システム
意欲あるチームの1つから、Singapore Amazing Flying Competition (SAFMC) 2024に関するご相談をいただきました。これまでにも、ほかのドローン競技について同様のご相談をいただいています。そこで、このようなケースに向けた屋内測位システムの構築方法を詳しく説明します。
前提となる基本情報：
ドローン競技のマップ
重要な要件
- トラッキングするには、ドローン上のモバイルビーコンから30メートル以内にある3台以上の固定ビーコンまで、直接の見通し（超音波が直接届く経路）が確保されている必要があります
上記の要件こそが、最も重要な要件です。
通常、部屋の大きさは30メートル未満なので、重要なのは、ドローン上のモバイルビーコンと、それを担当する固定ビーコンとの間に直接の見通しを確保することです。
その他の要件と推奨事項
その他の要件は、求められる精度とエリアの形状によって異なります。エリアに狭い通路や複雑な障害物がある場合は、より多くのビーコンが必要です。見通しの確保こそが要件なので、広くても開けたエリアであれば、必要なビーコンは少なくて済みます。障害物の多い複雑なエリアでは、見通しを確保するのがより難しくなります。
ジオメトリーの話に戻ります。たとえば、長さ20メートルの狭い通路がある場合、通常は両端にビーコンを2台置くだけでは不十分です。三辺測量の角度が鋭角になり、いずれかの方向でトラッキング精度が低下するためです：
固定ビーコン間の基線が短すぎる場合も、同様の制約があります：
着陸させたい場合も同様です：
ビーコンの配置
システムが正しく動作するための要件を十分に理解できれば、ビーコンの配置はそれほど難しい作業ではありません。最小限の台数のビーコンで要件を満たすように配置します
したがって、推奨構成は、オレンジ色の点で示した位置に27台の固定ビーコンを配置することです：
- 27 x Super-Beacon
- さらに、いくつかの難しい地点（n25、n27、場合によってはn6/n7をn6のみに置き換えて Omni-Microphoneを使用）では、Omni-Microphone をSuper-Beacon標準のマイクの代わりに使用することをお勧めします。理由は、Omni-Microphone の受信パターンが360×360であるのに対し、Super-Beaconの内蔵マイクは360×180だからです
- 1 x Modem v5.1 または Super-Modem
- ドローン1台あたり1〜2台の Super-Beacon。詳細はこちら：位置+方向
設置にかかる時間
1部屋に固定ビーコン4台の基本的なマップを配置・設定し、高精度なトラッキングを開始するまでの所要時間は数分です。距離の測定は不要です。すべて自動で、数秒で完了します
しかし、この競技のように複数のサブマップがある場合、異なる3Dサブマップをつなぎ合わせ、サブマップ間でスムーズにハンドオーバーさせるには、チームの経験によっては数日かかることも珍しくありません。
ビーコン、サブマップ、マップの配置：
- 配置マニュアル – 最大限の性能を引き出すための、Marvelmind屋内「GPS」システムの取り付けに関する実践的なアドバイスと例
- サブマップ、サービスゾーン、ハンドオーバーゾーンの基礎 – 多数のサブマップで構成される大規模マップ構築の入門動画
- サブマップの構築 (PDF、動画パート1、動画パート2) – 複数のサブマップで構成される大規模マップ構築の詳しい実践ガイド
- 複雑なマップ構築のステップバイステップガイド – モバイルビーコン1台のシンプルな2D NIAから始め、一歩ずつ複雑さを増やしていく
まとめ
マップに示した環境で自律飛行させるのは簡単な作業ではなく、測位技術、ジオメトリー、ドローンに関するスキルと理解が必要です。しかし、実現は可能です。競技でも、実際の現場でも実現できます。
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