CN111066074A - 航空气象管制系统 - Google Patents

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Abstract

实施方式的航空气象管制系统具备：处理部，具有接收所管辖的地域的气象信息，确定所管辖的地域的气象现象，并基于该气象现象以及飞机的起降信息，选出受到气象现象影响的飞机的单元；以及报告部，报告所选出的飞机。

Description

航空气象管制系统
技术领域
本发明的实施方式涉及航空气象管制系统。
背景技术
近年来，被称作游击式暴雨(日：ゲリラ豪雨)的集中性暴雨频繁发生。集中性暴雨那样的突发性的气象现象很可能会给飞机的运行带来影响。因此，航空管制官需要掌握这样的突发性的气象现象，并且准确了解受到该气象现象的影响的飞机。另一方面，预测这样的突发性的气象现象较难，为了瞬间判断此后起降的飞机是否会受到这样的气象现象的影响，需要积累知识与经验。因此，寻求一种能够与经验无关地、并且不会对管制官造成负担地判断应注意的飞机的系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－163858号公报
专利文献2：日本特开平11－510252号公报
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供一种航空气象管制系统，其观测机场周边的气象信息，在观测到集中性暴雨等突发性的气象现象的情况下，基于位于机场的周边的飞机的起降信息，向管制官报告受到观测到的气象现象的影响的可能性较高、需要注意的飞机。
实施方式的航空气象管制系统具备：处理部，具有选出单元，该选出单元接收所管辖的地域的气象信息，确定所管辖的地域的气象现象，并基于该气象现象以及飞机的起降信息，选出受到气象现象影响的飞机；以及报告部，报告所选出的飞机。
附图说明
图1是表示实施方式的航空气象管制系统的构成例的框图。
图2A是表示基于实施方式的航空气象管制系统的报告例的图。
图2B是表示在图2A中显示了飞机的详细的信息的报告例的图。
图3A是表示基于实施方式的航空气象管制系统的仰角显示的报告例的图。
图3B是表示与图3A对应的方位角显示的报告例的图。
图4是表示基于实施方式的航空气象管制系统的3D显示的报告例的图。
图5是例示按照每个机体表示由核心直径定义的判定基准的一览表的图。
图6A是表示被附加了时刻信息的图2A所示的报告例的图。
图6B是表示图6A所示的核心成长、向右方向移动了的情况下的报告例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的航空气象管制系统1进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式的航空气象管制系统1的构成例的框图。航空气象管制系统1具备处理部10、报告部20、以及操作部21。处理部10还具备运算部30、地图信息数据库31、制作部40、以及存储部41。
运算部30从观测气象现象的气象雷达2接收气象信息a。
对于气象雷达2的种类并未特别限定，但优选相控阵(phased array)气象雷达。这是因为，与以往的气象雷达相比，相控阵气象雷达的波束间隔较细、观测周期较短，因此依赖于推断的部分较少，能够取得较快且细致的数据。气象信息a的接收每隔一定时间而自动进行，因此运算部30能够始终接收最新的气象信息a。
地图信息数据库31至少储存有航空管制雷达3所管轄的范围的地图信息b。
运算部30根据气象信息a来预测对飞机产生影响的气象现象c。为了预测气象现象c而使用的气象信息a不仅使用从气象雷达2接收到的最新的气象现象，可以也适当地使用过去从气象雷达2接收到的气象信息a。
进而，运算部30使用储存于地图信息数据库31的地图信息b来掌握气象现象c的位置c1。然后，基于机场以及气象现象c的位置c1，预测成为气象现象c对飞机产生影响的范围的危险区域d。另外，关于危险区域d的预测方法的详细情况，参照图2A而后述。
在对飞机产生影响的气象现象c中，可列举下击暴流(downburst)、切变线(shearline)以及通常被称作游击暴雨的集中性暴雨等。在该气象现象c中也可以包括结冰、火山灰(落灰)等、认为在飞机飞行时会受到影响的自然现象等。
同时，运算部30从航空管制雷达3接收位于机场周边的飞机的起降信息e。所谓起降信息e，包括飞机的位置、高度、确定飞机的呼号(callsign)等。起降信息e的接收也每隔一定时间而自动进行，因此运算部30能够伴随着飞机的飞行，始终接收被更新为最新状态的起降信息e。
另外，起降信息e可以不一定从航空管制雷达3接收，也可以存储于处理部10自身中。
运算部30基于危险区域d、起降信息e，确定受到气象现象c影响的飞机f。
运算部30预测飞机的一定时间后的飞行路线g。飞行路线g的预测也能够基于从航空管制雷达3接收到的起降信息e、从管制官接收到的飞机的飞行计划信息h以及过去的类似数据中的至少某一个来进行。此外，运算部30也能够累积过去的飞行路线g的数据，使用从所累积的数据获得的类似数据来预测飞行路线g，从而一边学习一边预测飞行路线g。而且，运算部30也能够在累积过去的飞行路线g的数据时，区别累积每个飞行员(pilot)的飞行路线g的数据，从而一边学习每个飞行员的倾向一边预测飞行路线g。
此外，运算部30基于危险区域d以及飞行路线g的预测，选出在一定时间后存在于危险区域d内的飞机f、即被预测受到气象现象c影响的飞机f。
制作部40基于来自运算部30的气象现象c、位置c1、危险区域d、飞机f以及飞行路线g，制作用于由报告部20报告的报告数据i。制作部40将制作出的报告数据i与取得到气象信息a的时刻t一起向报告部20输出，并且存储于存储部41。
报告部20例如通过将报告数据i显示于显示画面上来进行报告。由此，通过报告由运算部30决定的、与受到气象现象c影响的飞机f相关的信息、气象现象c、危险区域d等，使得管制官能够了解应注意的飞机与对该飞机产生影响的气象现象c、危险区域d的位置关系。另外，管制官还能够基于这些见解，也获得与应注意的飞机相关的信息。另外，报告部20不一定仅报告基于最新信息的报告数据i，也可以经由制作部40取得存储于存储部41的过去的报告数据i并报告。
操作部21与报告部20连接，具备未图示的键盘、鼠标等输入输出单元，管制官通过使用这些输入输出单元，能够向报告部20输入用于从报告部20报告的报告内容的指定、变更的操作信息。
接下来，对在气象雷达2中应用相控阵气象雷达的情况下，发生了集中性暴雨时的航空气象管制系统1中的动作的流程的一个例子进行说明。
首先，对发生集中性暴雨的机制、预测集中性暴雨的方法进行说明。集中性暴雨能够通过观测垂直累积液态水含量(VIL：Vertically Integrated Liquid water content)来预测。垂直累积液态水含量是处于到高空15km为止的高处的水分量，表示实际降雨和此后可能降下的水分量。垂直累积液态水含量中的水分密集的部分是暴雨的核心，其是引起集中性暴雨的雨粒的团。通过调查该暴雨的核心的高度、移动状况，能够预测在几分钟后在哪个位置发生集中性暴雨。
例如，假设观测到在高空6km～9km的位置，水分密集的部分一边发展变大一边成为雨而降下的情形。位于高度6km的雨在大约10分钟内落下，因此能够预测在雨云的行进方向上大约10分钟后发生集中性暴雨。
设置于机场附近的气象雷达2每隔一定时间向运算部30输出所管辖的地域的气象信息a、即在该情况下为存在于所管辖的地域的垂直累积液态水含量a1。运算部30接收所输出的气象信息a、即垂直累积液态水含量a1，基于垂直累积液态水含量a1，决定暴雨的核心j，并确定对飞机产生影响的气象现象c。
接下来，运算部30决定危险区域d。危险区域d是指，通过的飞机较大地受到气象现象c的影响的范围。存在于危险区域d内的飞机通过暴雨的核心j的可能性较高。在危险区域d飞行的预定降落的飞机在降落前通过核心j的可能性较高。另一方面，在起飞后在危险区域d飞行的飞机在起飞后通过核心j的可能性较高。
同时，运算部30从航空管制雷达3接收存在于机场所管辖的地域内的飞机的起降信息e，将存在于危险区域d内的飞机作为受到气象现象c的影响的飞机f而选出。
参照图2A，对危险区域d的决定以及受到气象现象c的影响的飞机f的选出的一个例子进行说明。
图2A例示了从报告部20的显示画面显示的危险区域d与飞机f的关系。图2A是从机场60的正上方俯视机场60的周边的图，除了机场60的跑道61、多个飞机f(例如，f1、f2、f3)以及显示于报告部30的显示画面上的光标26之外，还示出了危险区域d以及核心j。
运算部30为了决定危险区域d，如图2A所示那样将暴雨的核心j近似为球状。接下来，从降落的飞机f1起飞或降落的一侧的跑道61的末端62向核心j引出切线r1、r2。将这些切线r1、r2的内侧、且距机场60一定距离内设为危险区域d。
运算部30还基于垂直累积液态水含量a1来决定一定时间后的核心j的位置以及危险区域d。
另外，运算部30存储与以往的核心j的移动相关的过去的数据，在还决定一定时间后的核心j的位置以及危险区域d的情况下，也可以不仅参照垂直累积液态水含量a1，还参照过去的类似数据来实施。运算部30为了将来的决定将由此获得的与核心j的移动相关的数据累积，从而也能够通过学习来预测一定时间后的核心j的位置以及危险区域d。
然后，运算部30从地图信息数据库31取得机场60所管辖的地域的地图信息b，将地图信息b、暴雨的核心j、危险区域d、以及与飞机f相关的位置数据向制作部40输出。
制作部40基于从运算部30输出的各位置数据，制作从报告部20报告的报告数据i，并输出至报告部20。例如，制作部40通过将暴雨的核心j、危险区域d、以及飞机f重叠在从地图信息b获得的地图上的对应的位置，来制作报告数据i。
同时，制作部40将报告数据i与数据发生的时刻t建立关联地存储于存储部41。存储在每次更新报告数据i时进行。存储部41将报告数据i以能够由运算部30使用的状态在存储部41中至少存储一定期间。
由此，运算部30能够基于过去的核心的规模(例如，核心直径)、时间信息(例如，过去5年)进行筛选，使制作部40从存储部41取得过去的报告数据i。而且，也能够使其取得该一定时间后的报告数据i。运算部30也能够使用由制作部40取得的过去的报告数据i，来预测一定时间后的气象现象c。一定时间后的气象现象c的预测包括上述的核心j的今后的移动的预测。
报告部20例如通过将由制作部40制作的报告数据i显示于显示画面上来进行报告，向管制官传达气象现象c、危险区域d、飞机等信息。
如图2A所示，通过从机场60的跑道61的暴雨的核心j侧的末端62向暴雨的核心j引出切线r1、r2来决定危险区域d。报告部20使用与存在于危险区域d外的飞机f2、f3不同的颜色、闪烁显示等来强调显示存在于危险区域d内的飞机f1。或者，也可以使用闪烁显示等来仅强调显示存在于危险区域d内的飞机f1。由此，管制官能够容易地判定需要在从报告部20报告的飞机f1、f2、f3中注意飞机f1。
另外，若通过管制官的操作，飞机f1被光标26指定，则报告部20如图2B所示那样，使所指定的飞机f1的所属、机头、呼号、高度以及位置这些飞机f1的详细信息从显示画面显示。或者，对于存在于危险区域d内的飞机f1，也可以为，即使没有管制官的操作的指定，也自动地使详细信息从显示画面显示。
另外，如图3A以及图3B那样，也能够通过使用从不同的两个方向观察时的两种显示，来使暴雨的核心j与飞机f的位置关系更加明确。
图3A为EL(仰角：Elevationangle)显示，是从横向观察机场60与暴雨的核心j时的显示。
图3B是AZ(方位角：Azimuthangle)显示，是从机场60的高空俯视机场周边时的显示。
虽然根据图3B的AZ显示，飞机f1看起来存在于危险区域d内，但根据图3A的EL显示可知，飞机f1在比危险区域d靠下方的区域飞行。
如此，通过从两个方向观察的显示，管制官能够可靠地掌握飞机f是否存在于危险区域d内。因而，管制官能够摆脱不必要的预测、担心，集中于应加以注意的飞机f。
这两个显示可以从两个显示画面进行，也可以在一个显示画面上切换而进行。另外，并不限定于两个方向，也可以根据需要进行从三个方向以上的方向的显示。
另外，即使不进行从多个方向的显示而进行如图4那样的3D显示，也能够明确飞机f与暴雨的核心j的位置关系。图4中的虚线箭头表示飞机f1的行进方向。在图4中，示出了飞机f1朝向存在于核心j的周围的积雨云70飞行的情形。这样，通过了解飞机f1与核心j的详细的位置关系，使得管制官能够作出更适当的指示。
然而，对飞机f产生影响的气象现象c的规模按照飞机f的每个机体而不同。这是因为，对飞机f产生影响的气象现象c的条件也根据机体的大小或装备、航行速度等、机体或围绕机体的状况而改变。因此，在预测对飞机f产生影响的气象现象c时，优选按照每个机体设置用于判定气象现象c是否对飞机f产生影响的判定基准。例如，在由核心j的直径定义判定基准的情况下，按照每个机体设定对飞机f产生影响的核心j的直径的值。
图5是例示按照每个机体示出由核心j的直径定义的判定基准的一览表k的图。
一览表k由起飞预定时刻k1、降落预定时刻k2、机体种类k3、以及核心规模(核心直径)k4构成。在图5所示的一览表k中，核心规模(核心直径)k4相当于判定基准。核心规模(核心直径)k4相当于机体受到影响的暴雨的核心j的直径，根据机体种类k3而不同。
一览表k按照起降的时间表来一览每个机体的判定基准，因此能够按飞行的飞机f的顺序判定核心j的直径是否对各机体产生影响。
例如，在起飞预定时刻k1为“13：10”、机体种类k3为“A”的飞机的情况下，核心规模(核心直径)k4记载为“3km以上”，从具有3km以上的直径的暴雨的核心j受到影响。
同样，在起飞预定时刻k1为“13：16”、机体种类为“B”的飞机的情况下，核心规模(核心直径)k4被记载为“4km以上”，从具有4km以上的直径的暴雨的核心j受到影响。
另外，在降落预定时刻k2为“13：25”、机体种类为“C”的飞机的情况下，核心规模(核心直径)k4被记载为“2km以上”，从具有2km以上的直径的暴雨的核心j受到影响。
因而，检测部20例如在观测到的暴雨的核心j的直径为3km的情况下，将机体种类k3为“A”或“C”、且存在于危险区域d的飞机作为应注意的对象进行报告。另一方面，机体种类k3为“B”的飞机的核心规模(核心直径)k4为4km以上，因此不是应注意的对象，所以不进行报告。
另一方面，在观测到的暴雨的核心j的直径为5km的情况下，机体种类k3为“A”、“B”、“C”中的任一个的飞机均受到暴雨的影响，因此报告部20将机体种类k3为“A”、“B”、“C”中的任一个、且存在于危险区域d内的所有飞机作为应注意机体，进行报告。
另外，一览表k的构成并不限定于图5所示的内容。例如，也可以代替起飞预定时刻k1以及降落预定时刻k2那样的详细的时刻信息，而适当变形为每隔一定时间的起降信息等、管制官容易使用的构成来使用。
一览表k最适合由运算部30保持。运算部30在选出受到气象现象c影响的飞机f时，通过使用这样的一览表k，能够以起降顺序按照每个机体进行选出。
另外，若运算部30能够根据从气象雷达2接收到的气象信息a也对下击暴流、切变线这些其他气象现象c’进行预测，则成为判定对象的气象现象c并不局限于暴雨的核心j，可以也设定与其他气象现象c’的规模相关的判定基准。如此，通过设定多个判定基准，能够获得更准确且详细的判定结果。
而且，对于特别需要注意的机体，报告部20能够在显示画面中一边使背景颜色、色彩文字变化一边进行显示。例如，在图5所示的一览表k中，机体种类k3为“C”的机体的核心规模(核心直径)k4为“2km以上”，与机体种类k3为“A”以及“B”的其他机体相比，更容易受到暴雨的核心j的影响。在这样的情况下，报告部20在用红色显示最容易受到暴雨的核心j的影响的机体种类k3为“C”的飞机、用黄色显示第二容易受到影响的机体种类k3为“B”的飞机的情形中，根据机体机型k3而改变颜色来进行显示。由此，管制官能够在视觉上容易地掌握需要注意的机体，因此能够减轻管制官的负担。
而且，如图6A所示，也能够通过使时刻信息T从报告部20的显示画面显示，来向管制官报告显示于显示画面的报告数据i为何时的状况下的数据。另外，在图6A的基础上，如图6B所示，通过也显示一定时间后的所预测的报告数据i，使得管制官也能够掌握所预测的核心j的今后的成长以及移动、飞机25的行进的状况。
图6A将当前时刻“10：55：00”下的当前的报告数据i与时刻信息T与一起显示。另一方面，在图6B中，将基于其5分钟后的预测结果的报告数据iexp与表示5分钟后的时刻即“11：00：00”的时刻信息T一起显示。
另外，为了区分图6A所示那样的当前的报告数据i与图6B所示那样的预测出的报告数据iexp，在显示当前的报告数据i的显示画面与显示预测出的报告数据iexp的显示画面中改变背景颜色。
也可以在一个显示画面上，切换显示当前的报告数据i与预测出的报告数据iexp。
另外，作为变形例，也可以是，根据来自运算部30的指示，制作部40从存储部41取得与当前的报告数据i类似的过去的报告数据的5分钟后的报告数据ipast，并向报告部20输出，使得报告部20在一个显示画面上重叠显示报告数据iexp与报告数据ipast。或者，也可以在一个显示画面上切换显示报告数据iexp和报告数据ipast。
关于航空气象管制系统1的设置场所，若为能够从管制官向飞行员发出准确的指示的场所，则无需特别地在机场60的附近。气象雷达2不需要一定为相控阵气象雷达，若能够向运算部30提供所需的气象信息a，则也可以是相控阵气象雷达以外的气象雷达。
如以上那样，根据实施方式的航空气象管制系统1，能够根据气象信息a与机场60的位置决定危险区域d，基于位于机场60的周边的飞机f的起降信息来确定应注意的飞机f，在从机场60的周边的地图信息b获得的地图上重叠显示该飞机f、危险区域d的位置。
基于该显示，管制官能够容易地识别容易受到气象现象c的影响、应注意的飞机f为哪一个。
由此，可减轻管制官的负担，因此審查官即使在要瞬间判断的事项较多的状况下，也能够立即掌握应注意的飞机f。
另外，对几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等效的范围内。

Claims (17)

1.一种航空气象管制系统，具备：
处理部，接收所管辖的地域的气象信息，并基于该接收到的气象信息，确定对飞机产生影响的气象现象；以及
报告部，对由所述处理部确定的气象现象进行报告。
2.如权利要求1所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备：
存储所述所管辖的地域的地图信息的单元；以及
在确定了所述气象现象的情况下，将对所述飞机产生影响的范围决定为危险区域的单元，
所述报告部对由所述处理部决定的危险区域进行报告。
3.如权利要求2所述的航空气象管制系统，
所述报告部具备将在所述危险区域内飞行的飞机以与在危险区域外飞行的飞机不同的方式进行报告的单元。
4.如权利要求2所述的航空气象管制系统，
所述气象信息包含垂直累积液态水含量，
所述处理部具备如下单元：基于所述垂直累积液态水含量决定暴雨的核心，将所述决定的核心近似为球状，将从飞机起飞或降落的一侧的跑道的末端向所述核心引出的切线的内侧、且距设有所述跑道的机场处于一定距离内的范围决定为所述危险区域。
5.如权利要求2所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备基于当前以及过去的所述气象信息来预测所述气象现象以及所述危险区域的单元。
6.如权利要求5所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备基于飞机的飞行计划信息来预测所述飞机的今后的飞行路线的单元。
7.如权利要求6所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备基于所述危险区域以及所述飞行路线来选出被预测为受到所述气象现象影响的飞机的单元。
8.如权利要求5所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备基于预测出的所述危险区域和预先存储的飞机的起降信息来选出被预测为受到所述气象现象影响的飞机的单元。
9.如权利要求7或8所述的航空气象管制系统，
所述报告部显示选出的所述飞机。
10.如权利要求8所述的航空气象管制系统，
所述报告部将预测出的所述气象现象以及选定的所述飞机中的至少某一个与时刻一起进行报告。
11.一种航空气象管制系统，具备：
处理部，具备如下单元：接收所管辖的地域的气象信息，确定所述所管辖的地域的气象现象，并基于所述气象现象以及飞机的起降信息选出受到所述气象现象影响的飞机；以及
报告部，对选出的所述飞机进行报告。
12.如权利要求11所述的航空气象管制系统，
所述起降信息包括与飞机的起降的顺序相关的信息。
13.如权利要求11所述的航空气象管制系统，
所述起降信息包括飞机的起降的时间表信息，
所述处理部具备基于受到所述气象现象影响的时间段和所述时间表信息来选出受到所述气象现象影响的飞机的单元。
14.如权利要求11所述的航空气象管制系统，
在每次由所述报告部报告的报告数据被更新时，存储所述报告数据。
15.如权利要求11所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备如下单元：将对飞机产生影响的气象现象的种类或规模按照飞机的每个机型预先存储，基于所述存储的种类或规模，按照所述飞机的每个机型判定是否报告选出的所述飞机。
16.如权利要求11所述的航空气象管制系统，
所述报告部从选自多个方向中的至少一个方向显示选定的所述飞机起飞或降落的机场与所述气象现象的位置关系。
17.如权利要求1或11所述的航空气象管制系统，
所述处理部具备如下单元：作为所述气象现象，确定暴雨的核心，并预测所述核心的今后的移动。
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