JP2005071337A - 多層液晶型三次元表示による航空管制システム、都市計画システム、防空管制システム及び三次元模型の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 飛行している航空機を、対象空域の地形と併せて三次元表示することによって航空機運行ルートの認知・指示の誤りに起因する重大事故の防止に資することならびに、都市計画等において地形およびインフラ等を三次元表示し計画・検討メンバーの合意形成に資する。
【解決手段】 各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを対応する各液晶パネルに配分・表示しさらに、表示エリアにおける航空機等飛行物体の飛行方向、高度、速度データをリアルタイムで入力し、液晶パネル積層体に重畳三次元表示する。また、上記地形の三次元表示を都市計画等における検討・合意形成手段とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多層液晶パネルによる離散的三次元表示を用いた航空管制システム、防空管制システムならびに都市計画システムおよび三次元模型の製造方法に関する。

従来、三次元的表示は、多くは人間の「錯視」を利用したものである。たとえば、立体（３Ｄ）映画に見られるように、左右の眼球に異なった画像が見える工夫（偏光めがね等）を施したものであり、観者にはあたかもスクリーンから映像が飛び出してくるように見える。また、同じ絵を二枚の液晶画面に色を変えて表示すると、人の眼には奥行きがあるように感じることを利用した立体表示手段も知られている（日本経済新聞発表、ＮＴＴが開発）。しかしながら、これらは何れも人間の錯視を利用したものであり、三次元的には「見える」が、「三次元である」表示ではない。従って、三次元データを正に空間的に１対１応に三次元である表示をし、複数の人間が同時にそれを視認し合意形成に資するといったことができない。

また、ＴＶの戦争報道に見られるように、物理的な模型による立体表示地形を報道関係者、コメンテータ、視聴者が共通して認識し情報の授受が行われるケースがある。このケースのように、物理的な模型は三次元データの再現性には優れるが、製作に手間がかかり即時に表示を求められる用途には適さない。

一方、航空交通は、自動車、鉄道に代表される陸上交通や船舶による海上交通に比し、次のような特徴を有する。
（１）前後左右に加え、上下の空間（三次元）を飛行する。
（２）一般的なジェット旅客機で８００ｋｍ／ｈｒ前後、低速度といわれるヘリコプターでも２００ｋｍ／ｈｒ前後という速度で飛行しており、パイロットの目視による視界確保には限界がある。
（３）安全確保のための速度の極端な増減或は空中での停止ができない。
（４）大気中を飛行する処から、雲、降水、風或は気圧の変動といった気象現象の影響を受けやすい。
（５）滑走路施設や地上の障害物（山や人口構造物）の関係から、離着陸できる場所が限定される。

また、航空機は、低高度では鉛直方向に３０５ｍ毎に高度が分けられ、運行密度の高い２９０００ｆｔ（８８４０ｍ）レベルの高度では鉛直方向に６１０ｍ毎に高度が分けられている。ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｋｏｋｕ／ｋｏｋｕ．ｈｔｍｌによれば、将来的には、人工衛星を用いる航空管制に移行する。しかしながら、現在および将来に亘って地形と飛行ルートの関係は密接であり、現在の航空管制システムの下では山陰となる空域でレーダーが届かないと機影が消えるという問題が生じる。

現在の航空管制システムは、全国１９箇所に設置されている航空路監視レーダー情報を、札幌、東京、福岡、および那覇の各管制部に設置されているＲＤＰ（radar data processing system）によって処理し、各管制卓に設置されている表示装置（レーダースコープ）上に、航空機の位置を示すシンボルを加えて英字および数字により便名等の情報を表示するシステムである。そのプロセスは、以下の通りである。
＊一次および二次レーダーによる航空機移動情報を量子化し、二次レーダー情報および飛行計画経路に基づく追尾処理を行う。
＊覆域が重複する複数のレーダーサイトからのレーダー情報による多重レーダー処理を行う。
＊飛行計画情報とレーダー情報を照合して、各管制席のレーダースコープに航空機のシンボル、飛行ベクトルおよび飛行計画等の情報を表示する。
＊ＡＲＴＳ（automated radar terminal system）および隣接するＲＤＰと伝送回線を介してレーダー管制移管情報の交換を行う。
＊レーダーによる航空機の位置情報をＦＤＰ（flight data processing system）に送信する。
＊悪天候に関するレーダー情報を量子化し、レーダースコープに表示する（たとえば、非特許文献１参照）。
ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｋｏｋｕ／ｋｏｋｕ．ｈｔｍｌ

航空機事故は、その多くが高度の異なる複数の航空機の運行ルート、高度に対する認知・指示の誤りに起因している。それは、二次元表示システムで多くの航空機の運行を管理しているためである。本発明は、たとえば飛行している航空機を、その高度に対応する液晶パネルに、三次元地形データと併せてダイナミックに表示することにより複数の航空機の飛行ルート、速度、高度の異同および気象情報等の三次元情報を複数の人間が同時に視認できるシステムを提供し、当該対象航空機に係る危険状況等を共時的に認識せしめ、重大事故の防止に資することを目的とする。また、本発明の他の目的は、三次元的に表示される地形データに基づいて、道路、港湾、鉄道、建造物といったデータを三次元表示し、都市計画等に参画するメンバーの合意形成に資することを目的とする。本発明のさらに他の目的は、三次元表示による的確な戦況把握を可能ならしめる防衛（防空）管制システムを提供することにある。

上記課題を解決するための、請求項１に記載の発明は、各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって地形データをエリア切り換え可能に三次元表示しさらに、表示エリアにおける航空機等飛行物体の飛行方向、高度、速度データをリアルタイムで入力し、前記液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示するようにした多層液晶型三次元表示による航空管制システムである。この発明によれば、対象エリア（空域）について、複数の航空機の飛行ルート、高度、速度が地形データと共に大型の液晶パネル積層体に、空間的に一対一応で三次元表示され、それを複数の管制官が同時に視認することができるから、同一高度に複数の航空機が存在するか否かを複数の管制官がリアルタイムで認知でき、重大事故の防止に大きく資することができる。

請求項２に記載の発明は、各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データおよび道路、港湾、鉄道、建造物等の三次元データを前記地形データにおける水平切断間隔に等しい間隔で二次元データとしたものを、前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって三次元表示し、都市計画等を行うようにした多層液晶型三次元表示による都市計画システムである。この発明によるときは、三次元表示される地形データに基づいて、道路、港湾、鉄道、建造物といった三次元データと複合表示することによって、都市計画等のメンバーが空間的に一対一応で三次元的に表示されるデータに基づいて意見を交換し合い、計画メンバー間で質の高い合意形成を可能にすることができる。

請求項３に記載の発明は、各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって地形データをエリア切り換え可能に三次元表示しさらに、表示エリアにおける国防上有事の際の刻々と変化する敵、味方の航空機等飛行物体の飛行方向、高度、速度データおよび気象情報をリアルタイムで入力し、前記液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示するようにしたことを特徴とする多層液晶型三次元表示による防衛管制システムである。

請求項４に記載の発明は、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる高さ毎の二次元データとして取り出し、該二次元データをレーザーカッタに送り板状材を前記二次元データに基づいて切り出し、該切り出された板状材を積層して三次元の地形・建築物等の模型を作るようにした三次元模型の製作方法である。

本発明によれば、高度の異なる航空機の運行ルートに対する認知・指示の誤りに起因する重大事故の発生防止に大きく寄与することができる。今後、航空管制業務の責任は増大する一方であるので、管制官の負担を軽減するためにも空間的認識を複数のメンバーが共有できる本発明は大きな効果を奏する。

請求項２に記載の発明によるときは、三次元表示される地形データに重畳表示される、即時入れ替え可能なインフラや建造物データに基づく三次元表示によって都市計画等に参画するメンバーの合意形成に大きく資することができる。

請求項３に記載の発明によれば、三次元表示で戦況を把握できるから、レーダーによる場合のような二次元的に戦況把握に比し、より的確な航空機および対空火力等による防空を遂行できる。

請求項４に記載の発明によるときは、三次元模型を迅速かつ精確に製造することができる。

以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
実施形態１
本発明においては、市販の大型液晶パネルを、地形および航空機の飛行高度域（３０５ｍ（１０００フィート）高さ毎に飛行高度が指定される高度域か或は６１０ｍ（２０００フィート）高さ毎に飛行高度が指定される高度域か）による鉛直方向における表示区間粗さに対応して所定間隔を置いて所要枚数積層する。この大型液晶パネル積層体に三次元地形データおよび航空機飛行ルートのデータをリアルタイムで表示する。その模様を図１に示す。

図１において、液晶パネルは高度（標高）１０００ｍから１０００ｍ間隔で６０００ｍまでの地形の等高線で水平に切断して現れる二次元の輪郭線および２機の航空機の飛行方向および高度が表示されている。図２に、図１における大型パネル積層体を、各個のパネルに分解して表示したときの模様を示す。図１および図２に示すように、航空機Ａは、ＪＡＬ３６６便で高度３０００ｍで飛行しており、航空機Ｂは、ＡＮＡ５５２便で高度４０００ｍで飛行していることが分かる。

本発明においては、ＧＩＳデータ等の三次元地形データをポリゴンデータに変換し、標高で水平に切断して二次元面に現れる輪郭線を液晶パネル積層体における対応液晶パネルに表示する。そして前記輪郭線の内側を不透明にしておけば、液晶パネル積層体に地形が三次元表示される。これを、航空管制対象空域（エリア）毎に切り換え表示できるようにしておく。

一方、航空管制対象空域（エリア）内を飛行する航空機の飛行ルート、高度、速度を当該航空機から発信し、直接的に或は地上局を経由して航空管制システムに入力し、図１および図２に示すように、上記大型液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示する。この大型液晶パネル積層体を１人または複数の管制官が視認し、対象空域における地形、複数の航空機の飛行方向、高度、速度を確認し、即座にそれぞれの航空機のパイロットに指示を出す。

実施形態２
大型液晶パネル積層体に地形データを入力して、地形を三次元表示しこれに基づいて、たとえば学園都市の建設を計画、実行するときの参画メンバーの検討・合意形成にこの発明を適用する。

即ち、計画対象地域の三次元地形データをポリゴンデータに変換し、標高で水平に切断して二次元面に現れる輪郭線を液晶パネル積層体における対応液晶パネルに表示し、大型液晶パネル積層体に離散的に三次元表示する。

この三次元表示された地形を基に、当該地域に敷設する道路、港湾、鉄道といったインフラストラクチュアや大学、病院、美術館、病院、住宅といった建造物データをシステムに入力し、三次元表示されている地形に重畳させて三次元表示し、それを計画参画メンバーが視認してインフラストラクチュアや建造物データを差し替える過程を含めて検討を重ね、メンバー間の合意形成へと導いていく。

実施形態３
地形に関する三次元表示は、実施形態１におけると同様の手段で行い、味方の航空機を識別できるようにしておき、識別できない航空機を敵の航空機としてその飛行ルート、高度、速度等の情報ならびに気象情報を、直接的に或は地上局を経由して防衛（防空）管制システムに入力し、図１および図２に示すように、上記大型液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示する。この大型液晶パネル積層体を１人または複数の管制官が視認し、対象空域における地形、複数の航空機の飛行方向、高度、速度ならびに気象状況を確認し、即座にそれぞれの味方の航空機のパイロットならびに対空火力システムに指示を出す。

実施形態４
ＧＩＳ等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを、汎用データ形式たとえばＤＸＦファイル形式に変換し、そのデータを市販のレーザ加工・彫刻システムである、パソコンに接続されて二次元的に移動するレーザ照射ヘッドをもつ出力１０Ｗ〜１００ＷのＣＯ_２レーザ加工装置に伝送してスチレンペーパを等高線に沿って切断した。こうして得られたスチレンペーパーを積層して三次元の地形模型（道路、建築物を含む）を製作した。

発明者は、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、および５ｍｍ厚さのアクリル板、スチレンペーパーを、ＧＩＳ等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データに基づいてレーザ加工装置を用いて等高線に沿って切断した。その結果、５ｍｍを超える厚さの板状材では、切断部分が溶融してシャープで高精度の二次元形状を得難い。これは、レーザ光がレンズによってフォーカスされたときに焦点のところで最もシャープに切断が遂行されるが、板状材の厚さが大となると焦点前後でも材料がレーザ光に照射されるため切断面がフレア状になるためである。また、アクリル板のように、硬度の高い板状材の場合もレーザ光照射時間が増大して溶融部分が増加し切断精度が低下する。従って、板状体の厚さは、５ｍｍ以下であることが望ましい。一方、板状体の材質としては、レーザでカットするときの加工の容易性、価格等の観点からスチレンペーパーが好ましいことが分かった。

大型液晶パネル積層体に三次元表示された地形および複数の航空機の飛行ルート、高度、速度を重畳させて三次元表示するときの状態を示す斜視図 図１に示す大型液晶パネル積層体における三次元表示を、各液晶パネルに分解して示す平面図

Claims (4)

1. 各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって地形データをエリア切り換え可能に三次元表示しさらに、表示エリアにおける航空機等飛行物体の飛行方向、高度、速度データをリアルタイムで入力し、前記液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示するようにしたことを特徴とする多層液晶型三次元表示による航空管制システム。
2. 各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データおよび道路、港湾、鉄道、建造物等の三次元データを前記地形データにおける水平切断間隔に等しい間隔で二次元データとしたものを、前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって三次元表示し、都市計画等を行うようにしたことを特徴とする多層液晶型三次元表示による都市計画システム。
3. 各個独立した液晶パネルを、パネルの面に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層するとともに、ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる二次元データを前記所定間隔を置いて積層された各液晶パネルに配分・表示し、表示されるべきデータの存しない液晶の平面部分には透過性をもたせることによって地形データをエリア切り換え可能に三次元表示しさらに、表示エリアにおける国防上有事の際の刻々と変化する敵、味方の航空機等飛行物体の飛行方向、高度、速度データおよび気象情報をリアルタイムで入力し、前記液晶パネル積層体にリアルタイムで三次元表示するようにしたことを特徴とする多層液晶型三次元表示による防衛管制システム。
4. ＧＩＳ（geographic information system）等の三次元地形データをポリゴンデータに変換しそれを等高線で水平に切断した平面を形成して得られる高さ毎の二次元データとして取り出し、該二次元データをレーザーカッタに送り板状材を前記二次元データに基づいて切り出し、該切り出された板状材を積層して三次元の地形・建築物等の模型を作るようにしたことを特徴とする三次元模型の製作方法。
   

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