JP2006338132A

JP2006338132A - 航空機の動態情報監視装置

Info

Publication number: JP2006338132A
Application number: JP2005159424A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Ii; 克明井伊; Yasumasa Nonoyama; 泰匡野々山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】航空機はＧＰＳ機器の搭載により位置を知ることができ、地上では刻々と位置情報を受けて航空機の動態を監視することができる。この動態情報をもとに航空機同士の接近、衝突を警告するシステムがある。しかし、従来の動態情報監視装置では、航空機と地表又は地上の高層建造物との衝突を監視するものはなかった。
【解決手段】航空機１００から高度・位置データを動態情報として送信し、地上の管制局３００に設置した通信手段５により受信する。またあらかじめ地表の海抜高さを含む地図情報を地形データ８に記憶し、この地形情報と動態情報とを比較して、地表との衝突を監視し、危険があれば航空機に通知する。
【選択図】図１

Description

この発明は、航空機の飛行位置や高度などの動態を監視して、山岳（地表）や地上の高層建造物への衝突、更に航空機同士の衝突を防止する航空機の動態情報監視装置に関するものである。

航空機には数１００人が搭乗可能な大型機から、数人が乗る小型機まで、様々なものがある。大型機は多くの計器や各種のレーダを装備し、また、無線航路標識や慣性誘導装置に導かれたいわゆる計器飛行が可能であり、操縦者も複数人であるため自位置を誤認するようなことは普通には起こらない。一方、小型機にも計器飛行が一応は可能な設備が搭載されているものがあるとはいえ、その搭載可能な重量の制約や価格面から十分なものは搭載されておらず、有視界飛行が主な操縦形態となるものが多い。
このような小型機でも、現代ではＧＰＳの発達により自位置の測定はきわめて容易になっているが、乗員が位置を間違って思い込むことにより、位置の確認を怠った場合にはなすすべが無い。また、小型機では地上の管制を常時受けることができる範囲は飛行場周辺に限られる。その結果、小型機が自位置を誤認したとしか考えられないような、山岳などの地表への衝突事故が繰り返されている。また、小型機同士のいわゆるニアミスも発生する頻度は高い。

特許文献１には、飛行中の航空機から乗員の音声、又はデータ通信により送信された航空機の位置情報を管制局にて受信し、管制局にて複数の航空機間の衝突の危険予知を行い、結果を航空機へ通知するものが開示されている。特許文献１に開示された技術は航空機同士の衝突を防止するためのもので、各航空機の地上あるいは建造物などへの衝突の監視を行うものではない。また、衝突の恐れがあることを確認した後に、管制官が回避進路を航空機に対して指示するので、そのための判断時間が必要であり、連絡が遅れる場合があった。
特開２０００−１９６５１４号公報（第１４頁）

航空機の従来の動態情報監視装置は、航空機同士の衝突事故に限られており、地形（地表）や地上障害物に対する衝突の危険予知ができない。また、衝突の危険予知は管制局で行い航空機へは管制局からの音声通信による通知が必要であるため連絡が遅れて役に立たない場合があるという課題があった。

この発明は、以上のような課題を解消し、航空機に過大な重量の装置を搭載することなく、次に記載の機能を提供することが可能な航空機の動態情報監視装置を提供することを目的とする。
（１）航空機と、この航空機が移動する方向における、高度差が規定値以下の地形（地表）までの距離が規定値以下になった場合、衝突の危険を通知する。
（２）航空機と高度差が規定値以下の地上障害物までの距離が規定値以下になった場合、衝突の危険を通知する。
（３）航空機は自機と、高度差が規定値以下の他航空機との、距離が規定値以下になった場合、衝突の危険を通知する。

この発明の航空機の動態情報監視装置は、
地上に設置され、航空機から前記航空機の高度を含む位置データを高度・位置データとして受信する通信手段、
地表面の海抜高さを含む地図情報をあらかじめ記憶している記憶手段、
前記航空機の高度・位置データと前記地図情報とに基づき、前記航空機の進行方向のあらかじめ定めた水平距離内の、あらかじめ定めた高度差以内に前記地表面が存在するか否かを調べるとともに、前記地表面が存在するとき、前記通信手段を介して前記航空機に警告信号を送信するデータ処理手段を備えたものである。

全ての航空機に搭載が義務付けられている、いわゆる対空無線機を用いたきわめて簡単な装置で、各航空機ごとに地表や地上の障害物との衝突を監視することができ、航空航行の安全性を高めることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の航空機の動態監視装置の構成を示すブロック図である。飛行中の航空機１００には図示しないＧＰＳ衛星からの電波を受信して自位置と自機高度とを（そのデータの時間変化をもとに進行方向と速度も）を算出して高度・位置データとして出力する位置測定手段と、これらのデータを含む移動位置データ２（高度・位置データとも言う）を送信出力する位置情報送受信部１（通信手段）が搭載されている。また、移動位置データ２を以下に説明する処理を行い、無線機４を通じて地上の管制局３００に伝えるデータ処理部３（データ処理手段という）が搭載されている。
飛行中の航空機１００は、位置情報送受信部１にてＧＰＳ衛星より受信した電波に基づき移動位置データ２を算出する。無線機４を通し無線の音声帯域を使用（特許文献１に開示）して移動位置データ２を送信する。また、データ処理部３はあらかじめ地図データ（地表の海抜高さのデータを含む）を保有（記憶手段に記憶）し、移動位置データ２から地図上にその位置を表示する。管制局３００は図示しない地上又は艦船上に設置され、航空機１００の無線機４から送信された移動位置データ２を無線機５にて受信し、移動位置データ６として取り出し、管制データ処理部７に入力する。管制データ処理部７はあらかじめ地上の地図データ（高さなどの地形（地表）データ８を含む）を保有している。そして移動位置データ６から地図上にその位置を表示するとともに、管制局３００内の記憶手段に保存された地形データ８から、付近の地形データ８を検索し、距離と高度差がともに規定の距離Ａ、規定の高度差Ｈ以下になる地形（地表）の存在の有無を確認し、存在すれば警報情報１０を無線機５を通し航空機へ通知する。Ａは例えば１Ｋｍ，Ｈは例えば２００ｍである。航空機内には図示しないが警報情報１０にもとづき操縦者に危険を知らせる手段、例えばブザーや文字表示、音声警告などを出力するようにしておく。

上記規定の距離Ａ、規定の高度差Ｈについて、図２により説明する。図２において航空機１００の現在の高度から高度差Ｈ以内で、かつ、水平距離Ａ以内に何らかの地形（地表面）、例えば山岳１０１ｂなどが存在すれば障害物であると判定する。図２の山１０１ａは高度差では範囲内だが、距離が範囲外なので現時点では障害物ではない。地面１０２は水平距離は範囲内だが高度差が範囲外なので、今後高度を急激に下げない限り現時点では障害物ではない。この場合、航空機１００が図２に示すような、いわゆる有翼機（ヘリコプターのように上下前後左右に移動することのない航空機）であれば、距離Ａは航空機の前方（真横から前方方向）にのみとればよいが、ヘリコプターなら、そのときの進行方向に応じて、横／後／下方にもとるものとする。

図３は、地形データ８を用いた動態情報監視装置の危険予知動作のフロー図である。
図には示さないが図３のフローを常時繰り返すものとする。ただし、離陸時、着陸時など、地表面からの高度があらかじめ定めた所定の値（例えば２００ｍ）以下の間は動作しないようにしてもよい。
ステップＳ１で航空機の位置データ（高度・位置データとも言う）６を得て危険予知動作（衝突予知動作）を開始する。位置データ６は位置と高度を示すとともに、位置の時系列変化から航空機１００の移動方向と速度がわかるものである。ステップＳ２で位置データ６に基づき関係する地図上の位置データを検索する。ステップＳ３で航空機の現在位置から移動する方向の水平方向、例えば１Ｋｍ以内に高度差が２００ｍ以内となる地形（地表）があるか否かを判定する。あればステップＳ４で、例えば航空機内でチャイムを１回鳴らすなどの警告１０を出力する（危険予知通知という）。
なお、通信手段について説明する。通信手段は全ての航空に対して搭載が義務付けられているいわゆる対空無線機（音声変調通信機）を使用する。この通信装置の音声帯域で位置と高度のデータを送受信する機能を付加する。

実施の形態２．
実施の形態１で説明した地形データ８に加えて、図４に示すように、地上にある送電線等、航空機が接触する可能性のある高層建造物の位置と高さを含む障害物データ１１を管制局３００にあらかじめ記憶させる。無線機５にて受信した航空機の移動位置データ６と障害物データ１１とから、付近の障害物を検索することにより、航空機１００の位置から水平方向ＡＫｍ以内で、高度差Ｈｍ以内（説明の都合上、障害物検知エリア１０５と言う）の中に障害物があるかないかを判定する。地表面又は障害物との距離と高度差がともに規定値以下になった場合、警報情報１０を無線機５を通し航空機へ通知する。
図５は障害物１０３との距離、及び高度差についての説明図である。障害物検知エリア１０５は航空機１００の移動する方向の前方に航空機１００を中心とする半径Ａの半円をとり、この半円の下方に高さＨをとったものである。
図６は、障害物による危険予知のフロー図である。ステップＳ１１で航空機の位置データ６を得て危険予知動作（衝突予知動作）を開始する。位置データ６は位置と高度及び位置の時系列変化から移動方向と速度がわかるものである。ステップＳ１２で位置データ６に基づき関係する障害物データを検索する。ステップＳ１３で航空機の現在位置から移動する方向の水平方向、例えばＡ＝１Ｋｍ以内に高度差Ｈが２００ｍ以内の中に障害物１０３があるか否かを判定する。あれば例えば航空機内でチャイムを１回鳴らすなどの警告１０を出力する。
移動位置情報を表示する際、障害物データを使用することにより、障害物に対する危険予知が行え、危険を通知することができる。

実施の形態３．
実施の形態１と実施の形態２では、管制局３００に複数の航空機１００からの位置データ（高度・位置データ）６が刻々と送信されてくる。そこで図７に示すように、管制局３００に複数の航空機より受信した移動位置情報６を保存する移動位置保存データ１２（記憶手段）を設置する。無線機５にて、今、新たに受信した航空機１００の移動位置データ６、又は、保存している複数の航空機のデータのうちの任意の一つの航空機１００のデータと移動位置保存データ１２の最新のデータとから、航空機１００の付近の他の航空機の存在を検索することにより、航空機同士の距離または高度差があらかじめ定めた規定値以下（後述）になった場合、警報情報１０を無線機５を通し規定値以下になつた両方の航空機へ通知する。
上記規定値とは、例えば水平距離１０Ｋｍ，高度差が上下に２００ｍのように一定としてもよいが、航空機の速度に応じて値を変化させてもよい。例えば距離は速度１００Ｋｍ／Ｈごとに１Ｋｍ増やすとしてもよい。更に航空機の移動方向には大きく、移動の後方には小さくするなどしてもよい。実施の形態１、２での対象が地上にあったのに対して、相手が航空機であるから、高度差は上下方向にとるのが好ましい。
移動位置保存データ１２に保存された古いデータは、移動の方向や速度を検出するのに十分な時間分のデータ（例えば１分間）を保存した後は必要がないので順次削除してよい。

図８は、本実施の形態による航空機同士の衝突の危険予知動作のフロー図である。
ステップＳ２１で航空機の位置データ６を得て危険予知動作（衝突予知動作）を開始する。位置データ６は位置と高度及び位置の時系列変化から移動方向と速度がわかるものである。この位置データをステップＳ２２で保存する。ステップＳ２３で位置データ６に基づき所定の距離内にある他の航空機の位置データの有無を検索する。対応する航空機があれば例えば航空機１００内でチャイムを１回鳴らすなどの警告１０を、両方の航空機１に対して出力する。
移動位置情報表示の際、複数の航空機の移動位置情報を保存した移動位置保存データ１２を使用することにより、航空機同士に対する危険予知が行え、危険を通知することができる。
本実施の形態のものは実施の形態１、２のものと同時に使用してよい。

実施の形態４．
実施の形態１〜３で説明した各航空機から送信された移動位置データ２は、他の航空機上で直接受信することができる。
そこで１つの航空機１００（第１の航空機という）上で他の航空機１２０（第２の航空機という）の高度・位置データを移動位置保存データ１２として保存する。これにより管制局３００を介することなく、航空機１００は独自に他の航空機との衝突の危険予知が行え、危険を知ることができる。
図９において、航空機１００は、位置情報送受信部１にてＧＰＳの信号を用いて求めた自機の移動位置データ２を、無線機４を通し無線の音声帯域を使用してデータを送信するとともに移動位置保存データ１９へ保存する。また、データ処理部３にて移動位置データ２から地図上にその位置を表示するとともに移動位置保存データ１９を検索し他航空機との距離または高度差（上、下の両方の高度差）が規定値以下になった場合、操縦者に対して危険を通知する。しかしながら、積載重量や容積に制約のある航空機であるから、搭載可能なデータ処理部３の能力にはおのずと制限が生じるので、取り扱うデータ量が無制限に増えることのない様にしなければならない。例えば、受信した相手航空機１２０の位置があらかじめ定めた距離よりも大きければ、指しあたって衝突の恐れはないとして位置データを保存しないようにしてもよい。また、相手航空機１２０の位置が刻々と遠ざかる場合にも指しあたって衝突の恐れはないとして位置データを保存しないようにしてもよい。

相手航空機１２０においても同様の処理が行われる。即ち、航空機１００の無線機４から送信されたデータを無線機１６にて受信し、移動位置データ１７を取り出しデータ処理部１８に入力する。データ処理部１８にて移動位置保存データ１３へ保存するとともに自機の移動位置情報との距離及び高度差がともに規定値以下になった場合、自機の操縦者に対して危険を通知する。
図１０は上記の動作を説明するフローチャートである（一方の航空機についてだけフローを説明する）。ステップＳ３１で危険予知動作を開始する。図には示さないが自機の位置と高度は短い時間間隔（例えば０．５秒）で常に測定しているものとする。
ステップＳ３２で自機の位置データにもとづき近くの他機の存在を検索する。ステップＳ３３で自機と他機との距離、高度差がともにあらかじめ定めた所定の値以下となるものがあれば、ステップＳ３４で自機操縦者に対して警報１０（例えばチャイム１回）を発する。
それぞれの航空機で、空域内の複数の航空機の移動位置を保存し使用することにより、管制局３００を介することなく、各航空機で自機と他の航空機との衝突の危険予知を行ことができる。
以上に説明した各実施の形態の手段は、各実施の形態単独で実施する以外に、他の実施の形態の手段と混用して実施することもできる。

この発明の航空機の動態情報監視装置は航空機のみならず、船舶にも利用することができる。船舶に利用する場合は当然高度差は無視される。

この発明の実施の形態１の航空機の動態情報監視装置の構成を示す図である。図１のものの動作説明のため距離、高度差について説明する説明図である。図１の装置の危険予知動作のフローを説明するフロー図である。この発明の実施の形態２の航空機の動態情報監視装置の構成を示す図である。図４のものの動作説明のため距離、高度差について説明する説明図である。図４のものの危険予知動作のフロー図である。この発明の実施の形態３の航空機の動態情報監視装置の構成を示す図である。図７のものの危険予知動作のフロー図である。この発明の実施の形態４の航空機の動態情報監視装置の構成を示す図である。図９のものの危険予知動作のフロー図である。

符号の説明

１位置情報送受信部、２移動位置情報、
３データ処理部、４無線機、５無線機、
７データ処理部、８地形データ、１１障害物データ、
１２移動位置保存データ、１００航空機（第１の航空機）、
１０１ａ，１０１ｂ山岳、１０２地面、１０３障害物、
１０５障害物検知エリア、１２０相手航空機（第２の航空機）。

Claims

地上に設置され、航空機から前記航空機の高度を含む位置データを高度・位置データとして受信する通信手段、
地表面の海抜高さを含む地図情報をあらかじめ記憶している記憶手段、
前記航空機の高度・位置データと前記地図情報とに基づき、前記航空機の進行方向のあらかじめ定めた水平距離内の、あらかじめ定めた高度差以内に前記地表面が存在するか否かを調べるとともに、前記地表面が存在するとき、前記通信手段を介して前記航空機に警告信号を送信するデータ処理手段を備えたことを特徴とする航空機の動態情報監視装置。
地上に設置され、航空機から前記航空機の高度を含む位置データを高度・位置データとして受信する通信手段、
地表面の海抜高さを含む地図情報と、地上に設置された航空障害物の位置と高さ情報をあらかじめ記憶している記憶手段、
前記航空機の高度・位置データと前記地図情報と前記航空障害物の位置と高さ情報とに基づき、前記航空機の進行方向のあらかじめ定めた水平距離内の、あらかじめ定めた高度差以内に前記地表面又は前記航空障害物が存在するか否かを調べるとともに、前記地表面又は前記航空障害物が存在するとき、前記通信手段を介して前記航空機に警告信号を送信するデータ処理手段を備えたことを特徴とする航空機の動態情報監視装置。
地上に設置され、航空機から前記航空機の高度を含む位置データを高度・位置データとして受信する通信手段、
地上に設置され、前記高度・位置データを受信可能な通信手段、
複数の航空機のそれぞれから送信されたそれぞれの前記高度・位置データを記憶する記憶手段、
前記複数の航空機の前記高度・位置データに基づいて、前記複数の航空機の内の任意の一つについて、その進行方向のあらかじめ定めた水平距離内の、あらかじめ定めた高度差以内に他の航空機の存在の有無を調べるとともに、前記他の航空機が存在するとき、前記通信手段を介して該航空機および前記他の航空機に警告信号を送信するデータ処理手段を備えたことを特徴とする航空機の動態情報監視装置。
地上に設置され、航空機から前記航空機の高度を含む位置データを高度・位置データとして受信する通信手段、
複数の航空機のそれぞれから送信されたそれぞれの前記高度・位置データを記憶するとともに、地表面の海抜高さを含む地図情報と、地上に設置された航空障害物の位置と高さ情報をあらかじめ記憶している記憶手段、
前記複数の航空機の前記高度・位置データに基づいて、前記複数の航空機のそれぞれについて、その進行方向のあらかじめ定めた水平距離内のあらかじめ定めた高度差以内に、前記地表面又は前記航空障害物が存在するか否かを調べるとともに、他の航空機の存在の有無を調べ、前記地表面又は前記航空障害物又は前記他の航空機が存在するとき、前記通信手段を介して前記航空機に警告信号を送信するデータ処理手段を備えたことを特徴とする航空機の動態情報監視装置。
前記通信手段は、前記航空機に搭載された音声無線通信装置であって、音声帯域で前記位置データ及び前記警告信号を送受信するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機の動態情報監視装置。
第１の航空機に搭載され、この航空機の高度を含む位置を測定して高度・位置データを出力する位置測定手段、
第２の航空機から送信された前記第２の航空機の高度・位置データを受信する通信手段、
前記第２の航空機の高度・位置データを記憶する記憶手段、
前記第１および前記第２の航空機の前記高度・位置データに基づいて、前記第１の航空機の進行方向のあらかじめ定めた水平距離内において、前記第１の航空機の前記高度からあらかじめ定めた高度差以内に前記第２の航空機の存在の有無を調べるとともに、前記第２の航空機が存在するとき、警報を発生するデータ処理手段を備えたことを特徴とする航空機の動態情報監視装置。
前記通信手段は、前記第１の航空機に搭載された音声無線通信装置であって、音声帯域で前記位置データを送受信するものであることを特徴とする請求項６に記載の航空機の動態情報監視装置。